JP4477787B2 - 鋼製樋壁構造 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、高炉から溶銑や溶滓等の湯(高温流動体)が流動する樋の背面側に構築される鋼製樋壁構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来の樋壁構造の多くは、鉄筋コンクリート(RC)製のRC製樋壁構造となっているが、耐熱性と施工性の点で、次のような問題点が指摘されている。
(1)操業中、高温の環境下に置かれている樋壁では、長時間の使用によりRC中の水分が徐々に蒸発するため、コンクリートの劣化が進行し、強度が低下する。
(2)樋壁が熱膨張しようとするときに、変形が拘束されていると、内部応力が発生して、コンクリートにひび割れが生じ、強度が低下する。
(3)樋壁に耐火RCを採用した場合、通常のRCと比べて数倍ものコストが掛かる。
(4)樋壁の施工にあたって、鉄筋工−型枠工−コンクリート打設−養成−型枠外し等の多工程を経る必要があるため、施工時間と費用が膨大となる。
【0003】
前記の問題点(1)は、RCの特性上回避できないものであり、コストの節減化から設備の更なる長寿命化が求められている状況下では、致命的な問題となっている。また、前記の問題点(2)に対しては、樋壁の変形を拘束しないように接合部を工夫することで対応しているが、これには限界があり、より大きな変形に対しては効果がない。
【0004】
また、従来、RC製樋壁構造の問題点を解消するために、鉄骨と鋼製壁板で構築された鋼製樋壁構造を有するものがある。
【0005】
このような鋼製樋壁は、図8に示すように、高炉から流出する溶銑や溶滓等の高温の湯(高温流動体)を受ける樋(図8に2点破線で示す)1を耐火レンガ等の耐火物で鋳床2上に築造し施工する場合、樋形成路3の両側に形成される作業用デッキ4を利用することにより構築される。この作業用デッキ4は、鋳床2上の樋形成路3の両側に下梁材5を左右方向の樋流れ方向Xに沿って設置し、この下梁材5上に立設されるH形鋼からなる支柱6と、これら各々の支柱6の上端部に樋流れ方向Xの沿って架設されるH形鋼からなる上梁材7とで形成するとともに、その周囲に操業床(図示せず)を敷設した後、これら支柱6及び上下両梁材5,7を利用することにより、樋形成路3の両側に樋1を形成するための内外両樋壁10A,10Bからなる樋壁10をそれぞれ構築している。
【0006】
前記した樋壁10は、作業用デッキ4を形成する樋流れ方向Xの支柱6間に横胴縁8A及び縦胴縁8Bからなる溝形鋼の胴縁8を上下左右に所要の間隔を存して格子状に配置し、縦胴縁8Bの上端部を上梁材7に接合して枠組みするとともに、支柱6と胴縁8を介して複数枚の耐火鋼製の壁板9を接合することにより、樋形成路3の背面側に所要の高さ(例えば、3.0〜4.0m)及び、数十mの長さで構築されるようになっている。そして、このような樋壁10の構築後、樋形成路3上に耐火レンガ等の耐火物にて樋1の築造が行われる。
【0007】
ところが、約1500℃の溶銑や溶滓等の高炉からの湯(高温流動体)が樋1を流れた場合、樋壁10側も湯の放射熱によって200〜300℃の高温となるため、支柱6、胴縁8及び壁板9の各構成部材が非常に大きな熱膨張を起こす。しかも、各構成部材が溶接によって固定的に接合されていると、各構成部材の熱膨張による変形が抑制され、各構成部材の各接合部に非常に大きな応力が働く。これにより、壁板を含む各構成部材が座屈変形し、破壊し易い。
【0008】
そこで、従来では、例えば、本出願人の先願に係る特開平11−269517号公報(以下、先行例という)に開示されているように、支柱、胴縁及び壁板の各構成部材を上下または左右に可動自在に接合して、樋壁を構築することにより、各構成部材の熱膨張による座屈変形を防止する技術が知られている。
【0009】
前記先行例では、図9に示すように、支柱6の前面側に配置される壁板9の背面には、一対のアングル形の胴縁用接合金物31が上下及び左右に溶接されており、接合金物31の水平部31aが胴縁8の横胴縁8Aの上面にボルト・ナット32によって取付けられ、その垂直部31b縦胴縁8Bの側面にボルト・ナット34によって取付けている。そして、横胴縁8Aは、支柱6間の左右方向に伸縮可能に取り付けられており、また、接合金物31の水平部31aに開設されるボルト孔33は、左右方向に長いルーズホールに形成され、これにより、壁板9の左右方向への熱膨脹を吸収可能にしている。一方、支柱6は、その上端部が上梁材7の下面に溶接されているとともに、その下端部を図示しない支柱用接合金物とボルト・ナット、上下方向Zに長いルーズホールとにより、下梁材6上に取り付けられ、これにより、支柱6の下方への熱膨張を吸収可能にしている。さらに、接合金物31の垂直部31bに開設されるボルト孔35は、上下方向Zに長いルーズホールに形成され、これにより、壁板9の上下方向Zへの熱膨脹を吸収可能にしている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
前記した従来の鋼製樋壁構造では、樋1自体も、そこを流れる溶銑や溶滓等の湯から直接受ける熱により熱膨脹して、樋流れ方向X及び樋幅方向(樋流れ方向に対する直角方向)Yに伸びる問題がある。例えば、樋1の樋幅方向Yの寸法が2.5〜3.0mの形態からなるものにあっては、耐火レンガ等の耐火物からなる樋材の樋幅方向Yの伸びは、精々、1〜2mm程度であり、この程度の熱膨張による荷重(F)が、樋壁10の壁面に対して直角方向Yに作用しても、作業用デッキ4を形成する支柱5及び梁材6や、胴縁7及び壁板8には、ほとんど影響を及ぼすことはない。
【0011】
しかし、図8に示すように、樋1の途中を、例えば、「く」の字状に屈曲させた場合に、その屈曲部位を境として、例えば、上流側樋1Aの樋流れ方向Xに沿う直線部の長さが20〜30mまで延びていると、上流側樋1Aは、その熱膨張によって30〜40mmも下流側樋1Bに向けて押し込むように伸びるため、特に、下流側樋1Bの外側背面に構築される外側樋壁10Bの壁面に大きな荷重が作用する。このような上流側樋1Aの熱膨張による伸びをまともに拘束しようとした場合、過大な荷重が外側樋壁10Bを構築する作業用デッキ4や各構成部材に加わり、それらの座屈変形による破壊が発生し易いという問題があった。
【0012】
本発明は、前記の事情に鑑みてなされたもので、樋の熱膨張に起因して樋壁の壁面に作用する過大な荷重をコントロールして、樋壁を構築する各構成部材の破壊を防止することができる鋼製樋壁構造を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は次のように構成する。
【0014】
第1の発明は、高炉の鋳床上に設置される溶銑や溶滓等の高炉からの湯からなる高温流動体が流動する耐火物からなる樋の樋流れ方向に対する樋幅方向の背面側に鋼製壁板からなる樋壁を構築し前記鋼製壁板は横方向に間隔をおいた支柱または縦胴縁に形成された溝空間間に亘って上方から建込み挿入されると共に前記鋼製壁板の左右方向の端面と支柱または縦胴縁との間に空隙が形成された状態で支持されて、熱膨張に対し上下左右に伸縮自在に支持される鋼製壁板からなる前記樋壁を構築するとともに、該樋壁の鋼製壁板に前記樋の熱膨張に起因して作用する樋幅方向の荷重を吸収する荷重吸収機能を支柱または縦胴縁に付与し
該荷重吸収機能は、前記樋の屈曲部位を境として、その下流側樋の外側背面に構築される外側樋壁に付与し、
前記鋼製壁板を外側に向け後傾回動可能に軸支されていることを特徴とする鋼製樋壁構造。
【0016】
の発明は、第の発明において、前記鋼製壁板をバネ材の付勢力に抗して、前記樋壁の外側に向けて移動可能にしたことを特徴とする。
【0018】
の発明は、第1または2の発明において、前記バネ材の付勢力を、壁板に作用する荷重の大きさに応じて調整されることを特徴とする。
【0019】
このようにして構築された鋼製樋壁構造では、樋の熱膨張によって過大な荷重が樋壁の壁面に作用したとき、その荷重が樋壁の壁面に付与した荷重吸収機能によって吸収しコントロールされるため、従前のような樋壁を構築する作業用デッキや各構成部材の座屈変形による破壊が防止される。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図1〜図7に示す図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図1〜図7において、図8及び図9に示す従来の鋼製樋壁構造と構成が重複する部分は同一符号を用いて説明する。
【0021】
図1は、本発明に係る鋼製樋壁構造の全体構成を概略的に示す説明図である。図2は、荷重吸収機能が付与される樋壁部位の縦断側面図である。図3は、壁板の取付状態を示す横断面図である。
【0022】
図1に示すように、本発明は、前述した従来の鋼製樋壁構造と同様に、高炉から流出する溶銑や溶滓等の高温の湯(高温流動体)を受ける樋(図1に2点破線で示す)1を耐火レンガ等の耐火物で鋳床2上に築造し施工する場合、樋形成路3の両側に形成される作業用デッキ4を利用することにより構築される。
【0023】
この作業用デッキ4は、鋳床2上の樋形成路3の両側に下梁材5を樋流れ方向Xの沿って設置し、この下梁材5上に立設されるH形鋼からなる支柱6と、これら支柱6の上端部に樋流れ方向Xの沿って架設されるH形鋼からなる上梁材7で形成するとともに、その周囲に操業床(図示せず)を敷設した後、これら支柱6及び上下梁材5,7を利用することにより、樋形成路3の両側に樋1を形成するための内外両樋壁10A,10Bからなる樋壁10をそれぞれ構築している。
【0024】
すなわち、前記した樋壁10は、図2に示すように、作業用デッキ4を形成する樋流れ方向Xの支柱6間に複数本の溝形鋼からなる縦胴縁8を上下両梁材5,7間の左右方向に所要の間隔を存して配置し、これら縦胴縁8の上下両端部を上下両梁材5,7に接合して枠組みするとともに、支柱6と縦胴縁8を介して、後述する取付け手段により複数枚の耐火鋼製の壁板9を接合することにより、樋形成路3の背面側に所要の高さ及び長さで、その途中を、例えば、「く」の字状に屈曲させて構築されている。そして、このような樋壁10の構築後、樋形成路3上に耐火レンガ等の耐火物にて、「く」の字状の屈曲部位を境として、上流側樋1Aと下流側樋1Bの直線形態からなる樋1の築造が行われる。
【0025】
また、樋壁10の壁面に各壁板9を取り付ける場合、図3に示すように、支柱6及び縦胴縁8の各構成部材の前面側には、左右に対向する断面T形の壁板用接合金物11が上下方向Zに沿ってそれぞれ溶接されている。これら壁板用接合金物11は、そのフランジ部11a及びウェブ部11bと、支柱6または縦胴縁8の前面とで左右対称な断面コ字形の溝空間12が形成される。
【0026】
そして、図4に示すように、これら相対向する左右両溝空間12間には、壁板9が上方から上下2段に建込み挿入されて、壁板9の側端縁部9aが支持されるようになっている。各壁板用接合金物11のフランジ部11aの左右両端には、複数個のアングル形の壁板用押え金物13が上下方向Zに溶接され、これらの押え金物13により、接合金物11の左右両溝空間12間に上下2段に建込み挿入された各々の壁板9の上下部位を支柱6または縦胴縁8の前面側に押え込み挾持可能にしている。この場合には、接合金物11の左右両溝空間12間に上下2段に差込み挿入された壁板9の上端部は、開放されており、また、接合金物11のウェブ部11bと壁板9の端面と間には、空隙aが形成されている。これにより、壁板9の上方及び左右方向への熱膨脹を吸収可能にしている。
【0027】
一方、本発明の荷重吸収機能が付与される樋壁10は、樋1の上流側樋1Aから屈曲部位を境として下流側樋1Bの背面に構築される外側樋壁10Bに適用されている。すなわち、図5に示すように、上梁材7の下面には、アングル形の胴縁用接合金物14の水平部14aが溶接されており、この接合金物14の垂直部14bには、縦胴縁8の上端部がボルト・ナット15によって取付けられている。接合金物14の垂直部14bに開設されるボルト孔16は、樋1の樋幅方向Yと平行な前後水平方向、つまり、外側樋壁10Bの内外方向に長いルーズホールに形成されている。
【0028】
また、上梁材7の背面側には、鋼材からなるバネ受け材17の上端部がボルト・ナット18によって取り付けられており、このバネ受け材17の下端部と、これに対向する縦胴縁8の上部背面との間には、図6に示すように、4本の圧縮バネ材19が上下左右に2本づつ介装されている。これら各々の圧縮バネ材19は、縦胴縁8側からバネ受け材17側に向けて挿通されて締結する通しボルト・ナット20のボルト軸に保持されており、圧縮バネ材19の付勢力により、縦胴縁8を背面側から前方に弾性的に押圧している。
【0029】
さらに、鋳床2上に設置される下梁材5の上面には、アングル形の胴縁用接合金物21の水平部21aが溶接されており、この接合金物21の垂直部21bには、縦胴縁8の下端部が一本のボルト・ナット22によって樋壁10Bの内外方向に回動可能に軸支されている。接合金物21の垂直部21bに開設されるボルト孔23は、上下方向Zに長いルーズホールに形成され、これにより、縦胴縁8の下方への熱膨脹を吸収可能にしている。
【0030】
前記したように、縦胴縁8の上端部は、上梁材7の下面に溶接された胴縁用接合金物14の垂直部14bにボルト・ナット15によって取付けられており、接合金物14の垂直部14bに開設されるボルト孔16が、外側樋壁10Bの内外方向に長いルーズホールに形成されているとともに、圧縮バネ材19の付勢力により、縦胴縁8を背面側から前方に弾性的に押圧している。一方、縦胴縁8の下端部は、下梁材5の下面に溶接された胴縁用接合金物21の垂直部21bに一本のボルト・ナット22によって樋壁10Bの内外方向に回動可能に軸支しなるもので、これにより、荷重吸収機能を構成している。
【0031】
このような荷重吸収機能は、縦胴縁8を例にして説明したが、支柱6にも同様に付与されることは云うまでもない。また、圧縮バネ材19のバネ力は、壁板9に作用する荷重力に応じて適宜に調整される。
【0032】
このため、樋1の上流側樋1Aが、その熱膨張によって下流側樋1Bに向けて押し込むように伸びて、下流側樋1Bの外側背面に構築される外側樋壁10Bの壁面に大きな荷重(F)が作用しても、その荷重の大きさに応じて、壁板9が圧縮バネ材19の付勢力に抗して、外側樋壁10Bの外側に向けて後傾回動するように移動する。これにより、従前のように、上流側樋1Aの熱膨張による過大な荷重が下流側樋1Bの背面に構築された外側樋壁10Bの壁面に加わった際、その過大な荷重は、外側樋壁10Bを構築する各構成部材の破壊が発生することのない程度に吸収しコントロールされるため、荷重吸収機能を十分に発揮させることが可能になる。
【0033】
なお、前記した実施形態においては、樋1の下流側樋1Bの外側背面に構築される外側樋壁10Bに荷重吸収機能を適用して説明したが、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更実施可能である。
【0034】
【発明の効果】
以上のように、本発明の鋼製樋壁構造では、高炉の鋳床上に設置される溶銑や溶滓等の樋の熱膨張によって、過大な荷重が樋壁の壁面に作用したときに、その荷重が樋壁の壁面に付与した荷重吸収機能によって吸収しコントロールされるため、従前のような樋壁を構築する作業用デッキや各構成部材の座屈変形による破壊を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る鋼製樋壁構造の全体構成を概略的に示す説明図である。
【図2】図1のI−I線矢視方向から見た拡大縦断側面図である。
【図3】図1のII−II線矢視方向から見た拡大横断面図である。
【図4】壁板の取付状態を示す説明図である。
【図5】荷重吸収機能が付与される樋壁上部の要部拡大断面図である。
【図6】図5のIII−III線矢視方向から見た拡大横断面図である。
【図7】荷重吸収機能が付与される樋壁下部の要部拡大斜視図である。
【図8】従来の鋼製樋壁の構築状態を示す説明図である。
【図9】同じく従来の鋼製樋壁構造における壁板の取付状態を示す拡大縦断側面図である。
【符号の説明】
1 樋
1A 上流側樋
1B 下流側樋
2 鋳床
3 樋形成路
4 作業用デッキ
5 下梁材
6 支柱
7 上梁材
8 胴縁(縦胴縁)
9 壁板
9a 側端縁部
10 樋壁
10A 内側樋壁
10B 外側樋壁
11 壁板用接合金物
11a フランジ部
11b ウェブ部
12 溝空間
13 壁板用押え金物
14 胴縁用接合金物
14a 水平部
14b 垂直部
15 ボルト・ナット
16 ボルト孔
17 バネ受け材
18 ボルト・ナット
19 圧縮バネ材
20 通しボルト・ナット
21 胴縁用接合金物
21a 水平部
21b 垂直部
22 ボルト・ナット
23 ボルト孔
a 空隙
F 荷重
X 樋流れ方向(左右方向)
Y 直角方向(内外前後方向)
Z 上下方向
θ 胴縁の回動範囲

Claims (3)

  1. 高炉の鋳床上に設置される溶銑や溶滓等の高炉からの湯からなる高温流動体が流動する耐火物からなる樋の樋流れ方向に対する樋幅方向の背面側に鋼製壁板からなる樋壁を構築し前記鋼製壁板は横方向に間隔をおいた支柱または縦胴縁に形成された溝空間間に亘って上方から建込み挿入されると共に前記鋼製壁板の左右方向の端面と支柱または縦胴縁との間に空隙が形成された状態で支持されて、熱膨張に対し上下左右に伸縮自在に支持される鋼製壁板からなる前記樋壁を構築するとともに、該樋壁の鋼製壁板に前記樋の熱膨張に起因して作用する樋幅方向の荷重を吸収する荷重吸収機能を支柱または縦胴縁に付与し
    該荷重吸収機能は、前記樋の屈曲部位を境として、その下流側樋の外側背面に構築される外側樋壁に付与し、
    前記鋼製壁板を外側に向け後傾回動可能に軸支されていることを特徴とする鋼製樋壁構造。
  2. 前記鋼製壁板をバネ材の付勢力に抗して、前記樋壁の外側に向けて移動可能にしたことを特徴とする請求項に記載の鋼製樋壁構造。
  3. 前記バネ材の付勢力、前記壁板に作用する荷重の大きさに応じて調整されることを特徴とする請求項1または2に記載の鋼製樋壁構造。
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