JP2005248209A - 高炉炉体冷却体とそれを用いた高炉炉体冷却装置の構造 - Google Patents

Abstract

【課題】高炉炉体の円周方向に１段設置するだけで、円周方向全体を冷却可能な高炉炉体冷却体とそれを用いた高炉炉体冷却装置の構造を提供すること。
【解決手段】高炉の炉体鉄皮１に支持されて高炉炉体を冷却する高炉炉体冷却装置の少なくとも一部を構成する冷媒流路付の高炉炉体冷却体４において、高炉炉体に挿入する先端部分を水平面内で右側又は左側に屈曲させ、水平断面形状をＬ字型とした。この高炉炉体冷却体４を、高炉炉体の朝顔部に設置されたステーブクーラー２の下端部と高炉炉体の羽口との境界部に設置することにより、安定的な朝顔プロフィルを維持する。
【選択図】図１

Description

本発明は、高炉炉体の冷却を行う高炉炉体冷却体とそれを用いた高炉炉体冷却装置の構造に関する。

高炉操業の安定化手段の一つに朝顔部にて支持される融着体の安定化があり、そのためには、最適な朝顔プロフィルを一炉代の長期にわたって維持することが重要とされている。

従来、この朝顔部分の冷却装置としては、冷却盤とステーブクーラーの２種類をそれぞれ独立して採用するのが一般的であった。

以下、従来の冷却盤及びステーブクーラーを用いた冷却装置の問題点を説明する。

図７は、従来の冷却盤を用いた朝顔部の冷却装置を示し、（ａ）は高炉炉体の内側から見た正面図、（ｂ）は断面図である。同図に示すように、従来の冷却盤３は、高炉の炉体鉄皮１に支持されて千鳥状に設置されるため、高炉炉体の円周方向の全体を冷却するには、冷却盤３を最低で２段設置する必要がある。また、冷却盤３が千鳥状に設置されているため、高炉炉体内面の耐火物５の損耗速度にばらつきが生じ、その結果、図７（ｂ）に示すように、耐火物５損耗後の炉内プロフィル８に凹凸が発生し、装入物の荷下がりの不安定化による操業の悪化を招いている。さらに、朝顔部の上部は、熱負荷が高く耐火物５が早期に損耗するため、冷却盤３の冷却能力不足により冷却盤３自体が破損するおそれもある。

図８は、従来のステーブクーラーを用いた朝顔部の冷却装置を示す断面図である。同図に示すように、ステーブクーラー２は、その内面が図７に示した冷却盤３の先端に比ベ高炉鉄皮１側に設置される。したがって、朝顔部の炉内プロフィル８は、操業初期の耐火物５内面から操業末期のステーブクーラー２内面へと変化し、一炉代中のプロフィル変化が大きいため、操業の不安定化を招いている。また、羽口煉瓦６直上部の冷却不足による羽口煉瓦６の損傷も発生する。

近年、これらを改善するため、朝顔部と羽口との境界部を冷却盤、それより上部の朝顔部をステーブクーラーというように、冷却盤とステーブクーラーを組み合わせた冷却装置が採用されている。

図９は、従来の冷却盤とステーブクーラーを組み合わせた朝顔部の冷却装置を示し、（ａ）は（ｃ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は高炉炉体の内側から見た正面図、（ｃ）は縦断面図である。冷却盤とステーブクーラーを組み合わせた朝顔部の冷却装置に、従来の冷却盤３を使用する場合、円周方向の全体を冷却するには上述のように最低２段の冷却盤３が必要となり、各段には冷却盤３が設置されていない部分が存在することになる。したがって、冷却盤３が存在する部分と冷却盤３が存在しない部分における耐火物５の損耗速度の違いにより、耐火物損耗後の炉内プロフィルに凹凸が発生する。図９（ｃ）は、この炉内プロフィルの状態を示しており、符号８ａは上段側に冷却盤３が存在する箇所の炉内プロフィルを示し、符号８ｂは上段側に冷却盤３が存在しない箇所の炉内プロフィルを示す。このように、炉内プロフィルには高さ方向に凹凸が発生するほか、円周方向にも凹凸が発生する。また、熱負荷の高い上段側冷却盤３の冷却能力不足により、冷却盤３が破損することもある。

これに対して、冷却盤３の破損を防止するため、図１０に示すように、羽口寄りに冷却盤３を１段のみ設置した場合、従来の冷却盤３では円周方向全体をカバーすることができないので、図１０（ｃ）に炉内プロフィル８ｂとして示すように冷却盤３が存在しない部分での耐火物５の損耗が激しく、ステーブクーラー２及び高炉鉄皮１に局部損傷７が発生し裏風の原因になる。

一方、冷却盤による冷却装置を備えた高炉において、高炉鉄皮の保護及び長寿命化を達成しようとする目的で、部分的に冷却能力の高いステーブクーラーを熱負荷の高い部分に設置し、冷却盤と高さ方向で組み合わせた冷却方式とした場合、炉内プロフィルをスムーズにするためには、ステーブクーラー内面を冷却盤の内面付近となるようにステーブクーラーを設置することが好ましい。しかし、この場合、ステーブクーラー及び冷却盤に比べ冷却盤周りの耐火物が先に損耗するため、冷却盤が存在しない部分の耐火物が先に損耗することによって、その部分のステーブクーラー及び鉄皮の局部損傷が懸念される。

このような従来の冷却盤の問題を解消するため、特許文献１、２には、従来の冷却盤以上の冷却面積を得るために先端部分を鉛直面で上向き又は下向き屈曲させた冷却盤が提案され、また、耐火物が消失した炉末期の高炉において、従来の冷却盤を設置していた高炉鉄皮の開口を利用して上記の冷却盤を設置することが提案されている。

しかし、特許文献１、２の冷却盤は何れも、炉外からの設置は困難で、炉内からの設置が前提となっている。
特開平５−１０５９２３号公報 実開平６−６９２５６号公報

本発明が解決しようとする課題は、高炉炉体の円周方向に１段設置するだけで、円周方向全体を冷却可能な高炉炉体冷却体とそれを用いた高炉炉体冷却装置の構造を提供することにある。

本発明が解決しようとする別の課題は、高炉の炉外からの取り替えが可能な高炉炉体冷却体を提供することにある。

本発明の高炉炉体冷却体は、高炉の炉体鉄皮に支持されて高炉炉体を冷却する高炉炉体冷却装置の少なくとも一部を構成する冷媒流路付の高炉炉体冷却体であって、高炉炉体に挿入する先端部分を水平面内で右側又は左側に屈曲させ、水平断面形状をＬ字型としたことを特徴とする。

上記構成において、右側又は左側に屈曲させた屈曲部を水平断面で円弧状とし、高炉炉外からの取り替えを可能とすることができる。また、高炉炉体冷却体は、設置される高炉炉内の熱負荷に応じ、純銅、合金銅及び鋳鉄のグループから選択された材料によって形成することがでできる。

本発明の高炉炉体冷却装置の構造は、前記高炉炉体冷却体を使用した高炉炉体冷却装置の構造であって、前記高炉炉体冷却体を、高炉炉体の朝顔部に設置されたステーブクーラーの下端部と高炉炉体の羽口との境界部に設置したことを特徴とする。

また、本発明の高炉炉体冷却装置の構造は、前記高炉炉体冷却体を使用した高炉炉体冷却装置の構造であって、前記高炉炉体冷却体を、高炉炉体を冷却する冷却盤とステーブクーラーが高さ方向で組み合わされて設置された箇所において、前記冷却盤と前記ステーブクーラーとの境界部又はステーブクーラー背面側に設置したことを特徴とする。

さらに、本発明の高炉炉体冷却装置の構造は、前記高炉炉体冷却体を使用した高炉炉体冷却装置の構造であって、耐火物が消失した炉末期の高炉炉体において、高炉炉体を冷却する冷却盤を設置するため高炉鉄皮の開口を利用し、前記冷却盤の代わりに前記高炉炉体冷却体を設置したことを特徴とする。

本発明の高炉炉体冷却体は、水平断面形状をＬ字型としたことで、高炉炉体の円周方向に１段設置するだけで円周方向全体を冷却することができる。したがって、非常に狭い設置スペースにて高炉炉体の円周方向全体を隙間無く冷却することができるとともに、従来の冷却盤による冷却装置で発生していた円周方向における炉内面の凹凸が無くなり、装入物の荷下がりが安定するため、高炉の安定操業が可能となる。

とくに、朝顔部と羽口の境界部に本発明の高炉炉体冷却体を適用することで、朝顔プロフィルの安定化及び羽口耐火物の保護が可能となる。このため、一炉代を通じて安定的な朝顔プロフィルを維持できるため、安定した操業が可能となるとともに、朝顔部の長寿命化が可能となる。

また、高炉炉体冷却体の屈曲部を水平断面で円弧状とすることで、取り替えの際に、隣接する高炉炉体冷却体と干渉することがないので、炉外からの取り替えが可能となり、その作業性が向上する。

さらに、従来、ステーブクーラーと冷却盤を組み合わせて使用する場合、冷却盤が存在しない部分でステーブクーラーと冷却盤との境界部の局部損傷が発生し、裏風の原因、あるいはステーブクーラー及び炉体鉄皮の破損原因となっていたが、本発明では、１段で円周方向を隙間なく冷却できるため、高炉炉体の寿命を延長することが可能となる。

また、耐火物が消失した炉末期の高炉炉体において、高炉炉体を冷却するために設置されていた従来の冷却盤の代わりに本発明の高炉炉体冷却体を設置することで、冷却能力改善及び円周方向における炉内面凹凸の改善が可能となる。併せて、炉内に耐火物による吹付けライニングを行うことで高炉炉体の長寿命化が可能となる。

以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を示す。

図１は、本発明の高炉炉体冷却体を適用した高炉炉体冷却装置の第１実施例を示し、（ａ）は（ｃ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は高炉炉体の内側から見た正面図、（ｃ）は縦断面図である。

図１に示す冷却装置は、高炉炉体の朝顔部を冷却するものであり、ステーブクーラー２と本発明の高炉炉体冷却体４とを組み合わせた構造を有する。高炉炉体冷却体４は、その基端部を高炉鉄皮１に固定支持することにより、ステーブクーラー２の下端部と高炉炉体の羽口（羽口煉瓦６）との境界部に１段設置されている。

図１（ａ）に示すように、高炉炉体冷却体４は、高炉炉体に挿入する先端部分を水平面内で右側に屈曲させ、水平断面形状がＬ字型となるように形成されており、その屈曲部は水平断面で円弧状に形成されている。高炉炉体冷却体４の先端部分は、左側に屈曲させてもよい。

高炉炉体冷却体４の先端には傾斜面４ａが形成されている。この傾斜面４ａは、屈曲部外周側の曲面と略平行となるように形成されている。傾斜面４ａは、屈曲部外周側の曲率と略同一曲率の傾斜曲面としてもよい。

また、高炉炉体冷却体４には、冷媒（水）の入口４ｂと出口４ｃとが設けられ、入口４ｂから入った冷媒が内部の冷媒流路（図示せず）を通って出口４ｃから排出されるようになっている。

高炉炉体冷却体４は上述のように先端部分を屈曲させてＬ字型に形成されているので、図１（ａ）に示すように、その屈曲方向を揃えて設置すれば１段設置するだけで、円周方向全体の冷却が可能である。また、本実施例では、高炉炉体冷却体４の先端に傾斜面４ａを形成しているので、この傾斜面４ａが隣接する高炉炉体冷却体４の屈曲部外周側を覆う形になるので、円周方向全体を途切れなく均一に冷却することができる。

したがって、先に図９及び図１０に示した従来の冷却盤を使用した際に発生していた、円周方向及び高さ方向における炉内面の凹凸の発生を抑制でき、図１（ｃ）に示すように、耐火物５損耗後の炉内プロフィル８もスムーズとなる。

また、上述のように、高炉炉体冷却体４の屈曲部を水平断面で円弧状としているので、取り替えの際に、隣接する高炉炉体冷却体４と干渉することがないので、炉外からの取り替えが可能となる。

図２は、本発明の高炉炉体冷却体を適用した高炉炉体冷却装置の第２実施例を示し、（ａ）は（ｃ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は高炉炉体の内側から見た正面図、（ｃ）は縦断面図である。

図２に示す冷却装置は、高炉炉体において高熱負荷部分であるシャフト部を冷却するものであり、ステーブクーラー２と従来の冷却盤３と本発明の高炉炉体冷却体４とを組み合わせた構造を有する。

高炉炉体冷却体４は、ステーブクーラー２と冷却盤３との境界部に１段設置されている。このように本発明の高炉炉体冷却体４を使用することにより、図２（ａ）に示すように、１段の高炉炉体冷却体４によってステーブクーラー２と冷却盤３との境界部の円周方向全体を冷却することができる。したがって、図２（ｃ）で炉内プロフィル８として示されているように、ステーブクーラー２と冷却盤３との境界部における耐火物の損耗が抑制され、ステーブクーラー２背面における裏風の発生が抑制される。このため、ステーブクーラー２内面を冷却盤３内面付近まで突き出すことが可能となり、炉内プロフィルがスムーズとなる。

なお、実施例では、高炉炉体冷却体４をステーブクーラー２と冷却盤３との境界部に設置したが、ステーブクーラー２の背面側に設置しても同様の効果を奏する。

（比較例）
図３は上記第２実施例に対する比較例を示し、（ａ）は（ｃ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は高炉炉体の内側から見た正面図、（ｃ）は縦断面図である。

この比較例は、本発明の高炉炉体冷却体４を使用せず、ステーブクーラー２と従来の冷却盤３との組み合わせでシャフト部を冷却するようにし、且つ、ステーブクーラー２内面を冷却盤３内面付近まで突き出したものである。この場合、図３（ｂ）に示すように、冷却盤３が円周方向で１段当たり１枚おきに設置されるため、冷却盤３が存在しない箇所における耐火物損耗後の炉内プロフィル８ｂは、図３（ｃ）のようになる。したがって、この冷却盤３が存在しない箇所の、ステーブクーラー２と冷却盤３との境界部で局部損傷７が発生し裏風の原因となり、ステーブクーラー２及び高炉鉄皮１の破損原因となる。

これに対して、図４は、ステーブクーラー２及び高炉鉄皮１の保護の目的で、ステーブクーラー２の設置位置を高炉鉄皮１側に後退させた構造例を示す。同図（ａ）は（ｃ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は高炉炉体の内側から見た正面図、（ｃ）は縦断面図である。また、図４（ｃ）には、ステーブクーラー２と冷却盤３との境界部の炉内プロフィルを示しており、符号８ａは境界部に冷却盤３が存在する箇所における炉内プロフィル、符号８ｂは境界部に冷却盤３が存在しない箇所における炉内プロフィルである。

ステーブクーラー２の設置位置を高炉鉄皮１側に後退させた場合、図４（ｃ）に示すように、とくに境界部に冷却盤３が存在する箇所において高さ方向に大きな段差が生じ、また、境界部の円周方向においても凹凸が発生し、炉内プロフィルがスムーズとならないので安定した操業ができない。

図５は、本発明の高炉炉体冷却体を適用した高炉炉体冷却装置の第３実施例を示し、（ａ）は（ｃ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は高炉炉体の内側から見た正面図、（ｃ）は縦断面図である。また、図６は、従来の冷却盤３を使用して耐火物が消失した炉末期の高炉炉体を示し、（ａ）は（ｃ）のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は高炉炉体の内側から見た正面図、（ｃ）は縦断面図である。

本実施例は、図６に示す耐火物が消失した炉末期の高炉炉体において、従来の冷却盤３を取り付けていた炉体鉄皮１の開口を使用し、従来の冷却盤３の代わりに本発明の高炉炉体冷却体４を設置したものである。高炉炉体冷却体４を使用すると、図５（ｂ）に示すように冷却装置の各段において円周方向全体を冷却可能であるので、冷却能力改善及び円周方向における炉内面凹凸の改善が可能となる。併せて、炉内に耐火物による吹付けライニングを行うことで高炉炉体の長寿命化が可能となる。

以上説明した各実施例の高炉炉体冷却体４は、設置される高炉炉内の熱負荷に応じ、純銅、合金銅及び鋳鉄のグループから選択された材料によって形成される。すなわち、熱負荷の高い場合は純銅を選択し、熱負荷が低くなるにしたがい合金銅、鋳鉄の順に選択する。

本発明の高炉炉体冷却体を適用した高炉炉体冷却装置の第１実施例を示す。 本発明の高炉炉体冷却体を適用した高炉炉体冷却装置の第２実施例を示す。 本発明の第２実施例に対する比較例を示す。 図３の比較例の変形例を示す。 本発明の高炉炉体冷却体を適用した高炉炉体冷却装置の第３実施例を示す。 従来の冷却盤を使用して耐火物が消失した炉末期の高炉炉体を示す 従来の冷却盤を用いた朝顔部の冷却装置を示す。 従来のステーブクーラーを用いた朝顔部の冷却装置を示す。 従来の冷却盤とステーブクーラーを組み合わせた朝顔部の冷却装置を示す。 図９の従来の冷却装置の変形例を示す。

符号の説明

１ 炉体鉄皮
２ ステーブクーラー
３ 従来の冷却盤
４ 高炉炉体冷却体
５ 耐火物
６ 羽口煉瓦
７ 局部損傷部
８ 耐火物損耗後の炉内プロフィル
８ａ 冷却盤が存在する箇所における耐火物損耗後の炉内プロフィル
８ｂ 冷却盤が存在しない箇所における耐火物損耗後の炉内プロフィル

Claims (6)

1. 高炉の炉体鉄皮に支持されて高炉炉体を冷却する高炉炉体冷却装置の少なくとも一部を構成する冷媒流路付の高炉炉体冷却体であって、高炉炉体に挿入する先端部分を水平面内で右側又は左側に屈曲させ、水平断面形状をＬ字型としたことを特徴とする高炉炉体冷却体。
2. 右側又は左側に屈曲させた屈曲部を水平断面で円弧状とし、高炉炉外からの取り替えを可能としたことを特徴とする請求項１に記載の高炉炉体冷却体。
3. 設置される高炉炉内の熱負荷に応じ、純銅、合金銅及び鋳鉄のグループから選択された材料によって形成されたことを特徴とする請求項１又２に記載の高炉炉体冷却体。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の高炉炉体冷却体を使用した高炉炉体冷却装置の構造であって、前記高炉炉体冷却体を、高炉炉体の朝顔部に設置されたステーブクーラーの下端部と高炉炉体の羽口との境界部に設置したことを特徴とする高炉炉体冷却装置の構造。
5. 請求項１〜３の何れかに記載の高炉炉体冷却体を使用した高炉炉体冷却装置の構造であって、前記高炉炉体冷却体を、高炉炉体を冷却する冷却盤とステーブクーラーが高さ方向で組み合わされて設置された箇所において、前記冷却盤と前記ステーブクーラーとの境界部又はステーブクーラーの背面側に設置したことを特徴とする高炉炉体冷却装置の構造。
6. 請求項１〜３の何れかに記載の高炉炉体冷却体を使用した高炉炉体冷却装置の構造であって、耐火物が消失した炉末期の高炉炉体において、高炉炉体を冷却する冷却盤を設置するための高炉鉄皮の開口を利用し、前記冷却盤の代わりに前記高炉炉体冷却体を設置したことを特徴とする高炉炉体冷却装置の構造。

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