JP4351290B2 - 高炉の炉底構造 - Google Patents

Description

本発明は、高炉の炉底構造に関し、基礎上に炉体を構築する高炉に利用できる。

高炉は基礎上に炉体を構築して形成される。
炉体の構築にあたっては、設置現場の基礎上に順次炉体を組み立てていく方法もとられるが、工期の短縮のため、近年では別の作業現場において炉体リングブロックを予め組み立て、これを設置現場に搬送して基礎上に固定するブロック工法が採用されている（特許文献１など参照）。

このようなブロック工法において、炉体リングブロックのうち最下部の炉底マンテルは、敷きビームの上に構築され、基礎上へと搬送され、基礎に載置した上で固定される。
なお、炉底部分のみ基礎上に現場組み立てを行い、他の部分の炉体リングブロックを作業現場で並行して製作し、設置現場へ搬送して炉底部分の上に接続してゆくこともなされている。

前述した炉底マンテルの設置にあたって、炉底マンテルを上面に構築した敷きビームを基礎上に載置し、その間にはモルタルを充填することが一般的である。モルタルは固化することにより、下方の基礎までが一体化する。
基礎上で炉底マンテルの構築を行う場合には、敷きビームの上面パネル（炉底板）上に耐火煉瓦を積層し、上面パネル下は基礎に荷重を伝えるためにモルタルを充填する。これにより基礎から炉底部までが一体化する。

前述した従来の炉底部構造においては、炉体の底部から基礎までが一体化するため、炉内の熱が基礎へと伝わり易いという問題がある。
これに対し、敷きビームの内部および基礎の表面に水冷配管を設置したり、敷きビームを用いない場合でも基礎内に水冷配管を設置したりすることがなされている（特許文献２など参照）。

図１９および図２０には、従来の水冷式の炉底部構造９０が示されている。図１９および図２０は互いに直交する方向から見た縦断面図である。各図において、炉体９１は敷きビーム９２上に構築される。
敷きビーム９２は、その上面に炉体９１の荷重を支持するため、形鋼９３Ａ，９３Ｂを交差方向に組んだフレームを有する。上層の形鋼９３Ａの間には冷却管９４Ａが配置され、これらの形鋼９３Ａおよび冷却管９４Ａの間にはスタンプ材９６が充填される。下層の形鋼９３Ｂの間隔部分の下方には冷却管９４Ｂが配置され、これらの形鋼９３Ｂおよび冷却管９４Ｂは、敷きビーム９２の全体にわたって充填されるモルタル９７に埋設される。
冷却管９４Ａ，９４Ｂにはそれぞれ冷却水供給源（図示省略）からの配管９５が接続され、この配管９５から冷却水が供給されることで敷きビーム９２の冷却が行われ、これらの形鋼９３Ａ，９３Ｂおよび冷却管９４Ａ，９４Ｂで構成される断熱層により、炉体９１からの熱が下方の基礎まで伝熱することが遮断される。

前述のような高炉においては、稼働に伴って内部の耐火レンガが損耗するため、定期的な改修が必要になる。このような解体にあたっても、前述したブロック工法が採用されている。ここで、炉底部分を基礎から分離するために、基礎をワイヤーソー等で水平に切断するようにした炉底マンテルの撤去方法が開発されている（特許文献３など参照）。

特開２００６−３０７３１９号公報 特開平６−１５８１３２号公報 特開２００６−１８３１０５号公報

前述した炉底マンテルの撤去方法では、基礎を水平に切断するために煩雑な作業が避けられない。すなわち、切断する水平な領域を複数区画に分け、各区画でワイヤーソーによる切断を行うとともに、水平に引き出す際の摩擦低減および荷重支持を担保する球状粒子の充填などが必要になる。
また、前述した高炉炉底部の構造では、炉体の熱が基礎まで伝わって基礎コンクリートの劣化等が著しいとともに、これを避けるために基礎のほぼ全面にわたって冷却用配管が必要となっており、設備上の複雑さ、これに伴うコスト上昇が避けられなかった。

本発明の主な目的は、撤去の際の基礎部分での分離が容易であるとともに、基礎への伝熱抑制を効率的に行える高炉の炉底構造を提供することである。

本発明の高炉の炉底構造は、基礎と、前記基礎の上に構築される炉体と、前記基礎と前記炉体との間に介装されて前記炉体を支持する脚部と、前記脚部により前記基礎と前記炉体との間に形成された水平方向に延びる空隙部と、前記基礎に埋設されて前記脚部からの荷重を分散する受部材と、前記炉体から前記基礎への伝熱を遮蔽する伝熱遮蔽手段とを備えていることを特徴とする。

このような本発明では、脚部で炉体を支持することにより基礎と炉体との間に空隙部が形成される。この空隙部は、例えば水平方向に延びる扁平な空間とすることができる。この空間は、従来の炉体の撤去方法において、基礎に施工していた水平な切断部分の代替とすることができ、撤去にあたっての切断作業を大幅に簡略化ないし不要とすることができる。
また、空隙部においては充満する空気が断熱層となり、炉体から基礎への伝熱を抑制することができる。さらに、伝熱遮蔽手段を設けることで、脚部を経由しての伝熱も抑制ないし遮断することができる。これらにより、炉体の熱によって基礎材料の劣化を防止することができるとともに、従来のような大規模な水冷配管等を省略することができる。
さらに、受部材により、炉体の荷重が脚部材部分に集中しても、受部材で荷重を分散することができ、基礎のコンクリートに割れ等を生じないようにできる。この際、基礎のコンクリートのうち受部材に隣接する部分、特に直下の部分に配筋を追加することにより、基礎のコンクリートに割れ等を生じないようにすることができる。

なお、伝熱遮蔽手段としては、空隙部以外の熱伝達経路となる脚部の表面または内部に断熱層を形成する方式、基礎あるいは炉体の脚部と接触する部位に断熱層を形成する方式などが採用できる。
断熱層としては、断熱材を用いて伝熱を遮蔽する構成が採用できる。断熱材としては、既存の材料あるいは構造を適宜利用すればよい。
断熱層としては、脚部を冷却する方式、基礎あるいは炉体の脚部と接触する部分を冷却する方式など、冷却装置を用いて伝熱を遮蔽する構成が採用できる。冷却にあたっては、水冷用の配管あるいは空冷用のヒートシンクなど、既存の冷却手段が採用できる。

伝熱遮蔽手段を基礎に設置する場合、高炉の新築であればその基礎築造時に設置すればよく、既存の高炉の改修であれば基礎の上面に配置して埋設することができる。
伝熱遮蔽手段を炉体に設置する場合、リングブロック工法を利用するのであれば炉底ブロックの製造時に設置すればよく、これは高炉の新築または改修の何れにおいても適用できる。高炉の設置現場において基礎上に炉体を構築する場合、その工程中において炉底部に伝熱遮蔽手段を施工すればよい。
伝熱遮蔽手段を脚部に設置する場合、リングブロック工法を利用するのであれば炉底ブロックの製造時に同時に形成するか、あるいは別途伝熱遮蔽手段を備えた脚部を製造しておき、これを炉底ブロックの下面に接続してもよい。高炉の設置現場において基礎上に炉体を構築する場合、その工程中において基礎上に伝熱遮蔽手段を有する脚部を設置すればよい。

本発明の高炉の炉底構造において、前記脚部は前記炉体の下面に形成され、かつ複数が所定間隔で配列されていることが望ましい。
このような本発明では、炉体の下面に予め脚部を設置しておくことができ、設置現場において基礎上面に逐一設置する場合に比べて作業効率を高めることができる。
なお、脚部として炉体の荷重支持に十分な強度を確保できることが必要である。

本発明の高炉の炉底構造において、前記脚部の間隔は、互いの間の前記空隙部にエアーキャスタを導入可能な間隔であることが望ましい。
このような本発明では、前述した炉底マンテルの搬送にあたって、例えば搬送に用いたドーリー等から基礎上に移動させる際に、空隙部に導入したエアーキャスタを用いて円滑かつ効率的な作業を行うことができる。

本発明の高炉の炉底構造において、前記伝熱遮蔽手段は、前記基礎の上面の前記脚部が載置される部位に埋設された冷却管を含むことが望ましい。
本発明の高炉の炉底構造において、前記炉体の下面の前記脚部が接続される部位に埋設された冷却管を含むことが望ましい。
このような本発明では、基礎あるいは炉底の冷却管により脚部を冷却でき、これにより炉体からの熱を確実に遮断できる。この際、基礎の上面あるいは炉体の下面には冷却管の埋設が必要になるが、従来技術のような全面ではないため、構造上の簡略化およびコストの低減に有効である。
このような冷却管は、基礎あるいは炉底の何れかに限らず、基礎および炉底の両方に設けてもよい。

本発明の高炉の炉底構造において、前記伝熱遮蔽手段は、前記脚部に埋設された冷却管を含むことが望ましい。
このような本発明では、脚部自体に設置された冷却管により脚部を冷却することができ、これにより炉体からの熱を確実に遮断できる。
この際、脚部に冷却管を設置する手法としては、脚部の側面に冷却管を装着することができるほか、次のような構造が利用できる。

本発明の高炉の炉底構造において、前記脚部は鋼製のブロックであり、前記冷却管は前記ブロックに形成された貫通孔であることが望ましい。
このような本発明では、鋼製のブロックとすることで脚部としての剛性が容易に確保できるとともに、このブロックに貫通孔を穿孔することで冷却管を簡単に形成することができる。鋼製のブロックは伝熱性が高いため、それ自体では伝熱の遮蔽に不適であるが、冷却管を一体に形成することで、ブロック全体の冷却を効率よく行うことができる、

本発明の高炉の炉底構造において、前記脚部は型枠にモルタルを注入して成型されたブロックであり、前記冷却管は前記モルタルの注入前に予め前記型枠に設置された配管により形成されることが望ましい。
このような本発明では、モルタルの型枠成型により冷却管までを一体成形することができ、製造が容易である。また、大部分がモルタルであるため、材料コストを低減することができる。
これらの脚部の冷却管による伝熱遮蔽手段は、前述した基礎あるいは炉体の伝熱遮蔽手段と併存させてもよい。

本発明の高炉の炉底構造において、前記炉体はその底部に水平方向に延びる敷きビームを有し、前記敷きビームを基礎の上に載置することで前記炉体が前記基礎上に構築されることが望ましい。
このような本発明では、敷きビームを用いることで、炉底マンテルを作業現場で製作して設置現場の基礎へと搬送することが可能である。

本発明の高炉の炉底構造において、前記敷きビームは、格子状のフレームと、このフレームの表裏に張られた上面パネルおよび下面パネルとを有し、前記脚部は前記フレームの直下に接続されていることが望ましい。
このような本発明では、脚部が敷きビームのフレームに対応する部位に配置されるため、炉体荷重の支持を確実に行える。

脚部は敷きビームと別に製造しておき、敷きビームの下面に接続してもよいが、敷きビームの製造時にフレームとともに製造してもよい。あるいは、敷きビームと一体化してもよく、例えば敷きビームのフレームの下縁を下面パネルよりも下まで延長し、下方に突出するフレームの間に空隙部を形成することで、これを脚部としてもよい。

本発明の高炉の炉底構造において、前記敷きビームは、前記上面パネルおよび前記下面パネルの間に充填されたモルタルを有することが望ましい。
このような本発明では、敷きビームの内部空間を埋めるモルタルによりフレームの剛性を高めることができる。

本発明の高炉の炉底構造において、前記敷きビームは、前記上面パネルおよび前記下面パネルの間に水平方向に延びる中空部を有し、前記伝熱遮蔽手段は前記中空部の空気層を含むことが望ましい。
このような本発明では、敷きビームの内部に形成される中空部により水平に延びる空気層が確保され、この空気層は断熱層として働くため、これを伝熱遮蔽手段として利用することができる。

本発明の高炉の炉底構造において、前記脚部は中空部材であり、前記伝熱遮蔽手段は前記脚部の内部空間の空気層を含むことが望ましい。
このような本発明では、脚部の内部に空気層が確保され、この空気層は断熱層として働くため、これを伝熱遮蔽手段として利用することができる。

伝熱遮蔽手段としての敷きビームの空気層あるいは脚部の空気層は、前述した冷却管による積極的な冷却による伝熱遮蔽手段に比べて伝熱の遮蔽性が低いが、冷媒の循環等のための周辺装置や動力が不要であり、設備コストおよび運転コストを抑制できる。
従って、このような空気層による伝熱遮蔽手段を、前述した冷却管による伝熱遮蔽手段と併用し、貫流熱量の大きな部分には冷却管を設置し、そうでない部分には空気層を配置する等の利用を図ることが好ましい。

本発明の高炉の炉底構造において、前記伝熱遮蔽手段は、前記空隙部の空気層を含むとともに、前記空隙部に冷却空気を流通させる送風機を含むことが望ましい。
このような本発明では、空隙部は断熱層として機能するのに留まらず、冷媒通路として積極的に機能することになり、伝熱の遮蔽機能を高めることができる。
なお、空隙部の冷却空気の流通と前述した冷却管による冷却は併用することができる。

本発明の高炉の炉底構造において、前記空隙部は、前記空隙部の形成部位における水平投影面積の前記炉体底面の底面積に対する領域比率（空隙率）が６０％から９０％の範囲内であることが望ましい。
このような本発明では、空隙部の断熱機能を十分に発揮することができるとともに、前述した撤去時の切断施工の代替機能をも十分なものとすることができる。
なお、空隙率が６０％未満だと空隙部による断熱機能が十分に得られない。一方、空隙率が９０％を超えると炉底部の支持強度が十分でなくなる可能性があり好ましくない。従って、空隙率は６０％から９０％の間とすることが望ましい。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１において、高炉１の解体改修は、炉体櫓２内に構築された炉体３を水平方向に切断して垂直方向に複数段のリングブロック４に分割し、これらを高炉基礎５外に順次搬出する。一方、新設される炉体３は、高炉の設置現場以外の複数の作業現場で各リングブロック４を製造しておき、これらを基礎５上に積み上げて構築される。
前述したリングブロック４のうち、炉底マンテル１０は、敷きビーム１１の上に炉体３の炉底部となる炉底構造１２を構築したものとされる。

図２に示すように、炉底マンテル１０の製造にあたっては、作業現場の地表にバランスビーム１３を立設し、このバランスビーム１３の上面に敷きビーム１１を載置する。バランスビーム１３および敷きビーム１１はそれぞれ形鋼材等を格子状にした軸組構造体である。
敷きビーム１１とバランスビーム１３との間には、敷きビーム１１を浮上させて水平移動させるためのエアーキャスタ１９（図４参照）が導入可能である。図５には敷きビーム１１の平面形状に対するエアーキャスタ１９の配置の一例を示すが、エアーキャスタ１９の配置方法はこれに限定されるものではない。

このように構成した敷きビーム１１の上面に炉底構造１２を構築していく。
詳述すると、敷きビーム１１の上面に展開した炉底板１４に対して外周となる鉄皮１５を立設し、この鉄皮１５の内側にステーブクーラ１６を張設し、炉底板１４の上面に目地材を介して炉床レンガないしカーボンレンガ等の耐火材１７を積層する。この状態で炉底マンテル１０の重量は約１０００トン以上となり、作業現場に設置したバランスビーム１３上でこの炉底マンテル１０を構築するには、バランスビーム１３に十分な剛性を持たせ、炉底マンテル１０の変形を防止する。

作業現場において炉底マンテル１０が製造できたら、図３に示すように、大規模重量物搬送台車であるドーリー１８を使用して設置現場の基礎５の横まで搬送する。すなわち、ドーリー１８を搬送方向（長手方向）に連結して複数のドーリー列を形成し、形成した複数のドーリー列を並列にバランスビーム１３と地表面との間に形成された間隙内に引き込み、ドーリーの油圧を操作してバランスビーム１３を上昇させ、基礎５の横まで搬送する。

基礎５への移載にあたっては、図４および図５に示すように、敷きビーム１１内に導入したエアーキャスタ１９を使用する。すなわち、炉底マンテル１０を載置したバランスビーム１３をドーリー１８で基礎５に横付けした後、エアーキャスタ１９を起動させて敷きビーム１１をバランスビーム１３から浮上させ、この状態で炉底マンテル１０にウインチ等で水平力を加えることで基礎５上に移載する。

図５には、本実施形態の敷きビーム１１の平面形状が図示されており、図６には、本実施形態の炉底マンテル１０の下部構造が拡大図示されている。
図５において、本実施形態の敷きビーム１１は、長方形の本体部分１１Ａと、その両側に張り出した拡張部分１１Ｂとを備えている。

敷きビーム１１は、基本構造として格子状のフレームを有する。このフレームは、長尺のＨ型鋼材１１１を複数並行に配列し、その間を同様な型鋼材からなる主梁１１０で連結したものである。ここで、本体部分１１Ａにおいては、Ｈ型鋼材１１１は二本ずつが一組で配列されて主梁１１１Ａを構成し、拡張部分１１Ｂ（図５で両側の部分）ではＨ型鋼材１１１が単独で主梁１１１Ｂを構成している。これは、敷きビーム１１上に構築される炉底マンテル１０の単位面積あたりの荷重が、本体部分１１Ａでは大きいのに対して、拡張部分１１Ｂでは辺縁であるため小さいことを考慮して設定されたものである。

図６にも示すように、本体部分１１Ａにおいては、主梁１１１Ａの下面に脚部材１１３が設置され、主梁１１１Ａの間に底面板１１２が張られている。拡張部分１１Ｂにおいては、主梁１１１Ｂの下面に脚部材１１３が設置され、主梁１１１Ｂと隣接する主梁１１１Ａとの間に底面板１１２が張られている。敷きビーム１１の下面はこれらの脚部材１１３および底面板１１２によって全面が覆われている。
主梁１１１Ａ，１１１Ｂの間にはモルタル１１４が充填されている。モルタル１１４の充填は主梁１１１Ａ，１１１Ｂの上フランジより所定高さ下のレベルまでとされ、モルタル１１４の上面には冷却管１１６および補助梁１１５が配列されている。

補助梁１１５は上面高さが主梁１１１Ａ，１１１Ｂと同じレベルとされる。補助梁１１５の間にはスタンプ材１１７が充填され、冷却管１１６はスタンプ材１１７により埋設される。このスタンプ材１１７の上面も主梁１１１Ａ，１１１Ｂと同じレベルとされる。
これらの主梁１１１Ａ，１１１Ｂ、補助梁１１５およびスタンプ材１１７の上面によって、敷きビーム１１の上面が水平に形成される。
前述した炉底構造１２は、敷きビーム１１の上面に炉底板１４を張り、順次鉄皮１５を接続して構築される。

前述した敷きビーム１１において、炉底構造１２を含めた全荷重は、脚部材１１３で支持される。脚部材１１３は、製造段階では作業現場に置かれたバランスビーム１３に支持され、設置現場に搬送された後は基礎５に支持される。
このため、脚部材１１３は耐荷重が十分大きな材料から構成される。具体的には鋼製の板材またはブロックが利用される。

基礎５において、脚部材１１３が設置される部位には受部材５１が設置される。すなわち、基礎５は例えば鉄筋コンクリート構造物とされるが、受部材５１は基礎５の造成時等に埋設設置される。但し基礎５のコンクリート養生後に埋設してもよい。この受部材５１により、炉底マンテル１０の荷重が脚部材１１３部分に集中しても、受部材５１で荷重を分散することができ、基礎５のコンクリートの割れ等を生じないようにできる。さらに、基礎５のコンクリートのうち受部材５１に隣接する部分、特に直下の部分については、配筋を追加して割れ等を生じないようにすることが望ましい。

本実施形態において、脚部材１１３は本発明の脚部であり、基礎５の上面と敷きビーム１１の底面板１１２との間には、脚部材１１３の高さに応じた厚みの空隙部５０が形成される。
本実施形態において、敷きビーム１１の底面形状における空隙部５０の空隙率（全底面積に占める空隙部の面積の領域比率）は６０％から９０％の間とされている。

空隙部５０には、炉底マンテル１０の基礎５への移載にあたってエアーキャスタ１９が導入され、このエアーキャスタ１９の上面を隆起させて炉底マンテル１０を浮上させることが行われる。
このために、脚部材１１３の高さは、前述したエアーキャスタ１９の厚みに応じて設定されている。すなわち、空隙部５０の厚さつまり脚部材１１３の高さは、導入時のエアーキャスタ１９の高さより大きく、稼働状態のエアーキャスタ１９の高さより小さくなるように設定されている。
また、脚部材１１３の間隔つまり空隙部５０の幅は、導入するエアーキャスタ１９の幅より大きくされている。通常のエアーキャスタ１９を想定した場合、脚部材１１３の間隔は１６００〜３０００ｍｍが好ましい。これが１６００ｍｍより小さいと干渉によりエアーキャスタ１９の出し入れが困難となる。一方、３０００ｍｍより大きいと、脚部材１１３間の敷きビーム１１にかかる曲げ応力が大きくなり、撓みにより耐火材に好ましくない影響が生じる可能性がある。

基礎５の上面には、受部材５１の間に表面が平滑なエアーキャスタレール５２が張られ、稼働時のエアーキャスタ１９が円滑に滑ることができるようにされている。
基礎５に移載された後、エアーキャスタ１９は空隙部５０から取り出される。この状態で、空隙部５０は空間のまま維持される。ここで、空隙部５０は、脚部材１１３の間に形成される一連の空間であり、図５の上下方向に貫通している。このため、空隙部５０には適宜通気が得られ、この通気によって敷きビーム１１の下面および基礎５の上面の冷却効果を得ることができる。
この冷却効果を高めるために、基礎５の周囲に沿って、空隙部５０に対して送風を行うファン５０Ａが設置されている。ファン５０Ａは空隙部５０からの排気を行うものであってもよい。空隙部５０の一方の端部に送風を行うファンを設置し、他方の端部に排気を行うファンを設置してもよい。
ファン５０Ａにより空隙部５０に形成される通気の流速は１０〜３０ｍ／秒とすることが好ましい。流速が１０ｍ／秒より小さいと、周囲の耐火材やモルタル等の冷却が不十分となり、寿命が短くなる可能性がある。流速が３０ｍ／秒より大きいと、ファン５０Ａの運転コストが高くなるとともに、通気による吸熱が十分でなくなり冷却効率が低下する。

本実施形態において、敷きビーム１１には伝熱遮蔽手段としての冷却管１１８が設置されている。
冷却管１１８は、前述した冷却管１１６と同じ冷却水供給源（図示省略）からの冷却水の循環を受けて周囲の冷却を行うものである。ここで、冷却管１１６は、敷きビーム１１の上部に埋設され、敷きビーム１１の上面全体を冷却するものである。これに対し、冷却管１１８は、敷きビーム１１の下部に脚部材１１３の設置部位を取り囲むように埋設され、脚部材１１３を冷却することにより、脚部材１１３から基礎５への伝熱を遮断するものとされている。
冷却管１１８，１１６としては、呼び径２５Ａ〜５０Ａの配管材を用いることができる。
冷却管１１８，１１６に通される冷却水の流速は１〜５ｍ／秒とすることが好ましい。流速が１ｍ／秒より小さいと、周囲の耐火材やモルタル等の冷却が不十分となり、寿命が短くなる可能性がある。流速が５ｍ／秒より大きいと、冷却水を循環させるための運転コストが高くなるとともに、冷却水による吸熱が十分でなくなり冷却効率が低下する。

このような本実施形態によれば、以下のような効果が得られる。
すなわち、基礎５に対して脚部材１１３のみで敷きビーム１１を支持するようにし、空隙部５０を空気層として残すようにしたため、空隙部５０が伝熱遮蔽手段を兼ねることになり、炉体の熱は空隙部５０を通して伝熱しにくくなる。一方、冷却管１１８により脚部材１１３の冷却を行うことで、炉体の熱が脚部材１１３を通して基礎５に伝達することも防止される。これらにより、基礎５への伝熱が遮蔽され、基礎５のコンクリートの劣化を防止できるとともに、従来必要だった冷却構造等を簡略にすることができる。

また、炉底マンテル１０は脚部材１１３にて基礎５上に載置され、底面の大部分を占める他の領域では炉底マンテル１０と基礎５とは空隙部５０で予め仕切られた状態で高炉としての稼働がなされる。従って、高炉の解体にあたって、炉底マンテル１０を撤去する際には、空隙部５０を利用して炉底マンテル１０を基礎５から分離することができ、従来のような基礎５の水平切断作業を省略することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、以下に述べるような他の実施形態あるいは変形等も本発明に含まれる。
前記第１実施形態では、伝熱遮蔽手段として、敷きビーム１１の下部に脚部材１１３に沿って冷却管１１８を設置したが、基礎５に冷却管を設置してもよい。
〔第２実施形態〕
図７において、本実施形態は基本的に前記第１実施形態と同様な構成を有する。但し、本実施形態では、敷きビーム１１は冷却管１１８が設置されておらず、代わりに、基礎５の受部材５１に沿って伝熱遮蔽手段としての冷却管５３が埋設されている。
このような実施形態においては、冷却管５３により受部材５１が冷却され、この受部材５１を介して脚部材１１３も冷却されることになる。従って、伝熱遮蔽手段としての冷却管５３によって脚部材１１３からの伝熱が遮蔽される。
このような基礎５側の冷却管５３と前述した敷きビーム１１側の冷却管１１８の両方を併せて伝熱遮蔽手段として採用してもよい。

〔第３実施形態〕
更に、脚部材１１３自体に冷却管を埋設し、それ自体を冷却する構成としてもよい。
図８において、本実施形態は基本的に前記第１実施形態と同様な構成を有する。但し、本実施形態では、敷きビーム１１は冷却管１１８が設置されておらず、代わりに、脚部材１１３自体に伝熱遮蔽手段としての冷却管１１９が埋設されている。
このような実施形態においては、冷却管１１９により脚部材１１３が内部から冷却されることになる。従って、伝熱遮蔽手段としての冷却管１１９によって脚部材１１３からの伝熱が遮蔽される。
このような脚部材１１３の冷却管１１９は、前述した基礎５側の冷却管５３および前述した敷きビーム１１側の冷却管１１８の何れかあるいは両方と併せて伝熱遮蔽手段として採用してもよい。

冷却管１１９を内蔵した脚部材１１３は次のように製造することができる。
図９において、脚部材１１３の基材として扁平かつ長尺状のブロック状の鋼材を用い、この鋼材にその長手方向へ延びる貫通孔を形成することで、この貫通孔を冷却管１１９として利用することができる。
脚部材１１３の基材としては、扁平かつ長尺状のブロック状にしたコンクリート成型品を用いることができる。具体的には、所望のブロック状の内側形状を有する型枠を準備し、ここにコンクリートを注入して固化させればよい。このような脚部材１１３に冷却管１１９を形成する場合、成型前の型枠内に予め管材を設置しておき、その周囲にコンクリートを充填すればよい。

脚部材１１３は、敷きビーム１１の下面に固定される。
図１０に示すように、脚部材１１３は、その長手方向に連続して連結される。この際、脚部材１１３の間にはエアーキャスタ１９が進入可能な空隙部５０が形成されることは、第１実施形態で述べた通りである。
脚部材１１３において、相互の連結にあたり、各々に内蔵された冷却管１１９を順次連通させることで、敷きビーム１１を横断するような一連の冷却管を形成することができる。

前述した各実施形態においては、空隙部ではその空気層で伝熱遮蔽手段を兼ねるようにするとともに、脚部を介しての伝熱を遮蔽する伝熱遮蔽手段として、基礎、脚部、炉体、敷きビームの何れかに設けた冷却管ないしこれらの冷却管の組み合わせを用い、脚部あるいはその近傍を冷却していた。
本発明において、脚部を介しての伝熱を遮蔽する伝熱遮蔽手段としては、前述した各実施形態のような積極的な冷却を行うものに限らず、断熱性の高い空気層などの断熱層を形成することで伝熱の遮蔽を行うようにしてもよい。
〔第４実施形態〕
図１１において、本実施形態は基本的に前記第１実施形態と同様な構成を有する。但し、本実施形態では、敷きビーム１１の下部には前述した冷却管１１８（図６参照）が設置されていない。また、モルタル１１４の充填も省略され、敷きビーム１１の中間から下面に至る区域は中空部１１４Ａとされている。
このような実施形態においては、炉底構造１２からの熱は、一部冷却管１１６で冷却されたのち補助梁１１５およびスタンプ材１１７の層を通り、下方へ伝熱しようとする。ここで、伝熱の一部は主梁１１１Ａ，１１１Ｂを通して脚部１１３に到達するが、中空部１１４Ａが空気層であるため中空部１１４Ａを通しての伝熱は遮蔽される。

このように、本実施形態では、積極的な冷却は行わないものの、伝熱遮蔽手段としての中空部１１４Ａにより脚部材１１３からの伝熱を遮蔽することができる。
このような本実施形態では、冷却管を通る冷媒による積極的な冷却を行わないため、装置構成を簡略にすることができ、設備コストおよび運転コストを低減することができる。
なお、中空部１１４Ａによる伝熱遮蔽手段は、前述した他の伝熱遮蔽手段と併用してもよい。例えば、図１１において、脚部材１１３を前述した冷却管１１９（図８参照）付のものとし、脚部の冷却を行うようにしてもよい。このような場合、冷媒の循環装置が必要となるが、伝熱遮蔽手段としての中空部１１４Ａがあることで、冷媒の循環装置における冷却性能を軽減することができ、その分設備コストおよび運転コストを低減することができる。

〔第５実施形態〕
図１２において、本実施形態は基本的に前記第１実施形態と同様な構成を有する。但し、本実施形態では、敷きビーム１１の下部には前述した冷却管１１８（図６参照）が設置されていない。また、モルタル１１４の充填も上半分までとされ、敷きビーム１１の下半分は中空部１１４Ａとされている。
具体的には、主梁１１１Ａ，１１１Ｂのウェブ部分には、その中間高さ位置に中間板１１２Ａが張られ、その上にモルタル１１４が充填されるとともに、その下は中空部１１４Ａとされている。
さらに、本実施形態においては、脚部にも中空部１１３Ａが形成されている。
具体的には、敷きビーム１１の主梁１１１Ａ，１１１Ｂは、下端が延長され、直接受部材５１に接触している。主梁１１１Ａ，１１１Ｂのウェブ部分には、主梁１１１Ａ，１１１Ｂの下端から所定高さに底面板１１２が張られている。このため、主梁１１１Ａ，１１１Ｂの下端は底面板１１２より下方へ突出し、この突出した部分により脚部が構成され、その周囲には空隙部５０が形成されている。

このような実施形態においては、炉底構造１２からの熱は、一部冷却管１１６で冷却されたのち補助梁１１５およびスタンプ材１１７の層を通り、更にモルタル１１４の層を通って下方へ伝熱しようとする。しかし、中空部１１４Ａが空気層であるため中空部１１４Ａを通しての伝熱は遮蔽される。伝熱の一部は主梁１１１Ａ，１１１Ｂを通して脚部に到達するが、脚部にも中空部１１３Ａが形成されているため、脚部を通しての伝熱も抑制される。

このような本実施形態においても、積極的な冷却は行わないものの、伝熱遮蔽手段としての中空部１１４Ａ，１１３Ａにより脚部を介しての伝熱を遮蔽することができる。そして、冷却管を通る冷媒による積極的な冷却を行わないため、装置構成を簡略にすることができ、設備コストおよび運転コストを低減することができる。
なお、中空部１１４Ａ，１１３Ａによる伝熱遮蔽手段は、前述した他の伝熱遮蔽手段と併用してもよい。例えば、図６あるいは図７において、脚部材１１３に替えて主梁１１１Ａ，１１１Ｂを延長し、中空部１１３Ａを有する脚部としてもよい。このような場合、冷却管１１８，５３に対する冷媒の循環装置が必要となるが、脚部における伝熱遮蔽手段としての中空部１１３Ａがあることで、冷媒の循環装置における冷却性能を軽減することができ、その分設備コストおよび運転コストを低減することができる。

以上に述べた第１〜第５の各実施形態においては、高炉１の設置現場の外で予め炉底マンテル１０を組み立てておき、これを基礎５上に移載して設置する方式をとっていた。このために、移載に必要な底部強度を確保するための敷きビーム１１を用い、その上に炉底マンテル１０を組み立てていた。
これに対し、高炉１の設置現場である基礎５の上で、炉底マンテル１０を組み立てる方式が採用されることがある。このような方式では敷きビーム１１を用いないが、そのような方式でも本発明に基づく脚部、空隙部、伝熱遮蔽手段を構成して本発明を実施することができる。

〔第６実施形態〕
図１３において、基礎５は高炉１の設置現場にコンクリート等で構築される。基礎５の上には脚部材１１３が間欠的に配置され、その上に型鋼材１１１が組まれている。型鋼材１１１の上面には炉底板１４が張られ、型鋼材１１１の間隔部分の下面側にはモルタル１１４Ｂの層が形成されている。モルタル１１４Ｂの上面には冷却管１１６が配置され、モルタル１１４Ｂの上面から炉底板１４までの間には冷却管１１６を埋め込むようにモルタル１１４が充填されている。
これらの型鋼材１１１、モルタル１１４Ｂ、モルタル１１４、炉底板１４により炉底構造が形成される。この炉底構造は周囲を炉底マンテル１０で囲われる。炉底マンテル１０は基礎５に固定される。
なお、モルタル１１４Ｂの層としては、別の場所で予めスラブ状に成型されたモルタルを型鋼材１１１の下端に支持してもよく、あるいは型鋼材１１１の下面に型枠を仮止めしてモルタルを充填してもよい。

本実施形態において、脚部材１１３の相互の間には、基礎５の上面と炉底構造の下面（モルタル１１４Ｂの下面）とを所定間隔で隔てる空隙部５０が形成される。空隙部５０は、炉内からの熱を空気層で遮蔽する伝熱遮蔽手段として機能する。また、炉底構造に埋設された冷却管１１６は、周囲のモルタル１１４，１１４Ｂを冷却することで炉内から基礎５に伝達する熱を遮蔽する伝熱遮蔽手段として機能する。本実施形態では、前述した第１〜第５の各実施形態と比較して冷却管１１６が低い位置に設置され、脚部材１１３の冷却にも有効である。
このような本実施形態においても、伝熱遮蔽手段を兼ねる空隙部５０により脚部以外での伝熱遮蔽が行われるとともに、伝熱遮蔽手段である冷却管１１６により脚部を介しての伝熱遮蔽が行われる。
このように、敷きビーム１１を用いない構造においても、本発明に基づく構成によりその作用効果を得ることができる。

〔第７実施形態〕
前記第６実施形態の構成に対し、基礎５に冷却管５３を埋設しておき、脚部材１１３を冷却する構成としてもよい。
図１４において、本実施形態は基本的に前記第６実施形態と同様な構成を有する。但し、本実施形態では、基礎５の上面近傍に冷却管５３が埋設されており、脚部材１１３を冷却する構成となっている。基礎５に埋設される冷却管５３としては、前述した第２実施形態で説明した構造が利用できる。
このような実施形態においては、冷却管５３により脚部材１１３が冷却されることになる。従って、伝熱遮蔽手段としての冷却管５３によって脚部材１１３からの伝熱が一層効果的に遮蔽される。

〔第８実施形態〕
前記第６実施形態の構成に対し、脚部材１１３自体に冷却管１１９を埋設し、それ自体を冷却する構成としてもよい。
図１５において、本実施形態は基本的に前記第６実施形態と同様な構成を有する。但し、本実施形態では、脚部材１１３自体に伝熱遮蔽手段としての冷却管１１９が埋設されている。冷却管１１９を有する脚部材１１３については、前述した第３実施形態で説明したものが利用できる。
このような実施形態においては、冷却管１１９により脚部材１１３が内部から冷却されることになる。従って、伝熱遮蔽手段としての冷却管１１９によって脚部材１１３からの伝熱が一層効果的に遮蔽される。

〔第９実施形態〕
前記第６実施形態の構成に対し、型鋼材１１１の下面に上面と同様な炉底板１４を張り、モルタル１１４Ｂの層を保持する構成としてもよい。
図１６において、本実施形態は基本的に前記第６実施形態と同様な構成を有する。但し、本実施形態では、型鋼材１１１の上面に張られた炉底板１４と同様な炉底板１４が、型鋼材１１１の下面にも張られている。モルタル１１４Ｂはこの下側の炉底板１４の上に充填され、以降前記第６実施形態と同様に冷却管１１６が配置され、その上にモルタル１１４が充填されている。
このような実施形態においては、下側の炉底板１４によりモルタル１１４Ｂの保持が可能であり、これによりモルタル１１４Ｂの層を現場充填することができ、型鋼材１１１の間隔部分を確実に埋めることができる。

〔第１０実施形態〕
前記第９実施形態の構成に対し、基礎５に冷却管５３を埋設しておき、脚部材１１３を冷却する構成としてもよい。
図１７において、本実施形態は基本的に前記第９実施形態と同様な構成を有する。但し、本実施形態では、基礎５の上面近傍に冷却管５３が埋設されており、脚部材１１３を冷却する構成となっている。基礎５に埋設される冷却管５３としては、前述した第２実施形態で説明した構造が利用できる。
このような実施形態においては、冷却管５３により脚部材１１３が冷却されることになる。従って、伝熱遮蔽手段としての冷却管５３によって脚部材１１３からの伝熱が一層効果的に遮蔽される。

〔第１１実施形態〕
前記第９実施形態の構成に対し、脚部材１１３自体に冷却管１１９を埋設し、それ自体を冷却する構成としてもよい。
図１８において、本実施形態は基本的に前記第９実施形態と同様な構成を有する。但し、本実施形態では、脚部材１１３自体に伝熱遮蔽手段としての冷却管１１９が埋設されている。冷却管１１９を有する脚部材１１３については、前述した第３実施形態で説明したものが利用できる。
このような実施形態においては、冷却管１１９により脚部材１１３が内部から冷却されることになる。従って、伝熱遮蔽手段としての冷却管１１９によって脚部材１１３からの伝熱が一層効果的に遮蔽される。

〔他の実施形態〕
前記各実施形態では、伝熱遮蔽手段として、脚部材１１３を冷却する冷却管１１８、冷却管１１９あるいは冷却管５３を採用したが、他の冷却手段を採用してもよい。
例えば、冷却水を通水する冷却管による冷却の他、伝熱性の高い材料で成型された多数のフィンを有するいわゆるヒートシンクを脚部材１１３の表面に装着してもよい。このようなヒートシンクにより、空隙部５０を通る冷却空気で脚部材１１３を冷却することができ、脚部材１１３からの伝熱の遮蔽を行うことができる。
あるいは、脚部材１１３を経由しての伝熱を遮蔽可能な他の構成を採用してもよく、脚部材１１３を断熱性の高い材料で成型されたブロックとし、それ自体に伝熱遮蔽効果をもたせてもよい。但し、前述したように、脚部材１１３には高い耐荷重が要求されるため、前述した各実施形態のような構成を採用することが望ましい。

前記実施形態において、高炉１には炉体３と炉体櫓２とを設けたが、稼働時においては炉体３と炉体櫓２とは接合しない構造とすることが望ましい。炉体３と炉体櫓２とを稼働時に接合しないことにより、高炉稼動中の熱挙動により炉体３と炉体櫓２との間の不必要な相対変位の影響を避けることができる。
なお、炉体と基礎との間には、地震が発生した場合に相互の滑りによる相対変位が生じる可能性がある。しかし、本発明者らの詳細な検討によると、本発明が対象とする高炉炉体においては、地震時においても、基礎と脚部との間における滑り力が「静止摩擦係数＞地震時の剪断力係数」の関係となるため、高炉本体は安定して自立することで滑りの問題は回避される。本発明者らの実験結果によると、静止摩擦係数＝０．６４〜０．７３であり、地震時の剪断力係数＝０．２（関東の場合）であり、両社では十分な差異があり、両者で滑りが発生することはない。

本発明は、高炉の炉底部構造として利用でき、基礎上に炉体を構築する高炉に利用できる。

本発明の第１実施形態の高炉を示す模式図。 前記第１実施形態の炉底マンテルの製造を示す模式図。 前記第１実施形態の炉底マンテルの搬送を示す模式図。 前記第１実施形態の炉底マンテルの移載を示す模式図。 前記第１実施形態の敷きビームを示す部分破断した平面図。 前記第１実施形態の要部を示す断面図。 本発明の第２実施形態の要部を示す断面図。 本発明の第３実施形態の要部を示す断面図。 前記第３実施形態の脚部材を示す断面図。 前記第３実施形態の脚部材の配置を示す斜視図。 本発明の第４実施形態の要部を示す断面図。 本発明の第５実施形態の要部を示す断面図。 本発明の第６実施形態の要部を示す断面図。 本発明の第７実施形態の要部を示す断面図。 本発明の第８実施形態の要部を示す断面図。 本発明の第９実施形態の要部を示す断面図。 本発明の第１０実施形態の要部を示す断面図。 本発明の第１１実施形態の要部を示す断面図。 従来の炉底部構造を示す断面図。 従来の炉底部構造を示す断面図。

符号の説明

１…高炉
２…炉体櫓
３…炉体
４…リングブロック
５…基礎
１０…炉底マンテル
１１…敷きビーム
１１Ｂ…拡張部分
１１Ａ…本体部分
１２…炉底構造
１３…バランスビーム
１４…炉底板
１５…鉄皮
１６…ステーブクーラ
１７…耐火材
１８…ドーリー
１９…エアーキャスタ
５０Ａ…ファン
５０…空隙部
５１…受部材
５２…エアーキャスタレール
５３…冷却管（伝熱遮蔽手段）
１１０…主梁
１１１…型鋼材
１１１Ａ，１１１Ｂ…主梁
１１２…底面板
１１３…脚部材（脚部）
１１３Ａ…中空部（伝熱遮蔽手段）
１１４，１１４Ｂ…モルタル
１１４Ａ…中空部（伝熱遮蔽手段）
１１５…補助梁
１１６…冷却管
１１７…スタンプ材
１１８，１１９…冷却管（伝熱遮蔽手段）

Claims (15)

1. 基礎と、前記基礎の上に構築される炉体と、前記基礎と前記炉体との間に介装されて前記炉体を支持する脚部と、前記脚部により前記基礎と前記炉体との間に形成された水平方向に延びる空隙部と、前記基礎に埋設されて前記脚部からの荷重を分散する受部材と、前記炉体から前記基礎への伝熱を遮蔽する伝熱遮蔽手段とを備えていることを特徴とする高炉の炉底構造。
2. 請求項１に記載された高炉の炉底構造において、
   前記脚部は、前記炉体の下面に形成され、かつ複数が所定間隔で配列されていることを特徴とする高炉の炉底構造。
3. 請求項２に記載された高炉の炉底構造において、
   前記脚部の間隔は、互いの間の前記空隙部にエアーキャスタを導入可能な間隔であることを特徴とする高炉の炉底構造。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載された高炉の炉底構造において、
   前記伝熱遮蔽手段は、前記基礎の上面の前記脚部が載置される部位に埋設された冷却管を含むことを特徴とする高炉の炉底構造。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載された高炉の炉底構造において、
   前記伝熱遮蔽手段は、前記炉体の下面の前記脚部で支持される部位に埋設された冷却管を含むことを特徴とする高炉の炉底構造。
6. 請求項１から請求項５の何れかに記載された高炉の炉底構造において、
   前記伝熱遮蔽手段は、前記脚部に埋設された冷却管を含むことを特徴とする高炉の炉底構造。
7. 請求項６に記載された高炉の炉底構造において、
   前記脚部は鋼製のブロックであり、前記冷却管は前記ブロックに形成された貫通孔であることを特徴とする高炉の炉底構造。
8. 請求項６に記載された高炉の炉底構造において、
   前記脚部は型枠にモルタルを注入して成型されたブロックであり、前記冷却管は前記モルタルの注入前に予め前記型枠に設置された配管により形成されることを特徴とする高炉の炉底構造。
9. 請求項１から請求項８の何れかに記載された高炉の炉底構造において、
   前記炉体はその底部に水平方向に延びる敷きビームを有し、前記敷きビームを基礎の上に載置することで前記炉体が前記基礎上に構築されることを特徴とする高炉の炉底構造。
10. 請求項９に記載された高炉の炉底構造において、
    前記敷きビームは、格子状のフレームと、このフレームの表裏に張られた上面パネルおよび下面パネルとを有し、前記脚部は前記フレームの直下に接続されていることを特徴とする高炉の炉底構造。
11. 請求項１０に記載された高炉の炉底構造において、
    前記敷きビームは、前記上面パネルおよび前記下面パネルの間に充填されたモルタルを有することを特徴とする高炉の炉底構造。
12. 請求項１０または請求項１１に記載された高炉の炉底構造において、
    前記敷きビームは、前記上面パネルおよび前記下面パネルの間に水平方向に延びる中空部を有し、前記伝熱遮蔽手段は前記中空部の空気層を含むことを特徴とする高炉の炉底構造。
13. 請求項１から請求項１２の何れかに記載された高炉の炉底構造において、
    前記脚部は中空部材であり、前記伝熱遮蔽手段は前記脚部の内部空間の空気層を含むことを特徴とする高炉の炉底構造。
14. 請求項１から請求項１３の何れかに記載された高炉の炉底構造において、
    前記伝熱遮蔽手段は、前記空隙部の空気層を含むとともに、前記空隙部に冷却空気を流通させる送風機を含むことを特徴とする高炉の炉底構造。
15. 請求項１から請求項１４の何れかに記載された高炉の炉底構造において、
    前記空隙部は、前記空隙部の形成部位における水平投影面積の前記炉体底面の底面積に対する領域比率（空隙率）が６０％から９０％の範囲内であることを特徴とする高炉の炉底構造。

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