JPH1150057A

JPH1150057A - コークス炉の炉壁の補修方法

Info

Publication number: JPH1150057A
Application number: JP9210433A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Nishio; 浩明西尾
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1997-08-05
Filing date: 1997-08-05
Publication date: 1999-02-23
Anticipated expiration: 2017-08-05
Also published as: JP3564956B2

Abstract

(57)【要約】【課題】補修層が通気性を有しており、表面に凹凸が
多い。このため、乾留時に発生するピッチの蒸気が石炭
とともに補修層の気孔へ進入して熱分解し、カーボン、
灰分を蓄積させ、ここを起点にしてカーボンの付着成長
が起こり、凹凸が増加する。【解決手段】稼働中のコークス炉の炉壁の補修方法で
あって、平均組成でＳｉＯ₂を４０〜９５ｗｔ％、Ｂ₂
Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの中から選ばれた酸化物を合計
で５〜３０ｗｔ％含有するセラミックシート１を、空窯
になった際の高温の炉壁３０の表面に加圧密着させる。
セラミックシート１の炉壁３０表面への加圧密着はロー
ラー１２で転圧することにより行う。セラミックシート
１はセラミッククロスによりなるものであってもよく、
セラミッククロスとこのセラミッククロスに担持させた
セラミック粉末で形成されたものであってもよい。面積
当りの質量は２００ｇ／ｍ²以上のものであるのがよ
い。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はコークス炉の炉壁の
補修方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】コークス炉は石炭を乾留してコークスを
製造する炉である。この炉では、石炭を装入する炭化室
と加熱ガスを発生させる燃焼室が炉壁を介して交互に配
置されている。石炭の乾留に際しては、まず、常温の石
炭が炭化室の上部に設けられた装入口から装入される。
この常温の石炭の装入によって、炭化室側の炉壁が冷却
されるが、燃焼室側から炉壁を通じて炭化室側へ熱が伝
わり、炭化室側は再び昇温し、石炭に熱が伝えられる。
そして、石炭の熱分解が起こり、乾留が進行する。乾留
が終了すると、押し出し機側とコークス側の蓋が外され
高温のコークスが押出機によりコークス側へ排出され
る。このようなプロセスの繰り返しにより、炉壁の加熱
と冷却が繰り返される。

【０００３】炉壁は、通常、厚さが５０〜１５０ｍｍ
で、珪石煉瓦が使用されている。この珪石煉瓦はクリス
トバライトとトリジマイトを主構成結晶相とし、１８〜
２２％の開気孔を有している。炉壁は加熱、冷却の繰り
返しにより、煉瓦間の目地や煉瓦本体に亀裂が発生す
る。これらの損傷が炭化室側から燃焼室側に進展して炉
壁を貫通した状態になると、芳香族炭化水素を含む乾留
ガスが炭化室から燃焼室へ漏洩するので、石炭の乾留は
困難になる。また、炭化室側の壁面には、熱的スポーリ
ング、コークス押し出しによる機械的な磨耗、カーボン
の付着成長等による凹凸が発生する。この凹凸が大きく
なると、コークスを押し出す際の圧力が過大になって炉
壁煉瓦に割れが発生し、破片が脱落する。そして、凹凸
がさらに大きくなる。このため、押し出し機にかかる押
圧が上昇し、状況によってはコークスの押し出しが不能
になりコークスの生産に支障を来す。このため、炉壁の
補修が行われる。

【０００４】補修については、幾つかの方法が知られて
いる。その一つとして、空にした炭化室へ焼結性の耐火
物粉末を気流輸送し、貫通亀裂部の閉塞を図るドライシ
ール法が知られている。この方法による場合、一時的に
ガス漏れを減少させることは可能であるが、その効果を
長続きさせることはできない。これは、貫通亀裂部を閉
塞させた耐火物粉末が焼結した際に収縮するので、再び
空隙が発生することは避けられず、この部位からガスが
流通して、焼結片が飛散し、再び亀裂が拡大する。ま
た、施工時に粉末が貫通亀裂部を通って反対側の燃焼室
まで到達し、堆積すると、別の問題が生じる。すなわ
ち、燃焼室から粉末を除去することは困難であり、これ
を放置すると、燃焼空間が狭まり、燃焼性能が低下す
る。

【０００５】また、他の補修方法として、湿式吹き付け
法が知られている。この方法は耐火性粉末に無機バイン
ダーと水を加えて混合し、損傷部に吹き付ける方法であ
る。

【０００６】また、さらに、他の補修方法としては、溶
射法が知られており、この溶射法には、耐火物粉末を酸
素一燃料ガスからなる火炎中に投入する火炎溶射法によ
る方法（特公平３−９８１５）、あるいは耐火物粉末に
金属粉末を混合して炉内に噴射し、金属の燃焼によって
火炎を形成するテルミット反応法による方法（特公昭６
２−１５５０８）などがある。

【０００７】また、さらに、他の補修方法としては、溶
射法が知られている。この方法は耐火物粉末を酸素一燃
料ガスからなる火炎中に投入する火炎溶射法（特公平３
−９８１５）、あるいは耐火物粉末に金属粉末を混合し
て炉内に噴射し、金属の燃焼によって火炎を形成するテ
ルミット反応法（特公昭６２−１５５０８）によるもの
である。

【０００８】これらの方法は材料を半溶融または溶融状
態にして炉壁の損傷部位に接着させるものである。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】湿式吹き付け法や溶射
法により得られる補修層は通気性を有しており、また、
表面に凹凸が多い。このため、石炭の乾留の過程で発生
するピッチの蒸気が石炭とともに補修層の気孔へ進入し
て熱分解し、カーボン、灰分を蓄積させ、ここを起点に
してカーボンの付着成長が起こり、凹凸が増加する。こ
の現象は炉壁煉瓦と補修層に共通して見られる。すなわ
ち、これは両者に共通した問題点である。

【００１０】また、前記のドライシール法、湿式吹き付
け法、溶射法においては、補修に使用した耐火材料の一
部が飛散して炉底に溜まり損失となる。このようなリバ
ウンドロスが不可避であると言う問題点もある。

【００１１】本発明は、緻密で開気孔がなく、かつ平滑
な補修面を形成することできるコークス炉の炉壁の補修
方法を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、請求項１に記載の発明は、稼働中のコークス炉の炉
壁の補修方法であって、空窯になった際の高温の炉壁の
表面に、平均組成でＳｉＯ₂を４０〜９５ｗｔ％、Ｂ₂
Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの中から選ばれた酸化物を合計
で５〜３０ｗｔ％含有するセラミックシートを加圧密着
させることを特徴としている。

【００１３】請求項２に記載の発明は、請求項１の発明
において、セラミックシートを炉壁表面に接触させ、こ
のセラミックシートをローラーで転圧することにより炉
壁の表面に加圧密着させることを特徴としている。

【００１４】請求項３に記載の発明は、請求項１または
請求項２の発明において、セラミックシートがセラミッ
ククロスにより形成されたものであることを特徴として
いる。

【００１５】請求項４に記載の発明は、請求項１または
請求項２の発明において、セラミックシートがセラミッ
ククロスとこのセラミッククロスに担持させたセラミッ
ク粉末で形成されたものであることを特徴としている。

【００１６】請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求
項４の何れかの発明において、セラミックシートが面積
当りの質量が２００ｇ／ｍ²以上のものであることを特
徴としている。

【００１７】上記の組成を有するセラミックシートを使
用すると、このセラミックシートは、炉壁に加圧密着さ
せた際に、破断することなく炉壁表面の形状に合わせて
変形する。加圧密着したセラミックシートは、炉壁との
接触部位から急速に加熱されて軟化し、溶融して溶融物
となり、この過程で溶融物が炉壁表面の凸部から凹部へ
流れ込み凹部を埋める。次いで、溶融物から揮発成分が
気化して放散し、残留物の融点が上昇して固化する。そ
して、炉壁表面に開気孔の殆どない平滑な膜（表層膜）
が形成される。なお、上記セラミックシートが溶融する
段階で、溶融物の一部が珪石煉瓦または補修層からなる
炉壁の気孔に浸透する。この浸透層は炉壁耐火物自体を
強化するとともに、上記表層膜と炉壁耐火物との接合を
強化する。

【００１８】セラミックシートの主成分をＳｉＯ₂とす
ることにより、溶融した際に、煉瓦の珪石あるいはＳｉ
Ｏ₂を主成分とする補修層と良く濡れ、良好の浸透層が
形成される。また、セラミックシートの主成分をＳｉＯ
₂とすることにより、ＳｉＯ ₂を主体とした結晶相から
なる表層膜が形成されるので、表層膜の熱膨張特性を珪
石および補修層に近づけることができ、熱膨張差に基づ
く表層膜の亀裂や剥離を防止できる。このような観点か
ら、セラミックシートのＳｉＯ₂含有率は４０ｗｔ％以
上であることが望ましい。

【００１９】ところで、コークス炉の炉壁は燃焼室側か
ら加熱されて炭化室側では９００から１３００℃の温度
になるので、セラミックシートはこの温度で溶融するも
のでなければならない。このため、融点降下物質を添加
し、ＳｉＯ₂の融点を下げる必要がある。融点降下物質
としては、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏが挙げられ、こ
れらの中から選ばれた酸化物を合計で５〜３０ｗｔ％含
有させることによって、上記温度範囲でセラミックシー
トを溶融させることができる。このように、５〜３０ｗ
ｔ％の融点降下物質を含有させる必要があるので、セラ
ミックシートのＳｉＯ₂の含有率は９５ｗｔ％以下とす
る。

【００２０】上記成分以外に、組成については特に制約
されないが、必要があれば、Ａｌ₂Ｏ₃，ＣａＯ，Ｍｇ
Ｏ，ＺｒＯ₂，ＴｉＯ₂等の酸化物を加えて溶融物の粘
度を調節してもよい。また、Ａｌ，Ｓｉ等の金属を添加
し、これらの金属の酸化発熱によって溶融物の粘度を調
節してもよい。粘度を調節するのは、粘度が低過ぎると
溶融物が過度に炉壁に浸透し、表層膜の形成が困難にな
るからである。また、粘度が高過ぎると、逆に浸透が不
足し、表層膜の接着強度が不十分となるからである。

【００２１】また、セラミックシートの面積当りの質量
は２００ｇ／ｍ²以上とすることが望ましい。２００ｇ
／ｍ²未満では、セラミックシートが溶融して炉壁の凹
部を埋める際に、その溶融物の量が不足し、平滑な膜を
形成することが困難となる。

【００２２】セラミックシートはセラミッククロスによ
りなるものであってもよい。セラミッククロスとして
は、上記組成範囲のセラミック繊維を織ったものを用い
る。セラミック繊維は非晶質のガラス繊維であっても、
結晶質の繊維であってもよい。セラミック繊維の太さに
ついては特に制約されない。また、織り方については、
平織り、綾織り、朱子織り等、何れであってもよい。

【００２３】セラミックシートはセラミッククロスとこ
のセラミッククロスに担持させたセラミック粉末で形成
されたものであってもよい。セラミック粉末としては、
珪砂、ろう石等の天然鉱物を主成分とし、これに上記融
点降下成分を添加したものであってもよい。また、セラ
ミック粉末としては、Ｅ−グラス組成、Ｃ−グラス組成
のカレットを使用することもできる。

【００２４】また、セラミックシートの形成に際して
は、上記セラミック粉末に有機バインダーと水を添加し
てスラリーとし、このスラリーをセラミッククロスに塗
布し、乾燥してもよい。また、セラミッククロスをキャ
リアシートとし、ドクターブレード法により上記スラリ
ーをシート状に形成し、乾燥してもよい。さらに、セラ
ミックシートの形成に際しては、平均組成が上記範囲に
なるように調整される。

【００２５】セラミックシートを炉壁表面に加圧密着さ
せる方法については、特に制約されものではなく、例え
ば、平板を押し付けて加圧密着させたり、ローラーを押
し付けてこれを転動させて加圧密着させもよい。

【００２６】ローラーによりセラミックシートを加圧密
着させる方法は、炉壁表面に沿ってローラーを移動させ
るだけで均一に加圧することができるので、より好まし
い方法である。このローラーによる方法は、ローラーが
１段であってもよく、複数段であってもよい。ローラー
が複数段の場合には、まず、１段目のローラーでセラミ
ックシートを炉壁に密着させる。このセラミックシート
が溶融して発泡し、次いで、気泡が抜けて開気孔がある
溶融膜ができ後、この溶融膜が固化する前に２段目以降
のローラーで加圧して開気孔を潰し、緻密な表層膜を形
成させる。また、ローラーが１段であっても、１段目の
ローラーを時間をおいて往復させることにより複数段の
機能を果たさせてもよい。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は本発明において使用するセ
ラミックシートの一例を示す断面図である。このセラミ
ックシートはガラスクロス２とセラミック粉末層３によ
り構成されている。このセラミックシートの具体的な構
成例およびその製造方法を挙げれば、次のごとくであ
る。ガラスクロス２としては、主要成分がＳｉＯ₂５４
ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃１５ｗｔ％、ＣａＯ２０ｗｔ％、Ｍ
ｇＯ３ｗｔ％、Ｋ₂Ｏ１ｗｔ％であるガラス繊維を平織
りにしたもので、面積当りの質量が３４０ｇ／ｍ²、厚
さが０．５ｍｍのものを使用した。このガラスクロス２
をキャリアシートとして、ドクターブレード法により、
厚さ２ｍｍのセラミック粉末層３を形成した。セラミッ
ク粉末としては、２００メッシュ以下のろう石で、主要
成分がＳｉＯ₂７５ｗｔ％、Ａｌ₂Ｏ₃１５ｗｔ％、Ｋ
₂Ｏ８ｗｔ％のものを使用した。バインダーとしては、
メチルセルロースを使用し、セラミック粉末に対して３
ｗｔ％を水溶液にして添加した。そして、成形した後、
乾燥し、可塑性のあるセラミック粉末層３とガラスクロ
ス２からなるセラミックシートを得た。このセラミック
シートのセラミック成分の質量は１８００ｇ／ｍ²であ
った。

【００２８】図２は本発明によりコークス炉の炉壁にセ
ラミックシートが加圧されて密着する状態を示す断面図
である。ローラーを備えた補修装置を使用する場合、セ
ラミックシートは次のようにして加圧密着される。ま
ず、セラミックスシート１をコークス炉の炉壁３０の炭
化室側の表面に接触させる。ローラー１２でセラミック
シート１を炉壁３０に押し付けつつ、ローラー１２を転
動させて押し付ける位置を連続的に移動させる。このよ
うにして、セラミックシート１を炉壁３０の表面の凹凸
を転写するように変形させ、炉壁に密着させる。セラミ
ックシート１は炉壁３０から受熱して軟化し、容易に密
着する。この際、凸部と接触していたする部分が凹部へ
移動し、加圧面は平滑になる。そして、図３に示すよう
に、加圧されたセラミックスシートは炉壁３０の凹凸を
均し、平滑な表層膜４となる。

【００２９】表層膜４はさらに加熱されて溶融し、粘度
が低下して、炉壁３０との接触界面においては溶融物の
一部が炉壁中へ浸透する。また、加圧密着されたセラミ
ックスシートにおいては、添加された融点降下剤の一部
が気化して表層膜４が発泡し、気化物質は表層膜４の表
面から抜ける。この発泡が繰り返される間に、融点が上
昇し、溶融物は固化する。このようにして、炉壁３０に
根を張った平滑な表層膜４が形成される。

【００３０】図４はセラミックシートをコークス炉の炉
壁に加圧密着させる装置を示す図である。（ａ）図は炭
化室内へ補修装置を挿入した状態を示す横断面図、
（ｂ）図は炭化室内へ補修装置を挿入した状態を示す縦
断面図である。図４（ａ），（ｂ）において、３２ａ，
３２ｂは燃焼室、３１は炉壁３０ａ，３０ｂによって区
画された炭化室、２０はコークスの押し出し機、１０は
押し出し機に取り付ける補修装置である。

【００３１】補修装置１０は、補修を開始する際に、押
し出し機のラムヘッド２１の先端に取り付けるものであ
って、コイル状のセラミックシート１をセットするシー
トストッカー１１ａ，１１ｂと、セラミックシート１を
壁面に押圧するローラー１２ａ，１２ｂと、セラミック
シート１の端を固定するピンチ１３ａ，１３ｂとからな
る。

【００３２】炉壁の補修に際しては、押し出し機側とコ
ークス側の炉蓋を外し、窯出しして炭化室３１を空窯の
状態にした後、まず、シートストッカー１１ａ，１１ｂ
およびローラー１２ａ，１２ｂをコークスの押し出し機
のラムヘッド２１の先端に取り付ける。ピンチ１３ａ，
１３ｂをそれぞれ炉壁３０ａ，３０ｂの炉外押し出し機
側にに取り付ける。コイル状のセラミックシート１ａ，
１ｂをそれぞれシートストッカー１１ａ，１１ｂにセッ
トし、その端部をそれぞれピンチ１２ａ，１２ｂで固定
する。

【００３３】そして、押し出し機の駆動モーター２２を
起動する。これにより、押し出し機のラムヘッド２１は
押し出し機側からコークス側に向けて移動する。ラムヘ
ッド２１の移動により、シートストッカー１１ａ，１１
ｂが回転してセラミックシート１ａ，１ｂが巻き戻さ
れ、高温の炉壁３０ａ，３０ｂの壁面に供給される。こ
のセラミックシート１ａ，１ｂは、転動するローラー１
２ａ，１２ｂにより、それぞれ炉壁３０ａ，３０ｂに押
し付けられて接着する。ラムヘッド２１がコークス側に
行き着いたところで、シートストッカー１１ａ，１１ｂ
は空になり、壁面に接着したセラミックシート１ａ，１
ｂはシートストッカー１１ａ，１１ｂから切り離された
状態になる。

【００３４】次いで、駆動モーター２２を逆回転させて
ラムヘッド２１をコークス側から押し出し機側まで戻
す。この戻りの間に、セラミックシート１ａ，１ｂは、
それぞれローラー１２ａ，１２ｂにより再度転圧され
る。この再度の転圧によって、セラミックシート１ａ，
１ｂは、内蔵されていた気泡が潰され、緻密で気孔がな
く、かつ、平滑な表層膜となる。

【００３５】

【実施例】コークス炉で２６年間使用した珪石煉瓦を採
取した。この珪石煉瓦には炭化室側の壁面に当初面から
最大３ｍｍの深さの凹部を有する凹凸があった。この炭
化室側の壁面を上にして、この面を、Ｅ−グラス（５２
〜５６ｗｔ％ＳｉＯ₂、１２〜１６ｗｔ％Ａｌ₂Ｏ₃、
１５〜２５ｗｔ％ＣａＯ、０〜６ｗｔ％ＭｇＯ、８〜１
３ｗｔ％Ｂ₂Ｏ₃、０〜１wt% （Ｎａ₂Ｏ＋Ｋ₂Ｏ））
の繊維を平織にしたものであって、質量２０１０ｇ／ｍ
²、厚さ３．０ｍｍのガラスクロスで覆い、マッフル炉
に入れた。１５℃／分の昇温速度で１１００℃まで加熱
し、１０分間保持後、内部を観察したところ、発泡状態
になったガラスクロスが珪石煉瓦の表面を覆っていた。
マッフル炉の前面扉を開けて、軟鋼製ローラーを挿入し
て転圧した後、直ちにローラーを取り出し扉を閉じた。
１０分間保持後、炉の電源を切って放冷した。このよう
な処理を施した珪石煉瓦の上面は緻密で平滑な白色の膜
により覆われていた。この表層膜には亀裂はなく、１０
０倍の顕微鏡で観察した結果では開気孔は認められなか
った。表層膜の一部を採取してＸ線回折にかけたとこ
ろ、クリストバライトとトリジマイトの結晶の存在が確
認された。

【００３６】稼働中のコークス炉の炉壁の補修をシミュ
レートした上記の実験により、平均組成でＳｉＯ₂を４
０〜９５ｗｔ％、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの中から
選ばれた酸化物を合計で５〜３０ｗｔ％含有し、かつ、
質量２００ｇ／ｍ²以上のセラミックシートを炉壁表面
に加圧密着させることにより、緻密で平滑な表層膜が得
られることがわかった。

【００３７】

【発明の効果】本発明の方法によれば、緻密で開気孔が
なく、かつ平滑な補修面を形成することできる。このた
め、コークスの押し出しが容易となり、壁面を傷めるこ
ともない。また、開気孔がないので、カーボン、灰分の
侵入がなく、カーボン、灰分が付着し難いので付着物の
成長による凹凸の増加も起こらない。従って、補修後の
平滑な壁面を維持することができ、長期にわたって安定
したコークス炉の操業が可能となる。

【００３８】また、本発明の方法によれば、ドライシー
ル法、湿式吹き付け法、溶射法等の従来技術で施工した
場合に問題となる材料のリバウンドロスが発生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明において使用するセラミックシートの一
例を示す断面図である。

【図２】本発明によりコークス炉の炉壁にセラミックシ
ートが加圧されて密着する状態を示す断面図である。

【図３】セラミックシートが炉壁に密着して平滑な表層
膜が形成された状態を示す断面図である。

【図４】セラミックシートをコークス炉の炉壁に加圧密
着させる装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂセラミックシート２ガラスクロス３セラミック粉末層４表層膜１０補修装置１１ａ，１１ｂシートストッカー１２ａ，１２ｂローラー１３ａ，１３ｂピンチ２０押し出し機２１押し出し機のラムヘッド２２押し出し機の駆動モーター

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】稼働中のコークス炉の炉壁の補修方法で
あって、空窯になった際の高温の炉壁の表面に、平均組
成でＳｉＯ₂を４０〜９５ｗｔ％、Ｂ₂Ｏ₃、Ｎａ
₂Ｏ、Ｋ₂Ｏの中から選ばれた酸化物を合計で５〜３０
ｗｔ％含有するセラミックシートを加圧密着させること
を特徴とするコークス炉の炉壁の補修方法。
【請求項２】セラミックシートを炉壁表面に接触さ
せ、このセラミックシートをローラーで転圧することに
より炉壁表面に加圧密着させることを特徴とする請求項
１に記載のコークス炉の炉壁の補修方法。
【請求項３】セラミックシートがセラミッククロスに
よりなるものであることを特徴とする請求項１または請
求項２に記載のコークス炉の炉壁の補修方法。
【請求項４】セラミックシートがセラミッククロスと
このセラミッククロスに担持させたセラミック粉末で形
成されたものであることを特徴とする請求項１または請
求項２に記載のコークス炉の炉壁の補修方法。
【請求項５】セラミックシートが面積当りの質量が２
００ｇ／ｍ²以上のものであることを特徴とする請求項
１〜請求項４の何れかに記載のコークス炉の炉壁の補修
方法。