JP2725574B2 - Furnace body protection wall for metallurgical furnace - Google Patents

Furnace body protection wall for metallurgical furnace

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JP2725574B2
JP2725574B2 JP28743793A JP28743793A JP2725574B2 JP 2725574 B2 JP2725574 B2 JP 2725574B2 JP 28743793 A JP28743793 A JP 28743793A JP 28743793 A JP28743793 A JP 28743793A JP 2725574 B2 JP2725574 B2 JP 2725574B2
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furnace
stave cooler
ceramic material
metal material
protection wall
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義久 中村
一男 岡村
泰三 牧野
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】この発明は、高炉等の冶金炉の炉
壁を炉内からの熱負荷に対して保護する炉体保護壁に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a furnace body protection wall for protecting a furnace wall of a metallurgical furnace such as a blast furnace against a heat load from inside the furnace.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来高炉鉄皮を炉内からの熱負荷に対し
て保護する炉体保護壁としては、例えば特開昭63−3
5708号公報及び特開昭63−35709号公報に
は、図10に示すように、ステーブ本体23に煉瓦支持
金物24を鋳込むか、またはステーブ鋳造後にステーブ
本体23に炉壁煉瓦25、26または予め成形した不定
形耐火物を一体的に鋳込んだ炉体保護壁が用いられてい
る。この炉体保護壁により炉内側の内張り煉瓦積みを行
なうことなく、プロフィールの安定化と建設工事の簡素
化、低廉化を意図して薄壁化が図られた。
2. Description of the Related Art Conventionally, a furnace body protection wall for protecting a blast furnace steel shell against a thermal load from the inside of a furnace is disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication No.
As shown in FIG. 10, the brick support metal 24 is cast into the stave body 23, or the furnace wall bricks 25, 26 or A furnace body protection wall in which a pre-formed amorphous refractory is integrally cast is used. The wall of the furnace body was made thinner with the intention of stabilizing the profile, simplifying the construction work, and reducing the cost, without performing brickwork lining the inside of the furnace.

【0003】前記炉体保護壁により、従来のステーブク
ーラの内側に築造される内張り煉瓦が2〜3年で消耗し
て消失するのに対し、更に2〜3年は炉壁煉瓦25、2
6の寿命延長を期待したものである。しかしながら、こ
の炉体保護壁も煉瓦支持金物24をステーブ本体23に
挾み込む構造であり、該煉瓦支持金物24へのステーブ
本体23からの伝熱による冷却効果がわるく、炉内から
の高温(600〜1200℃)ガスにより溶損または脆
化するなど炉壁煉瓦の支持機能を失い、炉壁煉瓦25、
26が脱落すると、炉内側全面のステーブクーラの鋳物
部分が露出して、当該部位の炉内装入物が過度に冷却さ
れ過冷却部が生じるため、いわゆる不活性化が進行して
炉況不調に陥ることがある。
[0003] By the furnace body protection wall, the lining brick built inside the conventional stove cooler is consumed and disappears in two to three years, while the furnace wall bricks 25 and 2 are further consumed for two to three years.
6 is expected to extend the life. However, the furnace body protection wall also has a structure in which the brick support 24 is sandwiched between the stave bodies 23, and the cooling effect due to the heat transfer from the stave body 23 to the brick support 24 is deteriorated. 600-1200 ° C.) The gas loses its function of supporting the furnace wall brick, such as being melted or embrittled by the gas.
When 26 is dropped, the cast portion of the stove cooler on the entire inner surface of the furnace is exposed, and the furnace interior material at the relevant portion is excessively cooled to generate a supercooled portion. May fall.

【0004】前記のようなステーブクーラの炉壁煉瓦支
持の安定性を高めるための炉体保護壁について本出願人
は先に発明した(特願平4−71266号)。その構成
を図11及びそのX部を拡大した図12について説明す
る。炉内側Aがセラミック材料41からなり、かつ鉄皮
面側Bが鋳鉄等の金属材料51からなると共に、ステー
ブクーラ231の厚さ方向で、前記セラミック材料41
前記金属材料51とが界面を実質的に形成しないように
連続的に遷移する組成を有するマクロ不均質な傾斜機能
材料を構成することによって、炉内熱負荷変動に対して
熱応力緩和機能を有する複合層を形成したステーブクー
ラである。
The present applicant has previously invented a furnace body protection wall for improving the stability of supporting a furnace wall brick of a stove cooler (Japanese Patent Application No. 4-71266). The configuration will be described with reference to FIG. 11 and FIG. Furnace interior A is a ceramic material 4 1, and with Tetsugawa surface B is made of a metal material 5 1 such cast iron, in a thickness direction of the stave cooler 23 1, the ceramic material 4 1 and the metal material 5 1 By forming a macro-inhomogeneous functionally graded material with a composition that transitions continuously so that the interface does not substantially form an interface, a composite layer having a thermal stress relaxation function against fluctuations in the furnace thermal load is formed. It is a stave cooler.

【0005】しかし、セラミック材料41と金属材料51
との界面を実質的に形成しないように連続的に遷移する
組成を有するマクロ不均質構造体の前記ステーブクーラ
は、図示のごとく丸棒状のセラミック材料41を炉内側
Aから鉄皮面側Bに向けて外形寸法と配設密度を順次減
少して一体鋳造されるが、その鋳造する際に金属材料5
1の湯回りを確保しつつセラミック材料41の浮き上がり
を防止するには製作上種々の問題があり、工業的に能率
良く安価に製作することは困難であり、セラミック材料
1の配設方法等の製造上での改良が必要である。
However, the ceramic material 4 1 and the metal material 5 1
The interface to substantially formed so as not to continuously transition macro having a composition heterogeneity of the stave cooler, iron skin surface side B of the ceramic material 4 1 of the as shown in the drawing round bar from a furnace inside A , The outer dimensions and the arrangement density are sequentially reduced, and the casting is performed.
While ensuring the first molten metal has fabricated on a variety of problems to prevent floating of the ceramic material 4 1, industrially efficiently be manufactured at low cost is difficult, method of arranging the ceramic material 4 1 It is necessary to improve the manufacturing process.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】前記のごとく、従来の
炉体保護壁には種々の欠点があり、またそれらの欠点を
除くために改良されたステーブクーラにも製造上の問題
があり、より完成した炉体保護壁の出現が望まれてい
る。
As described above, the conventional furnace body protective wall has various drawbacks, and a stave cooler improved to eliminate those drawbacks also has manufacturing problems. The appearance of a completed furnace protection wall is desired.

【0007】この発明は、かかる現状に鑑み、従来法に
見られる製造上の問題を解決し、セラミック材料と金属
材料とで傾斜機能を有し、かつ製造が容易な炉体保護壁
を提供するものである。
[0007] In view of the above situation, the present invention solves a manufacturing problem found in the conventional method, and provides a furnace body protective wall which has a tilting function between a ceramic material and a metal material and is easy to manufacture. Things.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の冶金炉用炉体保護壁は、炉体鉄皮を炉内
熱負荷から保護するステーブクーラにおいて、炉内側が
セラミック材料で、かつ炉外面側が鋳鉄等の金属材料か
らなり、ステーブクーラ本体の厚さ方向で、前記セラミ
ック材料の体積率を段階的に減らし、逆に前記金属材料
の体積率を段階的に増やし、セラミック材料の各段階層
の間に目地状の薄い金属材料層で界面を形成して積層し
てなるマクロ不均質な傾斜機能材料でステーブクーラ本
体を構成し、該ステーブクーラ本体内の炉外側に冷却水
を通す鋼管を複数配設して一体的に鋳造してなる。
In order to achieve the above object, a furnace body protective wall for a metallurgical furnace according to the present invention is a stave cooler for protecting a furnace body shell from heat load in the furnace. And, the furnace outer surface side is made of a metal material such as cast iron, and in the thickness direction of the stave cooler main body, the volume ratio of the ceramic material is gradually reduced, and conversely, the volume ratio of the metal material is gradually increased. The stave cooler body is composed of a macro-inhomogeneous functionally graded material formed by laminating and forming an interface with a joint-like thin metal material layer between the respective step layers, and cooling water is provided outside the furnace inside the stave cooler body. A plurality of steel pipes through which the steel pipes pass are provided and integrally cast.

【0009】また、前記冶金炉用炉体保護壁において、
セラミック材料と金属材料からなるステーブクーラ本体
内に、炉内熱負荷による温度変動に対し、熱応力緩和機
能を有する積層複合層を形成してなる。
Further, in the furnace body protection wall for a metallurgical furnace,
A laminated composite layer having a thermal stress relaxation function is formed in a stave cooler body made of a ceramic material and a metal material in response to a temperature change due to a heat load in a furnace.

【0010】[0010]

【作用】この発明によるステーブクーラ本体1は、図1
(a)の要部断面模式図に示すように、加熱側Aでの遮
熱特性と冷却側Bでの構造体としての機械的強度特性と
いう異なる特性を機能分担させた熱応力緩和機能を有す
るマクロ不均質構造体である。しかも、それぞれの機能
を担う異種材料からなる構造体の組成は、ステーブクー
ラ本体1の断面厚さT方向の組成分布として図1(b)
に示すように、加熱側Aにはセラミック材料2が、冷却
側Bには金属材料3が配され、加熱側Aから冷却側Bに
向けてセラミック材料2の密度を徐々に低減し、逆に金
属材料3を徐々に増大して、中間部Cはセラミック材料
2と金属材料3との複合相をなす傾斜機能型構造を有す
るものである。これにより、図1(c)に示すように、
遮熱特性(曲線x)は加熱側Aが優れ、炉体の加熱、冷
却の温度勾配下でステーブクーラ本体内部に発生する局
部熱応力を適切に分散させる熱応力緩和機能(曲線z)
を果たすと共に、ステーブクーラ本体が取付けられる冷
却側が高強度の金属材料となっているため、機械的強度
特性(曲線y)を持つことができる。
FIG. 1 is a perspective view of a stave cooler body 1 according to the present invention.
As shown in the schematic cross-sectional view of the main part of (a), it has a thermal stress relaxation function in which different characteristics such as a heat shielding characteristic on the heating side A and a mechanical strength characteristic as a structure on the cooling side B are shared. It is a macro heterogeneous structure. Moreover, the composition of the structure made of dissimilar materials having the respective functions is represented by the composition distribution in the cross-sectional thickness T direction of the stave cooler main body 1 in FIG.
As shown in the figure, the ceramic material 2 is disposed on the heating side A and the metal material 3 is disposed on the cooling side B, and the density of the ceramic material 2 is gradually reduced from the heating side A to the cooling side B. The metal material 3 is gradually increased, and the intermediate portion C has a functionally graded structure forming a composite phase of the ceramic material 2 and the metal material 3. As a result, as shown in FIG.
The heat-shielding characteristic (curve x) is excellent on the heating side A, and a thermal stress relaxation function (curve z) that appropriately disperses local thermal stress generated inside the stave cooler body under the temperature gradient of heating and cooling of the furnace body.
And the cooling side to which the stave cooler body is attached is made of a high-strength metal material, so that it can have mechanical strength characteristics (curve y).

【0011】前記したようなステーブクーラ本体を製造
するには、遮熱特性と機械的強度特性との最適化及び熱
応力緩和機能の最適化の両方を同時に達成する事が必要
である。
In order to manufacture the above-described stave cooler main body, it is necessary to simultaneously achieve both optimization of the heat shielding characteristics and the mechanical strength characteristics and optimization of the thermal stress relaxation function.

【0012】前記セラミック材料2は、高温ガス流にさ
らされる場合には、遮熱特性、低熱伝導性、耐熱性、非
酸化特性及び装入物降下に対応すべき耐摩耗性を有する
ことが必要であり、また繰り返し加熱を受ける場合に
は、非弾性歪による熱疲労破壊に耐えられなければなら
ない。したがって、加熱側Aに配するセラミック材料2
としては、その特性あるいは機能の面からは、熱応力の
起点となる加熱側セラミック材料表面の温度が弾塑性遷
移温度以下になるよう、遮熱特性と熱応力緩和機能とを
バランスさせる必要がある。一方、材料面からは、弾塑
性遷移温度ができるだけ高い材料及び適切な熱膨張係数
を持つ材料を適用する必要がある。
When the ceramic material 2 is exposed to a high-temperature gas flow, it must have heat-shielding properties, low thermal conductivity, heat resistance, non-oxidizing properties, and wear resistance to cope with the burden drop. In addition, when repeatedly heated, it must be able to withstand thermal fatigue fracture due to inelastic strain. Therefore, the ceramic material 2 disposed on the heating side A
In terms of its properties or functions, it is necessary to balance the heat shielding properties and the thermal stress relaxation function so that the temperature of the heating-side ceramic material surface, which is the starting point of thermal stress, is equal to or lower than the elasto-plastic transition temperature. . On the other hand, from the viewpoint of the material, it is necessary to apply a material having an elasto-plastic transition temperature as high as possible and a material having an appropriate coefficient of thermal expansion.

【0013】以上の観点から、加熱側Aの最表面層に
は、アルミナAl23系セラミックもしくは炭化けい素
SiC系セラミックを配するのが望ましい。このアルミ
ナAl23には、その機械的特性を向上させるために、
炭化けい素SiC系セラミックを強化材として添加する
ことが望ましい。
In view of the above, it is desirable to arrange alumina Al 2 O 3 ceramic or silicon carbide SiC ceramic on the outermost surface layer on the heating side A. In order to improve the mechanical properties of the alumina Al 2 O 3 ,
It is desirable to add silicon carbide SiC-based ceramic as a reinforcing material.

【0014】一方、冷却側Bに配される金属材料3とし
ては、高炉のステーブクーラなどの母材として豊富な使
用実績のあるねずみ鋳鉄FC150(JIS−G550
1)、球状黒鉛鋳鉄FCD440(JIS−G550
2)等が好適である。
On the other hand, as the metal material 3 disposed on the cooling side B, gray cast iron FC150 (JIS-G550), which has been used abundantly as a base material such as a stove cooler of a blast furnace, is used.
1), Spheroidal graphite cast iron FCD440 (JIS-G550)
2) and the like are preferred.

【0015】以上の事柄に基づいて構成される、この発
明による傾斜機能型ステーブクーラの構造概念図を図2
に示す。図においてA面側は加熱側(炉内側)を示し、
B面側の冷却側(炉外側)の厚さT方向に向けて、厚さ
tのセラミック材料4の体積率(以下Vfと称し、Vf
=1は全てセラミック材料を示し、Vf=0はセラミッ
ク材料の体積が零を表す)を段階的に5層に分け徐々に
低減し、逆に金属材料5の体積率を段階的に徐々に増大
し、マクロ的ラミネート(積層)状に金属材料の界面d
を煉瓦積みの目地状に形成し、A面よりT1の厚さまで
遷移させたものである。そして、B面側のT2の部分に
は、ステーブクーラとしての炉内からの熱負荷を吸収す
るために金属材料5に冷却水を通す鋼管6を配設する。
FIG. 2 is a conceptual diagram showing the structure of a functionally graded stave cooler according to the present invention, which is constructed based on the above matter.
Shown in In the figure, the A side shows the heating side (furnace inside),
Towards the thickness T direction of the cooling side of the B-side (Rosotogawa), referred to as the volume ratio of the ceramic material 4 having a thickness of t (hereinafter Vf, V f
= 1 indicates a ceramic material, and V f = 0 indicates that the volume of the ceramic material is zero). The volume ratio of the metal material 5 is gradually reduced stepwise by dividing it into five layers. The interface d of the metal material increases in the form of a macroscopic laminate.
The in which it is formed a shaped joints brickwork was transition to a thickness of T 1 than A surface. Then, the T 2 of the portion of the B-side, arranging a steel pipe 6 through which cooling water to the metal material 5 to absorb the heat load from the furnace as a stave cooler.

【0016】前記構成の炉体保護壁によれば、炉内の温
度変動に対し、熱応力緩和機能を遺憾なく発揮し、クラ
ック発生を著しく抑制することができると共に、炉壁の
損耗防止が可能であり、長期にわたり安定した炉壁プロ
フィルを維持できる。
According to the furnace body protective wall having the above-mentioned structure, the function of relieving thermal stress can be fully exhibited against temperature fluctuations in the furnace, cracks can be significantly suppressed, and the furnace wall can be prevented from being worn. Therefore, a stable furnace wall profile can be maintained for a long period of time.

【0017】また、炉壁内側面が消耗しても、厚さ方向
の傾斜機能特性は変化せず、炉体鉄皮内面が露出する恐
れがなく、炉内を過度に冷却することがないため、炉壁
近傍の温度低下を来たすことがなく、炉体熱損失を抑制
できる。
Further, even if the inner wall surface of the furnace wall is worn out, the functional function in the thickness direction does not change, the inner surface of the furnace shell is not exposed, and the furnace is not excessively cooled. In addition, the temperature loss near the furnace wall does not occur, and the heat loss of the furnace body can be suppressed.

【0018】更に、ステーブクーラ本体のセラミック材
料と金属材料が一体ブロックとして炉壁に取付けられる
ため、炉内での煉瓦積み作業の減少により工期の短縮が
可能で、かつ炉高方向でステーブクーラ本体の厚さを任
意に変更することが可能であり設備費が低減できる。
Further, since the ceramic material and the metal material of the stave cooler main body are attached to the furnace wall as an integral block, the construction period can be shortened by reducing brick work in the furnace, and the stave cooler main body can be shortened in the furnace height direction. Can be arbitrarily changed, and equipment costs can be reduced.

【0019】[0019]

【実施例】この発明の実施例を図3〜図9に基づいて説
明する。図3はこの発明の実施よる炉体保護壁で高炉炉
壁を構築した場合の一部を示したものである。ステーブ
クーラ本体1の鋳造時には、複数の鋼管6及びセラミッ
ク材料4を前記図2の説明で述べたように、炉内側Aか
ら炉外側Bに向けてVfを段階的に徐々に減らしてラミ
ネート状に配設して一体に鋳込んだものである。そし
て、前記構成の複数のステーブクーラ本体1を取付けボ
ルト22を用いて高炉の上下方向及び円周方向に一定の
間隔をもって高炉鉄皮20に取り付ける。この際、ステ
ーブクーラ本体1と高炉鉄皮20との間及び隣接するス
テーブクーラ本体1の間には、キャスタブルのような不
定形耐火物からなる充填材21を充填する。
An embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 shows a part of a case where a blast furnace wall is constructed with a furnace body protection wall according to the embodiment of the present invention. Stave during casting cooler body 1, as mentioned several steel pipe 6 and the ceramic material 4 in the description of FIG. 2, a laminate shape gradually decreased V f stepwise toward the furnace inside A in Rosotogawa B And cast in one piece. Then, the plurality of stave cooler bodies 1 having the above configuration are attached to the blast furnace iron shell 20 at regular intervals in the vertical direction and the circumferential direction of the blast furnace using the mounting bolts 22. At this time, a filling material 21 made of an amorphous refractory such as a castable is filled between the stave cooler main body 1 and the blast furnace steel shell 20 and between the adjacent stave cooler main bodies 1.

【0020】この実施例におけるステーブクーラ本体1
の製造上の構成を図4に示す。図中下方の炉内側Aから
上方の炉外側Bに向けてアルミナAl23系耐火物7、
8、9の体積率Vfを後記の最適傾斜組成の考え方に基
づいて、階段的に減少するように配設する。
[0020] The stave cooler body 1 in this embodiment.
FIG. Alumina Al 2 O 3 -based refractory 7, from the furnace inside A at the bottom to the furnace outside B at the top,
The volume ratios Vf of 8 and 9 are arranged so as to decrease stepwise based on the concept of the optimum gradient composition described later.

【0021】すなわち、炉内側Aから3層目までの耐火
物7、8、9は、蜂の巣状に孔を明けたハニカム状耐火
物パネルを用いた。この耐火物パネルは、不定形耐火物
を枠型に入れて成形し、硬化させたのち焼成炉を使って
高温焼成し、十分な強度を付与したものを用いる。
That is, as the refractories 7, 8 and 9 from the inside A of the furnace to the third layer, honeycomb-shaped refractory panels having holes formed in a honeycomb shape were used. This refractory panel is obtained by molding an amorphous refractory into a frame mold, curing it, and then firing it at a high temperature using a firing furnace to give sufficient strength.

【0022】各ハニカム状耐火物パネルには、所定の体
積率Vfによる円形の開孔71、81、91が千鳥状配列で
設けられている。なお、この開孔の配列は千鳥状に限る
ことなく、碁盤目状等他の配列でもよいが、各層のパネ
ルの開孔位置が通し目にならないように配設することが
望ましい。
Each honeycomb-shaped refractory panel is provided with circular openings 7 1 , 8 1 , 9 1 having a predetermined volume ratio V f in a staggered arrangement. The arrangement of the openings is not limited to a staggered pattern, but may be another arrangement such as a grid pattern, but it is preferable that the openings of the panels in each layer are arranged so as not to be continuous.

【0023】耐火物9より外側に配置される耐火物はハ
ニカム状耐火物パネルではなく、プラグ状の円柱形とし
た。すなわち、体積率Vfが小さくなるとハニカム状パ
ネル形状では、孔径を大きくするか、孔数を増やす必要
上、孔間距離が小さくなり、製造過程において、その部
位から亀裂が発生しやすく、また強度が不足するからで
ある。
The refractory disposed outside the refractory 9 was not a honeycomb-shaped refractory panel but a plug-shaped column. That is, when the volume ratio Vf is reduced, in the honeycomb-shaped panel shape, it is necessary to increase the hole diameter or increase the number of holes, and the distance between the holes is reduced. In the manufacturing process, cracks are easily generated from the site, and the strength is increased. Is insufficient.

【0024】前記プラグ状の円柱耐火物10、11は、
ハニカム状耐火物パネルと同様に不定形耐火物の焼成品
を用いることができるが、予め成形した煉瓦を用いても
よい。そして、前記ハニカム状耐火物パネルにおけるパ
ネルに孔を明けるという考え方とは逆に、所定の体積率
fに沿って円柱の直径ないし配列数を決めればよい。
The plug-shaped cylindrical refractories 10, 11 are:
As with the honeycomb refractory panel, a fired product of an amorphous refractory can be used, but a brick formed in advance may be used. Then, contrary to the idea of perforating the panel in the honeycomb refractory panel, the diameter or the number of the columns may be determined along a predetermined volume ratio Vf .

【0025】ステーブクーラ本体を形成するには、耐火
物のセラミック材料と鋳鉄である金属材料とを一体鋳造
するために、耐火物間に鋳鉄の溶湯がまんべんなく充満
するように所定の湯回り間隔dが必要である実施例にお
いては、通常鋳造時多用されている図7に示す鋳造肉厚
を保持するためのケレン14を各耐火物パネル7、8、
9の間に適宜配置して耐火物パネルを積層する。また、
耐火物パネル9の外側に積層するプラグ状耐火物10、
11は、例えば厚さ0.5〜2mmの平板状のパンチン
グメタル12とケレン14を使って積層する。なお、プ
ラグ状耐火物11の外側には、パンチングメタル12上
に図6に示す円筒支持用のケレン13を配置して冷却水
用の鋼管6が配設される。上記ケレン13、14の支持
高さhは溶湯の湯回りを確保するため8mm以上とする
ことが望ましい。
In order to form the stave cooler main body, in order to integrally cast a refractory ceramic material and a cast iron metal material, a predetermined run distance d is set so that the molten cast iron is evenly filled between the refractories. In the embodiment in which the refractory panels 7, 8, and 8 are used to maintain the casting thickness shown in FIG.
9 and the refractory panels are laminated appropriately. Also,
A plug-like refractory 10 laminated on the outside of the refractory panel 9;
11 is laminated using, for example, a plate-shaped punching metal 12 having a thickness of 0.5 to 2 mm and Keren 14. In addition, outside the plug-shaped refractory 11, a steel pipe 6 for cooling water is provided on a punching metal 12 by arranging a keel 13 for supporting a cylinder shown in FIG. 6. It is desirable that the supporting height h of the Kerens 13 and 14 be 8 mm or more in order to secure the flow of the molten metal.

【0026】なお、前記耐火物パネル7、8、9に設け
る孔の形状の一例を図5に示す。耐火物パネルの孔の角
隅がクラックの起点にならないようにR(アール)を付
けることが好ましい。図5(a)は直孔71の上下端面
を面取りしてRを付けた場合である。また、図5(b)
はテーパ孔72の上下端面を面取りしてRを付けた場合
である。このテーパ孔72は、冶金炉の可動中に挿入物
との接触によりステーブクーラが摩耗や衝撃を受けた際
に、脱落するのを防止するのに有効である。
FIG. 5 shows an example of the shape of the holes provided in the refractory panels 7, 8, and 9. It is preferable to add R (R) so that the corners of the holes of the refractory panel do not become crack starting points. 5 (a) is a case where with the R chamfered lower end faces of the straight hole 71. FIG. 5 (b)
Is a case where with the R chamfered lower end faces of the tapered hole 7 2. The tapered hole 7 2, when the stave cooler is subjected to wear and impact by the contact with the inserts in movable metallurgical furnace, it is effective to prevent the falling off.

【0027】次ぎに、この発明の実施によるステーブク
ーラの典型的製造例を図8に基づいて説明する。図はス
テーブクーラの鋳造状態を示すもので、下側は炉内側
で、上側は炉外側である。下砂型16に、図4に示す耐
火物パネル7、8、9を各パネル間にケレン14を介在
して積層し、その上にパンチングメタル12、プラグ状
耐火物11、ケレン14を使って積層し、更にケレン1
3を介して鋼管6を配設する。図中、18は上砂型15
に設けた湯口、17は湯道、19は押し湯で、5は鋳造
温度1250〜1350℃で鋳込まれた鋳鉄である。
Next, a typical example of manufacturing a stave cooler according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The figure shows the casting condition of the stave cooler, where the lower side is the inside of the furnace and the upper side is the outside of the furnace. The refractory panels 7, 8, and 9 shown in FIG. 4 are laminated on the lower sand mold 16 with the interposition of the helium 14 between the panels, and the perforated metal 12, the plug-shaped refractory 11, and the helium 14 are laminated thereon. And then Keren 1
The steel pipe 6 is disposed via the pipe 3. In the figure, 18 is the upper sand mold 15
, 17 is a runner, 19 is a feeder, and 5 is cast iron cast at a casting temperature of 1250-1350 ° C.

【0028】上記のごとくして製造されるステーブクー
ラのサイズは、鋳型のサイズを変えることにより任意に
設定することができる。しかし、具体的には製造上の制
約、製品の運搬や取り込み、及び炉内面への配設バラン
スなどを勘案してされるが、一般には厚さ:350〜6
00mm、幅:1000mm、長さ:2000mm程度
である。
The size of the stove cooler manufactured as described above can be arbitrarily set by changing the size of the mold. However, specifically, it is considered in consideration of manufacturing restrictions, transportation and take-in of products, and the balance of arrangement on the inner surface of the furnace.
00 mm, width: 1000 mm, length: about 2000 mm.

【0029】この発明のステーブクーラ本体1の試作材
の温度及び応力分布のシュミレーション結果例を図9
(a)〜(d)に示す。図9(a)は、耐火物のセラミ
ック材料には、コージライト質(SiO2:50%、A
23:40%、MgO:8%、λ=1.1Kcal/
m.h℃)を用い、冷却水を通す鋼管6(STPG37
0 40ASch40)を鋳鉄5(FCD440)で1
体鋳造したものである。この場合、ステーブクーラ本体
1の厚さTは375mm、セラミック材料と鋳鉄が混在
する傾斜複合領域の厚さT1は275mm(t=45m
m、d=10mm)、炉外側の鋳鉄のみが存在する単体
領域の厚さT2は100mmである。
FIG. 9 shows an example of a simulation result of temperature and stress distribution of a trial material of the stave cooler body 1 of the present invention.
(A) to (d). FIG. 9 (a) shows that cordierite (SiO 2 : 50%, A
l 2 O 3 : 40%, MgO: 8%, λ = 1.1 Kcal /
m. h ° C) and the steel pipe 6 (STPG37) through which cooling water is passed.
0 40ASch40) with cast iron 5 (FCD440)
It is a body cast. In this case, the thickness T of the stave cooler body 1 is 375 mm, and the thickness T 1 of the inclined composite region in which the ceramic material and the cast iron are mixed is 275 mm (t = 45 m).
m, d = 10mm), the thickness T 2 of the single area only cast iron Rosotogawa there is 100 mm.

【0030】前記ステーブクーラ本体1のセラミック材
料と鋳鉄との体積率Vfの構成を図9(b)に示す。セ
ラミック材料の鋳鉄に対する傾斜組成分布は、炉内側の
熱負荷により温度解析して、セラミック材料と鋳鉄の発
生熱応力が最小になるように繰り返し計算してセラミッ
ク材料の体積率V f 分布を設計することが肝要である。
FIG. 9 (b) shows the structure of the volume ratio Vf of the ceramic material of the stave cooler body 1 and cast iron. The gradient composition distribution of the ceramic material with respect to cast iron is temperature-analyzed by the heat load inside the furnace, and the volume fraction Vf distribution of the ceramic material is designed by repeatedly calculating so as to minimize the thermal stress generated between the ceramic material and the cast iron. It is important.

【0031】図9(c)は、前記ステーブクーラ本体1
の炉内側が800℃の熱負荷を受けたときの厚さ方向に
おける温度分布を示す。この図よりセラミック材料に比
べ鋳鉄量が増すにしたがつて温度は下がり、ほぼ中央よ
り炉外側の鋳鉄量の多い部分の温度は低く十分に冷却さ
れていることがわかる。
FIG. 9C shows the stave cooler body 1.
4 shows the temperature distribution in the thickness direction when the inside of the furnace received a heat load of 800 ° C. From this figure, it can be seen that as the amount of cast iron increases as compared with the ceramic material, the temperature decreases, and the temperature of the portion where the amount of cast iron is higher on the outside of the furnace than at the center is low and sufficiently cooled.

【0032】また、図9(d)は、前記温度分布によつ
て生じる熱応力分布を示す。傾斜複合領域の厚さT1
は圧縮応力が発生し、鋳鉄の単体領域の厚さT2には引
張り応力が発生する。この引張り応力は、やや大きい
が、用いている鋳鉄は十分な靭性があるため、ステーブ
クーラとしての健全性には全く問題がない。
FIG. 9D shows a thermal stress distribution caused by the temperature distribution. The thickness T 1 of the inclined composite region compressive stress is generated, the tensile stress is generated in the thickness T 2 of the single area of the cast iron. Although this tensile stress is somewhat large, the cast iron used has sufficient toughness, and thus there is no problem in the soundness as a stave cooler.

【0033】前記のように、このステーブクーラ本体は
セラミック材料と鋳鉄とが混在する複合相を形成してい
るため、温度勾配が緩和される。その結果、加熱・冷却
の変動下でも、図9(d)の熱応力分布からも明かなよ
うに、発生熱応力が大幅に軽減されて熱応力緩和機能が
達成される。そのため、ステーブクーラ本体のクラック
発生が著しく抑制され、また、ステーブクーラ本体が炉
内側から徐々に損耗して厚さT1が薄くなっても、厚さ
方向に段階的に傾斜機能材料構造が確保されているの
で、前記の熱応力緩和機能が存在するのである。
As described above, since the stave cooler body forms a composite phase in which the ceramic material and the cast iron are mixed, the temperature gradient is reduced. As a result, even under fluctuations in heating and cooling, as is clear from the thermal stress distribution in FIG. 9D, the generated thermal stress is greatly reduced, and the thermal stress relaxing function is achieved. Therefore, cracking of the stave cooler body is remarkably suppressed, and even stave cooler body becomes small thickness T 1 gradually wear from the furnace interior, stepwise FGM structure in the thickness direction to secure Therefore, the above-described thermal stress relaxation function exists.

【0034】更に、図10に示す従来のステーブクーラ
に見られる炉内側での鋳込み煉瓦の保持力不足の欠点
を、解決する方法としての薄壁化思想に基づき、この発
明においては炉内側の内張り煉瓦の築造をやめて、ステ
ーブクーラ自体の厚さを増加させて、炉内側と炉外側と
の間を熱応力緩和型傾斜機能材料のみで構成することも
可能である。
Further, based on the idea of thinning the wall as a method of solving the drawback of the lack of holding power of the cast brick inside the furnace as seen in the conventional stave cooler shown in FIG. It is also possible to stop the construction of the brick and increase the thickness of the stave cooler itself, so that the space between the furnace inside and the furnace outside can be constituted only by the thermal stress relaxation type functionally gradient material.

【0035】[0035]

【発明の効果】この発明の熱応力緩和型傾斜機能材料か
ら構成されたステーブクーラ本体を備えたステーブクー
ラによれば、炉内側(加熱側)での遮熱特性と炉外側
(冷却側)での温度変動に対して、熱応力緩和機能を遺
憾なく発揮してクラック発生を著しく抑制することがで
きると共に、炉壁の損耗防止が可能であり、長期にわた
り安定した炉壁プロフィルを維持することができる。
According to the stave cooler provided with the stave cooler body made of the thermally stress-relaxed functionally graded material of the present invention, the heat shielding characteristics on the inside of the furnace (heating side) and on the outside of the furnace (cooling side). It is possible to remarkably suppress the occurrence of cracks by exhibiting the thermal stress relieving function against the temperature fluctuation, and to prevent the wear of the furnace wall, and to maintain a stable furnace wall profile for a long time. it can.

【0036】たとえ、炉内側が損耗しても、厚さ方向の
傾斜機能特性は変化せず、炉体鉄皮内面が露出するおそ
れがなく、炉内を過度に冷却することがないため、炉壁
近傍の温度低下を来たすことがなく、炉体熱損失を抑制
できる。
Even if the inside of the furnace is worn, the function of the function of inclination in the thickness direction does not change, the inner surface of the furnace shell is not exposed, and the furnace is not excessively cooled. The furnace body heat loss can be suppressed without causing a temperature drop near the wall.

【0037】したがって、この発明の炉体保護壁を備え
た高炉等の冶金炉は、装入物の荷下がり変調やガス流れ
の乱れもなく、長期に安定した操業が可能であり、生産
性の向上、燃料費の削減等の操業性を向上できる。
Therefore, a metallurgical furnace such as a blast furnace having a furnace body protection wall according to the present invention can stably operate for a long time without any modulation of the discharge of the charged material and disturbance of the gas flow, and can improve the productivity. Operability such as improvement and reduction of fuel cost can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】この発明によるステーブクーラ本体の模式図お
よび特性を示すグラフで、図(a)はステーブクーラ本
体の断面を示す模式図、図(b)は断面厚さ方向の組成
分布を示す模式図、図(c)は特性を示すグラフであ
る。
FIG. 1 is a schematic diagram and a graph showing characteristics of a stave cooler main body according to the present invention. FIG. 1 (a) is a schematic diagram showing a cross section of the stave cooler main body, and FIG. 1 (b) is a schematic diagram showing a composition distribution in a cross-sectional thickness direction. FIG. 3C is a graph showing characteristics.

【図2】この発明の傾斜機能型ステーブクーラの基本的
構造を示す説明図である。
FIG. 2 is an explanatory view showing a basic structure of a functionally graded stove cooler of the present invention.

【図3】この発明の実施によるステーブクーラを高炉に
使用した場合の部分断面である。
FIG. 3 is a partial cross section when a stave cooler according to an embodiment of the present invention is used in a blast furnace.

【図4】この発明によるステーブクーラ本体の構成を説
明するための展開斜視図である。
FIG. 4 is an exploded perspective view for explaining a configuration of a stave cooler main body according to the present invention.

【図5】この発明によるステーブクーラ本体の構成部材
であるハニカム耐火物パネルの孔の形状を示す説明図
で、図(a)は直孔、図(b)はテーパ孔を示す。
5A and 5B are explanatory views showing the shapes of holes of a honeycomb refractory panel which is a component of the stave cooler body according to the present invention, wherein FIG. 5A shows a straight hole and FIG. 5B shows a tapered hole.

【図6】冷却水を通す鋼管用のケレンを示す斜視図であ
る。
FIG. 6 is a perspective view showing a steel pipe for passing cooling water.

【図7】ハニカム耐火物パネルおよびプラグ状耐火物の
保持のため使用するケレンを示す斜視図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a helium used for holding a honeycomb refractory panel and a plug-like refractory.

【図8】この発明の炉体保護壁の一実施例におけるステ
ーブクーラ本体の鋳造状態を示す鋳型の断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a mold showing a casting state of a stave cooler body in one embodiment of the furnace body protection wall of the present invention.

【図9】この発明の実施による試作材の形状及び特定を
示すもので、図(a)はステーブクーラ本体の断面寸法
を示す説明図、図(b)はセラミック材料と鋳物との体
積率Vfを示すグラフ、図(c)は厚さ方向の温度分布
を示すグラフ、図(d)は厚さ方向の熱応力分布を示す
グラフである。
9A and 9B show the shape and specification of a prototype material according to an embodiment of the present invention. FIG. 9A is an explanatory view showing a cross-sectional dimension of a stave cooler body, and FIG. 9B is a volume ratio Vf of a ceramic material and a casting. , FIG. (C) is a graph showing the temperature distribution in the thickness direction, and FIG. (D) is a graph showing the thermal stress distribution in the thickness direction.

【図10】従来の高炉のステーブクーラの一例を示す一
部断面図である。
FIG. 10 is a partial sectional view showing an example of a conventional stove cooler of a blast furnace.

【図11】従来の他の高炉のステーブクーラの一部断面
図である。
FIG. 11 is a partial sectional view of a stave cooler of another conventional blast furnace.

【図12】図11のX部分の拡大断面図である。FIG. 12 is an enlarged sectional view of a portion X in FIG. 11;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 ステーブクーラ本体 2、4 セラミック材料 3、5 金属材料 6 鋼管 7、8、9 ハニカム耐火物パネル 10、11 プラグ状耐火物 12 パンチングメタル 13、14 ケレン 15 上砂型 16 下砂型 17 湯道 18 湯口 19 押し湯 20 鉄皮 21 充填材 22 取付けボルト 23、231 ステーブクーラ本体 24 煉瓦支持金物 25、26 炉壁煉瓦 A 炉内側 B 炉外側DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Stave cooler main body 2, 4 Ceramic material 3, 5 Metal material 6 Steel pipe 7, 8, 9 Honeycomb refractory panel 10, 11 Plug-like refractory 12 Punching metal 13, 14 Keren 15 Upper sand mold 16 Lower sand mold 17 Runner 18 Tap DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Hot water 20 Iron shell 21 Filler 22 Mounting bolt 23, 23 1 Stave cooler main body 24 Brick supporting hardware 25, 26 Furnace wall brick A Inside furnace B Outside furnace

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 炉体鉄皮を炉内熱負荷から保護するステ
ーブクーラにおいて、炉内側がセラミック材料で、かつ
炉外側が鋳鉄等の金属材料からなり、ステーブクーラ本
体の厚さ方向で、前記セラミック材料の体積率を段階的
に減らし、逆に前記金属材料の体積率を段階的に増や
し、セラミック材料の各段階層の間に目地状の金属材料
層で界面を形成して積層してなるマクロ不均質な傾斜機
能材料でステーブクーラ本体を構成し、該ステーブクー
ラ本体内の鉄皮側に冷却水を通す鋼管を複数配設して一
体的に鋳造したことを特徴とする冶金炉用炉体保護壁。
1. A stave cooler for protecting a furnace shell from heat load in a furnace, wherein the inside of the furnace is made of a ceramic material, and the outside of the furnace is made of a metal material such as cast iron. The volume ratio of the ceramic material is reduced step by step, and conversely, the volume ratio of the metal material is increased stepwise, and the interface is formed and laminated by the jointed metal material layer between the respective layers of the ceramic material. A furnace for a metallurgical furnace, comprising: a stave cooler main body made of a macro-inhomogeneous functionally graded material; and a plurality of steel pipes through which cooling water is passed on a steel shell side in the stave cooler main body and integrally cast. Body protection wall.
【請求項2】 セラミック材料と金属材料からなるステ
ーブクーラ本体内に、炉内熱負荷による温度変動に対
し、熱応力緩和機能を有する積層複合層を形成したこと
を特徴とする請求項1記載の冶金炉用炉体保護壁。
2. A laminated composite layer having a thermal stress relieving function against a temperature fluctuation due to a heat load in a furnace is formed in a stave cooler body made of a ceramic material and a metal material. Furnace protection wall for metallurgical furnace.
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