JP2001234215A - ステーブクーラーの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋳込みレンガの亀裂・破壊等を回避できるス
テーブクーラー提供する。 【解決手段】 （１）耐火レンガと鉄皮の間にあるステ
ーブクーラーにおいて、前記耐火レンガ側および前記鉄
皮側を除く鋳込みレンガの少なくとも四面が最高使用温
度６００℃超のシートで覆われ、さらに該シートが金属
板で覆われている。（２）金属板の融点が６００℃以上
であり、金属板の厚みが０．０１mm以上５mm以下であ
る。（３）シートが０．５mm以上１０mm以下の厚みであ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉等の炉壁冷却
に使用されるステーブクーラーに関し、特に鋳込みレン
ガの亀裂・破壊等を回避できるステーブクーラーに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】現在の鉄鋼製造プロセスにおいて、溶銑
の生産としては高炉を用いた鉄鉱石の溶融還元法が主流
になっている。

【０００３】この高炉の炉壁は一般にステーブクーラー
（以下、単にステーブともいう）と呼ばれる冷却装置を
備えている。

【０００４】図１は、高炉炉壁にステーブが組み込まれ
ている場所を示す概念図である。

【０００５】同図に示すように、ステーブ１は、鉄皮２
の内側に設置され、ステーブ１を保護するための炉体レ
ンガ３に覆われている。

【０００６】ステーブ１を鉄皮２の内側に設置するの
は、炉内からの熱負荷を低減することで鉄皮の変形や割
れを防止するためである。

【０００７】図２（ａ）、（ｂ）は、ステーブの構成を
示す説明図であり、図２（ａ）はステーブの側面図を、
図２（ｂ）はステーブの平面図を示す。

【０００８】同図に示すように、ステーブ１内には冷却
水を通水するための冷却パイプ６が設置され、ステーブ
１の炉内側には耐火レンガ４が鋳込まれた銑鉄５により
固定されている。この鋳込まれた銑鉄５により固定され
た耐火レンガ４は、鋳込みレンガあるいは鋳ぐるみレン
ガと呼ばれている（以下、鋳込みレンガという）。

【０００９】この鋳込みレンガ４は、炉体レンガが損耗
し、脱落または消失した時のバックアップ耐火物として
機能するため、通常は炉体レンガと同じ材質のレンガを
鋳込みレンガに用いることが多い。

【００１０】高炉の炉体レンガは高炉各部位の使用環境
により、高アルミナ、シャモットなどの酸化物系耐火物
や炭化珪素、カーボン−炭化珪素、アルミナ−カーボン
などの非酸化物系耐火物や炭素含有耐火物が使用されて
いる。

【００１１】ステーブは、所定の形状の砂型に鋳込みレ
ンガと冷却パイプをあらかじめ設置しておき、その砂型
に成分調整された溶銑を注入することにより鋳造して製
作される。

【００１２】溶銑を注入する際に、鋳込みレンガは１３
００℃程度の溶銑と接触することになり、鋳込みレンガ
には大きな熱衝撃が加わり、破壊または亀裂が発生する
おそれがある。

【００１３】鋳込みレンガに生じた亀裂がステーブの外
面に表れている場合には、製作後の検査で破壊を確認す
ることは可能であるが、ステーブの内部に発生した場合
には確認は不可能である。

【００１４】高炉の稼働初期の炉体レンガが健全な時期
は鋳込みレンガの破壊の影響は軽微であるが、炉体レン
ガが消失した後には、鋳込みレンガは装入物や炉内の熱
の影響を直接受けるため破壊が進行する。最終的には、
鋳込みレンガは強度を失ってステーブから脱落し、ステ
ーブ寿命が非常に短くなる。

【００１５】上記の問題点を考慮して、ステーブの製作
時において鋳込みレンガが熱衝撃により破壊されるのを
防止する方法が種々提案されている。

【００１６】例えば、特開昭６３−１９２８０４号公報
には、レンガ側の面を金属板で覆った後に溶銑を鋳込む
ことにより、レンガと溶銑が直接接触することを防止
し、鋳込みレンガが熱衝撃により破壊されるのを防止す
る方法が開示されている。

【００１７】また、特開昭６３−１９２８０５公報に
は、メタルウールを鋳込みレンガ表面に被せた後に溶銑
を注入してステーブを製作する方法が開示されている。

【００１８】これらの発明は、金属板、またはメタルウ
ールを使用して、鋳込みレンガと溶銑が直接接触するこ
とを防止することで鋳込みレンガを保護することを狙っ
たものである。

【００１９】しかし、これらの金属板、またはメタルウ
ールは溶銑注入時の受熱により容易に溶融固化するた
め、むしろ鋳込みレンガが熱衝撃を受け易く破壊するお
それがある。

【００２０】この溶銑注入時の熱衝撃による破壊を防止
する方法として鋳込みレンガの外周に耐熱繊維を原料と
したセラミックシート( 以下、単にシートともいう) で
覆う方法が開示されている。

【００２１】例えば、昭５２- ８２４１号公報及び昭５
２- ３１８１１号公報にはシートの原料繊維としてロッ
クウールを用いる方法が開示されている。

【００２２】この方法はロックウールが断熱材として働
き、鋳込みレンガが熱衝撃により破壊されるのを防止す
るとともに、鋳込みレンガ自体の受熱による膨張が抑制
されることを期待できる。

【００２３】しかしロックウールの最高使用温度は４０
０〜６５０℃と比較的低温であり、鋳込み時の溶銑の保
有熱によって容易にロックウールは溶融固化し、断熱材
としての機能を期待できない。

【００２４】なお、最高使用温度とは、繊維が溶融し始
める温度であり、形状を維持できない温度を意味する。

【００２５】このため、最高使用温度が高い耐熱繊維を
原料としたシートを使用することが行われている。

【００２６】この耐熱繊維としてはアルミナシリカ繊維
やアルミナ繊維、シリカ繊維、ジルコニア繊維等がこの
例として挙げられ、いずれもロックウールよりも最高使
用温度が高い。

【００２７】また、耐熱繊維で成形されたシートを使用
するには、鋳込み前に予め鋳込みレンガの外周にシート
を固定することが必要であり、これには一般にセメント
や接着剤が使用される。

【００２８】

【発明が解決しようとする課題】しかしこの方法では鋳
込み時の溶銑の保有熱でこれらの接着剤とシートが化学
反応し変質したり、鋳込み前に接着剤の液分が耐熱繊維
にしみ込んで変質したりして、シートの弾力性が失われ
るおそれがある。

【００２９】すなわち、接着剤を使用したシートを使用
する場合には、シートの弾力性が乏しくなるため、熱膨
張した鋳込みレンガは、周囲の溶銑との間に圧縮応力を
生じて亀裂・破壊等起こす危険性がある。

【００３０】本発明の目的は、ステーブクーラーの鋳込
みレンガの亀裂・破壊等を回避できるステーブクーラー
を提供することにある。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本発明者は鋳込みレンガ
に各種材質のシートを固定する方法を種々変えた試験を
行い、その優劣を評価した結果、下記の要旨の発明を完
成した。

【００３２】（１）耐火レンガと鉄皮の間にあるステー
ブクーラーにおいて、前記耐火レンガ側および前記鉄皮
側を除く鋳込みレンガの少なくとも四面が最高使用温度
６００℃超のシートで覆われ、さらに該シートが金属板
で覆われていることを特徴とするステーブクーラー。

【００３３】（２）金属板の融点が６００℃以上であ
り、金属板の厚みが０．０１mm以上５mm以下であること
を特徴とする請求項１に記載のステーブクーラー。

【００３４】（３）シートが０．５mm以上１０mm以下の
厚みであることを特徴とする請求項１または２に記載の
ステーブクーラー。

【００３５】

【発明の実施の形態】試験用の鋳込みレンガは、市販の
高アルミナ質、粘土質およびカーボン−炭化珪素質レン
ガを使用した。

【００３６】シートを固定する試験方法は、以下の
（Ａ）〜（Ｅ）に記載の通りであり、（Ａ）〜（Ｄ）は
鋳込みレンガの耐火レンガ側、鉄皮側を除く４面を、(
Ｅ) は耐火レンガ側を除く５面をそれぞれ被覆した方法
である。

【００３７】( Ａ) Ａ−１：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用
温度１４００℃））と鋳込みレンガとの間に接着剤を平
均厚みで約１mm塗布してシートを固定した。表１に使用
した接着剤の主成分および特性値を示す。

【００３８】

【表１】

【００３９】Ａ−２：シート（材質：アルミナシリカ繊
維（最高使用温度１４００℃））と鋳込みレンガとの間
にＡ−１と同じ接着剤を平均厚みで約３mm塗布してシー
トを固定した。

【００４０】( Ｂ) Ｂ−１：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用
温度１４００℃））と鋳込みレンガとの間にアルミナセ
メントを平均厚みで約１mm塗布してシートを固定した。

【００４１】表２に使用したアルミナセメントの主成分
および特性値を示す。

【００４２】

【表２】

【００４３】Ｂ−２：シート（材質：アルミナシリカ繊
維（最高使用温度１４００℃））と鋳込みレンガとの間
にアルミナセメントを平均厚みで約３mm塗布してシート
を固定した。

【００４４】( Ｃ) Ｃ−１：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用
温度１４００℃））で鋳込みレンガを覆い、そのシート
の外周を０．０８mmの厚みの鋼板でさらに覆い固定し
た。

【００４５】なお、使用した鋼板の融点は約１５００℃
であり、以下で使用した鋼板は同じものである。

【００４６】Ｃ−２：シート（材質：アルミナシリカ繊
維（最高使用温度１４００℃））で鋳込みレンガを覆
い、そのシートの外周を鋼製の直径２ｍｍの針金を巻い
てシートを固定した。

【００４７】なお、使用した針金の融点は約１５００℃
である。

【００４８】( Ｄ) Ｄ−１：シート（材質：ロックウール( 最高使用温度６
００℃) ））で鋳込みレンガ（材質：高アルミナ質）を
覆い、そのシートの外周を０．０８mmの厚みの鋼板でさ
らに覆い固定した。

【００４９】Ｄ−２：シート（材質：グラスウール( 最
高使用温度４００℃) ））で鋳込みレンガ（材質：高ア
ルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０８mmの厚
みの鋼板でさらに覆い固定した。

【００５０】Ｄ−３：シート（材質：アルミナシリカ繊
維( 最高使用温度１４００℃) ））で鋳込みレンガ（材
質：高アルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０
８mmの厚みの鋼板でさらに覆い固定した。

【００５１】Ｄ−４：シート（材質：シリカ繊維( 最高
使用温度１０００℃) ）で鋳込みレンガ（材質：高アル
ミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０８mmの厚み
の鋼板でさらに覆い固定した。

【００５２】Ｄ−５：シート（材質：アルミナ繊維( 最
高使用温度１６００℃) ）で鋳込みレンガ（材質：高ア
ルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０８mmの厚
みの鋼板でさらに覆い固定した。

【００５３】Ｄ−６：シート（材質：ジルコニア繊維(
最高使用温度１８００℃) ）で鋳込みレンガ（材質：高
アルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０８mmの
厚みの鋼板でさらに覆い固定した。

【００５４】（Ｅ） Ｅ−１：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用
温度１４００℃））と鋳込みレンガ（材質：高アルミナ
質）との間に接着剤を平均厚みで約１mm塗布してシート
を固定した。

【００５５】Ｅ−２：シート（材質：アルミナシリカ繊
維（最高使用温度１４００℃））で鋳込みレンガ（材
質：高アルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０
８mmの厚みの鋼板でさらに覆い固定した。

【００５６】図３（ａ）、（ｂ）は、試験評価用に使用
した銑鉄ブロックの製作方法を示す概念図であり、図３
（ａ）は、銑鉄ブロックの斜視図、図３（ｂ）は、銑鉄
ブロックのＡ−Ａ断面である。なお、押え棒９は、図３
（ｂ）では、図示していない。

【００５７】同図（ａ）、（ｂ）に示すように、銑鉄ブ
ロック８は、形状が１５０×１５０×２５０（各単位：
mm）の直方体となるように製作した鋳型内に、各種材質
のシートを各種方法にて固定した各種材質の鋳込みレン
ガ４を入れて、注銑用陶管７から溶銑を鋳込んで製作し
た。この溶銑を鋳型内に鋳込む際、鋳込みレンガ４の比
重が溶銑に比較して小さいため、銑鉄製の押え棒９で鋳
込みレンガ４を押えながら溶銑を注入した。銑鉄ブロッ
ク８を製作するに必要な溶銑量は約３７ｋｇであり、溶
銑の注入速度をほぼ一定の８〜１０ｋｇ／秒で行い、約
４秒で注銑が完了した。

【００５８】鋳型はケイ砂に粘結剤としてフェノール樹
脂を使用したものを用いた。なお、銑鉄ブロック８の製
作の前処理として、バチ形状の鋳込みレンガ４を１１０
℃で２４時間乾燥した。

【００５９】図４は前記Ａ−１またはＡ−２のシート固
定方法を示す概略図である。図４に示すように、鋳込み
レンガ４の耐火レンガ側および鉄皮側を除く４面（同図
では溶銑注入面およびその反対面を除く４面）にシート
１０を被せ、このシート１０を被せた鋳込みレンガ４を
前記図３に示す方法で鋳型内に固定し、溶銑を注銑し
た。

【００６０】図５は前記Ｃ−１のシート固定方法を示す
概略図である。図５に示すように、鋳込みレンガ４の４
面をシート１０で覆い、このシート１０の外周を更に金
属板１２として例えば鋼鈑で覆い、その後、前記図３に
示す方法で鋳型内に固定し、溶銑を注入した。

【００６１】この時、シート１０を鋳込レンガに仮に固
定するためにデキストリンを使用したが、この他にもデ
ンプン、糖蜜、糊またはポリビニールアルコール等の１
０００℃以下の温度で分解する天然のりまたは合成のり
で行ってもよい。

【００６２】また、金属板１２を固定するため、金属板
の張り合わせ部分を電気溶接したが、この他に針金を巻
き付けて固定したり、粘着テープ等で金属板の張り合わ
せ部分を固定することもできる。なお、粘着テープは紙
やビニール等の可燃性の材質が望ましい。

【００６３】また、ステーブクーラー内の鋳込みレンガ
の耐火レンガ側および鉄皮側を除く少なくとも４面にシ
ート１０の被覆および金属板の被覆を行えばよいが、耐
火レンガ側および／または鉄皮側の面にもシート１０の
被覆および金属板１２の被覆を行ってもよい。鋳込みレ
ンガの耐火レンガ側はステーブ製造時に溶鉄と接触しな
いため、この位置にシート１０および金属板１２を被覆
する必要はないが、他の面にこれらを被覆するのに必要
で有れば被覆しても良い。

【００６４】図６は前記Ｅ−１のシート固定方法を示す
概略図であり、鋳込みレンガの鉄皮側の面もシート１０
で覆った形の鋳込みレンガを示す概略図である。

【００６５】図７は前記Ｅ−２のシート固定方法を示す
概略図であり、図６で示す鉄皮側の面のシート１０をさ
らに金属板１２で被覆した形の鋳込みレンガを示す概略
図である。

【００６６】表３に各シート材の組成および特性値を示
す。

【００６７】

【表３】

【００６８】表４に使用した溶銑の組成を示し、溶銑の
温度は１２８０℃一定とした。

【００６９】

【表４】

【００７０】製作した銑鉄ブロックを自然冷却により室
温まで冷却し、冷却後、図３（ａ）に示したＡ−Ａ断面
で切断し、図３（ｂ）に示した鋳込みレンガの切断面を
目視観察して鋳込みレンガとシートとの間の接着状況
（溶銑の差し込み有無）とシートの弾力性の有無を確認
した。

【００７１】表５に各方法による鋳込みレンガとシート
との接着状況を、表６に方法（Ａ）〜（Ｃ）および
（Ｅ）のシートの弾力性の有無を示す。

【００７２】

【表５】

【００７３】

【表６】

【００７４】表５および表６に示すように、Ｃ−１およ
び（Ｅ）−２の方法は、鋳込みレンガとシートとの間に
溶銑の差し込みがなく、シートの弾力性も維持でき、鋳
込みレンガの熱膨張を十分吸収していると判断できた。
またＣ−１とＥ−２共に鋳込みレンガの破壊は認められ
ず、差は見出せなかった。

【００７５】表７に、Ｃ−１の方法で各種シート材質を
変更したときのシートの弾力性の有無を示す。

【００７６】

【表７】

【００７７】表７に示すように、最高使用温度が６００
℃以下のロックウールおよびグラスウールは、溶融固化
し、弾力性が無くなることが判明した。

【００７８】さらに、検討を重ねた結果、金属板の厚み
および融点、ならびにシートの厚みおよび最高使用温度
について望ましい範囲を見出した。

【００７９】すなわち、金属板の厚み：０．０１mm以上
５mm以下、 金属層の融点：６００℃以上、 シートの厚み：０．５mm以上１０mm以下、 シートの最高使用温度：１０００℃以上。

【００８０】金属板の厚みが０．０１mm未満では、金属
板が溶銑の保有熱で溶損し、シートを固定することが困
難となるおそれがあり、５mmを超えると、鋳込みレンガ
とシートとの間に空隙が生じ易くなり、この空隙に溶銑
の差し込みが発生し、鋳込みレンガが溶銑の保有熱によ
る熱衝撃で鋳込みレンガに亀裂が起きたり鋳込みレンガ
が破壊するおそれがある。

【００８１】また、金属板の融点が６００℃未満である
と、溶銑の保有熱で溶損するおそれがある。

【００８２】シートの厚みは０．５mm未満だと鋳込みレ
ンガの膨張代が不足するおそれがあり、周囲の溶銑との
間に圧縮応力を生じて鋳込みレンガに亀裂が起きたり鋳
込みレンガが破壊するおそれがある。

【００８３】１０mmを超えると周囲の溶銑による鋳込み
レンガの拘束力が減少し、ステーブ稼働時にステーブよ
り鋳込みレンガが抜け落ちるおそれがある。

【００８４】シートの最高使用温度が１０００℃未満で
あると、溶銑の保有熱によって繊維が溶融固化するおそ
れがあり、最高使用温度が１０００℃以上のシートであ
ることが望ましい。

【００８５】

【実施例】前記Ａ−１、Ａ−２、Ｃ−１およびＥ−２の
方法にて鋳込みレンガにシートの固定を行い、ステーブ
を４基製作した。なお、前記表３に示すアルミナシリカ
繊維をシートに用いた。

【００８６】ステーブ１基の寸法は１７００×９５０×
３００（単位：mm）であり、１基のステーブに合計４８
ヶの鋳込みレンガを８段６列となるように鋳込んだ。な
お、高アルミナ質レンガを鋳込みレンガに用いた。

【００８７】また、これらのステーブの製作は通常の製
作方法に準じておこない、鋳型はケイ砂に粘結剤として
フェノール樹脂を加えた砂型を使用し、表８に示す組成
の溶銑（温度：１２９０℃）を鋳込んだ。

【００８８】

【表８】

【００８９】さらに、これら４基のステーブの交換は高
炉の休風時に行い、高炉のシャフト位置に４基のステー
ブを取り付け、６ヶ月間連続使用後に、これら４基のス
テーブを回収し、鋳込みレンガの断面を含むようにステ
ーブをそれぞれ切断し、鋳込みレンガの損傷状態とシー
トの弾力性の有無等の評価を行った。

【００９０】表９に評価結果を示す。

【００９１】

【表９】

【００９２】同表に示したように、本発明例のＣ−１お
よびＥ−１の方法は鋳込みレンガに亀裂が無かった。ま
た、シートの弾力性が維持されており、鋳込みレンガの
膨張代を吸収していた。

【００９３】これに対して比較例１のＡ−１の方法では
シートの弾力性はあるが、鋳込みレンガとシートの間に
溶銑が差し込んでおり、鋳込みレンガが破壊していた。

【００９４】この破壊は、鋳込みレンガの亀裂に溶銑の
侵入があることが認められることから、シートの固定が
不十分であったためと推定された。

【００９５】また、比較例２のＡ−２の方法ではシート
と接着剤が固着しており、シートに弾力性が認められな
かった。また、鋳込みレンガは稼働面、すなわちステー
ブ前面位置で小さな亀裂が発生していた。

【００９６】

【発明の効果】本発明によれば、鋳込みレンガの亀裂・
破壊等を回避することが可能となり、耐用性に優れたス
テーブクーラーを製作することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】高炉炉壁にステーブが組み込まれている場所を
示す概念図である。

【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、ステーブの構成を示す
説明図であり、図２（ａ）はステーブの側面図を、図２
（ｂ）はステーブの平面図を示す。

【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、試験評価に使用した銑
鉄ブロックの製作方法を示す概念図であり、図３（ａ）
は、銑鉄ブロックの斜視図、図３（ｂ）は、銑鉄ブロッ
クのＡ−Ａ断面である。

【図４】Ａ−１またはＡ−２のシート固定方法を示す概
略図である。

【図５】Ｃ−１のシート固定方法を示す概略図である。

【図６】Ｅ−１のシート固定方法を示す概念図である。

【図７】Ｅ−２のシート固定方法を示す概念図である。

【符号の説明】

１：ステーブ ２：鉄皮 ３：炉体レンガ ４：鋳込みレンガ ５：銑鉄 ６：冷却パイプ ７：注銑用陶管 ８：銑鉄ブロック ９：押さえ棒 １０：シート １１：接着剤 １２：金属板

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 耐火レンガと鉄皮の間にあるステーブク
   ーラーにおいて、前記耐火レンガ側および前記鉄皮側を
   除く鋳込みレンガの少なくとも四面が最高使用温度６０
   ０℃超のシートで覆われ、さらに該シートが金属板で覆
   われていることを特徴とするステーブクーラー。
2. 【請求項２】 金属板の融点が６００℃以上であり、金
   属板の厚みが０．０１mm以上５mm以下であることを特徴
   とする請求項１に記載のステーブクーラー。
3. 【請求項３】 シートが０．５mm以上１０mm以下の厚み
   であることを特徴とする請求項１または２に記載のステ
   ーブクーラー。