开孔钻头以及使用其的出铁口的开孔方法
阅读说明：本技术 开孔钻头以及使用其的出铁口的开孔方法 (Tapping drill and tapping method using same ) 是由 北村洋平 河上智彦 堀之内恒平 于 2020-03-10 设计创作，主要内容包括：提出开孔钻头以及使用其的出铁口的开孔方法,通过对高炉炉底部高效地进行升温、从而能够在比较短时间内进行长时间停风后的启动和/或炉冷事故后的启动,并能够简化用于设置炉底部升温用燃烧器喷枪的出铁口的开孔作业。开孔钻头1,用于对高炉炉底的出铁口进行开孔,在开孔钻头的炉内挖掘面1a的背面1b、1c具有突片2,就突片而言,突片的最外侧端部位于比开孔钻头的最外侧端部靠内侧的位置。(Provided are a drill for tapping and a method for tapping a tap hole using the same, which can efficiently raise the temperature of the bottom of a blast furnace, can perform start-up after a long-time air cut-off and/or start-up after a furnace cold accident in a relatively short time, and can simplify the tapping work for installing the tap hole of a burner lance for raising the temperature of the furnace bottom. A hole drill 1 for drilling a tap hole in a blast furnace bottom, wherein projecting pieces 2 are provided on rear surfaces 1b and 1c of an excavation surface 1a in a furnace of the hole drill, and outermost end portions of the projecting pieces are positioned inward of outermost end portions of the hole drill.)
技术领域
本发明涉及用于对高炉的出铁口等进行开孔的开孔钻头、尤其是开设用于将停风启动时等使用的燃烧器喷枪设置于出铁口的孔所用的开孔钻头、以及使用其的出铁口的开孔方法。
背景技术
高炉是如下的设备：通过从风口部吹入的高温空气及氧与焦炭及微粉炭的反应而产生的高温还原气体，进行铁矿石的升温、还原、熔化并从设置于风口下部的出铁口生产生铁和炉渣。在高炉的通常操作时，炉内的反应热与来自风口的热供给平衡，因此能够进行高炉的稳定操作。然而，有时由于高炉的操作故障和/或设备故障、生产调整，需要停止向高炉送风。另外，也有时由于因高炉的老化进行的维修施工，需要使高炉长时间停风。停风期间，由于从炉体·炉底的失热、从风口的空气吸入等，炉内的装入物和熔融物的温度(以下称为炉温)降低。
若炉温降低，则炉渣的粘性增大，难以从设置于风口高度以下的出铁口排出铁水渣。若在这样的状态下进行送风，则由于通过在风口前产生的高温气体所生成的铁水和炉渣，炉下部的铁水渣(铁水或熔融炉渣或它们的混合物)的液位上升。由于被从风口上部供给的铁水渣，滞留在炉底的铁水渣升温，如果缓缓地恢复到适当的炉温水平，则没有问题。然而，若炉温不恢复，铁水渣的液位到达风口高度并将风口闭塞，则向炉内供热的热供给手段被切断，导致炉冷事故，带来巨大的经济损失。
在导致炉冷事故的情况下，即使从作为向高炉的热供给手段的风口部进行送风，也会发生因生成的熔融物再次闭塞风口部的问题。作为炉冷事故的恢复方法，以往采用以下这样的方法。即，首先，在停风期间通过耐热物等使出铁口上的除1-2根以外的风口闭塞，从出铁口和未闭塞的风口吹入氧。由此，在将出铁口与风口之间的半熔融物从出铁口排出后，向在炉内出现的空间填充焦炭接着开始进行送风。然后，在确立了由在出铁口与风口之间流动的高温气体所产生的炉底升温、和伴随送风而生成的铁水渣的顺畅排出的循环之后，对相邻部的风口进行开孔，缓缓地增加开孔风口条数并恢复到通常的操作。然而，该工序时间长、需要1-2个月。另外，氧的吹入等靠人力进行，因此成为安全风险也高的作业。
因为炉温降低，所以停风后的启动是导致上述的炉冷事故的风险高的状态。为了不发生炉冷事故地进行停风等之后的启动，以往，提高炉内的焦炭比进入停风期间，在送风后不即刻吹入微粉炭，而是进行升温(热补偿)直到可以开始微粉炭的吹入。在使用该方法的情况下，存在如下问题：在确认了铁水渣的稳定排出之后，为了使装入焦炭比减低，当高炉停风时使用价格比微粉炭高的焦炭的使用比率提高，因此每一吨铁水的制造成本变高。
作为其他方法，提出了如下的高炉的送风开始方法和炉底升温用燃烧器(专利文献1)，在设置于高炉炉底的出铁口设置燃烧器使燃料燃烧，从而高效地对炉底进行升温、在长时间停风后能够在短时间内启动。另外，为了将高炉内的铁水向外部排出，提出了用于在出铁口开设孔的开孔钻头(专利文献2、专利文献3)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2016-30833号公报
专利文献2:日本特开2006-307258号公报
专利文献3:日本实开平5-14140号公报
发明内容
发明所要解决的课题
在使用上述的专利文献2及专利文献3所公开的那样的开孔钻头进行通常操作时的开孔中，开孔钻头顶端由于从炉内流出的铁水的高温而熔化。另外，由于炉内压力的作用，施加要将开孔钻头向外侧推出的力，因此开孔钻头的拉拔并不费事。但是，对设置用于对炉底进行升温的燃烧器和/或具有吹入助燃性气体的功能的喷枪(以下总称为燃烧器喷枪)的出铁口进行开孔的时机就是停风期间，所述助燃性气体用于对炉底进行升温。在停风期间，炉内温度低，在流出物出现的情况下多是炉渣而不是铁水，因此将开孔钻头熔化的热量不足。因此，在使用专利文献2、专利文献3所公开的那样的开孔钻头对燃烧器喷枪设置用的出铁口进行开孔的情况下，存在在出铁口贯通后、焦炭进入到出铁口与开孔钻头的间隙而成为阻力的问题。因此，存在开孔钻头无法拉回的问题、以炉内的炉渣为中心的熔融物与焦炭一并进入出铁孔内因此开孔钻头无法拉回的状况频发的问题。
在开孔钻头不能拉回的情况下，此前是将开孔钻头进一步压入并插入于炉内的高温的焦炭填充层，在将开孔钻头熔化之后将钻杆拉回。在该情况下，熔融物可能埋在出铁孔内，因此必须再次实施开孔，而开孔作业耗费时间。而且，在尝试将开孔钻头拉回炉外时开孔钻头与钻杆断开的情况下，需要使用氧使其熔化。在该情况下，存在因增加了氧清洗的作业和再开孔的步骤所以作业时间进一步变长的问题。
本发明的目的在于提出一种开孔钻头以及使用其的出铁口的开孔方法，通过对比风口高度低的位置的高炉炉底部高效地进行升温、从而能够在比较短时间内进行长时间停风后的启动和/或炉冷事故后的启动，能够简化用于设置炉底部升温用燃烧器喷枪的出铁口的开孔作业。
用于解决课题的手段
为了解决现有技术所存在的前述课题，实现上述目的而进行了深入研究，结果发明人最终开发出了以下所述的新的开孔钻头。即，本发明是用于对高炉炉底的出铁口进行开孔的开孔钻头，在所述开孔钻头的炉内挖掘面的背面具有突片，就所述突片而言，所述突片的最外侧端部位于比所述开孔钻头的最外侧端部靠内侧的位置。
需要说明的是，在上述那样构成的本发明的开孔钻头中，
(1)认为开孔钻头用于在出铁口开设用于设置炉底升温用的燃烧器喷枪的孔，是更优选的解决手段。
另外，本发明是出铁口的开孔方法，是在高炉炉底的出铁口开设用于设置炉底升温用的燃烧器喷枪的孔的方法，使用具备上述的开孔钻头的开孔机在出铁口进行开孔。
发明的效果
根据本发明的开孔钻头，因为在炉内挖掘面的背面安装有突片，所以即使在开孔时逆流的熔融物流入到开孔钻头的炉外侧的情况下，在将开孔钻头向炉外拉回时，能够通过设置于背面的突片对流入到开孔钻头的炉外侧的熔融物进行挖掘，因此能够将开孔钻头拉出到炉外。
附图说明
图1是是用于对本发明的开孔钻头的一例的构成进行说明的示意图。
具体实施方式
以下，对本发明的开孔钻头进行说明。
图1是用于对本发明的开孔钻头的一例的构成进行说明的示意图。在图1所示的例子中，开孔钻头1在炉内侧的挖掘面1a安装有突片(chip)2，并且在挖掘面1a的背面1b、1c也安装有突片2。该突片2由比要挖掘的对象的物质硬的材料制作，通过与要挖掘的对象的物质接触从而对对象物进行切削。作为其材料一般使用超硬合金，也有时用超硬突片、或刀具等名称来称呼。突片2的安装可以通过焊接等方法来实施。需要说明的是，3是用于对开孔钻头1进行支承的钻杆。
在此，开孔钻头1的挖掘面的背面是指安装有突片2的面1a、1b、1c中、比具有最大径的安装面的位置更接近钻杆3的面1b、1c。即，挖掘面的背面是在熔融物流入到开孔钻头的炉外侧的情况下、在将开孔钻头拉回时与该熔融物接触的面。另外，安装于背面的突片，优选是安装于在将开孔钻头拉回的情况下、与流入到开孔钻头的炉外侧的熔融物和/或其固化体接触的位置。或者，也可以优选在使开孔钻头前进时不与挖掘对象物接触的位置安装突片。
一般而言出铁口的开孔所用的开孔钻头，为了能够在使开孔钻头前进时对挖掘对象物进行切削，在开孔钻头的前表面、即在使开孔钻头前进时与挖掘对象物接触的位置安装有突片(例如参照专利文献2、3)。但是，发明人发现，在需要设置炉底部升温用的燃烧器喷枪的情况下，在开孔的同时炉内熔融物逆流而来的可能性很高。即，发现了：仅靠能够在开孔钻头的前进时进行挖掘的功能是不够的，在开孔钻头的背面1b、1c也安装突片2是有效的。
在专利文献3中，与本发明的突片相当的硬质刀具不仅安装在开孔钻头的前表面，还以硬质刀具的最外侧端部比开孔钻头的最外侧端部靠外侧的方式安装在开孔钻头的比具有最大直径的安装面的位置接近钻杆的背面。但是，专利文献3的硬质刀具为了抑制气孔(blow hole)的闭塞而以覆盖气孔的前部的方式设置，并不是对在将钻头拉回时流入到开孔钻头的炉外侧的熔融物进行挖掘的部件。即，与本发明的突片功能不同。另外，在专利文献3中，在更接近钻杆的径向内侧的位置、即所述突片的最外侧端部比所述开孔钻头的最外侧端部靠内侧的位置没有安装突片。即，为了实现本发明中所必需的、对在将钻头拉回时流入到开孔钻头的炉外侧的熔融物进行挖掘的功能，通过专利文献3的开孔钻头无法达成本发明的目的。
为了达成本发明的目的，在所述突片的最外侧端部比所述开孔钻头的最外侧端部靠内侧的位置安装突片是有效的。更具体而言，优选的是，具有如下设置的突片：突片的最内侧点在径向上位于比中点更靠内侧的位置，所述中点是钻杆的外周位置与开孔钻头的最外侧位置的中点。
如上述那样，对于因设备故障·操作故障·设备维修等而实施长时间的停风、炉温降低的高炉即将进行启动之前，从出铁口吹入助燃性气体和流体燃料或非活性气体或者、仅吹入助燃性气体从而对炉内的熔融物和装入物进行升温，在这样的方法中，本发明的开孔钻头1可以有助于缩短对出铁口进行开孔从而设置燃烧器喷枪并开始进行吹入这一过程的开孔作业的时间。
即，在进入停风时无法充分将熔融物排出到炉外的情况下和/或、在由于停风期间来自风口部等的空气吸入而使得在停风期间生成熔融物、炉底部的熔融物液位(level)上升时，在开孔时熔融物会向出铁口内逆流。在这样的时候，即使暂时止住逆流并再次进行开孔，熔融物也同样会向出铁口内逆流，因此成为无法设置燃烧器喷枪的状态。在这样的时候，通过将开孔钻头拉回并将出铁口暂时闭塞，再次以比开孔深度浅的方式进行开孔，并吹入水或空气或者这二者，从而能够一边暂时对孔的深处进行冷却一边防止熔融物的逆流，能够开孔直到出铁口深度。
在观察到熔融物从炉内逆流的情况下，若仍然进行开孔，则有时逆流的熔融物向开孔钻头的炉外侧流入，无法将开孔钻头向炉外拉回。在以往的方法中，将开孔钻头进一步压入并插入于炉内的焦炭填充层，将开孔钻头熔化之后将钻杆拉回。在该情况下，必需再次实施开孔，开孔作业耗费时间。而且，在将开孔钻头拉回到炉外时开孔钻头从钻杆断开的情况下，需要使用氧使其熔化。在该情况下，除了实施氧清洗作业和再开孔的步骤之外，出铁口闭塞材料因实施氧清洗而熔损、开孔深度变得不清楚，因此也有时难以实施上述的作业。
根据图1所示的本发明的开孔钻头1，突片2安装于炉内侧的挖掘面1a及炉外侧的背面1b、1c这两方，因此通过突片2的旋转和击打对出铁口闭塞材料和/或焦炭·炉渣进行切削，从而能够在炉内方向及炉外方向这两方进行开孔和/或挖掘。因此，即使在熔融物从炉内逆流而来的状况下，也能够一边对逆流而来的熔融物进行冷却一边开设用于设置燃烧器喷枪的孔，并将开孔钻头拉回。在将在背面安装有突片的开孔钻头拉回时，何种程度的负荷施加于钻头和/或钻杆是以往不知道的。发明人以各种各样的条件对能否在熔融物逆流而来的状况下对已固化的熔融物进行挖掘这一点进行调查，结果发现，就拉回时的挖掘所需的对钻头和/或钻杆的负荷而言，与向炉内方向开孔时相比不会过大，可以以通常的拉回速度没有问题地进行挖掘。在挖掘时的负荷大的情况下，用负载传感器等对施加于钻杆的负荷进行监视，同时在负荷大的情况下降低拉回速度，从而能够在防止钻头和/或钻杆的破损的同时进行拉回。
实施例
接着，对本发明的实施例进行说明，实施例中的条件是为了对本发明的实施可能性及效果进行确认而采用的一条件例，本发明并不限定于这一条件例。就本发明而言，只要不脱离本发明的要旨能达成本发明的目的，可以采用各种各样的条件。
(实施例1)
通常在停风后启动时为了设置燃烧器喷枪而对出铁口进行开孔。开孔利用了为图1所示的形状且最大直径为φ70mm的开孔钻头和最大直径为φ110mm的开孔钻头这两种开孔钻头。在对利用φ70mm的开孔钻头实现的贯通进行确认后，无法从炉内进行钻杆的拉回，因此对开孔钻头施加反向的击打和旋转，结果开孔钻头能够保持健全的状态拉回。另外，确认出铁口内部可知，在开孔钻头无法拔出的附近确认到了炉渣的凝固物。此前的状况是，选择连续进行反向击打或通过氧进行熔化，直到开孔钻头被从钻杆取下，但根据本发明的开孔钻头确认到能够没有损伤地将开孔钻头拉回。即使在用了φ110mm的开孔钻头的情况下也能够以同样的情形进行开孔和钻头的拉回。
产业上的利用可能性
根据本发明的开孔钻头，即使在熔融物逆流到出铁口内的情况下，也能够无损伤地使开孔钻头拉回。因此，在作为开孔对象认为可能发生这种状况的、除高炉以外的各种各样的立式熔炉中，都能够利用本发明的开孔钻头。
附图标记说明
1 开孔钻头
1a 挖掘面
1b、1c 背面
2 突片
3 钻杆
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