JPH05156257A

JPH05156257A - コークス炉用珪石れんがの製法と炉壁構造

Info

Publication number: JPH05156257A
Application number: JP32345691A
Authority: JP
Inventors: Yuji Narita; 雄司成田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-12-06
Filing date: 1991-12-06
Publication date: 1993-06-22
Anticipated expiration: 2015-07-04
Also published as: JP3057859B2

Abstract

(57)【要約】【構成】平均粒径0.05〜10μｍの酸化クロム粉および
／または炭酸カルシウム粉７〜60重量部を、有機系また
は珪素系の液状バインダー93〜40重量部に分散させた含
浸液を用いて、見掛け気孔率16〜25％の珪石れんがを減
圧下で含浸処理する、コークス炉炭化室の炉壁構造に用
いる珪石れんがの製造方法。【効果】緻密でカーボン付着が少なく、熱伝導性がよ
く、高強度で長寿命であり、耐スポーリング性に優れ
た、珪石れんがが製造される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、コークス炉の炉本体に使用する
珪石れんがの製造方法とこれを用いたコークス炉の炉壁
構造に関するものである。より詳しくは、既存れんがに
二次処理を施すことにより、珪石れんがの性能向上を図
り、コークス炉の炉壁構造を強化したコークス炉用珪石
れんがの製造方法と炉壁構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】珪石れんがは、無水珪酸塩を主成分とし
た原料を用いた酸性耐火れんがで、高温での機械的強度
が大きく、耐火度はＳＫ３１〜３３で高くはないもの
の、溶融温度近くまで大きな荷重に耐えるという性質を
有する。また、760 ℃以上の熱膨張係数が極めて小さ
く、この温度域では良好な容積安定性を示す。このよう
な特性を生かし、珪石れんがは一般窯炉の天井部に使用
されているが、特に長時間の使用で収縮しないことか
ら、コークス炉の炉本体にも広く使用されている。

【０００３】近年、鉄鋼製造設備の大型化に伴ってコー
クス炉も大型化され、生産性向上を図っているが、さら
に省エネルギーやＮＯ_x低減の観点から乾留時間の短縮
を図るため炭化室炉壁の厚さを薄くする傾向があり、緻
密で熱伝導性の高い珪石れんがが要求されている。一
方、操業中のコークス炉では、炉の内壁面に乾留ガス起
源のカーボンが付着し、強固なカーボン付着層を形成す
るので、放置すれば窯入れ、窯出し時のトラブルの原因
となるので、カーボンの付着しにくい緻密なれんがが要
求されている。このような状況に対し、従来より緻密な
れんがの製造方法、れんがを緻密化する処理方法、或い
はれんが表面の清浄性を維持する方法について種々の提
案がなされてきた。

【０００４】珪石れんがの製造面では、CaO 、TiO₂、Mg
O などの酸化物系原料を添加する方法、或いはSiC 、Si
N などの非酸化物を配合し、焼成段階で酸化を促す方法
などがある。しかし、これらの方法では焼成での焼きむ
らが生じ易く、緻密化を達成できても、耐火度や荷重軟
化点の低下を伴うので、十分な性能を維持できない。ま
た、この方法では気孔分布の調整も不十分である。

【０００５】珪石れんがを緻密化する処理方法として
は、れんが表面域の気孔を密閉化するために塗布処理す
る方法とれんが中の気孔に含浸する方法がある。前者の
方法としては、例えば、特公昭57−27873 号公報に記載
のフライアッシュを主成分とする塗布材で処理する方
法、あるいは特開昭59−174585号公報に記載の結晶性ガ
ラスからなる釉層を設ける方法がある。これらの表面処
理材はいずれも、アルカリ、ZnO 、CaO 等を含む低融物
であるので、母材珪石れんがの耐火性を悪化させる。そ
の上、表面層は液相を含むため、逆にカーボンの付着を
助長し、しかも窯出し時のコークスケーキとの摩擦で摩
耗し、一過性の効果しか期待できない。

【０００６】後者の含浸方法としては、溶液の浸漬が考
えられる。例えば、マグネシア・ドロマイトれんがで
は、吸湿防止のためにワックスを含浸する場合がある。
また、耐食性向上の観点からコールタールを含浸するこ
とも周知の方法である。また、コロイダルシリカ (シリ
カゾル) を含浸し、気孔中にSiO₂を残存させるように熱
処理する方法も知られている。しかし、その含有量は20
重量％程度で、溶液の浸透量に比べて充填量が少なく、
十分な効果は得られないのが実情である。

【０００７】別の可能なカーボン付着防止方法として、
カーボンの除去方法がある。例えば、特開昭61−231088
号公報には、特殊なノズルでカーボンを燃焼剥離する方
法が開示されている。また、研掃機で削り落とす方法も
ある。しかし、これらは、付着カーボンそのものには有
効であるが、二次的には母材れんがの損傷を併発し、長
期的には炉の堅牢性を損なうものである。

【０００８】一般に、気孔に酸化物を充填し、緻密化す
ることは、耐スポーリング性を損ない、強度向上とは相
反する処理である。しかし、気孔分布を細孔化する方法
に組織構成を変えられれば、緻密化と耐スポーリング性
を同時に満足し、かつ付着カーボンの生成しにくい状態
が得られる。また、含浸物質に離型作用を付与できれ
ば、炉壁れんがとして半永久的に使用でき、経済性は著
しく向上するが、現在そのような方法は確立していな
い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来の珪石れんがによ
る炉壁構造の問題点を整理すると次のようになる。添加材の配合による緻密化は、耐火性など他の特性の
劣化を招き、気孔分布の調整も不十分である。れんが表面を塗布で封孔する方法は、効果が一過性
で、二次的弊害も大きい。気孔を含浸処理で封孔する方法は、残留成分量が少な
く、所要の気孔減少が達成できない。

【００１０】本発明の目的は、乾留に対する伝熱特性が
よく、操業中のカーボン付着が抑制され、かつ高強度で
堅牢な、コークス炉の主として炭化室内壁面を構成する
ための、緻密化されたコークス炉用珪石れんがの製造方
法、ならびにこれから構成された炉壁構造を提供するこ
とである。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、既存の
珪石れんがの気孔中にセラミック系微粒子を含浸させて
緻密化することにより、上記目的を達成することがで
き、操業トラブルの少ない堅牢な炉壁構造を得ることが
できることを見出した。

【００１２】ここに、本発明の要旨は、平均粒径0.05〜
10μｍの酸化クロム粉および炭酸カルシウム粉の１種も
しくは２種７〜60重量部を、有機系または珪素系の少な
くとも１種の液状バインダー93〜40重量部に分散させた
含浸液を、見掛け気孔率16〜25％の珪石れんがに減圧下
で含浸させた後、乾燥することを特徴とする、コークス
炉用珪石れんがの製造方法、ならびに、炭化室内壁面の
少なくとも一部が、上記方法で製造された珪石れんがで
構成されていることを特徴とする、コークス炉の炉壁構
造にある。

【００１３】

【作用】本発明においては、従来のシリカゾルのみによ
る液体含浸ではなく、特定範囲内に粒度調整された酸化
クロム(Cr₂O₃) および炭酸カルシウム(CaCO₃) の１種も
しくは２種の微粒子粉末を分散させた液体を含浸させる
ことにより、耐火性を損なうことなく、気孔を効率的に
密閉化することができる。また、含浸に使用した液体や
炭酸カルシウム粉が、コークス炉の操業開始時の昇温に
より熱分解して微細な気孔が形成されるため、気孔分布
の細孔径化も同時に達成でき、見掛け気孔率以上に熱衝
撃抵抗性、従って耐スポーリング性が良好に維持され
る。

【００１４】本発明の珪石れんがの製造方法について、
以下に詳しく説明する。本発明で母材として用いる珪石
れんがは、組成は特に限定されないが、見掛け気孔率が
16〜25％のものを使用する。見掛け気孔率が16％未満で
は、本発明の方法で含浸処理しても、耐スポーリング性
が低下する。また、見掛け気孔率が25％を超えると、含
浸効率が低下し、所望の効果が十分に得られない。

【００１５】この珪石れんがを、酸化クロム粉および炭
酸カルシウム粉から選ばれた１種または２種からなる微
粒子を、有機系または珪素系の少なくとも１種の液状バ
インダーに分散させた含浸液で含浸する。

【００１６】含浸液中に分散させる微粒子としては、酸
化クロム粉末か炭酸カルシウム粉末を単独で、またはこ
れらの混合粉末を使用する。クロムイオンは、珪石れん
が中のSiO₂と反応しても高粘度の融液を生成するので、
荷重軟化性への悪影響は少ない。また、カルシウムイオ
ンは、SiO₂との反応ではSiO₂をトリジマイト化する性質
を有し、急熱・急冷に対する抵抗性を増すという作用を
示す。この微粒子の粒度は、平均粒径で0.05〜10μｍの
範囲内とする。平均粒径が10μｍより大きいと、珪石れ
んがの気孔中に円滑に侵入することが困難となり、ごく
表層のみの浸透に終始し、径が30μｍ以下の気孔には侵
入できない。平均粒径が0.05μｍより小さいと、分散さ
せた時の凝集が激しく、バインダー液中に効率的に分散
させることができない。また、この微粒子を存在させず
に、従来の例えばシリカゾル (分散質の平均粒径が１〜
100 nm) のみを珪石れんがに含浸させた場合には、液の
含浸にすぎず、粒子による実質的な充填は起こらない。

【００１７】この微粒子を分散させる分散媒としては、
有機系または珪素系の液状バインダーを使用する。有機
系液状バインダーとしては、アクリル樹脂、フェノール
樹脂等の樹脂を必要に応じて適当な有機溶剤 (例、イソ
プロパノール) で希釈した液、ならびに多価アルコール
（例、グリセリン）といった粘稠液状の有機化合物を使
用することができる。珪素系液状バインダーは、Siを補
うことができ、また、シロキサン結合を形成して緻密化
に寄与する。有用な珪素系液状バインダーの例は、シリ
コーン油 (必要により有機溶剤で希釈) 、シリカゾル、
および珪酸ナトリウム水溶液 (例、水ガラス) である。
シリカゾルや珪酸ナトリウム水溶液といった水系の液体
は、水の蒸気圧が高く、また水分蒸発過程で結晶水や付
着水が形成されるので、次の乾燥工程で水分が完全に除
去されるように注意を要する。液状バインダーは、常温
での粘度が50cp以下の範囲内のものが好ましい。粘度が
高すぎる時は、適当な希釈剤 (有機溶剤、水) で希釈し
て粘度を低下させる。

【００１８】上記微粒子と液状バインダー（希釈した場
合には希釈後のもの）との混合比は、この両者の合計量
を100 重量部として、微粒子７〜60重量部に対して、液
状バインダー93〜40重量部の範囲内とする。微粒子が７
重量部未満では、微粒子の含浸効果が不明確で、所要の
性能向上が達成できない。微粒子が60重量部を超える
と、調合された含浸液自体の粘度が増大し、十分な量の
含浸を行うことが困難となる。

【００１９】この含浸液には、所望により、少量の他の
成分を存在させてもよい。添加しうる他成分の例として
は、有機系分散剤がある。

【００２０】こうして調製した含浸液を真空下で珪石れ
んがに含浸させる。この含浸処理は、例えば、含浸液と
珪石れんがとを真空槽に装入し、真空ポンプで脱気する
ことにより、或いは予め珪石れんがを装入した真空槽を
脱気してから、真空度を維持しながら含浸液を投入する
ことにより実施することができる。含浸中の真空度は、
３ Torr 以下程度とすることが好ましい。この含浸は、
珪石れんがの少なくとも表層から10mm以上に含浸液が浸
透するように行う。含浸温度は常温で十分であるが、所
望により加熱してもよい。含浸時間は通常は１時間以上
であり、温度や処理する珪石れんがの寸法によって調整
する。

【００２１】含浸処理後、珪石れんがを真空槽から取り
出して、乾燥し、含浸液中の溶剤などの揮発性成分を除
去する。乾燥は、加熱乾燥が望ましいが、溶剤の種類に
よっては常温乾燥も可能である。

【００２２】本発明の方法により含浸処理して製造され
た珪石れんがは、緻密化され、熱的および機械的性質が
未処理の珪石れんがに比べて著しく向上するので、これ
をもってコークス炉の炭化室内の炉壁構造を構成するこ
とにより、カーボンの付着が少なく、熱伝導率が高く、
堅牢なコークス炉の炭化室炉壁構造を形成することがで
きる。さらに、含浸したバインダーや炭酸カルシウム粉
は、コークス炉操業開始時の昇温によって熱分解して微
細な気孔を形成するので、熱衝撃抵抗性が良好に保た
れ、耐スポーリング性の低下が起こらない。従って、コ
ークス炉炭化室の炉壁構造の少なくとも一部（例えば、
炭化室炉壁面中段域）、好ましくは全部を本発明の方法
で選ばれた珪石れんがで構成することにより、熱伝導性
が良好でトラブルが少なく、寿命が従来より大幅に延長
され、付着カーボンの除去処理の不要なコークス炉炉壁
構造が構築される。

【００２３】

【実施例】次に実施例により本発明をさらに説明する
が、本発明はこれらの実施例により制限されるものでは
ない。

【００２４】〔実施例１〕平均粒径0.1 μｍの炭酸カル
シウム粉と、平均粒径1.4 μｍの酸化クロム粉とを１：
１の重量比で均一混合し、この混合粉末25重量部を、表
１に示す液状バインダー75重量部と混合し、超音波振動
で十分に撹拌して粉末を均一に分散させ、含浸液を調合
した。表１において、アクリル樹脂はそれぞれイソプロ
パノール(IPA) でカッコ内の濃度まで希釈して使用し
た。比重および粘度の値は希釈後の値である。

【００２５】

【表１】

【００２６】見掛け気孔率21％の珪石れんがより、直径
50mm×長さ50mmの円柱体と25mm×25mm×140 mmの角棒体
の２種類の形状の試験片を切り出し、この両方の試験片
を真空槽中に装入しておいた上記含浸液に投入し、10^-3
Torr の真空度で常温において３時間含浸処理して、れ
んが全体の気孔中に含浸液を浸透させた。その後、含浸
液から珪石れんがを取り出し、温風乾燥して、含浸処理
材を得た。

【００２７】こうして得た含浸処理材を、試験のために
さらに乾燥機内で100 ℃で10時間乾燥してから、水銀圧
入法による気孔径分布と、1000℃での熱間曲げ強度とを
それぞれ測定した。測定結果を表２にまとめて示す。

【００２８】

【表２】

【００２９】表２からわかるように、本発明により酸化
クロムと炭酸カルシウムの微粒子を分散させた含浸液で
珪石れんがを含浸処理すると、バインダー樹脂が有機系
か珪素系かにかかわらず、未処理の珪石れんがに比べ
て、見掛け気孔率、ミクロポア量、平均気孔径のいずれ
も大幅に低下し、組織の緻密化と細孔化が達成された。
同時に、曲げ強さが著しく向上し、強化された。

【００３０】〔実施例２〕実施例１に示した本発明方法
Ｂによる珪石れんが処理材 (シリコーン油をバインダー
とする含浸処理材、但し、酸化クロム粉と炭酸カルシウ
ム粉との混合比率は重量比で３：２) と、市販の緻密質
珪石れんが (見掛け気孔率16.0％) とについて、熱サイ
クル試験を行った。この両者の試験材の気孔分布を図１
に示す。試験は、温度がそれぞれ900 ℃と400 ℃に保持
された二つの上下に連結された円筒形電気炉内で、円筒
系のれんが試験片を上下に往復させ、熱衝撃を与えた。
10サイクル熱衝撃を与えた後の試験片の表面を割れの有
無について目視観察した結果を、次の表３に示す。な
お、比較のために、特開昭59−174585号公報に開示の方
法に従って、低膨張性結晶性ガラスからなる釉層で珪石
れんがの表面を被覆した試験材についての結果も併せて
示す。

【００３１】

【表３】

【００３２】未処理の従来例では熱衝撃により割れが生
じたのに対し、本発明の方法により含浸処理したもの
は、熱衝撃に耐え、割れを生じなかった。従って、本発
明の方法により耐熱衝撃性に優れた珪石れんがが製造さ
れることがわかる。比較例の低膨張性釉層で表面被覆し
たものは、熱衝撃で被覆が剥離し、被覆の役目を果たし
得ないことが判明した。

【００３３】〔実施例３〕負荷率115 ％で操業中のコー
クス炉Ａ(炉容積48.5 m³、50門) では、コークス側の
端フリュー底の補修のため、約１m²の広さで炉壁の珪石
れんがを切り開き、補修後に別個のれんがを差し替えて
炉壁を修復している。この時の差し替え用れんがとし
て、本発明の方法により含浸処理した珪石れんが (バイ
ンダーとしてアクリル樹脂を使用した、実施例１の処理
材Ａ）を適用し、空窯点検時に壁面状況を割れとカーボ
ンの付着について観察評価した。結果を、従来の未処理
の珪石れんが (見掛け気孔率 18 ％) で差し替えた場合
と共に、表４に示す。

【００３４】

【表４】

【００３５】上の結果から明らかなように、本発明によ
り含浸処理したものは、従来の珪石れんがに比べて、カ
ーボンの付着が少なく、また操業時の割れも少ないこと
が判明した。

【００３６】

【発明の効果】本発明の方法により含浸処理すること
で、未処理の珪石れんがに比べて、見掛け気孔率が低く
著しく緻密化され、しかも高温強度の高い強化された珪
石れんがを製造することができる。しかも、得られた珪
石れんがは、含浸処理により気孔径が小さくなるため、
含浸処理を施したにもかかわらず、耐熱衝撃性が未処理
品に比べて高まり、耐スポーリング性が向上する。従っ
て、本発明により、緻密でカーボン付着が少なく、熱伝
導性がよく、高強度で長寿命であり、耐スポーリング性
に優れた、コークス炉炭化室の炉壁を構成するための珪
石れんがを簡単に製造することができる。その結果、コ
ークス炉の操業効率が大幅に改善され、長期に安定した
コークス炉操業が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例で用いた、本発明の方法で得られた珪石
れんが (本発明品) と未処理の市販緻密質珪石れんが
(市販品) の気孔分布を示すグラフである。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】平均粒径0.05〜10μｍの酸化クロム粉お
よび炭酸カルシウム粉の１種もしくは２種７〜60重量部
を、有機系または珪素系の少なくとも１種の液状バイン
ダー93〜40重量部に分散させた含浸液を、見掛け気孔率
16〜25％の珪石れんがに減圧下で含浸させた後、乾燥す
ることを特徴とする、コークス炉用珪石れんがの製造方
法。
【請求項２】炭化室内壁面の少なくとも一部が、請求項
１記載の方法で製造された珪石れんがで構成されている
ことを特徴とする、コークス炉の炉壁構造。