(57)【要約】【課題】コークス炉の熱間補修において連結された２つの側壁を一体として補修する場合に対応可能であり、補修範囲が側壁の広範囲におよぶ場合であっても、補修した側壁を昇温する際に側壁を水平方向に均一に所定の位置まで熱膨張させることを可能とするコークス炉の熱間補修装置を提供する。【解決手段】燃焼室１２とその両側の炭化室１１とを隔てる煉瓦壁と該煉瓦壁を連結する煉瓦材１４とからなる炉内構造部の一部又は全部の積み替えを行うコークス炉の熱間補修の際に、積み替えられた炉内構造部１の端面を拘束するための装置である。前記炉内構造部１の端面の略全面に当接できる押えプレート３と、前記炉内構造部１の端面に押し当てられた前記押えプレート３を前記炉内構造部長手方向に付勢するコイルスプリング５とを設けた。【選択図】　　　図３
2004002505.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
煉瓦材からなる炉内構造部の一部又は全部の積み替えを行うコークス炉の熱間補修方法において、積み替えられた炉内構造部を昇温する際に、当該炉内構造部の長手方向の一端面又は両端面に押えプレートを当接させ、前記炉内構造部の熱膨張による長手方向での伸長に応じて、前記押えプレートを前記炉内構造部端面に当接した状態を保ったまま後退させることを特徴とするコークス炉の熱間補修方法。
【請求項２】
燃焼室とその両側の炭化室とを隔てる煉瓦壁と該煉瓦壁を連結する煉瓦材とからなる炉内構造部の一部又は全部の積み替えを行うコークス炉の熱間補修方法において、積み替えられた炉内構造部を昇温する際に、当該炉内構造部の長手方向の一端面又は両端面に押えプレートを当接させ、前記炉内構造部の熱膨張による長手方向での伸長に応じて、前記押えプレートを前記炉内構造部端面に当接した状態を保ったまま後退させることを特徴とするコークス炉の熱間補修方法。
【請求項３】
燃焼室とその両側の炭化室とを隔てる煉瓦壁と該煉瓦壁を連結する煉瓦材とからなる炉内構造部の一部又は全部の積み替えを行うコークス炉の熱間補修の際に、積み替えられた炉内構造部の端面を拘束するための装置であって、前記炉内構造部の端面の略全面に当接できる押えプレートと、前記炉内構造部の端面に押し当てられた前記押えプレートを前記炉内構造部長手方向に付勢する付勢手段とを備えたコークス炉の熱間補修装置。
【請求項４】
付勢手段がスプリングであることを特徴とする請求項３に記載のコークス炉の熱間補修装置。
【請求項５】
押えプレートの、燃焼室とその両側の炭化室とを隔てる煉瓦壁と該煉瓦壁を連結する煉瓦材とからなる炉内構造部の端面との接触面が金属光沢面であることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のコークス炉の熱間補修装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鉄等に用いるコークスを製造するためのコークス炉において炭化室と燃焼室を隔てる煉瓦壁および燃焼室の煉瓦等の積み替えを行う熱間補修方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄に用いるコークスを製造するためのコークス炉は、図４に示すように石炭をコークス化する炭化室１１と、炭化室に熱を供給する燃焼室１２とが交互に並んで多数連なる構造を有し、炭化室１１と燃焼室１２を隔てる煉瓦壁（以下側壁と記載する）からの熱伝導により燃焼室１２から炭化室１１への熱の供給が行われる。炭化室１１に投入された常温の石炭は加熱されてコークスに乾留され、炭化室１１の一方の端から押し出し搬出される。このようにコークス炉の側壁は激しい温度サイクルにさらされ、石炭・コークスの搬入・搬出で繰り返し摩擦を受けるので、多くの場合、高温での体積変化が比較的小さく熱伝導性が良く機械的強度が大きい珪石煉瓦を用いて構築される。炭化室１１と燃焼室１２の下部には蓄熱室煉瓦７を、上部には天井煉瓦６を有している。
【０００３】
上記のように煉瓦壁で構成されているコークス炉は、一度操業を開始して高温状態とした後に常温まで冷却すると煉瓦の転移現象による急激な体積変化が起こり崩壊する恐れがあるので、通常は１０００℃を超える高温状態に保たれている。
【０００４】
しかし、側壁は上記のように過酷な使用環境に曝されているので、亀裂、角欠け等が発生して適宜補修する必要が生じ、炭化室内に断熱ボックスを挿入するなどして断熱してから炉内に人が入り高温状態のままで煉瓦の部分的な積み替え等を行う熱間補修が行われている。珪石煉瓦は温度に依存して熱膨張率が大きく変化し、２７０℃付近と５６０℃付近で急激に膨張・収縮する性質を有するので、炉壁の補修を行う際には補修対象の炉内を６００℃程度以上に保持して行うことが煉瓦の崩壊を防ぐ上で好ましい。
【０００５】
側壁の煉瓦を一部積み替える補修を行った場合、積み替え部は補修後に昇温される際に熱膨張するので、積み替えを行わない残置部に対して過度の応力を加える恐れがある。このようなコークス炉における補修部分の煉瓦の熱膨張を考慮した側壁の補修技術が、特開平６−４１５４０号公報、特開平６−４１５４１号公報、特開平９−３１６４５６号公報に開示されている。
【０００６】
特開平６−４１５４０号公報、特開平６−４１５４１号公報に記載の技術は側壁における補修部分と残置部の煉瓦を接続する方法であり、また特開平９−３１６４５６号公報に記載の技術は、側壁の高さ方向全体を補修する場合に、側壁の下部の目地に強度と耐摩耗性のある珪石質モルタルを使用し、上部の目地に可縮性のあるクッションモルタルを使い、更に最上部に復元力があり可縮性の大きいセラミックボードを用いて、側壁の高さ方向の熱膨張を吸収する補修方法である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
一方で、コークス炉の寿命を従来よりも長期化することを目的として、側壁を燃焼室全体として再構築するような大規模な補修が必要とされている。炭化室と燃焼室とを隔てる側壁は、燃焼室内で煉瓦により部分的に連結されているので、燃焼室の両側の側壁を連結部分も含めて一体として補修することが望ましいためである。しかし上記のような大規模な補修を側壁の広い範囲について行う場合、側壁の水平長手方向（図４におけるＡの方向）の昇温時の熱膨張量が大きいことにより以下の問題が発生する。
【０００８】
側壁全体の長さは通常１５ｍ程度であり、常温から１２００℃まで昇温する際に１．３％程度熱膨張するので側壁の膨張は２０ｃｍ程にも及び、側壁の水平方向に数ｍの補修を行う場合でも数ｃｍ膨張移動する。側壁の膨張自体には膨張量を見込んで煉瓦を積み替えることで対応できるが、側壁を昇温して所定の位置まで膨張させる際に、側壁の煉瓦を結合しているモルタル目地部に広がりが発生したり、コークス炉の天井等の非補修部分（残置部）に側壁煉瓦が接触して応力を加え、残置部や側壁の煉瓦が破壊される場合があり、側壁を水平方向に均一に膨張移動させることは困難である。これは上述したように珪石煉瓦は２７０℃付近と５６０℃付近で急激に膨張する性質を有し、昇温の際に必然的に側壁内の煉瓦に温度分布が生じて側壁内の各煉瓦が不均一に膨張することが原因であると考えられる。このような側壁の水平方向の膨張移動に関する問題は、特開平６−４１５４０号公報、特開平６−４１５４１号公報、特開平９−３１６４５６号公報に記載の補修技術では対応できない。
【０００９】
特開平６−４１５４０号公報や特開平６−４１５４１号公報に記載の技術は１枚の側壁の一部のみを対象として補修部分と残置部の側壁を接続する方法であり、側壁が両側に残置部を有さない場合や、側壁の水平方向の移動量が問題になる昇温時の熱膨張が大きい場合には対応できない。また、特開平９−３１６４５６号公報に記載の技術は、炉壁の高さ方向の膨張の吸収には効果があるが、水平長手方向（横方向）の膨張に付いては考慮されていない。
【００１０】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、コークス炉の熱間補修において連結された２つの側壁を一体として補修する場合に対応可能であり、補修範囲が側壁の広範囲におよぶ場合であっても、補修した側壁を昇温する際に側壁を水平方向に均一に所定の位置まで熱膨張させることを可能とするコークス炉の熱間補修方法及び装置を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
【００１２】
（１）煉瓦材からなる炉内構造部の一部又は全部の積み替えを行うコークス炉の熱間補修方法において、積み替えられた炉内構造部を昇温する際に、当該炉内構造部の長手方向の一端面又は両端面に押えプレートを当接させ、前記炉内構造部の熱膨張による長手方向での伸長に応じて、前記押えプレートを前記炉内構造部端面に当接した状態を保ったまま後退させることを特徴とするコークス炉の熱間補修方法。
【００１３】
（２）燃焼室とその両側の炭化室とを隔てる煉瓦壁と該煉瓦壁を連結する煉瓦材とからなる炉内構造部の一部又は全部の積み替えを行うコークス炉の熱間補修方法において、積み替えられた炉内構造部を昇温する際に、当該炉内構造部の長手方向の一端面又は両端面に押えプレートを当接させ、前記炉内構造部の熱膨張による長手方向での伸長に応じて、前記押えプレートを前記炉内構造部端面に当接した状態を保ったまま後退させることを特徴とするコークス炉の熱間補修方法。
【００１４】
（３）燃焼室とその両側の炭化室とを隔てる煉瓦壁と該煉瓦壁を連結する煉瓦材とからなる炉内構造部の一部又は全部の積み替えを行うコークス炉の熱間補修の際に、積み替えられた炉内構造部の端面を拘束するための装置であって、前記炉内構造部の端面の略全面に当接できる押えプレートと、前記炉内構造部の端面に押し当てられた前記押えプレートを前記炉内構造部長手方向に付勢する付勢手段とを備えたコークス炉の熱間補修装置。
【００１５】
（４）付勢手段がスプリングであることを特徴とする（３）に記載のコークス炉の熱間補修装置。
【００１６】
（５）押えプレートの、燃焼室とその両側の炭化室とを隔てる煉瓦壁と該煉瓦壁を連結する煉瓦材とからなる炉内構造部の端面との接触面が金属光沢面であることを特徴とする（３）または（４）に記載のコークス炉の熱間補修装置。
【００１７】
【発明の実施の形態】
まず、本発明のコークス炉の熱間補修方法について説明する。
前述したようにコークス炉全体を急激に冷却して短期間で補修を行うとコークス炉が崩壊して、補修の必要の無い部分を再利用する事ができなくなるので、本発明のコークス炉の補修は熱間で行うものとする。コークス炉全体の操業を停止することは好ましくないので、通常は操業と並行して補修を行う。図３はコークス炉の一部分（端部）の平面図であり、炭化室１１と燃焼室１２とを隔てる側壁１３は、燃焼室１２内でほぼ一定の間隔で煉瓦材１４により連結された構造である。この燃焼室とその両側の炭化室とを隔てる煉瓦壁（側壁１３）と、該煉瓦壁を連結する煉瓦材１４とからなる炉内構造部１を一体として煉瓦の積み替え補修を行う場合について説明する。すなわち、本実施の形態は、天井と床とを除いた、燃焼室部分の煉瓦積み替え補修である。
【００１８】
本発明では、前記炉内構造部１の一部又は全部の積み替えを行うコークス炉の熱間補修において、積み替えを終えた炉内構造部１を昇温する際に、図３に示すように炉内構造部１の長手方向の一端面又は両端面に押えプレート３を当接させることで、炉内構造部１を水平方向で拘束する。そして炉内構造部１に拘束を加えた状態で水平方向に適切に膨張移動させるために、前記炉内構造部１の熱膨張による長手方向での伸長に応じて、前記押えプレート３を炉内構造部端面に当接した状態を保ったまま後退させる。
【００１９】
このように昇温時に炉内構造部１の長手方向の一端面又は両端面（通常は補修を行った一端面）に押えプレート３を当接させることで炉内構造部１に拘束力を加えるとともに、炉内構造部１の熱膨張による長手方向での伸長に応じて、前記押えプレート３を炉内構造部端面に当接した状態を保ったまま後退させることで、炉内構造部１の膨張を妨げることなく炉内構造部１に拘束力を与えることが可能となる。このような方法で炉内構造部１を昇温することで、炉内構造部１は歪んだり残置部に干渉したりすることなく水平方向にスムーズに均一に膨張し、膨張後に所定の位置に炉内構造部１が位置するように膨張を制御することが可能となる。
【００２０】
炉内構造部１の煉瓦の積み替えは、補修対象とする燃焼室１２の両側の炭化室１１を７００℃程度まで冷却して、断熱ボックス等を炭化室１１に挿入して行うことが好ましい。コークス炉の両端に位置する燃焼室を補修する際には、存在する片側のみの炭化室を７００℃程度まで冷却して補修を行う。水平方向の補修長さは１ｍ程度〜炉内構造部全体まで可能であるが、炭化室の間口が４００〜５００ｍｍ程度の細長い構造であるので作業性から、炉内構造部全体を補修する場合でもコークスの押出し口側（コークスサイド）と、コークス押出し装置挿入側（プッシャーサイド）とに２分割して補修を行うことが好ましい。炉内構造部１の側壁部分はコークスサイドとプッシャーサイドにおいて激しく損傷を受けるので、炉内構造部１の左右の端部から４〜５ｍの範囲を補修すれば十分な場合が多いが、煉瓦の損傷状態により適宜の範囲で補修を行うことができる。尚、コークスサイド又はプッシャーサイドに該当する、炉内構造部１のいずれかの端部の煉瓦の積み替えを行わない、側壁がコークス炉の外部に向かって膨張しない場合は本発明方法の適用範囲外である。
【００２１】
上記のように煉瓦を積み替えて炉内構造部１を再構築した後、室温状態の煉瓦を最終的には１２００℃程度まで加熱して操業を再開する。昇温により煉瓦が熱膨張するが、前述したように炉内構造部１の個々の煉瓦の温度が不均一であるために部分的に煉瓦の熱膨張や転移現象による急激な体積膨張が発生する。本発明方法を用いて煉瓦を拘束状態で熱膨張させながら移動させることにより、炉内構造部１は水平方向にスムーズに移動することができる。
【００２２】
本発明は上記のような炉内構造部の一部又は全部の積み替えを行うコークス炉の熱間補修方法であり、この他にもコークス炉の蓄熱室や天井等の、煉瓦材からなる炉内構造部の昇温時の熱膨張が問題となる補修の場合においても適用可能である。
【００２３】
次に、本発明のコークス炉の熱間補修装置について説明する。
【００２４】
本発明のコークス炉の熱間補修装置は炉内構造部の一部又は全部の積み替えを行うコークス炉の熱間補修の際に、積み替えられた炉内構造部の端面を拘束するための装置であって、前記炉内構造部の端面の略全面に当接できる押えプレートと、前記炉内構造部の端面に押し当てられた前記押えプレートを前記炉内構造部長手方向に付勢する付勢手段とを備えた装置である。
【００２５】
図１、図２は本発明のコークス炉の熱間補修装置の一実施形態を示すもので、図１は縦断面図、図２は平面図である。
【００２６】
図１においてＡで示す水平長手方向が炉内構造部１の膨張方向であり、紙面に向って右端が炭化室の開口部に相当する。本実施形態の熱間補修装置は、コークス炉の炉体に固定される支持部材２と、中間部に押えプレート付勢用のコイルスプリング５を有し、基端部が前記支持部材２に固定される複数本のプレート保持アーム４と、この複数本のプレート保持アーム４の先端に固定されることで保持される押えプレート３とから構成されている。前記支持部材２は形鋼（本実施形態ではＨ形鋼）等の所定の強度を有する部材で構成されている。前記プレート保持アーム４は、その中間部分がコイルスプリング５で構成されている。このプレート保持アーム４は押えプレート３をその幅方向及び長手方向（高さ方向）の複数箇所で保持すべく複数本設けられている。
【００２７】
前記押えプレート３は炉内構造部１の端面全体に当接できる大きさの板材により構成され、その背面に前記プレート保持アーム４が固定されることでプレート保持アーム４に保持されている。
【００２８】
以上のような構成を有するコークス炉の熱間補修装置は、支持部材２の上端側及び下端側をそれぞれ天井煉瓦６と蓄熱室煉瓦７の端面に固定することにより配置され、この状態で押えプレート３は炉内構造部１に当接することによりこれを拘束し、またコイルスプリング５は押えプレート３を炉内構造部１の長手方向に付勢している。
【００２９】
本発明では付勢手段を用いて炉内構造部の端面を拘束するので、炉内構造部昇温の際の煉瓦の拘束力を適切に調整することが可能である。適切に拘束力を調整しないと煉瓦が割れたり、煉瓦の膨張を妨げて所定の位置まで膨張させることができない場合があるが、付勢手段を用いることで、拘束力を頻繁に調整する必要がなくなる。また、拘束を弛める際に煉瓦が崩れたり、煉瓦と煉瓦の間に隙間が生じる問題も発生しない。
【００３０】
プレート保持アーム４の本数は適宜設定することができるが、複数とすることで炉内構造部１をより安定して拘束することができるので好ましい。本実施の形態においてはプレート保持アーム４は高さ方向に３段、水平方向に２列の合計６本が配置されている。
【００３１】
本実施の形態においては、付勢手段としてスプリングを用いている。プレート保持アーム４の中間部分がコイルスプリング５で構成されていることで高温状態でも安定して炉内構造部１の伸長に応じて押えプレート３を移動させながら炉内構造部１の拘束に必要な応力を加えることが可能である。付勢手段に付勢力を調整する機構を有する調整スプリングを用いると、拘束力の調整が容易であるのでさらに効果的である。
【００３２】
プレート保持アーム４に調整スプリングを用いる場合は、スプリングによる付勢力を適宜調整することで、炉内構造部１に与える拘束力を容易に調整することが可能である。スプリングの種類や使用本数にもよるが、昇温中に数回、付勢力の調整を行うと、より確実に炉内構造部１を横方向に均一に所定の位置まで熱膨張させることができる。
【００３３】
また、本発明のコークス炉の熱間補修装置の他の実施形態として、炉内構造部の一部又は全部の積み替えを行うコークス炉の熱間補修の際に、積み替えられた炉内構造部の端面を拘束するための装置であって、前記炉内構造部の端面の略全面に当接できる押えプレートと、前記炉内構造部の端面に押し当てられた前記押えプレートを前記炉内構造部長手方向に進退可能に保持する保持手段とを備えたコークス炉の熱間補修装置を用いることができる。この場合の保持手段としては、シリンダーを用いることが好ましい。高温で使用することを考慮すると、油圧シリンダーよりもエアシリンダーを用いることが好ましい。
【００３４】
さらに本発明のコークス炉の熱間補修装置において、押えプレート３の、炉内構造部１の端面との接触面が金属光沢面であることが好ましい。押えプレート３の炉内構造部１との接触面を光沢面を有する金属板等の摩擦の小さい材質とすると、炉内構造部１の上下方向の熱膨張を拘束することがないためである。例えばトタン板等を押えプレート３の炉内構造部１との接触面に貼り付けることで、このような効果を得ることができる。
【００３５】
【実施例】
３１年間稼働したコークス炉において、炭化室側壁の損傷が進行しており、このまま放置すれば埋窯となる危険性があるので熱間補修を行った。補修範囲は１つの燃焼室の両側の側壁と前記側壁を連結する煉瓦である炉内構造部であり、垂直方向は側壁全高５８００ｍｍで、水平方向は側壁のコークスサイド（コークス搬出側）から５ｍの長さの範囲で補修した。補修施工時には補修対象燃焼室に隣接する両側の炭化室の温度が７００℃になるまで冷却し、炭化室内に断熱ボックスを挿入し、断熱ボックス内温度を５０〜７０℃に保ち、人力で煉瓦の積み替え作業を行った。なお、補修しない部分との境界煉瓦は、ボルトで吊り或いはジャッキで固定して崩落を防いだ。また、冷却によるスポーリングを防止するため、境界部はセラミックファイバーで保温した。昇温時の高さ方向の煉瓦の膨張を吸収するために、珪石煉瓦を積み上げる際には特開平９−３１６４５６号公報に記載の技術を用いた。
【００３６】
積み替えた炉内構造部に対して、図１及び図２に示す構造を有する本発明の熱間補修装置を用いてコークスサイドから水平長手方向に煉瓦の熱膨張を抑制する方向に応力を加えながら昇温した。昇温は２週間で１２００℃に達する速度で行った。付勢手段としてのコイルスプリングは、ばね定数２２０Ｎ／ｍｍの調整スプリングを使用した。拘束力がほぼ一定になるように炉内構造部の膨張に応じて適宜スプリングを緩めて調整した。スプリングの調整は２週間の昇温中に３回行った。スプリングを６本（２列×３段）配置して均等に縮みを調整することで、炉内構造部全体を常にほぼ一定の力で押さえることができ、均一にコークスサイドまで膨張させることができた。残置部の煉瓦が破壊されることは無かった。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、燃焼室内で結合された２つの側壁を一体として熱間で積み替え補修する、燃焼室全体として煉瓦の積み替えを行う大規模な補修も可能となる。これによりコークス炉の寿命が延長されて、従来よりも長期間の稼働が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のコークス炉の熱間補修装置の一実施形態を示す縦断面図である（コークス炉設置時）。
【図２】本発明のコークス炉の熱間補修装置の一実施形態を示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態を示すコークス炉の一部分の平面図である。
【図４】コークス炉の構造を示す概略図である。
【符号の説明】
１、炉内構造部
２、支持部材
３、押えプレート
４、プレート保持アーム
５、コイルスプリング
６、天井煉瓦
７、蓄熱室煉瓦
１１、炭化室
１２、燃焼室
１３、側壁
１４、煉瓦材
Ａ、膨張方向
【図１】
2004002505.tif 000003
【図２】
2004002505.tif 000004
【図３】
2004002505.tif 000005
【図４】
2004002505.tif 000006