コークス炉窯口部のシール用ブレイドロープおよびそのシール方法
【課題】コークス炉窯口部に形成される空隙を長期間安定してシールすることが可能なブレイドロープ、およびそのロープを使用したシール方法を提供する。
【解決手段】耐火性無機短繊維と有機繊維とを混紡したものを、芯線と共に撚り合わせて単糸とし、１本又は複数の単糸を芯糸と共に撚り合わせて合撚糸とし、複数の合撚糸を撚り合わせることでヤーンロープとし、該ヤーンロープを用いて形成される中芯を、耐火性無機連続繊維からなる被覆材によって被覆することで、密度が６５０ｋｇ／ｍ3以上となるようにしたコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープであり、また、このブレイドロープを耐火モルタルと組み合わせて、コークス炉窯口部における構成部材間に形成される空隙を塞ぐシール方法である。
【解決手段】耐火性無機短繊維と有機繊維とを混紡したものを、芯線と共に撚り合わせて単糸とし、１本又は複数の単糸を芯糸と共に撚り合わせて合撚糸とし、複数の合撚糸を撚り合わせることでヤーンロープとし、該ヤーンロープを用いて形成される中芯を、耐火性無機連続繊維からなる被覆材によって被覆することで、密度が６５０ｋｇ／ｍ3以上となるようにしたコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープであり、また、このブレイドロープを耐火モルタルと組み合わせて、コークス炉窯口部における構成部材間に形成される空隙を塞ぐシール方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉の窯口部分より炉内ガスが炉外に漏出するのを防ぐと共に、窯口部分から炉内に大気が吸い込まれるのを防止するためのシール用ブレイドロープ、およびそのロープを使用したシール方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭をコークス炉にて乾留すると、コークス炉ガスが発生して炉内の圧力を変動させる。具体的には、石炭挿入後の炉内ガス圧力は大気圧より少し高くなるが、窯出し前は真空に近くなる。この結果、石炭挿入後は、窯口部から外に炉内乾留ガスが流出して作業環境の悪化をもたらし、窯出し前には、大気を吸入する事により、コークスの燃焼による歩留まり悪化や炉内温度の低下をもたらす場合がある。
【０００３】
図１にコークス炉窯口部においてシールを必要とする部位の代表例を示す。一般に、コークス炉の窯口部は、窯口を塞ぐ炉蓋（図示外）のナイフエッジが当接する炉枠１が、鋳物からなる保護板２を介して、レンガからなる炉体３に取り付けられており、窯口部におけるこれらの構成部材の間には、通常、隙間が形成される。すなわち、炉枠１と保護板２との間、および保護板２と炉体３との間には、それぞれ空隙が形成されるため、これをシールする必要がある。また、保護板が使用されない場合では、炉枠１と炉体３との間に形成される空隙をシールする必要がある。しかしながら、高さ数メートルに達することもある鋳鉄製の炉枠が操業中の熱サイクルによって変形する場合があり、またシールが必要な部分は最高で８００℃程度の高温になるなど過酷な条件であり、さらに数ヶ月から数年間の長期間のシール性が要求されることから、シール方法については様々な検討が実施されて来た。
【０００４】
従来のシール方法の代表例としては、上記のようなコークス炉の窯口部に形成される空隙に、その隙間よりも直径が大きなアスベスト製のロープを所定の位置に挟んだ状態で炉枠をセットしたり、電動チッパーなどによって強制的に打ち込んだりしてシールする方法がある。挟まれたり打ち込まれたりしたアスベストロープは変形して炉枠、保護板および炉体に密着しシール性を付与していた。
【０００５】
しかしながら、アスベストは人体に悪影響をもたらす発がん性物質であるため使用が禁止され、近年は高温耐火性を有する無機繊維であるセラミックファイバーを主原料として形成したロープが、アスベストロープの代替品として採用されるようになった。例えば、特許文献１では、セラミックファイバー製のロープ状パッキンをコークス炉の炉枠と炉体間のシールとして用いる方法が開示されている。ところが、特許文献１で記載している一般的なセラミックファイバー製のロープは、コークス炉窯口部のシール材として用いるには通気性が高く、このため特許文献１では、高温耐熱性膨張シートを組み合わせてシールしている。本文献の高温耐熱性膨張シートの詳細は不明であるが、炉枠のシール性確保のために最も重要な役割を担うセラミックファイバー製ロープのシール性が改善されていなければ、効果は限定的と推定され、また、複数種類のシール材を施工することは作業負荷が大きくなってしまう。
【０００６】
特許文献２には、セラミックファイバー等からなる中芯をグラスファイバーで被覆した不燃性ロープが記載されている。ところが、特許文献２に記載されたグラスファイバーを被覆材とした不燃性ロープは、グラスファイバーの耐熱性が５００〜６００℃程度であり、コークス炉窯口部の最高温度である８００℃と比較すると低い。このため、使用中に被覆材が劣化あるいは溶融するためシール性が低下するという問題が生じる。
【０００７】
ロープ状のシール材を使用しない例として、特許文献３では、耐熱モルタルを空隙に充填することによってシールする方法が開示されている。しかしながら、特許文献３で記載しているモルタルを充填する方法は、施工性には優れているものの、熱負荷によってモルタルが膨張収縮することや、炉枠や保護板の熱変形などのために、モルタルに亀裂が生じてシール性が低下する場合があり、長期間安定してシール性を確保することが難しいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１４８４８７号公報
【特許文献２】特開平９−３０２５９３号公報
【特許文献３】特開昭６１−２２３０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明では、コークス炉窯口部に形成される空隙を長期間安定してシールすることが可能なブレイドロープ、およびそのロープを使用したシール方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、コークス炉窯口部に形成される空隙シール用のブレイドロープについて鋭意検討した結果、密度が所定の値になるようにブレイドロープを形成することで、シール性が著しく向上することを見出して本発明を完成するに至った。ちなみに、本発明者らが調査したところによれば、従来のコークス炉窯口部シール用のブレイドロープの密度は、いずれも６００ｋｇ／ｍ3以下である。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
【００１１】
（１）コークス炉の窯口部における構成部材間に形成される空隙を埋めるのに用いられるコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープであって、耐火性無機短繊維と有機繊維とを混紡したものを、芯線と共に撚り合わせて単糸とし、１本又は複数の単糸を芯糸と共に撚り合わせて合撚糸とし、複数の合撚糸を撚り合わせることでヤーンロープとし、該ヤーンロープを用いて形成される中芯を、耐火性無機連続繊維からなる被覆材によって被覆することで、密度が６５０ｋｇ／ｍ3以上となるようにしたことを特徴とするコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
（２）ヤーンロープを複数本撚り合わせて中芯を形成する（１）に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
（３）芯線が、耐火性無機連続繊維からなる（１）又は（２）に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
（４）耐火性無機短繊維が、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系材料からなることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
（５）被覆材が、シリカファイバーからなることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
（６）コークス炉窯口部における構成部材間に形成される空隙に（１）〜（５）のいずれか１項に記載のブレイドロープを施工後、無機繊維を含有した耐火モルタルを充填することを特徴とするコークス炉窯口部におけるシール方法。
【発明の効果】
【００１２】
耐火性無機短繊維と有機繊維とを混紡したものを、芯線と共に撚り合わせて単糸を形成し、これらを芯糸と共に撚り合わせて合撚糸とし、更にこの合撚糸を複数本撚り合わせて中芯を形成し、この中芯を耐火性無機連続繊維で被覆して密度が６５０ｋｇ／ｍ3以上となるようにしたブレイドロープは、シール性に極めて優れ、しかも、中芯を被覆する耐火性無機連続繊維をシリカファイバーとすることで、より一層シール性が向上する。また、これらのブレイドロープをコークス炉窯口部の空隙に施工した後に、無機繊維を含有したモルタルを充填することで、コークス炉の窯口部について長期間安定してシール性を保持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、コークス炉の窯口部における構成部材間に形成される空隙にブレイドロープを施工し、モルタルを充填した状態を表す図である。
【図２】図２は、ブレイドロープの中芯製造までの過程における構成要素を説明した図である。
【図３】図３は、ブレイドロープの構成を示した図である。
【図４】図４は、実施例１〜８および比較例１〜６のロープのシール性を評価するための装置の概略図である。
【図５】図５は、実施例９〜１４および比較例７〜８のシール性を評価するための装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、好適な実施形態を挙げて、本発明のブレイドロープとそのロープを使用したシール方法をさらに詳細に説明する。
【００１５】
本発明のブレイドロープは、次の様な手順で作製することができる。まず、耐火性無機短繊維と有機繊維を混紡したものを芯線と共に撚り合わせて、図２（ａ）に示すような単糸を作製する。ここで言う耐火性無機短繊維とは、例えばセラミックファイバー、アルカリ土類金属酸化物とシリカから構成される生体溶解性繊維（例えば新日本サーマルセラミックス社製スーパーウール）、高炉スラグや岩石を原料とするロックウールなどであるが、使用温度が最高で８００℃であることや打ち込み施工する際に打ち込みに耐える強度が必要であることからセラミックファイバーが最も好ましい。なお、セラミックファイバーとは、広義ではアルミナファイバーやジルコニアファイバーなども含むが、狭義ではアルミナ−シリカ系のファイバーを指し、典型的な化学組成はＡｌ2Ｏ3が４５質量％、ＳｉＯ2が５５質量％、またはＡｌ2Ｏ3が３５質量％、ＳｉＯ2が５０質量％、ＺｒＯ2が１５質量％である。本発明で最も好ましいものは、狭義のセラミックファイバーである。また、ここで言う短繊維とは連続繊維ではないということを意味しており、例として挙げた各種ファイバーは一般的に短繊維として製造されている。
【００１６】
これらの耐火性無機短繊維から単糸を作製する場合、まず有機繊維と混紡し、これを芯線と共に撚り合わせて作製する。アスベストは平均繊維径が１μm以下と非常に細いため、有機繊維と混紡することなく単糸を作製することが可能であるが、例えばセラミックファイバーは平均繊維径が３μm程度と比較的太いため、有機繊維と混紡しなければ単糸を作製することはできない。有機繊維は、セラミックファイバーを撚り合わせた際にお互いが絡み合い易くするために添加するものであり、具体的にはレーヨン、ポリエステルなどが使用可能である。芯線としては耐熱性の無機連続繊維、例えばグラスファイバーの連続繊維が好ましい。芯線の場合は被覆材と異なりシール性への影響は非常に小さいため、グラスファイバーでも全く問題ない。
【００１７】
次に、図２（ｂ）に示すように、１本又は複数の単糸と芯糸を撚り合わせることで合撚糸を作製する。芯糸としては強度の高い材料が好ましく、ステンレス線のような金属線が最も好ましく、グラスファイバーでも適用可能である。さらに複数の合撚糸を撚り合わせることで、図２（ｃ）に示すようなヤーンロープを作製する。次に、図２（ｄ）に示すように、ヤーンロープを複数本撚り合わせることによって所定の太さの中芯を作製する。この際、合撚糸をヤーンロープと共に撚り合わせて中芯を作成するようにしてもよい。コークス炉用ブレイドロープの直径は１０〜５０ｍｍ程度であることから、細径の場合はヤーンロープ単体を中芯としてもよいが、一般的に使用されている直径２５ｍｍ前後のブレイドロープを得るためには、好ましくは複数のヤーンロープを撚り合わせて中芯とするのがよい。
【００１８】
最後に図３に示すように、中芯を耐火性無機連続繊維で被覆することによってブレイドロープを作製することができる。被覆材としては、耐火性の無機連続繊維である必要がある。耐火性のない被覆材では使用中の熱負荷により劣化あるいは消失してシール性が低下するからである。また、耐火性の無機繊維でも短繊維の場合は打ち込み施工時に破れる可能性が高く、また、単糸を作製するときに混紡する有機繊維が熱で消失するため、シール性の低下につながる。耐火性の無機連続繊維としてはシリカファイバー、カーボンファイバー、グラスファイバーなどが挙げられる。カーボンファイバーは耐酸化性が、グラスファイバーは耐熱性がそれぞれ使用上問題となる場合もあり得るため、シリカファイバーが最も好ましい。なお、中芯を被覆する被覆材は、シール性向上と施工時の必要強度を確保するため、中芯を全て被覆するのが最も好ましいが、上記のような構成により中芯の密度が高いため、中芯部分でのシール性も高いことから、一部（例えば２０％程度）に被覆されていない部分があっても実用上大きな問題はない。そのため本発明のブレイドロープは、カーボンファイバーやグラスファイバーによる被覆で、使用時に被覆材の一部が酸化あるいは溶融しても使用可能となる。
【００１９】
本発明では、上記のように中芯を構成した上で、ブレイドロープの密度を６５０ｋｇ／ｍ3以上とすることで、シール性が顕著に向上する。ブレイドロープの密度は、中芯を構成する合撚糸やヤーンロープの使用量を多くして固く撚り合わせるほか、表面の被覆材を機械で編み上げる際に、被覆用の糸のキャリアの回転速度を下げて密に、かつ、固く編み上げたりする事により高密度にすることができる。
【００２０】
セラミックファイバーを用いて形成したヤーンロープを中芯に使用したブレイドロープでは、前述したように有機繊維を混紡しているため、使用時の熱による燃焼消失により中芯部分のシール性が悪化することは避けられない。このため、本発明の様に密度を所定の値以上に規定することでシール性の顕著な改善効果が発揮される。ブレイドロープの密度は６５０ｋｇ／ｍ3以上でシール性の改善効果が発揮されるが、より好ましくは７００ｋｇ／ｍ3以上、さらに好ましくは７５０ｋｇ／ｍ3以上、最も好ましくは８００ｋｇ／ｍ3以上とすることで、さらに優れたシール性を発揮することが可能となる。なお、ブレイドロープの密度の上限については特に限定するものではないが、密度を上げようとすると中芯が損傷し易くなるのでその点を考慮する必要がある。
【００２１】
ブレイドロープの密度は、測定するロープの長さが短すぎると誤差が大きくなるため、長さ２００ｍｍ以上で測定する。また、ブレイドロープは厳密には真円とはならないので、任意の１０箇所以上の直径を測定して平均した値をロープの直径とする。密度は、ロープの質量を、直径と長さから算出した体積で割ることで計算することができる。
【００２２】
本発明で得られたブレイドロープは、コークス炉の窯口部を構成する炉枠、保護板、炉体等の構成部材間に形成される空隙を埋めるのに用いられ、図１に示すように、コークス炉窯口部の炉枠１と保護板２との間に介在させ、また、保護板２と炉体３との間に介在させるようにして、使用することができる。この際、図１に示すように、ブレイドロープ４を施工した後、各構成部材間に形成された隙間に更に耐火モルタル５等を充填することによって、一層シール性を向上させることができる。その際、耐火モルタルとして無機繊維を含有する耐火モルタルを使用することがより好ましい。無機繊維を含有しない一般的なモルタルは、乾燥時の収縮により亀裂や剥離を発生する場合があり、コークス炉窯口部のシールのような過酷な条件で長期間使用される用途には必ずしも適当ではない。これに対して無機繊維を含有する耐火モルタルは、乾燥時の収縮が小さいため、本発明のブレイドロープと組み合わせて施工することによって、長期間安定したシール性を維持することが可能となる。耐火モルタルに含有させる無機繊維としては、セラミックファイバー、生体溶解性繊維、ロックウールなどが挙げられるが、最も好ましいものは狭義のセラミックファイバーである。その含有量は特に制限されないが、例えば１０質量％〜８０質量％が好ましく、３０質量％〜７０質量％がより好ましい。
【実施例】
【００２３】
［実施例１〜８、比較例１〜６］
以下の表１に記載するブレイドロープＡ１〜３、及びＢ１の作製方法を説明する。ブレイドロープの中芯については、セラミックファイバーとレーヨンを混紡した後、グラスファイバーを芯線として単糸を作製し、この単糸を複数本用いてステンレスの細線を撚り合わせることによって、合撚糸を作製した。そして、７本の合撚糸からヤーンロープを作製し、さらに７本のヤーンロープを撚り合わせることによって中芯を作製した。
【００２４】
上記で準備した中芯を用いて、被覆材として耐火性無機連続繊維であるシリカファイバー被覆した場合をブレイドロープＡとし、短繊維を撚り合わせて作製したセラミックファイバーのヤーンで被覆した場合をブレイドロープＢとした。ブレイドロープＡは、直径が２５ｍｍで密度が５５０ｋｇ／ｍ3から９００ｋｇ／ｍ3までの計８種類（A1）、直径が１５ｍｍで密度が８００ｋｇ／ｍ3の１種類（A2）、及び直径が３５ｍｍで密度が８００ｋｇ／ｍ3の１種類（A3）を作製し、ブレイドロープＢは、直径が２５ｍｍで密度が５５０ｋｇ／ｍ3から８５０ｋｇ／ｍ3まで４種類（B1）を作製した。ブレイドロープの密度を変える方法としては、被覆材を編み上げる際に、被覆用の糸のキャリアの回転速度を調整した。ブレイドロープの密度は、ロープを約３００ｍｍに切断し、任意の１０箇所を測定して平均した直径と長さから体積を計算し、その体積をロープの質量で割ることで算出した。
【００２５】
【表１】
【００２６】
上記で準備した実施例１〜８及び比較例１〜６のブレイドロープを図４の模式図に示す装置にてシール性の評価を行った。図４におけるステンレス製の円盤状のホルダーに上記で得られた各ロープを挟み、加圧してホルダーの隙間が直径２５ｍｍのロープの場合は１５ｍｍ、直径１５ｍｍのロープの場合は９ｍｍ、直径３５ｍｍのロープの場合は２１ｍｍとなった状態を保持したまま、８００℃で５時間加熱した。次いで、図４に示すコンプレッサー、バルブ、及び圧力計から構成された装置に加熱後のホルダーを装着し、３ｋＰａの差圧をホルダー内部に付与したのちコンプレッサー側のバルブを閉じて、圧力計の数値を見て差圧がゼロになるまでの時間を計測し、シール性を評価した。表１に示したシール時間の評価結果は、実施例１のシール時間を１００とした指数として示しており、数値が大きいほどシール性が良好であることを示している。
【００２７】
シール性の評価について実施例１〜６の結果と比較例１〜２の結果を比較すると、ブレイドロープの密度を６５０ｋｇ／ｍ3以上とすることでシール性が良好になっていることが明らかである。特に、ブレイドロープの密度が７００ｋｇ／ｍ3以上で改善効果が大きく、７５０ｋｇ／ｍ3以上でさらに優れた改善効果が得られ、８００ｋｇ／ｍ3以上で顕著な改善効果が得られることが分かる。また、実施例７および８から明らかなようにロープの直径を変化させても優れた改善効果が得られている。
【００２８】
一方、比較例３〜６は被覆材としてセラミックファイバーのヤーンを使用した場合であるが、ロープの密度を大きくしても本発明品と比較してシール性は劣っており好ましくない。セラミックファイバーの被覆材は圧縮時や熱処理時の劣化が激しくシール性が無くなると共に中芯の形状が保持できなくなるため、中芯自身のシール性も低下するためと考えられる。
【００２９】
［実施例９〜１４、比較例７〜８］
コークス炉の窯口部における構成部材間にブレイドロープを施工した後に更に塗布するモルタル中の無機繊維の有無による影響を調査した。試験に用いたモルタルは、Ａｌ2Ｏ3が２０質量％、ＳｉＯ2が７８質量％からなる骨材に、可塑剤として粘土を添加し、結合材として水ガラスを添加して均一に混練してモルタルＢを得た。また、モルタルＡは、化学組成としてＡｌ2Ｏ3が４５質量％、ＳｉＯ2が５５質量％であるセラミックファイバーを、骨材と同じ質量で添加した後（セラミックファイバー５０質量％、骨材５０質量％）、モルタルＢと同様、更に粘土と水ガラスを添加して、均一に混練して作製した。
【００３０】
上記で準備したモルタルＡ及びモルタルＢについて、ブレイドロープＡ１およびブレイドロープＢ１と組み合わせて以下のようにシール性を評価する試験を行った。シール性の評価装置を図５に示す。今回の評価方法では、ホルダーにブレイドロープを挟んだ後にその外周側にモルタルを充填してから加熱処理を行っている点が先ほどの評価方法と異なるだけで、その他の評価方法は先の場合と同じである。表２に示したシール時間の評価結果は、実施例１のシール時間を１００とした指数として示しており、数値が大きいほどシール性が良好であることを示している。
【００３１】
【表２】
【００３２】
シール性の評価について実施例９〜１４の結果と比較例７〜８の結果を比較すると、本発明のブレイドロープを使用した実施例においては、モルタルＡおよびモルタルＢのいずれを使用した場合でも比較例よりもシール性が改善されていることが明らかである。特に無機繊維を含有するモルタルＡを使用した場合はモルタルを使用していない実施例１、３、５と比較してその改善効果が顕著であり、より好ましいことが分かる。モルタルＡは加熱処理後も亀裂等は見られなかったが、モルタルＢは亀裂が発生しており、このためモルタルＡのシール性の方が良好になったものと考えられる。一方、密度が５５０ｋｇ／ｍ3のブレイドロープＢ１を使用した比較例においては、いずれのモルタルを使用してもシール性は悪かった。このことより、従来のブレイドロープでは、たとえ無機繊維を含有するモルタルを使用したとしても、改善効果は不十分であることが明らかである。
【符号の説明】
【００３３】
１：炉枠
２：保護板
３：炉体
４：ブレイドロープ
５：耐火モルタル
【技術分野】
【０００１】
本発明は、コークス炉の窯口部分より炉内ガスが炉外に漏出するのを防ぐと共に、窯口部分から炉内に大気が吸い込まれるのを防止するためのシール用ブレイドロープ、およびそのロープを使用したシール方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
石炭をコークス炉にて乾留すると、コークス炉ガスが発生して炉内の圧力を変動させる。具体的には、石炭挿入後の炉内ガス圧力は大気圧より少し高くなるが、窯出し前は真空に近くなる。この結果、石炭挿入後は、窯口部から外に炉内乾留ガスが流出して作業環境の悪化をもたらし、窯出し前には、大気を吸入する事により、コークスの燃焼による歩留まり悪化や炉内温度の低下をもたらす場合がある。
【０００３】
図１にコークス炉窯口部においてシールを必要とする部位の代表例を示す。一般に、コークス炉の窯口部は、窯口を塞ぐ炉蓋（図示外）のナイフエッジが当接する炉枠１が、鋳物からなる保護板２を介して、レンガからなる炉体３に取り付けられており、窯口部におけるこれらの構成部材の間には、通常、隙間が形成される。すなわち、炉枠１と保護板２との間、および保護板２と炉体３との間には、それぞれ空隙が形成されるため、これをシールする必要がある。また、保護板が使用されない場合では、炉枠１と炉体３との間に形成される空隙をシールする必要がある。しかしながら、高さ数メートルに達することもある鋳鉄製の炉枠が操業中の熱サイクルによって変形する場合があり、またシールが必要な部分は最高で８００℃程度の高温になるなど過酷な条件であり、さらに数ヶ月から数年間の長期間のシール性が要求されることから、シール方法については様々な検討が実施されて来た。
【０００４】
従来のシール方法の代表例としては、上記のようなコークス炉の窯口部に形成される空隙に、その隙間よりも直径が大きなアスベスト製のロープを所定の位置に挟んだ状態で炉枠をセットしたり、電動チッパーなどによって強制的に打ち込んだりしてシールする方法がある。挟まれたり打ち込まれたりしたアスベストロープは変形して炉枠、保護板および炉体に密着しシール性を付与していた。
【０００５】
しかしながら、アスベストは人体に悪影響をもたらす発がん性物質であるため使用が禁止され、近年は高温耐火性を有する無機繊維であるセラミックファイバーを主原料として形成したロープが、アスベストロープの代替品として採用されるようになった。例えば、特許文献１では、セラミックファイバー製のロープ状パッキンをコークス炉の炉枠と炉体間のシールとして用いる方法が開示されている。ところが、特許文献１で記載している一般的なセラミックファイバー製のロープは、コークス炉窯口部のシール材として用いるには通気性が高く、このため特許文献１では、高温耐熱性膨張シートを組み合わせてシールしている。本文献の高温耐熱性膨張シートの詳細は不明であるが、炉枠のシール性確保のために最も重要な役割を担うセラミックファイバー製ロープのシール性が改善されていなければ、効果は限定的と推定され、また、複数種類のシール材を施工することは作業負荷が大きくなってしまう。
【０００６】
特許文献２には、セラミックファイバー等からなる中芯をグラスファイバーで被覆した不燃性ロープが記載されている。ところが、特許文献２に記載されたグラスファイバーを被覆材とした不燃性ロープは、グラスファイバーの耐熱性が５００〜６００℃程度であり、コークス炉窯口部の最高温度である８００℃と比較すると低い。このため、使用中に被覆材が劣化あるいは溶融するためシール性が低下するという問題が生じる。
【０００７】
ロープ状のシール材を使用しない例として、特許文献３では、耐熱モルタルを空隙に充填することによってシールする方法が開示されている。しかしながら、特許文献３で記載しているモルタルを充填する方法は、施工性には優れているものの、熱負荷によってモルタルが膨張収縮することや、炉枠や保護板の熱変形などのために、モルタルに亀裂が生じてシール性が低下する場合があり、長期間安定してシール性を確保することが難しいという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平５−１４８４８７号公報
【特許文献２】特開平９−３０２５９３号公報
【特許文献３】特開昭６１−２２３０８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明では、コークス炉窯口部に形成される空隙を長期間安定してシールすることが可能なブレイドロープ、およびそのロープを使用したシール方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、コークス炉窯口部に形成される空隙シール用のブレイドロープについて鋭意検討した結果、密度が所定の値になるようにブレイドロープを形成することで、シール性が著しく向上することを見出して本発明を完成するに至った。ちなみに、本発明者らが調査したところによれば、従来のコークス炉窯口部シール用のブレイドロープの密度は、いずれも６００ｋｇ／ｍ3以下である。
すなわち、本発明の要旨は以下の通りである。
【００１１】
（１）コークス炉の窯口部における構成部材間に形成される空隙を埋めるのに用いられるコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープであって、耐火性無機短繊維と有機繊維とを混紡したものを、芯線と共に撚り合わせて単糸とし、１本又は複数の単糸を芯糸と共に撚り合わせて合撚糸とし、複数の合撚糸を撚り合わせることでヤーンロープとし、該ヤーンロープを用いて形成される中芯を、耐火性無機連続繊維からなる被覆材によって被覆することで、密度が６５０ｋｇ／ｍ3以上となるようにしたことを特徴とするコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
（２）ヤーンロープを複数本撚り合わせて中芯を形成する（１）に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
（３）芯線が、耐火性無機連続繊維からなる（１）又は（２）に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
（４）耐火性無機短繊維が、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系材料からなることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１項に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
（５）被覆材が、シリカファイバーからなることを特徴とする（１）〜（４）のいずれか１項に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
（６）コークス炉窯口部における構成部材間に形成される空隙に（１）〜（５）のいずれか１項に記載のブレイドロープを施工後、無機繊維を含有した耐火モルタルを充填することを特徴とするコークス炉窯口部におけるシール方法。
【発明の効果】
【００１２】
耐火性無機短繊維と有機繊維とを混紡したものを、芯線と共に撚り合わせて単糸を形成し、これらを芯糸と共に撚り合わせて合撚糸とし、更にこの合撚糸を複数本撚り合わせて中芯を形成し、この中芯を耐火性無機連続繊維で被覆して密度が６５０ｋｇ／ｍ3以上となるようにしたブレイドロープは、シール性に極めて優れ、しかも、中芯を被覆する耐火性無機連続繊維をシリカファイバーとすることで、より一層シール性が向上する。また、これらのブレイドロープをコークス炉窯口部の空隙に施工した後に、無機繊維を含有したモルタルを充填することで、コークス炉の窯口部について長期間安定してシール性を保持することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、コークス炉の窯口部における構成部材間に形成される空隙にブレイドロープを施工し、モルタルを充填した状態を表す図である。
【図２】図２は、ブレイドロープの中芯製造までの過程における構成要素を説明した図である。
【図３】図３は、ブレイドロープの構成を示した図である。
【図４】図４は、実施例１〜８および比較例１〜６のロープのシール性を評価するための装置の概略図である。
【図５】図５は、実施例９〜１４および比較例７〜８のシール性を評価するための装置の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、好適な実施形態を挙げて、本発明のブレイドロープとそのロープを使用したシール方法をさらに詳細に説明する。
【００１５】
本発明のブレイドロープは、次の様な手順で作製することができる。まず、耐火性無機短繊維と有機繊維を混紡したものを芯線と共に撚り合わせて、図２（ａ）に示すような単糸を作製する。ここで言う耐火性無機短繊維とは、例えばセラミックファイバー、アルカリ土類金属酸化物とシリカから構成される生体溶解性繊維（例えば新日本サーマルセラミックス社製スーパーウール）、高炉スラグや岩石を原料とするロックウールなどであるが、使用温度が最高で８００℃であることや打ち込み施工する際に打ち込みに耐える強度が必要であることからセラミックファイバーが最も好ましい。なお、セラミックファイバーとは、広義ではアルミナファイバーやジルコニアファイバーなども含むが、狭義ではアルミナ−シリカ系のファイバーを指し、典型的な化学組成はＡｌ2Ｏ3が４５質量％、ＳｉＯ2が５５質量％、またはＡｌ2Ｏ3が３５質量％、ＳｉＯ2が５０質量％、ＺｒＯ2が１５質量％である。本発明で最も好ましいものは、狭義のセラミックファイバーである。また、ここで言う短繊維とは連続繊維ではないということを意味しており、例として挙げた各種ファイバーは一般的に短繊維として製造されている。
【００１６】
これらの耐火性無機短繊維から単糸を作製する場合、まず有機繊維と混紡し、これを芯線と共に撚り合わせて作製する。アスベストは平均繊維径が１μm以下と非常に細いため、有機繊維と混紡することなく単糸を作製することが可能であるが、例えばセラミックファイバーは平均繊維径が３μm程度と比較的太いため、有機繊維と混紡しなければ単糸を作製することはできない。有機繊維は、セラミックファイバーを撚り合わせた際にお互いが絡み合い易くするために添加するものであり、具体的にはレーヨン、ポリエステルなどが使用可能である。芯線としては耐熱性の無機連続繊維、例えばグラスファイバーの連続繊維が好ましい。芯線の場合は被覆材と異なりシール性への影響は非常に小さいため、グラスファイバーでも全く問題ない。
【００１７】
次に、図２（ｂ）に示すように、１本又は複数の単糸と芯糸を撚り合わせることで合撚糸を作製する。芯糸としては強度の高い材料が好ましく、ステンレス線のような金属線が最も好ましく、グラスファイバーでも適用可能である。さらに複数の合撚糸を撚り合わせることで、図２（ｃ）に示すようなヤーンロープを作製する。次に、図２（ｄ）に示すように、ヤーンロープを複数本撚り合わせることによって所定の太さの中芯を作製する。この際、合撚糸をヤーンロープと共に撚り合わせて中芯を作成するようにしてもよい。コークス炉用ブレイドロープの直径は１０〜５０ｍｍ程度であることから、細径の場合はヤーンロープ単体を中芯としてもよいが、一般的に使用されている直径２５ｍｍ前後のブレイドロープを得るためには、好ましくは複数のヤーンロープを撚り合わせて中芯とするのがよい。
【００１８】
最後に図３に示すように、中芯を耐火性無機連続繊維で被覆することによってブレイドロープを作製することができる。被覆材としては、耐火性の無機連続繊維である必要がある。耐火性のない被覆材では使用中の熱負荷により劣化あるいは消失してシール性が低下するからである。また、耐火性の無機繊維でも短繊維の場合は打ち込み施工時に破れる可能性が高く、また、単糸を作製するときに混紡する有機繊維が熱で消失するため、シール性の低下につながる。耐火性の無機連続繊維としてはシリカファイバー、カーボンファイバー、グラスファイバーなどが挙げられる。カーボンファイバーは耐酸化性が、グラスファイバーは耐熱性がそれぞれ使用上問題となる場合もあり得るため、シリカファイバーが最も好ましい。なお、中芯を被覆する被覆材は、シール性向上と施工時の必要強度を確保するため、中芯を全て被覆するのが最も好ましいが、上記のような構成により中芯の密度が高いため、中芯部分でのシール性も高いことから、一部（例えば２０％程度）に被覆されていない部分があっても実用上大きな問題はない。そのため本発明のブレイドロープは、カーボンファイバーやグラスファイバーによる被覆で、使用時に被覆材の一部が酸化あるいは溶融しても使用可能となる。
【００１９】
本発明では、上記のように中芯を構成した上で、ブレイドロープの密度を６５０ｋｇ／ｍ3以上とすることで、シール性が顕著に向上する。ブレイドロープの密度は、中芯を構成する合撚糸やヤーンロープの使用量を多くして固く撚り合わせるほか、表面の被覆材を機械で編み上げる際に、被覆用の糸のキャリアの回転速度を下げて密に、かつ、固く編み上げたりする事により高密度にすることができる。
【００２０】
セラミックファイバーを用いて形成したヤーンロープを中芯に使用したブレイドロープでは、前述したように有機繊維を混紡しているため、使用時の熱による燃焼消失により中芯部分のシール性が悪化することは避けられない。このため、本発明の様に密度を所定の値以上に規定することでシール性の顕著な改善効果が発揮される。ブレイドロープの密度は６５０ｋｇ／ｍ3以上でシール性の改善効果が発揮されるが、より好ましくは７００ｋｇ／ｍ3以上、さらに好ましくは７５０ｋｇ／ｍ3以上、最も好ましくは８００ｋｇ／ｍ3以上とすることで、さらに優れたシール性を発揮することが可能となる。なお、ブレイドロープの密度の上限については特に限定するものではないが、密度を上げようとすると中芯が損傷し易くなるのでその点を考慮する必要がある。
【００２１】
ブレイドロープの密度は、測定するロープの長さが短すぎると誤差が大きくなるため、長さ２００ｍｍ以上で測定する。また、ブレイドロープは厳密には真円とはならないので、任意の１０箇所以上の直径を測定して平均した値をロープの直径とする。密度は、ロープの質量を、直径と長さから算出した体積で割ることで計算することができる。
【００２２】
本発明で得られたブレイドロープは、コークス炉の窯口部を構成する炉枠、保護板、炉体等の構成部材間に形成される空隙を埋めるのに用いられ、図１に示すように、コークス炉窯口部の炉枠１と保護板２との間に介在させ、また、保護板２と炉体３との間に介在させるようにして、使用することができる。この際、図１に示すように、ブレイドロープ４を施工した後、各構成部材間に形成された隙間に更に耐火モルタル５等を充填することによって、一層シール性を向上させることができる。その際、耐火モルタルとして無機繊維を含有する耐火モルタルを使用することがより好ましい。無機繊維を含有しない一般的なモルタルは、乾燥時の収縮により亀裂や剥離を発生する場合があり、コークス炉窯口部のシールのような過酷な条件で長期間使用される用途には必ずしも適当ではない。これに対して無機繊維を含有する耐火モルタルは、乾燥時の収縮が小さいため、本発明のブレイドロープと組み合わせて施工することによって、長期間安定したシール性を維持することが可能となる。耐火モルタルに含有させる無機繊維としては、セラミックファイバー、生体溶解性繊維、ロックウールなどが挙げられるが、最も好ましいものは狭義のセラミックファイバーである。その含有量は特に制限されないが、例えば１０質量％〜８０質量％が好ましく、３０質量％〜７０質量％がより好ましい。
【実施例】
【００２３】
［実施例１〜８、比較例１〜６］
以下の表１に記載するブレイドロープＡ１〜３、及びＢ１の作製方法を説明する。ブレイドロープの中芯については、セラミックファイバーとレーヨンを混紡した後、グラスファイバーを芯線として単糸を作製し、この単糸を複数本用いてステンレスの細線を撚り合わせることによって、合撚糸を作製した。そして、７本の合撚糸からヤーンロープを作製し、さらに７本のヤーンロープを撚り合わせることによって中芯を作製した。
【００２４】
上記で準備した中芯を用いて、被覆材として耐火性無機連続繊維であるシリカファイバー被覆した場合をブレイドロープＡとし、短繊維を撚り合わせて作製したセラミックファイバーのヤーンで被覆した場合をブレイドロープＢとした。ブレイドロープＡは、直径が２５ｍｍで密度が５５０ｋｇ／ｍ3から９００ｋｇ／ｍ3までの計８種類（A1）、直径が１５ｍｍで密度が８００ｋｇ／ｍ3の１種類（A2）、及び直径が３５ｍｍで密度が８００ｋｇ／ｍ3の１種類（A3）を作製し、ブレイドロープＢは、直径が２５ｍｍで密度が５５０ｋｇ／ｍ3から８５０ｋｇ／ｍ3まで４種類（B1）を作製した。ブレイドロープの密度を変える方法としては、被覆材を編み上げる際に、被覆用の糸のキャリアの回転速度を調整した。ブレイドロープの密度は、ロープを約３００ｍｍに切断し、任意の１０箇所を測定して平均した直径と長さから体積を計算し、その体積をロープの質量で割ることで算出した。
【００２５】
【表１】
【００２６】
上記で準備した実施例１〜８及び比較例１〜６のブレイドロープを図４の模式図に示す装置にてシール性の評価を行った。図４におけるステンレス製の円盤状のホルダーに上記で得られた各ロープを挟み、加圧してホルダーの隙間が直径２５ｍｍのロープの場合は１５ｍｍ、直径１５ｍｍのロープの場合は９ｍｍ、直径３５ｍｍのロープの場合は２１ｍｍとなった状態を保持したまま、８００℃で５時間加熱した。次いで、図４に示すコンプレッサー、バルブ、及び圧力計から構成された装置に加熱後のホルダーを装着し、３ｋＰａの差圧をホルダー内部に付与したのちコンプレッサー側のバルブを閉じて、圧力計の数値を見て差圧がゼロになるまでの時間を計測し、シール性を評価した。表１に示したシール時間の評価結果は、実施例１のシール時間を１００とした指数として示しており、数値が大きいほどシール性が良好であることを示している。
【００２７】
シール性の評価について実施例１〜６の結果と比較例１〜２の結果を比較すると、ブレイドロープの密度を６５０ｋｇ／ｍ3以上とすることでシール性が良好になっていることが明らかである。特に、ブレイドロープの密度が７００ｋｇ／ｍ3以上で改善効果が大きく、７５０ｋｇ／ｍ3以上でさらに優れた改善効果が得られ、８００ｋｇ／ｍ3以上で顕著な改善効果が得られることが分かる。また、実施例７および８から明らかなようにロープの直径を変化させても優れた改善効果が得られている。
【００２８】
一方、比較例３〜６は被覆材としてセラミックファイバーのヤーンを使用した場合であるが、ロープの密度を大きくしても本発明品と比較してシール性は劣っており好ましくない。セラミックファイバーの被覆材は圧縮時や熱処理時の劣化が激しくシール性が無くなると共に中芯の形状が保持できなくなるため、中芯自身のシール性も低下するためと考えられる。
【００２９】
［実施例９〜１４、比較例７〜８］
コークス炉の窯口部における構成部材間にブレイドロープを施工した後に更に塗布するモルタル中の無機繊維の有無による影響を調査した。試験に用いたモルタルは、Ａｌ2Ｏ3が２０質量％、ＳｉＯ2が７８質量％からなる骨材に、可塑剤として粘土を添加し、結合材として水ガラスを添加して均一に混練してモルタルＢを得た。また、モルタルＡは、化学組成としてＡｌ2Ｏ3が４５質量％、ＳｉＯ2が５５質量％であるセラミックファイバーを、骨材と同じ質量で添加した後（セラミックファイバー５０質量％、骨材５０質量％）、モルタルＢと同様、更に粘土と水ガラスを添加して、均一に混練して作製した。
【００３０】
上記で準備したモルタルＡ及びモルタルＢについて、ブレイドロープＡ１およびブレイドロープＢ１と組み合わせて以下のようにシール性を評価する試験を行った。シール性の評価装置を図５に示す。今回の評価方法では、ホルダーにブレイドロープを挟んだ後にその外周側にモルタルを充填してから加熱処理を行っている点が先ほどの評価方法と異なるだけで、その他の評価方法は先の場合と同じである。表２に示したシール時間の評価結果は、実施例１のシール時間を１００とした指数として示しており、数値が大きいほどシール性が良好であることを示している。
【００３１】
【表２】
【００３２】
シール性の評価について実施例９〜１４の結果と比較例７〜８の結果を比較すると、本発明のブレイドロープを使用した実施例においては、モルタルＡおよびモルタルＢのいずれを使用した場合でも比較例よりもシール性が改善されていることが明らかである。特に無機繊維を含有するモルタルＡを使用した場合はモルタルを使用していない実施例１、３、５と比較してその改善効果が顕著であり、より好ましいことが分かる。モルタルＡは加熱処理後も亀裂等は見られなかったが、モルタルＢは亀裂が発生しており、このためモルタルＡのシール性の方が良好になったものと考えられる。一方、密度が５５０ｋｇ／ｍ3のブレイドロープＢ１を使用した比較例においては、いずれのモルタルを使用してもシール性は悪かった。このことより、従来のブレイドロープでは、たとえ無機繊維を含有するモルタルを使用したとしても、改善効果は不十分であることが明らかである。
【符号の説明】
【００３３】
１：炉枠
２：保護板
３：炉体
４：ブレイドロープ
５：耐火モルタル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コークス炉の窯口部における構成部材間に形成される空隙を埋めるのに用いられるコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープであって、耐火性無機短繊維と有機繊維とを混紡したものを、芯線と共に撚り合わせて単糸とし、１本又は複数の単糸を芯糸と共に撚り合わせて合撚糸とし、複数の合撚糸を撚り合わせることでヤーンロープとし、該ヤーンロープを用いて形成される中芯を、耐火性無機連続繊維からなる被覆材によって被覆することで、密度が６５０ｋｇ／ｍ3以上となるようにしたことを特徴とするコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
【請求項２】
ヤーンロープを複数本撚り合わせて中芯を形成する請求項１に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
【請求項３】
芯線が、耐火性無機連続繊維からなる請求項１又は２に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
【請求項４】
耐火性無機短繊維が、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
【請求項５】
被覆材が、シリカファイバーからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
【請求項６】
コークス炉窯口部における構成部材間に形成される空隙に請求項１〜５のいずれか１項に記載のブレイドロープを施工後、無機繊維を含有した耐火モルタルを充填することを特徴とするコークス炉窯口部におけるシール方法。
【請求項１】
コークス炉の窯口部における構成部材間に形成される空隙を埋めるのに用いられるコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープであって、耐火性無機短繊維と有機繊維とを混紡したものを、芯線と共に撚り合わせて単糸とし、１本又は複数の単糸を芯糸と共に撚り合わせて合撚糸とし、複数の合撚糸を撚り合わせることでヤーンロープとし、該ヤーンロープを用いて形成される中芯を、耐火性無機連続繊維からなる被覆材によって被覆することで、密度が６５０ｋｇ／ｍ3以上となるようにしたことを特徴とするコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
【請求項２】
ヤーンロープを複数本撚り合わせて中芯を形成する請求項１に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
【請求項３】
芯線が、耐火性無機連続繊維からなる請求項１又は２に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
【請求項４】
耐火性無機短繊維が、Ａｌ2Ｏ3−ＳｉＯ2系材料からなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
【請求項５】
被覆材が、シリカファイバーからなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のコークス炉窯口部のシール用ブレイドロープ。
【請求項６】
コークス炉窯口部における構成部材間に形成される空隙に請求項１〜５のいずれか１項に記載のブレイドロープを施工後、無機繊維を含有した耐火モルタルを充填することを特徴とするコークス炉窯口部におけるシール方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２０８０２２（Ｐ２０１１−２０８０２２Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−７７３２２（Ｐ２０１０−７７３２２）
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（５９９０７４７３０）新日本サーマルセラミックス株式会社 (9)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３０日（２０１０．３．３０）
【出願人】（５９９０７４７３０）新日本サーマルセラミックス株式会社 (9)
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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