JP5705582B2 - 樋および樋の冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、例えば高炉設備の鋳床において高炉から排出される溶銑滓を受銑する出銑樋などの高温物を流す樋および樋の冷却方法に関する。

高炉から排出される溶銑滓を受銑する出銑樋は、図９に示すように、溶銑滓を受ける面から順に耐火材であるワーキングライニング材５０およびバックライニング材５１、並びに保持金物５２の構成となっている。また、これらはワーキングライニング材５０などの寿命を延長する目的で、冷却されている場合がある。

ところが、出銑樋は、受銑時期および休止時期を繰り返して使用されるため、繰り返して使用するに従って、保持金物５２が長手方向にわたって上下に凹状に変形したり、左右にバナナ状に変形したりする。この変形のため、高炉出銑口近傍の出銑樋と出銑口ライニング材の切れによる漏銑トラブルや、反出銑口近傍の出銑滓出口周りのライニング材の切れによる漏銑トラブルなどの危険性がある。また、保持金物５２の変形が大きくなりすぎると、設備的な干渉問題が発生し、その結果、保持金物５２の交換または改造が必要となり、出銑樋の寿命を短くする要因の一つとなっている。

従来、出銑樋の冷却による長寿命化については、例えば特許文献１等で提案されている。特許文献１に記載の出銑樋の冷却方法では、出銑樋の受銑部で冷媒流路を絞り、受銑部での冷媒流速を速めることで、出銑樋を冷却し、出銑樋の受銑部の損耗を抑制するが、出銑樋の変形を抑制するものではない。

特開２０００−１７８６２１号公報

出銑樋の長手方向に対する上下方向または左右方向の変形の主要因は、保持金物の長手方向に対して垂直な横断面方向の温度差によって生じる保持金物の横断面方向の不均一な内部応力と、耐火材の長手方向への熱膨張によって保持金物に応じる長手方向の引張応力とが組み合わさることにある。

例えば、図１０に示すように、使用中の保持金物の長手方向に対して垂直な横断面方向の温度分布で、上端部の温度が高く、底部の温度が低くなった場合、温度差による保持金物の長手方向の内部応力は上部が圧縮応力ａ、底部が引張応力ｂとなり、保持金物の長手方向の変形は凸型となる。これに樋自重および耐火材の膨張が加わると、保持金物には長手方向に引張応力ｃ，ｄが加わる。これらの引張応力ｂ，ｃ，ｄの和は大きく、一般的には保持金物の弾性域を超えることになる。

これにより、使用中の保持金物の長手方向に対して垂直な横断面方向の温度差による保持金物の長手の内部応力に差が発生するため、保持金物の底部には上端部よりも大きな引張応力が加わることになり、引張の塑性量の差が発生する。したがって、出銑樋の休止により、保持金物の温度が常温付近に戻ると、保持金物の上端部と底部とで異なった塑性変形が残る。この例の場合、底部の方に大きな塑性変形が残るため、出銑樋が長手方向で凹型となる変形が生じる。

このような出銑樋の変形を抑制するためには、耐火材の熱膨張量を抑制することも考えうるが、耐火材の本来の目的は溶銑滓を漏らさないために熱膨張すべきものであるため、耐火材の熱膨張量は抑制しないことが望ましい。

そこで、本発明においては、耐火材の熱膨張量を抑制することなく、樋の保持金物の変形量を小さくし、漏れの予防および長寿命化を実現した樋および樋の冷却方法を提供することを目的とする。

本発明の樋は、内面に耐火材が設けられる保持金物を有する樋であって、保持金物は、内壁と外壁との間に冷却ガスが供給される中空部を有し、中空部内を複数の冷却ガス流路とする長手方向の横仕切板と、複数の冷却ガス流路のそれぞれの冷却ガスの流量を調整する流量調整手段とを有することを特徴とする。

また、本発明の樋の冷却方法は、内壁と外壁との間に冷却ガスが供給される中空部を有し、中空部内を複数の冷却ガス流路とする長手方向の横仕切板を有し、内面に耐火材が設けられる保持金物を有する樋の冷却方法であって、複数の冷却ガス流路のそれぞれの冷却ガスの流量を調整することを特徴とする。

これらの発明によれば、長手方向の横仕切板により中空部内に形成された複数の冷却ガス流路のそれぞれの冷却ガスの流量を調整することで、樋の長手方向に対して垂直な横断面方向の温度差を少なくすることができ、樋の保持金物の変形量を小さくすることができる。

また、本発明の樋は、中空部内を長手方向に対して垂直な横断面方向に仕切る複数の縦仕切板を有し、流量調整手段が、縦仕切板に形成された孔の形状または孔の個数により流量を調整するものであることが望ましい。これにより、弁などの開閉機構を用いることなく、孔の形状または孔の個数を調整するとした簡単な構造により、下段と上段の流量が適正になるように調整して、樋の長手方向に対して垂直な横断面方向の温度差を少なくすることができる。

また、本発明の樋は、冷却ガスを複数の冷却ガス流路に対してそれぞれ供給する複数の冷却配管を有し、流量調整手段は、複数の冷却配管の流量をそれぞれ調整する弁である構成とすることもできる。これにより、冷却ガスを複数の冷却ガス流路に対してそれぞれ供給する複数の冷却配管の流量をそれぞれ弁により調整して、樋の長手方向に対して垂直な横断面方向の温度差を少なくすることができる。

本発明では、内壁と外壁との間に冷却ガスが供給される中空部を有し、中空部内を複数の冷却ガス流路とする長手方向の横仕切板を有し、内面に耐火材が設けられる保持金物を有する樋に対し、複数の冷却ガス流路のそれぞれの冷却ガスの流量を調整する構成により、樋の長手方向に対して垂直な横断面方向の温度差を少なくし、樋の保持金物の変形量を小さくすることができるので、耐火材の熱膨張量を抑制することなく、漏れの予防および長寿命化を実現することができる。

本発明の実施の形態における出銑樋の斜視図である。 （ａ）は図１の出銑樋の平面図、（ｂ）は正面図である。 図２のＡ−Ａ断面図である。 図２のＢ−Ｂ断面図である。 流量調整手段の別の実施形態を示す説明図である。 従来構造の出銑樋と実施例の出銑樋の内壁温度のコンタ図および各リブ位置での平均温度グラフを示す図である。 解析条件および出銑樋の横断面方向の温度差と出銑樋の操業時の鉛直方向の変位量との関係を示す図である。 出銑樋の横断面方向の温度差と出銑樋の冷却時の鉛直方向の変位量との関係を示す図である。 従来の出銑樋の横断面図である。 出銑樋の変形メカニズムを示す説明図である。

図１は本発明の実施の形態における出銑樋の斜視図、図２（ａ）は図１の出銑樋の平面図、（ｂ）は正面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図２のＢ−Ｂ断面図である。

図１〜図３において、本発明の実施の形態における出銑樋１は、溶銑滓を受ける内面から順に耐火材であるライニング材としてのワークライニング材２およびバックライニング材３と、ワークライニング材２およびバックライニング材３を保持する金物の製缶物である保持金物４とを有する樋である。また、保持金物４の長手方向中央下部には、冷却用の冷却ガスとしての冷却空気が供給される冷却ダクト５が接続されている。

保持金物４は、内壁１０と外壁１１とから構成され、内壁１０と外壁１１との間に冷却空気が供給される中空部１２が形成されている。また、内壁１０と外壁１１との間には、中空部１２内を仕切る長手方向の複数の横仕切板１３ａ，１３ｂ，１３ｃ，１３ｄ，１３ｅと、中空部１２内を長手方向に対して垂直な横断面方向に仕切る複数の縦仕切板１４ａ，１４ｂ，１４ｃ，１４ｄ，１４ｅ，１４ｆ，１４ｇ，１４ｈ，１４ｉ，１４ｊ，１４ｋ，１４ｌ，１４ｍ，１４ｎとが設けられている。なお、横仕切板１３ａ〜１３ｅおよび縦仕切板１４ａ〜１４ｎは、保持金物４の補強リブを兼ねている。

また、縦仕切板１４ａ〜１４ｎには、例えば図３および図４に示すように、流量調整手段としての複数の孔１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ，１５ｉ，１５ｊ，１５ｋ，１５ｌ，１５ｍ，１５ｎ，１５ｏ，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１６ｄ，１６ｅ，１６ｆ，１６ｇ，１６ｈ，１６ｉが設けられている。これらの複数の孔１５ａ〜１５ｏ，１６ａ〜１６ｉと、横仕切板１３ａ〜１３ｅおよび縦仕切板１４ａ〜１４ｎと内壁１０および外壁１１とによって、中空部１２内に長手方向に延びる複数の冷却ガス流路１７ａ，１７ｂ，１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ，１７ｆ，１７ｇ，１７ｈ，１７ｉ，１７ｊ，１７ｋが形成されている。

また、横仕切板１３ａ〜１３ｅにも、冷却ダクト５が接続されている直上の部分および他の部分の適宜位置に、流量調整手段としての複数の孔（図示せず。）が設けられている。これらの複数の孔と、横仕切板１３ａ〜１３ｅおよび縦仕切板１４ａ〜１４ｎと内壁１０および外壁１１とによって、中空部１２内に下方から上方へ延びる複数の冷却ガス流路が形成されている。

保持金物４の下方から冷却ダクト５より供給される冷却空気は、保持金物４の中空部１２内に入り、横仕切板１３ａ〜１３ｅの直上部分に設けられた複数の孔を通じて上方の冷却ガス流路へ供給される。そして、上下各段の長手方向の冷却ガス流路１７ａ〜１７ｋへ流入した冷却空気は、出銑樋１の長手方向の両端側へ流れていき、保持金物４を冷却する。このとき、複数の冷却ガス流路１７ａ〜１７ｋに対して下段のみに流れることなく、上段にも適正な流量となるように、横仕切板１３ａ〜１３ｅおよび縦仕切板１４ａ〜１４ｎに形成される複数の孔の形状または個数は、予め設定されている。

したがって、本実施形態における出銑樋１では、冷却ダクト５から供給された冷却空気が複数の冷却ガス流路１７ａ〜１７ｋの上段へ流れるにつれて温められても、長手方向の冷却ガス流路１７ａ〜１７ｋの下段より上段の流量が多くなるように調整することで、長手方向に対して垂直な横断面方向の温度差を少なくすることができ、出銑樋１の保持金物の変形量を小さくすることが可能である。これにより、本実施形態における出銑樋１では、ワークライニング材２およびバックライニング材３である耐火材の熱膨張量を抑制することなく、漏れの予防および長寿命化を実現している。

また、本実施形態においては、横仕切板１３ａ〜１３ｅおよび縦仕切板１４ａ〜１４ｎに形成される孔の形状または孔の個数により流量を調整するものであるため、弁などの開閉機構を用いることなく、簡単な構造により、横断面方向の温度差を少なくしており、開閉機構の故障等の心配もない。

なお、上記実施形態においては、流量調整手段を横仕切板１３ａ〜１３ｅおよび縦仕切板１４ａ〜１４ｎに形成される孔の形状または孔の個数により調整するものとしたが、長手方向の複数の冷却ガス流路１７ａ〜１７ｋに対してそれぞれ流入する冷却空気の量を調整する構成とすることも可能である。

図５は流量調整手段の別の実施形態を示す説明図である。図５に示すように、長手方向の複数の冷却ガス流路１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄ，１８ｅ，１８ｆ，１８ｇ，１８ｈ，１８ｉ，１８ｊを形成した保持金物１９に対し、各冷却ガス流路１８ａ〜１８ｊに対してそれぞれ冷却空気を供給する複数の冷却配管２０を設け、各冷却配管２０にそれぞれの流量を調整する弁２１を設ける。これにより、各冷却配管２０の弁２１により各冷却配管２０へ流れる冷却空気の流量を調整して、出銑樋の長手方向に対して垂直な横断面方向の温度差を少なくすることができる。

上記実施形態における出銑樋１について温度解析を行った。図６は従来構造の出銑樋と実施例の出銑樋の内壁温度のコンタ図および各リブ位置での平均温度グラフを示している。本実施例の出銑樋では、各リブ（縦仕切板）１〜７での平均温度差が低くなるように、各リブ１〜７に形成される孔の形状および孔の個数を最適化した。図６に示されるように、本実施例の出銑樋では、従来構造の出銑樋と比較して、各リブ位置での平均温度差が約４０％低減できることが確認できた。

次に、簡易モデルにて出銑樋の横断面方向の温度差と出銑樋の操業時の変位量との関係を導いた。図７は解析条件および出銑樋の横断面方向の温度差と出銑樋の操業時の鉛直方向の変位量との関係を示している。図７に示されるように、横断面方向の温度差が４０％低減されると、操業時の変位量を６０％低減できることが確認できた。すなわち、図６に示す本実施例の出銑樋では従来構造の出銑樋と比較して、操業時の変位量が６０％低減される。

次に、簡易モデルにて出銑樋の横断面方向の温度差と出銑樋の冷却時（熱間使用後に常温に戻す場合）の変位量との関係を導いた。図８は耐火材の熱膨張量として強制変位１０ｍｍ条件下での出銑樋の横断面方向の温度差と出銑樋の冷却時の鉛直方向の変位量との関係を示している。図８に示されるように、横断面方向の温度差が４０％改善されると、冷却時の変位量の増加は２０％改善できることが確認できた。

本発明の樋は、例えば高炉設備の鋳床において高炉から排出される溶銑滓を受銑する出銑樋として有用である。

１ 出銑樋
２ ワークライニング材
３ バックライニング材
４，１９ 保持金物
５ 冷却ダクト
１０ 内壁
１１ 外壁
１２ 中空部
１３ａ〜１３ｅ 横仕切板
１４ａ〜１４ｎ 縦仕切板
１５ａ〜１５ｏ，１６ａ〜１６ｉ 孔
１７ａ〜１７ｋ，１８ａ〜１８ｊ 冷却ガス流路
２０ 冷却配管
２１ 弁

Claims (2)

1. 内面に耐火材が設けられる保持金物を有する樋であって、
   前記保持金物は、内壁と外壁との間に冷却ガスが供給される中空部を有し、前記中空部内を複数の冷却ガス流路とする長手方向の横仕切板と、前記中空部内を長手方向に対して垂直な横断面方向に仕切る複数の縦仕切板と、前記複数の冷却ガス流路のそれぞれの冷却ガスの流量を前記縦仕切板に形成された孔の形状または孔の個数により調整する流量調整手段とを有することを特徴とする樋。
2. 内壁と外壁との間に冷却ガスが供給される中空部を有し、前記中空部内を複数の冷却ガス流路とする長手方向の横仕切板と、前記中空部内を長手方向に対して垂直な横断面方向に仕切る複数の縦仕切板とを有し、内面に耐火材が設けられる保持金物を有する樋の冷却方法であって、
   前記複数の冷却ガス流路のそれぞれの冷却ガスの流量を前記縦仕切板に形成された孔の形状または孔の個数により調整することを特徴とする樋の冷却方法。