JP6658683B2 - 冶金炉炉体冷却用ステーブ - Google Patents

Description

本発明は、冶金炉（例えば、高炉）の炉体の冷却に用いる炉体冷却用ステーブに関するものである。

高炉等の冶金炉では、炉体鉄皮を炉内の高温ガスあるいは高温溶融物から保護するために、炉体鉄皮の内側に炉体冷却用ステーブ（以下、単に「ステーブ」とも言う）が取り付けられている。

この冶金炉の炉体冷却用ステーブは、一般的に、特許文献１に記載されているように、ゲタ形状をしており、ゲタの台に相当する直方体形状の部分（以下、「ステーブ本体」という）と、ゲタの歯に相当する複数の突出部分（以下、「ゲタ部」という）を備えている。なお、ステーブ本体とゲタ部は、材質が銅または合金銅もしくは鋳鉄からなっている。

そして、ステーブ本体の内部には、冷却媒体（例えば、冷却水）が流れる冷却媒体流路がステーブ本体の長手方向（上下方向）に向かって設けられているとともに、ステーブ本体には、冷却媒体を冷却媒体流路に供給するための冷却媒体供給配管と、冷却媒体を冷却媒体流路から排出するための冷却媒体排出配管とが接続しており、このような冷却媒体配管系による冷却媒体の流れによって、ステーブ自身を冷却しながら炉体鉄皮を冷却して、炉体鉄皮を炉内の高温ガスあるいは高温溶融物から保護するようになっている。一方、それぞれのゲタ部は、ステーブ本体の幅方向（水平方向）に延びており、隣接するゲタ部とゲタ部の間には、耐火物が保持されている。

ただし、このようなゲタ形状は、隣接するゲタ部とゲタ部の間に耐火物を保持できる利点を持つ反面、ゲタ部が冷却媒体流路から遠ざかっていることから、ゲタ部がステーブ本体よりも高温化し熱膨張して、ステーブ本体に偏在的な応力が掛かり、ステーブを変形させる要因になる。

そこで、特許文献１では、それぞれのゲタ部の水平方向の所定位置に溝（スリット）を設けて、ゲタ部を水平方向に分割し、ステーブの変形を抑えるようにしている。

特表２００５−５３５８６５号公報

しかし、前記特許文献１の場合、隣接するゲタ部間で溝の水平方向位置をオフセットさせている（水平方向にずらしている）ため、ステーブ本体にねじり応力が掛かり、ねじり変形を発生させるとともに、ステーブ本体に接続している冷却媒体供給配管や冷却媒体排出配管の付根部（ステーブ本体との接続部）に局所的な応力が掛かり、ステーブの使用寿命が短くなるという問題があった。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、冶金炉（例えば、高炉）の炉体鉄皮の冷却に用いる炉体冷却用ステーブにおいて、ゲタ部の存在に起因して発生する偏在的応力や局所的応力を軽減して、ステーブの変形を抑制し、ステーブの使用寿命を向上させることができる冶金炉炉体冷却用ステーブを提供することを目的とするものである。

上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。

［１］冶金炉の炉体の冷却に用いる炉体冷却用ステーブであって、
ゲタ形状を有し、ゲタの台に相当するステーブ本体と、ゲタの歯に相当し、ステーブ本体から突出しているとともに水平方向に延びる複数のゲタ部とを備えており、
ステーブ本体の内部に、上下方向または水平方向に延びていて冷却媒体が流れる冷却媒体流路を備えているとともに、ステーブ本体に、冷却媒体を冷却媒体流路に供給するための冷却媒体供給配管と、冷却媒体を冷却媒体流路から排出するための冷却媒体排出配管とが接続しており、
それぞれのゲタ部は、当該ゲタ部を水平方向に分割するスリットを有しているとともに、それらのスリットは、上下方向に直線状に配置されていることを特徴とする冶金炉炉体冷却用ステーブ。

［２］前記ステーブ本体から前記ゲタ部が突出している方向に見たときに、前記スリットが前記冷却媒体流路と重なっていないことを特徴とする前記［１］に記載の冶金炉炉体冷却用ステーブ。

［３］前記スリットは、スリット上端からスリット下端までスリット幅が同一であるストレート形状スリットであることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の冶金炉炉体冷却用ステーブ。

［４］前記スリットは、スリット上端からスリット下端に向かってスリット幅が狭くなるテーパ形状スリットであることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の冶金炉炉体冷却用ステーブ。

本発明によれば、冶金炉（例えば、高炉）の炉体鉄皮の冷却に用いる炉体冷却用ステーブにおいて、ゲタ部の存在に起因して発生する偏在的応力や局所的応力を軽減して、ステーブ本体の変形を抑制し、ステーブの使用寿命を向上させることができる。

本発明の一実施形態において、ステーブの設置状態を例示する図である。 本発明の一実施形態におけるステーブを示す側面図である。 本発明の一実施形態におけるステーブを示す正面図（図２のＸ−Ｘ矢視図）である。 本発明の一実施形態におけるゲタ部のスリットの一例（ストレート形状スリット）を示す断面図（図３のＹ−Ｙ断面図）である。 本発明の一実施形態におけるゲタ部のスリットの他の例（テーパ形状スリット）を示す断面図（図３のＹ−Ｙ断面図）である。

本発明の冶金炉炉体冷却用ステーブについて、その一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、ここでは、冶金炉として高炉を例にして述べる。

図１は、本発明の一実施形態において、ステーブ（炉体冷却用ステーブ）１０の設置状態を例示する図である。図１に示すように、ステーブ１０は、高炉１の高さ方向に連なった状態で炉体鉄皮３の炉内側に設置されている。なお、図１では、例としてシャフト部２にステーブ１０を設置しているが、シャフト部２の下方のベリー部やボッシュ部がステーブ１０の主な設置個所である。

そして、ステーブ１０は、図２に側面図を示し、図３に正面図（図２のＸ−Ｘ矢視図）を示すように、ゲタ形状を有していて、ゲタの台に相当し、直方体形状であるステーブ本体１１と、ゲタの歯に相当し、ステーブ本体１１から突出しているとともにステーブ本体１１の幅方向（水平方向）に延びる複数（ここでは、１３本）のゲタ部１２とを備えている。ステーブ本体１１とゲタ部１２は、材質が銅または合金銅もしくは鋳鉄からなっている。

そのステーブ本体１１の内部には、ステーブ本体１１の長手方向（上下方向）に延びていて冷却媒体（ここでは、冷却水とする）が流れる複数の冷却媒体流路（冷却水流路）２２（ここでは、２２ａ〜２２ｄの４本）を備えているとともに、ステーブ本体１１には、冷却媒体（冷却水）を冷却媒体流路（冷却水流路）２２に供給するための冷却媒体供給配管（冷却水供給配管）２１と、冷却媒体（冷却水）を冷却媒体流路（冷却水流路）２２から排出するための冷却媒体排出配管（冷却水排出配管）２３とが接続している。

このような、冷却媒体供給配管（冷却水供給配管）２１と冷却媒体流路（冷却水流路）２２と冷却媒体排出配管（冷却水排出配管）２３とからなる冷却媒体配管系（冷却水配管系）２０による冷却媒体（冷却水）の流れによって、ステーブ１０自身を冷却しながら炉体鉄皮３を冷却して、炉体鉄皮３を炉内の高温ガスあるいは高温溶融物から保護するようになっている。

一方、図２に示すように、隣接するゲタ部１２とゲタ部１２の間には、耐火物３０が保持されている。なお、図３では、耐火物３０は書略している。

その上で、この実施形態においては、図３に示すように、それぞれのゲタ部１２は、当該ゲタ部１２を水平方向に分割（ここでは、２分割）するスリット１３を有しているとともに、それらのスリット１３は、ステーブ本体１１の長手方向（上下方向）に直線状に配置されている。すなわち、スリット１３の水平方向位置が全てのゲタ部１２で同じになっている。

これによって、この実施形態におけるステーブ１０は、上記特許文献１のようなねじり応力を発生させることがなく、ステーブ本体１１の変形を抑制して、ステーブの使用寿命を向上させることができる。

なお、スリット１３には、例えば、図４に示すような、スリット上端からスリット下端までスリット幅が同一であるストレート形状スリット１３ａを用いるとよい。

その際に、スリット幅Ｓは、ステーブ本体１１の幅、高さ、厚みなどによるが、１０〜１００ｍｍにするのが好ましい。スリット幅Ｓを１０ｍｍ以上とすることによって、高炉１を停止させた時など炉内が低温状態になり、残留応力によりステーブ１０がゲタ部１２を内側にして凹状に変形した場合でも、対向するスリット側面同士が接触することが回避され、局所的な応力が発生することがなく、ステーブ本体１１を変形させる作用を低減化させることができる。ただし、スリット幅Ｓを大きくすると、ステーブ１０の構造強度が低下するので、スリット幅Ｓは１００ｍｍ以下とする。

また、スリット１３には、図５に示すような、スリット上端からスリット下端に向かってスリット幅が狭くなるテーパ形状スリット１３ｂを用いてもよい。その際に、スリットのテーパ角度θは１５〜６０°にするのが好ましい。テーパ角度θを１５°以上とすることによって、高炉１を停止させた時など炉内が低温状態になり、残留応力によりステーブ１０がゲタ部１２を内側にして凹状に変形した場合でも、対向するスリット側面同士が接触することが回避され、局所的な応力が発生することがなく、ステーブ本体１１を変形させる作用を低減化させることができる。ただし、テーパ角度θを大きくすると、ステーブ１０の構造強度が低下するので、テーパ角度θは６０°以下とする。

なお、ストレート形状スリット１３ａの方がテーパ形状スリット１３ｂに比べて加工は容易であるが、テーパ形状スリット１３ｂの方がストレート形状スリット１３ａに比べて除去する体積が少ないので構造強度の点では好ましい。

そして、図３では、ステーブ本体１１の長手方向（上下方向）に直線状に配置されているスリット１３の列は１列であるが、複数列であってもよい。

また、スリット１３の水平方向位置については、特に限定されるものではないが、冷却水流路２２の水平方向位置と異なっていることが構造強度の面から好ましい。言い換えれば、ステーブ本体１１からゲタ部１２が突出している方向に見たときに、スリット１３が冷却媒体流路２２と重なっていないことが構造強度の面から好ましい。

さらに好ましくは、スリット１３の列で区切られる区間ごとに同じ本数の冷却水流路２２が位置するようにするとよい。

例えば、上記のように、４本の冷却水流路２２（第１冷却水流路２２ａ、第２冷却水流路２２ｂ、第３冷却水流路２２ｃ、第４冷却水流路２２ｄ）を有している場合は、図３に示したように、第２冷却水流路２２ｂと第３冷却水流路２２ｃの間にスリット１３の列を配置して、２つの区間に分割し、それぞれの区間に２本ずつの冷却水流路２２が位置するようにするか、あるいは、さらに第１冷却水流路２２ａと第２冷却水流路２２ｂの間および第３冷却水流路２２ｃと第４冷却水流路２２ｄの間にもスリット１３の列を配置して、４つの区間に分割し、それぞれの区間に１本ずつの冷却水流路２２が位置するようにするとよい。

また、６本の冷却水流路２２を有している場合は、スリット１３の列を１列配置して、それぞれの区間に３本ずつの冷却水流路２２が位置するようにするか、あるいは、スリット１３の列を２列配置して、それぞれの区間に２本ずつの冷却水流路２２が位置するようにするか、あるいは、スリット１３の列を５列配置して、それぞれの区間に１本ずつの冷却水流路２２が位置するようにするとよい。

このようにして、この実施形態におけるステーブ１０は、ステーブ本体１１の変形を抑制することができるので、１個のステーブ１０の幅を拡幅することが可能となる。例えば、４本の冷却水流路２２を持つ通常のステーブに対して、８本の冷却水流路２２を持つステーブ１０を導入することが可能になる。これによって、製造コストの低減を図ることができる。

また、この実施形態におけるステーブ１０は、通常のステーブと形状・寸法は同じにして、スリット１２を付加すればよいので、通常のステーブの部分交換の際に、高炉の操業条件（入熱量、炉内径）を変更することなく、円周方向に配置されている１枚だけの取替更新でも適用することができる。

なお、この実施形態においては、冷却媒体流路（冷却水流路）２２がステーブ本体１１の長手方向（上下方向）に延びているが、本発明は、冷却媒体流路（冷却水流路）２２がステーブ本体１１の幅方向（水平方向）に延びているが場合でも適用することができる。

そして、ここでは、高炉を例にして述べたが、本発明は他の冶金炉（例えば、スクラップ溶解炉）についても同様にして適用することができる。

１ 高炉
２ シャフト部
３ 炉体鉄皮
１０ ステーブ（炉体冷却用ステーブ）
１１ ステーブ本体
１２ ゲタ部
１３ スリット
１３ａ ストレート形状スリット
１３ｂ テーパ形状スリット
２０ 冷却水配管系
２１ 冷却水供給配管
２２ 冷却水流路
２２ａ 第１冷却水流路
２２ｂ 第２冷却水流路
２２ｃ 第３冷却水流路
２２ｄ 第４冷却水流路
２３ 冷却水排出配管
３０ 耐火物

Claims (2)

1. 冶金炉の炉体の冷却に用いる炉体冷却用ステーブであって、
   ゲタ形状を有し、ゲタの台に相当するステーブ本体と、ゲタの歯に相当し、ステーブ本体から突出しているとともに水平方向に延びる複数のゲタ部とを備えており、
   ステーブ本体の内部に、上下方向または水平方向に延びていて冷却媒体が流れる冷却媒体流路を備えているとともに、ステーブ本体に、冷却媒体を冷却媒体流路に供給するための冷却媒体供給配管と、冷却媒体を冷却媒体流路から排出するための冷却媒体排出配管とが接続しており、
   それぞれのゲタ部は、当該ゲタ部を水平方向に分割するスリットを有しているとともに、それらのスリットは、スリットの水平方向位置が全てのゲタ部で同じであり、上下方向に直線状に配置されていて、
   前記スリットは、スリット上端からスリット下端に向かってスリット幅が狭くなるテーパ形状スリットであって、スリット幅が１０〜１００ｍｍで、スリットのテーパ角度θが１５〜６０°であることを特徴とする冶金炉炉体冷却用ステーブ。
2. 前記ステーブ本体から前記ゲタ部が突出している方向に見たときに、前記スリットが前記冷却媒体流路と重なっていないことを特徴とする請求項１に記載の冶金炉炉体冷却用ステーブ。