JP7147463B2 - 高炉用冷却構造体及びそれを備えた高炉 - Google Patents

Description

本発明は、高炉用冷却構造体及びそれを備えた高炉に関する。

高炉の炉体鉄皮を高炉内の内容物の熱から保護する方法として一般的に冷却盤方式とステーブ方式とが知られている。冷却盤方式では炉体鉄皮内周に沿って設置された耐火物で壁を構成し、これを冷却盤で冷却することで、高炉内の高温ガス等の内容物と炉体鉄皮が直接的に接触することを防ぎ、炉体鉄皮を保護している。ステーブ方式では、内部に水路を持つ銅や鋳鉄製の板状部材で壁を構成し、これを炉体鉄皮内周に沿って設置することで、炉体鉄皮を保護している。また、例えば朝顔部のような高温領域でステーブを使用する場合は、冷却盤と同様に、ステーブを耐火物と共に使用することが一般的である。

いずれの方式においても耐火物は炉体形状の一部を構成しており、耐火物が高炉内の高温環境下で時間の経過とともに損耗すると、炉体形状が経時的に変化し、設計当初に意図していた生産パフォーマンスを得られなくなる場合がある。これに関連して、ステーブ方式では冷却対象がステーブ自身であるのに対し、冷却盤方式では冷却対象が耐火物であるため、冷却盤方式では高温環境下で損耗が進行しやすい耐火物の寿命の向上が可能となる。

一般的には、高炉内の高温領域において、上述した冷却盤及びステーブのどちらか一方が使用されることが多いが、冷却盤とステーブとの両方を高さ方向で組み合わせて配置して炉体鉄皮を保護する態様についても、当技術分野では公知である。

例えば、特許文献１では、ステーブクーラー背面への裏風をブロックする幅広且つ厚型の形状を持つ高炉冷却盤が教示されており、高炉の鉄皮上に、ステーブクーラーと、上記高炉冷却盤であって、ステーブクーラーの下面に炉内の耐火物を冷却するため千鳥状に配設した高炉冷却盤とを組み合わせて使用した態様が開示されている。また、特許文献１では、冷却盤の形状を幅広且つ厚型にしたことで、ステーブクーラー背面への裏風を当該冷却盤により阻止してステーブクーラーの損耗及び鉄皮の変形を防止できると記載されている。

また、特許文献２では、高炉炉体に挿入する先端部分を水平面内で右側又は左側に屈曲させ、水平断面形状をＬ字型とした高炉炉体冷却体が教示されており、高炉の炉体鉄皮上に、当該高炉炉体冷却体を、ステーブクーラーの下端部と高炉炉体の羽口との境界部に設置した高炉炉体冷却装置の態様が開示されている。

特開平０８－１９９２１１号公報 特開２００５－２４８２０９号公報

高炉内で使用される冷却盤は、高炉操業をしているうちに高温による損傷や機械的損耗を受け破損することがある。冷却盤が破損すると、特許文献１及び２に記載されるような冷却盤では、炉体鉄皮を保護するという本質的な役割を果たすことができなくなる。高炉操業をする上では炉体鉄皮の保護は必須であるため、冷却盤が破損した場合は、一般的に、高炉操業を停止し、破損した冷却盤を高炉の外側から取り出して新しい別の冷却盤に交換する必要が生じる。よって、炉体鉄皮上には冷却盤交換用の大きな開口部を必要とする。一方で、炉体鉄皮は高炉の最外面に位置し、炉体形状を構成して、高炉の機械的強度を担保する重要な要素である。したがって、炉体鉄皮上に上述した冷却盤交換用の開口部を設けることで高炉の強度が低下しないように、冷却盤の配置を設計する必要がある。例えば、高炉の強度を担保して冷却盤を配置する１つの方法として、冷却盤を高炉の炉体鉄皮上に、千鳥状（すなわち２段以上）に配置する方法が知られている。したがって、冷却盤を使用して炉体鉄皮を保護している高炉においては、一般的に、高炉の強度を保ちつつ耐火物の冷却効率等を向上するように冷却盤を配置する必要がある。よって、冷却盤の配置は、その交換用開口部の配置による高炉の強度への影響を考慮して決定されるため、耐火物の冷却のためには必ずしも最適化されておらず、耐火物の冷却が十分でなく、したがって耐火物の寿命の向上に改善の余地を残している。

本発明は、上記問題点に鑑み、新規な構成により、炉体鉄皮の保護と、高炉内の耐火物の高寿命化との両方を達成することができる高炉用冷却構造体及びそれを備えた高炉を提供することを目的とする。

本発明者らは、炉体鉄皮を保護することと、炉体鉄皮の強度を十分に保ちながら、高炉内の耐火物を高寿命化することとを同時に達成するためには、炉体鉄皮の炉内側に配置されるステーブと、そのステーブの炉内側に配置された冷却体とを備えた高炉用冷却構造体を使用することが有効であることを見出した。このような配置にすることで、炉体鉄皮を保護するという役割はステーブによって果たされるため、冷却体の役割を、その周囲に配置される耐火物の高寿命化を意図した冷却に特化することが可能となる。この場合には、たとえ仮に冷却体が高炉操業中に破損したとしても、炉体鉄皮の保護はステーブが行っているため、冷却体の交換作業が必須ではなくなり、したがって、炉体鉄皮上に冷却体の交換作業用の大きな開口部を設ける必要がなくなる。そのため、炉体鉄皮の強度を確保するために冷却体を千鳥状に配置するなど、冷却体同士を離間した状態、例えば２段以上で配置する必要がなくなる。よって、複数の冷却体を略水平面上に連続して配置させることができ、冷却体が高炉内の耐火物を高効率かつ均一に冷却することが可能となる。それによって、耐火物の高寿命化が達成され、長期にわたる安定的な高炉操業が可能となる。

本発明は、上記知見を基になされたものであり、その主旨は以下のとおりである。
（１）
炉体鉄皮の炉内側に配置されるステーブと、
前記ステーブの炉内側に配置され、高炉の朝顔部に設置された少なくとも１つの冷却体と、
を備え、
前記冷却体は、前記冷却体に接触して配置された定形耐火物により支持されることを特徴とする、高炉用冷却構造体。
（２）
前記冷却体が板状であり、前記冷却体の側面が前記ステーブの炉内側に配置されていることを特徴とする、（１）に記載の高炉用冷却構造体。
（３）
前記ステーブ及び前記冷却体が、それぞれ冷媒を流すための配管を備え、前記ステーブの配管と前記冷却体の配管とが別系統であることを特徴とする、（１）又は（２）に記載の高炉用冷却構造体。
（４）
炉体鉄皮と、
（１）～（３）のいずれか１つに記載の高炉用冷却構造体と、
前記冷却体に接触して配置された定形耐火物と
を備えることを特徴とする、高炉。
（５）
前記高炉用冷却構造体が、前記高炉内に複数備えられていることを特徴とする、（４）に記載の高炉。
（６）
前記冷却体が、前記炉体鉄皮の炉内側において円周方向に略水平面上に配置されていることを特徴とする、（５）に記載の高炉。
（７）
前記冷却体が、略水平面上に連続して配置されていることを特徴とする、（６）に記載の高炉。
（８）
前記炉体鉄皮が、前記冷却体を交換するための開口部を有していないことを特徴とする、（４）～（７）のいずれか１つに記載の高炉。
（９）
前記冷却体が、前記定形耐火物を冷却するためのものであることを特徴とする、（４）～（８）のいずれか１つに記載の高炉。

本発明によれば、冷却体が、ステーブの炉内側に配置されていることで、その冷却体が、耐火物の冷却のみを目的として冷却機能を発揮することが可能となる。すなわち、ステーブによって炉体鉄皮の保護を行い、冷却体は耐火物の冷却のみを行うように配置できる。このようにすると、高炉操業を行っている間に冷却体が破損等しても冷却体の交換が必ずしも必須でなく、炉体鉄皮上に冷却体交換用の大きな開口部を設ける必要がなくなる。そのため、高炉の機械的強度の低下を考慮して冷却体の配置を決定する必要がなくなり、炉体鉄皮の強度を維持したまま、冷却体を同一平面上に連続して配置することが可能となる。さらに、炉体鉄皮の保護は、炉体鉄皮の炉内側に設置されるステーブが行っているため、炉体鉄皮の保護も担保されている。よって、本発明に係る高炉用冷却構造体を高炉内で使用することで、炉体鉄皮の保護と、高炉内の耐火物の高寿命化との両方を同時に達成することができ、したがって高炉の操業安定化を実現することができる。

また、本発明によれば、炉体鉄皮に設ける開口部のサイズを大きく低減することができるため、炉体鉄皮に行う加工や改造を最小限に抑制することができ、設備改造等に要するコストや時間を低減することが可能となる。特に、既設の高炉、例えば朝顔部などの高温領域にステーブを使用している高炉に、本発明に係る高炉用冷却構造体を後付けで設けることが可能となり、したがって、既設の高炉の構成部材の多くを再利用でき、高炉の製作に関するコストや時間を大幅に低減することが可能となる。

本発明の１つの実施形態に係る高炉用冷却構造体を備えた高炉を、鉛直方向に切断した場合の断面図である。 図１中の線Ａ－Ａに沿って切断した場合の断面の拡大図を示す。

以下、本発明に係る幾つかの実施形態について図を参照しながら説明する。しかしながら、これらの説明は、本発明の好ましい実施形態の単なる例示を意図するものであって、本発明をこのような特定の実施形態に限定することを意図するものではない。

［高炉用冷却構造体］
本発明に係る高炉用冷却構造体は、炉体鉄皮の炉内側に配置されるステーブと、そのステーブの炉内側に配置された少なくとも１つの冷却体とを備えている。

図１は、本発明の１つの実施形態に係る高炉用冷却構造体を備えた高炉を、鉛直方向に切断した場合の断面図である。なお、図１においては、本発明に係る高炉用冷却構造体は高炉の朝顔部Ｚに設置されているが、このような配置は本発明の実施形態の１つの例に過ぎず、本発明に係る高炉用冷却構造体は高炉内の任意の場所に設置することが可能である。図１を参照すると、高炉１はその最外面に炉体鉄皮３を備えており、この炉体鉄皮３によって高炉１の炉体形状の主要部が形成されている。高炉１の下部には、熱風を吹き込むのに使用される羽口１１と、その羽口１１を高炉内の高温の内容物から保護する羽口部煉瓦１３とが備えられる。炉体鉄皮３の炉内側（図１の左側）には、炉体鉄皮の保護のためのステーブ５が配置されている。朝顔部Ｚにおいては、ステーブ５の炉内側に、すなわち、炉体鉄皮側とは反対側に冷却体７が配置されている。さらに、冷却体７の周りには耐火物９が冷却体７に接触した状態で配置されている。このような配置にすることで、炉体鉄皮を保護するという役割はステーブによって果たされるため、冷却体の役割を、その周囲に配置される耐火物の高寿命化を意図した冷却に特化させることが可能となる。

図２は、図１の線Ａ－Ａに沿って切断した場合の断面の拡大図を示す。図２を参照すると、２つの冷却体７が、ステーブ５の内壁に沿って配置されている。冷却体７は、内部に冷媒（例えば、水）を流すための冷媒流路１５を有し、それは図２において破線で示される。冷却体７の内部の冷媒流路１５は任意の経路を選択することができ、図２に示される経路は例示として示されている。また、一般的に、冷却体７は、配管接続部１９において配管１７と接続され、その配管１７は、ステーブ５のステーブ開口部２３及び炉体鉄皮３の鉄皮開口部２１を貫通し、外部の冷媒源（図示せず）に接続されている。よって、冷媒は、その冷媒源から所定の量で供給され、給水用の配管１７を通り、冷却体７の内部の冷媒流路１５へ流れ、排水用の配管１７へ戻る。このように、典型的には、１つの冷却体７には、冷媒の給水用及び排水用の２本の配管１７が接続される。

本発明に係る高炉用冷却構造体は、高炉内の任意の領域に配置して使用することができるが、高炉内でより高温になる領域、例えば朝顔部又は炉腹部に配置されることが好ましく、特に、図１に示される実施形態のように朝顔部に配置されることがより好ましい。高炉の朝顔部は、高炉内で最も高温になり、より耐火物の損耗が生じやすい領域の１つであるため、本発明に係る高炉用冷却構造体を朝顔部で使用することで、冷却体の周辺に配置される耐火物をより高寿命化させることができる。

炉体鉄皮３の炉内側に配置されるステーブ５のさらに炉内側に冷却体７を配置することで、炉体鉄皮３はステーブ５によって保護することができるため、冷却体７の役割を耐火物９の高寿命化を意図した冷却に特化させることができるようになる。

従来の高炉では、高炉内、例えば朝顔部で、炉体鉄皮上に冷却盤と耐火物とを設けることで炉体鉄皮の保護を行っている場合がある。その場合は、その冷却盤が破損等して鉄皮保護の役目を果たせなくなると、高炉操業を一度止めて、高炉の外部から破損した冷却盤を取り出し新しい冷却盤に交換しなければならない。したがって、修繕費の増大や生産効率の低下といった問題が発生する場合がある。さらに、高炉の外部から冷却盤を交換するために、炉体鉄皮には少なくとも冷却盤のサイズ以上のサイズを有する大きな開口部を設けておく必要が生じる。この開口部の寸法は、高炉全体の構成及び仕様、特に冷却盤の寸法によって様々であるが、１つの例として、１つの冷却盤に対し８００ｍｍ×４００ｍｍ程度のサイズとなる場合がある。一方で、このような炉体鉄皮上の開口部は炉体鉄皮の機械的強度、すなわち高炉の機械的強度に大きく影響するため、開口部の配置、又は冷却盤の配置を、高炉の機械的強度を維持するように決定する必要がある。例えば、高炉の機械的強度を維持するという観点から、そのような開口部が炉体鉄皮上で同一平面上に連続して設けられるのを避けるために、一般的には、冷却盤は、例えば千鳥状のようにそれぞれが離間した状態で配置される。しかしながら、この場合には、ある水平面上で見たときに冷却盤が存在する領域と存在しない領域が交互に現れ、すなわち、冷却の死角ができるため、冷却効率が悪化し、冷却の均一性も劣る。その結果として耐火物の損耗が場所によってばらつき、高炉の安定操業が不十分になる。よって、従来の冷却盤と耐火物とを用いた高炉では、高炉の強度を保つことと、耐火物を高効率かつ均一に冷却するのに冷却盤の配置を最適化することとを両立させるのは困難である。

また、従来の高炉では、高炉内、例えば朝顔部で、炉体鉄皮上にステーブと耐火物とを設けることで炉体鉄皮の保護を行っている場合がある。その場合は、冷却盤を使用した場合のような大きな開口部は必要ない。しかしながら、炉体鉄皮はステーブと耐火物により保護されているものの、耐火物自体の冷却はなされておらず、高炉操業の間に、朝顔部のような高温環境下において、耐火物が比較的早く損耗していく場合がある。したがって、耐火物の高寿命化を十分に達成できない場合があり、その結果、長期にわたる高炉の安定操業ができなくなるおそれがある。

さらに、従来の高炉では、高炉内、例えば朝顔部で、炉体鉄皮上にステーブと冷却盤とを高さ方向で組み合わせて使用して炉体鉄皮の保護を行っている場合がある。しかし、この場合においても、上記のような問題は依然として残ったままであり、耐火物の高寿命化を十分に達成できず、高炉の安定操業についての改善が望まれている。

これとは対照的に、本発明によれば、上述したように、新規な構成を備えた本発明に係る高炉用冷却構造体を使用することで、炉体鉄皮の冷却はステーブに任せ、冷却体は耐火物（例えば、煉瓦）の冷却のみに特化することが可能となる。したがって、たとえ仮に高炉内の冷却体の１つ又は複数が破損等した場合であっても、その冷却体に接触している耐火物は冷却されなくなるものの、破損した冷却体を交換しなければならないという事態までには至らない。これは、炉体鉄皮の保護がステーブにより担保されているためである。よって、本発明に係る高炉用冷却構造体を使用すると、冷却体交換用の大きな開口部を炉体鉄皮上に設ける必要がなくなる。例えば、本発明の１つの実施形態においては、炉体鉄皮上の開口部は、冷却体に冷媒を送るための配管を通すための開口部のみで十分である。そのため、複数の冷却体を高炉内に配置する場合、高炉の強度を保ったまま、複数の冷却体を同一平面上（典型的には、略水平面上）に連続して配置し、耐火物を高効率かつ均一に冷却することが可能となる。したがって、本発明に係る高炉用冷却構造体を用いることで、炉体鉄皮の炉内側に配置されるステーブにより炉体鉄皮の保護を確実にしつつ、ステーブの炉内側に配置された冷却体により耐火物を高効率かつ均一に冷却でき、例えば朝顔部のような高温環境下でも、耐火物の高温環境に起因する損耗を十分に抑制することが可能となる。したがって、耐火物の長寿命化が達成され、高炉操業の安定効果を得ることができる。

さらに、炉体鉄皮上の開口部のサイズを大きく低減できる別の利点は、本発明に係る高炉用冷却構造体を既設の高炉に設置できることである。例えば、朝顔部にステーブ及び耐火物を設置しているような既設の高炉に対して、冷却体を本発明に従って配置することで、既設の高炉に本発明に係る高炉用冷却構造体を設けることができる。このように既設の高炉に本発明に係る高炉用冷却構造体を設置できるのは、上述したように冷却体交換用の開口部を炉体鉄皮上に設ける必要がなく、１つの実施形態においては冷媒用の配管のための開口部を炉体鉄皮上に設けるだけで十分であるためである。さらに、その冷媒用の配管のための開口部の位置を、炉体鉄皮上に、既設のステーブの配管等に干渉しないように自由に決定できるためである。したがって、本発明に係る高炉用冷却構造体を既設の高炉に使用することで、修繕費の低減や設備の再利用などが可能になり、大幅に時間やコストを低減することが可能となる。

（冷却体）
本発明における冷却体７としては、特に限定されず、当技術分野で公知のものを使用することができる。冷却体７は、高炉内において、ステーブ５の炉内側、すなわち炉体鉄皮３側とは反対側に配置される。冷却体７は、ステーブ５の炉内側に１つ配置されていても、２つ以上配置されていてもよい。また、１つの実施形態において、ある１つのステーブ５の炉内側に対して冷却体７の一部が配置（すなわち、１つの冷却体が２つの隣接するステーブにまたがって配置）されていてもよい。このような配置により、冷却体７は炉体鉄皮３と直接的に接触しないように配置されるため、炉体鉄皮３を保護する機能をステーブ５に任せ、冷却体７は、周囲に配置される煉瓦などの耐火物９を冷却するために特化することができる。すなわち、典型的に、冷却体７は、耐火物を冷却するためのものであることができる。

本発明における冷却体７としては、任意の形状のものを使用することができるが、一般的には、板状であることができる。冷却体７が板状である実施形態において、冷却体７の側面が、ステーブの炉内側に配置される、すなわち、冷却体７の側面とステーブの炉内側の面とが対面していることが好ましい。冷却体の側面が、ステーブの炉内側に配置される態様において、ステーブの上面及び底面が略水平となるように配置されることがより好ましい。このように配置することで、冷却体の最大面積を有する面を、周囲の耐火物９に接するように配置することが可能となる。したがって、より効率的に耐火物９を冷却でき、さらに耐火物９の高寿命化を達成することが可能となる。なお、ステーブ５に冷却体７を取り付けるために、ステーブと冷却体７との間に、取付け用フランジ（図示せず）のような部材を設けてもよい。すなわち、冷却体７は、ステーブ５の炉内側に配置されていればよく、ステーブ５の炉内側の面に接していても、接していなくてもよい。

本明細書内において、冷却体が板状である場合における冷却体７の「上面」とは、冷却体の各面のうち最大面積を有する面を言うものである。そして、「底面」とは、その上面とは反対側の面を言うものである。また、冷却体の「側面」とは、上面に対して垂直又は略垂直な面を言うものである。また、冷却体７は、ステーブ５の形状及び寸法、冷却効率等の性能などに応じて、様々な寸法のものを選択することができる。さらに、本発明における冷却体７は、特に限定されないが、加工性、熱伝導性、価格等の観点から、銅又は銅合金からなることが好ましい。

本発明における冷却体７の水平断面の形状は、如何なる形状であってもよいが、冷却体７が耐火物９を効率よく冷却するために長方形又は略長方形であることが好ましい。冷却体７の水平断面の形状が長方形（又は略長方形）である場合、その長方形の長辺をステーブの炉内側に配置させることがより好ましい。これは、このように配置することで、複数の冷却体を高炉内に配置する実施形態において、高炉内に設置する冷却体７の個数を少なくすることができ、それによって、後述する配管１７のための炉体鉄皮上の開口部２１の個数を低減することが可能になるためである。さらにより好ましくは、炉体鉄皮３の内面に沿ったステーブ５の曲面形状に応じて、冷却体７をステーブの炉内側の面に接して並べることができるように、例えば台形状又は扇形状の水平断面形状を有するように、冷却体７の形状を決定することができる。

典型的には、冷却体７は、図２で示されるように、内部に冷媒流路１５を備えることができる。冷媒流路１５は、冷却体７の内部で任意の経路によって形成することができ、図２において冷媒流路１５の経路の１つの例が示されている。典型的には、冷却体７の内部の冷媒流路１５の入口及び出口には、それぞれ、冷媒の給水用及び排水用の配管１７を接続するための配管接続部１９が備えられている。よって、この配管接続部１９には、ステーブ５の開口部２３及び炉体鉄皮３の開口部２１を貫通して外部の冷媒源に接続するための配管１７を接続することができる。冷媒流路１５に流す冷媒は、当技術分野で公知な如何なるものを使用できるが、好ましくは水である。

（ステーブ）
本発明におけるステーブ５は、特に限定されず、当技術分野で公知のものを使用することができる。本発明において、ステーブ５は高炉１の炉体鉄皮３の炉内側に配置されている。炉体鉄皮３の内側に配置されたステーブ５は、典型的に、その内部の配管（図示せず）に水などの冷媒を流すことで冷却され、それによって、高炉内の高温反応から炉体鉄皮３を保護している。１つの実施形態において、ステーブ５は、溶接によって炉体鉄皮３の内部に設置される。図１においては、例として、朝顔部Ｚと、朝顔部の上部の領域とにステーブ５が設置されている。好ましい実施形態において、ステーブ５は、炉体鉄皮３の内面に全周にわたって周設される。１つの実施形態において、このステーブ５の配管と上述した冷却体７の配管１７とは、別系統である。このように冷却体とステーブとの配管をそれぞれ別系統とすることで、冷却体７が破損した場合でも、ステーブが炉体鉄皮を保護しているため、そのまま高炉操業を継続することができるという利点を有する。本発明におけるステーブ５の材質は、特に限定されないが、例えば、加工性、熱伝導性、価格等の観点から、銅又は銅合金からなることが好ましい。

また、本発明におけるステーブ５の形状は、特に限定されないが、一般的に、板状であることができる。また、本発明におけるステーブ５は、高炉の形状、高炉内の設置位置、求める性能などに応じて、様々な寸法のものを選択することができる。

本発明におけるステーブ５は、開口部２３を有することができる。その開口部２３の位置は、上述した冷却体７の内部の冷媒流路１５に配管１７を接続するための配管接続部１９の位置に対応するように設置することが好ましい。

１つの実施形態において、ステーブ５の開口部２３の位置を、既設の冷却体７の配管接続部１９の位置に対応するように決めることができる。別の実施形態において、特に既設の高炉に本発明に係る高炉用冷却構造体を設ける実施形態において、ステーブ５上に、ステーブ５の内部の冷媒用の配管等と干渉しないように開口部２３を設け、次いで、その開口部２３に対応するように冷却体７の配管接続部１９の位置を決定するように冷却体７を作製することができる。したがって、本発明に係る高炉用冷却構造体は、新規の高炉で用いる場合だけでなく既設の高炉に後付けで用いる場合でも、比較的容易に設置することができ、設計自由度が高いという利点を有する。

また、ステーブ５の開口部２３と配管１７との間には幾らかの隙間が存在している場合がある。これは、一般的に、ステーブ５が曲面であり、配管１７が直線であるためである。このような場合は、冷却体７を一定の位置で固定するために、開口部２３と配管１７との間の隙間が、不定形耐火物で密封されていることが好ましい。このような不定形耐火物としては、限定されないが、例えば、キャスタブル耐火物や吹付材が挙げられる。

［高炉］
本発明に係る高炉は、炉体鉄皮と、上で説明した本発明に係る高炉用冷却構造体と、冷却体に接触して配置された耐火物とを備えている。好ましい実施形態において、本発明に係る高炉は、複数の高炉用冷却構造体を備えている。この場合、本発明に係る高炉においては、複数の高炉用冷却構造体を、炉体鉄皮の炉内側において円周方向に間欠的に又は連続して配置することができる。すなわち、本発明に係る高炉の１つの実施形態では、例えば朝顔部に、炉体鉄皮の炉内側にステーブが円周方向に間欠的に又は連続して配置され、各ステーブの炉内側に少なくとも１つの冷却体が配置されており、さらに冷却体に接触して耐火物が配置されている。

また、本発明に係る高炉の１つの好ましい実施形態において、複数の冷却体が、炉体鉄皮の炉内側において円周方向に略水平面上に配置されている。したがって、例えば、高炉内において、冷却体を円周方向において同一平面上、例えば略水平面上に間欠的に配置することができる。すなわち、冷却体同士の間に意図的に隙間を設けることができる。さらに好ましくは、冷却体を、略水平面上に連続して配置することができる。なお、ステーブの炉内側に配置された冷却体の２つの配管接続部について、両方が同一の１つのステーブ上に面していてもよく、１つずつが隣接する２つのステーブ上に面していてもよい。

冷却体が板状である実施形態において、高炉内で、冷却体の上面が上方に面しているように配置されること好ましい。言い換えると、板状の冷却体が、ステーブから炉内部に向かって突き出るように配置されることが好ましい。このような配置にすることで、高炉内に複数の冷却体が配置される実施形態において、本発明に係る高炉用冷却構造体が設置された高炉の領域、例えば朝顔部において、高炉の円周方向に沿って冷却体が同一平面上に連続して配置され、円周方向全周にわたって耐火物を高効率かつ均一に冷却することができ、耐火物の高寿命化、したがって長期にわたる高炉の安定操業が可能となる。

（炉体鉄皮）
本発明に係る高炉において、炉体鉄皮３は、当技術分野において公知のものであることができる。本発明に係る高炉用冷却構造体が設置される領域の炉体鉄皮３には、上述したように、冷却体７を交換するための開口部を設ける必要がない。炉体鉄皮３に冷却体７の交換用の開口部がないことで、高炉内に複数の冷却体が配置される場合において、本発明に係る高炉用冷却構造体、そして冷却体を、炉体鉄皮の炉内側に円周方向に連続して配置させることが可能となる。

本発明における炉体鉄皮３は、典型的に、冷却体７の冷媒用の配管１７を貫通させるための開口部２１を有する。この開口部２１の位置は、配管１７を貫通させるために、ステーブ５の開口部２３及び冷却体７の配管接続部１９の位置と一致していることが好ましい。

一般的に、炉体鉄皮３には様々な用途のための他の開口部が存在している。また、本発明に係る高炉用冷却構造体を使用すると、上で説明したように、冷却体７の交換用の開口部を設ける必要がない。したがって、本発明に係る高炉用冷却構造体を使用した高炉においては、高炉全体に設ける開口部の配置を比較的自由に決定することができ、設計自由度が高いという利点を得ることができる。

（耐火物）
本発明における耐火物９としては、定形耐火物及び不定形耐火物の一方又は両方を使用することができる。定形耐火物としては、限定されないが、例えば、コンクリート類又は煉瓦を使用することができる。また、不定形耐火物としては、限定されないが、例えば、キャスタブル耐火物や吹付材を使用することができる。好ましくは、耐火物９は定形耐火物であり、より好ましくは煉瓦である。本発明に係る高炉において、耐火物９は冷却体７に接触して配置される。１つの実施形態においては、耐火物９は冷却体７の周囲を取り囲むように隙間なく配置される。隙間なく耐火物９を冷却体７の周りに配置することで、冷却体７が効率よく耐火物９を冷却することが可能となり、さらに冷却体７を耐火物９により保護することが可能となる。

別の実施形態において、冷却体７は耐火物９により支持されている。耐火物９により冷却体７を支持することにより、冷却体７を炉体鉄皮３で支持する必要がなくなり、冷却体７を支持するための炉体鉄皮３への加工等が不要になり、炉体鉄皮３の開口部をさらに低減することが可能となり、さらに、既設の高炉にも取り付けが容易になる。

本発明における耐火物９の形状は、例えば、直方体又は略直方体の形状を有することができる。また、耐火物９は、限定されないが、一般的に、各辺３０～５００ｍｍを持つ直方体又は略直方体であることができる。

本明細書で使用される場合、高炉用冷却構造体についての「連続して配置」とは、高炉用冷却構造体（すなわちステーブ）が炉体鉄皮の炉内側に、実質的に隙間なく配置されていることを言うものである。この場合の「実質的に隙間なく配置」とは、意図的に隙間を設けず、十分に近接して配置されていることを言うものであり、設置する上で不可避である隙間や他の目的のために設けた隙間は有していてもよい。

本明細書で使用される場合、冷却体についての「略水平面上に連続して配置」とは、水平面と略平行な面上において、高炉の円周方向にわたって耐火物９を十分に冷却できるように、複数の冷却体７がステーブ５の内壁に沿って配置されていることを言うものである。より具体的には、略水平面上で隣接する冷却体７同士の隙間が、冷却体７の幅（ステーブに沿う長さ）の半分以下であることを言うものである。

本発明に係る高炉においては、典型的に、複数の冷却体を略水平面上に連続して１段で（すなわち、水平面と略平行な１つの面上に連続して）配置することが好ましい。このように複数の冷却体を同一平面上に１段で連続して配置することで、周囲の耐火物を高効率かつ均一に冷却することが可能となる。別の実施形態において、複数の冷却体を略水平面上に２段以上で連続して配置することも可能である。例えば、耐火物に対する冷却能力をさらに増強したい場合などに、本発明における冷却体を複数段で配置することが可能である。このようにすることで、耐火物の冷却が増強されるため、別材質の耐火物、例えばより安価な耐火物を使用することができる場合がある。

本発明によれば、新規な構成である本発明に係る高炉用冷却構造体を用いることで、より具体的には、炉体鉄皮の炉内側に配置されるステーブのさらに炉内側に少なくとも１つの冷却体を配置することで、炉体鉄皮の保護と、高炉内の耐火物の高寿命化との両方を同時に達成することが可能となる。これにより、特に朝顔部のような高温領域において、高炉内の煉瓦などの耐火物を高寿命化させることができ、長期にわたる安定した高炉操業が可能となり、したがって、本発明は産業上の価値が極めて高い発明といえるものである。

１ 高炉
３ 炉体鉄皮
５ ステーブ
７ 冷却体
９ 耐火物
１１ 羽口
１３ 羽口部煉瓦
１５ 冷媒流路
１７ 配管
１９ 配管接続部
２１ 鉄皮開口部
２３ ステーブ開口部
Ｚ 朝顔部

Claims (9)

1. 炉体鉄皮の炉内側に配置されるステーブと、
   前記ステーブの炉内側に配置され、高炉の朝顔部に設置された少なくとも１つの冷却体と、
   を備え、
   前記冷却体は、前記冷却体に接触して配置された定形耐火物により支持されることを特徴とする、高炉用冷却構造体。
2. 前記冷却体が板状であり、前記冷却体の側面が前記ステーブの炉内側に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の高炉用冷却構造体。
3. 前記ステーブ及び前記冷却体が、それぞれ冷媒を流すための配管を備え、前記ステーブの配管と前記冷却体の配管とが別系統であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の高炉用冷却構造体。
4. 炉体鉄皮と、
   請求項１～３のいずれか１項に記載の高炉用冷却構造体と、
   前記冷却体に接触して配置された定形耐火物と
   を備えることを特徴とする、高炉。
5. 前記高炉用冷却構造体が、前記高炉内に複数備えられていることを特徴とする、請求項４に記載の高炉。
6. 前記冷却体が、前記炉体鉄皮の炉内側において円周方向に略水平面上に配置されていることを特徴とする、請求項５に記載の高炉。
7. 前記冷却体が、略水平面上に連続して配置されていることを特徴とする、請求項６に記載の高炉。
8. 前記炉体鉄皮が、前記冷却体を交換するための開口部を有していないことを特徴とする、請求項４～７のいずれか１項に記載の高炉。
9. 前記冷却体が、前記定形耐火物を冷却するためのものであることを特徴とする、請求項４～８のいずれか１項に記載の高炉。

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