(57)【要約】  ガス漏れを防止できるとともに、炉体側と環状管側との熱変形の相違を吸収しつつ、羽口の先端位置を炉体の所定位置に維持することができる高炉の羽口部構造を提供する。高炉の羽口部構造（２０）は、鉄皮（２１）に固定されたブローパイプ（３１）と、ブローパイプ（３１）の先端に固定された羽口（３２）と、ブローパイプ（３１）とデューゼンストック（３３）とを接続するフレキシブルジョイント（３４）とを備える。羽口（３２）の周辺の鉄皮（２１）の内側には羽口部ステーブクーラー（２３）が設置され、このステーブクーラー（２３）が炉内面を形成している。
2013168784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄皮に固定されたブローパイプと、前記ブローパイプの先端に固定された羽口と、前記ブローパイプとデューゼンストックとを接続するフレキシブルジョイントとを備えたことを特徴とする高炉の羽口部構造。
【請求項２】
請求項１に記載の高炉の羽口部構造において、
前記羽口の周辺の前記鉄皮の内側にはステーブクーラーが設置されるとともに、前記ステーブクーラーが炉内面を形成することを特徴とする高炉の羽口部構造。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の高炉の羽口部構造において、
前記羽口の周辺の前記鉄皮には羽口用開口が形成され、前記ブローパイプの外周に形成されたフランジの全周が前記羽口用開口と接合されていることを特徴とする高炉の羽口部構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の羽口部構造に関し、特に羽口部周辺にもステーブクーラーが設置された高炉の羽口部として利用できる。
【背景技術】
【０００２】
従来、高炉には、炉体の所定高さ位置に多数の羽口が設置される。そして、炉体の周囲に配置された環状管から各羽口にブローパイプを接続し、このブローパイプから羽口へと熱風を供給し、各羽口から炉内へと熱風を吹き込んでいる（特許文献１参照）。【０００３】
図３に示すように、従来の高炉羽口部においては、炉内に高温空気を送り込む羽口８が大丸９で保持され、さらに大丸９は大丸保持金物１０で保持され、大丸保持金物１０は高炉外周の鉄皮１１に固定される。
大丸９を囲むように羽口部煉瓦５が配置される。羽口部煉瓦５は、大丸９を取り巻くように複数の煉瓦を組み合わせて形成される。高炉炉床部の炉底には炉底煉瓦が築造され、その上部の炉床壁部には炉床壁煉瓦７が築造される。羽口部煉瓦５は炉床壁煉瓦７の上に乗るような形で築造され、更に羽口部煉瓦５の上部には朝顔部煉瓦６が築造される。【０００４】
朝顔部煉瓦６と鉄皮１１との間および炉床壁煉瓦７と鉄皮１１との間にはステーブクーラー１が配置される。羽口部煉瓦５と鉄皮１１との間には羽口部用のステーブクーラー１ａが配置される。
ステーブクーラー１，１ａには、内部に複数の冷却水パイプが配置され、冷却水配管１５を経由して冷却水が供給される。冷却水配管を流れる冷却水によってステーブクーラー１，１ａが冷却され、炉内側からの熱を遮断して鉄皮１１を保護している。【０００５】
羽口部煉瓦５に囲まれた羽口８及び大丸９は、大丸保持金物１０を介して鉄皮１１に固定されている。鉄皮１１は、ステーブクーラーで冷却されることで低温に保たれているため熱膨張が少ないので、羽口８の位置はほとんど変化しない。一方、炉底煉瓦や炉床壁煉瓦７は炉内に溶銑や滓を貯留するために高温に加熱され、熱膨張する。この熱膨張によって、炉床壁煉瓦７の上に築造された羽口部煉瓦５が上方に押し上げられることとなる。このような構造では、羽口８及び大丸９が羽口部煉瓦５によって上方に変形する荷重を受けることとなる。
このため、大丸９の下部と羽口部煉瓦５との間に可縮性モルタル層１２を設け、炉床壁煉瓦７の熱膨張によって羽口部煉瓦５が上方に押し上げられた場合には、この可縮性モルタル層１２が収縮することにより、押し上げられた羽口部煉瓦５から大丸９に過大な荷重がかかるのを防止している。【０００６】
大丸保持金物１０、大丸９および羽口８の内部には、鉄皮１１の炉外側から、ブローパイプ１７が挿入される。ブローパイプ１７は、デューゼンストック１８を介して炉体の周囲に配置された環状管に接続され、環状管からの熱風がこれらを介して供給され、各羽口から炉内へと熱風を吹き込まれる。
ブローパイプ１７およびデューゼンストック１８は、環状管とともに炉体の周囲に設置された図示しない炉体櫓によって支持されている。ブローパイプ１７の先端は凸状球面とされ、羽口８内部のブローパイプ接続部分は凹部球面に形成され、これらにより球面ジョイントが構成されている。球面ジョイントを介して羽口８とブローパイプ１７とを接続することで、これらの間の気密性を維持しつつ、相互の変位を許容することができる。【０００７】
前述した図３の構成において、羽口８が大丸９および大丸保持金物１０を介して炉体つまり鉄皮１１に保持されるのは、高炉操業上、羽口８の先端位置（熱風の吹き込み位置）が炉体内部の所定位置に維持されることが必要だからである。
ブローパイプ１７ないし環状管と、羽口８を含む炉体とを、互いに独立した状態で支持しておき、これらを球面ジョイントにより接続するのは、高温となる炉体の熱歪に対して、環状管側が熱変形をさほど受けない炉体櫓により支持されており、両者の熱変形の挙動が異なるためである。
ステーブクーラー１，１ａの炉内側に保護用の煉瓦５，６，７が積まれるのは、主に火入れ初期の熱ショックの遮断および炉内の溶銑や滓からの損傷を防ぐためである。羽口部においては、羽口部煉瓦５およびステーブクーラー１ａの厚みを貫通するために、鉄皮１１から羽口８までの距離が長く、その分、ブローパイプ１７も長く形成されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−２２０６０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前述したようにブローパイプ１７と羽口８との接続に球面ジョイントを用いる場合、ブローパイプ１７先端を鉄皮１１の外側から羽口８へと挿入することで、球面ジョイントの接続が行われる。そして、接続された球面ジョイントにおいては、気密性を維持しつつ相互の変位を許容することができる。
しかし、球面ジョイントは、通気孔の周辺の球面によるメタルタッチで気密性を維持しているため、気密性が確保できるような球面を形成するために高精度な加工が必要となり、製造コストが上昇するという問題があるうえ、このようなメタルタッチを採用しても、高圧がかかった際にガス漏れが発生するという問題があった。
とくに、鉄皮１１から羽口８までの距離が長く、その分ブローパイプ１７も長く形成されていたため、ブローパイプ１７がカンチレバーの状態で支持されることになり、その先端位置が変動しやすく、羽口８の球面ジョイントに対する密着状態を適切に維持することが難しくなる可能性がある。【００１０】
さらに、羽口８は大丸９で支持されて炉内側面に配置される。従来、羽口８の設置にあたっては、円周方向に並ぶ全ての羽口８が炉中心方向に向けて一様に配列されるように、大丸９あるいは大丸保持金物１０には機械加工による調整が行われる。
しかし、羽口８およびこれを支持する大丸９は、保護用の煉瓦５で囲われており、ステーブクーラー１，１ａから離れている。このため、大丸９が熱変形を生じ、この熱変形により羽口８の炉内側面における位置あるいは姿勢がずれることがある。
このような炉内側面における羽口８の位置ずれが生じると、高炉操業上重要な炉内レースウェイの円周方向の均一性が乱れ、安定的な操業（還元反応、荷下がり）が得られなくなるという問題もあった。【００１１】
本発明の目的は、ガス漏れを防止できるとともに、炉体側と環状管側との熱変形の相違を吸収しつつ、羽口の先端位置を炉体の所定位置に維持することができる高炉の羽口部構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の高炉の羽口部構造は、鉄皮に固定されたブローパイプと、前記ブローパイプの先端に固定された羽口と、前記ブローパイプとデューゼンストックとを接続するフレキシブルジョイントとを備えたことを特徴とする。
このような本発明では、羽口をブローパイプの先端に固定することで、羽口とブローパイプとの間のメタルタッチを解消することができ、メタルタッチのために必要とされていた球面加工を解消して製造コストを低減できるとともに、メタルタッチに起因するガス漏れを防止することができる。
また、ブローパイプを鉄皮に固定することで、ブローパイプの先端に固定された羽口の鉄皮に対する位置、つまり炉体における羽口の先端位置を所定位置に維持することができる。
さらに、ブローパイプとデューゼンストックとの間にフレキシブルジョイントを介在させることで、炉体側の熱変形と環状管側の熱変形との相違を吸収することができる。
これらにより、ガス漏れを防止することができるとともに、炉体側と環状管側との熱変形の相違を吸収しつつ、羽口の先端位置を炉体の所定位置に維持することができる。【００１３】
本発明において、前記羽口の周辺の前記鉄皮の内側にはステーブクーラーが設置されるとともに、前記ステーブクーラーが炉内面を形成することが望ましい。
ブローパイプが固定される鉄皮と羽口との距離が大きいと、ブローパイプがカンチレバーとなって先端の羽口位置が変動する可能性がある。これに対し、本発明では、従来の羽口部煉瓦を省略し、ステーブクーラーを直接炉内面とすることで、ブローパイプの長さを最小限にすることができ、羽口位置の変動を抑制することができる。【００１４】
本発明において、前記羽口の周辺の前記鉄皮には羽口用開口が形成され、前記ブローパイプの外周に形成されたフランジの全周が前記羽口用開口と接合されていることが望ましい。
接合にあたっては、保守作業のための着脱を行うことを考慮して、フランジに所定間隔で配置されたボルトによる接合を用いることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態を示す断面図。
【図２】本発明の他の実施形態を示す断面図。
【図３】従来例を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態の羽口部構造２０は、鉄皮２１に固定されたブローパイプ３１と、ブローパイプ３１の先端に固定された羽口３２と、ブローパイプ３１とデューゼンストック３３とを接続するフレキシブルジョイント３４とを備えている。
フレキシブルジョイント３４としては、高炉内へ供給される高温で高圧の熱風が内部を通されることから、金属ベローズタイプのフレキシブルジョイントが用いられている。
【００１７】
ブローパイプ３１の先端には羽口取り付け用のフランジが形成され、羽口３２は同フランジにボルト等により固定されている。
ブローパイプ３１は、羽口３２とは反対側の端部にフランジを有し、このフランジにはフレキシブルジョイント３４が接続されている。フレキシブルジョイント３４は、ブローパイプ３１と反対側の端部にフランジを有し、このフランジにはデューゼンストック３３が接続されている。デューゼンストック３３は、フレキシブルジョイント３４と反対側の端部を図示しない環状管に接続されている。
【００１８】
これらのブローパイプ３１および羽口３２は、鉄皮２１部より支持されており、デューゼンストック３３、フレキシブルジョイント３４は、前述した図示しない環状管により支持されている。また、環状管から熱風を供給されることで、熱風はデューゼンストック３３、フレキシブルジョイント３４、ブローパイプ３１を経て羽口３２へと送られ、羽口３２から吹き出すことができる。
なお、ブローパイプ３１に対する羽口３２の向きおよび位置は、炉内に配置された際に適切な数値となるように予め調整等しておく。
【００１９】
鉄皮２１には羽口用開口２１１が形成され、ブローパイプ３１の外周にはフランジ３１１が形成されている。
ブローパイプ３１は、先端側（羽口３２側）を羽口用開口２１１から炉内（図中左側）に挿入され、フランジ３１１が羽口用開口２１１を塞いだ状態とされている。
フランジ３１１と羽口用開口２１１の周囲とは、所定間隔でボルト締めすること等により、気密状態で接合されている。
これらのフランジ３１１と羽口用開口２１１の周囲との接合により、ブローパイプ３１が鉄皮２１に固定されている。
【００２０】
鉄皮２１の内側には、炉底部ステーブクーラー２２、羽口部ステーブクーラー２３および朝顔部ステーブクーラー２４が設置される。
羽口部ステーブクーラー２３は、羽口挿通用の切欠部２３１を有する。羽口用開口２１１を通して鉄皮２１の内側に挿入されたブローパイプ３１および羽口３２は、この切欠部２３１に通され、羽口部ステーブクーラー２３で囲まれるように配置される。
【００２１】
炉底部ステーブクーラー２２の内側には、炉床壁煉瓦２５が築造される。
羽口部ステーブクーラー２３および朝顔部ステーブクーラー２４の内側には、耐火煉瓦（図３の羽口部煉瓦５など）は築造されていない。代わりに、羽口部ステーブクーラー２３および朝顔部ステーブクーラー２４の炉内側面には、耐火物ブロック２３２，２４２が嵌め込まれている。
このような羽口部ステーブクーラー２３を用いることで、本実施形態では、鉄皮２１から炉内側面までの厚みＴ１が、図中一点鎖線で示す従来の鉄皮１１から炉内側面までの厚みＴ２よりも薄くなっている。
そして、鉄皮２１から炉内側面までの厚みＴ１が薄くなることで、当該部分を貫通するブローパイプ３１ないし羽口３２がカンチレバー状態で支持されるレバー長さを短くでき、羽口３２の炉内側面における位置ずれを少なくすることができ、安定操業を行う上で有効である。
また、羽口部ステーブクーラー２３を用い、内側の耐火煉瓦（図３の羽口部煉瓦５など）を省略することで、同煉瓦の熱変形に伴う羽口３２への突き上げを抑制することができる。
【００２２】
なお、本実施形態における羽口部ステーブクーラー２３の表面は炉内側面であり、この炉内側面は高炉としての適切なプロフィールに沿って設定されるものである。このため、炉内側面である羽口部ステーブクーラー２３の表面は、従来の羽口部煉瓦５（図３参照）の表面と同じ位置に維持されている。本実施形態では、鉄皮２１の位置を、従来の鉄皮１１の位置よりも炉内側に移動させること、つまり炉体の羽口部を小径に絞ることで羽口部の厚みを減少させている。
【００２３】
鉄皮２１の内側には、炉底部ステーブクーラー２２、羽口部ステーブクーラー２３および朝顔部ステーブクーラー２４との隙間に耐火モルタル等の耐火物充填材２９が充填されている。
羽口挿通用の切欠部２３１および羽口用開口２１１の内側にはシール板２９１が設置され、鉄皮２１の内側に充填される耐火物充填材２９はシール板２９１で遮断され、切欠部２３１および羽口用開口２１１とブローパイプ３１との間には充填されず、この部分は空間のまま維持される。
一方、切欠部２３１と羽口３２との間には、セラミックウールなどの伸縮性の耐火材２９２に挟み込まれている。
【００２４】
このような本実施形態においては、以下の手順で組み立てを行う。
先ず、鉄皮２１により炉体外郭を構築し、その内側に炉底部ステーブクーラー２２および炉床壁煉瓦２５を構築し、その上に羽口部ステーブクーラー２３および朝顔部ステーブクーラー２４を構築してゆく。
この際、羽口部ステーブクーラー２３の切欠部２３１の内側には耐火材２９２を張っておくとともに、切欠部２３１および羽口用開口２１１の内側にシール板２９１を設置しておく。
次に、デューゼンストック３３、フレキシブルジョイント３４、ブローパイプ３１および羽口３２を炉外で組み立てておき、組み立てられたデューゼンストック３３ないし羽口３２を羽口用開口２１１の直前に配置し、羽口３２ないしブローパイプ３１を炉内へ導入する。
これにより、耐火材２９２が切欠部２３１と羽口３２との間に挟み込まれるとともに、羽口３２ないしブローパイプ３１が羽口部ステーブクーラー２３の羽口挿通用の切欠部２３１内に配置され、羽口３２は羽口部ステーブクーラー２３から炉内に突出した状態とされる。
この状態で、ブローパイプ３１のフランジ３１１を、羽口用開口２１１の周囲に固定する。
これらの処置ができたら、鉄皮２１の内側に耐火物充填材２９を充填する。
以上により、羽口部構造が完成する。
【００２５】
なお、鉄皮２１の内側に充填された耐火物充填材２９は、切欠部２３１および羽口用開口２１１の内側のシール板２９１で遮断されるため、ブローパイプ３１の周囲には充填されず、空間のまま残される。
この空間の確保により、操業中に羽口が損耗した場合、熱風を停止したのちフレキシブルジョイント３４を取り外し、続いてブローパイプ３１と羽口３２とを鉄皮３１の外まで引き出し、羽口３２を容易に交換することができる。
なお、シール板２９１としては、例えば金属製の板材や、耐熱ゴム等のエラストマ材料を板状にしたものが利用できる。
【００２６】
このような本実施形態によれば、以下のような効果がある。
羽口３２をブローパイプ３１の先端に固定することで、羽口３２とブローパイプ３１との間に従来用いられていたメタルタッチを解消することができ、メタルタッチのために必要とされていた球面加工を解消して製造コストを低減できるとともに、メタルタッチに起因するガス漏れを防止することができる。
また、ブローパイプ３１を鉄皮２１に固定することで、ブローパイプ３１の先端に固定された羽口３２の鉄皮２１に対する位置、つまり炉体における羽口３２の先端位置を所定位置に維持することができる。
さらに、ブローパイプ３１とデューゼンストック３３との間にフレキシブルジョイント３４を介在させることで、炉体側の熱変形と環状管側の熱変形との相違を吸収することができる。
これらにより、ガス漏れを防止することができるとともに、炉体側と環状管側との熱変形の相違を吸収しつつ、羽口３２の先端位置を炉体の所定位置に維持することができる。
【００２７】
羽口３２の周辺の鉄皮２１の内側には羽口部ステーブクーラー２３が設置されるとともに、羽口部ステーブクーラー２３が炉内面を形成する構成としたため、従来の羽口部煉瓦を省略し、その厚み分だけ炉体厚みを小さくすることができ、ブローパイプ３１が固定される鉄皮２１から羽口３２までの距離を短くすることができる。
ブローパイプ３１が固定される鉄皮２１と羽口３２との距離が大きいと、ブローパイプ３１がカンチレバーとなって羽口３２の位置が変動する可能性がある。これに対し、本実施形態では、従来の羽口部煉瓦５（図３参照）を省略し、羽口部ステーブクーラー２３を直接炉内面とすることで、ブローパイプ３１の長さを最小限にすることができ、羽口３２の位置の変動を抑制することができる。
【００２８】
羽口３２の周辺の鉄皮２１には羽口用開口２１１が形成され、ブローパイプ３１の外周に形成されたフランジ３１１の全周が羽口用開口２１１と接合される構成とすることで、ブローパイプ３１を所定の姿勢で鉄皮２１に固定できるとともに、羽口用開口２１１からのガス漏れも防止することができる。
フランジ３１１と羽口用開口２１１との接合にあたっては、フランジ３１１に所定間隔で配置されたボルトによる接合を用いたため、保守作業のための着脱を容易に行うことができる。
【００２９】
なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない範囲での変形等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記実施形態では、ブローパイプ３１および羽口３２が鉄皮２１に対してほぼ直交方向に配置されているが、実際には羽口３２を炉底側に向けて下向きに傾斜させることが多い。このために、ブローパイプ３１に対して羽口３２を傾斜させて取り付けてもよく、あるいはブローパイプ３１自体が鉄皮２１に対して傾斜して固定されるように構成してもよい。
【００３０】
例えば、図２に示す本発明の他の実施形態では、ブローパイプ３１の先端が炉底側へと屈曲されており、同先端に接続された羽口３２は炉底側へ向けて傾斜して設置されている。このような傾斜した羽口３２を挿通するために、羽口部ステーブクーラー２３に形成された切欠部２３１も傾斜して形成されている。なお、図２の実施形態において、その他の構成は前述した図１の実施形態と同様である。
【００３１】
羽口部ステーブクーラー２３および朝顔部ステーブクーラー２４において、各々の表面を炉内側面として用いるために、各々の表面の保護用の耐火物ブロック２３２，２４２を設置したが、これらの耐火物ブロック２３２，２４２は各ステーブクーラー２３，２４の表面に簡潔的に配置されるものに限らず、連続的に敷き詰められるものであってもよい。また、各ステーブクーラー２３，２４の表面に耐火物コーティング等で保護層を形成することで十分な保護性能が得られれば、耐火物ブロック２３２，２４２は省略してもよい。
その他、本実施形態の細部形状や材質寸法などは、実施にあたって適宜変更しうるものである。
【符号の説明】
【００３２】
２０…羽口部構造
２１…鉄皮
２１１…羽口用開口
２２…炉底部ステーブクーラー
２３…羽口部ステーブクーラー
２３１…切欠部
２３２…耐火物ブロック
２４…朝顔部ステーブクーラー
２５…炉床壁煉瓦
２９…耐火物充填材
２９１…シール板
２９２…耐火材
３１…ブローパイプ
３１１…フランジ
３２…羽口
３３…デューゼンストック
３４…フレキシブルジョイント
【図１】
2013168784.tif 000003
【図２】
2013168784.tif 000004
【図３】
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【国際調査報告】
2013168784.tif 000006
2013168784.tif 000007
2013168784.tif 000008
2013168784.tif 000009