JP6358059B2

JP6358059B2 - 高炉ステーブクーラー周辺への不定形耐火物の施工方法

Info

Publication number: JP6358059B2
Application number: JP2014238723A
Authority: JP
Inventors: 和也丸山; 倫中村
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2014-11-26
Filing date: 2014-11-26
Publication date: 2018-07-18
Anticipated expiration: 2034-11-26
Also published as: JP2016098428A

Description

本発明は、高炉の鉄皮にステーブクーラーを据え付けた際に生じる、ステーブクーラー同士の間隙、およびステーブクーラーと鉄皮との間隙への不定形耐火物の施工方法に関する。

ステーブクーリング方式の高炉においては、高炉の鉄皮の内面にステーブクーラーが設置される。ステーブクーラー１枚の大きさは高さ２ｍ×幅１ｍ×厚さ０．３ｍ程度の物が一般的である。従って、１基の高炉では、高さ方向に１０〜１５段、円周方向には１段当たり３０〜５０枚のステーブクーラーが、高炉の鉄皮にボルトを介して固定される。この場合、鉄皮およびステーブクーラーの製作精度と据え付け精度を考慮して、設計時点からステーブクーラー同士の間には１０ｍｍ〜５０ｍｍ程度の間隙が設けられている。同様に、ステーブクーラーと鉄皮との間にも３０ｍｍ〜１００ｍｍ程度の間隙が設けられている。これらの間隙には、装入物の荷下がりによる摩耗に耐えるための強度、炉内の高温ガスや溶融物との反応に耐えるために、耐熱性を持つ耐火物が施工される。

従来のステーブクーラーを構築するための技術については、例えば特許文献１〜３などに記載されている。構築にあたり、隣り合うステーブクーラー同士の間隙に耐火物を施工するには、まず例えば特許文献２の図４に示すように、横方向に隣り合うステーブクーラー同士の間隙に炉外側（鉄皮側）からシール板を掛け渡し、炉内側からボルトでシール板をステーブクーラーに固定する。次に、縦方向に隣り合うステーブクーラー同士の間隙に、同様にして炉外側からシール板を掛け渡し、炉内側からボルトでシール板を固定する。その後、例えば特許文献３の図８に示すように、隣り合うステーブクーラー同士の間隙に炉内側からスタンプ材を施工する。こうして構築されたステーブクーラーの外側を鉄皮で覆い、鉄皮に開けた圧入口から不定形耐火物を圧入して、ステーブクーラーと鉄皮の間に充填する。

ここで、特許文献１には、炉内側開放面にシール板を取付け、炉外から鉄皮の開孔部を通して、空隙部へ不定形耐火物を一括圧入施工する方法が開示されている。また、特許文献２には、ステーブクーラーの厚み方向の中間部にシール板を設置し、炉内側ステーブ表面より前記シール板までは高熱伝導率のスタンプ材を充填し、鉄皮側から前記シール板までは不定形耐火物を圧入施工する方法が開示されている。なお、炉外から不定形耐火物を圧入する場合、スクイズ式ポンプやピストン式ポンプを用いて、１．０ＭＰａ〜８．０ＭＰａ程度の高い圧力で不定形耐火物を圧送するのが一般的である。

特開平７−２７８６２６号公報特開平１１−１４０５１９号公報特開２００１−２９４９１４号公報

高炉は、高さ、断面とも極めて巨大である。さらに、以下で述べるような施工上の理由のために、耐火物の充填作業を行うには膨大な期間を要している。例えば、一般的な高炉ではステーブクーラー周辺への耐火物充填作業に６０日〜８０日の期間を必要としている。その間、高炉は稼働できないため、生産機会の損失は膨大である。

上述の特許文献１〜３などに示す従来の技術においては、ステーブクーラー同士の間隙に耐火物を施工するために開放面にシール板を設置する必要があるが、このような施工には非常に手間がかかる。また、シール板とステーブクーラーとの接合面にしばしば隙間が生じるが、このような隙間が生じると、ステーブクーラーの周囲に流れ込んだ不定形耐火物材料の一部が隙間から漏れ、炉内に流れ落ちるトラブルが発生する。さらに、炉外から不定形耐火物を高圧で圧送する場合に一般的に使用するスクイズ式ポンプやピストン式ポンプは大型で簡単に移動できないため、ポンプを一箇所に固定して圧送用のホースを延長する必要があり、施工用に大がかりな装置が必要となる。これらの要因により、耐火物充填作業には膨大な期間を要していた。

そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、ステーブクーラー周辺への耐火物の充填作業にあたって施工を簡略化し、短期間での施工を可能とする不定形耐火物の施工方法を提案するものである。さらに、本発明の目的は、小型で簡便な装置を使用することが可能な、ステーブクーラー周辺への不定形耐火物の施工方法を提案するものである。

本発明のある観点によれば、高炉に設置されるステーブクーラー同士の間にある第１の間隙、およびステーブクーラーと鉄皮との間にある第２の間隙への不定形耐火物の施工方法において、高炉の内部から第１の間隙にノズルを挿入し、ノズルを第１の間隙に沿って移動させながら、第１の間隙および第２の間隙に不定形耐火物材料を充填し、不定形耐火物材料のちょう度を２７０〜３３０、スランプ値を７ｃｍ以下に調整し、ノズルに不定形耐火物材料を圧送するときの空気圧力を０．３ＭＰａ〜０．７ＭＰａとする不定形耐火物の施工方法が提供される。

なお、上記のちょう度は、ＪＩＳＲ２５０６で測定されたものである。また、上記のスランプ値は、ＪＩＳＲ２５２１に記載のように、上端内径７０ｍｍ，下端内径１００ｍｍ，高さ６０ｍｍおよび厚さ５ｍｍの金属製フローコーンを、水平に設置した平滑な平板上に置いて押さえ、不定形耐火物をフローコーン中に詰め、突き棒で突きながら不定形耐火物の上面をフローコーンの上端に合わせてならした後、フローコーンを静かに鉛直に引き上げ、不定形耐火物の中央部における下がりをｃｍ単位で測定したものである。

上記のような不定形耐火物の施工方法において、耐火物材料のちょう度が２７０より小さいと、流動性が悪くなり不定形耐火物を充填する際に充填不良が生じる。一方、ちょう度が３３０よりも大きいと、流動性が大きくなりすぎ、充填後の不定形耐火物が開放面から垂れ、流出してしまう。また、スランプ値が７ｃｍよりも大きいと、保形性が悪くなり、充填後の不定形耐火物の上部に隙間が生じたり、不定形耐火物が開放面から垂れ、流出してしまう。また、圧送時の空気圧力が０．３ＭＰａよりも小さいと、充填不良が生じる。一方、圧送空気圧力が０．７ＭＰａよりも大きいと、空隙の開放部から不定形耐火物材料が流出してしまう。

また、上記の不定形耐火物の施工方法では、不定形耐火物の圧送に圧縮空気を用いる。圧縮空気はコンプレッサーや工場の空気配管から供給できるため、装置が小型化できる。それゆえ、炉内に組んだ足場の周辺でも取り回しが良く、施工作業の妨げにはならない。

上記の不定形耐火物の施工方法では、小型タンクからホースを介して不定形耐火物を供給し、ステーブクーラー同士の間隙に挿入可能な寸法のノズルから吐出して、被施工箇所に施工する。ノズルの吐出口を間隙に挿入可能な寸法とすることで、奥行きのある間隙でもむらなく不定形耐火物を充填することができる。

上記の不定形耐火物の施工方法において、小型タンクに接続される不定形耐火物供給用のホースの内径は、２５ｍｍ〜７５ｍｍの範囲とすることが好ましい。ホースの内径が大きすぎると、内部を流通する不定形耐火物の重量のためにホースが重くなり、施工作業の効率を低下させる。一方、ホースの内径が小さすぎても、ホース内の圧力損失が大きくなり、作業効率が低下する。

上記の不定形耐火物の施工方法では、不定形耐火物の圧送に圧縮空気を用いることにより脈動が無く、スクイズ式ポンプやピストン式ポンプで圧送する場合に比べ、空気の巻き込みを抑え、良好な施工体を得ることができる。また、ポンプによる圧送の場合は圧送圧力が高いため、不定形耐火物の流出防止のため開放面にシール板を取り付ける必要があったのに対し、上記の不定形耐火物の施工方法では、ポンプに比べ圧送圧力が低いため、シール板を設置しなくても、不定形耐火物が開放面まで達した時点で圧送を停止することにより流出を防ぐことができる。

さらに、上記の不定形耐火物の施工方法では、不定形耐火物のスランプ値を７ｃｍ以下とすることで、施工後の不定形耐火物の垂れや変形を防止し、一度不定形耐火物を充填した施工空間上部に空隙が生じることを防ぐことができる。

本発明に係る不定形耐火物の施工方法では、高炉に設置されるステーブクーラー同士の間隙およびステーブクーラーと鉄皮との間隙に不定形耐火物を施工する際に、例えば開放面にシール板を設置して大型のポンプで圧入施工する従来の施工方法に比べて、シール板の設置が不要であり、施工装置も簡便なため、施工期間および施工コストを削減することができる。

本発明の実施形態における施工対象となる高炉の部分断面図である。本発明の実施形態における施工を行うための施工装置例である。本発明の実施形態における施工作業例である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１は、本発明の実施形態における施工対象となる高炉の部分縦断面図である。図１に示す例において、高炉の鉄皮１の炉内側に配置されるステーブクーラー２は、ステーブクーラー２同士の間に平均１０ｍｍ〜５０ｍｍの間隙３、およびステーブクーラー２と鉄皮１との間に３０ｍｍ〜１００ｍｍの間隙４をもって固定されている。

これらの間隙３，４に不定形耐火物５を充填するに際し、ステーブクーラー２同士の間隙３の炉内側開放面３ａから、図２に示す施工装置１０のノズル１６を挿入する。ノズル１６は、ステーブクーラー２同士の間隙に挿入できるよう、厚み１０ｍｍ〜２５ｍｍ、幅２００ｍｍ〜４００ｍｍの偏平状の吐出口を有し、例えば鋼板で製作される。

施工装置１０では、あらかじめ、材料タンク１４内に不定形耐火物投入口１３から不定形耐火物材料を投入しておく。さらに、例えば工場へ供給されている空気配管やコンプレッサーをゴム製ホースで圧送用空気導入部１１へ接続し、０．３ＭＰａ〜０．７ＭＰａの圧力をかけることによって不定形耐火物材料を押し出す。圧送圧力は圧力調整器１２で調整される。タンクからノズルまでの間は、内径が２５ｍｍ〜７５ｍｍのホース１５を使用すれば十分圧送することが可能である。

施工方法について、図３を参照して説明する。ノズル１６をステーブクーラー２同士の間隙３へ挿入し、施工装置１０による不定形耐火物材料の圧送を開始する。ノズル１６を挿入した付近の間隙３，４に不定形耐火物を５十分に充填した後、ノズル１６を間隙３に沿って移動させることによって、連続的に不定形耐火物５を施工することができる。充填するのに必要な時間は、予め計測した単位時間当たりの不定形耐火物材料の吐出量と、不定形耐火物５を充填したい空間（間隙３）の体積、および不定形耐火物材料の比重を元に決定することができる。ノズル１６の挿入深さは、不定形耐火物５を施工したい部位に応じて調節する。具体的には、不定形耐火物５をステーブクーラー２と鉄皮１との間隙４に施工する場合は、ノズル１６の先端を間隙３の鉄皮側開放面３ｂ付近に、間隙３に施工する場合は、ノズル１６の先端を間隙３の炉内側開放面３ａ付近にすることで、より確実に不定形耐火物５を施工することができる。ノズル１６を移動させながら施工を行い、不定形耐火物５が間隙３の炉内側開放面３aまで充填された時点で圧送を停止する。図３は水平方向の間隙に施工する例であるが、鉛直方向の間隙３でもノズル１６を下から上に動かすことで問題無く施工が可能である。

なお、本発明で使用する不定形耐火物材料は、スランプ値を７ｃｍ以下とし適度な保形性を備えるので、施工した不定形耐火物５が、その自重で垂れ落ちたり、間隙３の炉内側開放面３ａから流れ出たりすることがない。

次に、本発明で使用される不定形耐火物材料について説明する。本発明で使用される不定形耐火物材料は、ＪＩＳＲ２５０６で測定したちょう度が２７０〜３３０、スランプ値が７ｃｍ以下であり、耐火性骨材と耐火性微粉末と硬化材と水で構成される。

このうち、耐火性骨材は、アルミナ、ムライト、ボーキサイト、シャモット、炭化珪素等の電融品又は焼結品から選ばれた少なくとも１種である。必要に応じて２種以上の耐火性骨材を併用してもよい。また、耐火性微粉は、アルミナ微粉、炭化珪素微粉等から選ばれた少なくとも１種である。必要に応じて２種以上の耐火性微粉を併用してもよい。硬化材には、一般にアルミナセメントを用いる。使用するアルミナセメントは、通常の不定形耐火物材料に用いるものであれば特に限定されないが、中でもカルシウムアルミネートを主成分とし、化学成分としてＣａＯが１０質量％〜３０質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が７０質量％〜９０質量％のものが適している。水は、その添加量によって不定形耐火物の施工性と保形性を調節する。水は、不定形耐火物の性能に悪影響を与えない限りにおいて、添加物を添加しても構わないし、イオンなどの夾雑物を含んでも構わない。水としては、例えば、水道水、工業用水などが挙げられる。

上記で説明した耐火性骨材と耐火性微粉末と硬化材と水を、ＪＩＳＲ２５０６で測定したちょう度を２７０〜３３０、スランプ値が７ｃｍ以下となるように配合して混合する。ちょう度が２７０より小さいと、流動性の低下によって圧送が困難になり、充填不良が生じる。一方、ちょう度が３３０よりも大きいと、流動性が過剰になり、充填後の不定形耐火物５が開放面３ａなどから垂れ、流出してしまう。また、スランプ値が７ｃｍよりも大きい場合も、保形性が悪くなり、充填後の不定形耐火物５が開放面３ａなどから垂れ、流出してしまう。

続いて、本発明の実施例について説明する。実施例および比較例では、さまざまな成分構成の不定形耐火物材料について、上記で説明したような施工装置１０を使用して、ステーブクーラー２同士の間隙３を通してステーブクーラー２と鉄皮１との間隙４まで不定形耐火物５を充填することが可能であるかを検証した。実施例および比較例で用いた不定形耐火物材料の成分構成、物性値（ちょう度およびスランプ値（ｃｍ））、および施工時の圧送圧力を表１に示す。

表１に記載した実施例１〜４では、不定形耐火物材料の施工性は良好であり、施工後の不定形耐火物５が垂れ落ちるようなことは無かった。実施例１，２では主骨材にアルミナを、実施例３，４では主骨材にアルミナと炭化ケイ素とを混合した材料を用いたが、どの例でも問題無く施工することができた。

比較例１，６は、不定形耐火物材料のちょう度が低すぎる場合である。この場合、不定形耐火物材料の施工性が悪く、施工装置１０で材料を圧送することができなかった。

比較例２，７は、不定形耐火物材料のちょう度が高すぎる場合である。この場合、施工装置１０で不定形耐火物材料を圧送することは可能であったが、施工後の不定形耐火物５が垂れ落ち、間隙３，４の上部に不定形耐火物５が未充填の部分が発生した。

比較例３は、スランプ値が大きすぎる場合である。この場合、施工装置１０で不定形耐火物材料を圧送することは可能であったが、施工後の不定形耐火物５が間隙３の炉内側開放面３ａから流出してしまった。

比較例４は、スクイズ式ポンプを使用して、圧送圧力を１．５ＭＰａまで高めた場合である。この場合、施工中に炉内側開放面３ａから不定形耐火物材料が流出してしまった。ポンプを使用して高い圧力で圧送する場合は、当て板などで解放部を塞ぐ必要があることが改めて分かった。

比較例５は、圧送圧力が低すぎる場合である。この場合は、不定形耐火物材料を圧送することができなかった。

以上の結果から、ステーブクーラー２同士の間隙３を通してステーブクーラー２と鉄皮１との間隙４まで不定形耐火物５を充填する場合、不定形耐火物材料のＪＩＳＲ２５０６で測定したちょう度を２７０〜３３０、スランプ値を７ｃｍ以下に設定し、圧力０．３ＭＰａ〜０．７ＭＰａの圧縮空気で不定形耐火物材料を圧送すると良いことを確かめることができた。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

１鉄皮
２ステーブクーラー
３，４間隙
３ａ，３ｂ開放面
５不定形耐火物
１０施工装置
１１圧送用空気導入部
１２圧力調整器
１３不定形耐火物投入口
１４材料タンク
１５ホース
１６ノズル

Claims

高炉に設置されるステーブクーラー同士の間にある第１の間隙、および前記ステーブクーラーと鉄皮との間にある第２の間隙への不定形耐火物の施工方法において、
前記高炉の内部から前記第１の間隙にノズルを挿入し、前記ノズルを前記第１の間隙に沿って移動させながら、前記第１の間隙および前記第２の間隙に不定形耐火物材料を充填し、
前記不定形耐火物材料のちょう度を２７０〜３３０、スランプ値を７ｃｍ以下に調整し、前記ノズルに前記不定形耐火物材料を圧送するときの空気圧力を０．３ＭＰａ〜０．７ＭＰａとすることを特徴とする、不定形耐火物の施工方法。