JP6008071B1 - コークス炉の建設方法 - Google Patents

Abstract

大型のモジュールレンガを使用することなしに、作業者の負担を低減しつつ、高い精度で定型耐火物を積み、効率的にコークス炉を建設することができるコークス炉の建設方法を提供する。コークス炉の更新または新設のためのコークス炉の建設方法であって、前記コークス炉の建設場所以外の場所において複数の定型耐火物を積み上げてブロックを製造するブロック製造工程と、前記ブロックをコークス炉建設場所へ運搬するブロック運搬工程と、前記ブロックを設置する位置にモルタルを塗布するモルタル塗布工程と、前記モルタルが塗布された位置に前記ブロックを設置するブロック設置工程とを有し、前記ブロックの長手方向長さが前記コークス炉の炉長の１／４以上２／３以下であり、前記ブロックの高さが２ｍ未満である、コークス炉の建設方法。

Description

本発明は、コークス炉全体の更新や新設のためのコークス炉の建設方法に関するものであり、特に、大型のモジュールレンガを使用することなしに、作業者の負担を低減しつつ、高い精度で定型耐火物を積み、効率的にコークス炉を建設することができるコークス炉の建設方法に関するものである。

製鉄に用いられる冶金用コークスは、室炉式コークス炉で石炭を乾留することによって製造される。室炉式コークス炉は、炭化室と、該炭化室に熱を供給する燃焼室とを炉幅方向に交互に配置することによって構成されており、炭化室と燃焼室とを隔てる耐火レンガ等の耐火物を介して燃焼室から炭化室へ熱が供給される。室炉式コークス炉には１００門以上の炉室を備えるものもあり、その全長は１００ｍ以上、高さは１０ｍ以上におよぶ巨大レンガ構造物といえる。

コークス炉を構成する耐火物は、１０００℃を越える高温と、石炭を乾留して得られたコークスを水平に押し出して取り出す際の摩擦にさらされるため、次第に損傷する。そこで、コークス炉は、溶射等の方法による簡易補修や、窯口を主とした部分的な積み替え補修を施しながら使用されるが、一般的には４０〜５０年が寿命とされており、老朽化したコークス炉の更新や新設を行う必要がある。

コークス炉の建設（築炉）は、通常、レンガ等の定型耐火物を築炉工が手積みすることによって行われている。その作業工程は、具体的には以下に述べるようなものである。

コークス炉は複雑な構造をしているが、上下の定型耐火物の接続面は水平で、全体を通して同じ高さで揃うように設計されており、下から１段目、２段目と数えられる。コークス炉の新設または定型耐火物構造の更新工事では、総計数百名の築炉工を数十名ずつ一定の範囲ごとに配置し、炉の底部から順に、一日あたり１段または２段ずつ定型耐火物を積み上げていく。

上記の作業における個々の定型耐火物の積み上げは、以下のように行われる。まず、使用する定型耐火物を、予めクレーンなどを使って作業高さに搬入し、施工する位置の近くに配置しておく。また、モルタルは、混練機で製造した後、容器に入れて、クレーンなどで作業場所に搬入し、小分けして施工位置付近に配置しておく。築炉工は、定型耐火物を積む位置に、コテを用いて所定の目地厚になるようにモルタルを塗布し（むかえトロ）、次いで、近くに配置されている定型耐火物を取り、空気がかまないようにモルタル上へ定型耐火物を積む。積まれた定型耐火物の位置を、水平器等を利用して調整した後、次の定型耐火物を積む位置へ横方向に移動する。以上の手順を繰り返し行うことで１段分の定型耐火物を積んでいく。１段分の定型耐火物積み上げ作業が終了すると、要求精度が達成されているかの確認を行い、問題が発見された場合はその部分を積みなおした後、次の段の積み上げ作業に入る。

しかし、以上のような手積みによる築炉には、次のような問題がある。まず、コークス炉に使用される定型耐火物は、１つ５〜１０ｋｇ程度の重さがあるため、作業場所への事前の配置と実際の積み上げのいずれも重労働であり、作業者にとって相当な負荷となる。

また、コークス炉は、一般的な建築物用のレンガと異なり、上面から見た形状が長方形、台形、Ｌ字型など、様々な形状の定型耐火物を複雑に組み合わせて建造する必要があることに加え、コークス炉の定型耐火物構造には極めて高い精度が要求される。例えば、燃焼室の壁面は、凹凸が１ｍｍ以下であるような、高い平滑性を有していることが求められる。しかし、コークス炉用の定型耐火物として一般的に用いられる耐火レンガは焼成して造られるため、個々の耐火レンガの寸法に１〜２ｍｍ程度の誤差がある。そのため、耐火レンガを単純に積み上げても必要な精度を満たすことはできず、レンガ寸法のばらつきを考慮した上で、最終的なコークス炉の寸法精度が得られるように手作業で調整を行いつつ、複雑な形状のレンガを積み上げていく必要がある。したがって、コークス炉の定型耐火物積み作業には極めて高度な技能が要求されるが、そのような熟練した築炉工は常に不足している。

以上の理由から、定型耐火物を積み上げる作業を効率的に、少ない人手で行う方法の開発が求められている。

例えば、特許文献１では、一体的に成形した大型のモジュールレンガを用いてコークス炉の加熱壁の積み替え部分を補修する技術が提案されている。前記モジュールレンガは、型枠内に耐火物のスラリーを流し込んだ後、焼成して事前に製造されるものであり、コークス炉の燃焼室を形成する煙道と炭化室壁面とが一体的に成形されている。この技術では、通常の手積みで使用される耐火レンガより大きい寸法のモジュールレンガを用いるため、コークス炉内での補修作業時間を短縮することができ、作業負荷を低減することができる。

また、特許文献２では、コークス炉の耐火レンガ壁の補修が必要な箇所に外型枠と消耗内型枠（中子）を取り付け、前記型枠の内部に耐火物のキャスタブル材を流し込んだ後、焼成して硬化させる技術が提案されている。この技術においては、そもそも定型耐火物を積み上げて補修を行う必要がないため、作業負荷を低減することができる。

特開平０４−２１３３８８号公報 特表２０１１−５０３２５４号公報

しかし、特許文献１に記載の技術においては、スラリーを焼成して製造した大型のモジュールを用いるため、該モジュールに熱がかかった際に歪みが生じて割れるおそれがある。また、モジュールを現場へ運搬する際等に亀裂がはいると、モジュールが大きい分、亀裂も長くなってしまうという問題がある。

特許文献２に記載の技術でも同様に、通常の定型耐火物と比べて大きい部分を一体的に成型、焼成しているため、熱がかかった際に割れが生じやすいという問題がある。また、得られる補修部分の精度は型枠の精度に依存するが、補修現場において、複雑な形状の外型枠と消耗内型枠を精度良く設置することは困難である。

加えて、特許文献１、２に記載の技術は、いずれもコークス炉の部分的な補修のためのものであり、コークス炉全体の更新や新設に適用することは考慮されていない。補修の場合、一時的、部分的なものであることや、作業が熱間となることなどから、施工精度よりも施工スピードが重視される。それに対し、新炉の建設においては、長期にわたって炉を運用することが前提となるため、補修の場合に比べて格段に高い精度が要求される。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、コークス炉全体の更新や新設のためのコークス炉の建設方法であって、大型のモジュールレンガを使用することなしに、作業者の負担を低減しつつ、高い精度で定型耐火物を積み、効率的にコークス炉を建設することができるコークス炉の建設方法を提供することを目的とする。

すなわち、本発明の要旨構成は、次のとおりである。
１．コークス炉の更新または新設のためのコークス炉の建設方法であって、
前記コークス炉の建設場所以外の場所において複数の定型耐火物を積み上げてブロックを製造するブロック製造工程と、
前記ブロックをコークス炉建設場所へ運搬するブロック運搬工程と、
前記ブロックを設置する位置にモルタルを塗布するモルタル塗布工程と、
前記モルタルが塗布された位置に前記ブロックを設置するブロック設置工程とを有し、
前記ブロックの長手方向長さが前記コークス炉の炉長の１／４以上２／３以下であり、前記ブロックの高さが２ｍ未満である、コークス炉の建設方法。

２．前記ブロックの少なくとも１つが、前記コークス炉の蓄熱室を構成する、前記１に記載のコークス炉の建設方法。

３．前記ブロックの少なくとも１つが、前記コークス炉の燃焼室を構成する、前記１または２に記載のコークス炉の建設方法。

４．さらに、コークス炉建設場所において定型耐火物を手積みする定型耐火物手積み工程を有する、前記１〜３のいずれか一つに記載のコークス炉の建設方法。

５．前記ブロック製作工程におけるブロックの製造を、ロボットを用いて行う、前記１〜４のいずれか一つに記載のコークス炉の建設方法。

６．前記ブロック製作工程におけるブロックの製造を、定型耐火物積み上げ用アーム型ロボットとモルタル塗布用アーム型ロボットを用いて行う、請求項１〜５のいずれか一つに記載のコークス炉の建設方法。

本発明のコークス炉の建設方法によれば、大型のモジュール定型耐火物を使用することなしに、作業者の負担を低減し、高い精度で定型耐火物を積み上げて、コークス炉全体の更新や新設のためのコークス炉の建設を行うことができる。

本発明の一実施形態におけるコークス炉の建設方法の概略を示すフロー図である。

次に、本発明を実施する方法について具体的に説明する。なお、以下の説明は、本発明の好適な一実施態様を示すものであり、本発明は、以下の説明によって何ら限定されるものではない。なお、以下の説明においては、特に断りの無い限り、コークス炉に組み込まれた状態における向きを基準として、定型耐火物、および該定型耐火物を積み上げて製造されるブロックについて、上、下、水平、垂直、および高さとの用語を使用する。

図１は、本発明の一実施形態におけるコークス炉の建設方法の概略をフロー図に示したものである。本発明のコークス炉の建設方法は、コークス炉の更新または新設のためのものであり、図１に示したように次の（１）〜（４）の工程を、少なくとも有している。そして、（３）および（４）の工程をコークス炉建設場所で行う一方で、（１）の工程を前記コークス炉の建設場所以外の場所において行うことを特徴としている。
（１）コークス炉の建設場所以外の場所において複数の定型耐火物を積み上げてブロックを作製するブロック製造工程、
（２）前記ブロックをコークス炉建設場所へ運搬する運搬工程、
（３）前記ブロックを設置する位置にモルタルを塗布するモルタル塗布工程、および
（４）モルタルが塗布された位置に前記ブロックを設置するブロック設置工程。
なお、本発明における「コークス炉の更新または新設」には、既存のコークス炉の定型耐火物構造物を解体、除去した後に既存の基礎上に定型耐火物構造物を新たに建設する場合（パドアップ）や、完全に新規にコークス炉を建設する場合、既存のコークス炉に隣接して新規の炉団を増設する場合などが含まれる。
以下、上記（１）〜（４）の各工程について具体的に説明する。

［ブロック製造工程］
ブロック製造工程においては、コークス炉の建設場所以外の場所において複数の定型耐火物を積み上げてブロックを製造する。コークス炉建設場所においては、該ブロックを設置することでコークス炉を建設することができるため、従来のように作業性の悪い建設場所において築炉工が一つずつ定型耐火物を手積みする作業を低減し、建設場所における作業効率を格段に向上させることができる。

前記「コークス炉の建設場所以外の場所」としては、コークス炉の建設現場とは異なり、かつ定型耐火物を積み上げてブロックを製造することができる場所であれば特に限定されず、任意の場所を用いることができる。例えば、コークス炉の建設を行うための場所に設けられた仮上屋に隣接する土地等のコークス炉建設場所に隣接する場所、該コークス炉を製鉄所内に建設する場合であれば、該製鉄所内の他の場所などでブロック製造工程を行うことができる。また、ブロックの製造は、コークス炉建設場所から離れた遠隔地で行うことも可能であるが、運搬にかかる時間やコストを考慮すると、コークス炉建設場所に隣接する場所で行うことが好ましい。ブロック製造工程は、一カ所で集約的に行うことが効率上望ましいが、複数の場所で行って、それぞれの場所で製造されたブロックを、１つのコークス炉建設現場へ運搬、搬入して用いることもできる。

前記ブロックは、コークス炉のいずれの部分を構成するためのブロックとすることもできるが、比較的構造が単純な部分や、繰り返し構造を有する部分をブロック化すれば、作業効率の向上効果が大きいため、前記ブロックの少なくとも１つを蓄熱室および燃焼室のいずれかを構成するためのものとすることが好ましい。使用されるブロックのうち、蓄熱室または燃焼室を構成するものの数の上限は特に限定されず、すべて（１００％）のブロックを蓄熱室または燃焼室を構成するものとすることもできる。

［［定型耐火物］］
前記ブロックを製造するための定型耐火物としては、特に限定されることなく、レンガやプレキャストブロック等、任意の定型耐火物を用いることができる。なかでも、手積みでコークス炉を建設する際に用いられる通常の定型耐火物を用いることが好ましい。通常の定型耐火物を使用することにより、本発明の方法で築炉する場合においても、従来と同様の炉の設計とすることが可能となり、その結果、少なくとも従来と同等の炉の性能を保証することが可能となる。また、大型のモジュールレンガを用いた場合には、亀裂が入った場合にモジュール全体にわたって亀裂が広がるおそれがあるが、通常の定型耐火物を使用すれば、仮に定型耐火物に亀裂が入ったとしても、その亀裂の伝搬を１つの定型耐火物内でとどめることができる。なお、ここでいう通常の定型耐火物とは、モジュールレンガではない、手積み用の定型耐火物全般を指すが、その寸法は、一般的には、高さ１０〜１５ｃｍ、水平方向の長さが２０〜４０ｃｍである。

［［手積みによるブロックの製造］］
上記ブロックの製造は、手積みによって行うことができる。この場合、コークス炉建設場所で定型耐火物を手積みする場合とは異なり、十分な作業スペースを確保することが可能となるため、同じ手積みであっても作業者への負荷を低減することができる。また、コークス炉建設場所で定型耐火物を積む場合には、積み上げられた定型耐火物の高さに合わせて足場を組み、その上で作業を行う必要があるが、本発明では、コークス炉建設場所とは別の場所で定型耐火物を積む作業を行うため、足場などを用いる必要がなく、足下のよい地面の上で作業を行うことができる。

［［ロボットによるブロックの製造］］
また、上記ブロックの製造は、ロボットを用いて行うこともできる。この場合、ブロックの製造工程の一部または全部を自動化することができるため、定型耐火物の手積みという重労働に従事する作業員の数を減らすことができるとともに、高度な技能を要求される定型耐火物積み上げ作業の一部または全部をロボットにより自動化することが可能となる。

ブロックの製造に用いるロボットとしては、特に限定されることなく、任意のロボットを用いることができるが、定型耐火物等をハンドリングすることが可能な可動式のアームを有するアーム型ロボットを用いることが好ましい。前記アーム型ロボットの一例としては、産業用ロボットの一種である垂直多関節型ロボットが挙げられる。また、定型耐火物積み上げ用アーム型ロボットとモルタル塗布用アーム型ロボットを用いてブロックを製造することもできる。

［［ブロック製造ライン］］
なお、手積みで行うかロボットを使用するかに関わらず、ブロックの製造ラインは１つとすることも、複数とすることもできる。複数のラインでブロックを製造すれば、コークス炉建設場所へのブロックの供給速度を上げることができるため、作業効率の観点からはブロックの製造ラインの数を２以上とすることが好ましく、３以上とすることがより好ましい。一方、製造ラインの数の上限は特に限定されないが、必要以上にライン数を増やしても、その後のブロック運搬工程や、コークス炉建設場所において行われるモルタル塗布工程やブロック設置工程が律速工程となるため、それ以上コークス炉の建設スピードを向上させることが困難となり、費用対効果が低下する。したがって、ライン数は、コークス炉の規模や各工程における作業速度等を考慮して決定すればよい。

［［ブロックのサイズ］］
本発明においては、ブロック製造工程において製造されるブロックの長手方向長さを、建設するコークス炉の炉長の１／４以上２／３以下、前記ブロックの高さを２ｍ未満とすることが重要である。ブロックの製造を手積みで行う場合、ブロックの高さが過度に高いと、高い位置に定型耐火物を積むために、足場を組み立てる等の方法により作業床を設ける必要がある。例えば、日本においては、労働安全衛生規則第５１８条の規定により、高さが２ｍ以上で作業を行う場合において墜落のおそれのあるときは、作業床を設けることが求められている。前記ブロックの高さが２ｍ未満であれば、定型耐火物を手積みしてブロックを製造する場合でも、足場などを設置して高所作業を行う必要がないため、作業効率が高い。また、ロボットを用いてブロックを製造する場合には、前記ブロックの高さが２ｍ未満であれば、定型耐火物を積む位置の高さを一般的なアーム型ロボットのアームの可動範囲内とすることができる。そのため、ロボットを水平方向に移動させるのみでブロックを製造することができるため、作業効率が高い。 一方、前記ブロックの高さの下限については特に限定されないが、定型耐火物２段以上とすることが好ましい。また、ブロックの長手方向の長さは建設するコークス炉の炉長の１／４以上２／３以下であれば問題ないが、後述するブロック運搬工程の作業性の観点からブロックの長手方向長さはコークス炉の炉長の１／４以上１／２以下とすることがより好ましい。

なお、ここで「ブロックの長手方向長さ」とは、ブロックの水平方向断面における長手方向の長さを指し、「ブロックの高さ」とは、該ブロックの下面から上面までの高さを指す。なお、前記「ブロックの長手方向長さ」および「ブロックの高さ」には、ブロックの側面、上面、および底面に設けられたダボ等の凹凸は含めないものとする。また、「コークス炉の炉長」とは、コークス炉を構成する個々の燃焼室および炭化室の長手方向の長さを意味する。なお、現在使用されている一般的なコークス炉の炉長は、１５〜１７ｍ程度である。

［ブロック運搬工程］
上記ブロック製造工程で製造されたブロックは、乾燥が終了した後、コークス炉建設場所へ運搬される。ブロック運搬工程におけるブロックの運搬方法は、特に限定されることなく、ブロックの製造場所とコークス炉の建設場所との距離等に応じて、トラックやトランスポーター（自走運搬台車）、クレーン等の任意の方法を単独または複数組み合わせて使用することができる。本発明においては、ブロックの長手方向長さがコークス炉の炉長の１／４以上２／３以下、ブロックの高さが２ｍ未満と、比較的ブロックが小型であるため、一般的な運搬方法、手段が使用でき、コストを抑えられる。例えば、コークス炉建設場所に仮上屋が設けられている場合、ブロック製造場所から前記仮上屋まではトランスポーターで運搬し、仮上屋内では天井クレーンとステージジャッキを併用して施工位置まで運搬することができる。また、ブロック運搬工程においては、ブロック製造場所からコークス炉建設場所の施工位置まで直接ブロックを運搬することもできるが、まず、ブロック保管場所に運搬して一時的に保管し、築炉の進捗状況に応じて前記ブロック保管場所からコークス炉建設場所の施工位置までブロックを運搬してもよい。

［モルタル塗布工程］
次に、ブロックを設置する位置に、モルタルを塗布する。モルタルの塗布方法は特に限定されず、定型耐火物を積む場合と同様に、ブロックの底面や側面が接触する位置、言い換えれば、ブロックが設置される位置の上面や側面に、モルタルを塗布すればよい。

モルタルを塗布した面のうち、据え付けられるブロックの底面と接触する部分、すなわち、水平方向の目地となる部分には、スペーサーを設置することもできる。当該部分には、ブロックの荷重がかかることにより所期の目地厚が確保できない場合がある。そこで、スペーサーを設置し、その上からブロックを据え付けることにより、目地厚を容易に確保することが可能となる。前記スペーサーとしては、目地厚と同じ高さのものを用いることが好ましい。

［ブロック設置工程］
次に、上記モルタル塗布工程においてモルタルが塗布された位置に、ブロックを設置する。ブロックの設置方法は特に限定されないが、例えば、クレーン等で揚重したブロックを、モルタルが塗布された面に位置を調整しつつ設置すればよい。このように、ブロック単位で施工することにより、定型耐火物を一つずつ手積みする場合に比べて作業者の負担を低減し、高い精度で定型耐火物を積み上げることができる。

［定型耐火物手積み工程］
本発明のコークス炉の建設方法においては、以上の工程を繰り返し行うことによりコークス炉を建設することができる。なお、その際、上記ブロックを用いてコークス炉全体を建設することもできるが、コークス炉の一部はブロックを用いて作製し、他の部分は手積みで作製することもできる。特に、比較的構造が単純な部分や、繰り返し構造を有する部分をブロック化すれば、作業効率の向上効果が大きいため、蓄熱室および燃焼室のいずれか一方または両方をブロックを用いて作製し、それ以外の部分、例えば、構造が複雑なコーベル等については手積みで作製することが好ましい。

本発明のコークス炉の建設方法によれば、大型のモジュールレンガを使用することなしに、作業者の負担を低減しつつ、高い精度で定型耐火物を積み、効率的にコークス炉を建設することができる。そのため、コークス炉全体の更新や新設に極めて有効である。

Claims (6)

1. コークス炉の更新または新設のためのコークス炉の建設方法であって、
   前記コークス炉の建設場所以外の場所において複数の定型耐火物を積み上げてブロックを製造するブロック製造工程と、
   前記ブロックをコークス炉建設場所へ運搬するブロック運搬工程と、
   前記ブロックを設置する位置にモルタルを塗布するモルタル塗布工程と、
   前記モルタルが塗布された位置に前記ブロックを設置するブロック設置工程とを有し、
   前記ブロックの長手方向長さが前記コークス炉の炉長の１／４以上２／３以下であり、前記ブロックの高さが２ｍ未満である、コークス炉の建設方法。
2. 前記ブロックの少なくとも１つが、前記コークス炉の蓄熱室を構成する、請求項１に記載のコークス炉の建設方法。
3. 前記ブロックの少なくとも１つが、前記コークス炉の燃焼室を構成する、請求項１または２に記載のコークス炉の建設方法。
4. さらに、コークス炉建設場所において定型耐火物を手積みする定型耐火物手積み工程を有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のコークス炉の建設方法。
5. 前記ブロック製作工程におけるブロックの製造を、ロボットを用いて行う、請求項１〜４のいずれか一項に記載のコークス炉の建設方法。
6. 前記ブロック製作工程におけるブロックの製造を、定型耐火物積み上げ用アーム型ロボットとモルタル塗布用アーム型ロボットを用いて行う、請求項１〜５のいずれか一項に記載のコークス炉の建設方法。

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