JP5335488B2 - 回転炉床炉の炉床構造 - Google Patents

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Description

本発明は、酸化鉄に還元剤として炭材を内装させた炭材内装塊成物を、環状の回転炉内にて高温下で還元させ金属鉄を製造する回転炉床炉に関し、より詳しくは、その炉床構造に関するものである。
走行装置を有する炉床台車上に炉床耐火物が敷設されている回転炉床炉では、その炉床耐火物上に炭材内装塊成物が原料として装入され、その原料の上方から加熱を行うようになっている。
この種の回転炉床炉の炉床は、製作性を考慮して、通常は、複数の炉床台車を環状に結合して一体化させており、結合部の構造としては、隣り合う炉床台車の部材同士を溶接する溶接構造や、隣り合う炉床台車の部材同士を複数のボルトで締結するボルト締結構造が知られている。
上記構成を有する回転炉床炉の炉床において、炉床台車は高温の炉内からの熱を受けるため、上面側温度が下面側温度よりも高くなる。その結果、各炉床台車が結合され一体構造であると、上面側と下面側との熱膨張差により、連結された炉床台車が皿ばねのように変形することがある。そして内周側車輪が浮き上がり外周側車輪に過大な荷重が集中すると走行障害を引き起こすことになる。
さらに、内周側車輪の浮き上がりによって走行台車の姿勢が回転炉床炉の径方向において大きく傾斜すると、走行台車の炉床耐火物と回転炉床炉内壁の炉壁耐火物とが干渉して走行できなくなる虞がある。
このような問題を回避するために、熱変形後においても炉床台車が水平な姿勢を維持できるよう、隣接する炉床台車の結合部において熱変形を許容する構造が必要となる。
隣接する炉床台車の部材同士を複数のボルトで締結する締結構造において熱変形を許容させるには、炉床台車の熱変形に応じて徐々にナットを緩めることで炉床台車間の結合部に自由を与えることができる。ところが、回転炉床炉がメンテナンス等で冷却した際には、ボルトに緩みが生じてしまい、炉床台車間にがたつきが発生する。
したがって、冷間においては、炉床は円形を維持することができず回転に支障を来たしてしまう。
これを防止するためには、操業時において加熱や冷却等の温度変化が発生する毎にボルトに対するナットの締め付け量を調整することが考えられるが、現実的ではない。
そこで、上記問題を解消し得る回転炉床炉の炉床台車結合構造が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
上記炉床台車結合構造は、炉床を載置している炉床台車がそれぞれ走行装置を有する複数の炉床台車を有し、隣接する炉床台車間にスペーサを挿入することによって所定の隙間を確保し、また、水平方向に一列に配置された複数の結合ボルトを用いて、上記隣接する炉床台車を結合するようになっている。
それにより、各炉床台車が操業時において熱変形しても、湾曲状の変形に対しては互いに拘束されず自由に変形できるため、各炉床台車は常に安定した姿勢に保持され、また、結合ボルトがスペーサを介して隣接する炉床台車を結合しているため、操業時において熱変形した炉床台車同士が接触しないことが記載されている。
特開2006−313061号公報
しかしながら、従来の炉床台車結合構造では、炉床台車は変形できるものの変形時に加わる曲げ荷重および引張荷重は直接、結合ボルトに作用する。したがって、回転炉床炉を大型化する場合を想定すると、結合ボルトの曲げ応力および引張応力を許容応力内に抑えて結合ボルトへの負荷を軽減するには、炉床台車の分割数を増やさなければならない。
炉床台車の数を増やすと、回転炉床炉の製作に多大な時間と労力が費やされるという問題が生じる。
本発明は以上のような従来の炉床台車結合構造における課題を考慮してなされたものであり、操業時における加熱や冷却等の温度変化に対応して炉床を自由に熱変形させることができるとともに、炉床結合部に加わる負荷を軽減して回転炉床炉を安定して運転することができる回転炉床炉の炉床構造を提供するものである。
本発明は、環状の回転フレーム上に環状の炉床が載せられ、その炉床の上面に床板が敷設されている回転炉床炉の炉床構造において、上記炉床および上記床板が円弧状に形成された複数の炉床部品および床板部品から構成され、隣接する上記炉床部品間および上記床板部品間にそれぞれ所定の隙間が設けられ、上記炉床部品と上記回転フレームが固定部品によって1箇所接続されるとともに、上記炉床部品の熱伸び方向を規制する方向規制部品が備えられている回転炉床炉の炉床構造である。
本発明によれば、回転フレームと炉床部品が1箇所で接続され、炉床部品において接続されていない部分は拘束されていないため、炉床部品に熱伸びによる変形が生じても固定部品に応力が集中せず、固定部品の損傷を防止することができる。
また、方向規制部品は、炉床が上記固定部品による固定点を中心に回転することなく円周方向および径方向に熱伸びできるように熱伸び方向を規制する。
また、本発明において、上記回転フレーム上に、上記炉床部品を水平面上で摺動可能に支持するすべり支承板を配設することが好ましい。
本発明によれば、回転フレームの炉床支持部分にすべり支承板を配置しているため、炉床を無理なく円滑に熱変形させることができ、それにより、固定部品への応力集中を防止することができる。
また、本発明において、上記炉床部品と上記回転フレームの接続部は、上記炉床部品の内周側に近い位置に配置することが好ましい。
また、本発明において、上記固定部品として、上記円弧状部品と上記回転フレームとを締結するボルト・ナットを備えることができる。
また、本発明において、上記各床板部品の円周方向一方端部が上記炉床部品に固定され、円周方向他方端部が上記炉床部品に隣接する炉床部品の円周方向端部の上方まで延設され、上記円周方向他方端部に円周方向に沿って長孔が設けられるとともに、その長孔に、上記炉床部品に隣接する炉床部品の円周方向端部から立設される接続部品が遊挿されるように構成すれば、熱伸びが生じても床板の浮き上がりを防止することができる。
また、本発明において、隣接する上記床板部品の隙間を覆うカバーを備え、このカバー内に断熱材を充填することが好ましい。
上記カバーを備えた本発明によれば、隣接する床板部品の隙間に異物が侵入することが防止されるため、炉床および床板の加熱、冷却時において安定した膨張・収縮が得られる。
本発明によれば、操業時における加熱や冷却等の温度変化に対応して炉床を自由に熱変形させることができるとともに、炉床結合部に加わる負荷を軽減して回転炉床炉を安定して運転することが可能になる。
本発明に係る回転炉床炉の回転フレームの構成を示した平面図である。 (a)は内周側回転フレーム部に備えられるすべり支承板の正面図、(b)はその底面図である。 本発明に係る回転炉床炉の炉床および床板の構成を示した平面図である。 回転フレームと炉床の分解斜視図である。 (a)は図4の床板の構造を一部省略して示す要部斜視図、(b)は床板部品の円周方向端部の構成を示す平面図である。 図1のE−E矢視断面図である。 (a)は炉床部品の干渉を示す説明図、(b)は方向規制部品の動作を示す説明図、(c)は方向規制部品の適性配置を示す説明図、(d)は方向規制部品の不適切配置を示す説明図である。
以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
本発明に係る回転炉床炉の炉床構造は、環状の回転フレームと、その回転フレーム上に載せられる環状の回転炉床と、その回転炉床の上面を環状にカバーする床板と、炉床を回転フレームに一カ所で固定する固定部品と、炉床がその固定部品による固定点を中心に回転することなく円周方向および径方向に熱伸びできるように熱伸び方向を規制する方向規制部品とから主として構成されている。
なお、本実施形態では直径11.5mの回転炉床炉を例に取りその炉床構造について説明する。
1.回転フレーム
図1は回転フレームの構成を示す平面図である。
回転フレーム100は、複数の円弧状回転フレーム部品(以下、回転フレーム部品と呼ぶ)101を円形に接続することにより組み立てられている。
各回転フレーム部品101は、形鋼から構成される内周側回転フレーム部102と、その内周側回転フレーム部102の曲率よりも小さい曲率で同じく形鋼から構成される外周側回転フレーム部103と、それら内周側回転フレーム部102と外周側回転フレーム部103を直径方向に接続する多数の接続フレーム部104,105から主として構成されている。
図中、a〜fは回転フレーム部品101の継目位置を示しており、gは回転炉床炉の中心位置を示している。
本実施形態では回転フレーム100は均等に6分割できる構成を例示しているが、分割数については、炉床の熱伸び量、製作の容易さ及び据え付けの容易さを考慮して適宜決定される。
また、後述する床板の継目位置と一致しないよう、回転フレーム100の継目位置は、床板継目位置に対し、時計回りに2°ずらした配置(図中、回転炉床炉の0°位置参照)となっている。
上記内周側回転フレーム部102および外周側回転フレーム部103の上面には所定の間隔ですべり支承板(後述する)を設置するための取付台107が配設されており、後述する炉床を摺動可能に支持するようになっている。
図2は、内周側回転フレーム部102の取付台107に固定されたすべり支承板108を示したものであり、同図(a)は回転炉床炉の中心位置gから見た正面図、同図(b)はその平面図である。
すべり支承板108としては、大きな荷重を支えることができる、例えば、日本ピラー工業(株)製のピラーフロロゴールド(PILLAR No.4801)を使用することができる。
この種のすべり支承板108は、低摩擦係数からなる樹脂板108aと金属板108bとを強固に接合したものからなり、低摩擦で回転炉床を摺動することができ、また、自己潤滑性があるためメンテンスフリーで長期間使用することができるようになっている。
また、金属板108bは上記取付台107の上面に溶接で固定されている。
詳しくは、取付台107はC形鋼107aと台座107bからなり、C形鋼107aは内周側回転フレーム部102上に溶接で固定されており、台座107b上に、上記すべり支承板108の金属板108bが溶接で固定されている。
外周側回転フレーム部103についても取付台107を介して上記すべり支承板108が配設されており、各すべり支承板108の樹脂板108aによって、後述する炉床を摺動自在に支持するようになっている。
図3は、上記回転フレーム100上に設けられる炉床110とその炉床110をカバーする床板130とを一つの平面図に併せて示したものであり、炉床110の一部は図面の左側(矢印Bで示す範囲)に、床板130の一部は図面右側(矢印Cで示す範囲)にそれぞれ示している。
2.炉床
炉床110は、複数の円弧状炉床部品(以下、炉床部品と呼ぶ)111を円形に接続することにより組み立てられている。
各炉床部品111は、C形鋼からなる内周側炉床フレーム部112と、その内周側炉床フレーム部112の曲率よりも小さい曲率で同じくC形鋼からなる外周側炉床フレーム部113と、それら内周側炉床フレーム部112と外周側炉床フレーム部113を、直径方向に接続する多数の接続フレーム部114と、内周側炉床フレーム部112と同心円状に配置された補助炉床フレーム部115、116、117とから主として構成されている。
図中、h〜mは後述する床板部品131の継目位置を示しており、炉床110の継目位置は上記床板継目位置に対し、時計回りに1.5°ずらした配置(図中、炉床110の0°位置参照)となっている。
また、D1〜D6は炉床110と回転フレーム100との接続位置(固定点)を示しており、回転フレーム100に対し6個所で接続されている。なお、回転フレーム100と炉床110との連結構造については後述する。
2.1 炉床構造
次に、上記回転フレーム100、炉床110および床板130から構成される炉床構造について説明する。
図4は、回転フレーム100の要部と炉床110の要部とを示す分解斜視図である。
同図において、回転フレーム100の内周側回転フレーム部102および外周側回転フレーム部103上には取付台107を介してすべり支承板108が配設されている。
多数の取付台107のうち、内周側回転フレーム部102上のD1〜D6(図3参照)位置の取付台107の台座107cには、ボルトを軸通させるためのボルト孔107dが穿設されている。
また、上記台座107cに対し半径方向に並んでいる、外周側回転フレーム部103上の台座107eには、ボルトを軸通させるためのボルト孔107fが形成されている。ただし、上記ボルト孔107fは、一つのボルト孔107dに対し1つ対応して形成されるものとする。
上記すべり支承板108上に炉床部品111が載せられ、この炉床部品111の接続フレーム部114の下面には、上記台座107cと対応する位置にプレート119が設けられ、上記台座107eと対応する位置にプレート120が設けられている。
上記プレート119には、台座107cのボルト孔107dと対向してボルト孔119aが設けられている。
2.2 固定部品
上記ボルト孔107dとボルト孔119aには固定ボルト121が軸通されその固定ボルト121にナットが嵌められると、炉床部品111の内周側に近い位置でその炉床部品111と回転フレーム部品101が接続される。このとき、固定ボルト121の取付位置は回転フレーム部品101と炉床部品111とを1箇所で固定する固定点となる。
また、上記ボルト孔107dを備えた台座107c、ボルト孔119aを備えたプレート119、固定ボルト121及びナットは固定部品として機能する。
2.3 方向規制部品
上記固定ボルト121による1箇所固定だけでは、図7(a)に示すように、炉床部品111が固定点Gを中心に回転(矢印R参照)し、隣接する炉床部品111と干渉する虞れがある。
そこで、炉床部品111が固定点Gを中心に回転することなく、円周方向および径方向に熱伸びできるように方向規制部品が設けられている。
図7(b)はその方向規制部品の機能を説明する説明図である。
回転フレーム100(図4参照)および炉床部品111のいずれか一方に長孔120aを設け、この長孔120aを介して回転フレーム100と炉床部品111とをピンまたはボルトで固定する。ただし、上記長孔120aの長軸の向きは、固定ボルト121の取付位置である固定点Gと長孔120aの中心Hとを結ぶ直線Lと平行になるように配置する必要がある。それにより、隣接する炉床部品111が干渉せずに円周方向および径方向に熱伸びできるようになる。
このことから、固定点Gと中心Hは、回転フレーム100における径方向の線上に並べて設けることが好ましいが、これに限らず、例えば図7(c)に示すように径方向の線からある角度傾斜した線上に上記長孔120aを設けることもできる。この場合も、長孔120aの長軸の向きは、固定点Gと長孔120aの中心Hとを結ぶ傾斜線L′と平行になるように配置する。
図7(d)に示すように、長孔120aの向きが上記傾斜線L′に対して平行でないと、炉床部品111が熱伸びによって回転してしまい、隣接する炉床部品111が干渉することになる。
図4の実施形態で説明すると、プレート120には、台座107eのボルト孔107fと対向して長孔(貫通孔)120aが設けられており、その長孔120aの長軸が、固定ボルト121の中心(固定点)とボルト孔107fに軸通されたボルト122の中心とを結ぶ線に沿うように配置されている。
このようにして、上記ボルト孔107fと長孔120aには連結用のボルト122が軸通されナットが嵌められる。それにより、プレート120は、台座107eのすべり支承板108上で長孔120aが形成されている方向に沿って移動することができる。
上記長孔120aを備えたプレート120、上記ボルト孔107fを備えた台座107e、ボルト122およびナットは、炉床部品111の熱伸び方向を規制する方向規制部品として機能する。
このように、各回転フレーム部品101上の炉床部品111は、12個のすべり支承板108によって摺動可能に支持されるとともに、回転フレーム部品101は炉床部品111の内周側にて一つの固定ボルト121によって接続されることになる。
そのため、回転フレーム100と炉床110は炉床部品111の内周側である、D1〜D6位置に配設された複数本の固定ボルト121を介して連動回転するが、炉床部品111の外周側については連結用のボルト122で連結されているものの径方向に拘束されていないため、炉床部品111は外周方向に向けて自由に熱伸びすることができる。
また、円周方向の熱伸びを許容できるように、各炉床部品111の間には隙間Uが確保されている。
2.4 方向規制部品の別の形態
上記方向規制部品に代えて、または上記方向規制部品とともに、金属板108bの円周方向一方側に一対のストッパ109a,109aを、他方側に一対のストッパ109b,109bを対向して設けることもできる。
対向配置される一対のストッパ109aおよび109bは、図2に示したように、台座107bの円周方向両側を鉤状に抱えるようにして炉床部品111から垂下されており、ストッパ109aと台座107bとの間及びストッパ109bと台座107bとの間にそれぞれ隙間Sが確保されている。それにより、炉床部品111は円周方向に熱伸びすることができ、また、取付台107の台座107bの縁に沿う方向(径方向)に熱伸びすることができる。
したがって、上記一対のストッパ109a,109aおよび一対のストッパ109b,109bもまた、方向規制部品として機能することができる。
なお、上記一対のストッパ109a,109aおよび一対のストッパ109b,109bは、1つの炉床部品111に対して1箇所(上記ボルト122の取付位置に)設ければ、炉床部品111の熱伸び方向を規制することができるが、炉床部品111の円周方向両端部(2箇所)に配設すれば、炉床部品111の振れにも対応することができ、より好ましい。
また、炉床部品111の熱伸びを阻害しなければ、ストッパは3箇所以上設けることもできる。
3.床板
床板130は、扇状プレートからなる複数の床板部品131を円形に接続することにより構成されており、炉床110の上面を環状にカバーするようになっている。
図5は上記炉床110の上面をカバーする床板の構造を示す要部斜視図である。
同図(a)において、床板130を構成している各床板部品131は、隙間V(本実施形態では30mm)を空けて円形に配置されており、熱伸び時における床板部品131同士の干渉を避けることができるようになっている。
また、各床板部品131の円周方向の一方端部には縁部に沿って帯板132が取り付けられ、円周方向の他方端部には同じく縁部に沿って帯板133が取り付けられており、帯板132と床板部品131を貫通して複数のボルト孔134が形成されている。
このボルト孔134は図4に示した接続フレーム部114のボルト孔123と対応しており、固定ボルト125およびナット125aを用いて炉床110と床板130とを締結するようになっている。
一方、帯板133に形成されている多数のボルト孔135は、図4に示した接続フレーム部114のボルト孔124と対応している。ただし、帯板133が設けられている床板部品131の他方端部には、図5(b)に示すように、円周方向(矢印A方向)に沿って多数の長孔(貫通孔)136が形成されている。
各長孔136は、帯板133の円周方向端部131aの縁に沿って配列されており、これらの長孔136と接続フレーム部114のボルト孔124にボルト126が遊挿されナット126aで締め付けられる。ただし、ナット126aの締め付けトルクは、床板部品131の円周方向の熱伸びを許容する値に設定される。
各床板部品131の円周方向一方端部131aが炉床部品111に固定され、円周方向他方端部131bがその炉床部品111に隣接する炉床部品(炉床部品111′と呼ぶ)の円周方向端部の上方まで延設され、円周方向他方端部131bに長孔136が設けられるとともに、その長孔136に対し、炉床部品111′の円周方向端部から立設される接続部品としてのボルト126が遊挿されている。
このように、上記床板部品131の他方端部に長孔136を設けることにより、床板部品131の他方端部は拘束されず、床板部品131は円周方向に熱伸びすることができる。
また、床板部品131同士の隙間V部分には、異物が隙間Vに侵入して床板部品131の熱伸びを妨害しないように断面コ字状のカバー137が設けられている。このカバー137内には、断熱材として柔軟性と耐熱性を兼ね備えたセラミックファイバーブランケット138が充填されており、上記断熱材を充填することによって固定ボルト125およびボルト126が保護され、耐久性が高められている。
図6は上記構成を有する炉床構造を、図1のE−E矢視断面図で示したものである。
図6において、内周側回転フレーム部102と外周側回転フレーム部103は接続フレーム部104並びに105(図では接続フレーム部104のみ図示)によって接続されている。
内周側回転フレーム部102の下面にはレール102aが備えられており、このレール102aは、内周側回転フレーム部102の下方に円形に配列されて水平軸まわりに回転する車輪140によって支持されている。
外周側回転フレーム部103の下面にも同様にレール103aが備えられており、このレール103aは、外周側回転フレーム部103の下方に円形に配列されて水平軸まわりに回転する車輪141によって支持されている。
なお、102bはガイドレールであり、垂直軸まわりに回転する車輪142と接触し駆動時における回転フレーム100の偏心を防ぐようになっている。
内周側回転フレーム部102の取付台107上に設けられたすべり支承板108の列と、外周側回転フレーム部103の取付台107上に設けられたすべり支承板108の列とによって炉床110が支持されており、その炉床110の円周方向の移動はストッパ109によって規制される。
このように、回転フレーム100と炉床110は、各炉床部品111毎に設けられている固定ボルト121(図4参照)によって固定されているだけであるから、炉床110は円周方向、直径方向のいずれの方向へも自由に熱伸びすることができる。
したがって、操業時における加熱や冷却等の温度変化に対応して炉床110を自由に熱変形させることができるため、固定ボルト121に応力が集中せず、また、回転フレーム100に搭載されている炉床110を安定して回転させることができる。
さらに、回転フレーム100と炉床110との固定点の数は少ないものの、炉床110の外周側については連結用のボルト122を介して回転フレーム100と連結されているため、炉床110は回転フレーム100から脱落することなく安定して作動することができる。
また、本発明の技術は、炉床及び床板の分割数を適宜調整することにより、直径50m級以上の回転炉床炉においても適用することができる。
100 回転フレーム
101 回転フレーム部品
102 内周側回転フレーム部
103 外周側回転フレーム部
104,105 接続フレーム部
107 取付台
108 すべり支承板
108a 樹脂板
108b 金属板
109 ストッパ(方向規制部品の別の形態)
110 炉床
111 炉床部品
112 内周側炉床フレーム部
113 外周側炉床フレーム部
114 接続フレーム部
115〜117 補助炉床フレーム部
119 プレート
119a ボルト孔
120 プレート
120a 長孔(方向規制部品)
121 固定ボルト(固定部品)
122 連結用のボルト(方向規制部品)
123,124 ボルト孔
125 固定ボルト
126 ボルト
130 床板
131 床板部品
137 カバー

Claims (6)

  1. 環状の回転フレーム上に環状の炉床が載せられ、その炉床の上面に床板が敷設されている回転炉床炉の炉床構造において、
    上記炉床および上記床板が円弧状に形成された複数の炉床部品および床板部品から構成され、隣接する上記炉床部品間および上記床板部品間にそれぞれ所定の隙間が設けられ、上記炉床部品と上記回転フレームが固定部品によって1箇所接続されるとともに、上記炉床部品の熱伸び方向を規制する方向規制部品が備えられていることを特徴とする回転炉床炉の炉床構造。
  2. 上記回転フレーム上に、上記炉床部品を水平面上で摺動可能に支持するすべり支承板が配設されている請求項1記載の回転炉床炉の炉床構造。
  3. 上記炉床部品と上記回転フレームの接続部が、上記炉床部品の内周側に近い位置に配置されている請求項1または2記載の回転炉床炉の炉床構造。
  4. 上記固定部品として、上記炉床部品と上記回転フレームとを締結するボルト・ナットが備えられている請求項1〜3のいずれか1項に記載の回転炉床炉の炉床構造。
  5. 上記各床板部品の円周方向一方端部が上記炉床部品に固定され、円周方向他方端部が上記炉床部品に隣接する炉床部品の円周方向端部の上方まで延設され、上記円周方向他方端部に円周方向に沿って長孔が設けられるとともに、その長孔に、上記炉床部品に隣接する炉床部品の上記円周方向端部から立設される接続部品が遊挿されている請求項1〜4のいずれか1項に記載の回転炉床炉の炉床構造。
  6. 隣接する上記床板部品の隙間を覆うカバーが備えられ、このカバー内に断熱材が充填されている請求項1〜5のいずれか1項に記載の回転炉床炉の炉床構造。
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