(57)【要約】【課題】縮継手を不要とし、伸縮継手に係る諸問題を回避することが可能な高炉の熱風炉の熱風支管構築方法を提供する。【解決手段】熱風炉本体１と熱風支管垂直部５との熱風炉乾燥昇温時の熱膨張差δに対し、熱風支管垂直部５の熱風炉本体１への連結箇所の高さを、熱風炉本体１の熱風支管垂直部５への連結箇所の高さより、熱膨張差吸収代σ＝０．２δ〜δ分高くして初期据付する。熱風支管垂直部５をジャッキ９で下降し、熱風支管垂直部５と熱風炉本体１との連結箇所を同じ高さにして熱風支管上部水平部６で連結した後、熱風炉乾燥昇温中の熱風炉本体１及び熱風支管垂直部５の熱膨張に応じて熱風支管垂直部５の高さを調整する。熱風炉乾燥昇温後は、熱風支管垂直部５の高さを調整して熱膨張差δと熱膨張差吸収代σとの実熱膨張差δ−σを熱風支管上部水平部６と熱風支管下部水平部４とで等分又はほぼ等分にする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱風炉本体と高炉の環状管に接続される熱風本管との間に介装される熱風支管にあって、熱風炉本体と熱風支管垂直部との熱風炉乾燥昇温時の熱膨張差δに対し、熱風支管垂直部の熱風炉本体への連結箇所の高さを、熱風炉本体の熱風支管垂直部への連結箇所の高さより、熱膨張差吸収代σ＝０．２δ〜δ分、高くして熱風支管垂直部を初期据付することを特徴とする高炉の熱風炉の熱風支管構築方法。
【請求項２】
前記熱風支管垂直部を高さ調整可能な支承で支持し、前記熱風支管垂直部の初期据付後、前記熱風支管垂直部を下降することで当該熱風支管垂直部と熱風炉本体との連結箇所を同じ高さにして当該熱風支管垂直部と熱風炉本体とを熱風支管上部水平部で連結した後、熱風炉乾燥昇温中の熱風炉本体及び熱風支管垂直部の熱膨張に応じて前記熱風支管垂直部の高さを調整することを特徴とする請求項１に記載の高炉の熱風炉の熱風支管構築方法。
【請求項３】
熱風炉乾燥昇温後、前記熱風支管垂直部の高さを調整して前記熱膨張差δと熱膨張差吸収代σとの実熱膨張差δ−σを熱風支管上部水平部と熱風支管下部水平部とで等分又はほぼ等分にすることを特徴とする請求項２に記載の高炉の熱風炉の熱風支管構築方法。
【請求項４】
前記熱風支管垂直部と熱風炉本体とを熱風支管上部水平部で連結した後、前記熱風支管垂直部を上昇して熱風支管下部水平部を水平にした状態で当該熱風支管下部水平部内にレンガを積み、次いで前記熱風支管垂直部を下降して前記熱風支管上部水平部を水平にした状態で当該熱風支管上部水平部内にレンガを積むことを特徴とする請求項２に記載の高炉の熱風炉の熱風支管構築方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の熱風炉における熱風支管に関し、特に熱風炉本体と高炉の環状管に接続される熱風本管とを連結する熱風支管部分に好適なものである。
【背景技術】
【０００２】
高炉の付帯設備である熱風炉は、羽口からの送風を加熱昇温するためのものであり、小型の内燃式熱風炉と大型の外燃式熱風炉に大別される。外燃式熱風炉は、蓄熱室と燃焼室が分離していて、上部のドーム同士が連結されている。この連結構造は、従来、ベローと呼ばれる蛇腹構造からなる伸縮継手を介装し、蓄熱室及び燃焼室に生じる熱変位の差或いは連結構造自体に生じる熱変位そのものを吸収するようにしている。なお、伸縮継手の使用部には、所謂反力をとるためのテンションビームが一般的に用いられる。また、熱風炉の外殻を構成する鉄皮を熱風の高温から保護するためには、鉄皮の内側にレンガを積む必要がある。このレンガ積みは、熱風炉内のみならず、熱風が通過する全ての部位に積む必要がある。
【０００３】
しかしながら、蛇腹構造からなる伸縮継手では、レンガ積みが非常に複雑で困難である。また、伸縮が生じる箇所では、その伸縮を吸収するように、レンガ同士に隙間を空けて積む必要があり、長年にわたって伸縮を繰り返す伸縮継手部位では、レンガが摩耗、脱落し、鉄皮が赤熱するという問題が生じる。また、伸縮継手の蛇腹部自体も応力腐食割れによって破損するという問題もある。
【０００４】
そこで、本出願人は、先に下記特許文献１に記載されるように、伸縮継手を用いることなく蓄熱室と燃焼室を連結することが可能な外燃式熱風炉の連結構造を提案した。この連結構造は、蓄熱室のドームと燃焼室のドームを連結管で連結する場合、連結管の管径ＲＤと蓄熱室のドーム径ＴＤの比ＲＤ／ＴＤを０．２４以上０．６０以下とし、連結管の管径ＲＤと燃焼室のドーム径ＮＤの比ＲＤ／ＴＤを０．４４以上０．６０以下とすることにより、炉内ガスの偏流を防止し且つ連結管付け根ナックル部の局所的な応力を抑制して、伸縮継手なしに蓄熱室と燃焼室を連結することを可能とした。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１１３１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、熱風炉では、燃焼室（蓄熱室一体のものを含む）と熱風本管との連結部、所謂熱風支管もあり、この熱風支管も、熱変位の差や熱変位そのものを吸収するために伸縮継手を用いており、伸縮継手の使用箇所には、所謂反力をとるためのテンションビームを用いていることから、前述と同様に、構造が複雑になったり、鉄皮が赤熱したり、伸縮継手そのものが破損したりするという問題がある。
本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、伸縮継手を不要とし、伸縮継手に係る諸問題を回避することが可能な高炉の熱風炉の熱風支管構築方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の高炉の熱風炉の熱風支管構築方法は、熱風炉本体と高炉の環状管に接続される熱風本管との間に介装される熱風支管にあって、熱風炉本体と熱風支管垂直部との熱風炉乾燥昇温時の熱膨張差δに対し、熱風支管垂直部の熱風炉本体への連結箇所の高さを、熱風炉本体の熱風支管垂直部への連結箇所の高さより、熱膨張差吸収代σ＝０．２δ〜δ分、高くして熱風支管垂直部を初期据付することを特徴とするものである。
【０００８】
また、前記熱風支管垂直部を高さ調整可能な支承で支持し、前記熱風支管垂直部の初期据付後、前記熱風支管垂直部を下降することで当該熱風支管垂直部と熱風炉本体との連結箇所を同じ高さにして当該熱風支管垂直部と熱風炉本体とを熱風支管上部水平部で連結した後、熱風炉乾燥昇温中の熱風炉本体及び熱風支管垂直部の熱膨張に応じて前記熱風支管垂直部の高さを調整することを特徴とするものである。
【０００９】
また、熱風炉乾燥昇温後、前記熱風支管垂直部の高さを調整して前記熱膨張差δと熱膨張差吸収代σとの実熱膨張差δ−σを熱風支管上部水平部と熱風支管下部水平部とで等分又はほぼ等分にすることを特徴とするものである。
また、前記熱風支管垂直部と熱風炉本体とを熱風支管上部水平部で連結した後、前記熱風支管垂直部を上昇して熱風支管下部水平部を水平にした状態で当該熱風支管下部水平部内にレンガを積み、次いで前記熱風支管垂直部を下降して前記熱風支管上部水平部を水平にした状態で当該熱風支管上部水平部内にレンガを積むことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
而して、本発明の高炉の熱風炉の熱風支管構築方法によれば、熱風炉本体と熱風支管垂直部との熱風炉乾燥昇温時の熱膨張差δに対し、熱風支管垂直部の熱風炉本体への連結箇所の高さを、熱風炉本体の熱風支管垂直部への連結箇所の高さより、熱膨張差吸収代σ＝０．２δ〜δ分、高くして熱風支管垂直部を初期据付することとしたため、熱風炉の乾燥昇温後には熱風支管垂直部と熱風炉本体との連結箇所に生じる実熱膨張差はδ−σとなり、熱変位の差や熱変位自体を吸収することによって、両者の連結部位に伸縮継手が不要となり、伸縮継手に係る諸問題を回避することが可能となる。
【００１１】
また、熱風支管垂直部を高さ調整可能な支承で支持し、熱風支管垂直部の初期据付後、熱風支管垂直部を下降することで当該熱風支管垂直部と熱風炉本体との連結箇所を同じ高さにして当該熱風支管垂直部と熱風炉本体とを熱風支管上部水平部で連結した後、熱風炉乾燥昇温中の熱風炉本体及び熱風支管垂直部の熱膨張に応じて熱風支管垂直部の高さを調整することにより、熱風炉乾燥昇温中に発生する熱膨張差を、例えば熱風支管の上部水平部及び下部水平部で分担することができ、これにより熱変位の差や熱変位自体を吸収することができる。
【００１２】
また、熱風炉乾燥昇温後、熱風支管垂直部の高さを調整して熱膨張差δと熱膨張差吸収代σとの実熱膨張差δ−σを熱風支管上部水平部と熱風支管下部水平部とで等分又はほぼ等分にすることにより、熱変位の差や熱変位自体を可及的に吸収することができる。
また、熱風支管垂直部と熱風炉本体とを熱風支管上部水平部で連結した後、熱風支管垂直部を上昇して熱風支管下部水平部を水平にした状態で当該熱風支管下部水平部内にレンガを積み、次いで熱風支管垂直部を下降して熱風支管上部水平部を水平にした状態で当該熱風支管上部水平部内にレンガを積むことにより、熱風支管上部水平部内及び下部水平部内のレンガ積みが容易になり、レンガの摩耗や脱落、鉄皮の赤熱などの諸問題を抑制防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の高炉の熱風炉の熱風支管構築方法の一実施形態を示す第１工程図である。
【図２】図１の熱風支管構築方法の第２工程図である。
【図３】図１の熱風支管構築方法の第３工程図である。
【図４】図１の熱風支管構築方法の第４工程図である。
【図５】図１の熱風支管構築方法の第５工程図である。
【図６】図１の熱風支管構築方法の第６工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
次に、本発明の高炉の熱風炉の熱風支管構築方法の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１〜図６は、本実施形態の熱風炉の熱風支管構築方法の全工程図である。本実施形態の熱風炉は、所謂燃焼室と蓄熱室とが一体になった頂燃式熱風炉である。図中の符号１は熱風炉本体である。また、図中の符号２は、高炉の環状管に接続される熱風本管である。熱風支管３とは、前記熱風炉本体１から熱風本管２までの連結管構造をいう。なお、熱風炉本体１、熱風支管３、熱風本管２とも、外殻は所謂鉄皮で覆われているが、内部には鉄皮を保護するためのレンガを積む必要がある。レンガは、熱膨張や熱収縮を吸収できるような特別な積み方で積む必要である。また、本発明の熱風支管構築方法は、従来の外燃式熱風炉にも適用可能であり、その場合には熱風炉の燃焼室と熱風本管との間に配設される熱風支管が対象となり、後述する熱膨張差は燃焼室が対象となる。
【００１５】
図１は、熱風支管３のうち、熱風支管下部水平部４、熱風支管垂直部５の初期据付状態を示す第１工程図である。熱風支管下部水平部４は、サポート７に支持されて熱風本管２に連結されている。熱風支管垂直部５は、架台８上のジャッキ（支承）９に支持されて、下端部が熱風支管下部水平部４に連結されている。ジャッキ９は、熱風支管垂直部５の高さを調整するためのものである。このとき、熱風支管下部水平部４は水平である。そして、熱風炉本体１の熱風支管垂直部５への連結箇所の高さに対し、熱風支管垂直部５の熱風炉本体１への連結箇所の高さが、熱膨張差吸収代σ分だけ高くなるように初期据付する。この熱膨張差吸収代σは、熱風炉本体１と熱風支管垂直部５の熱膨張差δの０．２〜１．０倍に設定されている。
【００１６】
熱風炉本体１も熱風支管垂直部５も、構築時には勿論常温であるが、後述する乾燥昇温時には、内部のレンガの作用によって、約１００℃まで昇温する（熱風の温度は更に高い）。図から明らかなように、熱風炉本体１の方が、熱風支管垂直部５に対し、高さ方向の長さが長い（高さが高い）。そのため、乾燥昇温時の高さ方向への熱膨張量は、熱風炉本体１の方が熱風支管垂直部５のそれより大きい。この熱膨張量の高さ方向への差を熱膨張差δとする。従って、熱風炉本体１の熱風支管垂直部５への連結箇所の高さに対し、熱風支管垂直部５の熱風炉本体１への連結箇所の高さを、熱膨張差吸収代σ分だけ高く初期据付し、両者を連結した後、乾燥昇温すれば、熱膨張差δは実熱膨張差δ−σになる。
【００１７】
図１の状態で、熱風炉本体１と熱風支管垂直部５を熱風支管上部水平部６で接続しても、乾燥昇温後の熱風支管垂直部５と熱風炉本体１との熱膨張差δは実熱膨張差δ−σになる。しかしながら、それでは、構築時、熱風支管上部水平部６は熱風炉本体１側が下がった状態で連結され、そこから、乾燥昇温時に、熱風炉本体１側が上昇してゆく（図６参照）ので、熱風支管上部水平部６の内部応力が大きくなってしまう。そこで、本実施形態では、図２に示すように、ジャッキ９で熱風支管垂直部５を前記熱膨張差吸収代σ分だけ下げ、熱風支管垂直部５と熱風炉本体１との連結箇所を同じ高さにしてから、両者を熱風支管上部水平部６により水平状態で連結する。例えば、この状態からであれば、例えば図６の状態まで熱風支管上部水平部６の熱風炉本体１側が上昇しても内部応力はさほど大きくならない。
【００１８】
図２の状態は、熱風炉として未完成である。なぜなら、例えば熱風支管下部水平部４や熱風支管上部水平部６内にレンガが積まれていないからである。一般的には、強度面や作業性から、先に熱風支管下部水平部４内にレンガを積み、後から熱風支管上部水平部５内にレンガを積む。そこで、本実施形態では、図３に示すように、ジャッキ９で熱風支管垂直部５を前記熱膨張差吸収代σ分だけ再び上げ、熱風支管下部水平部４を水平状態とし、その状態で当該熱風支管下部水平部４内にレンガを積む。この熱風支管下部水平部４内のレンガ積みが終了したら、図４に示すように、ジャッキ９で熱風支管垂直部５を前記熱膨張差吸収代σ分だけ再び下げ、熱風支管上部水平部６を水平状態とし、その状態で当該熱風支管上部水平部６内にレンガを積む。
【００１９】
この状態で、熱風炉そのものの構築は完了する。このとき、熱風支管上部水平部６は前記図２の状態と同じく水平状態であり、内部応力はゼロ又はほぼゼロである。従って、この状態から、熱風炉の乾燥昇温に移行する。前述したように、熱風炉本体１も熱風支管垂直部５も熱膨張によって高さ方向に長くなる。このとき、図５に示すように、熱風炉本体１は下端部が接地しているので上方に長くなるだけであるが、熱風支管垂直部５は上方だけでなく、ジャッキ９の支持部を支点として下方にも長くなる。この熱膨張、或いは熱変形の状態に合わせて、ジャッキ９により熱風支管垂直部５の高さを調整して、熱風支管下部水平部４及び熱風支管上部水平部６の内部応力が大きくなりすぎないようにする。
【００２０】
乾燥昇温後は、ジャッキ９によって熱風支管垂直部５の高さを調整して、図６に示すように、熱風支管下部水平部４の熱風本管２側と熱風支管垂直部５側の高さの差が前記実熱膨張差の半分（δ−σ）／２、熱風支管上部水平部６の熱風炉本体１側と熱風支管垂直部５側の高さの差が前記実熱膨張差の半分（δ−σ）／２となるようにする、即ち実熱膨張差δ−σを熱風支管上部水平部６と熱風支管下部水平部４とで等分又はほぼ等分にすることで、熱変位の差或いは熱変位そのものを可及的に吸収することができ、熱風支管上部水平部６の内部応力と、熱風支管下部水平部４の内部応力とを同時に最小とすることができる。
【００２１】
本発明者は、前述の熱風支管構築方法に加えて、熱風支管を構成する垂直部及び水平部の長さを、それらの管径の３倍以上とし、乾燥昇温時に発生する熱変位の差や熱変位自体を管の弾性変形で吸収することにより、伸縮継手を用いない熱風支管構造を開発している。熱風支管を構成する垂直部及び水平部の長さを、それらの管径の３倍以上とした場合、５０００ｍ３の高炉の熱風炉で内圧と熱膨張を加えたときの有限要素法による解析結果で、例えば熱風支管上部水平部６と熱風支管垂直部５との連結部に発生する最も大きな応力を２１０Ｎ／ｍｍ２と疲労耐久応力の許容内に抑制することができるようになった。しかしながら、本実施形態の熱風支管構築方法を併用すれば、熱風支管上部水平部６と熱風支管垂直部５との連結部に発生する応力を１４０Ｎ／ｍｍ２まで小さくすることができ、伸縮継手を用いることなく、熱風支管３に発生する内部応力を大幅に低減することができる。
【００２２】
このように、本実施形態の高炉の熱風炉の熱風支管構築方法では、熱風炉本体１と熱風支管垂直部５との熱風炉乾燥昇温時の熱膨張差δに対し、熱風支管垂直部５の熱風炉本体１への連結箇所の高さを、熱風炉本体１の熱風支管垂直部５への連結箇所の高さより、熱膨張差吸収代σ＝０．２δ〜δ分、高くして熱風支管垂直部５を初期据付することにより、熱風炉の乾燥昇温後には熱風支管垂直部５と熱風炉本体１との連結箇所に生じる実熱膨張差はδ−σとなり、熱変位の差や熱変位自体を吸収することによって、両者の連結部位に伸縮継手が不要となり、伸縮継手に係る諸問題を回避することが可能となる。
【００２３】
また、熱風支管垂直部５をジャッキ９で支持し、熱風支管垂直部５の初期据付後、熱風支管垂直部５を下降することで当該熱風支管垂直部５と熱風炉本体１との連結箇所を同じ高さにして当該熱風支管垂直部５と熱風炉本体１とを熱風支管上部水平部６で連結した後、熱風炉乾燥昇温中の熱風炉本体１及び熱風支管垂直部５の熱膨張に応じて熱風支管垂直部５の高さを調整することにより、熱風炉乾燥昇温中に発生する熱膨張差を、熱風支管上部水平部６及び下部水平部４で分担することができ、これにより熱変位の差や熱変位自体を吸収することができる。
【００２４】
また、熱風炉乾燥昇温後、熱風支管垂直部５の高さを調整して熱膨張差δと熱膨張差吸収代σとの実熱膨張差δ−σを熱風支管上部水平部６と熱風支管下部水平部４とで等分又はほぼ等分にすることにより、熱変位の差や熱変位自体を可及的に吸収することができる。
また、熱風支管垂直部５と熱風炉本体１とを熱風支管上部水平部６で連結した後、熱風支管垂直部５を上昇して熱風支管下部水平部４を水平にした状態で当該熱風支管下部水平部４内にレンガを積み、次いで熱風支管垂直部５を下降して熱風支管上部水平部６を水平にした状態で当該熱風支管上部水平部６内にレンガを積むことにより、熱風支管上部水平部６内及び下部水平部４内のレンガ積みが容易になり、レンガの摩耗や脱落、鉄皮の赤熱などの諸問題を抑制防止することができる。
【符号の説明】
【００２５】
１は熱風炉本体、２は熱風本管、３は熱風支管、４は熱風支管下部水平部、５は熱風支管垂直部、６は熱風支管上部水平部、７はサポート、８は架台、９はジャッキ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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