JP2005194567A - 高炉構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 高炉操業を安定化させ、融着帯の基部及び塊状物の支持を安定化して、羽口の曲損や炉体損傷の抑制、更には防止を図れる高炉構造を提供する。
【解決手段】 高炉１５の朝顔部１７の下端から羽口１８の上端までの領域１９に、冷却部材２１、２２を高炉１５の鉄皮１１を貫通して炉内に挿入するに際し、冷却部材２１、２２の先端を、朝顔部１７の内壁の内側傾斜面２６の延長線位置を基準として、炉内側２００ｍｍの位置から炉外側１００ｍｍの位置の範囲内に配置した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、高炉構造に係り、更に詳細には高炉操業によって変化した高炉の炉内形状を復元することも可能な高炉構造に関する。

従来、図３、図４に示すように、高炉８０には、炉内の高温ガスから鉄皮８１を保護するため、鉄皮８１内面に複数のステーブクーラ８２〜８５が配置されている。このステーブクーラ８２〜８５は、鋳鉄又は銅で製造され、その内部に複数の冷却水路が設けられており、この水路に冷却水を流すことで、鉄皮８１を冷却し保護している。なお、ステーブクーラ８２〜８５の内側表面には、更に耐火煉瓦（耐火物）８６、８７が配置され、炉内の高温ガスによるステーブクーラ８２〜８５の損傷を抑制している。
しかし、高炉８０の操業に伴い、図３、図４に示すように、耐火煉瓦８６、８７の脱落、摩耗、浸食等が起こり、ステーブクーラ８２〜８５の表面の耐火煉瓦８６、８７が損耗したり、なくなっていた。このため、鉄皮８１に赤熱現象が多く発生し、亀裂が発生する恐れがあった。

そこで、特許文献１には、耐火煉瓦８６、８７やステーブクーラ８２〜８５の損傷に伴う鉄皮８１の赤熱、亀裂の発生防止のため、冷却盤設置位置に挿入可能で、モルタルの圧入が可能な注入孔が設けられた冷却盤が提案されていた。
これにより、モルタルを冷却盤近傍まで確実に施工できるため、炉内の上昇ガスに伴う圧入材の脱落防止が図れて鉄皮８１温度の上昇を回避でき、しかも鉄皮８１にモルタルの注入口を設ける必要がなくなるため、鉄皮８１の強度の維持も図れる。

実開昭５６−１５７６５号公報

しかしながら、前記従来の冷却盤には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
特許文献１に記載されているように、冷却盤は鉄皮８１を保護することを目的とするものであるため、高炉８０の熱負荷が高い炉腹部（シャフト部）に設置されている。このため、高炉８０の下側に位置する朝顔部（上方へ向かって拡径した部分）８８から羽口８９の上端へかけての耐火煉瓦８７は、やはり損傷し易い。

従って、正常な状態の高炉では、朝顔部８８から羽口８９の上端へかけて設けられた耐火煉瓦８７が、炉内の融着帯の基部及び炉腹部（支持領域）で付着成長した塊状物（例えば、鉄、カーボン等）を支持できるが、この耐火煉瓦８７がなくなった場合、図３、図４に示すように、融着帯の基部及び塊状物９０〜９２の支持が不安定になる。なお、図４中のレースウェイとは、羽口８９から炉内に吹き込まれた熱風を示すものである。
その結果、高炉操業が不安定になったり、塊状物の脱落時に羽口８９の曲損を招くトラブルが生じたり、また、朝顔部８８から羽口８９の上端へかけて設けられたステーブクーラ８４、８５の熱負荷の増大による鉄皮８１の損傷を生じる恐れがあった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、高炉操業を安定化させ、融着帯の基部及び塊状物の支持を安定化して、羽口の曲損や炉体損傷の抑制、更には防止を図れる高炉構造を提供することを目的とする。

前記目的に沿う請求項１記載の高炉構造は、高炉の朝顔部の下端から羽口の上端までの領域に、冷却部材を前記高炉の鉄皮を貫通して炉内に挿入するに際し、該冷却部材の先端を、前記朝顔部の内壁の内側傾斜面の延長線位置を基準として、炉内側２００ｍｍの位置から炉外側１００ｍｍの位置の範囲内に配置した。
請求項１記載の高炉構造において、朝顔部の内壁の内側傾斜面の延長線位置とは、例えば、朝顔部に配置された耐火煉瓦がなくなった場合は、ステーブクーラが内壁を構成するため、このステーブクーラの内側傾斜面の延長位置を意味する。また、朝顔部に配置された耐火煉瓦がステーブクーラの内側に残存している場合は、残存する耐火煉瓦が内壁を構成するため、この耐火煉瓦の内側傾斜面の延長位置を意味する。

請求項１記載の高炉構造において、冷却部材の先端が、前記した基準位置から炉外側１００ｍｍの位置よりも炉外側、即ち炉内方向への挿入長さが短過ぎる場合、例えば、朝顔部の内壁に沿って下方へ落下する塊状物等が、冷却部材に付着しにくくなり、融着帯の基部の支持が不安定となるため高炉操業が不安定になる恐れがある。また、落下する塊状物等は、冷却部材に付着することなく下方へ落下するため、羽口先に当たって羽口の曲損を招く恐れがある。
一方、冷却部材の先端が、前記した基準位置から炉内側２００ｍｍの位置よりも炉内側、即ち炉内方向への挿入長さが長過ぎる場合、例えば、落下する塊状物等が冷却部材に接触することで、冷却部材が破損や曲損する恐れがある。

従って、高炉操業を安定に行い、羽口の曲損を招くことなく、しかも冷却部材の破損や曲損を抑制、更に防止するためには、冷却部材の先端を、朝顔部の内壁の内側傾斜面の延長線位置を基準として、炉内側２００ｍｍの位置から炉外側１００ｍｍの位置の範囲内、好ましくは炉内側１５０ｍｍの位置から炉外側５０ｍｍの位置の範囲内、更には炉内側１５０ｍｍの位置から延長線上の位置の範囲内で、高炉の炉内に挿入することが好ましい。

請求項２記載の高炉構造は、請求項１記載の高炉構造において、前記冷却部材は前記高炉の高さ方向及び円周方向に複数設けられ、隣り合う前記冷却部材の隙間を２００〜３００ｍｍにした。
請求項２記載の高炉構造において、高炉の高さ方向及び円周方向に複数設けられる隣り合う冷却部材は、その隙間が略等しくなるように設けることが好ましいが、例えば、設置可能な場所の制約条件等により、２００〜３００ｍｍの範囲内で異なる隙間で設けることも可能である。

なお、隣り合う冷却部材の隙間が２００ｍｍ未満の場合、冷却部材の能力が過剰となり、例えば、冷却部材の数が余分に必要となって経済的でなく、しかも設置作業に要する時間も長くなり作業性が悪くなる。
一方、隣り合う冷却部材の隙間が３００ｍｍを超える場合、冷却能力が不足し、塊状物を冷却部材に付着させることができない。
従って、冷却部材を経済的に作業性よく高炉に設置でき、しかも塊状物を安定な状態で冷却部材に付着させるためには、隣り合う冷却部材の隙間を２００〜３００ｍｍ、好ましくは２００〜２８０ｍｍ、更には２２０〜２８０ｍｍにすることが好ましい。

請求項１及び２記載の高炉構造は、高炉の朝顔部の下端から羽口の上端までの領域に、冷却部材の先端を、朝顔部の内壁の内側傾斜面の延長線位置を基準として、炉内側２００ｍｍの位置から炉外側１００ｍｍの位置の範囲内に設けるので、例えば、従来高炉操業に伴って耐火物がなくなっていたこの領域に、冷却部材を介して付着物を積極的に付着させてセルフライニングすることができる。これにより、融着帯の基部の支持を安定にして高炉操業を安定化させ、しかも高炉の炉腹部で付着成長した塊状物の支持を安定化し、例えこの塊状物が落下したとしても、付着物上を滑走させて落下させることができるので、羽口の曲損や炉体損傷の抑制、更には防止を図れる。

請求項２記載の高炉構造は、高炉の高さ方向及び円周方向に所定の隙間を有して複数の冷却部材を設置するので、早期に付着物の形成が可能になる。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る高炉構造を適用した場合の炉内現象の説明図、図２（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る高炉構造に使用する冷却部材の正面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のａ−ａ矢視断面図である。

図１、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る高炉構造は、高炉の炉壁形成装置（以下、単に炉壁形成装置ともいう）１０を、鉄皮１１と鉄皮１１の内面側に配置されたステーブクーラ１２〜１４とを有する高炉１５に設置するものである。なお、この炉壁形成装置１０は、高炉１５の建造時においてステーブクーラ１２〜１４の内面側に配置された耐火煉瓦１６が脱落、摩耗、浸食等によって損耗、又はなくなった場合に、高炉１５の下側にある朝顔部１７（高炉１５の上方に向かって拡径した部分）の下端から羽口１８の上端までの領域１９に、付着物で構成される堆積物２０を形成して、炉内形状を修復することも可能な装置である。以下、詳しく説明する。

炉壁形成装置１０は、例えば、銅又は銅合金等の熱伝動性が良好な金属で構成され、平面視して長方形となった冷却盤（冷却部材の一例）２１、２２と、この冷却盤２１、２２の内部に設けられ、冷却水を流すことが可能な複数の冷却水用配管（図示しない）とを有している。この冷却盤２１は、冷却盤２２よりも幅狭となったものである。なお、炉壁形成装置１０には、冷却水用配管に接続される冷却水供給管２３、２４と、これに冷却水を供給する圧送ポンプ（図示しない）とを有している。

冷却盤２１、２２は、高炉１５の下側にある朝顔部１７の下端位置から羽口１８の上端位置までの領域１９に配置された上下に隣り合うステーブクーラ１３、１４の継目（目地）２５に、高炉１５の鉄皮１１を貫通して挿入し固定されている。このとき、冷却盤２１、２２の先端は、朝顔部１７の内壁を構成するステーブクーラ１２及びステーブクーラ１３の上部の内側傾斜面２６の延長線位置、即ち仮想プロフィール（仮想面）２７を基準として、炉内側２００ｍｍの位置から炉外側１００ｍｍの位置の範囲内に配置されている。
なお、ここでは、冷却盤２１、２２を、高炉１５の円周方向にのみ設けているが、更に高炉１５の高さ方向に設けることも勿論可能である。

また、冷却盤２１、２２は、高炉１５の周囲に略等間隔、例えば、隣り合う各冷却盤２１の先部の隙間ｄ１、冷却盤２１の先部と冷却盤２２の先部との隙間ｄ２が、それぞれ２００〜３００ｍｍの範囲内となるように複数設けられている。なお、複数の冷却盤２１、２２は、高炉１５の周囲に異なる間隔で設けることも可能である。
この冷却盤２１、２２の総数は、高炉１５の大きさや冷却盤２１、２２による冷却能力などを考慮して決定され、例えば５０〜２００箇所程度、好ましくは１００〜１５０箇所程度（この実施の形態では、１つの羽口１８に３箇所とし、合計１２０箇所）としている。

以上のように構成することで、耐火煉瓦１６がなくなったステーブクーラ１２〜１４の表面側（高炉１５の中心側）に、例えば、粉コークス、スラグ等で構成された付着物を付着させてセルフコーティング層を形成させることができる。なお、耐火煉瓦１６がステーブクーラ１２〜１４の表面側（高炉１５の中心側）に残存している場合は、その表面に付着物を付着させることができる。

これにより、融着帯の基部及び塊状物の支持を安定にして高炉操業を安定化させることができ、しかもステーブクーラ１２、１３に沿って落下する塊状物２８〜３０を、付着物に沿って下方へ落下させることができる。なお、各ステーブクーラ１２〜１４は、鉄皮１１の外側に設けられた冷却水供給部３１〜３３からそれぞれ流入する冷却水によって冷却されている。

また、冷却部材に塊状物を付着させることで、耐火物がなくなっていた高炉１５の朝顔部１７の下端から羽口１８の上端までの領域１９に、朝顔部１７の内壁の内側傾斜面２６を延長した仮想プロフィール２７よりも、炉内側に突出した緩やかな傾斜角度を備えた堆積物２０を形成することもできる。これにより、高炉１５の炉内で生成する塊状物の脱落頻度を、従来よりも減少させることができる。

また、塊状物２８〜３０の脱落発生時においても、これらの塊状物２８〜３０は復元された堆積物２０の表面を滑り、羽口１８を避けるように下方へ落下させることができる。従って、高炉操業を安定化させ、融着帯の基部の支持を安定化して、羽口１８の曲損や炉体損傷の抑制、更には防止を図ることができる。

続いて、前記した炉壁形成装置１０の設置方法について、図１、図２（Ａ）、（Ｂ）を参照しながら説明する。
例えば、２〜３年間程度使用し、ステーブクーラ１２〜１４の表面から耐火煉瓦１６がなくなったり、また損傷した耐火煉瓦１６が残存した状態となった場合、高炉１５への送風が停止している状況下で、高炉１５への炉壁形成装置１０の設置を行う。

まず、高炉１５の下側にある朝顔部１７の下端から羽口１８の上端までの領域１９に位置するステーブクーラ１３、１４の継目２５に冷却盤２１、２２を挿入する。このとき、冷却盤２１、２２の先端が、朝顔部１７の内壁を構成するステーブクーラ１２及びステーブクーラ１３の上部の内側傾斜面２６を延長した仮想プロフィール２７の位置を基準として、炉内側２００ｍｍの位置から炉外側１００ｍｍの位置の範囲内に配置する。また、隣り合う冷却盤２１の隙間ｄ１、及び冷却盤２１と冷却盤２２の隙間ｄ２が、２００〜３００ｍｍとなる位置に、各冷却盤２１、２２の設置を行う。
このように、高炉１５の周囲に複数の冷却盤２１、２２を設置した後は、冷却盤２１、２２と、ステーブクーラ１３、１４、鉄皮１１との間に生じた隙間に、例えばモルタルを充填し、炉内の熱が外部へ漏れないようにする。

そして、冷却水を冷却水供給管２３、２４を介して各冷却盤２１、２２へ供給し、また再び高炉１５への送風を開始することで、高炉１５の炉内で生成し、冷却盤２１、２２に付着した付着物を冷却する。このとき、冷却盤２１、２２の下方は淀み部となっているため、この部分にも安定して付着物を残存させることができるため、付着物を領域１９に堆積させて炉内形状の復元を行うこともできる。
これにより、高炉操業を安定化させ、融着帯の基部及び塊状物の支持を安定化して、羽口の曲損や炉体損傷の抑制、更には防止を図ることができる。

以上、本発明を、一実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の高炉構造を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。

また、前記実施の形態においては、高炉への冷却部材の設置を、高炉操業中（休風中）に行った場合について説明したが、高炉操業前（高炉建造時）に設置することも可能である。
そして、前記実施の形態においては、冷却部材の形状が平面視して長方形となった場合について説明したが、この形状に限定されるものでなく、例えば、棒状等にすることも可能である。

本発明の一実施の形態に係る高炉構造を適用した場合の炉内現象の説明図である。 （Ａ）は本発明の一実施の形態に係る高炉構造に使用する冷却部材の正面図、（Ｂ）は図２（Ａ）のａ−ａ矢視断面図である。 耐火煉瓦が不健全な状態での高炉の朝顔部から羽口へかけての説明図である。 耐火煉瓦が不健全な状態での炉内現象の説明図である。

符号の説明

１０：高炉の炉壁形成装置、１１：鉄皮、１２〜１４：ステーブクーラ、１５：高炉、１６：耐火煉瓦、１７：朝顔部、１８：羽口、１９：領域、２０：堆積物、２１、２２：冷却盤（冷却部材）、２３、２４：冷却水供給管、２５：継目、２６：内側傾斜面、２７：仮想プロフィール、２８〜３０：塊状物、３１〜３３：冷却水供給部

Claims (2)

1. 高炉の朝顔部の下端から羽口の上端までの領域に、冷却部材を前記高炉の鉄皮を貫通して炉内に挿入するに際し、該冷却部材の先端を、前記朝顔部の内壁の内側傾斜面の延長線位置を基準として、炉内側２００ｍｍの位置から炉外側１００ｍｍの位置の範囲内に配置したことを特徴とする高炉構造。
2. 請求項１記載の高炉構造において、前記冷却部材は前記高炉の高さ方向及び円周方向に複数設けられ、隣り合う前記冷却部材の隙間を２００〜３００ｍｍにしたことを特徴とする高炉構造。

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