(57)【要約】【課題】コークス炉を補修する際に、適用しようとする補修条件が適正か否かを的確に判定することができるコークス炉の補修条件の判定方法を提供する。【解決手段】コークス炉の補修を行う際に、補修部を含む炉体部分の形状を解析のために形状モデル化し、適用しようとする補修条件に基づく、少なくとも炉体の機械物性と初期条件及び境界条件を与えて解析を行うことにより、前記補修条件で補修した場合のコークス炉の変形量を求め、該変形量に基づいて、前記補修条件の適否を判定する。解析によって補修後の炉体部分の変形量を予測し、その結果に基づいて当該補修条件の適否を判定するものであるため、補修条件の適否を事前に的確に把握し、適切な補修を行うことができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の補修を行う際に、補修部を含む炉体部分（x）の形状を解析のために形状モデル化し、適用しようとする補修条件に基づく、少なくとも炉体の機械物性と初期条件及び境界条件を与えて解析を行うことにより、前記補修条件で補修した場合の炉体部分（x）の変形量を求め、該変形量に基づいて、前記補修条件の適否を判定することを特徴とするコークス炉の補修条件の判定方法。
【請求項２】
前記解析は、さらに、適用しようとする補修条件に基づく炉体の温度物性を与えて行うことを特徴とする請求項１に記載のコークス炉の補修条件の判定方法。
【請求項３】
前記初期条件及び境界条件は、補修前、補修後、補修時のうちの１つ以上の温度条件と、炉体の拘束条件を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のコークス炉の補修条件の判定方法。
【請求項４】
前記初期条件及び境界条件は、さらに、炉体に作用する外力を含むことを特徴とする請求項３に記載のコークス炉の補修条件の判定方法。
【請求項５】
前記炉体の機械物性は、密度、弾性係数、ポアソン比、圧縮強度及び引張強度を含み、炉体にかかる主応力が引張強度を超えた場合には軟化する特性を含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のコークス炉の補修条件の判定方法。
【請求項６】
求められた炉体部分（x）の変形量が許容値以下である場合に、当該補修条件が適当であると判定することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のコークス炉の補修条件の判定方法。
【請求項７】
求められた炉体部分（x）の変形量が許容値以下となるまで、補修条件を変更して繰り返し変形量を求めることを特徴とする請求項６に記載のコークス炉の補修条件の判定方法。
【請求項８】
コークス炉の補修を行う際に、補修部を含む炉体部分（x）の形状を解析のために形状モデル化し、該形状モデルを用いた解析により、適用しようとする補修条件の適否を判定するための判定システムであって、
適用しようとする補修条件に基づく、少なくとも炉体の機械物性と初期条件及び境界条件を入力する入力部と、該入力部による入力に基づいて解析を行うことにより、前記補修条件で補修した場合の炉体部分（x）の変形量を求め、該変形量に基づいて、前記補修条件の適否を判定する演算部を有することを特徴とするコークス炉の補修条件の判定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉を補修する際に、適用しようとする補修条件が適正か否かを判定するための判定方法及び判定システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
図９はコークス炉（室炉式コークス炉）の概略斜視図、図１０は炉体内部のレンガ構造の概略斜視図である。図９に示すように、コークス炉は、石炭をコークスに乾留するための多数の炭化室２０と、石炭加熱用の燃料ガスを燃焼するための多数の燃焼室２１とを交互に炉幅方向に配置し構成されている。図１０に示すように、炭化室２０は、燃焼室２１に対して炉壁２２で仕切られた空間であり、燃焼室２１は燃焼ガスが通るフリュー２３を持つレンガと目地の構造体である。そして、燃焼室２１と炭化室２０の炉体レンガは金物（図示せず）によって表面を覆われ、金物をバックステー２４が支持し、これを炉頂部や炉下部に配置したテンションロッド（図示せず）で締め付けて炉体を保持している。乾留したコークスは押出し機２５によって炉外に押し出される。
【０００３】
レンガ構造物であるコークス炉は、長年の操業中に押出し負荷や熱負荷が掛かり、次第に目地やレンガに亀裂が発生する。テンションロッドが切れて炉締めが解放された場合にも、レンガ構造が緩んで目地やレンガに亀裂が発生し、損傷が進むと炉壁全体の変形へと進んでいく。この変形が進行するとレンガを積替える大規模な補修を行う必要が生じる。ただし、コークス炉の補修は費用および作業量共に大きな負担となるため、補修の失敗は厳禁である。
【０００４】
従来、コークス炉の補修を実施するか否かの判定方法として、以下のような方法が提案されている。
特許文献１には、炭化室の内壁画像から損傷領域を抽出し、その領域毎に領域画像、損傷特徴量、損傷名称からなる損傷部位データを算出し、炭化室番号と年月日時刻を一緒に記憶装置に蓄積し、損傷名称に対応した特徴量劣化指数と比較して、補修の順位付けを算出する管理方法が提案されている。
また、特許文献２には、壁面観察装置で測定した損傷部の形状、存在位置を基に決めた炭化室の抵抗指数ｋと押出し負荷Ｆとの関係を求め、損傷部を補修したと仮定した抵抗係数ｋ１と仮定押出し負荷Ｆ１を求めて、ＦとＦ１の差が大きい炭化室の補修を優先させるシステムが提案されている。
また、特許文献３には、炭化室の任意高さにおける長さ方向の炉壁間距離を測定し、設計時の炉壁間距離と比較して、カーボン付着やレンガ欠損を判断する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２５６１６６号公報
【特許文献２】特開２０１０−２４２７１号公報
【特許文献３】特開２００７−３３２３８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のように、コークス炉の補修を実施するか否かの判定方法はいくつか提案されている。しかしながら、適用しようとする補修条件（補修方法）による補修の結果を事前に予測し、その補修条件の適否を的確に判定できる方法は知られておらず、補修の良否の判断は試行錯誤や経験に頼るところが大きい。
したがって本発明の目的は、コークス炉の補修を行う際に、適用しようとする補修条件が適正か否かを的確に判定することができるコークス炉の補修条件の判定方法及び判定システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、コークス炉の補修における上記課題を解決するため、適用しようとする補修条件に基づき解析によって補修後のコークス炉の変形量を予測し、その結果に基づいて当該補修条件の適否を判定するようにしたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［1］コークス炉の補修を行う際に、補修部を含む炉体部分（x）の形状を解析のために形状モデル化し、適用しようとする補修条件に基づく、少なくとも炉体の機械物性と初期条件及び境界条件を与えて解析を行うことにより、前記補修条件で補修した場合の炉体部分（x）の変形量を求め、該変形量に基づいて、前記補修条件の適否を判定することを特徴とするコークス炉の補修条件の判定方法。
【０００８】
［2］上記［1］の判定方法において、前記解析は、さらに、適用しようとする補修条件に基づく炉体の温度物性を与えて行うことを特徴とするコークス炉の補修条件の判定方法。
［3］上記［1］又は［2］の判定方法において、前記初期条件及び境界条件は、補修前、補修後、補修時のうちの１つ以上の温度条件と、炉体の拘束条件を含むことを特徴とするコークス炉の補修条件の判定方法。
［4］上記［3］の判定方法において、前記初期条件及び境界条件は、さらに、炉体に作用する外力を含むことを特徴とするコークス炉の補修条件の判定方法。
【０００９】
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの判定方法において、前記炉体の機械物性は、密度、弾性係数、ポアソン比、圧縮強度及び引張強度を含み、炉体にかかる主応力が引張強度を超えた場合には軟化する特性を含むことを特徴とするコークス炉の補修条件の判定方法。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの判定方法において、求められた炉体部分（x）の変形量が許容値以下である場合に、当該補修条件が適当であると判定することを特徴とするコークス炉の補修条件の判定方法。
［7］上記［6］の判定方法において、求められた炉体部分（x）の変形量が許容値以下となるまで、補修条件を変更して繰り返し変形量を求めることを特徴とするコークス炉の補修条件の判定方法。
【００１０】
［8］コークス炉の補修を行う際に、補修部を含む炉体部分（x）の形状を解析のために形状モデル化し、該形状モデルを用いた解析により、適用しようとする補修条件の適否を判定するための判定システムであって、
適用しようとする補修条件に基づく、少なくとも炉体の機械物性と初期条件及び境界条件を入力する入力部と、該入力部による入力に基づいて解析を行うことにより、前記補修条件で補修した場合の炉体部分（x）の変形量を求め、該変形量に基づいて、前記補修条件の適否を判定する演算部を有することを特徴とするコークス炉の補修条件の判定システム。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、コークス炉の補修において、適用しようとする補修条件に基づく、少なくとも炉体の機械物性と初期条件及び境界条件から、解析によって補修後のコークス炉の変形量を予測し、その結果に基づいて当該補修条件の適否を判定するものであるため、補修条件の適否を事前に的確に把握し、適切な炉体補修を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の判定システムの一構成例を示す説明図
【図２】本発明の判定方法の一実施形態を示すフローチャート
【図３】本発明で用いる圧縮挙動における構成則の一例を示す図面
【図４】本発明で用いる引張挙動における構成則の一例を示す図面
【図５】実施例１における構造解析の形状モデルと境界条件を示す図面
【図６】実施例２が対象とする室炉式コークス炉において、金物プロテクションレッジが脱落した状態にある窯口近傍の水平断面図
【図７】実施例２において作製した第１の解析モデルの水平断面図
【図８】実施例２において作製した第２の解析モデルの水平断面図
【図９】室炉式コークス炉の概略斜視図
【図１０】室炉式コークス炉の炉体内部におけるレンガ構造の概略斜視図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
コークス炉の補修は費用および作業量共に大きな負担となるため、補修の失敗は許されない。そのため、補修条件の適否を事前に予測し、適切な補修ができるようにすることは重要である。そこで、本発明では、適用しようとする補修条件に基づく、少なくとも炉体の機械特性と初期条件及び境界条件から、解析によって補修後のコークス炉の変形量を予測（把握）し、この結果に基づいて補修条件の最適化を行えるようにしたものである。
【００１４】
図１は、本発明の判定システムの一構成例を示す説明図である。このシステムは、解析対象となるコークス炉の炉体部分x（レンガ構造部）のモデル化を行うモデリング部１、解析に必要な物性値などの各種データが保存されているデータベース部２、解析に使用する補修条件（炉体の機械物性、初期条件及び境界条件など）を入力する入力部３、入力された補修条件とデータベース中のデータをもとに解析を行う演算部４、解析結果を表示する結果表示部５などからなる。
モデリング部１は、解析対象となるコークス炉のなかで補修に関連した領域を含む炉体部分xが選ばれると、この炉体部分xの形状を解析のために形状モデル化し、あわせて計算メッシュを作成する。
【００１５】
データベース部２には、コークス炉に使用されるレンガ、モルタル、バックステー、金物などの物性値（密度、弾性係数、ポアソン比、圧縮強度、引張強度、極限圧縮ひずみ、極限引張ひずみ、比熱、熱伝導度、熱膨張率など）が保存されている。これらのデータは、事前に実験等で求められたものであり、例えば、レンガなどは複数の種類についてのデータが保存されている。
入力部３からは、実際に炉体補修が行われる場合の補修条件、すなわち、炉体の物性値（機械物性値、さらに必要に応じて温度物性値）と初期条件及び境界条件などが入力される。適用される初期条件及び境界条件には、補修前、補修時、補修後の温度分布などの温度条件や、炉締力などの炉体の拘束条件、さらに、石炭乾留中に炉壁にかかる石炭膨張圧、コークス押出時に炉壁にかかる力（押出し負荷）、装炭車の荷重などの炉体に作用する外力が含まれる。また、炉体の機械物性値には、レンガ構造部（レンガやモルタル）及び付帯構造物（レンガ構造部を拘束するバックステーや金物）の密度、弾性係数、ポアソン比、圧縮強度、引張強度、極限圧縮ひずみ、極限引張ひずみなどが含まれ、炉体の温度物性値には、レンガ構造部（レンガやモルタル）及び付帯構造物（レンガ構造部を拘束するバックステーや金物）の比熱、熱伝導度、熱膨張率などが含まれる。
【００１６】
演算部４は、入力された補修条件とデータベース中のデータをもとに解析を行い、炉体部分xの変形量を算出し、この変形量に基づいて、補修条件の適否を判定する。なお、必要に応じて演算部４の内部または外部に記憶装置６を設けてもよい。
解析の結果は、結果表示部５に表示される。この結果表示部５には、単に補修条件の適否の判定結果だけでなく、炉体部分xの変形の様子や過程を図示できるようにしてもよい。
なお、本発明における判定システムの構成は、図１の形態に限定されるものではなく、他の種々の形態を採り得る。例えば、モデリング部１はデータベース部２の一機能としてもよいし、結果表示部５は演算部４と一体化していてもよい。
【００１７】
本発明の判定方法では、コークス炉の補修を行う際に、補修部を含む炉体部分xの形状を解析のために形状モデル化し、適用（実施）しようとする補修条件に基づく、少なくとも炉体の機械物性と初期条件及び境界条件を与えて解析を行うことにより、前記補修条件で補修した場合の炉体部分xの変形量を求め、その変形量に基づいて、前記補修条件の適否を判定する。
本発明において解析により炉体部分xの変形量を求める場合、構造解析を用いて変形量を求めればよい。構造解析には、ＦＥＭ（Finite Element Method）や粒子法などが利用でき、粒子法としては、例えば、ＭＰＳ（Moving Particle Semi-implicit） やＳＰＨ（Smoothed Particle Hydrodynamics）を利用することができる。
【００１８】
ここで、解析で使用される前記初期条件と境界条件は、補修前、補修後、補修時のうちの１つ以上の温度条件（温度分布など）と、炉体の拘束条件（炉締力など）を含むことが好ましく、さらに炉体に作用する外力（石炭乾留中に炉壁にかかる石炭膨張圧、コークス押出時に炉壁にかかる力（押出し負荷）、装炭車の荷重など）を含むことがより好ましい。また、解析で使用される炉体の機械物性は、密度、弾性係数、ポアソン比、圧縮強度及び引張強度を含み、炉体にかかる主応力が引張強度を超えた場合には軟化する特性（後述するように、ひずみの増大とともに引張応力が低下する特性）を含むことが好ましい。さらに、後述する極限圧縮ひずみ、極限引張ひずみを含んでもよい。また、コークス炉は高温で使用され、温度変化が大きいため、各物性の温度依存性を考慮することが望ましく、例えば、幾つかの代表温度での機械物性を含めることが好ましい。また、必要であれば、温度物性（熱膨張率、熱伝導率、比熱など）を与えて温度解析を合わせて実施し、構造解析にて熱応力を加味することが望ましい。
【００１９】
炉体部分xの変形量に基づく補修条件の適否の判定では、例えば、求められた炉体部分xの変形量が許容値（管理規定値）以下であれば適当であると判定し、許容値（管理規定値）を超えれば不適と判定し、補修条件の見直しを行う。そして、その新たな補修条件に基づき同様の解析を行って、その補修条件の適否を判定する。すなわち、求められた炉体部分xの変形量が許容値以下となるまで、補修条件を変更して繰り返し変形量を求め、その補修条件の適否を判定する。
【００２０】
構造解析で使用される炉体の機械物性の与え方の一例を図３、図４に示す。このうち、図３は圧縮挙動における構成則を、図４は引張挙動における構成則を、それぞれ示している。この例では、機械物性値として、弾性係数Ｅo、圧縮強度fc、引張強度ftに加えて、極限圧縮ひずみεu、極限引張ひずみεmを用い、応力−ひずみ関係を決定する。ここで、極限圧縮ひずみεuは、最大圧縮応力値に対応するひずみであり、その数値は、構成則のモデルによって異なるが、例えば図３のモデルの場合、経験的に０．００１〜０．０５の範囲で決められる。また、極限引張ひずみεmは、破壊時に対応する引張ひずみであり、その数値は、構成則のモデルによって異なるが、例えば図４のモデルの場合、経験的に０．１〜０．５の範囲で決められる。
【００２１】
圧縮挙動は、図３のように、作用する圧縮応力σが大きくなればひずみεも大きくなるように仮定し、極限に達すれば材料が圧壊する。また、引張挙動は、図４のように、引張強度ftに達するまでは引張応力σが大きくなればひずみεも大きくなる。引張強度ftに達すると材料がひび割れ、引張応力σが低下するにもかかわらず、ひずみεだけが大きくなるという軟化特性を持ち、極限に達すると破断する。
したがって、引張挙動における構成則では、引張応力σが引張強度ftを超えた場合には、ひび割れが発生し、軟化する特性（応力が低下しひずみだけが大きくなる特性）が考慮されていることが望ましい。
【００２２】
以下、本発明の判定方法の一実施形態を説明する。図２に、その場合のフローチャート（一例）を示す。
この方法では、まず、対象となるコークス炉のなかで補修に関連した領域を含む炉体部分xを選び（ステップS100）、この炉体部分xの形状を解析のために形状モデル化する（ステップS110）。対象となる炉体部分xとは、例えば、１つの燃焼室や天井部分などである。形状モデル化では、例えば、適切なプリプロセッサーを使用してその形状を作成し、計算メッシュを作成する。
【００２３】
次に、形状モデルに含まれるレンガ構造部（レンガやモルタルなど）および付帯構造物（レンガ構造を拘束するバックステーや金物など）の機械物性値（密度、弾性係数、ポアソン比、圧縮強度、引張強度など）、さらに好ましくは機械物性値に基づいて決定された圧縮挙動及び引張挙動の構成則を入力する（ステップS120）。炉体部分x（レンガ構造部）の機械物性値と圧縮挙動及び引張挙動の構成則については、上述したとおりである。
また、コークス炉は高温で使用されるため熱膨張率、熱伝導率、比熱などの温度物性も入力する。
【００２４】
さらに、解析に必要な初期条件、境界条件として、補修前、補修後、補修時のうちの１つ以上の温度条件、炉体の拘束条件、炉体に作用する外力を入力する（ステップS130）。温度条件は定常操業時には等温で扱ってよい場合もあるが、例えば、（i）補修時に一時操業を停止した場合には、窯の温度が数百℃降下した後に操業温度１２００℃程度まで上昇すること、（ii）補修前、補修後、補修時のうちの１つ以上において温度分布が一様でなく、部分的に温度が低い（例えば端部のみが温度が低い）場合があること、などが考えられ、温度条件は重要になる。一般に、補修前〜補修時〜補修後を通して解析して検討する場合には、補修前、補修時、補修後の温度条件が必要であり、補修時を出発点（初期条件）として補修後まで解析して検討する場合には、補修時、補修後の温度条件が必要である。また、炉体の拘束条件とは、解析対象となる炉体部分x（レンガ構造部）をその位置に留め置いている付帯構造物や他の炉体部分などによる拘束条件のことである。特に、上述したようにコークス炉はレンガ構造が金物やバックステーによって拘束されており、どのような力で締め付けが行われているか（例えば、何らかの理由で締め付け力が緩むような場合を含む）が計算には必要になる。また、拘束している部材そのものが補修対象となる場合もあり、拘束条件が解析過程で変化する場合もある。また、外力とは解析対象となる炉体部分x（レンガ構造部）に作用する外力であり、例えば、石炭の乾留中には炉壁に石炭膨張圧が作用し、コークス押出し時には炉壁に押出し負荷がかかり、装炭時には装炭車の荷重がかかるので、これらの作用も外力として考慮する。また、以上のような温度条件や拘束条件、外力は、窯に石炭を装入した直後か否か、乾留の末期か否か、コークス押出し時か否か、補修時か否か、隣窯が空窯か否か、といった操業条件に応じて変わってくるので、それらの違いに応じて温度条件や拘束条件、外力を決める。
【００２５】
なお、以上述べた項目のなかで、変更可能な補修条件としては、例えば、レンガ材質、レンガ構造を拘束する金物やバックステーなどの形状や強度、バックステーの締付力、補修後の昇温速度や補修時の温度管理、隣窯の操業条件などがあり、これらの１つ以上の変更により、解析モデルの基礎となる炉体の機械物性や初期条件及び境界条件（拘束条件、温度条件、外力）が変わってくる。
【００２６】
以上の各項目を入力した上で、炉体部分xの構造解析を実施し、炉体部分xの変形量を算出する（ステップS140，S150）。この構造解析は、上記のような各項目の入力に基づき、コンピュータ上で汎用的な構造解析用プログラムを用いて実行される。この構造解析では、ひび割れの発生を判定し、このひび割れによる部材の軟化を考慮して変形量を算出することが好ましい。すなわち、図４に示すような引張り挙動を与えることが望ましい。ひび割れの発生により変形量は著しく大きくなるため、ひび割れを判定し、ひび割れ後の軟化特性（ひずみ増大とともに引張応力が低下する特性）を考慮することは重要である。
【００２７】
繰り返し計算にて解が得られた後、対象とした炉体部分xの変形を出力する。出力方法は任意であり、例えば、コークス炉の形状モデルを変形させた可視化表示であっても、コークス炉形状モデル上に色で区別した等変形線図であっても、Ｘ−Ｙグラフのような出力であってもよい。また、解析で得られる応力などの他のパラメータを表示してもよい。適切なポストプロセッサーを用いて実施してもよい。
【００２８】
そして、算出（出力）された炉体部分xの変形量が許容値（管理規定値）以内であるかどうかが判定され（ステップS160）、許容値以内であれば、その補修条件が適当であると判定され、当該補修条件での補修を決定し（ステップS170）、補修を実施する。これに対して、炉体部分xの変形量が許容値（管理規定値）を超える場合は、補修条件を見直し、算出される炉体部分xの変形量が許容値以下となる補修条件が見出（探索）されるまで、構造解析を繰り返して行う。補修条件のうち、形状を見直す場合（ステップS220）には形状モデル化のフローまで、材質を見直す場合（ステップS200）には物性値の入力フローまで、温度条件や拘束条件などの初期条件・境界条件を見直す場合（ステップS210）には初期条件・境界条件の設定フローまで、それぞれフィードバックする。そして、炉体部分xの変形量が許容値以下となる補修条件が見出（探索）されたら、その補修条件が適当であると判定され、当該補修条件での補修を決定し（ステップS170）、補修を実施する。
さきに述べたように、補修条件の見直しには、レンガ材質の変更、コークス炉を拘束する金物やバックステーなどの形状や強度の変更、バックステーの締付力の変更、温度管理の変更（補修後の昇温速度や補修時の温度）、隣窯の操業条件（通常操業か空窯か）などが考えられ、これらの１つ以上が採用できる。
【００２９】
以上のように、本発明によれば、補修前に補修後の結果を予測できるので、試行錯誤による負担軽減や、経験のない新しい補修に対しても失敗なく補修が実施できる。
【実施例】
【００３０】
［実施例１］
老朽化した室炉式コークス炉の炭化室炉壁が炭化室内側に傾き、コークス炉の押し詰まりが頻発し、炉壁の一部を積み替える補修を行った。補修範囲は長さ方向に窯口より５フリュー分、高さ方向に炉底より約５ｍとした。積替え時の温度管理は、積替え部１５０℃、非積替え部の長手方向端部６００℃、中央部８００℃であった。補修後は通常操業時と同じ長手方向端部１１００℃、中央部１２００℃に昇温した。積替え用のレンガＡを使用して積み替えた結果、積替えた部分の３〜４フリュー目の高さ５ｍ付近で７０ｍｍ程度の炭化室内側への張り出しが発生した。
【００３１】
本発明の効果を確認するために、燃焼室の１つを対象領域（炉体部分x）として解析用の形状モデル化した。この形状モデル化では、所定のプリプロセッサーを使用してその形状を作成し、計算メッシュを作成した。その形状モデルを図５に示す。
積替え部（補修部）に用いる新しいレンガＡ，Ｂと、元々の炉体を構成している非積替え部のレンガＣについて、表１に示す材料試験から決めた機械物性を使用した。圧縮挙動および引張挙動における構成則は図３、図４に示す形態とした。また、付帯構造物（金物）関して使用した物性値も表１に示す。
【００３２】
図２のフローに従い、物性値および初期条件及び境界条件等を入力し、ＦＥＭによる構造解析を実施した。境界条件を図５に示す。天井部と底面はＹ方向への変位をゼロ（Ｕｙ＝０）として拘束した。端部下端では炉長方向には伸びない（Ｕｘ＝０）とした。温度条件は、外気温度は３０℃、炉頂、炉前の熱伝達係数５０Ｗ／ｍ２Ｋとした。炭化室面、底面は断熱とした。初期条件として燃焼室の温度を積替え部１５０℃、非積替え部の長手方向端部６００℃、中央部８００℃とした。補修後は通常操業時と同じ長手方向端部１１００℃、中央部１２００℃とした。この温度条件にて、積替え前後の温度解析を事前に行い、熱膨張量を計算し、熱応力として構造解析時に与えた。
【００３３】
まず、補修用の積替えレンガとしてレンガＡを用いる場合について構造解析を実施した結果、積替えた部分の３〜４フリュー目の高さ５ｍ付近でひび割れが予測され、炉壁が６４ｍｍ程度張り出すという結果が得られた。この変形量は、設定した変形許容量３０ｍｍを超えているため、レンガＡを使用する補修条件は不適と判定された。
そこで、補修の積替えレンガをレンガＢに変更することにし、この場合について構造解析を実施した結果、積替え後の炉壁変形は２８ｍｍになり、設定した変形許容量３０ｍｍ以下であるため、レンガＢを使用する補修条件は適当と判定された。このため、積替えレンガをレンガＢに変更し、再度積替え補修を実施した。積替え後、昇温して炉壁変形に問題なく、操業開始に至った。
【００３４】
【表１】
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【００３５】
［実施例２］
老朽化した室炉式コークス炉の窯口近傍の金物プロテクションレッジが脱落した。図６は、このプロテクションレッジが脱落した状態にある窯口近傍の水平断面図であり、レンガ４０に囲まれたフリュー２３の３つ分を示してある。図６において、２４はバックステー、３３はプレート、３５aはドアフレーム、３６はプロテクションレッジ３６が脱落した空間である。この状態で放置すれば、炭化室炉壁が変形し、コークス炉の押し詰まりが頻発することが予想されるため、後述する図７と同様の形態でプロテクションレッジを埋め込む補修を行った。その後、１年間操業を続けたが、再度プロテクションレッジが脱落する状態となった。
【００３６】
本発明の効果を確認するために、解析用の形状モデルを作成した。図２のフローに従い、物性値および初期条件及び境界条件等を入力し、ＦＥＭによる構造解析を実施した。
まず、図７（水平断面図）に示す解析モデルを作成した。この解析モデルは、フリュー３つ分、高さ方向は１段分を形状モデル化したものである。レンガは表１におけるレンガＣの物性を、金物については表１における付帯構造物の物性を使用した。圧縮挙動および引張挙動における構成則は図３、図４に示す形態とした。この問題では温度変化は無視した。境界条件として、バックステー部は変位をゼロ（Ｕｘ＝０，Ｕｙ＝０）とした。炉体にはコークスの押出し負荷がかかるので、外力としてバックステー２４と反対側の炉体レンガに強制変位Ｘ＝−４０ｍｍを与えた。そのときのプロテクションレッジ３７aのＹ方向への変位を評価した。その結果、プロテクションレッジ３７aが２８ｍｍ、Ｙ方向へ飛び出す結果となり、この変形量は、設定した変形許容量２０ｍｍを超えたため、この補修条件は不適と判定された。
【００３７】
そこで、ドアフレーム３５bとプロテクションレッジ３７bの形状を変更して、図８（水平断面図）に示す解析モデルを作成し、上記と同様の解析を行った。このときのプロテクションレッジ３７bのＹ方向への変位は８ｍｍであり、設定した変形許容量２０ｍｍ以下であるため、この補修条件は適当と判定された。このため、ドアフレーム３５bとプロテクションレッジ３７bの形状を図８のように変更する工事を実施した。工事実施後、１年経過するもプロテクションレッジ３７bの脱落は見られなかった。
【符号の説明】
【００３８】
１  モデリング部
２  データベース部
３  入力部
４  演算部
５  結果表示部
６  記憶装置
２０  炭化室
２１  燃焼室
２２  炉壁
２３  フリュー
２４  バックステー
２５  押出し機
３３  プレート
３５a，３５b  ドアフレーム
３６  プロテクションレッジが脱落した空間
３７a，３７b  プロテクションレッジ
４０  レンガ
【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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【図１０】
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