JPH09209012A - ステーブクーラー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚みを全体的に増やさないで剛性を向上さ
せ、重量増加を抑えて熱ラチェット変形を防止すること
ができるステーブクーラーを提供する。 【解決手段】 竪型炉２１の炉壁内面に取付けられ、鋳
物本体１０の内部に冷却パイプ１２〜１５を埋設すると
ともに、炉内側に耐火れんが１１を鋳込んだ炉体保護用
のステーブクーラーにおいて、その背面側の左右側縁部
分を他の部分より厚くして縦長補強リブ１９、２０を形
成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷却盤高炉等の竪
型炉の炉壁修復及び炉寿命の延長のために設置するステ
ーブクーラーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、冷却盤高炉においては、炉体内部
のプロフィールの維持と炉体鉄皮の冷却保護を目的とし
て、炉壁にステーブクーラーが取付けられている。かか
るステーブクーラーは、特開昭５８−６８４６３号公報
や実開昭６３−６８４６３号公報に記載されているよう
に、通常、矩形板状の鋳物本体の内部に複数の冷却パイ
プを埋設するとともに、その炉内側に耐火れんがを鋳込
んだ構成を有する。

【０００３】しかして、近年、炉末期において高炉の数
年の寿命延長のために設置するステーブクーラーとして
薄肉のものが用いられている。かかるステーブクーラー
Ｂの構成を図１４〜図１８に示す。図示するように、ス
テーブクーラーＢは、比較的薄肉の矩形板状の鋳物本体
５０の内部に冷却パイプ５１〜５４を埋設するととも
に、その炉内側に複数の棒状の耐火れんが５５を取付け
ている。また、ステーブクーラーＢは、その下部と上部
に、それぞれ、給水パイプ接続部５６と排水パイプ接続
部５７を有している。さらに、ステーブクーラーＢは、
その左右側部分に、背面側面から炉内面まで貫通するボ
ルト挿通孔５８を有している。また、かかるステーブク
ーラーＢは、図１９及び図２０に示すようにして、冷却
盤高炉５９の炉壁の内面に、引張ボルト６２を用いて固
定連結される。また、ステーブクーラーＢの背面と鉄皮
６３との隙間にはキャスタブル６０が、ステーブクーラ
ーＢとステーブクーラーＢとの隙間には目地材６１が施
工される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記したステ
ーブクーラーＢは、未だ、以下の解決すべき課題を有し
ていた。即ち、上記した薄肉のステーブクーラーＢは、
炉内熱負荷変動時の熱変形に対する抑制力も小さいため
に、炉内温度変動が大きい場合、図１９及び図２０に示
すようにステーブクーラーＢの炉内側表面に生じる膨張
力Ｐ１や収縮力Ｐ２に対して耐力不足となる。その結
果、図２０に示すように、ステーブクーラーＢの上下端
が炉内側へ迫り出す現象である熱ラチェット変形が起こ
り、その変形によって鋳物本体５０に弓状の塑性変形が
生じ、この変形力により冷却パイプ５１〜５４に降伏応
力を超える引張力が生じて破損する事例が発生してい
る。

【０００５】なお、上記した熱ラチェット変形の発生メ
カニズムについては以下のことが考えられる。 炉内温度の上昇のためにステーブクーラーＢの炉内側
表面の鋳物本体５０の温度が上昇して膨張する（図１９
のＰ１参照）。 ステーブクーラーＢの鋳物本体５０の背面側は温度が
低く剛性強度が低下せず、逆に炉内面側母材の熱膨張を
拘束すること、及び、ステーブクーラーＢの引張ボルト
６２や、ステーブクーラーＢの周囲からの拘束のため
に、ステーブクーラーＢの炉内側表面は、母材温度上昇
による熱膨張を抑制され、圧縮力を受ける。 ステーブクーラーＢの炉内側表面は、炉内温度雰囲気
による鋳物本体５０の温度の上昇により、降伏応力が低
下しているため、上記の圧縮力により圧縮塑性を生じ
る。

【０００６】炉内温度降温時にはステーブクーラーＢ
の炉内側表面では、鋳物本体５０の温度が下がる。 鋳物本体５０の炉内側は、炉内昇温時には圧縮塑性変
形を起こしているため、炉内温度降温時の収縮により、
ステーブクーラーＢの炉内側表面は迫り出す結果となる
（図２０のＰ２）。 このような炉内温度による変形が繰り返されると、ス
テーブクーラーＢの迫り出し量も増していき、ステーブ
クーラーＢの本体の変形のために、最終的には冷却パイ
プ５１〜５４が引張力によって破断されることになる。

【０００７】また、上記した発生メカニズムによってス
テーブクーラーＢの鋳物本体５０が熱ラチェット変形を
起こそうとする際に、従来構造でのステーブクーラーＢ
は、母材厚みによる剛性と、引張ボルト６２による強制
拘束によって熱変形を抑制できたが、炉末期に冷却盤高
炉５９の鉄皮６３を利用して設置されるステーブクーラ
ーＢにおいては、鉄皮６３が熱履歴を受けて強度低下し
ているケースもあるため、ボルト拘束による大きな引張
反力を作用させることは、この鉄皮６３に、強度上、悪
影響を与えるおそれがあるため、できる限り引張ボルト
６２による拘束力を与えないで熱ラチェット変形を抑制
することが好ましい。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みなされた
ものであり、厚みを全体的に増やさないで剛性を向上さ
せ、重量増加によるコストアップを抑えて熱ラチェット
変形を防止することができるステーブクーラーを提供す
ることを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載のステーブクーラーは、竪型炉の炉壁内面に取付け
られ、鋳物本体の内部に冷却パイプを埋設するととも
に、炉内側に耐火れんがを鋳込んだ炉体保護用のステー
ブクーラーにおいて、該ステーブクーラーの背面側の左
右側縁部分を、他の部分より厚くして縦長補強リブを形
成したことを特徴とする。請求項２記載のステーブクー
ラーは、請求項１記載のステーブクーラーにおいて、前
記縦長補強リブ内に前記冷却パイプを埋設している。

【００１０】

【発明の実施の形態】続いて、添付した図面を参照しつ
つ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発
明の理解に供する。本発明の第１の実施の形態に係るス
テーブクーラーＡの構成を図１〜図６に示す。

【００１１】図１に示すように、ステーブクーラーＡ
は、実質的に、比較的薄肉の矩形板状の鋳物本体１０か
らなる。かかる鋳物本体１０は、好ましくは、ダクタイ
ル鋳鉄からつくる。図１に示すように、鋳物本体１０
は、その表面に、上下方向に間隔を開けて多段にわたっ
て、耐火れんが１１を鋳込んでいる。図３〜図６に示す
ように、鋳物本体１０は、その内部に、上下方向に伸延
する複数の冷却パイプ１２〜１５を均等に振り分けて埋
設している。本実施の形態では、２本の冷却パイプ１
２、１３は鋳物本体１０の左右側部に配置されており、
残りの２本の冷却パイプ１４、１５は鋳物本体１０の中
央部に配置されている。

【００１２】図２、図４及び図５に示すように、鋳物本
体１０は、その下部と上部に、それぞれ、給水パイプ接
続部１６と排水パイプ接続部１７とを設けており、給水
パイプ接続部１６の流出側には上記した冷却パイプ１２
〜１５の流入側が集合して接続されており、排水パイプ
接続部１７の流入側には冷却パイプ１２〜１５の流出側
が集合して接続されている。また、給水パイプ接続部１
６の流入側には図示しない給水パイプが接続され、排水
パイプ接続部１７の流出側には図示しない排水パイプが
接続されている。さらに、図１及び図２に示すように、
ステーブクーラーＡは、鋳物本体１０の左右側縁部分
に、炉外面から炉内面まで貫通するボルト挿通孔１８を
有している。

【００１３】本発明の第１の実施の形態に係るステーブ
クーラーＡにおいて、上記構成において、図１〜図３に
示すように、ステーブクーラーＡの背面側の左右側縁部
分を、他の部分より厚くして鋳物本体１０と一体をなす
縦長補強リブ１９、２０を形成したことを特徴とする。
かかる縦長補強リブ１９、２０は、本実施の形態では、
平面視で矩形断面を有するとともに、鋳物本体１０の全
高にわたって設けられている。このように、鋳物本体１
０の左右側縁部分に縦長補強リブ１９、２０を一体的に
設けることによって、炉体鉄皮保護用として設置される
ステーブクーラーＡの厚みが薄い場合であっても、鋳物
本体１０の左右両側面の厚みを増して、ステーブクーラ
ーＡの鋳物本体１０の剛性を著しく高めることができ
る。

【００１４】従って、炉内熱負荷変動時の熱ラチェット
変形（炉内迫り出し繰り返し変形）を効果的に抑制する
ことができる。また、本実施の形態では、かかる熱ラチ
ェット変形を抑制するために有効なステーブクーラー母
材温度の低いエリアとして図６で斜線で示す個所を、特
に冷却するため、図４、図５及び図６に示すように、冷
却パイプ１２〜１５を均等に振り分けて鋳物本体１０内
に配置するとともに、鋳物本体１０の左右側縁部分に配
置された冷却パイプ１２、１３を、複数回にわたって前
後方向に屈曲させて屈曲冷却流路を縦長補強リブ１９、
２０内に形成している。従って、縦長補強リブ１９、２
０による熱ラチェット変形防止効果をさらに高めること
ができる。

【００１５】ちなみに、図６において、冷却パイプ１２
〜１５よりも背面側の部分を、熱ラチェット変形を抑制
するために有効なステーブクーラー母材温度の低いエリ
アとして斜線で示すと、この部分の剛性強度を表す断面
係数Ｚは、以下の式で表されることになる。

【００１６】

【数１】

【００１７】ここで、B1、B2、H1、H2は、図６に示すス
テーブクーラーＡの断面形状における各部分の寸法であ
る。

【００１８】上記式より、ステーブクーラーＡの中央部
の厚さH1を薄く保持しても、鋳物本体１０の左右側縁部
分に縦長補強リブ１９、２０を付加して左右側縁部分の
厚さH2を増すことによって断面係数Ｚを著しく増大で
き、ステーブクーラーＡの剛性強度を増大できることが
理解される。また、図７と図８に上記した構成を有する
ステーブクーラーＡを、冷却盤高炉２１の炉壁損傷時に
鉄皮２６を利用して取付けた炉壁構造を示す。なお、ス
テーブクーラーＡは冷却盤高炉２１のシャフト部（傾斜
壁部）に取付ける場合なので、断面菱形となっている。

【００１９】図示するように、炉壁の内部は、冷却盤設
置部２２とステーブクーラー設置部２３とからなる。そ
して、ステーブクーラー設置部２３では、上下左右方向
に目地部２４、２５を介して、複数のステーブクーラー
Ａが冷却盤高炉２１の鉄皮２６に取付けることによっ
て、その炉内側に冷却盤設置部２２のプロフィール２７
と面一状態となるステーブクーラー設置部２３のプロフ
ィール２８を形成することができる。なお、図７及び図
８において、２９はキャスタブル、３０、３１はそれぞ
れ給水パイプ接続部１６と排水パイプ接続部１７を外部
に突出させるため鉄皮２６に設けた透孔、３２はステー
ブクーラーＡを鉄皮２６に連結するためボルト挿通孔１
８に貫通した引張ボルト、３３はこの引張ボルト３２を
外部に突出させるため鉄皮２６に設けた透孔である。

【００２０】また、上記した実施の形態においては、鋳
物本体１０自身の剛性で熱変形を抑制することができる
程度までステーブクーラーＡの側縁部の厚みを増すこと
により、引張ボルト３２を不要とすることもできる。ま
た、引張ボルト３２を用いる場合であっても、引張ボル
ト３２を縦長補強リブ１９、２０の端面に設置すれば、
引張ボルト３２の長さも短くてよいので、ボルト緊締作
業を容易に行うことができ、ステーブクーラーＡの炉外
からの据え付けを容易に行える。また、ステーブクーラ
ーＡ自身の剛性増加により、ステーブクーラーＡの熱変
形を抑制する結果として、引張ボルト３２に発生する引
張力を小さくすることができるので、ボルト径の小さい
ものを用いることができ、ボルト緊締作業が容易とな
り、この面からもステーブクーラーＡの炉外からの据え
付けを容易に行える。

【００２１】図９〜図１１に本発明の第２の実施の形態
に係るステーブクーラーＡ１の構成を示す。図示するよ
うに、本実施の形態に係るステーブクーラーＡ１は、前
述した第１の形態に係るステーブクーラーＡにおける鋳
物本体１０の背面側に設けた補強リブ１９、２０の取付
位置を、中央に向けて一定距離シフトさせたことに特徴
を有する。

【００２２】即ち、図９〜図１２に示すように、本実施
の形態に係るステーブクーラーＡ１にも、第１実施の形
態に係るステーブクーラーＡと同様に、鋳物本体３５の
表面に、上下方向に間隔を開けて多段にわたって、耐火
れんが３６が鋳込まれておりまた、その内部には、上下
方向に伸延する複数の冷却パイプ３７〜４０が均等に振
り分けて埋設されている。さらに、鋳物本体３５の下部
と上部には、それぞれ、給水パイプ接続部４１と排水パ
イプ接続部４２とが設けられており、その左右側縁部分
には、背面側面から炉内面まで貫通するボルト挿通孔４
３が設けられている。

【００２３】本発明の第２の実施の形態に係るステーブ
クーラーＡ１は、上記した構成において、図９〜図１１
に示すように、ステーブクーラーＡ１の背面側の左右側
縁部分を、他の部分より厚くして鋳物本体３５と一体を
なす縦長補強リブ４４、４５を形成するとともに、この
縦長補強リブ４４、４５を、中央に向けて一定距離シフ
トさせた構成に特徴を有する。このステーブクーラーＡ
１においても、鋳物本体３５の左右側縁部分に縦長補強
リブ４４、４５を一体的に設けることによって、炉体鉄
皮保護用として設置されるステーブクーラーＡ１の厚み
が薄い場合であっても、鋳物本体３５の左右両側面の厚
みを増して、ステーブクーラーＡ１の鋳物本体３５の剛
性を著しく高めることができる。

【００２４】従って、炉内熱負荷変動時の熱ラチェット
変形（炉内迫り出し繰り返し変形）を効果的に抑制する
ことができる。なお、本実施の形態では、図１０及び図
１１に示すように、冷却パイプ３７、３８は、縦長補強
リブ４４、４５内には配置されていないが、縦長補強リ
ブ４４、４５は冷却パイプ３７、３８の背面にあること
で、縦長補強リブ４４、４５の母材温度の上昇を緩和す
ることができる。

【００２５】ちなみに、図１１において、冷却パイプ３
７〜４０よりも背面側の部分を、熱ラチェット変形を抑
制するために有効なステーブクーラー母材温度の低いエ
リアとして斜線で示すと、この部分の剛性強度を表す断
面係数Ｚは、以下の式で表されることになる。

【００２６】

【数２】

【００２７】ここで、B1、B2、B3、H1、H2は、図１１に
示すステーブクーラーＡ１の断面形状における各部分の
寸法である。上記式より、ステーブクーラーＡ１の中央
部の厚さH1を薄く保持しても、左右側縁部分の厚さH2を
増すことによって断面係数Ｚを著しく増大でき、ステー
ブクーラーＡ１の剛性強度を増大できることが理解され
る。

【００２８】また、図１２に示すように、冷却盤高炉４
６のステーブクーラー設置部４７にステーブクーラーＡ
１を取付けた際、ステーブクーラーＡ１間の目地部に、
ステーブクーラーＡ１の端面保護、耐熱、耐アルカリア
タックのために充填される高価なスタンプ材Ｓ１の使用
量を、図１３に示す第１の実施の形態に係るステーブク
ーラーＡにおけるスタンプ材Ｓ２の使用量と比較して少
なくすることができ、経済的である。なお、図１２及び
図１３において、４８、４９はスタンプ材押さえ板であ
る。

【００２９】

【発明の効果】請求項１及び２記載のステーブクーラー
においては、ステーブクーラーの背面側の左右側縁部分
を他の部分より厚くして縦長補強リブを形成している。
従って、ステーブクーラーとして、コストダウンとハン
ドリング性の向上を目的としたステーブクーラーの重量
軽減のために、その厚みを薄くした場合でも、ステーブ
クーラーの両側縁部分に安定した母材強度を確保できる
部分を追加することで、炉内熱負荷変動時の熱ラチェッ
ト変形（炉内迫り出し繰り返し変形）を抑制することが
でき、冷却パイプの破損を可及的に防止することができ
る。

【００３０】特に、請求項２記載のステーブクーラーに
おいては、縦長補強リブ内に前記冷却パイプを埋設して
いるので、熱ラチェット変形を抑制するために有効なス
テーブクーラー母材温度の低いエリアを特に冷却し、安
定した強剛性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態に係るステーブクー
ラーの炉内側からみた斜視図である。

【図２】背面側からみた同斜視図である。

【図３】同平面断面図である。

【図４】同背面図である。

【図５】同断面側面図である。

【図６】断面係数を計算するための同模式図である。

【図７】同冷却盤高炉への取付状態説明図である。

【図８】同冷却盤高炉への取付状態説明図である。

【図９】本発明の第２の実施の形態に係るステーブクー
ラーの断面平面図である。

【図１０】同断面側面図である。

【図１１】断面係数を計算するための同模式図である。

【図１２】第２の実施の形態に係るステーブクーラーの
冷却盤高炉への取付状態説明図である。

【図１３】第１の実施の形態に係るステーブクーラーの
冷却盤高炉への取付状態説明図である。

【図１４】従来のステーブクーラーの炉内側からみた斜
視図である。

【図１５】背面側からみた同斜視図である。

【図１６】同断面側面図である。

【図１７】同背面図である。

【図１８】従来のステーブクーラーの断面平面図であ
る。

【図１９】従来のステーブクーラーの冷却盤高炉への取
付状態説明図である。

【図２０】従来のステーブクーラーの冷却盤高炉への取
付状態説明図である。

【符号の説明】

Ａ ステーブクーラー Ａ１ ステーブ
クーラー Ｓ１ スタンンプ材 Ｓ２ スタンプ
材 １０ 鋳物本体 １１ 耐火れん
が １２ 冷却パイプ １３ 冷却パイ
プ １４ 冷却パイプ １５ 冷却パイ
プ １６ 給水パイプ接続部 １７ 排水パイ
プ接続部 １８ ボルト挿通孔 １９ 縦長補強
リブ ２０ 縦長補強リブ ２１ 冷却盤高
炉 ２２ 冷却盤設置部 ２３ ステーブ
クーラー設置部 ２４ 目地部 ２５ 目地部 ２６ 鉄皮 ２７ プロフィ
ール ２８ プロフィール ２９ キャスタ
ブル ３０ 透孔 ３１ 透孔 ３２ 引張ボルト ３３ 透孔 ３５ 鋳物本体 ３６ 耐火れん
が ３７ 冷却パイプ ３８ 冷却パイ
プ ３９ 冷却パイプ ４０ 冷却パイ
プ ４１ 給水パイプ接続部 ４２ 排水パイ
プ接続部 ４３ ボルト挿通孔 ４４ 縦長補強
リブ ４５ 縦長補強リブ ４６ 冷却盤高
炉 ４７ ステーブクーラー設置部 ４８ スタンプ
材押さえ板 ４９ スタンプ材押さえ板 ５０ 鋳物本体 ５１ 冷却パイプ ５２ 冷却パイ
プ ５３ 冷却パイプ ５４ 冷却パイ
プ ５５ 耐火れんが ５６ 給水パイ
プ接続部 ５７ 排水パイプ接続部 ５８ ボルト挿
通孔 ５９ 冷却盤高炉 ６０ キャスタ
ブル ６１ 目地材 ６２ 連結ボル
ト ６３ 鉄皮

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 竪型炉の炉壁内面に取付けられ、鋳物本
   体の内部に冷却パイプを埋設するとともに、炉内側に耐
   火れんがを鋳込んだステーブクーラーにおいて、該ステ
   ーブクーラーの背面側の左右側縁部分を、他の部分より
   厚くして縦長補強リブを形成したことを特徴とするステ
   ーブクーラー。
2. 【請求項２】 前記縦長補強リブ内に前記冷却パイプを
   埋設したことを特徴とする請求項１記載のステーブクー
   ラー。