JP2016118375A - 炉の冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】炉の維持保守を容易にするとともに、炉の寿命を延ばして関連費用を節減し、生産性の向上に寄与する炉の冷却装置を提供する。【解決手段】炉の内側に配置され、一面が炉の鉄皮に接触または対面するように配置されたステーブ本体と、ステーブ本体に備えられ、内部に冷却水を循環させる冷却ラインと、ステーブ本体の他面において突出するか、または凹むように形成された結合部と、複数個の異なる材質で備えられ、結合部によってステーブ本体の他面に固定され、且つ、第一の材質、及び第一の材質に隣接して配置された第二の材質のステーブ本体を覆って保護する耐火物部と、を含んで構成されたことを特徴とする。【選択図】図４

Description

本発明は、炉の冷却装置に係り、より詳しくは、炉、特に高温環境に露出した炉の鉄皮を冷却するための炉の冷却装置に関する。

図１は通常の高炉を示す図面であり、図２は図１のＡ領域の拡大図である。
図１に示したとおり、通常の高炉１は、燃料のコークスと原料の鉄鉱石で構成された装入物を上部から投入し、下部からは羽口（図示せず）を通じて熱風を吹き込んで装入物を溶かすことで溶銑を生産する設備である。
高炉１には、高炉１の羽口を通じて微粉炭だけでなく、高温の熱風及びガスが持続的に供給されるため、持続的な高温環境への露出によって熱損傷を受け易い設備である。
このような高炉１を冷却するために、図２に示したとおり、高炉１の鉄皮２の内側には冷却のためのステーブ６が設置される（特許文献１〜５参照）。

ステーブ６は、高温の環境から鉄皮２を保護するための冷却システムであり、内部には高炉の鉄皮２を貫通する冷却水配管５が備えられて冷却水による冷却が行われる。また、ステーブ６の前面（炉の内側）には凹凸部が備えられ、その凹凸部に耐火物３がはめ込まれる。
しかし、高炉１の内部に満たされた装入物４が高炉の内部において耐火物３を含むステーブ６の前面と直接、繰り返して接触し、これにより、ステーブ６が損傷を受ける。
即ち、耐火物３とステーブ６のダブテール（ｄｏｖｅ−ｔａｉｌ）構造上、装入物４が繰り返し接触し、装入物４の荷重によって応力が集中し、ステーブ６の前面の耐火物３が早期に破損して脱落するという現象が繰り返し発生する。
これにより、高炉１の冷却システムは致命的な損傷を負い、耐火物３の破損によってその冷却機能が著しく低下して、高炉１自体に熱損傷が加えられる。
その結果、損傷した高炉の全体を取替えるか、または部分的な取替え作業が必要になるが、高炉の取替えにかかる費用が莫大であり、取替え作業が行われる間は高炉の休止が余儀なくされ、生産性が低下するという問題が生じる。

韓国登録実用新案第２０−０１５３８６０号公報 日本国公開特許特開２００９−２６３７３８号公報 日本国公開特許特開２００５−２４８２０９号公報 日本国公開特許特開平８−２２５８１３号公報 日本国公開特許特開平７−０７６７１１号公報

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであって、炉の維持保守を容易にするとともに、炉の寿命を延ばして関連費用を節減し、生産性の向上に寄与することを目的とする。
具体的には、ステーブを活用した炉、特に炉の鉄皮の冷却効率性を改善して高炉の熱損傷を防止し、さらに、装入物による荷重または衝突にも容易に損傷しない耐久性が強い冷却システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明による炉の冷却装置は、炉の内側に配置され、一面が炉の鉄皮に接触または対面するように配置されるステーブ本体と、ステーブ本体に備えられ、内部に冷却水を循環させる冷却ラインと、ステーブ本体の他面において突出するか、または凹むように形成される結合部と、複数個の異なる材質で備えられ、結合部によってステーブ本体の他面に固定され、且つ、第一の材質、及び一つの材質に隣接するように配置される第２の材質のステーブ本体を覆って保護する耐火物部と、を含んで構成されることを特徴とする。

耐火物部の材質は、第１材質及び第２材質で備えられ、第１材質は第２材質より耐摩耗性及び熱膨張率が大きく、第２材質は第１材質より熱膨張率が小さいものであることが好ましい。
結合部は、ステーブ本体が炉の内側に向かう面に備えられ、一定の高さで突出して形成される結合突部と、一定の深さで凹むように形成される結合溝部と、を含み、且つ、結合突部及び結合溝部の端は丸く形成されることが好ましい。これにより、端に集中する応力を分散させることができる。

耐火物部は、結合突部及び結合溝部の形状に対応する締結部を含み、締結部が結合溝部に挿入されることにより、ステーブ本体に締結され、第１材質を含む第１耐火物部材と、第２材質を含む第２耐火物部材と、を備え、第１耐火物部材と第２耐火物部材が交互に配置されてステーブ本体を覆うように備えられることが好ましい。
結合突部及び結合溝部は、ステーブ本体において炉の円周方向または高さ方向に連続的に備えられることが好ましい。

第１材質は非カーボン（Ｃａｒｂｏｎ）系で提供され、第２材質はカーボン（Ｃａｒｂｏｎ）系で提供されることが好ましい。
より好ましくは、結合突部及び結合溝部は、ステーブ本体において炉の円周方向または高さ方向に複数個備えられ、第１耐火物部材及び第２耐火物部材は、炉の円周方向及び高さ方向のうち少なくとも一つの方向に交互に配置されて、ステーブ本体の前面を覆うように備えられることが好ましい。

本発明によれば、炉の冷却装置を上記構成とすることにより、炉の持続的な冷却ができるようになり、操業の安定性及び生産性を向上させることができる。
具体的には、装入物によって繰り返される荷重または衝突にも十分な耐久性を有する冷却装置を構成することができる。
また、部分的な維持保守が容易であるため、維持保守の費用を節減することにより製造原価を減らすことができる効果がある。

通常の高炉を示す図面である。 図１のＡ領域の拡大図である。 本発明の好ましい一実施例による炉の冷却装置のステーブ本体を概略的に示したものである。 本発明の好ましい一実施例による炉の冷却装置の斜視図である。 本発明の他の一実施例による炉の冷却装置の斜視図である。

以下、添付の図面を基にして本発明について詳細に説明する。
以下に説明する炉とは、産業現場で用いられる電気炉、加熱炉などの加熱対象物を加熱するために収容する通常の設備を意味する。但し、以下では、簡潔で且つ明確な説明のために、高炉を例にとり、炉を高炉と称する。

図３は、本発明の好ましい一実施例による炉の冷却装置のステーブ本体を概略的に示したものである。
図３に示したとおり、本発明の好ましい一実施例による炉の冷却装置は、炉、特に高炉の内側に配置され、一面が高炉の鉄皮２に接触または対面するように配置されたステーブ本体１０と、ステーブ本体に備えられた内部に冷却水を循環させる冷却ライン２０と、ステーブの他面にあって突出するか、または凹むように形成された結合部３０と、結合部によってステーブ本体の他面に固定され、互いに異なる材質で交互に配置されてステーブ本体を保護するように提供される耐火物部と、を含んで構成される。

図４及び図５は、本発明の一実施例による炉の冷却装置の斜視図である。
耐火物部は、図４、５に示したとおり、ステーブ本体１０が高炉１の内側に向かう面の全体を覆うように備えられて、ステーブ本体１０を高温の熱気から保護する。これにより、ステーブ本体１０が高炉の鉄皮２の内側にあって、長時間にわたって損傷せずに高炉の鉄皮２を冷却できる。
さらに、耐火物部は、高炉内に投入される装入物と１次的に接触するようになり、ステーブ本体１０自体が装入物と直接接触するのを防止する。したがって、ステーブ本体１０の損傷を遅延させて内部の冷却ライン２０を保護する役割をする。冷却ライン２０は、配管の形態で配設されて、その内部に冷却水を循環させることができるが、水の他にも適切な冷却手段が当業者によって選択されて適用されることはもちろんである。
高炉１の内壁は溶融鉄によって引き起こされる腐食及び熱応力によって引き起こされる脆化によっても損傷するが、耐火物部によってステーブ本体１０が保護され、その内部の冷却ライン２０もまた保護されて、高炉１の効率的な冷却が長時間持続される。したがって、冷却ライン２０に冷却水を循環させて冷却することにより、高炉１の熱損傷を事前に防止することができる。

一方、耐火物部は、繰り返される装入物の投入によって破損したり、応力によってステーブ本体１０から脱落することがある。
本発明では、耐火物部とステーブ本体１０の結合部を丸く（ｒｏｕｎｄ）形成して応力を分散させるように構成した。
即ち、図３に示したとおり、ステーブ本体１０において高炉１の内側に向かう面に備えられる結合部３０は、一定の高さに突出して形成された結合突部３１と、一定の深さに凹むように形成された結合溝部３２と、を含む。
このとき、結合突部及び結合溝部は、図３に示した形態以外にも、他の形態で備えられることができ、これは本発明によって制限されない。

重要なのは、結合突部３１及び結合溝部３２の端の形状である。即ち、結合突部の端３１ａ及び結合溝部の端３２ａは一定のｒ値（円弧半径）を有するように丸く形成されることがよい。
ｒ値は、本発明によって制限されず、使用者及び使用環境によって適切に選択されて適用されることができる。接合部３０の表面が適正なｒ値を有するラウンド状を有すると、結合溝部及び結合突部に加えられる応力を分散する効果を得ることができる。

したがって、結合溝部及び結合突部に結合した耐火物部がある程度損傷してステーブ本体１０から一部が脱落しても、露出した結合溝部及び結合突部の端は丸く形成されているため、露出した結合部に装入物が衝突したとしても、装入物による衝撃を最小化し、分散させることができる。
したがって、ステーブ本体１０において連続的に備えられた結合溝部３２及び結合突部３１の一部の領域が装入物に対して露出しても、露出した部分に加えられる応力を分散して、結合突部３１及び結合溝部３２の全体が破損するという現象を防止することができ、これにより、結合突部３１及び結合溝部３２に結合した耐火物部の全体が脱落する現象を防止することができる。

一方、耐火物部は、図４、５に示したとおり、結合突部３１及び結合溝部３２の形状に対応する形状の締結部４１を含む。特に、締結部４１は、結合溝部３２に嵌合される一定の高さを有する突起状の形態で備えられることが好ましいが、これも本発明によって制限されない。
したがって、本発明の好ましい一実施例によると、締結部４１の上記突起が結合溝部３２に嵌入されることにより、耐火物部とステーブ本体１０の結合を具現化することができる。

特に、耐火物部は、異なる材質の多面体で備えられ、少なくとも第１材質を含む第１耐火物部材４２及び第２材質を含む第２耐火物部材４３が備えられることが好ましい。また、ステーブ本体１０上において少なくとも一つの方向に交互に配置されて第１耐火物部材４２及び第２耐火物部材４３によってステーブ本体１０の前面が覆われるように備えられることが好ましい。
さらに、第１耐火物部材４２を構成する第１材質はカーボン（Ｃａｒｂｏｎ）系を除いた、即ち、非カーボン系で備えられることがよく、また、第２耐火物部材４３を構成する第２材質はカーボン系で備えられることがよい。
カーボンは、熱伝導性が高くて冷却に効果的であり、高い温度でも容易に割れず、一定の構造物に結合されるとき、その結合状態を維持する拘束応力がよいという特徴がある。しかし、耐摩耗性に劣るという短所がある。
したがって、耐摩耗性が劣るというカーボンの短所を補完するために、第１材質をカーボンではない非カーボン系で備えて耐火物の強度を確保することが好ましい。

一例として、上述の第１材質の非カーボン系は炭化珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）またはアルミナで備え、第２材質はカーボン系の黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）または炭素（Ｃａｒｂｏｎ）で備えることができる。但し、本発明はこれに限定されず、当業者によって適切に変更されて適用できることはもちろんである。以下では、説明を簡単にし、明確に理解をするために、第１材質を炭化珪素（Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）、第２材質を黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）または炭素（Ｃａｒｂｏｎ）とした例について説明する。
上述の炭化珪素、黒鉛、炭素材質を含む耐火物は、高炉の内部で発生する高熱から高炉の鉄皮２及びステーブ本体１０を保護する。

炭化珪素は、耐摩耗性が強いという長所があるが、拘束された状態で温度が上昇し続けて約１６０°に達すると、熱膨張して破損する可能性が高い。したがって、本発明の好ましい一実施例では、第２材質の黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）または炭素（Ｃａｒｂｏｎ）を含む第２耐火物部材４３を第１耐火物部材４２の周りを取り囲むように交互に配置する。
即ち、黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）または炭素（Ｃａｒｂｏｎ）は、熱伝導性がよく、温度の上昇に伴う膨張及び収縮に柔軟性があるため、耐摩耗性に優れるが、熱伝導性が低く、熱膨張に弱いという炭化珪素の短所を補完するすることができる。
さらに、構造物に拘束された状態で、拘束された状態を長く維持することが困難である炭化珪素の短所を、拘束された状態を長く維持することができる物性を有する黒鉛（Ｇｒａｐｈｉｔｅ）または炭素（Ｃａｒｂｏｎ）が補完して、耐火物は優れた冷却効率及び耐久性をともに確保することができる。

これよって、結合溝部３２に第１耐火物部材４２を固定し、第２耐火物部材４３を第１耐火物部材４２の少なくとも一面に接触させて固定することが好ましい。より好ましくは、第１耐火物部材４２の上下左右方向に第２耐火物部材４３を接触させると、第２耐火物部材４３が四方から第１耐火物部材４２を拘束するため、第１耐火物部材４２の乏しい拘束応力をより効果的に補完することができる。
このように構成される第１耐火物部材４２及び第２耐火物部材４３を高炉の内部に交互に配置するにあたり、第１耐火物部材４２を高炉の円周方向または高さ方向に連続して配置することが好ましく、第１耐火物部材４２の直下部に第２耐火物部材４３を高炉の円周方向または高さ方向に連続して配置することが好ましい。
これは、第１耐火物部材４２及び第２耐火物部材４３の配置方向や配置領域などは当業者によって適切に変更されて適用されることができるが、重要なのは第１耐火物部材４２と第２耐火物部材４３が交互に配置されて互いに接触するように構成することで互いが有する物性の欠点を補完できるようにすることである。

即ち、第２耐火物部材４３は、第１耐火物部材４２と交互に配置されることにより、炭化珪素の熱膨張による拘束応力を解消し、優れた熱伝導性によって耐火物の温度を速く下げる。これにより、耐火物の温度を効率的に制御することができ、温度の上昇に伴う耐火物の強度低下を防止する効果を有する。
したがって、第１耐火物部材４２と第２耐火物部材４３は高炉内で少なくとも一つの方向に交互に配置されることがよい。即ち、図４に示したとおりに、一つの結合溝部３２において第１耐火物部材４２と第２耐火物部材４３を交互に配置し、その直下部の結合溝部３２においても第１耐火物部材４２と第２耐火物部材４３交互に配置することが好ましい。
また、図５に示したとおり、第１耐火物部材４２を一つの結合溝部３２にすべて締結し、その直下部の結合溝部３２には第２耐火物部材４３をすべて締結した後、これを繰り返すことにより、高炉の前面を覆うように構成することもできる。

このように構成された第１及び第２耐火物部材４２、４３は、高炉１の内側に向かって前面が均一で平らな面を維持するように、第１及び第２耐火物部材の高さを同一に合わせることが重要である。第１及び第２耐火物部材の高さ凸凹があると、装入物の不規則な投入と衝突により、一ヶ所に応力が集中して、耐火物部材の損傷を効果的に防止することができなくなる。
また、好ましくは、ステーブ本体１０の材質を熱伝導に優れた銅（Ｃｕ）材質で製作すると、高炉１の冷却にさらに効果的である。
このように構成されたステーブ本体１０の一側には、冷却水が流入する冷却水流入管２１を配設して冷却水がステーブ本体１０の内部を流れるようにした後、冷却水排出管２２より排出されるように備えて冷却水を循環させると、高炉１の冷却を効率的に行うことができる。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の技術的思想から外れない範囲内で多様な修正及び変形が可能であることは、当技術分野の通常の知識を有するものには明らかである。

１ 高炉
２ 鉄皮
３ 耐火物
４ 装入物
５ 冷却水配管
６ ステーブ
１０ ステーブ本体
２０ 冷却ライン
２１ 冷却水流入管
２２ 冷却水排出管
３０ 結合部
３１ 結合突部
３２ 結合溝部
４１ 締結部
４２ 第１耐火物部材
４３ 第２耐火物部材

Claims (7)

1. 炉の内側に配置され、一面が前記炉の鉄皮に接触または対面するように配置されたステーブ本体と、
   前記ステーブ本体に備えられ、内部に冷却水を循環させる冷却ラインと、
   前記ステーブ本体の他面において突出するか、または凹むように形成された結合部と、
   複数個の異なる材質で備えられ、前記結合部によって前記ステーブ本体の他面に固定され、且つ、第一の材質、及び該第一の材質に隣接して配置された第二の材質の前記ステーブ本体を覆って保護する耐火物部と、
   を含んで構成されたことを特徴とする炉の冷却装置。
2. 前記耐火物部の材質は、
   第１材質及び第２材質で備えられ、
   前記第１材質は前記第２材質より耐摩耗性及び熱膨張率が大きく、
   前記第２材質は前記第１材質より熱膨張率が小さいものであることを特徴とする請求項１に記載の炉の冷却装置。
3. 前記結合部は、
   前記ステーブ本体が前記炉の内側に向かう面に備えられ、
   一定の高さで突出して形成される結合突部と、
   一定の深さで凹むように形成される結合溝部と、を含み、
   前記結合突部及び前記結合溝部の端は丸く形成されたことを特徴とする請求項１または２に記載の炉の冷却装置。
4. 前記耐火物部は、
   前記結合突部及び前記結合溝部の形状に対応する締結部を含み、前記締結部が前記結合溝部に挿入されることにより、前記ステーブ本体に締結され、
   第１材質を含む第１耐火物部材と、
   第２材質を含む第２耐火物部材と、を備え、
   前記第１耐火物部材と前記第２耐火物部材が交互に配置されて前記ステーブ本体を覆うことを特徴とする請求項３に記載の炉の冷却装置。
5. 前記結合突部及び前記結合溝部は、
   前記ステーブ本体において前記炉の円周方向または高さ方向に連続的に備えられたことを特徴とする請求項３に記載の炉の冷却装置。
6. 前記第１材質は非カーボン（Ｃａｒｂｏｎ）系で提供され、
   前記第２材質はカーボン（Ｃａｒｂｏｎ）系で提供されたことを特徴とする請求項２に記載の炉の冷却装置。
7. 前記結合突部及び前記結合溝部は、
   前記ステーブ本体において前記炉の円周方向または高さ方向に複数個備えられ、
   前記第１耐火物部材及び前記第２耐火物部材は、
   前記炉の円周方向及び高さ方向のうち少なくとも一つの方向に交互に配置されて、前記ステーブ本体の前面を覆うことを特徴とする請求項４に記載の炉の冷却装置。

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