JP3333525B2 - 冶金用炉ユニット - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は冶金用炉ユニットに関し、回転及び／又はピ
ボット又は類似の動きをするようにした円筒形の炉本体
を備えており、これらの動きは請求の範囲第１項のプリ
アンブルに従って、炉本体の外側に取付けられた少なく
とも１つのリングの手段によって可能にされる。本発明
は特に上吹き回転転炉に関する。

「冶金用炉ユニット」というとき、一般的には、ユニ
ットプロセスに関連して要求される最も高い温度におい
て高温冶金ユニットプロセスが実行されるプロセス機器
を意味する。本明細書においては、「冶金用炉ユニッ
ト」の語は、厳密な高温冶金プロセス以外の冶金プロセ
ス、例えば無機高温プロセスが実行される炉ユニットを
も含むものとする。炉ユニットは精錬炉、キルン、又
は、他の種類の熱処理炉であることもあり、回分式のプ
ロセスにためのもの又は連続プロセスのためのもののい
ずれのものでも有り得る。そのような炉ユニットの炉本
体のまわりには１又は複数のリングが設けられており、
これらのリングは一般的にマウンティングリングとして
知られており、これは、スライドリング、ティルトリン
グ、又は、サポートリングの機能を有する。これらのリ
ングに共通する特徴は、炉本体自体の外側すなわちユニ
ットの円形の外側ケーシング壁の外面にリングが取付け
られているということである。

多くの異なるタイプの冶金用炉ユニットが入手可能で
あり、それぞれは前記ユニットによって実行される具体
的な動きのために設計されている。例えば、当業者に知
られている様々な種類の連続動作回転炉では、いくつか
のリングを備えており、かかるリングはドライブローラ
又は単にサポートローラであるローラ上に載せられて、
炉はわずかに傾斜している。異なるタイプの動きをする
水平動作転炉を設計することもまた必要とされ、例え
ば、その各長軸を中心としてティルト動作したり回転動
作することが求められる。そのような転炉もまた、自由
回転するものであれ、ドライブされるローラであれ、ロ
ーラの上に載せられており、かかるローラの助けによっ
てティルト又は回転することができる。また、当業界に
おいて一般的に非水平型転炉と称されるグループの炉ユ
ニットも知られている。そのような転炉に共通する特徴
は、炉の長手方向の軸線に対して垂直に延在する軸線を
中心として、炉を傾けまたは回転させることができるこ
とであり、炉には底部分が設けられるとともに、前記底
部分に対して転炉の長手方向の反対側には開口を備えた
上部分が設けられている。そのような転炉は、LD、Thom
as、OBM、又は、BOLD型の転炉として知られるタイプの
直立転炉であるか、又は、TBRC又はKaldo型の転炉とし
ばしば称される傾斜した回転転炉である。

回転転炉はティルト及び／又は捩れの動作が可能であ
るのに加え、炉の長手軸線を中心として、しばしば比較
的高い速度で回転することができるべきである。転炉
は、例えば、混合動作、及び反応プロセスに関連して回
転するとともに、チャージ動作、ブロー動作、スラグ回
収、炉からの排出、及び炉の張替えの動作に関連して旋
回する。

上述した種類のすべての冶金用炉ユニットについて共
通する問題点は、動作中に炉ユニット及び炉壁に生じる
大きな温度変化の結果として使用中に複雑化さを引き起
こすことなくリングを炉本体のまわりに取付けるという
ことである。これらの温度変化は空間の次元及び時間の
次元の両方にわたる。さらに、冶金プロセス中に炉ユニ
ットを操作すなわち回転及びピボット又は旋回させなけ
ればならないときに、そのような炉ユニットとその内容
物との重たい重量が問題を生じさせる。これらの温度変
化の結果として、炉ユニットは半径方向及び長手方向の
両方に膨張及び収縮を交互にするであろう。さらに、炉
ユニットの膨張は炉本体の全体にわたって均一ではない
だろう。従って、リングが炉壁の外側に直接取付けられ
ているとすると、リングは熱膨張に起因する炉壁の動き
に追従しないために問題が生じる。それゆえ、リングは
所定の量の遊びないしクリアランスをもって取付けられ
るか、又は、リングが炉本体のまわりにスライドできる
ように取付けられる。しかしながら、このことは、今度
はリングと炉本体との間に好ましくないギャップをもた
らし、この結果、特に炉の使用中に動かさなければなら
ない重い負荷のために、リング及び炉壁の双方に大きな
摩耗を生じさせる。近年、これらの問題に対する様々な
構造的な解決策が提案されており、例えば、様々なタイ
プの可動式のボルト結合によってリングと炉本体とを取
付けるものなどがある。そのような構造の１つは、GB−
A1218441号に開示されており、これによれば、マウンテ
ィングリングは、例えばKaldo型転炉の炉壁に対して、
支持体と「弾性的に」伸縮できるボルトとの助けによっ
て固定されており、同ボルトは炉の長手軸線に平行に配
置されるリングと支持体とを貫通する細長い断面の開口
に配置され、ボルトの両端において炉の放射状に延び
る、各開口部の長手軸線がそれぞれリング及び支持体に
より設けられたベアリング面によって支持される。これ
により、各ボルトは放射状平面内においてピボットする
ことができる。従って、ボルトは実際にはある種の斜め
外向きに作用するリンクと同じ機能を果す。

炉本体にリングが取付けられている公知のすべての及
び試験済みの構造についての共通する欠点は、炉本体の
摩耗の量が膨大であることであり、このことは頻繁かつ
定期的なメンテナンス作業を要求し、従って勿論、多額
のメンテナンスコストが必要となる。これら公知の及び
試験済みの構造が本当の成功をおさめていないのはこの
理由のためである。当然ながら、より高い負荷のもとで
は炉本体の摩耗は増加するので、炉ユニットの構造をよ
り大きくすれば問題もまた深刻になる。チャージ重量は
しばしば100tonに達するという事実からみると、前述し
た問題点は非常に重要である。炉構造におけるいかなる
好ましくない遊びも非常に面倒な問題になり得、ひどい
摩耗問題につながり、そして、高い回転速度においては
回転アンバランスが摩耗問題をさらに悪くする。

DK−A68786号は、いわゆる弾性的なサポートエレメン
トの手段によって、サポートリングを炉の外面に結合さ
せる解決手段を提案している。これらのサポートエレメ
ントは、例えば、数列のボルトの助けによって、炉の外
側円筒面とサポートリングとの両方に堅固に固定され
る。各サポートエレメントは、熱膨張に起因する炉本体
の動きを吸収するために強制的に曲げられる。このよう
に材料の固有の弾性が利用されているため、この解決策
は技術的にききめがあり、また、このような状況におい
て明らかに適切な解決策である。そのようなサポートエ
レメントの弾性的性質を利用することを容易にするため
に、前記エレメントを板状の形態にしたり、アイアンの
形状ないし輪郭にしたり、これに似たエレメントにし、
さらに前記エレメントを前記サポート部材が炉のケーシ
ングに連結される端部において短い円筒形の部材に連結
することもできるとされている。炉ユニットがケーシン
グを備えているときには、ケーシングは、弾性的なサポ
ート部材の曲げを容易にすべく軸方向にスロットを備え
ているのが好ましい。本発明の誕生と関連して、すでに
提案されてはいるがいまだ（少なくとも我々の知る限り
では）試験されていない試みについて、サポートリング
を備えた炉本体の熱膨張に関連する前述した問題を解く
ために計算を行った。しかしながら、近代的なコンピュ
ータ化されたFEM解析による機械強度計算によれば、そ
のような構造では大きな荷重及び多数の負荷交番（炉の
回転）により高い疲労応力が生じて、いくつかの位置に
おいて炉本体を疲労破壊の危険にさらす。これは、特
に、スロットの半径部及びアタッチメント孔における応
力集中によるもので、構造の利用可能な寿命を著しく減
少させる。明らかに欠点のある公知の構造が一般的に利
用されてこなかった１つの理由は、たぶん、テストラン
を実行して得られたネガティブな経験のためであろう。
もしそうならば、今日においては、そのようなネガティ
ブな経験を現代的なコンピュータ化された強度計算の助
けによって説明することが可能である。

導入部で述べているように本発明は回転転炉のみに限
定されるものではないけれども、本発明は特に、転炉を
回転及びティルトないしピボットさせることが必要であ
るという、転炉で広く行われている特殊な動作条件が理
由の一部となってマウンティングリングの取付に関する
問題が最も重大であるような炉ユニットに関するもので
ある。これらの問題は転炉に関する経験を有するすべて
の冶金学者のよく知ることである。

本発明の目的は、上述したような炉ユニットを回転さ
せ、ティルトさせ及び／又はピボットさせるのに用いる
マウンティングリングの取付けに関連する先の問題を実
質的に除去することができるデザインの冶金用炉ユニッ
トを提供することである。本発明の他の目的は、動作が
信頼できるとともに、既に公知の炉ユニットよりも少な
いメンテナンスコストで済む冶金用炉ユニットを提供す
ることにある。これらの目的は請求の範囲に記載する特
徴を有する冶金用炉ユニットによって達成される。

従って、本発明に係る炉ユニットは、リング、すなわ
ち、サポートリング、ティルトリング、及びこれに類似
するようなマウンティングリングを備えており、同リン
グは炉本体のまわりに炉本体と間隔を隔てた関係で取付
けられており、各リングは炉ユニットの長手方向に伸び
る力伝達サポート部材によって炉本体に結合されてお
り、同サポート部材は熱膨張による炉本体の動きがリン
グに伝達するのを防止する機能を有するとともに、同時
に、炉ユニット及びその収容可能内容物からの負荷をリ
ングに伝達する。本発明によれば、サポート部材は閉じ
たケーシングを備え（以下マントルと称する）、これは
炉本体を取囲み前記本体とリングとのそれぞれに対して
フレキシブルな連結材によって結合されており、炉本体
の前記熱膨張の動きに応じてマントルと炉本体及びマン
トルとリングそれぞれの間の角度の制限された変化を可
能にする。この解決策によれば、サポート部材の曲げを
要求したり、実際にマントルが何らかの変形をするよう
に要求することなしに、そのような動きに関連する問題
を解決することができる。かくして、熱膨張は、本質的
に、マントルの変形なしに吸収することができる。これ
をもってマントルは「膨張吸収する」と言うことができ
る。

従って、「膨張吸収マントル」とは、炉本体に取付け
られた箇所において温度適合により単に実際の炉本体の
熱膨張の動きに追従することによって、構造材料（通常
は鋼）の自然かつ特別な特性を利用すべく構成され適合
され、一方で他端部が低目の温度に加熱されるとともに
比較的小さな温度変化にさらされるので、マウンティン
グリング及びこの状況下でのわずかな膨張に適合した比
較的一定の直径を保つマントルを意味する。

マントルは円筒形の形状を有し、一端部ないし端部付
近において炉本体に取付けられたフランジないし類似物
に連結され、同フランジは炉本体から外向きに突出して
おり、その半径方向への拡張は、炉本体が冷たい、すな
わち熱的に膨張していないときの炉ユニットとマウンテ
ィングリングとの間の直径差に一致すべきである。変形
例として、マントルは円錐形の形状を有してもよく、最
小断面積を有する端部において炉本体に連結される。

理想的には、実際の炉本体とマントルないしマントル
のうちマウンティングリングを支持する部分との間には
熱絶縁シールドを設けるのがよく、リング、及びサポー
トリング、及び関連するベアリングの温度及び温度変化
を可能な限り低いレベルに維持する。マントル及び／又
は炉本体から突出したフランジには空気流通孔を設けて
もよい。これにより、炉本体とマントルとの間の空気循
環が容易になり、炉本体の表面温度を許容できる低いレ
ベルに保つことが可能になる。

次に、本発明の好ましい実施形態であるKaldo型の転
炉をより詳細に参照しつつ添付図面を参照して説明す
る。図１はKaldo型の転炉の炉容器を示す側面図であ
り、図２は同一の炉容を破断して示す側面図であり、図
３はKaldoプラントの原理を示す図であり、図４はマン
トルを炉にフレキシブルに取付ける原理を示す図であ
り、図５は本発明による好ましい実際的なマントルの取
付の実施形態を示す図である。

図１及び図２に示すのは、Kaldoタイプの炉ユニット
１であって、円筒形の炉本体２及び円錐形の底部分３及
び円錐形の上部分４を備えている。炉ユニット１はその
幾何学的な長手軸線５を中心として回転することができ
る。円筒形の炉本体２の外側一部分には膨張吸収マント
ル６が設けられ、同マントルは一端にサポートリング７
を保持している。マントル６は円形のフランジ８を介し
て炉本体に結合されており、同フランジは円筒形の炉本
体の円周全体にわたって突出しつつ炉本体に連結されて
いる。マントル６の取付け方は図２に最もよく示されて
いる。また、炉本体２には保護リング９が取付けられて
おり、スラグ又は他の材料の粗片がサポートリング７と
サポートホイール13との間に入ることを防止している。
変形例として、マントル６を炉本体２に直接取付けるこ
ともできる。この後者の場合には、マントル６は円錐形
状を有することになろう。マントル６の炉本体２への、
即ち炉本体フランジ８への取付け、及びサポートリング
７への取付けは、それぞれフレキシブルな連結形態を有
している。このフレキシブルな連結は、種々のやり方で
達成することができよう。例えば、連結部において制限
された角度変化が生じることを許容する一般的な能力を
有する取付けは、クランプ連結を備えた特別に設計され
た溶接によって、又は、特別に設計されたフランジ結合
によって得ることができる。かくして、マントル６の両
端部の取付は、適切に適合された熱伝達が得られると共
に、取付点における温度を均等にするように設計されて
いる。マントル６は各個別ケースにおける具体的な用途
に対して好適と考えられるいかなる品質の構造鋼で作る
こともできる。

図３は、使用中の炉ユニットを備えたKaldo型のプラ
ントを示している。炉ユニット１はその長手方向が傾斜
しており、サポートベアリング11に載り、ギアボックス
を備えた油圧モータ又は電気モータであるドライブモー
タ12の手段によって長手軸線５を中心として回転させら
れる。炉ユニット１は、炉ユニット１の下側部分に沿っ
て配置されたサポートホイール13に載った状態で回転す
る。ホイール13はサポート構造14内のベアリングに保持
されている。炉ユニット１にはサポートリング７が設け
られ、同サポートリングは膨張吸収マントル６の一端に
取付けられ、同マントルは円筒形の炉本体２に溶接され
又は他の適当な手段で固定されたフランジ８へと取付け
られている。

図４は、円錐形の膨張吸収マントル６を取付けた様子
を示しており、マントルの最小断面積側の端部は炉本体
２に直接フレキシブルに固定されており、前記取付点6a
を丸印によって模式的に示しているとともに、他の堅固
でない乃至フレキシブルな取付点についても同様に示し
ている。円錐形のマントル６は図３に示した円筒形のマ
ントル６と同様の機能を有する。

図５は、膨張吸収タイプのマントルの取付けの好まし
い実施形態を示している。炉本体２はフランジ８を有
し、同フランジはその陥凹部17a内に、マントル６の図
中における左側部分を構成するマントルフランジ17に適
合する。マントル６の右側部分もまた、符号16にて示す
ように、フランジとして形成されており、これに対応す
べく形成されたサポートリング７の陥凹部16aに適合す
る。炉本体フランジ８及び左側のマントルフランジ17を
貫通し、同様にサポートリング７及び右側のマントルフ
ランジ16を貫通する開口孔15が設けられ、ボルト（図示
せず）で結合される。マントルのフランジ16及び17はコ
ンパクトな形態をもち、いわゆるFEMタイプのコンピュ
ータ計算によって最適化されており、両者はサポートリ
ング７及び炉本体フランジ８に対して小さな接触面積し
か有していない。かくして、ボルト又はフランジ16及び
17のいずれにも受入れがたい応力又は張力を生じさせる
ことなしに、フランジ16とサポートリング７及びフラン
ジ17と炉本体フランジ８それぞれの間の角度を変化させ
ることができる。サポートリング７とマントルフランジ
16との間にいかなる半径方向の遊びをも生じないように
固定方法を選択したこともまた重要である。このように
マントル６は炉本体２が炉内の熱により膨張して半径方
向に動くことで与えられる新たな位置へフランジ８が半
径方向に動くのに追従することができるほどに、サポー
トリング７及び炉本体フランジ８の両方に対してフレキ
シブルに取付けられている。しかしながら、サポートリ
ング７は加熱されることがなく、炉ユニット１及び炉本
体２の温度変化にかかわりなく可能な限り低温に保持さ
れているので、サポートリング７の位置は変化すること
がなく、マントル６は略円錐形をとることができる。

かくして、熱膨張の結果による炉本体２及び炉本体フ
ランジ８の動きは、マントル６及びその連結によって略
吸収される。炉本体からマントル６を介してサポートリ
ング７へと重大な熱量が伝達されることはない。サポー
トリング６を加熱する優勢で潜在的な熱源は炉本体２か
らの熱放射である。サポートリング７と炉本体２との間
に絶縁材料（図示せず）を設けることにより、サポート
リング７をこの熱放射からシールドすることができる。

実施例 サポートリングを炉ユニットに固定しかつ連結する本
発明の装置を用いた直立式の２つのKaldo型の炉が近年
存在する。一方のユニットは、Kazakhstanの銅プラント
であり、他方は、Boliden AB所有のスエーデンのRonns
kar精錬炉である。両方のユニットとも等しいサイズ
で、以下の主要な技術的仕様を有している。

総重量（煉瓦及び精錬材を除く） 21300kg 精錬重量（動作中） 6000kg 煉瓦重量 18500kg 最大ティルト速度 0.6rpm 最大回転速度 20rpm いずれの炉についても、サポートリング連結に起因す
る問題を起こすことなく約８ケ月間にわたり稼働した。

Ronnskarのユニットについて、ボルト結合の締付モー
メント及びあらゆる摩耗ないしサポートリングの他の損
傷について、特に注意して行った最近の検査によれば、
供給時の状態と比べていかなる変化も機器には認められ
なかった。従って、いままでのところ炉ユニットは略メ
ンテナンスフリーのサポートリング連結を得ることに関
するすべての目的を満足することが大いに証明された。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 後藤 政博 (56)参考文献 特公 昭62−23053（ＪＰ，Ｂ２) 特公 平４−38823（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭48−27167（ＪＰ，Ｂ１) 実公 昭44−24165（ＪＰ，Ｙ１) 実公 昭51−15762（ＪＰ，Ｙ１) 西独国特許出願公開2340618（ＤＥ, Ａ１) 西独国特許924077（ＤＥ，Ｂ) 米国特許3497197（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F27B 3/00 - 3/28 C21C 5/50

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】冶金用炉ユニット（１）であって、回転及
   び／又はティルト又は類似の動作をする円筒形の炉本体
   （２）を有し、炉本体（２）の外側に配置され且つ前記
   動きを生じさせ得るように機能する少なくとも１つのリ
   ング（７）が設けられ、各リング（７）は炉本体（２）
   から距離を隔てて配置されると共に、炉ユニット（１）
   の長手方向に延在する力伝達サポート部材（６）によっ
   て炉本体に結合され、同力伝達サポート部材は、炉本体
   （２）の熱膨張の動きがリング（７）に伝わるのを防止
   するようにしてあるとともに、炉本体の固有の重量と炉
   のチャージ重量とによる外部負荷を吸収するようにして
   あるユニットにおいて、サポート部材（６）は炉本体
   （２）を取囲む閉じたマントルを備えると共に、炉本体
   （２）とリング（７）とにそれぞれ十分フレキシブルな
   取付けで連結されており、熱膨張に起因して炉本体
   （２）の動きの結果生じ得るマントル（６）と炉本体
   （２）との間の制限された角度の変化を許容し、それと
   ともに、マントル（６）の実際の重大な湾曲ないし他の
   変形を全く伴うことなくこれらの動きを除去することを
   特徴とする冶金用炉ユニット。
2. 【請求項２】マントル（６）は円筒形であって、その一
   端ないし前記一端の付近の位置において、炉本体（２）
   に固定されそこから外側に突出しているフランジ（８）
   又はその類似物に連結されていることを特徴とする請求
   の範囲１に記載の冶金用炉ユニット。
3. 【請求項３】マントル（６）は円錐形であって、円錐形
   のマントルは最小断面側の端部において炉本体（２）に
   取付けられていることを特徴とする請求の範囲１に記載
   の冶金用炉ユニット。
4. 【請求項４】リング（７）と炉本体（２）との間に熱絶
   縁シールドが配置されていることを特徴とする請求の範
   囲１乃至３いずれか１項に記載の冶金用炉ユニット。
5. 【請求項５】マントル（６）及び／又は炉本体（２）の
   フランジ（８）は貫通する空気冷却孔を備えていること
   を特徴とする請求の範囲１乃至４いずれか１項に記載の
   冶金用炉ユニット。
6. 【請求項６】上吹き回転転炉（１）であって、円筒形の
   炉本体（２）、円錐形の底部分（３）、及び上部分
   （４）を有すると共に、円筒形の炉本体（２）の外側に
   配置されたサポートリング（７）を有し、前記サポート
   リング（７）は炉本体（２）とは間隔を隔てられている
   と共に、円筒形又は円錐形のサポート部材（６）を介し
   て炉本体へと連結され、サポート部材は転炉（１）の長
   手方向に延在して前記炉本体（２）の熱膨張の動きを受
   入れるべく機能するものにおいて、サポート部材（６）
   は閉じたマントルを備え、これは炉本体（２）を取囲む
   と共に炉本体（２）とリング（７）とのそれぞれにフレ
   キシブルな取付けで連結されており、マントル（６）と
   炉本体（２）との間に、熱膨張に起因する炉本体（２）
   の動きの結果として起る所定の制限された角度変化を許
   容して、これにより、マントル（６）の実際の重大な湾
   曲ないし他の変形を伴うことなく前記動きを除去するこ
   とを特徴とする上吹き回転転炉。