JP2001263960A - 高炉炉壁レンガ支持構造及び高炉操業方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】高炉の稼動後に炉体レンガの損傷が進行した場
合に、炉内の原料降下や炉内ガス流分布の変動を受け難
い炉体形状を得る。 【解決手段】高炉炉体鉄皮からレンガ支持部材を炉内側
へ突出させて炉壁レンガを支持する高炉炉壁レンガ支持
構造であって、シャフト部では水冷機構を有する支持部
材とし、炉腹部以下のレベルでは水冷機構を有しない支
持部材とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉の炉壁レンガ
支持構造及び高炉操業方法に関し、さらに詳しくは高炉
の長期間に亘る操業安定性を維持することができる炉壁
レンガ支持構造及び高炉操業方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、高炉改修時には内壁に耐火レンガ
が内張りされるが、この耐火レンガは経時的に損耗し、
炉腹部およびシャフト部では火入れから１０年程度経過
すると、レンガはほとんど存在しないことが知られてい
る。レンガはその外周側に設置されている水冷式の冷却
装置で支持されている。このレンガ支持機構はト型ステ
ーブのト型部、またはステーブとは別系統の水冷が施さ
れた冷却板の２つに大別される。両者はレンガ支持機構
はほぼ同じであるがレンガ損耗後の壁面プロフィールが
異なる。これを図７，図８に示した。図７に示す壁面プ
ロフィール１１は、突起１４を炉内に突出した断面形状
を有し、冷却水管１３を内蔵したト型ステーブ１２を用
い、突出したト型部１４をレンガ支持部材としたもので
ある。このト型ステーブ１２ではレンガ１５の損耗と共
にト型部１４も損耗し、レンガ健全時に図７（ａ）に示
す壁面プロフィール１１であったものがレンガ損耗時に
は図７（ｂ）に示すように、ト型部１４の損傷したト型
ステーブ１２ａとなり、壁面プロフィール１１ａは比較
的平滑になる。これに対し、図８（ａ）に示すように、
ステーブとは別個の冷却板１６をレンガ１５の支持部材
とする方式の壁面プロフィール１１は、レンガ１５の損
耗後も、図８（ｂ）に示すように、冷却板１６がほぼ火
入れ時の姿で残存し、壁面プロフィール１１ｂが凹凸に
なる。概念的には炉壁プロフィールの凹凸は装入物降下
を乱す要因となることが認識されているが、実際の高炉
建設にあたってはト型ステーブ１２が採用される場合と
冷却板１６が採用される場合があり、装入物降下への影
響まで詳細に考慮して設計されているとは言い難い。

【０００３】冷却板採用時にレンガ損耗後の炉壁プロフ
ィールを平滑にする技術として、特開平９−２９６２０
５号公報にはステーブの炉内側位置で冷却室を区画した
冷却板を用い、内壁の損耗時に内部に突出する冷却板先
端を溶損せしめ内部プロフィールを冷却板、ステーブと
も一致させて炉内原料の荷下がりを安定させる技術が報
告されている。この技術は、構造が複雑になり、この機
構を高炉に全面的に採用すると建設コストが増大する問
題がある。

【０００４】高炉の炉体は、図３に示すように、上方か
ら下方に向かって順次炉口部２１、シャフト部２２、炉
腹部２３、朝顔部２４、炉床部２５と呼ばれる部位を有
する。各部位の寸法は、炉頂から装入される原料が降下
しながら、炉床部２５の側壁の羽口２６から吹き込まれ
た熱風と安定的に反応するように設計されている。

【０００５】炉床部の側壁の羽口から炉内へ吹き込まれ
た１０００℃程度の熱風は、コークス等を燃焼させて一
酸化炭素ガスと窒素ガスとからなる高温ガスに転換さ
れ、炉内を上昇する。この高温ガスは鉄鉱石の昇温、還
元に必要な熱や、還元されて生成する金属分や鉄鉱石中
の脈石やコークス灰分から生成するスラグ分の溶融など
に必要な熱を供給して炉頂では１００〜３００℃程度の
温度となって炉外に排出される。炉内ではコークスの燃
焼と鉄鉱石等の溶融により装入物の容積が減少し、また
溶融物が炉床部下部から出銑口を通じて排出されるた
め、炉内上部に堆積している鉱石、コークスは順次下方
へ降下していくことになる。この炉内原料が安定して降
下することが高炉操業の安定化に繋がる。

【０００６】高炉内の装入原料は炉内を降下する際に、
下方から上昇する高温ガスから上方へ向けて力を受ける
ため、炉内の高温ガスのガス速度が過大とならないよう
に、炉体形状は炉腹部で最大径を有し、シャフト部では
上に向かって径を減少する形状となる。

【０００７】高炉のシャフト部の上部で高炉の壁面プロ
フィールが凹凸になると、壁面近傍で装入物降下挙動を
乱すことが知られている。鉄と鋼７８（１９９２）、５
８頁には、シャフト上部で壁面状態を変化させた際の結
果が記載されており、凹凸により炉壁部にコークスが再
偏析し、ガス流れを変化させることが報告されている。
一方、炉下部において炉壁プロフィールが凹凸となった
場合にどのような現象が生じるかについては、炉上部と
同様の現象が発生して降下挙動を乱すことが想像され、
壁面の凹凸は望ましくないことが概念的に指摘されては
いるが、実際にどのような現象が発生するかは十分に調
査されていなかった。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従来、高炉建設時にお
いては炉内の原料の降下や反応の安定化を考慮して炉体
形状を設計していたが、実際は高炉の稼動状態にしたが
って炉体レンガは損耗を受け、炉体プロフィールは変化
してしまうものであった。このため、炉体レンガの損耗
によって炉内の原料の降下挙動が変化し、安定した原料
の降下や炉内ガス分布の形成を阻害する結果となる場合
があった。

【０００９】本発明はこのような高炉の稼動後に、炉体
レンガの損傷が進行した場合においても、炉内の原料降
下や炉内ガス流分布の変動を与えない炉体プロフィール
を得ることを目的として、高炉炉壁レンガ支持構造及び
高炉操業方法を提案する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために模型実験を行い、新たな知見を得て完成した
もので、その技術手段は、高炉炉体鉄皮からレンガ支持
部材を炉内側へ突出させて炉壁レンガを支持する高炉炉
壁レンガ支持構造であって、シャフト部では水冷機構を
有する支持部材とし、炉腹部以下のレベルでは水冷機構
を有しない支持部材としたことを特徴とする高炉炉壁レ
ンガ支持構造である。

【００１１】これまでは炉腹部におけるレンガ損耗後の
冷却板の突出は装入物降下に何らかの悪影響を及ぼすこ
とが概念的に推察されていたが、具体的にどのような現
象が発生するかは明らかでなかった。今回の実験により
炉腹部における冷却板の突出は突出部より下方の部分の
炉内装入物の降下を停滞させ、温度上昇を招来し、炉体
損傷の一因となることが明らかになった。これを回避す
るには、炉腹部における冷却構造をレンガ損耗後の炉壁
プロフィールが平滑になるような構造を選定する必要が
ある。具体的にはト型ステーブを採用するか、前出の特
開平９−２９６２０５号公報に開示されているような、
冷却室を区画した冷却板を用い、内壁の損耗時に内部に
突出する冷却板先端を溶損させることが望ましい。先端
が溶損するタイプの冷却板は高価ではあるが、炉腹部に
限定して使用すればコスト増を抑制することができる。

【００１２】また上記知見に基づき、高炉操業方法とし
て、高炉炉体レンガ支持構造を水冷機構を有する支持構
造とし、炉腹部以下のレベルの支持部材の下方のレンガ
の残存厚を測定し、この残厚が所定値以下になったとき
炉腹部以下のレベルの支持部材の水冷を中止することを
特徴とする方法を開発した。この水冷を中止することに
よって支持部材が損耗し、上記レンガ支持構造を採用し
たときと同様の効果を得ることができる。上記レンガの
残厚の測定は適宜の方法を使用してよい。簡単にはシャ
フト圧測定用の管座を利用して、休風時に先端鉤型の金
棒やパイプなどを挿入して先端鉤部を炉内壁面に当てて
寸法を測定するなどの方法を使用することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】今回、縮小模型を用いて炉腹部に
レンガ損耗後の冷却板に相当する突出が存在した場合の
降下挙動を調査し、新規な知見を得た。模型は高炉と相
似形をしており、実炉のレースウェイに相当する箇所か
ら充填粒子を系外に排出する機構を有しており、実炉と
同様の装入物降下挙動を再現することができる。シャフ
ト上部に突出部を設置した場合と設置しない場合の壁面
近傍の粒子降下速度の測定結果を図４に示した。図４は
高炉シャフト部２２の縦断面の炉壁３１を模式的に示し
たもので、炉壁３１の内面に突出部３２が突出してい
る。突出部３２の上下位置における装入物の降下速度を
示すグラフを炉壁３１の右側に高さ位置を合わせて並べ
て示した。曲線４１は突出部３２がある時のグラフ、曲
線４２は突出部がないときの降下速度を示すものであ
る。図４によれば、突出部３２より上方の部分では炉内
装入物の降下が停滞するが突出部３２より下方の部分で
は突出部が無い場合と同様の傾向を示し、降下は停滞し
ない。シャフト下部に突出部を設置した場合の実験結果
を図５に示した。図５も図４と同様の表示を示す図で、
曲線４３は突出部３２がある時の降下速度のグラフ、曲
線４４は突出部がないときの降下速度を示すものであ
る。シャフト上部に突出部を設置した図４の場合と同様
の結果を示し、突出部３２より上方の部分では降下が停
滞するが突出部３２より下方の部分では降下は停滞しな
い。これらに対し、炉腹部に突出部が存在した場合の壁
面における降下速度分布を図６に示した。図６も図４と
同様の表示を示した図である。図６の曲線４５に示すよ
うに、突出部３２があるときは、突出部ないときの曲線
４６に比し、突出部３２の上方の部分のみならず、突出
部３２の下方の部分でも炉内装入物の降下が停滞するこ
とが明らかとなった。

【００１４】以上を整理すると、壁面に設置した突出部
より下方の部分については、炉腹部では荷下がり停滞が
発生するが、シャフト部では発生しない。このように高
さ方向で挙動が異なる理由は充填層の応力場の違いに対
応していると推定される。鉄と鋼６８（１９８２）Ｐ．
９３６に高炉模型における応力場の測定結果が記載され
ている。粉体圧係数（水平方向粉体圧と鉛直方向粉体圧
との比）がシャフト部では１未満、炉腹部以下では１以
上であり、それに対応して降下状態の挙動が異なるもの
と考えられる。このことを先の実験結果と対比させる
と、粉体圧係数が１未満の領域では突出部の下方の部分
で降下が停滞しないが、粉体圧係数が１以上の領域では
突出部の下方の部分で降下が停滞する。炉腹部のような
高温部における固体の降下の停滞は、熱流比を著しく低
下させ温度上昇の要因となり、炉体損傷を助長する結果
になると推察されるので、これを避けることが肝要であ
る。本発明では、これを実現する手段として、シャフト
部と炉腹部とで支持部材の種類を変える技術、又は同様
の効果を得る操業方法を提供した。

【００１５】

【実施例】高炉１の炉腹部のレンガ支持構造としてト型
ステーブ２を採用した高炉Ａの炉体温度測定結果を図１
に曲線４で示した。一方、レンガ支持構造として水冷冷
却板３を採用した高炉Ｂの炉体温度測定結果を図２に曲
線５で示した。図１、図２は高炉１の炉壁の模式的縦断
面図にその高さ方向に対応する位置のレンガ温度を示す
グラフを付して示したものである。両方の炉Ａ、Ｂは共
に火入れから１０年以上経過しており、休風時の調査か
ら炉腹部のレンガは残存していないことが確認されてい
る。シャフト部では両高炉の炉体温度分布はほぼ同様で
あるが、炉腹部では高炉Ａに比べ、高炉Ｂは冷却板３の
下方の部分で温度が高い。また、高炉Ｂでは炉腹部のス
テーブの破損も発生しており、先の模型実験結果から推
定されるように炉腹部では突出部が自然に損耗する冷却
構造を採用した方が望ましいことが実炉でも明らかとな
った。

【００１６】この高炉Ｂにおいて、炉腹に設置された冷
却板３ａの冷却水を停止したところ、停止後約１ケ月経
過した時点で、炉体温度測定結果は図２の曲線５ｂに示
したようになった。炉腹部で冷却板３ａの下方に存在し
ていたレンガ温度の高温部は解消された。

【００１７】これにより、炉腹部以下のレベルでの水冷
式の支持部材に関しては、レンガ残厚を測定し、これが
所定値以下の値、たとえば当該位置におけるレンガ残厚
が０ｍｍになった時に支持部材の水冷を停止し、支持部
材の突出部分を損耗させることで、結果的に炉体プロフ
ィールを平滑化することが炉内の原料の降下を安定させ
ることに繋がり、炉体温度の上昇を抑えることができる
ことが判る。

【００１８】

【発明の効果】充填層の粉体圧係数が１以上となる炉腹
部以下のレベルにおける炉体冷却装置として、レンガ損
耗後の炉内壁面プロフィールが平滑となるようにレンガ
支持体を選定することにより装入物の降下停滞を抑制す
ることができ、炉体損傷防止に寄与する。また、高炉炉
体レンガ支持構造を、水冷機構を有する支持構造とし、
炉腹部以下のレベルの支持部材の下方のレンガの温度に
応じて炉腹部以下のレベルの支持部材の水冷を中止する
こととすると、同様の効果を得ることができ好ましい。

【図面の簡単な説明】

【図１】ト型ステーブ方式高炉の炉体温度測定例を示す
図である。

【図２】冷却板方式高炉の炉体温度測定例を示す図であ
る。

【図３】高炉の各部の説明図である。

【図４】シャフト上部に突出部がある場合の装入物降下
速度変化を示す図である。

【図５】シャフト下部に突出部がある場合の装入物降下
速度変化を示す図である。

【図６】炉腹部に突出部がある場合の装入物降下速度変
化を示す図である。

【図７】ト型ステーブ方式の火入れ時とレンガ損耗時の
炉壁プロフィールを示す図である。

【図８】冷却板方式の火入れ時とレンガ損耗時の炉壁プ
ロフィールを示す図である。

【符号の説明】

１ 高炉 ２ ト型ステーブ ３、３ａ 冷却板 ４、５，５ｂ 曲線 １１、１１ａ、１１ｂ 壁面プロフィール １２、１２ａ ト型ステーブ １３ 冷却水管 １４ ト型部（突起） １５ レンガ １６ 冷却板 ２１ 炉口部 ２２ シャフト部 ２３ 炉腹部 ２４ 朝顔部 ２５ 炉床部 ２６ 羽口 ３０ 高炉模型 ３１ 炉壁 ３２ 突出部 ３３ 炉中心 ４１、４２、４３、４４、４５、４６ 曲線

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉炉体鉄皮からレンガ支持部材を炉内
   側へ突出させて炉壁レンガを支持する高炉炉壁レンガ支
   持構造であって、シャフト部では水冷機構を有する支持
   部材とし、炉腹部以下のレベルでは水冷機構を有しない
   支持部材としたことを特徴とする高炉炉壁レンガ支持構
   造。
2. 【請求項２】 高炉炉体レンガ支持構造を水冷機構を有
   する支持構造とし、炉腹部以下のレベルの支持部材の下
   方のレンガの残厚を測定し、残存レンガ厚が所定値以下
   と確認されたとき炉腹部以下のレベルの支持部材の水冷
   を中止することを特徴とする高炉操業方法。