JP6964787B2 - 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

Description

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_２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_２）、ケイ酸二カルシウム（２ＣａＯ・ＳｉＯ_２）、アルミン酸三カルシウム（３ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３）、及びカルシウムアルミフェライト（４ＣａＯ・Ａｌ_２Ｏ_３・Ｆｅ_２Ｏ_３）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_２Ｏ_３）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。

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。