KR100590669B1 - 샤프트로용 스테이브 쿨러 - Google Patents

Abstract

스테이브 본체(1)의 재질을 동 또는 동 합금의 주물로 하여 상기 동 또는 동 합금의 주물 중에 냉각수 배관으로서 강관(2)이 주입되어 있다. 강관(2)의 외표면에는 크롬 도금 또는 니켈 도금이 실시되어 있다. 또한, 강관(2)은 오스테나이트계 스테인레스제이다. 또한, 스테이브 본체(1)의 동 순도는 99.9 ％ 이상이다. 또한, 강관(2)의 스테이브 본체(1)와의 접합부에는 외관(3)이 마련되어 있고, 2중관 구조가 채용되어 있다. 강관(2)의 돌출부는 철제 외피(4)의 외측의 밀봉 부재(6)의 외측까지 돌출된다.

스테이브 쿨러, 강관, 샤프트로, 냉각수 배관, 캐스터블

Description

샤프트로용 스테이브 쿨러 {SHAFT FURNACE-USE STAVE COOLER}

본 발명은, 광석 등의 용해에 이용되는 고로 등의 야금로의 노벽 내면에 철제 외피를 보호하기 위해 주설되는 샤프트로용 스테이브 쿨러에 관한 것이다.

고로 등의 샤프트로에 있어서는 노 내의 고온 가스로부터 철제 외피를 보호하기 위해, 스테이브 쿨러를 노 내면에 주설하여 냉각하고 있다. 종래, 스테이브 쿨러는 주철 또는 동으로 제조되어 있다. 스테이브 쿨러의 내부에는 복수의 냉각수로가 마련되어 있고, 노 내측으로부터의 열을 차단하여 철제 외피를 보호하고 있다.

최근, 특히 고로에 있어서는 블레이드 입구로부터의 미분탄 흡입량이 증대되는 경향이 있고, 이에 의해 고로의 노벽에의 열부하가 증대되고, 또한 열부하가 변동되도록 되어 있다. 이 열부하로부터 고로의 철제 외피를 보호하기 위해, 주철제 스테이브 쿨러 대신에 동 또는 동 합금제(이하, 동 또는 동 합금제를 총칭하여 동제라고도 함) 스테이브 쿨러가 일부에 채용되기 시작하고 있다. 이와 같은 동제 스테이브 쿨러는, 예를 들어 일본 특허 공보 소63-56283호 공보에 개시되어 있다.

도1은 종래의 동제 스테이브 쿨러의 구조를 도시하는 단면도이다. 이 종래의 동 또는 동 합금제 스테이브 쿨러는 고로 등의 샤프트로(야금로)의 철제 외피(104)의 노 내측에 설치된다. 동제 스테이브 쿨러에는 내부에 냉각수로(109)가 형성된 동제의 스테이브 본체(101)가 설치되어 있다. 냉각수로(109)에 냉각수를 흐르게 함으로써 철제 외피(104)가 냉각된다. 스테이브 본체(101)는 단조 또는 압연에 의해 형성된 것이고, 냉각수로(109)는 스테이브 본체(101)에 드릴 가공에 의해 뚫린 것이다. 냉각수로(109)의 양단부에는 마개 용접에 의해 마개 용접부(110)가 형성되어 있다. 또한, 냉각수 배관(102)이 철제 외피(104)보다도 노 내측에서 스테이브 본체(101)에 용접되어 있다. 냉각수 배관(102)은 스테이브 본체(101)의 급수구(108)에 그 단부가 삽입되고, 급수구(108)의 외연부에 선단부 개방형을 한 V형 구석 용접에 의해 접합되어 있다. 이 때, 냉각수 배관(102)이 철제 외피(104)를 관통하는 부위에는 신축관(107)이 접합된다.

도1에는 스테이브 본체(101)의 하부만을 도시하고 있지만, 그 상부의 구조는 하부의 구조와 대략 대칭이 되어 있다. 냉각수는 하부의 냉각수 배관(102)으로부터 급수구(108)를 경유하여 스테이브 본체(101) 내로 유입되고, 상부의 배수구를 경유하여 냉각수 배관으로부터 유출된다.

일본 특허 공개 평11-293312호 공보에는 이하와 같은 스테이브 쿨러의 제조 방법이 개시되어 있다. 우선, 코어에 의해 수로를 조형하면서 동 또는 동 합금으로 이루어지는 스테이브 본체를 주조한다. 응고 후에 복수의 개구 부위로부터 코어를 파괴 및 제거하여 수로를 형성한다. 그 후, 스테이브 본체에 냉각수 배관을 용접한다.

또한, 종래 스테이브 쿨러의 노 내면에는, 도1에 도시한 바와 같이 내화 연 와 등의 캐스터블(105)이 원주 방향에 복수단 주입되어 있거나, 끼워 맞추어져 있거나 한다. 또한, 스테이브 쿨러의 노 내면에 송풍 내화물이 시공되어 있는 경우도 있다.

예를 들어, 실용신안 공개 소51-82706호 공보에는 내화물 연와가 탈락하기 어렵도록 야금로 내측의 연와 높이보다도 철제 외피측의 연와 높이를 높게 한 스테이브 쿨러가 제안되어 있다. 또한, 실용신안 공개 소58-65352호 공보에는 주입 연와의 바닥변이 수평 방향 또는 상방을 향하도록 형성된 스테이브가 제안되어 있다. 또한, 일본 특허 공개 2001-49314호 공보에는 내화 연와의 각 단 사이가 모재에 의해 점유되어 있고, 절결부 상면의 수평면에 대한 앙각이 20도 내지 30도의 범위로 설정된 스테이브 쿨러 및 또한 절결부 하면의 수평면에 대한 앙각이 10도 내지 30도의 범위로 설정된 스테이브 쿨러가 제안되어 있다.

시멘트를 바인더로 하는 송풍재를 시공하는 경우에 있어서도 같은 형상으로 스테이브 쿨러 본체로부터의 돌출부를 형성하거나, 또는 스테이브 본체로부터 스터드를 세워 송풍재를 보유 지지하고 있다.

그러나, 상술한 종래의 냉각수로의 구조 및 스테이브 본체의 노 내면측의 구조에 관하여 다음과 같은 문제가 있다.

우선, 종래의 냉각수로의 구조에 대해서는 첫째로, 스테이브 본체 중에 배치된 수로는 스테이브 본체의 모재(동 또는 동 합금)에 의해 형성되어 있으므로, 그 전열성은 충분하지만, 만일 재질 결함이나 사용 중에 발생하는 미세 크랙으로부터 균열이 진전되면, 즉시 수로의 밀봉성은 손상되어 고로 노 내로의 누수가 일어나게 된다.

둘째로, 밀폐 수로의 형성시에 마개 용접을 피할 수 없으므로, 장기간의 가혹한 조건에서의 신뢰성에 불안이 남는다.

셋째로, 냉각수 배관(102)은 스테이브 본체(101)에 직각에 가까운 각도로 용접되므로, 이 용접부에서 냉각수의 흐름 방향이 급변한다. 이로 인해, 압력 손실의 상승이나 수로단부에서 냉각수의 체류가 생길 우려가 있다.

넷째로, 냉각수 배관(102)은, 상술한 바와 같이 급수구(108) 또는 상부의 배수구에 V형 구석 용접에 의해 접합되어 있으므로, 굽힘이나 인장에 대한 용접 강도는 반드시 충분하다고는 할 수 없다. 이로 인해, 냉각수 배관(102)이 철제 외피(104)를 관통하는 부위를 밀봉 접합할 때에 신축관(108)이 개재되어 있다. 따라서, 철제 외피(104)의 노 외측에 그로 인한 공간이 필요하다.

다음에, 스테이브 본체의 노 내면측의 구조에 대해서는 첫째로, 내화 연와 또는 송풍재(캐스터블)가 노 내의 온도 변동에 견딜 수 없어, 표층으로부터 서서히 박리 마모되어 곧 소실된다. 이 결과, 스테이브 본체의 모재의 돌출부가 잔존하게 된다. 그리고, 야금로 샤프트부의 스테이브 본체의 경사로 인해, 돌출부의 상면은 노 내측을 향해 약간 수평보다 앙각이 되어 노 내 원료를 안정적으로 퇴적시키는 것이 곤란해진다.

둘째로, 돌출부의 하면도 노 내측을 향해 수평보다 앙각이 되어 노 내 가스와의 접촉 면적이 증가되고, 스테이브 쿨러에의 입열이 증대되는 경향이 있다.

셋째로, 상기한 제1 및 제2 문제점으로 인해, 연와 또는 송풍재가 소실된 후 의 스테이브 돌출부는 노 내 가스 온도 변동의 영향을 크게 받기 쉬워진다. 이 결과, 돌출부의 뿌리 부근에 열응력의 반복에 의한 균열이 발생하기 쉽고, 장기간에 걸쳐서 사용하는 경우에는 이 균열이 스테이브 본체를 파단할 위험성이 있다.

넷째로, 특히 최근 고로에서는 블레이드 입구로부터의 미분탄 흡입량의 증대에 수반하여 노체의 고열 부하부가 샤프트부까지 미치는 경향이 있다. 이로 인해, 고열 부하부가 샤프트부에 미쳐도 원료가 용융하는 온도에 도달하고 있지 않은 상태가 생길 수 있다. 이와 같은 경우, 용융물의 응착에 의한 스테이브 쿨러 표면의 보호가 행해지지 않아 상기한 제1 및 제3의 문제점이 일어나기 쉽다.

다섯째로, 최근 상기한 열부하의 증가에 대해 동 스테이브의 채용이 계속해서 확대되고 있지만, 보다 경량이고 경제적인 동 스테이브가 요구되고 있다.

여섯째로, 스테이브의 전방면에 시공되어 있는 부정형 내화물에 있어서도 장기 수명화가 더욱 요구되고 있다.

일곱째로, 스테이브 쿨러에의 입열이 증대되므로 순환 냉각 시스템의 수량을 많게 할 필요가 있다. 따라서, 순환 펌프나 열교환기의 능력을 크게 할 필요가 있다.

그래서, 본 발명의 제1 목적은, 냉각수 경로 상에 용접 부위가 없고, 누수의 위험성이 매우 낮고, 냉각수의 압력 손실도 낮고, 체류도 없고, 신축관을 생략할 수 있고, 냉각수 배관의 길이를 단축할 수 있는 샤프트로용 스테이브 쿨러를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 제2 목적은 부정형 내화물의 보유 지지 기능을 더욱 높이고, 내화물의 소멸 후에는 스테이브 쿨러의 돌출부가 노 내 가스와 접촉하는 면적을 억제하는 동시에, 돌출부의 뿌리 부근의 균열 발생을 적게 하고, 장기 수명이고 순환 냉각수량을 삭감할 수 있는 경제적인 샤프트로용 스테이브 쿨러를 제공하는 데 있다.

본 발명에 관한 제1 샤프트로의 노 내벽면에 주설되는 샤프트로용 스테이브 쿨러는 동을 99.9 질량 ％ 이상 함유하는 동 또는 동 합금의 주물과, 표면에 쇼트 블러스트 처리가 실시된 후에 상기 주물에 주입되어 그 속을 냉각수가 통류하는 1 또는 2개 이상의 강관을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 관한 제2 샤프트로의 노 내벽면에 주설되는 샤프트로용 스테이브 쿨러는 동을 99.9 질량 ％ 이상 함유하는 동 또는 동 합금의 주물과, 상기 주물에 주입되어 그 속을 냉각수가 통류하는 1 또는 2개 이상의 강관을 갖고, 상기 1 또는 2개 이상의 강관 중 가장 외측에 위치하는 것은 1 또는 2부위에서 굴곡되어 있고, 그 굴곡부로부터 그 단부까지의 부분은 상기 주물의 상기 1 또는 2 이상의 강관이 연장되는 방향에 대해 직교하는 단부면에 따라서 연정되는 것을 특징으로 한다.

도1은 종래의 동제 샤프트로용 스테이브 쿨러의 구조를 도시하는 단면도이다.

도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 고로용 스테이브 쿨러가 설치된 고로의 노벽 근방을 도시하는 종단면도이다.

도3은 도2의 하부의 확대도이다.

도4a는 부정형 내화물의 두께(t)를 나타내는 개략도이고, 도4b는 부정형 내화물의 두께(t)와 스테이브 탈열량의 관계를 나타내는 그래프이다.

도5a는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 샤프트로용 스테이브 쿨러가 설치된 야금로의 노벽 근방을 도시하는 종단면도이고, 도5b는 그 부분 확대도이고, 도5c는 도5a 중 I-I선을 따른 단면도이다.

도6은 본 발명의 제2 실시 형태의 변형예를 나타내는 단면도이다.

도7은 본 발명의 제2 실시 형태의 다른 변형예를 나타내는 단면도이다.

도8은 배관의 배치예를 나타내는 개략도이다.

도9는 외관의 일형태를 나타내는 개략도이다.

도10은 스테이브 본체에 주입된 주머니 너트의 일형태를 나타내는 개략도이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 관한 샤프트로용 스테이브 쿨러에 대해 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

(제1 실시 형태)

우선, 본 발명의 제1 실시 형태에 대해 설명한다. 도2는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 고로용 스테이브 쿨러가 설치된 고로의 노벽 근방을 도시하는 종단면도이다. 또한, 도3은 도2의 하부의 확대도이다.

제1 실시 형태에 있어서는, 스테이브 본체(냉각 부재)(1)는, 예를 들어 동 또는 동 합금의 주물로서 형성되어 있다. 이 주물 중에 냉각수 배관으로서 강관(2)을 주입함으로써 냉각수의 수로(7)가 형성되어 있다. 냉각수 배관으로서의 강관(2)은 스테이브 본체(1)로서의 동 또는 동 합금의 주물 중에 양단부를 돌출시켜 주입되어 있다. 그리고, 강관(2)의 양단부의 돌출부는 각각 급수구, 배수구를 구성한다. 강관(2)은 철제 외피(4)를 관통하고 있고, 철제 외피(4)의 강관(2)이 관통하는 구멍은 철제 외피(4)의 외측으로부터 밀봉 부재(6)에 의해 밀봉되어 있다. 따라서, 고로는 밀봉되어 있다. 밀봉 부재(6)의 외측에 있어서, 강관(2)의 돌출부의 선단부를 냉각수 급수 배관, 배수 배관과 접합할 수 있다. 주물 중에 주입되는 강관(2)은 1개 이상이다.

또한, 강관(2)을 주입할 때에는 이하와 같이 하는 것이 바람직하다. 우선, 강관(2)의 표면을 쇼트 블러스트 처리한 후, 청정을 유지한 상태에서 스테이브 본체(1)를 주조하기 위한 주형 내에 설치한다. 계속해서, 이 주형 내에 동 또는 동 합금의 용탕을 주입함으로써 강관(2)을 스테이브 본체(1)의 주조물 속에 주입한다.

스테이브 본체(1)의 고로의 내측 면에는 요철 형상의 홈(8)이 형성되어 있다. 홈(8)은, 예를 들어 주형으로 요철을 형성해 둠으로써 주조시에 형성된다. 홈(8)이 형성된 면이 고로의 내면, 즉 스테이브의 전방면이 된다. 또한, 홈(8)에는 고로 가동 전에 캐스터블(5)을 송풍하여 점화 당초의 고열 부하에 대한 완충 효과를 갖게 하고 있다.

한편，스테이브 본체(1)의 철제 외피측의 면, 즉 배면에는 스테이브 본체(1)를 철제 외피(4)에 고정하기 위한 부착 볼트(도시하지 않음)가 설치되어 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 도3에 도시한 바와 같이 강관(2)이 스테이브 본체(1)로부터 돌출되는 부분에 강관(2)보다도 직경이 큰 외관(3)이 배치되어 2 중관이 되어 있다. 외관(3)은, 예를 들어 강제이다. 외관(3)은, 예를 들어 밀봉 부재(6)보다도 고로의 외측까지 연장되어 있다.

이와 같은 제1 실시 형태에 따르면, 냉각수 배관인 강관(2)이 스테이브 본체(1) 속에 주입되어 있으므로, 만일 스테이브 본체(1)의 재질 결함이나 노 내에 서의 사용 중에 발생하는 미세 크랙으로부터 균열이 스테이브 본체(1)로 진전되는 일이 있어도 이 균열의 진전은 강관(2)의 외면에서 저지된다. 따라서, 수로(7)의 밀봉성은 유지된다.

또한, 스테이브 본체(1)로부터 돌출되는 부분의 관구조를 2중관으로 함으로써 보강 효과를 높일 수 있다. 구체적으로는 급배수 배관을 강관(2)과 일체로 하는 동시에, 강관(2)이 스테이브 본체(1)로부터 돌출되는 부분을 2중관으로 함으로써 급배수 배관에 외력이 가해지지 않도록 하는 배려가 필요없어진다. 이로 인해, 철제 외피(4)는 관통부의 밀봉도 간단한 것이면 되고, 종래 이용되고 있는 신축관을 이용할 필요는 없다. 따라서, 냉각수 배관의 철제 외피(4)의 외측에서의 길이를 단축할 수 있고, 그로 인한 공간을 작게 할 수 있다.

본 실시 형태에 관한 스테이브 쿨러가 열에 의한 변형이 생겼다고 해도 스테이브 본체(1)로부터 돌출되어 있는 급배수 배관은 스테이브 본체에 주입된 강관(2)과 일체화되어 있다. 이로 인해, 스테이브 쿨러는 굽힘이나 인장에 대해 강도가 강하다. 종래와 같이 급배수구를 스테이브 본체에 용접 접합한 것에 비교하여 높은 강도를 얻을 수 있다.

또한, 냉각수 배관으로서의 강관(2)은 급수측으로부터 배수측까지 1개의 강관재가 적당히 만곡되어 철제 외피(4)의 외측에 있어서 급수 배관, 배수 배관과 접합되어 있다. 이로 인해, 고로의 노 내에서의 용접 부위를 설치할 필요가 없다. 따라서, 장기간의 사용에 충분히 견디는 것이다. 또한, 강관(2)의 굽힘 반경에 적절한 값을 선택함으로써, 강관(2)의 단면 형상의 급격한 변화가 생기지 않도록 굽 힘 가공할 수 있다. 이로 인해, 냉각수의 압력 손실의 상승이나 체류부의 발생을 방지할 수 있다.

존데용 개구나 출선구 개구의 근방에 본 발명에 관한 스테이브 쿨러를 설치하는 경우에도 임의의 형상으로 설계 및 제작할 수 있다. 또한, 냉각반의 철제 외피를 유용하여 본 발명에 관한 스테이브 쿨러를 설치하는 경우에도 기존 설치의 개구 형상에 따라서 설계 및 제작할 수 있다.

종래, 동 또는 동 합금제 스테이브에 있어서, 냉각수의 수로를 스테이브 본체에 직접 형성해 온 것은 보다 높은 전열 성능을 얻고자 하였기 때문이다. 그러나, 본 실시 형태와 같이 동 또는 동 합금제 주물 중에 강관제의 냉각수 배관을 주입한 것에 있어서도 실험에 따르면, 강관을 통과함으로써 손상되는 전열 성능은 약간이고, 실제의 야금로에서의 사용에는 전혀 지장이 없다. 그 이유는 강관을 주입할 때에 강관의 침탄 방지를 위한 코팅을 실시할 필요가 없으므로, 강관의 외표면과 스테이브 본체의 내면 사이의 밀착성이 높고, 전열 저항이 낮기 때문이다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 고로 가동 전에 홈(8)에 캐스터블(5)을 송풍하고 있지만, 송풍한 캐스터블(5)은 잠시 뒤에 탈락한다. 그러나, 곧 노 내의 용융물 등이 홈(8)에 부착되어 스테이브 본체(1)의 전방면을 덮는다. 스테이브 본체(1) 전방면의 요철 형상의 홈(8)은 이 용융물 등의 부착물층을 보유 지지하기 위해서도 형성되어 있는 것이 바람직하다.

동 주물에 있어서는 주조 결함이 생기지 않게 하기 위해, 예를 들어 JISH5120의 CAC101 상당 재질(Cu 99.5 ％ 이상, Sn 0.4 ％, P 0.07 ％)이 다용되고 있고, 일본 특허 공개 평11-293312호 공보에 기재된 스테이브 쿨러에 있어서도 실제로는 열전도성을 다소 희생해도 주석이나 인을 약간 포함함으로써 주조성을 높이고 있다. 주석이나 인을 첨가함으로써 용탕의 유동성이 증가되어 주조 결함을 적게 할 수 있다. 한편, 이와 같은 재질을 이용함으로써 열전도율이 저하되게 되는 결점이 있다.

이에 대해, 본 발명에 있어서는, 냉각수로는 동제 주물 중에 주입한 강관에 의해 확보되므로, 가령 동제 주물로 이루어지는 스테이브 본체에 다소의 결함이 있어도 누수의 위험성은 전혀 없다. 따라서, 스테이브 쿨러의 원료의 재질로서, 보다 열전도율이 높은 동 순도 99.9 ％ 이상의 재질, 예를 들어 JISH5120의 CAC103 상당 재질(Cu 99.9 ％ 이상, P 0.04 ％)을 이용할 수 있다. 그리고, 이와 같은 재질을 이용함으로써 냉각수의 누수를 전혀 일으키지 않고 스테이브 쿨러의 열전도 특성을 개선할 수 있다.

(제2 실시 형태)

다음에, 본 발명의 제2 실시 형태에 대해 설명한다.

여기서는, 우선 샤프트로용 스테이브 쿨러의 샤프트로(야금로)의 내측에 설치되는 캐스터블 등의 부정형 내화물의 두께와 스테이브 탈열량과의 관계에 대해 설명한다. 도4a는 부정형 내화물의 두께(t)를 나타내는 개략도이고, 도4b는 부정형 내화물의 두께(t)와 스테이브 탈열량과의 관계를 나타내는 그래프이다.

여기서는, 도4a에 도시한 바와 같이 부정형 내화물(15a)의 두께(t)라 함은, 스테이브 본체(냉각 부재)(11)의 홈(12)의 바닥부로부터 부정형 내화물(15a)의 노 내측의 표면까지의 거리로 한다. 스테이브 본체(11)에는 냉각수로(17)가 마련되어 있다.

도4b에 도시한 바와 같이, 부정형 내화물(15a)의 두께(t)가 100 ㎜ 정도 이하에서는 두께(t)의 증가에 수반하여 스테이브 탈열량이 저하되고 있다. 따라서, 스테이브 쿨러의 돌출부, 즉 홈이 형성된 부분의 볼록부의 표면에 부정형 내화물(15a)을 부착시켜 탈열량을 억제할 수 있다. 단, 부정형 내화물(15a)의 두께(t)가 약 50 ㎜가 되면 스테이브 탈열량이 대폭으로 저하되고 있지만, 두께(t)가 100 ㎜ 이상이 되면 스테이브 탈열량은 거의 변화되지 않는다.

도5a는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 샤프트로용 스테이브 쿨러가 설치된 야금로의 노벽 근방을 도시하는 종단면도이고, 도5b는 그 부분 확대도이고, 도5c는 도5a 중 I-I선을 따른 단면도이다.

본 실시 형태에 있어서는, 스테이브 본체(11)는 철제 외피(14)에 부정형 내화물(20)을 거쳐서 고로 등의 샤프트로(야금로)의 내면에 주설된다. 스테이브 본체(11)는, 예를 들어 동 또는 동 합금의 주물로서 형성되어 있다. 또한, 스테이브 본체(11)의 내부에는 양단부가 외부까지 연통되는 냉각수의 수로(17)가 형성되어 있다. 수로(17)는, 예를 들어 제1 실시 형태와 같이 강관을 주입함으로써 형성되어 있다. 그리고, 강관이 철제 외피(14)를 관통하는 구멍을 밀봉하는 밀봉 부재(16)가 설치되어 있다. 또한, 냉각수로는 종래와 같이 뚫린 구멍에 의해 형성되어 있어도 좋다.

스테이브 본체(11)의 야금로의 내측 면에는 선반형의 돌출부(19)가 복수단 형성되는 동시에, 이들 돌출부(19) 사이에 홈(18)이 형성되어 있다. 홈(18)은, 예를 들어 주형으로 요철을 형성해 둠으로써 주조시에 형성된다. 홈(18)이 형성된 면이 야금로의 내면, 즉 스테이브의 전방면이 된다.

여기서, 돌출부(19) 및 홈(18)의 형상에 대해 설명한다. 돌출부(19) 및 홈(18)은 야금로의 내면에 부착되었을 때에 야금로의 주위 방향으로 연장되도록 하여 형성되어 있다. 또한, 돌출부(19)는 야금로의 내면에 부착되었을 때에 상측에 위치하는 표면(21)[상면(21)] 및 하측에 위치하는 표면(22)[하면(22)]이 모두 야금로의 중심을 향해 앙각으로 경사지는 형상이 되어 있다.

상면(21)의 앙각은 노 내 원료가 퇴적되기 쉬운 각도이면 되지만, 돌출부(19)의 뿌리부의 강도를 고려하여 10도 미만의 앙각으로 한다. 상면(21)을 노 내측을 향해 수평보다 10도 미만의 앙각을 갖게 함으로써, 내화물의 소실 후에는 다단의 선반형의 돌출부(19) 사이, 즉 홈(18) 내로 들어간 노 내 원료를 안정적으로 퇴적할 수 있다. 이로 인해, 스테이브 본체(11)와 노 내의 고온 또한 온도 변동을 수반하는 고유속 가스와의 접촉 면적을 작게 할 수 있어 스테이브 쿨러에의 입열량을 억제할 수 있다.

하면(22)의 앙각은 노 내 원료가 안정되게 인입하는 안식각이 30도 이상인 것이므로, 30도를 초과하는 각도로 한다. 또한, 이 앙각의 상한은 부정형 내화물의 지지를 확실하고, 또한 노 내 원료의 퇴적을 시키기 위해 70도 이하로 하는 것이 바람직하다. 하면(22)을 노 내측을 향해 수평보다 30도를 초과하는 앙각을 갖게 함으로써, 노 내 원료가 인입하기 쉬워져 내화물의 소실 후에도 노 내 가스와의 접촉 면적을 작게 할 수 있어 스테이브 쿨러에의 입열량을 억제할 수 있다.

또한, 상면(21) 및 하면(22)과 스테이브 본체(11)의 기체와의 각 경계부(21a, 22a)에 곡률을 마련하여 곡면이라 한다. 이 결과, 내화물의 소실 후, 돌출부(19)의 뿌리 부근에 열응력이 집중되기 어려워진다. 이로 인해, 균열의 발생이 생기기 어려워져 장기간에 걸쳐서 스테이브 쿨러의 기능을 높게 유지할 수 있다.

홈(8) 내에 있어서는, 도5c에 도시한 바와 같이 인접하는 2개의 수로(17)의 중간 부분에 오목부(23)가 형성되어 있다. 즉, 홈(8)의 깊이는 오목부(23)가 형성된 부분과, 수로(17)가 마련되어 있는 부분에서 상이하다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 선반형의 돌출부(19)의 상면(21) 및/또는 하면(22)은 조면화되어 있고, 이 부분에 약간의 요철부(24)가 형성되어 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 레진계 또는 규산염계 바인더를 포함하여 Al₂O₃ 및 SiO₂를 주성분으로 하는 부정형 내화물(25)이 스테이브 본체(11)의 표면에 견고하게 고정 부착되어 있다. 그리고, 이 부정형 내화물(25) 상에 캐스터블(15)이 송풍되어 있다. 부정형 내화물(25) 및 캐스터블(15)이 도4a 중 부정형 내화물(15a)에 상당한다.

이와 같이 구성된 본 실시 형태에 있어서는 야금로의 가동 개시 후, 캐스터블(15)이 서서히 탈락해 간다. 이로 인해, 그 상태에서는 스테이브 쿨러에의 입열량이 매우 큰 것이 되어 버린다. 그러나, 본 실시 형태에 있어서는 상면(21) 및 하면(22)이 노의 내측을 향해 앙각을 이루도록 돌출부(19)가 형성되고, 또한 앙각의 크기가 적절하게 규정되어 있으므로, 돌출부(19) 사이에 들어간 노 내 원료가 홈(18) 내에 안정되게 퇴적된다. 이로 인해, 스테이브 본체(11)와 노 내의 고온 또한 온도 변동을 수반하는 고유속 가스와의 접촉 면적이 작아져 스테이브 쿨러에의 입열량이 억제된다.

이 효과는, 전술한 바와 같이 앙각의 크기를 적절한 것으로 함으로써 큰 것이 된다.

또한, 본 실시 형태에서는 홈(18)의 바닥부에 있어서, 캐스터블(15)과 스테이브 본체(11) 사이에 부정형 내화물(25)이 설치되어 있다. 또한, 본 실시 형태에서는 돌출부(19)의 상면(21) 및 하면(22), 즉 홈(18)의 측면에 요철부(24)가 형성되어 있다. 이로 인해, 부정형 내화물(25)의 스테이브 본체(11)에의 고정 부착력은 매우 강하고, 부정형 내화물(25)은 노 내의 고온 가스 흐름이나 대폭적인 온도 변동에 대해 용이하게 탈락 또는 소실되는 일이 없다. 따라서, 안정된 단열층을 유지하여 스테이브 쿨러에의 입열량을 장기간에 걸쳐서 억제할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는 홈(18) 내에 오목부(23)가 마련되어 있으므로, 냉각 효율을 저하시키지 않고 스테이브 본체(11)의 재료, 예를 들어 동의 중량을 삭감할 수 있다. 이로 인해, 보다 비용을 저감하여 경제적인 것으로 할 수 있다. 또한, 오목부(23)에 의해서도 부정형 내화물(25)의 스테이브 본체(11)에의 고정 부착성이 향상된다. 이 점으로부터도 부정형 내화물(25)을 안정되게 지지할 수 있어 스테이브 쿨러에의 입열량을 장기간에 걸쳐서 억제할 수 있다.

그리고, 상술한 바와 같이, 스테이브 쿨러에의 입열량을 억제할 수 있으므로 순환 냉각 시스템의 수량을 저감할 수 있게 되고, 순환 펌프나 열교환기의 능력도 작게 할 수 있다. 또한, 필요없는 열손실을 억제할 수 있으므로, 야금로 내에서의 열을 유효하게 활용할 수 있어 콕스량의 저감에도 기여할 수 있다.

또한, 도6에 도시한 바와 같이 스테이브 본체(11)의 노 외측, 즉 철제 외피(14)측에 오목부(26)를 형성함으로써도 스테이브 본체(11)의 재료, 예를 들어 동의 중량을 삭감할 수 있어 보다 비용을 저감하여 경제적인 것으로 할 수 있다.

또한, 도7에 도시한 바와 같이, 돌출부(19)의 형상을 그 선단부(19a)에 근접할수록 가늘어져 선단부(19a)의 표면이 곡면이 되는 것으로 해도 좋다. 즉, 선단부(19a)에 곡률을 마련하여 가늘게 해도 좋다. 돌출부(19)의 형상을 이와 같은 것으로 함으로써, 수열면적을 작게 하여 입열량을 억제할 수 있고, 노 내면측에 송풍하는 부정형 내화물에 대해 예각이 되는 오목부의 존재를 회피할 수 있고, 열응력의 집중을 피할 수 있고, 스테이브 본체의 중량을 삭감할 수 있다.

또한, 냉각수로가 되는 강관의 형상 및 배치는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 도8에 도시한 바와 같이 동 또는 동 합금의 주물로 이루어지는 스테이브 본체(31)의 중앙부에, 야금로에 부착되었을 때에 실질적으로 수직 방향으로 연장되는 복수개의 강관(32)이 주입되어 이들 강관(32)을 둘러싸도록 하고, 예를 들어「L」의 글자형으로 굴곡된 형상의 2개의 강관(33)이 스테이브 본체(31)에 주입되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 도8에 나타내는 예에서는 2개의 강관(33)이「L」의 글자형으로 굴곡되 어 있지만, 예를 들어「역ㄷ」의 글자형으로 굴곡되어 있어도 좋다. 이 경우, 예를 들어 각 굴곡점으로부터 각 단부까지의 부분이 노 내에 배치되었을 때에 실질적으로 수평 방향으로 연장되도록 동 또는 동 합금의 주물[스테이브 본체(31)] 속에 주입하면 된다. 이 경우, 2개의 강관(33)의 단부끼리를 스테이브 본체(31)의 수평 방향에 있어서의 중심 근방에서 근접시키는 것이 보다 바람직하다.

또한, 강관의 단부에 2중관 구조를 채용하는 경우에, 도9에 도시한 바와 같이 복수개, 예를 들어 3개의 강관(34)의 단부가 1개의 강관제의 외관(35)에 의해 묶여 있어도 좋다.

또한, 동 또는 동 합금제의 스테이브 본체(36)의 철제 외피측의 표면, 즉 스테이브 본체(36)에 매립된 강관(37)의 양단부가 돌출되는 측의 표면에 철제 외피 근방까지 도달하는 융기부가 형성되는 동시에, 이 융기부 내에 암나사를 구비한 주머니 너트(38)가 매립되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 강관의 단부는 샤프트로의 철제 외피에 형성된 냉각수의 급배수용 개공 부위에 정합하도록 하여 배치되어 있는 것이 바람직하다.

또한, 제1 실시 형태와 제2 실시 형태를 적절하게 조합해도 좋다. 예를 들어, 강관에 의해 냉각수로가 형성된 스테이브 본체에 도7에 도시한 바와 같은 돌출부가 형성된 것으로 해도 좋다.

제1 실시 형태에 관한 도2 및 도3에서는 철제 외피가 수직 방향에 대해 평행하게 배치되고, 제2 실시 형태에 관한 도4a, 도5a, 도5b 및 도7에서는 철제 외피가 수직 방향에 대해 경사져 배치되어 있지만, 본 발명에 있어서는 철제 외피가 어떠 한 방향을 향해 배치되어 있어도 좋다. 제2 실시 형태에 있어서는 철제 외피와의 관계가 아닌 수평 방향과의 관계를 기초로 하여 돌출부의 경사 각도가 정해진다.

이상과 같이, 본원 발명에 따르면, 스테이브 본체의 재질 결함이나 노 내에서의 사용 중에 발생하는 미세 크랙으로부터 균열이 진전되는 일이 있어도 강관의 외면에서 균열의 진전은 저지되므로 수로의 밀봉성을 유지할 수 있다. 또한, 냉각수로를 형성하는 강관의 양단부를 철제 외피의 외측에 있어서 급수 배관, 배수 배관과 접합할 수 있으므로, 야금로의 내부에 용접 부위를 마련할 필요가 없다. 이로 인해, 장기간에 걸쳐서 사용해도 열화가 매우 적다. 또한, 강관의 굽힘 반경을 적절하게 결정함으로써, 냉각수의 압력 손실의 상승이나 체류부의 형성을 회피할 수 있다.

Claims (6)

1. 샤프트로의 노 내벽면에 주설되는 샤프트로용 스테이브 쿨러이며,

   동을 99.9 질량 ％ 이상 함유하는 동 또는 동 합금의 주물과,

   표면에 쇼트 블러스트 처리가 실시된 후에 상기 주물에 주입되어 그 속을 냉각수가 통류하는 1 또는 2개 이상의 강관을 갖는 것을 특징으로 하는 샤프트로용 스테이브 쿨러.
2. 제1항에 있어서, 상기 강관은 그 단부가 상기 샤프트로의 철제 외피에 형성된 냉각수의 급배수용 개공 부위에 정합하도록 하여 상기 주물에 주입되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 샤프트로용 스테이브 쿨러.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 1 또는 2개 이상의 강관은 상기 주물 중에 그 양단부를 돌출시켜 주입되어 있고,

   상기 샤프트로용 스테이브 쿨러는 상기 강관이 상기 주물로부터 돌출되는 부분에 있어서 이들 강관의 단부를 덮고, 상기 주물에 접합된 제2 강관을 갖는 것을 특징으로 하는 샤프트로용 스테이브 쿨러.
4. 샤프트로의 노 내벽면에 주설되는 샤프트로용 스테이브 쿨러이며,

   동을 99.9 질량 ％ 이상 함유하는 동 또는 동 합금의 주물과,

   상기 주물에 주입되어 그 속을 냉각수가 통류하는 1 또는 2개 이상의 강관을 갖고,

   상기 1 또는 2개 이상의 강관 중 가장 외측에 위치하는 것은 1 또는 2부위 이상에서 굴곡되어 있고,

   그 굴곡부로부터 그 단부까지의 부분은 상기 1 또는 2개 이상의 강관이 연장되는 방향에 대해 직교하는 단부면에 따라서 연장되고,

   상기 강관은 상기 주물 중에 그 양단부를 돌출시켜 주입되어 있고,

   상기 샤프트로용 스테이브 쿨러는 상기 강관이 상기 주물로부터 돌출되는 부분에 있어서 이들 강관의 단부를 덮고, 상기 주물에 접합된 제2 강관을 갖는 것을 특징으로 하는 샤프트로용 스테이브 쿨러.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 1 또는 2개 이상의 강관은 상기 주물 중에 그 양단부를 돌출시켜 주입되어 있고,

   상기 주물의 상기 강관의 단부가 설치된 측의 표면에 주입되어 암나사를 구비한 주머니 너트를 갖는 것을 특징으로 하는 샤프트로용 스테이브 쿨러.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 주물의 샤프트로의 중심측에 배치되는 제1 표면에 복수단의 선반형의 돌출부가 전폭에 걸쳐서 형성되고,

   상기 복수단의 돌출부에 협지된 홈 내에 레진계 또는 규산염계 바인더를 포함하여 Al₂O₃ 및 SiO₂를 주성분으로 하는 부정형 내화물이 송풍되는 것을 특징으로 하는 샤프트로용 스테이브 쿨러.

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