高炉炉底の構築方法
【課題】充填材の施工工程が簡略化できるとともに良好な冷却性能が得られる高炉炉底の構築方法を提供すること。
【解決手段】基礎５上に複数の主梁材１１１を配列して空間部２０Ｕを形成し、主梁材１１１に底板１４を張って空間部２０Ｕの上面を閉鎖し、空間部２０Ｕ内にキャスタブル１７を充填する際に、外部からキャスタブル１７を空間部２０Ｕの一端側に注入する注入口２１と、注入口２１から空間部２０Ｕの他端側へと配列された複数の充填確認用開口９９とを形成しておき、注入口２１に近い充填確認用開口９９からキャスタブル１７の流出を順次確認しつつ注入口２１にキャスタブル１７を注入し、空間部２０Ｕの他端側の排出口からキャスタブルの流出が確認された後にキャスタブル１７の注入を停止し、注入口２１、排出口および充填確認用開口９９を完全に封止する、
【解決手段】基礎５上に複数の主梁材１１１を配列して空間部２０Ｕを形成し、主梁材１１１に底板１４を張って空間部２０Ｕの上面を閉鎖し、空間部２０Ｕ内にキャスタブル１７を充填する際に、外部からキャスタブル１７を空間部２０Ｕの一端側に注入する注入口２１と、注入口２１から空間部２０Ｕの他端側へと配列された複数の充填確認用開口９９とを形成しておき、注入口２１に近い充填確認用開口９９からキャスタブル１７の流出を順次確認しつつ注入口２１にキャスタブル１７を注入し、空間部２０Ｕの他端側の排出口からキャスタブルの流出が確認された後にキャスタブル１７の注入を停止し、注入口２１、排出口および充填確認用開口９９を完全に封止する、
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉炉底の構築方法に関し、高炉の炉底部分の構築に利用できる。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、その内側に施工された炉底部耐火物の損耗により１５〜２０年で寿命に達し、耐火物の巻き替えを含めた改修が実施される。
炉底耐火物の損耗を減少させるために、従来の高炉では、水冷パイプを埋め込んだステーブクーラーと呼ばれる冷却帯を側面部に設置し、底面には水冷パイプを埋設することで、冷却を強化して溶銑との接触界面に保護層を形成させている。これら冷却部と耐火物間には、冷却能を損なわないように高熱伝導率の耐火材が充填される。
【０００３】
炉底部分は、炉体の膨大な重量が直接配管やその周囲の耐火物に掛からないように、敷きビーム等と呼ばれる高剛性の構造体が使用される。
敷きビームは長尺の鋼材を用いて剛性を高めた梁組構造物であり、基礎上に複数の主梁材を並行に設置し、これらを交差方向の梁材で接合して全体として面状に構築される。
炉内からのガスリークを防止するために、敷きビーム上には、底板が設置される。高炉の炉体は敷きビームの上面に形成されることもあるが、敷きビームが炉体鉄皮の内側に包囲される構成も採用される。
【０００４】
このような敷きビームおよび耐火材の例として特許文献１がある。
特許文献１において、敷きビームとなる主梁材は複数が並行に配列され、各々は炉体の鉄皮で包囲されている。梁材の間に形成される空間部には複数回に分けて充填材が充填される。
すなわち、空間部の基礎コンクリート層の上に二次コンクリート層が敷かれ、その上に冷却管が設置される。冷却管の上下には、黒鉛質スタンプ材や炭化珪素（ＳｉＣ）キャスタブル等の高熱伝導充填材が、冷却管に対して隙間無く充填される。これら二層の高熱伝導充填材の上面には鋼製の底板が張られ、炉体内側の耐火煉瓦層はこの底板の上に構築される。
ここで、底板を張った際には、空間部に充填された充填材の上面との間に隙間が避けられない。ところが、充填材と底板との間に隙間が残ると、炉内から底板を通しての抜熱が不十分となる。このような隙間により、冷却管による所定の冷却効果が得られなくなり、炉底耐火物の損耗に影響が生じる。このような問題を回避するために、前述した隙間には、流動性を高めた充填材を別途圧入し、底板と充填材との密着性および伝熱性を確保している。
【０００５】
一方、前述した特許文献１の手順では、冷却管の周囲への充填施工が三段階（配管の下、配管の上、隙間への圧入）と多く、工数が低減できない。また、各々の施工においては、黒鉛質の高熱伝導性スタンプや、底板との間の隙間への耐火性材料の圧入など煩雑な処置が必要であり、施工工程が簡略化できないという問題がある。
これに対し、本願出願人により、区画工程、配管工程、閉鎖工程を先行しておき、閉鎖された空間部に対して、空間部の側面の注入口から前述したキャスタブル等の不定形耐火材を充填し、これにより冷却管を包囲するとともに不定形耐火物を底板に密着させる（充填工程）技術が提案されている。
この提案によれば、冷却管を包囲する充填工程を一気に行うことができ、空間部の充填を一工程で済ますことができ、大幅な工程の簡素化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５６１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前述した提案における充填工程では、空間部が高炉の炉底を横断する長大な長さとなり、不定形耐火物を相当な長さにわたって充填し続ける必要がある。充填する長さが大きくなると、中間部分で予期しない残留物や閉塞の可能性があり、注入側から反対側まで不定形耐火物を円滑かつ確実に充填することが難しいという問題があった。
【０００８】
本発明の主な目的は、不定形耐火物の充填工程が簡略かつ確実にできる高炉炉底の構築方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、基礎上に梁組構造物を配列して前記梁組構造物の間に空間部を形成し、前記梁組構造物に底板を張って前記空間部の上面を閉鎖し、前記空間部内に不定形耐火材を充填して前記不定形耐火物を前記底板に密着させる高炉炉底の構築方法において、外部から前記不定形耐火物を前記空間部の一端側に注入する注入口と、前記空間部の他端側から前記不定形耐火物を排出する排出口と、前記注入口から前記排出口までの間の前記底板に、前記注入口から注入された前記不定形耐火物の充填確認を行うための充填確認用開口とを形成しておき、前記注入口に近い前記充填確認用開口から前記不定形耐火物の流出を順次確認しつつ前記注入口に前記不定形耐火物を注入し、前記排出口から前記不定形耐火物の流出が確認された後に前記不定形耐火物の注入を停止し、前記充填確認用開口を完全に封止する、ことを特徴とする。
【００１０】
このような本発明においては、区画工程、配管工程、閉鎖工程を先行しておき、冷却管を包囲する充填工程を一気に行う。
すなわち、敷きビーム等の梁組構造体の間に空間部を形成し（区画工程）、空間部に冷却管を設置し（配管工程）、底板を張って空間部を閉鎖する（閉鎖工程）。この際、適宜支持部材等を追加して冷却管を空間部内で宙吊りとしてもよい。
閉鎖された空間部に対して、空間部の側面あるいは炉内の底面の注入口から不定形耐火物を充填し、これにより冷却管を包囲するとともに不定形耐火物を底板に密着させる（充填工程）。この際、充填された不定形耐火物が空間部の隅々まで行き渡るように、不定形耐火物の流動性を調整しておくとともに、炉体に影響しない範囲内で適宜加圧等を行うことが望ましい。
【００１１】
本発明では、不定形耐火物の一括充填にあたって、注入口に近い充填確認用開口から不定形耐火物の流出を順次確認しつつ、注入口に不定形耐火物を注入してゆく。不定形耐火物の注入に伴い、充填確認用開口のうち注入口に近いものから順に不定形耐火物が流出する。この流出により、当該部位までの区画では不定形耐火物の充填ができたことが確認できる。続いて、不定形耐火物を更に注入することで、不定形耐火物が流出する充填確認用開口が順次増えてゆき、排出口に近い充填確認用開口から不定形耐火物の流出が確認されたら、空間部の注入口側から排出口側までの全区間にわたって不定形耐火物の充填ができたことになる。この後、不定形耐火物の注入を停止し、注入口と排出口および充填確認用開口を完全に封止する。これにより、空間部には全長にわたって不定形耐火物が確実に充填される。
【００１２】
このような本発明によれば、空間部に不定形耐火物を一括して充填し、不定形耐火物で冷却管を包囲するとともに、不定形耐火物が底板にも密着するようにできるため、熱伝導性を確保して冷却性能を高めることができる。
これにより、従来のような狭い隙間への圧入が必要なくなり、狭い隙間への圧入に必要だった高圧化を避けることができる。
【００１３】
なお、空間部としては、空間部を形成する個々の区画が炉体を横断するように配置しておき、注入口から注入された不定形耐火物が空間部の一端側から他端側へ流動して充填されるような構成とすることが望ましい。
このようにすることで、炉体の直下を空間部が潜るように設置することができ、空間部への不定形耐火物の注入を炉底の外側からの作業だけで行うことができる。
【００１４】
本発明の高炉炉底の構築方法において、前記充填確認用開口は、内径４〜１０ｍｍで形成することが望ましい。
このような構成とすることで、不定形耐火物の確認に十分な流出が得られるとともに、必要以上の過剰な流出を抑制することができる。
【００１５】
本発明の高炉炉底の構築方法において、前記充填確認用開口には、前記不定形耐火物の流出が確認できたものから順次封止栓で封止してゆくことが望ましい。
このような構成とすることで、確認が済んだ後の無用な流出を遮断することができる。
【００１６】
本発明の高炉炉底の構築方法において、前記注入口および前記排出口は、前記底板にねじ止めされるパイプ状の接続部材であることが望ましい。
このような構成とすることで、不定形耐火物の充填完了後の注入口の撤去が容易かつ迅速に行える。
【００１７】
本発明の高炉炉底の構築方法において、前記注入口および前記充填確認用開口の封止は、前記注入口、前記排出口および前記充填確認用開口を覆う封止板を当て、前記封止板を前記底板に溶接することが望ましい。
このような封止工程を行うことで、注入口や排出口および充填確認用開口から高炉炉内ガスがリークすることを防止でき、底板の下面に隙間が生じるといった不都合を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の梁組構造物を示す平面図。
【図２】前記第１実施形態の梁組構造物を示す交差梁材方向の縦断面図。
【図３】前記第１実施形態の注入口側を示す主梁材方向の縦断面図。
【図４】前記第１実施形態の注入口側を示す平面図。
【図５】前記第１実施形態の排出口側を示す主梁材方向の縦断面図。
【図６】前記第１実施形態の排出口側を示す平面図。
【図７】前記第１実施形態の充填材注入の初期状態を示す注入口側の縦断面図。
【図８】前記第１実施形態の充填確認用開口からの充填材の流出状態を示す注入口側の縦断面図。
【図９】前記第１実施形態の充填確認用開口の封止状態を示す注入口側の縦断面図。
【図１０】前記第１実施形態の充填材注入の中間状態を示す排出口側の縦断面図。
【図１１】前記第１実施形態の充填材注入の完了状態を示す排出口側の縦断面図。
【図１２】本発明の第２実施形態の注入口周辺を示す主梁材方向の縦断面図。
【図１３】前記第２実施形態の排出口周辺を示す主梁材方向の縦断面図。
【図１４】本発明の第３実施形態の注入口側を示す主梁材方向の縦断面図。
【図１５】前記第３実施形態の排出口側を示す主梁材方向の縦断面図。
【図１６】前記第３実施形態の注入口を示す縦断面図。
【図１７】前記図１６の注入口を撤去した状態を示す縦断面図。
【図１８】前記第３実施形態の他の注入口を示す縦断面図。
【図１９】前記図１８の注入口を撤去した状態を示す縦断面図。
【図２０】本発明の第４実施形態の梁組構造物を示す主梁材と交差方向の縦断面図。
【図２１】前記第４実施形態の注入口側を示す主梁材方向の縦断面図。
【図２２】本発明の第５実施形態の梁組構造物を示す主梁材と交差方向の縦断面図。
【図２３】本発明の実施例の評価用装置の縦断面を示す模式図。
【図２４】前記図２３と直交する方向の縦断面を示す模式図。
【図２５】前記図２３の装置の注入口、排出口および充填確認用開口を示す模式図。
【図２６】前記図２３の装置の充填確認用開口の封止栓を示す拡大図。
【図２７】前記図２３の装置の注入口、排出口および充填確認用開口の封止状態を示す模式図。
【図２８】本発明の実施例の評価用装置を示す概略三面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１には、高炉炉底に設置される梁組構造物である敷きビーム１１の平面形状が図示されている。
敷きビーム１１は、長尺のＨ型鋼材を用いた主梁材１１１および交差梁材１１０を直交方向に組んだ格子状のフレームを有する。
本実施形態の敷きビーム１１は、長方形の本体部分１１Ａと、その両側に張り出した拡張部分１１Ｂとを備え、拡張部分１１Ｂでは本体部分１１Ａよりも主梁材１１１が短く、交差梁材１１０が長く形成されている。
【００２０】
敷きビーム１１は、基礎５の上に構築され、敷きビーム１１の上には鉄皮を含む炉底マンテル１２が構築される。これらの敷きビーム１１および炉底マンテル１２により、高炉の炉底部である炉底ブロック１０が構成される。なお、基礎５の四隅には炉体櫓２が組まれ、炉底ブロック１０よりも上方に構築される炉体保持に利用される。
敷きビーム１１には、運転時に炉底マンテル１２内から基礎５への伝熱を緩和するための冷却管１６が設置されている。冷却管１６は、主梁１１１の間に形成される空間部２０（後述する上段の空間部２０Ｕ）内に、主梁１１１と平行に設置されている。
【００２１】
図２および図３には、本実施形態の敷きビーム１１の断面形状が拡大図示されている。
敷きビーム１１は、主梁材１１１が複数平行に配列された上段と、交差梁材１１０が複数平行に配列された下段とで構成されている。
【００２２】
敷きビーム１１の下段においては、複数の交差梁材１１０の間に、交差梁材１１０の全長にわたる升状の空間部２０Ｌが形成されている。空間部２０Ｌは、交差梁材１１０に沿って敷きビーム１１の一端側から他端側まで横断している。
交差梁材１１０は基礎５の上面に敷設される。基礎５の表面には交差梁材１１０の直下に荷重分散用の鉄板が埋設される。
隣り合う交差梁材１１０の端部の間には閉止板１９が架け渡されており、空間部２０Ｌの両端はそれぞれ閉止板１９で閉止されている。
これらの交差梁材１１０、閉止板１９および基礎５の表面で囲まれた升状の空間により空間部２０Ｌが形成される。
空間部２０Ｌ内には耐熱性コンクリート１８が充填される。固化した耐熱性コンクリート１８の表面は、交差梁材１１０の上面と同じ高さに形成される。
【００２３】
敷きビーム１１の上段においては、複数の主梁材１１１の間に、主梁材１１１の全長にわたる升状の空間部２０Ｕが形成されている。空間部２０Ｕは、主梁材１１１に沿って敷きビーム１１の一端側から他端側まで横断している。
主梁材１１１は交差梁材１１０および耐熱性コンクリート１８の上面に敷設される。主梁材１１１の荷重は主に交差梁材１１０によって支持される。
隣り合う主梁材１１１の端部の間には閉止板１９が架け渡されており、空間部２０Ｕの両端はそれぞれ閉止板１９で閉止されている。
これらの主梁材１１１、閉止板１９および耐熱性コンクリート１８の表面で囲まれた升状の空間により空間部２０Ｕが形成される。
空間部２０Ｕ内には、冷却管１６が一区間あたり２〜４本づつ配列される。
主梁材１１１の上面には鋼製の底板１４が張られる。この底板１４により空間部２０Ｕは上面を閉じられ、冷却管１６を収容した閉じた空間とされる。
【００２４】
底板１４は炉底マンテル１２の底面を構成するものである。
底板１４の上には炉底マンテル１２を構成する鉄皮１５が設置される。炉底マンテル１２は、この鉄皮１５の内側にステーブクーラーや耐火煉瓦（いずれも図示省略）を装着して構成される。
【００２５】
なお、空間部２０Ｌに充填される耐熱性コンクリート１８は、主梁材１１１および空間部２０Ｕの形成前に施工しておいてもよいが、形成前であってもよい。この際、主梁材１１１は交差梁材１１０によって支持されるため、耐熱性コンクリート１８がない状態、あるいは未硬化の状態であっても施工が可能である。
【００２６】
空間部２０Ｕ内には、耐熱性コンクリート１８の上に、冷却管１６を埋設するように、不定形耐火材としてのキャスタブル１７が充填される。
なお、前述した本体部分１１Ａにおいては上述した構成であるが、拡張部分１１Ｂにおいては耐熱性コンクリート１８上方に冷却管１６が設置されず、上側の空間部２０Ｕは下側と同様な耐熱性コンクリート１８が充填される。
【００２７】
冷却管１６としては、呼び径２５Ａ〜５０Ａの配管材が用いられる。
冷却管１６に通される冷却水の流速は１〜５ｍ／秒とすることが好ましい。流速が１ｍ／秒より小さいと、これらの寿命が短くなる可能性がある。流速が５ｍ／秒より大きいと、冷却水を循環させるための運転コストが高くなるとともに、冷却水による吸熱が十分でなくなり冷却効率が低下する。
【００２８】
キャスタブル１７は、流動性を有する状態で空間部２０Ｕ内へ注入され、所定時間の経過とともに固化するものであり、冷却管１６を包囲するとともに底板１４の下面に密着するように充填される。
キャスタブル１７としては、ＳｉＣを４０〜８０質量％、Ａｌ2Ｏ3を２０〜４０質量％、残部がＳｉＯ2という組成とされ、かつ熱伝導率λが１０〜３０Ｗ／ｍ・ＫであるＳｉＣ質のものが用いられる。
このようなキャスタブル１７は、上段の空間部２０Ｕに充填する際の流動性を確保しつつ、空間部２０Ｕ内に充填されて固化した際の強度および伝熱性能を適切なものとすることができる。
【００２９】
キャスタブル１７を空間部２０Ｕ内に充填するために、空間部２０Ｕの両端の閉止板１９には、空間部２０Ｕ内に連通する注入口２１および排出口２２が設置される。
図１において、敷きビーム１１の一方（図中上側）の辺縁に配置された交差梁材１１０（下段）の上部に設けられた閉止板１９（上段）には注入口２１が形成され、他方（図中下側）の辺縁に配置された交差梁材１１０の上部に設けられた閉止板１９には排出口２２が形成されている。
【００３０】
本実施形態において、使用するキャスタブル１７の量を削減するために、キャスタブル１７の充填は炉底マンテル１２に対応した平面形状が略円形の部分に限定される。そのために、空間部２０Ｕの内部には、空間部２０Ｕの端部近傍を仕切る仕切壁２３が設置されている（図３〜図６参照）。
仕切壁２３は、炉底マンテル１２の鉄皮１５の下方であって、鉄皮１５の直下またはその外側の位置に設置される。
仕切壁２３には、主梁材１１１あるいは冷却管１６が挿通する開口部分の周囲にシール材等が設置され、同開口部分からキャスタブル１７が漏れ出して仕切壁２３を超えることがないように形成されている。
【００３１】
図４および図５において、注入口２１はパイプ状の部材であり、敷きビーム１１上段の閉止板１９（空間部２０Ｕの端部を閉止する）を貫通した状態で溶接され、外部と空間部２０Ｕ内部とを連通している。
注入口２１が形成された閉止板１９と最寄りの仕切壁２３との間には、注入口２１と同径のパイプ状部材を用いた延長管２４が設置されている。この延長管２４は注入口２１と連通されるとともに、仕切壁２３を貫通してその反対側の空間（空間部２０Ｕのうち炉底マンテル１２の下面側にあたる領域）へと連通されている。
従って、外部から注入口２１にキャスタブル１７を圧入すれば、キャスタブル１７は延長管２４を経由して空間部２０Ｕの炉底マンテル１２の下面側にあたる領域へと導入される（図７参照）。
【００３２】
図５および図６において、排出口２２はパイプ状の部材であり、敷きビーム１１上段の閉止板１９（空間部２０Ｕの端部を閉止する）を貫通した状態で溶接され、外部と空間部２０Ｕ内部とを連通している。
排出口２２が形成された閉止板１９と最寄りの仕切壁２３との間には、排出口２２と同径のパイプ状部材を用いた延長管２５が設置されている。この延長管２５は排出口２２と連通されるとともに、仕切壁２３を貫通してその反対側の空間（空間部２０Ｕのうち炉底マンテル１２の下面側にあたる領域）へと連通されている。
【００３３】
なお、排出口２２は、その空間部２０Ｕと連通された側と反対側の開口が、空間部２０Ｕよりも高い位置、具体的には底板１４よりも高い位置に設置され、大気開放されている。
従って、空間部２０Ｕに注入口２１側からキャスタブル１７が導入された際には、これらの延長管２５および排出口２２から空間部２０Ｕ内に予め存在した空気が排出される。
さらに、十分な量のキャスタブル１７が空間部２０Ｕに充填されると、キャスタブル１７の一部は延長管２５を経由して排出口２２へと誘導され、外部へ排出される（図１１参照）。この排出を確認することで、空間部２０Ｕ内に十分なキャスタブル１７が導入されたことを認識することができる。
なお、排出口２２および延長管２５の径は、注入口２１および延長管２４の径と同じでもよいが、通過させるものは余剰空気および確認用のキャスタブル１７だけであり、より小径のものであってもよい。
【００３４】
このようなキャスタブル１７の充填を、空間部２０Ｕの全長にわたって円滑かつ確実に行うために、底板１４には複数の充填確認用開口９９が形成されている。
図２、図４および図６に示すように、充填確認用開口９９は、空間部２０Ｕの幅方向の中間位置（隣り合う主梁材１１１の中間位置）において底板１４の表裏を貫通して形成され、これにより空間部２０Ｕと底板１４の表面側（炉底マンテル１２内の空間）とが連通されている。
【００３５】
これらの充填確認用開口９９は、例えば内径４〜１０ｍｍの丸孔状に形成される。この内径では、キャスタブル１７がその流動性により、その供給圧が比較的低圧でも容易に流出することができる。但し、同内径であれば、キャスタブル１７が過剰に流出することがなく、キャスタブル１７の通過確認に適した流出のみが得られる。
さらに、同内径であれば、底板１４に対して充填確認用開口９９を閉塞させる封止栓９８（図９または図１１参照）を容易かつ確実に形成することができる。
【００３６】
本実施形態においては、基礎５とは別の作業現場において、敷きビーム１１および冷却管１６を含む炉底ブロック１０を製造する（区画工程、配管工程、閉鎖工程）。
続いて、敷きビーム１１を含む炉底ブロック１０を基礎５上に移載し、下段の空間部２０Ｌへの耐熱性コンクリート１８を打設し、次にキャスタブル１７の充填を行い、これにより冷却管１６を包囲するとともにキャスタブル１７を底板１４に密着させる（充填工程）。
【００３７】
図７〜図１１には本実施形態におけるキャスタブル１７の注入手順が示されている。
図７において、外部で製造した炉底ブロック１０を基礎５上に移設する。敷きビーム１１の注入口２１にキャスタブル１７の供給源（図示せず）の供給管１７Ａを接続する。この状態でキャスタブル１７を圧送すると、キャスタブル１７は注入口２１から延長管２４を経て空間部２０Ｕ（一対の仕切壁２３で挟まれた炉底マンテル１２の下面側にあたる領域）へと導入される。
【００３８】
図８において、キャスタブル１７の注入を続けると、キャスタブル１７は注入口２１側（図中左側）から空間部２０Ｕの底面（仕切板１９の上面）に沿って進むとともに、注入口２１近傍から徐々に上方へ膨れてゆき、その上面は冷却管１６を包囲し、さらに底板１４の下面に密着する。
この状態でキャスタブル１７の注入を続けることにより、キャスタブル１７の前縁は底板１４の下面に密着しながら進み、底板１４に充填確認用開口９９がある部位まで達すると、キャスタブル１７の一部が充填確認用開口９９から排出される。キャスタブル１７が排出されれば、当該部位まではキャスタブル１７が充填されたことが確認できる。
【００３９】
図９に示すように、充填確認用開口９９からのキャスタブル１７の排出が確認できたら、それ以上のキャスタブル１７の流出は必要ないため、封止栓９８を形成して充填確認用開口９９に塞いでおく。
なお、後述するように、全ての充填確認用開口９９からの排出が確認できてからまとめて封止栓９８を形成してもよい。
【００４０】
一方、充填確認用開口９９からのキャスタブル１７の排出が確認できない場合、当該部位の手前に何らかの障害物などの原因があると考えられる。このような場合、当該部位の手前に別途注入孔を形成し、炉底マンテル１２内からキャスタブル１７を注入する等の代替措置により、当該区間のキャスタブル１７の充填を確保するとともに、以降の充填確認用開口９９へ向けてキャスタブル１７の充填を継続する。
【００４１】
図１０において、キャスタブル１７の注入を続けると、キャスタブル１７の前縁は底板１４の下面に密着しながら進み、底板１４に充填確認用開口９９がある部位まで達すると、キャスタブル１７の一部が充填確認用開口９９から排出される。
【００４２】
図１１において、キャスタブル１７が十分な量注入されると、キャスタブル１７は排出口２２側の仕切壁２３に到達し、延長管２５および排出口２２を経て一部が外部へと排出される。
こうしてキャスタブル１７が排出されたら、空間部２０Ｕ内に十分なキャスタブル１７が導入されたと判定できるから、キャスタブル１７の注入を停止する。
この後、キャスタブル１７の供給源の供給管１７Ａを取り外す。所定の時間経過してキャスタブル１７が固化したら、敷きビーム１１への充填が完了する。
【００４３】
本実施形態において、注入口２１、排出口２２、延長管２４，２５等はそのまま敷きビーム１１に残しておいてよい。キャスタブル１７が固化することで、注入口２１、排出口２２を塞がなくても特に問題は生じない。
但し、前述した充填工程の後、注入口２１を溶接あるいは図示しない封止用キャップ等で塞ぐようにしてもよい（封止工程）。このような封止工程を行うことで、注入口２１からの空気が入ることを防止でき、底板１４の下面に隙間が生じるといった不都合を避けることができる。
【００４４】
このような本実施形態においては、次のような効果が得られる。
敷きビーム１１の製造において区画工程、配管工程、閉鎖工程を先行しておき、敷きビーム１１を移載した基礎５上でキャスタブル１７の充填工程を一気に行うことができる。特に、空間部２０Ｕの充填に関しては従来の手順より大幅な工程の簡素化ができる。
【００４５】
さらに、本実施形態では、空間部２０Ｕにキャスタブル１７を一括して充填し、キャスタブル１７で冷却管１６を包囲するとともに、キャスタブル１７が底板１４にも密着するようにできるため、熱伝導性を確保して冷却性能を高めることができる。
これにより、従来のような狭い隙間への圧入が必要なくなり、狭い隙間への圧入に必要だった高圧化を避けることができる。
この際、空間部２０Ｕの長手方向に沿って複数の充填確認用開口９９を設置し、各々からのキャスタブル１７の排出を確認することで、キャスタブル１７の供給が比較的低圧であっても、空間部２０Ｕの全長にわたるキャスタブル１７の充填を円滑かつ確実に行うことができる。
さらに、底板１４に形成した充填確認用開口９９は、封止栓９８で封止するようにしたため、炉底マンテル１２における底板１４の遮蔽性能をある程度有しているが、長期的なガスシール性を確保するためには、封止材９８上に封止板を当てて溶接することが望ましい。
【００４６】
空間部２０Ｕは互いに連通されて炉底マンテル１２を横断する配置とされ、キャスタブル１７は空間部２０Ｕの一端側（図２上側）から注入されて他端側（図２下側）へ流動するようにしたため、炉底マンテル１２の直下を空間部２０Ｕが潜るように設置することができ、空間部２０Ｕへのキャスタブル１７の注入を炉底マンテル１２の外側からの作業だけで行うことができる。
【００４７】
キャスタブル１７の注入に、空間部２０Ｕの側面に配置された注入口２１を用いることで、注入口２１が底板に表れないので、炉底マンテル１２の構築にあたって注入口２１の撤去処理あるいは封止処理を行う必要がなく、施工を簡略化することができる。
【００４８】
空間部２０Ｕは主梁材１１１と閉止板１９とで区画され、注入口２１は閉止板１９に形成されることで、主梁材１１１を用いる敷きビーム１１において、簡単な構造にできるとともに、前述した側面からのキャスタブル１７の注入を行うことができる。
【００４９】
炉底マンテル１２の外周に対応した位置（鉄皮１５の位置）に空間部２０Ｕを仕切る仕切壁２３を設置し、注入口２１には仕切壁２３まで延びて空間部２０Ｕの一端側に連通する延長管２４を連結したため、主梁材１１１と交差梁材１１０とを用いる敷きビーム１１において、前述した側面からのキャスタブル１７の注入を行うとともに、空間部２０Ｕのうち炉底マンテル１２に対応した部分にのみキャスタブル１７を充填することで、必要な冷却性能を最小限の資材で効率よく実現することができる。
【００５０】
空間部２０Ｕの他端側に連通した排出口２２を設置することで、キャスタブル１７が空間部２０Ｕの一端側に注入された際に、空間部２０Ｕ内の空気を排出口から排出させることができるとともに、排出口２２からキャスタブル１７の一部が排出されることを確認することで、キャスタブル１７が空間部２０Ｕの一端側から他端側まで充填されたことを判別することができる。
また、排出口２２が底板より高い位置で大気開放されているため、キャスタブル１７が充填された際に空間部２０Ｕ内の空気を確実に押し出すことができ、空間部２０Ｕ内に充填されたキャスタブル１７上面と底板１４との間に隙間が生じないようにすることができる。
【００５１】
〔第２実施形態〕
図１２および図１３には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、基本的に前述した第１実施形態と同様な構成を備え、一部の構成が異なる。このため、重複する説明は省略し、以下には異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態では、空間部２０Ｕには第１実施形態のような仕切壁２３が設置されておらず、キャスタブル１７は空間部２０Ｕの全体にわたって充填される。
【００５２】
図１２には、本実施形態の注入口２１の周辺構造が示されている。注入口２１は前記第１実施形態と同様なパイプ状の部材であるが、閉止板１９を貫通するのみで閉止板１９の内側に延長管等はなく、空間部２０Ｕには閉止板１９のすぐ内側からキャスタブル１７が充填される。
図１３には、本実施形態の排出口２２の周辺構造が示されている。排出口２２は前記第１実施形態と同様なパイプ状の部材であるが、閉止板１９を貫通するのみで閉止板１９の内側に延長管等はなく、空間部２０Ｕには反対側の閉止板１９の内側までキャスタブル１７が充填される。
【００５３】
このような本実施形態では、敷きビーム１１の平面形状の一端側から他端側まで横断するように、空間部２０Ｕの全域にわたってキャスタブル１７が充填されることを除き、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。
すなわち、本実施形態においても、底板１４に充填確認用開口９９が形成されており、キャスタブル１７の充填に伴って、充填確認用開口９９からキャスタブル１７の一部が排出され、これにより充填の進行が確認できる。本実施形態においても、封止栓による封止を適宜行ってよい。
一方、敷きビーム１１の平面形状の全域にわたってキャスタブル１７が充填されることから、前記第１実施形態よりもキャスタブル１７の使用量が増えるが、一方で前記第１実施形態における仕切壁２３、延長管２４，２５の設置が不要となり、構造的な簡略化が図れ、製造期間も短縮できるというメリットがある。
【００５４】
〔第３実施形態〕
図１４および図１５には、本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態は、基本的に前述した第１実施形態と同様な構成を備え、一部の構成が異なる。このため、重複する説明は省略し、以下には異なる部分についてのみ説明する。
第１実施形態では、注入口２１および排出口２２が空間部２０Ｕの側面に設置されていたが、本実施形態では、注入口２１Ａおよび排出口２２Ａが底板１４の仕切板２３の近傍に設置され、炉底マンテル１２内から底板１４を貫通して空間部２０Ｕ内へと連通されている。
【００５５】
このような本実施形態では、キャスタブル１７の注入および最終的な排出が注入口２１Ａおよび排出口２２Ａとなることを除き、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。
すなわち、本実施形態においても、底板１４に充填確認用開口９９が形成されており、キャスタブル１７の充填に伴って、充填確認用開口９９からキャスタブル１７の一部が排出され、これにより充填の進行が確認できる。本実施形態においても、封止栓９８等による封止を適宜行ってよい。
【００５６】
本実施形態のような底板１４に設置する注入口２１Ａまたは排出口２２Ａは、例えば図１６から図１９に示す構成を利用することができる。
【００５７】
図１６には、本実施形態で注入口２１Ａまたは排出口２２Ａとして利用できる接続部材３０が示されている。接続部材３０は、パイプ状の本体３１の両側にボルト３３を挿通可能なブラケットを有する。底板１４には貫通孔１４１が形成され、その両側にはナット３４が溶接等で固定されている。本体３１の下端を貫通孔１４１にあてがい、ブラケットを挿通したボルトをナット３４に螺合させる。この状態で、予めボルト３３の途中に螺合させておいてナット３２を下方へ締め込むことにより、ブラケットが底板１４に対して締め付けられ、これにより接続部材３０が底板１４に固定される。
従って、このような接続部材３０を用いて注入口２１Ａまたは排出口２２Ａを形成し、キャスタブル１７の充填を行うことができる。
【００５８】
図１７に示すように、キャスタブル１７の充填が完了した際には、ナット３２およびボルト３３を緩めることで接続部材３０を取り外し、蓋板１４２をあてがい、その全周を溶接することで貫通孔１４１の封止を行うことができる。
【００５９】
図１８には、本実施形態で注入口２１Ａまたは排出口２２Ａとして利用できる接続部材４０が示されている。接続部材４０は、パイプ状の本体４１の端部に雄ねじ形状４２を有する。底板１４には貫通孔１４１が形成され、その内周面には雌ねじ形状１４４が形成されている。雄ねじ形状４２を雌ねじ形状１４４に螺合させることにより、接続部材４０が底板１４に固定される。
従って、このような接続部材４０を用いて注入口２１Ａまたは排出口２２Ａを形成し、キャスタブル１７の充填を行うことができる。
【００６０】
図１９に示すように、キャスタブル１７の充填が完了した際には、雄ねじ形状４２および雌ねじ形状１４４を緩めることで接続部材４０を取り外し、蓋板１４５をあてがい、その全周を溶接することで貫通孔１４１の封止を行うことができる。
【００６１】
〔第４実施形態〕
図２０および図２１には、本発明の第４実施形態が示されている。
本実施形態は、基本的に前述した第１実施形態と同様な構成を備え、一部の構成が異なる。このため、重複する説明は省略し、以下には異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態では、空間部２０は第１実施形態のような上段・下段がなく、第１実施形態における下段の交差梁材１１０が省略されているとともに、空間部２０には仕切壁２３が設置されていない。さらに、炉底マンテル１２の鉄皮１５が下方まで延長され、敷きビーム１１の主梁材１１１、底板１４および冷却管１６は全周を鉄皮１５で包囲されている。
【００６２】
本実施形態の注入口２１あるいは反対側の排出口２２は、それぞれ鉄皮１５に形成され、空間部２０内に連通されている。これらの注入口２１によりキャスタブル１７が空間部２０内に注入され、余剰空気あるいは一部のキャスタブル１７は反対側の排出口２２から排出される。
本実施形態においても、底板１４に充填確認用開口９９が形成されており、キャスタブル１７の充填に伴って、充填確認用開口９９からキャスタブル１７の一部が排出され、これにより充填の進行が確認できる。本実施形態においても、封止栓による封止を適宜行ってよい。
【００６３】
このような本実施形態によっても、前記第１実施形態と同様な効果が得られる。さらに、敷きビーム１１の周囲として鉄皮１５を用いることで、敷きビーム１１の構造として制約を受け、あるいは別の作業現場で炉底ブロック１０を製造して基礎５上に移載する等の処理が難しくなるが、主梁材１１１あるいはキャスタブル１７を炉底マンテル１２の大きさに限定することで、材料の使用量を削減できる。
【００６４】
〔第５実施形態〕
図２２には、本発明の第５実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第４実施形態と同様に敷きビーム１１の周囲を鉄皮１５で形成したものであるが、側面に設置された注入口２１および排出口２２に代えて底板１４に設置された注入口２１Ａおよび排出口２２Ａを用いたものである。
このような本実施形態によっても、基本的に前記第４実施形態と同様な効果が得られる。さらに、本実施形態においても、底板１４に充填確認用開口９９が形成されており、キャスタブル１７の充填に伴って、充填確認用開口９９からキャスタブル１７の一部が排出され、これにより充填の進行が確認できる。本実施形態においても、封止栓による封止を適宜行ってよい。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の実施例として、図２８に示す評価用装置において、具体的な試験を行った結果について説明する。
〔評価用装置の構成〕
図２８に示す評価用装置は、前述した第２実施形態（図１４および図１５参照）に基づくものであり、底面１４にパイプ状の注入口２１Ａおよび排出口２２Ａを設置した構成とされる。
【００６６】
〔実施例１〕
実施例１として、充填確認用開口９９の開口寸法について実験による評価を行った。
図２８の装置において、底板１４に直径２〜１４ｍｍの範囲で開口を形成して充填確認用開口９９とし、不定形耐火材として微粒からなる圧入材とキャスタブルとの２材質について圧入テストを実施した。その結果を表１に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
圧入材を充填した場合、直径２ｍｍでは開口からの流出がなく、直径４〜８ｍｍでは開口から適度に流出があった。この流出は、木栓等で容易に開口を閉鎖することができる程度であった。
キャスタブルを充填した場合、直径４ｍｍでは、少しだけ水分が流出したが直ちに閉塞した。直径６〜１０ｍｍでは、適度にキャスタブルが流出し、木栓等で容易に閉鎖することができた。
【００６９】
このことから、底板１４上に形成する充填確認用開口９９の開口寸法としては、直径４〜１０ｍｍが望ましく、それ未満では材料の流出が確認できず、それを超えると、閉鎖するまでに大量の材料が流出することが解った。
［評価］ ×：何も流出しないまたは、大量に流出
△：流出小で閉塞または、流出大で止めに時間を要す。
○：適度に流出し、止めも短時間で可能
◎：下記の中で最も良好
【００７０】
〔実施例２〕
実施例２として、充填確認用開口９９を封止するための封止栓９８として用いる金属製ピンの材質について実験による評価を行った。
図２５において、底板１４に形成された充填確認用開口９９は、不定形耐火物の充填確認後に順次、金属製ピンを用いた封止栓９８で封止される。
本実施例において、底板１４に形成される充填確認用開口９９は直径６ｍｍの開口とし、封止栓９８として下記３材質のピンを用いて開口の閉塞を実施した。
封止栓９８のサイズは、頭部の直径７ｍｍ、軸部の直径５ｍｍ、長さ１５ｍｍとし、底板１４の厚さは３２ｍｍとする。
このような条件のもとで、各材質の封止栓９８を充填確認用開口９９に打ち込み、打ち込んだあとの底板表面のピンの広がり寸法Ｒと高さＨを測定した（図２６参照）。以上の金属製ピンを用いた封止栓９８の材質比較結果を表２に示す。
【００７１】
【表２】
【００７２】
その結果、どの材質も容易に打ち込むことができたが、鉄とアルミニウムは、底板より盛り上がりＨが大きく、次工程でその上面をシールするために蓋板１４５（図２７参照）としての鉄板を置いて溶接する際、底板１４との間の隙間が大きくなってしまう。このような場合、盛り上がり部をサンドペーパ等による仕上げ削りを行う必要があった。しかし、真鍮の場合は顕著な盛り上がりはなく、仕上げを必要としなかった。なお、盛り上がり部を削るのは、底板と鉄板間に隙間に密封された空気があると溶接欠陥が生じやすくなるためで、削って隙間を小さくする方が好ましい。
以上より、金属製ピンの材質は、いずれの金属でもよいが、真鍮が最も盛り上がりがなく、好ましい。
【００７３】
〔実施例３〕
実施例１および実施例２の結果に基づき、実際の製鉄所の高炉改修工事において下記に示す方法で実施工を行った（図２３および図２４参照）。 図２３および図２４の装置では、基礎５上に空間２０Ｕが３３列、その中に水冷パイプ１６が６６本配列された梁組構造物１１を据付け、その上部に炉底マンテル１２を据え付けた。続いて、冷却パイプ１６の下端近くまで耐熱コンクリート１８を施工し、梁レベルより４〜６ｍｍ低いレベルまでＳｉＣ質のキャスタブル１７を施工した。その後、平面直径１７ｍの円形の底板１４を溶接し、底板１４に取り付けられた注入孔２１Ａより随時圧入を実施した。
【００７４】
注入口２１Ａおよび排出口２２Ａは、図２５に示すように、ボルト３３による取り外し式とした（図１６の第３実施形態参照）。本実験例では、注入口２１Ａおよび排出口２２Ａとして、鉄板３５Ｂにパイプ状の本体３１を貫通状態で溶接するとともに、その周囲に４つのナット３４Ｂを溶接しておき、４本のボルト３３がねじ込まれたものとした。底板１４側には、４本のボルト３３に対応する４つのナット３４Ａが溶接された鉄板３５Ａを溶接しておいた。なお、前述した第３実施形態（図１６参照）のように、ナット３４Ａを直接底板に溶接してもよいが、位置のケガキが事前に行えるため、あらかじめナット３４Ａが溶接された鉄板３５Ｂを用いた。
【００７５】
パイプ状の本体３１と底板１４との接触面には、厚さ２ｍｍのゴムパッキン３６を使用した。先の鉄板３５Ｂに取り付けられたボルト３３をナット３４Ａにねじ込んだ後、ナット３４Ｂを締め付けて本体３１でゴムパッキン３６を挟んで底板１４に押し付けることにより、注入口２１Ａおよび排出口２２Ａを固定した。
注入口２１Ａおよび排出口２２Ａの取り付け位置は、空間２０Ｕの一端部および他端部とし、本体３１のサイズは、直径５０ｍｍとした。
注入口２１Ａと排出口２２Ａの個数は、各空間２０Ｕにそれぞれ１つ配置し、総個数はそれぞれ３３個であった。
注入口２１Ａと排出口２２Ａとの間には、３ｍ間隔で直径６ｍｍの充填確認用開口９９を設けた。
【００７６】
３３列の空間部２０Ｕの最も端の列から、注入口２１Ａにバルブ２６および圧送用ホース２７を接続し、キャスタブル１７の圧入を行った。キャスタブル１７の圧入に伴い、充填確認用開口９９からキャスタブル１７の液分と空気が流出するのを確認しながら、他端の排出口２２Ａからキャスタブル１７が流出したことを確認したら一時圧送を停止し、注入口２１Ａに取り付けているバルブ２６を閉とし、途中の充填確認用開口９９に真鍮製ピンによる封止栓９８を木槌と金物ハンマーを用いて打ち込んだ。次いで圧送用ホース２７を外し、次列へホースを繋ぎ換え、順次次列の圧送に移った。
先に圧送が完了した列については、数分後、排出口２２Ａ内のキャスタブル１７のレベルがほとんど変化していないことを観察し、充填完了とした。なお、排出口２２Ａ内のキャスタブル１７のレベルが明らかに低下していた場合は、注入口２１Ａから再度圧入を実施した。充填完了となった列については、その後直径３０ｍｍ、厚さ６ｍｍの封止板１４５を溶接してシールを行った（図２７参照）。
【００７７】
以上の作業を繰り返して、３３列の施工を完了した。キャスタブル１７の硬化が確認できたものから、随時注入口２１Ａと排出口２２Ａのボルト３３を外し、ハンマーで軽く叩くことにより取り外した。取り外し跡の孔部のキャスタブル１７の手入れを行った後、直径９０ｍｍ、厚さ９ｍｍの封止板１４２を溶接してシールを行った（図２７参照）。
このように、本実施例では、大部分の作業をキャスタブル１７の施工時や硬化待ち時に並行して行うことができ、キャスタブル１７の圧入、硬化後の作業時間としては、６時間で完了した。また、注入口２１Ａと排出口２２Ａの着脱等にガス切断作業を皆無としたことで、炉内の環境は大幅に改善できた。
以上のように、本発明により定形耐火物の充填工程が簡略かつ確実にできることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、高炉炉底の構築方法に関し、高炉の炉底部分の構築に利用できる。
【符号の説明】
【００７９】
２…炉体櫓
３…炉体
５…基礎
１０…炉底部である炉底ブロック
１１…梁組構造物である敷きビーム
１２…炉底マンテル
１４…底板
１５…鉄皮
１６…冷却管
１７…不定形耐火材であるキャスタブル
１８…耐熱性コンクリート
１９…閉止板
２０…空間部
２０Ｕ…上段の空間部
２０Ｌ…下段の空間部
２１，２１Ａ…注入口
２２，２２Ａ…排出口
２３…仕切壁
２４…注入口の延長管
２５…排出口の延長管
９９…充填確認用開口
９８…封止栓
１１０…交差梁材
１１１…主梁材
１４２，１４５…封止版
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉炉底の構築方法に関し、高炉の炉底部分の構築に利用できる。
【背景技術】
【０００２】
高炉は、その内側に施工された炉底部耐火物の損耗により１５〜２０年で寿命に達し、耐火物の巻き替えを含めた改修が実施される。
炉底耐火物の損耗を減少させるために、従来の高炉では、水冷パイプを埋め込んだステーブクーラーと呼ばれる冷却帯を側面部に設置し、底面には水冷パイプを埋設することで、冷却を強化して溶銑との接触界面に保護層を形成させている。これら冷却部と耐火物間には、冷却能を損なわないように高熱伝導率の耐火材が充填される。
【０００３】
炉底部分は、炉体の膨大な重量が直接配管やその周囲の耐火物に掛からないように、敷きビーム等と呼ばれる高剛性の構造体が使用される。
敷きビームは長尺の鋼材を用いて剛性を高めた梁組構造物であり、基礎上に複数の主梁材を並行に設置し、これらを交差方向の梁材で接合して全体として面状に構築される。
炉内からのガスリークを防止するために、敷きビーム上には、底板が設置される。高炉の炉体は敷きビームの上面に形成されることもあるが、敷きビームが炉体鉄皮の内側に包囲される構成も採用される。
【０００４】
このような敷きビームおよび耐火材の例として特許文献１がある。
特許文献１において、敷きビームとなる主梁材は複数が並行に配列され、各々は炉体の鉄皮で包囲されている。梁材の間に形成される空間部には複数回に分けて充填材が充填される。
すなわち、空間部の基礎コンクリート層の上に二次コンクリート層が敷かれ、その上に冷却管が設置される。冷却管の上下には、黒鉛質スタンプ材や炭化珪素（ＳｉＣ）キャスタブル等の高熱伝導充填材が、冷却管に対して隙間無く充填される。これら二層の高熱伝導充填材の上面には鋼製の底板が張られ、炉体内側の耐火煉瓦層はこの底板の上に構築される。
ここで、底板を張った際には、空間部に充填された充填材の上面との間に隙間が避けられない。ところが、充填材と底板との間に隙間が残ると、炉内から底板を通しての抜熱が不十分となる。このような隙間により、冷却管による所定の冷却効果が得られなくなり、炉底耐火物の損耗に影響が生じる。このような問題を回避するために、前述した隙間には、流動性を高めた充填材を別途圧入し、底板と充填材との密着性および伝熱性を確保している。
【０００５】
一方、前述した特許文献１の手順では、冷却管の周囲への充填施工が三段階（配管の下、配管の上、隙間への圧入）と多く、工数が低減できない。また、各々の施工においては、黒鉛質の高熱伝導性スタンプや、底板との間の隙間への耐火性材料の圧入など煩雑な処置が必要であり、施工工程が簡略化できないという問題がある。
これに対し、本願出願人により、区画工程、配管工程、閉鎖工程を先行しておき、閉鎖された空間部に対して、空間部の側面の注入口から前述したキャスタブル等の不定形耐火材を充填し、これにより冷却管を包囲するとともに不定形耐火物を底板に密着させる（充填工程）技術が提案されている。
この提案によれば、冷却管を包囲する充填工程を一気に行うことができ、空間部の充填を一工程で済ますことができ、大幅な工程の簡素化を図ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１５６１３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、前述した提案における充填工程では、空間部が高炉の炉底を横断する長大な長さとなり、不定形耐火物を相当な長さにわたって充填し続ける必要がある。充填する長さが大きくなると、中間部分で予期しない残留物や閉塞の可能性があり、注入側から反対側まで不定形耐火物を円滑かつ確実に充填することが難しいという問題があった。
【０００８】
本発明の主な目的は、不定形耐火物の充填工程が簡略かつ確実にできる高炉炉底の構築方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、基礎上に梁組構造物を配列して前記梁組構造物の間に空間部を形成し、前記梁組構造物に底板を張って前記空間部の上面を閉鎖し、前記空間部内に不定形耐火材を充填して前記不定形耐火物を前記底板に密着させる高炉炉底の構築方法において、外部から前記不定形耐火物を前記空間部の一端側に注入する注入口と、前記空間部の他端側から前記不定形耐火物を排出する排出口と、前記注入口から前記排出口までの間の前記底板に、前記注入口から注入された前記不定形耐火物の充填確認を行うための充填確認用開口とを形成しておき、前記注入口に近い前記充填確認用開口から前記不定形耐火物の流出を順次確認しつつ前記注入口に前記不定形耐火物を注入し、前記排出口から前記不定形耐火物の流出が確認された後に前記不定形耐火物の注入を停止し、前記充填確認用開口を完全に封止する、ことを特徴とする。
【００１０】
このような本発明においては、区画工程、配管工程、閉鎖工程を先行しておき、冷却管を包囲する充填工程を一気に行う。
すなわち、敷きビーム等の梁組構造体の間に空間部を形成し（区画工程）、空間部に冷却管を設置し（配管工程）、底板を張って空間部を閉鎖する（閉鎖工程）。この際、適宜支持部材等を追加して冷却管を空間部内で宙吊りとしてもよい。
閉鎖された空間部に対して、空間部の側面あるいは炉内の底面の注入口から不定形耐火物を充填し、これにより冷却管を包囲するとともに不定形耐火物を底板に密着させる（充填工程）。この際、充填された不定形耐火物が空間部の隅々まで行き渡るように、不定形耐火物の流動性を調整しておくとともに、炉体に影響しない範囲内で適宜加圧等を行うことが望ましい。
【００１１】
本発明では、不定形耐火物の一括充填にあたって、注入口に近い充填確認用開口から不定形耐火物の流出を順次確認しつつ、注入口に不定形耐火物を注入してゆく。不定形耐火物の注入に伴い、充填確認用開口のうち注入口に近いものから順に不定形耐火物が流出する。この流出により、当該部位までの区画では不定形耐火物の充填ができたことが確認できる。続いて、不定形耐火物を更に注入することで、不定形耐火物が流出する充填確認用開口が順次増えてゆき、排出口に近い充填確認用開口から不定形耐火物の流出が確認されたら、空間部の注入口側から排出口側までの全区間にわたって不定形耐火物の充填ができたことになる。この後、不定形耐火物の注入を停止し、注入口と排出口および充填確認用開口を完全に封止する。これにより、空間部には全長にわたって不定形耐火物が確実に充填される。
【００１２】
このような本発明によれば、空間部に不定形耐火物を一括して充填し、不定形耐火物で冷却管を包囲するとともに、不定形耐火物が底板にも密着するようにできるため、熱伝導性を確保して冷却性能を高めることができる。
これにより、従来のような狭い隙間への圧入が必要なくなり、狭い隙間への圧入に必要だった高圧化を避けることができる。
【００１３】
なお、空間部としては、空間部を形成する個々の区画が炉体を横断するように配置しておき、注入口から注入された不定形耐火物が空間部の一端側から他端側へ流動して充填されるような構成とすることが望ましい。
このようにすることで、炉体の直下を空間部が潜るように設置することができ、空間部への不定形耐火物の注入を炉底の外側からの作業だけで行うことができる。
【００１４】
本発明の高炉炉底の構築方法において、前記充填確認用開口は、内径４〜１０ｍｍで形成することが望ましい。
このような構成とすることで、不定形耐火物の確認に十分な流出が得られるとともに、必要以上の過剰な流出を抑制することができる。
【００１５】
本発明の高炉炉底の構築方法において、前記充填確認用開口には、前記不定形耐火物の流出が確認できたものから順次封止栓で封止してゆくことが望ましい。
このような構成とすることで、確認が済んだ後の無用な流出を遮断することができる。
【００１６】
本発明の高炉炉底の構築方法において、前記注入口および前記排出口は、前記底板にねじ止めされるパイプ状の接続部材であることが望ましい。
このような構成とすることで、不定形耐火物の充填完了後の注入口の撤去が容易かつ迅速に行える。
【００１７】
本発明の高炉炉底の構築方法において、前記注入口および前記充填確認用開口の封止は、前記注入口、前記排出口および前記充填確認用開口を覆う封止板を当て、前記封止板を前記底板に溶接することが望ましい。
このような封止工程を行うことで、注入口や排出口および充填確認用開口から高炉炉内ガスがリークすることを防止でき、底板の下面に隙間が生じるといった不都合を避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１実施形態の梁組構造物を示す平面図。
【図２】前記第１実施形態の梁組構造物を示す交差梁材方向の縦断面図。
【図３】前記第１実施形態の注入口側を示す主梁材方向の縦断面図。
【図４】前記第１実施形態の注入口側を示す平面図。
【図５】前記第１実施形態の排出口側を示す主梁材方向の縦断面図。
【図６】前記第１実施形態の排出口側を示す平面図。
【図７】前記第１実施形態の充填材注入の初期状態を示す注入口側の縦断面図。
【図８】前記第１実施形態の充填確認用開口からの充填材の流出状態を示す注入口側の縦断面図。
【図９】前記第１実施形態の充填確認用開口の封止状態を示す注入口側の縦断面図。
【図１０】前記第１実施形態の充填材注入の中間状態を示す排出口側の縦断面図。
【図１１】前記第１実施形態の充填材注入の完了状態を示す排出口側の縦断面図。
【図１２】本発明の第２実施形態の注入口周辺を示す主梁材方向の縦断面図。
【図１３】前記第２実施形態の排出口周辺を示す主梁材方向の縦断面図。
【図１４】本発明の第３実施形態の注入口側を示す主梁材方向の縦断面図。
【図１５】前記第３実施形態の排出口側を示す主梁材方向の縦断面図。
【図１６】前記第３実施形態の注入口を示す縦断面図。
【図１７】前記図１６の注入口を撤去した状態を示す縦断面図。
【図１８】前記第３実施形態の他の注入口を示す縦断面図。
【図１９】前記図１８の注入口を撤去した状態を示す縦断面図。
【図２０】本発明の第４実施形態の梁組構造物を示す主梁材と交差方向の縦断面図。
【図２１】前記第４実施形態の注入口側を示す主梁材方向の縦断面図。
【図２２】本発明の第５実施形態の梁組構造物を示す主梁材と交差方向の縦断面図。
【図２３】本発明の実施例の評価用装置の縦断面を示す模式図。
【図２４】前記図２３と直交する方向の縦断面を示す模式図。
【図２５】前記図２３の装置の注入口、排出口および充填確認用開口を示す模式図。
【図２６】前記図２３の装置の充填確認用開口の封止栓を示す拡大図。
【図２７】前記図２３の装置の注入口、排出口および充填確認用開口の封止状態を示す模式図。
【図２８】本発明の実施例の評価用装置を示す概略三面図。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１には、高炉炉底に設置される梁組構造物である敷きビーム１１の平面形状が図示されている。
敷きビーム１１は、長尺のＨ型鋼材を用いた主梁材１１１および交差梁材１１０を直交方向に組んだ格子状のフレームを有する。
本実施形態の敷きビーム１１は、長方形の本体部分１１Ａと、その両側に張り出した拡張部分１１Ｂとを備え、拡張部分１１Ｂでは本体部分１１Ａよりも主梁材１１１が短く、交差梁材１１０が長く形成されている。
【００２０】
敷きビーム１１は、基礎５の上に構築され、敷きビーム１１の上には鉄皮を含む炉底マンテル１２が構築される。これらの敷きビーム１１および炉底マンテル１２により、高炉の炉底部である炉底ブロック１０が構成される。なお、基礎５の四隅には炉体櫓２が組まれ、炉底ブロック１０よりも上方に構築される炉体保持に利用される。
敷きビーム１１には、運転時に炉底マンテル１２内から基礎５への伝熱を緩和するための冷却管１６が設置されている。冷却管１６は、主梁１１１の間に形成される空間部２０（後述する上段の空間部２０Ｕ）内に、主梁１１１と平行に設置されている。
【００２１】
図２および図３には、本実施形態の敷きビーム１１の断面形状が拡大図示されている。
敷きビーム１１は、主梁材１１１が複数平行に配列された上段と、交差梁材１１０が複数平行に配列された下段とで構成されている。
【００２２】
敷きビーム１１の下段においては、複数の交差梁材１１０の間に、交差梁材１１０の全長にわたる升状の空間部２０Ｌが形成されている。空間部２０Ｌは、交差梁材１１０に沿って敷きビーム１１の一端側から他端側まで横断している。
交差梁材１１０は基礎５の上面に敷設される。基礎５の表面には交差梁材１１０の直下に荷重分散用の鉄板が埋設される。
隣り合う交差梁材１１０の端部の間には閉止板１９が架け渡されており、空間部２０Ｌの両端はそれぞれ閉止板１９で閉止されている。
これらの交差梁材１１０、閉止板１９および基礎５の表面で囲まれた升状の空間により空間部２０Ｌが形成される。
空間部２０Ｌ内には耐熱性コンクリート１８が充填される。固化した耐熱性コンクリート１８の表面は、交差梁材１１０の上面と同じ高さに形成される。
【００２３】
敷きビーム１１の上段においては、複数の主梁材１１１の間に、主梁材１１１の全長にわたる升状の空間部２０Ｕが形成されている。空間部２０Ｕは、主梁材１１１に沿って敷きビーム１１の一端側から他端側まで横断している。
主梁材１１１は交差梁材１１０および耐熱性コンクリート１８の上面に敷設される。主梁材１１１の荷重は主に交差梁材１１０によって支持される。
隣り合う主梁材１１１の端部の間には閉止板１９が架け渡されており、空間部２０Ｕの両端はそれぞれ閉止板１９で閉止されている。
これらの主梁材１１１、閉止板１９および耐熱性コンクリート１８の表面で囲まれた升状の空間により空間部２０Ｕが形成される。
空間部２０Ｕ内には、冷却管１６が一区間あたり２〜４本づつ配列される。
主梁材１１１の上面には鋼製の底板１４が張られる。この底板１４により空間部２０Ｕは上面を閉じられ、冷却管１６を収容した閉じた空間とされる。
【００２４】
底板１４は炉底マンテル１２の底面を構成するものである。
底板１４の上には炉底マンテル１２を構成する鉄皮１５が設置される。炉底マンテル１２は、この鉄皮１５の内側にステーブクーラーや耐火煉瓦（いずれも図示省略）を装着して構成される。
【００２５】
なお、空間部２０Ｌに充填される耐熱性コンクリート１８は、主梁材１１１および空間部２０Ｕの形成前に施工しておいてもよいが、形成前であってもよい。この際、主梁材１１１は交差梁材１１０によって支持されるため、耐熱性コンクリート１８がない状態、あるいは未硬化の状態であっても施工が可能である。
【００２６】
空間部２０Ｕ内には、耐熱性コンクリート１８の上に、冷却管１６を埋設するように、不定形耐火材としてのキャスタブル１７が充填される。
なお、前述した本体部分１１Ａにおいては上述した構成であるが、拡張部分１１Ｂにおいては耐熱性コンクリート１８上方に冷却管１６が設置されず、上側の空間部２０Ｕは下側と同様な耐熱性コンクリート１８が充填される。
【００２７】
冷却管１６としては、呼び径２５Ａ〜５０Ａの配管材が用いられる。
冷却管１６に通される冷却水の流速は１〜５ｍ／秒とすることが好ましい。流速が１ｍ／秒より小さいと、これらの寿命が短くなる可能性がある。流速が５ｍ／秒より大きいと、冷却水を循環させるための運転コストが高くなるとともに、冷却水による吸熱が十分でなくなり冷却効率が低下する。
【００２８】
キャスタブル１７は、流動性を有する状態で空間部２０Ｕ内へ注入され、所定時間の経過とともに固化するものであり、冷却管１６を包囲するとともに底板１４の下面に密着するように充填される。
キャスタブル１７としては、ＳｉＣを４０〜８０質量％、Ａｌ2Ｏ3を２０〜４０質量％、残部がＳｉＯ2という組成とされ、かつ熱伝導率λが１０〜３０Ｗ／ｍ・ＫであるＳｉＣ質のものが用いられる。
このようなキャスタブル１７は、上段の空間部２０Ｕに充填する際の流動性を確保しつつ、空間部２０Ｕ内に充填されて固化した際の強度および伝熱性能を適切なものとすることができる。
【００２９】
キャスタブル１７を空間部２０Ｕ内に充填するために、空間部２０Ｕの両端の閉止板１９には、空間部２０Ｕ内に連通する注入口２１および排出口２２が設置される。
図１において、敷きビーム１１の一方（図中上側）の辺縁に配置された交差梁材１１０（下段）の上部に設けられた閉止板１９（上段）には注入口２１が形成され、他方（図中下側）の辺縁に配置された交差梁材１１０の上部に設けられた閉止板１９には排出口２２が形成されている。
【００３０】
本実施形態において、使用するキャスタブル１７の量を削減するために、キャスタブル１７の充填は炉底マンテル１２に対応した平面形状が略円形の部分に限定される。そのために、空間部２０Ｕの内部には、空間部２０Ｕの端部近傍を仕切る仕切壁２３が設置されている（図３〜図６参照）。
仕切壁２３は、炉底マンテル１２の鉄皮１５の下方であって、鉄皮１５の直下またはその外側の位置に設置される。
仕切壁２３には、主梁材１１１あるいは冷却管１６が挿通する開口部分の周囲にシール材等が設置され、同開口部分からキャスタブル１７が漏れ出して仕切壁２３を超えることがないように形成されている。
【００３１】
図４および図５において、注入口２１はパイプ状の部材であり、敷きビーム１１上段の閉止板１９（空間部２０Ｕの端部を閉止する）を貫通した状態で溶接され、外部と空間部２０Ｕ内部とを連通している。
注入口２１が形成された閉止板１９と最寄りの仕切壁２３との間には、注入口２１と同径のパイプ状部材を用いた延長管２４が設置されている。この延長管２４は注入口２１と連通されるとともに、仕切壁２３を貫通してその反対側の空間（空間部２０Ｕのうち炉底マンテル１２の下面側にあたる領域）へと連通されている。
従って、外部から注入口２１にキャスタブル１７を圧入すれば、キャスタブル１７は延長管２４を経由して空間部２０Ｕの炉底マンテル１２の下面側にあたる領域へと導入される（図７参照）。
【００３２】
図５および図６において、排出口２２はパイプ状の部材であり、敷きビーム１１上段の閉止板１９（空間部２０Ｕの端部を閉止する）を貫通した状態で溶接され、外部と空間部２０Ｕ内部とを連通している。
排出口２２が形成された閉止板１９と最寄りの仕切壁２３との間には、排出口２２と同径のパイプ状部材を用いた延長管２５が設置されている。この延長管２５は排出口２２と連通されるとともに、仕切壁２３を貫通してその反対側の空間（空間部２０Ｕのうち炉底マンテル１２の下面側にあたる領域）へと連通されている。
【００３３】
なお、排出口２２は、その空間部２０Ｕと連通された側と反対側の開口が、空間部２０Ｕよりも高い位置、具体的には底板１４よりも高い位置に設置され、大気開放されている。
従って、空間部２０Ｕに注入口２１側からキャスタブル１７が導入された際には、これらの延長管２５および排出口２２から空間部２０Ｕ内に予め存在した空気が排出される。
さらに、十分な量のキャスタブル１７が空間部２０Ｕに充填されると、キャスタブル１７の一部は延長管２５を経由して排出口２２へと誘導され、外部へ排出される（図１１参照）。この排出を確認することで、空間部２０Ｕ内に十分なキャスタブル１７が導入されたことを認識することができる。
なお、排出口２２および延長管２５の径は、注入口２１および延長管２４の径と同じでもよいが、通過させるものは余剰空気および確認用のキャスタブル１７だけであり、より小径のものであってもよい。
【００３４】
このようなキャスタブル１７の充填を、空間部２０Ｕの全長にわたって円滑かつ確実に行うために、底板１４には複数の充填確認用開口９９が形成されている。
図２、図４および図６に示すように、充填確認用開口９９は、空間部２０Ｕの幅方向の中間位置（隣り合う主梁材１１１の中間位置）において底板１４の表裏を貫通して形成され、これにより空間部２０Ｕと底板１４の表面側（炉底マンテル１２内の空間）とが連通されている。
【００３５】
これらの充填確認用開口９９は、例えば内径４〜１０ｍｍの丸孔状に形成される。この内径では、キャスタブル１７がその流動性により、その供給圧が比較的低圧でも容易に流出することができる。但し、同内径であれば、キャスタブル１７が過剰に流出することがなく、キャスタブル１７の通過確認に適した流出のみが得られる。
さらに、同内径であれば、底板１４に対して充填確認用開口９９を閉塞させる封止栓９８（図９または図１１参照）を容易かつ確実に形成することができる。
【００３６】
本実施形態においては、基礎５とは別の作業現場において、敷きビーム１１および冷却管１６を含む炉底ブロック１０を製造する（区画工程、配管工程、閉鎖工程）。
続いて、敷きビーム１１を含む炉底ブロック１０を基礎５上に移載し、下段の空間部２０Ｌへの耐熱性コンクリート１８を打設し、次にキャスタブル１７の充填を行い、これにより冷却管１６を包囲するとともにキャスタブル１７を底板１４に密着させる（充填工程）。
【００３７】
図７〜図１１には本実施形態におけるキャスタブル１７の注入手順が示されている。
図７において、外部で製造した炉底ブロック１０を基礎５上に移設する。敷きビーム１１の注入口２１にキャスタブル１７の供給源（図示せず）の供給管１７Ａを接続する。この状態でキャスタブル１７を圧送すると、キャスタブル１７は注入口２１から延長管２４を経て空間部２０Ｕ（一対の仕切壁２３で挟まれた炉底マンテル１２の下面側にあたる領域）へと導入される。
【００３８】
図８において、キャスタブル１７の注入を続けると、キャスタブル１７は注入口２１側（図中左側）から空間部２０Ｕの底面（仕切板１９の上面）に沿って進むとともに、注入口２１近傍から徐々に上方へ膨れてゆき、その上面は冷却管１６を包囲し、さらに底板１４の下面に密着する。
この状態でキャスタブル１７の注入を続けることにより、キャスタブル１７の前縁は底板１４の下面に密着しながら進み、底板１４に充填確認用開口９９がある部位まで達すると、キャスタブル１７の一部が充填確認用開口９９から排出される。キャスタブル１７が排出されれば、当該部位まではキャスタブル１７が充填されたことが確認できる。
【００３９】
図９に示すように、充填確認用開口９９からのキャスタブル１７の排出が確認できたら、それ以上のキャスタブル１７の流出は必要ないため、封止栓９８を形成して充填確認用開口９９に塞いでおく。
なお、後述するように、全ての充填確認用開口９９からの排出が確認できてからまとめて封止栓９８を形成してもよい。
【００４０】
一方、充填確認用開口９９からのキャスタブル１７の排出が確認できない場合、当該部位の手前に何らかの障害物などの原因があると考えられる。このような場合、当該部位の手前に別途注入孔を形成し、炉底マンテル１２内からキャスタブル１７を注入する等の代替措置により、当該区間のキャスタブル１７の充填を確保するとともに、以降の充填確認用開口９９へ向けてキャスタブル１７の充填を継続する。
【００４１】
図１０において、キャスタブル１７の注入を続けると、キャスタブル１７の前縁は底板１４の下面に密着しながら進み、底板１４に充填確認用開口９９がある部位まで達すると、キャスタブル１７の一部が充填確認用開口９９から排出される。
【００４２】
図１１において、キャスタブル１７が十分な量注入されると、キャスタブル１７は排出口２２側の仕切壁２３に到達し、延長管２５および排出口２２を経て一部が外部へと排出される。
こうしてキャスタブル１７が排出されたら、空間部２０Ｕ内に十分なキャスタブル１７が導入されたと判定できるから、キャスタブル１７の注入を停止する。
この後、キャスタブル１７の供給源の供給管１７Ａを取り外す。所定の時間経過してキャスタブル１７が固化したら、敷きビーム１１への充填が完了する。
【００４３】
本実施形態において、注入口２１、排出口２２、延長管２４，２５等はそのまま敷きビーム１１に残しておいてよい。キャスタブル１７が固化することで、注入口２１、排出口２２を塞がなくても特に問題は生じない。
但し、前述した充填工程の後、注入口２１を溶接あるいは図示しない封止用キャップ等で塞ぐようにしてもよい（封止工程）。このような封止工程を行うことで、注入口２１からの空気が入ることを防止でき、底板１４の下面に隙間が生じるといった不都合を避けることができる。
【００４４】
このような本実施形態においては、次のような効果が得られる。
敷きビーム１１の製造において区画工程、配管工程、閉鎖工程を先行しておき、敷きビーム１１を移載した基礎５上でキャスタブル１７の充填工程を一気に行うことができる。特に、空間部２０Ｕの充填に関しては従来の手順より大幅な工程の簡素化ができる。
【００４５】
さらに、本実施形態では、空間部２０Ｕにキャスタブル１７を一括して充填し、キャスタブル１７で冷却管１６を包囲するとともに、キャスタブル１７が底板１４にも密着するようにできるため、熱伝導性を確保して冷却性能を高めることができる。
これにより、従来のような狭い隙間への圧入が必要なくなり、狭い隙間への圧入に必要だった高圧化を避けることができる。
この際、空間部２０Ｕの長手方向に沿って複数の充填確認用開口９９を設置し、各々からのキャスタブル１７の排出を確認することで、キャスタブル１７の供給が比較的低圧であっても、空間部２０Ｕの全長にわたるキャスタブル１７の充填を円滑かつ確実に行うことができる。
さらに、底板１４に形成した充填確認用開口９９は、封止栓９８で封止するようにしたため、炉底マンテル１２における底板１４の遮蔽性能をある程度有しているが、長期的なガスシール性を確保するためには、封止材９８上に封止板を当てて溶接することが望ましい。
【００４６】
空間部２０Ｕは互いに連通されて炉底マンテル１２を横断する配置とされ、キャスタブル１７は空間部２０Ｕの一端側（図２上側）から注入されて他端側（図２下側）へ流動するようにしたため、炉底マンテル１２の直下を空間部２０Ｕが潜るように設置することができ、空間部２０Ｕへのキャスタブル１７の注入を炉底マンテル１２の外側からの作業だけで行うことができる。
【００４７】
キャスタブル１７の注入に、空間部２０Ｕの側面に配置された注入口２１を用いることで、注入口２１が底板に表れないので、炉底マンテル１２の構築にあたって注入口２１の撤去処理あるいは封止処理を行う必要がなく、施工を簡略化することができる。
【００４８】
空間部２０Ｕは主梁材１１１と閉止板１９とで区画され、注入口２１は閉止板１９に形成されることで、主梁材１１１を用いる敷きビーム１１において、簡単な構造にできるとともに、前述した側面からのキャスタブル１７の注入を行うことができる。
【００４９】
炉底マンテル１２の外周に対応した位置（鉄皮１５の位置）に空間部２０Ｕを仕切る仕切壁２３を設置し、注入口２１には仕切壁２３まで延びて空間部２０Ｕの一端側に連通する延長管２４を連結したため、主梁材１１１と交差梁材１１０とを用いる敷きビーム１１において、前述した側面からのキャスタブル１７の注入を行うとともに、空間部２０Ｕのうち炉底マンテル１２に対応した部分にのみキャスタブル１７を充填することで、必要な冷却性能を最小限の資材で効率よく実現することができる。
【００５０】
空間部２０Ｕの他端側に連通した排出口２２を設置することで、キャスタブル１７が空間部２０Ｕの一端側に注入された際に、空間部２０Ｕ内の空気を排出口から排出させることができるとともに、排出口２２からキャスタブル１７の一部が排出されることを確認することで、キャスタブル１７が空間部２０Ｕの一端側から他端側まで充填されたことを判別することができる。
また、排出口２２が底板より高い位置で大気開放されているため、キャスタブル１７が充填された際に空間部２０Ｕ内の空気を確実に押し出すことができ、空間部２０Ｕ内に充填されたキャスタブル１７上面と底板１４との間に隙間が生じないようにすることができる。
【００５１】
〔第２実施形態〕
図１２および図１３には、本発明の第２実施形態が示されている。
本実施形態は、基本的に前述した第１実施形態と同様な構成を備え、一部の構成が異なる。このため、重複する説明は省略し、以下には異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態では、空間部２０Ｕには第１実施形態のような仕切壁２３が設置されておらず、キャスタブル１７は空間部２０Ｕの全体にわたって充填される。
【００５２】
図１２には、本実施形態の注入口２１の周辺構造が示されている。注入口２１は前記第１実施形態と同様なパイプ状の部材であるが、閉止板１９を貫通するのみで閉止板１９の内側に延長管等はなく、空間部２０Ｕには閉止板１９のすぐ内側からキャスタブル１７が充填される。
図１３には、本実施形態の排出口２２の周辺構造が示されている。排出口２２は前記第１実施形態と同様なパイプ状の部材であるが、閉止板１９を貫通するのみで閉止板１９の内側に延長管等はなく、空間部２０Ｕには反対側の閉止板１９の内側までキャスタブル１７が充填される。
【００５３】
このような本実施形態では、敷きビーム１１の平面形状の一端側から他端側まで横断するように、空間部２０Ｕの全域にわたってキャスタブル１７が充填されることを除き、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。
すなわち、本実施形態においても、底板１４に充填確認用開口９９が形成されており、キャスタブル１７の充填に伴って、充填確認用開口９９からキャスタブル１７の一部が排出され、これにより充填の進行が確認できる。本実施形態においても、封止栓による封止を適宜行ってよい。
一方、敷きビーム１１の平面形状の全域にわたってキャスタブル１７が充填されることから、前記第１実施形態よりもキャスタブル１７の使用量が増えるが、一方で前記第１実施形態における仕切壁２３、延長管２４，２５の設置が不要となり、構造的な簡略化が図れ、製造期間も短縮できるというメリットがある。
【００５４】
〔第３実施形態〕
図１４および図１５には、本発明の第３実施形態が示されている。
本実施形態は、基本的に前述した第１実施形態と同様な構成を備え、一部の構成が異なる。このため、重複する説明は省略し、以下には異なる部分についてのみ説明する。
第１実施形態では、注入口２１および排出口２２が空間部２０Ｕの側面に設置されていたが、本実施形態では、注入口２１Ａおよび排出口２２Ａが底板１４の仕切板２３の近傍に設置され、炉底マンテル１２内から底板１４を貫通して空間部２０Ｕ内へと連通されている。
【００５５】
このような本実施形態では、キャスタブル１７の注入および最終的な排出が注入口２１Ａおよび排出口２２Ａとなることを除き、前記第１実施形態と同様の効果が得られる。
すなわち、本実施形態においても、底板１４に充填確認用開口９９が形成されており、キャスタブル１７の充填に伴って、充填確認用開口９９からキャスタブル１７の一部が排出され、これにより充填の進行が確認できる。本実施形態においても、封止栓９８等による封止を適宜行ってよい。
【００５６】
本実施形態のような底板１４に設置する注入口２１Ａまたは排出口２２Ａは、例えば図１６から図１９に示す構成を利用することができる。
【００５７】
図１６には、本実施形態で注入口２１Ａまたは排出口２２Ａとして利用できる接続部材３０が示されている。接続部材３０は、パイプ状の本体３１の両側にボルト３３を挿通可能なブラケットを有する。底板１４には貫通孔１４１が形成され、その両側にはナット３４が溶接等で固定されている。本体３１の下端を貫通孔１４１にあてがい、ブラケットを挿通したボルトをナット３４に螺合させる。この状態で、予めボルト３３の途中に螺合させておいてナット３２を下方へ締め込むことにより、ブラケットが底板１４に対して締め付けられ、これにより接続部材３０が底板１４に固定される。
従って、このような接続部材３０を用いて注入口２１Ａまたは排出口２２Ａを形成し、キャスタブル１７の充填を行うことができる。
【００５８】
図１７に示すように、キャスタブル１７の充填が完了した際には、ナット３２およびボルト３３を緩めることで接続部材３０を取り外し、蓋板１４２をあてがい、その全周を溶接することで貫通孔１４１の封止を行うことができる。
【００５９】
図１８には、本実施形態で注入口２１Ａまたは排出口２２Ａとして利用できる接続部材４０が示されている。接続部材４０は、パイプ状の本体４１の端部に雄ねじ形状４２を有する。底板１４には貫通孔１４１が形成され、その内周面には雌ねじ形状１４４が形成されている。雄ねじ形状４２を雌ねじ形状１４４に螺合させることにより、接続部材４０が底板１４に固定される。
従って、このような接続部材４０を用いて注入口２１Ａまたは排出口２２Ａを形成し、キャスタブル１７の充填を行うことができる。
【００６０】
図１９に示すように、キャスタブル１７の充填が完了した際には、雄ねじ形状４２および雌ねじ形状１４４を緩めることで接続部材４０を取り外し、蓋板１４５をあてがい、その全周を溶接することで貫通孔１４１の封止を行うことができる。
【００６１】
〔第４実施形態〕
図２０および図２１には、本発明の第４実施形態が示されている。
本実施形態は、基本的に前述した第１実施形態と同様な構成を備え、一部の構成が異なる。このため、重複する説明は省略し、以下には異なる部分についてのみ説明する。
本実施形態では、空間部２０は第１実施形態のような上段・下段がなく、第１実施形態における下段の交差梁材１１０が省略されているとともに、空間部２０には仕切壁２３が設置されていない。さらに、炉底マンテル１２の鉄皮１５が下方まで延長され、敷きビーム１１の主梁材１１１、底板１４および冷却管１６は全周を鉄皮１５で包囲されている。
【００６２】
本実施形態の注入口２１あるいは反対側の排出口２２は、それぞれ鉄皮１５に形成され、空間部２０内に連通されている。これらの注入口２１によりキャスタブル１７が空間部２０内に注入され、余剰空気あるいは一部のキャスタブル１７は反対側の排出口２２から排出される。
本実施形態においても、底板１４に充填確認用開口９９が形成されており、キャスタブル１７の充填に伴って、充填確認用開口９９からキャスタブル１７の一部が排出され、これにより充填の進行が確認できる。本実施形態においても、封止栓による封止を適宜行ってよい。
【００６３】
このような本実施形態によっても、前記第１実施形態と同様な効果が得られる。さらに、敷きビーム１１の周囲として鉄皮１５を用いることで、敷きビーム１１の構造として制約を受け、あるいは別の作業現場で炉底ブロック１０を製造して基礎５上に移載する等の処理が難しくなるが、主梁材１１１あるいはキャスタブル１７を炉底マンテル１２の大きさに限定することで、材料の使用量を削減できる。
【００６４】
〔第５実施形態〕
図２２には、本発明の第５実施形態が示されている。
本実施形態は、前述した第４実施形態と同様に敷きビーム１１の周囲を鉄皮１５で形成したものであるが、側面に設置された注入口２１および排出口２２に代えて底板１４に設置された注入口２１Ａおよび排出口２２Ａを用いたものである。
このような本実施形態によっても、基本的に前記第４実施形態と同様な効果が得られる。さらに、本実施形態においても、底板１４に充填確認用開口９９が形成されており、キャスタブル１７の充填に伴って、充填確認用開口９９からキャスタブル１７の一部が排出され、これにより充填の進行が確認できる。本実施形態においても、封止栓による封止を適宜行ってよい。
【実施例】
【００６５】
以下、本発明の実施例として、図２８に示す評価用装置において、具体的な試験を行った結果について説明する。
〔評価用装置の構成〕
図２８に示す評価用装置は、前述した第２実施形態（図１４および図１５参照）に基づくものであり、底面１４にパイプ状の注入口２１Ａおよび排出口２２Ａを設置した構成とされる。
【００６６】
〔実施例１〕
実施例１として、充填確認用開口９９の開口寸法について実験による評価を行った。
図２８の装置において、底板１４に直径２〜１４ｍｍの範囲で開口を形成して充填確認用開口９９とし、不定形耐火材として微粒からなる圧入材とキャスタブルとの２材質について圧入テストを実施した。その結果を表１に示す。
【００６７】
【表１】
【００６８】
圧入材を充填した場合、直径２ｍｍでは開口からの流出がなく、直径４〜８ｍｍでは開口から適度に流出があった。この流出は、木栓等で容易に開口を閉鎖することができる程度であった。
キャスタブルを充填した場合、直径４ｍｍでは、少しだけ水分が流出したが直ちに閉塞した。直径６〜１０ｍｍでは、適度にキャスタブルが流出し、木栓等で容易に閉鎖することができた。
【００６９】
このことから、底板１４上に形成する充填確認用開口９９の開口寸法としては、直径４〜１０ｍｍが望ましく、それ未満では材料の流出が確認できず、それを超えると、閉鎖するまでに大量の材料が流出することが解った。
［評価］ ×：何も流出しないまたは、大量に流出
△：流出小で閉塞または、流出大で止めに時間を要す。
○：適度に流出し、止めも短時間で可能
◎：下記の中で最も良好
【００７０】
〔実施例２〕
実施例２として、充填確認用開口９９を封止するための封止栓９８として用いる金属製ピンの材質について実験による評価を行った。
図２５において、底板１４に形成された充填確認用開口９９は、不定形耐火物の充填確認後に順次、金属製ピンを用いた封止栓９８で封止される。
本実施例において、底板１４に形成される充填確認用開口９９は直径６ｍｍの開口とし、封止栓９８として下記３材質のピンを用いて開口の閉塞を実施した。
封止栓９８のサイズは、頭部の直径７ｍｍ、軸部の直径５ｍｍ、長さ１５ｍｍとし、底板１４の厚さは３２ｍｍとする。
このような条件のもとで、各材質の封止栓９８を充填確認用開口９９に打ち込み、打ち込んだあとの底板表面のピンの広がり寸法Ｒと高さＨを測定した（図２６参照）。以上の金属製ピンを用いた封止栓９８の材質比較結果を表２に示す。
【００７１】
【表２】
【００７２】
その結果、どの材質も容易に打ち込むことができたが、鉄とアルミニウムは、底板より盛り上がりＨが大きく、次工程でその上面をシールするために蓋板１４５（図２７参照）としての鉄板を置いて溶接する際、底板１４との間の隙間が大きくなってしまう。このような場合、盛り上がり部をサンドペーパ等による仕上げ削りを行う必要があった。しかし、真鍮の場合は顕著な盛り上がりはなく、仕上げを必要としなかった。なお、盛り上がり部を削るのは、底板と鉄板間に隙間に密封された空気があると溶接欠陥が生じやすくなるためで、削って隙間を小さくする方が好ましい。
以上より、金属製ピンの材質は、いずれの金属でもよいが、真鍮が最も盛り上がりがなく、好ましい。
【００７３】
〔実施例３〕
実施例１および実施例２の結果に基づき、実際の製鉄所の高炉改修工事において下記に示す方法で実施工を行った（図２３および図２４参照）。 図２３および図２４の装置では、基礎５上に空間２０Ｕが３３列、その中に水冷パイプ１６が６６本配列された梁組構造物１１を据付け、その上部に炉底マンテル１２を据え付けた。続いて、冷却パイプ１６の下端近くまで耐熱コンクリート１８を施工し、梁レベルより４〜６ｍｍ低いレベルまでＳｉＣ質のキャスタブル１７を施工した。その後、平面直径１７ｍの円形の底板１４を溶接し、底板１４に取り付けられた注入孔２１Ａより随時圧入を実施した。
【００７４】
注入口２１Ａおよび排出口２２Ａは、図２５に示すように、ボルト３３による取り外し式とした（図１６の第３実施形態参照）。本実験例では、注入口２１Ａおよび排出口２２Ａとして、鉄板３５Ｂにパイプ状の本体３１を貫通状態で溶接するとともに、その周囲に４つのナット３４Ｂを溶接しておき、４本のボルト３３がねじ込まれたものとした。底板１４側には、４本のボルト３３に対応する４つのナット３４Ａが溶接された鉄板３５Ａを溶接しておいた。なお、前述した第３実施形態（図１６参照）のように、ナット３４Ａを直接底板に溶接してもよいが、位置のケガキが事前に行えるため、あらかじめナット３４Ａが溶接された鉄板３５Ｂを用いた。
【００７５】
パイプ状の本体３１と底板１４との接触面には、厚さ２ｍｍのゴムパッキン３６を使用した。先の鉄板３５Ｂに取り付けられたボルト３３をナット３４Ａにねじ込んだ後、ナット３４Ｂを締め付けて本体３１でゴムパッキン３６を挟んで底板１４に押し付けることにより、注入口２１Ａおよび排出口２２Ａを固定した。
注入口２１Ａおよび排出口２２Ａの取り付け位置は、空間２０Ｕの一端部および他端部とし、本体３１のサイズは、直径５０ｍｍとした。
注入口２１Ａと排出口２２Ａの個数は、各空間２０Ｕにそれぞれ１つ配置し、総個数はそれぞれ３３個であった。
注入口２１Ａと排出口２２Ａとの間には、３ｍ間隔で直径６ｍｍの充填確認用開口９９を設けた。
【００７６】
３３列の空間部２０Ｕの最も端の列から、注入口２１Ａにバルブ２６および圧送用ホース２７を接続し、キャスタブル１７の圧入を行った。キャスタブル１７の圧入に伴い、充填確認用開口９９からキャスタブル１７の液分と空気が流出するのを確認しながら、他端の排出口２２Ａからキャスタブル１７が流出したことを確認したら一時圧送を停止し、注入口２１Ａに取り付けているバルブ２６を閉とし、途中の充填確認用開口９９に真鍮製ピンによる封止栓９８を木槌と金物ハンマーを用いて打ち込んだ。次いで圧送用ホース２７を外し、次列へホースを繋ぎ換え、順次次列の圧送に移った。
先に圧送が完了した列については、数分後、排出口２２Ａ内のキャスタブル１７のレベルがほとんど変化していないことを観察し、充填完了とした。なお、排出口２２Ａ内のキャスタブル１７のレベルが明らかに低下していた場合は、注入口２１Ａから再度圧入を実施した。充填完了となった列については、その後直径３０ｍｍ、厚さ６ｍｍの封止板１４５を溶接してシールを行った（図２７参照）。
【００７７】
以上の作業を繰り返して、３３列の施工を完了した。キャスタブル１７の硬化が確認できたものから、随時注入口２１Ａと排出口２２Ａのボルト３３を外し、ハンマーで軽く叩くことにより取り外した。取り外し跡の孔部のキャスタブル１７の手入れを行った後、直径９０ｍｍ、厚さ９ｍｍの封止板１４２を溶接してシールを行った（図２７参照）。
このように、本実施例では、大部分の作業をキャスタブル１７の施工時や硬化待ち時に並行して行うことができ、キャスタブル１７の圧入、硬化後の作業時間としては、６時間で完了した。また、注入口２１Ａと排出口２２Ａの着脱等にガス切断作業を皆無としたことで、炉内の環境は大幅に改善できた。
以上のように、本発明により定形耐火物の充填工程が簡略かつ確実にできることが明らかになった。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
本発明は、高炉炉底の構築方法に関し、高炉の炉底部分の構築に利用できる。
【符号の説明】
【００７９】
２…炉体櫓
３…炉体
５…基礎
１０…炉底部である炉底ブロック
１１…梁組構造物である敷きビーム
１２…炉底マンテル
１４…底板
１５…鉄皮
１６…冷却管
１７…不定形耐火材であるキャスタブル
１８…耐熱性コンクリート
１９…閉止板
２０…空間部
２０Ｕ…上段の空間部
２０Ｌ…下段の空間部
２１，２１Ａ…注入口
２２，２２Ａ…排出口
２３…仕切壁
２４…注入口の延長管
２５…排出口の延長管
９９…充填確認用開口
９８…封止栓
１１０…交差梁材
１１１…主梁材
１４２，１４５…封止版
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基礎上に梁組構造物を配列して前記梁組構造物の間に空間部を形成し、前記梁組構造物に底板を張って前記空間部の上面を閉鎖し、前記空間部内に不定形耐火材を充填して前記不定形耐火物を前記底板に密着させる高炉炉底の構築方法において、
外部から前記不定形耐火物を前記空間部の一端側に注入する注入口と、前記空間部の他端側から前記不定形耐火物を排出する排出口と、前記注入口から前記排出口までの間の前記底板に、前記注入口から注入された前記不定形耐火物の充填確認を行うための充填確認用開口とを形成しておき、
前記注入口に近い前記充填確認用開口から前記不定形耐火物の流出を順次確認しつつ前記注入口に前記不定形耐火物を注入し、
前記排出口から前記不定形耐火物の流出が確認された後に前記不定形耐火物の注入を停止し、
前記充填確認用開口を完全に封止する、ことを特徴とする高炉炉底の構築方法。
【請求項２】
請求項１に記載された高炉炉底の構築方法において、
前記充填確認用開口は、内径４〜１０ｍｍで形成することを特徴とする高炉炉底の構築方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された高炉炉底の構築方法において、
前記充填確認用開口には、前記不定形耐火物の流出が確認できたものから順次封止栓で封止してゆくことを特徴とする高炉炉底の構築方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載された高炉炉底の構築方法において、
前記注入口および前記排出口は、前記底板にねじ止めされるパイプ状の接続部材であることを特徴とする高炉炉底の構築方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載された高炉炉底の構築方法において、
前記注入口、前記排出口および前記充填確認用開口の封止は、前記注入口および前記充填確認用開口を覆う封止板を当て、前記封止板を前記底板に溶接することを特徴とする高炉炉底の構築方法。
【請求項１】
基礎上に梁組構造物を配列して前記梁組構造物の間に空間部を形成し、前記梁組構造物に底板を張って前記空間部の上面を閉鎖し、前記空間部内に不定形耐火材を充填して前記不定形耐火物を前記底板に密着させる高炉炉底の構築方法において、
外部から前記不定形耐火物を前記空間部の一端側に注入する注入口と、前記空間部の他端側から前記不定形耐火物を排出する排出口と、前記注入口から前記排出口までの間の前記底板に、前記注入口から注入された前記不定形耐火物の充填確認を行うための充填確認用開口とを形成しておき、
前記注入口に近い前記充填確認用開口から前記不定形耐火物の流出を順次確認しつつ前記注入口に前記不定形耐火物を注入し、
前記排出口から前記不定形耐火物の流出が確認された後に前記不定形耐火物の注入を停止し、
前記充填確認用開口を完全に封止する、ことを特徴とする高炉炉底の構築方法。
【請求項２】
請求項１に記載された高炉炉底の構築方法において、
前記充填確認用開口は、内径４〜１０ｍｍで形成することを特徴とする高炉炉底の構築方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載された高炉炉底の構築方法において、
前記充填確認用開口には、前記不定形耐火物の流出が確認できたものから順次封止栓で封止してゆくことを特徴とする高炉炉底の構築方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３の何れかに記載された高炉炉底の構築方法において、
前記注入口および前記排出口は、前記底板にねじ止めされるパイプ状の接続部材であることを特徴とする高炉炉底の構築方法。
【請求項５】
請求項１から請求項４の何れかに記載された高炉炉底の構築方法において、
前記注入口、前記排出口および前記充填確認用開口の封止は、前記注入口および前記充填確認用開口を覆う封止板を当て、前記封止板を前記底板に溶接することを特徴とする高炉炉底の構築方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１２−２４１１９９（Ｐ２０１２−２４１１９９Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０９１２８（Ｐ２０１１−１０９１２８）
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１６日（２０１１．５．１６）
【出願人】（３０６０２２５１３）新日鉄エンジニアリング株式会社 (897)
【Ｆターム（参考）】
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