JPH0445213A - 高炉炉床構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、出銑滓に伴う溶銑の環状流抑制を図り、炉底
煉瓦壁の局部侵食を防止し、以て、高炉寿命の延長化を
図る為に最適な炉床形状を有する高炉炉床構造に関する
。

（従来技術） 高炉の構造は、第３図の模式断面図に示す如く、上部か
ら炉口（１）、炉胸（２）、炉腹（３）、朝顔（４）、
湯溜り（５）、出銑口（６）、炉床｛７｝及び炉底（８
）とて構成されていることは周知である。

そして、その炉床構造は第４図の模式断面図にある通り
、炉体保護の為にシャモット煉瓦やカーボン質の煉瓦が
ライニングされ、炉底は水平面に対して水平に構成され
、その無次元炉床深度Ｈ／Ｒ（Ｈ；炉床内壁からの出銑
口、Ｒ，炉床半径）は０．３５程度に構成されている。

高炉構造は一般的には以上の通りてあるが、この高炉の
操業においては、高炉寿命の延長化を図る為に様々な炉
体保護並びに補修技術か開発・実用化されている。

即ち、高炉炉胸（２）部から朝顔（４）部までは、新し
い炉壁冷却装置の開発や減尺補修技術の発達により大幅
な寿命延長かなされている。

特に、炉床部に対しては、築炉時の煉瓦材質の選定、築
炉時の炉床形状や操業管理による煉瓦侵食防止技術等か
施されている。

最近では出銑口（６）深度の適性管理による出銑時の溶
銑環状流抑制による炉床壁煉瓦の侵食防止杉術に留意し
て開発されている。

特に、炉床溶銑流の適性化による炉床壁への謄負荷低減
が基本的に重要とされている。

この炉床溶銑流を支配する基本的要因としては、■湯溜
まりの最下部に存在する溶銑だけの存在領域（以下、フ
リースペースと言う。）の形成、■炉芯充填構造、■出
銑口深度、■炉壁冷却条件等が考えら、従来から多くの
理論的・実験的考察かなされている。ところが、溶銑流
と炉床自伝熱挙動の両者に係わる影響についての研究例
は数例である。

特に、溶銑流れに大きな影響を与えると考えられるフリ
ースペースに関する情報は、数例あるのみて、その形成
挙動については未だ充分な解明がなされていない状況に
ある。

（発明か解決しようとする課題） 前述の通り、高炉寿命の延長化に対する種々の施策か施
されているか、この施策において重要なこと＼言われて
いる炉床溶銑流の形成挙動について実験の結果、次のこ
とが解明できた。

前述の通り、炉床溶銑流を支配する基本的要因としては
、■湯溜まりの最下部に存在する溶銑だけの存在領域の
形成、■炉芯充填構造、■出銑口深度、■炉壁冷却条件
等が考えら、溶銑流れに大きな影響を与えると考えられ
ているフリースペースに関する情報は極く僅かであると
の現況に先立ち、発明者等はフリースペースの形成挙動
を炉床模型を用いて調査し、得られた結果に基づき上記
■〜■のことがらが炉床部での溶銑流れ及び炉床耐火物
を含めた伝熱挙動（温度分布）に与える影響を数値計算
により吟味した。

先ず、高炉炉体解体調査によれば、第５図の模式断面図
にある通り、溶銑のみが存在するフリースペースＰか形
成され、この存在か炉床壁Ｗの侵食と密接に関連してい
ることが伺われる。

フリースペースＰの形成は溶銑流れに極めて大きい影響
を及ぼすと予測されるのて、第６図に示す装置を適用し
て炉床内のフリースペースＰの形成挙動を観察した。

実験では模型内に粒径３．５＋＋ｕｎの発泡スチロール
樹脂玉を充填し、羽目（９）より常温の空気を送風して
レースウェイを形成した。その後、堆積層を降下させな
から装置の底板Ｃ１）ｌ中央より貯水、排水を反復した
。

その結果、第７図Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄに示す通り、初期状態
（第７図Ａ）から進行し、第７図Ｂの貯水時には炉床（
７）に存在する粒子がレースウェイに向かって上昇排出
される挙動か見られた。

この粒子の上昇運動に伴って炉底コーナ一部αυにフリ
ースペースＰか形成され（第７図Ｃ）、粒子層下面の傾
斜角（以下、これをフリースペース角と言う）は貯水レ
ベルの上昇と共に増加し、最大的２１０では１゛一定と
なった。逆に排水時（第７図Ｄ）には充填粒子は炉壁側
より降下を開始しフリースペースの傾斜角は推移レベル
の低下と共に緩やかになった。

また、フリースペースの最大傾斜角は、第７図Ｅに示す
ように粒子層上面の傾斜角θφ（安息角）にはパ一致し
、更に、液体の粘性、密度には依存しないことか判った
。

以上のように、高炉操業において貯銑滓レベルを高く維
持した場合には貯銑滓レベルの上昇、降下により炉床コ
ークスのレースウェイへ向かう上昇運動か生じて炉底コ
ーナ一部にフリースペースＰが形成される。

この為、フリースペースＰに溶銑環状流か生起され、こ
れによる熱負荷によって煉瓦侵食か促進される。

本発明は、上述の観点に立ってなされたものであって、
その目的とするところは、コークス非充填領域を耐火煉
瓦で補う構成にして炉床煉瓦侵食の原因となる溶銑環状
流を抑止し、炉床周辺部の煉瓦侵食の防止及び高炉寿命
の延長を図るところにある。

（課題を解決する為の手段） 本発明は、前掲の目的を達成する為に高炉炉床構造とし
て、耐火煉瓦で構成される高炉炉床部の床面形状を炉中
心部から炉周辺部に向う水平面に対して２０〜４５°の
角度範囲で傾斜させた炉床構造に係る発明と、これに無
次元炉床深度Ｈ／Ｒを０．４５〜０．６０の範囲に設定
した構成の炉床構造を採用したものである。

（作　用） 前掲の通り本発明は、高炉炉床構造として、高炉炉床部
の床面形状を炉中心部から炉周辺部に向う水平面に対し
て２０〜４５°の角度範囲で傾斜させる構成及び当該炉
床構造に無次元炉床深度Ｈ／Ｒを０．４５〜０．６０の
範囲に設定した構成を採用したが、これらの構成を採用
した理由は次の通りである。

即ち、炉床部の床面形状を炉中心部から炉周辺部に向う
水平面に対して２０〜４５°の角度範囲で傾斜させる構
成を採用した理由は、以下の通りである。

即ち、溶銑環状流の流速ベクトルと等温度線との関係を
表した第８図Ａ、Ｂ乃至第１０図Ａ、　　Ｂに示す如く
、上記実験の結果から炉床に形成されるフリースペース
Ｐの傾斜角は０°〜４５°　（安息角には１゛相当）と
推定されたのて、次の３種類の場合について考察した。

例Ａ−２０°の傾斜角を育するフリースペースＰ（但し
、炉芯底部が炉底に接触） 例Ｂ−２０’の傾斜角を有するフリースペースＰ（但し
、炉芯底部が炉底に無接触） 例Ｃ−炉床内がコークスにより充填され、フリースペー
スＰが存在しない場合 例Ａについて 炉底面近傍の溶銑流は、第８図Ａ、Ｂに示す如（、炉底
中心部に存在するコークス層を迂回して流れる環状流が
生れ、その流速は出銑口下の側壁部と、出銑口と反対側
の炉底コーナ部のフリースペースＰ内で速く、逆に出銑
口下部の炉底コーナ部及び炉底中心部の充填層内で流速
が最も速い。

そして、溶銑と接する耐火煉瓦の温度は溶銑流速と対応
しており、換言すれば、溶銑流速か速い箇所では高く、
又遅い箇所では低い。

従って、溶銑−耐火煉瓦間の熱伝達に溶銑流速か強く関
連していることか判る。

例Ｂについて コークス充填層内での溶銑流は、第９図Ａ、　Ｂに示す
如く、前掲の例Ａの挙動状態とはパ等しい性状を示して
いる。

ところが、フリースペースＰ内の溶銑流れは、環状流と
はならず最短経路を経て出銑口（６）の方向に向かう。

この為、炉底中心近傍での流速が速くなり、該溶銑流れ
に対応して出銑口下の炉底コーナ部を除きは一゛全域に
渡って耐火煉瓦の温度が上昇する。

上述の如く、フリースペースＰ厚みの大幅な増加により
、炉底面中心近傍の耐火煉瓦に対する熱負荷は軽減され
るもの一１依然として大きめの熱負荷か耐火煉瓦にかか
っていることが判る。

例Ｃについて 湯溜まりへ滴下した溶銑は、その滴下点が出銑口より遠
ざかるにしたがって湯溜まりの深い部分を通過するよう
になり、図示の如く、炉底全体に偏りの少ない緩やかな
流れが形成されている。

即ち、流速は出銑口下の側壁部で最も速く、出銑口から
遠ざかるにつれて遅くなる結果が見られ、溶銑に近接し
た耐火煉瓦の温度は、例への場合に比へて全体的に低く
、出銑口下の側壁部だけが僅かに高くなっている。

高炉炉床部にコークス非充填領域、換言すれば、溶銑の
みの領域か発生した場合の出銑時の溶銑流速分布の数値
計算をした実験結果から見出したものであり、同図から
判る通り炉底周辺部での煉瓦への熱負荷が大きいことか
煉瓦内温度分布を見ても理解できる。

以上の実験結果により、高炉炉床部の床面形状を炉中心
部から炉周辺部に向う水平面に対して２０〜４５°の角
度範囲で傾斜させる構成を採用し、フリースペースＰを
煉瓦で補う構造を築炉時に採用するようにし、溶銑還状
流の抑制を図り、炉底周辺への熱負荷を低減するように
した。

次に、無次元炉床深度Ｈ／Ｒを０４５〜０゜６０に設定
した理由は、以下の通りである。

即ち、無次元炉床深度Ｈ／Ｒ（Ｈ；炉床内壁からの出銑
口深度、Ｒ１炉床半径を指す。）と溶銑流れ、及び伝熱
挙動との関係から見出したものであって、出銑口位置を
第１）図に示す如く、３レベルに変化させて計算した。

但し、フリースペースＰ形状は前例Ａど同じに設定した
。

以上の設定に基づき推量したところ、第１２図ＡＳＢ乃
至第１４図Ａ、Ｂに示す如く、出銑口の各位置での溶銑
流速ベクトルと等温度線との関係から、炉床深度が延長
するにつれて環状流が抑制されていることが見られ、又
炉床深度延長に伴う溶銑吸い込み口の位置低下によって
その下方の炉底面近傍において溶銑流速が増加している
。

この溶銑流れの変化に対応し、煉瓦温度は炉底コーナ部
では低下し、逆に炉底面中心近傍では上昇していること
が伺い知れる。

また、出銑口深度の延長にともなって煉瓦温度の円周バ
ランスが均一化されていることも判明した。

更に、炉床深度とフリースペースＰ内の溶銑流速との関
係からも見出せる。

即ち、第１５図Ａ、Ｂのグラフにあるようにフリースベ
ースＰ内の溶銑流速は、Ｈ／Ｒの増加と共に増加し、Ｈ
／Ｒが０．４０以上ではほぼ一定となり、又第１５図Ｂ
の溶銑流とＨ／Ｒとの関係からも炉底中心部の流速はＨ
／Ｈの増加に従ってほぼ単調に増加していることから、
環状流抑制の為にはＨ／Ｒ＝０．４５〜０．６０に維持
することが最良と考えられる。

以上の見地から、本発明では無次元炉床深度Ｈ／Ｒを０
．４５〜０．６０に設定した。

（実施例） 以下、本発明の高炉炉床構造に係る一実施例を第１図及
び第２図に基づき記述する。

第１図は、炉底（８）に水平部を有する構造例であり、
又第２図はすり林状の炉底構造例を示すものである。

即ち、第１図の炉床構造は、炉芯Ｚを中心とする所望の
範囲に渡って炉底（８）に水平部（８Ａ）を形成し、こ
の水平部（８Ａ）に連続して炉壁に向かって約２４°（
θ）傾斜した傾斜部（８Ｂ）を設け、更に、出銑口（６
）から炉底（８）までの距離Ｈを３．１５ｍ、炉芯Ｚか
ら出銑口（６）までの距離Ｒを７ｍとし、両者の比Ｈ／
Ｒを０．４５とした炉床構造である。

また、第２図は第１図と同様に炉底（８）が炉芯２から
炉壁に向かって約２０°　（θ）傾斜した傾斜部（８Ｂ
）で構成すると共に出銑口（６）から炉底（８）までの
距離Ｈを３．１５ｍ、炉芯Ｚから出銑口（６）までの距
離Ｒを７ｍとし、両者の比Ｈ／Ｒを０．４５とした炉床
構造である。

以上の炉床構造について数値解析を行った結果、炉床環
状流が抑制され、炉床周辺部の耐火物への熱負荷が低減
でき、炉床侵食防止に有効であった。

（発明の効果） 本発明は、高炉炉床構造として高炉炉床部の床面形状を
炉中心部から炉周辺部に向う水平面に対して２０〜４５
°の角度範囲で傾斜させる構成及び無次元炉床深度Ｈ／
Ｒを０．４５〜０．６０の範囲に設定した構成を採用し
たので、出銑滓時の溶銑環状流の抑制かでき、炉底周辺
部の耐火物への熱負荷か低減できる。

従って、炉床に配置した煉瓦の局部侵食を未然に防止す
ることが可能となり、高炉寿命の飛躍的延長が図れる等
々の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の高炉炉床構造の一実施例を
示す模式断面図、第３図は従来の高炉構造を示した模式
断面図、第４図は従来適用されている高炉炉床構造例を
示す模式断面図、第５図はコークス非充填領域の形成挙
動を示す模式断面図、第６図は炉床内のコークス比充填
領域の形成挙動を確認法例を示す模式図、第７図Ａ、Ｂ
、Ｃ１Ｄ、はコークス非充填領域の形成挙動を示す模式
図、第７図Ｅはコークス非充填領域傾斜角と粒子の安息
角との関係を示す模式図、第８図Ａ、Ｂ乃至第１Ｏ図Ａ
、Ｂはコークス非充填領域が存在する場合の出銑時の溶
銑流速分布と煉瓦内温度分布の数値計算結果を示す模式
説明図、第１）図は無次元炉床深度と溶銑流れ及び炉床
内での伝熱挙動との関係を計測する為の計測法を示す模
式図、第１２図Ａ、Ｂ乃至第１４図Ａ、Ｂはコークス非
充填領域が存在する場合の出銑時の溶銑流速分布と煉瓦
内温度分布の数値計算結果を示す模式説明図、第１５図
は炉床深度とコークス非充填領域内の溶銑流速との関係
を示すグラフである。 符号の名称は以下の通りである。 （１）・・・・炉口、（２１−炉胸、（３）−・・−炉
腹、（４）−朝顔、（５）−・・・湯溜り、（６）−−
一出銑口、（７）−−−一炉床、（８）・・−炉底、　
（８Ａ）・−炉底水平部、（８Ｂ）　−炉底傾斜部、（
９１−羽口、Ｚ−炉芯、Ｒ・・−炉芯から出銑口までの
距離、Ｈ・１．炉底から出銑口までの距離、 特許出願人　株式会社　神戸製鋼所

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐火煉瓦で構成される高炉炉床部の床面形状を炉
   中心部から炉周辺部に向う水平面に対して２０〜４５゜
   の角度範囲で傾斜させてなることを特徴とする高炉炉床
   構造。
2. （２）前記請求項（１）記載の炉床内壁からの出銑口深
   度Ｈと炉床半径Ｒとの比である無次元炉床深度Ｈ／Ｒを
   ０．４５〜０．６０の範囲に設定したことを特徴とする
   前記請求項（１）記載の高炉炉床構造。