JP2765449B2 - 高炉炉体冷却装置 - Google Patents

高炉炉体冷却装置

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JP2765449B2 JP5233165A JP23316593A JP2765449B2 JP 2765449 B2 JP2765449 B2 JP 2765449B2 JP 5233165 A JP5233165 A JP 5233165A JP 23316593 A JP23316593 A JP 23316593A JP 2765449 B2 JP2765449 B2 JP 2765449B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ステーブクーラー等の
高炉炉体冷却装置に関する。
【0002】
【従来の技術】高炉などの冶金炉では炉壁及び炉底の耐
火物を冷却することにより、炉内からの侵食を防ぎ、炉
体の長寿命化が図られている。高炉炉体の冷却方式とし
ては、従来から種々の装置及び方法が提案され実用化さ
れてきているが、ステーブクーラが冷却効果の均一化及
び寿命延長等を図る上で一般に用いられている。
【0003】実開昭63−30333号公報には、金属
製ステーブ本体の炉内側面の高さ方向に複数個の凹所を
形成し、これらの凹所に耐火物を保持させ、さらにステ
ーブ本体の炉内側面に少なくとも一層の断熱層を介して
耐火物を設けるとともに、ステーブ本体内の鉄皮側に冷
却管を設け、これらを共に一体的に鋳造金属で鋳ぐるん
だステーブクーラが記載されている。
【0004】このように冷却管をステーブ本体内に鋳ぐ
るむ構造においては、炉内側耐火物がステーブ本体から
脱落しないようにステーブ本体に炉内側耐火物をしっか
りと固定する必要がある。従来からステーブクーラにお
ける炉内側耐火物の脱落防止を図るために、種々の構造
のものが提案されている。
【0005】例えば、図3に示すような煉瓦受用の突起
4を有するステーブクーラでは、ステーブ本体2と同材
質である鋳鉄又は鋳鋼で煉瓦受用の突起4がつくられて
いるため、所望の高温強度を得ることができない。ま
た、ステーブ本体2が熱変形したときに煉瓦11の突き
上げ等を起こし、一部煉瓦11の欠損を生じて、最終的
には煉瓦11全体の脱落事故にまで発展する。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】そこで、図4に示すよ
うに、煉瓦11及び水冷管3を鋳造金属部5のなかに鋳
ぐるむ一体構造のステーブクーラが提案され、実用化さ
れている。このような煉瓦一体鋳ぐるみ構造によれば、
ステーブ本体2による煉瓦11の突き上げが起こり難く
なり、煉瓦11の欠損等がなくなる。
【0007】しかしながら、このような煉瓦一体鋳ぐる
みタイプでは、鋳ぐるみの際の熱衝撃対策をはじめとし
て、金属製ステーブ本体2および煉瓦11の相互間隙を
保持することが難しいなどの種々の問題点がある。
【0008】例えば、炉内側煉瓦11を鋳ぐるむ際に、
溶湯から受ける熱衝撃によって煉瓦11に割れや欠けが
生じるため、金属板等の断熱性緩衝部材を煉瓦11と金
属製ステーブ本体2との間に挟み込み、鋳ぐるみの際の
熱衝撃を緩和する必要がある。しかしながら、このよう
な断熱性緩衝部材を介在させると、煉瓦11が金属製ス
テーブ本体2に密着せず、両者が分離しやすく、煉瓦1
1の脱落が生じやすくなる。
【0009】また、炉内側煉瓦11を鋳ぐるんだ場合
に、煉瓦11と金属部材2との熱膨張率の差が極めて大
きいため、操業初期の非定常な熱サイクルを受けると、
両者間の間隙が大きくなり、煉瓦11が脱落しやすくな
る。その上さらに、鋳造金属部5の熱変形により煉瓦1
1に圧縮力が働き、割損し、脱落する。
【0010】さらに、炉内側煉瓦11が脱落すると、そ
の部分が過冷却状態になり、炉内で気化している亜鉛が
炉壁に凝縮付着する。亜鉛の凝縮付着が進行すると、炉
体プロフィールが悪化し、高炉操業の不調の原因とな
る。
【0011】本発明は、高炉炉体内側の耐火物が脱落し
にくく、炉内の過冷却を防ぐことができ、亜鉛の凝縮付
着を抑制することができ、さらにステーブ本体への熱負
荷を軽減し、熱変形を防止することができる高炉炉体冷
却装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】発明者らは、鋳ぐるみの
際における熱衝撃を緩和するとともに、炉内側耐火物と
金属製ステーブ本体との密着性が改善され、ステーブ本
体の冷却効果が炉内側耐火物に良好に伝わり、炉内側耐
火物の劣化が抑制され、さらに炉内側耐火物が脱落しな
いようにこれをしっかりと保持する構造につき種々検討
を重ねた。
【0013】ここで、炉内側耐火物を支持するための部
材に鋳鋼を用いることも考えられるが、高温になると強
度が大幅に低下するので、炉内側耐火物を強固に支える
には不十分である。また、高温域では鋳鋼は熱伝導率が
20Kcal/m・hr・℃弱程度まで低下するので、冷却能
も大幅に低下する。
【0014】そこで、発明者らは、高温強度に優れ、か
つ高温域における熱伝導率も良好な材料を用いて炉内側
耐火物をステーブ本体側に連結支持することにつき鋭意
研究を重ねた結果、モリブデン又はモリブデン/ジルコ
ニアを主成分とする耐火物がこれに適しているという知
見を得た。
【0015】この発明に係る高炉炉体冷却装置は、炉内
側耐火物と、冷却管を鋳ぐるむ鋳造金属部と、鋳造金属
部を形成するときの熱衝撃から前記炉内側耐火物を保護
する断熱緩衝部材と、前記炉内側耐火物と鋳造金属部と
を連結支持する熱伝導性に優れた耐火物からなる連結支
持部材と、を具備し、前記連結支持部材は、その一端部
が前記鋳造金属部のなかに鋳ぐるまれ、かつ、他端部が
前記炉内側耐火物に形成された孔のなかに周囲の耐火物
と前記連結支持部材との間に間隙が形成されるように挿
入されていることを特徴とする。このような間隙が両者
間に存在すると、連結支持部材による炉内側耐火物の拘
束力が緩くなり、鋳造金属部と炉内側耐火物との線膨張
係数の差により生じる熱応力が緩和されるので、連結部
分で炉内側耐火物が受ける割れなどの損傷が防止され、
炉内側耐火物が脱落しなくなる。
【0016】
【作用】本発明に係る高炉炉体冷却装置においては、断
熱緩衝部材によって鋳ぐるみ時の熱衝撃から炉内側耐火
物は保護されるので、炉内側耐火物の劣化は防がれる。
一方、連結支持部材の一端部は鋳造金属部のなかに鋳ぐ
るまれ、かつ、他端部が炉内側耐火物に形成された孔の
なかに周囲の耐火物と前記連結支持部材との間に間隙が
形成されるように挿入されているので、鋳造金属部と連
結支持部材とは互いに強固に固着される一方で、炉内側
耐火物は連結支持部材により緩い拘束力で保持され、炉
内側耐火物には連結支持部材との連結部分に局部的な応
力集中を生じにくく、炉内側耐火物の割れや欠損が生じ
なくなり、炉内側耐火物の脱落は確実に防止される。
らに、連結支持部材によって鋳造金属部の冷却管および
炉内側耐火物の間で熱交換されるので、炉内側耐火物は
十分に冷却される。
【0017】とくに、連結支持部材をモリブデン及びジ
ルコニアを主成分とする耐火物でつくると、連結支持部
材の高温強度および熱伝導率がともにバランス良く高い
レベルになり、炉内側耐火物の脱落がなくなり、劣化も
軽減される。
【0018】
【実施例】以下、添付の図面を参照しながら本発明の実
施例について説明する。図1はブロック化されたステー
ブクーラの1単位を示す図である。ステーブクーラは4
段の煉瓦11が鋳鉄からなるステーブ本体2と一体に形
成されたものであり、このようにブロック化されたステ
ーブクーラを次々に積み上げて高炉の炉壁が構築され
る。ステーブ本体2は冷却管3を鋳造金属部5で鋳ぐる
んだものである。冷却管3はステーブ本体2の長手方向
端部近傍から長手方向端部近傍まで設けられている。冷
却管3は中空鋼管でできている。鋳造金属部5は普通鋳
鉄でできている。
【0019】ステーブ本体2と煉瓦11との間には断熱
緩衝部材6が挿入されている。冷却管3を鋳造金属部5
で鋳ぐるむ際に煉瓦11を熱衝撃から保護する役割をも
つ。なお、断熱緩衝部材6は各煉瓦11に接着されてい
る。
【0020】棒状の連結支持部材10が断熱緩衝部材6
を貫通して煉瓦11から鋳造金属部5までに設けられて
いる。連結支持部材10は、煉瓦11のそれぞれを鋳造
金属部5に連結し、煉瓦11が脱落しないようにしっか
りと支持固定するためのものである。
【0021】図2に示すように、各煉瓦11の後面側に
は複数の孔12が形成され、連結支持部材10のおよそ
半分の長さが孔12のなかにそれぞれ挿入されている。
孔12の径は連結支持部材10の径より少し大きく、両
者間には間隙が存在するので、煉瓦11による連結支持
部材10の拘束力は緩い。孔12は煉瓦11の後面に対
して約70°〜90°の角度をもって種々の方向に向か
って形成されている。このように孔12を斜めに形成す
ることにより、連結支持部材10による煉瓦11の保持
力が高められ、煉瓦11は容易に脱落しなくなる。
【0022】この場合に、1個の煉瓦11あたり4〜1
0本の連結支持部材10が取り付けられている。また、
連結支持部材10の長さは煉瓦11の厚みの30〜70
%であることが好ましい。連結支持部材10が短すぎる
と煉瓦11の脱落防止の役割を果たせず、逆に部材10
が長すぎると孔12が深くなって煉瓦11の強度低下を
招くからである。連結支持部材10の径は15〜45mm
であることが望ましく、20〜30mmであることがさら
に好ましい。部材10の径が小さすぎると、強度不足と
なり、熱伝達効率(煉瓦の冷却能)も低下するからであ
る。逆に、部材10の径が大きすぎると、くさび効果が
低下して煉瓦11の脱落防止の役割を果たせなくなるか
らである。
【0023】次に、上記ステーブクーラの製造方法につ
いて説明する。孔12が上面側になるように煉瓦11を
砂型の中に4列に敷き並べる。煉瓦11同士は少し隙間
を空けてある。煉瓦11の上に断熱緩衝部材6を置いて
固定する。断熱緩衝部材6には煉瓦11の孔12に重な
る箇所に貫通孔が形成されている。連結支持部材10を
孔12のそれぞれに挿入する。中空鋼管の冷却管3を砂
型内の上部に配置する。
【0024】砂型のなかに溶湯を注ぎ込み、冷却管3を
鋳鉄で鋳ぐるむ。このとき断熱緩衝部材6で覆われてい
るので、注湯による熱衝撃が緩和され、煉瓦11は実質
的に劣化しない。凝固した鋳造金属部5によって冷却管
3及び連結支持部材10は鋳ぐるまれ、ステーブ本体2
は連結支持部材10を介して煉瓦11と一体化される。
【0025】表1に連結支持部材10に用いた耐火物の
諸特性を示す。連結支持部材10は75重量%のモリブ
デン及び25重量%のジルコニアを含む複合耐火物であ
る。モリブデン成分の含有率(Mo含有率)が75重量
%のあたりで良好な結果を得ることができた。なお、こ
のようなモリブデン/ジルコニア複合耐火物は、モリブ
デン粉末およびジルコニア粉末を原料として、高圧粉体
加熱処理装置により製造される。
【0026】FCD等の金属を連結支持部材10に用い
ると、高温強度が低下して煉瓦支持機能が実質的になく
なり、煉瓦11が脱落する。これに対して、モリブデン
/ジルコニア複合耐火物を連結支持部材に用いると、1
300℃における曲げ強さも14kg/mm2 程度あり、煉
瓦11を固定するには十分な強度を有している。
【0027】
【表1】
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、高炉炉体内側の耐火物
の拘束力を緩くしているので、連結支持部に熱応力が局
部集中せず、炉内側耐火物が脱落しにくくなる。また、
炉内の過冷却を有効に防ぐことができ、亜鉛の凝着付
着を抑制することができ、さらにステーブ本体への熱負
荷を軽減し、熱変形を防止することができる。このた
め、炉内側耐火物をも含むステーブ一体型装置として長
寿命化を図ることができるとともに、耐火物の築造作業
が組立工場などオフラインでできることにより築炉工事
の現場工程を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例に係る高炉炉体冷却装置を示す
断面図。
【図2】実施例に係る高炉炉体冷却装置の鋳造前の状態
を示す部分断面図。
【図3】従来の耐火物受けを有する型ステーブの断面
図。
【図4】従来の耐火物一体鋳包み型ステーブの断面図。
【符号の説明】
2…ステーブ本体 3…冷却管 5…鋳造金属部 6…断熱緩衝部材 10…連結支持部材 11…炉内側耐火物(煉瓦)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平1−127610(JP,A) 特開 昭55−79986(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C21B 7/10 301

Claims (4)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炉内側耐火物と、 冷却管を鋳ぐるむ鋳造金属部と、 鋳造金属部を形成するときの熱衝撃から前記炉内側耐火
    物を保護する断熱緩衝部材と、 前記炉内側耐火物と鋳造金属部とを連結支持する熱伝導
    性に優れた耐火物からなる連結支持部材と、を具備し、 前記連結支持部材は、その一端部が前記鋳造金属部のな
    かに鋳ぐるまれ、かつ、他端部が前記炉内側耐火物に形
    成された孔のなかに周囲の耐火物と前記連結支持部材と
    の間に間隙が形成されるように挿入されている ことを特
    徴とする高炉炉体冷却装置。
  2. 【請求項2】 連結支持部材がモリブデンを主成分とす
    る耐火物からなることを特徴とする請求項1記載の高炉
    炉体冷却装置。
  3. 【請求項3】 連結支持部材がモリブデン及びジルコニ
    アを主成分とする耐火物からなることを特徴とする請求
    項1記載の高炉炉体冷却装置。
  4. 【請求項4】 鋳造金属部が鋳鉄からなることを特徴と
    する請求項1記載の高炉炉体冷却装置。
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