特許 7577020 加熱炉の耐火物構造及びその施工方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-10-24

(45)【発行日】2024-11-01

(54)【発明の名称】加熱炉の耐火物構造及びその施工方法

(51)【国際特許分類】

   F27D 3/02 20060101AFI20241025BHJP

   F27D 1/00 20060101ALI20241025BHJP

   C21D 1/00 20060101ALI20241025BHJP

【ＦＩ】

F27D3/02

F27D1/00 G

C21D1/00 116A

【請求項の数】 14

(21)【出願番号】P 2021063249

(22)【出願日】2021-04-02

(65)【公開番号】P2022158390

(43)【公開日】2022-10-17

【審査請求日】2024-01-19

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】日本製鉄株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】599074730

【氏名又は名称】新日本サーマルセラミックス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001977

【氏名又は名称】弁理士法人クスノキ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上村 浩一

(72)【発明者】

【氏名】武田 章男

(72)【発明者】

【氏名】阿部 恭久

(72)【発明者】

【氏名】吉田 直也

(72)【発明者】

【氏名】柴田 佳時

(72)【発明者】

【氏名】金子 哲也

(72)【発明者】

【氏名】椿 直純

(72)【発明者】

【氏名】前田 剛志

【審査官】杉田 隼一

(56)【参考文献】

【文献】特開２００３－０５５０５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－２８３６５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５３－０７２２３３（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６０－１５６３９７（ＪＰ，Ｕ）

【文献】実開昭６０－１１８０９４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】米国特許出願公開第２００４／０００６９３３（ＵＳ，Ａ１）

【文献】米国特許第４２７２６３８（ＵＳ，Ａ）

【文献】英国特許出願公開第２３３６１９９（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ２７Ｄ ３／０２

Ｆ２７Ｄ １／００

Ｃ２１Ｄ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

鋼片を加熱する加熱炉に配置された耐火物構造であって、
ファイバ―ブランケットを折り畳んだブロックを備え、当該ブロックには、加熱炉内に設置されたボルトへ当該ブロックを固定するためのブロックのボルト穴が開孔されており、
さらに前記ブロックの固定治具として、レール、１枚乃至複数枚のクリップを備え、さらに前記レールはビームまたは金属線で前記ブロックに固定されており、
前記クリップには前記ボルトが通る穴が開孔されており、かつその穴の周囲には、前記ボルトのねじ山に引っ掛かって前記ブロックを固定する爪を複数備えており、
前記レールは、前記ボルトが差し込まれる前記ブロックの面に、レール溝が前記ボルトに向くように、前記ブロックに固定されており、
前記レールには前記ボルトが通過するレールのボルト穴が開口されており、前記クリップが前記レールのレール溝にはめ込まれ、前記レールのボルト穴と対応する位置に配置されており、
前記クリップを介して前記レールのボルト穴に、スキッドに設置された前記ボルトを差し込むようにブロックが押し込まれ、前記クリップの爪が前記ボルトのねじ山に引っ掛かることで、ブロックが前記加熱炉内に固定されていることを特徴とする、加熱炉の耐火物構造。

【請求項2】

前記レールはビームによって前記ブロックに固定されており、かつ当該ビームは、折り曲げた、あるいは二股に分かれる１枚乃至２枚以上の固定部を持ち、当該固定部は、前記レールと接する前記ブロックの折り畳まれたファイバ―ブランケットの裏面から、当該ファイバ―ブランケットを貫通し、前記レールのスリットに通され、当該固定部が通されたスリットの片側あるいは両側に配置されている別のスリットに差し込まれ、引き締められていることを特徴とする請求項１に記載の加熱炉の耐火物構造。

【請求項3】

前記レールのボルト穴の両側または片側には、前記クリップがレールのボルト穴と対応する位置からずれないように盛り上がりが配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱炉の耐火物構造。

【請求項4】

前記クリップがレールのボルト穴と対応する位置からずれないように、前記ビームの固定部の折り返し部が用いられていることを特徴とする請求項１または２に記載の加熱炉の耐火物構造。

【請求項5】

前記ボルトは加熱炉内のスキッドに配置されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の加熱炉の耐火物構造。

【請求項6】

前記スキッドの冷却水管の下に配置させるブロックが、前記スキッドの冷却水管の両サイドに配置されるブロックに挟まれていることを特徴とする請求項５に記載の加熱炉スキッドの耐火物構造。

【請求項7】

さらに前記ブロックの固定治具として、レール、１枚乃至複数枚のクリップに加え、前記ボルトが通る穴が開孔された座金も用いられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の加熱炉スキッドの耐火物構造。

【請求項8】

鋼片を加熱する加熱炉に配置される耐火物施工方法であって、
ファイバ―ブランケットを折り畳んでブロックとするステップと、
当該ファイバ―ブランケットを施行中またはスキッドへの据え付け完了までフープで緊縛するステップと、
加熱炉内に設置されたボルトへ当該ブロックを固定するためのブロックのボルト穴を開孔するステップと、
前記ボルトが差し込まれる前記ブロックの面に、レール溝が前記ボルトに向くように、ビームまたは金属線でレールを固定するステップと、
前記ボルトが通る穴が開孔されており、かつその穴の周囲には、前記ボルトのねじ山に引っ掛かって前記ブロックを固定する爪が複数配置されたクリップを１枚乃至複数枚前記レールのレール溝にはめ込み、前記レールのボルト穴と対応する位置まで移動させるステップと、
前記クリップを介して前記レールのボルト穴に、スキッドに設置された前記ボルトを差し込むように前記ブロックを押し込み、前記クリップの爪を前記ボルトのねじ山に引っ掛かけて、前記ブロックを前記スキッドに据え付けるステップと、
前記フープを除去するステップと、
を備えることを特徴とする、加熱炉に配置される耐火物施工方法。

【請求項9】

前記レールをビームによって前記ブロックに固定し、かつ当該ビームには、折り曲げた、あるいは二股に分かれる１枚乃至２枚以上の固定部を備えたものを用い、当該固定部を、前記レールと接する前記ブロックの折り畳まれたファイバ―ブランケットの裏面から、当該ファイバ―ブランケットを貫通し、前記レールのスリットに通し、当該固定部を通したスリットの片側あるいは両側に配置されている別のスリットに差し込み、引き締めることを特徴とする請求項８に記載の加熱炉に配置される耐火物施工方法。

【請求項10】

前記レールのボルト穴の両側または片側に、前記クリップがレールのボルト穴と対応する位置からずれないように盛り上がりを設けることを特徴とする請求項８または９に記載の加熱炉に配置される耐火物施工方法。

【請求項11】

クリップがレールのボルト穴と対応する位置からずれないように、前記ビームの固定部の折り返し部を用いることを特徴とする請求項８または９に記載の加熱炉に配置される耐火物施工方法。

【請求項12】

前記ボルトは加熱炉内のスキッドに配置されたボルトであり、ブロックを当該ボルトに据え付けることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の加熱炉の耐火物施工方法。

【請求項13】

前記スキッドの冷却水管の下に配置させるブロックを、前記スキッドの冷却水管の両サイドに配置されるブロックで挟むことができる位置に据え付けることを特徴とする請求項１２に記載の加熱炉に配置される耐火物施工方法。

【請求項14】

さらに前記ブロックの固定治具として、レール、１枚乃至複数枚のクリップに加え、前記ボルトが通る穴が開孔された座金も用いることを特徴とする請求項８乃至１３のいずれか１項に記載に記載の加熱炉に配置される耐火物施工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鉄鋼業の鋼片の加熱炉などの耐火物に係る技術に属する。

【背景技術】

【0002】

鉄鋼業における厚板製品、薄板製品、形鋼等の鋼片を圧延するに当たり、鋳造された鋼片を加熱するために加熱炉が用いられる。図１に鋼片の移動方向から見た加熱炉内部の概要を示す。この加熱炉１は、鋼片２の投入側から抽出側に向かって、長く広い空間で構成されており、その空間の両側の壁や天井に、燃料バーナー（図示せず）が配置され、また空間内の床面には、鋼片を載せて炉内を移動するための２種類のスキッド３（固定スキッド３－１と移動用スキッド３－２）が配置されている。

【0003】

加熱炉１に投入された鋼片２は、前記燃焼バーナーの炎により加熱されながら、移動用スキッド３－２によって持ち上げられ、固定スキッド３－１の上を、尺を取る様に抽出側に向かって移動していく。

【0004】

加熱炉１の中は、鋼片２の熱間圧延に適する温度にするために１０００℃を超える温度となっており、スキッド３は、その高温中で数トン～数十トンの重量物である鋼片２の積載に耐え得るべく、図２に示すように、鋼片を支える部分は、内部に冷却水管４が配置されて冷却水が通水され、その周囲を耐火物キャスター５で覆われた構造となっている。

【0005】

この耐火物キャスター５は、Ａｌ_２Ｏ_３やＡｌ_２Ｏ_３＋ＣａＯなどの耐熱材からなり、加熱炉１の度重なる昇降温による熱衝撃や、鋼片通過による衝撃荷重により、図３に示すように亀裂が入り脱落する事態が発生、スキッド内部や冷却水配管がむき出しとなり、スキッド３の変形、破損や冷却水漏れなどのトラブルにつながることがある。

【0006】

この対策として、特許文献１に記載あるように、耐火物キャスター５が脱落しにくくなるように、内部にとげ状の金具を工夫して配置したり、補強材を配置したりすることで、耐火物キャスター５の食い付きをよくしている。しかし、それでも主にスキッド３から耐火物キャスター５が脱落するトラブルを回避し切れない。

【0007】

この様にスキッド３が、冷却水を通水していることから、温度差や熱衝撃が大きく、トラブルが多発している。またスキッド３以外にも、加熱炉１の内部に施された耐火物、即ち加熱炉天井や側壁に施された耐火物が、炉況の変化や定期修繕時の炉解放などによる温度変化等から、やはり同様の亀裂や剥離、脱落の問題を抱えている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特開２００１－１３３１６４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、加熱炉において、耐火物の脱落、剥離がし難く、かつ施工が簡便な優れた耐火物構造及びその施工方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記課題を解決するため、
（１）鋼片を加熱する加熱炉に配置された耐火物構造であって、ファイバ―ブランケットを折り畳んだブロックを備え、当該ブロックには、加熱炉内に設置されたボルトへ当該ブロックを固定するためのブロックのボルト穴が開孔されており、さらに前記ブロックの固定治具として、レール、１枚乃至複数枚のクリップを備え、さらに前記レールはビームまたは金属線で前記ブロックに固定されており、前記クリップには前記ボルトが通る穴が開孔されており、かつその穴の周囲には、前記ボルトのねじ山に引っ掛かって前記ブロックを固定する爪を複数備えており、前記レールは、前記ボルトが差し込まれる前記ブロックの面に、レール溝が前記ボルトに向くように、前記ブロックに固定されており、前記レールには前記ボルトが通過するレールのボルト穴が開口されており、前記クリップが前記レールのレール溝にはめ込まれ、前記レールのボルト穴と対応する位置に配置されており、前記クリップを介して前記レールのボルト穴に、スキッドに設置された前記ボルトを差し込むようにブロックが押し込まれ、前記クリップの爪が前記ボルトのねじ山に引っ掛かることで、ブロックが前記加熱炉内に固定されていることを特徴とする、加熱炉の耐火物構造である。

【0011】

また、
（２）前記レールはビームによって前記ブロックに固定されており、かつ当該ビームは、折り曲げた、あるいは二股に分かれる１枚乃至２枚以上の固定部を持ち、当該固定部は、前記レールと接する前記ブロックの折り畳まれたファイバ―ブランケットの裏面から、当該ファイバ―ブランケットを貫通し、前記レールのスリットに通され、当該固定部が通されたスリットの片側あるいは両側に配置されている別のスリットに差し込まれ、引き締められていることを特徴とすることも好ましい。

【0012】

また、
（３）前記レールのボルト穴の両側または片側には、前記クリップがレールのボルト穴と対応する位置からずれないように盛り上がりが配置されていることを特徴とすることも好ましい。

【0013】

また、
（４）クリップがレールのボルト穴と対応する位置からずれないように、前記ビームの固定部の折り返し部が用いられていることを特徴とすることも好ましい。

【0014】

また、
（５）前記ボルトは加熱炉内のスキッドに配置されていることを特徴とすることも好ましい。

【0015】

また、（５）において、
（６）前記スキッドの冷却水管の下に配置させるブロックが、前記スキッドの冷却水管の両サイドに配置されるブロックに挟まれていることを特徴とすることも好ましい。

【0016】

また、
（７）さらに前記ブロックの固定治具として、レール、１枚乃至複数枚のクリップに加え、前記ボルトが通る穴が開孔された座金も用いられていることも好ましい。

【0017】

さらに、
（８）鋼片を加熱する加熱炉に配置される耐火物施工方法であって、ファイバ―ブランケットを折り畳んでブロックとするステップと、当該ファイバ―ブランケットを施行中またはスキッドへの据え付け完了まではフープで緊縛するステップと、加熱炉内に設置されたボルトへ当該ブロックを固定するためのブロックのボルト穴を開孔するステップと、前記ボルトが差し込まれる前記ブロックの面に、レール溝が前記ボルトに向くようにビームまたは金属線でレールを固定するステップと、前記ボルトが通る穴が開孔されており、かつその穴の周囲には、前記ボルトのねじ山に引っ掛かって前記ブロックを固定する爪が複数配置されたクリップを１枚乃至複数枚前記レールのレール溝にはめ込み、前記レールのボルト穴と対応する位置まで移動させるステップと、前記クリップを介して前記レールのボルト穴に、スキッドに設置された前記ボルトを差し込むように前記ブロックを押し込み、前記クリップの爪を前記ボルトのねじ山に引っ掛かけて、前記ブロックを前記スキッドに据え付けるステップと、前記フープを除去するステップと、を備えることを特徴とする、加熱炉に配置される耐火物施工方法
である。

【0018】

さらに、
（９）前記レールをビームによって前記ブロックに固定し、かつ当該ビームには、折り曲げた、あるいは二股に分かれる１枚乃至２枚以上の固定部を備えたものを用い、当該固定部を、前記レールと接する前記ブロックの折り畳まれたファイバ―ブランケットの裏面から、当該ファイバ―ブランケットを貫通し、前記レールのスリットに通し、当該固定部を通したスリットの片側あるいは両側に配置されている別のスリットに差し込み、引き締める耐火物施工方法も好ましい。

【0019】

さらに
（１０）前記レールのボルト穴の両側または片側に、前記クリップがレールのボルト穴と対応する位置からずれないように盛り上がりを設ける耐火物施工方法も好ましい。

【0020】

さらに、
（１１）クリップがレールのボルト穴と対応する位置からずれないように、前記ビームの固定部の折り返し部を用いる耐火物施工方法も好ましい。

【0021】

さらに、
（１２）前記ボルトは加熱炉内のスキッドに配置されたボルトであり、ブロックを当該ボルトに据え付ける耐火物施工方法も好ましい。

【0022】

さらに、（１２）において、
（１３）前記スキッドの冷却水管の下に配置させるブロックを、前記スキッドの冷却水管の両サイドに配置されるブロックで挟むことができる位置に据え付ける耐火物施工方法も好ましい。

【0023】

また、
（１４）さらに前記ブロックの固定治具として、レール、１枚乃至複数枚のクリップに加え、前記ボルトが通る穴が開孔された座金も用いることも好ましい。

【発明の効果】

【0024】

本発明による耐火物構造及びその施工方法を用いることで、従来の耐火物キャスター施工より格段に作業性がよくなり、かつ施工後約半年経過しても耐火物の落下、冷却水管の破損もなく、その技術的意義は大きい。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】鋼片の移動方向から見た加熱炉内部の概要を示す図である。

【図2】通常のスキッドの概要を示す図である。

【図3】通常のスキッドにおける耐火物キャスターの亀裂発生状況の概要を示す図である。

【図4】本発明で用いるファイバ―ブランケットを折り畳んでなるブロックの概要を示す図である。

【図5】本実施形態で用いられるブロック及びブロックに取り付けられる構造物の形態などを説明するための図である。なお、ブロックとレールを固定するためにビームを用いている。

【図6】本実施形態のレール、クリップ、座金の構成を示す図である。

【図7】本実施形態においてブロックの裏側からビームを差し込みレールのスリットに通した状態を示す図である。なお、固定の例としてレール、クリップ、座金、ビームを用いている。

【図8】本実施形態のブロックの設置前の構造を示す図である。なお、図７に示す状態からビームの端部を折り曲げて固定部をブロック側に差し込んだものである。

【図9-1】本発明におけるブロックを取り付ける例を示す図である。

【図9-2】本発明を設置しフープを外した状態を示す図である。

【図10】経年劣化により下側のブロックが垂れて隙間が生じる状況を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下に発明を実施するための形態を示す。

【0027】

耐火物としての主な材料は、図４に示すようなファイバ―ブランケット（例えばリフラクトリーセラミックファイバー、アルミナファイバー、アルカリアースシリケートウール等のブランケット又はそれら組み合わせたブランケット）を折り畳んでブロック６としたものを使用する。当該ブロック６はスキッド３に設置時に折り畳み圧縮状態を維持すべくフープ７で固定され、ばらけない様になっている。設置完了後にフープ７をカットして取り除けば、折り畳まれたファイバ―ブランケットは圧縮状態から解放されることで、お互いに押し合って設置が強固なものとなる。尚、フープ７は、スキッド３に設置するときにブロック６の圧縮状態を維持していればよく、後述するビーム１３をブロック６の折り目内に配置するときなど、施工上の都合により一時的に外しておくか、ブロック６のスキッド３への装着準備までフープ７を使用しないでおいても構わず、ビーム１３をブロック６の折り目に挟み込んでフープ７で固定しても構わない。

【0028】

尚、ブロック６の配置、施工については、スキッド３に設置する場合を例として、以下、説明するが、加熱炉１の天井や側壁など加熱炉１内壁への施工も基本的に同じである。

【0029】

ブロック６には、図４～図８に示すように、後述するスキッド３に設置されたボルト８へブロック６を固定するためのブロックのボルト穴９が開孔されており、さらにブロック６の固定治具として、レール１０、１枚乃至複数枚のクリップ１１、必用に応じて配置する座金１２が配置され、さらにレール１０はブロック６に固定されている。尚、レール１０をブロック６に固定する方法としては、図５に示すようなビーム１３による固定が好ましいが、他の方法、例えば耐熱性の金属線などを用いてレール１０をブロック６に固定してもよい。本明細書では、以下、ビーム１３を用いた例で説明する。またスキッド３に設置されたボルト８は、冷却水管４などのスキッド内の金属構造物に溶接等されて固定されていることが好ましい。

【0030】

クリップ１１にはボルト８が通る穴が開孔されており、かつその穴の周囲には、ボルト８のねじ山に咬み込み、引っ掛かってブロック６を固定する爪１１－１が複数配置されている。また必要に応じて配置する座金１２にはボルト８が通る穴が開孔されている。

【0031】

スキッド３内には、ブロック６を固定するためのボルト８が配置されている。レール１０は、このボルト８が差し込まれるブロック６の面に、レール溝１０－１がボルト８に向くように、ビーム１３によってブロック６に固定される。ビーム１３は、例えば折り曲げた、あるいは二股に分かれる固定部１３－１を持ち、この固定部１３－１は、レール１０と接するブロック６の折り畳まれたファイバ―ブランケットの裏面から、ファイバ―ブランケットを貫通し、レール１０のスリット１０－２に通され、前記折り曲げた、あるいは二股に分かれた固定部１３－１が通されたスリット１０－２の片側あるいは両側に配置されている別のスリット１０－２に差し込まれ、引き締められることで、レール１０がブロック６に固定される。尚、スリット１０－２は、ビーム１３を用いてレール１０をブロック６に固定する目的でレール１０に設けられる。

【0032】

レール１０にはボルト８が通過するレールのボルト穴１４が開孔されており、クリップ１１が必要に応じて配置する座金１２と共にレール１０のレール溝１０－１にはめ込まれ、レール１０に設けられたレールのボルト穴１４と対応する位置まで移動、配置されている。

【0033】

レール１０のレールのボルト穴１４の両側または片側にはクリップ１１（必要に応じて座金１２も）がレールのボルト穴１４と対応する位置からずれないように盛り上がり１５が配置されていれば、よりタイトにクリップ１１などが挟持されるので好ましい。尚、ここでクリップ１１などは、レール溝１０－１、またはレール溝１０－１と盛り上がり１５で挟持されているだけでもよい。溶接等で仮止めしてもよいが、盛り上がり１５を構成しておくほうが作業性に優れている。尚、この盛り上がり１５は、前述のビーム１３の固定部１３－１の折り返し部などで代用してもよい。

【0034】

クリップ１１は１枚乃至複数枚を用いるが、クリップ１１が１枚の場合は座金１２を重ね、クリップ１１が２枚以上の場合はそれらの間に座金１２を挟み込むことが好ましい。

【0035】

その後、図４から図９－１に示すことから理解されるように、クリップ１１などを介してレールのボルト穴１４に、スキッド３に設置されたボルト８を差し込むようにブロック６が押し込まれ、クリップ１１の爪１１－１がボルト８のねじ山に咬み込み、引っ掛かることで、ブロック６がスキッド３に固定される。

【0036】

ブロック６がスキッド３に全て配置、施工し終わったら、図９－２に示すように、各ブロック６を固定しているフープ７をカット、除去することで、ブロック６は折り畳み圧縮状態を解かれ、お互いに押し合い、固定がよりタイトになる。

【0037】

尚、図９－２に示すように、スキッド３の冷却水管４の下に配置させるブロック６は、スキッド３の冷却水管４の両サイドに配置されるブロック６によって挟むことが好ましい。これが図１０に示すように、冷却水管４の下に配置させるブロック６をスキッド３の冷却水管４の両サイドに配置されたブロック６を支えるように配置、固定させると、経年劣化により下側のブロック６は垂れて隙間ができた場合、そこから熱輻射や鋼片２から発生するスケールが侵入し、内部の冷却水管４が劣化、破損しやすくなるためである。

【0038】

加熱炉１の天井や側壁など加熱炉１の内壁への配置、施工も、スキッド３の場合と概ね同じである。天井や側壁など、加熱炉１の内壁の構造物や基礎となる鉄骨材などに配置されたボルトに、図８に示されている様なブロック６を図９－１に示されている様に、固定用に設置されたボルトに差し込んで固定し、フープ７をカット、除去することで、ブロック６は折り畳み圧縮状態を解かれ、お互いに押し合い、固定がよりタイトになる。

【符号の説明】

【0039】

１ 加熱炉
２ 鋼片
３ スキッド
３－１ 固定スキッド
３－２ 移動用スキッド
４ 冷却水管
５ 耐火物キャスター
６ ブロック
７ フープ
８ ボルト
９ ブロックのボルト穴
１０ レール
１０－１ レール溝
１０－２ スリット
１１ クリップ
１１－１ 爪
１２ 座金
１３ ビーム
１３－１ 固定部
１４ レールのボルト穴
１５ 盛り上がり

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9-1】

【図9-2】

【図10】