JP3161500B2

JP3161500B2 - 冶金用炉の炉体保護壁

Info

Publication number: JP3161500B2
Application number: JP10695195A
Authority: JP
Inventors: 義久中村
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-04-05
Filing date: 1995-04-05
Publication date: 2001-04-25
Anticipated expiration: 2016-04-25
Also published as: JPH08277407A

Description

【発明の詳細な説明】

【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長期間保護する炉体保護
壁に関する。

【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、「第４世代ステー
ブ」と称せられる炉体保護壁、すなわち、図７に示すと
おり、煉瓦支持金物１０２および冷媒通路を形成する鋼
管１０３を有する状態でステーブ本体１０１を鋳造後、
煉瓦支持金物１０２間に炉壁煉瓦１０４または予め成形
した耐火物を挟込み支持した炉体保護壁、または冷媒通
路を形成する鋼管１０３を有する状態でステーブ本体１
０１を鋳造後、該ステーブ本体１０１に煉瓦支持金物１
０２をはめ込み、該煉瓦支持金物１０２間に炉壁煉瓦１
０４または予め成形した耐火物を挟込み支持した炉体保
護壁（特開昭６３−３５７０８号公報）、ステーブ本体
１０１に冷媒通路を形成する鋼管１０３と、勾配を形成
した炉壁煉瓦１０４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、またはステーブ本体１０
１に冷媒通路を形成する鋼管１０３を鋳込み、さらに勾
配を形成した炉壁煉瓦１０４または予め成形した不定形
耐火物を煉瓦支持金物１０２で挟込み支持した炉体保護
壁（特開昭６３−３５７０９号公報）が用いられてい
る。この炉体保護壁は、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、低廉化を意図した薄壁化を図ることができる。

【０００３】前記炉体保護壁は、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、さらに４〜５年は炉壁煉瓦１０４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
保護壁は、煉瓦支持金物１０２をステーブ本体１０１に
鋳込むか挾み込む構造であり、炉壁煉瓦１０４に対する
煉瓦支持金物１０２の煉瓦保持機能が十分でなく、該煉
瓦支持金物１０２へのステーブ本体１０１からの伝熱に
よる冷却効果が悪く、炉内の６００〜１２００℃の高温
ガスにより溶損または脆化するなど炉壁煉瓦１０４の支
持機能を失い、炉壁煉瓦１０４が脱落する場合がある。
この炉体保護壁は、炉壁煉瓦１０４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、当該部位
の表面が炉内熱負荷に直接さらされ、鋳込み煉瓦１０５
を嵌込んだステーブ凹部１０６に熱応力が集中し、ステ
ーブ本体１０１の亀裂発生が助長され、長期間に亘って
健全な炉体保護壁を維持することができなくなり、炉内
装入物が過度に冷却される過冷却部が生じる、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。

【０００４】前記のようなステーブクーラの炉壁煉瓦支
持の安定性を高めた炉体保護壁としては、ステーブ本体
の上端に煉瓦押さえ金物を、中腹部および下端に冷却板
を、それぞれステーブ前面より炉内側へ突出させてステ
ーブ本体に固設し、該煉瓦押さえ金物と冷却板との間お
よび冷却板相互間に予め成形した炉壁煉瓦を嵌込み支持
した炉体保護壁（特開平２−４７２１１号公報）が提案
されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開平２−４７２
１１号公報に開示の炉体保護壁は、ステーブ本体鋳造
後、ステーブ本体の上端部に煉瓦押さえ金物、中腹部お
よび下端に冷却板を固設し、該煉瓦押さえ金物と冷却板
との間および冷却板相互間に予め成形した炉壁煉瓦を嵌
込み支持となるため、炉壁煉瓦をステーブ本体に安定的
に保持するのが難しい。また、この炉体保護壁は、ステ
ーブ本体と付属金物の組合せのため、構造が複雑で、か
つ組合わせ面の製作上の精度が要求される。さらに、こ
の炉体保護壁は、高炉鉄皮にステーブ本体冷却用鋼管、
冷却板用鋼管の他、取付ボルト等多数の開孔が必要で、
ステーブ本体の高炉鉄皮への据付け精度が要求されるば
かりでなく、鉄皮の強度の面からも不利である。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。

【０００６】この発明の目的は、かかる現状に鑑み、従
来の炉体保護壁の欠点である製造上の問題を解決し、耐
火煉瓦の保持機能を大幅に向上させ、耐火煉瓦の遮熱特
性と金属材料の機械的特性とを生かし、積層複合層を形
成させることによって長寿命化を図ると共に、製造が容
易な炉体保護壁を提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するため種々試験研究を行った。その結果、炉内
面側が耐火煉瓦で、かつ炉外側が鋳鉄等の金属材料から
なるステーブ本体の厚さ方向に、長さを変更した耐火煉
瓦、あるいは厚さ方向に異なる熱伝導特性や化学的耐侵
食特性の機能を有する耐火煉瓦を複数積層し、各層の間
に目地状マトリックスの金属材料層で界面を形成してス
テーブ本体を構成し、該ステーブ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することによ
って、炉内面側の耐火煉瓦をステーブ本体に強固に保持
でき、長寿命化が達成できると共に、容易に一体鋳造で
きることを究明し、この発明に到達した。

【０００８】すなわちこの発明は、炉体鉄皮を炉内熱負
荷から保護するステーブに予め耐火物を埋設してなる冶
金用炉の炉体保護壁おいて、炉内側が耐火煉瓦で、かつ
炉外側が鋳鉄等の金属材料からなり、炉内側が狭幅の台
形状で、ステーブ厚さ方向に長さの異なる耐火煉瓦を複
数積層し、耐火煉瓦間および各層間に目地状マトリック
スの金属材料層で界面を形成してステーブ本体を構成
し、該ステーブ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用炉
体保護壁である。

【０００９】また、炉体鉄皮を炉内熱負荷から保護する
ステーブに予め耐火物を埋設してなる冶金用炉の炉体保
護壁おいて、炉内面側が耐火煉瓦で、かつ炉外側が鋳鉄
等の金属材料からなり、炉内側が狭幅の台形状で、ステ
ーブ厚さ方向に機能の異なる耐火煉瓦を複数積層し、耐
火煉瓦間および各層の間に目地状マトリックスの金属材
料層で界面を形成してステーブ本体を構成し、該ステー
ブ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用炉体保護壁であ
る。

【００１０】

【作用】この発明においては、炉内面側が耐火煉瓦で、
かつ炉外側が鋳鉄等の金属材料からなり、炉内側が狭幅
の台形状で、ステーブ厚さ方向に長さの異なる耐火煉瓦
を複数積層し、耐火煉瓦間および各層の間に目地状マト
リックスの金属材料層で界面を形成してステーブ本体を
構成し、該ステーブ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て炉体保護壁を形成する
ことによって、工期の大幅短縮が可能となると共に、ス
テーブ本体の厚さ方向に複数積層された炉内側が狭幅の
台形状の耐火煉瓦は、耐火煉瓦間および各層の間に形成
された機械的強度特性を有する目地状マトリックスの金
属材料層でより強固に保持され、耐火煉瓦の支持力が強
化した分長期間に亘ってプロフィールの安定化を図るこ
とができ、かつ炉高方向でステーブ本体の厚さを炉内熱
負荷域に対応させて任意に変更することも可能で、設備
費を大幅に低減することができる。

【００１１】また、この発明においては、複数積層する
耐火煉瓦がステーブ本体の厚さ方向に、熱伝導特性や化
学的耐侵食特性の異なる機能を有することによって、炉
内の温度変動に対して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。さら
に、この発明の炉体保護壁は、耐火煉瓦か目地状マトリ
ックスの金属材料で強固に保護されているので、炉内側
面の損耗に対して十分な耐久性を発現するが、炉内面側
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。

【００１２】前記耐火煉瓦は、炉内側で高温ガス流にさ
らされるため、遮熱特性、低熱伝導性、耐熱性、非酸化
特性および装入物降下に対応すべき耐摩耗性を有するこ
とが必要である。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。以上の観点から炉内側の最表面層には、アルミナ
（Ａｌ₂Ｏ₃）系もしくは炭化けい素（ＳｉＣ）系耐火物
材料を配するのが望ましい。このアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）
系には、その機械的特性を向上させるために、炭化けい
素（ＳｉＣ）系を強化材として添加するのが望ましい。
一方、炉外側（鉄皮側）に配される金属材料としては、
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−Ｇ５５０１）、
球状黒鉛鋳鉄ＦＣＤ４４０（ＪＩＳ−Ｇ５５０２）等が
好適である。

【００１３】

【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６に基づいて説明する。図１はこの発明の
炉体保護壁で高炉炉壁を構築した場合の部分側断面図、
図２は図１の炉内側の正面図、図３は耐火煉瓦と鋳鉄の
目地状マトリックスの界面取合いを示す図１のＡ−Ａ断
面図、図４は図３と別断面での耐火煉瓦と鋳鉄の目地状
マトリックスの界面取合いを示す図１のＢ−Ｂ断面図、
図５の（ａ）図は図１のステーブ本体縦断面部の焼成煉
瓦の鋳鉄目地寸法を保持するための金属製特殊ケレンの
配置状況を示す断面図、（ｂ）図はその金属製特殊ケレ
ンの形状の一例を示す斜視図、図６の（ａ）図は図４な
いし図５のステーブ本体横断面部の焼成煉瓦の鋳鉄目地
寸法を保持するための金属製特殊ケレンの配置状況を示
す断面図、（ｂ）図はその金属製特殊ケレンの形状の一
例を示す斜視図である。

【００１４】図１ないし図６において、１はステーブ本
体で、冷却水を通す複数の鋼管２および長さの異なる炉
内側が狭幅の台形状の耐火煉瓦３、３ａ、４、４ａ、５
を一体的に鋳鉄で鋳込んで構成されている。このステー
ブ本体１を高炉の上下方向および円周方向に一定間隔で
高炉鉄皮６に取付けボルト７を用いて複数個取付ける。
この場合、ステーブ本体１と高炉鉄皮６間および隣接す
るステーブ本体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８、９を充填する。上記ステー
ブ本体１は、上端の耐火煉瓦５と水平冷却鋼管１０を配
した煉瓦支持棚１１と下部の煉瓦支持棚１２の間に、炉
内側Ｉおよび炉外側Ｏのステーブ本体１厚さ方向に長さ
の異なる炉内側が狭幅の台形状の耐火煉瓦３、３ａ、
４、４ａを互い違いに２層配置し、煉瓦積みのように水
平段積み積層した一例を示す。

【００１５】炉内側Ｉに積層された厚さｔａの炉内側が
狭幅の台形状の耐火煉瓦３、３ａの各々水平方向の間に
は、目地状の厚さＣ₁の鋳鉄の界面１３（リブ）が形成
されている。また、炉内側が狭幅の台形状の耐火煉瓦
３、３ａと炉内側が狭幅の台形状の耐火煉瓦４、４ａの
各々垂直方向の間には、目地状の厚さＣ₂の鋳鉄の界面
１３ａが形成されている。さらに、耐火煉瓦３、３ａの
炉外側に積層された厚さｔ_bの炉内側が狭幅の台形状の
耐火煉瓦４と４ａの各々水平方向の間には、目地状の厚
さＣ₃の鋳鉄の界面１３ｂが形成されている。また、炉
内側が狭幅の台形状の耐火煉瓦３、３ａの各々垂直方向
の間には、炉外側が厚さＣ₄で炉内側が厚さＣ₅の目地状
の鋳鉄の傾斜界面１４ａが形成されている。さらに、炉
内側が狭幅の台形状の耐火煉瓦４、４ａの各々垂直方向
の間には、炉外側が厚さＣ₆で炉内側が厚さＣ₇の目地状
の鋳鉄の傾斜界面１４ｂが形成されている。

【００１６】したがって、炉内側が狭幅の台形状の耐火
煉瓦３、３ａおよび炉内側が狭幅の台形状の耐火煉瓦
４、４ａは、目地状の鋳鉄の傾斜界面１４ａ、１４ｂが
Ｃ₄〜Ｃ₅、Ｃ₆〜Ｃ₇のテーパー形状を形成してステーブ
本体１への支持力が強化されている。このため、炉内側
が狭幅の台形状の耐火煉瓦３、３ａは、例えクラックが
入ったり、炉内側Ｉの鋳鉄の界面１３、１４ａが損傷し
ても、ステーブ本体１の水平方向、すなわち炉内側Ｉに
抜け難くなるように構成されている。

【００１７】目地状の鋳鉄の界面１３、１３ａ、１３ｂ
の厚さＣ₁〜Ｃ₃は、図５（ａ）に示すとおり、当該厚さ
に合わせた金属製の特殊ケレン２１、２２を耐火煉瓦
３、３ａ、４、４ａ間に適宜配置して組込み、一体鋳造
することによって確保する。この特殊ケレン２１、２２
は、図５（ｂ）に示すとおり、鋳鉄の界面１３、１３
ａ、１３ｂの厚さＣ₁〜Ｃ₃およびＣ₈に合わせて金属製
円形プレート２３を金属製継ぎ棒２４で接続したもので
ある。この金属製の特殊ケレン２１、２２のＣ₁〜Ｃ₈の
寸法は、一体鋳造の時の鋳鉄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。また、この鋳鉄
の界面１３、１３ａ、１３ｂの厚さＣ₁〜Ｃ₃は、大きす
ぎると耐火煉瓦３、３ａ、４、４ａの拘束割れとか、炉
内面の鋳物面積拡大による伝熱量過多が懸念されるの
で、８〜３０ｍｍ程度に極力薄肉化を図る必要がある。
ただし、金属製の特殊ケレン２１、２２を耐火煉瓦３、
３ａ、４、４ａ間に配置する作業は、指先で取付けるの
で２０〜３０ｍｍが現実的である。

【００１８】目地状の鋳鉄の傾斜界面１４ａ、１４ｂの
厚さＣ₄〜Ｃ₅、Ｃ₆〜Ｃ₇および傾きθ、θａは、図６
（ａ）に示すとおり、当該厚さおよび傾きに合わせた金
属製の特殊ケレン３１、３２を耐火煉瓦３、３ａ、４、
４ａ間に適宜配置して組込み、一体鋳造することによっ
て確保する。この特殊ケレン３１、３２は、図６（ｂ）
に示すとおり、鋳鉄の傾斜界面１４ａ、１４ｂの厚さＣ
₄〜Ｃ₅、Ｃ₆〜Ｃ₇および傾きθ、θａに合わせて金属製
円形プレート３３を金属製継ぎ棒３４で接続したもので
ある。この金属製の特殊ケレン３１、３２のＣ₂〜Ｃ₇の
寸法は、金属製の特殊ケレン２１、２２と同様に一体鋳
造の時の鋳鉄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。また、この鋳鉄の界面１４ａ、
１４ｂの厚さＣ₄〜Ｃ₅、Ｃ₆〜Ｃ₇および傾きθ、θａ
は、大きすぎると耐火煉瓦３、３ａ、４、４ａの拘束割
れとか、炉内面の鋳物面積拡大による伝熱量過多が懸念
されるので、８〜３０ｍｍ程度に極力薄肉化を図る必要
がある。ただし、金属製の特殊ケレン９０、９１を耐火
煉瓦３、３ａ、４、４ａ間に配置する作業は、指先で取
付けるので２０〜３０ｍｍが現実的である。上記金属製
の特殊ケレン２１、２２、３１および３２の材質は、Ｓ
Ｓ４００（ＪＩＳＧ３１０１）を用い、その表面に錫
（Ｓｎ）めっきを施して防錆を図ると共に、鋳造時溶湯
との溶着が容易となるようにするのが望ましい。

【００１９】また、炉内側Ｉの加熱側最表面部の耐火煉
瓦３、３ａには、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）系を配して熱遮
断特性、耐酸化性、耐スポーリング性を付与し、２層目
の耐火煉瓦４、４ａには、熱伝導性が良く、機械的強度
を有する炭化珪素（ＳｉＣ）系を配することによって、
炉外側Ｏの鋳鉄との伝熱的、機械強度的結合構成を図る
ことによって、ステーブ本体１の炉体保護壁としての機
能向上および長寿命化を図ることができる。ステーブ本
体１の炉内側Ｉの正面は、耐火煉瓦３、３ａの縦方向の
鋳鉄の界面１４ａが通し目地とならないよう配置する。
また、２層目の耐火煉瓦４、４ａの配列は、前面の耐火
煉瓦３、３ａと通し目地にならないよう配列すること
が、炉内側Ｉからの伝熱を遮断するうえで望ましい。前
記のとおり配列した耐火煉瓦３、３ａの個々の周囲は、
ステーブ本体１の厚さ方向および平面方向に縦横マトリ
ックス状に巡らされた厚さＣ₁の鋳鉄の界面１３および
傾きＣ₄〜Ｃ₅の鋳鉄の傾斜界面１４ａによって包囲さ
れ、ステーブ本体１に強固に保持することができる。

【００２０】上記のごとくして製造される各ステーブ本
体のサイズは、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、および炉内面への配設バ
ランスなどを勘案して設定されるが、一般には厚さ：３
５０〜６００ｍｍ、幅：１０００ｍｍ、長さ：２０００
ｍｍ程度である。上記各炉体保護壁は、耐火煉瓦が一体
鋳造によってステーブ本体の厚さ方向および幅方向に縦
横マトリックス状に巡らされた鋳鉄のリブによって確
実、強固に保持されると共に、ステーブ本体の厚さ方向
に長さまたは長さと異なる性質を有する耐火煉瓦を積層
したことによって温度勾配が緩和される。その結果、各
炉体保護壁は、加熱・冷却の変動下でも発生熱応力が大
幅に軽減されて熱応力緩和機能が達成される。そのた
め、ステーブ本体のクラック発生が著しく抑制され、ま
た、ステーブ本体が炉内側から徐々に損耗して薄くなっ
ても、厚さ方向に耐火煉瓦が複数積層されているので、
厚さ方向の傾斜機能特性は変化せず、炉内を過度に冷却
することがないため、炉壁近傍の炉内原料の温度低下を
来たすことがなく、炉体熱損失を抑制できる。

【００２１】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明の炉体保護
壁によれば、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、炉内側が狭幅の台形状の耐火煉瓦の４周部
を金属材料の目地状マトリックスで囲み、耐火煉瓦の保
持機能を大幅に向上させたことによって、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。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、炉体の寿命を飛躍的
に増大させることができ、また、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、燃料費の削減等を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例による耐火物材料として耐火
煉瓦を用いた炉体保護壁で高炉炉壁を構築した場合の一
部を示す部分断面である。

【図２】図１の炉内部分正面図である。

【図３】耐火煉瓦と鋳鉄の目地状マトリックスの界面取
合いを示す図１のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図３と別断面での耐火煉瓦と鋳鉄の目地状マト
リックスの界面取合いを示す図１のＢ−Ｂ断面図であ
る。

【図５】（ａ）図は図１のステーブ本体縦断面部の焼成
煉瓦の鋳鉄目地寸法を保持するための金属製特殊ケレン
の配置状況を示す断面図、（ｂ）図はその金属製特殊ケ
レンの形状の一例を示す斜視図である。

【図６】（ａ）図は図４ないし図５のステーブ本体横断
面部の耐火煉瓦の鋳鉄目地寸法を保持するための金属製
特殊ケレンの配置状況を示す断面図、（ｂ）図はその金
属製特殊ケレンの形状の一例を示す斜視図である。

【図７】従来の高炉の炉体保護壁の一例を示す一部断面
図である。

【符号の説明】

１、１０１ステーブ本体２、１０３鋼管３、３ａ、４、４ａ、５耐火煉瓦６高炉鉄皮７取付けボルト８、９充填材１０水平冷却鋼管１１、１２煉瓦支持棚１３、１３ａ、１３ｂ、１３ｃ界面１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ傾斜界面２１、２２、３１、３２特殊ケレン２３、３３金属製円形プレート２４、３４金属製継ぎ棒１０２煉瓦支持金物１０４炉壁煉瓦１０５鋳込み煉瓦１０６ステーブ凹部Ｉ炉内側Ｏ炉外側

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】炉体鉄皮を炉内熱負荷から保護するステ
ーブに予め耐火物を埋設してなる冶金用炉の炉体保護壁
において、炉内側が耐火煉瓦で、かつ炉外側が鋳鉄等の
金属材料からなり、炉内側が狭幅の台形状で、ステーブ
厚さ方向に長さの異なる耐火煉瓦を複数積層し、耐火煉
瓦間および各層間に目地状マトリックスの金属材料層で
界面を形成してステーブ本体を構成し、該ステーブ本体
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用炉体保護壁。
【請求項２】炉体鉄皮を炉内熱負荷から保護するステ
ーブに予め耐火物を埋設してなる冶金用炉の炉体保護壁
において、炉内面側が耐火煉瓦で、かつ炉外側が鋳鉄等
の金属材料からなり、炉内側が狭幅の台形状で、ステー
ブ厚さ方向に機能の異なる耐火煉瓦を複数積層し、耐火
煉瓦間および各層の間に目地状マトリックスの金属材料
層で界面を形成してステーブ本体を構成し、該ステーブ
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用炉体保護壁。