JP6926936B2 - 炉壁の補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、加熱炉の炉壁の補修方法に関する。

鉄鋼業では、鋼片を加熱する加熱炉の断熱性を向上させるため、加熱炉の側壁や天井の内面にセラミックファイバーブロックを碁盤目状に並べて設置することが一般的に行われている。例えば、特許文献１には、セラミックファイバーを葛折り状に折りたたんでなる直方体のブロック体と、このブロック体に装着された取付金具とを有するセラミックファイバーブロックが開示されている。

セラミックファイバーブロックを加熱炉で長期間使用していると、炉内で発生するスケール（ＦｅＯ、Ｆｅ_２Ｏ_３）とセラミックファイバーが反応し、セラミックファイバーが損耗する。損耗が進んだセラミックファイバーブロックは新品と交換されるが、セラミックファイバーブロックの交換には多くの手間と時間がかかるという問題がある。
一方、損耗が進んだセラミックファイバーブロックの補修方法として補修材を吹き付けたり鏝塗りする方法が知られているが、補修材は水分を多く含むため、自重や昇熱時の収縮により補修材が脱落するという課題がある。

そこで、特許文献２では、損傷したセラミックファイバーブロックの表面にセラミックファイバーブランケットを覆い被せ、セラミックファイバーブランケットの稼働面からセラミックファイバーブロックの内部まで差し込み穴を形成し、差し込み穴に耐熱無機接着剤を注入した後、耐熱ピンを差し込み穴に差し込んでセラミックファイバーブランケットをセラミックファイバーブロックの表面に固定する補修方法が開示されている。
また、特許文献３では、セラミックファイバーブロックの損傷部の上からセラミックファイバーブランケットを被せ、セラミックファイバーブランケットを厚み方向で貫通するように、セラミックファイバーブロックとセラミックファイバーブランケットとをセラミックファイバー製ロープで縫合する補修方法が開示されている。

特開２００７−２７８５９０号公報 特開２０１５−４０６４２号公報 特開２００５−５５０１０号公報

特許文献２記載の補修方法は、セラミックファイバーブロックを交換する必要がないため、手間が少なく、セラミックファイバーブロックを効率よく補修することが可能であるが、耐熱ピンが脱落する場合があった。セラミックファイバーブロックが繊維で構成されているため、耐熱無機接着剤の接着効果が低いことが考えられる。
また、特許文献３記載の補修方法もセラミックファイバーブロックを交換する必要がないが、セラミックファイバー製ロープがスケールによって損傷し、セラミックファイバーブランケットが脱落する。そのため、補修効果が低く、セラミックファイバーブロックの寿命を延長することが難しい。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、セラミックファイバーブロックの稼働面を覆うセラミックファイバーブランケットの脱落を大幅に低減して、セラミックファイバーブロックの耐用性を従来に比べて向上させることが可能な炉壁の補修方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、セラミックファイバーブランケットＡを積層したセラミックファイバーブロックが炉内壁上に碁盤目状に配設された炉壁の補修方法であって、
前記セラミックファイバーブランケットＡの積層方向は前記炉内壁の面に沿っており、
前記セラミックファイバーブロックの稼働面をセラミックファイバーブランケットＢで覆う工程と、前記セラミックファイバーブランケットＢの稼働面側から前記セラミックファイバーブロックの内部に向けて棒状締結部材を挿入する工程とを有し、
前記棒状締結部材は、円相当直径が１ｍｍ以上かつ前記セラミックファイバーブランケットＡの積層前厚さの０．２倍以上２．０倍以下である胴部を有し、
前記セラミックファイバーブロックに挿入された前記棒状締結部材の胴部の最深位置を、前記セラミックファイバーブロックの稼働面から３０ｍｍ以上とすることを特徴としている（但し、前記棒状締結部材を挿入する工程において、前記棒状締結部材を挿入する差し込み穴を形成して接着剤を注入した後に前記棒状締結部材を挿入する場合を除く）。

本発明では、セラミックファイバーブランケットＢ及びセラミックファイバーブロックに棒状締結部材用の差し込み穴を形成することをせず、セラミックファイバーブランケットＢ及びセラミックファイバーブロックに棒状締結部材を差し込み、棒状締結部材の胴部の周面に作用する摩擦力でセラミックファイバーブランケットＢを保持する。棒状締結部材の胴部の円相当直径と挿入深さを規定することにより、セラミックファイバーブランケットＢを保持するのに必要な摩擦力を確保する。

また、本発明に係る炉壁の補修方法では、前記炉内壁に対して前記棒状締結部材を傾斜させて前記セラミックファイバーブロックに挿入してもよい。これにより、棒状締結部材がより抜けにくくなる。

また、本発明に係る炉壁の補修方法では、前記棒状締結部材の表面に突起部が形成されていてもよい。これにより、棒状締結部材がより抜けにくくなる。

また、本発明に係る炉壁の補修方法では、前記棒状締結部材の表面に形成された突起部が螺旋状の突条部であってもよい。これにより、セラミックファイバーブロックの内部に棒状締結部材を手でねじ込みながら挿入することが可能となるため、より補修工期を短縮することができる。

また、本発明に係る炉壁の補修方法では、前記セラミックファイバーブランケットＢの端部を、前記セラミックファイバーブロックの背面と前記炉内壁とで挟み止めしてもよい。これにより、セラミックファイバーブランケットＢの四隅からの捲れがなくなり、補修効果がさらに安定する。

本発明に係る炉壁の補修方法では、棒状締結部材の胴部の周面に作用する摩擦力でセラミックファイバーブランケットＢを保持するので、棒状締結部材が抜けにくく、セラミックファイバーブランケットＢの脱落が大幅に低減し、従来に比べてセラミックファイバーブロックの耐用性を向上させることができる。

セラミックファイバーブロックの固定方法を説明するための分解斜視図である。 本発明の第１の実施の形態に係る炉壁の補修方法が実施された炉壁の断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る炉壁の補修方法が実施された炉壁の断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る炉壁の補修方法が実施された炉壁の断面図である。 本発明の第４の実施の形態に係る炉壁の補修方法が実施された炉壁の断面図である。 （Ａ）は本発明の第５の実施の形態に係る炉壁の補修方法を説明するための模式図、（Ｂ）はその変形例を示した模式図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

加熱炉の側壁や天井といった炉壁の内面（炉内壁）には、セラミックファイバーブロックが碁盤目状に並べて設置されている。セラミックファイバーブロック１０は、図１に示すように、セラミックファイバーからなるブロック体１１と、セラミックファイバーブロック１０を炉壁１３の内面に固定するための支持金物１６と、支持金物１６をブロック体１１に装着するためのビーム材１７とから概略構成されている。

ブロック体１１は、シート状のセラミックファイバーブランケットＡ１２を積層して直方体状としたものであり、ブロック体１１の一辺の長さは１００ｍｍ〜６００ｍｍ程度とされている。本実施の形態では、帯状のセラミックファイバーブランケットＡ１２を葛折り状に折りたたんでブロック体１１としている。

支持金物１６をブロック体１１に装着するためのビーム材１７は、概略逆Ｔ字状とされ、ビーム本体の中央部に設けられた帯板状のタブ（図示省略）がブロック体１１から突出した状態でビーム本体がブロック体１１の折り目部内（谷折り部）に挿入されている。支持金物１６に形成されたスリット１６ａに、ブロック体１１から突出するタブを挿入して折り曲げることで、ビーム材１７を介して支持金物１６がブロック体１１に固定される。

炉壁１３は、鉄皮１４と、鉄皮１４の内面にライニングされた断熱キャスタブル１５から構成されている。セラミックファイバーブロック１０を炉壁１３へ固定する際は以下の手順で行う（図１参照）。
先ず、ボルト１８ａが取付けられたクリップ１８を、セラミックファイバーブロック１０の支持金物１６に装着する。次いで、セラミックファイバーブロック１０を断熱キャスタブル１５に押し当て、支持金物１６に装着されたクリップ１８のボルト１８ａを、炉壁１３に形成されたボルト孔１３ａに挿入させる。そして、鉄皮１４の外面に露出しているボルト１８ａにワッシャー１９ｂを取付け、ナット１９ａを螺合してセラミックファイバーブロック１０を炉壁１３の内面に固定する。

次に、上記構成を有する炉壁１３の補修方法について説明する。
［本発明の第１の実施の形態に係る炉壁の補修方法］
本実施の形態に係る炉壁の補修方法は、損耗したセラミックファイバーブロック１０ａの稼働面をセラミックファイバーブランケットＢ２０で覆う工程と、セラミックファイバーブランケットＢ２０の稼働面側からセラミックファイバーブロック１０ａの内部に向けて棒状締結部材２１を挿入する（差し込む）工程とを有している（図２参照）。

棒状締結部材２１は、先端に向けて縮径する先端部２１ａと、円相当直径が１ｍｍ以上かつセラミックファイバーブランケットＡ１２の積層前厚さ（２５ｍｍ程度）の０．２倍以上２．０倍以下である胴部２１ｂと、胴部２１ｂより大径とされた頭部２１ｃとから構成されている。セラミックファイバーブランケットＢ２０及びセラミックファイバーブロック１０ａに棒状締結部材２１を挿入しやすいように、棒状締結部材２１の先端部２１ａはテーパー状とされている。
棒状締結部材２１の材質はセラミックスもしくはステンレスなどの耐熱金属である。

また、セラミックファイバーブロック１０ａに挿入された棒状締結部材２１の胴部２１ｂの最深位置は、セラミックファイバーブロック１０ａの稼働面から３０ｍｍ以上の深さとする。
なお、棒状締結部材２１の先端部２１ａは、円相当直径が１ｍｍ以上かつセラミックファイバーブランケットＡ１２の積層前厚さの０．２倍以上２．０倍以下の要件を満足しないので、セラミックファイバーブロック１０ａの稼働面からの深さに含まれない。

棒状締結部材２１の胴部２１ｂの円相当直径が１ｍｍ未満であると、棒状締結部材２１がセラミックス製の場合、棒状締結部材２１をセラミックファイバーブロック１０ａに差し込む際に、棒状締結部材２１の頭部２１ｃを工具で叩くと、棒状締結部材２１が折損しやすい。また、棒状締結部材２１が耐熱金属製の場合、操業中に損傷する。その結果、セラミックファイバーブランケットＢ２０が脱落して耐用性の向上が望めない。

また、棒状締結部材２１の胴部２１ｂの円相当直径が、セラミックファイバーブランケットＡ１２の積層前厚さの０．２倍未満の場合、棒状締結部材２１とセラミックファイバーブロック１０ａとの摩擦抵抗が小さいため、セラミックファイバーブランケットＢ２０の保持力が不足してセラミックファイバーブランケットＢ２０の脱落につながり、セラミックファイバーブロック１０ａの補修効果が低下する。
一方、棒状締結部材２１の胴部２１ｂの円相当直径が、セラミックファイバーブランケットＡ１２の積層前厚さの２．０倍より大きい棒状締結部材２１をセラミックファイバーブロック１０ａに差し込むと、棒状締結部材２１とセラミックファイバーブロック１０ａとの境界に生じる隙間が大きくなり、そこからスケールが侵入してセラミックファイバーブロック１０ａの損傷が拡大する。

スケールで損傷したセラミックファイバーブロック１０ａのスケール浸潤深さは約１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度（約1年稼働）である。スケール浸潤領域ではセラミックファイバーブロック１０ａの弾性力が失われているため、棒状締結部材２１を差し込んでも摩擦力が弱く、セラミックファイバーブランケットＢ２０の保持が困難である。棒状締結部材２１の胴部２１ｂの最深位置を、セラミックファイバーブロック１０ａの稼働面から３０ｍｍ以上とすることで、棒状締結部材２１の胴部２１ｂがセラミックファイバーブロック１０ａの健全領域に到達し、セラミックファイバーブランケットＢ２０を保持することが可能となる。なお、補修時におけるセラミックファイバーブロック１０ａの厚さは、例えば４０ｍｍ以上、上限は施工直後の厚さから１０ｍｍ損耗した厚さ程度である。

棒状締結部材２１の本数は、１個のセラミックファイバーブロック１０ａに対して１本程度とし、セラミックファイバーブロック１０ａの稼働面中央部に挿入する。

［本発明の第２の実施の形態に係る炉壁の補修方法］
第２の実施の形態に係る炉壁の補修方法では、炉壁１３の内面に対して棒状締結部材２２を傾斜させてセラミックファイバーブロック１０ａに挿入する点が第１の実施の形態に係る炉壁の補修方法と異なる（図３参照）。炉壁１３の内面に垂直な仮想線２５と棒状締結部材２２の軸線２６とがなす角度αは３０°〜６０°が好ましい。

なお、セラミックファイバーブロック１０ａに挿入された棒状締結部材２２の胴部２２ｂの最深位置は、図３に示すように、セラミックファイバーブロック１０ａの稼働面に対して垂直方向に３０ｍｍ以上離れた位置とする。

［本発明の第３の実施の形態に係る炉壁の補修方法］
第３の実施の形態に係る炉壁の補修方法では、棒状締結部材２３の表面に突起部２７が形成されている点が第１の実施の形態に係る炉壁の補修方法と異なる（図４参照）。
突起部２７は棒状締結部材２３の先端部に形成され、先端に向けて縮径する円錐台状とされている。なお、棒状締結部材２３の先端部ではなく、胴部に突起部２７を形成しても良く、また突起部２７の形状も円錐台状に限るものではない。

［本発明の第４の実施の形態に係る炉壁の補修方法］
第４の実施の形態に係る炉壁の補修方法では、棒状締結部材２４の表面に形成された突起部が螺旋状の突条部２８である点が第３の実施の形態に係る炉壁の補修方法と異なる（図５参照）。具体的には、棒状締結部材２４の先端部から胴部にかけて、その表面に螺旋状の突条部２８が形成されている。

［本発明の第５の実施の形態に係る炉壁の補修方法］
本実施の形態では、損耗したセラミックファイバーブロック１０ａ（Ｘ方向に４列、Ｙ方向に２列）を挟み込むように、Ｘ方向両サイドに新品のセラミックファイバーブロック１０ｂ（Ｙ方向に２列）をそれぞれ配置する。

図６（Ａ）の例では、損耗したセラミックファイバーブロック１０ａの稼働面と新品のセラミックファイバーブロック１０ｂの稼働面とを包み込むようにセラミックファイバーブランケットＢ２０を配置し、セラミックファイバーブランケットＢ２０の端部を、新品のセラミックファイバーブロック１０ｂの背面と炉壁１３の内面（断熱キャスタブル１５）とで挟み止めする。また、セラミックファイバーブランケットＢ２０の稼働面側から損耗したセラミックファイバーブロック１０ａ及び新品のセラミックファイバーブロック１０ｂの内部に向けて棒状締結部材２２を挿入する。
Ｙ方向から見たセラミックファイバーブランケットＢ２０の配置形状は概ねＣ字状となる。

また、図６（Ｂ）の例では、損耗したセラミックファイバーブロック１０ａの稼働面のみをセラミックファイバーブランケットＢ２０で覆うと共に、セラミックファイバーブロック１０ａと新品のセラミックファイバーブロック１０ｂの境界にセラミックファイバーブランケットＢ２０を挿入し、セラミックファイバーブランケットＢ２０の端部を、新品のセラミックファイバーブロック１０ｂの背面と炉壁１３の内面（断熱キャスタブル１５）とで挟み止めする。また、セラミックファイバーブランケットＢ２０の稼働面側から損耗したセラミックファイバーブロック１０ａの内部に向けて棒状締結部材２２を挿入する。
Ｙ方向から見たセラミックファイバーブランケットＢ２０の配置形状は概ね逆ハット状となる。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲内であれば種々の変更や上記実施の形態の組み合わせを施してもよい。例えば、突起部や突条部が形成された棒状締結部材を炉内壁に対して傾斜させてセラミックファイバーブロックに挿入してもよい。
なお、上記実施の形態では、セラミックファイバーブロックを鉄皮に固定する方式を炉外ナット方式としているが、炉内ナット方式としてもよい。

本発明の効果について検証するために実施した検証試験について説明する。
検証試験には、２５ｍｍ厚の帯状のセラミックファイバーブランケットＡを葛折り状に折りたたんだセラミックファイバーブロック（折り目方向：３００ｍｍ×幅方向：３００ｍｍ×厚さ：２５０ｍｍ）を加熱炉の天井に設置して使用した。

検証試験に使用したセラミックファイバーブロックの実装評価は以下のようにして行った。
（１）補修前のセラミックファイバーブロックを抜き取って残厚（Ｘｍｍ）を測定した。
（２）セラミックファイバーブロックの補修を実施した後、炉内雰囲気温度約１３００℃下で約１．５年操業した。なお、補修に使用したセラミックファイバーブランケットＢの厚さは２５ｍｍである。
（３）オフラインでセラミックファイバーブロックを抜き取って残厚（Ｙｍｍ）を測定した。
（４）補修前のセラミックファイバーブロックの残厚Ｘ−補修後のセラミックファイバーブロックの残厚Ｙを、セラミックファイバーブロック稼働面の損耗量とした。

試験結果の一覧を表１に示す。なお、実施例５及び６における棒状締結部材は第３の実施の形態で説明したものと同じ形状の棒状締結部材である。その際、胴部の直径に対する突起部の最大直径は１．５倍とした。

検証試験より明らかとなった事項を以下に列記する。
・セラミックファイバーブロック稼働面の損耗量は、実施例は全て１５ｍｍ以下であったが、比較例は全て１５ｍｍ超であった。
・炉内壁に対して棒状締結部材を傾斜させてセラミックファイバーブロックに挿入すると、セラミックファイバーブロック稼働面の損耗量が低下し（実施例２と４の比較）、棒状締結部材の表面に突起部を設けると、さらに損耗量が低下する（実施例４と６の比較）。

・螺旋状の突条部を有する棒状締結部材を使用すると、セラミックファイバーブランケットＢの施工期間を短縮することができる（実施例７、８、１０）。
・螺旋状の突条部を有する棒状締結部材を炉内壁に対して傾斜させてセラミックファイバーブロックに挿入すると共に、セラミックファイバーブランケットＢの端部を、セラミックファイバーブロックの背面と炉内壁とで挟み止めしたケースが、セラミックファイバーブロック稼働面の損耗量が最も少なかった（実施例１０）。

１０、１０ａ、１０ｂ：セラミックファイバーブロック、１１：ブロック体、１２：セラミックファイバーブランケットＡ、１３：炉壁、１３ａ：ボルト孔、１４：鉄皮、１５：断熱キャスタブル、１６：支持金物、１６ａ：スリット、１７：ビーム材、１８：クリップ、１８ａ：ボルト、１９ａ：ナット、１９ｂ：ワッシャー、２０：セラミックファイバーブランケットＢ、２１、２２、２３、２４：棒状締結部材、２１ａ：先端部、２１ｂ、２２ｂ：胴部、２１ｃ：頭部、２５：仮想線、２６：軸線、２７：突起部、２８：突条部

Claims (5)

1. セラミックファイバーブランケットＡを積層したセラミックファイバーブロックが炉内壁上に碁盤目状に配設された炉壁の補修方法であって、
   前記セラミックファイバーブランケットＡの積層方向は前記炉内壁の面に沿っており、
   前記セラミックファイバーブロックの稼働面をセラミックファイバーブランケットＢで覆う工程と、前記セラミックファイバーブランケットＢの稼働面側から前記セラミックファイバーブロックの内部に向けて棒状締結部材を挿入する工程とを有し、
   前記棒状締結部材は、円相当直径が１ｍｍ以上かつ前記セラミックファイバーブランケットＡの積層前厚さの０．２倍以上２．０倍以下である胴部を有し、
   前記セラミックファイバーブロックに挿入された前記棒状締結部材の胴部の最深位置を、前記セラミックファイバーブロックの稼働面から３０ｍｍ以上とすることを特徴とする炉壁の補修方法（但し、前記棒状締結部材を挿入する工程において、前記棒状締結部材を挿入する差し込み穴を形成して接着剤を注入した後に前記棒状締結部材を挿入する場合を除く）。
2. 請求項１記載の炉壁の補修方法において、前記炉内壁に対して前記棒状締結部材を傾斜させて前記セラミックファイバーブロックに挿入することを特徴とする炉壁の補修方法。
3. 請求項１又は２記載の炉壁の補修方法において、前記棒状締結部材の表面に突起部が形成されていることを特徴とする炉壁の補修方法。
4. 請求項３記載の炉壁の補修方法において、前記棒状締結部材の表面に形成された突起部が螺旋状の突条部であることを特徴とする炉壁の補修方法。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の炉壁の補修方法において、前記セラミックファイバーブランケットＢの端部を、前記セラミックファイバーブロックの背面と前記炉内壁とで挟み止めしたことを特徴とする炉壁の補修方法。

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