高炉大修理の包括的ガイド：耐火物再構築、シェル修理、設備オーバーホール

高炉の大修理

高炉の大修理とは、高炉の一操業サイクル（キャンペーン）終了後に実施される修理のことです。大修理では主に以下の作業が行われます：(i) 炉の再耐火物構築（リライニング）、(ii) シェル損傷部位の修理、(iii) 全設備の大規模改修と摩耗部品の交換、(iv) 陳腐化した、または耐用年数を終えた設備・計器・自動化機器の交換、(v) 直前のキャンペーン運転中に必要性が認識された改造工事。

高炉のキャンペーンは長期間（10〜20年）続くため、この間に技術革新が進みます。したがって、大修理の際にこれらの技術的アップグレードを高炉に取り入れる必要があり、これにより新キャンペーンで高炉を最新の状態に保つことができます。

大修理はまた、製鉄所にとって炉の耐火物構成を改善し、内部容積を拡大して高炉の能力を向上させる機会でもあります。耐火物構成の改善は、キャンペーン寿命の延長にも貢献します。

大修理の計画

高炉の大修理は通常、時間制約のある活動であり、割り当てられた予算内で可能な限り短期間で完了させる必要があるため、正確で詳細な計画が成功の鍵となります。計画は分単位で行う必要があります。大修理を予定工期内かつ予算内で完了できるかどうかは、計画がいかに正確かつ詳細に行われたかにかかっています。

計画すべき主要活動

• 準備作業
• エンジニアリング活動
• 送風停止、サラマンダータッピング、炉の冷却
• 作業員・資材の炉内搬入経路、照明、換気、作業足場の確保
• 古い耐火物、摩耗した冷却プレート/スタブ、ジャムの解体と残渣除去
• 損傷シェルプレートの切断・除去、新規シェルプレートの調達・溶接
• 炉用耐火物の調達・設置
• 摩耗部品交換を含む設備改修
• 陳腐化した設備・計器・自動化機器の完全交換（調達含む）
• 必要箇所での改造工事
• 鋳造室、原料ストックハウス、ポンプハウス、ガス洗浄プラント、スラグ造粒プラント等での改修・保守・改造作業
• 炉の耐圧試験、乾燥、耐火物の予熱と冷却
• 送風開始とタップホール開設
• 新キャンペーンでの初回スラグ・銑鉄タッピング

要員・資材・機器の計画

要員、資材（消耗品含む）、揚重機器、工具、治具の計画は重要です。特に要員計画は重要で、短期間に大規模な労働力が必要となるためです。その中でも、レンガ積み工、フィッター、熟練溶接工は大修理時に最も需要が高い職種です。一般的にこれらの人材は地元では必要数確保できず、外部から招聘する必要があります。

資材のロジスティクスも重要で、大修理では多種多様な大量資材を短期間で移動させる必要があります。輸送車両群はこの要求に対応できるものでなければなりません。大量の残渣が発生するため、残渣捨て場は大修理現場から遠くない場所に確保する必要があります。捨て場までの距離は必要な輸送車両数に影響します。

機械化と並行作業

大修理作業の機械化は炉休止期間を短縮し、計画に影響を与えます。修理の機械化程度を決定した上で計画を立てる必要があります。完全機械化には、高炉内に収まるサイズの脱レンガ機械、ポクレイン/ボブキャット、可搬コンベア、フォークリフト、資材揚重用エレベーターなどが必要です。

大修理資材の系統的な保管計画も必要で、必要な時にタイムロスなく資材が利用できるようにします。

並行実行可能な作業を並行計画することで工期を短縮できます。ただし、並行作業計画時には作業員の安全を最優先に考慮する必要があります。ヘルメット、手袋、安全靴、防塵マスク、溶接用ゴーグル、呼吸用保護具、一酸化炭素モニター、電気安全用品など、十分な安全用品を計画する必要があります。

計画のタイムライン

高炉大修理の計画活動は、実際に炉を送風停止するずっと前から始まります。大修理で必要な全ての主要・軽微な作業項目をリストアップすることから始まり、リストアップ後に概算費用を算出し、承認を得て長納期品を発注して適時納入を確保します。詳細計画の完了に合わせて費用を更新します。詳細計画完了後は、ガントチャートとPERTチャートを作成して進捗を厳密に監視します。

準備・エンジニアリング活動

準備活動は炉稼働中に実施されるもので、大修理時に資材が適時に利用可能となり、遅延を防ぎます。例：サラマンダータッピングの準備、炉頂部での適切な水圧確保（サラマンダータッピング後の消火・冷却用）、高炉各レベルでの送風機・照明設置設備の準備、高炉各部・各レベルでの保管スペース確保と資材事前備蓄（大修理時の資材移動削減）、大修理用作業足場の製作（一部は炉頂から吊り下げ式）、炉頂部での作業足場吊り下げ設備の整備、大修理で使用する揚重機器（ウィンチ、テルファー等）の設置、送風機・照明・その他仮設機器用の仮設ケーブル敷設（必要な場合）、大修理用の十分な足場材料の確保（炉内で迅速に組立可能なもの）など。

上記の一部作業には、製作図面作成、仮設ケーブル・配管ルート決定、給水用ブースターポンプ設置などのエンジニアリング活動が必要です。

送風停止、サラマンダータッピング、高炉冷却

高炉送風停止プロセスについては別記事（https://www.ispatguru.com/methods-of-shutting-down-a-blast-furnace/）で説明しています。送風停止時に注意すべき点として、冷却用の水と蒸気が高炉頂ガス冷却時に水素と酸素に解離することがあります。水素と酸素の増加は爆発性混合気を形成する可能性があるため、炉頂ガス分析の継続的監視が不可欠です。炉頂ガスは通常ガスクロマトグラフで分析されます。

サラマンダータッピングの詳細プロセスは、別記事（https://www.ispatguru.com/methods-of-shutting-down-a-blast-furnace/ および https://www.ispatguru.com/salamander-tapping-for-capital-repairs-of-blast-furnace/）で説明しています。

サラマンダータッピング後の炉頂からの散水による消火・冷却は、炉を常温まで迅速に冷却するための重要な活動です。ただし、初期の散水量は制御し、水の解離による水素・酸素生成で爆発性混合気が形成されないようにする必要があります。炉温が水解離反応が起きないレベルまで低下したら散水量を増やせます。

炉冷却後、窒素パージを行って炉内に残留する有害ガス（一酸化炭素等）を除去します。

大修理本体作業

大修理本体作業は炉冷却後に開始されます。最初に高炉ガスラインをブラインドフランジで遮断し、炉に設けられた恒久開口部を開放し、ノズル・クーラー・ブローパイプを取り外し、炉頂設備を改修のために解体します。計画通りに炉シェルを適切な箇所で切断して、作業員・資材・機械の搬入口を確保します。炉内の照明と換気を整備して作業環境を確保します。その後、炉底を検査してサラマンダーが完全に除去され、清浄な炉底状態であることを確認します。サラマンダーが残っている場合は、それを緩めて除去します。場合によってはランス切断や爆薬使用が必要です。

清浄な炉底確認後、古いライニングの解体作業を開始します。時間短縮のため、可動吊り下げ足場に搭載した脱レンガ機械を使用する炉もあります。解体後は残渣除去と清掃を行い、通常ポクレインと仮設コンベアを配備して実施します。清掃完了後、計画に基づきシェル修理、スロートライニングプレートと冷却スタブの建て込み、耐火物ライニングなどの本格的修理作業を開始します。

耐火物ライニング工事は大規模で、炉内でのメイン作業です。通常、吊り下げ足場を用いて複数の作業面で並行して実施されます。上段足場のライニング残渣が下段足場に落下しないよう厳重に管理することが重要です。また、耐火物技術者が24時間体制で密接に監督し、耐火物ライニングの完全性を確保することが不可欠です。耐火物技術者の常駐は、現場での即時判断にも必要です。

耐火物ライニング完了後の活動

耐火物ライニング完了後、全ライニング残渣を除去し、役員チームと施工業者による検査でライニング品質と完全性を確認します。確認後、建て込み資材を炉外へ搬出します。その後、搬入口用に切断したシェルプレートを溶接復旧し、該当箇所のライニングを再度耐火物技術者監督下で実施します。炉頂設備を復旧し、恒久開口部を閉鎖します。その後、クーラー、ブローパイプ、ノズルを復旧し、炉の耐圧試験を実施。その後、耐火物の乾燥・予熱・冷却スケジュールに従って乾燥・予熱・冷却を行います。冷却後は耐火物検査が必要です。近年は工期短縮のため、予熱と検査を省略し、耐圧試験直後に送風開始するケースもありますが、これは望ましくありません。

その後、送風開始（ブローイン）を行います。炉乾燥と送風開始プロセスの詳細は別記事（https://www.ispatguru.com/the-process-of-blowing-in-of-a-blast-furnace/）を参照してください。

一般的要件

大修理は限られた空間で実施される大規模工事です。多数の請負業者に属する大規模作業員が同時に作業し、ポンプハウス、原料ストックハウス、スラグ造粒プラント、工場等でも大規模作業が同時並行で行われます。高炉内という密閉空間での耐火物ライニング工事と、他場所での同時作業には、混乱と誤解を防ぐための効果的かつ緊密な調整と監督が必要です。大修理中のコミュニケーションは完全なものでなければならず、参照が必要な全文書が現場で利用可能でなければなりません。したがって、大修理現場事務所は大修理の神経中枢であり、必要時に判断できる幹部を24時間体制で配置して強化する必要があります。また、大修理期間中はプラント内で労使関係の問題を発生させないことも重要です。

安全と緊急体制

作業員、資材、機械の安全は大修理中の最重要事項です。小さな事故でも数日の遅延を招き、大事故は大惨事を引き起こします。また、事故は作業員の士気を大きく低下させます。したがって、安全違反時に作業中止権限を持つ安全検査員による24時間体制の安全監督が極めて重要です。工場検査官に高炉大修理実施を事前通知することも望ましいです。

高炉の全フロアに適切な消火設備を備えることも重要です。大修理中の小さな火災でも工程全体を狂わせる可能性があり、大火災は大惨事となります。消防車と消防要員の24時間体制待機が必要です。

大修理現場には応急処置設備と24時間対応の救急車を常備し、緊急事態に備えます。

以下は、2013年ヴィシャカパトナム製鉄所高炉1号炉大修理時に撮影された写真（図1〜3）です。

図1 ヴィシャカパトナム製鉄所高炉1号炉大修理の写真

図2 ヴィシャカパトナム製鉄所高炉1号炉大修理の写真

図3 ヴィシャカパトナム製鉄所高炉1号炉大修理の写真