JP6221797B2 - 窯炉および窯炉の築炉方法 - Google Patents
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Description
耐火物ライニングとしては、耐火レンガや耐熱レンガが用いられるほか、隙間に不定形耐火物(キャスタブルやスタンプ材)を充填することも行われる。
耐火レンガの構築の際には、下の階層の耐火レンガを一周分積み、その上に次の階層の耐火レンガを一周分積む、という手順を繰り返す。この際、下の階層の耐火レンガの上面は水平とされ、順次上面が水平となるように次の階層を積み上げてゆく。
このような水平積みライニングでは、鉛直方向に延びる鉄皮に対して耐火レンガの長手方向が垂直となり、ライニング厚みが耐火レンガの連続材で構成されるため、耐火物ライニングとして好ましい。
これに対し、転炉の上部では、直胴部から小径の開口にかけて縮径する略円錐形状の絞り部とされ、当該部分では鉄皮は上方に向けて内側に傾斜している。また、取鍋は、底部から上部開口にかけて僅かに拡開する逆円錐台状とされており、鉄皮は外側へ緩く傾斜している。
このような転炉の絞り部や取鍋などの傾斜部分(鉄皮が円錐面状の部分、窯炉の中心軸線に対して傾斜した部分)では、前述した水平積みも利用される他、耐火レンガの長手方向が鉄皮に垂直となるように、耐火レンガの上面を傾斜させて順次積み上げてゆく「傾斜積み」が利用されている(特許文献1,2参照)。
例えば、転炉の絞り部では、鉄皮が上方に向けて内側に傾斜しており、耐火物ライニングは上側ほど曲率がきつく、周長が短くなる。このため、一周当たりのレンガの設置数を上の階層ほど減らし、端数については互いの間隔を調整することで、周長の短縮に対応している。また、隣接するレンガ間のなす角度をきつくする等により、曲率の変化に対応している。
そして、取鍋では、鉄皮が上方へ向けて外側へ傾斜しており、耐火物ライニングの曲率や周長の変化は前述した絞り部と逆になるが、調整については同様に行われる。
六角レンガの両側面には、それぞれ上面に沿った上向き斜面と下面に沿った下向き斜面とが形成され、各々が接続される稜線が六角レンガの平面形状における最大輪郭となっている。これらの上向き斜面および下向き斜面は、それぞれ炉内側から炉外側まで同じ幅で連続した細長い短冊状に形成され、4つの斜面は互いに同寸法とされている。
このような六角レンガで耐火物ライニングを形成することで、六角レンガの下の階層と上の階層とが各々の斜面どうしで噛み合うことになり、相互の連結性が向上できるとともに、構築時の作業性の向上も図ることができる。
従来の矩形断面レンガを用いた耐火物ライニングでは、上下の階層が平面で接続され、相互の関連が薄いために前述したような調整が行える。その反面、調整が済んだレンガの位置がずれることがあり、また各階層の設置半径によっては、内側にせり出すレンガが不安定になることがあり、このような位置決めと安定保持とを確保するために、追加的な作業としてレンガの仮止めを行う必要があった。
このように、従来の矩形断面レンガを用いて傾斜部分の耐火物ライニングを形成しようとすると、各階層で順次レンガの仮止めを行う必要があり、作業効率が向上できないという問題があった。
しかし、六角レンガでは、上下の各階層のレンガどうしがジグザグ状に噛み合うことから、同じ階層の六角レンガどうしの間隔が固定化されるだけでなく、上下の階層間で六角レンガを円周方向にずらす等の調整が困難である。
このように、六角レンガは、上下の階層の連結性などの点では優れているものの、前述した転炉の絞り部や取鍋などの傾斜部分に適用することが難しい、という問題があった。
なお、本発明の基準周長としては、耐火物ライニングの炉内側の周長または炉外側の周長を適宜用いることができ、あるいは所定の中間位置での周長を用いてもよい。
分割数Nとしては、基準周長を分割した結果である配列ピッチPhが、六角レンガとして製造ないし取り扱いに適したサイズとなるように、適宜設定することが望ましい。
とくに、六角レンガの斜面(互いに接合される上向き斜面および下向き斜面)について、この斜面の幅方向寸法Weを一定にすることで、高さhが異なる各階層の間でも、六角レンガどうしの接合を確実に行うことができる。
さらに、斜面の幅方向寸法Weを一定にしつつ、六角レンガの配列ピッチPhを変化させること、つまり上向きおよび下向きの斜面以外の部分(両側の斜面部分の間の連続した部分)で幅寸法(最大幅Wc=Ph+Weおよび上下面幅Wf=Ph−We)を変化させることができる。このため、上向きおよび下向きの斜面部分の成型には同じ部分金型を用いることができ、六角レンガを製造するための金型の共用化にも好適である。
従って、従来の矩形断面レンガで必要であった仮止めを、本発明では省略することができ、作業効率の向上を図ることができる。
さらに、各階層の六角レンガが互いにジグザグ状に噛み合うことから、各階層の最初の六角レンガの位置出しも容易に行うことができる。
このような本発明では、下の階層の六角レンガの上向き斜面の間の凹みに、上の階層の六角レンガが配置される。この凹みは、炉外側端から炉内側端に向けてテーパ角度αで狭まっている。六角レンガに炉外側端から炉内側端に向けて下向きの傾斜が与えられると、上の階層の六角レンガは、重力により、凹み内で炉外側端から炉内側端に向けて付勢される。その結果、上の階層の六角レンガの下向き斜面が、凹みの両側壁つまり下の階層の上向き斜面に圧接され、相互の安定保持を一層確実にできる。
また、窯炉の傾斜部分が上向きに縮径する絞り部である場合、炉外側端から炉内側端に向けて下向きに傾斜する六角レンガは、その長手方向が鉄皮と交差方向となるように配置できる。
このような本発明では、前述した本発明の窯炉において説明したと同様の作用効果を得ることができる。
このような本発明では、前述した本発明の窯炉において説明したと同様の作用効果を得ることができる。
図1〜図4には、本発明の第1実施形態が示されている。
図1において、窯炉1は、製鋼用の転炉であり、円筒状の直胴部2の上部に略円錐形状の絞り部3を有し、その上端に開口部4が形成されている。
窯炉1は、外殻としての鉄皮5を有し、絞り部3にあたる円錐形状の部分は、炉体の中心軸線Cに対して傾斜した傾斜部分とされている。
耐火物ライニング6は、六角錐台形状に形成された耐火レンガである六角レンガ10で形成されている。
本実施形態において、耐火物ライニング6は、直胴部2および絞り部3のいずれにおいても、六角レンガ10が水平積みされている。
なお、図1において、網掛け表示されているのが六角レンガ10の階層一つ分である。一階層分の六角レンガ10は、上下方向に交互に変位しつつ、周方向に配列され、この一階層分に配列される六角レンガ10は後述する通りN個とされている。
図2に示すように、六角レンガ10は、互いに平行に配置された等脚台形状の上面11および下面12と、上面11の両側に接続された一対の上向き斜面131,141および下面12の両側に接続された一対の下向き斜面132,142と、上面11、下面12、一対の上向き斜面131,141および一対の下向き斜面132,142にそれぞれ接続された六角形状の炉内側端面16および炉外側端面15とを有する六角錐台形状とされている。
これらの上向き斜面131,141および下向き斜面132,142は、それぞれ同じ縦横寸法の略長方形に形成され、かつ各々は上面11および下面12に対して同じ角度Aで接続されている。
なお、後述の通り、炉内側端面16および炉外側端面15が傾斜配置されて上面11および下面12とのなす角度Bが直角でない場合、これらの斜面131,141,132,142は平行四辺形あるいは台形状になることがある。
六角レンガ10の長さ(上面11および下面12の炉外側端面15と接続する辺縁から炉内側端面16に接続する辺縁までの距離)は、設計上の長さLとされている。
角度αは、六角レンガ10のテーパ角度あるいは扇形中心角であり(図4参照、詳細後述)、上面11および下面12の側縁の互いのなす角、あるいは側面13の稜線(上向き斜面131と下向き斜面132とが接続する辺縁)と側面14の稜線(上向き斜面141と下向き斜面142とが接続する辺縁)との互いになす角は、すべてこのテーパ角度αに準じている。
炉外側の上下面幅Wofは、上面11および下面12の炉外側端面15と接続する辺縁の長さとなる。炉内側の上下面幅Wifは、炉内側端面16に接続する辺縁である。炉外側の最大幅Wocは、炉外側端面15の側面13,14の稜線が接続する位置の距離となる。炉内側の最大幅Wicは、炉内側端面16の側面13,14の稜線が接続する位置の距離となる。
斜面部分の幅方向寸法Weは、側面13,14の稜線(最大幅Woc,Wicを与える部分)と、各斜面が接続する上面11および下面12の側縁との幅方向の距離で与えられる。
斜面部分の幅方向寸法Weは、We=(Wic−Wif)/2=(Wo−Wof)/2であり、炉内側でも炉外側でも同じである。
これにより、六角レンガ10は、互いに積み重ねた際に、対向する上向き斜面131,141および下向き斜面132,142が、互いに全周が重なるように密接される。そして、六角レンガ10の幅寸法(炉内側の上下面幅Wifおよび最大幅Wic、炉外側の上下面幅Wofおよび最大幅Woc)が異なる場合でも、側面13,14における角度Aおよび斜面部分の幅方向寸法Weが同じであり、隣接する(階層も上下に隣接する)六角レンガ10どうしが側面13,14を介して互いに接続することができる。
さらに、絞り部3の耐火物ライニング6に用いられる六角レンガ10では、炉内側端面16および炉外側端面15が、絞り部3の鉄皮5の傾斜に従って、それぞれ上面11および下面12に対して角度Bで傾斜されている(図2参照)。
なお、直胴部2の耐火物ライニング6に用いられる六角レンガ10では、炉内側端面16および炉外側端面15が、それぞれ上面11および下面12に対して直角に形成されている(図示省略)。
本実施形態では、窯炉1の耐火物ライニング6において、六角レンガ10の割り付けを以下のように行う。
図3(A)において、窯炉1の直胴部2では、炉底からの高さhに拘わらず鉄皮5は同じ半径である。従って、鉄皮5の内側に形成される耐火物ライニング6も一定半径で形成される。
一方、絞り部3では、炉底からの高さhに応じて鉄皮5の半径が変化する。そして、鉄皮の内側に形成される耐火物ライニング6の半径は、高さhに応じて変化する炉外側半径Rhoおよび炉内側半径Rhiとなる。なお、炉外側半径Rhoおよび炉内側半径Rhiの差が当該高さhでの六角レンガ10の長さLとなる。
例えば、従来の同じ幅の耐火レンガを積み重ねる方式では、一周あたりのレンガの数を周長に応じて変化させつつ固定する位置を調整することが行われていた。
しかし、本実施形態では、六角レンガ10を用いるため、このような調整ではなく、一周あたりのレンガの数を高さhに拘わらず一定とし、各高さでの六角レンガ10の寸法を変化させて対応する。
図4において、高さhでの耐火物ライニング6は、炉外側半径Rhoおよび炉内側半径Rhiの円形となり、その周長は炉外側で周長Cho、炉内側で周長Chiである。
耐火物ライニング6の一周分をN個の六角レンガ10で構成する場合、六角レンガ10の配列ピッチPhは、炉外側の配列ピッチPho=Cho/N、炉内側の配列ピッチPhi=Chi/Nとなる。また、六角レンガ10のテーパ角度α=360度/Nとなる。
図3(B)において、高さhの階層に配列される六角レンガ10は、炉外側の配列ピッチPhoおよび斜面の幅方向寸法We(図2参照)に基づいて、炉外側の最大幅Woc=Pho+We、炉外側の上下面幅Wof=Pho−Weとする。また、炉内側の配列ピッチPhiおよび斜面の幅方向寸法We(図2参照)に基づいて、炉内側の最大幅Wic=Pho+We、炉内側の上下面幅Wif=Phi−Weとする。
なお、絞り部3においては、上にいくほど配列ピッチPho,Phiが小さくなることから、厳密には六角レンガ10の上下面幅Wof,Wifは、上面11側が計算値よりも狭く、下面12側が計算値より大きくなるように調整される。
そして、高さhの各階層に対応した六角レンガ10が製造できたら、直胴部2の六角レンガ10に続いて図3(B)および図3(A)のように積み上げることで、図2および図1に示すような耐火物ライニング6を構築することができる。
このような本実施形態では、前述した特定の規則で成型された六角レンガ10を用いることで、耐火物ライニング6を高さhが異なる複数の階層で、同じ分割数Nに統一することができる。
そして、六角レンガ10の複数の階層を全て同じ分割数Nで統一することで、窯炉1の傾斜部分である絞り部3にも六角レンガ10を適用することができる。
とくに、六角レンガ10の斜面(互いに接合される上向き斜面131,141および下向き斜面132,142)について、この斜面の幅方向寸法Weを一定にすることで、高さhが異なる各階層の間でも、六角レンガ10どうしの接合を確実に行うことができる。
このため、六角レンガ10の製造にあたって、上向きおよび下向きの斜面部分の成型には同じ部分金型を用いることができ、六角レンガ10を製造するための金型の共用化にも好適である。
従って、従来の矩形断面レンガで必要であった仮止めを省略することができ、作業効率の向上を図ることができる。
さらに、各階層の六角レンガ10が互いにジグザグ状に噛み合うことから、レンガ積み作業の際の各階層の最初の六角レンガ10の位置出しも容易に行うことができる。
図5〜図8には、本発明の第2実施形態が示されている。
図5において、本実施形態の窯炉1は、前述した第1実施形態と同様な直胴部2、絞り部3、開口部4、鉄皮5および耐火物ライニング6を有し、耐火物ライニング6は六角レンガ10で構成される。これらの構成は、前述した第1実施形態と同様であるため、詳細な説明を省略し、以下には相違する構成について説明する。
前記第1実施形態では、絞り部3の耐火物ライニング6を、六角レンガ10の「水平積み」で構築したが、本実施形態では「傾斜積み」で構築する。
このために、絞り部3の耐火物ライニング6に配置する六角レンガ10の形状が異なる。
図6に示すように、六角レンガ10は、前述した第1実施形態と同様な上面11および下面12と、上向き斜面131,141および下向き斜面132,142で構成される側面13,14と、炉内側端面16および炉外側端面15と、を有する六角錐台形状とされている。
これらの各部の寸法、形状は、前述した第1実施形態と同様であるため、詳細は省略する。但し、本実施形態においては、炉内側端面16および炉外側端面15の上面11および下面12に対する角度Bが略直角とされている。
本実施形態の六角レンガ10は、窯炉1の耐火物ライニング6に一階層あたりN個となるように割り付けられる。
図7(A)および図7(B)に示すように、本実施形態における割り付けは、前述した第1実施形態(図3(A)、図3(B)および図4参照)と同様に行われる。
ただし、本実施形態では「傾斜積み」として、六角レンガ10は炉外側が高く、炉内側が低く固定される。
この際、六角レンガ10の炉外側端面15は、対向する鉄皮5の内面に沿って配置され、六角レンガ10はその長手方向(長さLを与える方向)が鉄皮5と直交する方向とされる。
図8において、六角レンガ10のテーパ角度αは、その上面11および下面12が中心軸線Cに直交する場合(第1実施形態のように水平な場合)には、全周360度を分割数Nで割ったα=360度/Nであり、この状態で中心軸線Cからの半径Rとする。
従って、六角レンガ10が傾斜積みされる際には、六角レンガ10の傾斜に応じてテーパ角度αの調整を行うことが望ましい。
とくに、六角レンガ10の高さHが大きくなると、上面11側(半径R’)と下面12側(半径R”)との差が顕著となり、このような場合にはテーパ角度α’とともにテーパ角度α”を追加的に計算する等の調整を行うことが望ましい。
このような本実施形態によれば、前述した第1実施形態と同様な効果を得ることができる。
さらに、六角レンガ10が傾斜積みとされるため、傾斜による仮止め性能を高めることができるとともに、耐火物ライニング6の厚みも確保することができる。
図9〜図10には、本発明の第3実施形態が示されている。
図9において、窯炉7は、製鋼設備において溶鋼の搬送に用いられる取鍋であり、有底筒状の鉄皮5は全体が上向きにやや拡径しており、全体が傾斜部分となっている。
鉄皮5の底面には耐火レンガ8が敷き詰められているとともに、周面の内側には耐火物ライニング6が張られている。
なお、六角レンガ10の細部および耐火物ライニング6への割り付けは、前述した第1実施形態および第2実施形態と同様であるため、重複する説明を省略する。
さらに、取鍋において問題になる耐火物目地の溶損についても、その緩和が期待できる。
図10において、耐火物ライニング6は、六角レンガ10を積層して構成されている。前述した通り、同じ階層で隣接する六角レンガ10は、各々が互い違いに上下にずれている。このため、上下に隣接する六角レンガ10の間の水平な目地J1,J2は、同じ階層で隣り合う六角レンガ10どうしで上下にずれることになる。
一方、溶銑の液面が液面L2にあるとき、目地J2に溶損が生じやすい。ただし目地J2には溶損が生じにくい。
このように、目地J1,J2が異なる高さであるため、溶損が生じる機会を液面L1のとき、液面L2のときに分散させることができる。また、各目地J1,J2は、何れも六角レンガ10の炉内側の全周長さの半分以下であるため、この点でも溶損による影響を分散させることができる。
なお、本発明は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
例えば、六角レンガ10の上向き斜面131,141および下向き斜面132,142のなす角度Aは適宜設定すればよく、上向き斜面131,141の傾斜角と下向き斜面132,142の傾斜角を異なる設定としてもよい。この場合、六角レンガ10の積み上げにあたっては、同じ角度のものを向かい合わせるようにする必要があるが、上下に隣接する階層毎に六角レンガ10を反転させることで対応が可能である。
このほか、六角レンガ10の各部の細部形状および材質等は、実施にあたって適宜選択すればよい。
さらに、耐火物ライニング6の細部形状および構造等は、実施にあたって適宜選択すればよい。また、適用する窯炉も、転炉あるいは取鍋に限らず、高温の物質あるいはガスが通されるため耐火物ライニングが必要になる他の窯炉であってもよい。
2…直胴部
3…絞り部
4…開口部
5…鉄皮
6…耐火物ライニング
8…耐火レンガ
10…六角レンガ
11…上面
12…下面
13,14…側面
130,140…山形形状
131,141…上向き斜面
132,142…下向き斜面
15…炉外側端面
16…炉内側端面
C…中心軸線
Ch…基準周長
Chi…炉内側周長
Cho…炉外側周長
J1,J2…目地
L…長さ
L1,L2…液面
N…分割数
Ph…配列ピッチ
Phi…炉内側配列ピッチ
Pho…炉外側配列ピッチ
Rhi…炉内側半径
Rho…炉外側半径
We…幅方向寸法
Wic…炉内側最大幅
Wif…炉内側上下面幅
Woc…炉外側最大幅
Wof…炉外側上下面幅
α…テーパ角度
Claims (4)
- 炉体の中心軸線に対して傾斜した傾斜部分を有し、前記傾斜部分の鉄皮の内側に耐火物ライニングが設置された窯炉であって、
前記耐火物ライニングは、上向き斜面および下向き斜面を有する六角レンガを複数階層に積んで形成され、所定の分割数Nとして前記階層にはそれぞれ前記六角レンガが一周あたりN個配列され、下の階層の前記六角レンガの前記上向き斜面に上の階層の前記六角レンガの前記下向き斜面が接合され、
前記六角レンガは、前記分割数Nで一周を等分したテーパ角度α(α=360度/N)、上向き斜面および下向き斜面の幅方向寸法We、前記炉体における高さhでの基準周長Chを前記分割数Nで除した配列ピッチPh(Ph=Ch/N)に基づいて成型されていることを特徴とする窯炉。 - 請求項1に記載の窯炉において、
前記六角レンガは、炉外側端から炉内側端に向けて下向きに傾斜して配置されていることを特徴とする窯炉。 - 炉体の中心軸線に対して傾斜した傾斜部分を有する窯炉の築炉方法であって、
前記傾斜部分の鉄皮の内側の耐火物ライニングとして六角レンガを用い、
所定の分割数Nで一周を等分したテーパ角度α(α=360度/N)、上向き斜面および下向き斜面の幅方向寸法We、前記炉体における高さhでの基準周長Chを前記分割数Nで除した配列ピッチPh(Ph=Ch/N)に基づいて六角レンガを成型しておき、
前記鉄皮の内側に、一周あたり前記分割数N個ずつの前記六角レンガを配列し、下の階層の前記六角レンガの前記上向き斜面に上の階層の前記六角レンガの前記下向き斜面が接合されるように、前記六角レンガを複数階層に積んで前記耐火物ライニングを形成することを特徴とする窯炉の築炉方法。 - 請求項3に記載の窯炉の築炉方法において、
前記六角レンガを、炉外側端から炉内側端に向けて下向きに傾斜して配置することを特徴とする窯炉の築炉方法。
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