特許 7323741 コークス炉炭化室炉壁の補修方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-01

(45)【発行日】2023-08-09

(54)【発明の名称】コークス炉炭化室炉壁の補修方法

(51)【国際特許分類】

   C10B 29/06 20060101AFI20230802BHJP

   F27D 1/16 20060101ALI20230802BHJP

【ＦＩ】

C10B29/06

F27D1/16 B

F27D1/16 P

【請求項の数】 2

(21)【出願番号】P 2020027335

(22)【出願日】2020-02-20

(65)【公開番号】P2021130783

(43)【公開日】2021-09-09

【審査請求日】2022-10-06

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100120086

【弁理士】

【氏名又は名称】▲高▼津 一也

(74)【代理人】

【識別番号】100090697

【弁理士】

【氏名又は名称】中前 富士男

(74)【代理人】

【氏名又は名称】来田 義弘

(74)【代理人】

【識別番号】100176142

【弁理士】

【氏名又は名称】清井 洋平

(72)【発明者】

【氏名】工藤 寿馬

(72)【発明者】

【氏名】北野 隆宏

(72)【発明者】

【氏名】上野 隆太郎

(72)【発明者】

【氏名】服部 行良

【審査官】岡田 三恵

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２０２００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０４０５０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－０４８２７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－００６９４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１８４６５１（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０６１２８８２２（ＵＳ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１０２１７１３１１（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ１０Ｂ ２９／０６

Ｆ２７Ｄ １／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

コークス炉の炭化室と燃焼室を隔てる炉壁を貫通する破孔を補修する方法であって、
最高使用温度が１０００℃以上１３００℃以下であるブランケット状の断熱材を断熱材保持具で保持して、前記炭化室の窯口又は前記炭化室の頂部に設けられた石炭装入口から該炭化室内に挿入し、前記断熱材保持具を用いて前記断熱材を前記破孔に嵌め込む工程と、
前記炭化室の窯口から該炭化室内に溶射装置を挿入し、前記溶射装置を用いて前記断熱材と前記破孔の境界を溶射して前記断熱材を前記破孔に固定する工程と、
前記溶射装置を用いて前記断熱材上及びその周囲に溶射層を形成して前記破孔を閉塞させる工程とを備えることを特徴とするコークス炉炭化室炉壁の補修方法。

【請求項2】

コークス炉の炭化室と燃焼室を隔てる炉壁を貫通する破孔を補修する方法であって、
最高使用温度が１０００℃以上１３００℃以下であるブランケット状の断熱材を円柱状に巻いた円柱状断熱材を断熱材保持具で保持して、前記炭化室の窯口又は前記炭化室の頂部に設けられた石炭装入口から該炭化室内に挿入し、前記断熱材保持具を用いて前記円柱状断熱材を前記破孔に差し込んで該円柱状断熱材の一方の端面を、破孔した炉壁と対向する前記燃焼室がわの炉壁に当接させる工程と、
前記炭化室の窯口から該炭化室内に溶射装置を挿入し、前記溶射装置を用いて前記円柱状断熱材と前記破孔の間隙に溶射材を注入して前記円柱状断熱材を前記破孔に固定する工程と、
前記溶射装置を用いて前記円柱状断熱材上及びその周囲に溶射層を形成して前記破孔を閉塞させる工程とを備えることを特徴とするコークス炉炭化室炉壁の補修方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、コークス炉炭化室炉壁の補修方法に関し、詳細には、炭化室と燃焼室を隔てる炉壁を貫通する破孔の補修方法に関する。

【背景技術】

【0002】

室炉式コークス炉では炭化室と燃焼室が交互に配置され、炭化室と燃焼室は煉瓦製の壁（炉壁）によって隔てられている。炭化室に石炭を装入し、燃焼室にて燃焼ガスを燃焼させることにより炉壁を通じて炭化室に伝熱し、石炭を乾留してコークスを製造する。
製造されたコークスは押出機にて炭化室から押し出されるが、コークス押し出しの際、炭化室内のコークスと炉壁との間で摩擦が生じ、炉壁が減肉、損耗する。炉壁の減肉、損耗が進行すると、炭化室と燃焼室を隔てる炉壁を貫通する破孔が発生する。破孔が発生した炭化室には石炭を装入できず操業できないため補修が必要となる。

【0003】

炉壁を貫通する破孔の補修方法としては、破孔部分の煉瓦を積み替えたり、耐火物等で破孔を塞ぎ、その上から溶射して補修する方法などがある。
例えば、特許文献１には、装入口から挿入した耐火物保持具によって破孔部の破面に不定形耐火物を付着させて不定形耐火物層を形成し、炭化室内に挿入した溶射装置によって破孔部に形成した不定形耐火物層に溶射層を形成し、破孔を閉塞させる方法が記載されている。破孔の開口が大きい場合は、破孔部の破面に不定形耐火物層を形成し、装入口から挿入した耐火物被着可燃板を破孔部の不定形耐火物層に押しつけて仮固定し、耐火物被着可燃板表面及びその周辺の炉壁面に溶射層を形成し、破孔を閉塞させる。

【0004】

特許文献２には、板押さえ治具で保持する耐熱性当て板を燃焼小部屋の点検用開口から挿入し、破損貫通孔の一方側から耐熱性当て板を破損貫通孔に押しつけ、破損貫通孔を閉塞する工程と、溶射材を溶射するための溶射ランスを破損貫通孔の他方側に配置し、溶射ランスの溶射ノズルから溶射材を破損貫通孔に溶射して補修する工程とを有する補修方法が記載されている。
特許文献３には、マニピュレータを用いて、炭化室側から破孔の形状を計測して形状データを得て、形状データに基づいて破孔に入る形状に耐火物を加工し、加工された耐火物を炭化室側から破孔に挿入し、耐火物、及び耐火物と破孔との境界に向けて壁面と平滑になるまで溶射を行うことにより破孔を閉塞する方法が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０１７－４８２７３号公報

【文献】特開２０１４－４０５０２号公報

【文献】特開２００８－２０２００４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献１記載の方法では、不定形耐火物が燃焼室内に落下した場合、燃焼室底部に設けられているガス供給口もしくは空気供給口が閉塞し、燃焼室としての機能が失われるおそれがある。また、大きな破孔に対して破孔の外周部に不定形耐火物を付着させ、耐火物被着可燃板を不定形耐火物に固着させて破孔を閉塞する方法では、破孔形状に合わせた耐火物被着可燃板の成形が必要となり時間がかかるという課題がある。

【0007】

特許文献２記載の方法は、内径が１００ｍｍ程度の燃焼室点検孔から専用の治具を挿入し、点検孔から破孔部を観察しつつ破孔面に当て板を押し付けなければならず、極めて困難な作業である。また、この方法では、炭化室側と燃焼室側の双方向からの作業が必要となるという課題がある。
特許文献３記載の方法は、破孔の形状を正確に測定し、その形状に合わせて別途耐火物を成型する必要があり、補修に時間を要するだけでなく、専用のマニピュレータが高額であるという課題がある。

【0008】

コークス炉の炉壁を構成する煉瓦は珪石煉瓦であり、熱膨張率が急激に変化する変態点が６００℃付近に存在する。そのため、炉壁の温度が６００℃以下に低下すると、煉瓦に亀裂が入りやすくなる。炉壁の補修は、多くの場合、炭化室の炉蓋を開けて実施するため、炉壁の温度低下が避けられない。従って、コークス炉炭化室炉壁の補修方法は、作業性が良好で迅速な方法でなければならない。
また、補修に用いる耐火物が燃焼室に落下すると、ガス供給口や空気供給口が閉塞するおそれがある。ガス供給口や空気供給口が閉塞すると、燃焼室に燃焼ガスが供給されなくなるため燃焼室としての機能が損なわれる。因って、コークス炉炭化室炉壁の補修方法は、燃焼室機能の維持が可能な方法でなければならない。

【0009】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、燃焼室の機能を損なうリスクが無く、作業性が良く迅速かつ安価であり、大きな破孔にも対応可能なコークス炉炭化室炉壁の補修方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記目的を達成するため、第１の発明は、コークス炉の炭化室と燃焼室を隔てる炉壁を貫通する破孔を補修する方法であって、
最高使用温度が１０００℃以上１３００℃以下であるブランケット状の断熱材を断熱材保持具で保持して、前記炭化室の窯口又は前記炭化室の頂部に設けられた石炭装入口から該炭化室内に挿入し、前記断熱材保持具を用いて前記断熱材を前記破孔に嵌め込む工程と、
前記炭化室の窯口から該炭化室内に溶射装置を挿入し、前記溶射装置を用いて前記断熱材と前記破孔の境界を溶射して前記断熱材を前記破孔に固定する工程と、
前記溶射装置を用いて前記断熱材上及びその周囲に溶射層を形成して前記破孔を閉塞させる工程とを備えることを特徴としている。

【0011】

また、第２の発明は、コークス炉の炭化室と燃焼室を隔てる炉壁を貫通する破孔を補修する方法であって、
最高使用温度が１０００℃以上１３００℃以下であるブランケット状の断熱材を円柱状に巻いた円柱状断熱材を断熱材保持具で保持して、前記炭化室の窯口又は前記炭化室の頂部に設けられた石炭装入口から該炭化室内に挿入し、前記断熱材保持具を用いて前記円柱状断熱材を前記破孔に差し込んで該円柱状断熱材の一方の端面を、破孔した炉壁と対向する前記燃焼室がわの炉壁に当接させる工程と、
前記炭化室の窯口から該炭化室内に溶射装置を挿入し、前記溶射装置を用いて前記円柱状断熱材と前記破孔の間隙に溶射材を注入して前記円柱状断熱材を前記破孔に固定する工程と、
前記溶射装置を用いて前記円柱状断熱材上及びその周囲に溶射層を形成して前記破孔を閉塞させる工程とを備えることを特徴としている。

【0012】

通常、破孔を補修する場合、破孔の寸法を測定し、破孔の形状や大きさに合わせて耐火物等を成形して、これにより破孔を閉塞させてから溶射により炉壁の平滑化を実施する。大きな破孔の場合は、耐火物の成形に時間を要することに加え、成形した耐火物を保持具で炭化室に挿入する際に重くなり作業性が悪化する。これに対し、本発明で使用するブランケット状の断熱材は、大きく成形しても軽く、成形も手で行えることから作業性も良い。さらに、ブランケット状の断熱材は柔軟性を有するので、正確に寸法取りをしなくても破孔にフィットするため、破孔の寸法を正確に測定する必要がない。

【0013】

耐火物を挿入する際に燃焼室内に耐火物を落下させてしまった場合、燃焼室底部のガス供給口もしくは空気供給口を閉塞させるリスクがあるが、最高使用温度が１３００℃以下であるブランケット状の断熱材は、燃焼室の高温条件下（約１３５０℃）において、時間をかけて収縮する特性があるため、落下した場合でも燃焼室の機能を損なうことがない。また、高温で収縮する特性を活かし、ブランケット状の断熱材を円柱状に巻いて破孔に差し込み、該断熱材の一方の端面を、破孔した炉壁と対向する燃焼室がわの炉壁に当接させて、該断熱材を破孔部の適切な位置に設けることが可能となる。これにより、窯口から離れた位置の破孔部でも断熱材を容易に設置でき、破孔部と燃焼室がわの炉壁で断熱材を支えることで、断熱材落下のリスクを低減できる。
なお、断熱材の最高使用温度が１０００℃未満の場合、破孔を補修する間（最大８時間程度）に断熱材が収縮して断熱材と破孔の間に隙間ができるおそれがある。

【発明の効果】

【0014】

本発明に係るコークス炉炭化室炉壁の補修方法では、成形が容易で柔軟性を有するブランケット状の断熱材を使用するので、作業性が良く迅速かつ安価であり、大きな破孔にも対応することができる。また、本発明で使用するブランケット状の断熱材は時間をかけて収縮する特性があるため、燃焼室の機能を損なうリスクが無い。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】コークス炉における炭化室と燃焼室の配置を示した模式図である。

【図2】（Ａ）は炭化室と燃焼室を隔てる炉壁に形成された破孔の平断面図、（Ｂ）は同破孔を炭化室側から見た立面図である。

【図3】（Ａ）～（Ｃ）は本発明の第１の実施の形態に係るコークス炉炭化室炉壁の補修方法の手順を示したイメージ図である。

【図4】本発明の第２の実施の形態に係るコークス炉炭化室炉壁の補修方法の適用が有効な炉壁領域を示した模式図である。

【図5】（Ａ）～（Ｃ）は同コークス炉炭化室炉壁の補修方法の手順を示したイメージ図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。なお、本明細書及び図面において実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0017】

コークス炉（図示省略）は、原料炭を乾留してコークスを製造する炭化室と、炭化室に熱を供給する燃焼室とがコークス炉長手方向に交互に並設された構成とされている（図１参照）。コークス炉長手方向に沿う一方の側面側に押出機（図示省略）が、他方の側面側にガイド車（図示省略）と消火車（図示省略）が配置され、それぞれコークス炉長手方向に走行する。
炭化室内で乾留コークスが生成されると、炭化室の両端面に取り付けられている炉蓋を取り外して窯口１９を開放し（図４参照）、押出機の押出ラムを一方の窯口１９から他方の窯口１９まで移動させる。これにより、炭化室内の乾留コークスが他方の窯口１９から排出される。排出された乾留コークスはガイド車を介して消火車に積載される。

【0018】

前述したように、コークス押し出しの際、炭化室内のコークスと炉壁との間で摩擦が生じ、炉壁が減肉、損耗する。炉壁の減肉、損耗が進行すると、炭化室と燃焼室を隔てる炉壁を貫通する破孔が発生する。炭化室と燃焼室を隔てる炉壁１０に形成された破孔１１のイメージを図２（Ａ）、（Ｂ）に示す。

【0019】

［第１の実施の形態に係るコークス炉炭化室炉壁の補修方法］
図３を用いて、本発明の第１の実施の形態に係るコークス炉炭化室炉壁の補修方法の手順について説明する。

【0020】

［ＳＴＥＰ－１］
破孔の形状に合わせてブランケット状の断熱材を成形する。
ブランケット状の断熱材の最高使用温度は１０００℃以上１３００℃以下とする。
ブランケット状の断熱材には、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）とシリカ（ＳｉＯ_２）を主成分とするセラミックファイバーからなるブランケット（例えば、イソライト工業(株)製のイソウール１０００ブランケット（商品名））、アルカリアースシリケート（ＳｉＯ_２－ＣａＯ－ＭｇＯ）からなるブランケット（例えば、新日本サーマルセラミックス(株)製のスーパーウールブランケット（商品名））などが使用できる。

【0021】

［ＳＴＥＰ－２］
成形したブランケット状の断熱材１２を断熱材保持具１４で保持して、炭化室の窯口１９又は炭化室の頂部に設けられた石炭装入口１８から該炭化室内に挿入し、断熱材保持具１４を用いて断熱材１２を破孔１１に嵌め込む（図３（Ａ）、図４参照）。

【0022】

［ＳＴＥＰ－３］
炭化室の窯口１９から該炭化室内に溶射装置１５を挿入し、溶射装置１５を用いて断熱材１２と破孔１１の境界を溶射して断熱材１２を破孔１１に固定した後、断熱材保持具１４を回収する（図３（Ｂ）参照）。
溶射に使用する溶射材１６には、シリカとアルミナの混合物を使用する。シリカとアルミナの混合比率は様々であるが、一例を挙げれば、シリカ：８５～９７質量％、アルミナ：２～１０質量％である。シリカとアルミナ以外の含有物質は、酸化カルシウム：２質量％未満、酸化チタン：１質量％未満である。

【0023】

［ＳＴＥＰ－４］
溶射装置１５を用いて、壁面と平滑になるまで断熱材１２上及びその周囲に溶射層１７を形成して破孔１１を閉塞させる（図３（Ｃ）参照）。

【0024】

［第２の実施の形態に係るコークス炉炭化室炉壁の補修方法］
図５を用いて、本発明の第２の実施の形態に係るコークス炉炭化室炉壁の補修方法の手順について説明する。
［ＳＴＥＰ－１］
最高使用温度が１０００℃以上１３００℃以下であるブランケット状の断熱材１２を径が破孔１１よりも少し小さい円柱状に巻いて円柱状断熱材１３を形成する。次いで、円柱状断熱材１３を断熱材保持具１４で保持して、炭化室の窯口１９又は炭化室の頂部に設けられた石炭装入口１８から該炭化室内に挿入し、断熱材保持具１４を用いて円柱状断熱材１３を破孔１１に差し込み、円柱状断熱材１３の一方の端面を、破孔した炉壁１０と対向する燃焼室がわの炉壁１０ａに当接させる（図５（Ａ）参照）。
なお、円柱状断熱材１３の長さ（高さ）は、燃焼室の幅よりも長く、燃焼室の幅と炉壁１０の厚みの和から必要な溶射層の最低厚み（例えば１０ｍｍ）を引いた長さ以下とする。

【0025】

［ＳＴＥＰ－２］
炭化室の窯口１９から該炭化室内に溶射装置１５を挿入し、溶射装置１５を用いて円柱状断熱材１３と破孔１１の間隙に溶射材１６を注入して円柱状断熱材１３を破孔１１に固定した後、断熱材保持具１４を回収する（図５（Ｂ）参照）。

【0026】

［ＳＴＥＰ－３］
溶射装置１５を用いて、壁面と平滑になるまで円柱状断熱材１３上及びその周囲に溶射層１７を形成して破孔１１を閉塞させる（図５（Ｃ）参照）。
なお、燃焼室がわに突出した円柱状断熱材１３は時間をかけて焼失するので、燃焼室底部のガス供給口や空気供給口が閉塞することはない。

【0027】

本発明の第２の実施の形態に係るコークス炉炭化室炉壁の補修方法は、破孔１１の適切な位置に円柱状断熱材１３を容易に設けることができるので、窯口１９から挿入した断熱材保持具１４が破孔１１に届かない炭化室中央部の上段から中段にかけての領域（図４の二点鎖線で囲んだ領域）の補修に有効である。

【0028】

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。

【符号の説明】

【0029】

１０、１０ａ：炉壁、１１：破孔、１２：断熱材、１３：円柱状断熱材、１４：断熱材保持具、１５：溶射装置、１６：溶射材、１７：溶射層、１８：石炭装入口、１９：窯口

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】