(57)【要約】【課題】天井吊り金物同士の接触部におけるスムーズな移動を妨げる要因を極力排除することで、天井耐火物の熱膨張・熱収縮に起因して生じるトラブルの危険性を下げることが可能な雰囲気炉の吊り天井構造を提供する。【解決手段】支持梁（２）の下方でかつ天井耐火物（４）の上方に、天井吊り金物である上、下２段の管材（６）、（１２）が互いに交差して配置され、上段の管材（６）の方に、複数のアンカー煉瓦（５）を介して、天井耐火物（４）を吊っているアンカー煉瓦吊り金物（６）が引っ掛けられてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
天井耐火物を複数の支持梁で支持した雰囲気炉の吊り天井構造において、前記支持梁の下方でかつ前記天井耐火物の上方に、天井吊り金物である上、下２段の管材が互いに交差して配置され、前記上段の管材の方に、複数のアンカー煉瓦を介して、前記天井耐火物を吊っているアンカー煉瓦吊り金物が引っ掛けられてなることを特徴とする雰囲気炉の吊り天井構造。
【請求項２】
前記上、下２段の管材を両方共に、外形が円形の鋼管とすることを特徴とする請求項１に記載の雰囲気炉の吊り天井構造。
【請求項３】
前記下段の管材の方が、前記支持梁に設けられた矩形状の枠体支持金物の枠内空間に挿入され、その枠体下部に当接されて矩形状枠体支持金物の枠内に保持されてなることを特徴とする請求項１または２に記載の雰囲気炉の吊り天井構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、不定形耐火物によって矩形状またはリング状に築造してなる天井耐火物を、複数の支持梁で支持してなる雰囲気炉の天井吊り構造において、天井耐火物の熱膨張・熱収縮に起因して生じるトラブルの危険性を下げることが可能な天井吊り構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
不定形耐火物によって矩形状またはリング状に築造してなる天井耐火物を有する雰囲気炉は、所定の非酸化性雰囲気条件下で鋼材を加熱する加熱炉や、還元剤を含有する酸化鉄塊成物などを所定の雰囲気条件下で加熱する還元炉として一般的に用いられている。
ここで、図３には、不定形耐火物で築造してなる一般的な雰囲気炉の炉上部断面図を示す。また、図４には、図３のＡ-Ａ断面を示す。この雰囲気炉において、炉体上部の耐火物は、側壁耐火物３と、天井耐火物４と、アンカー煉瓦５であり、天井吊り金物とは、支持梁２に固定した管材６と、アンカー煉瓦５の首部に巻き付けた丸鋼製のアンカー煉瓦吊り金物７である。
【０００３】
図３、図４に示したような吊り天井構造は、天井耐火物４に埋設された複数のアンカー煉瓦５を介して、天井耐火物４を支持梁２の下方に、アンカー煉瓦吊り金物７と、天井吊り金物である管材６とで吊り下げてなる構造である（特許文献１）。
この複数のアンカー煉瓦５は、不定形耐火物によって炉天井を築造するに際し、不定形耐火物中に埋め込み、蛇腹状のリブと不定形耐火物とを密着させてなる。そして、アンカー煉瓦吊り金物７をアンカー煉瓦５の首部に巻き付けた状態で、天井耐火物４を構造部材である支持梁２の位置にまで持ち上げてから、支持梁２に固定した管材６に、アンカー煉瓦吊り金物７の上部を引っ掛けることによって、構造物であるＨ形鋼の支持梁２に水平に吊り下げてなる。この例では、天井吊り金物である管材６が構造物であるＨ形鋼の支持梁２に固定されている。
【０００４】
この雰囲気炉の耐火物に生じる熱膨張を示したのが図５であり、このような耐火物に生じる熱膨張・熱収縮に起因して生じるトラブル事例を模式的に示したのが図６である。
矢印αは側壁耐火物３の高さ方向への熱膨張を示し、βは天井耐火物４の炉幅方向への熱膨張を示す。さらに天井耐火物４には、炉幅方向に対して直角な方向への熱膨張が生じる。図５で、Ｗは天井耐火物４に作用する自重の方向を示す。
【０００５】
前記雰囲気炉に用いられる耐火物は、炉内温度の上昇により熱膨張する。例えばアルミナ系の耐火物炉材であれば、膨張率が１０００℃で０．５〜０．８％、１４００℃で０．９〜１．２％となる。また、アルミナ系にマグネシアを添加した耐火物炉材の場合、高温下でアルミナ−マグネシアの化学反応（スピネル反応）が発生するのでその熱膨張率はさらに大きくなる。
【０００６】
そして、炉内温度の低下に伴い耐火物は収縮に転ずるが、昇温前の寸法に戻るとは限らない。また、実際の雰囲気炉では炉内外で温度差があるために、熱膨張量、熱収縮量に差が生じ、耐火物内部へのスラグ、ガス成分の浸潤により、組織が変化することでその量も経時的に変わってくる。このため、雰囲気炉の耐火物に生じる熱膨張量、熱収縮量や耐火物内部に発生する種々の応力を正確に想定することは先に述べた種々の事象が複雑に入り混じるため、極めて困難である。
【０００７】
炉体の設計時点では、雰囲気炉の耐火物に生じる熱膨張・熱収縮を十分考慮し、隙間８を設けるのが一般的である。しかし、想定外の熱膨張量となった場合は、図６に示すように、炉幅方向の両端部で天井耐火物４が側壁耐火物３で押し上げられることによって、天井耐火物４の炉幅方向中央部に大亀裂９が入り、またアンカー煉瓦５の首部１０が切断し、最終的には天井耐火物４が脱落するという大トラブルに至る場合が起こる。
【０００８】
このような問題に対して、図７に示すように、形鋼製の天井吊り金物１１が上方に逃げることができる雰囲気炉の吊り天井構造が開示されている（特許文献２）。
特許文献２記載の雰囲気炉の吊り天井構造は、構造部材である支持梁２に、形鋼製の天井吊り金物１１を乗せかけてあるので、天井耐火物４の炉幅方向中央部に大亀裂９が入るという大トラブルの危険性が極めて小さくできる点で前記特許文献１記載の吊り天井構造より優れている。
【特許文献１】特開昭６２−２４５０８２号公報
【特許文献２】特開２００４−３７２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、特許文献２記載の雰囲気炉の吊り天井構造は、形鋼製の天井吊り金物１１を支持梁２に乗せかけ状態とすることで、金物が天井耐火物を拘束することを防止して天井構造を安定させることができるとしている。
また、特許文献２記載の雰囲気炉の天井構造は、アンカー煉瓦５の首部に巻き付けたアンカー煉瓦吊り金物７の上部を形鋼製の天井吊り金物１１に引っ掛けて、天井耐火物４を支持梁２の下方に吊り下げる構造となっている。このため、図７の矢印で示すように、「アンカー煉瓦５が炉径方向に動くことで吊り金物、アンカー煉瓦に変形・脱落が生じることを防止できる」としている。
【００１０】
しかし、特許文献２記載の雰囲気炉の吊り天井構造では、以下のような技術的な問題点がある。
（Ａ）天井吊り金物１１として形鋼を用い、そのフランジ部で丸鋼で製作したアンカー煉瓦吊り金物７を受けている。したがって、天井耐火物の熱膨張・熱収縮によって、アンカー煉瓦５が動く際、天井吊り金物と丸鋼との接触部における抵抗がスムーズな移動を妨げる要因となり、アンカー煉瓦吊り金物７およびアンカー煉瓦５に変形・脱落が生じる危険性が大きいという問題がある。
【００１１】
（Ｂ）形鋼製の天井吊り金物１１のＬ形引っ掛け部を、形鋼製の支持梁２のフランジ部に乗せかけ状態としている。したがって、Ｌ形引っ掛け部と支持梁２のフランジ部とが平板同士の接触となるから、天井耐火物の熱膨張・熱収縮によって、アンカー煉瓦５が動く際、天井吊り金物同士の接触部における抵抗がスムーズな移動を妨げる要因となり、アンカー煉瓦吊り金物７およびアンカー煉瓦５に変形・脱落が生じる危険性が大きいという問題がある。
【００１２】
すなわち、特許文献２記載の雰囲気炉の吊り天井構造は、天井吊り金物同士の接触部における抵抗が大きい構造であるため、天井耐火物の熱膨張・熱収縮によって、アンカー煉瓦５が動く際、アンカー煉瓦５のスムーズな移動を保証できない。
本発明は、上記従来技術の問題点を解消し、天井吊り金物同士の接触部におけるスムーズな移動を妨げる要因を極力排除することで、天井耐火物の熱膨張・熱収縮に起因して生じるトラブルの危険性を下げることが可能な雰囲気炉の吊り天井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】
【００１３】
本発明者は、以下のような吊り天井構造とすることで上記課題を解決した。
本発明は、以下のとおりである。
１．天井耐火物を複数の支持梁で支持してなる雰囲気炉の吊り天井構造において、前記支持梁の下方でかつ前記天井耐火物の上方に、天井吊り金物である上、下２段の管材が互いに交差して配置され、前記上段の管材の方に、複数のアンカー煉瓦を介して、前記天井耐火物を吊っているアンカー煉瓦吊り金物が引っ掛けられてなることを特徴とする雰囲気炉の吊り天井構造。
【００１４】
２．前記上、下２段の管材を両方共に、外形が円形の鋼管とすることを特徴とする上記１．に記載の雰囲気炉の吊り天井構造。
３．前記下段の管材の方が、前記支持梁に設けられた矩形状の枠体支持金物の枠内空間に挿入され、その枠体下部に当接されて矩形状枠体支持金物の枠内に保持されてなることを特徴とする上記１．または２．に記載の雰囲気炉の吊り天井構造。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、天井吊り金物同士の接触部における抵抗を小さくすることができる。したがって、炉内温度の変化によって生じるアンカー煉瓦の動きをスムーズにすることができ、天井耐火物の熱膨張・熱収縮に起因して生じるトラブルの危険性を下げることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
本発明の具体的構成例を、図１、図２を用いて以下に説明する。
図１（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる雰囲気炉の天井吊り構造を示す上部断面図であり、（ｂ）はその要部を示す部分断面図である。また、図２は、図１のＢ-Ｂ断面図である。
この天井耐火物４には、図１（ａ）、図２に示したように、複数のアンカー煉瓦５が埋め込まれている。本発明の実施の形態にかかる雰囲気炉は、複数の支持梁２によって天井耐火物４が複数のアンカー煉瓦５と、その首部に巻き付けたアンカー煉瓦吊り金物７を介して、支持梁２の下方に水平に吊り下げてなる支持構造を有する。この支持構造は従来と同様である。
【００１７】
本発明の実施の形態にかかる雰囲気炉の天井吊り構造は、前記した支持構造を採用し、図１、図２に示したように、支持梁２の下方でかつ天井耐火物４の上方に、天井吊り金物である上、下２段の管材６，１２が互いに交差して配置されてなる。
ここで、天井吊り金物である上、下２段の管材６，１２の接触部は、図に示したように、上段の管材６が下段の管材１２に乗っている状態で直交している。そこで、接触部が管材同士が交差する接触状態であるから、天井吊り金物同士の接触部における抵抗を小さくできる。したがって、天井耐火物の熱膨張・熱収縮によって、アンカー煉瓦５が動く際、アンカー煉瓦５のスムーズな移動を保証できるから、天井耐火物４を吊っている上段の管材６は、下段の管材１２上をスムーズに下段の管材１２の管軸方向に向かって動くことができる。
【００１８】
しかも、図１（ａ）、（ｂ）に示したように、上段の管材６の方に、天井耐火物４に埋設された複数のアンカー煉瓦５を介して、天井耐火物４を吊っているアンカー煉瓦吊り金物７が引っ掛けられている。
なお、図８（ａ）〜（ｃ）には、本発明の実施の形態にかかる雰囲気炉に採用したアンカー煉瓦５の支持構造を示した。アンカー煉瓦吊り金物７の上段の管材６との引っ掛け形状は、この図８（ａ）〜（ｃ）に示したような一般的に実施されている形状に限定されない。
【００１９】
ただし、丸棒を専用形状に加工したアンカー煉瓦吊り金物７と、上段の管材６との引っ掛け部における天井吊り金物同士の接触抵抗が最小となるようにすることが好ましい。
以上説明した本発明の実施の形態にかかる雰囲気炉の天井吊り構造によれば、天井吊り金物同士の接触部における抵抗を小さくでき、天井耐火物の熱膨張・熱収縮によって、アンカー煉瓦５が動く際、アンカー煉瓦５のスムーズな移動を保証できる。したがって、天井吊り金物同士の接触部におけるスムーズな移動が妨げられ、天井耐火物４、アンカー煉瓦５およびアンカー煉瓦吊り金物７に変形・脱落が生じる危険性を下げることができる。
【００２０】
なお、天井吊り構造に用いる上、下２段の管材（６）、（１２）を両方共に、外形が円形の鋼管とするのが、天井耐火物４を支持するのに必要な強度確保および寸法選択の自由度が高いので好ましい。
また、上段の管材６の配置間隔は、１スパン（スパンとは、炉天井を築造するに際し、不定形耐火物を流し込む区分をいう）当たりの天井耐火物４の重量に応じて決めることができる。また１スパン当たりに埋め込むアンカー煉瓦５の数は、１スパン当たりの天井耐火物４をアンカー煉瓦５の首部に取り付けたアンカー煉瓦吊り金物７を介して、安定して吊り下げておくことができるよう最適に設計すればよい。その際、１スパン当たりの天井耐火物４の重量、用いる耐火物の膨張率などの耐火物特性、操業温度等を加味する。
【００２１】
１スパン当たりの天井耐火物４の重量は、使用する不定形耐火物の全重量をスパン数で除した値に応じて決まるから、設計時に、求めることができる。
また、側壁耐火物３と天井耐火物４の間に設ける隙間８は、設計上、側壁耐火物３の高さ方向熱膨張量と天井耐火物４の厚み方向熱膨張量を勘案し、側壁耐火物３と天井耐火物４とが接触しないように、最小厚みに設定されることが多い。この理由は、隙間８を過度に大きくした場合、雰囲気炉の加熱効率が悪化するからである。この隙間８は、セラミックファイバー等の充填材を挿入したとしても、炉内温度が高いため、シール性を十分とするのはかなり困難である。
【００２２】
一方、用いる耐火物の熱膨張量を加味して、隙間８を設けた場合でも、想定外の熱膨張が発生することも考えておかなければならない。そうしないと、側壁耐火物３と天井耐火物４とが接触していまい、図６に示したように、天井耐火物４に大亀裂が生じる損傷トラブルが起こる危険性がある。
そこで、図１、図２を用いて説明した雰囲気炉には、各支持梁２の下部に矩形状の枠体支持金物１３が設けてある。矩形状の枠体支持金物１３は、枠体上部１３ａがＨ形鋼である各支持梁２のフランジ部に乗せてある。
【００２３】
図２中、１４は、枠体支持金物１３の枠内空間を示す。この枠体支持金物１３は、図１に示したように、炉天井を築造するに際し、炉幅方向の両端部と中央の３箇所の支持梁２の下部に設けた。そして長い管材１２を枠体支持金物１３の枠内空間１４に挿入した後、その枠体下部１３ｂと下段の管材１２とを接触させた。このようして、下段の管材１２の方が支持梁２に枠体上部１３ａで固定され、支持梁長手方向断面で見て矩形状の枠体支持金物１３の枠内空間１４に挿入され、枠体下部１３ｂに当接されて矩形状枠体支持金物１３の枠内に保持されてなる雰囲気炉の吊り天井構造とするのが好ましい。
【００２４】
この理由は、用いる耐火物の熱膨張量を加味した隙間８を設けた場合でも、想定外の熱膨張が発生することがあり、その際、側壁耐火物３と天井耐火物４とが接触して、天井耐火物４が側壁耐火物３によって突き上げられた場合に、互いに交差して配置された上、下２段の管材６、１２のうち、上段の管材６の方が支持梁２の下方位置にまで上昇できるかれである。
【００２５】
このため、天井耐火物４に大亀裂が生じ、大トラブル至る危険性を小さくすることができる。またさらに、枠体支持金物１３の枠体上部１３ａがＨ形鋼である支持梁２のフランジ部に乗っている構造であるのでＨ形鋼である支持梁２のフランジ間の距離が逃げ代となる。
以上説明した雰囲気炉で鋼材を加熱する場合には、一般的に炉内温度が１３００℃以上となる。したがって、鋼材を加熱する雰囲気炉の炉天井を築造するに際し、天井耐火物４の厚みは、熱放散の抑止及び天井吊り金具の強度の点、構造部材である支柱１と支持梁２からなる鉄骨の限界温度から、通常３００ｍｍ以上とするのが好適である。このような吊り天井構造を有する雰囲気炉では、多少の炉内温度偏差が生じても、安定した雰囲気条件下で鋼材を加熱することができる。
【実施例１】
【００２６】
本発明を、リング状炉天井を有する回転炉床式回転炉に適用した。この回転炉床式回転炉は、還元性雰囲気条件下で還元剤を含有する酸化鉄塊成物を炉床に配置し、炉床を回転しつつ最高温度１５５０℃で加熱することで、還元鉄塊成物を製造する際に用いる。
回転炉床式回転炉の寸法
炉床径：１０ｍ、炉内幅：２ｍ、
炉天井を築造するときの天井スパン（炉天井を築造するに際し、不定形耐火物を流し込む区分：図１０に示したリング状炉天井１６の場合、炉内幅方向中央で測った間隔）：３ｍ。
【００２７】
アンカー煉瓦５の配置は、炉天井を築造するに際し、炉幅方向にピッチ３００ｍｍとし、炉円周方向に千鳥配置とした。不定形耐火物には、高アルミナ系のキャスタブルを用いた。側壁耐火物３と天井耐火物４の間に設ける隙間８は適宜とした。
天井吊り金物には以下の部材を用いた。
アンカー煉瓦吊り金物：直径が９ｍｍの丸鋼。
【００２８】
上段の管材：直径が５０Ａの圧力配管用炭素鋼管（JlS G3454 STPG sch40）。
下段の管材：直径が６５Ａの圧力配管用炭素鋼管。
枠体支持金物：一般構造用圧延鋼材（JlS G3101 SS400）。
本発明を適用した回転炉床式回転炉を稼動させ、１年稼動した後の点検では、側壁耐火物および天井耐火物に微細亀裂が認められるものの、大亀裂や天井脱落等のトラブルはなく、天井耐火物は極めて良好な状態であった。
【００２９】
従来の天井吊り構造（図３相当）の場合には、稼動後、３〜５ケ月で天井耐火物に部分脱落等が生じる耐火物損傷トラブルが発生していたので、本発明を適用したことによる経済効果は、補修費用の削減に留まることなく、炉体耐火物の長寿命化と天井吊り金物の長寿命化による操業度向上効果が極めて大きい。
【実施例２】
【００３０】
本発明を、矩形状炉天井を有する雰囲気加熱炉に適用した。この雰囲気加熱炉は鋼材を非酸化性雰囲気条件下で最高温度１３５０℃で加熱する際に用いる。
この雰囲気加熱炉の寸法
炉長：１０ｍ、炉内幅：５ｍ、
炉天井を築造するときの天井スパン（炉天井を築造するに際し、不定形耐火物を流し込む区分：図９に示した矩形状炉天井１５の場合）：（２ｍ）。
【００３１】
アンカー煉瓦５の配置は、炉天井を築造するに際し、炉幅方向にピッチ３５０ｍｍとし、炉長方向に千鳥配置とした。不定形耐火物には、アルミナ−シリカ系のキャスタブルを用いた。側壁耐火物３と天井耐火物４の間に設ける隙間８は適宜とした。
天井吊り金物には以下の部材を用いた。
アンカー煉瓦吊り金物：直径が９ｍｍの丸鋼。
【００３２】
上段の管材：直径が７５Ａの圧力配管用炭素鋼管（JlS G3454 STPG sch80）。
下段の管材：直径が１００Ａの圧力配管用炭素鋼管。
枠体支持金物：一般構造用圧延鋼材（JlS G3101 SS400）。
本発明を適用した雰囲気加熱炉を稼動させ、１年稼動した後の点検では、側壁耐火物および天井耐火物に微細亀裂が認められるものの、大亀裂や天井脱落等のトラブルはなく、天井耐火物は極めて良好な状態であった。
【００３３】
一方、従来の天井吊り構造（図３相当）の場合には、稼動後、３〜５ケ月で天井耐火物に部分脱落等が生じる耐火物損傷トラブルが発生していたので、本発明を適用したことによる経済効果は、補修費用の削減に留まることなく、炉体耐火物の長寿命化と天井吊り金物の長寿命化による操業度向上効果が極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態にかかる雰囲気炉の天井吊り構造を示す上部断面図であり、（ｂ）はその要部を示す部分断面図である。
【図２】図１のＢ-Ｂ断面図である。
【図３】従来の一般的な雰囲気炉の天井吊り構造を示す上部断面図である。
【図４】図３のＡ-Ａ断面図である。
【図５】従来の一般的な雰囲気炉の耐火物の膨張方向を示す上部断面図である。
【図６】従来の一般的な雰囲気炉の天井耐火物に生じるトラブルを示す上部断面図である。
【図７】特許文献２記載の雰囲気炉の天井吊り構造を示す部分断面である。
【図８】従来仕様の一般的なアンカー煉瓦支持方法を示す（ａ）は管材軸方向に対して直角方向から見た正面図、（ｂ）はそのＣ-Ｃ断面図、（ｃ）は要部断面図である。
【図９】雰囲気炉の矩形状炉天井を示す平面図である。
【図１０】雰囲気炉のリング状炉天井を示す平面図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  支柱
２  支持梁
３  側壁耐火物
４  天井耐火物
５  アンカー煉瓦
６  管材（天井吊り金物）
７  アンカー煉瓦吊り金物（天井吊り金物）
８  隙間
９  大亀裂
１０  アンカー煉瓦の首部
１１  形鋼製の天井吊り金物
１２  管材（天井吊り金物）
１３  枠体支持金物（天井吊り金物）
１３ａ  枠体上部
１３ｂ  枠体下部
１４  枠内空間
１５  矩形状炉天井
１６  リング状炉天井
Ｏ  炉床の回転中心
【図１】
2007240053.tif 000003
【図２】
2007240053.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2007240053.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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