(57)【要約】【課題】コークス押出し時の押出負荷を低減させる観点で縦亀裂に沿って生じたＶ字溝の補修を効率的に行うコークス炉の炉壁補修方法を提供する。【解決手段】コークス炉の炭化室の炉壁を撮像装置により撮影し、炉壁画像を取得する炉壁画像取得ステップと、上記炉壁画像に基づいて、上記炉壁の縦亀裂に沿って生じたＶ字溝を特定するＶ字溝特定ステップと、上記炉壁の炉壁長手方向中央よりもコークス排出側の領域を、Ｖ字溝を補修する補修領域として決定する補修領域決定ステップと、上記補修領域内のＶ字溝を補修装置により補修する補修ステップと、を含む、コークス炉の炉壁補修方法が提供される。【選択図】図６
2020114892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の炭化室の炉壁を撮像装置により撮影し、炉壁画像を取得する炉壁画像取得ステップと、
前記炉壁画像に基づいて、前記炉壁の縦亀裂に沿って生じたＶ字溝を特定するＶ字溝特定ステップと、
前記炉壁の炉壁長手方向中央よりもコークス排出側の領域を、Ｖ字溝を補修する補修領域として決定する補修領域決定ステップと、
前記補修領域内のＶ字溝を補修装置により補修する補修ステップと、
を含む、コークス炉の炉壁補修方法。
【請求項２】
前記補修領域決定ステップでは、押出負荷の上昇に寄与するＶ字溝の数に基づいて、前記補修領域のうちの前記炉壁の炉壁長手方向端部側の一部を前記補修領域として決定する、請求項１に記載のコークス炉の炉壁補修方法。
【請求項３】
前記補修領域決定ステップでは、
コークス押出し時の初期収縮によるコークスケーキの収縮量と前記Ｖ字溝の前記炉壁長手方向の間隔とに基づき、初期収縮後にコークス塊が抜け出せないＶ字溝の存在領域を算出し、
算出した前記Ｖ字溝の存在領域を前記補修領域として決定する、請求項１に記載のコークス炉の炉壁補修方法。
【請求項４】
前記補修領域決定ステップでは、
コークス押出し時の初期収縮によるコークスケーキの収縮量、前記Ｖ字溝の前記炉壁長手方向の間隔、及び、コークスケーキの初期収縮後にコークス塊と炉壁面との間に摩擦抵抗が生じる距離に基づき、入り込んでいたコークス塊がコークスケーキの初期収縮後に、前記摩擦抵抗が生じなくなる位置まで移動しないＶ字溝の存在領域を算出し、
算出した前記Ｖ字溝の存在領域を前記補修領域として決定する、請求項１に記載のコークス炉の炉壁補修方法。
【請求項５】
前記補修領域決定ステップでは、さらに前記Ｖ字溝の補修を実施可能な時間に応じて、前記補修領域を決定する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のコークス炉の炉壁補修方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉の炉壁補修方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉は、炭化室と燃焼室とを交互に配置して構成される珪石煉瓦製の巨大な工業炉である。一つの炭化室は、標準的なサイズでは、長さ１５ｍ、高さ５ｍ、幅０．４ｍ程度であり、長さと高さに比較して幅が狭い。コークス炉では、炭化室に石炭を装入し、燃焼室から炉壁を介して１０００℃以上の高温を約２０時間加え続けて石炭を乾留し、コークスを製造する。乾留が終了すると、炭化室両端にある扉を開け、押出機と呼ばれる装置でコークスを水平方向に押して排出する。コークスの製造は、１００室程度並んだ炭化室で時間を違えて行われる。コークス炉を構成する珪石煉瓦は、温度が低下することによる熱衝撃により破損する性質があるため、コークス炉全体は内部が常時高温に維持されている。
【０００３】
コークス炉は、数十年という長期にわたって稼動されると、炉室を構成する珪石煉瓦が熱的、化学的あるいは機械的要因によって劣化し、壁面煉瓦が部分的に減肉する欠損や、炭化室の底部から上部に繋がる縦亀裂に沿って煉瓦が角欠けした欠損等が発生する。これらの欠損によって炉壁面に凹凸が生じるため、乾留後にコークスを押し出す際の押出負荷が上昇する。押出負荷は石炭の配合・水分、乾留状態等の様々な要因に依存するが、特に、炉壁の凹凸はコークスと炉壁との引っかかりや摩擦抵抗として作用するため、押出負荷に大きく影響する。押出負荷が高いと押し詰まりと呼ばれるコークス排出不能の事態が発生することがあり、押し詰まりが発生すると当該炭化室でのコークスの製造を停止しなければならず、減産を余儀なくされる。また、炉壁に生じた縦亀裂は煉瓦の厚み方向に貫通しているので、縦亀裂の開口部の幅が拡大したり、縦亀裂の発生本数が増加したりすると、炉壁の強度が低下して倒壊する恐れがある。
【０００４】
このような縦亀裂の補修は、縦亀裂に対して補修材を吹き付けることにより行われる。例えば特許文献１には、縦亀裂を効率的かつ正確に補修する溶射補修技術として、コークス炉の炭化室の炉壁を撮影して取得された炉壁画像に基づいて、炉壁の角欠け欠損位置を特定し、当該炉壁画像における炉壁の角欠け欠損位置を表す画像座標を取得する画像座標取得部を備える診断装置と、炉壁の角欠け欠損を補修する補修部と、画像座標に基づいて補修部が移動する補修経路を生成する補修経路生成部と、補修部を補修経路に沿って移動させる制御部と、を備える補修装置と、を有する、炉壁補修システムが開示されている。特許文献１に記載の溶射補修技術は、従来困難であった、炉壁縦亀裂に沿って生じるＶ字状の溝の煉瓦欠損（角欠け欠損、以下「Ｖ字溝」ともいう。）に対して補修材を溶射することを可能にするものである。
【０００５】
また、例えば特許文献２には、Ｖ字溝が形成された肌荒れ状態のコークス炉の壁面が、コークスの押出時に生じるコークスと壁面との間の摩擦係数に与える影響を定量化するコークス炉の壁面状態評価方法が開示されている。特許文献２に記載の方法では、コークス炉の炭化室の壁面に点在している複数の凹部の深さ情報を導出し、導出した深さ情報に基づいて、当該壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出する。また、肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係を導出することで、肌荒れがコークスと炉壁との間の摩擦係数に与える影響を定量化する。すなわち、特許文献２に記載の方法では炉壁全体の縦亀裂の成長状態と押出負荷との関係を得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１８−４４１６１号公報
【特許文献２】特開２０１２−８７２３１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、特許文献１に記載の溶射補修技術を利用しても、その溶射作業は１窯当たり１０時間以上を要し、その間はコークスの生産が中断される。コークス炉には１００窯程度の炭化室があり、すべてを補修することを考えると、効率的な溶射作業が要求される。このため、炉壁全面に生じているＶ字溝をすべて補修することは難しく、限られた時間で炉壁の一部を補修するのが現実的である。
【０００８】
このとき、補修領域は、押出負荷を低減する観点で炉壁のどの部位を補修すれば効率がよいかに基づき決定されることになる。ここで、カーボンが炉壁に付着すると、Ｖ字溝がカーボンに覆われて炉壁面が擬似的に平滑となる。すなわち、炉壁面へのカーボン付着によって、縦亀裂に沿って生じたＶ字溝の位置での押出負荷の上昇を抑制することができる。そこで、押出負荷を低減する１つの観点として、Ｖ字溝を覆い隠しているカーボンが常時少ない箇所を特定し、当該箇所を優先的に補修することがある。
【０００９】
しかし、コークス炉の操業では、生産条件や炉壁の補修作業中にカーボンが消失することがある。このため、老朽化したコークス炉の炭化室では、カーボンが全くない状態を対象として、Ｖ字溝の補修領域を決定することも重要である。なぜならば、平滑効果をもたらすカーボンの付着がなく煉瓦壁面が露出していれば、炉壁面はＶ字溝によって大きな凹凸が生じている状態となっている。かかる状態は、コークスと炉壁との間に発生する摩擦によって押出し不能となるリスクが特に高い状態である。ここで、上記特許文献２に記載の方法では、壁面の損傷の程度を示す指標である肌荒れ指数を導出することができる。しかし、押出負荷を低減する観点では、炉壁の全面の肌荒れ指数を導出し、さらに肌荒れ指数と炉壁摩擦係数との関係を導出する必要があり、効率的に溶射作業を行うには更なる検討が必要である。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、コークス押出し時の押出負荷を低減させる観点で縦亀裂に沿って生じたＶ字溝の補修を効率的に行うことが可能な、新規かつ改良されたコークス炉の炉壁補修方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、コークス炉の炭化室の炉壁を撮像装置により撮影し、炉壁画像を取得する炉壁画像取得ステップと、上記炉壁画像に基づいて、上記炉壁の縦亀裂に沿って生じたＶ字溝を特定するＶ字溝特定ステップと、上記炉壁の炉壁長手方向中央よりもコークス排出側の領域を、Ｖ字溝を補修する補修領域として決定する補修領域決定ステップと、上記補修領域内のＶ字溝を補修装置により補修する補修ステップと、を含む、コークス炉の炉壁補修方法が提供される。
【００１２】
上記補修領域決定ステップでは、押出負荷の上昇に寄与するＶ字溝の数に基づいて、上記補修領域のうちの上記炉壁の炉壁長手方向端部側の一部を上記補修領域として決定してもよい。
【００１３】
また、上記補修領域決定ステップでは、コークス押出し時の初期収縮によるコークスケーキの収縮量と上記Ｖ字溝の上記炉壁長手方向の間隔とに基づき、初期収縮後にコークス塊が抜け出せないＶ字溝の存在領域を算出し、算出した上記Ｖ字溝の存在領域を上記補修領域として決定してもよい。
【００１４】
あるいは、上記補修領域決定ステップでは、コークス押出し時の初期収縮によるコークスケーキの収縮量、上記Ｖ字溝の上記炉壁長手方向の間隔、及び、コークスケーキの初期収縮後にコークス塊と炉壁面との間に摩擦抵抗が生じる距離に基づき、入り込んでいたコークス塊がコークスケーキの初期収縮後に、上記摩擦抵抗が生じなくなる位置まで移動しないＶ字溝の存在領域を算出し、算出した上記Ｖ字溝の存在領域を上記補修領域として決定してもよい。
【００１５】
上記補修領域決定ステップでは、さらに上記Ｖ字溝の補修を実施可能な時間に応じて、上記補修領域を決定してもよい。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように本発明によれば、コークス押出し時の押出負荷を低減させる観点で縦亀裂に沿って生じたＶ字溝の補修を効率的に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】炭化室と燃焼室とが交互に配置された一般的なコークス炉の構成を示す模式図である。
【図２】炭化室の炉壁画像の一例を示す説明図である。
【図３】図２の部分拡大図である。
【図４】炉壁の縦亀裂に沿って生じるＶ字溝を示す模式図である。
【図５】Ｖ字溝の断面プロフィールの例を示す説明図である。
【図６】炭化室内のコークスケーキの状態を示す説明図であって、コークス乾留後の状態（状態Ｉ）と初期収縮後の状態（状態ＩＩ）とを示す。
【図７】実施例における炭化室の炉壁の補修領域を示す説明図である。
【図８】実施例における炉壁補修後のコークス押出し時の押出負荷の変化を示すフラフである。
【図９】実施例における補修前後の押出負荷のピーク値の経時的な変化を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成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。
【００１９】
＜１．炉壁の補修領域＞
［１−１．押出負荷上昇のメカニズムと補修領域との関係］
まず、図１〜図３に基づいて、本発明の一実施形態に係るコークス炉の炉壁補修方法における炉壁の補修領域について説明する。図１は、炭化室１０と燃焼室２０とが交互に配置された一般的なコークス炉１の構成を示す模式図である。図２は、炭化室１０の炉壁画像の一例を示す説明図である。図３は、図２の部分拡大図である。以下では、押出方向（Ｘ方向）において、押出機３０が配置されている側を「押出機側（ＰＳ；Ｐｕｓｈｅｒ  Ｓｉｄｅ）」といい、コークスが排出される側を「コークス排出側（ＣＳ；Ｃｏｋｅ  Ｓｉｄｅ）」という。
【００２０】
本発明は、コークス押出し時の押出負荷を低減させる観点で縦亀裂に沿って生じたＶ字溝の補修を効率的に行う炉壁補修方法に関するものである。図１に示すように、コークス炉１は、炭化室１０と燃焼室２０とを交互に配置して構成される工業炉である。コークス炉１では、炭化室１０に装入された石炭３を、燃焼室２０から炉壁を介して高温を加え続けて石炭を乾留し、コークスを製造する。乾留が終了すると、炭化室１０両端にある扉を開け、押出機３０によりコークスケーキ５を水平方向に押して排出する。
【００２１】
上述したように、コークス炉の炭化室の壁面は大面積である。Ｖ字溝の溶射補修作業は多くの作業時間を要し、この間コークスの生産が中断される。コークス炉には１００室程度の炭化室があり、すべての炭化室を補修することを考えると、効率的な溶射作業が要求される。このため、炉壁全面に生じているＶ字溝をすべて補修することは非現実的であり、限られた時間で炉壁の一部を溶射補修するのが適切と考える。そこで、本願発明者は、炉壁の一部を溶射補修する場合に、溶射補修によるコークスの押出負荷低減という効果をより享受できるように、適切な補修箇所を特定する手法を検討した。
【００２２】
３０年、４０年といった長期間使用しているコークス炉の炭化室には、炉壁の全面にほぼ等間隔に縦亀裂が発生している。図２に炉壁画像の一例を示す。図２に示す炉壁画像は、長手方向（コークス炉の奥行き方向、すなわち押出方向（Ｘ方向））における長さが約１５ｍ、高さ方向（Ｚ方向）の長さが約５ｍの炭化室炉壁の一画像である。図２に示す炉壁画像は、炉壁長手方向（Ｘ方向）の両端部の輝度が他の煉瓦面より高い。したがって、かかる炉壁は、炉壁長手方向の両端部には亀裂や煉瓦目地を覆うカーボン付着があるが、他の領域は広範にわたりカーボン付着がなく煉瓦壁面が露出していることがわかる。
【００２３】
また、図２の炉壁画像の一部を拡大した図３を見ると、縦亀裂１３が生じている部位に、煉瓦目地及び縦亀裂１３の開口部の煉瓦が角欠けして断面形状がＶ字状となったＶ字溝が形成されている。Ｖ字溝は、稼働年数に伴い、徐々にその数と大きさとが増加する。稼働直後のコークス炉はＶ字溝がほとんどないため、押出負荷の平均値は１０ｔｏｎｆ程度である。しかし、長期稼働しているコークス炉では、押出負荷の平均値が例えば３０ｔｏｎｆといったレベルに上昇する。この主たる要因は、Ｖ字溝の凹部とコークスケーキとの接触による抵抗力と考えられる。なお、コークスケーキとは、炭化室内のコークス全体のことをいう。
【００２４】
炉壁の広範な領域に適度なカーボン付着が成長していると、カーボンがＶ字溝を埋めることにより炉壁面は疑似的に平滑化される。このとき押出負荷は安定している。炉壁に付着するカーボンは、炭化室にて石炭を乾留する際に発生するガスに含まれる炭素が炉壁に付着して成長し、硬質の層状になったものである。通常のコークス生産では、炭化室の炉壁にはある程度のカーボンを付着させておくのが望ましいが、そのコントロールは容易ではない。例えば、操業トラブルや炉壁の点検、補修等により炭化室を空にする時間があると、炉内に空気が入り込み、カーボンが燃焼して消失する。炉壁へのカーボン付着が少なくなり炉壁全体でＶ字溝が露出している状態となると、例えば５０〜６０ｔｏｎｆといった高い押出負荷になることがある。そうすると、「押し詰まり」といわれるコークスの押出しができなくなる操業トラブル発生の可能性がある。
【００２５】
本願発明者は、押し詰まりが発生しないように効果的に押出負荷を低下させる炉壁補修方法を検討するにあたり、押出し時のコークスケーキの挙動を実炉にて調べた。その結果、炉壁は、図４に示すように、健全な箇所では煉瓦１１間はモルタル等の目地１２によってふさがれていたが、炉壁全体に等間隔に発生している縦亀裂に沿ったＶ字溝１５が多数生じていた。なお、図４の模式図では、Ｖ字溝１５は炉壁長手方向（押出方向）に１か所のみを記載しているが、実際の炉壁には、炉壁全体に等間隔に発生しているほとんどの縦亀裂に対して生じていた。
【００２６】
図５に、炉壁に生じていた異なる３つのＶ字溝（ａ〜ｃ）の断面プロフィールを示す。図５に示すように、Ｖ字溝の深さは約５ｍｍ〜１０ｍｍであり、Ｖ字溝の炉壁面での開口部の幅は１００ｍｍ以下であった。Ｖ字溝の深さが１０ｍｍ程になると押出負荷に影響を与えるが、Ｖ字溝の深さが５ｍｍより小さい場合には押出負荷の上昇にはほとんど寄与しない。押出負荷に影響を与える深さ１０ｍｍ程のＶ字溝は、通常、炉壁長手方向において、押出負荷の上昇にほとんど寄与しない小さなＶ字溝と交互に生じている。
【００２７】
石炭乾留後の炉内のコークスケーキ５は、バルクではなく、図４に示すように押出方向（Ｘ方向）の大きさが１００ｍｍ〜２００ｍｍ程度のコークス塊５ａに分割されている。コークス塊５ａの間には、焼き減りと呼ばれる隙間５ｂがある。また、コークスケーキ５と炉壁面１１ａとの間には、平均して１ｍｍ〜２ｍｍ程度の焼き減りによる隙間５ｃがある。
【００２８】
このようなコークス塊５ａは、図４に示すように、深さが５ｍｍ超のＶ字溝１５に入り込んでいた。このため、コークスケーキ５を押し出すと、Ｖ字溝１５の傾斜部１５ａとコークス塊５ａとが接触する。これが押出負荷の増加をもたらしていると考えられる。例えば、炭化室１０を構成する一対の炉壁において深さ１０ｍｍのＶ字溝１５が対向して生じている場合、コークスケーキ５がＶ字溝１５から抜け出すのに必要な押出力は約４ｔｏｎｆであった。
【００２９】
炭化室１０にて製造されたコークスは、図１に示したように炭化室１０の押出方向両側の蓋１７を開けた後、押出機３０にて炉壁長手方向に沿って押し出され排出される。押出しが開始すると、コークスケーキ５は、焼き減りの隙間５ｂ、５ｃが潰れることにより収縮する初期収縮の後、全体が動き出す。押出負荷が最も高くなるのはコークスケーキ５全体が動き出す瞬間である。本願発明者は、このようなコークスケーキ５の挙動をより詳細に調べた結果、コークスケーキ５の押出し時には図６に示すような物理的な現象が生じていると考えた。図６は、炭化室１０内のコークスケーキ５の状態を示す説明図であって、コークス乾留後の状態（状態Ｉ）と初期収縮後の状態（状態ＩＩ）とを示す。なお、図６では、コークスケーキ５を一体であるかのように描写しているが、実際には図４に示したようなコークス塊５ａとして存在している。
【００３０】
図６に示すように、押出しが開始されるまで、コークスケーキ５はコークス乾留後の状態（状態Ｉ）にある。このとき、深さが５ｍｍ超のＶ字溝１５Ａ〜１５Ｄにはコークス塊が入り込んでいる。そして、押出しが開始され、押出負荷が最大となる時点、すなわち、コークスケーキ５が焼き減り分だけ収縮する初期収縮を終えて動き出す時点では、コークスケーキ５は図６の初期収縮後の状態（状態ＩＩ）のようになる。例えば、炭化室の炉壁長手方向長さが１５ｍ程度であるとき、初期収縮によるコークスケーキ５の収縮量ｄは約６００ｍｍである。
【００３１】
状態ＩＩのとき、押出機側（ＰＳ）のＶ字溝１５Ａ、１５Ｂでは、Ｖ字溝に入り込んだコークス塊は、初期収縮により既に当該Ｖ字溝から抜け出している。このため、Ｖ字溝の傾斜部１５ａとコークス塊との引っかかりによる局所的な負荷は生じない。一方、コークス排出側（ＣＳ）のＶ字溝１５Ｃ、１５Ｄでは、コークスケーキ５全体が動き出すまでコークス塊は当該Ｖ字溝に留まっている。このコークス塊がＶ字溝を抜け出すタイミングは、押出負荷が最大となるときである。
【００３２】
このことから、押出方向、すなわち炉壁の炉壁長手方向に複数存在するＶ字溝１５は、押出負荷に同様に寄与しているのではなく、コークス排出側にあるＶ字溝が押出負荷の上昇をもたらしていると考えられる。かかる知見に基づき、本願発明者は、炉壁の炉壁長手方向中央よりもコークス排出側の領域を、Ｖ字溝を補修する補修領域とすることを想到した。押出負荷のピークの上昇に寄与するコークス排出側のＶ字溝を補修対象とすることで、溶射作業によるコークス製造の中断時間を短縮し、効果的にコークスの押出性を改善することができる。
【００３３】
［１−２．コークス押出し時の押出負荷を低減させる観点］
本願発明者は、コークス排出側の領域のうち、特に押出負荷の上昇に影響するＶ字溝が存在する領域をさらに検討した。この領域にある押出負荷の上昇に大きく寄与するＶ字溝を優先して補修することで、例えば溶射作業を実施可能な時間が短い場合にも、効果的に押出負荷を低下させることができる。検討の結果、炉壁の炉壁長手方向端部側から優先してＶ字溝の補修を行うのがよく、具体的には以下の観点に基づき補修領域を決定することでより効率よく押出負荷を低減できるとの知見を得た。
【００３４】
（観点１：押出負荷の上昇に寄与するＶ字溝を補修）
１つ目の観点としては、コークス排出側の領域にあるＶ字溝のうち、押出負荷の上昇に寄与するＶ字溝を優先して補修することが考えられる。例えばコークスケーキを押し出す際に押出負荷の上昇をもたらすＶ字溝を特定し、押出負荷のピーク値が押し詰まりの発生しない値となるようにＶ字溝を補修すればよい。
【００３５】
例えば、炉壁の炉壁長手方向長さが１５ｍ、１つの煉瓦の炉壁長手方向長さが３００ｍｍのとき、通常、炉壁全体に６０本程度の縦亀裂が等間隔に発生している。このとき、図５に示したＶ字溝の断面プロフィールのうち、Ｖ字溝ｃのような深さ１０ｍｍ程のＶ字溝は約３０本あり、押出方向に並ぶ縦亀裂に対して１本おきに生じている。深さ１０ｍｍのＶ字溝は、上述の通り、１本あたり約４ｔｏｎｆの押出負荷の上昇をもたらす。なお、残りの３０本のＶ字溝は、深さが５ｍｍよりも小さく、押出負荷の上昇にはそれほど寄与しない。
【００３６】
仮にすべての縦亀裂が押出負荷の上昇に寄与するとすれば、押出負荷のピーク値は１２０ｔｏｎｆ程度にもなるが、実際には６０ｔｏｎｆ程度であった。このことから、縦亀裂に生じているＶ字溝のすべてが押出負荷の上昇に寄与していないことは明らかである。また、炉壁面が完全に平坦であっても、炉底とコークスケーキとの摩擦力により約１０ｔｏｎｆの押出力は必要である。これより、Ｖ字溝により上昇した押出負荷は５０ｔｏｎｆ程度であると考えられる。
【００３７】
上述のように、炭化室を構成する一対の炉壁において深さ１０ｍｍのＶ字溝が対向して生じている場合、コークスケーキがＶ字溝から抜け出すのに必要な押出力は約４ｔｏｎｆである。そうすると、計算上は、１２．５本（５０ｔｏｎｆ／４ｔｏｎｆ）のＶ字溝が押出負荷に寄与したと見なすことができる。すなわち、３０本のＶ字溝のうち１２．５本が実際の押出負荷の上昇に寄与したと考えられ、全長１５ｍある炉壁長手方向の距離に換算すれば当該Ｖ字溝は約６ｍにわたって存在することになる。そこで、この場合には、コークス排出側から６ｍまでの領域を補修領域とし、当該補修領域に存在するＶ字溝を補修すれば押出負荷を効果的に低下させることができる。
【００３８】
（観点２：初期収縮によってコークス塊が抜け出ないＶ字溝を補修）
２つ目の観点としては、コークス排出側の領域にあるＶ字溝のうち、初期収縮によってコークス塊が抜け出ないＶ字溝を優先して補修することが考えられる。Ｖ字溝に入り込んだコークス塊が初期収縮によって当該Ｖ字溝から抜け出すことができれば、Ｖ字溝の傾斜部とコークス塊との引っかかりによる局所的な負荷がなくなり、コークスケーキ全体が動き出すために必要な押出負荷を低減させることができる。
【００３９】
例えば図５に示したように、深さ１０ｍｍのＶ字溝の開口部の幅は８０ｍｍ程度である。上記（観点１）にて説明した例と同様に、炉壁長手方向長さが１５ｍの炉壁全体に６０本程度の縦亀裂が等間隔に発生している場合を考えると、押出負荷がピーク値となる時点でコークスケーキは６００ｍｍ程度収縮している。Ｖ字溝に入り込んだコークス塊が当該Ｖ字溝から抜け出すには、Ｖ字溝の開口部の幅８０ｍｍ以上初期収縮により移動しなければならない。６００ｍｍのコークスケーキの収縮が炉壁長手方向に均等に生じていると仮定すると、初期収縮によってもＶ字溝を抜け出せない（すなわち初期収縮による移動量が８０ｍｍ未満である）コークス塊が存在するのは、コークス排出側から２ｍ（＝１５ｍ×８０ｍｍ÷６００ｍｍ）までの領域である。この場合、コークス排出側から２ｍまでの領域を補修領域とし、当該補修領域に存在するＶ字溝を補修すれば押出負荷を効果的に低下させることができる。
【００４０】
（観点３：コークス塊と炉壁面との摩擦抵抗の高い領域を補修）
３つ目の観点としては、コークス排出側の領域にあるＶ字溝のうち、Ｖ字溝から抜け出したコークス塊と炉壁面との摩擦抵抗が高い領域にあるＶ字溝を優先して補修することが考えられる。上記（観点２）では、コークス塊がＶ字溝を抜け出した後は押出負荷に寄与しないものとして考えたが、実際には、Ｖ字溝から抜け出した直後のコークス塊は炉壁面と密に接触している。このため、コークス塊と炉壁面との間の摩擦抵抗により局所的な押出負荷が継続して発生する。本願発明者が行った実験では、コークス塊と炉壁面との間の摩擦抵抗により生じる押出負荷はコークス塊の移動距離に伴い減衰し、ある程度の距離を移動するとほぼなくなることがわかった。
【００４１】
そこで、（観点２）に加え、初期収縮が終わるまでに、Ｖ字溝を抜け出したコークス塊を、コークス塊と炉壁面との接触により押出負荷が発生しなくなる位置まで移動させることで、コークスケーキ全体が動き出すために必要な押出負荷を低減させるとともに、コークスケーキが動き出した後に発生する押出負荷も低減させることができる。
【００４２】
例えば、上記（観点２）にて説明した例において、Ｖ字溝に入り込んだコークス塊は、押出し開始から１５０ｍｍ程度移動するまで摩擦抵抗は減衰しながら発生し続けた。６００ｍｍのコークスケーキの収縮が炉壁長手方向に均等に生じていると仮定した場合、初期収縮が終わるまでに炉壁面との接触による押出負荷が発生しなくなる位置まで移動できない（すなわち初期収縮による移動量が１５０ｍｍ未満である）コークス塊が存在するのは、コークス排出側から約４ｍまでの領域である。これより、コークス排出側から４ｍまでの領域を補修領域とし、当該補修領域に存在するＶ字溝を補修すれば押出負荷をより効果的に低下させることができる。
【００４３】
その他の観点として、炉壁の高さ方向において下側を優先的に補修してもよい。炭化室内の上方のコークスの重みにより、コークスの押出負荷は炉壁下側ほど大きくなる。そこで、炉壁の高さ方向においては、上側よりも下側のＶ字溝を優先して補修することで、効果的に押出負荷を低下させることができる。
【００４４】
以上のように、本実施形態に係るコークス炉の炉壁補修方法では、押出し時のコークスケーキの初期収縮により、炉壁のコークス排出側（ＣＳ）のＶ字溝は押出機側（ＰＳ）のＶ字溝よりも押出負荷への寄与が大きいとの知見に基づき、炉壁の炉壁長手方向中央よりもコークス排出側のＶ字溝を補修することで、効果的に押出負荷を低下させることができる。また、コークス排出側の領域のうち、上記観点１〜３に基づき特定される、特に押出負荷の上昇に影響するＶ字溝が存在する領域を優先して補修することで、例えば溶射作業を実施可能な時間が短い場合にも、効果的に押出負荷を低下させることができる。
【００４５】
＜２．コークス炉の炉壁補修方法＞
本実施形態に係るコークス炉の炉壁補修方法は、以下の手順により行われる。まず、コークス炉の炭化室の炉壁を撮像装置により撮影し、炉壁画像を取得する。炉壁画像は、例えば上記特許文献１の炉壁補修システムの診断装置の撮像装置を用いて取得すればよい。
【００４６】
次いで、炉壁画像に基づいて炉壁の縦亀裂に沿って生じているＶ字溝の位置が特定される。Ｖ字溝の位置は、例えば上記特許文献１の炉壁補修システムの診断装置による煉瓦の角欠け欠損位置の特定処理を実施することで特定可能である。
【００４７】
そして、炉壁の炉壁長手方向中央よりもコークス排出側の領域を、Ｖ字溝の補修を行う補修領域として決定する。補修領域の決定は、上記特許文献１の補修診断システムの診断装置等のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えるコンピュータにより行われる。補修領域を炉壁の炉壁長手方向中央よりもコークス排出側の領域とすることで、押出負荷のピークの上昇に寄与するコークス排出側のＶ字溝の補修が行われることになる。これにより、溶射作業によるコークス製造の中断時間を短縮し、効果的にコークスの押出性を改善することができる。
【００４８】
このとき、上記観点１〜３に基づきコークス排出側の領域をさらに限定して、Ｖ字溝の補修領域を決定してもよい。また、補修領域のサイズは、Ｖ字溝の補修を実施可能な時間（例えばコークス製造を中断可能な時間）に応じて決定してもよい。本実施形態に係る炉壁補修方法では、コークス押出し時の押出負荷を観点から効果的な補修領域を決定することができるので、補修実施時間が短くとも押出負荷を効果的に低減させることができる。
【００４９】
その後、決定された補修領域内のＶ字溝が補修装置により補修される。補修装置は、例えば上記特許文献１の炉壁補修システムの補修装置を用いてもよい。以上、本実施形態に係るコークス炉の炉壁補修方法について説明した。
【実施例】
【００５０】
本発明に係るコークス炉の炉壁補修方法による押出負荷の低減効果を確認すべく、上記特許文献１に記載の補修装置を用いて、稼働年数が４０年を超えるコークス炉の炭化室の炉壁に生じたＶ字溝を部分的に補修する試験を実施した。試験対象のコークス炉の炭化室は、図２に示したように、炉壁全体に縦亀裂及び縦亀裂に沿ったＶ字溝があることを確認した。炉壁は、炉壁長手方向長さが約１５ｍ、高さが約５ｍであった。
【００５１】
本実験では、１つのコークス炉の中から２つの炭化室を選び、それぞれ炉壁の異なる領域のＶ字溝を溶射して部分的に平滑化補修した後、コークスの押出負荷の変化を観察した。具体的には、図７に示すように、ケース１として、一方の炭化室の炉壁長手方向中央よりも押出機側（ＰＳ）に補修領域を設定し、当該補修領域にあるＶ字溝を補修対象とした。また、ケース２として、他方の炭化室の炉壁長手方向中央よりもコークス排出側（ＣＳ）にケース１と同一面積の補修領域を設定し、当該補修領域にあるＶ字溝を補修対象とした。補修領域はいずれも炉壁長手方向長さ（ｘ１＝ｘ２）４ｍ、高さ（ｚ１＝ｚ２）３ｍとした。補修領域は図７に示すように、ケース１、２のいずれも設定された側の炉壁の炉壁長手方向の端部から２ｍ離れた位置に設定した。
【００５２】
炉壁の補修は、いずれの炭化室においても、補修領域にある深さ５ｍｍ〜１０ｍｍ程度の複数のＶ字溝を一律５ｍｍ埋めるように溶射材を吹き付けることにより行った。炉壁の補修後、コークスの製造を数回行い、炉壁のカーボン付着が補修前と同程度となったことを確認して、それぞれのコークス押出し時の押出負荷を調べた。その結果を、図８に示す。図８では、補修前の押出負荷のピーク値を基準として、ケース１、２それぞれの押出負荷のピーク値を相対値として示している。なお、補修前の押出負荷のピーク値は、ケース１、２それぞれの炭化室ともにほぼ同一であったため、図８には１つのみ示している。
【００５３】
図８に示すように、押出機側（ＰＳ）を補修領域としたケース１では補修前から押出負荷のピーク値は変わらなかったが、コークス排出側（ＣＳ）を補修領域としたケース２では補修前に比べ押出負荷のピーク値は低減した。かかる結果より、本発明のように炉壁長手方向中央よりもコークス排出側（ＣＳ）に生じているＶ字溝を補修することで、押出負荷が効果的に低減されることがわかる。これは、コークスケーキの初期収縮後にＶ字溝に入り込んでいるコークス塊がなくなるように炉壁を平滑化したことによるものと考えられる。
【００５４】
また、本実験において、補修領域の炉壁面積は、炉壁全体の約２０％であった。炉壁全体のＶ字溝をすべて溶射補修すると約１４時間かかっていたが、補修領域が炉壁全体の２０％であれば、約３時間で溶射補修を終えることができる。したがって、本発明のように炉壁長手方向中央よりもコークス排出側（ＣＳ）に生じているＶ字溝を補修することで、溶射作業によるコークス製造の中断時間を短縮し、効果的にコークスの押出性を改善することができる。このとき、上述した観点１〜３に基づき、よりコークス排出側の炉壁長手方向端部に近い領域を補修領域とすることで、押出負荷をより効率的に低減させることができると考えられる。
【００５５】
さらに、図９に、図７に示したケース１及びケース２について、補修前後の押出負荷のピーク値の経時的な変化を模式的に示している。図９によれば、押出機側（ＰＳ）を補修領域としたケース１では、破線で示すように、補修後に操業を再開すると押出負荷のピーク値が一旦大きく上昇して、約１週間かけて補修前のレベル（３０ｔｏｎｆ）まで低下した。なお、補修直後は一時的に押出負荷のピーク値が高くなるのは、補修作業中に空の炭化室に空気が入り込むことで、炉壁全体のＶ字溝をある程度埋めているカーボンが消失するためであり、コークス炉の操業においては一般に知られている現象である。一方、コークス排出側（ＣＳ）を補修領域としたケース２では、実線で示すように、補修直後の押出負荷のピーク値は上昇するもののその上昇の程度は微小であった。そして、時間の経過とともに炉壁のカーボン付着が回復した後は、押出負荷のピーク値は補修前に比べて約８％低下した。
【００５６】
従来、炉壁を補修した直後はケース１のように押出負荷のピーク値が一時的に上昇するため、補修直後は通常稼働時よりもコークス生産量を少なくし、コークス押出し時の押出負荷を低下させる必要があった。しかし、本発明のように炉壁長手方向中央よりもコークス排出側（ＣＳ）に生じているＶ字溝を補修することで、補修直後の押出負荷のピーク値は大幅に低下することができ、補修直後も減産しなくとも押し詰まりの発生の可能性を低下させることができる。
【００５７】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００５８】
１          コークス炉
３          石炭
５          コークスケーキ
５ａ        コークス塊
５ｂ、５ｃ  隙間
１０        炭化室
１１        煉瓦
１１ａ      炉壁面
１２        目地
１３        縦亀裂
１５        Ｖ字溝
１５ａ      傾斜部
１７        蓋
２０        燃焼室
３０        押出機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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