JP2018115369A - ステーブクーラー及びステーブクーラーの補修方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ステーブクーラーを炉に取り付けたまま行うことができ、しかも補修後の冷却効率を低下させることがないステーブクーラー及びステーブクーラーの補修方法を提供する。
【解決手段】銅製の本体部１１の炉外側面に冷却配管１２が溶接され、高炉の炉壁を構成する鉄皮１の炉内側面に取付けられるステーブクーラー２０の補修方法であって、ステーブクーラー２０を鉄皮１に取付ける前に、本体部１１の炉外側面又は冷却配管１２の周面のうち少なくいずれか一方に、銅よりも熱伝導率の低い金属からなる溶接補助部材２４を取付けておき、ステーブクーラー２０を鉄皮１に取付けた後に溶接部１３に亀裂Ｋが生じ漏水が発生した場合には、ステーブクーラー２０を鉄皮１に取付けた状態で、底面に孔２５ａが形成された器状のシール部材２５のその孔２５ａに冷却配管１２を挿通させ、シール部材２５を溶接補助部材２４に対して溶接する。
【選択図】図３

Description

本発明は、高炉の鉄皮の炉内側面に取付けられるステーブクーラー及びステーブクーラーの補修方法に関するものである。

通常、高炉の炉壁内面には、炉体鉄皮を冷却し保護することを目的にしてステーブクーラーが取付けられており、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には、上下に延びる冷却パイプが複数本埋設されていて、それら冷却パイプにそれぞれ冷却水を下方向から上方向に通水することによって炉壁に対して冷却する。
そして、図４に示すように冷却配管１２がステーブクーラー１０の炉外側面に溶接されており、冷却パイプと冷却配管１２が連通され、鉄皮の炉外側から冷却水がステーブクーラーに送られ冷却される。なお、図４においては冷却パイプについて記載を省略している。

ここで、ステーブクーラーは高熱の環境下に曝され続けるので、ステーブクーラーを冷却していても熱変形によってステーブクーラーの上端および下端が炉内面側に湾曲してしまう。

このような変形等により冷却配管１２の付け根の溶接部１３に高い応力が発生し、これが蓄積されると疲労によって、図４に示すように溶接部１３に亀裂Ｋが生じてしまう。
この溶接部１３は冷却配管１２と本体を接続すると同時に、内部を流れる冷却水に対してシールの役目も果たしているので、僅かな亀裂Ｋであってもその部分から漏水につながってしまう。

冷却配管１２が溶接されているステーブクーラー１０は鉄皮１の炉内側にあるので、溶接部１３から漏水するとそれは炉内へ流れ込みことを意味する。したがって、ステーブクーラー１０からの漏水は炉の操業に多大な悪影響がある。
このような漏水の根本的な対応はステーブクーラー１０の交換することであるが、ステーブクーラー１０を交換するとなると長時間にわたって炉を停止した大掛かりな補修になってしまうので、そう簡単に行うことができない。
なお、ステーブクーラー１０から炉内への漏水に関して、冷却配管１２の溶接部１３における亀裂Ｋ以外にも多くの原因がある。

ここで、ステーブクーラー１０を交換せず炉を短時間の停止時にステーブクーラー１０の冷却配管１２を補修する方法としては、亀裂Ｋが生じた箇所に溶接を施し、亀裂Ｋを埋めるということが考えられる。

また、冷却配管１２の溶接部１３の亀裂Ｋ以外の原因による漏水の対応策については次のような補修方法が開示されている（例えば、特許文献１及び２参照）。
特許文献１に記載の発明は、漏水発生箇所を迂回するバイパス管を設けるものである。
これにより、炉の操業を停止しなくても、正常部には通水してステーブクーラー１０を冷却可能とするとともに、炉内への漏水を防止できる。

特許文献２に記載の発明は、冷却パイプの中に、噴霧孔を有するフレキシブルホースを挿入して配置し、噴霧孔から冷却水を噴霧するものである。
この発明によっても、炉の操業を停止せずに漏水を防止しつつステーブクーラー１０を冷却可能である。

特開２０１２−１５８７８８号公報 特開２０１５−１８７２８９号公報

しかしながら、溶接によるステーブクーラー１０の補修方法では、銅の様な熱伝導率の高い材質では溶接を行う際には十分に予熱が必要になるが、炉に取り付けた状態での予熱が難しいため、溶接すること自体が難しいという問題がある。
すなわち、炉に取り付けた状態での補修では、漏水している冷却配管１２については止水するとしても、通水している冷却配管１２は他にもあり、対象のステーブクーラー１０を冷却し続けている状態ある。ステーブクーラー１０は冷却効率を高くする目的で熱伝導率の高い銅を原料として使用しているので、溶接の為にステーブクーラー１０を予熱してもどんどん冷却されてしまい、その結果、補修の為の溶接は困難である。

一方、特許文献１に記載の発明では、漏水箇所をバイパスするので本来であれば通水する箇所の冷却を行うことができず、ステーブクーラー１０全体として冷却が不十分になってしまう。

また、特許文献２の発明では、補修後のステーブクーラー１０は冷却パイプの中を通水する場合に比べて、冷却効率が悪くなってしまう。
冷却が不十分であった場合、ステーブクーラー１０が溶損し、鉄皮１の損傷してしまう危険性もある。

そこで、本発明の目的とするところは、ステーブクーラーを炉に取り付けたまま行うことができ、しかも補修後の冷却効率を低下させることがないステーブクーラー及びステーブクーラーの補修方法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（２０）は、銅製の本体部（１１）の炉外側面に冷却配管（１２）が溶接され、高炉の鉄皮（１）の炉内側面に取付けられるステーブクーラー（２０）であって、前記本体部（１１）の炉外側面に、前記冷却配管（１２）が溶接された溶接部（１３）の周囲を囲うように、銅よりも熱伝導率の低い金属からなる溶接補助部材（２４）を取付けたことを特徴とする。

また、請求項２に記載のステーブクーラー（２０）は、銅製の本体部（１１）の炉外側面に冷却配管（１２）が溶接され、高炉の鉄皮（１）の炉内側面に取付けられるステーブクーラー（２０）であって、前記冷却配管（１２）の周面に、銅よりも熱伝導率の低い金属からなる溶接補助部材（２４）を取付けたことを特徴とする。

また、請求項３に記載のステーブクーラー（２０）は、前記金属は、鋼、ステンレス鋼、又はアルミニウムのうちいずれか一つであることを特徴とする。

また、請求項４に記載のステーブクーラー（２０）の補修方法は、銅製の本体部（１１）の炉外側面に冷却配管（１２）が溶接され、高炉の炉壁を構成する鉄皮（１）の炉内側面に取付けられるステーブクーラー（２０）の補修方法であって、前記ステーブクーラー（２０）を前記鉄皮（１）に取付ける前に、前記本体部（１１）の炉外側面又は前記冷却配管（１２）の周面のうち少なくいずれか一方に、銅よりも熱伝導率の低い金属からなる溶接補助部材（２４）を取付けておき、前記ステーブクーラー（２０）を前記鉄皮（１）に取付けた後に前記溶接部（１３）に亀裂（Ｋ）が生じ漏水が発生した場合には、前記ステーブクーラー（２０）を前記鉄皮（１）に取付けた状態で、底面に孔（２５ａ）が形成された器状のシール部材（２５）のその孔（２５ａ）に前記冷却配管（１２）を挿通させ、前記シール部材（２５）を前記溶接補助部材（２４）に対して溶接することを特徴とする。

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。

本発明によれば、本体部の炉外側面に、冷却配管が溶接された溶接部の周囲を囲うように、鋼、ステンレス鋼、又はアルミニウムという銅よりも熱伝導率の低い金属からなる溶接補助部材を取付けたので、炉に取りつけたままでも溶接補助部材を予熱可能であり、溶接することができる。
よって、ステーブクーラーを鉄皮に取付けた後に溶接部に亀裂が生じ漏水が発生した場合には、ステーブクーラーを鉄皮に取付けた状態で、底面に孔が形成された器状のシール部材のその孔に冷却配管を挿通させ、シール部材を溶接補助部材に対して溶接することで、亀裂が生じた溶接部を完全に覆うことができる。

そして、シール部材の内部が漏れ出た冷却水で満たされた後には、冷却配管における冷却水の流量は変わらないので、ステーブクーラーの冷却効率は悪化せず、確実に冷却可能である。

なお、本発明のステーブクーラー及びステーブクーラーの補修方法のように、事前に銅よりも熱伝導率の低い金属からなる溶接補助部材を取付けておく点は、上述した特許文献１及び２には全く記載されていない。

本発明の実施形態に係るステーブクーラーを示す断面図である。 本発明の実施形態に係るステーブクーラーの補修方法で使用されるシール部材を示す斜視図である。 図１のステーブクーラーに図２のシール部材を取付けた状態を示す断面図である。 従来のステーブクーラーを示す断面図である。

図１乃至図３を参照して、本発明の実施形態に係るステーブクーラー２０及びステーブクーラー２０の補修方法を説明する。
このステーブクーラー２０は、本体部１１と、冷却配管１２と、溶接補助部材２４を備え、溶接補助部材２４を特徴とする。
従来例で示したものと同一部分には同一符号を付した。

本実施形態に係るステーブクーラー２０は、高炉などの竪型炉の鉄皮１の炉内側面に対して上下方向及び左右方向（周方向：図１においては紙面前後方向）に複数枚取付けられている。隣接するステーブクーラー２０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。
本体部１１は、銅製の薄板状で、上下に延びる冷却パイプが左右方向に間隔をあけて複数本埋設されている。それらの冷却パイプにはそれぞれ冷却媒体として冷却水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。

冷却配管１２は、本体部１１の炉外側面に溶接されて、本体部１１内の冷却パイプと連通し、炉外に配置されたポンプ（図示しない）を介して冷却水を本体部１１内で循環させている。
冷却配管１２の付け根部分には溶接されてなる溶接部１３が形成されている。
また、冷却配管１２はその長さを継ぎ足すように所定の位置で着脱自在に連結されており、その連結を外した状態においてメンテナンス等を行うことができる。

溶接補助部材２４は、ステンレス鋼（他の鋼でもよい）製のリング状の部材であり、ステーブクーラー２０の製造時に予め本体部１１に溶接補助部材２４を鋳込んでおく。このとき、溶接補助部材２４は本体部１１の炉外側面に露出し、冷却配管１２が溶接された溶接部１３の周囲を囲う状態で固定されている。
ここで、ステンレス鋼は銅よりも熱伝導率の低い金属であり、銅の熱伝導率が約４００Ｗ／（ｍ・Ｋ）のところ、ステンレス鋼の熱伝導率は約２０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
また、炉外側からステーブクーラー２０を見たときに、鉄皮１により溶接補助部材２４が取り付けられるように鉄皮１に空隙を形成しておく。

それに加え、冷却配管１２の溶接部１３寄りの周面にも筒状の溶接補助部材２４が取付けられている。冷却配管１２に取付けられた溶接補助部材２４もステンレス鋼からなる。

以上のように構成されたステーブクーラー２０の補修方法について説明する。
通常時（平常時）には、図１に示したようにステーブクーラー２０を鉄皮１に取付けた状態で使用する。
そして、ステーブクーラー２０を鉄皮１に取付けた後に溶接部１３に亀裂Ｋが生じ漏水が発生した場合には、漏水の原因となった冷却配管１２に流れる冷却水を一旦停止させる。
このとき、同一ステーブクーラー２０に取付けれられている他の冷却配管１２ではそのまま通水し、ステーブクーラー２０を冷却し続ける。

当該冷却配管１２に流れる冷却水を停止した後、冷却配管１２の連結を解除して冷却配管１２の端部（断面）が露出した状態にする。
そして、ステーブクーラー２０を鉄皮１に取付けたままの状態で、図２に示すような、底面に孔２５ａが形成された器状のシール部材２５のその孔２５ａに冷却配管１２を挿通させるように、シール部材２５を冷却配管１２に嵌める。

このシール部材２５の孔２５ａの直径は冷却配管１２に取付けられた筒状の溶接補助部材２４の外径より若干大きく、孔２５ａに冷却配管１２の溶接補助部材２４を挿入可能である。
また、シール部材２５の外径は本体部１１の溶接補助部材２４の外径よりも小さく、シール部材２５の内径は本体部１１の溶接補助部材２４の内径よりも大きい。
また、シール部材２５の縁部２５ｂを本体部１１の溶接補助部材２４に当接したときに、シール部材２５の孔２５ａが冷却配管１２の溶接補助部材２４に相対向する位置となるだけの深さ（図３における左右方向の寸法）をシール部材２５は有している。

そして、本体部１１の溶接補助部材２４及び冷却配管１２の溶接補助部材２４を予熱し、本体部１１の溶接補助部材２４とシール部材２５の縁部２５ｂとを全周にわたり溶接し、また冷却配管１２の溶接補助部材２４とシール部材２５の孔２５ａとを全周にわたり溶接する。つまり、これによって亀裂Ｋが生じた溶接部１３をシール部材２５によって完全に覆い、シール部材２５が閉空間を形成している。
最後に当該冷却配管１２に再び通水させる。

以上のように構成されたステーブクーラー２０及びステーブクーラー２０の補修方法によれば、本体部１１の炉外側面に、冷却配管１２が溶接された溶接部１３の周囲を囲うように、ステンレス鋼という銅よりも熱伝導率の低い金属からなる溶接補助部材２４を取付けたので、炉に取り付けたままでも溶接補助部材２４を予熱可能であり、溶接することができる。

よって、ステーブクーラー２０を鉄皮１に取付けた後に溶接部１３に亀裂Ｋが生じ漏水が発生した場合には、ステーブクーラー２０を鉄皮１に取付けた状態で、底面に孔２５ａが形成された器状のシール部材２５のその孔２５ａに冷却配管１２を挿通させ、シール部材２５を溶接補助部材２４に対して溶接することで、亀裂Ｋが生じた溶接部１３を完全に覆うことができる。

そして、冷却配管１２に通水し、シール部材２５の内部が漏れ出た冷却水で満たされた後には、冷却配管１２における冷却水の流量は変わらないので、ステーブクーラー２０の冷却効率は悪化せず、確実に冷却可能である。

なお、本実施形態において、シール部材２５の材質をステンレス鋼（鋼）としたが、これに限られるものではなく、その他の熱伝導率が銅よりも低い金属、例えばアルミニウムであっても本実施形態のようにオンライン溶接可能である。

また、溶接補助部材２４を本体部１１に鋳込んだが、これに限られるものではなく、ステーブクーラー２０の製造時に本体部１１に溶接して取付けておいてもよい。

また、本体部１１と冷却配管１２の両方に溶接補助部材２４を取付けたが、どちらか一方に溶接補助部材２４が取付けられているだけでもよい。
例えば、本体部１１にのみ溶接補助部材２４が取付けられている場合には、Ｏリング等の軟質のシール材をシール部材２５の孔２５ａに設けることでシールすることが可能である。

また、溶接補助部材２４の形状は本実施形態に係るものに限られるものではなく、溶接部１３を内包する閉空間を形成可能なものであればよい。

１ 鉄皮
１０ ステーブクーラー
１１ 本体部
１２ 冷却配管
１３ 溶接部
２０ ステーブクーラー
２４ 溶接補助部材
２５ シール部材
２５ａ 孔
２５ｂ 縁部
Ｋ 亀裂

Claims (4)

1. 銅製の本体部の炉外側面に冷却配管が溶接され、高炉の鉄皮の炉内側面に取付けられるステーブクーラーであって、
   前記本体部の炉外側面に、前記冷却配管が溶接された溶接部の周囲を囲うように、銅よりも熱伝導率の低い金属からなる溶接補助部材を取付けたことを特徴とするステーブクーラー。
2. 銅製の本体部の炉外側面に冷却配管が溶接され、高炉の鉄皮の炉内側面に取付けられるステーブクーラーであって、
   前記冷却配管の周面に、銅よりも熱伝導率の低い金属からなる溶接補助部材を取付けたことを特徴とするステーブクーラー。
3. 前記金属は、鋼、ステンレス鋼、又はアルミニウムのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項１又は２に記載のステーブクーラー。
4. 銅製の本体部の炉外側面に冷却配管が溶接され、高炉の炉壁を構成する鉄皮の炉内側面に取付けられるステーブクーラーの補修方法であって、
   前記ステーブクーラーを前記鉄皮に取付ける前に、前記本体部の炉外側面又は前記冷却配管の周面のうち少なくいずれか一方に、銅よりも熱伝導率の低い金属からなる溶接補助部材を取付けておき、
   前記ステーブクーラーを前記鉄皮に取付けた後に前記溶接部に亀裂が生じ漏水が発生した場合には、前記ステーブクーラーを前記鉄皮に取付けた状態で、底面に孔が形成された器状のシール部材のその孔に前記冷却配管を挿通させ、前記シール部材を前記溶接補助部材に対して溶接することを特徴とするステーブクーラーの補修方法。