JP2020056568A - 冶金炉の装入装置のための熱保護アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、冶金炉の装入装置のための熱保護アセンブリを提供する。【解決手段】冶金炉の装入装置に設けた熱保護シールドの寿命を向上させるために、上記アセンブリ３０は、一表面に沿って互いに隣接配置された複数のタイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）を備える。上記アセンブリは、複数の熱保護パネル１０をさらに備え、各熱保護パネルは、複数のタイルが接続された共通の基板を備え、互いに隣接して前記装入装置に装着されるよう構成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、冶金炉の装入装置のための熱保護アセンブリ（ｈｅａｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｓｓｅｍｂｌｙ）に関する。本発明はさらに、冶金炉の装入装置に関する。

冶金炉（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｒｅａｃｔｏｒ）は周知の技術である。冶金炉には通常、装入装置により上方から重力送りが行われ、また、中間ホッパからバルク材が供給される。装入装置の一例が、国際公開第２０１２／０１６９０２Ａ１号に開示されている。この例では、材料は、分配シュート入口の上方に位置する供給口を介して供給される。上記シュートは、該供給口が配置された回転可能な筒状支持体に取り付けられる。このシュートは、２次元に可動するように、ギアアセンブリに接続したシャフトによって、上記支持体に対して傾動可能である。ギアアセンブリは、上記支持体と、この支持体を回転可能に取り付けた定置ケーシングによって形成されるギアボックス内に配置される。ギアアセンブリの保護を目的として、上記ケーシングの底部には、冷却回路を備える熱保護シールドが設けられている。このシールドによって、支持体の下部を配置した中央開口が画定される。熱保護シールドは、比較的高温や大きな温度変化に曝され、また、高い温度勾配もあるため、シールドや少なくともその一部に対して、検査やメンテナンスおよび／または交換を行う必要がある。これは、冷却回路に特に言えることであるが、冷却回路の下方側に配置した耐火材の熱保護層にも言えることである。上記出願の装入装置は概して良好に稼働するが、熱保護シールドのメンテナンスは複雑かつ時間がかかることが多い。耐火物層が損傷を受けると、炉の運転を停止し、吹付けまたはショットスクリーニングを行うことでしか修理が行えず、プラットフォームを炉の上部に投入する必要がある。これは、時間がかかるだけでなく、危険でもある。

従って、本発明の目的は、冶金炉の装入装置（ｃｈａｒｇｉｎｇ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ）に設ける熱保護シールドの寿命を向上させることである。上記目的は、請求項１に記載の熱保護アセンブリと、請求項１５に記載の装入装置によって達成される。

本発明は、冶金炉の装入装置のための熱保護アセンブリを提供する。冶金炉は、詳しくは、高炉型のものである。装入装置は、概して、バルク材を炉に重力送りするタイプのものである。従って、この場合、装入装置は、少なくとも大半において、炉の上方に設置することを意図したものである。熱保護アセンブリは、通常、装入装置の炉側表面を保護するよう構成されており、上述の場合では底面を保護する。上記アセンブリは、一表面に沿って互いに隣接配置された複数の熱保護タイルと、複数の熱保護パネルを備える。上記タイルは表面に沿って配置されるが、この表面は、平面、屈曲面、またはこれら以外の面であってもよい。本明細書の「表面」は、幾何学的な解釈がされるべきものであり、すなわち、必ずしも装置の形而下の面である必要はない。各タイルは、その耐熱性、特に耐火性により熱防護性部材であり、その形状により一定のシールド能を有する。通常、各タイルは耐火材で構成される。上限を約１２００°Ｃとする耐熱性が望ましい。というのも、何らかの問題が起こった場合に、この程度の温度に達することが想定されるからである。

本発明によれば、隣接するタイル間に間隙を設けてもよい。間隙は、個々のタイルに熱膨張する余地を与える。従って、個々のタイル内の熱応力は、不定形（モノリシック）耐火物層よりも比較的小さいものとなる。間隙の大きさは、装入装置の動作条件で予想されるタイルの熱膨張に応じて選択してもよい。上記タイルは、装入装置が上限温度に達した時点で互いと接触可能としてもよい。この場合も、熱応力は、モノリシック構造と比較するとやはり小さい。その一方で、室温での間隙の大きさは、上限温度でも間隙が閉じられないように選択することができる。しかし、間隙の大きさは、熱保護アセンブリのシールド特性に悪影響を及ぼす可能性があるため、過度に大きくするべきではない。例えば、凹凸状にタイルを重複させることも可能である。これにより、タイルの膨張は可能になるが、間隙を介した熱対流は阻害される。何らかの材料を間隙内に配置することも、その材料が個々のタイルの熱膨張を大きく阻害しない限り、本発明の範囲に含まれる。例えば、上記材料は高圧縮性材料であってもよい。

好ましい実施形態では、タイルは、耐火材を配置した支持構造を備える。このような支持構造は、タイルの「支え」のようなものを形成する。通常、支持構造は、熱膨張と熱収縮に対する耐性が高い材料で構成される。すなわち、こうした材料は、伸縮による亀裂を起こす可能性が非常に少ない。上記材料が、装入装置の運転中の予想温度よりもかなり高い融点をもつ材料であるべきことは、言うまでもない。使用可能な材料は、例えば、セラミックや、鋼鉄等の金属である。支持構造に配置する耐火材は、当然のことながら、耐熱性と耐火性に優れたものでなければならない。熱伝導性は低いことが好ましい。後者の特性は、支持構造には別段決定的な要件ではない。その一方で、熱変形に対する耐火材の耐性はそれ程高くなくてもよい。これは、耐火材に小さな亀裂が発生しても、支持構造に接続されていることで、所定位置に保持可能であるからである。

耐火材は、支持構造上または支持構造の周囲に鋳造することができる。言い換えれば、耐火材は、支持構造に充当後固化する液体または半液体状のものを用いるべきである。好ましい材料の一例として、耐火性コンクリートが挙げられる。

これにより、耐火材の鋳造前に「スペーサ」材料に該当するものを形成予定の間隙の位置に配することで、間隙を形成することが可能になる。スペーサ材料は、鋳造後、タイルを装入装置に設置する前に除去してもよい。または、冶金炉の動作温度で揮発する材料を間隙に充填してもよい。言い換えれば、スペーサ材料は揮発性であり、タイルを設置している間も所定の位置に残存させることができる。この場合の「揮発性」とは、溶融および／または蒸発する材料や、高温での化学反応、通常、燃焼によって消失する材料を意味する。当然、この材料の唯一の機能は、耐火材の鋳造工程における、鋳型のようなものを提供することである。スペーサ材料は炉の運転中に消失するため、この用途では安価な材料を用いることが好ましい。例えば、木質系または紙材料を用いることができる。厚紙が、特に好ましい材料である。

支持構造は、耐火材を配置したメッシュを備えることが好ましい。主に２次元または３次元であるメッシュ構造は、比較的少ない材料で大きな面積を被覆可能である。これにより、支持構造に用いる材料に応じて、タイルの重量および／またはコストを低く抑えることにつながる。また、支持構造の熱伝導性は耐火材よりも高いことが多いため、用いる支持構造はできる限り少なくすることが望ましい。

本発明で使用可能なメッシュ構造は多岐に渡る。ワイヤーメッシュのように、主に２次元のものもある。タイルの厚みが大きい場合は特に、３次元構造が好ましい。好ましい一実施形態では、上記メッシュは六角形状である。好ましくは、六角形状の構造をタイルの平面に沿って配置する。これにより、支持構造はハチの巣のような形状となる。

熱保護アセンブリは複数の熱保護パネルを備える。各熱保護パネルは、複数のタイルが接続された共通の基板を備え、互いに隣接して装入装置に装着されるよう構成されている。タイルは、基板に対して脱着可能または恒久的に接続してもよい。支持構造に使用可能である同じ材料を、基板にも用いてもよい。実際、基板と支持構造は一体形成することも考えられる。後続の鋳造工程で、耐火材を支持構造に充当することができる。熱保護パネルは、装入装置に脱着可能に取り付けられるよう構成することが好ましい。

この点において、冶金炉の装入装置用熱保護アセンブリであって、装入装置に互いに隣接して装着されるよう構成され、各々に少なくとも熱保護層を設けた複数の熱保護パネルを備える熱保護アセンブリは、ユニークな発明であると考えられる。上記層は基板上に配置され、基板に接続された複数のタイルを備える。上記熱保護アセンブリによって、装入装置での熱保護シールドの設置とメンテナンスが容易になる。

本発明の好ましい一実施形態では、上記パネルは、各タイルを基板から分離する空所を規定するスペーサ部材を備える。上記空所は、主に、２つの目的を果たす。一方は、各タイルと基板の間の熱接触を低減することである。他方は、上記間隙により、タイルが沿って配置される表面に対して垂直な熱膨張が可能になる。スペーサ部材は、通常、基板に対向するタイル側に配置され、上記表面に垂直に延びる。

タイルを基板から分離する空所は空気を充填するのみでよいが、基板とタイルの間には断熱層を配置することが好ましい。上記断熱層は概してアセンブリの熱伝導を低減し、特に、タイル間の間隙を介した熱対流を低減する。断熱層には、当該技術分野で周知の各種材料を用いることができる。特に、セラミックファイバ材料を用いることが好ましい。

殆どの場合、熱保護アセンブリで保護される装入装置の部材にも、何らかの冷却回路が必要である。好ましい実施形態では、上記冷却回路の部位を熱保護パネルに設置することができる。この場合、各熱保護パネルは少なくとも１つの冷却剤チャネルを備える。冷却剤チャネルは、従来の管材および／または基板内に設けたチャネルによって構成される。上述した実施形態では、熱保護と冷却のシステムが共にモジュラー式に設計される。これにより、検査、修理、または交換に際して、個々のパネルの取付けや取外しが非常に簡単にできる。また、こうした検査、メンテナンス、および／または交換は、装入装置の内部から行ってもよい。

本発明はさらに、冶金炉の装入装置用熱保護パネルを提供する。この熱保護パネルは、一表面に沿って互いに隣接配置され、共通の基板に接続された複数の熱保護タイルを備え、隣接するタイル間には間隙が設けられている。上記各部材は、本発明の熱保護アセンブリについての説明で上述した。熱保護パネルの好ましい実施形態は、熱保護アセンブリの好ましい実施形態と対応する。

本発明はさらに、冶金炉の装入装置を提供する。この装入装置は、一表面に沿って互いに隣接配置された複数の熱保護タイルを設けた熱保護アセンブリを備え、隣接するタイル間には間隙が設けられている。上記表面は、通常、装入装置の炉側の表面であり、言い換えれば、炉に対向する側の表面であることが理解されよう。

装入装置の好ましい実施形態は、上述した熱保護アセンブリの実施形態と対応する。

上記装入装置は、特にギアアセンブリ用ケーシングを備えてもよい。本発明では、熱保護アセンブリは、上記ケーシングの環状底面を保護するよう構成される。この場合、上記ケーシングの底面は、当然、炉に対向している。この構成は、国際公開第２０１２／０１６９０２Ａ１号に開示されており、ここに参考文献として援用される。ただし、本発明では従来の熱シールドを採用する。上記ギアアセンブリは、装入装置の分配シュート用傾動機構の一部である。また、上記ケーシングは、ギアアセンブリ用ハウジングを形成することから、ギアボックスと考えることもできるが、ギアアセンブリはハウジング内で回転可能である。

熱保護パネルは、ケーシング内部に対して取付けや取外しが可能であることが非常に好ましい。通常、ケーシングはギアアセンブリのメンテナンス等のための点検蓋を有しているため、簡単に内部にアクセスできる。内部からボルト等の接続手段を簡単に操作可能であれば、パネルの取付けや取外しを簡単かつ安全に行うことができる。

熱保護アセンブリが上述した複数の熱保護パネルを備える場合、通常、パネルは手作業で扱うには重すぎる。従って、何らかの掲揚装置（ｈｏｉｓｔ）を設ける必要がある。上記のような装置をメンテナンス毎にケーシングに投入し、後で取り出すことは可能であるが、パネルを取り扱うための掲揚装置はケーシングの内部に配置する（取り付ける）ことが好ましい。一例として、上記掲揚装置は橋形クレーンである。国際公開第２０１２／０１６９０２Ａ１号に示すような環状ケーシングでは、橋形クレーンは、ケーシングの頂部近傍に配置した環状梁部を備えてもよい。環状梁部をケーシングのいずれの部位よりも上方に配置することで、底部に位置するいずれのパネルも持ち上げることができる。

本発明の詳細を、添付図面を参照して以下に説明する。
本発明による、熱保護パネルの第１の実施形態の破断斜視図である。 本発明による、熱保護パネルの第２の実施形態の破断斜視図である。 図１の熱保護パネルを用いた、本発明による装入装置の破断斜視図である。

図１に、冶金炉の装入装置の炉側底部を保護するために用いる、熱保護パネル１０の破断斜視図を示す。保護対象の底部は、例えば、国際公開第２０１２／０１６９０２Ａ１号に記載された分配装置のギアアセンブリ用ハウジングの一部である。底部は、その形状が環状であるため、円弧状パネル１０によって被覆可能である。パネル１０の形状は、主に、鋼鉄から成る基板１１によって決まる。蛇行する冷却剤チャネル１２は基板１１に配置され、基板１１に溶接した蓋板１３によって被覆される。蓋板１３は、冷却剤チャネル１２の蛇行構造に合わせて、蛇行構造を有してもよい。基板１１が変形すると、冷却剤チャネル１２が移動する。冷却剤チャネル１２の形状にかなり近い形状の蓋板１３を用いれば、蓋板１３が冷却剤チャネル１２の動きに追従するので、蓋板１３と基板１１間の溶接が破砕するリスクを低減することができる。供給管１４と排水管１５はチャネル１２に接続され、冷却剤供給源に対する接続に用いることができる。基板１１は複数の熱保護タイル３１．１、３１．２、３１．３、３１．４を支持し、これらタイルによって熱保護層３０が形成される。熱保護タイル３１の各々は、装着ストリップ３３上に配置されたノブ状スペーサ部材３４を介して、基板１１に接続されている。六角形状のメッシュ３５は装着ストリップ３３に接続されている。メッシュ３５は熱保護タイル３１の支えとして機能し、構造を一体化する。タイル３１の熱保護性は、主に、メッシュ３５の周囲に鋳造される塊状の耐火コンクリート３６から生じるものである。タイル３１．１、３１．２、３１．３、３１．４は互いと接触せず、各タイルの間に間隙３７が設けられている。この間隙３７によって、熱保護層３０が作用している間の熱膨張が可能になる。

製造工程で、メッシュ３５を取り付けた装着ストリップ３３は、耐火コンクリート３６が充当される前に、基板１１に取り付けられる。一枚の厚紙３８を、個々のタイル３１．１、３１．２、３１．３、３１．４の間に配置することで、コンクリート３６が間隙３７に入り込むことを防ぐ。その後、耐火コンクリート３６はメッシュ３５の周囲に鋳造される。厚紙３８は、パネル１０の設置前に取り除いてもよいが、そうすることは必須ではない。厚紙３８は、パネル１０の運転条件ですぐに焼け落ちてしまうため、図１に示すように、間隙３７内に残してもよい。スペーサ部材３４によって、タイルと基板１１の間に空所が設けられ、この空所は、セラミックファイバで構成した断熱層３２で埋められる。従って、熱保護パネル１０は、３層の機能層である熱保護層３０とタイル３１．１、３１．２、３１．３、３１．４を組み合わせたモジュールであり、極端な高温に対する保護と断熱を提供する。断熱層３２によって断熱効果がさらに高まり、管１４、１５を備える冷却剤チャネル１２によって、積極的に冷却が行われる。パネル１０には、基板１１の平面に垂直に延びる側方フランジ１８が設けられる。各側方フランジ１８には複数の貫通穴１９が設けられ、パネル１０を隣接するパネルおよび／または装入装置に接続するためにこれらのフランジを用いる。３つの小穴（ｅｙｅｌｅｔ）２１が基板１１の上方側に配置される。これにより、掲揚装置４１によるパネル１０の取り扱い等が容易になる。

図２に、本発明のパネル１１０の別の実施形態を示す。この場合、チャネル構造のない単純構造の基板１１１が採用されている。熱保護層３０と断熱層３２は、図１に示す実施形態のものと同一である。パネル１１０は、積極的に冷却する必要のない場合、または、別の冷却システムと合体可能な場合に用いてもよい。

図３に、装入装置１の破断斜視図を示す。この装入装置は、ギアアセンブリ用環状ケーシング２と、ギアアセンブリ用円筒状支持体３を備える。図示が省略されているが、ギアアセンブリは、装入装置１の分配シュートを傾動させるために用いる。支持体３は、ケーシング２に対して回転可能に取り付けられる。図３から分かるように、図１に示すような熱保護パネル１０が複数、ケーシング２の環状底部に沿って、互いに隣接配置されている。各側方フランジ１８は、穴１９に貫通させるボルト２０を用いて、径方向に配置されたケーシング２の板状取付け部材５に接続される。同時に、ボルト２０は個々のパネル１０を相互接続するためにも用いる。

図３から分かるように、橋形クレーン４１の梁部４０が、ケーシング２の頂部に接続される。梁部４０は環状に形成されており、クレーン４１を、ケーシング２内の実質的にどの位置にも移動させることができる。図３は熱保護パネル１０の取外しを示す図であり、該パネルは、橋形クレーン４１のチェーン４２によって持ち上げられる。図３には、図１で図示を省略した掲揚リング２２に接続されたチェーンが図示されている。または、チェーン４２を小穴２１に接続することも可能である。橋形クレーン４１を梁部４０に沿って移動させることで、熱保護パネル１０をケーシング２の点検蓋（図示省略）まで移動させてもよく、ここから、修理または交換のために取り外してもよい。交換用パネルは、一連の操作手順を逆に行うことで設置することができる。こうして、熱保護パネル１０の交換を短時間かつ簡単に行うことができる。特に、作業者が熱保護アセンブリ４の下側、すなわち、炉内または炉の近傍で作業する必要がなく、ケーシング２内を介して取付けや取外しを行うことができる。これにより、作業が簡単になるだけでなく、作業者の安全性が大幅に向上する。

１ 装入装置
２ ケーシング
３ 支持体
４ 熱保護アセンブリ
５ 取付け部材
１０ 熱保護パネル
１１ 基板
１２ 冷却剤チャネル
１３ 蓋板
１４ 供給管
１５ 排水管
１８ 側方フランジ
１９ 貫通穴
２０ ボルト
２１ 小穴
２２ 掲揚リング
３０ 熱保護層
３１.１ 熱保護タイル
３１.２ 熱保護タイル
３１.３ 熱保護タイル
３１.４ 熱保護タイル
３２ 断熱層
３３ 装着ストリップ
３４ スペーサ部材
３５ メッシュ
３６ 耐火コンクリート
３７ 間隙
３８ 厚紙
４０ 梁部
４１ 橋形クレーン
４２ チェーン
１１０ 熱保護パネル
１１１ 基板（ベースプレート）

国際公開第２０１２／０１６９０２Ａ１号

Claims (17)

1. 冶金炉の装入装置（１）のための熱保護アセンブリ（４、３０）であって、
   前記アセンブリ（４、３０）は、一表面に沿って互いに隣接配置された複数のタイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）、及び、複数の熱保護パネル（１０、１１０）を備え、
   前記各パネル（１０、１１０）が、前記複数のタイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）が接続された共通の基板（１１、１１１）を備え、
   前記熱保護パネル（１０、１１０）が、互いに隣接して前記装入装置（１）に装着されるように構成されている、熱保護アセンブリ。
2. 間隙（３７）が、隣接する前記タイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）の間に設けられている、請求項１に記載の熱保護アセンブリ。
3. 前記タイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）は、耐火材（３６）を配置した支持構造（３３、３４）を備える、請求項１又は２に記載の熱保護アセンブリ。
4. 前記耐火材は耐火コンクリート（３６）である、請求項３に記載の熱保護アセンブリ。
5. 前記間隙（３７）には、前記冶金炉の動作温度で揮発する材料（３８）が充填される、請求項１から４のいずれか１項に記載の熱保護アセンブリ。
6. 前記揮発性材料は厚紙（３８）である、請求項５に記載の熱保護アセンブリ。
7. 前記支持構造（３３、３４）は、前記耐火材（３６）を配置したメッシュ（３５）を備える、請求項３から６のいずれか１項に記載の熱保護アセンブリ。
8. 前記メッシュ（３５）は六角形状である、請求項７に記載の熱保護アセンブリ。
9. 前記タイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）を前記基板（１１、１１１）から分離する空所を画定するスペーサ部材（３４）を特徴とする、請求項１から８のいずれか１項に記載の熱保護アセンブリ。
10. 断熱層（３２）が前記基板（１１、１１１）と前記タイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）の間に配置されている、請求項９に記載の熱保護アセンブリ。
11. 各前記熱保護パネル（１０）は、少なくとも１つの冷却剤チャネル（１２、１４、１５）を備える、請求項１から１０のいずれか１項に記載の熱保護アセンブリ。
12. 冶金炉の装入装置（１）のための熱保護パネル（１０、１１０）であって、一表面に沿って互いに隣接配置され、共通の基板（１１、１１１）に接続された複数の熱保護タイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）を備える、熱保護パネル。
13. 間隙（３７）が、隣接する前記タイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）の間に設けられている、請求項１２に記載の熱保護パネル。
14. 前記タイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）は、耐火材（３６）を配置した、メッシュ（３５）を好ましくは含む支持構造（３３、３４）を備える、請求項１２または１３に記載の熱保護パネル。
15. 請求項１から１１のいずれか１項に記載の熱保護アセンブリ（４、３０）を備える冶金炉の装入装置（１）であって、前記熱保護アセンブリ（４、３０）は、一表面に沿って互いに隣接配置された複数の熱保護タイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）を備える、装入装置。
16. ギアアセンブリ用ケーシング（２）を備え、前記熱保護アセンブリ（４）が、前記ケーシング（２）の環状底面を保護するように構成されている、請求項１５に記載の装入装置。
17. 前記熱保護アセンブリ（４）は複数の熱保護パネル（１０、１１０）を備え、各前記熱保護パネル（１０、１１０）は、複数のタイル（３１．１、３１．２、３１．３、３１．４）が接続された共通の基板（１１、１１１）を備え、互いに隣接して前記装入装置（１）に装着され、前記パネル（１０、１１０）を操作するための掲揚装置（４０、４１）を前記ケーシング（２）の内部に配置した、請求項１６に記載の装入装置。

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