JP5220887B2

JP5220887B2 - 耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法

Info

Publication number: JP5220887B2
Application number: JP2011114597A
Authority: JP
Inventors: 真聡橋本
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2013-06-26
Anticipated expiration: 2031-05-23
Also published as: JP2012241850A

Description

本発明は、耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法に関し、特に、アンカー挿入用の穴径と内部コーンの打込み量の関係について、アンカー取り付け作業の基準を数値化することで、アンカー取り付けにかかる不具合を予防するための新規な改良に関する。

一般に、転炉等の大型の窯炉に使用する耐火物は、サイズが大きくなり人間が人力で施工しようとすると安全上の問題が発生する。その際、しばしば耐火煉瓦にアンカーを取り付け、クレーンなどの重機を使用して吊り下げ、移動し、施工することが行われる。
例えば、特許文献１には、アンカーボルトの例が示されている。また、特許文献２には別の形態のアンカーボルトが例示されている。さらに、特許文献３には煉瓦を吊り下げて施工する例が示されている。
また、耐火煉瓦用の吊り下げ用内部コーン打ち込み式のアンカーは、図１に示すようなスリット２Ａの入った円筒型の金属製部品が用いられ、アンカー１は外筒２と内部コーン３の２つの部品から構成されている。
前記内部コーン３は先端径３ａの小さい円錐大の形状で構成され、外筒２の内部は先端に行くに従って内径が小さくなるような打ち込み穴４が施工されている。前記外筒２内に設置された内部コーン３を打ち込むことで内部コーン３が先端に移動し、外筒２が内側から押し広げられて外径が大きくなる構造である。

また、実際の施工時には、図１の耐火煉瓦１０上部にドリルで取り付け穴１１を開けてアンカー１を装入し、内部コーン３を打込むことで外筒２を押し広げて取り付け穴１１の内壁１１ａに押し付け、その圧力によって耐火煉瓦１０から抜けにくくなる。さらに、取り付け穴11の中に樹脂などの硬化剤・接着剤を予め装入し、その上でアンカー１を取り付ける場合もある。
さらに、耐火物を施工する際、アンカー１が外に飛び出ると障害があるのでアンカー１は耐火物の表面からでないように施工することが一般的である。

特開２００５−３２５９４８号公報特開２００９−１６６１１１号公報特開２０００−１３０９５６号公報

従来のアンカーは、以上のように構成されていたため、次のような課題が存在していた。
すなわち、特許文献１、特許文献２及び図１に示されるアンカーの場合、これらのアンカーはもともとコンクリート用に設計されたものであり、コンクリートに比べて強度の弱い耐火煉瓦にそのまま使用できるかどうか疑問が残っていた。具体的には、コンクリート用のアンカーは力学的には無限平板と仮定できるような大型の構造物、例えば、建物の柱や壁、橋梁、ダムなどにアンカーを取り付けることを前提としている。しかし、例えば転炉用のＭｇＯ−Ｃ煉瓦へアンカーを取り付ける場合、煉瓦の大きさは約１５０×８０／１００×１２６０ｍｍの大きさの煉瓦の約１５０×８０ｍｍの面にアンカーを取り付ける。アンカーの基準通りに内部コーンを打ち込んだ際、煉瓦回収部に亀裂が入ったりすることがしばしば発生した。これは、アンカーコーンを打ち込んだ際、アンカー先端が広がり、アンカー取り付け穴周辺の耐火物には圧縮応力が働くのに対し、アンカーから少し離れた位置では周方向に引張り応力が働くために起こる。無限平板であれば影響が少ないが、取り付け部の大きさが小さい場合は、煉瓦側面で引張り応力となり、亀裂が発生するものと推定される。
このように、取り付け部面積が小さい耐火煉瓦への施工時にアンカーを設置する穴の穴径やアンカーコーンの打ち込み量に関しては、安全性を確保できる明確な基準が得られていなかった。
さらに、打ち込み量が不足する、あるいは基準以上に大きくなるなどの人的要因による取り付け不良の可能性もあり、より明確な指標作成が求められていた。
また、特許文献３のように、ブロック煉瓦吊り具を用いる方法の場合には、一度に多数のブロック煉瓦を吊り上げて運搬することはできるが、一個ずつ単体として所定の場所又は位置へ運搬するのには適当ではなかった。

本発明による耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法は、耐火煉瓦の取り付け穴へ内部コーン打ち込み式のアンカーを打ち込むようにした耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法において、前記耐火煉瓦の曲げ強度をσ〔ＭＰａ〕とし、前記アンカーのアンカー外径を(A)、前記アンカーの装入用の前記耐火煉瓦の取り付け穴の穴径を(B)、前記内部コーンを打ち込んだ際の前記アンカーの先端部の先端部直径を(C)、及び、前記内部コーンの打ち込み量を(D)としたとき、〔０．０５≦（Ｃ−Ｂ）／Ａ≦σ／８０・・・・(1)式〕を満足させるように前記打ち込み量(D)を調整して前記先端部直径(C)を決める方法であり、また、前記内部コーンが前記アンカーの先端部から露出しない打ち込み量(D)の最大値を最大打ち込み量(E)としたとき、前記内部コーンの打ち込み量(D)を〔０．７５×Ｅ≦Ｄ≦１．１×Ｅ・・・・(2)式〕とする方法であり、また、前記アンカーを取り付けるための取り付け部煉瓦の幅を煉瓦幅(F)としたとき、前記アンカー外径(A)と前記煉瓦幅(F)との関係を〔Ａ≦Ｆ／７〕とする方法である。

本発明による耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法は、以上のように構成されているため、次のような効果を得ることができる。
すなわち、耐火煉瓦の取り付け穴へ内部コーン打ち込み式のアンカーを打ち込むようにした耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法において、
前記耐火煉瓦の曲げ強度をσ〔ＭＰａ〕とし、前記アンカーのアンカー外径を(A)、前記アンカーの装入用の前記耐火煉瓦の取り付け穴の穴径を(B)、前記内部コーンを打ち込んだ際の前記アンカーの先端部の先端部直径を(C)、及び、前記内部コーンの打ち込み量を(D)としたとき、〔０．０５≦（Ｃ−Ｂ）／Ａ≦σ／８０・・・・(1)式〕を満足させるように前記打ち込み量(D)を調整して前記先端部直径(C)を決めるようにしたことにより、耐火煉瓦へのアンカーの打ち込みを数値で管理することができ、アンカー取り付け時の不具合による煉瓦落下トラブルおよびそれに伴う事故等を予防し、作業の安全性を向上させることができる。
また、前記内部コーンが前記アンカーの先端部から露出しない打ち込み量(D)の最大値を最大打ち込み量(E)としたとき、前記内部コーンの打ち込み量(D)を〔０．７５×Ｅ≦Ｄ≦１．１×Ｅ・・・・(2)式〕とすることにより、打ち込み量の定量管理を行うことができる。
また、前記アンカーを取り付けるための取り付け部煉瓦の幅を煉瓦幅(F)としたとき、前記アンカー外径(A)と前記煉瓦幅(F)との関係を〔Ａ≦Ｆ／７〕とすることにより、耐火煉瓦へのアンカーの打ち込みをより安全に行うことができる。

本発明による耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法における打ち込み前の状態を示すアンカーの断面図である。図１のアンカーの打ち込み穴内に内部コーンを打ち込む状態を示す工程図である。アンカーの打ち込み穴内に内部コーンを打ち込む打ち込み量を変えた際のアンカーの引き抜き強度を示す特性図である。

本発明は、アンカー挿入用の穴径と内部コーンの打ち込み量の関係について、アンカー取り付け作業の基準を数値化することで、アンカー取り付けにかかる不具合を予防し、耐火煉瓦の搬送等を安全に行うことができるようにした耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法を提供することを目的とする。

以下、図面と共に本発明による耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法の好適な実施の形態について説明する。
図１は、従来構成用の説明にも援用した本発明による耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法に用いるアンカー１を示しており、このアンカー１の打ち込み穴４内には、先端径３ａを有するコーン形状の内部コーン３が内設されている。
前記アンカー１には、この打ち込み穴４に連通するスリット２Ａが設けられており、この打ち込み穴４内に内部コーン３を打ち込んだ場合に、アンカー１の先端部２ａが互いに外側へ向けて拡開するように構成されている。

次に、本発明による耐火煉瓦へのアンカーの取り付け方法に従って、実際に取り付ける場合について説明する。
まず、アンカー１の打ち込みをする前に、準備として、アンカー１の最大使用荷重と吊り下げられる耐火煉瓦１０の荷重からアンカー１を選定する。
このアンカー１の最大使用荷重Ｇはメーカーにより規定されているため、アンカー１を取り付ける耐火煉瓦１０の重量は最大使用荷重Ｇ以下である必要がある。しかし、耐火煉瓦１０を吊り下げて運搬するという性質上、運搬時の振動・衝撃などにより、アンカー１に対して実際にかかる荷重の大きさは、瞬間的に耐火煉瓦１０の重量の数倍に及ぶことが予想される。このため、アンカー１の取り付け状態は（短時間であれども）最大使用荷重Ｇの数倍の荷重に対しても保持が可能となる状態が望ましい。この発明における安全範囲は「２．０×Ｇ」以上の荷重を短時間保持できることとする。安全性や確実性の観点からは、「４．０×Ｇ」以上の荷重を保持できることが望ましい。

次は、前述のようにして選定されたアンカー１によってアンカー１の外径Ａ、取り付け穴１１の深さＨと穴径Ｂ、最大打ち込み量Ｅ（内部コーン３の打ち込み量Ｄの最大値）が決められる。すなわち、アンカー１の打ち込み穴４内に打ち込まれる内部コーン３の後端面３Ｂが打ち込み穴４に入り切った時（図２のＡ状態）の打ち込み穴４の上端面４Ａを基準として、内部コーン３のもう一方の先端面３Ａが打ち込み穴４のもう一方の下端面４Ｂに達した（図２のＢ状態）ときの内部コーン３の移動量（打ち込み量）が最大打ち込み量Ｅである。
前記アンカー１の取り付け用の打ち込み穴４の開け方は特には限定されるものではなく、例えば、柔らかく強度の低い耐火物に対しては通常のドリルが使用できる。また、硬く強度の大きい材料ではダイヤモンドピットなどを使用できる。また、プレキャストブロックの場合、成形時に取り付け用の取り付け穴１１を予め形成しておいても良い。

また、アンカー１を装入する取り付け穴１１の直径すなわち穴径をＢとする。この穴径Ｂはドリル径ではなく、耐火煉瓦１０に予め開けられた径であり、この穴径Ｂはアンカー外径Ａより大きく、アンカー外径Ａの１．２倍以下が望ましい。すなわち、この穴径Ｂがアンカー外径Ａより小さいと、アンカー１を取り付け穴１１内に挿入することができなくなる。この穴径Ｂが多少小さい場合、ハンマーで打ち込むことでアンカー１を取り付け穴１１に装入することは可能だが、取り付け穴１１の周囲の耐火物に亀裂などの損傷を与える可能性があり好ましくない。
また、実験の結果によると、前述の１．２倍より大きいと、十分な取り付け強度が得られないことが明らかとなり、より好ましくは、１．０２から１．１５の範囲が最も好適であることが判明した。
前記内部コーン３を打ち込むことで、アンカー１の先端部２ａの先端部直径Ｃは大きくなる。この先端部直径Ｃは前述の打ち込み量Ｄの関数となり、打ち込み量Ｄが大きくなるに従って前記先端部直径Ｃは大きくなる。このため、予め先端部直径Ｃと打ち込み量Ｄとの関係を調べておくことができる。

また、打ち込み量Ｄが少なく、（Ｃ−Ｂ）／Ａが０．０５より小さいと十分な取り付け強度が得られない。そのため、より好ましくは、０．１より大きいことが好適である。
一方、前記打ち込み量Ｄが大きくなりすぎて、（Ｃ−Ｂ）／Ａがσ／８０より大きくなると、内部コーンを打ち込んだ際、耐火煉瓦１０に亀裂が入ったり、あるいは亀裂が入っても外観からは発見されず、耐火煉瓦１０を吊り上げた際に破壊して耐火煉瓦１０が落下したりするなどの問題が起こる可能性があり、より好ましくは（Ｃ−Ｂ）／Ａがσ／１００以下であることが好適である。
また、前記打ち込み量の上限と下限とから、好ましい（Ｃ−Ｂ）／Ａの範囲は、
０．０５≦（Ｃ−Ｂ）／Ａ≦σ／８０
となる。

さらに、内部コーン３を打ち込んだ際のアンカー上面１Ａから内部コーン３の後端面３Ｂまでの距離を図２のＢ状態に示す移動量（打ち込み量）Ｄと規定する。
前記打ち込み量Ｄは最大打ち込み量Ｅの０．７５倍より大きく、１．１倍より小さいことが望ましい。すなわち、０．７５倍より小さいと、取り付け強度が十分に得られない。
また、１．１倍より大きくなると、この場合も取り付け強度が低下することになり、原因は定かではないが、内部コーン３がアンカー１のアンカー底部１Ｂから飛び出し、予め開けた取り付け穴１１の底部１１Ａを叩き、一部の組織を破壊するために強度低下が起こる可能性がある。
従って、より好ましくは、０．８倍から１．０５倍までの範囲であることが明らかとなった。
さらに、前記耐火煉瓦１０の取り付け部煉瓦１０ａの幅をＦとしたとき、アンカー外径ＡはＦ／７以下とすることが好ましい。アンカー外径ＡがＦ／７を超えた場合、アンカー打ち込み時に、アンカー１を打ち込まれた耐火煉瓦１０は強度を保てず、耐火煉瓦１０を損傷させてしまう可能性があり好ましくない。また、アンカー外径ＡがＦ／７以下であれば、内部コーン３の打ち込みによる耐火煉瓦１０の側面での引張り応力を小さくすることができ、より好ましくはＦ／８以下である。

次に、本発明による耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法の実施例および比較例について説明する。
ＭｇＯ−Ｃ耐火煉瓦で長さ１２６０ｍｍ、重量６６ｋｇ、この耐火煉瓦１０には迫りがあり、炉内側端面の大きさは１１０ｍｍ×７２ｍｍ
サンコーテクノ社製内部コーン打ち込み式アンカーＣＴ−８３０
取り付け穴１１の穴径Ｂ：１０．５ｍｍ、穴の深さ：３０ｍｍ、最大打ち込み量：２０ｍｍ
前記耐火煉瓦１０の打ち込み量Ｄと先端部直径Ｃには、Ｃ＝０．１７Ｄ＋８．０の関係がある。
１１０ｍｍ×７２ｍｍの面にアンカー１を打ち込む
前述の場合、様々な曲げ強度σのＭｇＯ−Ｃ耐火煉瓦を用意し、規定値通り２０ｍｍ打ち込む。
耐火煉瓦１０の曲げ強度σをアンカー１を打ち込んだ結果を表１に示す。
耐火煉瓦１０の曲げ強度σは８ＭＰａであった時、耐火煉瓦１０の側面に割れが発生した。一方、曲げ強度が１０ＭＰａ以上だと亀裂は発生しなかった。

一方、前記耐火煉瓦１０の１５０×１５０ｍｍの面に同様にアンカー１を打ち込む。この場合、前記曲げ強度σ＝８ＭＰａの耐火煉瓦１０でも亀裂は発生しない。
また、打ち込み量を変化させた場合、曲げ強度σ＝１３ＭＰａの耐火煉瓦１０で、打ち込み量が小さい場合、アンカー１の先端の開きが十分でなく、引き抜き強度は小さい。一方、所定量以上に打ち込むと引き抜き強度は低下する。
前述の打ち込み量Ｄ／ｍｍと引き抜き強度／ｋｇｆとの関係は、図３に示される通りであり、打ち込み量２０ｍｍの場合にアンカー１の引き抜き強度／ｋｇｆが最大値であった。

本発明による耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法は、耐火物の種類には特に限定されることはなく、通常の成型煉瓦の他に、キャスタブルのプレキャストブロックなどにも適用可能であり、高炉用の大型ブロック、羽口耐火物、転炉用耐火物、電気炉用耐火物など様々な用途に応用できる。

１アンカー
１Ａアンカー上面
１Ｂアンカー底部
２外筒
２Ａスリット
２ａ先端部
３内部コーン
３Ａ先端面
３Ｂ後端面
３ａ先端径
４Ａ上端面
４Ｂ下端面
１０耐火煉瓦
１０ａ取り付け部煉瓦
１１取り付け穴
１１Ａ底部
１１ａ内壁
Ａアンカー外径
Ｂ穴径
Ｃ先端部直径
Ｄ内部コーンの打ち込み量
Ｅ打ち込み量Ｄの最大値で最大打ち込み量
Ｆ煉瓦幅
Ｈ深さ

Claims

耐火煉瓦(10)の取り付け穴(11)へ内部コーン(3)打ち込み式のアンカー(1)を打ち込むようにした耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法において、
前記耐火煉瓦(10)の曲げ強度をσ〔ＭＰａ〕とし、前記アンカー(1)のアンカー外径を(A)、前記アンカー(1)の装入用の前記耐火煉瓦(10)の取り付け穴(11)の穴径を(B)、前記内部コーン(3)を打ち込んだ際の前記アンカー(1)の先端部(2a)の先端部直径を(C)、及び、前記内部コーン(3)の打ち込み量を(D)としたとき、〔０．０５≦（Ｃ−Ｂ）／Ａ≦σ／８０・・・・(1)式〕を満足させるように前記打ち込み量(D)を調整して前記先端部直径(C)を決めることを特徴とする耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法。
前記内部コーン(3)が前記アンカー(1)の先端部(2a)から露出しない打ち込み量(D)の最大値を最大打ち込み量(E)としたとき、前記内部コーン(3)の打ち込み量(D)を〔０．７５×Ｅ≦Ｄ≦１．１×Ｅ・・・・(2)式〕とすることを特徴とする請求項１記載の耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法。
前記アンカー(1)を取り付けるための取り付け部煉瓦(10a)の幅を煉瓦幅(F)としたとき、前記アンカー外径(A)と前記煉瓦幅(F)との関係を〔Ａ≦Ｆ／７〕とすることを特徴とする請求項１又は２記載の耐火煉瓦へのアンカー取り付け方法。