JP2018048372A - 高炉の補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉内の原料装入レベルを維持したまま、高炉の鉄皮及びステーブクーラー、耐火物の部分交換補修を行うことができ、かつ、補修後の耐用性も向上させる高炉の補修方法を提供する。【解決手段】高炉の鉄皮の一部を取り換え補修する高炉の補修方法であって、炉内原料と鉄皮との間に位置するステーブクーラーの消失部分に圧入管を挿入して、ステーブクーラーの炉外側の面よりも炉内側に造壁用圧入材を圧入し、炉内原料ごと造壁用圧入材を固化させる造壁用圧入材圧入ステップと、補修部分の鉄皮を切断して取り外す鉄皮除去ステップと、炉内原料とともに固化した造壁用圧入材より炉外側に形成された施工空間に耐火物を施工して冷却装置を設置し、新たな鉄皮を取り付ける補修ステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、高炉の鉄皮及びステーブクーラー、耐火物の部分交換補修を行う、高炉の補修方法に関する。

ステーブクーリング方式の高炉においては、高炉の鉄皮の内面に炉壁冷却装置としてステーブクーラーが設置されている。ステーブクーラー１枚の大きさは、一般的に高さ２ｍ、幅１ｍ、厚さ０．３ｍ程度であり、高炉を覆うように高さ方向及び円周方向に複数のステーブクーラーが設けられている。

高炉のステーブクーラー及び鉄皮の損耗が進行すると、損耗部分を含む補修部分の鉄皮を新しい鉄皮に交換する補修作業が行われる。この際、損耗部分の高さ位置に炉内原料が装入されていると、鉄皮を取り外した際に炉内原料が炉外へ溢れてしまう可能性がある。そこで、従来、高炉の鉄皮を補修する際には、炉内原料の装入レベルを補修部分よりも下げて交換作業を行っていた。しかし、安全に作業を行うことはできるが、高炉を休止する時間（休風時間）が長く、また交換完了後、再度原料を元のレベルに上げる際にも時間がかかり、生産量減少につながる。そこで、炉内原料のレベルを保ったまま補修部分の鉄皮を交換できる方法が望まれていた。

例えば、特許文献１には、高炉鉄皮の補修取替部分及びその上部近傍に穿設された圧入材注入孔より非水系硬質圧入材を炉内に注入し固化させて炉内容物の崩出を阻止した後、補修取替部分を切開除去し、鉄皮切開部から非水系硬質圧入材単独または炉内容物と一体に固化したものの一部を取り除いて冷却装置が入る空間部を形成し、冷却装置を有する新鉄皮を、冷却装置が空間部に嵌入するように鉄皮切開部に嵌め込んで溶接する、高炉鉄皮の補修方法が開示されている。

特開２００５−８９０８号公報

しかし、上記特許文献１では、既存の鉄皮のすぐ内側に非水系硬質圧入材を圧入して固化させ、鉄皮を切断除去した際の炉内原料の崩れを防いでいるため、新しい鉄皮や冷却装置を設置する際、干渉する部分を解体し除去する工程が必要となる。また、圧入する非水系硬質圧入材の選定においては、非水系硬質圧入材を固化させて造壁することを主目的として材料を選定する。したがって、圧入するための流動性や、早期に造壁するために硬化速度が速い圧入材が選定されるため、その後長期間使用する圧入材としては必ずしも適していない。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、高炉内の原料装入レベルを維持したまま、高炉の鉄皮及びステーブクーラー、耐火物の部分交換補修を行うことができ、かつ、補修後の耐用性も向上させることの可能な、新規かつ改良された高炉の補修方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、高炉の鉄皮の一部を取り換え補修する、高炉の補修方法であって、炉内原料と鉄皮との間に位置するステーブクーラーの消失部分に圧入管を挿入して、ステーブクーラーの炉外側の面よりも炉内側に造壁用圧入材を圧入し、炉内原料ごと造壁用圧入材を固化させる造壁用圧入材圧入ステップと、補修部分の鉄皮を切断して取り外す鉄皮除去ステップと、炉内原料とともに固化した造壁用圧入材より炉外側に形成された施工空間に耐火物を施工して冷却装置を設置し、新たな鉄皮を取り付ける補修ステップと、を含む、高炉の補修方法が提供される。

炉内に挿入する圧入管の挿入長さは、耐火物により鉄皮を保護するために必要な厚み以上、５００ｍｍ以下に設定されるのが好ましい。

ここで、炉内に挿入する圧入管の挿入長さは、圧入管により圧入される造壁用圧入材の拡散範囲と、施工する耐火物の厚みと、に基づいて決定してもよい。

造壁用圧入材は、熱硬化性を有し、最大粒径が０．５ｍ以下の耐火原料と、フェノール樹脂を主成分とする結合材とを混練した材料を含むものを用いるのがよい。

また、造壁用圧入材は、１ＭＰａ以上２ＭＰａ以下の圧送圧力で炉内に圧入されるのが好ましい。

補修ステップは、補修部分の鉄皮が取り外されて形成された施工空間に、耐火物を施工する耐火物施工ステップと、耐火物の施工後、冷却装置を設置し、新たな鉄皮を取り付ける新鉄皮取付ステップと、耐火物と新たに取り付けられた鉄皮との間に、充填用圧入材を圧入する充填用圧入材圧入ステップと、を含んでもよい。

耐火物には、炉内原料に対する耐摩耗性を有する材料が用いられ、充填用圧入材には、耐火物より熱伝導性が高い材料が用いられるのがよい。

以上説明したように本発明によれば、高炉内の原料装入レベルを維持したまま、高炉の鉄皮及びステーブクーラー、耐火物の部分交換補修を容易に行うことができ、かつ、補修後の耐用性も向上させることができる。

本発明の一実施形態に係る高炉の補修方法を示すフローチャートである。 高炉を補修部分の高さ位置で径方向に切断したときに、高さ方向から平面視した、本実施形態の造壁用圧入材圧入ステップ中の一状態を示す部分説明図である。 図２の補修部分で高炉を径方向に切断したときに側面視した、本実施形態の造壁用圧入材圧入ステップ中の一状態を示す部分説明図である。 図３の補修部分を炉外から見た状態を示す部分説明図である。 図２の補修部分の鉄皮を除去し、施工空間を形成した、本実施形態の鉄皮除去ステップ後の一状態を示す説明図である。 施工空間に耐火物を支持するための支持部材を取り付けた状態を示す説明図である。 施工空間に耐火物施工体が形成された、本実施形態の一状態を示す説明図である。 新鉄皮及び冷却装置を設置した、本実施形態の一状態を示す説明図である。 充填用圧入材を圧入した、本実施形態の一状態を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

＜１．概要＞
本発明の一実施形態に係る高炉の補修方法では、高炉内の原料装入レベルを維持したまま、損耗した鉄皮等の交換を行うため、補修部分の鉄皮を取り外す前に、炉内に造壁用圧入材を圧入して、炉内原料が炉外へ溢れないように壁を形成する。この際、ステーブクーラーの消失部分に圧入管を挿入して、ステーブクーラーの炉外側の面よりも炉内側に造壁用圧入材を圧入し、造壁用圧入材を鉄皮から所定の距離以上離れた位置で炉内原料ごと固化させることで、鉄皮と固化した造壁用圧入材との間に施工空間を形成することができる。鉄皮と固化した造壁用圧入材との間には炉内原料が存在しているが、当該炉内原料は固化させないため容易に除去することができる。また炉内原料が存在していなければ、そのまま施工空間が形成されている。

この造壁用圧入材により形成される壁により、鉄皮を取り外しても当該壁より炉内側の炉内原料が炉外へ溢れることがなく、かつ新しい鉄皮及び冷却装置を設置する空間を確保できる。また、新たに取り付けられる鉄皮や冷却装置の周囲には、これらの寿命を長くするために耐火物が施工されるが、補修部位の環境にあった適切な材料及び施工方法を選択することが可能となる。これにより、補修後の鉄皮や冷却装置の耐用性を向上させることができる。

＜２．高炉の補修方法＞
以下、図１〜図９に基づいて、本実施形態に係る高炉の補修方法を説明する。なお、図１は、本実施形態に係る高炉の補修方法を示すフローチャートである。図２〜図９は、高炉の補修方法における各工程の状況を示す説明図である。

高炉の鉄皮及びステーブクーラー、耐火物の部分交換補修は、高炉を休風して行われる。この休風は、通常の操業において設定された休風であり、この補修作業のために設ける必要はない。また、補修作業にあたり、高炉内の原料装入レベルは、休風時のままでよく、補修部分より高くても問題はない。

（圧入管設置工程、造壁用圧入材圧入工程：Ｓ１００）
高炉を休風した後、補修部分に対し、炉内へ圧入管を装入し、造壁用圧入材を圧入する（Ｓ１００）。ステップＳ１００にて炉内へ圧入する造壁用圧入材は、鉄皮を取り外す際に炉内原料が溢れるのを防止するために圧入されるものであり、鉄皮から炉内方向に所定以上離れた位置に圧入される。

ここで、図２〜図４に基づき詳細に説明する。図２は、高炉を補修部分の高さ位置で切断したときに、高さ方向から平面視した状態を示す部分説明図である。図３は、図２の補修部分で高炉を径方向に切断したときに、側面視した状態を示す部分説明図である。図４は、図３の補修部分を炉外から見た状態を示す部分説明図である。

高炉１０の最外部を覆う鉄皮１１の炉内側には、ステーブクーラー１３が配置されている。ステーブクーラー１３は、図４に示すように、高炉の外周面に沿って複数配置されている。ステーブクーラー１３は、炉内原料３と接触するため摩耗したり、炉内原料３及び炉内ガスと反応したりする。このため、ステーブクーラー１３は経時により、図２及び図３に示すように損耗して厚みが小さくなり、ついには消失するに至る。ステーブクーラー１３が消失すると、鉄皮１１への影響も大きくなり、損耗が大きくなる。このような状態となると、鉄皮等の補修作業が必要となる。このような損耗は、特に、ステーブクーラー１３の繋目部分で著しい。

本実施形態では、図２〜図４に示すように、ステーブクーラー１３が消失した消失部分へ圧入装置３０に備わる圧入管３３を挿入し、造壁用圧入材５を圧入する。圧入管３３を炉内へ挿入するため、鉄皮１１には挿入孔が穿孔される。装入孔の穿孔位置及び数は、ステーブクーラー１３の消失部分の範囲によって決定されるが、例えば図４に示すように、６つの挿入孔Ｈ１〜Ｈ６を、ステーブクーラー１３の消失部分の範囲に、３００ｍｍピッチで穿孔してもよい。挿入孔のピッチは、例えば２５０〜３００ｍｍ程度で設定され、千鳥状もしくは格子状に配置するのが好ましい。

ピッチの大きさは、例えばオフラインの施工試験により、炉内の原料に挿入された造壁用圧入材が圧入管３３の先端３３ａから広がる範囲を測定した結果に基づき、ステーブクーラー１３の消失部分を覆うことができる大きさに決定すればよい。図３及び図４において、領域Ａ１〜Ａ６は、挿入孔Ｈ１〜Ｈ６から挿入された圧入管３３より圧入された造壁用圧入材５の広がる範囲を示している。この例においても、領域Ａ１〜Ａ６が重なり合って、ステーブクーラー１３の消失部分を覆っている。ステーブクーラー１３の消失部分が大きく、補修範囲が大きい場合には、挿入孔のピッチを一定にしてその個数を増やすのがよい。

各挿入孔Ｈ１〜Ｈ６から炉内へ挿入された圧入管３３は、鉄皮１１に固定される。例えば溶接等により、圧入管３３を鉄皮１１に固定してもよい。圧入管３３の内径は１５〜３０ｍｍが好ましい。圧入管３３の内径が３０ｍｍより大きくなると、圧入管３３を炉内へ差し込むときの抵抗が大きくなり、人力での差し込みができない。一方、圧入管３３の内径が１５ｍｍより小さくなると、圧入管３３を通って炉内に圧入される前に、炉内からの伝熱により造壁用圧入材５が管内で硬化して詰まる懸念がある。これより、圧入管３３の内径は１５〜３０ｍｍとするのがよい。なお、圧入管３３の径断面形状は、円形であってもよく、楕円形状であってもよい。

また、圧入管３３の挿入長さＬも適切な長さに設定される。ここで、圧入管３３の挿入長さＬは、鉄皮１１の内面から圧入管３３の先端３３ａまでの長さをいう。本実施形態において、高炉１０の径方向における造壁用圧入材５の圧入位置は、鉄皮１１から離隔され、隣り合うステーブクーラー１３の消失部分が、炉内原料３と共に固化させる造壁用圧入材５によって連結されるような位置にする。これにより、造壁用圧入材５が固化した位置よりも炉外側に、後工程にて設置される冷却装置及び耐火物のスペースを容易に確保することができる。

圧入管３３の挿入長さＬが大きすぎると、ステーブクーラー１３の炉内側の面より炉内側に造壁用圧入材５が圧入され、造壁用圧入材５によって形成される壁がステーブクーラー１３と競り合わず、炉内原料とともに高炉下部へ落下する可能性がある。したがって、炉内原料３内へ圧入された造壁用圧入材５が固化して形成する壁が、残存しているステーブクーラー１３の炉内側の面と例えば略同一の位置に形成されるように、造壁用圧入材５の位置を決定するのがよい。具体的には、圧入管３３の挿入長さＬは５００ｍｍ以下とするのが好ましい。圧入管３３の挿入長さＬが５００ｍｍより大きくなると、造壁用圧入材５による壁が形成されなくなる可能性が高くなる。

一方、挿入長さＬの下限は、一つには後工程で施工する耐火物の厚みを考慮して決定する。この耐火物には、耐火物に要求される炉内原料３及び炉内ガスに対する耐食性、及び、炉内原料３に対する耐摩耗性を有しており、修復後の設備の寿命を長くするために適した材料が用いられる。耐火物は、造壁用圧入材５による壁と、新たに設置される鉄皮との間に施工されるが、この際、少なくとも鉄皮を保護するために必要な厚み以上の耐火物が施工される。そこで、径方向において造壁用圧入材５による壁と鉄皮１１との間に、施工する耐火物の厚み以上の空間が形成されるように造壁用圧入材５を圧入するため、圧入管３３の挿入長さＬの下限を決定するのがよい。

ここで、圧入管３３の挿入長さＬの好ましい長さは、炉内原料３内において圧入管３３の先端３３ａから造壁用圧入材５が広がる半径Ｌ１（図３、図４参照）と、後工程において施工される耐火物の厚みＬ２（図７参照）とに基づき決定される。

まず、造壁用圧入材５が広がる半径Ｌ１は、上述のオフラインの施工試験により測定された、炉内の原料に挿入された造壁用圧入材が圧入管３３の先端３３ａから広がる範囲から決定される。なお、圧入管３３の先端３３ａから圧入される造壁用圧入材５は、流動性を有する材料であり、炉内原料３間の隙間を略均一に広がるが、必ずしも同一に広がるとは限らない。造壁用圧入材５が広がる半径Ｌ１は、圧入管３３の挿入長さＬの好ましい長さを決定するための一指標であるため、厳密に考慮する必要はなく、例えばオフラインの施工試験より得られた広がりの平均値や最小値等としてもよい。半径Ｌ１は、隣接する圧入管３３から圧入する造壁用圧入材５は、圧入後に連結する必要があるので、半径Ｌ１は圧入管３３の設置間隔の半分以上とする。例えば半径Ｌ１は、２００ｍｍ程度である。

また、耐火物の厚みＬ２は、鉄皮を保護するために必要な厚みから決定され、例えば１５０〜３００ｍｍ程度に設定される。これらの値を考慮して、圧入管３３の挿入長さＬを５００ｍｍ以下の範囲で決定することで、好ましい圧入管３３の挿入長さを決定することができる。

上述のように設置された圧入装置３０は、外部の圧入材供給装置（図示せず。）とホース（図示せず。）により接続され、造壁用圧入材５の供給を受ける。そして、造壁用圧入材５が、圧入管３３を通り、圧入管３３の先端３３ａから炉内へ圧入される。造壁用圧入材５は、図２に示すように、圧入管３３の先端３３ａから矢印の方向に広がる。

造壁用圧入材５としては、熱硬化性を有し、最大粒径が０．５ｍ以下の耐火原料と、フェノール樹脂を主成分とする結合材とのを混練した材料を用いる。例えば、ＳｉＣ：６４％、Ａｌ_２Ｏ_３：２５％、ＳｉＯ_２：５％、Ｃ：３％からなる耐火原料に、フェノール樹脂を主成分とした結合材を加え、ミキサーで混練した樹脂系モルタルを使用してもよい。最大粒径が０．５ｍ以下と細かな材料を用いることで、炉内原料３の間の隙間に入り込みやすくすることができる。

また、造壁用圧入材５には、圧入後に炉内原料３とともに固化することが求められるため熱硬化性を有する材料を用いるが、圧入中に固化すると、炉内まで圧入することができない。そこで、原料温度、例えば約５００℃で少なくとも１５分間は硬化しない特性を有する材料を用いるのがよい。一方で、造壁用圧入材５の圧入作業に必要な時間のみ硬化しなければよいため、圧入作業に必要な時間を確保した上でより硬化時間の短い材料を用いることで、ステップＳ１００の作業時間を短縮することが可能となる。

さらに、炉内原料３の間の隙間に入り込みやすくするため、造壁用圧入材５には流動性があるのがよい。例えば、流動特性を定量的に評価する指標である、ＪＩＳ Ｒ ２５２１で規定されるタップフロー値で表すと、造壁用圧入材５は、３００以上の材料であるのが望ましい。

造壁用圧入材５は、圧送圧力１〜２ＭＰａで圧入される。造壁用圧入材５の圧送には、例えばミニクリートポンプ等が使用される。本実施形態では、造壁用圧入材５によって炉内原料３を押しのけるのではなく、造壁用圧入材５を炉内原料３の間に入り込ませ、炉内原料３ごと固化させる。このため、造壁用圧入材５の圧送には大きな圧力は不要であり、より大きな圧力で圧送可能な機器も不要である。

このような造壁用圧入材５を上記圧送圧力で各挿入孔Ｈ１〜Ｈ６より圧入して、炉内原料の間に造壁用圧入材５を流入させ、造壁用圧入材５を硬化させると、後述の図５に示すように、ステーブクーラー１３の消失部分を覆うように造壁用圧入材５の壁が形成される。

（鉄皮除去工程：Ｓ１１０）
造壁用圧入材５が固化すると、補修部分の鉄皮１１ａを切断して取り外し、施工空間Ｓを形成する（Ｓ１１０）。補修部分の鉄皮１１ａは、例えば図４に示すように、造壁用圧入材５により壁が形成された部分を含むように決定される。ステップＳ１１０では、補修部分の鉄皮１１ａの周囲を例えばガス切断により切断し、取り外す。この際、安全のため、複数に分割（例えば上下２分割）して切断してもよい。この場合、まず上部の鉄皮を除去後、高炉１０の径方向において造壁用圧入材５が圧入されていない鉄皮近傍の炉内原料を除去し、造壁用圧入材５が硬化して炉内からの原料崩れがないことを確認した後に、残りの鉄皮を除去するようにしてもよい。

補修部分の鉄皮１１ａが除去されると、高炉１０の径方向において造壁用圧入材５が圧入されていない鉄皮近傍の炉内原料を除去し、施工空間Ｓを形成する。これにより、例えば図５のような施工空間Ｓが形成される。

（耐火物施工工程：Ｓ１２０）
次いで、施工空間に耐火物を施工する（Ｓ１２０）。耐火物を施工するにあたり、耐火物を支持するための支持部材４０を取り付ける。支持部材４０は、図６に示すように、施工空間Ｓのステーブクーラー１３の炉外側の面から炉内側に設置される鋼製の骨組である。支持部材４０は、例えば、ステーブクーラー１３の炉外側の面側に固定された支持柱４１と、支持柱４１に所定の間隔で設けられた支柱４３とからなる。支柱４３には、耐火物を支持する支持金物４５が設けられている。さらに、後工程で設置する冷却装置を取り付ける空間を確保するため、鋼製の中子５０が取り付ける。

その後、施工空間Ｓに耐火物が施工される。耐火物には、炉内原料３及び炉内ガスに対する耐食性、及び、炉内原料３に対する耐摩耗性を有する材料が用いられる。耐摩耗性の指標の一つである、ＪＩＳ Ｒ ２５５３で測定される乾燥後の曲げ強さが３．５ＭＰａ以上、好ましくは４．５ＭＰａ以上の材料を用いることで、補修後の耐用を向上することができる。例えば耐火物としては、アルミナ−ＳｉＣ質あるいは高アルミナ質の耐火物成分、例えばＡｌ_２Ｏ_３：６５％、ＳｉＣ：２４％、ＳｉＯ_２：５％、Ｃ：２％からなるパッチング材に水３．２％を添加し混練したもの等が用いられる。このような耐火物は、支持部材４０が施工された施工空間Ｓに、例えばエアーランマーを用いて打ち込み施工される。こうして、図７に示すように、耐火物７による耐火物施工体が形成される。耐火物施工体の炉外側の面は、ステーブクーラー１３の炉外側の面と面一となるようにしてもよい。なお、耐火物の施工方法は、打ち込み施工に限定されず、例えば吹付け、パッチング、鏝塗り等の施工方法を選定してもよい。

また、耐火物施工体の施工後、中子５０を取り外し、冷却装置を取り付けるための空間Ｓ１を確保した。なお、耐火物７として保形性を維持するものを選択することで、中子５０を取り外した後に耐火物施工体が崩れることはない。

（新鉄皮取付、冷却装置取付工程：Ｓ１３０）
次いで、ステップＳ１１０にて取り外した鉄皮１１ａの形状に合う新たな鉄皮（以下、「新鉄皮」とする。）１１ｎを、鉄皮１１が取り外れた位置に対して、周囲を溶接して固定し、その後、冷却装置７０を空間Ｓ１に設置した（Ｓ１３０）。図８に示すように、新鉄皮１１ｎは、元の鉄皮１１と略面一となるように設置される。また、新鉄皮１１ｎの炉内側の面には、後述する充填用圧入材を保持するための支持金物６０が複数設けられている。冷却装置７０は、例えば伝熱性の高い銅から形成されており、外部の冷却水配管（図示せず。）と接続され、冷却水を循環させることで炉壁を冷却する。

（充填用圧入材圧入工程：Ｓ１４０）
新鉄皮１１ｎを取り付け、冷却装置７０を設置した後、耐火物施工体と新鉄皮１１ｎとの間の空間Ｓ２に充填用圧入材を圧入する（Ｓ１４０）。充填用圧入材は、新鉄皮１１ｎの内部に存在する空間を埋めるために圧入されるものであり、耐火物７より熱伝導性及び流動性が高い材料が用いられる。充填用圧入材はＪＩＳ Ｒ ２２５１で測定される熱伝導率が３．０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは３．５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の材料を用いることで、冷却装置７０の冷却効果を享受することができる。またＪＩＳ Ｒ ２５２１で規定されるタップフロー値が２００以上であれば、上記空間に隙間なく充填させることができる。例えば充填用圧入材には、ＳｉＣ：４５％、Ａｌ_２Ｏ_３：３８％、ＳｉＯ_２：８％を含む耐火原料に、水１２％を添加し混練したものを用いてもよい。図９に示すように、充填用圧入材９は、新鉄皮１１ｎに予め設けておいた圧入孔から圧入装置８０を用いて炉内へ圧入される。圧入装置８０としては、例えばミニクリートポンプ（図示せず。）を接続してもよい。

本実施形態に係る高炉の補修方法においては、２工程に分けて、耐火物７と充填用圧入材９とを施工する。耐火物７においては、炉内原料３及び炉内ガスに対する耐食性、及び、炉内原料３に対する耐摩耗性を有する材料を用いることで、修復後の設備を長く使用することが可能となる。また、充填用圧入材９においては、耐火物７より熱伝導性及び流動性が高い材料を用いることで、施工空間Ｓの隙間を埋めて冷却装置７０やステーブクーラー１３による冷却効果を高めることが可能となる。充填用圧入材９は、流動性を高めるために水が多く添加されており、耐食性及び耐摩耗性については劣るが、炉内原料３及び炉内ガスと接触することはない。このように、適切な材料をそれぞれ利用することで、修復後の設備の寿命を長くすることができる。

実施例として、上記高炉の補修方法に基づき、以下のように損耗したステーブクーラーの補修を行った。

まず、高炉の鉄皮に圧入装置の圧入管を装入するための挿入孔を、ステーブクーラーの消失している範囲の中で６箇所、千鳥状に３００ｍｍピッチで穿孔した。そして、内径１５ｍｍの圧入管を挿入孔から炉内へ挿入し、造壁用圧入材を１．５ＭＰａの圧送圧力で圧入した。このとき、圧入管の挿入長さは４００ｍｍとした。造壁用圧入材の成分は、下記表１に示す通りである。１つの挿入孔から挿入される造壁用圧入材の量は、５０〜７５ｋｇとした。これにより、圧入管の先端（すなわち、鉄皮から４００ｍｍの位置）から半径２００ｍｍ程度の範囲に造壁用圧入材が広がり、ステーブクーラーの消失部分を覆うような壁を形成した。その結果、当該壁より鉄皮側に、高炉の径方向の長さが約２００ｍｍの施工空間を形成することができた。また、使用した造壁用圧入材は高炉内の熱により０．５〜１．０時間で硬化するため、すぐに次の鉄皮除去工程に移ることができた。

造壁用圧入材を圧入してから０．５〜１．０時間程度経過した後、補修部分の鉄皮をガス切断し、当該鉄皮を取り外した。安全のため、上下２分割に切断した後、まず上部の鉄皮を取り外して、鉄皮近傍の造壁用圧入材が圧入されていない範囲の炉内原料を除去して、造壁用圧入材が硬化して炉内からの原料崩れがないことを確認した。そして、下部の鉄皮を取り外した。その後、造壁用圧入材により形成された壁よりも鉄皮側の炉内原料を除去し、施工空間を形成した。

次に、施工空間に耐火物を支持するための支持部材を取り付けた。また、後工程で設置する冷却装置を取り付ける空間を確保するため、鋼製の中子を取り付けた。その後、施工空間に耐火物を施工した。耐火物の成分は、下記表１に示すとおりであり、エアーランマーを用いて打ち込み施工し、耐火物施工体を形成した。耐火物施工体の厚み（高炉の径方向の長さ）は１７０ｍｍであり、周囲の健全なステーブクーラーの炉外側の面と面一となるようにして施工した。そして、中子を取り外し、冷却装置を取り付けるための空間を確保した。使用した耐火物は保形性を有するものを選択したため、中子を取り外した後に、耐火物施工体が崩れることはなかった。

その後、施工空間を塞ぐように、新鉄皮を既存の鉄皮に溶接して固定した。新鉄皮の炉内側の面には、充填用圧入材を保持するための支持金物を予め炉内側面に取り付けた。新鉄皮を取り付けた後、中子を取り外して形成された空間に銅製の冷却装置を取り付け、冷却水配管を接続した。新鉄皮を取り付けた後、炉内側の空間へ充填用圧入材を施工した。充填用圧入材の成分は、下記表１に示すとおりである。充填用圧入材としては、造壁用圧入材とは異なり、水系の不定形耐火物を選定した。このため充填用圧入材は造壁用圧入材よりも熱硬化するまでに時間を要するが、造壁用圧入材は作業時間の短縮のためなるべく短い時間で熱硬化することを優先させており、充填用圧入では熱硬化する時間の短縮よりも、より確実に空間を当該圧入材で充填させ、熱伝導性の高い状態にすることを優先させている。このような充填用圧入材を、ミニクリートポンプを用いて、新鉄皮に予め設けておいた圧入孔から炉内へ圧入した。

以上の補修完了後、高炉送風を再開し通常操業を再開した。補修後１年以上を経過しても鉄皮温度の上昇は見られず、耐火物施工体及び新鉄皮は健全な状態を維持している。このように、本実施形態に係る高炉の補修方法を適用することで、高炉内の原料装入レベルを維持したまま、高炉の鉄皮及びステーブクーラー、耐火物の部分交換補修を行うことができ、かつ、補修後の耐用性も向上できることが示された。

表２に本実施例に用いた材料の物性値を示す。造壁用圧入材、耐火物、及び充填用圧入材には、其々の使用目的に必要な機能を備える材料を用いた。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

３ 炉内原料
５ 造壁用圧入材
７ 耐火物
９ 充填用圧入材
１０ 高炉
１１ 鉄皮
１１ａ 補修部分の鉄皮
１１ｎ 新鉄皮
１３ ステーブクーラー
３０、８０ 圧入装置
３３ 圧入管
４０ 支持部材
４１ 支持柱
４３ 支柱
４５、６０ 支持金物
５０ 中子
７０ 冷却装置

Claims (7)

1. 高炉の鉄皮の一部を取り換え補修する、高炉の補修方法であって、
   炉内原料と鉄皮との間に位置するステーブクーラーの消失部分に圧入管を挿入して、前記ステーブクーラーの炉外側の面よりも炉内側に造壁用圧入材を圧入し、前記炉内原料ごと前記造壁用圧入材を固化させる造壁用圧入材圧入ステップと、
   補修部分の前記鉄皮を切断して取り外す鉄皮除去ステップと、
   前記炉内原料とともに固化した前記造壁用圧入材より炉外側に形成された施工空間に耐火物を施工して冷却装置を設置し、新たな前記鉄皮を取り付ける補修ステップと、
   を含む、高炉の補修方法。
2. 炉内に挿入する前記圧入管の挿入長さは、前記耐火物により鉄皮を保護するために必要な厚み以上、５００ｍｍ以下に設定される、請求項１に記載の高炉の補修方法。
3. 前記炉内に挿入する前記圧入管の挿入長さは、前記圧入管により圧入される前記造壁用圧入材の拡散範囲と、施工する前記耐火物の厚みと、に基づいて決定される、請求項２に記載の高炉の補修方法。
4. 前記造壁用圧入材は、熱硬化性を有し、最大粒径が０．５ｍ以下の耐火原料と、フェノール樹脂を主成分とする結合材とを混練した材料を含む、請求項１〜３のいずれか１項に記載の高炉の補修方法。
5. 前記造壁用圧入材は、１ＭＰａ以上２ＭＰａ以下の圧送圧力で炉内に圧入される、請求項１〜４のいずれか１項に記載の高炉の補修方法。
6. 前記補修ステップは、
   補修部分の前記鉄皮が取り外されて形成された前記施工空間に、前記耐火物を施工する耐火物施工ステップと、
   前記耐火物の施工後、前記冷却装置を設置し、新たな前記鉄皮を取り付ける新鉄皮取付ステップと、
   前記耐火物と新たに取り付けられた前記鉄皮との間に、充填用圧入材を圧入する充填用圧入材圧入ステップと、
   を含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の高炉の補修方法。
7. 前記耐火物は、前記炉内原料に対する耐摩耗性を有し、
   前記充填用圧入材は、前記耐火物より熱伝導性が高い、請求項６に記載の高炉の補修方法。
   

Images