(57)【要約】【課題】被補修部分から剥離しにくいコークス炉の炉底補修材を提供する。【解決手段】耐火性粉末（珪石れんが粉および／または焼成珪石）を７０〜９５質量％、軟化点が３５０℃以上７００℃以下であるフリットを５〜３０質量％を含有する。また、前記耐火性粉末は、トリジマイトを５５質量％以上含有するのが好ましい。前記耐火性粉末の粒子径は５ｍｍ以下であり、粒子径が７５μm以下の耐火性粉末が前記主原料の１０質量％以上５０質量％以下である。更に、前記組成の分散を安定させるための混和材を上記耐火粉末とフリットの合量の０．５〜３質量％、また、必要に応じて粘土を前記合量の５質量％以下を添加することが好ましい。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火性粉末としての珪石れんが粉および／または焼成珪石７０〜９５質量％と、
軟化点が３５０℃以上７００℃以下であるフリットを５〜３０質量％を含有することを特徴とするコークス炉の炉底補修材。
【請求項２】
前記耐火性粉末が、トリジマイトを５５質量％以上含有する請求項１に記載のコークス炉の炉底補修材。
【請求項３】
前記耐火性粉末の粒子径が５ｍｍ以下であり、粒子径が７５μm以下の耐火性粉末が前記珪石れんが粉および／またはとフリットの合量の１０質量％以上５０質量％以下である請求項１〜２のいずれかに記載のコークス炉の炉底補修材。
【請求項４】
更に、前記組成の分散を安定させるための混和材を上記耐火粉末とフリットの合量の０．５〜３質量％、また、必要に応じて粘土を前記合量の５質量％以下を添加した請求項１〜３のいずれかに記載のコークス炉の炉底補修材。
【請求項５】
粘土を耐火性粉末とフリットの合量に対して外掛けで5質量％以下添加したことを請求項１〜４のいずれかに記載のコークス炉の炉底補修材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコークス炉の炉底補修材に関し、特に、フリットを含有するコークス炉の炉底補修材に関にするものである。
【背景技術】
【０００２】
コークス炉は石炭を乾留してコークスを製造する炉であり、珪石れんがを積み上げて形成される。コークス炉の乾留室の大きさは、高さ約５ｍ、長さ約１５ｍ、幅４５〜５０ｃｍであり、その前後の両端、すなわち高さ５ｍ、幅４５〜５０ｃｍの部分をコークス炉の炉蓋で封じている。コークス炉の炉底は、水平で幅４５〜５０ｃｍ、長さ約１５ｍの平板状の形状をしている。石炭の乾留が完了すると、両側の炉蓋は解放され、その片側から押し出し機によってコークスを押し、他端からコークスが取り出される。その後、炉蓋を閉め、新しい石炭を装入して乾留する。このサイクルが1日に約1回行われる。
【０００３】
コークス炉の炉底はコークスの押出時に掛かるせん断応力の影響で摩耗したり、原料の石炭の装入時の急激な温度変化や衝撃によりスポールしたりして凹みが大きくなる傾向にあり、凸凹が大きくなるとコークスの押出し時の抵抗が大きくなり、押し出しできなくなる場合がある。特に、炉口付近の炉底では３００℃程度まで温度が下がることも多く、急激な膨張収縮により損傷する。そのため操業の合間を縫って補修を繰り返し、炉底を平滑に維持する必要がある。操業を継続しながら炉底補修を実施する方法として溶射補修法、粉末補修材を使用する乾式補修法、粉末補修材を水で混練して流し込む湿式補修法などがある。
【０００４】
特許文献１は、電融アルミナ、高アルミナ微粉を主成分とする耐火骨材に対してフリットを所定の割合で添加したスラリー状の材料をコークス炉の炉底の損傷部に流し込むことにより、炉底を平滑にできる湿式補修材を開示している。
【０００５】
特許文献２は、ＳｉＯ２成分の質量割合が９９％以上である非晶質のシリカ質原料と、珪石レンガ屑（クォーツ、トリジマイト）、と珪石原料（クリストバライトの一種または二種以上）とからなる骨材原料と、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカおよびアルミナセメントを含有する流し込み耐火物を開示している。
【０００６】
特許文献３は、珪石れんがの２０００μｍ以下の粉砕粉を主成分とし、炉壁珪石れんがとの熱膨張を適合させることによって剥離損耗を抑制できるとした溶射材料を開示している。
【０００７】
特許文献４は、引用文献１と同様、電融アルミナ、高アルミナ微粉を主成分とする耐火骨材に対してフリットを所定の割合で添加するが、水を用いない材料をコークス炉の炉底の損傷部に流し込む補修材を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１６８５８６号公報
【特許文献２】特開２０１３−２３４０９２号公報
【特許文献３】特開２００９−１２０４０６号公報
【特許文献４】特開２００７−１４５８９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記引用文献１に開示の流し込み補修材は、電融アルミナが耐火骨材として使用されているため、後に説明するように、炉底の損傷部分に流し込まれたとき炉底の珪石れんがとの熱膨張が乖離し剥離しやすい問題がある。
【００１０】
前記引用文献２に開示の流し込み補修材をコークス炉の炉底の補修に適用した場合は、アルミナセメントが水和する前に乾燥するため硬化しない問題がある。また、乾留時の炉底温度の９００℃で溶融するような組成になっていないため被補修部分である珪石れんがと流し込んだ補修材とが接着しないことに加え、非晶質のシリカを骨材全体の半分程度含有しているため炉底の珪石れんがとの膨張乖離も起こすため、コークス炉の炉底補修には向かない。
【００１１】
更に、引用文献３に開示の溶射材料は、珪石質を主体としているので、溶射時の温度に比較して十分に融点が低くなく、組成的に粘性が高くなるため平滑にならないばかりか、水平に仕上げるのも困難であり、コークス炉の炉底補修には向かない。
【００１２】
また、引用文献４に開示の補修材は、引用文献１と同様、電融アルミナが耐火骨材として使用されているため、炉底の珪石れんがとの熱膨張が乖離し剥離しやすい問題がある。
【００１３】
本発明は上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、平滑で水平な施工体を形成でき、接着強度が高く、補修材が被補修部分から剥離しにくいコークス炉の炉底補修材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】
【００１４】
本発明は、珪石れんがと同等の鉱物組成を持つ耐火性粉末と、フリットとよりなる主原料と、前記主原料の分散を安定化させる混和剤を含むコークス炉の炉底の流し込み補修材である。
【００１５】
耐火性粉末として珪石れんが粉および／または焼成珪石を用いた場合、当該耐火性粉末を主原料の７０〜９５質量％、軟化点が３５０℃以上７００℃以下であるフリットを５〜３０質量％を含有する。また、前記耐火性粉末は、トリジマイトを５５質量％以上含有するのが好ましい。前記耐火性粉末の粒子径は５ｍｍ以下であり、粒子径が７５μm以下の耐火性粉末が前記主原料の１０質量％以上５０質量％以下である。更に、前記組成の分散を安定させるための混和材を上記耐火粉末とフリットの合量の０．５〜３質量％、また、必要に応じて粘土を前記合量の５質量％以下を添加することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
乾留が終了して空になったコークス炉の炉底の補修対象部分に本発明品を施工すると、平滑で水平な施工体を短時間で形成することができ、フリットによる接着強度が高く、補修材が被補修部分から剥離しにくい炉底補修材が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明の対象となるコークス炉の乾留温度は１０００〜１１００℃にまで達するが、このときであっても炉底の温度は９００℃程度にとどまる。このため、炉蓋の解放で表面温度が３００℃〜７００℃程度まで下がった炉底に対して炉底補修材を施工した後、乾留時に炉底温度が前記の９００℃程度になったとき、前記補修材が被補修部分に接着して、コークスの押し出し時には炉底で前記炉底補修材を保持している必要がある。
【００１８】
そこで従来の特許文献１にあるようなアルミナを利用した炉底補修材が上述のような使用状態で接着するかを、３００℃に加熱した珪石れんがに施工して９００℃で3時間保持後、常温に降温し接着状態を確認したところ、補修材が剥離することが確認された。これは炉底を構成する珪石れんがと補修材の鉱物組成の違いにより発生した膨張乖離が原因と推察される。
【００１９】
本発明は、上記確認に基づいて提案され、珪石れんがと同等の鉱物組成を有する耐火性粉末とフリットを主原料とし、更に、当該主原料の分散を安定化する混和剤および粘土を含有したもので、水を添加して混練した混練物をコークス炉の炉底の被補修部分に流し込んで使用する。
【００２０】
前記したように、前記耐火性粉末は珪石れんがと同等の鉱物組成を有する原料を採用する。珪石れんがと同等の鉱物組成を有する耐火性粉末としては、珪石れんが粉が入手しやすく利用しやすい。また焼成珪石も珪石れんがと同等の鉱物組成を有し好適に使用できる。
【００２１】
尚、珪石れんがは、珪石に対して若干の石灰乳を繋ぎ材として混入して焼成したものであり、焼成珪石は珪石を１０００℃以上の温度で焼成したものであり、いずれも珪石の一部がトリジマイトやクリストバラスあるいはこれらの混合相に転移した状態を形成する。本願発明では、トリジマイトを５５質量％以上含有する耐火性粉末を使用すると、炉底を構成する珪石れんがの膨張率に近いので剥離しにくくなり好ましい。
【００２２】
珪石れんが粉や焼成珪石と異なる鉱物組成の耐火性粉末、たとえば焼成していない珪石、珪砂、や電融アルミナを用いた場合、炉底を構成する珪石れんがとの膨張乖離により剥離するので好ましくない。当該耐火性粉末の粒子径は５ｍｍ以下である。耐火性粉末の粒子径が５ｍｍより大きいと良好なセルフレベリング性が得られないため好ましくない。また粒子径が７５μm以下の耐火性粉末が前記主原料に対しての含有量は１０質量％以上５０質量％以下である。１０質量％未満の場合、粒子同士や粒子と珪石れんが表面との接着が不十分になり降温時に剥離するため好ましくない。逆に５０質量％より多いとセルフフロー性を維持するための添加水分量が多くなり炉底温度を下げることになるので好ましくない。より好ましくは１２質量％以上３７質量％以下である。
【００２３】
前記フリットとしては軟化点（ＪＩＳ  Ｒ３１０３−１（２００１））に規定された方法で測定した軟化点）が３５０℃以上７００℃以下のものを使用する。耐火物に使用されるフリットでは軟化点が３５０℃以上のものの入手が容易であることから、軟化点の下限値を３５０℃とした。フリットの軟化点が７００℃よりも高いと、乾留時の９００℃の下で十分に粘性が下がらずに耐火性粉末同士の結合や炉底を構成する珪石れんがと接着しなくなるので好ましくない。フリットの粒子径は炉底補修材の主原料全体に均一に分散させる観点から３００μm以下であることが好ましい。
【００２４】
前記フリットの添加量は当該主原料に対して５質量％以上３０質量％以下である。５質量％未満であると融液が少なくなり接着しなくなるため好ましくない。逆に３０質量％より多いと珪石れんがとの膨張乖離により剥離するため好ましくない。より好ましくは、１３質量％以上２２質量％以下である。
【００２５】
前記主原料組成の分散を安定化するため、混和剤を添加するのが好ましい。当該混和剤の添加量は主原料に対し外掛けで０．５質量％以上３．０質量％未満である。０．５質量％未満であると分散の安定効果が小さく凝集を引き起こし、セルフレベリング性を低下させるため好ましくない。逆に３.０質量％以上入れても効果に大きな違いはなく経済的ではない。
【００２６】
当該混和剤は特に限定されるものではないが、例えば第一リン酸ナトリウム、第二リン酸ナトリウム、第三リン酸ナトリウム、ピロリン酸ナトリウム、酸性ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム、ヘキサメタリン酸ナトリウム、酸性ヘキサメタリン酸塩などの縮合リン酸塩、ジャガイモやトウモロコシなどの澱粉またはそれらの加工澱粉、ポリカルボン酸塩、ポリアクリル酸塩、ナフタリンスルホン酸塩、メラミンスルホン酸塩、ナフタリンスルホン酸ホルマリン縮合物塩、ポリオキシエチレンアルキルエーテル塩などの界面活性剤、リグニンスルホン酸カルシウムなどのリグニン分解物、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルメチルセルロース、ヒドロキシエチルセルロースなどのセルロース誘導体、キサンタンガム、グァーガム、カラギナン、ゼラチンなどの動植物由来の高分子、炭酸ナトリウム、珪酸ナトリウムなどのpH調整剤、EDTA、クエン酸、クエン酸ナトリウム、シュウ酸、シュウ酸ナトリウムなどのキレート剤などから選ばれる１種もしくは２種以上を組み合わせて利用できる。
【００２７】
前記主原料を水と混練した時の流動性を調整するために粘土を使用する。当該粘土の添加量は主原料の全体に対し外掛けで５．０質量％以下である。５．０質量％より多くなると炉底を構成する珪石れんがとの膨張乖離により剥離するため好ましくない。粘土の種類は特に限定されるものではないが、木節粘土、蛙目粘土、ボールクレー、ベントナイトなどから選ばれる１種もしくは２種以上を組み合わせて利用できる。
【００２８】
乾留が終了して空になったコークス炉の炉底に本発明品を施工すると、亀裂を埋めながら高いセルフレベリング性でもって水平かつ平滑な施工表面が得られる。乾留時には９００℃近くまで昇温されるため、フリットが液状になって耐火性粉末同士を結合させながら炉底の被施工部分と接着する。接着後は、補修材がフリットを含有していることで、珪石れんがとの膨張が若干乖離するが、軟化変形することで珪石れんがとの接着状態を維持することになる。
【実施例】
【００２９】
以下に実施例及び比較例を提示して、本発明の炉底補修材を説明する。
【００３０】
表１、表２に示す配合割合で炉底補修材を作成し、珪石れんがへの接着特性を評価した。各炉底補修材で使用した耐火性粉末は珪石れんが粉、焼成珪石、電融アルミナ、シャモットを用いており、粒度は表１、２中に示し、また、各炉底補修材で使用したフリットの軟化点と粒度も表１、２中に示している。粘土および混和剤は外掛けで添加した。添加水量は平滑かつ水平な施工体を得るために十分なセルフレベリング性を有する程度に調節した。
【００３１】
【表１】
2019099706.tif 000002
【００３２】
【表２】
2019099706.tif 000003
【００３３】
接着特性として珪石れんがに対する常温接着強度を測定するために、１００ｍｍ×１００ｍｍ×２０ｍｍの珪石れんがの上に６０ｍｍ×６０ｍｍ×５０ｍｍで厚さ３ｍｍのステンレス枠を設置したものを炉の中において炉の雰囲気温度が３００℃になってから３０分保持後に炉を解放して枠内に施工した。施工後は９００℃まで昇温し３時間保持後に炉内で炉内雰囲気温度が８０℃以下になってから取り出して常温になるまで放冷し常温接着強度試験片とした。常温接着強度の測定は前記ステンレス枠の側面から荷重を掛けて剥離したときの荷重を接着面積で割って求めた。９００℃から常温に冷却された時点で剥離していた場合は「剥離」と表記した。以下、各配合について簡単に説明する。
【００３４】
実施例１〜実施例３は軟化点の異なるフリットを含有した配合である。実施例４は粘土を含有した配合である。実施例５〜実施例７は、実施例２において珪石れんが粉の粒度を変更している。実施例８〜実施例１１は、フリットの含有量を変更している。表１に示すように、いずれも９００℃から常温に温度降下させた場合でも珪石れんがへの接着を維持しており、良好な接着特性を得られることが理解できる。
【００３５】
実施例１２〜１４は珪石れんが粉に代えて焼成珪石を用いた場合を示す。実施例１２は実施例５に、実施例１３は実施例６に、実施例１４は実施例７にそれぞれ対応しており、いずれも珪石れんが粉を用いた場合と同等の接着強度を示している。
【００３６】
続いて、表２に示す比較例について説明する。比較例１〜比較例２は実施例２および実施例４〜実施例７との対比において、耐火性粉末種を電融アルミナと珪砂に変更した配合であり、また、比較例３は珪石れんが粉と溶融シリカを用いた場合の配合である。いずれも９００℃から常温に温度降下させた場合に（以下「温度降下させた場合」とする）珪石れんがより剥離した。
【００３７】
比較例４は実施例２との対比において、フリットの軟化点を７００℃より高くした配合であり、この場合も温度降下させた場合に珪石れんがより剥離した。比較例５は実施例２および実施例４との対比において、粘土の含有率が高い配合であり、温度降下させた場合、珪石れんがより剥離した。
【００３８】
比較例６は実施例２および実施例５〜実施例７との対比において、主原料の全体に対して珪石れんが粉の≦７５μmの粒子の含有量が少ない配合であり、温度降下させた場合、珪石れんがより剥離した。比較例７および比較例８は実施例２および実施例８〜実施例１１との対比において、フリットの含有量がそれぞれ適正量より少ない場合と多い場合の配合であり、いずれの配合も温度降下させた場合、珪石れんがより剥離した。
【００３９】
以上のように、炉底補修材を珪石れんがと同等の鉱物組成を有した耐火性粉末と、軟化点が３５０〜７００℃のフリットから構成し、耐火性粉末粒子の粒度とフリット含有量を適正にすることにより、良好な接着特性を有することができる。これにより、被施工面を損傷させることなく平滑で水平な施工体を形成することができ、かつ高接着強度で耐用に優れるコークス炉の炉底補修材を提供することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
以上説明したように、本発明は、コークス炉の炉底を構成する珪石れんがと同等の鉱物組成を持つ耐火性粉末と、フリットと主原料としているので、被補修部分との接着強度が大きく、補修材が被補修部分から剥離しにくい炉底補修材が得られ、コークス炉炭化室の炉底補修に利用できる。