JP6917181B2 - 高炉炉内旋回シュート - Google Patents

Description

本発明は、高炉炉内に原料等を装入する高炉炉内旋回シュートに関する。

高炉炉内に原料等を装入する際には、炉頂部に設置した高炉炉内旋回シュート（以下、単に「炉内旋回シュート」と呼ぶことがある。）を用い、シュート内で原料等を滑落させることにより炉内に原料等を装入している。
上記炉内旋回シュートは、炉内から炉頂へ吹き上がる最高１０００℃のガスにさらされるため劣化が激しく、定期的な交換が必要であるが、炉内旋回シュートの取替えの際には高炉を休風しなければならない。従って、高炉の生産性向上には炉内旋回シュートの取替え頻度を低減する必要があり、炉内旋回シュートの寿命向上が課題となる。

上記課題に対して、例えば特許文献１には、シュート下部に別吊りの防熱カバーを設置し、炉内高温上昇ガスがシュートに直接当たらないようにすることにより、シュートの熱損傷を最小限にする技術が開示されている。
また、特許文献２には、シュート内面にセラミックスをライニングすることにより、シュート内面の耐摩耗性が改善できることが記載されている。また、特許文献２の第２図には、シュート内側面の長手方向に沿って複数のガイドを設置することが図示されている。当該ガイドは、シュートの強度を高める効果を奏するものと考えられる。

特開平９−７１８０３号公報 特開昭６３−２７４７０８号公報

しかしながら、特許文献１に記載されている防熱カバーを設置した程度ではシュートの変形が抑制できないという問題がある。
また、特許文献２記載の技術によれば、一定の変形抑制効果が期待できると考えられたが、シュート本体の変形が抑制できず、寧ろ変形が顕著となる場合があるという知見を本発明者らは得た。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、シュート本体の耐変形性等が改善され、寿命向上が図れる高炉炉内旋回シュートを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、高炉炉内に鉄鉱石及び／又はコークスを装入する高炉炉内旋回シュートであって、
シュート本体の外側面の一部又は全面に、複数の補強リブが格子状に配置され、前記補強リブが配置された領域が断熱材で覆い隠されていることを特徴としている。

本発明では、補強リブを格子状とすることにより、シュート本体の長手方向及び周方向（長手方向と直交する方向）の変形を拘束すると共に、補強リブと炉内雰囲気とを断熱材で遮断することにより、補強リブの熱応力を低減し、補強リブに起因するシュート本体の変形を防止する。

本発明に係る高炉炉内旋回シュートによれば、従来の炉内旋回シュートに比べてシュート本体の変形を抑制することができ、炉内旋回シュートの長寿命化を図ることができる。

また、本発明によるシュート本体の変形抑制効果は、シュートの偏摩耗量の減少にも効果が見られた。
従来の炉内旋回シュートでは、シュート本体の変形によって、シュート内を流下する原料の位置が、シュート内面の周方向の特定位置に固定される傾向があり、他の位置に比べて当該特定位置の摩耗が顕著に進む傾向があった。一方、シュート本体の変形が抑制される本発明に係る高炉炉内旋回シュートでは、原料の流下に伴う摩耗がシュート内面全体に分散されるため、シュートの偏摩耗を抑制することができる。

本発明の一実施の形態に係る高炉炉内旋回シュートの部分断面斜視図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態について説明し、本発明の理解に供する。

［高炉炉内旋回シュートの構成］
本発明の一実施の形態に係る高炉炉内旋回シュート１０を図１に示す。
シュート本体１１は断面Ｕ字状とされ、原料等（鉄鉱石及び／又はコークス）が流下する内側面１１ａには耐摩耗ライナー（図示省略）が内張されている。一方、シュート本体１１の外側面１１ｂには、シュート本体１１の剛性を確保するため、断面矩形状とされた複数の補強リブ１２が格子状に配置されている。補強リブ１２を配置することでシュート本体１１の断面係数が大きくなり、耐変形性が向上する。補強リブ１２の材質としては耐熱ステンレスなどが好適である。

格子状に配置された複数の補強リブ１２は、外側面１１ｂの周方向（シュート本体１１の長手方向と直交する方向）に配置された周方向リブ１３と、外側面１１ｂの長手方向に配置された長手方向リブ１４とから構成されている。補強リブ１２を周方向及び長手方向に配置することで、周方向及び長手方向の剛性が大きくなり、あらゆる方向の変形を抑制することができる。なお、補強リブ１２の本数は、周方向、長手方向とも３本以上が好ましい。

また、補強リブ１２と補強リブ１２の間の空間、及び補強リブ１２の上面（外側面）部には断熱材１５が配置され、補強リブ１２が配置された領域が断熱材１５で覆い隠されている。断熱材１５にはセラミックスファイバー等を使用することができる。
断熱材１５が剥落しないように、断熱材１５の外側には鋼製の断熱材カバー１６が配置され、断熱材１５を覆っている。

［本発明の技術思想］
シュート本体の外側面に補強リブを配置することによりシュート本体の剛性が向上して外力に対する耐変形性が増すものの、シュート本体の外側面や補強リブが、炉内から放出されるガスにより高温になると、原料温度である内側面との温度（熱膨張）差によってシュート本体に熱応力が発生し、シュート本体が変形するという知見を本発明者らは得た。

シュート本体の外側面が高温とならないようにするため、シュート本体の外側面のみに断熱材を配置したところ（補強リブの上面部には断熱材を配置せず）、シュート本体の変形は軽減できたが、補強リブ設置部位の熱応力が大きくなり、補強リブを起因とする変形が生じた。

そこで、補強リブの上面部を含めたシュート本体の外側面全体を断熱材で覆ったところ、補強リブ設置部位の熱応力を小さく抑えることができ、結果的に、シュート本体の変形を抑制できることが判明した。

本発明者らが実験した炉内旋回シュートは、シュート本体の下部が他の部位に比べて熱流に直接さらされるため、シュート本体下部の変形の程度が著しかった。そのため、当該部位に補強リブを格子状に配置し、さらに補強リブが配置された領域を断熱材で覆い隠したところ、実用的な変形防止が達成できた。従って、シュート本体の外側面全体に補強リブと断熱材を配置してもよいが、シュート本体の高温部位のみに補強リブと断熱材を配置してもシュート本体の変形抑制効果が期待できる。

以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。

本発明の効果について検証するために実施した検証試験について説明する。
シュート本体として板厚２５ｍｍのＵ字型シュート（シュート深さ：８００ｍｍ、幅：１２００ｍｍ）を使用し、シュート本体の外側面に板厚４０ｍｍ、高さ６０ｍｍの補強リブを配置した。長手方向の補強リブは概ね等間隔で６本配置し、周方向の補強リブは概ね４００ｍｍの間隔で６本配置した。補強リブの材質は耐熱ステンレスとした。
断熱材には、厚さ約８０ｍｍのセラミックスファイバーブランケットを使用した。従って、補強リブをセラミックスファイバーブランケットで覆い隠した場合、補強リブ上面上のセラミックスファイバーブランケットの厚さは２０ｍｍ程度となる。
また、断熱材が剥落しないように、断熱材の外側には鋼製の断熱材カバーが配置されている。

なお、本発明では、長手方向の補強リブの設置間隔（周方向長さ）は１００ｍｍ〜４５０ｍｍ、周方向の補強リブの設置間隔（長手方向長さ）は２５０ｍｍ〜６００ｍｍを想定している。また、断熱材（セラミックファイバーブランケット）は、補強リブ上では５ｍｍ以上を想定している。上限は特に設けないが、他部位との寸法の兼ね合いのため、１００ｍｍ以下が適切と考えられる。

実施例は、シュート本体の外側面に補強リブが格子状に配置され、補強リブが配置された領域が断熱材で覆い隠されている。
比較例１は、シュート本体の外側面に長手方向の補強リブのみが配置され、補強リブが配置された領域が断熱材で覆い隠されている。
比較例２は、シュート本体の外側面に補強リブが格子状に配置され、シュート外側面のみ断熱材で覆われ、補強リブの上面部には断熱材が配置されていない。
比較例３は、シュート本体の外側面に補強リブが格子状に配置され、断熱材は無しとされている。

炉内旋回シュートの使用期間を５ヶ月〜７ヶ月としてシュート本体の変形状況を目視で観察した。観察結果を表１に示す。

同表より以下のことがわかる。
・実施例では、シュート本体の変形もシュート内面の偏摩耗も認められなかった。
・比較例１では、シュート本体が周方向に変形し、シュート内面の底部長手方向が重点的に摩耗した。
・比較例２、３では、シュート本体が波打ち状に変形したため、シュート内面に配置した長方形ライナー（タイル状に配置）の端部に顕著な摩耗が観察された。シュート本体の複雑な変形により、隣接するライナー間で摩耗しやすい段差が発生したためと考えられる。

１０：高炉炉内旋回シュート、１１：シュート本体、１１ａ：内側面、１１ｂ：外側面、１２：補強リブ、１３：周方向リブ、１４：長手方向リブ、１５：断熱材、１６：断熱材カバー

Claims (1)

1. 高炉炉内に鉄鉱石及び／又はコークスを装入する高炉炉内旋回シュートであって、
   シュート本体の外側面の一部又は全面に、複数の補強リブが格子状に配置され、前記補強リブが配置された領域が断熱材で覆い隠されていることを特徴とする高炉炉内旋回シュート。

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