JP5991478B2 - コークス炉の部分積替え補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、室炉式コークス炉の部分積替え補修方法に関するものである。

コークス炉は、燃焼室と炭化室とが交互に配置され、高温の燃焼室の温度を炭化室内の石炭に壁煉瓦を介して伝熱させて石炭を乾留し、コークスを製造する窯炉である。建設から３０年以上使用するものもあり、不具合部分は補修しながら使用する。特に、炭化室の壁は、石炭装入時の急速な冷却やその後の昇温により熱履歴を受け、しかも石炭の装入や押出時の磨耗等で損傷する。そこで、損傷の度合いに応じて補修を実施し、延命を図っている。

この補修方法の一つとして、部分積替えという方法がある。これは損傷した壁部分の煉瓦を積替えて新しくする方法である。このとき、天井部と積替えない壁部分とが残存し、それらを４００℃以上の比較的高温に保持したまま、損傷部位の壁煉瓦を積替える。天井部は残存させるので、新規積替え部分の膨張を吸収して天井部に伝えないようにする必要がある。

このため例えば、特許文献１には、珪石煉瓦に加えて壁部材の一部として可縮性セラミックボードを用い、且つ目地材として珪石質モルタルとクッションモルタルとを併用する技術が開示されているが、セラミックボードを壁部分に使用する場合、一般にこの部位の煉瓦にはダボ部と呼ばれる凹凸がつけてあるため、使用が困難である。

また、天井部の新旧の繋ぎ目に使用しようとしても、以下のような理由により使用が困難である。その一つは、新旧の繋ぎ目は目地厚の誤差や煉瓦の寸法誤差等によって生ずるそれまでの施工誤差が集中する部位であり、繋ぎ目の厚さは場所によって異なるため、それに合わせる加工が必要だからであり、あるいは、繋ぎ目部の高さが同じになるよう、途中で煉瓦加工や目地厚の増減が必要だからである。もう一つは、天井部の新旧の繋ぎ目の煉瓦は異形煉瓦であり、膨張が均一でない場合、回転方向に力が働いて、張出しあるいは脱落し易くなるからである。

特開平０９−３１６４５６号公報

上述のように従来の技術では、施工能率が悪かったり、張出しや脱落のリスクが大きかったりするという不都合があった。

以上の実情に鑑み本発明は、セラミックボードを使用せずに膨張吸収代を適正化することで、施工能率を高めるとともに張出しや脱落のリスクを殆ど若しくは全くなくしたコークス炉の部分積替え補修方法を提供することを目的としている。

本発明のコークス炉の部分積替え補修方法は前記課題を解決するために、室炉式コークス炉の燃焼室の一部分のフリューを形成する煉瓦を、天井部を残したまま積替えて補修するに際し、補修するフリューに連続する補修しないで残存させるフリューの炭化室側の壁、および補修するフリューと隣り合うフリューの補修する壁と対面する壁の温度を４００℃以上に保持し、積替える煉瓦の水平方向の目地に、０．１ＭＰの荷重下で１００℃から８００℃までの線収縮率が３０％以上あるモルタルを煉瓦の膨張吸収代として使用し、該モルタルの室温から操業温度までで想定される鉛直方向の合計収縮量が、煉瓦の室温から操業温度までで想定される鉛直方向の合計膨張量の５０〜９５％となるように該モルタルの厚さ及び層数を設定し、かつ目地１箇所当りの該モルタルの厚さを煉瓦の凸ダボ部の出張り高さ未満となるように設定して、該モルタルを配置し、残存天井部と新たに積む部位との接続部分に、硬化して乾燥した後の曲げ強度が５ＭＰａ以上の不定形の耐火材料を用いることを特徴とするものである。

本発明のコークス炉の部分積替え補修方法では、前記モルタルの施工位置が、天井部を形成する上下面の面積が異なる煉瓦の一段下の炉壁煉瓦より下の炉壁煉瓦積み部にあると好ましい。

また本発明のコークス炉の部分積替え補修方法では、前記モルタルの室温から操業温度までで想定される鉛直方向の合計収縮量が、煉瓦の室温から操業温度までで想定される鉛直方向の合計膨張量の５０〜８０％となるように、該モルタルの厚さ及び層数を設定して配置すると好ましい。

本発明のコークス炉の部分積替え補修方法によれば、セラミックボードを使用せず膨張吸収代を適正化することで、部分積替え補修の際の施工能率を高めるとともに張出しや脱落のリスクを殆ど若しくは全くなくすことができる。

室炉式コークス炉の一例としてのカールスチル式コークス炉の燃焼室のフリュー間壁部の煉瓦積み断面を示す模式図である。

本発明の室炉式コークス炉の部分積替え補修方法の一実施形態は、図１に示す室炉式コークス炉の一例としてのカールスチル式コークス炉に適用したものであり、この実施形態では、以下のようにして煉瓦の部分積替え補修を行う。ここで、図中符号１は天井部、２は燃焼室の長手方向へ並んだフリュー間を繋ぐ水平焔道、３は煉瓦間の目地、４は煉瓦の凸ダボ部、５は天井部の残存部分（図では上側）と新たに積む部位（図では下側）との接続部分に充填した不定形耐火物をそれぞれ示す。

すなわち本発明者らは、天井部を残存させた部分積替えにおいて、課題を整理し検討した。不具合は大別して、積み替えるフリューに連続する補修しないで残存させるフリューの炭化室側および補修するフリュー側のフリュー間壁部の張出しと、積み替えたフリューの部分と残存部分との境界付近の壁部の張出しであった。前者については、積替え時の残存壁部の温度低下によるその奥部との温度差に起因する、昇温時の熱膨張差によるものであることを突き止めた。そして種々の検討の結果、補修するフリューに連続する補修しないで残存させるフリューの炭化室側の壁、および補修するフリューと隣り合うフリューの補修する壁と対面する壁の温度を４００℃以上に保持することで、この不具合は回避できることが判明した。

一方、後者については、発明者らは先ず炉頂方向の膨張に対する最適な膨張吸収代について鋭意検討を行った。その結果、膨張吸収代が想定膨張量の５０％より小さいと、炉壁煉瓦の張出しや天井部煉瓦の割れ等の頻度が大きくなることが分かった。したがって、膨張吸収代の下限は５０％が適当と考えられる。一方、膨張吸収代が想定膨張量の１００％以上となると、天井部からの押さえが全く効いておらず、壁部が自立しているだけの状態となり、構造物としては弱くなる。それゆえ、膨張の誤差等も勘案すると膨張吸収代の上限は９５％が適当と考えられる。

更に望ましくは、設計上の膨張吸収代を５０％〜８０％とする。施工のし易さからモルタルの水分量は多くなる傾向にあり、水分量が多くなると収縮率が大きくなって目論見より大きな膨張吸収量となる。設計上の膨張吸収代を８０％〜９５％とした場合には、実際の膨張吸収量が１００％を超えてしまう危険性があり、厳格な水分管理が必要となる。

次にモルタルについて検討した。前述のとおり、部分積替えは熱間で行われるため、モルタルは施工後６０℃〜１００℃となって水分が蒸発し、その分収縮する。したがって、昇温中の膨張を吸収するためには、１００℃〜８００℃の乾燥状態での収縮率が重要となる。この温度域でのモルタルの収縮率が３０％より小さいと、膨張吸収代を確保することが難しくなる。なお、煉瓦積みは操業の合間に行われるため、モルタルが乾燥するまでに積むのは１段〜３段程度であり、この程度なら荷重が小さいため乾燥してもほとんど収縮しない。また、乾燥すれば、若干強度が増し、煉瓦積みの間の収縮は問題ないレベルである。

しかし、収縮率が３０％以上のモルタルは、有機物を含有する等によって大きな収縮率を得るため、昇温後の強度が非常に弱く、コークス炉のように大きな構造物の場合、温度分布の不均一等が原因で膨張が不均一となり、張出し、脱落の原因となる可能性が考えられる。従って、積替えた煉瓦のうち、図１のＢ−Ｂ線より上部の天井部を構成する煉瓦は、一部が幅広になっている等、形状が複雑であり、不均一膨張の影響が大きく、張出しや脱落のリスクが大きい。

一方、図１のＡ−Ａ線より下部の炉壁煉瓦は、上下面がほぼ同じ面積で、壁煉瓦は形状的に煉瓦の膨張吸収による目地３の収縮の際、煉瓦を回転させる力が生じ難い。また、前述のとおり、ダボがあるため、目地１箇所当りのモルタルの施工厚さが凸ダボ部４の出張り高さ未満であれば煉瓦の傾きが無視できるほど小さいことが分かった。それゆえここでは、上記モルタルの施工位置を、天井部１を形成する上下面の面積が異なる煉瓦の一段下の炉壁煉瓦より下の、図１のＡ−Ａ線より下部の炉壁煉瓦積み部とする。モルタルの施工厚さを凸ダボ部４の出張り高さの２／３以下とすると、さらに好ましい。

天井部の新旧の繋ぎ目は、ダボがない上、形状も複雑であり、収縮率の高いモルタルを使用するには適さない。天井部の新旧の繋ぎ目は、前述のように高さが場所により異なるため、不定形で、天井部１を支えるための強度を有する必要がある。発明者が、使用中のコークス炉煉瓦を採取し、詳細に調査したところ、曲げ強度が５ＭＰａ程度であった。従ってその繋ぎ目は、５ＭＰａ以上の曲げ強度を有する不定形耐火物５を施工することで、コークス炉煉瓦並の強度を確保できることが判明した。

下記の表１は、実験室実験を行った結果であり、収縮率の高いモルタルの施工厚みを限定する効果を表している。２３０ｍｍ×１００ｍｍ（厚さ１６０ｍｍ）の実際の炉壁煉瓦から切り出した、１００ｍｍ×１００ｍｍ（厚さ５０ｍｍ）の煉瓦に１５ｍｍの高さ（Ｈ）のダボを付けたものを２枚重ね、その間に５０％収縮するモルタルを表１に示す厚さ（Ｔ）で施工し、これを０．１ＭＰａを載荷した状態で８００℃まで昇温し、降温後のモルタル厚さの最大値と最小値の比を測定した。表中にはサンプル５個を測定し、モルタル厚さの最大値と最小値の比が０．９５以下（最小値／最大値≦０．９５）であったものの個数を示す。本実施形態の範囲内である実施例１〜３では、ほぼ全てにおいて０．９５より大きいのに対し、比較例では３個以上のサンプルで煉瓦が傾いており、張出し、脱落のリスクがある。

下記の表２は、実炉での本実施形態の効果を表している。表２には、収縮するモルタルの配置量を変えた場合に、昇温から稼働３ヵ月までの間で張出しにより再補修となった窯の数、および通常は蓋をした天井部の観察孔から観察した壁部外観（◎：ほぼ平坦、○：張出し量５ｍｍ以下、△：張出し量５ｍｍを超えて１０ｍｍ以下、×：張出し量１０ｍｍを越える）を示す。なお、最上段部のプラスチック耐火物は、５ＭＰａ以上の曲げ強度を持ち、粘土状で水分が殆どないものである。また、最上段部材質を３０％収縮する１〜２ＭＰａの曲げ強度のモルタル（クッションモルタル）とした場合の結果も示す。本実施形態の範囲内である実施例１〜３では、再補修となった窯はなく、良好な結果が得られた。

なお、本発明は、上述の実施形態に限られるものでなく、特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更することができる。すなわち例えば上記実施形態はカールスチル式コークス炉に適用したが、本発明の部分積替え補修方法は、他の形式の室炉式コークス炉にも同様にして適用することができる。

かくして本発明の室炉式コークス炉の部分積替え補修方法によれば、セラミックボードを使用せず膨張吸収代を適正化することで、部分積替え補修の際の施工能率を高めるとともに張出しや脱落のリスクを殆ど若しくは全くなくすことができる。

符号の簡単な説明

１ 天井部
２ 水平焔道
３ 目地
４ 凸ダボ部
５ 不定形耐火物

Claims (3)

1. 室炉式コークス炉の燃焼室の一部分のフリューを形成する煉瓦を、天井部を残したまま積替えて補修するに際し、
   補修するフリューに連続する補修しないで残存させるフリューの炭化室側の壁、および補修するフリューと隣り合うフリューの補修する壁と対面する壁の温度を４００℃以上に保持し、
   積替える煉瓦の水平方向の目地に、０．１ＭＰの荷重下で１００℃から８００℃までの線収縮率が３０％以上あるモルタルを煉瓦の膨張吸収代として使用し、
   該モルタルの室温から操業温度までで想定される鉛直方向の合計収縮量が、煉瓦の室温から操業温度までで想定される鉛直方向の合計膨張量の５０〜９５％となるように該モルタルの厚さ及び層数を設定し、
   かつ目地１箇所当りの該モルタルの厚さを煉瓦の凸ダボ部の出張り高さ未満となるように設定して、該モルタルを配置し、
   残存天井部と新たに積む部位との接続部分に、硬化して乾燥した後の曲げ強度が５ＭＰａ以上の不定形の耐火材料を用いることを特徴とするコークス炉の部分積替え補修方法。
2. 前記モルタルの施工位置が、天井部を形成する上下面の面積が異なる煉瓦の一段下の炉壁煉瓦より下の炉壁煉瓦積み部にあることを特徴とする、請求項１記載のコークス炉の部分積替え補修方法。
3. 前記モルタルの室温から操業温度までで想定される鉛直方向の合計収縮量が、煉瓦の室温から操業温度までで想定される鉛直方向の合計膨張量の５０〜８０％となるように、該モルタルの厚さ及び層数を設定して配置することを特徴とする、請求項１または２記載のコークス炉の部分積替え補修方法。

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