(57)【要約】【課題】ベルとベルカップで形成される空間に製銑原料を保持し、適宜ベルを下降させて前記製銑原料を下方に落下させる高炉炉頂装入装置のベルにおいて、ベルカップと接触するシート面の摩耗を抑制し、長期間にわたって良好な気密性を発揮することができる高炉ベルを提供する。【解決手段】ベル１の上部の傾斜面２と下部の傾斜面３との間に適切な高さの段差部５が設けられており、これによって、傾斜面２を滑り落ちた大部分の製銑原料３０が段差部５からジャンプしてシート面４を飛び越えて落下する。【選択図】            図１
2004197206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベルとベルカップで形成される空間に製銑原料を保持し、適宜ベルを下降させて前記製銑原料を下方に落下させる高炉炉頂装入装置のベルにおいて、ベル下部の外表面に設けられているシート面より上方に位置するベル傾斜面に段差部を設け、該段差部より上方のベル傾斜面に沿って下方に落下する製銑原料の内、設定した所定保持高さ位置より上方に保持されていた製銑原料が前記シート面を飛び越えて落下するようにしたことを特徴とする高炉ベル。
【請求項２】
段差部が以下の式を満足することを特徴とする請求項1記載の高炉ベル。
ｈ≧Ｘ（tanθ1−tanθ2）＋（０．３５／Ｌ1）Ｘ2／cos2θ1
ここで、
ｈ  ：段差部の高さ
θ1 ：段差部より上方のベル傾斜角
θ2 ：段差部より下方のベル傾斜角
Ｘ  ：段差部の上端とシート面の下端との水平方向距離
Ｌ1：段差部の上端から所定保持高さ位置までの高さ方向距離の設定上限値
【請求項３】
段差部が以下の式を満足することを特徴とする請求項1記載の高炉ベル。
ｈ≧Ｘ（tanθ1−tanθ2）＋（０．３５／Ｌ1）Ｘ2／cos2θ1
ｈ≦Ｘ（tanθ1−tanθ2）＋（０．３５／Ｌ2）Ｘ2／cos2θ1
ここで、
ｈ  ：段差部の高さ
θ1 ：段差部より上方のベル傾斜角
θ2 ：段差部より下方のベル傾斜角
Ｘ  ：段差部の上端とシート面の下端との水平方向距離
Ｌ1：段差部の上端から所定保持高さ位置までの高さ方向距離の設定上限値
Ｌ2：段差部の上端から所定保持高さ位置までの高さ方向距離の設定下限値
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉の炉頂装入装置として使用される高炉ベルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉においては、炉頂中央部に、図３（ａ）に示すように、鉄鉱石やコークスなどの硬い塊あるいは粒状の製銑原料３０を受け入れて保持し、適宜下方に落下投入するための椀状のベル１１とベルカップ２１からなる装置が設けられている。
【０００３】
そして、ベル１１下部の外表面で、ベルカップ２１に取り付けられているシートパッキング２２と当接する面がシート面１４と呼ばれる部分であり、このシート面１４とシートパッキング２２とが当接することにより気密機能を有している。このようなベル１１とベルカップ２１を上下方向に複数組配置し、これらによって気密室を形成し、製銑原料３０を各気密室間で授受することによって、高炉ガスの漏洩を最小限とする構造となっている。
【０００４】
図３（ｂ）は、図３（ａ）に示した従来のベル１１とベルカップ２１によって製銑原料３０を下方に落下投入する際の状態を示す図である。
【０００５】
椀状のベル１１が下方に動き、ベル１１とベルカップ２１によって形成される空間に保持されていた鉄鉱石やコークスなどの硬い塊あるいは粒状の製銑原料３０は、ベル１１の外表面の傾斜面１２を滑り落ち、ベル１１とベルカップ２１の間隙から落下する。製銑原料３０の投入が完了すると、ベル１１は上方に動き、ベル１１のシート面１４とシートパッキング２２が接触し、再度気密室を構成し、この状態で製銑原料３０が蓄積される。
【０００６】
しかし、上記のようにして製銑原料３０を投入するに際しては、硬い製銑原料がベル１１の外表面の傾斜面１２を滑り落ちることによって、ベル１１の外表面が摩耗、損傷するという問題がある。特に、ベルカップ２１のシートパッキング２２と接するシート面１４が摩耗すると、気密性が低下し、ベル１１の交換が必要となる。そのため、ベル１１には従来から高クロム鋳鉄などの耐摩耗性を有する材質が適用されている。
【０００７】
しかし、いくら高クロム鋳鉄を用いても、使用時間とともにシート面１４上方の外表面の摩耗は進行していく。その状況を図４に示す。図４（ａ）は、ベル１１の外表面の傾斜面１２における摩耗状態を模式的に示した図であり、シート面１４上方の外表面の一部に摩耗個所１６が発生している。そして、図４（ｂ）は、その摩耗の進行状況を表すために、傾斜面１２の下端部１２ａから摩耗個所１６の下端部までの距離Ａの経時変化を示したものであり、使用開始から６５０日（約２年）経つと、シート面１４の上端位置Ｓまで摩耗が進行したことを表している。
【０００８】
このように、摩耗がシート面１４まで達してシート面１４の摩耗が顕著になると、シート性能が低下し、気密性が保てなくなることから、交換を余儀なくされ、時には高炉を休風して交換する必要も生じる。ベルの交換作業には、１０時間以上を必要とすることから、高炉の効率的操業を阻害する大きな要因となっている。
【０００９】
上記のように、高クロム鋳鉄を用いても、シート面の部分的摩耗減損を長期間にわたって抑制することは困難であることから、ベルのシート面が部分的に摩耗した場合も、補修によって再度肉盛溶接を行い、再使用する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００-８１０７号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記の特許文献１に開示された方法では、硬い製銑原料の落下時の接触による摩耗の進行そのものを充分に抑制することはできず、一定期間毎のベルの肉盛溶接補修は不可避である。また、高硬度の溶接では表面割れが生じるためリークが問題となる。
【００１２】
本発明は、ベルとベルカップで形成される空間に製銑原料を保持し、適宜ベルを下降させて前記製銑原料を下方に落下させる高炉炉頂装入装置のベルにおいて、ベルカップと接触するシート面の摩耗を抑制し、長期間にわたって良好な気密性を発揮することができる高炉ベルを提供することを目的とするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、本発明は下記の特徴を有する。
【００１４】
［１］ベルとベルカップで形成される空間に製銑原料を保持し、適宜ベルを下降させて前記製銑原料を下方に落下させる高炉炉頂装入装置のベルにおいて、ベル下部の外表面に設けられているシート面より上方に位置するベル傾斜面に段差部を設け、該段差部より上方のベル傾斜面に沿って下方に落下する製銑原料の内、設定した所定保持高さ位置より上方に保持されていた製銑原料が前記シート面を飛び越えて落下するようにしたことを特徴とする高炉ベル。
【００１５】
［２］段差部が以下の式を満足することを特徴とする前記［１］記載の高炉ベル。
【００１６】
ｈ≧Ｘ（tanθ1−tanθ2）＋（０．３５／Ｌ1）Ｘ2／cos2θ1
ここで、
ｈ  ：段差部の高さ
θ1 ：段差部より上方のベル傾斜角
θ2 ：段差部より下方のベル傾斜角
Ｘ  ：段差部の上端とシート面の下端との水平方向距離
Ｌ1：段差部の上端から所定保持高さ位置までの高さ方向距離の設定上限値
［３］段差部が以下の式を満足することを特徴とする前記［１］記載の高炉ベル。
【００１７】
ｈ≧Ｘ（tanθ1−tanθ2）＋（０．３５／Ｌ1）Ｘ2／cos2θ1
ｈ≦Ｘ（tanθ1−tanθ2）＋（０．３５／Ｌ2）Ｘ2／cos2θ1
ここで、
ｈ  ：段差部の高さ
θ1 ：段差部より上方のベル傾斜角
θ2 ：段差部より下方のベル傾斜角
Ｘ  ：段差部の上端とシート面の下端との水平方向距離
Ｌ1：段差部の上端から所定保持高さ位置までの高さ方向距離の設定上限値
Ｌ2：段差部の上端から所定保持高さ位置までの高さ方向距離の設定下限値
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明は、製銑原料投入時に、硬い鉄鉱石、コークスなどの塊または粒状の製銑原料がベル外表面の傾斜面を滑り落ち、ベル外表面の摩耗減損を進行させることから、このベル外表面と製銑原料との動的接触があるかぎり、摩耗の飛躍的な抑制は困難との認識に基づき、最も摩耗減損を防止すべきベル下部のシート面に、できる限り原料が接触することなく投入するため、シート面より上方に位置するベル外表面に段差部を設け、製銑原料投入時に製銑原料の大半がシート面に接しないで、つまりシート面を飛び越えて落下するようにしたものである。
【００１９】
本発明の一実施形態を図１に示す。図１において、１が本発明の一実施形態に係る高炉ベルであり、ベル上部の傾斜面２とベル下部の傾斜面３との間に段差部５が設けられている。ベル下部の傾斜面３に設けられたシート面４と、ベルカップ２１に取り付けられているシートパッキング２２が当接することにより気密性を確保している。
【００２０】
そして、ベル１とベルカップ２１によって形成される空間に鉄鉱石やコークスなどの製銑原料３０が保持され、適宜ベル１が下方に動くことにより、保持されていた製銑原料３０が、ベル１の傾斜面２を滑り落ちて、ベル１とベルカップ２１の間隙から落下するようになっている。
【００２１】
その際に、ベル１の傾斜面２を滑り落ちた製銑原料は、段差部５の上端５ａからジャンプして落下することにより、大半の製銑原料がシート面４を飛び越えて落下するようになっている。
【００２２】
その状況を、図２を用いて説明する。まず、図２（ａ）は、この実施形態に係る高炉ベル１の幾何学的形状を表したものであり、段差部５の高さをｈ、段差部５より上方の傾斜面２の傾斜角をθ1、段差部５より下方の傾斜面３の傾斜角をθ2、段差部５の上端５ａとシート面４の下端４ａとの水平方向距離をＸとしている。そして、図２（ｂ）に示すように、当初、段差部５の上端５ａから距離Ｌの高さ位置に保持されていた原料３１が、ベル１の傾斜面２を滑り落ちた後、段差部５の上端５ａからジャンプして、シート面４の下端４ａに落下するとすれば、原料３１より上方に保持されていた原料は、シート面４を飛び越えて落下することになる。一方、原料３１より下方に保持されていた原料３２は、シート面４の下端４ａより上方に落下し、シート面４を滑り落ちる。
【００２３】
上記の原料が飛び越えて落下するか否かの境界となる保持高さ位置Ｌと、段差部５の高さｈとの関係は、原料がベル１の傾斜面２を滑り落ちた後、段差部５の上端５ａから自由落下するとすると、下記（１）式のようになる。
【００２４】
ｈ＝Ｘ（tanθ1−tanθ2）＋（０．３５／Ｌ）Ｘ2／cos2θ1  ……（１）
したがって、段差部５の高さｈが低い場合には、境界保持高さ位置Ｌが大きくなり、それより下方に保持されていた大部分の原料がシート面４を滑り落ちることになるため、シート面４の摩耗低減への効果は少ない。
【００２５】
そこで、この実施形態においては、境界保持高さ位置Ｌの上限値Ｌ1を予め定めておき、段差部５の高さｈが下記の（２）式の範囲になるようにしている。すなわち、
ｈ≧Ｘ（tanθ1−tanθ2）＋（０．３５／Ｌ1）Ｘ2／cos2θ1 ……（２）
ここで、境界保持高さ位置Ｌの上限値Ｌ1は、経験的に、１００ｍｍ程度が適切であり、より好ましくは８５ｍｍ程度とするのが望ましい。
【００２６】
これによって、ベル１の傾斜面２を滑り落ちた原料の内、大部分の原料がシート面４を飛び越えて落下することになり、シート面４の摩耗を効率的に低減することが可能となる。
【００２７】
その際、境界保持高さ位置Ｌより下方に保持されていた少量の原料がシート面４上を滑り落ちることになるが、これは、シート面４に付着する異物を除去し、シート面４における気密性を維持する効果がある。
【００２８】
なお、段差部５の高さｈを大きくした場合には、境界保持高さ位置Ｌが小さくなり、ほとんどの原料がシート面４を飛び越えて落下するので、シート面４の摩耗防止効果は大きくなるが、保持していた原料を問題なく落下投入するために必要なベルの上下方向のストロークが増大すること、及び段差部付与によるベル１の重量が増大することになり、設備能力の補強やコストの上昇などの新たな問題が生じる。
【００２９】
そこで、境界保持高さ位置Ｌの下限値Ｌ2を予め定めておき、段差部５の高さｈが、上記（２）式に加えて、下記の（３）式の範囲になるようにするのが好ましい。すなわち、
ｈ≦Ｘ（tanθ1−tanθ2）＋（０．３５／Ｌ2）Ｘ2／cos2θ1 ……（３）
ここで、境界保持高さ位置Ｌの下限値Ｌ2は、経験的に、５０ｍｍ程度が適切であり、より好ましくは７０ｍｍ程度とするのが望ましい。
【００３０】
以上のことから、高炉ベルの必要ストローク及び重量の増加を極力抑制し、かつ、シート面の摩耗を最大限に抑制するためには、境界保持高さ位置Ｌが７０〜８５ｍｍの範囲に位置するように、段差部５の高さｈを定めることが好適である。
【００３１】
【実施例】
上記の実施形態に係る高炉ベルの実施例を以下に示す。
【００３２】
ここでは、段差部５より上方のベル傾斜角θ1は５３°、段差部５より下方のベル傾斜角θ2は６０°で、段差部５の高さｈを６５．０ｍｍとした。
【００３３】
ちなみに、上記の（２）式と（３）式に基づく段差部５の高さｈの範囲は、境界保持高さ位置Ｌの上限値Ｌ1を１００ｍｍ、下限値Ｌ2を５０ｍｍとした場合には、４１．８〜１２０．１ｍｍであり、より好ましい上限値Ｌ1＝８５ｍｍ、下限値Ｌ2＝７０ｍｍを用いた場合には、ｈ＝５５．６〜７５．４ｍｍとなる。
【００３４】
この高炉ベルを使用した結果、従来の高炉ベルでは２年で交換していたものが、シート面の摩耗が適切に抑制されたことにより、５年で交換という効果を得ることができた。
【００３５】
【発明の効果】
本発明では、ベル下部に設けられたシート面より上方に位置するベル外表面に段差部を設け、製銑原料投入時に製銑原料の大半がシート面を飛び越えて落下するようにしたので、シート面の摩耗が充分に抑制され、長期間にわたって良好な気密性を発揮することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態に関する説明図である。
【図３】従来技術を示す図である。
【図４】従来技術に関する説明図である。
【符号の説明】
１  ベル
２  ベル上部の傾斜面
３  ベル下部の傾斜面
４  シート面
４ａ  シート面の下端
５  段差部
５ａ  段差部の上端
１１  ベル
１２  ベルの傾斜面
１２ａ  ベル傾斜面の下端
１４  シート面
１６  摩耗個所
２１  ベルカップ
２２  シートパッキング
３０  製銑原料
【図１】
2004197206.tif 000003
【図２】
2004197206.tif 000004
【図３】
2004197206.tif 000005
【図４】
2004197206.tif 000006