JP6524439B2 - コークス炉燃焼室用耐火物ブロックおよびコークス炉燃焼室の耐火物ブロック積み構造 - Google Patents

Description

本発明は、コークス炉燃焼室の燃焼室フリューを形成する耐火物ブロックおよび耐火物ブロック積み構造に関するものである。

室炉式コークス炉においては、炭化室と燃焼室とが炉団長方向に交互に配置され、燃焼室は炉長方向に配列された燃焼室フリュー列からなる。炭化室と燃焼室との隔壁及び燃焼室フリュー同士の隔壁はいずれも煉瓦積み構造で形成される。図４に示すように、炭化室１と燃焼室フリュー３とを隔てる仕切り壁部分をロイファー壁５と呼び、隣接する燃焼室フリュー３同士を隔てる仕切り壁部分をビンダー壁４と呼ぶ。通常、炭化室の寸法は、炉高４〜７．５ｍ余、炉幅３５０〜５５０ｍｍ、炉長１３〜１７ｍ程度である。

室炉式コークス炉に用いられる耐火物としては、高温領域で機械的強度が大きく、かつ体積変化が少なく、熱伝導性が比較的良好であるとともに、材料が安価で大量に入手できる等の理由から、その多くが珪石煉瓦で構築されている。室炉式コークス炉の稼働中の温度は、コークス炉ガス、高炉ガスの単独または混合ガスを燃料ガスとして燃焼させることによって、最も高い燃焼室で１１００〜１３００℃程度に、また、炭化室の石炭への熱伝達表面では約１０００℃程度となっている。

図４に典型的な炉壁の煉瓦積み構造を示す。ロイファー壁５の一部とビンダー壁４の一部にまたがるＴ字状のハンマー煉瓦４１、ロイファー壁５に位置するロイファー煉瓦４２、ビンダー壁４に位置するビンダー煉瓦４３の３種類の煉瓦で構成されている。これら煉瓦は、上述のように珪石煉瓦で構成される。原料の珪石を焼成して製造する焼成煉瓦であり、高さは１００〜１５０ｍｍ、長さと幅は燃焼室フリューの形状から定まり、１個あたりの質量は２０ｋｇ弱である。煉瓦と煉瓦の合わせ面を目地４４と称し、各目地には図４に示すように凹凸嵌合部２１を有し、煉瓦積み構造強度を上げるとともに、シール性を高める働きがある。

燃焼室の炉長方向両端には垂直にバックステーが配置され、対向するバックステーの上下２カ所にクロスタイロッドを通し、両端からスプリング等の締め込み機構によって所定荷重で締め付け、バックステーを介して炉体煉瓦を締め付けている。燃焼室の炉長方向端部の煉瓦とバックステーとの間には保護板を配置している。

炭化室の炉長方向端部は窯口を構成し、炉蓋によって閉鎖されている。炭化室に装入した石炭の乾留が完了してコークスができあがると、炉蓋を取り外して窯口を開放し、一方（プッシャーサイド）の窯口から押出機を装入し、他方（コークサイド）の窯口からコークスを押し出す。

炭化室と燃焼室の炉長方向端部を構成する煉瓦は、炉蓋の開放のたびに温度が低下し、これに伴って煉瓦が損傷しやすく、損傷が進行すると積み替えによる補修が行われている。また、積み替えに際してバックステーや保護板などの窯口の金物も更新することがある。特許文献１には、コークス炉窯口の保護板の実炉での熱間取り替えを、窯口煉瓦や保護板の崩れを発生させることなく、安全に実施できる保護板取り替え方法が開示されている。特許文献２には、炭化室天井煉瓦を水平に保持し煉瓦積みを行い、昇温後も水平に保持可能にすることができる、室炉式コークス炉の炭化室炉壁を熱間で積替補修するコークス炉炭化室の煉瓦積替方法が開示されている。

特許文献３には、コークス炉炉室内張り用成形煉瓦が開示されている。２種類のＴ字型煉瓦からなり、Ｔの横棒左右がそれぞれ隣接燃焼フリューのロイファー壁の一部、縦棒がビンダー壁の一部を構成する。２種類はＴの横棒の長さが異なり、横棒の長さが長いものは、横棒の先端付近上下面に炉団長方向に向いた凹凸嵌合部を有する。また２種類はＴの縦棒の長さが異なり、縦棒の長さが長いものは縦棒の先端付近上下面に炉長方向に向いた凹凸嵌合部を有する。コークス炉高さ方向に２種類の成形煉瓦を千鳥配置することにより、隣接する燃焼室フリューの間ではＴの横棒が長い煉瓦同士が凹凸嵌合部で拘束され、炉団長方向ではＴの縦棒が長い煉瓦同士が凹凸嵌合部で拘束され、燃焼室の成形性を確保している。

特許文献４では、Ｌ字型のロイファーＡ煉瓦と、Ｉ字型のロイファーＢ煉瓦及びビンダー煉瓦を用い、ロイファーＡ煉瓦４個、ロイファーＢ煉瓦２個、ビンダー煉瓦２個を用いて２個の燃焼室フリューを形成する煉瓦積み構造が開示されている。

前述のとおり、乾留が終わったコークスは、プッシャーサイドから装入した押出機によってコークサイドから押し出される。コークスの押し出しをスムーズに行うため、炭化室の炉団長方向の幅は、プッシャーサイドからコークサイドに向けて徐々に拡大する形状としている。そのため、燃焼室については、プッシャーサイドからコークサイドに向けて徐々に幅が縮小している。従来の、ハンマー煉瓦、ビンダー煉瓦、ロイファー煉瓦を組み合わせる煉瓦構造においては、各フリュー位置における炭化室の窯幅に合わせて、ビンダー煉瓦の大きさを変更することで、燃焼室の幅を炉長方向に徐々に変化させていた。

特開平４−３６６１９８号公報 特開２０１２−２３６８９６号公報 特表平９−５０６９０９号公報 特開２００８−１２７４７２号公報

前述のように、炭化室と燃焼室の炉長方向端部を構成する煉瓦は他の部分に比較して損傷が激しいため、熱間補修によって損傷した煉瓦を交換する必要が生じる。所定の燃焼室の煉瓦交換と同時に、同じ位置にあるバックステーや保護板も交換する必要がある場合は、まずバックステーや保護板を撤去し、ついで開放された場所で煉瓦の交換を行うことができる。一方、バックステーや保護板を交換する必要がない場合は、バックステーと保護板を撤去せず、煉瓦のみを交換することになる。従来は、損傷煉瓦を撤去した後、燃焼室の煉瓦構築に用いられている珪石煉瓦であって同じ形状のものを、補修用煉瓦として用いて補修を行っていた。通常の珪石煉瓦は、焼成煉瓦であってその大きさは小さく、従って交換すべき煉瓦の数も多いため、取り込み回数が多くなるので、築炉工事の施工効率が良くなかった。補修用煉瓦を大型化することも考えられるが、補修時にバックステーを撤去する必要が生じるようではかえって築炉工事の施工効率が悪化してしまう。

本発明は、燃焼室の補修用耐火物を大型化でき、補修に際してバックステーなどの金物を撤去する必要がなく、築炉工事の施工効率を改善することのできるコークス炉燃焼室用耐火物ブロックを提供することを目的とする。

また本発明は、ブロックの種類を増やすことなく、ブロックの切断加工を必要とせず、燃焼室の炉長方向幅を順次変更することのできるコークス炉燃焼室用耐火物ブロックおよびコークス炉燃焼室の耐火物ブロック積み構造を提供することを第２の目的とする。

即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）炭化室と燃焼室が炉団長方向に交互に配列され、燃焼室は炉長方向に配列された燃焼室フリュー列からなるコークス炉に用いる耐火物ブロックであって、隣り合う燃焼室フリューの仕切り壁をビンダー壁、燃焼室フリューと炭化室の仕切り壁をロイファー壁と呼び、
耐火物ブロックは燃焼室フリューのビンダー壁部とロイファー壁部が一体にＬ字型に形成され、炉団長方向に配列された際に２個の耐火物ブロックが１組の耐火物ブロックペアをなし、ｎ組の耐火物ブロックペアを炉長方向に並べることでｎ個の燃焼室フリューが形成され、
耐火物ブロックは非焼成耐火物からなることを特徴とするコークス炉燃焼室用耐火物ブロック。ただし、ｎは１以上の整数である。
（２）耐火物ブロックのビンダー壁端面であって水平方向に隣接する耐火物ブロックと接触する端面は、炉長方向一方の端部と他方の端部が、炉団長方向に位置が異なる段差を有していることを特徴とする上記（１）に記載のコークス炉燃焼室用耐火物ブロック。
（３）コークス炉高さ方向の高さが２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下であることを特徴とする上記（１）又は（２）に記載のコークス炉燃焼室用耐火物ブロック。
（４）コークス炉高さ方向端面は、一方の端面に凸型のダボを有し、他方の端面に凹型の溝を有する凹凸嵌合部を形成していることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のコークス炉燃焼室用耐火物ブロック。
（５）不定形耐火物の骨材として溶融シリカを９０質量％以上含有することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のコークス炉燃焼室用耐火物ブロック。
（６）上記（１）乃至（５）のいずれか１つに記載のコークス炉燃焼室用耐火物ブロックを２個１組の耐火物ブロックペアとし、ｎ組の耐火物ブロックペアをＬ字が炉長方向に同じ方向に向くように並べることでｎ個の燃焼室フリューを形成してなることを特徴とするコークス炉燃焼室の耐火物ブロック積み構造。ただし、ｎは１以上の整数である。

本発明のコークス炉燃焼室用耐火物ブロックは、２個の耐火物ブロックで１つの燃焼室フリューに対応するように大型化する一方、補修に際してバックステーなどの金物を撤去する必要がないので、築炉工事の施工効率を改善することができる。

本発明の耐火物ブロックを用いた燃焼室を示す平面図である。 本発明の耐火物ブロックを示す図であり、（ａ）（ｂ）は平面図、（ｃ）はＣ−Ｃ矢視断面図である。 本発明の耐火物ブロックによる補修状況を示す図である。 従来の煉瓦を用いた燃焼室を示す平面図である。

図１〜３に基づいて本発明のコークス炉燃焼室用耐火物ブロックについて説明する。

耐火物ブロック１１は、燃焼室フリュー３のビンダー壁部１２とロイファー壁部１３が一体にＬ字型に形成される。図１の左端に示す一つの燃焼室フリュー３Ａについてみると、一方のビンダー壁４Ａは、炉団長方向３２に配列する２個の耐火物ブロック（１１ａＡ、１１ｂＡ）それぞれのビンダー壁部（１２ａ、１２ｂ）を組み合わせることにより形成される。また一つの燃焼室フリュー３Ａの一方のロイファー壁５ａは一つの耐火物ブロック１１ａＡ、他方のロイファー壁５ｂはもう一つの耐火物ブロック１１ｂＡにより構成される。そのため、炉団長方向３２に配列する２個の耐火物ブロック（１１ａＡ、１１ｂＡ）が１組（耐火物ブロックペア１０Ａ）をなす。炉長方向３１に２組の耐火物ブロックペア（１０Ａ、１０Ｂ）を並べることにより、２つの燃焼室フリューのうちの一つ（３Ａ）については、炉長方向両方のビンダー壁（４Ａ、４Ｂ）が形成される。従って、ｎ組の耐火物ブロックペア１０を炉長方向３１に並べることでｎ個の燃焼室フリュー３が形成される。

特許文献３に記載のようにＴ字型の成形煉瓦を用いる場合、１つの燃焼室フリューのロイファー壁は、２つのＴ字の横棒端部同士が接合して形成されるので、煉瓦の目地が燃焼室フリューの面に配置されるため、中長期のガスリークが懸念される。それに対して本発明の耐火物ブロック１１では、ロイファー壁５の端部において隣の耐火物ブロック１１と接合することになるので、ガスリークの懸念を減少することができ、好ましい。

耐火物ブロック１１のコークス炉高さ方向３３高さｈ（図２（ｃ）参照）については、設置されているバックステー６間の空間を通過できる範囲であればよい。これにより、耐火物ブロック１１を補修箇所に搬入するに際しては、耐火物ブロック１１の炉団長方向３２であるビンダー壁部１２が垂直になるように向ければ、耐火物ブロック１１の高さ方向３３高さｈがバックステー６間を通過できる範囲なので（図３に実線で示す耐火物ブロック１１参照）、バックステー６間を通過して補修箇所まで搬入することができる。搬入後は耐火物ブロック１１を炉長方向３１軸まわりに回転して、ビンダー壁部１２が炉団長方向３２を向くように配置し、補修箇所に設置する（図３に一点鎖線で示す耐火物ブロック１１参照）。

耐火物ブロック１１は非焼成耐火物からなる。非焼成なので、焼成煉瓦と相違し、大型化することが可能となる。好ましくは、粉末の不定形耐火物とバインダーに若干の水を加えて混練し、耐火物ブロック１１の形状を有する枠内に流し込み、乾燥・固化した上で型から取り外すことによって形成することができる。

図３に基づいて、本発明の耐火物ブロック１１を用いたコークス炉燃焼室の補修方法について説明する。図３に示す例では、隣接する２つの燃焼室２について、炉端側から２列の燃焼室フリュー（３Ａ、３Ｂ）の耐火物を交換する。

炉端側から２列目の燃焼室フリュー３Ｂと３列目の燃焼室フリュー３Ｃの間に養生壁３６を設置し、養生壁３６よりも炉奥側は通常操業の高温に保持し、養生壁３６よりも炉端側は足場３７を設置した上で補修作業が可能な温度まで温度を低下させる。補修対象の２つの燃焼室２とも、バックステー６と保護板７は撤去せずに残置している。

ついで、交換対象とする２つの燃焼室２の耐火物を撤去する。２列目の燃焼室フリュー３Ｂと３列目の燃焼室フリュー３Ｃを隔てるビンダー壁４Ｃの煉瓦は残置している。

本発明の耐火物ブロック１１を一つずつ、耐火物ブロック１１の炉長方向３１を炉の炉長方向３１、耐火物ブロック１１の高さｈの方向を炉の長さ方向３３に向け、隣り合うバックステー６の間の空間を通過して炉内に搬入する（実線で示す耐火物ブロック１１）。ついで、耐火物ブロック１１を炉長方向３１軸まわりに回転して、ビンダー壁部１２部分が炉団長方向３２を向くように配置し、補修箇所に設置する（一点鎖線で示す耐火物ブロック１１）。補修する燃焼室フリュー３が燃焼室当たり２つであれば、耐火物ブロック高さ方向１段当たり、４つの耐火物ブロック１１を設置することで補修が完了する。耐火物ブロック１１のコークス炉高さ方向３３高さｈが、通常用いる焼成煉瓦の高さ方向３３高さの例えば３倍であれば、耐火物ブロック１１を４つ設置することにより、燃焼室フリュー２つ分、煉瓦３段分の補修が完了することとなる。

従来の煉瓦を用いて、隣接する２個の燃焼室フリューの煉瓦３段分を積み上げる場合、図４に示すようなハンマー煉瓦、ロイファー煉瓦、ビンダー煉瓦を用いると、合計８個×３段＝２４個の煉瓦が必要である。特許文献４に記載のロイファーＡ煉瓦、ロイファーＢ煉瓦、ビンダー煉瓦を用いた場合も同様、合計８個×３段＝２４個の煉瓦が必要である。それに対して上記のように、本発明の耐火物ブロックを用いることにより、燃焼室フリュー２個分、煉瓦３段分を補修するのに、本発明の耐火物ブロックを４個用いれば足りることになる。

前述のように、耐火物と耐火物の合わせ面である目地４４には通常、凹凸嵌合部２１を形成することにより、煉瓦積み構造強度を上げるとともに、シール性を高めている。それに対して本発明で好ましくは、図２（ａ）（ｂ）に示すように、耐火物ブロック１１のビンダー壁端面１４であって水平方向に隣接する耐火物ブロック１１と接触する端面は、炉長方向一方の端部１６ａと他方の端部１６ｂが、炉団長方向３２に位置が異なる段差１５を有する。段差１５部分については、図２（ａ）に示すように直角の折れ曲がり部を有する段差１５としてもよく、図２（ｂ）に示すように傾斜部を有する段差１５としても良い。炉団長方向３２に２つの耐火物ブロック（１１ａ、１１ｂ）を設置してビンダー壁４を構成するに際しては、２つの耐火物ブロックの合わせ面である目地４４を、モルタル層１７を介して接合する。段差１５における炉団長方向３２の位置の差ｄは５０ｍｍ以上とすると好ましい。

前述のように、燃焼室２の炉団長方向幅は、炉長方向３１にプッシャーサイド３４からコークサイド３５に向かうに従って幅が狭くなる。本発明の耐火物ブロック１１を用いた燃焼室２を形成するに際し、２つの耐火物ブロック（１１ａ、１１ｂ）の合わせ面の目地モルタル層１７厚さを燃焼室フリュー３ごとに変化させることにより、燃焼室２の幅を変化させ、炉長方向３１にプッシャーサイド３４からコークサイド３５に向かうに従って幅を狭くすることができる。図１に示す例では、燃焼室フリュー３Ａから燃焼室フリュー３Ｃに向かうに従って、２つの耐火物ブロック（１１ａ、１１ｂ）の合わせ面の目地モルタル層１７厚さを順次薄くしている状況を強調して示している。このような施工方法が採用できるので、耐火物ブロックとして炉長方向に種々の寸法を有する多数の種類を準備する必要がなく、少数の種類を準備するのみで足りることとなる。

なお、特許文献３に記載の成形煉瓦を用いる場合、成形煉瓦の端部を切断することにより、所定の燃焼室幅を実現し、燃焼室の幅を変化させるので、切削に時間を要する。本発明の耐火物ブロックでは、耐火物を切断することなく、目地幅の調整のみで燃焼室の幅を変化させることができるので好ましい。

本発明の耐火物ブロック１１は、コークス炉高さ方向３３の高さｈが２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下であると好ましい。耐火物ブロック１１の高さ方向３３高さｈが高いほど、補修に際して積み上げる段数を少なくすることができるので、築炉工事の施工効率を上げることができる。高さｈが３７５ｍｍ以上であれば、通常用いる煉瓦の３段分を１回で築造できるので好ましい。一方、高さｈが４８０ｍｍ以下であれば、補修に際して設置されているバックステー６の間の空間を通過することができるので好ましい。

一方、図２（ｃ）に示すように、コークス炉高さ方向端面１８は、一方の端面に凸型のダボ２２を有し、他方の端面に凹型の溝２３を有する凹凸嵌合部２１を形成すると好ましい。これにより、上下に組み上げる耐火物ブロック１１間のずれの発生を防止することができる。

本発明の耐火物ブロック１１は、主成分を溶融シリカとすると好ましい。溶融シリカは非晶質であり、常温から１０００℃までほとんど熱膨張しない。そのため、主成分を溶融シリカとすることで、補修完了後の昇温速度を上昇することが可能となる。従来の、珪石煉瓦を用いた補修方法では、珪石煉瓦は常温から６００℃までの熱膨張率が大きいので、補修後の昇温速度を遅くし、５〜８日間かけて昇温を完了する必要があった。それに対して溶融シリカを主成分とする本発明の耐火物ブロックであれば、昇温期間が不要となり、０日間で昇温を完了することができる。不定形耐火物の骨材として溶融シリカを９０％以上含有し、残部はアルミナやカルシア、セメント質のバインダーとして、耐火物ブロック１１の形状を有する枠内に流し込み、乾燥・固化した上で型から取り外すことによって形成することができる。

燃焼室耐火物の補修範囲は、補修開始前に目視で決定し、補修に必要な耐火物ブロック１１を準備して開始する。ところが、補修のために既設耐火物煉瓦を解体した後、さらに損傷部分が見つかって補修範囲が拡大することがある。本発明の耐火物ブロックであれば、ブロック形状を変える必要がなく、ブロック間４４の目地厚みの調整によって、同一ブロックを繰り返し使用でき、窯の幅にも対応する事が可能であるため、緊急的な対応が可能な汎用性のある形状となっている。

本発明の耐火物ブロックとしては、少数種類のブロック形状を準備しておけば足りるので、ブロック製作費用を安価とすることができ、予備品保有数を低減するのでコストを切り下げることが可能となる。

本発明のコークス炉燃焼室の耐火物ブロック積み構造は、上記本発明のコークス炉燃焼室用耐火物ブロック１１を２個１組の耐火物ブロックペア１０とし、ｎ組の耐火物ブロックペア１０をＬ字が炉長方向に同じ方向に向くように並べることでｎ個の燃焼室フリュー３を形成してなることを特徴とする。

１ 炭化室
２ 燃焼室
３ 燃焼室フリュー
４ ビンダー壁
５ ロイファー壁
６ バックステー
７ 保護板
１０ 耐火物ブロックペア
１１ 耐火物ブロック
１２ ビンダー壁部
１３ ロイファー壁部
１４ ビンダー壁端面
１５ 段差
１６ａ 一方の端部
１６ｂ 他方の端部
１７ モルタル層
１８ 高さ方向端面
２１ 凹凸嵌合部
２２ ダボ
２３ 溝
３１ 炉長方向
３２ 炉団長方向
３３ 高さ方向
３４ プッシャーサイド
３５ コークサイド
３６ 養生壁
３７ 足場
４１ ハンマー煉瓦
４２ ロイファー煉瓦
４３ ビンダー煉瓦
４４ 目地

Claims (6)

1. 炭化室と燃焼室が炉団長方向に交互に配列され、燃焼室は炉長方向に配列された燃焼室フリュー列からなるコークス炉に用いる耐火物ブロックであって、隣り合う燃焼室フリューの仕切り壁をビンダー壁、燃焼室フリューと炭化室の仕切り壁をロイファー壁と呼び、
   耐火物ブロックは燃焼室フリューのビンダー壁部とロイファー壁部が一体にＬ字型に形成され、炉団長方向に配列された際に２個の耐火物ブロックが１組の耐火物ブロックペアをなし、ｎ組の耐火物ブロックペアを炉長方向に並べることでｎ個の燃焼室フリューが形成され、
   耐火物ブロックは非焼成耐火物からなることを特徴とするコークス炉燃焼室用耐火物ブロック。
   ただし、ｎは１以上の整数である。
2. 耐火物ブロックのビンダー壁端面であって水平方向に隣接する耐火物ブロックと接触する端面は、炉長方向一方の端部と他方の端部が、炉団長方向に位置が異なる段差を有していることを特徴とする請求項１に記載のコークス炉燃焼室用耐火物ブロック。
3. コークス炉高さ方向の高さが２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉燃焼室用耐火物ブロック。
4. コークス炉高さ方向端面は、一方の端面に凸型のダボを有し、他方の端面に凹型の溝を有する凹凸嵌合部を形成していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のコークス炉燃焼室用耐火物ブロック。
5. 不定形耐火物の骨材として溶融シリカを９０質量％以上含有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のコークス炉燃焼室用耐火物ブロック。
6. 請求項１乃至５のいずれか１項に記載のコークス炉燃焼室用耐火物ブロックを２個１組の耐火物ブロックペアとし、ｎ組の耐火物ブロックペアをＬ字が炉長方向に同じ方向に向くように並べることでｎ個の燃焼室フリューを形成してなることを特徴とするコークス炉燃焼室の耐火物ブロック積み構造。
   ただし、ｎは１以上の整数である。

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