JP4473681B2

JP4473681B2 - コークス炉炭化室の炉壁補修方法

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Publication number: JP4473681B2
Application number: JP2004250380A
Authority: JP
Inventors: 敏彦野口; 正敏後藤; 英俊寺島; 淳中嶋
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2004-08-30
Filing date: 2004-08-30
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2024-08-30
Also published as: JP2006063275A

Description

本発明は、コークス炉の炭化室炉壁を溶射補修する方法に関するものである。

コークス炉に於ける炭化室の炉壁は耐火物レンガ（以下、単に耐火物という）で構成されている。この耐火物に、例えば目地切れ、亀裂、欠損等の損傷が生じると、発生したコークス炉ガスが炭化室から燃焼室へ流入して不完全燃焼を生じたり、熱分解カーボンの炉壁への付着の増大、あるいは乾留したコークスの炉壁損傷部（以下、単に損傷部と称す）への食い込みによる押し詰まりの問題が生じる。このため、従来からこの炉壁損傷部に溶射材料を吹付けて溶射補修する方法が行われている。

その例として特許文献１には、炭化室の炉壁損傷部を溶射補修するに際し、該損傷部の損傷深さが深い場合には該損傷部を複数層に区分し、最も深い位置の下層から順次溶射補修を行って埋め戻す方法が記載されている。
特開平７−１２６６３５号公報

しかしながら上記方法においては、例えば図４に示す様に、炉壁３の損傷部２の内部に大きな凹凸部を有する際、その損傷部２の一端側Ｙから他端側Ｚの範囲において、該損傷部２の深さ方向に３層に区分して溶射ノズル１で溶射材料を吹付けて補修する場合、先ず最下層の位置11〜13を各々溶射し、次にその上層の位置14,15 を各々溶射した後、最後に最上層位置16を溶射するものである。

この位置11〜16の中で、11から12、12から13、14から15に移る際、必ず、一旦吹付ノズル１からの溶射材料吹付けを中断し、次の位置（12,13,15）の吹付開始点に溶射ノズル１をセットして、再度溶射材料の吹付けを開始しなければならず、煩雑な作業を伴うと共に、溶射補修に要する時間が長くなって炭化室の炉壁が冷却され、スポーリングが発生して健全箇所の耐火物をも損傷する恐れがあった。
また、その区分した各位置11〜16の深ささに応じて前記溶射ノズル１の移動速度パターンを各々作成しなければならない事から、作業性も好ましいものではなかった。尚、符号５は仕上面を示す。

本発明は、損傷部を複数層に区分して溶射するに際して、損傷部内に凹凸に沿って連続的に溶射補修することにより、溶射の中断を抑制して溶射作業を容易にし、溶射補修時間の短縮化を図り、また前記区分した各層で別々に異なる溶射ノズルの移動速度パターンを作成することを不要として、更なる作業性の向上を図ることを課題とするものである。

本発明は上記課題を解決する為になされたもので、以下の構成を要旨とする。
（１）コークス炉炭化室の炉壁損傷部を損傷深さ方向に複数層に区分し、その下層から順次溶射材料を溶射ノズルで吹付けて最上層まで溶射補修を行う方法において、前記各層は該炉壁損傷部の一端側から他端側まで連続させるように区分し、かつ、前記各層の層数を該炉壁損傷部内面の凹凸の最深部深さにより決定し、更に、その層厚さは前記区分した各層での溶射ノズルの移動速度パターンが同等になるように決定し、その後における前記下層からの溶射材料の吹付けは、前記区分した層の最上層の溶射最終仕上面上から所定距離離れて設けた溶射ノズルを、前記炉壁損傷部の一端側から他端側に直線的かつ連続的に、前記移動速度パターンで移動させて行うことを特徴とするコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
（２）前記区分した各層の層厚を、溶射の際に生じるリバウンドロス量を加味して決定することを特徴とする前記（１）記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
（３）前記溶射ノズルの移動速度を１０〜６０ｍｍ／Ｓの範囲内とすることを特徴とする前記（１）または（２）記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。

本発明によれば、炉壁損傷部内に凹凸が有っても、区分した各層が少なくとも一端側から他端側まで連続しているので、溶射ノズルで連続的に溶射補修することが可能となり、溶射補修時間の短縮化を図れ、補修時における炭化室炉壁の冷却が抑制され、健全箇所の耐火物をも損傷することを防止できる。更に、前記区分した各層での溶射ノズルの移動速度パターンが同等になるように該各層の層厚を決定することにより、層別に溶射ノズルの移動速度パターンを作成する必要もないので、作業性を一層向上できる。

本発明の一実施形態に係る炭化室の炉壁補修方法は、炭化室の炉壁を構成する耐火物に発生した損傷部、特に、図４に示すように内部に大きな凹凸がある損傷部２を連続的に溶射補修するものである。
この損傷部２を複数層に区分して溶射補修する際に効率的に仕上面５の位置までの補修を完了するために、前記従来例の様に、図４の位置11から12、12から13、14から15に移るときに、溶射ノズル１からの溶射材料の吹付けを中断し、次の位置（12,13,15）の吹付開始点に吹付ノズル１をセットして、再度溶射を開始するのではなく、少なくとも11（又は14）で溶射を開始し、13（又は15）が終わるまで溶射を停止しない様にする必要がある。また、好ましくは11で溶射を開始し、16が終わるまで溶射を停止しない様にする事である。

その目的を達成するために本発明者等は種々実験検討した結果、図１に示す様に、炉壁３の損傷部２の一端側Ｙから他端側Ｚの範囲において、内部の凹凸に応じ、即ち、損傷深さに応じて１層当たりの溶射層厚を調整する（損傷深さが深い場合には１層の溶射厚さを厚く、損傷深さが浅い場合には１層の溶射厚さを薄くする）事により、少なくとも一端側Ｙから他端側Ｚに至るまで各層とも連続して溶射補修が可能になり、しかも、仕上面５も平坦にすることが可能である事が判明した。

また、区分する層数は、補修対象領域の最深部の深さに応じて決定する事が好ましい。即ち、溶射層厚を厚くするには溶射ノズルの移動速度を遅くし、溶射層厚を薄くするには溶射ノズルの移動速度を速くすれば良い（溶射材料の供給量を一定とする）。
しかし、広範囲を溶射する場合には、図２に示す様に、溶射ノズルの移動軌跡４は直線でジグザク状になることから、溶射ノズル１の移動速度が遅過ぎると、補修面において溶射した溶射材料の広がり（溶射により図５に示す様な山状に付着した溶射材料Ｎの裾野の幅Ｗ）が極端に広くなって、裾野同士が重なって平滑な仕上面５が得られなくなる。このため、仕上面５に平坦度に悪影響を与えない範囲の移動速度で得られる溶射層厚を確保可能な様に、補修対象領域の最深部の深さを基にして層数を決定する事が好ましい。
また、溶射材料を溶射した際に、該溶射材料が補修面に付着せずに飛散する現象（リバンドロス）が生じ、そのリバンドロス量が溶射距離で異なる場合には、このリバンドロス量を加味して層数を決定する。

更に、移動速度パターンの決定の作業性を簡素化するには、前記溶射ノズルの移動速度パターンが各層で同等になるような層厚にする。つまり、損傷部の大きさは損傷状況に応じて種々様々であるが、大きい場合には１ｍ²程度あり、そして、溶射ノズルの移動軌跡４は図２に示す様にジグザク状のパターンであることから、各層当たりの溶射ノズルの移動距離の総延長は５０〜７０ｍに達する場合もある。更に、前記の様に損傷深さも種々様々であり、これに対応して溶射ノズルの移動を調整しなければならない。
これらのことから、層別に前記溶射ノズルの移動速度パターンを設定するのではなく、各層とも同一の移動速度パターンにすることで、速度設定の作業性を良好にすることが可能となり好ましい。

そのためには、ラバー溶射（溶射材料を溶融した状態で補修面に吹付ける溶射方式）の様に溶射距離が異なっても同じ溶射層厚が得られる場合には、損傷部の損傷深さに応じて各層とも均等な層厚として、各層とも同じ層厚パターンにすればよい。

一方、テルミット溶射（テルミット反応を利用した溶射）の様に、溶射距離により溶射材料の前記リバンドロス量が異なって、１回の溶射により形成される溶射層厚が異なる場合、即ち図３に示す様に、溶射距離が長くなればなるほどリバンドロス量が多くなり、形成される溶射層厚が薄くなる場合には、溶射距離に起因するリバンドロス量を加味して各層Ａ〜Ｄの層厚を決める。具体的には、前記損傷部２の最深部の深さＨ_M、溶射ノズル１の許容最低移動速度Ｖmin 、前記溶射ノズル１の溶射能力Ｑ、図３に示す様に溶射距離に基づいて決まるリバンドロス量を基にして最下層Ａの溶射厚Ｔａを求める。

次に、２層目Ｂの溶射厚Ｔｂであるが、これは、溶射距離が最下層Ａの溶射厚Ｔａ分短くなっている事から、この短くなった溶射距離（Ｈ_Ｍ−Ｔａ）に対応するリバンドロス量を求めて、この求めたリバンドロス量により前記最下層Ａと同様にして２層目Ｂの層厚を求める。この様に、順次短くなる溶射距離に応じてリバンドロス量を変更して各層厚Ｔｃ、Ｔｄ、…を逐次求める。

そして、最下層Ａ〜最上層Ｄ迄の厚さの和（Ｔａ＋Ｔｂ＋Ｔｃ＋Ｔｄ）が最深部の深さＨ_Mと等しくなる迄、溶射ノズル１の移動速度Ｖを変えて繰り返しシミレーションして、層数（４層）とその各層の厚さＴａ〜Ｔｄを決定する。
また、最深部以外の位置においては、この層数を基にして前記同様にして各層の層厚を求める。この求める各位置のピッチは、損傷深さが５〜２０ｍｍ（更に好ましくは１０〜１５ｍｍ）変化する範囲内の距離とすることが好ましい。

溶射ノズル１で溶射した溶射材料は、溶射面においては図５に示す様な山状に盛上がるが、溶射ノズル１の移動速度が１０ｍｍ／Ｓ未満になると、盛上り高さＲに比較して裾野の幅Ｗが極端に広くなり、逆に６０ｍｍ／Ｓ超となると、溶射速度が速すぎて裾野の幅Ｗが極端に狭くなることから、裾野の幅Ｗの差がさほど大きくならない範囲である１０〜６０ｍｍ／Ｓの範囲において、損傷深さに応じて溶射ノズル１の移動速度の調整をすることが好ましい。

また、図２の図面下側のＥから開始し、実線上を矢印方向にジグザグで上側に向かって溶射し、そして図面上端のＦに達すると、そのＦから前記実線間のＧを経由して点線上を矢印方向にジグザグで図面下側のＪに向かって溶射し、更にＪに達すると、Ｋを経由して再度実線上を前記矢印とは逆方向にジグザグで上側に向かって溶射し、これを繰り返して最下層Ａから最上層Ｄまで、溶射を中断することなく連続的に行って補修を完了する事が好ましい。

本発明の実施例を図１〜図３を参照して説明する。
本実施例は、表１に示す成分を有するテルミット溶射材料を、溶射能力が４０ｋｇ／時の溶射ノズル１を使用して、該溶射ノズル１を溶射最終仕上面５（健全炉壁面レベル）から溶射距離Ｈ_O（本例では８０ｍｍ）離して移動しつつ、コークス炉炭化室の炉壁３の損傷部２を補修するものである。

先ず、補修対象となる炭化室にレーザー距離計を装入して、該レーザー距離計で炉壁損傷部２を測定し、その測定値を処理して図２の示す様な等高線を用いた３次元座標図を求める。そして、この３次元座標図から損傷部２の各座標位置の損傷深さ及び最深部の深さＨ_M（この場合は４０ｍｍ）を読みとる。

次に、区分する溶射層数と各層厚を決定する。
これは、前記損傷深さ、溶射ノズル１の許容最低移動速度Ｖmin 、前記溶射ノズル１の溶射能力Ｑ及び図３に示す様に溶射距離Ｈ_Ｏに対応するリバンドロス量によって決まる。
先ず、最下層Ａにおいては、溶射ノズル１と損傷部２の距離Ｈが１２０ｍｍ（＝８０ｍｍ＋４０ｍｍ）であることから、これを基にしてリバンドロス量を求め、このリバンドロス量と溶射ノズル１の許容最低移動速度（この例では２０ｍｍ／Ｓ）、前記溶射ノズル１の溶射能力（４０ｋｇ／時）を基にして、最下層Ａの層厚Ｔａを決定する。

更に、その上の層Ｂの層厚Ｔｂを決定する。これは、溶射距離が最下層Ａの厚さＴａ分短く（１２０ｍｍ−最下層厚Ｔａ）なるために、この溶射距離に対応したリバンドロス量を求めて層Ｂの厚みＴｂを上記同様にして決定する。この様にして更にその上の層Ｃ、Ｄの厚みＴｃ、Ｔｄを順次決定する。これは、各層厚の和が４０ｍｍ、又はそれ以上になる迄で行う（ここでは４層とする）。

そして、最下層Ａ〜最上層Ｄ迄の厚さの和（Ｔａ＋Ｔｂ＋Ｔｃ＋Ｔｄ）が４０ｍｍであれば、そのまま、層数が４層で、各層の層厚はＴａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄになるが、４０ｍｍでない場合には、各層厚の和が４０ｍｍになる迄、溶射ノズル１の移動速度を変えて（前記許容最低移動速度より速くして）繰り返しシミレーションして、各層の厚さ及び層数、溶射ノズル１の移動速度を決定する。

次に、最深部以外の場所における層厚を決定する。つまり、最深部以外の場所の損傷深さ、前記層数、リバンドロス量を基にして、前記区分した４層における各々の層厚及び溶射ノズル１の移動速度を決定する。
即ち、前記最深部で求めた溶射ノズル１の移動速度を基準として、順次該移動速度を速くし、４層の各溶射厚さの和がその位置の深さになるまで繰り返しシミレーションして、各層の厚さと溶射ノズル１の移動速度を決定する。

尚、最深部以外の場所における層厚及び溶射ノズル１の移動速度を求める間隔は、損傷深さが１５ｍｍ変化した都度の距離とした。つまり、図１の速度Ｘ１の範囲を損傷深さが１５ｍｍ以下、速度Ｘ２の範囲を損傷深さが１５ｍｍ超〜３０ｍｍ、速度Ｘ３の範囲を損傷深さが３０ｍｍ超とした。

この様にして求めた結果を表２に示す。
表２から判る様に、層数は４層（Ａ〜Ｄ）で、層厚はＡ層が６ｍｍ、Ｂ層が８ｍｍ、Ｃ層が１１ｍｍ、Ｄ層が１４ｍｍとなり、各層共にＹ端側からＺ端側まで連続した層に区分できた。そして、この４層の溶射ノズル１の移動速度Ｘ１〜Ｘ３は各々、Ｘ１＝４０ｍｍ／ｓ、Ｘ２＝３０ｍｍ／ｓ、Ｘ３＝１５ｍｍ／ｓで溶射した。
その結果、最終仕上面５の凹凸は±５ｍｍで、健全炉壁面との段差は０〜−１０ｍｍと良好な補修仕上面を得る事が出来、溶射作業も０．７５時間で完了し、炭化室の炉壁温度の低下も抑制できた。

本発明の一実施の形態に係る損傷部に於ける補修状態を示す図であり、図２の矢印方向断面図。損傷部の損傷深さを等高線を用いて示すと共に、その損傷部を補修する際の溶射ノズルの移動軌跡を示した平面図。溶射距離とリバウンドロス割合の関係を示す図。従来の溶射補修順番を示す図。溶射した溶射材料の補修面への付着状態を示す図。

符号の説明

１：溶射ノズル２：損傷部３：炉壁
４：溶射ノズル１の移動軌跡５：溶射仕上面
11〜16：溶射位置
Ａ〜Ｄ：溶射層
Ｅ〜Ｇ，Ｊ，Ｋ：溶射軌跡
Ｈ：溶射ノズルと損傷部の距離
Ｈ_M：損傷部の最深部深さＨ_O：溶射距離
Ｎ：溶射材料Ｒ：溶射材料の盛上り高さ
Ｗ：溶射材料の裾野の幅Ｔａ〜Ｔｄ：溶射厚
Ｘ１〜Ｘ３，Ｘｎ：溶射ノズル移動速度
Ｙ：損傷部の一端
Ｚ：損傷部の他端

Claims

コークス炉炭化室の炉壁損傷部を損傷深さ方向に複数層に区分し、その下層から順次溶射材料を溶射ノズルで吹付けて最上層まで溶射補修を行う方法において、前記各層は該炉壁損傷部の一端側から他端側まで連続させるように区分し、かつ、前記各層の層数を該炉壁損傷部内面の凹凸の最深部深さにより決定し、更に、その層厚さは前記区分した各層での溶射ノズルの移動速度パターンが同等になるように決定し、その後における前記下層からの溶射材料の吹付けは、前記区分した層の最上層の溶射最終仕上面上から所定距離離れて設けた溶射ノズルを、前記炉壁損傷部の一端側から他端側に直線的かつ連続的に、前記移動速度パターンで移動させて行うことを特徴とするコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
前記区分した各層の層厚を、溶射の際に生じるリバウンドロス量を加味して決定することを特徴とする請求項１に記載のコークス炉炭化室の炉壁補修方法。
前記溶射ノズルの移動速度を１０〜６０ｍｍ／Ｓの範囲内とす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炭化室の炉壁補修方法。