JP2002003915A

JP2002003915A - クーリングステーブ

Info

Publication number: JP2002003915A
Application number: JP2000187966A
Authority: JP
Inventors: Nobuhisa Murakami; 宜久村上; Tsuneo Araki; 常夫荒木; Kenichi Danjo; 賢一檀上; Hiroshi Takeu; 博竹生; Shigeji Matsuyama; 成志松山
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-06-22
Publication date: 2002-01-09

Abstract

(57)【要約】【課題】長期間にわたって適正な機能を維持すること
ができるクーリングステーブを得る。【解決手段】複数の板状部材１，３を厚み方向に接合
して本体を構成すると共に、炉内側には炉外側よりも線
膨張係数の小さい部材を用いた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は高炉等の竪型の冶
金炉に用いられるクーリングステーブに関する。

【０００２】

【従来の技術】図５は一般的な高炉炉底部の側壁の一般
的な構造を示す説明図であり、特開平１１−２８６７０
８号公報に示されたものである。高炉内は、溶銑、スラ
グ等の内容物２１により１３００〜１５００℃の高温と
なっているため、炉底側壁部は、耐火物２３によって保
護されている。また、耐火物２３が内容物２１によって
浸食されるのを抑えるため、炉底側壁部には耐火物２３
を冷却する複数枚のクーリングステーブ２５がスタンプ
充填層２７を介して配置されている。このスタンプ充填
層２７は建設初期時と操業時との耐火物２３の熱膨張差
を吸収するためのものである。クーリングステーブ２５
の外側に配置される鉄皮２９は、高炉本体の外郭に設置
され圧力容器を形成すると共に自立構造体としての機能
をも有している。

【０００３】なお、クーリングステーブは炉底のみなら
ず炉内壁のほぼ全域に一般的に使用されており、また炉
の上部、いわゆるシャフト上部に配置されるものは耐火
物２３およびスタンプ充填層２７が省略されている場合
もある。

【０００４】図６は従来の一般的なクーリングステーブ
２５の縦断面図である。高炉用のクーリングステーブと
しては、鋳鉄製の本体２５ａに冷却パイプ２５ｂを鋳包
んだ構造のものが一般的である。そして、クーリングス
テーブ２５は、鉄皮２９に複数の固定ボルト３１及びこ
れに螺合するナット３３によって取り付けられ、クーリ
ングステーブー２５内に配置された冷却パイプ２５ａに
通水することにより冷却される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のクーリングステーブには次のような問題点がある。（１）前述のように炉内の内容物の温度が１３００〜１
５００℃と高温であることからクーリングステーブの炉
内側では３００℃近くの高温になるが、一方、クーリン
グステーブには冷却水が通っており、かつ、鉄皮側は常
温であることからクーリングステーブの炉外側では１０
０℃以下となる。そのため、従来例のように本体が同一
材質の一体物の場合にはクーリングステーブ本体内部で
熱応力が発生し、高炉が補修などのため、稼働を休止し
てクーリングステーブが冷却されると、図７に示すよう
に、クーリングステーブのほぼ中心を凸面とする球面状
に炉内側に湾曲する変形が発生するという問題がある。
そして、変形が生じたクーリングステーブの中央部とク
ーリングステーブの長手方向端部との距離を反り量と定
義すると（図８参照）、４ヶ月使用後にはこの反りが7.
1mmにも及ぶことがある。このように、従来のクーリン
グステーブでは大きな変形が生じ、さらに変形が進むと
亀裂の発生にも繋がるという問題点があった。

【０００６】（２）また、鋳造の際に、冷却パイプ２５
ｂとそれを鋳包む本体２５ａは溶着せず、せいぜい密着
程度の状態であるため、通常は両者間に隙間が形成され
る。この隙間の存在のために冷却パイプ２５ｂと本体２
５ａの間の熱伝導が十分でなく、炉内側からの熱負荷に
より本体２５ａが破損を生じやすい。そして、この本体
２５ａの破損によりむき出しとなった冷却パイプ２５ｂ
が変形、摩耗を生じ、ついには破損して漏水を生じてし
まう。また、冷却パイプ２５ｂの破損を防止するため冷
却パイプ２５ｂと本体２５ａとを非融着にすることが一
般化しているが、このような構造ではクーリングステー
ブ２５の冷却能力が更に低下してしまい、熱応力の発生
を助長してしまう。この点を補うために、クーリングス
テーブに通水する冷却水の増加、冷却パイプ２５ｂの密
度の増加、ステーブ本体の２重化等の対応が考えられる
が、ステーブ構造の複雑化、高コストをもたらすため好
ましくない。

【０００７】（３）鋳込み時の熱により冷却パイプ２５
ｂが再結晶し、冷却パイプ２５ｂの強度が低下して破損
の原因となる場合がある。（４）冷却パイプ２５ｂの融点と鋳物の融点がほぼ同じ
であるため、鋳込み温度によっては冷却パイプ２５ｂを
溶損してしまう場合がある。これを避けるために鋳込み
温度を下げるとガス欠陥が生じやすい。（５）ステーブ内部に冷却水用通路を形成するためには
冷却パイプ２５ｂを高精度に曲げ加工する必要があり、
また時には複雑な形状に曲げ加工する必要もあることか
ら、製造コストが高い。

【０００８】本発明はかかる課題を解決するためになさ
れたものであり、長期間にわたって適正な機能を維持す
ることができるクーリングステーブを得ることを目的と
いている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に係るクーリング
ステーブは、複数の板状部材を厚み方向に接合して本体
を構成すると共に、炉内側には炉外側よりも線膨張係数
の小さい部材を用いたものである。

【００１０】また、炉内側又は炉外側の各部材または一
方板部材に水路となる溝部を予め形成して、各部材の接
合により冷媒用水路が形成されるようにしたものであ
る。

【００１１】また、炉内側又は炉外側の一方の部材の接
合面における周縁部以外に凹陥部を形成し、他方の部材
の接合面に前記凹陥部を仕切って冷媒用通路とする凸条
部を形成したものである。

【００１２】また、炉内側部材及び炉外側部材の接合面
に互いに嵌合する嵌合部を設けたものである。

【００１３】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は本発明のク
ーリングステーブの一実施形態の説明図であり、組立前
の状態を示している。本実施の形態においては、２枚の
異なる線膨脹係数を持つ板状部材１，３を用い、これら
を厚み方向に接合して本体を構成して熱応力の発生を抑
制するようにしたものである。すなわち、高熱に晒され
る炉内側に炉外側よりも線膨脹係数の小さな材料を用い
ることによって、クーリングステーブの厚み方向の中央
部付近で温度勾配に起因する熱応力の緩和を図り、変
形、亀裂の発生を抑制するようにしている。

【００１４】炉内側の板状部材１の接合面には、図中に
矢視Ａ−Ａ断面で示すように、冷却水用通路となる逆Ｓ
字状の溝部５を形成している。溝部５は冷却水が板状部
材３の全域を冷却できるようにＳ字状にしたものであ
り、板状部材１の幅方向に延びる直線部５ａと、この直
線部の各端部にあって直線部５ａを滑らかな曲率で連結
するコーナー部５ｂを備えている。このように、溝部５
のコーナー部５ｂに滑らかな曲率を設けることにより、
溝部５が冷却水用通路となったときに冷却水の圧力損失
を少なくし且つ冷却水に淀みを生じさせない。

【００１５】なお、溝部５は機械加工によって形成して
もよいし、あるいは板状部材１の鋳造時に、形成しても
よい。また、板状部材１の周縁部には、図中に矢視Ｂ−
Ｂ断面で示すように、全周に亘って細い嵌合溝７が形成
されている。

【００１６】炉外側部材３は炉内側部材１によりも線膨
脹係数の大きな部材を用いている。また、炉外側部材３
には、冷却水の給水口又は排出口となる開口部９，１１
が設けられている。開口部９，１１は、炉外側部材３と
炉内側部材を接合したときに炉内側部材１に形成されて
いるＳ字状の溝部５の各端部に位置するように配置され
ている。開口部９，１１には、溶接あるいは立て込みボ
ルトにより配管材などが固定されて図示しない給排出口
が形成されている。なお、給排出口となる配管材および
取り付けボルトは炉外側部材３の鋳造時に予め鋳込んで
おいてもよい。

【００１７】さらに、炉外側部材３の周縁部には嵌合凸
部１３が形成されている。この嵌合凸部１３は炉内側部
材の周縁部に形成された嵌合溝７と嵌合して炉内側部材
１と炉外側部材３との接合を確実にして接合強度を高め
るものである。また、炉外側部材３の鉄皮側の数ヶ所に
は、クーリングステーブを鉄皮に取り付けるための取付
ボルトが取り付けられている（図示なし）。

【００１８】以上のように構成された炉内側部材１と炉
外側部材３は、図２に示すように、それぞれの接合面を
密着させて、両者の接合部周面を溶接接合してクーリン
グステーブの本体として完成する。このとき、前述のよ
うに、炉外側部材３の開口部９，１１が炉内側部材の溝
部５の両端部に位置し、開口部９，１１を給排水口とす
る冷却水用通路が形成される。そして、図２の矢視Ｄ−
Ｄ断面で示すように炉外側部材３の嵌合凸部１３が炉内
側部材１の嵌合溝７に嵌合している。

【００１９】以上のように構成されたクーリングステー
ブは、炉外側部材３に取り付けた取付ボルトを鉄皮に設
けた取付穴に挿通してナットによって固定し、給排出口
に冷却水を通水することによってクーリングステーブと
して機能する。

【００２０】このとき、クーリングステーブが厚み方向
で２分割されており、かつ高温に晒される炉内側部材１
の線膨張係数が炉外側部材３の線膨張係数よりも小さい
ので、クーリングステーブの内部における熱応力の発生
を抑制でき、その結果、クーリングステーブの冷却時に
発生する変形を抑制することができる。このような効果
は、まずクーリングステーブが厚み方向で２分割されて
いることにより、分割部において熱応力が開放されるこ
とによりもたらされる。また、炉内側部材１に線膨張係
数の小さい部材を用いることで、炉内側部材１の膨張を
小さくして炉外側部材３の膨張との差を小さくすること
により、両者間での熱応力の発生を小さくできることに
よりもたらされる。このような２つの要因により、上述
の効果が得られるのである。

【００２１】また、冷却水用通路は炉内側部材１に形成
した溝部５によって構成されるものであり、クーリング
ステーブと一体的に形成されており、冷却配管を鋳包ん
だ従来例のように、本体と冷却水用通路との間に隙間が
生ずることがなく、冷却水とクーリングステーブ本体と
が直接的に熱交換することができる。このため、クーリ
ングステーブ本体全体の温度を効率よく低下させること
ができ、熱応力の発生を抑制することができる。

【００２２】以上のように、本実施の形態によれば、熱
応力が緩和され、クーリングステーブの冷却時に発生す
る反りを抑制できる。また、冷媒とステーブ本体との熱
交換が直接行われ、熱応力の発生を抑制できるので、熱
変形が抑止でき長期間にわたって適正な機能を維持する
ことができる。さらに、冷却水用通路は炉内側部材の鋳
造時に形成され、または機械加工によって形成されるの
で、パイプの高精度な曲げ加工等が不要であり、製造コ
ストも安い。

【００２３】実施の形態２．図３は本実施の形態２の説
明図であり、炉内側部材１５と炉外側部材１８の接合前
の状態を示している。また、図４は炉内側部材１５と炉
外側部材１８を接合して鉄皮２９に設置した状態の断面
図を示している。本実施の形態２においては、炉内側部
材１５の接合面の周縁部１６以外に凹陥部１７を形成
し、炉外側部材１８に炉内側部材１５の凹陥部１７の深
さに相当する高さを有する凸条部１９を複数設け、炉内
側部材１５と炉外側部材１８を接合したときに凸条部１
９を側壁とする冷却水用通路が形成されるようにしたも
のである。そして、凸条部１９の頂部には耐熱性に優れ
た樹脂製のシール材を塗布し、シール性を向上させてい
る。なお、炉内側部材１５と炉外側部材１８の線膨張係
数を異ならせる点等は実施の形態１と同様である。

【００２４】本実施の形態２によれば炉外側部材１８に
形成する凸条部１９の数を増やすだけで簡単に緻密な水
路を形成することができ、これによりクーリングステー
ブ全体にむらなく冷却水が行き渡らせることができ、ク
ーリングステーブの冷却効果を上げることができる。

【００２５】なお、上記の実施の形態２においては、冷
却水用通路は１本の連続したものであるが、凸条部１９
の長さを凹陥部１７の幅と同一長さにして、複数の独立
した冷却水用通路にしてもよい。このようにすれば、冷
却水用通路の一部が損傷した場合にも冷却性能を維持す
ることができる。

【００２６】また、上記実施の形態１，２においては、
炉内側部材と炉外側部材の具体的な材質については言及
していないが、両者は共に鉄鋼系の材料であってもよい
し、あるいは炉内側に鉄鋼系の材料を使用し炉外側には
これよりも線膨張係数の大きい銅またはその合金を用い
てもよい。さらに、接合方法も溶接に限らずボルトによ
る締結、嵌合、接着あるいはこれらの組み合わせによる
方法としてもよい。また、実施の形態１における溝部あ
るいは実施の形態２における凸条部の各形状、レイアウ
トは上記の例に留まるものではない。従って流路の断面
積、断面形状、数はクーリングステーブの大きさ、熱負
荷等により、任意に決めてよい。さらに、予め溝部等を
設けるのではなく炉内側部材と炉外側部材を接合した後
に機械加工により冷却水用通路を形成してもよい。

【００２７】

【実施例】炉内側部材としてＳＳ４００、炉外側部材と
してＳＳ４００よりも線膨脹係数が大きいオーステナイ
ト系ステンレス鋼ＳＵＳ３０４を用いてクーリングステ
ーブを製作し、この実施品と従来構造のパイプ鋳込み式
鋳鉄ステーブを実炉で比較した。なお、各部材の線膨張
係数は、ＳＳ４００が１１．８×１０^-6（Ｋ^-1）、ＳＵ
Ｓ３０４が１７．９×１０^-6（Ｋ^-1）である。

【００２８】4ヶ月使用後に各クーリングステーブを高
炉から取外し、熱変形による反り量を測定したところ、
従来構造の鋳鉄ステーブが7.1mmであったのに対し、本
実施の形態のクーリングステーブは2.0mmに留まった。

【００２９】また、上記の例では、ＳＳ４００及びＳＵ
Ｓ３０４という鉄鋼材料を用いたので、銅製のクーリン
グステーブの比較して抜熱量を小さくすることができ、
エネルギーロスを大幅削減することができた。具体的に
は、銅製クーリングステーブを使用した場合、炉からの
抜熱が3.4〜4.2×10⁵KJ/m²・Hrであったが、これが1.7
〜2.1×10⁵KJ/m²・Hrに半減した。

【００３０】

【発明の効果】本発明は以上のように構成されているの
で、以下のような効果を奏する。

【００３１】複数の板状部材を厚み方向に接合して本体
を構成すると共に、炉内側には炉外側よりも線膨張係数
の小さい部材を用いたことにより、クーリングステーブ
の内部における熱応力の発生を抑制でき、その結果、ク
ーリングステーブの冷却時に発生する変形を抑制して、
長期間にわたって適正な機能を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の説明図であり、組立
前の状態を示している。

【図２】本発明の一実施の形態の説明図であり、組立
後の状態を示している。

【図３】本発明の他の実施の形態の説明図であり、組
立前の状態を示している。

【図４】本発明の他の実施の形態の説明図であり、組
立後の状態を示している。

【図５】高炉炉底部の側壁の一般的な構造を示す説明
図である。

【図６】従来のクーリングステーブの断面図である。

【図７】従来の課題の説明図である。

【図８】従来の課題の説明図である。

【符号の説明】

１炉内側部材３炉外側部材５溝部７嵌合溝９，１１開口部１３嵌合凸部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者檀上賢一東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者竹生博東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内 (72)発明者松山成志東京都千代田区丸の内一丁目１番２号日本鋼管株式会社内Ｆターム(参考） 4K015 CA05 4K051 AA01 AB03 HA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数の板状部材を厚み方向に接合して本
体を構成すると共に、炉内側には炉外側よりも線膨張係
数の小さい部材を用いたことを特徴とするクーリングス
テーブ。
【請求項２】炉内側又は炉外側の各部材または一方板
部材に水路となる溝部を予め形成して、各部材の接合に
より冷媒用水路が形成されるようにしたことを特徴とす
る請求項１記載のクーリングステーブ。
【請求項３】炉内側又は炉外側の一方の部材の接合面
における周縁部以外に凹陥部を形成し、他方の部材の接
合面に前記凹陥部を仕切って冷媒用通路とする凸条部を
形成したことを特徴とする請求項１記載のクーリングス
テーブ。
【請求項４】炉内側部材及び炉外側部材の接合面に互
いに嵌合する嵌合部を設けたことを特徴とする請求項１
〜３のいずれかに記載のクーリングステーブ。