JP3862896B2 - 炉用ステーブ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉などの冶金炉の炉体を冷却する炉用ステーブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、冶金炉の炉体を冷却する炉用ステーブが工業界において広く使用されている。この炉用ステーブは、炉体鉄皮の炉内側内面に設置される。図９と図１０を参照して、従来の炉用ステーブを説明する。
【０００３】
図９は、冷却水用給排水管とステーブ取付ボルト部を省略した従来の炉用ステーブの外観を示す斜視図であり、図１０（ａ）は、図９の炉用ステーブの一部を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【０００４】
炉用ステーブ１０は、板状の本体２０と、この本体２０の表面（前面）２０ａに形成された複数本の突起３０（凸部）とを有する。複数本の突起３０は互いに所定間隔離れてほぼ平行に形成されており、これらの突起３０によって炉用ステーブ１０の前面２０ａには凹凸が形成されていることとなる。炉用ステーブ１０を炉内に設置する場合は、複数本の突起３０が炉の底面に平行になるように本体２０の前面２０ａを炉内に向け、各突起３０が耐火物などを支持し易いように設置する。なお、図１０に示すように、本体２０の内部には、冷却水が流れる冷却水路２２が複数形成されている。冷却水路２２の横断面は円形、楕円形、矩形など様々であるが、ここでは一例として円形のものを示す。
【０００５】
炉内に向いた本体２０前面には、断熱層となる耐火物が施工される。この耐火物によって、炉を立ち上げた直後に炉用ステーブ１０が急激に加熱されても、この急激な温度上昇から本体２０が保護される。さらに、本体２０の前面耐火物は、炉内充填物に対する冷却効果を抑制する。この結果、無駄な熱損失を低減できる。なお、炉用ステーブ１０が炉内に取り付けられる位置によっては、スラグなどの溶融物が炉用ステーブ１０の冷却効果によって自ら凝固して炉用ステーブ１０の前面に付着することもある。この場合、この付着した溶融物が耐火物の代わりになるので耐火物の施工は不要となることがある。
【０００６】
また、炉用ステーブ１０の前面２０ａの突起３０は耐火物を支持する役割を果すだけでなく、この支持された耐火物（以下、前面耐火物という。）や付着物（以下、前面付着物という。）を冷却して維持する役割も担っている。前面耐火物は冷却されることによりその寿命が延び、一方、前面付着物は冷却されることによりいっそう強固な付着物層を形成する。これら前面耐火物や前面付着物（以下、これらを前面支持層という。）は炉内からの熱損失を抑制するので、前面支持層を維持することは重要なことである。従って、炉用ステーブ１０がその本体２０自身を冷却・維持すると共に、前面支持層を効率良く冷却しながら維持し続けることが望まれる。
【０００７】
ところで、炉用ステーブ１０では、本体２０の表面２０ａから冷却水路２２までの厚さｔ１や、冷却水路２２から本体２０の裏面（背面）２０ｂまでの厚さｔ２などは、炉用ステーブ１０の製作精度や強度を考慮して一定値以上あることが要求されている。従って、炉用ステーブ１０では、上記の厚さｔ１，ｔ２と冷却水路２２の内径（または断面厚さ）Ｄに基づいて、本体２０の厚さＢが決定される。
【０００８】
また、炉用ステーブ１０は、銅や銅合金など比較的高価な材料から製造されることがある。この場合、使用する材料を少なくすることが炉用ステーブ１０のコストダウンになる。しかし、炉用ステーブ１０の本体２０の厚さＢは、上記のように厚さｔ１，ｔ２などに基づいて決定される。従って、炉用ステーブ１０を製造する際に使用する材料を少なくするためには、突起３０を小さくするか、若しくは、冷却水路２２の内径Ｄを小さくすることが考えられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、突起３０は前面支持層を支持する役目をもつので、その高さＡをむやみに低くできない。また、冷却水路２２には適正な量の冷却液が適正な速度で流れて前面支持層や本体を冷却することが必要とされるので、冷却水路２２の断面積（図１０（ａ）では内径Ｄ）もむやみに小さくできない。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑み、使用材料を減らしても前面支持層及び本体を十分に冷却できる炉用ステーブを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための本発明の第１の炉用ステーブは、冷却液が流れる冷却液路が内部に形成された液路部分と、上記冷却液路が内部に形成されていない非液路部分とを備えた炉用ステーブにおいて、
（１）上記非液路部分は、上記液路部分の厚さよりも薄いものであることを特徴とするものである。
【００１２】
また、上記目的を達成するための本発明の第２の炉用ステーブは、冷却液が流れる冷却液路が内部に形成された液路部分及び上記冷却液路が内部に形成されていない非液路部分を有する板状の本体と、この本体の表面に所定間隔で形成された所定長さの複数本の突起とを備えた炉用ステーブにおいて、
（２）上記本体の上記表面のうち上記液路部分の前方に形成された、上記冷却液路の一部を含む凸部を備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
ここで、
（３）上記凸部は、上記非液路部分を薄くすることにより形成されたものであってもよい。
【００１４】
また、上記目的を達成するための本発明の第３の炉用ステーブは、冷却液が流れる冷却液路が内部に形成された液路部分と、上記冷却液路が内部に形成されていない非液路部分とを有する板状の本体を備えた炉用ステーブにおいて、
（４）上記本体の表面のうち内側に上記冷却液路のある部分に形成された、上記冷却液路に沿って延びる凸部を有することを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、
（５）上記冷却液路は、その内壁面の面積の１／２以上が上記本体の内部に存在するように形成されたものであってもよい。
【００１６】
また、
（６）上記冷却液路は、上記冷却液路の中心線が上記本体の表面よりもこの本体の内側に存在するように形成されたものであってもよい。
【００１７】
さらに、
（７）上記炉用ステーブは、銅製若しくは銅合金製のものであってもよい。
【００１８】
なお、冷却液路の中心線とは、冷却液路の横断面の中心を結ぶ線をいい、冷却液の流れに沿った線である。また、炉用ステーブの本体とは、炉用ステーブのうち板状の部分をいい、凸部や突起を含まない部分をいう。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の炉用ステーブの実施形態を説明する。
【００２０】
図１と図２を参照して、第１実施形態の炉用ステーブを説明する。
【００２１】
図１は、第１実施形態の炉用ステーブを示す斜視図である。図２（ａ）は、図１の炉用ステーブの正面図であり、（ｂ）は、図１の炉用ステーブの側面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【００２２】
第１実施形態の炉用ステーブ４０は、板状の本体５０と、この本体５０の表面５２に形成された複数本の長い凸部６０とを有する銅製若しくは銅合金製のものである。本体５０の内部には、冷却水が流れる冷却水路５４（本発明にいう冷却液路の一例である。）が縦方向に複数形成されている。本体５０の裏面５６には、冷却水路５４を流れる冷却水の流入口５８と排出口５９が形成されている。複数本（図では４本）の凸部６０は、互いにほぼ等間隔離れてほぼ平行に形成されている。炉用ステーブ４０を炉（図示せず）に設置する際には、凸部６０が炉の高さ方向にほぼ平行になるように炉用ステーブ４０を配置する。
【００２３】
本体５０のうち凸部６０に沿った部分５０ａ（本発明にいう液路部分の一例である。）の内部には冷却水路５４が形成されている。また、本体５０の表面５２のうち凸部６０に隣接した面には、凹部６２が形成されていることとなる。本体５０のうちこの凹部６２に沿った部分５０ｂ（本発明にいう非液路部分の一例である。）の内部には、冷却水路５４が形成されていない。従って、本体５０の表面５２のうち冷却水路５４に向き合わない部分（非液路面といい、内側に冷却水路５４の無い表面）に凹部６２が形成されていることとなる。
【００２４】
炉用ステーブ４０では、本体５０の表面５２のうち非液路面（内側に冷却水路５４の無い表面）に凹部６２を形成することにより、非液路部分５０ｂの厚さを液路部分５０ａの厚さよりも薄くした。このため、本体５０の厚さが、Ｔ２よりも薄いＴ１となり、非液路部分５０ｂでは（Ｔ２−Ｔ１）の厚さ分だけ、炉用ステーブ４０を製造する際の材料を少なくできる。この結果、炉用ステーブ４０を低価格で製造できることとなる。
【００２５】
ところで、上記の炉用ステーブ４０は炉底の側壁として使用される場合を想定したものである。この場合、炉用ステーブ４０の前面の凹部に不定形耐火物が施され、その前方に固形レンガ（前面支持層の一例である）が積まれる。この炉用ステーブ４０では、表面５２に凹部６２を形成することにより表面５２に凹凸が形成されているので、表面５２とこの表面５２に接した耐火物（固形れんがを含む）とが接触する面が増える。このため、冷却効果が高まる。しかも、凹部６２が形成されることにより、冷却水路５４が表面５２に接近するので、耐火物がいっそう冷却され易い。この結果、使用材料を減らしても耐火物を十分に冷却できる炉用ステーブ４０が得られる。なお、炉用ステーブ４０の本体５０も、冷却水路５４を流れる冷却水によって十分に冷却される。
【００２６】
図３と図４を参照して、第２実施形態の炉用ステーブを説明する。
【００２７】
図３は、第２実施形態の炉用ステーブを示す斜視図である。図４（ａ）は、図３の炉用ステーブの正面図であり、（ｂ）は、図３の炉用ステーブの側面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００２８】
第２実施形態の炉用ステーブ７０は、板状の本体８０を備えており、銅製若しくは銅合金製のものである。本体８０の表面８２には、複数本の長い突起７２が互いに所定間隔離れてほぼ平行に形成されている。炉用ステーブ７０を炉に設置する場合、複数本の突起７２を炉の底面にほぼ平行にし、各突起７２が耐火物などの前面支持層を支持し易いようにする。また、表面８２には、突起７２に直交する方向に複数本（図では４本）の長い凸部９０が互いにほぼ等間隔でほぼ平行に形成されている。凸部９０は突起７２の表面７２ａよりもやや低い位置にある。炉用ステーブ７０を炉（図示せず）に設置する際には、突起７２が炉底にほぼ平行になるように炉用ステーブ７０を配置する。
【００２９】
本体８０の内部には、冷却水が流れる冷却水路８４が縦方向に複数形成されている。ここでは、冷却水路８４が縦方向に形成されているものを例に挙げたが、横方向や斜め方向に冷却水路８４が形成された本体８０もある。このような場合、冷却水路８４に沿って凸部９０が形成されている。
【００３０】
また、本体８０の裏面８６には、冷却水路８４を流れる冷却水の流入口８８と排出口８９が形成されている。各冷却水路８４は、本体８０のうち凸部９０に沿った部分８０ａ（本発明にいう液路部分の一例である。）の内部に形成されている。また、本体８０の表面８２のうち凸部９０に隣接した面には凹部９２が形成されていることとなる。本体８０のうちこの凹部９２に沿った部分８０ｂ（本発明にいう非液路部分の一例である。）の内部には、冷却水路８４が形成されていない。従って、本体８０の表面８２のうち冷却水路８４に向き合わない非液路面（内側に冷却水路８４の無い表面）に凹部９２が形成されていることとなる。
【００３１】
ここで、図５を参照して、従来の炉用ステーブと第２実施形態の炉用ステーブの厚さを比較する。
【００３２】
図５は、従来の炉用ステーブと第２実施形態の炉用ステーブの厚さを比較する、（ａ）は、従来の炉用ステーブを示す断面図であり、（ｂ）は、第２実施形態の炉用ステーブを示す断面図である。図５（ａ）では、図１０の構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。図５（ｂ）では、図４の構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。
【００３３】
従来の炉用ステーブ１０では、本体２０の厚さがＴ３になるように設計している。この場合、本体２０の形状は直方体であり、その前面には複数本の突起３０が形成されている。この突起３０の高さはｔである。
【００３４】
これに対し、本実施形態の炉用ステーブ７０では本体８０が厚さが、Ｔ３よりも薄いＴ４になるようにし、冷却水路８４を表面８２に接近させると共に冷却水路８４の前方に凸部９０を形成した。なお、突起７２の高さはｔであり、従来の突起３０の高さｔと同じである。
【００３５】
この結果、本体８０の厚さＴ４が従来の厚さＴ３よりもδだけ薄くなり、炉用ステーブ７０を製造する際の材料を少なくできる。この結果、炉用ステーブ７０を低価格で製造できることとなる。また、炉用ステーブ７０では、表面８２の凹凸が増えて表面８２と前面支持層とが接触する面の数が増える。このため、前面支持層に対する冷却効果が高まる。しかも、凹部９２（図４参照）に位置する前面支持層は少なくとも三方の面から冷却されるので、いっそう十分に冷却される。さらに、凹部９２が形成されることにより、冷却水路８４が表面８２に接近することとなるので、前面支持層がいっそう冷却効果が高い。このため、使用材料を減らしても前面支持層や本体８０を十分に冷却できる炉用ステーブ７０が得られる。なお、上記の例では炉用ステーブ７０が従来に比べてδだけ薄くなるが、炉用ステーブの薄型化は炉内容積の拡大に結びつくことが多い。
【００３６】
図６と図７を参照して、第３実施形態の炉用ステーブを説明する。
【００３７】
図６は、第３実施形態の炉用ステーブを示す斜視図である。図７（ａ）は、図６の炉用ステーブの正面図であり、（ｂ）は、図６の炉用ステーブの側面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【００３８】
第３実施形態の炉用ステーブ１００は、板状の本体１１０と、この本体１１０の表面１１２に形成された長い凸部１２０とを有する銅製若しくは銅合金製のものである。本体１１０の内部には、冷却水が流れる冷却水路１１４が形成されている。冷却水路１１４は、本体１１０の内部の上部から下部にかけて折れ曲がりながら延びている。このような冷却水路１１４の配置は、水路系統の数を減らしたい場合に有効である。なお、本体１１０の裏面１１６には、冷却水路１１４を流れる冷却水の流入口１１８と排出口１１９が形成されている。
【００３９】
凸部１２０は、主に本体１１０の表面１１２のうち冷却水路１１４に向き合う液路面（内側に冷却水路１１４が形成されている表面）に形成されているが、液路面に向き合っていない部分にも凸部１２０の一部は形成されている。このため、凸部１２０は、表面１１２の上部から下部にかけて折れ曲がりながら冷却水路１１４に沿って延びている。炉用ステーブ１００を炉（図示せず）に設置する際には、凸部１２０のうち横に細長い部分１２０ａが炉の底面にほぼ平行になるように炉用ステーブ１００を配置する。
【００４０】
上記のように、本体１１０のうち凸部１２０に沿った部分１１０ａの内部には冷却水路１１４が形成されている。この部分１１０ａは、本発明にいう液路部分の一例である。また、本体１１０の表面１１２のうち凸部１２０に隣接した面には、凹部１２２が形成されている。本体１１０のうちこの凹部１２２に沿った部分１１０ｂの内部には冷却水路１１４が形成されていない。この部分１１０ｂは、本発明にいう非液路部分の一例である。
【００４１】
炉用ステーブ１００では、本体１１０の表面１１２のうち冷却水路１１４に向き合わない非液路面（内側に冷却水路１１４の無い表面）に凹部１２２を形成することにより、非液路部分１１０ｂの厚さを液路部分１１０ａの厚さよりも薄くした。このため、本体１１０の厚さが、Ｔ５（従来の炉用ステーブの本体の厚さ）よりも薄いＴ６となる。また、凹部を形成することにより、炉用ステーブ１００の本体１１０の表面１１２に、前面支持層を冷却するための凸部を形成したこととなる。なお、凸部の高さは任意に設定するものである。
【００４２】
このように、非液路面に凹部１２２を形成したので、非液路部分１１０ｂでは（Ｔ５−Ｔ６）の厚さ分だけ、炉用ステーブ１００を製造する際の材料を少なくできる。この結果、炉用ステーブ１００を低価格で製造できることとなる。また、炉用ステーブ１００では、表面１１２に凹部１２２を形成することにより表面１１２に凹凸が形成されて前面支持層を十分に冷却できる。しかも、凹部１２２が形成されることにより冷却水路１１４が表面１１２に接近するので、前面支持層がいっそう冷却され易く、冷却効果が高まる。この結果、使用材料を減らしても前面支持層を十分に冷却できる炉用ステーブ１００が得られる。
【００４３】
上述した各実施形態では、炉用ステーブ本体の表面のうち冷却水路に向き合う液路面（内側に冷却水路が形成された表面）に凸部が形成されている。ここで、冷却水路が形成された位置について、図８を参照して説明する。
【００４４】
図８は、冷却水路の位置を模式的に示す断面図である。ここでは、図１と図２を参照して説明した炉用ステーブ４０を例に挙げて説明する。
【００４５】
冷却水路５４は、その内壁面５４ａの面積（抜熱面積）の１／２以上が本体５０の内部に存在するように形成されている。このため、冷却水路５４を流れる冷却水によって本体５０（直方体の部分）への冷却効果を維持する。なお、冷却水路５４のピッチ（互いに隣り合う冷却水路５４の距離）は２５０ｍｍ以下が望ましい。
【００４６】
上記のように冷却水路５４の内壁面５４ａの面積の１／２以上が本体５０内部に存在させるためには、冷却水路５４の横断面を２分割する分割線５４ｂ（本体５０の表面５２に平行な線）を、本体５０の表面５２よりも本体５０の内部側に位置させる。図では、分割線５４ｂを表面５２よりもＴ７だけ内側に位置させた。また、冷却水路５４の中心を通る中心線５４ｃ（図８の紙面に垂直な線）を、本体５０の表面５２よりも本体５０の内側に位置させる。このように分割線５４ｂや中心線５４ｃの位置を規制することにより内壁面５４ａの面積の１／２以上を本体５０の内部に存在でき、本体５０の温度を低く保てる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の第１の炉用ステーブでは、非液路部分の厚さを液路部分よりも薄くしたので、この薄い部分を表面（前面）に形成して凹凸にすることにより、前面と前面支持層とが接触する面が増え、前面支持層を十分に冷却できるとともに、本体の冷却効果も維持できる。また、非液路部分を薄くする分だけ、炉用ステーブを製造する際の材料を少なくできる（減らせる）。このため、炉用ステーブを低価格で製造できることとなる。従って、炉用ステーブと前面支持層を十分に冷却できると共に、無駄な部分を減肉してコストダウンを図った炉用ステーブが得られる。
【００４８】
また、本発明の第２の炉用ステーブでは、液路部分の前方に凸部が形成されているので、非液路部分の厚さが、凸部を含む液路部分の厚さよりも薄い。また、本体表面に凹凸が形成されていることとなるので、この凹凸と複数本の突起が前面支持層に接触する面を増やせる。しかも、冷却液路の一部が凸部に含まれているので、前面支持層を十分に冷却できる。また、非液路部分が薄い分だけ、本体を薄くでき、本体を製造する際の材料を少なくできる（減らせる）。このため、炉用ステーブを低価格で製造できることとなる。
【００４９】
ここで、上記凸部は、前記非液路部分を薄くすることにより形成されたものである場合は、本体の肉厚が薄くなり、上記と同様の効果がある。
【００５０】
また、本発明の第３の炉用ステーブでは、凸部が形成されているので冷却液路を前面に接近するように形成できる。この冷却液路の一部が炉底に平行になるように冷却液路を形成することにより、凸部も炉底に平行に形成される。この結果、凸部に支持されている前面支持層をいっそう確実に冷却できる。また、本体のうち非液路部分の厚さが液路部分よりも薄いこととなるので、その薄い分だけ、本体を製造する際の材料を少なくできる。このため、炉用ステーブを低価格で製造できることとなる。
【００５１】
ここで、上記冷却液路は、その内壁面の面積の１／２以上が上記本体の内部に存在するように形成されたものである場合は、冷却液路を流れる冷却液によって本体がいっそう確実に冷却されるので、本体を所定値以上の強度に保てる。
【００５２】
また、上記冷却液路は、上記冷却液路の中心線が上記本体の表面よりもこの本体の内側に存在するように形成されたものである場合は、冷却液路を流れる冷却液によって本体がいっそう確実に冷却されるので、本体を所定値以上の強度に保てる。
【００５３】
さらに、上記炉用ステーブは、銅製若しくは銅合金製のものである場合は、銅や銅合金の熱伝導率は高いので、冷却効率の高い炉用ステーブを得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の炉用ステーブを示す斜視図である。
【図２】（ａ）は、図１の炉用ステーブの正面図であり、（ｂ）は、図１の炉用ステーブの側面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。
【図３】第２実施形態の炉用ステーブを示す斜視図である。
【図４】（ａ）は、図３の炉用ステーブの正面図であり、（ｂ）は、図３の炉用ステーブの側面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【図５】従来の炉用ステーブと第２実施形態の炉用ステーブの厚さを比較する、（ａ）は、従来の炉用ステーブを示す断面図であり、（ｂ）は、第２実施形態の炉用ステーブを示す断面図である。
【図６】第３実施形態の炉用ステーブを示す斜視図である。
【図７】（ａ）は、図６の炉用ステーブの正面図であり、（ｂ）は、図６の炉用ステーブの側面図であり、（ｃ）は、（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。
【図８】冷却水路の位置を模式的に示す断面図である。
【図９】従来の炉用ステーブの冷却水用給排水管とステーブ取付ボルト部を除く本体部の外観を示す斜視図である。
【図１０】（ａ）は、図９の炉用ステーブの一部を示す側面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＶ−ＩＶ断面図である。
【符号の説明】
４０，７０，１００ 炉用ステーブ
５０，８０，１１０ 本体
５０ａ，８０ａ，１１０ａ 液路部分
５０ｂ，８０ｂ，１１０ｂ 非液路部分
５２，７２，１１２ 本体の表面
５４，８４，１１４ 冷却水路
６０，９０，１２０ 凸部
６０，９２，１２２ 凹部

Claims (5)

1. 冷却液が流れる冷却液路が内部に形成された液路部分と、前記冷却液路が内部に形成されていない非液路部分とが形成された本体を備えた炉用ステーブにおいて、
   前記液路部分は、前記非液路部分よりも凸部になったものであり、
   前記非液路部分は、前記液路部分の厚さよりも薄いものであり、かつ、前記冷却液路に平行に延びて不定形耐火物が施される凹部になったものであることを特徴とする炉用ステーブ。
2. 冷却液が流れる冷却液路が内部に形成された液路部分と、前記冷却液路が内部に形成されていない非液路部分とが形成された本体を備えた炉用ステーブにおいて、
   前記液路部分は、前記非液路部分よりも凸部になったものであり、
   前記冷却液路は、前記炉用ステーブの本体の内部の上部から下部にかけて折れ曲がりながら延びているものであることを特徴とする炉用ステーブ。
3. 前記冷却液路は、
   その内壁面の面積の１／２以上が、前記本体の表面のうち前記非液路部分の表面よりも前記炉用ステーブの本体の内部に存在するように形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の炉用ステーブ。
4. 前記冷却液路は、
   前記冷却液路の中心線が、前記本体の表面のうち前記非液路部分の表面よりも前記炉用ステーブの本体の内側に存在するように形成されたものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の炉用ステーブ。
5. 前記炉用ステーブは、銅製若しくは銅合金製のものであることを特徴とする請求項１から４までのうちのいずれか一項に記載の炉用ステーブ。

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