JP5862617B2 - 高炉の羽口部構造 - Google Patents

Description

本発明は、高炉内に高温空気を吹き込む羽口を高炉外周の鉄皮に固定する羽口部構造に関するものである。

一般に高炉の羽口部構造は、図３に示すように、炉内に高温空気を送り込む羽口１、その羽口１に連結されて高温空気の流路となるブローパイプ２、羽口１を冷却するための冷却函３、その冷却函３を高炉外周の鉄皮５に固定するための保持金具４、冷却函３の周囲に配設される羽口煉瓦６、鉄皮５の内側に配設されて炉体を冷却するためのステーブ７で構成される。

ステーブ７は、図４に示すように、冷却パイプ８が複数本配置され、冷却水配管９を経由してステーブ７の内部に冷却水が供給されることによってステーブ７が冷却される。なお、図４は羽口周辺のステーブの例を示す断面図であるが、その他の部位に配設されるステーブも同様に冷却水によって冷却される。こうして高炉内側からの熱伝導をステーブ７が遮断することによって、高炉外周の鉄皮５が保護される。

一方で、溶銑や溶滓を貯留する高炉床部の炉底には炉底煉瓦（図示せず）が配設され、その炉底煉瓦の上部の炉床壁部には、図３に示すように、炉床壁煉瓦10が配設される。これらの炉底煉瓦および炉床壁煉瓦10は、過酷な使用環境に耐えられるカーボン煉瓦が広く用いられている。
上記した羽口煉瓦６は、炉床壁煉瓦10上に配設され、羽口煉瓦６の下面が炉床壁煉瓦10の上面に当接して支持される。羽口煉瓦６に囲まれた冷却函３は、保持金具４を介して鉄皮５に固定されており、その鉄皮５はステーブ７によって冷却されているので、熱膨張が低く抑えられ、冷却函３や保持金具４の位置はほとんど変化しない。

ところが炉底煉瓦および炉床壁煉瓦10は、炉底に貯留される溶銑や溶滓によって高温に曝されるので、熱膨張が大きくなる。その結果、炉床壁煉瓦10上に配設される羽口煉瓦６が上方に押し上げられ、羽口１や冷却函３が荷重を受けて変形し、ガス漏れが発生するという問題が生じる。
そこで、羽口１や冷却函３の変形を防止する技術が種々検討されている。たとえば図３に示す例では、冷却函３の下面と羽口煉瓦６の上面との間に可縮性のスタンプ材12を充填して、羽口１や冷却函３の変形を防止している。つまり、炉床壁煉瓦10が上方に押し上げられたときに、このスタンプ材12が収縮して、羽口１や冷却函３に作用する荷重を緩和することによって、羽口１や冷却函３の変形を防止する。

また特許文献１には、図５に示すように、羽口煉瓦６の下側を支持し、かつ冷却することが可能な突き出し部11を有するステーブが開示されている。つまり、高炉内側に棚状の突き出し部11を設け、さらに突き出し部11と炉床壁煉瓦10の間にスタンプ材12を充填することによって、炉床壁煉瓦10が上方に押し上げられたときに、スタンプ材12が収縮しながら、突き出し部11で羽口煉瓦６を支持し、かつ冷却する技術である。このようにして羽口１や冷却函３の変形を防止することができる。しかも、炉寿命の後期に炉底の温度が上昇して、炉底煉瓦や炉床壁煉瓦10の膨張量が増大した場合にも、羽口１や冷却函３の変形を防止する効果を安定して保つことが可能である。

しかしながら、スタンプ材12は、炉床壁煉瓦10等に使用されるカーボン煉瓦と比べて耐熱性が低いので、図３に示すように高温に曝される部位に使用すると、著しく損耗するという問題がある。つまり羽口１や冷却函３の変形を防止するために、スタンプ材12の可縮性を重視して、スタンプ材12を多量に使用すると、スタンプ材12が損耗して隙間が生じ、ひいてはガス漏れを誘発する。これに対して、スタンプ材12の使用を低減すると、羽口煉瓦６が上方に押し上げられた際の荷重を緩和できず、羽口１や冷却函３が変形して、ガス漏れが発生する。

また、図５に示す羽口部構造は、スタンプ材12がステーブの突き出し部11で冷却されるので、スタンプ材12の損耗を抑制できるという利点を有するが、突き出し部11先端に配置される断熱材13の厚みが制限される。つまり、突き出し部11の断熱性が劣ることから、炉寿命の後期には突き出し部11が損傷して冷却効果の低下を招き、その結果、スタンプ材12が損耗するのは避けられず、羽口１や冷却函３の変形からガス漏れを誘発する。

以上に説明した通り、従来の羽口部構造は、高炉の稼働初期から炉寿命の後期に至るまで、長期間にわたって羽口１や冷却函３の変形を防止する効果を安定して保ち、ひいてはガス漏れを防止することが困難であった。

特開2002-220609号公報

本発明は、高炉の稼働初期から炉寿命の後期に至るまで、長期間にわたって羽口や冷却函の変形を防止する効果を安定して保つことが可能な羽口部構造を提供することを目的とする。

本発明者は、スタンプ材の可縮性を活用して羽口や冷却函の変形を防止する技術を検討した。その結果、スタンプ材を冷却して損耗を防止できる位置に配置することによって、長期間にわたって羽口や冷却函の変形を防止する効果を安定して保つことができるという知見を得た。
本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。

すなわち本発明は、高炉の羽口煉瓦の下面に当接して配設される第１カーボン煉瓦ブロックと、高炉の炉床壁煉瓦の上面に当接して配設される第２カーボン煉瓦ブロックとを傾斜面に沿って当接させ、その傾斜面を第２カーボン煉瓦ブロックの上昇に伴って第１カーボン煉瓦ブロックが高炉のステーブ側へ移動するように傾斜させるとともに、第１カーボン煉瓦ブロックとステーブとの間にスタンプ材を充填する高炉の羽口部構造である。

本発明の羽口部構造においては、第２カーボン煉瓦ブロックの上面と羽口煉瓦の下面との間にスタンプ材を充填することが好ましい。

本発明によれば、高炉の稼働初期から炉寿命の後期に至るまで、長期間にわたって羽口や冷却函の変形を防止する効果を安定して保つことができ、その結果、ガス漏れを防止できるので、産業上格段の効果を奏する。

本発明の羽口部構造の例を示す断面図である。 図１の羽部構造を拡大して示す断面図であり、(a)は炉床壁煉瓦の膨張前、(b)は炉床壁煉瓦の膨張後を示す断面図である。 従来の羽口部構造の例を示す断面図である。 羽口周辺のステーブの例を示す断面図である。 従来の羽口部構造の他の例を示す断面図である。

図１は、本発明の羽口部構造の例を示す断面図である。本発明の羽口部構造は、炉内に高温空気を送り込む羽口１、その羽口１に連結されて高温空気の流路となるブローパイプ２、羽口１を冷却するための冷却函３、その冷却函３を高炉外周の鉄皮５に固定するための保持金具４、冷却函３の周囲に配設される羽口煉瓦６、鉄皮５の内側に配設されて炉体を冷却するためのステーブ７、および羽口煉瓦６の下側に配設される第１カーボン煉瓦ブロック14aと第２カーボン煉瓦ブロック14b、第１カーボン煉瓦ブロック14aとステーブ７の間に充填されるスタンプ材17aで構成される。さらに、第２カーボン煉瓦ブロック14bの上面と羽口煉瓦６の下面との間にもスタンプ材17bを充填することが好ましい。

本発明の羽口部構造は、第１カーボン煉瓦ブロック14a、第２カーボン煉瓦ブロック14b、スタンプ材17aの配置に特徴があるので、それらを拡大して図２に示す。
図２(a)に示すように、第１カーボン煉瓦ブロック14aは羽口煉瓦６の下側に配設され、第１カーボン煉瓦ブロック14aの上面が羽口煉瓦６の下面に当接する。第２カーボン煉瓦ブロック14bも羽口煉瓦６の下側に配設されるが、第２カーボン煉瓦ブロック14bの下面が炉床壁煉瓦10の上面に当接する。さらに、第１カーボン煉瓦ブロック14aと第２カーボン煉瓦ブロック14bは傾斜面15に沿って当接する。その傾斜面15は、炉床壁煉瓦10の膨張に起因して第２カーボン煉瓦ブロック14bが上昇した場合に、第１カーボン煉瓦ブロック14aがステーブ７側へ移動するように傾斜している。

さらに、鉄皮５とステーブ７を貫通する圧入口16を設けて、第１カーボン煉瓦ブロック14aとステーブ７の間にスタンプ材17aを充填する。このようにスタンプ材17aを配置することによって、ステーブ７がスタンプ材17aを冷却することが可能となり、しかも溶銑や溶滓からの熱伝導が第１カーボン煉瓦ブロック14aと第２カーボン煉瓦ブロック14bで遮断されるので、スタンプ材17aの損耗を防止できる。その結果、高炉の稼働初期から炉寿命の後期に至るまで長期間にわたって、スタンプ材17aが有する可縮性を十分に活用できる。さらに、高炉の操業中に、スタンプ材17aを圧入口16から適宜補充することも可能である。

そして高炉の稼働に伴って炉床壁煉瓦10が膨張すると、図２(b)に示すように、第２カーボン煉瓦ブロック14bが上昇しながら、傾斜面15に沿って当接する第１カーボン煉瓦ブロック14aをステーブ７側へ移動させる。このときに発生する荷重は、スタンプ材17aによって緩和されるので、羽口１や冷却函３の変形を防止できる。
傾斜面15が鉛直船に対してなす角θ（以下、傾斜角という）は、20〜70°の範囲内が好ましい。傾斜角θが大きすぎる場合および小さすぎる場合は、いずれも第１カーボン煉瓦ブロック14aをステーブ７側へ移動させることが困難になる。

また本発明においては、図２(a)に示すように、第２カーボン煉瓦ブロック14bの上面と羽口煉瓦６の下面との間にもスタンプ材17bを充填することが好ましい。この位置に配置するスタンプ材17bの損耗を防止することは困難であるが、高炉の稼働初期に生じる炉床壁煉瓦10の大幅な膨張が羽口煉瓦６に及ぼす影響を緩和することができる。
このようにして、炉床壁煉瓦10の膨張によって生じる鉛直上向きの荷重を、横方向の荷重に変換することが可能となり、羽口煉瓦６と冷却函３の間に充填されるスタンプ材12の厚みを減らすことができる。その結果、スタンプ材12の損耗に起因するガス漏れを抑制できる。さらに、第１カーボン煉瓦ブロック14aと第２カーボン煉瓦ブロック14bを使用することによって、羽口部構造の耐熱性を高めることができる。

しかも上記で述べた通り、第１カーボン煉瓦ブロック14aとステーブ７の間に充填されるスタンプ材17aの損耗を防止できるので、高炉の稼働初期から炉寿命の後期に至るまで、長期間にわたって羽口や冷却函の変形を防止する効果を安定して保つことができる。

生産能力420ton／hr規模の高炉を改修する際に、図１、２に示すような本発明の羽口部構造を全ての羽口（40個）に採用した。すなわち、第１カーボン煉瓦ブロック14aを羽口煉瓦６の下側に配設し、第１カーボン煉瓦ブロック14aの上面を羽口煉瓦６の下面に当接させた。また、第２カーボン煉瓦ブロック14bの下面を炉床壁煉瓦10の上面に当接させ、かつ第１カーボン煉瓦ブロック14aと第２カーボン煉瓦ブロック14bを傾斜面15に沿って当接させた。傾斜面の傾斜角θは45°とした。スタンプ材17a、17bおよびスタンプ材12は、いずれも同じ材質のものを使用した。

改修が終了した後、高炉の稼働を再開して10年経過する間、全ての羽口を定期的に点検したが、ガス漏れは皆無であった。したがって、次回改修するまで20年が経過する間、ガス漏れは皆無となることが予想された。これを発明例とする。
一方で、改修する前（20年間）の操業実績によれば、ガス漏れに起因して冷却函の交換を行なった作業時間は合計160hrであった。これを従来例とする。

つまり、ガス漏れ（すなわち変形）に起因する冷却函の交換作業は、従来例では１年あたり８hr発生していたが、発明例ではゼロとなることが予想される。
しかも発明例では、冷却函を交換する必要がないので、冷却函の製作個数の削減、在庫管理の負荷軽減等についても多大な効果が得られる。

１ 羽口
２ ブローパイプ
３ 冷却函
４ 保持金具
５ 鉄皮
６ 羽口煉瓦
７ ステーブ
８ 冷却パイプ
９ 冷却水配管
10 炉床壁煉瓦
11 突き出し部
12 スタンプ材
13 断熱材
14a 第１カーボン煉瓦ブロック
14b 第２カーボン煉瓦ブロック
15 傾斜面
16 圧入口
17a スタンプ材
17b スタンプ材

Claims (2)

1. 高炉の羽口煉瓦の下面に当接して配設される第１カーボン煉瓦ブロックと、前記高炉の炉床壁煉瓦の上面に当接して配設される第２カーボン煉瓦ブロックとを傾斜面に沿って当接させ、該傾斜面を前記第２カーボン煉瓦ブロックの上昇に伴って前記第１カーボン煉瓦ブロックが前記高炉のステーブ側へ移動するように傾斜させるとともに、前記第１カーボン煉瓦ブロックと前記ステーブとの間にスタンプ材を充填することを特徴とする高炉の羽口部構造。
2. 前記第２カーボン煉瓦ブロックの上面と前記羽口煉瓦の下面との間に前記スタンプ材を充填することを特徴とする請求項１に記載の高炉の羽口部構造。

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