JP6848922B2 - Mounting structure of the furnace body protection stave - Google Patents
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Description
本発明は、高温に曝される高炉などの冶金炉の炉壁を保護するために用いられる炉体保護用ステーブの取付け構造に関する。 The present invention relates to a mounting structure of a furnace body protection stave used for protecting the furnace wall of a metallurgical furnace such as a blast furnace exposed to high temperature.
従来、高炉などの炉体では、炉内熱負荷から保護するために、炉体冷却装置(以下、「ステーブ」という)が使用されている。そのステーブは、鋳鉄や圧延銅、鋳物銅などで製作され、ステーブ本体内には冷却用水路が形成されている。近年、高炉炉体の高熱負荷に対応すべく、より冷却能力の高いステーブが求められており、その結果として熱伝導率の高い銅製のステーブの採用が増えてきている。 Conventionally, in a furnace body such as a blast furnace, a furnace body cooling device (hereinafter referred to as “stave”) has been used to protect the furnace body from the heat load inside the furnace. The stave is made of cast iron, rolled copper, cast copper, etc., and a cooling water channel is formed in the stave body. In recent years, in order to cope with the high heat load of the blast furnace body, a stave having a higher cooling capacity has been required, and as a result, the adoption of a copper stave having a high thermal conductivity is increasing.
このような炉体保護用のステーブは、高炉炉体の内側に炉体鉄皮とボルトとを使用して固定取付けされている。図6はその固定構造の一例を示しており、例えばステーブ本体51は、高炉炉体の鉄皮61にボルト52とナット53とを使用してねじ止めにより固定されている。そして、ステーブ本体51の給排水用配管54−1、54−2は、高炉炉体の鉄皮61に開けられた穴62を貫通して設けられており、給排水用配管54−1、54−2を介して炉体外側より給水、排水される。
Such a stave for protecting the furnace body is fixedly attached to the inside of the blast furnace body by using a furnace body iron skin and a bolt. FIG. 6 shows an example of the fixing structure. For example, the
前記ステーブの破損の原因は、そのほとんどが高炉内での繰り返し熱負荷による冷却系統からの水漏れである。とくに近年では、微粉炭吹込みの増加で炉体への熱負荷が格段に上がり、設計段階で想定し期待していた寿命よりも早くステーブの破損が発生している。このようなステーブの破損に起因する炉内浸水は高炉の安定操業を阻害する。そのため、操業中に水漏れが確認された場合は、ステーブ内を循環させている冷却水の停止を行っている。この冷却水の停止により、ステーブは炉内の高温と原料による摩耗に曝されるため、ステーブ本体そのものが短期間で消失してしまう。しかも、ステーブの消失(冷却機能の消失)によって、今度は高炉の鉄皮が高温に直接曝されるようになり、鉄皮亀裂やその熱変形を招き、高炉操業そのものの継続が困難になってしまう。 Most of the causes of the breakage of the stave are water leakage from the cooling system due to repeated heat load in the blast furnace. In particular, in recent years, the heat load on the furnace body has increased dramatically due to the increase in pulverized coal injection, and the stave has been damaged earlier than expected at the design stage. Inundation in the furnace due to such breakage of the stave hinders stable operation of the blast furnace. Therefore, if water leakage is confirmed during operation, the cooling water circulating in the stave is stopped. Due to the stoppage of the cooling water, the stave is exposed to the high temperature in the furnace and the wear caused by the raw materials, so that the stave body itself disappears in a short period of time. Moreover, due to the disappearance of the stave (disappearance of the cooling function), the iron skin of the blast furnace is now directly exposed to high temperatures, which causes cracks in the iron skin and its thermal deformation, making it difficult to continue the operation of the blast furnace itself. It ends up.
即ち、高熱負荷によるステーブ変形と炉内高温ガスに曝されることによる配管破損が原因となるステーブの水漏れなどは、ステーブ本体の給排水口と配管との溶接接合部に亀裂が発生して起きるケースが多いと推定されている。 That is, water leakage of the stave caused by deformation of the stave due to a high heat load and damage to the pipe due to exposure to high temperature gas in the furnace occurs due to cracks in the welded joint between the water supply / drain port of the stave body and the pipe. It is estimated that there are many cases.
ステーブ本体の給排水口と配管との溶接接合部に亀裂が発生して起きる水漏れに対しては、例えば特許文献1に開示されているような、いわゆる高炉鉄皮外面のガスシール金物をベローズ構造にするものなどが提案されている。しかし、この提案では、配管の自由度を確保するために配管の周囲を耐火物で充填するようなことはできなかった。そのため、配管は、炉内高温ガスに直接曝されるために機械的性質が低下し、操業変動による熱疲労などで結果的には破損することが多かった。しかも、この場合、ステーブの背面側(配管がある側)に炉内ガスが流れる裏風を生じさせ、配管に悪影響を及ぼすだけでなくステーブ本体を両面から加熱することにつながるため、さらなる機械的性質の低下と変形を助長していた。
For water leakage caused by cracks in the welded joint between the water supply / drainage port of the stave body and the piping, for example, the so-called gas seal hardware on the outer surface of the blast furnace iron skin, as disclosed in
上記特許文献1における上記課題を克服する方法として、図7に示すように、配管部の鉄皮とステーブとの間にガスを遮断するための鋼製リングを設置することが考えられる。例えば、図7において、71は、給排水用配管54−1の外側にあって鉄皮61の内側面とステーブ本体51の外側面との間に設けられた鋼製リング、72は、給排水用配管54−1の外側にあって鉄皮61の外面と給排水用配管54−1との間に設けられたベローズ管、73は、給排水用配管54−1の周囲であって、鉄皮61の内面と鋼製リング71の端部との間に設けられたシールゴムである。
As a method of overcoming the above-mentioned problems in
前記鋼製リング71は、鉄皮61にステーブ本体51を取付ける際に鉄皮61とステーブ本体51との隙間を適正に保つだけでなく、鉄皮61とステーブ本体51との間に充填される耐火物を遮断し、給排水用配管54−1が自由に動ける空間を確保する役割も兼ねている。
The
しかしながら、この鋼製リング71では、図8に示すように、鉄皮61にステーブ本体51を設置するときに、それぞれの製作、据付誤差のため鉄皮61と鋼製リング71との間の耐火物82の部分にどうしても隙間81ができ、耐火物遮断と炉内高温ガスの遮断が難しくなるという問題があった。この隙間を無くすために、シリコンゴムなどのシールゴム73が設けられているが、耐熱性が低く、長期間の操業では消失してしまう。また、図9に示すように、ステーブ本体51そのものが炉内からの熱負荷により変形するために、隙間81を大きくし、給排水配管54−1が炉内の高温ガスに曝される可能性が高くなるという問題があった。
However, in this
本発明の目的は、給排水用配管およびステーブ本体への裏風による高温ガスの悪影響を防ぐことができ、ステーブ破損を防止することができる炉体保護用ステーブの取付け構造を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a furnace body protection stave mounting structure capable of preventing adverse effects of high-temperature gas due to back wind on the water supply / drainage pipe and the stave main body and preventing stave damage.
従来技術が抱えている前述の課題を解決し、前記の目的を実現するために鋭意研究した結果、発明者らは、以下に述べる新規な炉体保護用ステーブの取付け構造を開発するに到った。即ち、本発明は、冶金炉の炉体鉄皮の内側に配設される炉体保護用ステーブの取付け構造であって、炉体鉄皮の内面とこれと対向する炉体保護用ステーブの外側面との間に、該炉体保護用ステーブから該炉体鉄皮に向けて延びかつこれを貫通するように設けられた冷却配管を取り囲む鋼製のベローズ管を介在させたことを特徴とする炉体保護用ステーブの取付け構造である。 As a result of diligent research to solve the above-mentioned problems of the prior art and to realize the above-mentioned purpose, the inventors have come to develop a new mounting structure for the furnace body protection stave described below. It was. That is, the present invention is a mounting structure of a furnace body protection stave arranged inside the furnace body iron skin of the metallurgical furnace, and is an inner surface of the furnace body iron skin and the outside of the furnace body protection stave facing the inner surface. It is characterized in that a steel bellows pipe that extends from the furnace body protection stave toward the furnace body iron skin and surrounds a cooling pipe provided so as to penetrate the side surface is interposed. It is a mounting structure for the furnace body protection stave.
なお、前記のように構成される本発明に係る炉体保護用ステーブの取付け構造においては、
(1)前記鋼製のベローズ管は、非熱処理ステンレス鋼であること、
(2) 前記鋼製のベローズ管は、前記炉体保護用ステーブの外側面に固定されていること、
(3)前記鋼製のベローズ管は、前記炉体鉄皮の内面と鋼製のベローズ管の端部との間にシールゴムが介在させてあること、
(4)前記炉体鉄皮外面と前記冷却配管とは、シール構造が、ベローズ型リング構造、保護管と平板型コンペンセータとからなる構造、保護管とボックス型コンペンセータとからなる構造、のいずれか1つのシール構造を有すること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
In addition, in the mounting structure of the furnace body protection stave according to the present invention configured as described above,
(1) The steel bellows tube must be non-heat-treated stainless steel.
(2) The steel bellows pipe is fixed to the outer surface of the furnace body protection stave.
(3) The steel bellows pipe has a seal rubber interposed between the inner surface of the furnace body iron skin and the end of the steel bellows pipe.
(4) The outer surface of the iron skin of the furnace body and the cooling pipe have any one of a bellows type ring structure, a structure consisting of a protective pipe and a flat plate type compensator, and a structure consisting of a protective pipe and a box type compensator. Having one seal structure,
Is considered to be a more preferable solution.
本発明に係る炉体保護用ステーブの取付け構造によれば、従来の炉体鉄皮と炉体保護用ステーブとの間に鋼製リングを介在させるのに代え、伸縮可能な鋼製のベローズ管を介在させた構成とすることにより、裏風による冷却配管およびステーブ本体に高温ガスが直接曝されることを防ぐことができる。そのため、本発明によれば、ステーブの破損防止に有効に寄与することができる。また、前記鋼製のベローズ管がステーブ本体の変形に追従して動くため、冷却配管にかかる負荷が抑えられ、しかもステーブ交換時の耐火物侵入をも防止して、シール性能を向上させることができる。 According to the mounting structure of the furnace body protection stave according to the present invention, instead of interposing a steel ring between the conventional furnace body iron skin and the furnace body protection stave, a stretchable steel bellows pipe is used. It is possible to prevent the high temperature gas from being directly exposed to the cooling pipe and the stave main body due to the back wind by the configuration in which the above is interposed. Therefore, according to the present invention, it is possible to effectively contribute to the prevention of damage to the stave. Further, since the steel bellows pipe moves according to the deformation of the stave body, the load applied to the cooling pipe can be suppressed, and the refractory intrusion at the time of replacing the stave can be prevented to improve the sealing performance. it can.
図1は、本発明の炉体保護用ステーブの取付け構造の一例を示す図である。図1に示す例において、炉体鉄皮1の内面とこれと対向する炉体保護用ステーブ2の外側面(炉外側)との間に、炉体保護用ステーブ2から炉体鉄皮1に向けて延びると共に炉体鉄皮1の貫通孔3を貫通して炉体鉄皮1の外側に延びるように設けられた冷却配管4を取り囲むように、鋼製のベローズ管5を介在させた点に、本発明の炉体保護用ステーブの取付け構造の特徴がある。なお、符号6は、炉体鉄皮1と炉体保護用ステーブ2との間に充填されている不定形耐火物である。また、一般にステーブの炉内側にも不定形ないし定型の耐火物9が配置される。
FIG. 1 is a diagram showing an example of a mounting structure of a furnace body protection stave of the present invention. In the example shown in FIG. 1, between the inner surface of the furnace
図1に示す本発明の炉体保護用ステーブの取付け構造では、従来の鋼製リングに代わって、伸縮可能な鋼製のベローズ管5を、炉体鉄皮1の内面と炉体保護用ステーブ2の外側面との間であって、炉体保護用ステーブ2から延び炉体鉄皮1に設けた貫通孔3を貫通するように配設された冷却配管4を包囲するように設けられた構造であり、例えば、炉体保護用ステーブ2が炉内の熱により変形したような場合でも鋼製ベローズ5がその変形によく追従して動くため、炉体保護用ステーブ2の変形などに起因するいかなる隙間発生にもよく対応する。その結果、裏風(ステーブの背面側(配管がある側)に炉内ガスが流れる)の発生による冷却配管4および炉体保護用ステーブ2への高温炉内ガスの暴露を防止することができる。
In the mounting structure of the furnace body protection stave of the present invention shown in FIG. 1, instead of the conventional steel ring, a stretchable steel bellows
また、本発明においては、冷却配管4を鋼製のベローズ管5で包囲することで、炉体保護用ステーブ2の取替時の不定形耐火物6の侵入をも防止してシール性を向上させる上でも有効である。その理由は、ステーブ取替時には、既設ステーブを取り外した後、鉄皮側に耐火物が残り、この耐火物をきれいに取り除くことができないため、伸縮できない鋼製リングでは残存した耐火物と鋼製リングの間に隙間が残ってしまうためである。これに対し、伸縮可能なベローズ管の端面はベローズ管の伸張力によって残存する耐火物に押し付けられるため、隙間ができにくい。
Further, in the present invention, by surrounding the cooling
本発明の炉体保護用ステーブの取付け構造において、鋼製のベローズ管5は、耐熱性の高い各種ステンレス鋼を用いる。また、この鋼製のベローズ管5は、外力が加わったときに軸方向の伸び、縮み変形のみならず軸直角方向にも変形が可能で、曲げや芯ずれの吸収の可能なユニバーサルタイプのものが好ましく、当然のことながら、外力を取り除いたときに速やかに元の形状および寸法に戻る性質を有するものが望ましい。この観点において、例えば熱処理を施していない、耐食性に優れたステンレス鋼を用いることが好ましい。一般に、ステンレス鋼などの鋼製のベローズは、加工後に応力除去等を目的とした熱処理を行うが、ベローズに加工した後に熱処理を行わないことで、剛性を維持した状態のベローズを得ることができる。ベローズの軸方向のバネ定数としては20〜100N/mm程度が好ましく、40〜60N/mm程度であることがより好ましい。
In the mounting structure of the furnace body protection stave of the present invention, various stainless steels having high heat resistance are used for the steel bellows
また、炉体保護用ステーブ2の炉体鉄皮1への組み付けに際しては、例えば炉体保護用ステーブ2のボルトを炉体鉄皮1の外側からナットにより締結して固定する。この際、鋼製のベローズ管5が縮むことにより、炉体保護用ステーブ2の裏面と炉体鉄皮1の内面とに向けて反力が生じるため、これらの接触部分におけるシール性をより向上させることができる。
When assembling the furnace body protection stave 2 to the furnace
さらに、1つの炉体保護用ステーブ2には複数の冷却配管4が存在する他、炉体には複数の炉体保護用ステーブ2が存在するが、この場合、本発明の炉体保護用ステーブの取付け構造をすべての冷却配管4やすべての炉体保護用ステーブ2に適用する必要はなく、熱負荷の大小に応じて、一部の冷却配管4および一部の炉体保護用ステーブ2にのみ適用することもできる。
Further, one furnace body protection stave 2 has a plurality of cooling
さらにまた、鋼製のベローズ管5の伸縮可能量は、特に限定されるものではないが、炉内の熱による炉体保護用ステーブ2の変形を有限要素法を用いて解析した結果、ベローズは取り付けた位置から30mm程度の範囲の変形に追従できるものであることが好ましい。もちろん、炉体保護用ステーブ2の寸法や形状などにより、必要となる伸縮可能量が変わることは言うまでもない。
Furthermore, the amount of expansion and contraction of the steel bellows
図2は、本発明の炉体保護用ステーブの取付け構造の他の例を示す図である。図2に示す例において、鋼製のベローズ管5の一端部は炉体保護用ステーブ2に溶接固定されている。このような構成とすることにより、鋼製のベローズ管5のハンドリングや据付時の脱落防止が可能となり、本発明取付け構造のシール性の向上を図ることができる。また、図2に示す例では、鋼製のベローズ管5の他端部と炉体鉄皮1内面または炉体鉄皮1の内面の不定形耐火物6との隙間には、シリコンゴムなどの耐熱性シール材7を設けている。このように構成することにより、鋼製のベローズ管5のシール性を更に高めることができる。さらに、鋼製のベローズ管5の内側にセラミックウールなどの断熱材8を充填した場合には、冷却配管4を高温ガスから防護することができる。以上の構成をとることで、冷却配管4を炉内高温ガスからの直接的な暴露から保護することができ、より好適に冷却配管4の破損を防止し、その結果、より好適に炉体保護用ステーブ2の破損を防止することができる。
FIG. 2 is a diagram showing another example of the mounting structure of the furnace body protection stave of the present invention. In the example shown in FIG. 2, one end of the steel bellows
図3〜図5は、それぞれ、本発明の炉体保護用ステーブの取付け構造を用いた具体的な冷却配管のシール構造の一例を説明する図である。なお、図3〜図5に示す例において、図1および図2と同じ部材には同じ符号を付し、その説明を省略する。 3 to 5 are diagrams for explaining an example of a specific sealing structure of the cooling pipe using the mounting structure of the furnace body protection stave of the present invention, respectively. In the examples shown in FIGS. 3 to 5, the same members as those in FIGS. 1 and 2 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.
図3は、鋼製のベローズ管5によるシール構造に加えて、炉体鉄皮1の裏面と冷却配管4との間であって冷却配管4の周囲にベローズリング11を設けたベローズ型リング構造により、冷却配管4のシール構造とした例である。
FIG. 3 shows a bellows type ring structure in which a
図4は、鋼製のベローズ管5によるシール構造に加えて、炉体保護用ステーブ2の外側面と冷却配管4との間であって冷却配管4の周囲に設けた保護管12と、炉体鉄皮1の外面と保護管12との間であって冷却配管4の周囲に設けた平板型コンペンセータ13とにより、冷却配管4のシール構造とした例である。
In FIG. 4, in addition to the sealing structure by the steel bellows
図5は、鋼製のベローズ管5によるシール構造に加えて、炉体保護用ステーブ2の外側面と冷却配管4との間であって冷却配管4の周囲に設けた保護管12と、炉体鉄皮1の外面と保護管12との間であって冷却配管4の周囲に設けたボックス型コンペンセータ14とにより、冷却配管4のシール構造とした例である。
In FIG. 5, in addition to the sealing structure by the steel bellows
上述した例のうち、図4に示す平板型コンペンセータ13や図5に示すボックス型コンペンセータ14を用いた構造の場合、冷却配管4の動きをある程度制限することとなるが、これらの場合でも、鋼製のベローズ管5と組み合わせて用いることで、ガス遮断を効果的に果たすことができる。
Among the above-mentioned examples, in the case of the structure using the flat
本発明の炉体保護用ステーブの取付け構造によれば、冷却配管の破損による炉体保護用ステーブの早期破損を防ぐことができるため、炉体保護用ステーブおよび炉本体の長寿命化を達成することができる。例えば、鋼製のベローズ管を用いない従来例では炉体保護用ステーブの早期破損による取替が数年で発生すると仮定すると、本発明の炉体保護用ステーブの取付け構造を用いれば、10年以上は取替が発生せず、健全な状態を維持できると考えられる。 According to the mounting structure of the furnace body protection stave of the present invention, early damage of the furnace body protection stave due to breakage of the cooling pipe can be prevented, so that the life of the furnace body protection stave and the furnace body can be extended. be able to. For example, in the conventional example in which the steel bellows pipe is not used, assuming that the replacement due to the early breakage of the furnace body protection stave occurs in several years, if the mounting structure of the furnace body protection stave of the present invention is used, it is 10 years. It is considered that the above can be maintained in a healthy state without replacement.
本発明に係る炉体保護用ステーブの取付け構造は、銅製のステーブに対して特に有効であるが、その他のステーブ、例えば、鋳鉄製ステーブにも適用が可能である。また、本発明に係る炉体保護用ステーブの取付け構造は、高温に曝されるステーブの冷却配管の破損を効果的に防止できるため、高炉以外の他の加熱炉などにおいても、高温に曝される炉壁内部の保護のための構造として有効である。 The mounting structure of the furnace body protection stave according to the present invention is particularly effective for a copper stave, but it can also be applied to other stave, for example, a cast iron stave. Further, since the mounting structure of the furnace body protection stave according to the present invention can effectively prevent damage to the cooling pipe of the stave exposed to high temperature, it is also exposed to high temperature in a heating furnace other than the blast furnace. It is effective as a structure for protecting the inside of the furnace wall.
1 炉体鉄皮
2 炉体保護用ステーブ
3 貫通孔
4 冷却配管
5 鋼製のベローズ管
6 不定形耐火物
7 シール材
8 断熱材
9 耐火物
11 ベローズリング
12 保護管
13 平板型コンペンセータ
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