JP2013036109A - 高炉炉体冷却用ステーブの交換方法 - Google Patents

Abstract

【課題】損傷ステーブを交換する際に、原料の流出防止と確実なシールならびに施工精度の向上、交換作業の簡易化、低コスト化を達成することができる高炉炉体冷却用ステーブの交換方法を提案する。
【解決手段】高炉炉体損傷部の鉄皮を溶断し、その位置に更新ステーブユニットを重ね合わせて配設し、次いで、そのユニットを炉内側に損傷部の鉄皮および損傷ステーブごと加圧して炉内に向けて押し込むことによりステーブの交換を行なう方法において、上記更新ステーブユニットとして、シール板つき更新鉄皮、更新ステーブおよびその両者の間に耐火物を配置して予め組み立ててなるものを使用する方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉炉体冷却用ステーブの交換方法に関し、特に損傷したステーブに代えて新しいステーブを置き換えることで交換を果す方法について提案する。

従来、高炉炉体中の損傷したステーブは、高炉改修時にあわせて取り換えるか、操業中の場合には、長期休風して炉内装入物レベルを炉壁損傷部位まで下げる減尺休風を行なってから取り換える方法が一般的である。

例えば、後者のように、高炉操業中に炉体の損傷した部位にある損傷したステーブ等を交換するには、上述したように、長期休風して炉内装入原料のレベルを損傷部位下にまで下げてから施工する必要があった。このような方法だと、炉内の装入原料のレベルを下げるために、
ａ．長期休風をすることになるため、炉内温度が低下し、交換後の立ち上げ操業が難しく、炉の冷え込み事故につながりやすいこと、
ｂ．炉内雰囲気温度を下げるための散水装置やガス分析装置、ステーブ等の昇降装置、位置調整装置などの専用設備の設置が必要となるためコスト高となること、
などの問題があった。

しかしも、もし交換部位にまだ装入原料（装入物）が堆積している状態で、炉の外側よりステーブを取り換えようとすると、通常、その部位の鉄皮を切断しなければならない。この場合、炉内にある高温の原料（装入物）や耐火物が切断したその開口部より炉外へ流出することになり、非常に危険であった。

一般に、高炉炉体冷却装置、即ちステーブは、高炉の鉄皮を冷却する最も有効な手段であり、特に炉内ガスに対するシール性に優れていることから、大型高炉の炉体冷却装置として採用されている。

しかし、このステーブは、高炉鉄皮の炉内側のほぼ全面にボルト等にて取付けられているため、損傷や水もれなどが生じても簡単に補修したり取り換えたりすることは困難であり、中・長期休風による炉壁補修時までそのステーブへの通水をストップして対処するしかなかったのである。

そのため、損傷したステーブが位置する部位の鉄皮が赤熱し、変形やクラックを多発して、高炉の寿命を短かくする原因ともなっていた。

このような現象に対し、特許文献１では損傷したステーブに対面する部位の鉄皮を溶断し、同部位に同形状の新しいステーブのユニットを重ねて押圧することにより、損傷部分ごとに炉内に押し込み、そこに新ステーブユニットを置き換え配設するという新しい考え方を提案している。

特公昭５７−３８６４５号公報

しかし、特許文献１に記載の方法の場合、ユニットを構成している耐火物が、キャスタブル耐火物（不定形耐火物）を加熱乾燥して固化させた耐火物、即ち塑性を示さない定形耐火物であるため、ハンドリング時や特にジャッキによる加圧時にひび割れ破損を起しやすく、鉄皮面に沿ってひび割れや隙間を生成して炉内ガスの新たな通路を形成し、鉄皮の損傷を却って促進するという問題があった。

そこで、本発明の目的は、炉内装入物レベルの降下を行なうことなしに損傷ステーブを交換する際に、原料の流出防止と確実なシールならびに施工精度の向上、交換作業の簡易化、低コスト化を達成することができる高炉炉体冷却用ステーブの交換方法を提案することにある。

特許文献１に記載されているような従来技術が抱えている前述の課題を克服することができると共に、前記目的を実現することができる方法として、発明者らは、下記の要旨構成に見られる本発明方法を開発した。

即ち、本発明は、高炉炉体損傷部にある損傷ステーブを、炉内装入物レベルの減尺を行なうことなしに更新ステーブに交換するに際し、まず、損傷ステーブに対面する部位の炉体鉄皮を溶断し、その溶断部位の鉄皮に添わせて更新ステーブのユニットを配設し、次いで、そのユニットを炉内側に損傷部の鉄皮および損傷ステーブごと加圧して炉内に向けて押し込むことによりステーブの交換を行なう方法において、
上記更新ステーブのユニットとして、シール板つき更新鉄皮、更新ステーブおよびその両者の間に耐火物を介在させてなるユニットを作製してこれを使用することを特徴とする高炉炉体冷却用ステーブの交換方法である。

なお、本発明に係るの高炉炉体冷却用ステーブの交換方法については、
（１）前記シール板つき更新鉄皮は、その更新鉄皮の外周に炉外方向を向くシール板を突設したものであること、
（２）前記耐火物は、ステーブ本体の鉄皮に対面する側の面に、成形耐火物もしくは金網を介して変形可能に保持してなるプラスチック耐火物のいずれかであること、
（３）前記プラスチック耐火物は、ステーブ本体と略同形の可塑性板状体を保湿シートで被覆したものであること、
がより好ましい解決手段になると考えられる。

前記のような構成に従う本発明に係る高炉炉体冷却用ステーブの交換方法によれば、更新するステーブのユニットを使って損傷したステーブごと炉内に向けて押し込んで入れ換えることで、特に、更新鉄皮の外周にシール板を取付けたものを用いるので、鉄皮開口部分を常にシールした状態での交換作業ができるので、炉外への原料の流出を防止することができると共に、確実なシール（目封じ）と施工精度の向上とを達成することができる他、ステーブ交換作業を安全に行なうことができる。

また、本発明方法によれば、炉内の装入原料レベルを損傷（交換）位置まで下げる減尺休風を行なう必要がなくなるため、炉内温度の低下による立ち上げ操業の失敗リスクや専用設備設置のためのコストアップなどの問題を解消することができる。

本発明で用いる更新ステーブユニットの略線図である。 本発明方法を説明する図である。 本発明方法を説明する工程図である。

本発明は、高炉の炉体冷却装置として用いられていたステーブのうち、現に損傷したステーブを、従来のように高炉内の装入原料のレベルを降下させる操業（減尺休風）を行なうことなく、更新ステーブと交換する方法である。しかも、その交換作業に際し、特に損傷したステーブを炉外に取り出すのではなく、その損傷ステーブの位置している部位の鉄皮を溶断（切断）してから、その溶断部位の損傷鉄皮外面に新しい更新ステーブのユニットを添わせ（重ね合わせ）た状態に配設し、そして、これらを一緒に炉内に向けて押し込むことにより、両者を入れ換える方法である。その際に、本発明では、入れ換えるべき新設の更新ステーブとして、シール板つき更新鉄皮、耐火物、更新ステーブ本体とを予め組み付けてなる更新ステーブユニットを用いる。

その更新ステーブユニットの構成として、本発明では、更新ステーブの炉外側の面と更新鉄皮の炉内側の面との間に、熱的に安定した骨材に結合材としてアルミナセメントを配合し、水と混練したキャスタブルを乾燥固化してなる定形耐火物や、熱的に安定した骨材に粘土を配合し可塑性をもたせた練土状のプラスチック耐火物を介在させてユニット化したものを用いることが好ましい。なお、このユニットの組み付けには更新鉄皮と更新ステーブの本体とを鋼線で繋ぐかボルト等を使うことが好ましい。

なお、更新ステーブユニットに使用する耐火物としてプラスチック耐火物を用いる理由は、この耐火物はキャスタブルを加熱硬化（固化）させて得た定形耐火物に比べると、ユニットを押圧するときに可塑性に優れていることから、損傷ステーブを炉内に押し込むときの大きな圧力に対してもよく順応し、ユニットに対して均一な押し込み圧力をかけることができる一方で、キャスタブル定形耐火物のように割れたり、脱落したりすることがないからである。しかも、加圧時にステーブ本体のまわりに食み出して、隣接ステーブとの隙間を埋めるように作用し、このことが施工後の耐火・断熱効果がより優れたものにするからでもある。

かかるプラスチック耐火物とは、耐火骨材と耐火粘土粉末を混合し、これに水とバインダーを加えて練土状にした可塑性のある打ち込み施工用耐火物であって、所謂、湿式吹き付け施工や流し込み施工が主のキャスタブル定形耐火物とは異なり、一定の変形性を備えかつ、成形時に、一定の可塑性を示す耐火物が好適に用いられる。例えば、最高使用温度が１５００℃以上のＡｌ_２Ｏ_３系、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−ＺｒＯ_２系などの耐火物が用いられるが、一般には、Ａｌ_２Ｏ_３：４０〜９０ｍａｓｓ％、ＳｉＯ_２：１０〜６０ｍａｓｓ％、ＺｒＯ_２：５〜２０ｍａｓｓ％の組成を有するものなどが有用である。

図１（ａ）、（ｂ）は、本発明の方法に用いて好適な更新ステーブユニットＳｕを示すもので、図示の１は新設の更新ステーブの本体、２は耐火物、３ｎは更新鉄皮を示す。その耐火物２がプラスチック耐火物の場合には、好ましくは施工時まで乾燥硬化するのを防ぐために、保湿シート４、例えばナイロン（ＮＹ）やポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などのプラスチックフィルムにて包囲したものあるいは袋詰めしたものを用いると共に、その耐火物がステーブ本体１から脱落することがないように、炉外側の面を亀甲状の金網５や針金等で覆うことにより固定したものを用いることが好ましい。なお、保湿シート４としては一軸もしくは二軸延伸フィルムなどを用いた方が、施工時にこのフィルムを切り裂いて施工に備えるようにしたものがより好適である。

次に、本発明方法に従う高炉炉体冷却用ステーブの具体的交換方法について、図２、図３に基づき説明する。図示した施工手順に示すように、損傷ステーブ１ｄがある場合、まず、その損傷ステーブ１ｄに接続されている給水を停止し、鉄皮外側の給水配管Ｐを切断する（工程ｂ）。次に、そこに、ホースなどの仮設配管Ｐ’を取付けて正常な部位にあるステーブへの給水を継続する（工程ｃ）。次いで、損傷部位にある既設の損傷鉄皮３ｄをステーブ外形に略沿って溶断する（工程ｄ）。

なお、上記の施工工程とは別に、前述した更新ステーブユニットＳｕを予め組み付けておく（工程ｅ）。この更新ステーブユニットＳｕは、最外層にシール板つき更新鉄皮３ｎ、その内側に耐火物２、さらにその内側に更新ステーブ１ｎが予め一体に組み付けられたものである。なお、更新鉄皮３ｎの外周（好ましくは四方）には炉外方向に向けて突設したシール板Ｓが固着されている。このシール板Ｓは、後述する既設鉄皮を溶断したときに、その溶断面（端面）に大きな隙間ができると共にそこがきれいに切断できていないと、後で更新鉄皮３ｎと嵌合させにくいだけでなく、溶接が困難になったり、完全な溶着が阻害されてシール不良を招くのを防ぐのに効果がある。即ち、このシール板Ｓは溶接接合部の確実なシールを行なうために、溶断部隙間に介在させかつ溶接接合するときに有効である。そのために、このシール板Ｓは、炉外方向に突設した状態に固着しておくことが望ましい。

次に、前記工程（ｄ）が終ったら、前記損傷部位の鉄皮３ｄ外側に仮設ジャッキ７を正常部位の既設鉄皮を介して設置すると共に、その仮設ジャッキ７の前面、即ち、損傷鉄皮３ｄ、損傷ステーブ１ｄと重ね合わせるように添わせて、前記更新ステーブユニットＳｕを配設する（工程ｆ）。

次いで、前記仮設ジャッキ７を作動させて更新ステーブユニットＳｕを炉内方向に向けて加圧し、その前面にある損傷鉄皮３ｄ、損傷ステーブ１ｄごと炉内の装入物６中に押し込むと共に、損傷鉄皮３ｄとの既設鉄皮溶断面（端面）１ｅを研削して手入れを行ない、前記シール板Ｓがちょうど嵌まり合うようにする（工程ｇ）。

その後、仮設ジャッキ７を使って更新ステーブユニットＳｕを再び引き戻して、正常な既設鉄皮面との面合わせを行なってから、もし必要なら縦目地部にキャスタブルの充填を行なった後、既設鉄皮１ｅと更新鉄皮３ｎとを溶接して施工作業を完了する（工程ｈ）。

なお、前述の施工作業に当たっては、高炉の操業は一旦停止（休止）し、工程（ｄ）のあと溶断隙間（５ｃｍ程度）部分に水ボタ等の不定形耐火物を充填して炉内原料の流出防止を図ることが好ましい。

なお、更新ステーブユニットＳｕを損傷ステーブ１ｄごと炉内原料中に押し込むための力は、開口部が約１．５ｍ×２ｍ程度の場合、２５０〜４００トンが必要となる。
これは、ランキンの土圧理論の式より導き出せる。
Ｐ＝Ｋｐ×γ×ｈ
Ｐ：原料を押し込む場合の圧力（ｔｏｎ／ｍ^２）
Ｋｐ：受動土圧係数 Ｋｐ＝ｔａｎ＾２（４５°＋Φ／２）
γ：コークス＋鉱石の見かけ比重 １．２３〜１．４ｔ／ｍ^３
ｈ：土面の高さ ２０．６ｍ
Φ：内部摩擦角 ３５〜４５°
として、計算すると、Ｐは約９０〜１５０ｔｏｎ／ｍ^２となる。ステーブ１枚は１．４ｍ×２．０ｍなので損傷ステーブのユニットを原料内に押し込むのに必要な力はＰ×（１．４×２．０）＝２５０〜４００トンと想像されるのである。

こうした本発明による交換方法によれば、炉内堆積原料レベルを下げるための専用設備の設置が不要となると共に、高炉の減尺操業が不要となるだけでなく、減尺操業後の立ち上げに失敗するリスクがなくなる。

本発明の技術は、高炉の冷却装置（ステーブ）の交換技術であるが、他の冶金炉の炉体冷却装置の交換技術としても応用が可能である。

１ｎ 更新ステーブ
１ｄ 損傷ステーブ
２ 耐火物
３ｎ 更新鉄皮
３ｄ 損傷鉄皮
５ 金網
６ 炉内装入物
７ ジャッキ
Ｓｕ 更新ステーブユニット
Ｓ シール板

Claims (4)

1. 高炉炉体損傷部にある損傷ステーブを、炉内装入物レベルの減尺を行なうことなしに更新ステーブに交換するに際し、まず、損傷ステーブに対面する部位の炉体鉄皮を溶断し、その溶断部位の鉄皮に添わせて更新ステーブのユニットを配設し、次いで、そのユニットを炉内側に損傷部の鉄皮および損傷ステーブごと加圧して炉内に向けて押し込むことによりステーブの交換を行なう方法において、
   上記更新ステーブのユニットとして、シール板つき更新鉄皮、更新ステーブおよびその両者の間に耐火物を介在させてなるユニットを作製してこれを使用することを特徴とする高炉炉体冷却用ステーブの交換方法。
2. 前記シール板つき更新鉄皮は、その更新鉄皮の外周に炉外方向を向くシール板を突設したものであることを特徴とする請求項１に記載の高炉炉体冷却用ステーブの交換方法。
3. 前記耐火物は、ステーブ本体の鉄皮に対面する側の面に、成形耐火物もしくは金網を介して変形可能に保持してなるプラスチック耐火物のいずれかであることを特徴とする請求項１または２に記載の高炉炉体冷却用ステーブの交換方法。
4. 前記プラスチック耐火物は、ステーブ本体と略同形の可塑性板状体を保湿シートで被覆したものであることを特徴とする請求項３に記載の高炉炉体冷却用ステーブの交換方法。

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