JP2021518521A - ステーブ保護システム - Google Patents

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Abstract

冶金炉用のステーブ保護システムは、X-Y平面を画定するようにX方向とY方向とを有する前面であって、X方向に延びる溝の列を備える前面を備えるステーブと、溝によって滑り可能に収容されるインサートであって、それぞれの溝に収容されるインサートが、溝に沿って互いに離隔され、溝に収容されるインサートの中心が、隣接する溝に収容されるインサートの中心からXおよびY方向の各々にずれ、インサートの各々が、ステーブの前面から突出し、X-Y平面におけるXおよびY方向の各々に対して傾斜した流れ案内面を備えるインサートとを備え、使用時には、XおよびY方向の各々における各インサートのずれおよび傾斜した流れ案内面によって、炉負荷物質の流れが、重力下で、XおよびY方向の各々における成分を有する方向に流れ、それによって、ステーブの前面全体にわたってインサート間に負荷物質を分散させ、ならびに/または負荷物質をインサート間に捕捉する。

Description

本発明は、冶金炉、たとえば、溶鉱炉用のステーブ保護システムに関する。
従来の溶鉱炉は、炉胸部、炉腹部、朝顔部、羽口部、炉床部、および出銑口を含むいくつかの部分および構成要素を備える。溶鉱炉の内部炉殻は、ステーブと呼ばれる水冷冷却板によって保護される場合があり、ステーブは、炉内で生じる還元プロセス時に炉殻を過熱から保護する。現代のステーブは一般に、銅または銅合金で構成される。ただし、他の材料、たとえば、鋼または鋳鉄が使用されてもよい。
ステーブは、炉に投入された固体原材料が炉内を下降する際に固体原材料から摩耗を受けることがある。状況によっては、摩耗が激しく、ステーブをその計画耐用年数が完了する前に交換することが必要になっている。これは、炉の稼働停止時間に起因してコストがかかる。したがって、耐用年数を延ばすように摩耗に抵抗するようにステーブを設計することが重要である。
動作時にステーブの前面上に凍結付着層を形成することによってステーブの摩耗が低減することがわかっている。この目的のために、ステーブは、付着物をステーブ上に保持するリブおよび溝を備える機械加工された前面、すなわちホットフェースを有する。この種の代表的な銅製ステーブの一部を図1に示す。
この概念を改良したのが前面保護材料またはクラッディングの付加であり、クラッディングは銅製ベース材料よりも硬いが、それにもかかわらず面上での凍結によって保護付着層を形成するのを可能にする。このことは、銅製ステーブおよびその断面を示す図2に示されているように炭化ケイ素と黒鉛れんがの組合せを使用して実現されている。
特許文献1は、耐火れんがライニング、耐火ガナイト、またはプロセス生成付着層を面に固着するための固着手段を形成するリブおよび溝を備える前面を有するステーブについて説明している。図3に概略的に示すように溝内に金属インサートが設けられる。金属インサートは、リブの側面を覆ってリブを腐食から保護する。しかし、この解決手段に関して考えられる問題として、金属インサートに歪みおよび/または座屈が生じがちになる場合があり、ステーブ本体の材料(銅であるとき)よりも導電性の低い材料を使用することによって、ステーブの熱性能が低下し、保護付着層の凍結に影響を与える可能性がある。
次に図4を参照するとわかるように、ステーブの面の各溝に複数の突出する矩形ブロックを配置し、これらのブロックを溝の長さに沿って互いに離隔することが提案されている。ブロックは、炭化ケイ素または何らかの他の硬質材料を含んでもよく、それによってステーブの面に保護クラッディングが設けられる。ブロックは、より短いスペーサインサートによって互いに分離される。インサートは、各ブロック間の領域内のステーブの面を保護することがある。図4に示すように、各ブロックは、ステーブの面上に市松模様を形成するように各溝間で交互に配列されることが好ましい。
したがって、ステーブ摩耗率を低下させるための既存の解決手段は、
i)ステーブ内またはステーブの前に耐火/セラミック摩耗ライニングを設置すること、
ii)ステーブの前面にレッジを設置して付着物がより厚くなることを推進すること、および
iii)前面における機械加工された形状内にクラッディングを設置することを含む。
これらの解決手段によっていくつかの改善がもたらされたが、ステーブ摩耗率を低下させて耐用年数を延ばし炉稼働停止時間を短縮することのできる新しい技術が依然として必要である。
特許文献２は炉ライニング用の冷却要素に関する。
国際公開第2009/147192号パンフレット 独国実用新案第7331936号明細書
本発明の一態様によれば、冶金炉用のステーブ保護システムであって、X-Y平面を画定するようにX方向とX方向に垂直なY方向とを有する前面を備えるステーブであって、前面が、X方向に延びる溝の列を備える、ステーブと、溝によって滑り可能に収容されるインサートであって、それぞれの溝によってそのように収容されるインサートが、溝に沿って互いに離隔され、溝のうちの1つによって収容されるインサートの中心が、隣接する溝によって収容されるインサートの中心からX方向およびY方向の各々においてずれ、インサートの各々が、ステーブの前面から突出し、X-Y平面におけるXおよびY方向の各々に対して傾斜した流れ案内面を備える、インサートとを備え、それにより、使用時には、XおよびY方向の各々における各インサートのずれおよび傾斜した流れ案内面によって、炉負荷物質の流れが、重力下で、XおよびY方向の各々における成分を有する方向に流れ、それによって、ステーブの前面全体にわたってインサート間に負荷物質を分散させ、ならびに/または負荷物質を各インサート間に捕捉するステーブ保護システムが提供される。
本明細書でより詳細に説明するように、インサートは、ステーブの前面(またはホットフェース)用のクラッディングを構成し、それによって、このステーブが炉内で使用されるときに負荷物質の保護層を前面上に形成させる。各インサートをずらすことと、傾斜した流れ案内面を設けることによって、有利なことに、負荷物質がステーブの面全体にわたってXおよびY方向に同時に分散される。
インサートの構成および配置(たとえば、各インサートをずらすことおよび形状)によって、負荷物質は、重力下で流れる際にインサートによってまたは各インサート間に捕捉される。負荷物質の捕捉は、負荷物質が傾斜した流れ案内面全体にわたってXおよびY方向の各々に通過する際に行われてもよい。
負荷物質は、上述のように最初にステーブの前面の全体にわたって分散されてから、インサートによってまたは各インサート間に捕捉されてもよい。したがって、使用時には、XおよびY方向の各々における各インサートのずれおよび傾斜した流れ案内面によって、炉負荷物質の流れが、重力下で、XおよびY方向の各々における成分を有する方向に流れ、それによって、負荷物質が、ステーブの前面全体にわたって各インサート間に分散され、各インサート間に捕捉される。
負荷物質は、最初にステーブの前面の全体にわたって分散されることなしに、インサートによってまたは各インサート間に捕捉されてもよい。たとえば、負荷物質は、最初に前面の全体または場合によっては大部分にわたって拡散されることなしに、前面の局部領域に捕捉されてもよい。したがって、使用時には、XおよびY方向の各々における各インサートのずれおよび傾斜した流れ案内面によって、炉負荷物質の流れは、重力下で、XおよびY方向の各々における成分を有する方向に流れ、それによって、負荷物質をステーブの前面における各インサート間に捕捉する。
したがって、インサートは、ステーブの前面全体にわたって負荷物質を分散させ、その後負荷物質を各インサート間に捕捉する働きをするか、または負荷物質を事前に前面全体にわたって分散させることなしに単に各インサート間に捕捉する働きをする。負荷物質を前面全体にわたって分散させる傾向があるか否かは、たとえば、負荷物質の体積および重量、ならびに負荷物質の流量、温度、および粘度を含む流れ条件に依存することがある。
さらに、負荷物質は、X-Y平面に実質的に垂直な流れ方向から各インサート間の空間に直接進入することができる。そのような負荷物質は、必ずしも最初に傾斜した流れ案内面全体にわたってXおよびY方向の各々に通過することなしに、インサートによってまたは各インサート間に捕捉することができる。
本明細書では、「負荷物質」は、(i)溶鉱炉内の鉄含有材料、たとえば、鉄鉱石または鉄鉱石パレット、および(ii)溶鉱炉スラグ、すなわち、鉄鉱石または鉄ペレット、コークスおよびフラックス(たとえば、石灰石またはドロマイト)が溶鉱炉内で一緒に融解し、次いで凝固するときに形成されるスラグの一方または両方を指す。
X方向におけるずれは、Y方向に延びる想像線が、溝のうちの1つによって収容されるインサートの流れ案内面および隣接する溝によって収容されるインサートの流れ案内面と交差するようなずれであってもよい。
Y方向におけるずれは、X方向に延びる想像線が、溝のうちの1つによって収容されるインサートの流れ案内面および隣接する溝によって収容されるインサートの流れ案内面と交差するようなずれであってもよい。
X方向におけるずれは、Y方向に延びる想像線が、溝のうちの1つによって収容されるインサートの流れ案内面および隣接する溝によって収容されるインサートの流れ案内面と交差するようなずれであってもよく、Y方向におけるずれは、X方向に延びる想像線が、溝のうちの1つによって収容されるインサートの流れ案内面および隣接する溝によって収容されるインサートの流れ案内面と交差するようなずれであってもよい。
X方向におけるずれは、溝のうちの1つによって収容される各インサートの中心間のX方向における距離がDであり、隣接する溝によって収容される各インサートの中心と溝のうちの1つによって収容されるインサートの中心との間のX方向における距離がD/2であるようなずれであってもよい。
流れ案内面の各々は、ステーブの前面に垂直であってもよい。
各インサートは、流れ案内面を含む突出部と、それぞれの溝によって収容される取付け部とを備えてもよい。インサートは、突出部と取付け部が一体化されるような単体構成を有してもよい。代替的に、インサートは、突出部と取付け部が個別の要素であるような非単体構成を有してもよい。
突出部は、多面体であってもよく、突出部の側面は流れ案内面を備えてもよい。突出部は六角形であってもよく、突出部の6つの側面のうちの4つの側面の各々は、傾斜した流れ案内面のそれぞれを備えてもよい。六角形の突出部の他の2つの側面はそれぞれ、Y方向に延びてもよい。代替的に、六角形の突出部における他の2つの側面はそれぞれ、X方向に延びてもよい。
突出部はくぼみを備えてもよい。
それぞれの溝によって収容されるインサートは、溝に滑り可能に収容されるスペーサによって溝に沿って互いに離隔されてもよい。スペーサのうちの少なくとも1つは、インサートのうちの少なくとも1つの一体部分であってもよい。スペーサのうちの少なくとも1つは個別の要素であってもよい。
スペーサは、各インサート間のそれぞれの溝の表面を覆うように構成されてもよい。代替的に、スペーサは、各インサート間においてそれぞれの溝の表面を露出させるように構成されてもよい。
ステーブは金属材料を備えてもよい。金属材料は、銅、銅合金、鋼、または鋳鉄を含んでもよい。
インサートのうちの少なくとも1つは金属材料を含んでもよい。金属材料は、銅、銅合金、鋼、または鋳鉄を含んでもよい。インサートのうちの少なくとも1つは、耐摩耗耐火材料を含んでもよい。耐摩耗耐火材料は炭化ケイ素またはアルミナを含んでもよい。
スペーサのうちの少なくとも1つは金属材料を含んでもよい。金属材料は、銅、銅合金、鋼、または鋳鉄を含んでもよい。スペーサのうちの少なくとも1つは、耐摩耗耐火材料を含んでもよい。耐摩耗耐火材料は炭化ケイ素またはアルミナを含んでもよい。
次に、添付の図を参照しながら、一例として実施形態について説明する。
炉用の従来のステーブの一部を示す図である。 炭化ケイ素および黒鉛れんがを含む従来のステーブを示す図である。 金属インサートを備える従来のステーブの一部を示す図である。 金属インサートと突出する矩形ブロックとを備える従来のステーブの一部を示す図である。 本発明の実装形態によるインサートおよびスペーサを示す図である。 本発明の実装形態によるインサートおよびスペーサを示す図である。 本発明の一実施形態において使用されるステーブの一部を示す図である。 本発明の一実施形態による図6aのステーブに設置された複数のインサートおよび複数のスペーサを示す図である。 本発明の一実施形態による図6aのステーブに設置された複数のインサートおよび複数のスペーサを示す図である。 例示的なインサート間に形成された流路を示す図である。 本発明の別の実施形態によるステーブにおけるインサートの配置を示す図である。
図5aを参照するとわかるように、インサート100は、突出部102と取付け部104とを備える。この例示的な実施形態では、インサート100は単体構成を有し、したがって、突出部102および取付け部104の各々は、単体インサート100の一部である。この実施形態では、インサート100は炭化ケイ素を含む。代替的に、インサート100は、アルミナ、銅、銅合金、鋼、鋳鉄、または他の適切なセラミック、金属、もしくは金属合金を含んでもよい。
突出部102は、正六角形を形成する6つの面102c1〜102c6を有する周辺外縁部によって互いに接続された前面102aと背面102bとを備える。言い換えれば、突出部102は六角形プリズムである。面102c1〜102c6(図には102ciのみが示されている)の交差部に頂点102ci〜102viが形成される。
円形くぼみ102dが、前面102aから突出部102の本体内に延び、床部102d1(不図示)と周辺壁102d2とを備える。したがって、円形くぼみ102dは、突出部102の本体にめくら穴またはボアを形成する。ボアは、中心軸Cを有し、中心軸Cは、インサート100の幾何学的中心と一致する。
取付け部104は、突出部102の後方に延びる。より詳細には、取付け部104の側面104a、104bの各々は、突出部102の周辺外縁部の互いに対向する面102c2、102c5のそれぞれから後方に延びる。側面104a、104bの背端部は、突出部102の前面102aおよび背面102bに平行に位置する取付け部104の背面104cによって互いに接続される。
取付け部104の上面104dは、側面104a、104bの上縁部間を横方向に延び、かつ前方に突出部102の背面102bまで延びる。同様に、取付け部104の下面104eは、側面104a、104bの下縁部間を横方向に延び、かつ前方に突出部102の背面102bまで延びる。
取付け部104の上面104dおよび下面104eは、中心軸Cに対して傾斜し、それによって、取付け部104の背面104cから突出部102の背面102bまで先細テーパを形成している。言い換えれば、上面104dおよび下面104eを傾斜させると、取付け部104に楔形断面が設けられ、楔の最も厚い部分は、取付け部104の背面104cに位置し、楔の最も薄い部分は、突出部102の背面102bに位置する。
別の実施形態では、突出部102および取付け部104は、インサート100を形成するように永久的にまたは取外し可能に互いに取り付けることのできる個別の要素である。そのような実施形態では、突出部102および取付け部104の各々は、炭化ケイ素、アルミナ、銅、銅合金、鋼、鋳鉄、または他の適切なセラミック、金属、もしくは金属合金を含んでもよい。
次に図5bを参照するとわかるように、スペーサ200は、4つの側面200c〜200fによって接続された矩形の前面200aおよび背面200bを備える。この実施形態では、スペーサ200は、2つのより長い側面200c、200dと2つのより短い側面200e、200fとを備える。代替的に、前面200aおよび背面200bは、方形であってもよく、それによって、スペーサ200は、長さの等しい4つの側面を備える。
より長い側面200c、200dの各々は傾斜し、それによって、スペーサ200は、断面で見たときに楔形を有し、楔の最も厚い部分は、背面200bに位置し、楔の最も薄い部分は、前面200bに位置する。
この実施形態では、スペーサ200は銅合金を含む。代替的に、スペーサ200は、炭化ケイ素、アルミナ、銅、銅合金、鋼、鋳鉄、または他の適切なセラミック、金属、もしくは金属合金を含んでもよい。
次に図6aを参照するとわかるように、矩形の冷却板すなわちステーブ300は、前面(またはホットフェース)302と、背面304と、縁部306a〜306dとを備える(図6aには底縁部306dは示されていない)。ステーブ300は、溶鉱炉において使用される複数の同様なステーブのうちの1つであるものとされる。
この例示的な実施形態では、ステーブ300は、(図6aにおけるX方向の)幅が約1.0mであり、(図6aにおけるY方向の)高さが約1.5mであり、(図6aにおけるZ方向の)最大厚さまたは深さが約120mmである。幅、高さ、および深さのX、Y、Z表示はそれぞれ参照の都合上のものであり、請求される発明に対する制限ではないことが理解されよう。
ステーブ300の内部は水冷通路310を備える。ステーブ300本体は他の点では概ね固体である。
この実施形態では、ステーブ300は銅合金から構成される。代替材料には、限定はしないが、銅、鋼、および鋳鉄が含まれる。
ステーブ300の前部は、列に並べられ突出するリブ314によって互いに分離された複数の同様な溝312を備える。この例示的な実施形態では、12個の溝312と13個のリブ314(図6aではいくつかの溝312およびリブ314のみが見えており、図6aはステーブ300の一部のみを示す)がある。各溝310は、ステーブ300の幅全体にわたって延び、それによって、ステーブ300の側縁部306a、306cの各々の所に開放端部を有する。溝310の各々は、溝の各端部間を延びる長軸Lを(図6aにおけるX方向に)有する。
この実施形態では、溝312は、機械加工によって形成される。代替的に、溝312は鋳造によって形成されてもよい。
溝312の各々は平坦なベースまたは床部312aを備える。溝312の各々は、一対の互いに対向する壁312bをさらに備える。互いに対向する壁312bの各々は、溝312を画定する2つの隣接するリブ314のうちの一方の表面である。リブ314の各々は平坦な面314aを含む。平坦な面314aは、溝312の床部312aに平行である。したがって、ステーブ300の前面302は、2つの部分、すなわち、突出するリブ314の平坦な面314aを備える最前部と、溝312の平坦な床部312aを備える凹部とを備えると見なされてもよい。
溝312の各々の2つの互いに対向する壁312bの各々は傾斜し、それによって、溝312の床部312aから溝312を画定するリブ314のそれぞれの平坦な面314aまでの先細テーパが溝312の各々に設けられる。したがって、溝312の各々は、(ステーブ300の側縁部306a、306cから見たときに)楔形断面を有し、楔の最も厚い部分は、溝312の床部312aに位置し、楔の最も薄い部分は、リブ314の平坦な面314aに位置する。互いに対向する壁312bの傾斜角度は、インサート100の取付け部104の傾斜した上面104dおよび下面104eに対して相補的に設定されるとともに、スペーサ200の傾斜したより長い側面200c、200dに対して相補的に設定される。
さらに、溝312の各々の深さ(すなわち、溝312を画定する2つの隣接するリブ314の面314aと溝312の床部312aとの間の距離)は、スペーサ200の厚さ(すなわち、スペーサ200の前面200aと背面200bの間の距離)およびインサート100の取付け部104の深さ(すなわち、インサート100の取付け部の背面104cと突出部102の背面102bとの間の距離)の各々に概ね等しい。
次に図6bも参照するとわかるように、本明細書において上記で説明するインサート100およびスペーサ200はステーブ300の溝312に設置され、それによって、ステーブ300に保護クラッディングが設けられる。ステーブ300、インサート100、およびスペーサ200は組み合わされるとステーブ保護システムを構成する。
溝312におけるインサート100およびスペーサ200の設置について、特に図6bおよび図6cを参照しながら説明する。簡潔に説明するために、ステーブの溝312a、312bの1つの対のみに関して動作が示されるが、インサート100およびスペーサ200の設置の原則は溝312の他の対についても同じであることを理解されたい。
ステーブ300は、最も好都合には、最初にインサート100およびスペーサ200の設置を目的として直立垂直位置に配置される。すなわち、前面302は垂直面内に位置する。この位置では、溝312の各々の長軸Lが、水平方向に延び、それによって、床部に平行にかつ垂直方向に垂直になることが理解されよう。
第1のスペーサ200を第1の例示的な溝312iに並べてステーブ300の左側側縁部306aまで設ける。第1のスペーサ200の向きは、スペーサ200のより長い側面200c、200dが第1の溝312iの長軸Lに平行に位置し、スペーサ200の前面200aが前方を向き、スペーサ200の背面200bがステーブ300の後方を向くような向きである。
次いで、第1のスペーサ200を右側へ移動させ、第1の溝312iの開放された左側端部内に滑り可能に挿入し、それによって、第1のスペーサ200の背面200bが、第1の溝312iの床部312aに接触し、第1のスペーサ200のより長い側面200c、200dが、第1の溝312iのそれぞれの互いに対向する壁312bに接触する。したがって、第1のスペーサ200は、第1の溝312iによって滑り可能に収納される。第1のスペーサ200および第1の溝312iの寸法は、第1のスペーサ200が、第1の溝312iにぴったりと嵌るが、オペレータによって加えられる力の下で第1の溝312iに沿って十分に自由に滑ることができるような寸法であることが理解されよう。
第1のスペーサ200を第1の溝312i内を第1の溝312iに沿ってさらに右側に滑らせる。ステーブ300全体にわたる第1のスペーサ200の横方向の走行は、第1の溝312iの床部312aおよび互いに対向する壁312bによって案内される。第1のスペーサ200を第1の溝312iの右側端部の所で停止させ、それによって、第1のスペーサ200の右側のより短い側面200fがステーブ300の右側側縁部306c(図6bおよび図6cには示されていない)と同一平面を形成する。
この位置では、第1のスペーサ200の背面200bが、第1の溝312iの床部312aと当接し、第1のスペーサ200のより長い側面200c、200dはそれぞれ、第1の溝312iの互いに対向する壁312bのうちの一方と当接する。さらに、第1のスペーサ200の前面200aが、隣接するリブ314の平坦な面314aと同一平面を形成する。
第1のスペーサ200の楔形のより長い側面200c、200dおよび第1の溝312iの互いに対向する壁312bの逆のテーパに起因して、第1のスペーサ200は、ステーブ300の前面302から落ちるかまたは引き出されるのを防止される。すなわち、逆のテーパは、第1のスペーサ200の前方へ前面102から離れる方向(すなわち、図6bにおけるZ方向)への変位に抵抗する強力な「蟻」継ぎを形成する。したがって、第1のスペーサ200は、ステーブ300の前面302にしっかりと保持されるかまたは取り付けられる。
次に、第1のインサート100が、第1の例示的な溝312iに並べてステーブ300の左側側縁部306aまで設ける。第1のインサート100の向きは、取付け部104の上面104dおよび下面104eが第1の溝312iの長軸Lに平行に位置し、突出部102の前面102aが前方を向き、取付け部104の背面104cがステーブ300の後方を向くような向きである。
次いで、第1のインサート100を右側へ移動させ、取付け部104を第1の溝312iの開放された左側端部内に滑り可能に挿入し、それによって、取付け部104の背面104cが、第1の溝312iの床部312aに接触し、取付け部104の上面104dおよび下面104eが、第1の溝312iのそれぞれの互いに対向する壁312bに接触する。したがって、第1のインサート100は、第1の溝312iによって滑り可能に収納される。第1のインサート100の取付け部104および第1の溝312iの寸法は、取付け部104が、第1の溝312iにぴったりと嵌るが、オペレータによって加えられる力の下で第1の溝312iに沿って十分に自由に滑ることができるような寸法であることが理解されよう。
第1のインサート100を第1の溝312i内を第1の溝312iに沿ってさらに右側に滑らせる。ステーブ300全体にわたる第1のインサート100の横方向の走行は、第1の溝312iの床部312aおよび互いに対向する壁312bによって案内される。第1のインサート100を第1のスペーサ200の左側端部の所で停止させ、それによって、取付け部104の右側の側面104aが第1のスペーサ200の左側のより短い側面200eに接触する。
この位置では、取付け部104の背面104cが、第1の溝312iの床部312aと当接し、取付け部104の上面104dおよび下面104eの各々が、第1の溝312iの互いに対向する壁312bのうちの一方と当接する。さらに、第1のインサート100の突出部102が、隣接するリブ314の平坦な面314aから(図6bではZ方向に)突出する。
取付け部104の楔形の上面104dおよび下面104eならびに第1の溝312iの互いに対向する壁312bの逆のテーパに起因して、第1のインサート100は、ステーブ300の前面302から落ちるかまたは引き出されるのを防止される。すなわち、逆のテーパは、第1のインサート100の前方へ前面102から離れる方向(すなわち、図6bではZ方向)への変位に抵抗する強力な「蟻」継ぎを形成する。したがって、第1のインサート100は、ステーブ300の前面302にしっかりと保持されるかまたは取り付けられる。
次に、本明細書において上記で説明した第1のスペーサ200と概ね同様な第2のスペーサ200が設けられる。ただし、第2のスペーサ200は第1のスペーサ200の長さよりも短い。すなわち、第1のスペーサ200はフルレングススペーサであり、第2のスペーサはショートスペーサである。フルレングススペーサとショートスペーサを組み合わせると、以下でさらに説明するように第1および第2の例示的な溝312a、312bのインサート100の幾何学的中心間にずれが生じる。
第2のスペーサ200を、上記で第1のスペーサ200に関して説明したのと同じ向きに第1の例示的な溝312iに並べてステーブ300の左側側縁部306aまで設ける。第2のスペーサ200を第1のスペーサ200と同様に設置する。ただし、第2のスペーサ200を第1の溝312iに沿って右側に滑らせ、第2のスペーサ200の右側のより短い側面200fが第1のインサート100の取付け部104の左側側面104bと接触するように停止する。したがって、第2のスペーサ200は、第1のスペーサ200と同様にステーブ300の前面302にしっかりと保持されるかまたは取り付けられる。
次に、本明細書において上記で説明した第1のインサート100と同様な第2のインサート100を設ける。第2のインサート100を、本明細書において上記で第1のインサート100に関して説明したのと同じ向きに第1の溝312iに並べてステーブ300の左側側縁部306aまで設ける。第2のインサート100を第1のインサート100と同様に設置する。ただし、第2のインサート100を第1の溝312iに沿って右側に滑らせ、第2のインサート100の取付け部104の右側側面104aが第2のスペーサ200の左側のより短い側面200eと接触するように停止する。したがって、第2のインサート100は、第1のインサート100と同様にステーブ300の前面302にしっかりと保持されるかまたは取り付けられる。
さらに、所望の数のインサート100が第1の溝312iに設けられるまでショートスペーサ200とインサート100を交互に設置する。この実施形態では、4つのインサート100が第1の溝312iに固定される。
第1の溝312iに最後に嵌め込まれる最も左寄りのスペーサ200はフルレングススペーサである。さらに、最も左寄りのスペーサ200の右側のより短い側面200fは最も左寄りのインサート100の取付け部104の左側側面104bに接触し、一方、最も左寄りのスペーサ200の左側のより短い側面200eは、ステーブ300の左側側縁部306aと同一平面を形成する。
次に、第2の溝312iiにスペーサ200およびインサート100を設置する。第2の溝312iiは第1の溝312iのすぐ隣に位置する。すなわち、第1および第2の例示的な溝312i、312iiは、2つの溝312i、312iiを分離する共通のリブ314を共有する。
本明細書において上記で説明した種類のショートスペーサである第1のスペーサ200を第2の例示的な溝312iiに並べてステーブ300の左側側縁部306aまで設ける。本明細書において上記で第1の溝312iに関して説明したように、第1のスペーサ200を第2の溝312iiに設置する。
次に、第1の溝312iに嵌め込まれるインサート100と同様な第1のインサート100を第2の溝312iiに並べてステーブ300の左側側縁部306aまで設ける。第1の溝312iに関して本明細書において上記で説明したように、第1のインサート100を第2の溝312iiに設置する。
さらに、所望の数のインサート100が第2の溝312iiに設けられるまでショートスペーサ200とインサート100を交互に設置する。第2の溝312iiにはフルレングススペーサ200は嵌め込まれないので、第2の溝312ii内のインサート100の数は、第1の溝312i内のインサート100の数よりも1少ない。したがって、この実施形態では、3つのインサート100が第2の溝312iiに固定される。
この例示的な実施形態では、ステーブ300は合計で12個の溝312を備え、本明細書において上記で説明したように、溝312の対がスペーサ200およびインサート100に取り付けられることが理解されよう。
上述の例示的な実施形態では、スペーサ200およびインサート100をステーブ300の左側側縁部306aの所に挿入して右側に滑らせたが、スペーサ200およびインサート100をステーブ300の右側側縁部306cの所に同程度によく挿入して左側に滑らせてもよいことが理解されよう。
設置後、スペーサ200およびインサート100は、ステーブ300の縁部306a、306cの所で溝312の端部に取り付けられたエンドキャップ(図示せず)によって溝312から左右方向に滑り出ることが防止されてもよい。代替的に、少なくとも、ステーブ300の縁部306a、306cに近接するスペーサ200が、たとえば、ステーブ300の本体に設けられたねじ穴に係合するねじによって、またはステーブ300に溶着することによって、ステーブ300に固定されてもよい。スペーサ200およびインサート100のうちの任意のスペーサ200およびインサート100またはすべてのスペーサ200およびインサート100がそのような手段によってステーブ300に取り付けられてもよい。
溝312に固定されたインサート100の突出部102についで、特に図6cを参照してより詳細に説明する。
各インサート100の突出部102が、正六角形を形成する6つの面102c1〜102c6を有する周辺外側縁部を備え、面102c1〜102c6の交差点に頂点102ci〜102viが形成されることが想起されよう。この例示的な実施形態では、6つの面102c1〜102c6はステーブ300の前面302に垂直に(図6cではZ方向)位置する。6つの面102c1〜102c6は、本明細書において以下でさらに説明するように流れ案内面を形成する。
この例示的な実施形態では、設置されたインサート100の各々の6つの面(または流れ案内面)102c1〜102c6のうちの4つの面102c1、102c3、102c4、102c6はそれぞれ、(図6cにおけるX方向に延びる)溝312の長軸Lと溝312の長軸Lに垂直な方向(図6cではY方向)の両方に対して傾斜している。言い換えれば、この4つの面102c1、102c3、102c4、102c6の各々は、溝312の長軸Lの各々から非ゼロ角度でかつ溝312の長軸Lに垂直な方向に位置する。言い換えれば、4つの面102c1、102c3、102c4、102c6はそれぞれ、溝312の長軸Lの方向と溝312の長軸Lに垂直な方向との間の角度に位置する。
さらにこの実施形態では、突出部102の他の2つの面102c2、102c5は、溝312の長軸Lに垂直な方向(図6cではY方向)に延びる。したがって、突出部102の前面102aは、溝312の長軸Lの方向(図6cにおけるX方向)における他の2つの面102c2、102c5の間および溝312の長軸Lに垂直な方向(図6cではY方向)における互いに対向する頂点102ci、102civ間にも延びる。
代替実施形態では、突出部102の他の2つの面102c2、102c5が溝312の長軸Lの方向(図6cにおけるX方向)に延びる。したがって、この代替実施形態では、突出部102の前面102aは、溝312の長軸Lに垂直な方向(図6cではY方向)における他の2つの面102c2、102c5の間および溝312の長軸Lの方向(図6cにおけるX方向)における互いに対向する頂点間にも延びる。
本明細書において上記で説明したように、第1の溝312iのインサート100と第2の溝312iiのインサートは互いにずらされる。次に、インサート100をずらすことまたは「交互に配列すること」について、引き続き図6cを参照してより詳細に説明する。
この例示的な実施形態では、溝312のうちの1つに固定された近傍のインサート100またはすぐ隣のインサート100の幾何学的中心間の(図6cにおけるX方向の)距離がDであり、一方、近傍の溝312またはすぐ隣の溝312に固定されたインサート100の幾何学的中心と溝312のうちの1つに固定されたインサートの幾何学的中心との間の(図6cにおけるX方向の)距離が距離Dの2分の1である。
第1の線L1が溝312の長軸Lの方向(図6cにおけるX方向)に延び、第2の線L2が溝312の長軸Lに垂直な方向(図6cではY方向)に延びる。線L1およびL2が、単に説明を目的として与えられており、説明する実施形態の構造のいかなる部分を形成するものでもない想像線であることが理解されよう。
第1および第2の線L1、L2の各々は、傾斜面102c3、102c6(または傾斜した流れ案内面)の例示的な対の両方の面と交差し、傾斜面のうちの一方102c3が、第1の溝312内の第1のインサート100の突出部102に属し、傾斜面のうちの他方102c6が、近傍の溝312またはすぐ隣の溝312内の第2のインサート100の突出部102に属する。したがって、傾斜面102c3、102c6は、XおよびY方向の各々において互いに(部分的に)重なり合うように配置される。
次に図7を参照するとわかるように、ステーブ300の第1の溝312iは、第1の例示的なインサート100iを備え、ステーブ300の第2の溝312iiは、第2および第3の例示的なインサート100ii、100iiiを備え、(第2の溝312iiのすぐ隣の)ステーブ300の第3の溝312iiiは、第4の例示的なインサート100ivを備える。
第1のインサート100iの突出部102の傾斜面は(図7におけるXおよびY方向の各々において)第2のインサート100iiの突出部102の傾斜面と部分的に重なり合い、それによって、2つの面間に第1のチャネルC1を画定する。同様に、第1のインサート100iの突出部102の別の傾斜面は(図7におけるXおよびY方向の各々において)第3のインサート100iiiの突出部102の傾斜面と部分的に重なり合い、それによって、2つの面間に第2のチャネルC2を画定する。
さらに、第4のインサート100ivの突出部102の傾斜面は(図7におけるXおよびY方向の各々において)第2のインサート100iiの突出部102の傾斜面と部分的に重なり合い、それによって、2つの面間に第3のチャネルC3を画定する。同様に、第4のインサート100ivの突出部102の別の傾斜面は(図7におけるXおよびY方向の各々において)第3のインサート100iiiの突出部102の傾斜面と部分的に重なり合い、それによって、2つの面間に第4のチャネルC4を画定する。
さらに、第2のインサート100iiの非傾斜面は(図7におけるX方向において)第3のインサート100iiiの非傾斜面と重なり合い、それによって、2つの面間に第5のチャネルC5を画定する。第1および第2のチャネルC1、C2は収束して第5のチャネルC5になり、第5のチャネルは二股に分かれるかまたは分岐して第3のチャネルC3および第4のチャネルC4になる。
第1〜第5のチャネルの各々が、リブ314の前面314aとスペーサ200の前面200aの一方または両方によって形成されるベースを備えることが理解されよう。
次に、溶鉱炉におけるステーブ保護システムの使用について説明する。
パネル状ステーブ300が炉の内壁に直立するように設置される。前面(またはホットフェース)302は、炉の内部に面し、それによって、インサート100の突出部102は前面302から実質的に水平方向に突出する。
炉が使用される間、負荷物質は炉の内部を下向きに通過する。負荷物質は、たとえば、凝縮蒸気、凝固スラグ、および金属を含んでもよい。
図7において矢印によって示すように、負荷物質(負荷物質自体は示されていない)の流れFは重力下で下向きに(図7におけるY方向に)流れる。負荷物質の一部は、第1のインサート100iの周りを流れ、第1および第2のチャネルC1、C2の各々を通って流れる。第1および第2のチャネルC1、C2間の合流点では、流れFの各部が収束し互いに組み合わされて第5のチャネルC5に流入する。
第5のチャネルC5には、3つの近接する頂点によって囲まれたステーブ300の前面302のゾーンTが画定され、各頂点は、第2のインサート100ii、第3のインサート100iii、および第4のインサート100ivのそれぞれに属する。負荷物質のある部分が3つの頂点間のゾーンTに捕捉される。捕捉された負荷物質は、ステーブ300の前面302の冷却面(ならびに突出部102の流れ案内面)と接触した状態で保持され、表面に付着し、それによって保護層を形成する。したがって、3つの頂点は、第1のチャネルC1、第2のチャネルC2、および第5のチャネルC5によってゾーンT内に送られる負荷物質の一部を保持するための非常に有効な「3点アンカー」を形成する。
この例示的な実施形態では、第4のインサート100ivの頂点と第2のインサート100iiおよび第3のインサート100iiiの頂点の各々との間の距離は約55mmである。その理由は55mmが負荷物質に含まれる代表的な粒子の大きさであるからである。
負荷物質の流れFの残りの部分(すなわち、ゾーンTに捕捉されない負荷物質の部分)は、第5のチャネルC5から第3のチャネルC3および第4のチャネルC4に流入する。
負荷物質の上述の流れパターンがステーブ300の前面302上のインサート100のさらなる同様のグループの所およびその周りで生じることが理解されよう。
(図7におけるXおよびY方向の各々において)各インサート100をずらすことおよび傾斜面102c1〜102c6(または傾斜した流れ案内面)を設けることによって、負荷物質の流れFがステーブ300の前面302にわたって下へ送られ、同時に前面の周りに(すなわち、図7におけるXおよびY方向の各々の成分を有する方向)送られる。このようにして、負荷物質はインサート100間で濾過される。したがって、負荷物質は、インサート100間で非常に効果的に分散され、その結果、前面302の実質的に全長および全幅に沿ってインサート100によって捕捉される。したがって、ステーブ300は負荷物質によって十分に保護される。
さらに、インサート100の突出部102の前面102a全体に流れ落ちる負荷物質の部分は、突出部102に画定されたくぼみ102dに収容される。
XおよびY方向の各々におけるステーブ300の前面302全体にわたる負荷物質の流れ(F)の範囲は、たとえば、負荷物質の体積および重量、負荷物質の流量、温度、および粘度を含む流れ条件によって決まり得ることを理解されたい。この場合、ある量の負荷物質の流れ(F)の進行が制限されることがあり、それによって、前記量の負荷物質は前面302の実質的に全長および全幅を覆わず、前面302の1つまたは複数の局部領域において各インサート100間に捕捉される。もちろん、さらなる量の負荷物質をステーブ300全体にわたって流し、他の局部領域におけるインサート100間に捕捉させてもよく、それによって、時間の経過とともに、前面302の実質的に全長および全幅が捕捉された負荷物質によって覆われていく。
経時的にインサート100およびスペーサ200は、負荷物質の摩擦作用によって摩耗する。スペーサ200は、前述の実施形態では銅合金から構成され、より硬い炭化ケイ素インサート100よりも高速に摩耗する場合がある。スペーサ200が摩耗するにつれて、前面200aは溝312の深さ方向に後退し、それによって、溝312内に空間が残る。このような空間は、負荷物質によって占有される「ストーンボックス」である。インサート100の取付け部104が最終的に摩耗する際に、同様なストーンボックスが負荷物質によって形成され占有されることがある。このようにして、負荷物質は、すべてのスペーサ200およびインサート100が摩耗した後でもステーブ300を保護する。
前述の例示的な実施形態では、スペーサ200はそれぞれ、厚さが溝312の深さに概ね等しい固体ブロックを備えるが、スペーサが異なる形態をとれることが理解されよう。たとえば、代替実施形態では、スペーサのうちの少なくとも1つは矩形(場合によっては方形の)フレームを備える。すなわち、スペーサは額縁に類似しており、それによって、スペーサが溝312に設置されたときに、溝312の床部312の一部がスペーサによって覆われず露出され見える状態になる。これによって、スペーサの摩耗が生じる前に負荷物質によって占有することのできるストーンボックスが得られる。そのような実施形態では、スペーサの厚さは、溝312の深さ以下であってもよい。スペーサは、露出された溝312の床部312aのある部分を露出したままにするように様々な方法で構成されてもよく、すべてのそのような構成は請求される発明の範囲内である。
さらに、スペーサは個別の要素である必要はない。代替実施形態では、スペーサのうちの1つまたは複数は、インサート100のうちの1つまたは複数の一体部分である。たとえば、1つのそのような実施形態では、スペーサは、インサート100の取付け部104の左右方向に延びるフランジ部によって構成される。
さらに、スペーサのうちのいずれかまたはすべてを省略してもよい。その理由は、インサート100が所定の位置からずれて左右方向に移動するのを防止するために、インサート100を所望の間隔で配置し、次いで(たとえば、本明細書において上記で説明したようにねじ接触または溶着によって)個別にステーブ300に取り付けることができるからである。
前述の実施形態は、六角形の突出部を有するインサートに関するが、突出部のうちの1つまたは複数が異なる形状をとれることが理解されよう。突出部の各々が多面体であることが好ましい。すなわち、突出部の各々は、平坦な多角形面、真っすぐな縁部、および鋭い角部および頂点を備える三次元固体である。たとえば、平坦な多角形面は、三角形、矩形(たとえば、方形)、五角形、七角形、八角形などであってもよい。これらの形状のすべてが請求される発明の範囲内である。代替的に、突出部のうちの1つまたは複数が円形の平坦な面を有してもよく、それによって、突出部は円板の形をとる。さらに、インサートの突出部はそれぞれに異なる形状および/またはサイズを有してもよい。さらに、突出部のくぼみは、円形以外であってもよく、または場合によっては省略されてもよい。
図8を参照するとわかるように、一実施形態では、溝312のうちの少なくとも1つはスペーサを備えない。インサート100の取付け部104の側面104a、104bは、当接し、それによって、インサート100間の負荷物質の通過を防止できる連続したレッジを形成することができる。このことは、図8に示すように、ステーブ300の底部の所またはその近くにおいて特に有用であり得る。その理由は、できるだけ多くの負荷物質のステーブ上への保持を試みることが望ましいからである。
100、100i〜100iv インサート
102 突出部
102a 前面
102b 背面
102ci〜102vi 頂点
102c1〜102c6 面
102d くぼみ
102d2 周辺壁
104 取付け部
104a、104b 側面
104c 背面
104d 上面
104e 下面
200 スペーサ
200a 前面
200b 背面
200c、200d より長い側面
200e、200f より短い側面
300 ステーブ
302 前面
304 背面
306a〜306d 縁部
310 通路
312 溝
312a 床部
312b 互いに対向する壁
312i 第1の溝
312ii 第2の溝
314 リブ
314a 平坦な面
C1〜C5 チャネル

Claims (15)

  1. 冶金炉のためのステーブ保護システムであって、
    X-Y平面を画定するようにX方向と前記X方向に垂直なY方向とを有する前面(302)を備えるステーブ(300)であって、前記前面(302)が、前記X方向に延びる溝(312)の列を備える、ステーブ(300)と、
    前記溝(312)によって滑り可能に収容されるインサート(100)であって、それぞれの溝(312)によってそのように収容される前記インサート(100)が、前記溝(312)に沿って互いに離隔され、前記溝(312)のうちの1つによって収容される前記インサート(100)の中心が、隣接する溝(312)によって収容される前記インサート(100)の中心から前記X方向および前記Y方向の各々においてずれており、前記インサート(100)の各々が、前記ステーブ(300)の前記前面(302)から突出し、かつ前記X-Y平面における前記X方向および前記Y方向の各々に対して傾斜した流れ案内面(102c1〜102c6)を備える、インサート(100)と、
    を備えており、それにより、
    使用時には、前記X方向および前記Y方向の各々における前記インサート(100)のずれと、傾斜した前記流れ案内面(102c1〜102c6)とによって、炉負荷物質の流れ(F)が、重力下で、前記X方向および前記Y方向の各々における成分を有する方向に流れ、それによって、前記ステーブ(300)の前記前面(302)にわたって前記インサート(100)同士の間に前記負荷物質を分散させ、かつ/または前記負荷物質を前記インサート(100)同士の間に捕捉することを特徴とするステーブ保護システム。
  2. 前記X方向における前記ずれは、前記Y方向に延びる想像線(L2)が、前記溝(312)のうちの1つによって収容される前記インサート(100)の流れ案内面(102c1〜102c6)および前記隣接する溝(312)によって収容されるインサート(100)の流れ案内面(102c1〜102c6)と交差するようなずれである、請求項1に記載のステーブ保護システム。
  3. 前記Y方向における前記ずれは、前記X方向に延びる想像線(L1)が、前記溝(312)のうちの1つによって収容される前記インサート(100)の流れ案内面(102c1〜102c6)および前記隣接する溝(312)によって収容される前記インサート(100)の流れ案内面(102c1〜102c6)と交差するようなずれである、請求項1に記載のステーブ保護システム。
  4. 前記X方向における前記ずれは、前記Y方向に延びる想像線(L2)が、前記溝(312)のうちの前記1つによって収容される前記インサート(100)の流れ案内面(102c1〜102c6)および前記隣接する溝(312)によって収容される前記インサート(100)の流れ案内面(102c1〜102c6)と交差するようなずれであり、かつ、
    前記Y方向における前記ずれは、前記X方向に延びる想像線(L1)が、前記溝(312)のうちの前記1つによって収容される前記インサートの流れ案内面(102c1〜102c6)および前記隣接する溝(312)によって収容される前記インサート(100)の流れ案内面(102c1〜102c6)と交差するようなずれである、請求項1に記載のステーブ保護システム。
  5. 前記X方向における前記ずれは、
    前記溝(312)のうちの1つによって収容される前記インサート(100)の前記中心同士の間の前記X方向における距離がDであり、かつ、
    前記隣接する溝(312)によって収容される前記インサート(100)の前記中心と前記溝(312)のうちの前記1つによって収容される前記インサート(100)の前記中心との間の前記X方向における前記距離がD/2であるようなずれである、請求項1から4のいずれか一項に記載のステーブ保護システム。
  6. 前記流れ案内面(102c1〜102c6)の各々は、前記ステーブ(300)の前記前面(302)に垂直である、請求項1から5のいずれか一項に記載のステーブ保護システム。
  7. 前記インサート(100)の各々は、前記流れ案内面(102c1〜102c6)を含む突出部(102)と、それぞれの前記溝(312)によって収容される取付け部(104)、とを備える、請求項1から6のいずれか一項に記載のステーブ保護システム。
  8. 前記インサート(100)は、前記突出部(102)と前記取付け部(104)とが一体化されるような単体構成を有する、請求項7に記載のステーブ保護システム。
  9. 前記インサート(100)は、前記突出部(102)と前記取付け部(104)とが個別の要素であるような非単体構成を有する、請求項7に記載のステーブ保護システム。
  10. 前記突出部は、多面体であり、前記突出部(102)の側面は前記流れ案内面(102c1〜102c6)を備える、請求項7から9のいずれか一項に記載のステーブ保護システム。
  11. 前記突出部(102)は六角形であり、前記突出部(102)の6つの側面のうちの4つの側面の各々は、傾斜した前記流れ案内面(102c1〜102c6)のそれぞれを備える、請求項10に記載のステーブ保護システム。
  12. 六角形の前記突出部(102)における他の2つの側面はそれぞれ、前記Y方向に延びる、請求項11に記載のステーブ保護システム。
  13. 六角形の前記突出部(102)における他の2つの側面はそれぞれ、前記X方向に延びる、請求項11に記載のステーブ保護システム。
  14. 前記突出部(102)はくぼみ(102d)を備える、請求項7から13のいずれか一項に記載のステーブ保護システム。
  15. それぞれの前記溝(312)によって収容される前記インサート(100)は、前記溝(312)に滑り可能に収容されるスペーサ(200)によって前記溝(312)に沿って互いに離隔されており、前記スペーサ(200)は、前記インサート(100)同士の間でそれぞれの前記溝(312)の前記表面を露出させるように構成される、請求項1から14のいずれか一項に記載のステーブ保護システム。
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