JP2012180579A - 高炉炉口部の保護構造 - Google Patents

Abstract

【課題】過度の引張り応力が作用しても、炉口保護プレートの脱落やズレを防止するアンカーリンクを備え、炉内面が実質的に真円度を保つように炉口形状を維持することができる高炉炉口部の保護構造を提供する。
【解決手段】アンカーリンク２５は、炉口保護プレート３側から鉄皮結合部２６の筒体２７内に挿入され、ロッド通過孔２８ａにねじ付きロッド２９ａが通過しているアンカーロッド２９と、高炉鉄皮１の外側からねじ付きロッド部に外挿した座金３４と、ねじ付きロッドに螺合することで、アンカーリンク連結部材２８のロッド通過孔２８ａの周縁に座金を当接するナット３３とを備えている。アンカーリンクに作用する引張り応力が、アンカーロッドの引張り強度近くまで大きくなったときに、座金が塑性変形により引張り応力を緩和する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉炉口部の保護構造に関し、詳細には、ステーブの炉内側を覆っている炉口保護プレートを固定するアンカーリンクの高炉鉄皮への連結構造に関する。

高炉の炉口部近くの内壁は、ベル式、或いはベルレス式等の炉頂装入装置から装入された装入物が衝突し、或いは滑り落ちるので、炉壁の耐摩耗性が要求される。
高炉炉口部の炉壁を形作る構造として、図５に示すように、高炉炉口部近くの高炉鉄皮１を冷却壁であるステーブ２で覆い、このステーブ２の内周面を板形状の炉口保護プレート３で覆う構造が知られている（例えば、特許文献１）。

図５の構造は、炉口保護プレート３の背面にアンカー基部４が突出し、炉口保護プレート３の上部に結合部５が設けられている。また、ステーブ２には、アンカー基部４が嵌入する貫通孔６が設けられている。高炉鉄皮１には、この高炉鉄皮１の内外に連通する耐熱性材料からなる筒体７が固定されており、この筒体７の高炉鉄皮１の外側の端部に、アンカーリンク連結部材８が固定されている。

そして、アンカー基部４及び結合部５が高炉鉄皮１側を向くように炉口保護プレート３を配置し、アンカー基部４をステーブ２の貫通穴６に嵌入する。そして、アンカー基部４及び結合部５に、アンカーリンク９の一端を連結し、筒体７に挿入したアンカーリンク９の他端をアンカーリンク連結部材８に連結することで、炉口保護プレート３が、アンカーリンク９を介して高炉鉄皮１に固定されている。なお、筒体７の開口部は、キャップ１０で閉塞されている。

図５の構造によると、高炉内を流れる高温ガスが炉口保護プレート３の背面とステーブ２との間に流れ込んできても、炉口保護プレート３のアンカー基部４がステーブ２の貫通孔６に嵌入していることで、アンカー基部４とアンカーリンク９の結合部が高温ガスと接触するのを妨げ、熱負荷の増大によってアンカーリンク９が変形、或いは破断するのを防止することができる。また、炉口保護プレート３の結合部５に連結したアンカーリンク９は、耐熱性材料で形成した筒体７に収納されているので、高温ガスとの接触による損傷を防止することができる。

特許第４１２２９８９号

ところで、高温ガス流は、通気抵抗が少ない箇所を優先的に通過するため、炉口保護プレート３の表裏のガス流は装入物の充填の具合に左右されて不安定である。この結果、保護プレートの温度状態は、炉内側が高かったり、鉄皮側が高かったりと変動を繰り返す。この温度状態によって、炉口保護プレート３は、ステーブ２から離間する方向に凸状、或いは凹状に変形する場合がある。

炉口保護プレート３が凸状、凹状に変形すると、炉口保護プレート３を高炉鉄皮１に固定しているアンカーリンク９には過度の引張り応力が作用するので、引張り応力を吸収する機構を備えていないアンカーリンク９が破断するおそれがある。特に、アンカーリンク
９のアンカー基部４に近い部位が破断した場合、その補修は容易ではない。
アンカーリンク９の破断により炉口保護プレート３の脱落やズレが発生すると、炉口部炉壁の真円度が保てなくなって炉内における装入物の分布状態が不安定となり、炉内のガス流分布が悪化することで高炉操業の生産性を低下させる結果となる。

そこで、本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、過度の引張り応力が作用しても、炉口保護プレートの脱落やズレを防止するアンカーリンクを備え、炉内面が実質的に真円度を保つように炉口形状を維持することができる高炉炉口部の保護構造を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る高炉炉口部の保護構造は、高炉の炉口部に設置したステーブの内周面を炉口保護プレートで覆うとともに、この炉口保護プレートの前記ステーブに対向する背面にアンカーリンクの一端を固定し、このアンカーリンクを前記ステーブに形成した貫通孔に通過し、前記アンカーリンクの他端を高炉鉄皮の鉄皮結合部に固定して炉口保護プレートを保持してなる高炉炉口部の保護構造において、前記炉口保護プレートの温度状態変化による熱変形により前記アンカーリンクに引張り応力が作用し、前記アンカーリンクを構成するアンカー構成部材の引張り強度近くまで前記引張り応力が大きくなったときに、自身の変形により前記引張り応力を緩和する引張り応力緩和部材を備えている。

また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の高炉炉口部の保護構造において、前記鉄皮結合部は、前記高炉鉄皮に形成した開口孔に固定され、前記高炉鉄皮の内外に連通する筒体と、前記高炉鉄皮の外側の前記筒体の端部に固定され、ロッド通過孔を設けた円板形状のアンカーリンク連結部材とを備え、前記アンカーリンクは、前記炉口保護プレート側から前記筒体内に挿入され、前記ロッド通過孔にねじ付きロッドが通過している前記アンカー構成部材としてのアンカーロッドと、前記高炉鉄皮の外側から前記ねじ付きロッド部に外挿した前記引張り応力緩和部材としての座金と、前記ねじ付きロッドに螺合することで、前記アンカーリンク連結部材の前記ロッド通過孔の周縁に前記座金を当接するナットとを備え、前記アンカーリンクに作用する引張り応力が、前記アンカーロッドの引張り強度近くまで大きくなったときに、前記座金が塑性変形により前記引張り応力を緩和するようにしている。

また、請求項３記載の発明は、請求項２記載の高炉炉口部の保護構造において、前記アンカーリンク連結部材の前記ロッド通過孔の径をαとし、前記座金の内径をβ１とし、前記座金の外径をβ２とすると、β１ ＜ α ＜ β２ の関係を有し、前記アンカーリンクに作用する引張り応力が、前記アンカーロッドの引張り強度近くまで大きくなったときに、前記座金の内径の周縁部が前記ロッド通過孔に入り込むように前記座金が塑性変形する。

本発明の高炉炉口部の保護構造によると、高炉内の温度変化による炉口保護プレートの変形によりアンカーリンクに引張り応力が作用し、アンカーリンクを構成するアンカー構成部材の引張り強度近くまで引張り応力が大きくなったときに、自身の変形により引張り応力を緩和する引張り応力緩和部材を備えており、アンカー構成部材の破断を防止し、炉口保護プレートの脱落の脱落やズレが発生しないので、炉内面が真円度を保つように炉口形状を維持することができる。

本発明に係るアンカーリンク及び鉄皮結合部を示す図である。 高炉を操業した場合の炉口保護プレートの第１熱変形パターンを示すものである。 高炉を操業した場合の炉口保護プレートの第２熱変形パターンを示すものである。 自身の塑性変形により引張り応力を緩和する引張り応力緩和部材を示す図である。 従来の高炉炉口部の保護構造を示す側面図である。

以下、本発明に係る高炉炉口部の保護構造の１実施形態について、図面を参照して説明する。
図１において一部を示す炉口保護プレート３は、図５で示した炉口保護プレート３と同一形状を有し、高温下で長時間使用しても時効脆化しにくく、耐摩耗性に優れた部材である。

この炉口保護プレート３の背面下部に突出して形成されているアンカー基部４には、リング状のピン係合部２２ａが一体に形成されている。また、ステーブ２の下部には、表裏に貫通する貫通孔６が形成されている。
炉口保護プレート３は、アンカー基部４をステーブ２の貫通孔６に嵌入することで、ステーブ２の内周を覆って配置されている。

そして、炉口保護プレート３の背面下部に設けたアンカー基部４は、アンカーリンク２５を介して高炉鉄皮１の鉄皮結合部２６に固定されている。
鉄皮結合部２６は、図１に示すように、高炉鉄皮１に設けた開口孔１ａの内周に固定され、高炉鉄皮１の内外に連通する耐熱性材料からなる筒体２７と、高炉鉄皮１の外側の筒体２７の端部に固定され、筒体２７の軸心位置に一致したロッド通過孔２８ａを設けている円板形状のアンカーリンク連結部材２８とを備えている。

また、アンカーリンク２５は、ねじ付きロッド部２９ａ及びリング状のピン係合部２９ｂを備えたアンカーロッド２９と、アンカーロッド２９のピン係合部２９ｂ及びアンカー基部４のピン係合部２２ａにピン３０，３１を介して連結するリンク部材３２とを備えている。
そして、アンカー基部４のピン係合部２２ａにリンク部材３２を介して連結したアンカーロッド２９のねじ付きロッド部２９ａをアンカーリンク連結部材２８のロッド通過孔２８ａに遊挿し、ねじ付きロッド部２９ａに挿通した平板形状の座金３４を、ねじ付きロッド部２９ａに螺合したナット３３とアンカーリンク連結部材２８の側面とで挟み込むことにより、炉口保護プレート３が、アンカーリンク２５を介して高炉鉄皮１の鉄皮結合部２６に固定されている。

ここで、アンカー連結部材２８のロッド通過孔２８ａの径をαとし、座金３４の内径をβ１、座金の外径をβ２とすると（図４（ａ）参照）、
β１ ＜ α ＜ β２ ……（１）
の関係を有している。
また、座金３４は一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４００）からなり、板厚９mm、外径（β２）１３５mm、内径（β１）３２mmの寸法を有している。また、アンカー連結部材２８のロッド通過孔２８ａの径（α）は、１０５mmに設定されている。

ここで、アンカーリンク２５の座金３４は、炉口保護プレート３からアンカーリンク２５に大きな引張り応力が作用すると、塑性変形することで大きな引張り応力を緩和し、アンカーロッド２９の破断を防止するようになっている。
すなわち、炉口保護プレート３からアンカーリンク２５に作用する引張り応力が、アンカーロッド２９の引張り強度近くまで大きくなったときに、アンカーリンク２５の座金３４が塑性変形する。

このような部品の構成は、アンカーロッド２９に引張り力を与えたときに、アンカーロッド２９の破断に至る前に座金３４が変形することを実験により確認を行なって決定した。このような仕様の決定には変形解析も用いることができる。
ここで、図２及び図３は、高炉操業に供した場合の炉口保護プレート３の変形パターンを示すものである。

高炉操業では、羽口から吹き込まれて炉口保護プレート３の内側に堆積した装入物Ｓ中を通過する炉内ガスの通過経路により雰囲気温度Ｔ１と、炉口保護プレート３とステーブ２との間の雰囲気温度Ｔ２とに差が発生する。
図２に示すように、雰囲気温度Ｔ１が、炉口保護プレート３及びステーブ２の間の炉内ガスの雰囲気温度Ｔ２より高くなると、炉口保護プレート３は、ステーブ２との接触面を丸印Ａ１〜Ａ４としてステーブ２から離間する方向に凸形状に変形する。

また、図３に示すように、雰囲気温度Ｔ１が、炉口保護プレート３及びステーブ２の間の雰囲気温度Ｔ２より低くなると、炉口保護プレート３は、ステーブ２との接触面を丸印Ａ５としてステーブ２から離間する方向に凹形状に変形する。
このように、炉口保護プレート３が凹形状或いは凸形状の変形を繰り返すと、炉口保護プレート３の背面下部に設けたアンカー基部４と鉄皮結合部２６とを結合するアンカーリンク２５に大きな引張り応力が作用する。

そして、炉口保護プレート３の凹形状或いは凸形状の変形により、アンカーリンク２５に作用する引張り応力が、アンカーロッド２９の引張り強度近くまで大きくなると、アンカーリンク２５の座金３４は、図４（ｂ）に示すように、アンカーリンク連結部材２８のロッド通過孔２８ａに入り込むように塑性変形する。
これにより、塑性変形した座金３４が、アンカーリンク２５に作用する大きな引張り応力を緩和するので、アンカーロッド２９の破断を防止し、炉口保護プレート３の脱落やズレが発生しないので、炉内面が実質的に真円度を保つように炉口形状を維持することができる。

また、上記実施形態では、アンカーロッド２９に作用する引張り応力によって、専ら座金３４が変形するようにしたので、アンカーロッド２９の破断を防止することができるとともに、メンテナンスの際には、高炉の外側から座金３４の形状を確認し、必要に応じて座金３４のみを交換できるようになり、メンテナンスを容易に行なうことができる。

１…高炉鉄皮、１ａ…開口孔、２…ステーブ、３…炉口保護プレート、４…アンカー基部、５…結合部、６…貫通孔、２２ａ…ピン係合部、２５…アンカーリンク、２６…鉄皮結合部、２７…筒体、２８…アンカーリンク連結部材、２８ａ…ロッド通過孔、２９…アンカーロッド、２９ａ…ねじ付きロッド部、２９ｂ…ピン係合部、３０，３１…ピン、３２…リンク部材、３３…ナット、３４…座金、３５…キャップ、Ｓ…装入物

Claims (3)

1. 高炉の炉口部に設置したステーブの内周面を炉口保護プレートで覆うとともに、この炉口保護プレートの前記ステーブに対向する背面にアンカーリンクの一端を固定し、このアンカーリンクを前記ステーブに形成した貫通孔に通過し、前記アンカーリンクの他端を高炉鉄皮の鉄皮結合部に固定して炉口保護プレートを保持してなる高炉炉口部の保護構造において、
   前記炉口保護プレートの温度状態変化による熱変形により前記アンカーリンクに引張り応力が作用し、前記アンカーリンクを構成するアンカー構成部材の引張り強度近くまで前記引張り応力が大きくなったときに、自身の変形により前記引張り応力を緩和する引張り応力緩和部材を備えたことを特徴とする高炉炉口部の保護構造。
2. 前記鉄皮結合部は、前記高炉鉄皮に形成した開口孔に固定され、前記高炉鉄皮の内外に連通する筒体と、前記高炉鉄皮の外側の前記筒体の端部に固定され、ロッド通過孔を設けた円板形状のアンカーリンク連結部材とを備え、
   前記アンカーリンクは、前記炉口保護プレート側から前記筒体内に挿入され、前記ロッド通過孔にねじ付きロッドが通過している前記アンカー構成部材としてのアンカーロッドと、前記高炉鉄皮の外側から前記ねじ付きロッド部に外挿した前記引張り応力緩和部材としての座金と、前記ねじ付きロッドに螺合することで、前記アンカーリンク連結部材の前記ロッド通過孔の周縁に前記座金を当接するナットとを備え、
   前記アンカーリンクに作用する引張り応力が、前記アンカーロッドの引張り強度近くまで大きくなったときに、前記座金が塑性変形により前記引張り応力を緩和することを特徴とする請求項１記載の高炉炉口部の保護構造。
3. 前記アンカーリンク連結部材の前記ロッド通過孔の径をαとし、前記座金の内径をβ１とし、前記座金の外径をβ２とすると、β１ ＜ α ＜ β２ の関係を有し、
   前記アンカーリンクに作用する引張り応力が、前記アンカーロッドの引張り強度近くまで大きくなったときに、前記座金の内径の周縁部が前記ロッド通過孔に入り込むように前記座金が塑性変形することを特徴とする請求項２記載の高炉炉口部の保護構造。

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