(57)【要約】【課題】コークス炉の炉壁補修法として主流をなしているドライシール法は、従来は、コークス炉の炭化室内を、圧搾空気等を導入して、約０．５〜０．７  ＫＰａ程度まで加圧し、この加圧状態下の炭化室炉内に耐火物粉末を吹き込む方法で行われていた。しかし、この方法では、亀裂部に充填された耐火物粉末が化学的または機械的にボンディングされたものでないため、補修効果を長期間維持できないという。【解決手段】室炉式コークス炉の炉壁補修用として用いられる４００℃以上で発泡する発泡材を０．５〜１．０  ｍａｓｓ％含み、残部が酸化物系耐火材料からなることを特徴とするコークス炉炉壁補修用耐火材料。【選択図】    図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室炉式コークス炉の炉壁補修用として用いられる補修用耐火材料であって、発泡材を０．５〜１０  ｍａｓｓ％含み、残部が酸化物系耐火材料からなることを特徴とするコークス炉炉壁補修用耐火材料。
【請求項２】
上記発泡材が燐酸アルミニウム、珪酸アルミニウムのうちから選ばれるいずれか１種以上であることを特徴とする請求項１に記載の耐火材料。
【請求項３】
ドライシール法に用いられるものであることを特徴とする請求項１または２に記載の耐火材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉の炉壁に発生した目地切れや亀裂等の損傷部を補修するのに用いられる耐火材料に関するものである。
【０００２】
【従来技術】
製鉄原料としてのコークスは、一般に石炭を室炉式コークス炉によって乾留することにより製造するのが普通である。この室炉式コークス炉は、図１に示すように、石炭を乾留する炭化室と、高温の乾留ガスを流通させるためにこの炭化室と隔壁（炉壁）を介して隣接して設けられている燃焼室とを、交互に並列させた構造となっている。
【０００３】
こうしたコークス炉は、古いものでは約３０年も稼動しているものがあり、しかも、前記炭化室は、乾留時には１０００℃を超える高温に達することから、炉壁の劣化が著しく、劣化で目地切れや亀裂が多く発生している。その結果、石炭の乾留時に炭化室で発生した可燃性の乾留ガス（コークスガス）が、その亀裂等から燃焼室側に洩れることがある。このため、燃焼室側では不完全燃焼が起こり、さらには未燃焼のガスが燃焼室の熱で分解されてカーボンを生成することにより、燃焼排ガス中に黒煙（カーボン）が混入するという問題があった。
【０００４】
従来、このような問題に対しては、炉壁の亀裂等を補修することにより、コークスガスが洩れ出さないようにしていた。炉壁の亀裂等を補修する方法としては、例えば、溶射材や吹き付け補修材を使って補修する方法、加圧した炭化室内に粉末シール材を導入して充満させることにより亀裂部を充填して塞ぐ方法（特許文献１、以下、この方法を「ドライシール法」という）がある。前者の方法の場合、作業員の視覚による補修に頼っているため、大きな亀裂や破孔目地切れに対しては有効であるが、炉壁全面に渡って発生している小さな亀裂には対応できないという問題がある。これに対し、後者のドライシール法（ダスティング法ともいう）は、このような問題点がなく、コークス炉の小さな亀裂の炉壁補修法として主流をなしており、現在では、この方法によってコークス炉炉壁を定期的に補修している。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−３３５６６８号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、ドライシール法というのは、特許文献１に開示されているように、コークス炉の炭化室内に、圧搾空気等を吹き込み、約０．５〜０．７  ＫＰａ程度加圧し、この加圧状態の下にある該炭化室内に耐火物粉末を吹き込む方法である。このような加圧下の室内に導入され浮遊している前記耐火物粉末は、炉壁に生じた亀裂等から燃焼室へ洩れ出す室内のガスと共に炉壁の亀裂部内に流れ込むことになる。その結果、浮遊する耐火物粉末が亀裂部に自動的に充填されることで、該亀裂部の閉塞補修を実現していく方法である。
【０００７】
しかしながら、上記のドライシール法では、亀裂部に充填された耐火物粉末自体は化学的または機械的にボンディングされた状態にあるものではないため、補修の効果を長期間維持できないという問題点があった。その対策として、釉薬をもちいてボンディング作用を付与する等の改善が図られてきた。しかし、その改善方法もまた、コークス炉の乾留末期における高温下では、そのボンディング効果も多くは期待できず、繰り返し補修による作業負荷の増大、操業阻害の発生、また老朽化したコークス炉では補修が間に合わないことによる煙突からの黒煙発生等の問題や可燃性のコークスガスの漏洩による経済的損失という問題が依然として解決されていないのが実情である。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、亀裂補修効果が高く、長期に亘って安定した亀裂部閉塞作用を維持することができる他、施工も容易なコークス炉炉壁補修用耐火材料を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上掲の目的を実現するために発明者らは、種々のコークス炉補修条件の下で、前記ドライシール法を実施し、亀裂部閉塞効果について試験を行った。その結果、亀裂部閉塞効果は、釉薬等の変更による化学的なボンディング作用よりは、耐火粉末の充填作用の方がはるかに効果的であり、とくにドライシールを実施する時の炉内の充填圧力の影響が大きいことがわかった。しかし、コークス炉（炭化室）内の加圧は、コークス炉と乾留ガス吸引系統とのガスシール部を水封する方式で行われているため、最大でも７０  ｍｍＡｑ程度までしか上げられないという解決すべき課題が残っていた。そこで、発明者らはまた、閉塞効果をより高めることを目的として、炉内圧力制御に代わる他方法について検討し開発を試みた。
【００１０】
こうした研究の中で、発明者らは、ドライシール法に用いる耐火材料は種類によっては、温度が上昇したときに亀裂内で体積膨張し、このことによって、該亀裂内充填圧力が増大することをつきとめた。しかも、このような耐火材料をドライシール法に供した場合、亀裂部に充填されたその耐火材料自体が強化（緻密化）されていることもわかった。そこで、これらの知見から、発明者らは、亀裂部の中に充填される耐火材料自体のもつ体積膨張特性を利用すればより強固な充填圧力が得られ、亀裂部に対して高い閉塞効果による良好な補修が期待できることをつきとめ、本発明を開発するに至った。
【００１１】
即ち、本発明は、室炉式コークス炉の炉壁補修用として用いられる補修用耐火材料であって、４００℃以上で発泡する発泡材を０．５〜１０  ｍａｓｓ％含み、残部が酸化物系耐火材料からなることを特徴とするコークス炉炉壁補修用耐火材料である。
なお、本発明においては、上記発泡材として、燐酸アルミニウムか、珪酸アルミニウムのうちから選ばれるいずれか１種以上のものを用いることが好ましく、また本発明の耐火材料は、ドライシール補修法に用いられることが好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
始めに、発明者らは、本発明の耐火材料中に混合して効果的な体積膨張する材料（発泡材）を見つけるために、種々の耐火材料、とくに体積膨張特性を示す耐火材料を用いたドライシール法による炉壁補修テストを行った。
その結果、炉壁亀裂部の閉塞効果は、耐火材料中に高温での体積膨張特性を有する材料（発泡材）を混入した場合に有効であり、とりわけ、常温では発泡せず、コークス炉炉壁のような高温に達したときに膨張率（下記式による）が大きい物質を混入させた場合に高い閉塞効果が得られることがわかった。これは、亀裂部に補修材料が付着するときに、補修材料に含まれる発泡材が膨張することで、補修材料を亀裂部の壁面へ押し付ける力が働くため、補修材料がより緻密に亀裂部に充填されるためと考えられる。
【００１３】
【数１】
膨張率（％）＝（高温下での体積／初期の体積）×１００
【００１４】
即ち、本発明は、コークス炉炉壁の亀裂部等をドライシール法によって補修するにあたり、その補修用耐火材料（以下、「ドライシール材」と略記していう）として、その中に、燐酸アルミニウムや珪酸アルミニウムのように、高温下（コークス炉炉壁中で発現しうる温度：一般には７００〜９００℃）で発泡する性質のある材料を少なくとも０．５  ｍａｓｓ％以上１０  ｍａｓｓ％以下混入させた耐火材料（ドライシール材）を用いる点に特徴がある。
【００１５】
ここで、ドライシール材中に混合して用いる前記発泡材、例えば、燐酸アルミニウム（ＡｌＨ３（ＰＯ４）２・３Ｈ２Ｏ）やＡｌ（Ｈ２ＰＯ４）３など）は約２０  ｍａｓｓ％程度の結晶水を含有しているが、ある程度（通常の水の蒸発温度（１００℃））に加熱されても、その結晶水が外部に抜け出せずに膨張し、一定の温度（４００℃）以上の温度で爆発（発泡）する材料である。
なお、前記発泡材の発泡温度を４００℃以上に限定する理由は、当該発泡効果を目的とする亀裂部に到達せしめる前に発現させない様にするためである。
【００１６】
発明者らはまた、発泡材を含む各種ドライシール材による亀裂損傷部閉塞効果を確めるために、実機コークス炉を用いて、ドライシール補修を実施した後の亀裂閉塞効果についての継続調査を行った。この調査は、図１に示すような、コークス炉稼動後約３０年を経過した炉高６．０  ｍのカールスチル型コークス炉で実施した。調査方法は、シールしたコークス炉炭化室内を、圧力０．２  ＭＰａ×流量１．０  ｍ３（標準状態）／ｍｉｎの条件で圧搾空気を吹き込んで加圧し、この時に、該炭化室内の圧力がどこまで上昇するかを評価する方法で実施した。なお、この調査にあたっては、ドライシールの効果をより適正に評価するため、炉内に付着したカーボン粉を、１０時間のカーボン焼き処理により燃焼除去した後に実施することとした。使用したドライシール材は、通常法については、シリカ系耐火材料微粉のみとし、一方、本発明に適合する方法としては、前記シリカ系耐火材料微粉中に、９００℃で発泡する燐酸アルミニウムを１．５  ｍａｓｓ％含有させたものを用いた。
【００１７】
図２は、上記実験結果を示すものであり、ドライシール処理後の経過日数と炉内圧力の関係を示すグラフである。この図２に示すように、通常のドライシール処理を行った場合では、ドライシール処理による、加圧時の炉内圧は、乾留ガス吸引系の水封圧（０．７  ＫＰａ）程度だったが、７日経過後には０．５  ＫＰａまで低下し、１０日後には０．２  ＫＰａまで低下し、以降は変動がなくなった。これに対し、発泡材を０．５  ｍａｓｓ％以上混合したドライシール材を使用した本発明適合例では、０．５  ＫＰａまで低下するのに１４日を要し、以後０．２  ＫＰａまで低下するのには３５日を要した。
【００１８】
図３は、シリカ系耐火材料微粉中への発泡材混合比率（％）と加圧時の炉内圧が０．２  ＫＰａにまでに低下するのに要した経過日数の関係を示したグラフである。加圧時の炉内圧が０．２  ＫＰａにまで低下するのに要する日数の延長効果は、発泡材の混合率が０．５  ｍａｓｓ％以上で顕在化し、混合率が０．５  ｍａｓｓ％でほぼ平衡に達し、それ以上では飽和した。なお、前記発泡材を１．０  ｍａｓｓ％以上混合すると、加圧時の炉圧内が０．２  ＫＰａにまで低下するのに要する日数の延長効果は平衡に達したままであり、１０  ｍａｓｓ％以上では、発泡時の気泡により逆に耐火材粉末による閉塞効果が阻害されることから、本発明において、耐火材料中に含有されている発泡材としては０．５  ｍａｓｓ％〜１０  ｍａｓｓ％程度がよく、好ましくは１  ｍａｓｓ％〜５  ｍａｓｓ％、より好ましくは１  ｍａｓｓ％〜２  ｍａｓｓ％程度がよいことがわかった。
【００１９】
本発明において、上記発泡材以外には、残部構成材料として、粒径０．０１〜０．１  ｍｍ程度の酸化物系耐火微粉、たとえばＳｉＯ２、やＡｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＣａＯなどが用いられる。その他、Ｎａ（ＯＨ）などを混合することもできる。
【００２０】
【実施例】
この実施例は、本発明の効果を確認するため、築後３０年の炉高６．０  ｍの図１に示すカールスチル型コークス炉で、通常のドライシール材と、発泡材として燐酸アルミニウムを、０．５  ｍａｓｓ％混合した本発明に適合するドライシール材を使用したときの炭化室から燃焼室へのガスの洩れ出しが確認できるまでの経過日数を調査したものである。この試験に供したコークス炉の窯としては、ドライシールしない場合に、炭化室から燃焼室にガスの洩れ出しがあるものを用いた。
上記の２種のドライシール材を用いた補修を実施した結果、通常のドライシール材のみを使用した場合では、処理後１４日でガスの洩れ出しを確認したが、発泡材を混合したドライシール材を使用した場合では、ガスの洩れ出しが確認できるまでに要する日数を３５日まで延長できることがわかった。
【００２１】
なお、上記の試験では、発泡材を約０．５  ｍａｓｓ％混合させたところで十分な効果が得られたが、この効果に関しては各コークス炉の置かれている操業負荷とコークス窯毎の炉壁損傷状況すなわち炉壁亀裂の量と幅により大きく差異がでるため、必ずしも全てのコークス炉に対してこの条件が最も経済的であるとは限らない。従って、本発明の実施に当たっては、各コークス炉毎に発泡材の種類と５  ｍａｓｓ％以上〜１０  ｍａｓｓ％の範囲内の混合率で最適の組合せを決定すればよい。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したような本発明によれば、コークス炉炉壁の亀裂等を効率よく確実に閉塞補修することができ、しかも燃焼室内へのガス洩れ出しまでの日数を延ばすことができる他、排ガス中に黒煙が混入するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】コークス炉の横断面図である。
【図２】ドライシール処理後の経過日数と加圧時の炉内圧力の関係を示すグラフである。
【図３】発泡材を混合させた比率（％）と加圧時の炉内圧が０．２  ＫＰａにまで低下するのに要した経過日数を示すグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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