JP4104331B2 - 冷却器を備えた高炉炉底側壁部用煉瓦 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カーボン煉瓦を冷却する冷却器を備えた高炉炉底側壁部用煉瓦および高炉炉底側壁部の冷却構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
高炉炉底は高炉の寿命を律する部位であり、炉底側壁部を構成するカーボン煉瓦の損耗防止は、高炉寿命延長のための最重要課題である。炉底側壁部のカーボン煉瓦の損耗原因には、溶銑による浸食、熱応力による脆化などが挙げられるが、カーボン煉瓦の損耗防止には冷却強化が最も有効とされている。
【０００３】
従来の高炉炉底側壁部の耐火煉瓦としては、溶銑による浸食を避けるため、耐溶銑性能が高く、かつ熱伝導性の優れたカーボン煉瓦が使用されている。このカーボン煉瓦を冷却するための手段としては、炉底側壁最外周の鉄皮に冷却水を散水する方法と、炉底側壁内にステーブクーラーを埋設する方法とがある。カーボン煉瓦は、鉄皮散水による方法では外側から間接的に冷却されるのに対し、ステーブクーラーによる方法ではより近い位置から冷却される。
【０００４】
図４に従来のステーブクーラー11による冷却構造を示す。ステーブクーラー11は、カーボン煉瓦１と鉄皮13の間に埋設されるが、据付け誤差の吸収およびカーボン煉瓦１の熱膨張による移動を吸収するために、スタンプ材12がステーブクーラー２の周囲に充填されている。
スタンプ材12は、熱伝導性が高くかつ可縮性のある材料からなり、高炉稼働後にカーボン煉瓦１が加熱され膨張しても、スタンプ材12が縮小することでステーブクーラー11との間に隙間は生じず、冷却能が保たれる。
【０００５】
しかし、長期にわたる高炉の稼働によりスタンプ材12が劣化したり、カーボン煉瓦１の膨張収縮によって、カーボン煉瓦１とステーブクーラー11との間に隙間が生じ、冷却能が低下する場合がある。例えばカーボン煉瓦１の炉内側に付着物が生成した場合、該生成部位ではステーブクーラー11側からの冷却能が過剰となって煉瓦温度が低下する。するとカーボン煉瓦１は収縮するが、スタンプ材12は膨張しないので部分的にステーブクーラー11との間に隙間が生じ、冷却能が低下する。
【０００６】
このように冷却能が低下した場合の処置として、特開平10−280017号公報では高炉炉底側壁の補修方法を提案している。すなわち、スタンプ材12の伝熱量を測定し、伝熱量が低下した部位の鉄皮13を休風時に切除して、該部位のスタンプ材12を除去したのち新しいスタンプ材12を再充填し、鉄皮13を再付設し羽口送風を再開する方法である。
【０００７】
なお、特開平７−133989号公報では、高炉におけるカーボン煉瓦の構築に際し、予め複数のカーボン煉瓦をカーボン接着剤により接着して接合体を構成する方法を提案し、該接着剤として、カーボン粉と合成樹脂液と硬化剤からなる接着剤を開示している。
【０００８】
ステーブクーラー11による従来の冷却において、上記のようにカーボン煉瓦１の膨張収縮やスタンプ材12の劣化により、カーボン煉瓦１とステーブクーラー11との間に隙間が生じて冷却能が低下した場合、カーボン煉瓦１は溶銑に接している部分から浸食が進み、ついには煉瓦損失に至る。そこで煉瓦損失前に高炉の火を落として停止し、煉瓦交換のための改修工事が行われる。
この高炉寿命を少しでも延長するため、上記公報に提案しているような補修が行われる。しかしこの補修は冷却能が低下した場合の処置であって、冷却能の低下により溶銑によるカーボン煉瓦の浸食は進行する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする課題は、高炉炉底側壁部におけるカーボン煉瓦の冷却能低下を防止することで溶銑による煉瓦の浸食を抑制し、高炉寿命の延長を図ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高炉炉底の側壁部に配置されるカーボン煉瓦に、金属製の冷却器を予めカーボン粉と合成樹脂と硬化剤からなり固体炭素を５０〜８５質量％を含有する接着層を介して、前記カーボン煉瓦に直接接着するとともに、前記カーボン煉瓦にアンカーボルトの一方側（アンカー側）を埋設し、他方側を前記冷却器に貫通させ、前記冷却器との間にバネ機能をもつ座金を挟んでナットを螺合し、前記冷却器を前記カーボン煉瓦に締結してなることを特徴とする冷却器を備えた高炉炉底側壁部用煉瓦である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の煉瓦は、図４に示すような高炉炉底の側壁部に配置される冷却器を備えたカーボン煉瓦１であって、図１の例に示すように、金属製の冷却器２をカーボン粉と合成樹脂と硬化剤からなる接着剤でカーボン煉瓦１に貼り付け、冷却器２とカーボン煉瓦１の間に固体炭素を質量％で50％以上85% 以下を含有する接着層３を形成して接着したものである。
なお、本発明における接着層の固体炭素には、カーボン粉のほか、合成樹脂や硬化剤に含まれる炭素化合物から分解し、炭化してできた炭素を含むものとする。
【００１２】
冷却器２は、銅、鋼または鋳鉄等の金属製で、内部に冷却水流路４が形成してあり、冷却水導入管６から導入し、冷却水導出管５から導出する水により冷却する。
【００１３】
また接着剤には、上記特開平７−133989号公報に開示しているような、カーボン粉と合成樹脂と硬化剤からなる常温硬化性のカーボン接着剤等を採用できるが、カーボン煉瓦１と冷却器２との間に質量％にて固体炭素を50％以上含有する接着層３を形成することが必要である。
接着層に固体炭素を質量％にて50％以上を含有させるのは、接着剤としての合成樹脂、硬化剤の熱伝導率が低いため、これをカーボン粉および、合成樹脂や硬化剤から分解し炭化した炭素などの固体炭素により熱伝導率を向上させるためである。
【００１４】
図５は接着層の固体炭素含有量と熱伝導率（ａ）および接着力（ｂ）との関係を示しているが、固体炭素量が質量％で50％未満では熱伝導率が低く質量％で50％以上が必要である。これは、固体炭素量が質量％で50％以上では、固体炭素同士が接触することとなり熱伝導率が向上するためである。なお、固体炭素含有量が質量％で85％を超えると、接着層の接着力が低下するので、固体炭素の含有量は質量％で85％以下とすることが好ましい。
【００１５】
接着剤中のカーボン粉には、焙焼無煙炭、仮焼コークス、人造黒鉛、天然黒鉛、カーボンブラックなどの微粉末を採用できる。
【００１６】
合成樹脂としては、炭化率が大きいフェノール樹脂、フラン樹脂、フルフラール樹脂、またはこれらの各種変性物等の熱硬化性樹脂が好適であり、他にポリイソシアネート、ポリイミド、エポキシ樹脂なども使用できる。これら合成樹脂は、１種のみ単独で使用するほか、２種以上を混合して使用することもできる。
【００１７】
硬化剤としては、パラトルエンスルホン酸、燐酸、ヘキサメチレンテトラミン等が用いられ、接着剤として使用する直前に添加する。
このほか、接着剤の粘度を調整するために、エチレングリコールやフルフリルアルコール等の希釈剤を使用することもできる。
【００１８】
接着に際しては、このようなゲル状の接着剤を冷却器２の接着面に密に塗布してカーボン煉瓦１に貼り付け、乾燥硬化させて接着層３を形成する。接着層３には固体炭素を、質量％にて50％以上を含有させる。このため固体炭素による高い熱伝導性が十分に確保される。
なお、冷却器のカーボン煉瓦への貼り付けは、接着層を介して直接接着する。
【００１９】
また、接着層３が冷却器２に接して使用されるので、接着剤中の合成樹脂や硬化剤などの成分は使用中も残存率が高い。このため接着性能が長期にわたり維持でき、カーボン煉瓦１の膨張収縮によって部分的にも分離し難い。
したがって、冷却器２の冷却水流路４に冷却水を流すことで、高熱伝導性を有する接着層３を経てカーボン煉瓦１の熱が抜熱され、その冷却能は長期にわたる高炉操業によっても低下し難い。
【００２０】
次に本発明の冷却器を備えた高炉炉底側壁部用煉瓦において冷却器２は、図２に示すように、接着層３を形成したうえさらにアンカーボルト７によりカーボン煉瓦１に取り付けられた構造とするのが好ましい。その構造は、図３に示した例のように、カーボン煉瓦１にアンカーボルト７の一方側（アンカー側）を埋設し、他方側を冷却器２に貫通させ、冷却器２との間にバネ機能を持つ座金８を挟んでナット９を螺合し、冷却器２をカーボン煉瓦１に締結した構造である。
【００２１】
この構造を図３によりさらに具体的に説明すると外面に滑り止め用の微細な突起をもち、内面にはテーパ面をもち、外径が拡大するように切り込みを入れたアンカー10の内面に、アンカーボルト７の一方側（アンカー側）を嵌合させ、これをカーボン煉瓦１に開けたアンカー用の穴14に差し込んで埋設する。
【００２２】
バネ機能を持つ座金８としては、鋼製スプリングやバネ状のワッシャー等を使用でき、これらスプリングやワッシャーがナット９と一体になっているものを使用することもできる。
【００２３】
冷却器を備えた高炉炉底側壁部用煉瓦の使用に際しては、予めカーボン煉瓦１にアンカー10用の穴14を開けておき、アンカー10およびアンカーボルト７を埋め込んでおく。そして上記と同様に、冷却器２の接着面に接着剤を密に塗布した後、アンカーボルト７を冷却器２の貫通孔に通して冷却器２をカーボン煉瓦１に貼り付ける。接着剤が乾燥硬化して接着層３が形成された後、座金８を介してナット９により締結する。締結は、座金８のバネの縮み代を考慮して適正な初期応力で行う。
【００２４】
この好ましい態様では、バネ機能をもつ座金８のバネ力により、冷却器２とカーボン煉瓦１との間の密着力がより強固に長期にわたり保持される。このため、使用する接着剤のカーボン粉の配合を高め、接着層の固体炭素量を85％を超えて含有させることが容易となり、形成される接着層３の熱伝導性をより高めることができる。また長期にわたる使用で接着層３の合成樹脂や硬化剤が劣化したり飛散するような場合でも、バネ力により冷却器２とカーボン煉瓦１との密着が保持される。接着層３の合成樹脂や硬化剤中の炭素化合物が分解し炭化した場合は、固体炭素の割合が高まり、熱伝導性が向上する。
【００２５】
本発明の冷却器を備えた高炉炉底側壁部用煉瓦の使用に際しては、高炉炉底側壁部用のカーボン煉瓦１に冷却器２を接着層３を介して接着した煉瓦を、高さ方向には炉底から１〜５段にわたって取り付けることができる。また、複数の煉瓦を予め接合しておき、接合された大型の煉瓦に共通の冷却器を接着して取り付けることもできる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の冷却器を備えた高炉炉底側壁部用煉瓦を高炉炉底側壁部に取り付けることにより、カーボン煉瓦は高熱伝導性の接着層および金属製の冷却器を経て水冷により冷却され、接着層による煉瓦との密着性は長期にわたる高炉操業中も劣化し難く、冷却能は低下し難い。したがって溶銑による煉瓦浸食が抑制され高炉寿命が延長される。
そのうえ、従来のステーブクーラーに比べ安価であり、設備費や取付け費用が低減できる。高炉炉底側壁部の任意の位置に取付けることが可能なため、カーボン煉瓦の損耗状況に応じて冷却能力の強化が可能である。また従来の鉄皮散水により冷却を行っている高炉においても追加設置できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の高炉炉底側壁部用煉瓦への冷却器の取付け例を示す斜視図である。
【図２】 本発明の高炉炉底側壁部用煉瓦への冷却器の別の取付け例を示す斜視図である。
【図３】 本発明の高炉炉底側壁部用煉瓦への冷却器の別の取付け例を示す断面図である。
【図４】 従来の高炉炉底側壁部の冷却装置の取付け例を示す断面図である。
【図５】 本発明の冷却器を備えた高炉炉底側壁部用煉瓦の接着層の固体炭素含有量と熱伝導率および接着力との関係を示す図である。

Claims (1)

1. 高炉炉底の側壁部に配置されるカーボン煉瓦に、金属製の冷却器を予めカーボン粉と合成樹脂と硬化剤からなり固体炭素を質量％で５０％〜８５％を含有する接着層を介して直接接着するとともに、前記カーボン煉瓦にアンカーボルトの一方側を埋設し、他方側を前記冷却器に貫通させ、前記冷却器との間にバネ機能をもつ座金を挟んでナットを螺合し、前記冷却器を前記カーボン煉瓦に締結してなることを特徴とする冷却器を備えた高炉炉底側壁部用煉瓦。

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