WO2020213629A1 - コークス炉用プレキャストブロック及びこれを使用したコークス炉 - Google Patents

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WO2020213629A1
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mass
coke oven
particle size
less
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Inventor
浩 北沢
篤也 葛西
佳洋 田村
新田 法生
田中 寛人
Original Assignee
黒崎播磨株式会社
日本製鉄株式会社
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C04CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04BLIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B35/00Shaped ceramic products characterised by their composition; Ceramics compositions; Processing powders of inorganic compounds preparatory to the manufacturing of ceramic products
    • C04B35/66Monolithic refractories or refractory mortars, including those whether or not containing clay
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10BDESTRUCTIVE DISTILLATION OF CARBONACEOUS MATERIALS FOR PRODUCTION OF GAS, COKE, TAR, OR SIMILAR MATERIALS
    • C10B29/00Other details of coke ovens
    • C10B29/02Brickwork, e.g. casings, linings, walls
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00Casings; Linings; Walls; Roofs
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/16Making or repairing linings increasing the durability of linings or breaking away linings

Definitions

  • the present invention relates to a precast block preferably used in a coke oven and a coke oven using this precast block.
  • silica stone bricks have been lined and used in coke ovens.
  • silica stone bricks are used, there is a problem that it takes time to construct because it is necessary to construct a large number of bricks. Therefore, in recent years, particularly in hot repair construction, construction using a silica stone precast block, which is easier to increase in size than silica brick, is often carried out.
  • the precast block used for the wall surface of the carbonization chamber needs to have a clean surface without unevenness, and it is necessary to eliminate defects such as voids, holes, and chips due to air bubbles as much as possible.
  • Patent Document 1 the size of the coke oven block has been increased (Patent Document 1) and the coke oven construction has been mechanized and automated (Patent Document 2).
  • Patent Document 2 Normally, in the production of precast blocks, vibration is applied to degas during pouring, but if the size of the precast block becomes large, degassing during pouring becomes insufficient, and the precast blocks are prone to voids and holes due to air bubbles.
  • the precast block for coke oven is a refractory material whose main material is silica, the density of castables (slurry-like kneaded product) during pouring is lower than that of castables whose main material is alumina.
  • the problem to be solved by the present invention is to provide a precast block for a coke oven that exhibits sufficient fluidity during pouring work.
  • the particle size composition of the siliceous raw material which is the main raw material of the precast block for coke oven, particularly the particle size of the ultrafine powder having a particle size of less than 10 ⁇ m and a particle size of less than 1 ⁇ m. It was found that the composition or particle size balance has a great influence on the fluidity during casting.
  • it is a precast block for a coke oven using an amorphous silica raw material as a main raw material, and silica having a particle size of less than 10 ⁇ m in 100% by mass of a siliceous raw material containing an amorphous silica raw material.
  • A mass of the quality raw material
  • B mass of the siliceous raw material having a particle size of less than 1 ⁇ m
  • A is 15 to 19 (mass%)
  • B / A ⁇ 100 is 45.
  • Precast blocks for silica furnaces of ⁇ 85 are provided.
  • a coke oven using the precast block for the coke oven of the present invention is provided.
  • the content A of the siliceous raw material having a particle size of less than 10 ⁇ m in 100% by mass of the siliceous raw material is 15 to 19 (mass%), and further, the content A and the siliceous raw material having a particle size of less than 1 ⁇ m.
  • the ratio (B / A ⁇ 100) to the content rate B (mass%) of 45 to 85 sufficient fluidity is exhibited at the time of casting. Further, as a result, the filling property at the time of pouring is improved, and by forming a dense structure, the porosity can be reduced.
  • the precast block for a coke oven of the present invention is obtained by adding a curing agent, a dispersant and water to a refractory raw material compound containing a siliceous raw material, particularly an amorphous silica raw material,, kneading and pouring.
  • the feature is the particle size composition or particle size balance of the siliceous raw material in the refractory raw material formulation. That is, in the present invention, the content of the siliceous raw material having a particle size of less than 10 ⁇ m is A (mass%), and the content of the siliceous raw material having a particle size of less than 1 ⁇ m is defined in 100% by mass of the siliceous raw material containing the amorphous silica raw material.
  • the content rate A of the siliceous raw material having a particle size of less than 10 ⁇ m and the content rate B of the siliceous raw material having a particle size of less than 1 ⁇ m are specified based on the particle size distribution measured by the laser diffraction type particle size distribution measuring device.
  • the content A of the siliceous raw material having a particle size of less than 10 ⁇ m is less than 15% by mass, or the B / A ⁇ 100 is less than 45, sufficient fluidity cannot be ensured for castability during casting.
  • the content of the siliceous raw material having a particle size of less than 10 ⁇ m is more than 19% by mass, or the B / A ⁇ 100 is more than 85, the specific surface area of the refractory raw material compound becomes excessive, and a dense structure is obtained. Sufficient fluidity cannot be ensured with an appropriate amount of construction water, and as a result, a dense structure cannot be obtained.
  • the B / A ⁇ 100 is preferably 55 to 75.
  • Silica raw materials are roughly classified into amorphous silica raw materials and crystalline silica raw materials, and in the present invention, the amorphous silica raw materials are the main raw materials.
  • the amorphous silica raw material include molten silica raw material, silica fume, silica glass and the like
  • examples of the crystalline silica raw material include calcined silica stone and raw silica stone.
  • the content of the SiO 2 component of these siliceous raw materials is within the range of common general technical knowledge, but is approximately 85 to 99% by mass.
  • the refractory raw material formulation uses the molten silica raw material as the main raw material and the balance is only silica fume.
  • the precast block for a coke oven of the present invention is obtained by adding a curing agent, a dispersant and water to such a refractory raw material compound, kneading and pouring, but in the present invention, cement is not added as a curing agent. Is preferable. This is because when cement is added, the hydration reaction of cement causes shrinkage under load at high temperature.
  • a hardening agent other than cement fine powder of an alkaline earth metal compound such as magnesia, magnesium carbonate, magnesium sulfate, slaked lime, and calcium carbonate (specifically, fine powder having a particle size of 75 ⁇ m or less) is used.
  • the alkaline earth metal compound fine powder forms a cohesive bond portion in combination with silica ultrafine powder (specifically, a siliceous raw material having a particle size of less than 10 ⁇ m or a particle size of less than 1 ⁇ m) in the fireproof raw material formulation.
  • silica ultrafine powder specifically, a siliceous raw material having a particle size of less than 10 ⁇ m or a particle size of less than 1 ⁇ m
  • the amount of the curing agent added is preferably 0.05% by mass or more from the viewpoint of imparting a strength-developing effect to 100% by mass of the fire-resistant raw material compound, and from the viewpoint of maintaining high hot strength. It is preferably 1.9% by mass or less.
  • cement tricalcium silicate (3CaO ⁇ SiO 2), dicalcium silicate (2CaO ⁇ SiO 2), tricalcium aluminate (3CaO ⁇ Al 2 O 3) , and calcium aluminate ferrite (4CaO ⁇ Al 2 O 3 ⁇ Fe 2 O 3) is Portland cement is the main mineral, and calcium aluminate (CaO ⁇ Al 2 O 3) refers to a alumina cement is the main mineral.
  • the present invention limits the particle size composition or particle size balance of the siliceous raw material as the main raw material. As a result, sufficient fluidity can be ensured, so that a dense structure having an apparent porosity of 12.5% or less can be obtained.
  • the amount of construction water is preferably 5% by mass or more and 6% by mass or less on the outside with respect to 100% by mass of the fireproof raw material mixture.
  • dispersant known dispersants such as sodium polyacrylate and condensed phosphate can be added, and in addition, known additives such as sintering aids such as phosphate and organic fibers can be added. Can be done.
  • the precast block of the present invention thus obtained can be suitably used for a coke oven, particularly a wall surface of a carbonization chamber thereof.
  • Table 1 shows the raw material composition of the examples of the present invention.
  • Table 2 shows the raw material composition of the comparative example.
  • a molten silica raw material and silica fume were used as the refractory raw material. Specifically, coarse particles having a particle size of less than 5 mm, fine powder having a particle size of less than 0.045 mm, and ultrafine powder having an average particle size of 5 ⁇ m are used as the molten silica raw material, and the silica fume has an average particle size of 0.2 to The one of about 0.3 ⁇ m was used.
  • the content rate A of the siliceous raw material having a particle size of less than 10 ⁇ m, the content rate B of the siliceous raw material having a particle size of less than 1 ⁇ m, and further B / A was adjusted.
  • magnesia fine powder having a particle size of 75 ⁇ m or less was used as a curing agent, condensed phosphate was used as a dispersant, and phosphate (phosphate glass) was used as a sintering aid, respectively, based on 100% by mass of the fireproof raw material compound. 0.4% by mass, 0.2% by mass, and 1% by mass were added by multiplication.
  • the amount of construction water (the amount of water added) was set to 5.7% by mass with respect to 100% by mass of the fireproof raw material compound.
  • the liquidity was evaluated based on JIS2521.
  • the tap flow value was more than 162, it was evaluated as ⁇ (excellent), when it was 150 or more and 162 or less, it was evaluated as ⁇ (good), and when it was less than 150, it was evaluated as ⁇ (bad).
  • the apparent porosity was determined by adding the additives shown in Tables 1 and 2 to the fire-resistant raw material formulations of each example, further adding water and kneading to prepare a cured product having a shape of 40 ⁇ 40 ⁇ 160 mm. After curing at ° C. ⁇ 15 h, the sample obtained by the drying treatment at 400 ° C. ⁇ 8 h was evaluated based on JIS2205. When the apparent porosity was 11% or less, it was evaluated as ⁇ (excellent), when it was more than 11% and 12.5% or less, it was evaluated as ⁇ (good), and when it was more than 12.5%, it was evaluated as ⁇ (poor).
  • the overall evaluation is ⁇ (excellent) when both the liquidity and apparent porosity are evaluated as ⁇ (excellent), and when any one is ⁇ (excellent) or both are ⁇ (good), ⁇ (good), The case where any one of them was ⁇ (defective) was defined as ⁇ (defective).
  • Examples 1 to 8 shown in Table 1 are all examples within the scope of the present invention, and the evaluation of fluidity is as good as ⁇ (excellent) or ⁇ (good), and the overall evaluation is also ⁇ (excellent). Or it was good with ⁇ (good).
  • Comparative Examples 1 and 2 shown in Table 2 have a low A
  • Comparative Examples 3 to 5 have a high A
  • Comparative Examples 6 to 8 have a low B / A ⁇ 100
  • Comparative Example 9 has a B / A.
  • X100 is high
  • Comparative Example 10 is an example in which both A and B / A ⁇ 100 are low
  • Comparative Example 11 is an example in which A is high and B / A ⁇ 100 is low, and the evaluation of fluidity is ⁇ (both). (Defective), and the evaluation of the apparent porosity was also ⁇ (defective).

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Abstract

本発明は、流し込み施工時に十分な流動性を発揮する、コークス炉用プレキャストブロックを提供する。本発明のコークス炉用プレキャストブロックは、非晶質シリカ原料を主原料とし、非晶質シリカ原料を含むシリカ質原料100質量%中における粒径10μm未満のシリカ質原料の含有率をA(質量%)、粒径1μm未満のシリカ質原料の含有率をB(質量%)としたとき、Aが15~19(質量%)、B/A×100が45~85である。

Description

コークス炉用プレキャストブロック及びこれを使用したコークス炉
 本発明は、コークス炉において好適に使用されるプレキャストブロックと、このプレキャストブロックを使用したコークス炉に関する。
 従来、コークス炉においては、珪石れんががライニングされて使用されてきた。しかし、珪石れんがを用いた場合、多数のれんがを施工する必要があるため、施工に時間を要する問題があった。そこで、近年、特に熱間補修施工においては、珪石れんがに比べ大型化が容易な珪石質のプレキャストブロックを使用した施工が多く実施されている。
 ところでコークス炉において、その炭化室壁面に欠陥(気泡による鬆(す)や孔、欠けなど)が存在すると、その部分にコークスが引っかかってしまい、コークスを押し出す際に抵抗が生じ、操業に支障をきたしてしまうため、特に炭化室壁面に使用されるプレキャストブロックには凹凸のないきれいな面が必要であり、気泡による鬆や孔、欠けなどの欠陥を極力なくす必要がある。
 一方で、精度良く、効率的にコークス炉を建設するために、近年ではコークス炉用ブロックの大型化(特許文献1)やコークス炉施工の機械化・自動化(特許文献2)が多くなされている。通常、プレキャストブロックの製造においては流し込み施工時に振動を加えて脱気を行うが、プレキャストブロックが大型化すると流し込み施工時の脱気が不十分となり、プレキャストブロックに気泡による鬆や孔ができやすい。また、コークス炉用プレキャストブロックはシリカ質原料を主原料とした耐火物であるため、流し込み施工時のキャスタブル(スラリー状の混練物)の密度が通常のアルミナ質を主原料としたキャスタブルに比べ低く、キャスタブル中に内包される空気の浮力が低くなり、気孔が抜けにくい。これらの理由から、コークス炉用プレキャストブロックに用いるシリカ質キャスタブルには高い水準の流動性を付与し、流し込み施工の段階で十分に脱気させる必要がある。
特開2017-133765号公報 特開2017-122178号公報
 本発明が解決しようとする課題は、流し込み施工時に十分な流動性を発揮する、コークス炉用プレキャストブロックを提供することにある。
 前記課題を解決するために本発明者らが試験を重ねた結果、コークス炉用プレキャストブロックの主原料であるシリカ質原料の粒度構成、特に粒径10μm未満、粒径1μm未満という超微粉の粒度構成ないし粒度バランスが、流し込み施工時の流動性に大きな影響を及ぼすことが判明した。
 すなわち本発明の一観点によれば、非晶質シリカ原料を主原料とするコークス炉用プレキャストブロックであって、非晶質シリカ原料を含むシリカ質原料100質量%中における粒径10μm未満のシリカ質原料の含有率をA(質量%)、粒径1μm未満のシリカ質原料の含有率をB(質量%)としたとき、Aが15~19(質量%)、B/A×100が45~85であるコークス炉用プレキャストブロックが提供される。
 また、本発明の他の観点によれば、この本発明のコークス炉用プレキャストブロックを使用したコークス炉が提供される。
 本発明によれば、シリカ質原料100質量%中における粒径10μm未満のシリカ質原料の含有率Aを15~19(質量%)、さらに、この含有率Aと粒径1μm未満のシリカ質原料の含有率B(質量%)との比(B/A×100)を45~85としたことで、流し込み施工時に十分な流動性を発揮する。また、これにより、流し込み施工時の充填性が向上し、緻密な組織を形成することで、低気孔率化することができる。
 本発明のコークス炉用プレキャストブロックは、シリカ質原料、中でも非晶質シリカ原料を主原料とする耐火原料配合物に、硬化剤、分散剤及び水を添加し、混練し、流し込んで得られるもので、その特徴は、耐火原料配合物中のシリカ質原料の粒度構成ないし粒度バランスにある。すなわち本発明は、非晶質シリカ原料を含むシリカ質原料100質量%中における粒径10μm未満のシリカ質原料の含有率をA(質量%)、粒径1μm未満のシリカ質原料の含有率をB(質量%)としたとき、Aが15~19(質量%)、B/A×100が45~85であることを特徴とするものである。
 なお、本発明において、粒径10μm未満のシリカ質原料の含有率A及び粒径1μm未満のシリカ質原料の含有率Bは、レーザ回折式粒度分布測定装置で測定した粒度分布に基づき特定する。
 粒径10μm未満のシリカ質原料の含有率Aが15質量%未満、あるいはB/A×100が45未満であると、流し込み施工時のキャスタブルに十分な流動性を確保できない。一方、粒径10μm未満のシリカ質原料の含有率Aが19質量%超、あるいはB/A×100が85超であると、耐火原料配合物の比表面積が過大となり、緻密な組織を得るために適切な施工水量では十分な流動性を確保することができず、結果として緻密な組織を得ることができない。なお、B/A×100は55~75であることが好ましい。
 シリカ質原料は、非晶質シリカ原料と結晶質シリカ原料とに大別され、本発明では非晶質シリカ原料を主原料とする。非晶質シリカ原料としては溶融シリカ原料、シリカヒューム、シリカガラス等が挙げられ、結晶質シリカ原料としては焼成珪石、生珪石等が挙げられる。これらシリカ質原料のSiO成分の含有率は技術常識の範囲内にあるが、概ね85~99質量%である。
 本発明ではプレキャストブロックの低熱膨張化及び緻密化(低気孔率化)の点から、これらシリカ質原料のうち非晶質シリカ原料のみを使用することが好ましく、溶融シリカ原料及びシリカヒュームのみを使用することがより好ましい。すなわち、本発明において耐火原料配合物は、溶融シリカ原料を主原料とし、残部はシリカヒュームのみからなることが最も好ましい。
 本発明のコークス炉用プレキャストブロックは、このような耐火原料配合物に、硬化剤、分散剤及び水を添加し、混練し、流し込んで得られるが、本発明では硬化剤としてセメントは添加しないことが好ましい。セメントを添加するとセメントの水和反応により高温での荷重下収縮が生じるからである。セメント以外の硬化剤としては、マグネシア, 炭酸マグネシウム, 硫酸マグネシウム, 消石灰, 炭酸カルシウム等のアルカリ土類金属化合物の微粉(具体的には粒径75μm以下の微粉)を用いる。アルカリ土類金属化合物微粉は
耐火原料配合物中のシリカ超微粉(具体的には粒径10μm未満又は粒径1μm未満のシリカ質原料)との組み合わせにより凝集性の結合部を形成する。そして硬化剤の添加量は、耐火原料配合物100質量%に対して外掛けで、強度発現効果を付与する点から0.05質量%以上が好ましく、かつ、高い熱間強度を維持する点から1.9質量%以下であることが好ましい。
 なお、本発明でいう「セメント」とは、ケイ酸三カルシウム(3CaO・SiO)、ケイ酸二カルシウム(2CaO・SiO)、アルミン酸三カルシウム(3CaO・Al)、及びカルシウムアルミフェライト(4CaO・Al・Fe)が主鉱物であるポルトランドセメント、並びにアルミン酸カルシウム(CaO・Al)が主鉱物であるアルミナセメントのことをいう。
 ここで、硬化剤としてセメントを使用しない場合、凝集性の結合によってプレキャストブロックの強度を得るためには、緻密な組織にする必要がある。
 プレキャストブロックの組織の緻密化を図るためには、より少ない施工水量で流動性を確保する必要があるところ、本発明は前述のとおり主原料であるシリカ質原料の粒度構成ないし粒度バランスを限定することで十分な流動性を確保することができることから、見掛け気孔率が12.5%以下という緻密な組織を得ることができる。
 なお、本発明において施工水量は、耐火原料配合物100質量%に対して外掛けで5質量%以上6質量%以下とすることが好ましい。
 分散剤としてはポリアクリル酸ソーダ、縮合りん酸塩等の公知の分散剤を添加することができ、そのほかに、リン酸塩等の焼結助剤、有機繊維といった公知の添加剤を添加することができる。
 このようにして得られる本発明のプレキャストブロックはコークス炉、特にその炭化室壁面に好適に使用することができる。
 表1に本発明の実施例の原料構成を示している。また表2には比較例の原料構成を示している。
 耐火原料としては、溶融シリカ原料とシリカヒュームを使用した。具体的には、溶融シリカ原料としては粒径5mm未満の粗粒、粒径0.045mm未満の微粉及び平均粒径5μmの超微粉を使用し、シリカヒュームとしては平均粒径が0.2~0.3μm程度のものを使用した。そして、これらの溶融シリカ原料とシリカヒュームの配合割合を調整することにより、粒径10μm未満のシリカ質原料の含有率A、粒径1μm未満のシリカ質原料の含有率B、さらにはB/Aを調整した。
 また、硬化剤としては粒径75μm以下のマグネシア微粉、分散剤としては縮合りん酸塩、焼結助剤としてはリン酸塩(リン酸塩ガラス)を、それぞれ耐火原料配合物100質量%に対する外掛けで0.4質量%、0.2質量%、1質量%添加した。
 施工水量(水の添加量)は、耐火原料配合物100質量%に対する外掛けで5.7質量%とした。
 各例について流動性及び見掛け気孔率を評価し、これらの評価結果に基づき総合評価を行った。
 流動性はJIS2521に基づいて評価し、タップフロー値が162超の場合を◎(優)、 150以上162以下の場合を○(良)、150未満の場合を×(不良)とした。
 見掛け気孔率は、各例の耐火原料配合物に、表1及び表2に示す添加剤を添加し、さらに水を添加して混練し、40×40×160mm形状の硬化体を作製し、40℃×15hの養生後、400℃×8hの乾燥処理により得られたサンプルに対し、JIS2205に基づいて評価した。そして、見掛け気孔率が11%以下の場合を◎(優)、11%超12.5%以下の場合を○(良)、12.5%超の場合を×(不良)とした。
 総合評価は、流動性及び見掛け気孔率の評価がいずれも◎(優)の場合を◎(優)、いずれか一つが◎(優)又はいずれも○(良)の場合を○(良)、いずれか一つでも×(不良)の場合を×(不良)とした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表1に示す実施例1~8はいずれも本発明の範囲内にある実施例であり、流動性の評価は◎(優)又は○(良)と良好であり、総合評価も◎(優)又は○(良)と良好であった。
 一方、表2に示す比較例1、2はAが低い例、比較例3~5はAが高い例、比較例6~8はB/A×100が低い例、比較例9はB/A×100が高い例、比較例10はAとB/A×100の両方が低い例、比較例11はAが高くB/A×100が低い例であり、いずれも流動性の評価が×(不良)で、見掛け気孔率の評価も×(不良)であった。

Claims (4)

  1.  非晶質シリカ原料を主原料とするコークス炉用プレキャストブロックであって、非晶質シリカ原料を含むシリカ質原料100質量%中における粒径10μm未満のシリカ質原料の含有率をA(質量%)、粒径1μm未満のシリカ質原料の含有率をB(質量%)としたとき、Aが15~19(質量%)、B/A×100が45~85である、コークス炉用プレキャストブロック。
  2.  見掛け気孔率が12.5%以下である請求項1に記載のコークス炉用プレキャストブロック。
  3.  硬化剤としてセメントを添加していない請求項1又は2に記載のコークス炉用プレキャストブロック。
  4.  請求項1から3のいずれかに記載のプレキャストブロックを使用している、コークス炉。
PCT/JP2020/016526 2019-04-17 2020-04-15 コークス炉用プレキャストブロック及びこれを使用したコークス炉 WO2020213629A1 (ja)

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