JP5920560B2

JP5920560B2 - 高炉用羽口の交換方法

Info

Publication number: JP5920560B2
Application number: JP2011240293A
Authority: JP
Inventors: 精一朗山同; 祥和早坂
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-11-01
Filing date: 2011-11-01
Publication date: 2016-05-18
Anticipated expiration: 2031-11-01
Also published as: JP2013095967A

Description

本発明は、高炉用羽口の交換方法に関するものであり、該高炉用羽口の損耗状況をより正確に把握して適切な時期に羽口の交換を実施し、これによって高炉の安定的な操業を実現しようとするものである。

従来、多くの高炉に採用されている高炉用羽口の羽口本体は、銅製の鋳物にて構成されている。かかる羽口は、高炉内に突き出すように配置されるのが普通であり、その本体部分が直接、高温雰囲気に曝されることから、その内部に冷却水を循環させることによって羽口自体の溶損を防止している。

しかしながら、高炉の炉内のガス温度は、２０００℃を超える温度にも達するものであり、冷却水を循環させて冷却しているとはいえ、該羽口を構成する母材（素材）の強度低下は不可避であって、炉内の内容物との接触による摩擦に対して十分な強度を有しているものではなかった。

その結果、羽口の先端部は、摩耗が徐々に進行していき、該摩耗が冷却水路にまで達するような場合には、羽口を冷却するための冷却水が高炉内へ漏れ出てしまうトラブルを発生させることがある。

また、近年では、高炉の効率的な操業を実現するため、羽口の送風通路内に複数本のランスを配置し、該ランスを通して高炉内に微粉炭を吹込む操業方式が主流となっているが、微粉炭との接触による物理的摩耗も高炉用羽口の寿命に影響を与える要因の一つになっている。

その他、高炉用羽口の寿命に影響を与える要因としては、高炉内反応によって生成する溶銑が羽口本体の先端部に直接接触することによって引き起こされる溶損もあり、何れにおいても高炉用羽口の寿命を管理して高炉用羽口の適切な交換を実現することは非常に困難であった。

この点に関する先行技術として特許文献１には、羽口本体の先端部に温度センサーを埋設保持しておき、羽口の摩耗、溶損によりその先端部分が脱落したことを、該温度センサーの計測温度の急激な上昇あるいは温度センサーの破断、断線によって検知し、この検知に基づいて羽口の交換を行うようにした方法が知られている。

特開２００４―９１８８７号公報

ところで、上記特許文献１に開示されている方法では、熱による影響で温度センサー自体が故障することもあり、高炉用羽口の交換時期を確実に把握することは困難であった。

このため、高炉羽口の破損による高炉操業への影響の大きさを考え、一定期間使用した羽口については、使用寿命に達しているかどうかにかかわりなく定期的に交換しているのが現状であり、高炉用羽口の損耗状況を推定する指標に関する有効な提案については未だなされていない。

そこで、本発明の目的は、高炉用羽口の損耗状況を正確に把握し、その使用寿命の末期に至る前の段階で確実に交換できる方法を提案するところにある。

本発明は、高炉の胴体周壁に設置された複数の高炉用羽口のそれぞれにつき、その損耗状況を推定して使用寿命の末期に至る前に交換する方法において、高炉用羽口の取付け直後における初期姿勢を基準にして該基準から±３°の範囲を限界ずれ込み角度としておき、使用期間が同じである前記高炉用羽口のそれぞれのずれ込み角度を調査し、該調査によって得られたずれ込み角度と予め設定された限界ずれ込み角度とを対比して、該ずれ込み角度が、該限界ずれ込み角度に最も近い高炉用羽口がずれ込み角度の大きい高炉用羽口であると判断し、該ずれ込み角度の大きい羽口から優先的に交換することを特徴とする高炉用羽口の交換方法である。

上記のずれ込み角度とは、高炉用羽口の末端（大羽口の後端）の上下を結ぶ直線の、基準線（垂直線等）とのなす角度をいうものとし（図１参照）、限界ずれ込み角度とは、羽口の損耗が大きくなり該羽口が破損に至るずれ込み角度をいうものとする。

前記調査は、ランスを介して吹き込む微粉炭の吹き込み累計量が同じになる羽口から開始するのが好ましく、前記微粉炭の吹き込み累計量に上限値を設け、該微粉炭の吹き込み累計量がその上限値に達した時点で開始するのが望ましい。

また、ずれ込み角度の調査は、、前記高炉において生産された溶銑の生産累計量が同じになる羽口から開始することもできる。この際、溶銑の生産累計量に上限値を設け、該溶銑の生産累計量がその上限値に達した時点で開始するのが望ましい。

高炉用羽口の取り付け位置のずれ込みを調査することにより、該羽口の損耗状況を推定することが可能となり（羽口の損耗が進むほどずれ込みが大きくなる）、高炉用羽口の交換時期を適切に判断することができる。

具体的には、高炉用羽口が溶損等により破損するおそれのあるずれ込み角度を限界ずれ込み角度として予め把握しておき、この限界ずれ込み角度と、高炉操業において使用されている羽口のずれ込み角度を比較して、該羽口のずれ込み角度が、限界ずれ込み角度に近いずれ込み角度になっている場合に寿命の末期に近づいたものと判断して交換する。これにより羽口の溶損が回避され、また、羽口を構成する材料の有効活用を図ることにもなる。

高炉用羽口のずれ込み角度を調査するにあたって、高炉用羽口から吹き込まれる微粉炭の吹き込み累計量が同じになる羽口から開始するか、高炉において生産された溶銑の生産累計量が同じになる羽口から開始することにより、羽口の取替え時期がより正確になる。

高炉用羽口から吹き込む微粉炭の吹き込み累計量に上限値を設けておき、該微粉炭の吹き込み累計量がその上限値に到達した時点で羽口のずれ込み角度を調査するか、あるいは、高炉において生産される溶銑の生産累計量に上限値を設けておき、該溶銑の生産累計量がその上限値に到達した時点でずれ込み角度を調査することで、羽口の損耗状況をより正確に把握することが可能となり高炉用羽口のより正確な交換が可能となる。

限界ずれ込み角度としては、１０％程度の安全率を見込んで±３°とするのがよく、これにより羽口が使用寿命の末期に至る前に羽口の交換を確実に行うことができる。

高炉用羽口の設置状況を一つの羽口について模式的に示した断面図である。（ａ）は、羽口が上向きにずれ込んだ状態を示した図であり、（ｂ）は、羽口が下向きにずれ込んだ状態を示した図である。羽口のずれ込みによりレースウエイの変化した状態を示した図である。高炉用羽口の最大損耗量（ｍｍ）と、羽口のずれ込み角度の関係を示したグラフである。高炉用羽口の最大損耗量（ｍｍ）と、微粉炭の吹き込み累計量（羽口一本当たりの微粉炭の通過量）（千Ｔ／羽口）の関係を示したグラフである。高炉用羽口の最大損耗量（ｍｍ）と、累計出銑量（百万Ｔ）の関係を示したグラフである。

以下、図面を用いて本発明をより具体的に説明する。
図１は、高炉用羽口の設置状況をその一つの羽口について模式的に示した断面図である。

図における符号１は高炉の胴体周壁である。胴体周壁１は、耐火物１ａと、この耐火物１ａを覆い隠すように密着、配置された鉄皮１ｂからなっている。

また、２は、胴体周壁１の下側においてその内外を貫くように形成されたテーパー状の貫通開口である。この貫通開口２は、高炉用羽口を配置、固定するための開口であって、胴体周壁１の周りに所定の間隔でもって複数設けられている。

３は、各貫通開口２に配置される高炉用羽口である。高炉用羽口３は、冷却水を循環させる内部水路ｔを有し、炉内に突き出した状態で配置される小羽口３ａと、この小羽口３ａをその後端部で片持ち支持する大羽口３ｂから構成されていて、大羽口３ｂの後端部には、大羽口３ｂを小羽口３ａとともに高炉の胴体周壁１に確実に固定する羽口支持金物が配置される（図示せず）。

また、４は、大羽口３ｂの内側で小羽口３ａの後端につながるブローパイプ（送風管）である。このブローパイプ４を通して供給された熱風が小羽口３ａを経て高炉の装入空間内に吹き込まれる。

５は、ブローパイプ４の通路から小羽口３ａの通路にかけて配置された微粉炭吹き込み用のランスである。このランス５は、この実施の形態では２本配置した場合を例として示してある。なお、６は、熱風の吹き込みによって炉内に形成されたレースウエイである。

高炉用羽口３を貫通開口２に取り付けるに当たっては、図１に示すように、大羽口３ｂの末端の上下を結ぶ直線Ｐが垂直になるように位置決めして固定するのが普通である。

ところで、高炉操業に伴う長期間の使用により羽口の取り付け姿勢は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、羽口の先端が上向きあるいは下向き（左右へのずれ込みを起こすこともある）になるように次第に変化（この変化を「ずれ込み」ということとする）していく。

本発明は、羽口の取り付け姿勢のこのような変化（ずれ込みの変化）が、羽口の損耗に大きく相関していることを知見し、かかる知見に基づいて羽口の損耗度合いを推定し、使用寿命の末期に至る前に交換を可能としたものである。

ここに、羽口のずれ込み（具体的には角度θ）が大きくなるにつれてその損耗度合いが大きくなるのは、羽口がずれ込むと小羽口３ａとランス５との位置関係が変化する結果、ランス５から吹き込まれる微粉炭の流れが小羽口３ａの内壁に衝突して損耗が促進されると考えらえる。

また、羽口の先端が上向きになるようなずれ込みが起こった場合には、羽口先端において形成されるレースウエイ６が図３に示すように上に広がりやすくなり、羽口先端上部の熱負荷が増大することによって損耗が促進されると考えられる。

羽口のずれ込み角度θは、羽口の先端が上に向く方向の角度を正の角度とし、また、羽口の先端が下に向く方向の角度を負の角度とすることができるが、羽口の先端が上に向く方向の角度を負の角度とし、羽口の先端が下に向く方向の角度を正の角度としても勿論よい。

羽口のずれ込み角度θを求めるには、貫通開口２内で、鉄皮１ｂから大羽口３ｂの端面に至るまでの寸法を、該大羽口３ｂの複数個所で測定すればよい。また、図１に示すように、大羽口３ｂの端面の上部、下部のそれぞれから鉄皮１ｂに至るまでの距離Ｌ_１、Ｌ_２を、例えば、レーザー距離計等を使って測定し、これをもとにしてずれ込み角度θを求めてもよい。

羽口を高炉に取り付ける際に、大羽口３ｂの端面が垂直になるように設置、固定した場合、その端面を通る垂直線を基準Ｐとしてずれ込み角度θを求める。

大羽口３ｂの端面に一定の角度を付与して取り付ける場合には、羽口の設置、固定時において大羽口３ｂの端面を通る直線を基準にしてその角度からの偏差をもってずれ込み角度θを求めればよい。

図４は、高炉操業において、同じ時期に交換した羽口（羽口の先端から冷却水を循環させる通路に至るまでの寸法ｓ（図２参照）が４３ｍｍのものを使用）の、最大損耗量（ｍｍ）と羽口のずれ込み角度θ（羽口が上向く方向の角度を正として表示）の関係を示したグラフである。

本発明では、限界ずれ込み角度θ_ｍａｘを±３°に設定するのが好ましいとしたが、その理由は、図４からも明らかなように、羽口のずれ込み角度が３°を超えると、羽口の損耗量が大きくなり羽口の破損のリスクが増大する傾向にあるからである。

限界ずれ込み角度θ_ｍａｘを±３°として、これを羽口の交換指標とすることで羽口の効果的な交換が可能となる。

図５は、高炉用羽口の最大損耗量（ｍｍ）と、微粉炭の吹き込み累計量（羽口一本当たりの微粉炭の通過量）（千Ｔ／羽口）の関係を示したグラフであり、図６は、高炉用羽口の最大損耗量（ｍｍ）と、累計出銑量（百万Ｔ）の関係を示したグラフである。

図５、図６は、いずれにおいても、羽口の先端から冷却水を循環させる通路に至るまでの寸法ｓが４３ｍｍのものを使用した場合である。

図５においては、羽口の破損を引き起こす損耗量４３ｍｍの時点で、微粉炭の吹き込み量が１５.０Ｔに到達しており、それらの間には相関が見られることが明らかである。

このとから、１０％の安全率（損耗量限界を４３ｍｍ×０．９とする）を見込み、微粉炭の吹き込み累計量（累計通過微粉炭量）１４.０千Ｔを上限値として、微粉炭の吹き込み累計量が該上限値に達した時点で羽口のずれ込み角度を調査するこれにより、羽口のより正確で確実な交換が可能となる。

また、図６においては、羽口の破損を引き起こす損耗量４３ｍｍの時点で、累計出銑量（百万Ｔ）が４.５０百万Ｔに到達し、羽口の損耗量（ｍｍ）と累計出銑量（百万Ｔ）との間においても相関が見られることが明らかである。

このことから、１０％の安全率を見込み、出銑量４.３０百万Ｔを上限値として、高炉の出銑量が該上限値に達した時点で羽口のずれ込み角度を調査することにより、羽口のより正確で確実な交換が可能となる。

なお、高炉用羽口のずれ込みにおいて、羽口の先端部が上向きあるいは下向きになるのは、羽口周囲の耐火物の膨張やずれ等による変形に起因するものと考えられる。かかるずれ込みとしては、羽口の先端部が右あるいは左方向へ向くようなずれ込みも生じることがあるが、この場合も上述した同様の要領で羽口の交換時期を推定すればよい。

羽口の先端から冷却水路に至るまでの寸法ｓが４３ｍｍになる高炉用羽口を使用した操業（操業条件：平均出銑比２．２ｔ／ｍ^３ｄ、平均微粉炭吹込み比１４５ｋｇ／ｔ）において、高炉用羽口のずれ込み角度θを約１ケ月に１回程度の頻度で繰り返し調査するとともに、限界ずれ込み角度θ_ｍａｘ（±３°）に近いものから随時、羽口の交換を行った。その結果、羽口が破損するような不具合は全くみられず、安定した高炉操業が実現できることが確認された。

本発明によれば、使用寿命に到達する前に確実に高炉用羽口の交換が行える方法が提供できる。

１胴体周壁
１ａ耐火物
１ｂ鉄皮
２貫通開口
３高炉用羽口
３ａ小羽口
３ｂ大羽口
４ブローパイプ
５ランス
６レースウエイ
ｔ冷却水路

Claims

高炉の胴体周壁に設置された複数の高炉用羽口のそれぞれにつき、その損耗状況を推定して使用寿命の末期に至る前に交換する方法において、
高炉用羽口の取付け直後における初期姿勢を基準にして該基準から±３°の範囲を限界ずれ込み角度としておき、使用期間が同じである前記高炉用羽口のそれぞれのずれ込み角度を調査し、該調査によって得られたずれ込み角度と予め設定された限界ずれ込み角度とを対比して、該ずれ込み角度が、該限界ずれ込み角度に最も近い高炉用羽口がずれ込み角度の大きい高炉用羽口であると判断し、該ずれ込み角度の大きい羽口から優先的に交換することを特徴とする高炉用羽口の交換方法。
前記調査を、ランスを介して吹き込む微粉炭の吹き込み累計量が同じになる羽口から開始する、請求項１記載の高炉用羽口の交換方法。
前記微粉炭の吹き込み累計量に上限値を設け、該微粉炭の吹き込み累計量がその上限値に達した時点で前記ずれ込み角度の調査を開始する、請求項２に記載の高炉用羽口の交換方法。
前記調査を、前記高炉において生産された溶銑の生産累計量が同じになる羽口から開始する、請求項１〜３のいずれか１に記載の高炉用羽口の交換方法。
前記溶銑の生産累計量に上限値を設け、該溶銑の生産累計量がその上限値に達した時点で前記ずれ込み角度の調査を開始する、請求項４に記載の高炉用羽口の交換方法。