JPH02160896A - コークス炉壁面のカーボン付着防止方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はコークス炉内壁面上において乾留の際生成する
タール分等のカーボン付着を防止する方法に関し、特に
炉中央部の炉壁面に膜厚のうすい強固な被覆層を形成さ
せることを特徴とする。

（従来の技術） コークス炉では石炭の乾留過程でタールを中心に多量の
炭化水素系の液体や気体が生じる。これらは炭化室内面
の炉壁の隙間や炉体耐人物の開口気孔に侵入して強固な
カーボンの付着層を形成し、しばしば窯出し異常等の操
業トラブルを発生させている。このため、日常の操業で
は空気あるいは酸素ガスを吹込んで焼き落としを行って
いるが、かかる方法では作業範囲は窯口近傍に限られて
いる。このため炉の中央部を含めた全域に対しては、定
期的に操業を中断し、炉を空窩状態にして焼落としを行
っている。しかし、焼落とし作業自体苛酷な高熱作業で
あると共に、焼落とし時の燃焼熱は炉体の煉瓦に対して
局部的な高熱状態をもたらし、炉体損傷の遠因となって
いる。

このような状況に対し従来よりカーボンの付着しにくい
煉瓦や煉瓦表面の処理法について種々検討がなされてき
た。即ち、例えば特開昭５９−１７４５８５号公報の如
く焼成煉瓦に釉薬を塗布して熱処理したもの、あるいは
例えば特開昭６３−２３６７８３号公報の如く素地段階
で釉薬を塗布し焼成した煉瓦がある。

これらは煉瓦表面での通気性をなくし、平滑な面にして
付着防止を図るものであり、これらはいずれも窯口近傍
、とくに炉蓋の内壁を主対象として炉蓋の開閉に伴う熱
衝撃を考慮した材質となっている。

一方、中央部を含めた炭化室全域に対する処理方法とし
ては、無機系バインダーと微粉の耐火物を炉内に噴霧す
る方法がある（例えば実公昭５５−４２７６号公報）。

これは炉壁の目地切れに粉末を目詰まりさせる方法で、
煉瓦表面の被覆の点では接着力が劣り、確実性に乏しい
。また、実開昭５４−１９２４３号公報では見掛気孔率
５％以下のガラス被覆層を付与すればカーボンの付着率
が大幅に削減できると提案している。しかし、高温（９
００〜１１００°Ｃ）で温度変動の小さい炉中央におい
ては、５ｉＯｔＡ１ｚＯｆｆ−ＣａＯを主成分とするい
わゆるガラスは容易に失透して剥落し易く、また乾留ガ
ス中のアルカリ蒸気によって融点降下し易く、皮膜自体
の寿命が短い。

ところで、−Ｍに低気孔の酸化物系被覆層（以下「皮）
模］という）を得る方法である溶射がコークス炉でも応
用されている（例えば特開昭５９−１５６９６７号公報
、特公昭６１−４７９０号公報） これらは窯口部を対象としたもので、ＬｉＯ□やＭｇＯ
等を含む高珪酸質の材料である点から上記釉薬に類似し
たものである。即ち、熱源が燃焼火炎であり、材料の低
融化が必須のため、炉中央部では耐火性が劣る。特に炉
壁修復を主眼としているので材料粒子が粗（、膜厚のう
すい平滑な皮膜が得られない。また、本発明者等はプラ
ズマによる補修法を特開昭５Ｅ３−４９８８９号公報等
で開示しているが、皮膜の平滑性の点で十分満足できる
皮膜が得られていないのが実情である。

そこで、本発明者等は稼動中のコークス炉炉内全域を被
覆してカーボンの付着を防止する方法として煉瓦面の被
覆処理を種々検討した結果、従来の方法あるいは材料、
即ち煉瓦面への塗布及び焼付処理による被覆、熱間状態
での噴霧や吹けによる被覆あるいは火炎溶射の転用では
皮膜の耐火性や接着性の点で劣り、被覆降下の持続性が
期待できないとの結論に至った。また、従来の被覆材料
は融点降下を住し易く、コークスケーキに対し接着作用
を示し、操業トラブルの要因となり易い。

従って、膜厚調整と皮膜の平滑性が重要であることが判
明した。

（発明が解決しようとする課題） 従来のカーボン付着防止の為の被覆方法を炉の中央部に
適用する場合に問題となる点を整理し、対応を検討した
結果を以下に述べる。

■、被被覆工程：従来例の如く、煉瓦の製造工程で被覆
する方法では、築炉後の一定期間で効果を発揮するのみ
で、炉命２０〜３０年のコークス炉本体には適合しない
。したがって稼動中の必要箇所に任意に繰り返し被覆す
る方法でなければならない。

Ｏ０被覆の手段：湿式の吹付けや塗布方法は接着性が劣
る。また、火炎溶射法は窯口部の壁面を肉盛する方法で
あって、比較的低融点材料で粗粒を含むため過剰に肉盛
し易く、窯出しのトラブルを招来する。したがって、高
融点で膜厚のうすい方法でなければならない。

Ｏ１１被覆をなす材料：従来の溶射補修用材料は高珪酸
質であるが、これらは高粘性の液滴となるため皮膜の平
滑性が劣る。また、付着性を高めるため溶射ガンの走行
速度が遅く皮膜の凹凸が助長される。したがって、皮膜
の平滑性を高める材料組成、施工条件の設定が必要とな
る。

Ｏ１材料粒子：溶射による皮膜の平滑性を高める上で、
溶射ガンに供給される粒子は微粉が望ましいが、比重差
、湿度によりガンへの供給トラブルが生じ易い。したが
って、微粉粒子の円滑な供給方法が必要である。

■、被覆状態：炉の中央部を被覆する場合、コークスの
押出し抵抗の上昇が懸念され、皮膜は厳密に調整されな
ければならない。具体的には５ＩＩｌ［Ｉｌ以下、理想
的には３Ｍ以下で密着性の高い皮膜を形成する必要があ
る。

本発明は上記した問題点に鑑みて成されたものであり、
稼動中の炭化室中央部領域の壁面を被覆処理することに
よってカーボンの付着防止を図り、操業トラブルを回避
することを目的としている。

さらには炉体損傷の抑制を図ることにより炉命を延長せ
しめるものである。このため、ガスプラズマ溶射によっ
て緻密な高性能の被覆層の形成方法を提供するものであ
る。

（課題を解決するための手段） 本発明者等はこれまでのコークス炉の炉体煉瓦の調査と
プラズマ溶射の実験検討の中から、珪石煉瓦に膜厚のう
すい被覆層を付与することに関し、次のような知見を得
た。

■　稼動中の炉壁の炭化室側表面では、石炭を起源とす
るアルカリ、Ｆｅ２Ｏ，、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ分の浸透
が認められ、耐火性が徐々に低下する。このため、５ｉ
Ｏｔあるいは５ｉｎ２と固溶関係のある高耐火度のＣｒ
ｚ０３を主剤とする皮膜を形成させる必要がある。

■　皮膜の密着性の点で塗布等の方法より溶射法が最も
優れており、かつ、気孔量は１〜１０％になり、多くは
密封型の気泡を有する。

■　平滑な皮膜を得る上で、高粘性、難溶解性のＳｉＯ
□やＣｒ２０＝を流動性に冨む融液にするにはＳｉある
いはＣｒの併用が有効である。

■　密着性の高くうすい皮膜を形成させる上で、溶射ガ
ンの走行速度を高め、従来の燃焼炎より高温度のプラズ
マガスを用いる方法が有効で、金属添加により付着率は
逆に向上し、ＳｔとＣｒは煉瓦への拡散と酸化で一体化
する。

■　微粒の液滴をつくり、平滑な皮膜をつくるために、
材料粒子は５０μｍ径以下が望ましく、これらを造粒化
させた粒子によって溶射ガンへの材料供給が安定する。

本発明は上記の知見により成されたものであり、その第
１は従来の溶射補修と異なりガンの走行速度を高め、熱
源としてＡｒガスのプラズマを用いることによって膜厚
のうすい強固な溶射皮膜を形成させ、任意に必要個所に
くりかえし施工を可能とするものである。また、その第
２は５ｉＯｚ、Ｃｒｚ（ｈ、Ｓｉ、　Ｃｒの混合物、化
合物の微粒子を原材料とし、これらを混合造粒化した微
粒子塊を溶射することによって高密着性で平滑性の優れ
た皮膜で珪石煉瓦と一体化し易いものとすることである
。

すなわち本発明の第１は、Ａｒガスを主要な作動ガスと
するプラズマジェットを、走行速度１０〜３０ｍ／ｍｉ
ｎの範囲で操作しながら厚さ５ＩＩｌｆｆ１以下に溶射
被覆することを要旨とするコークス炉壁面のカーボン付
着防止方法である。

また本発明の第２は、前記第１の本発明に使用する溶射
材料を粒径が５０〜０．１　μｍのＳｆＯ□もしくはＣ
ｒ、０．０微粉が８０〜２０−１％で、残りが粒径５０
〜１０μｍのＳｔ、　Ｃｒあるいはこれらの混合物を、
２００〜５０ｕｍの粒径範囲に整粒したものとすること
を要旨とするコークス炉壁面のカーボン付着防止方法で
ある。

（作　　用） 本発明方法における限定理由について以下に説明する。

先ず、本発明方法に使用するプラズマ溶射装置としては
、公知の装置を用いる。そして、この場合の溶射の作動
ガスとして一次ガスはＡｒを使用する。その理由はＡｒ
ヘースのプラズマは超高温、高速のプラズマであるため
、皮膜の平滑性、過剰な肉盛状態に対し、施工後の修正
が容易だからである。また二次ガスは特に限定されない
が、例えばＨｅが望ましい。そして、二次ガスとしてＨ
ｅを使用した場合にはＨｅ添加量はＨｅ／Ａｒ比で５／
１００以下の流量比とする。Ｈｅはプラズマ流を高速化
し液滴の密着性を高めるが、添加量が５／１００を越え
ると電圧が高くなり、ガンと電極自体の損傷を併発し易
いからである。なお、Ｈｅは高価であり、経済効果に応
じた使用が望ましい。次にプラズマガス・ントの走行速
度は１０〜３０ｍ／ｍｉｎの範囲で行う。１０ｍ／ｍｉ
ｎ以下ではスプラッシュの発生、未溶融粒子のとりこみ
で、皮膜の平滑性を損なうからである。

また３０ｉ／ｍｔｎ以上では付着率が極端に低下し、経
済的でないからである。

次に、本発明方法により溶射被覆する厚さは５−以下と
する。これは、炉の中央部を被覆する場合にはコークス
の押出し抵抗の上昇が懸念され、コークス炉の操業に悪
影響を及ぼすからである。

理想的には３　ｍ＋ｎ以下で密着性の高い皮膜を形成す
ることが望ましい。

次に、溶射の原材料の粒子形態であるが、ＳｉＯ□ある
いはＣｒ２Ｏ３粒子は５０ｕｍ〜０．１μｍ、望ましく
は２０〜０．５　μｍの範囲にする。０，１　μｍ未満
では凝集し易く、取扱が困難で均一な混合がしにくいか
らである。一方、５０μｍ以上では未溶融粒子が多くな
り、付着性と平滑性が劣るからである。

ＳｔあるいはＣｒ粒子は５０μｍ〜１０μｍの範囲にす
る。１０μｍ未満ではプラズマジェットに巻きこまれる
外気で酸化され易く、所要の性能を発揮しないからであ
る。一方５０μｍを越えると皮膜内部での酸化の過程で
大きい体積変化を持たらし、皮膜剥離の原因となるから
である。

次に、材料としての配合はＳｉＯ２粉あるいはＣｒｚＯ
＊粉は８０〜２０−ｔ％の範囲にする。８０ｗ　ｔ％を
越えると皮膜の金属相と炉壁の接触面積が小さく、施工
後の一体化による接着強度が劣るからである。一方２０
％未満では溶融金属のスプラッシュが激しく効率的な皮
膜形成ができないからである。

次に、前記した粒径及び混合割合の溶射原材料を２００
〜５０μｍの粒径範囲に整流するのは、２００μｍを越
えるとプラズマ装置においてＡｒガスで溶射できないか
らである。一方５０μｍ未満ではプラズマ装置内で目詰
まりを起こすからである。

なお、造粒機としては周知の遠心流動造粒機、撹拌混合
型造粒機あるいは混合−押出し造粒機のいずれを用いて
も製造可能である。例えばＰＶＡ、ＣＭｅ等有機糊剤よ
りなる水溶液を加えて原材料を混合して造粒後に温風乾
燥し、乾燥後２００〜５０μｍの粒径範囲で整粒すれば
よい。

以上のような溶射ガンの作動条件と材料との組合わせで
、本発明方法により被覆を実施するのであるが、溶射の
基材面の前処理としては、カーボンの焼落としを十分に
行う。なお、焼落としのため、本方法によるプラズマガ
ンが有効であることは本出願人が先に出願した特開昭６
０−２３５９８６号公報ですでに開示した。族エバター
ンとしては１　ｍｍ以下の皮膜で繰り返し積層するのが
望ましい。繰り返し積層することで旧壁の凹凸が修正さ
れるが、これよりも膜中の気孔を細径化する上で有効で
ある。

（実施例１） 粒径が１５〜０．１　μｍの酸化物粉末と、５０〜１０
μｍの金属粉末とを任意に選択し、５％濃度のｐｖＡ水
溶液を添加し、攪拌混合して造粒した。これを温風乾燥
して１５０〜７５μｍの範囲のものを回収して溶射材料
とした。

電気抵抗炉内で１０００°Ｃに昇熱した珪石煉瓦面上に
、ガス混合比：　Ｈｅ／Ａｒ＝　０／１００〜３／１０
０　、出ツノ電流：　８５０〜９００Ａ、ガン走行速度
：　１５〜２０ｍ／ｗｉｎ、溶射距離：　６０ｍｍの溶
射条件で、厚さ２．５ｍｍの溶射皮膜を形成させ、皮膜
の状態と性状を調査した。

なお、比較のため粒径１５０〜５５μｍの混合粉を同一
条件で溶射し、皮膜を形成させて同様の調査を行った。

下記第１表に材料の配合条件と皮膜の調査結果を示す。

この結果、従来法に比べて皮膜の付着歩留まり、煉瓦の
密着性（接着強度）および平滑性の点から優れたものが
得られた。

（実施例２） 実施例１で得た溶射材料のうち、■と■の２種類を用意
し、Ａ炉団（炉高：５ｍ、炉温：　１２５０°Ｃ）の中
央部装炭孔直下の炉壁面に厚さ５　ｍｍ以下で被覆処理
を行った。被覆範囲は炉床上２０〜３５段の範囲で目地
切れのない領域２ボ単位に２ケ所施工し、反対側炉壁面
と対比させることにした。追跡調査は定期点検時に行い
、主に目視によってカーボンの付着状況と皮膜の剥離の
有無を調べた。

なお、原材料は純度が９７％以上の市販材料を用い、粒
度は４４〜１μｍの範囲に区切って使用した。

また、比較をとるため、窯口部溶射材料とほぼ同一組成
の材料Ｂを試薬からつくり、プラズマ溶射で皮膜を形成
させた。

施工時の溶射条件はガス混合比：）ｌｅ／Ａｒ＝０／１
００　、出力電流：　　９００Ａ、ガン走行速度：１５
〜２０ｍ／ｓｉｎ　、溶射距離：４５〜５０Ｍであるが
、材料Ｂの場合、ガンの走行速度を１．５ｍ／ｍｉｎま
で下げて膜厚の確保を図った。

また、施工前の壁面には、前日より２０時間の空窩状態
によりカーボンの焼落としを行った。施工前後の壁面温
度は９７５〜１０３０°Ｃの変動にすぎなかった。第２
表に施工の場所と点検結果を示す。

第２表 この結果、被覆処理をしない炉壁面では１ケ月後炉壁の
目地部でのカーボン付着が認められ、３ヶ月後には付着
層の拡大で目地の判別が困難となった。また６ケ月点検
時には窯出し異常が頻発しはじめたのでただちに空Ｘと
した。

これに対し、本発明法を適用した処理壁面はカーボンの
付着がほとんどなく、空窩による熱衝撃によっても剥離
が認められなかった。しかるに比較例の処理の場合たて
目地での付着が顕著となり、空窩後には皮膜の剥落のた
め付着傾向が拡大していた。

（発明の効果） 以上説明したように本発明方法によれば、従来窯口部近
傍に限定されていたカーボン付着防止の被覆処理が炉中
央部にも拡大でき、付着除去の空窩作業回数が減少する
ことによって生産性が向上する。また、炉体損傷の進行
を抑制することで炉命延長の目途が得られる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）Ａｒガスを主要な作動ガスとするプラズマジェッ
   トを、走行速度１０〜３０ｍ／ｍｉｎの範囲で操作しな
   がら厚さ５ｍｍ以下に溶射被覆することを特徴とするコ
   ークス炉壁面のカーボン付着防止方法。
2. （２）粒径が５０〜０．１μｍのＳｉＯ＿２もしくはＣ
   ｒ＿２Ｏ＿３の微粉が８０〜２０ｗｔ％で、残りが粒径
   ５０〜１０μｍのＳｉ、Ｃｒあるいはこれらの混合物を
   、２００〜５０μｍの粒径範囲に整粒したものを溶射材
   料とすることを特徴とする請求項１記載のコークス炉壁
   面のカーボン付着防止方法。