JP2018016857A - 高炉設備の補強構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉設備における環状管の揺れを抑制することができ、しかも補強の手間を低減できる高炉設備の補強構造を提供する。【解決手段】高炉本体１１と、高炉本体１１を囲む炉体櫓１３と、高炉本体１１の周囲を所定高さで囲み、熱風本管からの熱風を高炉本体１１へ供給する環状管１５と、を備えた高炉設備の補強構造において、環状管１５を径方向及び周方向に非拘束状態で炉体櫓１３に吊り下げる可動吊下げ部２１と、環状管１５を周方向及び径方向に拘束して高炉本体１１の側壁１１ａに固定する固定部２５と、を備えている。【選択図】図２

Description

本発明は、高炉本体と炉体櫓と環状管とを備えた高炉設備の補強構造に関する。

従来、高炉設備は、高炉本体と、高炉本体に連結された種々の設備とを備えている。例えば高炉本体を囲んで立設された炉体櫓や、高炉本体の所定高さの周囲に配置されて、熱風を高炉本体へ供給する環状管等を備えている。そして、環状管には、熱風炉からの熱風が供給されるように熱風本管が接続されている。

従来の高炉設備１０Ａは、図９に示すように、環状管１５が炉体櫓１３の高さ方向の中間部分に設けられる梁１３Ｂに対して上下ロッド３３により上下方向に固定され、また櫓柱１３Ａと第１つなぎロッド３１により横方向に固定され、さらに高炉本体１１と第２つなぎロッド３２により高炉本体１１の放射方向に固定されていた。
また、近年では、高炉設備における巨大地震対策として、例えば特許文献１に示すように高炉本体と炉体櫓との間を連結制震装置により連結することで、耐震性能を向上させる技術が提案されている。

特許第４７４６７１８号公報

しかしながら、従来の高炉設備の巨大地震対策では、例えば特許文献１に示されるように、高炉本体に対して施されるものであった。ところが高炉設備では、高炉本体と高炉本体の周りに立設されている炉体櫓とで、揺れ（振動モード）が大幅に異なる場合が存在し、炉体櫓の揺れが高炉本体の揺れに比べて大きくなる可能性があることが解析により明らかになっている。
この場合、高炉本体に熱風を供給する環状管は、高炉本体と炉体櫓との両方に固定されているため、両者からの異なる大きな振動が入力され、顕著な場合には例えば環状管から高炉本体に熱風を供給する熱風支管が高炉本体から外れてガス漏れやコークスが流出したり、熱風本管が破断してガス漏れが生じるおそれがあり、巨大地震対策の新たな課題が見いだされ、その点で改善の余地があった。

また、特許文献１のように連結制震装置を用いて高炉本体と炉体櫓との間を連結する補強方法では、取付け位置の制限を受け、設置作業が大掛かりとなるため、施工にかかる手間が大きいという問題があった。

本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、高炉設備における環状管の揺れを抑制することができ、しかも補強にかかる手間を低減することができる高炉設備の補強構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る高炉設備の補強構造は、高炉本体と、前記高炉本体を囲む炉体櫓と、前記高炉本体の周囲を所定高さで囲み、熱風本管からの熱風を前記高炉本体へ供給する環状管と、を備えた高炉設備の補強構造において、前記環状管を径方向及び周方向に非拘束状態で前記炉体櫓に吊り下げる可動吊下げ部と、前記環状管を周方向及び径方向に拘束して前記高炉本体の側壁に固定する固定部と、を設けたことを特徴としている。

本発明によれば、可動吊下げ部により環状管が炉体櫓に対して径方向及び周方向に拘束せずに吊り下げられているので、炉体櫓と環状管とが横方向に相対変位可能となる。そのため、地震の際に、炉体櫓から環状管に伝わる横揺れを減衰したり、炉体櫓の揺れとは異なる環状管の横揺れを許容することができる。
しかも、本発明の補強構造では、環状管が固定部によって高炉本体の側壁に対して周方向及び径方向に拘束して固定されるので、環状管と高炉本体との相対変位や周方向への相対的な回動を抑制できる。そのため、地震の際に、環状管を高炉本体に追従させることができる。
従って、高炉本体と炉体櫓との間で横揺れの違いが大きな場合であっても、高炉本体に熱風を供給する環状管と高炉本体との連結部分が破損することを防止できる。

また、炉体櫓の横揺れが環状管に伝わり難い構造となるため、環状管と熱風炉を接続する熱風本管から環状管に伝わる横揺れと炉体櫓の横揺れとが複合されることも防止できる。そのため、環状管と熱風本管との連結部分における破損も抑制することができる。
一方、既存の高炉設備において、炉体櫓と環状管との間の径方向及び周方向の拘束を解除して環状管を炉体櫓に吊り下げるとともに、環状管と高炉本体の側壁との間の固定力を増加すればよく、設備構成の大規模な変更を伴わないため、補強の手間を大幅に低減することができる。
その結果、高炉設備における環状管の揺れを抑制することができ、しかも補強の手間を低減できる高炉設備の補強構造を提供することが可能である。

本発明に係る高炉設備の補強構造では、前記可動吊下げ部は、前記炉体櫓及び前記環状管の少なくとも一方に、横方向に移動自在に装着された可動部と、前記可動吊下げ部を介して前記炉体櫓と前記環状管とを連結する吊下げロッドと、を有することを特徴としていてもよい。

この高炉設備の補強構造によれば、炉体櫓と環状管とを吊り下げる吊下げロッドを、横方向に移動自在な可動部を介して炉体櫓や環状管に連結して吊り下げるので、吊下げる構造と横方向に移動自在にする構造とを合わせた簡単な構造で実現できる。そのため、高炉設備の補強の手間を大幅に低減することが可能である。

本発明に係る高炉設備の補強構造では、前記可動部は、長孔を有する支持板を複数積層して構成され、複数の前記支持板は、前記長孔を交差させて、隣接する前記支持板が対向面に沿って相対移動自在となるように積層されていてもよい。

この高炉設備の補強構造によれば、可動部が長孔を有する複数の支持板の積層体であるため、環状管の重量が大きくても強度を確保し易く、環状管を径方向及び周方向に拘束せずに吊り下げる構造を簡素化することができる。そのため、高炉設備の補強の手間を大幅に低減することが可能である。

本発明に係る高炉設備の補強構造では、前記固定部は、前記環状管と前記高炉本体とを上方から見た平面視で径方向に連結する径方向ロッドと、平面視で周方向に連結する周方向ロッドと、を複数有し、前記径方向ロッドと前記周方向ロッドとが互いに連結していることを特徴としていてもよい。

この場合には、環状管と高炉本体とを径方向ロッド及び周方向ロッドにより連結するので、環状管と高炉本体との相対変位及び周方向の相対的な回動を抑制することができる。
そして、径方向ロッド及び周方向ロッドを複数有し、互いに連結しているため、環状管と高炉本体との間をトラス構造のように重量を抑えて強固に連結することができる。また、強固に連結していても、径方向ロッド及び周方向ロッドの撓みなどにより柔軟性を付与することができるため、環状管の揺れを抑制することが可能である。

本発明の高炉設備の補強構造によれば、高炉設備における環状管の揺れを抑制することができ、しかも補強にかかる手間を低減することができる。

本発明の実施形態による高炉設備における構成の一部を示す側面図であり、高炉本体、炉体櫓及び熱風炉を示した図である。 図１に示す高炉設備における環状管と高炉本体及び炉体櫓との連結状態を説明する側面図である。 図１に示すＡ−Ａ線断面図であって、高炉設備の構成を示す図である。 環状管の吊り下げ状態を示す側面図である。 環状管の可動吊下げ部を示す部分断面図である。 環状管の可動部を示す図５のＢ部拡大側面図である。 環状管の可動部を示す図６のＣ−Ｃ線矢視図である。 環状管の可動部を示し、（ａ）は図６のＤ−Ｄ線矢視図、（ｂ）は図６のＥ−Ｅ線矢視図である。 従来の高炉設備における環状管の連結状態を説明する図であって、図１に示すＡ−Ａ線断面図に相当する図である。

以下、本発明の実施形態による高炉設備の補強構造について、図面に基づいて説明する。

図１に示す高炉設備１０は、本実施形態の補強構造が施工された状態となっている。
高炉設備１０は、図１に示すように、高炉本体１１と、高炉本体１１を囲む炉体櫓１３と、炉体櫓１３の頂部側に支持された図示しない原料投入設備と、高炉本体１１の周囲を所定高さで囲んで熱風を高炉本体１１へ供給する環状管１５と、を備えている。環状管１５には、炉体櫓１３とは別に設けられた熱風炉１７からの熱風が供給されるように熱風本管１９が接続されている。
ここで本実施形態では、高炉本体１１の横断面の中央を通る中心軸線を高炉軸Ｏといい、高炉軸Ｏ方向から見た平面視において、高炉軸Ｏに直交する方向を径方向といい、高炉軸Ｏ回りに周回する方向を周方向という。

図２に示すように、環状管１５は、上面視でリング状に形成され高炉本体１１と同軸に配置されており、周方向の複数位置には、環状管１５内の熱風を高炉本体１１に供給するための熱風支管１５ａが設けられている。各熱風支管１５ａの先端には高炉本体１１内に連通するノズルが設けられ、高炉本体１１の内部に熱風を供給可能に高炉本体１１の側壁１１ａに連結されている。

そして、高炉設備１０の補強構造は、環状管１５を径方向及び周方向に非拘束状態で炉体櫓１３に吊り下げる可動吊下げ部２１と、環状管１５を周方向及び径方向に拘束して高炉本体１１の側壁１１ａに固定する固定部２５と、を備えて構成されている。つまり、環状管１５は、可動吊下げ部２１により炉体櫓１３の梁１３Ｂに吊り下げられ、また図３に示すように、固定部２５により高炉本体１１の側壁１１ａに固定されている。

可動吊下げ部２１は、図４及び図５に示すように、環状管１５を径方向及び周方向に拘束せずに炉体櫓１３に吊り下げて上下方向を拘束するものである。可動吊下げ部２１は、環状管１５の周方向の複数位置に設けられており、炉体櫓１３に対して横方向に移動自在に装着された可動部２２と、可動部２２を介して炉体櫓１３と環状管１５とを連結する吊下げロッド２３と、を有している。

吊下げロッド２３は、図５に示すように、上端部２３ｂに雄ねじが形成され、下端部２３ｃが環状管１５のリブ１５ｂに対して仮想線で示すように回動自在に連結されている。吊下げロッド２３の上端側は梁１３Ｂの下フランジ１３ａを貫通し、さらに下フランジ１３ａ上に配置された可動部２２に連結して配置されている。

可動部２２は、図６、図７、及び図８（ａ）、（ｂ）に示すように、梁１３Ｂの下フランジ１３ａ上に配置されている。この可動部２２は長孔２４ａを有する支持板２４Ａ、２４Ｂが複数（ここでは２枚）積層されて構成されている。ここで、積層される一対の支持板のうち下側を符号２４Ａとし、上側を２４Ｂとする。一対の支持板２４Ａ、２４Ｂは、長孔２４ａが互いに直交する向きに配置されるように積層されている。
各支持板２４Ａ、２４Ｂの互いに対向して当接する面と、支持板２４Ａ、２４Ｂが他の部材（図６に示す下座金２４ｂ及び上座金２４ｃ）に対向して当接する面と、が摺動面（図８（ａ）、（ｂ）に示す符号２４Ｃ）となっており、各長孔２４ａに沿う方向に相対変位可能となっている。

この可動部２２では、梁１３Ｂの下フランジ１３ａ及び可動部２２を貫通した吊下げロッド２３の上端部２３ｂに係止ナット２３ａ（図６では２つの係止ナット２３ａが設けられている。）が螺合され上下方向に拘束している。この状態で支持板２４Ａ、２４Ｂが摺動面２４Ｃで摺動すると、各吊下げロッド２３の上端部２３ｂ側をそれぞれ二次元方向に移動させることができる。そのため各吊下げロッド２３により吊り下げられて支持された環状管１５は、径方向及び周方向に拘束されない状態で吊り下げられた構成となる。

固定部２５は、図３及び図５に示すように、環状管１５を周方向及び径方向に拘束して高炉本体１１の側壁１１ａに固定するものである。この固定部２５は、環状管１５と高炉本体１１とを径方向に連結する複数の径方向ロッド２６と、径方向に対して交差する方向で周方向に連結する複数の周方向ロッド２７と、が環状管１５の全周にわたって設けられている。

径方向ロッド２６は、環状管１５の周方向に沿って等間隔で設けられており、ロッド軸を径方向に向けて配置され、かつ高炉本体１１の側壁１１ａ側が下側となるように傾斜させて配置されている。径方向ロッド２６の一端は、高炉本体１１の側壁１１ａに固定され、他端は環状管１５の側壁に固定されている。

周方向ロッド２７は、径方向ロッド２６よりも周方向成分が大きくなるように、上方から見た平面視で径方向に対して傾斜して配置されている。
そして、本実施形態では、周方向ロッド２７の一端と他端とが互いに隣り合う径方向ロッド２６の一端と他端とに交互に連結されている。また、互いに隣り合う径方向ロッド２６間には、２本の周方向ロッド２７が上方から見た平面視で互いに交差するように配置されている。これらの周方向ロッド２７及び径方向ロッド２６により環状にトラス構造が構成されている。

次に、図９に示す一般的な既存の高炉設備１０Ａを補強することで、本実施形態の高炉設備１０の補強構造を実現する施工方法について説明する。
まず、図９に示す既存の高炉設備１０Ａにおいて、炉体櫓１３の櫓柱１３Ａと環状管１５との間を水平方向に固定している第１つなぎロッド３１を全て取り外す。なお、第１つなぎロッド３１は、既設の高炉設備１０Ａに新設時から取り付けられている補強材である。

また、既存の高炉設備１０Ａで環状管１５を炉体櫓１３の梁１３Ｂと固定している上下ロッド３３において、上端側の梁１３Ｂと固定する部位に代えて、図５に示す一対の支持板２４Ａ、２４Ｂを互いに摺動可能に積層した可動部２２を設置する。つまり、上下ロッド３３の下端側の環状管１５との固定部分を回動可能に連結する。これにより上下ロッド３３に代えて吊下げロッド２３を使用した可動吊下げ部２１を設ける。

さらに、既存の高炉設備１０Ａの高炉本体１１と環状管１５との間を放射方向に連結した第２つなぎロッド３２に代えて、図３に示すように、径方向ロッド２６として使用し、周方向に隣り合う径方向ロッド２６、２６同士の間に周方向ロッド２７を２本ずつ架け渡すようにして設置することで固定部２５を設ける。これにより本実施形態の高炉設備１０の補強構造を実現することができる。

以上、説明した高炉設備１０の補強構造によれば、図１及び図２に示すように、可動吊下げ部２１により環状管１５が炉体櫓１３に対して径方向及び周方向に拘束せずに吊り下げられているので、炉体櫓１３と環状管１５とが横方向に相対変位可能となる。そのため、地震の際に、炉体櫓１３から環状管１５に伝わる横揺れを減衰したり、炉体櫓１３の揺れとは異なる環状管１５の横揺れを許容することができる。

しかも、本実施形態では、環状管１５が固定部２５によって高炉本体１１の側壁１１ａに対して周方向及び径方向に拘束して固定されるので、環状管１５と高炉本体１１との相対変位や周方向への相対的な回動を抑制できる。そのため、地震の際に、環状管１５が高炉本体１１に追従させることができる。

従って、高炉本体１１と炉体櫓１３との間で横揺れの違いが大きな場合であっても、高炉本体１１に熱風を供給する環状管１５と高炉本体１１との間の連結部分が破損することを防止できる。

また、本実施形態では、炉体櫓１３の横揺れが環状管１５に伝わり難い構造となるため、例えば炉体櫓１３とは別に設けられた熱風炉１７等からの横揺れが熱風本管１９を介して環状管１５に伝わった際、炉体櫓１３の横揺れと複合して揺れが増大するようなことを防止できる。そのため、環状管１５と熱風本管１９との連結部分における破損も抑制することが可能である。

一方、既存の高炉設備１０において、炉体櫓１３と環状管１５との間の径方向及び周方向の拘束を解除して環状管１５を炉体櫓１３に吊り下げるとともに、環状管１５と高炉本体１１の側壁１１ａとの間の固定力を増加すればよく、設備構成の大規模な変更を伴わないため、補強の手間を大幅に低減することができる。
その結果、高炉設備１０における環状管１５の揺れを抑制することができ、しかも補強の手間を低減できる。

また、本実施形態の高炉設備１０の補強構造によれば、炉体櫓１３と環状管１５とを吊り下げる吊下げロッド２３を、横方向に移動自在な可動部２２を介して炉体櫓１３や環状管１５に連結して吊り下げるので、吊下げる構造と横方向に移動自在にする構造とを合わせた簡単な構造で実現できる。そのため、高炉設備１０の補強の手間を大幅に低減することが可能である。

また、本実施形態の高炉設備１０の補強構造では、可動部２２が長孔２４ａを有する複数の支持板２４の積層体であるため、環状管１５の重量が大きくても強度を確保し易く、環状管１５を径方向及び周方向に拘束せずに吊り下げる構造を簡素化することができる。そのため、高炉設備１０の補強の手間を大幅に低減することが可能である。

さらに、本実施の構造では、環状管１５と高炉本体１１とを径方向ロッド２６及び周方向ロッド２７により連結するので、環状管１５と高炉本体１１との相対変位及び周方向の相対的な回動を抑制することができる。
そして、径方向ロッド２６及び周方向ロッド２７を複数有し、互いに連結しているため、環状管１５と高炉本体１１との間をトラス構造のように重量を抑えて強固に連結することができる。また強固に連結していても、径方向ロッド２６及び周方向ロッド２７の撓みなどにより柔軟性を付与することができるため、環状管１５の揺れを抑制することが可能である。

以上、本発明による高炉設備の補強構造の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、既存の高炉設備１０Ａの上下ロッド３３を新たな補強構造の吊下げロッド２３として使用し、既存の高炉設備１０Ａの第２つなぎロッド３２を新たな補強構造の径方向ロッド２６と使用した例について説明したが、それぞれ別のロッドを使用することも当然に可能である。
また、本実施形態では、可動吊下げ部２１の可動部２２を炉体櫓１３の梁１３Ｂに設ける構成としているが、環状管１５側に設けることも可能である。或いは、梁１３Ｂと環状管１５の両方に可動部２２を設けるようにしてもよい。

さらに、吊下げロッド２３、径方向ロッド２６、周方向ロッド２７等の本数、設置間隔、傾斜角度、ロッド径。ロッド長などの構成は、例えば当該高炉設備における振動解析の結果に基づいて適宜設定することができる。

さらにまた、可動吊下げ部２１の可動部２２の構成として、本実施形態では、２枚の支持板２４Ａ，２４Ｂのそれぞれに互いに直交する方向の長孔２４ａを形成することで、それら支持板２４Ａ、２４Ｂを通過する吊下げロッド２３を回動自在な非拘束状態とした構成であるが、可動部の構成はこれに限定されることはない。要は、可動吊下げ部は、環状管を径方向及び周方向に非拘束状態で炉体櫓に吊り下げる構成であれば良いのであって、例えばローラー形状の継手や、ボールベアリング等を使用した継手を採用することも可能である。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。

１０ 高炉設備
１０Ａ 既設の高炉設備
１１ 高炉本体
１１ａ 側壁
１３ 炉体櫓
１３Ａ 櫓柱
１３Ｂ 梁
１５ 環状管
１５ａ 熱風支管
１７ 熱風炉
１９ 熱風本管
２１ 可動吊下げ部
２２ 可動部
２３ 吊下げロッド
２３ａ 係止ナット
２４Ａ、２４Ｂ 支持板
２４ａ 長孔
２５ 固定部
２６ 径方向ロッド
２７ 周方向ロッド

Claims (4)

1. 高炉本体と、前記高炉本体を囲む炉体櫓と、前記高炉本体の周囲を所定高さで囲み、熱風本管からの熱風を前記高炉本体へ供給する環状管と、を備えた高炉設備の補強構造であって、
   前記環状管を径方向及び周方向に非拘束状態で前記炉体櫓に吊り下げる可動吊下げ部と、
   前記環状管を周方向及び径方向に拘束して前記高炉本体の側壁に固定する固定部と、
   を設けたことを特徴とする高炉設備の補強構造。
2. 前記可動吊下げ部は、前記炉体櫓及び前記環状管の少なくとも一方に、横方向に移動自在に装着された可動部と、前記可動吊下げ部を介して前記炉体櫓と前記環状管とを連結する吊下げロッドと、を有することを特徴とする請求項１に記載の高炉設備の補強構造。
3. 前記可動部は、長孔を有する支持板を複数積層して構成され、
   複数の前記支持板は、前記長孔を交差させて、隣接する前記支持板が対向面に沿って相対移動自在となるように積層されていることを特徴とする請求項２に記載の高炉設備の補強構造。
4. 前記固定部は、前記環状管と前記高炉本体とを上方から見た平面視で径方向に連結する径方向ロッドと、平面視で周方向に連結する周方向ロッドと、を複数有し、前記径方向ロッドと前記周方向ロッドとが互いに連結していることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の高炉設備の補強構造。

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