JP2725576B2 - 高炉炉壁補修用の水冷型耐火物パネル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、遮熱機能と冷却機能
を併せ持つ高炉炉壁の補修用に用いる水冷型耐火物パネ
ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉の炉壁は、一般的に冷却盤またはス
テーブと耐火煉瓦との組合せからなっている。しかし、
シャフト上部の炉壁は、温度的に低い条件にあり、炉体
の過冷却を防止するため、約６００〜８００ｍｍ程度の
厚みのシャモット質あるいは高アルミナ質煉瓦で内張り
されている。しかし、高炉シャフト上部の炉壁は、鉱石
等原料の落下および接触による損耗が大きく、通常火入
れ後約５〜６年が経過すると厚みが約２００ｍｍ程度ま
で損耗する。この炉壁の損耗は、均一に進行するもので
はなく、円周方向、高さ方向位置によって異なる。高炉
炉壁煉瓦の損耗した部分は、凹凸が激しく炉内プロフィ
ルが崩れるので、ガス流れや原料の均一な降下が乱され
て最適な操業を維持できなくなる。

【０００３】従来、高炉炉壁煉瓦の損耗した部分の補修
は、休風時減尺して炉内損傷部に不定形耐火物を吹付け
たり、予め焼成した耐火物パネルを炉内損傷部に取付け
たり、あるいは炉外側から不定形耐火物を圧入したりし
て炉内プロフィルの維持に努めてきた。しかしながら、
従来のこれらの補修では、耐火物の耐久性の限度からし
て、長期間に亘って炉内プロフィルを維持することがで
きず、補修工事を繰返しながら操業を続けていた。

【０００４】また、他の補修方法としては、水冷パイプ
と鋼製フレームを組合せて一体の構造とし、これらパイ
プとフレームとの間に高い熱伝導率を有する耐火物を充
填し、かつ一方の面に断熱耐火物を張り合わてパネルを
形成せしめ、耐火物の機能と冷却機能とを併せ持つ高炉
補修用の水冷型耐火物パネル（特開昭６０−２８７８号
公報）、冷却機能を内設した金属ブロックと耐火物ブロ
ックと一体化した複合クーラーの金属ブロックと耐火物
ブロックの接合面の間に断熱層を介在させた複合クーラ
ー（特公昭６０−４９８３４号公報）、耐火煉瓦脱落損
傷部の炉内面に耐摩耗性、耐スポーリング性に優れたＳ
ｉＣ質プレートを炉内面より離して取付け、該プレート
と炉内面との隙間に高接着性不定形耐火物を流し込み充
填する方法（特開平４−９９１０９号公報）等が提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６０−２８
７８号公報に開示の水冷型耐火物パネルは、断熱耐火物
背面を冷却管支持枠とスタッドで保持されているが、高
温の高炉装入物の荷下がりによってスポーリングを受け
る。また、断熱耐火物は、スタッドとの熱膨張差によっ
てクラックが発生し、脱落して長期間の使用に耐えられ
ない。特公昭６０−４９８３４号公報に開示の複合クー
ラーは、耐火物ブロックと金属ブロックが凹凸結合で保
持されているので、剛性の小さい耐火物ブロックの凹凸
付根部が外的衝撃や熱的衝撃によってクラックが生じ易
く、耐火物ブロックの脱落を招き易い。また、複合クー
ラーは、耐火物ブロックと金属ブロックとを組み合せる
ので、２〜３Ｔｏｎと重量的に大きく、かつ高価となる
等の欠点がある。さらに、特開平４−９９１０９号公報
に開示の方法は、非水冷式なので炉壁を過冷却すること
はない。しかし、使用するＳｉＣ質プレートは、所詮耐
火物であり、炉壁補修構造体としての剛性が小さく、亀
裂が発生して長期間の使用に耐えられない。

【０００６】この発明の目的は、従来の水冷却型耐火物
パネルの欠点を解消し、修復面の高耐久性、長寿命化を
図ることができると共に、均一な炉内壁プロフィルを確
保することができる高炉炉壁補修用の水冷型耐火物パネ
ルを提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】従来の特開昭６０−２８
７８号公報に開示の水冷パイプと鋼製フレームを一体化
した耐火物層のプレキャストパネルの乾燥は可能である
が、焼成は極めて困難である。したがって、従来は、未
焼成の状態で耐火壁として築造し、操業立上り段階にお
いて炉熱によって焼成しながら使用するものであるが、
プレキャスト耐火物層に適した焼成雰囲気、温度条件が
ほとんど満足されない。例えば、プレキャスト耐火物と
してＳｉＣ系キャスタブルを使用すると、還元雰囲気で
の焼成が望ましいが、実操業過程での上記管理は極めて
困難である。

【０００８】本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意
試験研究を行った。その結果、水冷パイプを配設した鋼
製フレームの炉内側稼働面に断熱層を介在させて取付け
る（張設する）耐火物ブロックは、予め不定形耐火物を
振動成形法あるいはプレス成形法等を用いて成形し高温
焼成したものを使用し、水冷パイプを配設した鋼製フレ
ームと焼成耐火物ブロックとの接合面の間に断熱層を介
在積層させることによって、修復面の高耐久性、長寿命
化を図ることができると共に、均一な炉内壁プロフィル
を確保できることを究明し、この発明に到達した。

【０００９】すなわちこの発明は、水冷パイプを配設し
た鋼製フレームと、不定形耐火物を成形焼成した耐火物
ブロックとを組合せて一体化した高炉炉壁補修用の水冷
型耐火物パネルにおいて、鋼製フレーム背面に配設した
水冷パイプと鋼製フレーム間に高熱伝導率の不定形耐火
物を充填し、かつ、鋼製フレームの他方の面と焼成耐火
物ブロックの接合面の間に断熱層を介在積層させたこと
を特徴とする高炉炉壁補修用の水冷型耐火物パネルであ
る。

【００１０】

【作用】この発明においては、鋼製フレーム背面に配設
した水冷パイプと鋼製フレーム間に高熱伝導率の不定形
耐火物を充填したことによって、水冷パイプによる鋼製
フレームの冷却効率が向上し、鋼製フレームの耐火物ブ
ロック取付け面側の熱負荷が軽減され、鋼製フレームの
剛性を維持することができる。また、鋼製フレームの他
方の面と焼成耐火物ブロックの接合面の間に断熱層を介
在積層させたことによって、焼成耐火物ブロック表面
（炉内稼働面）を高温（１０００〜１２００℃）の炉内
壁に使用した場合、焼成耐火物ブロック内に形成される
温度分布曲線の温度勾配が大きく減少し、温度差および
熱応力が大幅に低減され、焼成耐火物ブロックのクラッ
ク発生が著しく抑制される。さらに、炉内原料の荷下り
移動、炉内高温ガスの変動によって急激な温度変化が生
じても、焼成耐火物ブロック内の温度分布が速やかに上
記温度分布に応答して変動熱応力も大幅に軽減され、層
状クラックの発生を著しく抑制できる。さらにまた、水
冷パイプを配設した鋼製フレームの耐火物ブロック取付
け面側の熱負荷が軽減され、焼成耐火物ブロックを確実
に保持するために鋼製フレームの剛性を維持し得る温度
レベル（約５００℃以下）に抑制することができる。

【００１１】この発明において、水冷パイプと鋼製フレ
ーム間に充填する高熱伝導率の不定形耐火物としては、
熱伝導率λ＝９．４Ｗ／ｍ・Ｋ（８ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・
℃）以上の、例えばカーボン系スタンプ材：ＢＦＤ−Ｓ
１０、熱伝導率λ＝１１．６Ｗ／ｍ・Ｋを流し込み、も
しくはスタンピング施工して充填する。また、この発明
において、炉内稼働面を形成する焼成耐火物ブロックと
しては、耐摩耗性、耐スポーリング性に非常に優れたＳ
ｉＣ質不定形耐火物を振動成形法により目的の大きさの
形状に成形し、硬化したのち焼成炉で１０００〜１２０
０℃で３時間程度焼成して強度を十分に発現させたもの
を使用する。さらにまた、この発明において、焼成耐火
物ブロックと鋼製フレームとの接合面の間に介在積層さ
せる断熱層としては、可縮率７０％程度、熱伝導率λ＝
０．０６〜０．１７Ｗ／ｍ・Ｋ（０．０５〜０．１５ｋ
ｃａｌ／ｍ・ｈ・℃）のセラミックファイバー、例え
ば、商品名：カオウールブランケットを用いることがで
きる。

【００１２】

【実施例】以下にこの発明の詳細を実施の一例を示す図
１ないし図７に基づいて説明する。図１はこの発明の水
冷却型耐火物パネル（以下パネルという）の一部断面側
面図、図２はこの発明のパネルの炉内稼働面側の正面
図、図３はこの発明のパネルの反炉内稼働面側の一部断
面正面図、図４はこの発明のパネルの固定要領説明のた
めの断面図、図５はこの発明のパネルの炉内稼働面側の
斜視図、図６はこの発明のパネルの反炉内稼働面側の一
部を切り欠いた斜視図、図７は炉体煉瓦が局部損耗した
箇所へのパネル取付け状態図である。図１ないし図７に
おいて、１は所定位置にテーパー状プラグ２を挿嵌する
取付け用テーパー孔３を設けた焼成耐火物ブロックで、
耐摩耗性・耐スポーリング性に非常に優れたＳｉＣ質不
定形キャスタブルを、振動成形法により目的の大きさの
型枠、例えば、厚さ５０〜１００ｍｍ、幅１０００ｍ
ｍ、高さ７５０ｍｍ（取付け用テーパー孔３枠を固定し
た）を用いて成形し、硬化したのち焼成炉で１０００〜
１２００℃で３時間程度焼成し、強度を十分に発現させ
たものを用いる。焼成耐火物ブロック１は、パネルの炉
内稼働面に相当するサイズに１体成形することも可能で
ある。しかし、焼成耐火物ブロック１は、図１および図
２に示す２分割、もしくは図示しない４分割の小割サイ
ズとすれば、成形時の寸法バラツキや焼成後の表面形状
バラツキ（表面の凹凸、反り等）を抑制でき、かつ、成
形用型枠も小さくできると同時に、実炉使用時に炉内稼
働面に負荷される物理的衝撃や熱変動衝撃に対する耐久
性にも有効である。

【００１３】４は焼成耐火物ブロック１を保持する鋼製
フレーム、５は鋼製フレーム４と焼成耐火物ブロック１
との接合表面全体間に介在積層させた断熱層で、可縮率
７０％程度、熱伝導率λ＝０．０６〜０．１７Ｗ／ｍ・
Ｋ（０．０５〜０．１５ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・°Ｃ）のセ
ラミックファイバー（例えば、商品名；カオウールブラ
ンケット）を用いた。この断熱層５の厚さは、焼成耐火
物ブロック１と鋼製フレーム４との接合面の温度差、熱
応力の大幅抑制効果、および鋼製フレーム４に対する遮
熱効果を発現するために厚ければ厚いほどいいのではな
く、焼成耐火物ブロック１および鋼製フレーム４双方の
製造、製作誤差および相互の熱膨張差を許容し得る最小
厚さ、例えば５〜１０ｍｍ程度が適切である。焼成耐火
物ブロック１の鋼製フレーム４への固定は、図４に示す
とおり、焼成耐火物ブロック１の取付け用テーパー孔３
にテーパー状プラグ２を挿嵌し、先端にＶスタッド６を
設けた丸頭付ボルト７をテーパー状プラグ２に挿入して
断熱層５を挟み鋼製フレーム４を貫通させ、トルクレン
チ等を用いてナット８を締付け過ぎないように一定締付
けトルクで締付けて固定する。この場合、テーパー状プ
ラグ２は、焼成耐火物ブロック１と同材質のものを使用
するのが、焼成耐火物ブロック１固結部に局部的負担を
かけなくてすむ利点を有する。

【００１４】固結用の丸頭付ボルト７およびナット８
は、熱的強度に対して耐久性を有する耐熱材料、例え
ば、耐熱鋳鋼ＳＣＨ１３、ステンレス鋼ＳＵＳ３１０Ｓ
等を用いるのが望ましい。なお、Ｖスタッド６付丸頭付
ボルト７先端の炉内稼働面側の凹部は、テーパー状プラ
グ２と同一材質の不定形耐火物９を充填して遮熱を図
る。１０は鋼製フレーム４の反炉内稼働面側に蛇管状に
配設した水冷パイプで、溶接により鋼製フレーム４背面
に一体化固定され、鋼製フレーム４背面の冷却吸熱範囲
を増加させたものであるが、直線状パイプを配設しても
よい。１１は横リブ、１２は縦リブで、鋼製フレーム４
の冷却型構造体としての剛性を増大させるために溶接取
付けされている。１３は水冷パイプ１０の冷却効果を増
すために鋼製フレーム４とカバープレート１４との間に
流し込み、またはスタンピング施工して充填成形した高
伝熱不定形耐火物で、熱伝導率λ＝９．４Ｗ／ｍ・Ｋ
（８ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・°Ｃ）以上の不定形耐火物、例
えばカーボン系スタンプ材（ＢＦＤ−Ｓ１０、λ＝１
１．６Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いた。カバープレート１４は、
高伝熱不定形耐火物１３を流し込み、またはスタンピン
グ施工して充填成形したのち、スタッドボルト１５とナ
ット１６を用いて外表面を被覆し、高伝熱不定形耐火物
１３が損傷、脱落しないように保護する。さらに高伝熱
不定形耐火物１３の保持を高めるには、鋼製フレーム４
や水冷パイプ１０にスタッドを取付けするのがよい。

【００１５】上記水冷却型耐火物パネルを用いて高炉の
炉体煉瓦の局部損耗した箇所を補修するには、図７に示
すとおり、高炉を減尺操業して炉体煉瓦２１の損耗部を
露出させたのち、パネルの鋼製フレーム４外周にモルタ
ル漏れ防止シール板２２を配設したのち、パネルに取付
けた吊りピース２３を用いて炉内に吊り下げてから炉体
鉄皮２４側に引き寄せ、炉体鉄皮２４に取付けたノズル
フランジ２５に水冷パイプ１０に連結する給水パイプ２
６、排水パイプ２７を貫通させて固定する。しかるの
ち、炉内側からパネル外周部にシール用の不定形耐火物
２８を吹付けると同時に、炉内壁プロフィルの凹凸を修
復する。さらに、ノズルフランジ２５に設けたモルタル
圧入ノズル２９を通してパネルの背面と炉体煉瓦２１の
損耗空隙部３０にモルタル３１を圧入し、高炉炉壁を修
復する。

【００１６】上記により修復された部分は、耐摩耗性、
耐スポーリング性に優れた焼成耐火物ブロック１によっ
て炉壁が形成され、しかも、焼成耐火物ブロック１とこ
れを保持する鋼製フレーム４との接合面の間に、断熱層
５を介在積層させたことによって、焼成耐火物ブロック
１内に形成される温度分布曲線の温度勾配が大きく減少
し、温度差および熱応力が大幅に軽減され、焼成耐火物
ブロック１のクラック発生が著しく抑制される。また、
炉内原料の荷下り移動、炉内高温ガスの変動によって急
激な温度変化が生じても、焼成耐火物ブロック１内の温
度分布が速やかに上記温度変化に応答し、変動熱応力も
大幅に軽減され、層状クラックの発生が著しく抑制され
る。また、鋼製フレーム４の焼成耐火物ブロック１取付
け面側の熱負荷は、断熱層５により軽減され、かつ、鋼
製フレーム４の反炉内稼働面側は、給水パイプ２６から
水冷パイプ１０に供給され、排水パイプ２７から排水さ
れる水によって冷却されるから、剛性を維持し得る温度
レベルに維持でき、焼成耐火物ブロック１を確実に保持
でき、焼成耐火物ブロック１の剥離、脱落を防止して長
期間に亘って使用することができる。

【００１７】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明の水冷却型
耐火物パネルは、高炉炉壁の損傷状況に合わせて製作お
よび取付けでき効率的であると共に、予め不定形耐火物
を成形、焼成した焼成耐火物ブロックと、水冷パイプを
配設した鋼製フレームに伝熱モルタルを充填して一体化
した冷却型支持機構および両者間に介在積層した断熱層
との組合せによって、水冷却型耐火物パネルの長寿命化
が実現できる。さらに、水冷却型耐火物パネルは、炉体
からの奪熱量を抑制し、炉体を緩冷却することができる
等、優れた効果を発揮できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の水冷却型耐火物パネル（以下パネル
という）の一部断面側面図である。

【図２】この発明のパネルの炉内稼働面側の正面図であ
る。

【図３】この発明のパネルの反炉内稼働面側の一部断面
正面図である。

【図４】この発明のパネルの固定要領説明のための断面
図である。

【図５】この発明のパネルの炉内稼働面側の斜視図であ
る。

【図６】この発明のパネルの反炉内稼働面側の一部を切
り欠いた斜視図である。

【図７】炉体煉瓦が局部損耗した箇所へのパネル取付け
状態図である。

【符号の説明】

１ 焼成耐火物ブロック ２ テーパー状プラグ ３ テーパー孔 ４ 鋼製フレーム ５ 断熱層 ６ Ｖスタッド ７ 丸頭付ボルト ８、１６ ナット ９、２８ 不定形耐火物 １０ 水冷パイプ １１ 横リブ １２ 縦リブ １３ 伝熱不定形耐火物 １４ カバープレート １５ スタッドボルト ２１ 炉体煉瓦 ２２ シール板 ２３ 吊りピース ２４ 炉体鉄皮 ２５ ノズルフランジ ２６ 給水パイプ ２７ 排水パイプ ２９ モルタル圧入ノズル ３０ 損耗空隙部 ３１ モルタル

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水冷パイプを配設した鋼製フレームと、
   不定形耐火物を成形した耐火物ブロックとを組合せて一
   体化した高炉炉壁補修用の水冷型耐火物パネルにおい
   て、鋼製フレーム背面に配設した水冷パイプと鋼製フレ
   ーム間に高熱伝導率の不定形耐火物を充填し、かつ、鋼
   製フレームの他方の面と焼成耐火物ブロックの接合面の
   間に断熱層を介在積層させたことを特徴とする高炉炉壁
   補修用の水冷型耐火物パネル。
2. 【請求項２】 焼成耐火物ブロックがＳｉＣ質不定形耐
   火物を目的の大きさに成形し、硬化したのち焼成して強
   度を十分に発現させたものである請求項１記載の高炉炉
   壁補修用の水冷型耐火物パネル。