(57)【要約】【要  約】【課  題】  主樋との接続部の補修作業を減少することができ、しかも樋の使用時、主樋との接続部で溶銑が洩れる漏銑トラブルを防止することができる溶銑樋の支持構造を提供する。【解決手段】  溶銑樋は溶銑通路を形成された樋材と樋材を囲う樋枠で樋本体が構成され、主樋に接続部を介して接続された状態で地面に固定した構造物上に載置されていると共に溶銑樋の樋枠に取り付けてなるばね受け部材と地面に固定した受柱との間にばねが設置されて、主樋の熱膨張および収縮に追従可能に構成されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の主樋に接続される溶銑樋を支持する溶銑樋の支持構造であって、
前記溶銑樋は溶銑通路を形成された樋材と該樋材を囲う樋枠で樋本体が構成され、前記主樋に接続された状態で地面に固定した構造物上に載置されていると共に、前記溶銑樋の樋枠に取り付けてなるばね受け部材と地面に固定した固定部材との間にばねが配置されて、前記主樋の熱膨張および収縮に追従可能に構成されていることを特徴とする溶銑樋の支持構造。
【請求項２】
前記溶銑樋と該溶銑樋を載置する構造物との間に複数のころが配置されていることを特徴とする請求項１に記載の溶銑樋の支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉の主樋の熱膨張および収縮に追従可能な溶銑樋の支持構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉においては、出銑孔から溶銑およびスラグを同時に排出し、主樋に設けた堰きにより溶銑とスラグを分離する方法が採用されている。この分離された溶銑を所定位置にまで流すために溶銑樋が主樋に接続部を介して接続されている。これらの高炉の樋は出銑の際に使用され、漏銑が生じ難い構造で、しかも耐用性に優れていることが必要とされる。  
【０００３】
樋材と樋材を囲う樋枠とからなる主樋本体の構造としては、溶銑およびスラグの両方により浸食をうける樋材の寿命を長くするため、高密度パネルブロックを内張りしてなる高炉樋が知られている（特許文献１）。
【０００４】
一方、高炉の溶銑樋の構造も、主樋と同様に本体は、溶銑通路が形成された樋材とこの樋材を囲う樋枠とからなる。これらの樋は出銑時に１５００℃にも達する溶銑、スラグを流すため、使用時と休止時に大きな熱膨張収縮が発生するため、鋳床などを支持する構造物上に載置されているだけで、水平方向に対して支持されていない支持構造とされており、このため、以下のような問題があった。
【特許文献１】特開昭５９−１８５７１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
高炉の溶銑樋の支持構造上の問題点を図10-1〜図10-6により説明する。
【０００６】
図10-1〜図10-6は、各過程での溶銑樋２の状態を樋の長手方向を鉛直に切った断面図で示す概略図であって、主樋１と溶銑樋２の接続部近傍の樋材の位置関係を示す。接続部は、主樋１の一端部と溶銑樋２の一端部を上下方向に間隔を空けて重ねて配置し、間隔を空けた主樋１から溶銑樋２までの間、および樋長手方向の溶銑樋２の樋材２Ａと主樋１の樋材１Ａの間に耐火物であるスタンプ材３Ａを建設時（図10-1参照）に施工して形成している。
【０００７】
接続部を構成するスタンプ材３Ａは、樋材１Ａ、２Ａに比べて伸びを吸収できる耐火物を使用しているが、主樋１の熱膨張量がそれを上回るため、樋の使用時に主樋１により溶銑樋２がスタンプ材３Ａを介して樋長手方向に押され、図10-2のａで示す量だけ樋長手方向に移動する。その後、樋の休止時には、主樋１が徐々に冷却され、主樋１が長手方向に収縮することに伴い、主樋１の反炉体側の端面４が変移するが、その際、溶銑樋２は、鋳床などを支持する構造物上に載置されているために、下記式（１）で示される最大摩擦力Ｆ以上の力を受けないと主樋１の収縮に追随して動くことはない。
【０００８】
溶銑樋の樋枠と溶銑樋を載置する構造物間に働く最大摩擦力Ｆ＝溶銑樋の質量Ｍ×溶銑樋の樋枠と溶銑樋を載置する構造物間の摩擦係数μ  ・・・・・（１）
しかしながら、主樋１の樋材１Ａとスタンプ材３Ａの間の結合力はそれほど大きいものではない。
【０００９】
このため、主樋１を溶銑樋２のスタンプ材３Ａに乗せている構造としたのでは、主樋１が長手方向に収縮する際、主樋１に追従させて溶銑樋２を炉体方向に向かって移動させることができず、主樋１とスタンプ材３Ａを介して接続している接続部に割れが生じ、図10-3に示した如く、隙間ｂが形成されてしまう。
【００１０】
従って、図10-4に示す如く、隙間ｂを追加スタンプ材３Ｂによって埋める樋の補修を行う必要が生じ、追加スタンプ材などの耐火物コストおよびメンテナンス費用がかかる。隙間ｂを埋める樋の補修を行わず、樋を再稼働した場合には、主樋と溶銑樋の接続部に形成された隙間ｂから溶銑が洩れる漏銑トラブルが発生することに繋がるから、このような重大災害に繋がる漏銑を防止するうえで隙間ｂを埋める樋の補修作業は必須となる。樋の補修を行った後、再稼働すると、主樋１により溶銑樋２がスタンプ材３Ａと追加スタンプ材３Ｂを介して樋長手方向に押され、図10-5に示す如く、樋長手方向にａ’だけ移動し、その後、樋の休止時には上述した理由によって、主樋１に追従させて溶銑樋２を樋長手方向にａ’だけ炉体方向に引き戻すことができなくなる結果、溶銑樋２の樋長手方向移動量ａ’に対応して形成される隙間を追加スタンプ材３Ｂにより埋める樋の補修作業を行うことになる。このような樋の補修、樋の再使用を繰り返した場合、樋の補修毎に溶銑樋２の樋長手方向移動量が増大するから、いずれ図10-6に示す如く、主樋１と溶銑樋２の重なりがなくなってしまう状態となる。このような状態に至ると、鉄製の当て板を両側面と底面に当て、主樋１と溶銑樋２の間に追加スタンプ材３Ｂを施工する大掛かりな補修作業を行う必要が発生する。なお、図10-1〜図10-6中、符号２０は、溶銑とスラグを分離する堰きを示す。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解消し、主樋と溶銑樋の接続部の補修作業を減少することができ、しかも樋の使用時、主樋と溶銑樋の接続部で溶銑が洩れる漏銑トラブルを防止することができる溶銑樋の支持構造を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、以下のとおりである。
１．  高炉の主樋に接続される溶銑樋を支持する溶銑樋の支持構造であって、前記溶銑樋は溶銑通路を形成された樋材と該樋材を囲う樋枠で樋本体が構成され、前記主樋に接続された状態で地面に固定した構造物上に載置されていると共に、前記溶銑樋の樋枠に取り付けてなるばね受け部材と地面に固定した固定部材との間にばねが配置されて、前記主樋の熱膨張および収縮に追従可能に構成されていることを特徴とする溶銑樋の支持構造。
２．  前記溶銑樋と該溶銑樋を載置する構造物との間に複数のころが配置されていることを特徴とする１．に記載の溶銑樋の支持構造。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、主樋と溶銑樋の接続部の補修作業を減少することができ、追加スタンプ材などの耐火物コストおよびメンテナンス費用を削減することができる。しかも、本発明によれば、樋の稼動時、主樋と溶銑樋の接続部で溶銑が洩れる漏銑トラブルを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
先ず、本発明にかかる溶銑樋の支持構造について図を用いて説明する。
【００１５】
図１は、本発明にかかる溶銑樋２の支持構造の原理を説明する概略平面図であり、図２は、図１に示した溶銑樋２の支持構造の概略側面図である。図３は、図１のＸ−Ｘ断面図である。図１、図２においては、主樋１に設けられている堰き及び分離されたスラグを所定位置に運ぶためのスラグ樋、溶銑樋２の接続部３の構造は従来と同様であるので図示を省略した。
【００１６】
本発明に用いる溶銑樋２は、従来と同様、主樋１に接続部３を介して接続され、スラグと分離された溶銑を所定位置にまで運んで開口端から流下させるもので、溶銑通路を形成された樋材２Ａと樋材２Ａを囲う樋枠２Ｂで樋本体が構成されている。
【００１７】
主樋１も図４に示すように、溶銑とスラグを流す通路を形成された樋材１Ａと樋材１Ａを囲う樋枠１Ｂで樋本体が構成され、主樋１の樋本体は、シャモット煉瓦１Ｃ、赤煉瓦１Ｄおよびキャスタブル１Ｅと共に主樋架構１Ｆ内に収納されている。
【００１８】
構造物は、樋受け梁５１、水平梁５２および地面に固定された垂直な支持梁５３などにより構成されている。構造物の部材には、Ｈ形鋼が好適に使用される。
【００１９】
ここで、主樋１の炉体側は、高炉の炉体によって高炉の炉体方向への移動が規制されており、一方、溶銑樋２は構造物の樋受け梁５１上に載置されている。主樋１の長手方向は、高炉の炉体中心に向かっている（図５参照）。また、図１〜図３に示した溶銑樋２は、その長手方向が高炉の炉体中心に向かっているとしたが、開口端までの間に屈折部があり、図５に示す如く、屈折部より先の方で溶銑樋２の長手方向が高炉の炉体中心に向かっていない溶銑樋もある。
【００２０】
本発明にかかる溶銑樋２の支持構造は、溶銑樋２の樋枠２Ｂに取り付けてなるばね受け部材６、６’と地面に固定した固定部材である受柱７、７’との間にばね８を配置していることを特徴とする。ばね受け部材６、６’と受柱７、７’との間に配置したばね８により、主樋１の熱膨張および収縮に対して溶銑樋２を追従可能とするには、以下のようにすることが重要である。
(i)  ばね８の数およびばね係数は、樋の使用時において、二つのばね８のたわみにより生起されるばね力を合計した合計ばね力が前記式（１）で表される最大摩擦力Ｆを上回るように決定する。なお、樋の使用時には、図１、図２に示したように配置されたばね８はばね受け部材６、６’により引っ張られて、樋使用前の状態によりばね８のたわみが増えるが、この状態で二つのばね８のたわみにより生起される合計ばね力が式（１）で表される最大摩擦力Ｆを上回る必要がある。
【００２１】
この理由は、樋の使用時において、二つのばね８のたわみにより生起されるばね力を合計した合計ばね力が最大摩擦力Ｆを下回った場合、樋の休止時に主樋１の収縮に対して溶銑樋２を追従させることができない場合が起こるからである。主樋１が長手方向に収縮する際の最大摩擦力Ｆの方向は、矢印１１で示す反炉体方向に働く。
(ii)  ばね８は、その長さ方向を主樋１の長手方向に一致させ、かつ溶銑樋２を挟んで両側にばね係数が同じであるばね８を配置する。このようにして、各ばね８のたわみにより生起されるばね力により、主樋１との接続部３に曲げモーメントが発生しないようにする。
【００２２】
このような支持構造を持つ溶銑樋２は、溶銑通路を形成された樋材２Ａと樋材２Ａを囲う樋枠２Ｂで樋本体が構成され、主樋１に接続部３を介して接続された状態で地面に固定した構造物５１上に載置されていると共に、溶銑樋２の樋枠２Ｂに取り付けてなるばね受け部材６、６’と地面に固定した固定部材である受柱７、７’との間にばね８が配置されて、主樋１の熱膨張および収縮に追従可能に構成されている。
【００２３】
上述した本発明にかかる溶銑樋２の支持構造の作用について説明すると、溶銑樋２は、樋の稼動時に、主樋１の熱膨張により主樋１が長手方向に延びるため、接続部３を介して押され、その結果、矢印１１で示す方向に移動する。一方、樋を使用した後、樋の休止時には、主樋１が徐々に冷却され、主樋１が長手方向に収縮することに伴い、主樋１の端面４が炉体側に変移するが、その際、樋の使用時において２つのばね８のばね力を合計した合計ばね力が式（１）で表される最大摩擦力Ｆを上回っているため、主樋１の端面４の変移に追従させて溶銑樋２を矢印１２で示す方向へ移動させることができる。
【００２４】
従って、本発明にかかる溶銑樋２の支持構造においては、主樋１が長手方向に収縮する際、主樋１の端面４の変移に追従させて溶銑樋２を矢印１２で示す炉体方向に移動させることができ、主樋１と接続された接続部に隙間が生じることを防止できる。この結果、主樋との接続部の補修作業を減少することができ、追加スタンプ材などの耐火物コストおよびメンテナンス費用を削減することが可能となる。
【００２５】
しかも、本発明にかかる溶銑樋２の支持構造においては、樋を使用した後、樋の休止時に主樋１の端面４の変移に追従させて溶銑樋２を矢印１２で示す炉体方向に移動させることができ、主樋１とスタンプ材３Ａを介して接続している接続部に割れが生じることを抑制することができるので、樋の使用時、溶銑樋２の接続部３から溶銑が洩れる漏銑トラブルを防止することができる。
【００２６】
ところで、本発明にかかる溶銑樋２の支持構造においては、溶銑樋２と溶銑樋２を載置する構造物５１との間に複数のころ９が配置されているのが、溶銑樋２の樋枠２Ｂと溶銑樋２を載置する構造物５１間の摩擦係数μを小さくでき、式（１）で表される最大摩擦力Ｆを低下することができるので好ましい。同様の目的で、樋受け梁５１の上面にステンレス、樹脂等の摩擦係数μを小さくできる材料を配置しても良い。
【００２７】
また、各ばねには、樋の使用時における熱影響を緩和するために、冷却ファンのような冷却構造を設けるのが、樋の使用時に、各ばねの温度上昇を抑制することができ、各ばねのばね係数の低下を小さくすることができるので好ましい。ばねの形式はコイルばね、板ばね等必要なばね定数を有するものであれば使用できる。
【実施例１】
【００２８】
炉内容積５１５０ｍ3の高炉の鋳床において、本発明に係る溶銑樋の支持構造を図５に示すような主樋１０１に接続部１０３を介して接続され、分離された溶銑を所定位置にまで運んで開口端１０４から流下させる溶銑樋１０２に適用した。その際、溶銑樋１０２−１と１０２−２間の屈折部、溶銑樋１０２−２と１０２−３間の屈折部に無理な曲げ力が作用しないようにするために、溶銑樋１０２の樋部分毎に図６−１、図６−２、図６−３に示すようにばね１０８を設置した。また、第２に溶銑通路を挟んで両側に同じばね係数を持つばね１０８を同数設置した。
【００２９】
但し、ばね１０８は、樋の使用時に、各ばね８のたわみにより生起される合計ばね力が式（１）で表される最大摩擦力Ｆを上回るように、地面に固定した受柱１０７、１０７’と溶銑樋１０２の間に合計で１６本設置した。
【００３０】
ばね１０８の設置箇所の内訳は、溶銑樋１０２−１が４箇所、１０２−２が８箇所、１０２−３が４箇所とした。図５中、αは溶銑樋１０２−２のｘ軸からの傾斜角度を示し、βは溶銑樋１０２−３のｘ軸からの傾斜角度を示す。ｘ−ｙ軸は、高炉の炉体１００の炉中心１００Ａを原点とする直交座標軸である。
【００３１】
ここで、図6-1、図6-2および図6-3には、溶銑樋１０２の各樋部分１０２−１、１０２−２および１０２−３の溶銑通路を挟んで設置する一組のばね１０８について示したが、それ以外のばねについても同様に、ばね長さ方向を主樋１の長手方向に一致させてばね８を配置した。各組のばね１０８は、一方が樋枠１０２Ｂの側面に取り付けてなるばね受け部材１０６と地面に固定した受柱１０７との間に設置され、他方が反対側の樋枠１０２Ｂの側面に取り付けてなるばね受け部材１０６’と地面に固定した受柱１０７’との間に設置されている。
【００３２】
溶銑樋の各樋部分に設置するばね１０８の本数およびばね力は、溶銑樋の樋枠と溶銑樋を載置する構造物間の摩擦係数μを安全率も考慮して０．６として以下のように決めた。
【００３３】
溶銑樋１０２−１を引き戻すのに必要な力＝１３．０ｔｏｎ／ｍ×５．５ｍ×０．６＝４３ｔｏｎ
溶銑樋１０２−２を引き戻すのに必要な力＝１３．０ｔｏｎ／ｍ×１１．５ｍ×０．６＝９０ｔｏｎ
溶銑樋１０２−３を引き戻すのに必要な力＝１３．０ｔｏｎ／ｍ×４．８ｍ×０．６＝３８ｔｏｎ
溶銑樋１０２は１０２−１、１０２−２および１０２−３からなり、接続部１０３から開口端１０４までの全長は、２１．８ｍである。溶銑樋１０２の長さは、溶銑を流すために樋材内に形成された溶銑通路の幅中央について測った距離であって、溶銑樋１０２−１における長さが５．５ｍ、溶銑樋１０２−２の長さが１１．５ｍ、溶銑樋１０２−３の長さが４．８ｍである。また、キャスタブル耐火物を含む樋材１０２Ａの質量が２６９ｔｏｎ、樋材１０２Ａを囲う樋枠１０２Ｂとしての鉄皮の質量が１５ｔｏｎで、溶銑樋１０２の質量Ｍは２８４ｔｏｎとなり、単位長さ当たりの溶銑樋１０２の質量は２８４／２１．８＝１３．０ｔｏｎ／ｍである。
【００３４】
ばね１０８としては、線径が２８ｍｍ、外形が１５８ｍｍ、自由長が３００ｍｍ（有効巻数が５．５巻合計で７巻）であって、たわみが１００ｍｍで、生起されるばねＰ＝５．１ｔｏｎのコイルばねを用い、樋の使用時における各スプリングのたわみが０ｍｍとなるように決定した。
【００３５】
主樋１０１および溶銑樋１０２は、図８に示す如く、樋受け梁５１１、５１２上に載置されている。図８は、図５に示した実施例における溶銑樋１０２を載置する構造物を説明する概略平面図であって、主樋受け梁５１１および溶銑樋５１２（５１２−１、５１２−２、５１２−３）は、格子状の水平梁５２２に力を分散するよう固定するように設置されている。また、格子状の水平梁５２２は、地面１０に固定された垂直な支持梁により所定高さ位置に支持されている。
【００３６】
図９に本発明を適用した効果を示す。
【００３７】
本発明を適用した場合、樋の使用時に、各樋部分に配置された各ばね１０８のたわみによる合計ばね力が各樋部分を引き戻すのに必要な最大摩擦力Ｆを超えているので、樋を使用した後、樋の休止時に、主樋１０１の変移に追従させて溶銑樋１０２を高炉の炉中心１００Ａ方向に移動させることができ、主樋１０１との接続部１０３に隙間が形成されないため、追加スタンプ材により補修を行う必要がなく、溶銑樋の移動距離を従来例の場合より格段に抑制できている。しかも、樋の使用時、主樋１０１との接続部１０３で溶銑が洩れる漏銑トラブルも防止することができた。
【００３８】
一方、従来例の溶銑樋は、ばね受け部材１０６、１０６’、地面に固定した受柱１０７、１０７’およびばね１０８を設けていない支持構造で、樋の休止時、主樋１０１との接続部１０３に隙間が形成され、この隙間を追加スタンプ材により補修を行ったために、建設時の使用開始後の経過年数と共に溶銑樋の移動距離が増えている。図９中、溶銑樋の移動距離とは、図6-1において、樋枠１０２Ｂに取り付けたばね受け部材１０６の炉体１００側への移動距離を、建設時点を０として測った距離である。
【００３９】
また、図7-1は、本発明にかかる溶銑樋の支持構造を示す概略側面図、図7-2は、図7-1に示す溶銑樋の概略縦断面図である。図7-1および図7-2において、２０６は、樋底に取り付けたばね受け部材、２０７は、地面に固定した受柱、２０８は、ばねを示す。これらにより、図6-1に示した支持構造と同様な作用効果を奏することができる。溶銑樋１０２の樋枠１０２Ｂの外側に配置された複数のＨ形鋼５１２−１は構造部材で溶銑樋１０２を支持する役割を持つ。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明にかかる溶銑樋の支持構造を例示する概略平面図である。
【図２】図１に例示した溶銑樋の支持構造の概略側面図である。
【図３】図１のＸ−Ｘ断面図である。
【図４】図１に例示した溶銑樋に接続して好適な主樋の構造を示す概略図である。
【図５】実施例における溶銑樋の支持構造を示す概略平面図である。
【図６−１】図5-1に示した実施例における溶銑樋の支持構造を説明する概略部分説明図である。
【図６−２】図5-1に示した実施例における溶銑樋の支持構造を説明する他の概略部分説明図である。
【図６−３】図5-1に示した実施例における溶銑樋の支持構造を説明するその他の概略部分説明図である。
【図７−１】本発明にかかる溶銑樋の支持構造を示す概略側面図である。
【図７−２】本発明にかかる溶銑樋の支持構造を示す概略縦断面図である。
【図８】図５に示した実施例における溶銑樋を載置する構造物を説明する概略平面図である。
【図９】本発明を適用した効果を示すグラフである。
【図１０−１】従来の溶銑樋の支持構造における問題点を説明するための建設時の概略図である。
【図１０−２】従来の溶銑樋の支持構造における問題点を説明するための樋使用時の概略図である。
【図１０−３】従来の溶銑樋の支持構造における問題点を説明するための樋休止時の概略図である。
【図１０−４】従来の溶銑樋の支持構造における問題点を説明するための樋補修後の概略図である。
【図１０−５】従来の溶銑樋の支持構造における問題点を説明するための樋補修後、再使用時の概略図である。
【図１０−６】従来の溶銑樋の支持構造における問題点を説明するための、樋補修、再使用を繰り返した時の概略図である。
【符号の説明】
【００４１】
１  主樋
２  溶銑樋
１Ａ、２Ａ  樋材
１Ｂ、２Ｂ  樋枠
３  接続部
４  主樋１の端面
５１  樋受け梁
５２  水平梁
５３  地面に固定された垂直な支持梁
６、６’  ばね受け部材
７、７’  受柱
８  ばね
９  ころ
１０  地面
１１、１２  溶銑樋の移動方向
１Ｃ  シャモット煉瓦
１Ｄ  赤煉瓦
１Ｅ  キャスタブル
１Ｆ  主樋架構
１００  高炉の炉体
１００Ａ  炉中心
１０１  主樋
１０２  溶銑樋（１０２−１、１０２−２、１０２−３）
１０２Ａ  樋材
１０２Ｂ  樋枠
１０３  接続部
１０４  開口端
α  溶銑樋１０２−２内の溶銑流れ方向とｘ軸方向とのなす角度
β  溶銑樋１０２−３内の溶銑流れ方向とｘ軸方向とのなす角度
１０６、１０６’ばね受け部材
１０７、１０７’  受柱
１０８  ばね
５１１  主樋受け梁
５１２−１、５１２−２、５１２−３  溶銑樋受け梁
５２２  水平梁
ａ、ａ’  樋使用時の熱膨張量
ｂ  溶銑樋２の接続部３に形成される隙間
３Ａ  スタンプ材
３Ｂ  追加スタンプ材
２０  堰き
【図１】
2005232552.tif 000003
【図２】
2005232552.tif 000004
【図３】
2005232552.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６−１】
2005232552.tif 000008
【図６−２】
2005232552.tif 000009
【図６−３】
2005232552.tif 000010
【図７−１】
2005232552.tif 000011
【図７−２】
2005232552.tif 000012
【図８】
2005232552.tif 000013
【図９】
2005232552.tif 000014
【図１０−１】
2005232552.tif 000015
【図１０−２】
2005232552.tif 000016
【図１０−３】
2005232552.tif 000017
【図１０−４】
2005232552.tif 000018
【図１０−５】
2005232552.tif 000019
【図１０−６】
2005232552.tif 000020