JP3627684B2 - Partial repair method for blast furnace core - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、亀裂、溶損などが発生した鉄皮の損傷部を補修するために、数時間から数十時間の間送風を休止する休風中に、損傷部分を切り欠いて除去し、その切欠き部へ新規鉄皮を溶接補修する高炉炉体鉄皮の部分補修方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、高炉鉄皮は炭素鋼や低合金鋼などの材料からなるが、長期に及ぶ高炉の稼動期間中には、鉄皮内部の耐火物の損耗に伴う炉内からの熱負荷の増加や、高炉の高圧操業における炉内圧の影響を受けて、上記鉄皮に亀裂や溶損といった損傷が生じることがある。このような高炉鉄皮の損傷が全体へ進行してしまった場合には高炉の稼動を停止し、改修を行なうこととなるが、損傷部が局部的な状態の場合はこの損傷部分を切り欠いて除去し、その部分を新規の鉄皮と交換する部分補修を行なうことで操業を継続することが行われている。
【0003】
こうした鉄皮の部分補修は、高炉の操業を一時的に停止する休風を数時間から数十時間行ない、この休風の間に鉄皮の部分交換を行なうことにより行われる。損傷部に新規鉄皮を接合して、鉄皮の部分交換を行う際に行われる溶接時には、溶接棒の溶接材料として、一般に、鉄皮材料と同等の引張り強度を有する50キロクラス高張力鋼用の溶接材料が使用される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、炉体鉄皮の板厚は25〜90mm程度と厚く、また、部分補修であるために新規鉄皮を嵌め込んで溶接するという額縁溶接となることから、溶接継手の拘束度が高い条件になる。このため、溶接補修後における溶接残留応力が高くなる傾向にあり、溶接残留応力による破壊といった事態が懸念される。
【0005】
したがって、従来にあっては、上記溶接残留応力による脆性破壊防止や、疲労破壊寿命延長を目的として、溶接ビード1パス毎にピーニングにより塑性加工を施したり、JISZ3700に規定されるような、溶接後に600℃前後の後熱処理を施したりする方法が推奨されている。
しかし、いずれの方法も多大な溶接補修時間を必要とする割には残留応力の低減効果にムラがあるという問題があった。また高炉の休風中は炉内温度が低下していくために長時間の休風を行なうことで高炉操業に支障をきたす可能性がある。このように休風中の作業は時間の制約が大きいために、一度に補修できる補修範囲が限られてしまうという問題もあった。
【0006】
本発明は、以上のような点に着目してなされたもので、高炉鉄皮の部分補修という拘束度の高い溶接継手であっても、簡便な作業により溶接部の残留応力を低減し、且つ遅れ破壊を防止することができる能率的な溶接方法による高炉炉体鉄皮の部分補修方法を提供することを課題とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、溶接対象とする高炉鉄皮の温度、各種溶接材の性質、ピーニングの有無のよる溶接残留応力の関係について種々、実験し、解析を行った。
その結果、高炉鉄皮は、休風中でも50〜100℃の温度にあるため、新鉄皮(嵌め込む補修材)の予熱だけ必要で、被補修部は短時間で昇温すること、及び、低合金高張力鋼の溶接に際して、フェライト系ステンレス溶接材料を適用した場合には、ピーニングなし、後熱なしの条件下でも溶接部の残留応力が低いことを見出した。
【0008】
すなわち、このような見地に基づき、本発明は、上記課題を解決するために、高炉休風時に、高炉鉄皮の被補修箇所を除去し、その被補修箇所に新規鉄皮を溶接により接合して補修を行なう部分補修方法において、上記溶接時の溶接材料としてフェライト系ステンレス溶接材料を使用することを特徴とするものである。
【0009】
なお、本発明に係るフェライト系ステンレス溶接材料としては、JISZ3221に規定されるD430系等を例示できる。
【0010】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に基づく実施形態について図面を参照しつつ説明する。
高炉の操業を一時的に停止する休風時に、図1に示すように、高炉鉄皮1について、劣化・損傷などが生じた被補修部分を額縁状に開口する。なお、図1では開口部2が矩形形状の場合を例示しているが、開口部2の輪郭は、六角形形状その他、どのような形状であっても良い。
【0011】
次に、その開口部2に係合可能な形状の新規鉄皮3を当該開口部2に嵌め込む。このとき、新規鉄皮3の外周端面と開口部2との間は、全周に渡って、図2に示す拡大図のようなルート間隔となるように設定する。図2では、新規鉄皮3の外周端面側のみを切り欠いて片側開先を形成している。
次に、高炉の旧鉄皮1と新規鉄皮3との境界(接合部)に沿ってアーク溶接などの溶接方式で溶接して両者1,3を接合し溶接継手を構成することで部分補修が行われる。図2中、符号4は溶接金属を指す。
【0012】
本実施形態では、上記溶接の際に使用する溶接材料として、フェライト系ステンレスからなる溶接棒を使用する。
ここで、上記鉄皮1,2は、厚肉の炭素鋼や合金鋼からなり、炉体鉄皮自体の剛性が高いと共に額縁溶接であるために溶接部の形状的にも変形し難いので、溶接継手の拘束度が高い。特に、溶接厚さが25mm以上となるような溶接継手となる場合には、溶接量が多くなるため溶接残留応力が大きくなり、拘束力が高くなる。
【0013】
このように、上記高炉鉄皮の部分補修部分は拘束度の高い溶接継手となるが、本実施形態においては、溶接材料としてJISZ3221に規定されている溶接材料の内のフェライト系ステンレス溶接材料を採用しているので、残留応力の低減が可能となっている。その理由は、フェライト系ステンレス溶接材料では、高い引張応力を有しながら、0.2%耐力は比較的低いという性質があるためである。
【0014】
また、高炉鉄皮のような低合金鋼では溶接部位での拡散性水素割れの可能性があるため、通常溶接時に予熱が必要となるが、高炉休風中は鉄皮1の温度が50〜100℃と比較的高温に維持されているため、溶接補修に当っては新規鉄皮3の予熱を行なうだけで、溶接作業を開始することができ、作業を簡便化することができる。
【0015】
【実施例】
本発明の効果を確認するために、上記図1に併記のように、長さ3m×幅3m×厚さ50mmの試験材1の中央に対し、矩形状に長さ0.5m×幅0.5mの開口を開け、その開口部2に、長さ0.492m×0.492m×厚さ50mmの補修部材3(新規鉄皮に相当)を嵌めて額縁溶接を行なった。
【0016】
上記試験材1及び補修部材3には、いずれもJISG3106に規定されるSM490(引張強さ490〜610MPa)の鋼材を用いた。
そして、本願発明に基づく実施例として、溶接材料にJISG3221に規定されるD430−16(引張強さ522MPa,0.2%耐力310MPa)を用いて、ルート間隔4mmの片側開先で溶接した。
【0017】
また、比較のために、比較例として、溶接材料にJISG3212に規定されるD5016(引張強さ560MPa,0.2%耐力490MPa)を用いてルートギャップ4mmの片側開先で溶接した。すなわち、溶接材料以外は、実施例と同一の条件とした。
これら2種の試験体を用いて拘束溶接継手の溶接残留応力測定を行なった。その結果を図3に示す。
【0018】
この試験は、図2に示すように、溶接継手の両側表裏にそれぞれ歪ゲージ5を貼付して溶接を行ない、溶接後の歪を計測することにより溶接により生じた応力を測定するものである。図3では、各部位に発生した応力値を幅で示している。
なお、比較例の試験体では、溶接後にピーニングを行なったもの、およびピーニングを行なった上に後熱処理を行なった3種類の試験体についてそれぞれ試験を行っている。上記後熱処理は、高炉休風中における高炉鉄皮の部分補修作業を想定して、片面からパネルヒータを用いて、600℃で4時間保持することで行った。
【0019】
図3から分かるように、比較例でピーニングや後熱処理を行なわなかったものでは高い溶接残留応力を示しているのに対し、本実施例ではピーニングや後熱処理を行なわなくとも、比較例におけるピーニングや後熱処理を行なったものと同等の溶接残留応力レベルに留まっている。
すなわち、本願発明に基づく部分補修における溶接作業では、溶接の前後でピーニングや後熱を施さなくても、溶接残留応力のレベルを低く抑えられることが分かる。
【0020】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、高炉休風中の高炉鉄皮の部分補修のような拘束度の高い溶接継手の溶接にフェライト系ステンレス溶接材料を適用することで、後熱処理、ピーニングといった処理を行なう必要がないため、溶接補修能率の低下を回避することができる。
【0021】
また、補修部の残留応力を低減できることから、残留応力に起因する脆性破壊や疲労寿命の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく実施形態に係る部分補修を説明するための図である。
【図2】本発明に基づく実施形態に係る溶接継手部を説明する図1におけるA部分の図である。
【図3】実施例における各溶接継手と溶接残留応力との関係を説明する図である。
【符号の説明】
1 鉄皮
2 開口部
3 新規鉄皮
4 溶接金属
5 歪ゲージ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention cuts and removes the damaged part during the rest period in which the air blowing is suspended for several hours to several tens of hours in order to repair the damaged part of the iron skin where cracks, melting damage, etc. occur. The present invention relates to a partial repair method for a blast furnace furnace core skin that welds and repairs a new skin to a notch.
[0002]
[Prior art]
In general, the blast furnace iron skin is made of materials such as carbon steel and low alloy steel, but during the operation period of the blast furnace for a long time, the heat load from inside the furnace increases due to the wear of the refractory inside the iron skin, The iron skin may be damaged, such as cracking or melting, under the influence of the furnace pressure in the high-pressure operation of the blast furnace. When such damage to the blast furnace iron shell has progressed to the whole, the operation of the blast furnace will be stopped and repairs will be made, but if the damaged part is in a localized state, this damaged part will be cut out. The operation is continued by performing partial repairs that remove and replace the part with a new iron skin.
[0003]
Such partial repair of the iron skin is performed by performing a resting wind for temporarily stopping the operation of the blast furnace for several hours to several tens of hours, and performing partial replacement of the iron skin during the resting wind. When welding is performed when a new iron skin is joined to the damaged part and partial replacement of the iron skin is performed, generally as a welding material for the welding rod, a 50 kg class high strength steel having a tensile strength equivalent to that of the iron skin material. Welding materials are used.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the thickness of the furnace shell is about 25 to 90 mm, and because it is a partial repair, it is frame welded with a new core being fitted and welded. become. For this reason, there exists a tendency for the welding residual stress after a welding repair to become high, and there is a concern about the situation of destruction by welding residual stress.
[0005]
Therefore, conventionally, for the purpose of preventing brittle fracture due to the above-mentioned welding residual stress and extending the fatigue fracture life, plastic working is performed by peening for each pass of the weld bead, or after welding as defined in JISZ3700. A method of performing a post heat treatment at around 600 ° C. is recommended.
However, each method has a problem that there is unevenness in the effect of reducing the residual stress while requiring a large welding repair time. Moreover, since the temperature inside the furnace decreases while the blast furnace is closed, it may interfere with the operation of the blast furnace by performing a long break. As described above, there is a problem in that the range of repairs that can be repaired at a time is limited because the time during which the wind is not working is greatly limited.
[0006]
The present invention has been made paying attention to the above points, and even with a welded joint having a high degree of restraint such as partial repair of the blast furnace iron skin, the residual stress of the welded portion is reduced by a simple operation, and It is an object of the present invention to provide a method for partially repairing a blast furnace core body by an efficient welding method capable of preventing delayed fracture.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
The present inventors conducted various experiments and analyzes on the relationship between the temperature of the blast furnace iron skin to be welded, the properties of various welding materials, and the welding residual stress depending on the presence or absence of peening.
As a result, since the blast furnace iron skin is at a temperature of 50 to 100 ° C. even during a rest period, it is only necessary to preheat the new iron skin (the fitting material to be fitted), and the temperature of the repaired part is increased in a short time, and In the welding of low-alloy high-strength steel, it has been found that when a ferritic stainless steel welding material is applied, the residual stress of the weld is low even under conditions of no peening and no post-heating.
[0008]
That is, based on such a viewpoint, in order to solve the above-described problems, the present invention removes a repaired portion of the blast furnace iron skin when the blast furnace is closed, and joins the new iron skin to the repaired portion by welding. in the Hare unit content repair methods row repair Te, it is an feature the use of ferritic stainless welding material as welding material during the welding.
[0009]
As the ferritic stainless welding materials according to the present invention can be exemplified by D430 system such as defined in JISZ3221.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Next, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, when the blast furnace operation is temporarily stopped, as shown in FIG. 1, the repaired portion in which the blast
[0011]
Next, a
Next, along the boundary (joint part) between the
[0012]
In this embodiment, a welding rod made of ferritic stainless steel is used as a welding material used in the above welding.
Here, the
[0013]
Thus, part repaired portion of the blast furnace steel shell is a high degree of restraint weld joint, in this embodiment, the ferritic stainless welding materials of the welding materials as specified in JISZ3221 as welding material Therefore, the residual stress can be reduced. The reason is that the ferritic stainless welding materials, while having a high tensile stress is due to the property that a 0.2% yield strength is relatively low.
[0014]
In addition, in low alloy steels such as blast furnace iron skin, there is a possibility of diffusible hydrogen cracking at the welded part, so preheating is usually required at the time of welding. Since it is maintained at a relatively high temperature of 100 ° C., the welding operation can be started simply by preheating the
[0015]
【Example】
In order to confirm the effect of the present invention, as shown in FIG. 1 above, the center of the
[0016]
As the
And as an Example based on this invention, it welded by the one side groove | channel of 4 mm of root space | intervals using D430-16 (tensile strength 522MPa, 0.2% yield strength 310MPa) prescribed | regulated to JISG3221 as a welding material.
[0017]
In addition, for comparison, as a comparative example, welding was performed with a one-side groove having a root gap of 4 mm using D5016 (tensile strength 560 MPa, 0.2% yield strength 490 MPa) defined in JIS G3212 as a welding material. That is, the conditions were the same as in the examples except for the welding material.
Using these two types of specimens, the welding residual stress of the constrained welded joint was measured. The result is shown in FIG.
[0018]
In this test, as shown in FIG. 2, the
In addition, in the test body of a comparative example, the test was performed about what was peened after welding, and three types of test bodies which performed the post-heat treatment after performing peening, respectively. The post-heat treatment was performed by holding at 600 ° C. for 4 hours from one side using a panel heater, assuming partial repair work of the blast furnace iron skin during blast furnace quiescence.
[0019]
As can be seen from FIG. 3, the comparative example without peening or post heat treatment shows high welding residual stress, whereas in this example, the peening or post heat treatment in the comparative example was performed without performing peening or post heat treatment. The welding residual stress level is the same as that of the post-heat treatment.
That is, it can be seen that, in the welding work in the partial repair based on the present invention, the level of welding residual stress can be kept low without performing peening or post-heating before and after welding.
[0020]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, by applying the ferritic stainless welding materials for welding high welded joint of degree of restraint, such as parts repair of blast furnace steel shell of the blast furnace rest in air, post heat treatment Since it is not necessary to perform a process such as peening, it is possible to avoid a decrease in welding repair efficiency.
[0021]
Further, since the residual stress in the repaired portion can be reduced, brittle fracture and fatigue life due to the residual stress can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram for explaining partial repair according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram of a portion A in FIG. 1 for explaining a welded joint according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining a relationship between each weld joint and welding residual stress in an example.
[Explanation of symbols]
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