(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉休風時に、高炉鉄皮の被補修箇所を除去し、その被補修箇所に新規鉄皮を溶接により接合して補修を行なう部分補修方法において、上記溶接時の溶接材料としてフェライト系ステンレス溶接材料を使用することを特徴とする高炉炉体鉄皮の部分補修方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、亀裂、溶損などが発生した鉄皮の損傷部を補修するために、数時間から数十時間の間送風を休止する休風中に、損傷部分を切り欠いて除去し、その切欠き部へ新規鉄皮を溶接補修する高炉炉体鉄皮の部分補修方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、高炉鉄皮は炭素鋼や低合金鋼などの材料からなるが、長期に及ぶ高炉の稼動期間中には、鉄皮内部の耐火物の損耗に伴う炉内からの熱負荷の増加や、高炉の高圧操業における炉内圧の影響を受けて、上記鉄皮に亀裂や溶損といった損傷が生じることがある。このような高炉鉄皮の損傷が全体へ進行してしまった場合には高炉の稼動を停止し、改修を行なうこととなるが、損傷部が局部的な状態の場合はこの損傷部分を切り欠いて除去し、その部分を新規の鉄皮と交換する部分補修を行なうことで操業を継続することが行われている。
【０００３】
こうした鉄皮の部分補修は、高炉の操業を一時的に停止する休風を数時間から数十時間行ない、この休風の間に鉄皮の部分交換を行なうことにより行われる。損傷部に新規鉄皮を接合して、鉄皮の部分交換を行う際に行われる溶接時には、溶接棒の溶接材料として、一般に、鉄皮材料と同等の引張り強度を有する５０キロクラス高張力鋼用の溶接材料が使用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、炉体鉄皮の板厚は２５〜９０ｍｍ程度と厚く、また、部分補修であるために新規鉄皮を嵌め込んで溶接するという額縁溶接となることから、溶接継手の拘束度が高い条件になる。このため、溶接補修後における溶接残留応力が高くなる傾向にあり、溶接残留応力による破壊といった事態が懸念される。
【０００５】
したがって、従来にあっては、上記溶接残留応力による脆性破壊防止や、疲労破壊寿命延長を目的として、溶接ビード１パス毎にピーニングにより塑性加工を施したり、ＪＩＳＺ３７００に規定されるような、溶接後に６００℃前後の後熱処理を施したりする方法が推奨されている。
しかし、いずれの方法も多大な溶接補修時間を必要とする割には残留応力の低減効果にムラがあるという問題があった。また高炉の休風中は炉内温度が低下していくために長時間の休風を行なうことで高炉操業に支障をきたす可能性がある。このように休風中の作業は時間の制約が大きいために、一度に補修できる補修範囲が限られてしまうという問題もあった。
【０００６】
本発明は、以上のような点に着目してなされたもので、高炉鉄皮の部分補修という拘束度の高い溶接継手であっても、簡便な作業により溶接部の残留応力を低減し、且つ遅れ破壊を防止することができる能率的な溶接方法による高炉炉体鉄皮の部分補修方法を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、溶接対象とする高炉鉄皮の温度、各種溶接材の性質、ピーニングの有無のよる溶接残留応力の関係について種々、実験し、解析を行った。
その結果、高炉鉄皮は、休風中でも５０〜１００℃の温度にあるため、新鉄皮（嵌め込む補修材）の予熱だけ必要で、被補修部は短時間で昇温すること、及び、低合金高張力鋼の溶接に際して、フェライト系ステンレス溶接材料を適用した場合には、ピーニングなし、後熱なしの条件下でも溶接部の残留応力が低いことを見出した。
【０００８】
すなわち、このような見地に基づき、本発明は、上記課題を解決するために、高炉休風時に、高炉鉄皮の被補修箇所を除去し、その被補修箇所に新規鉄皮を溶接により接合して補修を行なう部分補修方法において、上記溶接時の溶接材料としてフェライト系ステンレス溶接材料を使用することを特徴とするものである。
【０００９】
なお、本発明に係るフェライト系ステンレス溶接材料としては、ＪＩＳＺ３２２１に規定されるＤ４３０系等を例示できる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に基づく実施形態について図面を参照しつつ説明する。
高炉の操業を一時的に停止する休風時に、図１に示すように、高炉鉄皮１について、劣化・損傷などが生じた被補修部分を額縁状に開口する。なお、図１では開口部２が矩形形状の場合を例示しているが、開口部２の輪郭は、六角形形状その他、どのような形状であっても良い。
【００１１】
次に、その開口部２に係合可能な形状の新規鉄皮３を当該開口部２に嵌め込む。このとき、新規鉄皮３の外周端面と開口部２との間は、全周に渡って、図２に示す拡大図のようなルート間隔となるように設定する。図２では、新規鉄皮３の外周端面側のみを切り欠いて片側開先を形成している。
次に、高炉の旧鉄皮１と新規鉄皮３との境界（接合部）に沿ってアーク溶接などの溶接方式で溶接して両者１，３を接合し溶接継手を構成することで部分補修が行われる。図２中、符号４は溶接金属を指す。
【００１２】
本実施形態では、上記溶接の際に使用する溶接材料として、フェライト系ステンレスからなる溶接棒を使用する。
ここで、上記鉄皮１，２は、厚肉の炭素鋼や合金鋼からなり、炉体鉄皮自体の剛性が高いと共に額縁溶接であるために溶接部の形状的にも変形し難いので、溶接継手の拘束度が高い。特に、溶接厚さが２５ｍｍ以上となるような溶接継手となる場合には、溶接量が多くなるため溶接残留応力が大きくなり、拘束力が高くなる。
【００１３】
このように、上記高炉鉄皮の部分補修部分は拘束度の高い溶接継手となるが、本実施形態においては、溶接材料としてＪＩＳＺ３２２１に規定されている溶接材料の内のフェライト系ステンレス溶接材料を採用しているので、残留応力の低減が可能となっている。その理由は、フェライト系ステンレス溶接材料では、高い引張応力を有しながら、０．２％耐力は比較的低いという性質があるためである。
【００１４】
また、高炉鉄皮のような低合金鋼では溶接部位での拡散性水素割れの可能性があるため、通常溶接時に予熱が必要となるが、高炉休風中は鉄皮１の温度が５０〜１００℃と比較的高温に維持されているため、溶接補修に当っては新規鉄皮３の予熱を行なうだけで、溶接作業を開始することができ、作業を簡便化することができる。
【００１５】
【実施例】
本発明の効果を確認するために、上記図１に併記のように、長さ３ｍ×幅３ｍ×厚さ５０ｍｍの試験材１の中央に対し、矩形状に長さ０．５ｍ×幅０．５ｍの開口を開け、その開口部２に、長さ０．４９２ｍ×０．４９２ｍ×厚さ５０ｍｍの補修部材３（新規鉄皮に相当）を嵌めて額縁溶接を行なった。
【００１６】
上記試験材１及び補修部材３には、いずれもＪＩＳＧ３１０６に規定されるＳＭ４９０（引張強さ４９０〜６１０ＭＰａ）の鋼材を用いた。
そして、本願発明に基づく実施例として、溶接材料にＪＩＳＧ３２２１に規定されるＤ４３０−１６（引張強さ５２２ＭＰａ，０．２％耐力３１０ＭＰａ）を用いて、ルート間隔４ｍｍの片側開先で溶接した。
【００１７】
また、比較のために、比較例として、溶接材料にＪＩＳＧ３２１２に規定されるＤ５０１６（引張強さ５６０ＭＰａ，０．２％耐力４９０ＭＰａ）を用いてルートギャップ４ｍｍの片側開先で溶接した。すなわち、溶接材料以外は、実施例と同一の条件とした。
これら２種の試験体を用いて拘束溶接継手の溶接残留応力測定を行なった。その結果を図３に示す。
【００１８】
この試験は、図２に示すように、溶接継手の両側表裏にそれぞれ歪ゲージ５を貼付して溶接を行ない、溶接後の歪を計測することにより溶接により生じた応力を測定するものである。図３では、各部位に発生した応力値を幅で示している。
なお、比較例の試験体では、溶接後にピーニングを行なったもの、およびピーニングを行なった上に後熱処理を行なった３種類の試験体についてそれぞれ試験を行っている。上記後熱処理は、高炉休風中における高炉鉄皮の部分補修作業を想定して、片面からパネルヒータを用いて、６００℃で４時間保持することで行った。
【００１９】
図３から分かるように、比較例でピーニングや後熱処理を行なわなかったものでは高い溶接残留応力を示しているのに対し、本実施例ではピーニングや後熱処理を行なわなくとも、比較例におけるピーニングや後熱処理を行なったものと同等の溶接残留応力レベルに留まっている。
すなわち、本願発明に基づく部分補修における溶接作業では、溶接の前後でピーニングや後熱を施さなくても、溶接残留応力のレベルを低く抑えられることが分かる。
【００２０】
【発明の効果】
以上説明してきたように、本発明によれば、高炉休風中の高炉鉄皮の部分補修のような拘束度の高い溶接継手の溶接にフェライト系ステンレス溶接材料を適用することで、後熱処理、ピーニングといった処理を行なう必要がないため、溶接補修能率の低下を回避することができる。
【００２１】
また、補修部の残留応力を低減できることから、残留応力に起因する脆性破壊や疲労寿命の低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく実施形態に係る部分補修を説明するための図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る溶接継手部を説明する図１におけるＡ部分の図である。
【図３】実施例における各溶接継手と溶接残留応力との関係を説明する図である。
【符号の説明】
１    鉄皮
２    開口部
３    新規鉄皮
４    溶接金属
５    歪ゲージ
【図１】
0003627684.tif 000002
【図２】
0003627684.tif 000003
【図３】
0003627684.tif 000004