JPH0827505A - 高炉炉壁補修用の水冷型耐火物パネル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水冷型耐火物パネルの修復面の緩冷却を維持
し、高耐久性、長寿命化を図る。 【構成】 背面に配設した水冷パイプ７と鋼製フレーム
１間に高熱伝導率の不定形耐火物１０を充填した鋼製フ
レーム１と、断熱不定形耐火物からなる断熱耐火物２を
組合せて一体化した高炉炉壁補修用の水冷型耐火物パネ
ルにおいて、鋼製フレーム１の炉内稼働面側にスタッド
３、５を溶接取付した部位に、２層構造の断熱不定形耐
火物層４、６を流し込み形成させ、断熱耐火物２を構成
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、遮熱機能と冷却機能
を併せ持つ高炉炉壁の補修用に用いる水冷型耐火物パネ
ルに関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉の炉壁は、一般的に冷却盤またはス
テーブと耐火煉瓦との組合せからなっている。しかし、
シャフト上部の炉壁は、温度的に低い条件にあり、炉体
の過冷却を防止するため、約６００〜８００ｍｍ程度の
厚みのシャモット質あるいは高アルミナ質煉瓦で内張り
されている。しかし、高炉シャフト上部の炉壁は、鉱石
等原料の落下および接触による損耗が大きく、通常火入
れ後約５〜６年が経過すると厚みが約２００ｍｍ程度ま
で損耗する。この炉壁の損耗は、均一に進行するもので
はなく、円周方向、高さ方向位置によって異なる。高炉
炉壁煉瓦の損耗した部分は、凹凸が激しく炉内プロフィ
ルが崩れるので、ガス流れや原料の均一な降下が乱され
て最適な操業を維持できなくなる。

【０００３】従来、高炉炉壁煉瓦の損耗した部分の補修
は、休風時減尺して炉内損傷部に不定形耐火物を吹付け
たり、予め焼成した耐火物パネルを炉内損傷部に取付け
たり、あるいは炉外側から不定形耐火物を圧入したりし
て炉内プロフィルの維持に努めてきた。しかしながら、
従来のこれらの補修では、耐火物の耐久性の限度からし
て、長期間に亘って炉内プロフィルを維持することがで
きず、補修工事を繰返しながら操業を続けていた。

【０００４】また、他の補修方法としては、水冷パイプ
と鋼製フレームを組合せて一体の構造とし、これらパイ
プとフレームとの間に高い熱伝導率を有する耐火物を充
填し、かつ一方の面に断熱耐火物を張り合わてパネルを
形成せしめ、耐火物の機能と冷却機能とを併せ持つ高炉
補修用の水冷型耐火物パネル（特開昭６０−２８７８号
公報）、冷却機能を内設した金属ブロックと耐火物ブロ
ックと一体化した複合クーラーの金属ブロックと耐火物
ブロックの接合面の間に断熱層を介在させた複合クーラ
ー（特公昭６０−４９８３４号公報）、耐火煉瓦脱落損
傷部の炉内面に鋼製等の保持フレームを持たない耐摩耗
性、耐スポーリング性に優れたＳｉＣ質プレートを炉内
面より離して取付け、該プレートと炉内面との隙間に高
接着性不定形耐火物を流し込み充填する方法（特開平４
−９９１０９号公報）等が提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６０−２８
７８号公報に開示の水冷型耐火物パネルは、断熱耐火物
背面を冷却管支持枠とスタッドで保持されているが、断
熱耐火物は鋼製フレーム面で保持されていないため、該
断熱耐火物の保持機能が弱く、高温の高炉装入物の荷下
がりによってスポーリングを受ける。また、断熱耐火物
は、スタッドとの熱膨張差によってクラックが発生し、
脱落して長期間の使用に耐えられない。特公昭６０−４
９８３４号公報に開示の複合クーラーは、耐火物ブロッ
クと金属ブロックが凹凸結合で保持されているので、剛
性の小さい耐火物ブロックの凹凸付根部が外的衝撃や熱
的衝撃によってクラックが生じ易く、耐火物ブロックの
脱落を招き易い。また、複合クーラーは、耐火物ブロッ
クと金属ブロックとを組み合せるので、３〜５Ｔｏｎと
重量的に大きく、かつ高価となる等の欠点がある。さら
に、特開平４−９９１０９号公報に開示の方法は、非水
冷式なので炉壁を過冷却することはない。しかし、使用
するＳｉＣ質プレートは、鋼製等の保持フレームを持た
ない単体の耐火物であり、炉壁補修構造体としての剛性
が小さく、亀裂が発生して長期間の使用に耐えられな
い。

【０００６】この発明の目的は、従来の水冷却型耐火物
パネルの欠点を解消し、修復面の遮熱機能と冷却機能を
併せ持ち、緩冷却を維持して高耐久性、長寿命化を図る
ことができると共に、均一な炉内壁プロフィルを確保す
ることができる高炉炉壁補修用の水冷型耐火物パネルを
提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意試験研究を行った。その結果、水冷パ
イプを配設した鋼製フレームの炉内稼働面側に２層構造
の断熱耐火物を流し込み成形することによって、修復面
の緩冷却を維持し、高耐久性、長寿命化を図ることがで
きると共に、均一な炉内壁プロフィルを確保できること
を究明し、この発明に到達した。

【０００８】すなわちこの発明は、背面に配設した水冷
パイプと鋼製フレーム間に高熱伝導率の不定形耐火物を
充填した鋼製フレームと、不定形耐火物からなる断熱耐
火物を組合せて一体化した高炉炉壁補修用の水冷型耐火
物パネルにおいて、鋼製フレームの炉内稼働面側にスタ
ッドを溶接取付した部位に、２層構造の断熱不定形耐火
物層を流し込み形成させ、断熱耐火物を構成したことを
特徴とする高炉炉壁補修用の水冷型耐火物パネルであ
る。

【０００９】また、この発明は、鋼製フレームの炉内稼
働面側の２層構造の断熱不定形耐火物層のうち、少なく
とも１層に金属繊維を混合添加したことを特徴とする高
炉炉壁補修用の水冷型耐火物パネルである。

【００１０】

【作用】この発明においては、高炉炉壁補修用の水冷型
耐火物パネルの鋼製フレームの炉内稼働面側にスタッド
を溶接取付した部位に、２層構造の断熱不定形耐火物層
を流し込み形成させ、断熱耐火物を構成したことによっ
て、鋼製フレームの炉内側稼働面の断熱体に高強度、高
熱伝導性耐火物を、鋼製フレーム面側の断熱体に低強
度、低熱伝導性耐火物とすることができ、断熱不定形耐
火物層の表面（炉内稼働面）を高温（１０００〜１２０
０℃）の炉内壁に使用した場合、炉内高温ガスの変動に
よって急激な温度変化が生じても、高強度、高熱伝導性
の断熱不定形耐火物層の温度分布が速やかに温度変化に
応答して変動し、熱応力も大幅に軽減され、層状クラッ
クの発生を著しく抑制できる。さらに、炉内原料の荷下
り移動による炉内面側の断熱不定形耐火物層の損耗が低
減し、実質熱伝導低下を可能ならしめ炉内の過冷却を防
止して、水冷パイプを配設した鋼製フレームの断熱不定
形耐火物層取付け面側の熱負荷が軽減され、断熱不定形
耐火物層を確実に保持するために鋼製フレームの剛性を
維持し得る温度レベル（約５００℃以下）に抑制するこ
とができる。

【００１１】この発明において、水冷パイプと鋼製フレ
ーム間に充填する高熱伝導率の不定形耐火物としては、
熱伝導率λ＝１１．６Ｗ／ｍ・Ｋ（１０ｋｃａｌ／ｍ・
ｈ・℃）以上の、例えばカーボン系スタンプ材：ＢＦＤ
−Ｓ１０、熱伝導率λ＝１１．６Ｗ／ｍ・Ｋ、炭化硅素
質（λ＝１６．３Ｗ／ｍ・Ｋ）を流し込み、もしくはス
タンピング施工して充填する。炉内稼働面側を形成する
２層構造の断熱不定形耐火物のうち、先端にメネジを有
するＩスタッドを千鳥状に配設した鋼製フレーム面側
に、例えば低強度、低熱伝導性耐火物のコージライト質
（λ＝１．１〜１．３Ｗ／ｍ・Ｋ）の不定形耐火物もし
くは、ハイアルミナ質（λ＝１．１Ｗ／ｍ・Ｋ）の不定
形耐火物を流し込み成形した上に前記Ｉスタッド先端部
にオネジを有するＶスタッドをネジ込んだ炉内側稼働面
に高強度、高熱伝導性耐火材のＳｉＣ質（λ＝１２．８
〜１６．３Ｗ／ｍ・Ｋ）の不定形耐火物を流し込み成形
する。このように鋼製フレーム面側の断熱材の熱伝導率
を十分下げることによって、炉内側稼働面の熱伝導率を
ある程度上げることが可能となり、熱衝撃破壊抵抗（熱
間強度）に有利な断熱材を配置することが可能である
（一般的に耐火物は高強度と高熱伝導性は共存する性質
がある）。

【００１２】また、２層構造の断熱体の少なくとも１層
は、スポーリング性機能を高めるためにスチールワイヤ
ー、スチールファイバー等の金属繊維を添加することが
有効である。さらに、２層構造の断熱体の境界部におい
て相互に拘束しない構造にしておけば、前述の炉内温度
が急激に変化しても、炉内側稼働面の断熱材に注目する
と、高熱伝導率化により、炉内温度に対する該断熱材の
内部温度の追従性がよくなり炉内面と該断熱材の温度差
が軽減できると共に、断熱材内部の引張応力の軽減も可
能である。

【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２に基づいて説明する。図１はこの発明の水
冷却型耐火物パネル（以下パネルという）の一部断面側
面図、図２はこの発明のパネルの炉内稼働面側の正面
図、図３はこの発明のパネルの反炉内稼働面側の一部断
面正面図、図４はこの発明の水冷却型耐火物パネルの固
定要領説明のための断面図である。図１ないし図４にお
いて、１は２層構造の断熱耐火物２を保持する鋼製フレ
ーム、３は鋼製フレーム１の炉内稼働面側に千鳥状に配
設して溶接取付した先端部にメネジを有する５０ｍｍ長
さのＩスタッド、４は断熱耐火物２の一部を構成する低
強度、低熱伝導性断熱材としてコージライト質の断熱不
定形耐火物で、Ｉスタッド３の高さに合わせて流し込み
成形する。５はＩスタッド３先端のメネジに取付けた高
さ３０ｍｍのＶスタッド、６は断熱耐火物２の一部を構
成する高強度、高熱伝導性断熱材のＳｉＣ質の断熱不定
形耐火物で、前記Ｖスタッド５のかぶりを２０ｍｍ確保
して５０ｍｍの厚さで断熱不定形耐火物４上に流し込み
成形され、炉内側稼働面の断熱不定形耐火物４、６で構
成される断熱耐火物２の厚さを１００ｍｍに形成し、十
分乾燥させて強度を発現させたのち使用に供する。

【００１４】７は鋼製フレーム１の反炉内稼働面側に溶
接により蛇管状に一体化固定した水冷パイプで、水冷パ
イプ７は鋼製フレーム１背面の冷却吸熱範囲を増加させ
る目的であるので、必ずしも蛇管状でなくても、直線状
パイプを配設してもよい。８は横リブ、９は縦リブで、
鋼製フレーム１の冷却型構造体としての剛性を増大させ
るために溶接取付けされている。１０は水冷パイプ７の
冷却効果を増すために鋼製フレーム１とカバープレート
１１との間に流し込み、またはスタンピング施工して充
填成形した高熱伝導率の不定形耐火物で、熱伝導率λ＝
１１．６Ｗ／ｍ・Ｋ（１０ｋｃａｌ／ｍ・ｈ・°Ｃ）以
上の不定形耐火物、例えばカーボン系スタンプ材（ＢＦ
Ｄ−Ｓ１０、λ＝１１．６Ｗ／ｍ・Ｋ）を用いる。カバ
ープレート１１は、高熱伝導率の不定形耐火物１０を流
し込み、またはスタンピング施工して充填成形したの
ち、スタッドボルト１２とナット１３を用いて外表面を
被覆し、高熱伝導率の不定形耐火物１０が損傷、脱落し
ないように保護されている。さらに高熱伝導率の不定形
耐火物１０の保持を高めるには、鋼製フレーム１の背面
や水冷パイプ７にスタッドを取付けするのがよい。

【００１５】上記水冷却型耐火物パネルを用いて高炉の
炉体煉瓦の局部損耗した箇所を補修するには、図４に示
すとおり、高炉を減尺操業して炉体煉瓦２１の損耗部を
露出させたのち、パネルの鋼製フレーム１外周にモルタ
ル漏れ防止シール板２２を配設したのち、パネルに取付
けた吊りピース２３を用いて炉内に吊り下げてから炉体
鉄皮２４側に引き寄せ、炉体鉄皮２４に取付けたノズル
フランジ２５に水冷パイプ７に連結する給水パイプ２
６、排水パイプ２７を貫通させて固定する。該パネルに
炉体鉄皮２４に取付固定する取付ボルト（図示なし）を
配設することも可能であるが、本実施例では、耐火物と
冷却パイプを鋳鉄で一体鋳造した重量的に大きい（３〜
６Ｔｏｎ）従来型ステーブクーラに比べて軽量（１〜２
Ｔｏｎ）なので、給水パイプ２６、排水パイプ２７で該
パネルを炉体鉄皮２４に取付固定したものである。しか
るのち、炉内側からパネル外周部にシール用の不定形耐
火物２８を吹付けると同時に、炉内壁プロフィルの凹凸
を修復する。さらに、ノズルフランジ２５に設けたモル
タル圧入ノズル２９を通してパネルの背面と炉体煉瓦２
１の損耗空隙部３０にモルタル３１を圧入し、高炉炉壁
を修復する。

【００１６】上記により修復された部分は、高強度、高
熱伝導性に優れた断熱不定形耐火物６と低強度、低熱伝
導性の断熱不定形耐火物４で構成される断熱耐火物２に
よって炉壁が形成されているから、炉内原料の荷下り移
動、炉内高温ガスの変動によって急激な温度変化が生じ
ても、高強度、高熱伝導性に優れた断熱不定形耐火物６
によって熱衝撃による破壊が防止される。また、炉内側
稼働面の断熱不定形耐火物６は、炉内温度の追従性がよ
く、炉内面との温度差が軽減できると共に、断熱不定形
耐火物６内部の引張応力も大幅に軽減され、層状クラッ
クの発生が著しく抑制される。さらに、鋼製フレーム１
の断熱耐火物２取付け面側の熱負荷は、断熱耐火物２の
一部を構成する低強度、低熱伝導性の断熱不定形耐火物
４によって遮熱保護され、かつ、鋼製フレーム１背面の
反炉内側稼働面側は、給水パイプ２６から水冷パイプ７
に供給され、排水パイプ２７から排水される冷却水によ
って高熱伝導率の不定形耐火物１０を介して冷却される
から、剛性を維持し得る温度レベルに維持でき、断熱耐
火物２を確実に保持でき、断熱耐火物２の剥離、脱落を
防止して長期間に亘って使用することができる。

【００１７】この発明においては、断熱耐火物２を低強
度、低熱伝導性の断熱不定形耐火物４と高強度、高熱伝
導性に優れた断熱不定形耐火物６の２層構造で形成して
いるため、パネルの炉内設置の高さ位置や炉内温度条件
に応じて、断熱不定形耐火物４、６の材質および厚さの
最適組合せや選択が可能である。また、炉内側稼働面の
断熱不定形耐火物６が損耗または脱落した場合は、休風
時減尺して当該部位に炉内側から不定形耐火物の吹付け
補修をすることができる。

【００１８】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明の水冷却型
耐火物パネルは、高炉炉壁の損傷状況に合わせて製作お
よび取付けでき効率的であると共に、２層構造の断熱耐
火物と冷却型支持機構との組合せによって、遮熱機能と
冷却機能を併せもつことができ、水冷却型耐火物パネル
の長寿命化が実現できる。また、水冷却型耐火物パネル
は、炉体からの奪熱量を抑制し、炉体を緩冷却すること
ができる高炉のシャフト上・中部で炉壁冷却体の過冷却
による焼結鉱の還元粉化に起因するガス抜け抑制を図る
ため炉壁部の総括熱伝達係数は、概ね８５ｋＪ／ｍ²・
ｈ・℃（２０ｋｃａｌ／ｍ²・ｈ・℃）以下が望ましい
とされている。本発明の水冷型耐火物パネルによる炉壁
損傷部の修復を行なうことにより、総括熱伝達係数は、
４２〜５５ｋＪ／ｍ²・ｈ・℃（１０〜１３ｋｃａｌ／
ｍ²・ｈ・℃）程度にできるので、炉壁熱負荷管理上か
らも、優れた効果を発揮できる。また、本パネルは軽量
で炉壁への取付施工性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の水冷却型耐火物パネルの一部断面側
面図である。

【図２】この発明のパネルの炉内稼働面側の正面図であ
る。

【図３】この発明のパネルの反炉内稼働面側の一部断面
正面図である。

【図４】この発明の水冷却型耐火物パネルの固定要領説
明のための断面図である。

【符号の説明】

１ 鋼製フレーム ２ 断熱耐火物 ３ Ｉスタッド ４、６ 断熱不定形耐火物 ５ Ｖスタッド ７ 水冷パイプ ８ 横リブ ９ 縦リブ １０、２８ 不定形耐火物 １１ カバープレート １２ スタッドボルト １３ ナット ２１ 炉体煉瓦 ２２ シール板 ２３ 吊りピース ２４ 炉体鉄皮 ２５ ノズルフランジ ２６ 給水パイプ ２７ 排水パイプ ２９ モルタル圧入ノズル ３０ 損耗空隙部 ３１ モルタル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 背面に配設した水冷パイプと鋼製フレー
   ム間に高熱伝導率の不定形耐火物を充填した鋼製フレー
   ムと、不定形耐火物からなる断熱耐火物を組合せて一体
   化した高炉炉壁補修用の水冷型耐火物パネルにおいて、
   鋼製フレームの炉内稼働面側にスタッドを溶接取付した
   部位に、２層構造の断熱不定形耐火物層を流し込み形成
   させ、断熱耐火物を構成したことを特徴とする高炉炉壁
   補修用の水冷型耐火物パネル。
2. 【請求項２】 鋼製フレームの炉内稼働面側の２層構造
   の断熱不定形耐火物層のうち、少なくとも１層に金属繊
   維を混合添加したことを特徴とする請求項１記載の高炉
   炉壁補修用の水冷型耐火物パネル。