JP5347873B2 - Hot air branch structure of a hot blast furnace - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、高炉の熱風炉における熱風支管構造に関し、特に熱風炉本体と高炉の環状管に接続される熱風本管とを連結する熱風支管部分に好適なものである。 The present invention relates to a hot air branch pipe structure in a hot blast furnace of a blast furnace, and is particularly suitable for a hot air branch pipe portion connecting a hot blast furnace main body and a hot air main pipe connected to an annular pipe of the blast furnace.
高炉の付帯設備である熱風炉は、羽口からの送風を加熱昇温するためのものであり、小型の内燃式熱風炉と大型の外燃式熱風炉に大別される。外燃式熱風炉は、蓄熱室と燃焼室が分離していて、上部のドーム同士が連結されている。この連結構造は、従来、ベローと呼ばれる蛇腹構造からなる伸縮継手を介装し、蓄熱室及び燃焼室に生じる熱変位の差或いは連結構造自体に生じる熱変位そのものを吸収するようにしている。なお、伸縮継手の使用部には、所謂反力をとるためのテンションビームが一般的に用いられる。また、熱風炉の外殻を構成する鉄皮を熱風の高温から保護するためには、鉄皮の内側にレンガを積む必要がある。このレンガ積みは、熱風炉内のみならず、熱風が通過する全ての部位に積む必要がある。 A hot blast furnace, which is an auxiliary facility of a blast furnace, is for heating and raising the air blown from the tuyere, and is roughly classified into a small internal combustion type hot blast furnace and a large external combustion type hot blast furnace. In the external combustion type hot stove, the heat storage chamber and the combustion chamber are separated, and the upper dome is connected to each other. Conventionally, this connection structure is provided with an expansion joint having a bellows structure called a bellows so as to absorb the difference in thermal displacement generated in the heat storage chamber and the combustion chamber or the thermal displacement itself generated in the connection structure itself. In addition, a tension beam for taking a so-called reaction force is generally used for the use part of the expansion joint. Moreover, in order to protect the iron skin which comprises the outer shell of a hot-blast furnace from the high temperature of a hot air, it is necessary to pile a brick inside an iron skin. It is necessary to pile up this brickwork not only in the hot air furnace but also in all parts through which the hot air passes.
しかしながら、蛇腹構造からなる伸縮継手では、レンガ積みが非常に複雑で困難である。また、伸縮が生じる箇所では、その伸縮を吸収するように、レンガ同士に隙間を空けて積む必要があり、長年にわたって伸縮を繰り返す伸縮継手部位では、レンガが摩耗、脱落し、鉄皮が赤熱するという問題が生じる。また、伸縮継手の蛇腹部自体も応力腐食割れによって破損するという問題もある。 However, with an expansion joint having a bellows structure, brickwork is very complicated and difficult. In addition, at locations where expansion and contraction occurs, it is necessary to stack with a gap between the bricks so as to absorb the expansion and contraction, and at expansion joints that repeatedly expand and contract over many years, the bricks wear and fall off, and the iron skin becomes red hot The problem arises. There is also a problem that the bellows portion of the expansion joint itself is damaged by stress corrosion cracking.
そこで、本出願人は、先に下記特許文献1に記載されるように、伸縮継手を用いることなく蓄熱室と燃焼室を連結することが可能な外燃式熱風炉の連結構造を提案した。この連結構造は、蓄熱室のドームと燃焼室のドームを連結管で連結する場合、連結管の管径RDと蓄熱室のドーム径TDの比RD/TDを0.24以上0.60以下とし、連結管の管径RDと燃焼室のドーム径NDの比RD/TDを0.44以上0.60以下とすることにより、炉内ガスの偏流を防止し且つ連結管付け根ナックル部の局所的な応力を抑制して、伸縮継手なしに蓄熱室と燃焼室を連結することを可能とした。
Therefore, the present applicant has previously proposed a connection structure of an external combustion type hot stove capable of connecting a heat storage chamber and a combustion chamber without using an expansion joint, as described in
しかしながら、熱風炉では、燃焼室(蓄熱室一体のものを含む)と熱風本管との連結部、所謂熱風支管もあり、この熱風支管も、熱変位の差や熱変位そのものを吸収するために伸縮継手を用いており、伸縮継手の使用箇所には、所謂反力をとるためのテンションビームを用いていることから、前述と同様に、構造が複雑になったり、鉄皮が赤熱したり、伸縮継手そのものが破損したりするという問題がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、伸縮継手を不要とし、伸縮継手に係る諸問題を回避することが可能な高炉の熱風炉の熱風支管構造を提供することを目的とするものである。
However, in a hot air furnace, there is also a connecting portion between a combustion chamber (including a heat storage chamber integrated) and a hot air main pipe, a so-called hot air branch pipe, and this hot air branch pipe also absorbs the difference in thermal displacement and the thermal displacement itself. Since the expansion joint is used and the tension beam used to take the so-called reaction force is used at the location where the expansion joint is used, the structure becomes complicated, the iron skin becomes red hot, There is a problem that the expansion joint itself is damaged.
The present invention has been made paying attention to the above-described problems, and provides a hot air branch pipe structure for a hot blast furnace of a blast furnace that can eliminate the need for an expansion joint and avoid various problems related to the expansion joint. It is for the purpose.
上記課題を解決するために、本発明の高炉の熱風炉の熱風支管構造は、熱風炉本体と高炉の環状管に接続される熱風本管との間に介装される熱風支管にあって、熱風支管の垂直部及び水平部の長さを、夫々の管径の3倍以上としたことを特徴とするものである。
なお、垂直部及び水平部の長さは、夫々の管の中心線間長さである。
In order to solve the above problems, the hot air branch structure of the hot blast furnace of the blast furnace of the present invention is a hot air branch pipe interposed between the hot blast furnace body and the hot air main pipe connected to the annular pipe of the blast furnace, The length of the vertical part and the horizontal part of the hot air branch pipe is set to be three times or more of the respective pipe diameters.
In addition, the length of a vertical part and a horizontal part is the length between centerlines of each pipe | tube.
而して、本発明の高炉の熱風炉の熱風支管構造によれば、熱風支管の垂直部及び水平部の長さを、夫々の管径の3倍以上とすることにより、熱変位の差や熱変位そのものが生じても、管自体の弾性変形で吸収することができ、その結果、伸縮継手を使用する必要がなくなり、伸縮継手に係る諸問題を回避することができる。 Thus, according to the hot air branch pipe structure of the blast furnace of the present invention, the length of the vertical part and the horizontal part of the hot air branch pipe is set to be three times or more of the respective pipe diameters, Even if thermal displacement itself occurs, it can be absorbed by elastic deformation of the tube itself. As a result, it is not necessary to use an expansion joint, and various problems associated with the expansion joint can be avoided.
次に、本発明の高炉の熱風炉の熱風支管構造の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、本実施形態の熱風炉の熱風支管構造の全体図である。図中の符号1は蓄熱室、符号2は燃焼室である。また、図中の符号8は、高炉の環状管に接続される熱風本管である。熱風支管4とは、前記燃焼室2から熱風本管8までの連結管構造をいう。なお、本実施形態の熱風炉では、蓄熱室1と燃焼室2の連結部分に伸縮継手は用いられていない。また、蓄熱室1、燃焼室2、熱風支管4、熱風本管8とも、外殻は所謂鉄皮で覆われているが、内部には鉄皮を保護するためのレンガが積まれている。レンガは、熱膨張や熱収縮を吸収できるような特別な積み方がなされている。
Next, an embodiment of the hot air branch pipe structure of the blast furnace of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is an overall view of a hot air branch pipe structure of a hot stove according to the present embodiment.
本実施形態の熱風支管4は、燃焼室2に連結された熱風支管第1水平部5、熱風支管第1水平部5に連結された熱風支管垂直部6、熱風支管垂直部6と熱風本管8とを連結する熱風支管第2水平部7とを備えて構成される。熱風支管4の各部は、内部に積まれたレンガにより、建設当初の常温から、操業時の約100℃程度までしか昇温しないが、熱変形に伴う熱変位の差、或いは熱変異そのものが生じる。そのため、従来は、図3に示すように、熱風支管第1水平部5や熱風支管第2水平部7に伸縮継手Aを用いて、それらを吸収するようにしていた。また、伸縮継手Aを用いている部位には、その反力をとるためのテンションビーム3も併設されている。
The hot
前述したように、伸縮継手Aには、それを使用することによる種々の問題がある。そこで、本実施形態では、図1に示すように、熱風支管第1水平部5の長さを当該熱風支管第1水平部5の管径の3倍以上とし、且つ熱風支管垂直6の長さを当該熱風支管垂直部6の管径の3倍以上とし、且つ熱風支管第2水平部7の長さを当該熱風支管第2水平部7の管径の3倍以上とすることにより、伸縮継手を用いない構造とした。夫々の管径は管部の外径を示す。また、夫々の長さは、連結する管部との連結箇所における中心線の交点間距離を示す。
As described above, the expansion joint A has various problems due to its use. Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, the length of the hot air branch first
このような間の径と長さの管径を満足することにより、例えば熱風支管第1水平部5の熱変位と熱風支管第2水平部7の熱変位との差や熱風支管垂直部6自体の熱変位そのものを当該熱風支管垂直部6の弾性変形で吸収することができ、その結果、伸縮継手が不要となる。例えば、5000m3の高炉の熱風炉で内圧と熱膨張を加えたときの有限要素法による解析結果で、例えば熱風支管第1水平部5と熱風支管垂直部6との連結部に最も大きな応力の発生することが分かったが、その大きさは210N/mm2と疲労耐久応力の許容内であった。
By satisfying such a diameter and length of the tube diameter, for example, the difference between the heat displacement of the hot air branch first
図1は、前記特許文献1に記載される技術を用いて、蓄熱室1と燃焼室2の連結部分にも伸縮継手を用いない、所謂ベストモードであるが、本発明の高炉の熱風炉の熱風支管構造では、必ずしも伸縮継手を用いないことを前提とするものではない。図2aは、熱風支管第2水平部7に伸縮継手A及びテンションビーム3を用いている。また、図2bは、熱風支管第1水平部5に伸縮継手A及びテンションビーム3を用いている。また、図2cは、蓄熱室1と燃焼室2の連結部分に伸縮継手A及びテンションビーム3を用いている。また、図2dは、蓄熱室1と燃焼室2の連結部分及び熱風支管第1水平部5に伸縮継手A及びテンションビーム3を用いている。また、図2eは、蓄熱室1と燃焼室2の連結部分及び熱風支管第2水平部7に伸縮継手A及びテンションビーム3を用いている。
FIG. 1 shows a so-called best mode in which the expansion joint is not used in the connecting portion between the
但し、何れの実施形態も、熱風支管第1水平部5の長さを当該熱風支管第1水平部5の管径の3倍以上とし、且つ熱風支管垂直6の長さを当該熱風支管垂直部6の管径の3倍以上とし、且つ熱風支管第2水平部7の長さを当該熱風支管第2水平部7の管径の3倍以上としている。そのため、熱風支管4を構成する各管部では、熱変位の差や熱変位自体を、自身の弾性変形で吸収することができるため、仮に伸縮継手を用いても、伸縮継手の負荷が小さく、また変形(変位)も小さいため、前記従来のような大きな問題となることがない。
このように、本実施形態の高炉の熱風炉の熱風支管構造では、熱風支管4の垂直部6及び水平部5,7の長さを、夫々の管径の3倍以上とすることにより、熱変位の差や熱変位そのものが生じても、管自体の弾性変形で吸収することができ、その結果、伸縮継手を使用する必要がなくなり、伸縮継手に係る諸問題を回避することができる。
However, in any of the embodiments, the length of the hot air branch first
Thus, in the hot air branch structure of the hot blast furnace of the blast furnace of the present embodiment, the length of the
1は蓄熱室、2は燃焼室、3はテンションビーム、4は熱風支管、5は熱風支管第1水平部、6は熱風支管垂直部、7は熱風支管第2水平部、8は熱風本管、Aは伸縮継手 1 is a heat storage chamber, 2 is a combustion chamber, 3 is a tension beam, 4 is a hot air branch pipe, 5 is a hot air branch first horizontal part, 6 is a hot air branch pipe vertical part, 7 is a hot air branch second horizontal part, and 8 is a hot air main pipe , A is an expansion joint
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