JP4312773B2 - 回転炉床炉 - Google Patents

Description

この発明は、鉄鉱石、製鉄廃棄物等の原料から、主として還元鉄（ＤＲＩ）を回収する回転炉床炉の炉床構造、特に敷設する耐火物の熱膨張に起因して発生する炉床構造物と炉側壁との接触を防止し、安全かつ円滑な操業運転を実現することができる回転炉床炉の炉床構造に関する。

回転炉床炉は、原料を加熱、焼結および還元し、付加価値の高い還元鉄を回収する設備である。回転炉床炉の構造については、図１および図２（ａ）に示すように平面形状が環状（ドーナッツ状）の台車２０、台車２０上に搭載される鉄板６および炉床耐火物築造床７、ならびに炉床耐火物築造床７の上面に搭載される耐火材８、耐火物１３、炉床材１６、セラミックファイバーブランケット２７等から構成されるのが一般的であり、前記炉床材１６の上面に鉄鉱石または製鉄所から発生するダスト、スラッジ、スケール等の製鉄廃棄物からなる原料１９を搭載して、図示しないバーナー等による加熱によって高温状態にある炉室２内を回転することにより、原料１９から還元鉄を回収する。

このため、炉床耐火物築造床７、耐火材８、サイトブロック９，１０および耐火物１３等から構成される炉床構造物は原料とともに高温に晒されるので、炉床構造物には不可避的に熱膨張が発生し、これにより炉側壁３，４とこの中を回転する炉床構造物とが接触すると、設備の損傷ならびに正常な台車の回転が阻害される問題がある。したがって、当該設備の損傷等ないし炉側壁との接触を防止すべく、回転炉床炉の炉床構造物には熱膨張を吸収するための機構を設けることが必要である。

従来は、図２（ａ）に示すようにサイドブロック９，１０間に敷設される耐火物１３の間に間隙（膨張代）２３を設けて耐火物の熱膨張を吸収していたが、還元鉄（ＤＲＩ）を回収する回転炉床炉においてはＤＲＩの耐火物１３への融着を防止するために耐火物１３の上面に粉状または塊状の炉床材１６を敷設するため、炉床材１６や原料１９そのものが熱膨張吸収用の前記間隙内に落下して熱膨張吸収機能が喪失するという問題があった。
このため、前記間隙内への炉床材１６等の落下を防止すべく、膨張代として設けた前記間隙内にセラミックファイバーシートないしセラミックファイバーブランケットを充填する方法が開示されている。さらには、間隙２３に炉床材１６や原料１９が入ることを防止するために、セラミックファイバーブランケット２７を炉床材１６の下面にひくことも考えられる（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、充填材として使用するセラミックファイバーシートないしセラミックファイバーブランケット等は、実際の操業における高温雰囲気下での耐火物の熱膨張により強い圧縮を受け、それにより塑性変形をおこし、操業停止後に耐火物が冷却され間隙が形成された後であっても元の状態には復元しないため、それによって生じた間隙に炉床材１６やＤＲＩが落下、堆積することとなった。また、前記の炉床材１６の下面にひいたセラミックファイバーブランケット２７は加熱収縮を起こすとともに、炉床材１６や原料１９に押し潰されることで破れてしまい、炉床材１６や原料１９が耐火物の膨張代に落下するのを長期的に防止することはできなかった。
すなわち、膨張代として設けた間隙内にセラミックファイバーシートないしセラミックファイバーブランケット等を充填することによって前記熱膨張を吸収するという方法においては、わずか一度またはセラミックファイバーブランケット２７が破れるまでの短期間しか本来の熱膨張吸収機能を発揮することができなかった。

以上の通り、従来の方法では実際の操業に伴い熱膨張吸収用の間隙（膨張代）２３を実質的に恒常的に確保できないため本来の熱膨張吸収機能が確保されず、図２（ｂ）に示すように耐火物１３の熱膨張力が両側のサイドブロック９，１０を押し開き、炉床耐火物築造床７の内周端に築造したサイドブロック９と内周側炉側壁３との接触、あるいは炉床耐火物築造床７の外周端に築造したサイドブロック１０と外周側炉側壁４との接触を完全に回避することはできなかった。
すなわち、耐火物１３の上面に炉床材１６を敷設する場合においては、サイドブロック９，１０間に敷設される耐火物１３の間に間隙（膨張代）２３を設けて熱膨張を吸収するという従来型の方法では、構造的に限界があった。
特開２００２−３１０５６４号公報

本発明の解決すべき課題は、従来のように耐火物の間に間隙を設け、当該間隙に各種の耐火物または耐火物緒原料を充填するのではなく、これ以外の方法又は従来方法との組み合わせで熱膨張吸収機能を確保できる新たな構造設計手法を見出すと共に、耐火物の熱膨張に起因する炉床構造物と炉側壁との接触を防止し、安全かつ円滑な操業運転を実現することのできる回転炉床炉を提供することである。

本発明は、上記課題を解決すべく、本発明者が鋭意検討した結果完成されたものであり、その要旨とするところは以下のとおりである。
（１）回転炉床炉の炉床耐火物築造床の内周端と外周端に築造されたサイドブロックの間に２層以上の耐火物を敷設し、その上面に粉状または塊状の炉床材を敷設する回転炉床炉において、少なくとも最上層に敷設する耐火物に８００〜１５００℃で０．１〜５ＭＰａの圧縮強度を有する耐火材を用いたことを特徴とする回転炉床炉。
（２）前記サイドブロックに８００〜１５００℃で８〜１３０ＭＰａの圧縮強度を有する耐火材を用いたことを特徴とする前記（１）に記載の回転炉床炉。

（３）前記サイドブロックをアンカレンガにより炉床耐火物築造床に強固に固定したこと
を特徴とする前記（１）または（２）に記載の回転炉床炉。
（４）前記サイドブロックを周方向に複数の間隙をあけて築造したことを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれか１項に記載の回転炉床炉。

（５）前記サイドブロックの横断面の形状を上縮まりの階段状にしたことを特徴とする前記（１）〜（４）のいずれか１項に記載の回転炉床炉。
（６）前記最上層に敷設する耐火物の目地が下層耐火物まで貫通していないことを特徴とする前記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の回転炉床炉。

本発明に係る回転炉床炉は、従来のように築造する耐火物１３の間に間隙を設け、当該間隙に各種の耐火物または耐火物原料を充填する方法によって操業に伴って生ずる熱膨張を吸収するとともに、築造する耐火物自体の圧縮によって熱膨張を吸収する構造なので、耐火物１３の上面に敷設する炉床材１６やＤＲＩが前記間隙に落下して、熱膨張吸収機能が喪失する問題を根本的に解消することができる。
すなわち、本発明に係る炉床を有する回転炉床炉１によれば、炉床構造物に不可欠な熱膨張吸収機能を確実に確保することができるので、耐火物１３の熱膨張に起因して発生する炉床構造物と炉側壁との接触を完全に防止することができ、安全かつ円滑な操業運転を実現することができる。
これは、回転炉床炉の長時間安定操業、ひいては近年環境保全の観点からその必要性が高まっている製鉄廃棄物の環境リサイクルに資するものであり、また、ダストやスラッジ等の製鉄廃棄物から付加価値の高い還元鉄を安定して回収することができるので、その環境に与える影響ならびに経済的効果は極めて大きい。

以下、図３〜図６を参照して、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
本発明に係る回転炉床炉１においては、炉床耐火物築造床７の内周端と外周端に築造するサイドブロック９，１０に高い圧縮強度を有する耐火材を用い、該サイドブロック間に２層以上敷設される耐火物１４，１５等の中で、少なくとも表層耐火物１４には低い圧縮強度を有する耐火材を用いる。このような炉床構造とすることにより、操業時の高温雰囲気による表層耐火物１４の熱膨張力は、高い圧縮強度を有するサイドブロック９，１０にさえぎられ、表層耐火物１４自身の圧縮という形で吸収される。また、表層耐火物１４と表層耐火物１４の継目に炉床材１６やＤＲＩが落ち込んだ場合であっても、低い圧縮強度を有する表層耐火物１４が更に圧縮されることでサイドブロック９，１０を内周側や外周側に押し出すことはない。すなわち、このような炉床構造とすることにより炉床耐火物築造床７の内周端に築造したサイドブロック９と内周側炉側壁３との接触、あるいは炉床耐火物築造床７の外周端に築造したサイドブロック１０と外周側炉側壁４との接触を確実に防止することができる。

本発明に係る回転炉床炉１の炉床構造においては、サイドブロック９，１０を圧迫するとともに表層耐火物１４を圧縮する熱膨張力は、表層耐火物１４の直接接触により伝わるもの以外に、表層耐火物１４と表層耐火物１４の継目に落ち込んだ炉床材１６やＤＲＩを介して伝わるものがある。このため、表層耐火物１４と表層耐火物１４の継目に落ち込んだ炉床材１６やＤＲＩが周囲の圧迫により破壊された場合には、破壊によって発生する微細な粉が表層耐火物１４の気孔に侵入して緻密な組織に成長し、表層耐火物１４の圧縮強度を上げて前記の効果を喪失してしまう懸念がある。したがって、表層耐火物１４の圧縮強度は、炉床材１６やＤＲＩを破壊することがないように炉床材１６やＤＲＩの圧縮強度より低いものでなくてはならない。回転炉床炉で用いられる炉床材１６やＤＲＩの圧縮強度は８００〜１５００℃で５〜８ＭＰａになる。したがって、表層耐火物１４の圧縮強度は８００〜１５００℃において５ＭＰａ以下としなければならない。また、上面に敷設される粉状または塊状の炉床材１６により縮潰することのないように、表層耐火物１４の圧縮強度は８００〜１５００℃において０．１ＭＰａ以上としなければならない。このような特性を有した耐火物の一般的な例としては、加熱炉等に用いられる断熱煉瓦等があり、ＪＩＳ Ｒ ２６１１−１９９２に記載されているＡ１〜Ａ７、Ｂ１〜Ｂ７、Ｃ１〜Ｃ３等を挙げることができる。なお、この種の加熱炉等に用いられる断熱煉瓦等は、温度上昇に伴い圧縮強度が低下することを付言しておく。

表層耐火物１４の下面に敷設される下層耐火物１５としては特に限定されるものではなく、表層耐火物１４と同様に圧縮強度の低い耐火材を用いても、圧縮強度の高い定型耐火材を用いて十分な目地をとった構造としてもよい。
また、表層耐火物１４の上面に敷設される炉床材１６については、ドロマイト材、酸化マグネシウム材等が適用されるが、特に原料１９が溶出した場合に中和する効果がある酸化マグネシウムを含む耐火材料を用いるのが望ましい。

サイドブロック９，１０の圧縮強度が炉床材１６やＤＲＩより低い場合は、接触する炉床材１６やＤＲＩとの競り合いにおいてサイドブロック９，１０の一部に亀裂が生じ、それを起点にサイドブロックが破損する懸念がある。したがって、炉床材１６やＤＲＩから傷つけられないようサイドブロック９，１０の圧縮強度は、炉床材１６やＤＲＩの圧縮強度よりも高いものでなくてはならない。その一方、必要以上の強度を有することは不経済である。したがって、サイドブロックの圧縮強度は８００〜１５００℃において８〜１３０ＭＰａが適当である。このような特性を有した耐火物の一般的な例としては、加熱炉の高温部に用いられているアルミナ入り不定形耐火物等があり、ＪＩＳ Ｒ ２５４１−１９７６に記載されている４級（ｃｌａｓｓ４）以上を挙げることができる。

さらには、図４に示すようにサイドブロックをアンカレンガ１１等の固定具を用いて炉床耐火物築造床７に強固に支持することにより、より耐火物の熱膨張吸収機能を向上させることができる。すなわち、前記したようにサイドブロック９，１０には８００〜１５００℃で８〜１３０ＭＰａの圧縮強度を有する耐火材を用いるとともに、当該サイドブロックはアンカレンガ１１等の固定具により炉床耐火物築造床７に強固に固定されているので、サイドブロック間に敷設される表層耐火物１４は高い圧縮強度を有するサイドブロック９，１０に拘束された形となり、熱膨張しようとしても低い圧縮強度を有する表層耐火物１４自体が圧縮するので、両側のサイドブロックを押し開いたり、サイドブロックと炉室２の接触を招来することはない。なお、図４はサイドブロック９の固定方法を示した断面図であり、鉄板６よりアンカレンガ支持金物１２を立設し、このアンカレンガ支持金物１２によりアンカレンガ１１を支持する構造である。

炉床耐火物築造床７の内周端と外周端に築造するサイドブロック９，１０については、図５、６に示すように周方向に複数の間隙１８を設けて築造することが望ましい。これは、サイドブロック自体が高温下に晒されたときに、その膨張を吸収することでサイドブロック相互のせりを無くし、強固に固定されている炉床耐火物築造床７の変形や損傷を防止するためである。また、間隙１８の上表面には間隙を覆うカバーレンガ２５を設け、さらに間隙１８にはセラミックファイバーブランケット２７等の充填材１７を入れるほうが良い。これにより原料１９や炉床材１６が周方向に設けた間隙１８に入ることを防ぐことができる。仮に間隙１８に炉床材や原料が入ったとしても、図６に示すようにサイドブロックで押し潰されて粉化して、サイドブロック側面に開いた間隙１８よりサイドブロックの外に押し出されるのでサイドブロックの間隙は維持される。

図５は、本発明に係る回転炉床炉１の耐火物の敷設方法の一例を示す模式図であり、破線で示したのが下層耐火物１５、実線で示したのがその上面に敷設する表層耐火物１４である。図５に示すように表層耐火物１４と下層耐火物１５の敷設に当たっては、表層耐火物１４の目地と下層耐火物１５の目地が鉛直方向につながらないように敷設することが望ましい。また、図示しないが下層耐火物１５の下面にさらに耐火物を敷設する場合についても同様であり、下層耐火物１５の目地とその下面に敷設する耐火物の目地が鉛直方向につながらないように敷設することが望ましい。このように敷設することで少なくとも最上層に敷設する耐火物の目地が下層耐火物１５まで、あるいは炉床耐火物築造床７まで貫通しない構造となり、より耐火物の熱膨張吸収機能を維持できる。すなわち、前記したように本発明に係る回転炉床炉１の炉床構造においては、サイドブロック９，１０には高い圧縮強度を有する耐火材を、該サイドブロック間に敷設される表層耐火物１４には炉床材１６やＤＲＩよりも低い圧縮強度を有する耐火材を用いることにより、たとえ表層耐火物１４と表層耐火物１４の継目に炉床材１６等が落下した場合であっても表層耐火物１４自体が更に圧縮されることで熱膨張を吸収する構造であるところ、長期間の操業により表層耐火物１４と表層耐火物１４の継目に炉床材１６等が落下したとしても、上下の耐火物の目地が鉛直方向につながっていないため、当該落下物がさらに下層の耐火物と耐火物の継目に落下することはなく、熱膨張吸収機能を確実に確保することができる。

さらに、図３および４に示すようにサイドブロックの横断面の形状を上縮まりの階段状に形成することによっても、より耐火物の熱膨張吸収機能を向上させることができる。上縮まりの階段状にすることにより、当該サイドブロック９，１０間に敷設される表層耐火物１４とその下部の耐火物１５とで上下に位相を持たせることが容易となるため、表層耐火物１４の目地と下層耐火物１５の目地が鉛直方向につながらないように敷設することが容易となり、これにより表層耐火物１４と表層耐火物１４の継目に炉床材１６等が落下したとしても、当該落下物がさらに下層の耐火物と耐火物の継目に落下することはなく、熱膨張吸収機能を確実に確保することができる。また、この効果はサイドブロックと表層耐火物１４の間に炉床材１６等が落下した場合に特に効果を発揮する。すなわち、当該サイドブロックの横断面の形状は上縮まりの階段状であるため、サイドブロックと表層耐火物１４の間に炉床材１６等が落下したとしても、当該落下物はサイドブロックと表層耐火物１４の間に止まってこれより下に落下することはなく、熱膨張吸収機能を確実に確保することができる。

次に、本発明の実施例である回転炉床炉の炉床構造の一施工例について説明するが、本実施例の条件は、本発明の実施可能性および顕著な効果を立証するために採用した一条件であり、本発明は、この条件に限定されるものではない。
まず、本発明に係る回転炉床炉１においては、図１および図４に示すように台車２０に鉄板６を搭載するが、本実施例においては台車２０と鉄板６とを図示しないボルト、ナットを介して結合し、それぞれの熱膨張差を吸収する構造とした。
また、図４に示すように鉄板６の上面にはアンカレンガ支持金物１２を立設するが、本実施例においては溶接によって鉄板６とアンカレンガ支持金物１２を固定し、アンカレンガ支持金物１２の他端部にアンカレンガ１１を接続している。なお、本実施例においては鉄板６の周方向に約３００〜６００ｍｍピッチでアンカレンガ支持金物１２を立設している。

次に、同じく鉄板６の上面に断熱性材料である断熱ボードおよび断熱レンガで炉床耐火物築造床７を敷設し、当該炉床耐火物築造床７の内周端と外周端に不定形耐火材を用いてサイドブロック９，１０を築造し、当該サイドブロック９，１０を前記アンカレンガ１１により炉床耐火物築造床７に固定した。なお、本実施例においては、サイドブロックに用いる不定形耐火材として、８００〜１５００℃で８０〜９０ＭＰａの圧縮強度を有する高アルミナ質キャスタブル耐火物である黒崎播磨社製ＫＶＲ−１４Ｒを使用した。

サイドブロック９，１０間には、図３に示すように下から順に耐火材８、下層耐火物１５、および表層耐火物１４を敷設し、本実施例においては耐火材８として断熱ボードを、下層耐火物１５として軽量耐火断熱煉瓦であるイソライト工業株式会社製Ａ５（ＬＢＫ−２３）を、そして表層耐火物１４として８００〜１３００℃で４〜０．３ＭＰａの圧縮強度を有する軽量耐火断熱煉瓦であるイソライト工業株式会社製Ａ６（ＬＢＫ−２６）を使用した。

また、表層耐火物１４と下層耐火物１５の敷設に当たっては、表層耐火物１４の目地と下層耐火物１５の目地が鉛直方向につながらないように敷設しているので、表層耐火物１４の目地が炉床耐火物築造床７まで貫通することはない。なお、表層耐火物１４の目地と下層耐火物の目地にはモルタルを設けなかった。最後に、表層耐火物１４の上面に炉床材１６としてその粒径が３〜５ｍｍの酸化マグネシウム材を載置し、これにより回転炉床炉の炉床構造の施工を完了した。

上記炉床構造を有するＤＲＩ設備を製作、試運転・乾燥運転の後、実際の操業を開始しているが、本発明に係る炉床構造を有するＤＲＩ設備においては、従来技術の課題であった耐火物の熱膨張に起因する炉床構造物と炉側壁３，４との接触が全く生ずることなく、安全かつ円滑な操業運転を連続して継続している。

以上説明したように本発明に係る回転炉床炉１の炉床構造は、従来のように築造する耐火物１３の間に間隙を設ける共に当該間隙に各種の耐火物または耐火物原料を充填することによって熱膨張を吸収するとともに、築造する耐火物自体、すなわち、炉床耐火物築造床７の上面に築造するサイドブロック９，１０や耐火物１４，１５等の圧縮によって耐火物の熱膨張を吸収する構造なので、従来のように熱膨張吸収用に設けた隙間へ落下した炉床材１６やＤＲＩによって熱膨張吸収機能が喪失することはない。
すなわち、本発明に係る回転炉床炉１の炉床構造は、炉床構造物に不可欠な熱膨張吸収機能を確実に確保することができるので、耐火物の熱膨張に起因して発生する炉床構造物と炉側壁との接触を完全に防止することができ、安全かつ円滑な操業運転を実現することができる。
これは、回転炉床炉１の長時間安定操業、ひいては近年環境保全の観点からその必要性が高まっている製鉄廃棄物の環境リサイクルに資するものであり、また、ダストやスラッジ等の製鉄廃棄物から付加価値の高い還元鉄を安定して回収することができるので、その環境に与える影響ならびに経済的効果は極めて大きく、鉄鋼業界のみならず、その産業上利用性は極めて甚大である。

回転炉床炉の概略を説明する断面図である。 従来の炉床耐火物築造構造を示す断面図である。 本発明に係る回転炉床炉の炉床耐火物築造構造を示す断面図である。 本発明に係る回転炉床炉のサイドブロックの固定方法を示す断面図である。 本発明に係る回転炉床炉の耐火物の敷設方法の一例を示す模式図である。 本発明に係る回転炉床炉のサイドブロック築造方法の一例を示す模式図である。

符号の説明

１ 回転炉床炉 ２ 炉室
３ 内周側炉側壁 ４ 外周側炉側壁
５ 水封 ６ 鉄板
７ 炉床耐火物築造床 ８ 耐火材
９ 内周端築造サイドブロック １０ 外周端築造サイドブロック
１１ アンカレンガ １２ アンカレンガ支持金物
１３ 耐火物 １４ 表層耐火物
１５ 下層耐火物 １６ 炉床材
１７ 充填材 １８ 間隙
１９ 原料 ２０ 台車
２１ 車輪 ２２ レール
２３ 間隙（膨張代） ２５ カバーレンガ
２７ セラミックファイバーブランケット

Claims (6)

1. 回転炉床炉の炉床耐火物築造床の内周端と外周端に築造されたサイドブロックの間に２層以上の耐火物を敷設し、その上面に粉状または塊状の炉床材を敷設する回転炉床炉において、少なくとも最上層に敷設する耐火物に８００〜１５００℃で０．１〜５ＭＰａの圧縮強度を有する耐火材を用いたことを特徴とする回転炉床炉。
2. 前記サイドブロックに８００〜１５００℃で８〜１３０ＭＰａの圧縮強度を有する耐火材を用いたことを特徴とする請求項１に記載の回転炉床炉。
3. 前記サイドブロックをアンカレンガにより炉床耐火物築造床に強固に固定したことを特徴とする請求項１または２に記載の回転炉床炉。
4. 前記サイドブロックを周方向に複数の間隙をあけて築造したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか1項に記載の回転炉床炉。
5. 前記サイドブロックの横断面の形状を上縮まりの階段状にしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の回転炉床炉。
6. 前記最上層に敷設する耐火物の目地が下層耐火物まで貫通していないことを特徴とする
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の回転炉床炉。

Images