(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形分換算で 100wt％の水ガラスに対し、骨材として、けい石れんが、ハイアルミナれんが及びシヤモットれんがのうちから選ばれるいずれか１種以上の、1000μｍ以下に粉砕したれんが屑からなる結晶質二酸化けい素含有化合物を20〜60wt％添加混合してなる、コークス炉の熱間補修用材料。
【請求項２】
上記水ガラスはけい酸ソーダを主とする固形分の比率が20〜65wt％のアルカリ−けい酸系ガラスの濃厚水溶液を用いることを特徴とする、請求項１に記載の熱間補修用材料。
【請求項３】
上記水ガラスは、その固形分中にLi、Na、Ｋの酸化物もしくは水酸化物、またはＲ−Si(OH)2ONaで記述される有機シリコーン化合物の内、１種類あるいは複数種類の成分を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の熱間補修用材料。
【請求項４】
コークス炉の炉壁の熱間補修に当たり、目地切れ部、れんが角割れ部または金物とれんがの間隙部に請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱間補修用材料を熱間で吹き付けることを特徴とするコークス炉の熱間補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、コークス炉の熱間補修用材料およびコークス炉炉壁の補修方法、とくにコークス炉窯口からのガス漏れ、灰塵発生等を防止するために行われる、コークス炉炉壁の小目地切れ塞ぎ、れんが角割れ補修、鉄製フレームとれんがの間隙充填等に用いられる熱間補修用材料とこの材料を用いて行われる熱間補修方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コークス炉の熱間補修方法としては、耐火物粒子を補修部に溶融付着させる溶射補修方法と、無機バインダーと水とからなる結合材とシヤモツト、ハイアルミナ等の耐火物粒子とを混合して吹き付ける、吹き付け補修方法がある。
【０００３】
上記溶射補修方法は、たとえば特公昭62−102082号公報等にも開示されているように、材料が溶融することで炉壁との付着力の強化や溶射材料自身の強度アップ等に効果がある。しかし、この技術は溶射時の高熱によって窯口付近の金物が損傷したり、溶射被膜特有の多孔質体に起因するガス漏れなどの問題が残されており、コークス炉窯口付近の補修には適さないという問題点があった。
この意味において、コークス炉窯口付近における小目地切れ塞ぎ、あるいはれんが角割れ補修、あるいは鉄製フレームとれんがとの間隙充填のようなガス漏れ起因となる部分の補修には、むしろ上記吹き付け補修方法の方が好ましいと言える。
【０００４】
このような吹き付け補修方法としては、たとえば特開平８−119775号公報に記載されたような技術がある。この技術は、低融点ガラスを利用したガラスコーティング方法である。ただし、この既知技術は、窯口部のガス漏れ部位が金物とれんがとの隙間充填のときや、れんがの角割れ補修のとき、あるいは目地切れ塞ぎの場合にあっては、耐火物と吹き付け補修材との付着力不足、目地切れ部内部への吹き付け補修材料の充填不足等の問題が残り、ガス漏れ対策として十分な効果を発揮しているわけではない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、上記各従来技術によるコークス炉炉壁の補修、特に窯口付近のれんがの小目地切れ塞ぎ、れんが角割れ補修、鉄製フレームとれんがとの間隙充填等によるコークス炉の炉壁補修では次のような問題点があった。
(1) 溶射補修方法では；
▲１▼溶射補修時に発生する高温により鉄製フレームの損傷が懸念される。
▲２▼溶射被覆は本質的に多孔質であるためガス漏れ防止効果が少ない。
(2) 吹き付け補修方法では；
▲３▼れんがや、金物上への単なる吹き付けでは、付着力が不足する。
▲４▼小さな目地切れ補修では内部への充填性が悪い。
▲５▼窯口付近は温度変化が大きいため、吹き付け補修層であるガラス質皮膜が劣化する。
▲６▼目地切れ部へ充填した溶融ガラスの場合、収縮したときに空隙への充填性が低下する。
といった種々の問題点があった。
【０００６】
本発明の主たる目的は、上記の各問題点を克服し、コークス炉窯口部のガス漏れを確実に防止するための技術を開発することにある。
本発明の他の目的は、ガス漏れや灰塵発生防止に優れたコークス炉炉壁の熱間補修用材料を提案することにある。
本発明のさらに他の目的は、コークス炉炉壁の小目地切れやれんが角割れ、れんがと金物との間隙充填のための有効な補修方法を提案することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
さて、上掲の目的の実現に向けて鋭意検討した結果、発明者らは、コークス炉窯口付近の鉄製フレームヘ悪影響を与えずにガス漏れ、灰塵発生を防止できる緻密な補修層を得る方法としては、吹付け補修方法が有効であるとの知見の下に、従来の上記吹き付け補修方法の問題点を回避できる吹き付け補修材料と、この材料を用いた補修方法に想到した。
【０００８】
すなわち、本発明は、固形分換算で100wt％の水ガラスに対し、骨材として、けい石れんが、ハイアルミナれんが及びシヤモットれんがのうちから選ばれるいずれか１種以上の、1000μｍ以下に粉砕したれんが屑からなる結晶質二酸化けい素含有化合物を20〜60wt％添加混合してなる、コークス炉の熱間補修用材料である。
なお、本発明において、上記結晶質二酸化けい素含有化合物としては、クォーツ、トリジマイト、クリストバライトのいずれか１種または２種以上の混合物を含むもの、具体的には、けい石れんが、ハイアルミナれんが及びシヤモットれんがのうちから選ばれるいずれか１種以上の、1000μｍ以下に粉砕したれんが屑を用いる。
なお、本発明において、上記水ガラスはけい酸ソーダを主とする固形分の比率が20〜65wt％のアルカリ−けい酸ガラスの濃厚水溶液を用いることが好ましい。さらに、本発明において、上記水ガラスはその固形分中にLi、Na、Ｋの酸化物もしくは水酸化物、またはＲ−Si(OH)2ONaで記述される有機シリコーン化合物の内、１種類あるいは複数種類の成分を含むことが好ましい。
【０００９】
次に、本発明にかかるコークス炉炉壁の補修方法とは、コークス炉の炉壁の熱間補修に当たり、目地切れ部、れんが角割れ部または金物とれんがの間隙部に、固形分換算で 100wt％の水ガラスに対し、骨材として、けい石れんが、ハイアルミナれんが及びシヤモットれんがのうちから選ばれるいずれか１種以上の、1000μｍ以下に粉砕したれんが屑からなる結晶質二酸化けい素含有化合物を20〜60wt％添加混合してなる、コークス炉の熱間補修用材料を熱間で吹き付けることを特徴とする方法である。
【００１０】
【発明の実施の形態】
コークス炉の窯口付近のれんがの小目地切れ塞ぎ、れんが角割れ補修、フレームとれんがの間隙充填などにより、ガス漏れや灰塵の発生を確実に防ぐには、吹き付け材料の吟味が重要である。即ち、上述した課題を解決するためには、小さな目地切れでもその内部に密に充填することができ、かつ温度変化があっても収縮の少ない補修用材料にすることが望まれる。しかも、形成した補修層がガラス化して炉壁面との接着力が上がるようにしなければならない。
【００１１】
一般に、コークス炉の熱間吹き付け補修は、金物（鉄製フレーム）を含む炉壁の温度が 400〜 800℃になる。吹き付け補修用材料がこの温度（ 400〜 800℃）で溶融流動性を示すようにするためには、けい酸ソーダを主成分とする水ガラスを用いることが効果的である。というのは、水ガラスを主材とする吹き付け補修用材料の場合、小さな目地切れ等への充填性が良好であるとともに、金物やれんがに対する付着力が良好なためである。
【００１２】
また、本発明において用いる上記水ガラスとしては、その固形分中にLi、Na、Ｋの酸化物もしくは水酸化物、またはＲ−Si(OH)2ONaで記述される有機シリコーン化合物の内、１種類あるいは複数種類の成分を含んだものでもよい。
【００１３】
次に、吹き付け補修層が、コークス炉の窯口部で大きな温度変化を受けても壁面から剥離しにくくするためには、補修層中のガラス成分の量を調整すること、すなわち、結晶化を促進する量に調整することが必要である。
そこで、補修層の結晶化促進のために、本発明では、補修用材料中に骨材として、クォーツ、トリジマイト、クリストバライトなどの結晶質二酸化けい素含有化合物を添加して、結晶化のための核を提供することにより、結晶化を促進することにした。
【００１４】
たとえば、このような結晶化促進のために用いる具体的な材料として、けい石、ハイアルミナ、シヤモット等のれんが屑粉を、粒径1000μｍ以下の大きさに粉砕したものを添加する。つまり、目地充填のための吹き付け補修用材料の骨材として、けい石れんが屑、ハイアルミナれんが屑あるいはシヤモットれんが屑を用いることによって、これられんがに含まれる二酸化けい素の結晶を核として、水ガラス中の酸化けい素分の結晶化を促進し、補修層の結晶化度を大きくするのである。
このように水ガラス中に上記骨材成分を添加すると、熱間吹き付け補修層は周辺れんがの熱膨張、収縮にも十分に追従させることが可能となるのである。
【００１５】
ここで、水ガラス中に添加するれんが屑粉の最大粒径を1000μｍ以下にした理由は、それよりも粒子が大きいと、2000μｍ以下程度の小さな小目地切れ部への充填が困難となること、また結晶化促進のためには粒径が小さい方が有利なためである。さらに、水ガラスとの混合の際に1000μｍより大きい粗大粒では水ガラス中で沈降、分離が著しくなるからである。
【００１６】
上記の補修用材料を熱間吹き付けするには、水ガラス中の固形分は20〜65wt％とすることが必要である。これは水ガラス中の固形分が65wt％を超えると、水ガラスに結晶質を添加したスラリーの粘度が高くなり、吹き付け施工のための補修材の輸送や、吹き付けノズルからの飛散状況などが悪化し、施工が困難となるからである。一方、その固形分が20wt％未満になると、補修材の輸送や施工性は良いが、補修材中の結晶化するけい石分の含有量が減少してしまい、施工後に熱を受けた際の結晶化率が低下してしまうために所望する補修層の品質を得ることができない。
【００１７】
【実施例】
図２は水ガラスのみの吹付け補修材２を用いてコークス炉窯口部の目地切れ部１を塞ぐ補修を行う時の状況を模式的に示したものである。図２−ａは、炉壁温度 800℃で目地切れ部１に吹き付け補修を実施している状況を示す。この場合、補修後コークス炉を稼働させて炉壁温度が上昇していくと、水ガラスが溶融し、目地切れ部１内に溶融浸透して、1000℃近辺では目地切れ部１内に充填され補修層ができる。そして、温度が上昇するに従って、その補修層中のアルカリ金属分が蒸発し、そのために補修層の流動性が低下する。同時に約1200℃程度で該補修層中のけい石の結晶化が始まるが、結晶質の骨材を含まない従来の吹き付け層では、結晶化が遅れ、1000℃−12時間程度でもほとんど結晶化は進まない。
また、この吹付け補修材では骨材がないため、図２−ｂに示すように、熱収縮が生じ目地切れ部１におおきな亀裂が入りやすい。しかも、結晶化が進まないため補修層は、ガラス質の部分が多くなり、図２−ｃに示すように、コークス炉からのコークス押し出しによる炉壁温度の低下にともない、炉壁とガラス質補修層との熱膨張率の差に起因して、該補修層が炉璧から剥離２′するという現象が起こりやすい。
【００１８】
一方、図１に示す本発明の実施例では、骨材入り吹きつけ補修材２を吹き付けると（図１−ａ）、目地切れ部１に結晶質骨材３（あるいはれんが屑）を含む補修層が目地切れ部に形成される。そして、コークス炉の稼働により温度が上昇するにつれて、水ガラス中のアルカリ金属分が蒸発して、該結晶質骨材３あるいはれんが屑中の二酸化けい素の結晶を核としてけい石の結晶化が始まる。このとき該結晶質骨材あるいはれんが屑中の二酸化けい素の結晶を核として結晶化が進むため、従来例とは異なり、けい石の結晶化が飛躍的に進行する。その後、図１一ｂに示すように、添加した骨材周辺の結晶化が進んで、目地切れ部１に結晶化したけい石を含有した補修層が充填される。このため、図１−ｃに示すように、コークスの押し出し時の炉壁温度低下に対して炉壁面と補修層中の結晶質との熱膨張率がほぼ等しいため、目地切れ部内に微細な亀裂４は発生するものの、補修層の剥離は起こらない。
【００１９】
表１は、本発明の実施例にあたる材料の組成と、比較例として結晶質の骨材を添加しない例（比較例１、２）、結晶質骨材の添加量が少ない例（比較例３）、結晶質骨材が多い例（比較例４）の組成と、それぞれの吹き付け施工の作業性を示した。結晶質骨材の漆加量の多い比較例４では、補修材の粘度が高く目地内部までの施工が不能であった。また、比較例５は水ガラス中の水分量が多い例、比較例６は水ガラス中の水分量が少ない例であるが、比較例５では施工性は良好であったが、材料中のけい石分の含有量がすくないため、結晶化が進まなかった。また比較例６では材料の粘度が高く、補修材の輸送、および施工が著しく困難であり、目地内部までの補修層を形成することができなかった。
これらの比較例に対し、本発明の実施例では、水ガラス中の水分量ならびに骨材のれんが粉量を様々に変更して施工性、および補修層中の結晶化率を調査したが、いずれも良好であった。なお、表１には骨材としてけい石れんが粉の例を示したが、補修材中の結晶化は、骨材中の二酸化けい素の結晶を核として進むものであり、シヤモットれんが（二酸化けい素：約40〜60wt％）、ハイアルミナれんが（二酸化けい素：約10〜30wt％）においても各に含有される二酸化けい素の結晶を核として同様の効果があることを確認した。
【００２０】
【表１】
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【００２１】
次に、上記の実施例５と比較例２に示す補修材を用いて、コークス炉の窯口近傍の目地切れ補修を行い、施工後のコークス炉における石炭装人後のガス漏れ頻度の変化を調査した。その結果を表２に示す。なお、ガス漏れは炭化室から燃焼室へのリークをコークスサイドの燃焼室上部より観察したものである。表２に示すように、本発明方法によれば、施工直後のガス漏れ防止効果が顕著であり、効果の持続期間の延長も可能である。
【００２２】
【表２】
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【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、コークス炉の窯口部のガス漏れ、灰塵発生防止の補修が効果的に実施でき、その効果を長時間持続させることができる。従って、補修頻度の低減、コークス炉ガスのガス漏れなどによるエネルギーロスの低減に大きな効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による吹き付け補修のもようを示す模式図
【図２】従来法の材料による吹き付け補修のもようを示す模式図
【符号の説明】
１  目地切れ部
２  補修材
３  結晶質骨材
４  亀裂
【図１】
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【図２】
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