JP2016194129A - ステーブクーラー - Google Patents

Abstract

【課題】ステーブ本体に熱変形が生じても、冷却配管とステーブ本体の接続部分に亀裂が生じ難いステーブクーラーを提供する。【解決手段】竪型炉の炉壁を構成する鉄皮の炉内側面に取付けられ、冷却水Ｗを通水する冷却パイプ２０が埋設されてなるステーブ本体１１と、ステーブ本体１１の炉外側面に接続され冷却パイプ２０と連通する冷却配管４０と、を備えるステーブクーラー２００であって、貫通孔５１を有し冷却配管４０に外挿されるとともにステーブ本体１１に面接触した状態で取付けられた補強材５０をさらに備え、補強材５０の炉内側面とステーブ本体１１の炉外側面との間を溶接するとともに、補強材５０と冷却配管４０の外周面との間を溶接する。【選択図】図１

Description

本発明は、鉄皮の炉内側面に取付けられ冷却パイプが埋設されてなるステーブ本体と、冷却パイプと連通する冷却配管と、を備えるステーブクーラーに関するものである。

通常、高炉の炉壁内面には、炉体鉄皮の冷却保護を目的にしてステーブクーラーが取付けられていて、炉寿命の延長化が図られている。
一般的なステーブクーラー１００は、図５〜図８に示すように、上下に延びる冷却パイプ２０が複数本（例えば４本）、ステーブ本体１０に埋設されていて、それら冷却パイプ２０にそれぞれ冷却水Ｗを下方向から上方向に通水させることによって炉壁に対して冷却効果を図るものである。そして、冷却パイプ２０と連通する冷却配管４０がステーブ本体１０の炉外側面に溶接され、鉄皮の炉外側から冷却水Ｗがステーブ本体１０に送られる。
また、ステーブ本体１０の炉内側表面には、左右方向略水平に延びる複数のリブ３０が設列され、上下のリブ３０間の溝に耐火性物質が装入される。

ここで、図５に示した従来例のステーブクーラー１００では、炉内の温度変化によってステーブ本体１０の上端および下端が炉内面側に熱変形を起こし湾曲するといった問題がある。

この問題に対し、熱変形を生じ難いステーブクーラー１００が提案されている（例えば、特許文献１〜３参照）。
また、特許文献１に記載の発明は、ステーブ本体の炉内側表面に水平に延びる複数のリブを設け、リブとステーブ本体をそれぞれ別の材質とし、リブとステーブ本体の間にクッション材を介設することによって熱変形を防止するものである。

また、特許文献２に記載の発明は、ステーブ本体の背面側（炉外側）の左右側縁部分を他の部分より厚くして縦長補強リブを形成することにより熱変形を防止するものである。
さらに、特許文献３に記載の発明は、耐火性物質の列を縦方向に複数列配列するとともに母材金属リブにより保持することで熱変形を防止するものである。

特許第２９３２９８５号公報 特開平９−２０９０１２号公報 特開平８−１３４５１９号公報

しかしながら、熱変形への対策がなされている特許文献１〜３に記載のステーブクーラー１００であっても、熱変形が生じる時期を遅らせることはできるが、完全に熱変形を防ぐことはできない。

このように熱変形が生じてしまったときに、冷却配管４０はステーブ本体１０や炉外側に固定されているので、冷却配管４０は柔軟に熱変形に追従できず、ステーブ本体１０の湾曲に伴って冷却配管４０に曲げ力が付加されて、冷却配管４０の付け根の溶接部分に高い応力が発生する。これが蓄積されると疲労による亀裂が発生してしまう。

この溶接部分は冷却配管４０とステーブ本体１０を接続すると同時に、内部を流れる冷却水Ｗに対してシールの役目を果たしているため、わずかな亀裂であっても漏水につながり、ステーブクーラー１００としての機能を果たせなくなる。
そして、これらの漏水が酷くなった場合には、ステーブクーラー１００の取替えが必要になる。
しかし、ステーブクーラー１００の取替え工事は多くの費用が必要となるため、ステーブクーラー１００の寿命延長の技術が求められている。

そこで、本発明の目的とするところは、ステーブ本体に熱変形が生じても、冷却配管とステーブ本体の接続部分に亀裂が生じ難いステーブクーラーを提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に記載のステーブクーラー（２００）は、竪型炉の炉壁を構成する鉄皮の炉内側面に取付けられ、冷却水（Ｗ）を通水する冷却パイプ（２０）が埋設されてなるステーブ本体（１１）と、前記ステーブ本体（１１）の炉外側面に接続され前記冷却パイプ（２０）と連通する冷却配管（４０）と、を備えるステーブクーラー（２００）であって、貫通孔（５１）を有し前記冷却配管（４０）に外挿されるとともに前記ステーブ本体（１１）に面接触した状態で取付けられた補強材（５０）をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項２に記載のステーブクーラー（２００）は、前記補強材（５０）の炉内側面と前記ステーブ本体（１１）の炉外側面との間をシールし固定するとともに、前記補強材（５０）と前記冷却配管（４０）の外周面との間をシールし固定することを特徴とする。

また、請求項３に記載のステーブクーラー（２００）は、前記固定は溶接で行われたことを特徴とする。

また、請求項４に記載のステーブクーラー（２００）は、前記ステーブ本体（１１）と前記冷却配管（４０）の接続は溶接で行われて溶接ビード（Ｂ）が形成されるとともに、前記補強材（５０）の貫通孔（５１）の炉内側端部を他の部位よりも拡径して、前記溶接ビード（Ｂ）をその拡径部分（５２）に収めるようにしたことを特徴とする。

また、請求項５に記載のステーブクーラー（２００）は、前記補強材（５０）の炉内側面にシール用のＯリング（５３）を取付けたことを特徴とする。

ここで、上記括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に掲載された対応要素または対応事項を示す。

本発明の請求項１に記載のステーブクーラーによれば、貫通孔を有し冷却配管に外挿されるとともにステーブ本体に面接触した状態で取付けられた補強材をさらに備えるので、ステーブ本体が熱変形することで冷却配管に曲がりが生じても、補強材がステーブ本体と面接触してその変形による力を受けること、及び補強材を取付けることで冷却配管の実質的な長さが短くなり発生するトルクが小さくなることで、応力が冷却配管とステーブ本体との接続部分一箇所に集中することを防止でき、冷却配管とステーブ本体との接続部分に亀裂が生じ難くなる。その結果、ステーブクーラーの寿命を延長させることができる。

また、請求項２に記載のステーブクーラーによれば、請求項１に記載の発明の作用効果に加え、補強材の炉内側面とステーブ本体の炉外側面との間をシールし固定するとともに、補強材と冷却配管の外周面との間をシールし固定するので、冷却配管とステーブ本体との接続部分に亀裂が入っても、直ちに漏水することはなく、補強材の炉内側面とステーブ本体の炉外側面との間のシール、又は補強材と冷却配管の外周面との間のシールが破れるまで、ステーブクーラーを使い続けることができる。

また、請求項３に記載のステーブクーラーによれば、請求項２に記載の発明の作用効果に加え、固定は溶接で行われたので、さらに補強材を強固に固定できるとともに応力を分散させることが可能である。

また、請求項４に記載のステーブクーラーによれば、請求項１乃至３に記載の発明の作用効果に加え、ステーブ本体と冷却配管の接続は溶接で行われて溶接ビードが形成されるとともに、補強材の貫通孔の炉内側端部を他の部位よりも拡径して、溶接ビードをその拡径部分に収めるようにしたので、冷却配管の炉内側端部に溶接ビードが形成されていても、確実に補強材をステーブ本体に面接触させることができる。

また、請求項５に記載のステーブクーラーによれば、請求項１乃至４に記載の発明の作用効果に加え、補強材の炉内側面にシール用のＯリングを取付けたので、さらにシール性が向上する。

なお、本発明のステーブクーラーのように、貫通孔を有し冷却配管に外挿されるとともにステーブ本体に面接触した状態で取付けられた補強材を備える点は、上述した特許文献１乃至３には全く記載されていない。

本発明の第一実施形態に係るステーブクーラーを示す要部拡大断面図である。 本発明の第二実施形態に係るステーブクーラーを示す要部拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係るステーブクーラーを示す要部拡大断面図である。 本発明の他の実施形態に係るステーブクーラーにおける補強材を示す拡大斜視図である。 ステーブクーラーを示す斜視図である。 図５に示すステーブクーラーを示す背面図である。 図６に示すＡ−Ａ断面図である。 従来例に係るステーブクーラーの要部拡大図である。

（第一実施形態）
図１、及び図５乃至図７を参照して、本発明の第一実施形態に係るステーブクーラー２００を説明する。
このステーブクーラー２００は、ステーブ本体１０と、冷却配管４０と、補強材５０と、を備え、特にステーブ本体１０と冷却配管４０の接続方法を特徴とするものである。
従来例で示したものと同一部分には同一符号を付した。

本発明の実施形態に係るステーブクーラー２００は、高炉などの竪型炉（図示しない）の炉壁（鉄皮）の炉内側面に対して上下方向及び左右方向（周方向）に複数枚取付けられている。隣接するステーブクーラー２００間の隙間には耐火性物質からなる目地材が施されている。

ステーブ本体１０は薄板状で、図６及び図７で示したように、上下に延びる冷却パイプ２０が左右方向に間隔をあけて複数本、ここでは４本埋設されている。それらの冷却パイプ２０にはそれぞれ冷却媒体として冷却水Ｗが下方向から上方向に通水させられていて、炉壁に対する冷却効果が図られている。

そして、ステーブ本体１０の炉内側面には、図５に示したように、複数（ここでは１１本）のリブ３０が配置されている。
リブ３０は、左右方向略水平に延びるとともに上下方向に一定の間隔をあけて複数列配列されたものであり、隣接する上下のリブ３０間の溝に耐火性物質を装入する。リブ３０のサイズ及び形状については特に限定されるわけではないが、本実施形態では、厚みについてはステーブクーラー２００自体の厚みの略１／２で、幅については最上位のリブ３０Ａ（３０）及び最下位のリブ３０Ｂ（３０）のものをその間の９本のリブ３０のものより幅広にしていて、いずれも断面略矩形状にしている。１１本全てのリブ３０を同じ幅にすることもできる。なお、炉内側面のリブ３０の形状や配置はこれに限られるものではなく、例えばこのような横リブ３０に加え、縦リブを配置してもよい。
また、ステーブ本体１０の材質として、熱伝導率を考慮して無酸素銅を選択した。

冷却配管４０は、ステーブ本体１０の炉外側面に接続され冷却パイプ２０と連通し、炉外に配置されたポンプ（図示しない）を介して冷却水Ｗがステーブ本体１０内で循環させられている。
ここで、ステーブ本体１０と冷却配管４０の接続は溶接で行われており、溶接ビードＢが形成されている。

補強材５０は、図１に示すように、貫通孔５１を有する円筒状（但し、外形は円形に限られない）の一体物で、内径は冷却配管４０に外挿可能な径となっている。つまり、補強材５０の貫通孔５１の径は冷却配管４０の外径より若干大きく、補強材５０の貫通孔５１に冷却配管４０を挿入可能である。
補強材５０の貫通孔５１の炉内側端部は貫通孔５１の他の部位より拡径しており、その拡径部分５２は炉外側から炉内側に向かってテーパー状に拡開している。この拡径部分５２の大きさは、ステーブ本体１０と冷却配管４０の溶接部分の溶接ビードＢを収めることができるだけの大きさである。この溶接ビードＢを逃がしている部分は、溶接ビードＢに干渉してはならないが、補強材５０の当接（接触）面積が小さくなってしまうことも避けなければならないので、この部分を必要以上に大きく取り過ぎないことが重要である。
そして、補強材５０の炉内側面がステーブ本体１０に面接触した状態で、補強材５０の炉内側面とステーブ本体１０の炉外側面との間が溶接によりシールされて固定されるとともに、補強材５０の炉外側面と冷却配管４０の外周面との間も溶接によりシールされて固定される。つまり、補強材５０の炉内側面のステーブ本体１０に接している高さ方向の幅（肉厚）は、冷却配管４０に曲がりが生じたときに十分にその圧力を受けることができるだけの幅であり、冷却配管４０の肉厚以上であることが好ましい。すなわち、ここでいう面接触とは、例えば線状の接触よりも広い面積で接触することであり、熱変形による力を広い面積で受けて圧力を低減させるものである。
補強材５０の材質は特に限定されるものではないが、ここでは溶接のし易さを考えて、ステーブ本体１０と同じ無酸素銅とした。
このとき、ステーブ本体１０と冷却配管４０の溶接部分の溶接ビードＢは補強材５０と接触していない。

以上のように構成されたステーブクーラー２００によれば、貫通孔５１を有し冷却配管４０に外挿されるとともにステーブ本体１０に面接触した状態で取付けられた補強材５０をさらに備えるので、ステーブ本体１０が熱変形することで冷却配管４０に曲がりが生じても、補強材５０がステーブ本体１０と面接触してその変形による力を受けること、及び補強材５０を取付けることで冷却配管４０の実質的な長さが短くなり発生するトルクが小さくなることで、応力が冷却配管４０とステーブ本体１０との接続部分一箇所に集中することを防止できる。よって、冷却配管４０とステーブ本体１０との接続部分に亀裂が生じにくいので、ステーブクーラー２００の寿命を延長させることができる。
特に、補強材５０の炉内側面とステーブ本体１０の炉外側面との間を溶接するとともに、補強材５０と冷却配管４０の外周面との間を溶接したので、補強材５０を強固に固定できるとともにその二箇所に曲げ荷重による応力が分散し、ステーブ本体１０と冷却配管４０の溶接部分Ｂに亀裂が生じ難い。

仮にステーブ本体１０と冷却配管４０の溶接部分Ｂに亀裂が生じても、補強材５０の炉内側面とステーブ本体１０の炉外側面との溶接、及び補強材５０と冷却配管４０の外周面との溶接によって、シールされているので、直ちに漏水することはなく、これらのシールが破れるまで、ステーブクーラー２００を使い続けることができる。

また、補強材５０の貫通孔５１の炉内側端部を他の部位よりも拡径して、溶接ビードＢをその拡径部分５２に収めるようにしたので、冷却配管４０の炉内側端部に溶接ビードＢが形成されていても、確実に補強材５０をステーブ本体１０に面接触させることができる。

（第二実施形態）
次に図２を参照して、本発明の第二実施形態に係るステーブクーラー２００を説明する。なお、第一実施形態と同一部分には同一符号を付した。

本実施形態の第一実施形態との違いは、補強材５０の拡径部分５２の形状であり、その他の構成要素に関しては第一実施形態と同一である。
本実施形態における補強材５０の拡径部分５２は、いずれの箇所も同一径とした。
このような構成であっても、補強材５０の拡径部分５２で溶接ビードＢをかわして確実に補強材５０をステーブ本体１０に面接触させることができる。

なお、第一、第二実施形態において、補強材５０の炉内側面とステーブ本体１０の炉外側面とを溶接し、補強材５０と冷却配管４０の外周面とを溶接したが、これに限られるものではなく、図３に示すように圧着でもよいし、あるいはロウ付け、ボルトでの締結等の他の手段で行ってもよい。
ステーブ本体１０と冷却配管４０との接続に関して溶接以外の固定方法を採った場合、補強材５０の炉内側面をステーブ本体１０に面接触させるに際して溶接ビードＢのように干渉する部分が無ければ、補強材５０の貫通孔５１に拡径部分５２は必要ない。

また、図４に黒塗りで示すように、補強材５０の炉内側面にシール用の耐熱性Ｏリング５３を取付けてもよい。これにより、さらにシール性が向上する。

また、補強材５０の炉内側面とステーブ本体１０の炉外側面との間、及び補強材５０と冷却配管４０の外周面との間をシールすることが好ましいが、仮にこれらの位置がシールされていなくても、ステーブ本体１０と冷却配管４０との溶接部分Ｂに亀裂が生じ難くなる。

また、補強材５０を一体物としたが、半割れの一対物であってもよい。

１０ ステーブ本体
２０ 冷却パイプ
３０ リブ
３０Ａ 最上位のリブ
３０Ｂ 最下位のリブ
４０ 冷却配管
５０ 補強材
５１ 貫通孔
５２ 拡径部分
５３ Ｏリング
１００ ステーブクーラー
２００ ステーブクーラー
Ｂ 溶接ビード（溶接部分）
Ｗ 冷却水

Claims (5)

1. 竪型炉の炉壁を構成する鉄皮の炉内側面に取付けられ、冷却水を通水する冷却パイプが埋設されてなるステーブ本体と、
   前記ステーブ本体の炉外側面に接続され前記冷却パイプと連通する冷却配管と、を備えるステーブクーラーであって、
   貫通孔を有し前記冷却配管に外挿されるとともに前記ステーブ本体に面接触した状態で取付けられた補強材をさらに備えることを特徴とするステーブクーラー。
2. 前記補強材の炉内側面と前記ステーブ本体の炉外側面との間をシールし固定するとともに、
   前記補強材と前記冷却配管の外周面との間をシールし固定す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. 前記固定は溶接で行われたことを特徴とする請求項２に記載のステーブクーラー。
4. 前記ステーブ本体と前記冷却配管の接続は溶接で行われて溶接ビードが形成されるとともに、
   前記補強材の貫通孔の炉内側端部を他の部位よりも拡径して、前記溶接ビードをその拡径部分に収めるようにしたことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載のステーブクーラー。
5. 前記補強材の炉内側面にシール用のＯリングを取付けたことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載のステーブクーラー。