WO2020196589A1 - 高炉の炉壁冷却用ステーブ - Google Patents

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勝紀 菊地
久夫 楠本
幹夫 越智
透理 堀川
勇希 山▲崎▼
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Ｊｆｅスチール株式会社
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    • C21B7/00—Blast furnaces
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    • C21C5/44—Refractory linings
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    • C21C5/28—Manufacture of steel in the converter
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    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/14—Supports for linings

Definitions

  • the present invention relates to a furnace wall cooling stave used for cooling and protecting a furnace wall of a blast furnace or the like exposed to high temperature.
  • a furnace wall cooling stave (hereinafter, also referred to as a stave) has been used to protect the blast furnace body from the heat load inside the furnace.
  • the stave has a stave body made of cast iron, rolled copper, cast copper, or the like, and the stave body has a water channel for cooling.
  • Members for attaching the stave to the blast furnace and members made of metal or refractory different from the stave body may be attached to the surface of the stave body, and they were attached to the stave body, waterway, and stave body.
  • the whole body including the members is called a stave.
  • a stave with higher cooling capacity and durability has been required.
  • Such a furnace wall cooling stave is fixedly attached to the inside of the blast furnace body using a furnace body iron skin and bolts. That is, as shown in FIG. 5, the stave main body 51 is fixed to the iron skin 61 of the blast furnace body by screwing using bolts 52 and nuts 53.
  • the water supply / drainage pipes 54-1 and 54-2 of the stave main body 51 are provided through the holes 62 formed in the iron skin 61 of the blast furnace body, and the water supply / drainage pipes 54-1 and 54-2 are provided. Water is supplied and drained from the outside of the furnace body.
  • Patent Document 1 when a vertical groove is provided among a plurality of grooves that release the elongation due to heat reception from the inside of the furnace and prevent deformation, there is an air flow that rises along the vertical groove. As a result, the slag fixing layer is eliminated by the air flow, and the slag fixing layer is not formed in the portion where the vertical groove exists, and the heat input from the portion to the stave becomes large. Therefore, even if a structure is adopted in which strain due to heat is absorbed by a groove penetrating vertically, there is a problem that the temperature is rather raised because heat is received from the inner surface of the groove, and the effect of strain absorption is diminished.
  • An object of the present invention is a furnace wall cooling stave used for cooling and protecting a furnace wall of a blast furnace or the like exposed to high temperature, and in a furnace wall cooling stave provided with a liner inside the furnace, a liner. It is an object of the present invention to provide a blast furnace wall cooling stave that can prevent the temperature rise of the blast furnace and extend the life of the liner.
  • the present invention is a furnace wall cooling stave that cools the furnace wall of a blast furnace from the inner surface, and a stave main body made of copper or a copper alloy and a stave main body inside the stave main body are provided with a horizontal channel through which cooling water passes.
  • a plurality of horizontal grooves horizontally provided on the surface which are perpendicular to a concave portion composed of a plurality of horizontal grooves and a horizontal groove forming a convex portion formed between the plurality of horizontal grooves, and a convex portion between the horizontal grooves. It is provided with a plurality of vertical grooves provided in the direction and a plurality of liners that are fitted in the horizontal grooves of the stave body and whose tips protrude into the furnace, and a vertical gap between the plurality of liners.
  • a blast furnace wall cooling stave characterized in that is located at a different position in the horizontal direction from the vertical groove.
  • a female screw hole is provided at a position corresponding to the bolt hole at the bottom of the horizontal groove of the stave body, and the counterbore and the counterbore are provided.
  • the liner is fitted and provided in the horizontal groove by inserting the bolt from the inside of the furnace through the bolt hole and fixing the bolt to the female screw hole.
  • the vertical width of the concave portion is larger than the vertical width of the convex portion.
  • the material of the liner is made of a material having higher high temperature strength than the material of the stave body.
  • the gaps between the liners adjacent to the top and bottom should be different in the horizontal direction.
  • the vertically adjacent vertical grooves should be positioned differently in the horizontal direction.
  • the gaps between the liners adjacent to the top and bottom should be displaced in the horizontal direction, and the vertical grooves adjacent to the top and bottom should be displaced in the horizontal direction. Is considered to be a more preferable solution.
  • the liner protrudes into the furnace, the tip of the convex portion between the horizontal grooves between the liners and the base of the liner (the liner fits into the concave portion of the stave body).
  • a slag fixing layer having a low thermal conductivity is also formed and maintained in the vicinity of the portion where the slag is formed. As a result, the temperature rise of the liner can be prevented and the life of the liner can be extended.
  • the vertical gap between the liners is set at a position different from the vertical groove provided on the convex part of the stave body so that the groove does not communicate in the vertical direction, so that the airflow rising along the vertical groove is hindered and the slag fixing layer is formed. It is possible to extend the life of the liner and the stave by hindering the heat reception from the gap between the liners and the inner surface of the vertical groove.
  • a bolt hole penetrating from the inside of the furnace of the liner and the inside of the counterbore is provided, and a female screw hole is provided at a position corresponding to the bolt hole at the bottom of the horizontal groove of the stave body.
  • a slag fixing layer is formed in the counterbore, and the stave body is effectively cooled by the liner and the stave body that fits on the bottom surface of the upper surface, so the bolt will not be worn even after long-term use. ..
  • the airflow is prevented from passing through the gaps between the liners, and the airflow is prevented.
  • the life of the liner can be extended by preventing the removal of the slag fixing layer due to the above and preventing the heat reception from the vertical gap between the liners and the inner surface of the vertical groove.
  • by shifting the positions of the vertically adjacent vertical grooves the vertical grooves are prevented from penetrating through and the airflow is prevented from passing through, so that the slag fixing layer due to the airflow is formed.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA of the stave before mounting the liner shown in FIG. It is a figure for demonstrating the method of fixing the furnace wall cooling stave in the conventional example to a furnace body iron skin.
  • the furnace wall cooling stave of the blast furnace of the present invention is provided with a water channel through which cooling water passes and a stave body made of copper or a copper alloy; a plurality of stave bodies are provided so as to extend horizontally on the inner surface of the furnace.
  • It is provided with a plurality of vertical grooves; and a plurality of liners that are fitted in the horizontal grooves of the stave body and whose tips protrude into the furnace; and extend vertically between the plurality of liners. It is configured so that the gap is located at a different position in the horizontal direction from the vertical groove, that is, the gap extending in the vertical direction between the plurality of liners does not communicate with the vertical groove.
  • Preventing the gap from communicating with the groove means that either the upper end or the lower end of the groove is closed in the vertical direction by the liner, and the space forming the groove is open only in the direction of the inner surface of the furnace. Point to. In the present invention, it is preferable that 70% or more of the upper and lower ends of the grooves existing in the stave body are closed. It is more preferable that 90% or more of the upper and lower ends of the groove are closed by the liner, and most preferably it is closed at all positions.
  • the stave In the steve that cools the furnace wall of the blast furnace from the inner surface by blowing high temperature air from the lower part of the blast furnace and extracting the generated gas from the upper part, when the speed of the upward gas flow along the stave surface increases, the inner surface of the stave The heat transfer rate of the gas increases and the temperature of the stave tends to rise.
  • the blast furnace wall cooling stave of the present invention having the above-described configuration, since the stave is made of copper or a copper alloy having high thermal conductivity, the furnace inner slag is cooled on the furnace inner surface of the stave to form a fixed layer. .. As a result, the stave itself can be protected for a long period of time. Further, in the furnace wall cooling stave of the blast furnace of the present invention, water is flowed through a cooling water passage provided in the stave main body to cool the stave.
  • the horizontal groove of the stave body is provided with a liner that fits into the bottom surface of the upper surface and the lower surface of the stave body and the tip of which protrudes into the furnace. It is preferable that the liner material has higher hardness and high temperature strength and lower thermal conductivity than the stave material. Therefore, it can withstand a temperature higher than that of the stave body and can reduce the heat transferred to the stave body.
  • a slag fixing layer having a low thermal conductivity is formed and maintained at the tip of the protrusion between the horizontal grooves between the liners and the base of the liner.
  • the base where the liner is fitted to the horizontal groove of the stave is cooled by the stave and maintained at a low temperature, but the tip protruding into the furnace receives the heat inside the furnace and becomes hot.
  • a groove is provided in the convex portion adjacent to the horizontal groove of the stave body so as to intersect the extending direction of the convex portion.
  • This groove has a horizontal groove existing at the upper end and the lower end of the convex portion or an opening connected to the end of the stave, and is provided so as to connect the openings to each other.
  • the groove provided in the convex portion is referred to as a vertical groove, but the groove is not limited to the direction of 90 ° in the extending direction of the convex portion. The presence of this groove can alleviate the deformation caused by the thermal stress generated in the stave body due to the temperature change.
  • the width of the vertical groove is preferably 1 mm or more and 50 mm or less.
  • the depth of the vertical groove can be the same as that of the horizontal groove, but it is effective even in a groove shallower than that. It is preferable that the groove has a depth of 1/2 or more of the protruding height of the convex portion (distance between the upper end of the convex portion and the bottom surface of the groove). A more preferable groove depth is about 3/4 to 1 times the protruding height of the convex portion.
  • the vertical grooves provided in the convex portion are preferably provided at intervals of 100 mm to 500 mm in the horizontal direction. Further, it is more preferable that the vertical groove spacing is 150 mm to 300 mm according to the pitch of the cooling water channel.
  • the liner fitted in each horizontal groove is divided into a plurality of lines, and the vertical gap between the liners absorbs thermal expansion. If the gap between the liners is in the same vertical position as the vertical groove of the stave body, the gap and the vertical groove penetrate and the air flow passes through. Therefore, the slag fixing layer is eliminated by the air flow, and heat is received from the gap between the liners and the inner surface of the vertical groove, so that the temperature rises.
  • the positions of the gaps between the liners and the positions of the vertical grooves to different positions in the horizontal direction, it is possible to prevent the air flow from passing through and effectively absorb the thermal expansion.
  • the bolt itself is cooled by the female screw hole of the stave body, and a slag fixing layer having low thermal conductivity is formed in the counterbore, so that the temperature rise of the bolt can be avoided.
  • the counterbore hole in the liner is deeper outside the furnace than the tip of the convex part between the horizontal grooves of the stave, and the position of the bolt is effectively cooled by the stave body that fits on the three sides of the liner and the bottom surface of the upper surface. Therefore, the temperature rise of the bolt can be avoided, and the bolt will not be worn even after long-term use.
  • the liner fixing method of the present invention it is possible to effectively prevent the liner from falling off or being damaged as compared with the conventional liner fixing method, and the life of the liner can be significantly extended. As a result, the life of the stave can be significantly extended.
  • the stave body it is preferable to configure the stave body so that the vertical width of the concave portion is larger than the vertical width of the convex portion.
  • the convex portion between the horizontal grooves directly receives the heat in the furnace and becomes higher than the temperature of the horizontal groove, so the width is made smaller than the concave portion to reduce the amount of heat received by the convex portion. be able to.
  • the liner protrudes into the furnace from the tip of the convex portion between the horizontal grooves of the stave, a slag fixing layer having low thermal conductivity is formed in the gap between the liners adjacent to the top and bottom.
  • the liner material is composed of a material having higher high temperature strength than the material of the stave body.
  • a material having higher high temperature strength than the stave body made of copper or a copper alloy, stainless steel, SS steel and the like can be preferably used.
  • the gap between the liners is preferably 5 mm or more and 500 mm or less.
  • Different horizontal positions of the gaps between the liners mean that the liners are placed so that the protrusions of the adjacent liners are located just above and / or just below the gaps between the liners at a certain height. Is. Therefore, the gap between the liners is preferably shorter than the length of the liner arranged in the groove. In a gap of 70% or more of the number of gaps between liners, it is preferable that the gap is different from the gap between vertically adjacent liners in the horizontal direction.
  • a slag fixing layer with low thermal conductivity is formed in the horizontal groove of the stave body.
  • the vertical grooves are prevented from penetrating through and the airflow is prevented from passing through, and the slag fixing layer is prevented from being eliminated by the airflow, and the inner surface of the vertical groove is prevented. It is possible to prevent heat reception from.
  • the horizontal positions of the vertically adjacent vertical grooves means that the convex portion of the stave body adjacent to the opening of the vertical groove is located immediately above and / or immediately below the convex portion of the stave body at a certain height. It is to arrange the vertical groove so as. Even in this case, it is preferable that the horizontal position of the vertical groove is different from the position of the vertical groove of the adjacent convex portion in 70% or more of the vertical grooves.
  • the slag is provided by providing both the above-mentioned horizontal positions of the gaps between the vertically adjacent liners and the above-mentioned horizontal positions of the vertically adjacent vertical grooves. It is possible to prevent the sticking layer from being eliminated more effectively.
  • FIG. 1 is a view of an example of the furnace wall cooling stave of the blast furnace of the present invention as viewed from the inside of the furnace
  • FIG. 2 shows the line AA of the furnace wall cooling stave of the blast furnace of the present invention shown in FIG. It is a cross-sectional view along.
  • FIGS. 1 and 2 show the configuration of the furnace wall cooling stave of the blast furnace of the present invention.
  • a large number of stave main bodies 1 are arranged in the circumferential direction of the blast furnace, and oxygen-free copper is used as an example of the material.
  • a plurality of liners 2 are fitted into the horizontal groove 13 dug in the stave body 1 by cutting with a vertical (vertical direction) gap 5 between the liners 2, and a hexagon socket head bolt 3 Is concluded by.
  • the depth 13a is 55 mm
  • the width in the vertical direction is 75 mm at the bottom 13b
  • 70 mm at the opening 13c which is a wide trapezoidal shape at the back. Therefore, the liner 2 fitted in the horizontal groove 13 does not come off.
  • the width of the vertical gap 5 between the liners 2 does not change due to an external force, and as an example, the initial 10 mm is used. Can be maintained.
  • the concave portion 21 is formed by the horizontal groove 13, and the convex portion 22 is formed between the upper and lower horizontal grooves 13.
  • a plurality of vertical grooves 4 are formed in the formed convex portion 22 by cutting to, for example, a width of 10 mm and a depth of 55 mm.
  • the plurality of vertical grooves 4 are all arranged at positions laterally displaced from the vertical gap 5 between the liners 2. Therefore, in the furnace of the blast furnace, the vertically rising airflow does not pass through, and the slag fixing layer formed on the inner surface of the furnace is maintained in the liner 2.
  • the horizontal position of the vertical gap 5 of the liners 2 adjacent to the top and bottom and the horizontal position of the vertical groove 4 adjacent to the top and bottom are not particularly limited.
  • the vertical gaps 5 of the vertically adjacent liners 2 are configured to be displaced in the horizontal direction.
  • the vertical gap 5 of the liner 2 is configured in this way, it is possible to more preferably prevent the passage of the vertically rising airflow when the liner 2 is present.
  • the upper and lower vertical grooves 4 are in positions displaced in the horizontal direction, so that the airflow rising vertically can be generated. It does not pass through, and the slag fixing layer formed on the inner surface of the furnace is maintained.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA of the furnace wall cooling stave of the blast furnace of the present invention shown in FIG.
  • a horizontal groove 13 having a wider bottom is dug in the stave body 1 which is a plate of a copper product having a predetermined thickness.
  • the cooling water passage 6 arranged in the vertical direction of the stave is drilled upward by a gun drill from the lower end surface of the plate and is stopped without penetrating. In this state, the water supply port 7 and the drainage port 8 are opened in the cooling water passage 6 from the back surface, which is the outside of the stave, with the same diameter as the cooling water passage 6.
  • the water supply port 7 is a water supply pipe 9 that penetrates the iron skin of the blast furnace to supply cooling water from outside the furnace
  • the drainage port 8 is a drain pipe 10 that penetrates the iron skin of the blast furnace and discharges the cooling water to the outside of the furnace.
  • the liner 2 is inserted horizontally along the horizontal groove 13 dug in the stave body 1 and is fastened by the bolt 3 at a predetermined position. Since the bolt 3 is located at the bottom of the counterbore 12, use a hexagon socket head cap screw and tighten it with a hexagon wrench. In the furnace, the slag fixing layer is also formed in the counterbore 12, so that the head of the bolt 3 can be protected.
  • the counterbore 12 is formed deeper than the tip of the convex portion 22 between the horizontal grooves 13 so that the temperature of the bolt 3 does not rise.
  • FIG. 3 is a view of an example of the stave before mounting the liner in the furnace wall cooling stave of the blast furnace of the present invention as viewed from the inside of the furnace
  • FIG. 4 is a view of A of the stave before mounting the liner shown in FIG. It is sectional drawing along the-A line.
  • a horizontal groove 13 is dug in the stave body 1 by milling.
  • a female screw hole 14 for bolting the liner 2 with a bolt 3 is formed in the bottom of the horizontal groove 13 by tapping.
  • the female screw hole 14 is provided at a position where the cooling water passage 6 is horizontally oriented so as not to penetrate the cooling water passage 6.
  • a plurality of liners 2 fitted in the horizontal grooves 13 are sequentially inserted from the side.
  • the centers of the female screw holes 14 and the counterbore holes 12 and the concentric bolt holes 23 coincide with each other, they are tightened by the bolts 3 to stop sliding along the horizontal groove 13.
  • the blast furnace wall cooling stave according to the present invention is particularly effective as a stave for cooling the furnace wall of a blast furnace from the inner surface by blowing high temperature air from the lower part of the furnace and extracting generated gas from the upper part, but a shaft furnace other than the blast furnace. It is also effective as an application to cool and protect the inside of the furnace wall exposed to high temperature.

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Abstract

炉内側にライナを設けた炉壁冷却用ステーブにおいて、ライナの温度上昇を防止し、ライナの寿命を延ばすことのできる、高炉の炉壁冷却用ステーブを提供する。高炉の炉壁冷却用ステーブを、その内部に冷却水を通す水路を設けると共に銅または銅合金からなるステーブ本体１と、ステーブ本体の炉内側表面に水平に複数設けられた水平溝であって、複数の水平溝で構成された凹部および複数の水平溝間に構成された凸部を構成する水平溝１３と、水平溝間の凸部に垂直方向に複数設けられた垂直溝４と、ステーブ本体の水平溝に嵌合して設けられてその先端が炉内に突出する複数のライナ２と、を備えており、複数のライナ間の垂直方向の隙間５が垂直溝４と水平方向に異なる位置になるよう構成する。

Description

高炉の炉壁冷却用ステーブ
　本発明は、高温に曝される高炉などの炉壁を冷却して保護するために用いられる炉壁冷却用ステーブに関する。
　従来、高炉炉体を炉内熱負荷から保護するために炉壁冷却用ステーブ（以下、ステーブとも記載する）が使用されている。ステーブは、鋳鉄や圧延銅、鋳物銅などで製作されたステーブ本体を有し、ステーブ本体には冷却用の水路を有している。ステーブにはステーブを高炉に取り付けるための部材や、ステーブ本体の表面にステーブ本体とは異なる種類の金属や耐火物製の部材が取り付けられることもあり、ステーブ本体、水路、ステーブ本体に取り付けられた部材などを合わせた総体がステーブと呼ばれている。近年、高炉炉体の高熱負荷に対応すべく、より冷却能力が高く耐久性のあるステーブが要求されてきている。
　その理由は、高炉の主たる還元材となるコークスの製造に適した原料炭の資源枯渇が進行し、そのコークスに代わって高炉の羽口から燃料炭を吹き込む微粉炭吹込み量を増やしていることがあげられる。微粉炭吹込み量を増大させると、炉内の通気抵抗が増大して、炉壁に沿って上昇する気流が増加する結果、ステーブの熱負荷が大きくなり、寿命も短くなるためであった。
　このような炉壁冷却用ステーブは、高炉炉体の内側に炉体鉄皮とボルトとを使用して固定取付けされている。すなわち、図５にその一例を示すように、ステーブ本体５１は、高炉炉体の鉄皮６１にボルト５２とナット５３とを使用してねじ止めにより固定されている。そして、ステーブ本体５１の給排水用配管５４－１、５４－２は、高炉炉体の鉄皮６１に開けられた穴６２を貫通して設けられており、給排水用配管５４－１、５４－２を介して炉体外側より給水、排水される。
　炉壁冷却用ステーブを改良する技術として、従来、高炉の熱負荷の高い箇所に長期間使用して炉内側の耐火物が損傷した場合でも、高炉内容物から生成する安定したスラグ固着層の形成により断熱されて、寿命を延ばすために、ステーブ本体の炉内側に高炉の内容物が堆積しやすい溝状の構造を設けることが知られている。また、熱によるステーブの変形を抑制するためにステーブ本体の表面に冷却剤管路の方向に延在する溝を設けることが知られている（特許文献１）。また、ステーブを保護する効果を高めるために、ステーブ本体の水平溝に勘合する耐熱金属材料によるライナを設けることが知られている（特許文献２）。
特開２００３－２６９８６７号公報 特開２０００－１１９７１３号公報
　しかし、上記特許文献１のように、炉内からの受熱による伸びを逃がし変形を防止する複数の溝のうち垂直溝を設けた場合には、垂直溝に沿って上昇する気流が存在する。その結果、気流によってスラグ固着層を排除され、垂直溝が存在する箇所では、その部分にスラグ固着層が形成されず、当該箇所からステーブへの入熱が大きくなる。したがって、垂直に貫通する溝によって熱による歪を吸収する構造をとったとしても、その溝の内面から受熱するためむしろ温度が上昇して、歪吸収の効果が薄れてしまう問題があった。
　また、上記特許文献２のように、ステーブの炉内側にステーブに直接熱が伝わらないよう、ライナを設けたとしても、そのライナ表面が平滑であった場合には、炉内側にスラグ固着層が形成されず、ライナ表面が直接高温の炉内気流にさらされる。そのため、ライナの温度が上昇するために、ライナの寿命が短くなり、ステーブの保護の効果は限定的である問題があった。特に、ライナを炉内側からボルトで固定した場合には、ボルトの温度がライナ温度よりもさらに高くなり、ボルトの寿命が短くなるためライナを固定できる期間も短くなる問題もあった。
　本発明の目的は、高温に曝される高炉などの炉壁を冷却して保護するために用いられる炉壁冷却用ステーブであって、炉内側にライナを設けた炉壁冷却用ステーブにおいて、ライナの温度上昇を防止し、ライナの寿命を延ばすことのできる、高炉の炉壁冷却用ステーブを提供することにある。
　従来技術が抱えている前述の課題を解決し、前記の目的を実現するために鋭意研究した結果、発明者らは、以下に述べる新規な高炉の炉壁冷却用ステーブを開発するに到った。即ち、本発明は、高炉の炉壁を内面から冷却する炉壁冷却用ステーブであって、その内部に冷却水を通す水路を設けると共に銅または銅合金からなるステーブ本体と、ステーブ本体の炉内側表面に水平に複数設けられた水平溝であって、複数の水平溝で構成された凹部および複数の水平溝間に構成された凸部を構成する水平溝と、水平溝間の凸部に垂直方向に複数設けられた垂直溝と、ステーブ本体の水平溝に嵌合して設けられてその先端が炉内に突出する複数のライナと、を備えており、複数のライナ間の垂直方向の隙間が垂直溝と水平方向に異なる位置にあることを特徴とする、高炉の炉壁冷却用ステーブである。
　なお、前記のように構成される本発明に係る高炉の炉壁冷却用ステーブにおいては、
（１）前記ライナの炉内側からざぐり穴およびざぐり穴内に貫通するボルト穴を設けると共に、前記ステーブ本体の水平溝の底部の前記ボルト穴に対応する位置にめねじ穴を設け、前記ざぐり穴および前記ボルト穴を介してボルトを炉内側から挿通して前記ボルトを前記めねじ穴に固定することにより、前記ライナを前記水平溝内に嵌合して設けたこと、
（２）前記凹部の垂直方向の幅が前記凸部の垂直方向の幅より大きくなるよう構成したこと、
（３）前記ライナの材質が前記ステーブ本体の材質よりも高温強度が高い材質からなること、
（４）上下に隣接する前記ライナの隙間は水平方向に位置を異ならせること、
（５）上下に隣接する前記垂直溝は水平方向に位置を異ならせること、
（６）上下に隣接する前記ライナの隙間は水平方向に位置を異ならせると共に、上下に隣接する前記垂直溝は水平方向に位置を異ならせること、
がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
　本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブによれば、ライナが炉内に突出しているのでライナの間である水平溝間の凸部先端部およびライナの基部（ライナがステーブ本体の凹部に嵌合されている部分の付近）にも、熱伝導率の低いスラグ固着層が形成され維持される。これにより、ライナの温度上昇を妨げ、ライナの寿命を延ばすことができる。また、ライナ間の垂直方向の隙間をステーブ本体の凸部に設けた垂直溝と異なる位置にし、溝が上下方向に連通しないようにしたので、垂直溝に沿って上昇する気流を妨げスラグ固着層を維持するとともに、ライナ同士の隙間及び垂直溝内面からの受熱を妨げ、ライナおよびステーブの寿命を延ばすことができる。
　また、本発明の好適例によれば、ライナの炉内側からざぐり穴およびざぐり穴内に貫通するボルト穴を設けると共に、ステーブ本体の水平溝の底部のボルト穴に対応する位置にめねじ穴を設け、ざぐり穴およびボルト穴を介してボルトを炉内側から挿通してボルトをめねじ穴に固定している。そのため、使用中にライナの位置の水平方向に移動を妨げて、ライナ間の垂直方向の隙間が垂直溝の位置になることを防止するとともに、ライナ間の隙間を一定に保持できる。また、ざぐり穴の中にスラグ固着層が形成されるとともに、ライナと上面下面底面の三面で嵌合するステーブ本体によって効果的に冷却されるため、長期の使用によってもボルトが損耗することはない。
　さらに、本発明の他の好適例によれば、上下に隣接するライナ間の水平方向の隙間の位置を異ならせることにより、ライナ間の隙間を貫通して気流が通り抜けることを防止して、気流によるスラグ固着層の排除を防止するとともに、ライナ間の垂直方向の隙間及び垂直溝内面からの受熱を防止することにより、ライナの寿命を延ばすことができる。さらにまた、本発明のさらに他の好適例によれば、上下に隣接する垂直溝の位置を異ならせることにより、垂直溝が貫通して気流が通り抜けることを防止して、気流によるスラグ固着層の排除を防止するとともに、垂直溝内面からの受熱を防止でき、ステーブの寿命を延ばすことができる。また、上記隣接するライナ間の垂直方向の隙間の位置を異ならせると共に、上記上下に隣接する垂直溝の位置を異ならせた場合は、上記ステーブの寿命を延ばす効果をさらに向上させることができる。
本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブの一例を炉内側から見た図である。 図１に示す本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブのＡ－Ａ線に沿った断面図である。 本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブにおいて、ライナを取付ける前のステーブの一例を炉内側から見た図である。 図３に示すライナを取付ける前のステーブのＡ－Ａ線に沿った断面図である。 従来例における炉壁冷却用ステーブを炉体鉄皮に固定する方法を説明するための図である。
　以下、本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブについて説明する。
　本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブは：その内部に冷却水を通す水路を設けると共に銅または銅合金からなるステーブ本体と；ステーブ本体の炉内側表面に水平に延在するように複数設けられた水平溝であって、複数の水平溝で構成された凹部および複数の水平溝間に構成された凸部を構成する水平溝と；水平溝間の凸部に垂直方向に延在するように複数設けられた垂直溝と；ステーブ本体の水平溝に嵌合して設けられてその先端が炉内に突出する複数のライナと；を備えており、複数のライナ間の垂直方向に延在する隙間が垂直溝と水平方向において異なる位置になるように、すなわち複数のライナ間の垂直方向に延在する隙間が垂直溝と連通しないように構成されている。
　隙間が溝と連通しないようにする、とは、溝の上端または下端のどちらかまたは両方がライナによって上下方向に閉止されており、溝を構成する空間は炉内面方向にのみ開口している状態を指す。本発明においては、ステーブ本体に存在する溝の上下端のうちの７０％以上が閉止されていることが好ましい。溝の上下端の９０％以上がライナによって閉止されている状態がさらに好ましく、すべての位置で閉止されていることが最も好ましい。
　高炉の下部から高温の送風を行い上部より発生ガスを取り出す高炉の炉壁を内面から冷却するステーブにおいては、ステーブ表面に沿った上方へ向かう気体の流れの速度が大きくなった場合に、ステーブ内面の熱伝達率が大きくなってステーブの温度が上昇しやすくなる。上述した構成の本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブでは、ステーブを熱伝導率の高い銅または銅合金性としたので、ステーブの炉内側表面に炉内側スラグが冷却されて固着層が形成する。これにより、ステーブ自体を長期にわたり保護できる。また、本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブでは、ステーブ本体に設けた冷却水通路に水を流してステーブを冷却する。
　ステーブ本体の炉内側表面には、水平に複数の水平溝を設ける。そして、複数の水平溝で凹部を構成し、複数の水平溝間または、水平溝とステーブ本体の上または下の端部の間に凸部を構成する。ステーブ本体の水平溝には、その上面下面底面に嵌合し先端が炉内に突出するライナを設ける。ライナの材質はステーブの材質よりも硬度と高温強度が高く熱伝導率が小さいことが好ましい。そのため、ステーブ本体よりも温度が上昇しても耐えることができるとともに、ステーブ本体に伝える熱を低減できる。ライナが炉内に突出しているのでライナの間である水平溝間の凸部先端部およびライナの基部にも、熱伝導率の低いスラグ固着層が形成され維持される。ライナがステーブの水平溝と嵌合している付け根部はステーブに冷却されて低温に維持されるが、炉内に突出した先端部は炉内の熱を受けて高温になる。
　ステーブ本体の水平溝に隣接して存在する凸部には、凸部の延在方向と交わるように、溝が設けられる。この溝は、凸部の上端と下端に存在する水平溝またはステーブの端部につながる開口部を有し、その開口部同士をつなぐように設けられる。本発明においては、凸部に設けられる溝を垂直溝と称するが、凸部の延在方向に９０°の方向に限定されない。この溝が存在することによって、温度変化によってステーブ本体に発生する熱応力による変形を緩和することができる。垂直溝の幅は１ｍｍ以上、５０ｍｍ以下が好適である。より好ましくは８ｍｍ以上、３０ｍｍ以下である。垂直溝の深さは、水平溝と同じ深さとすることができるが、それよりも浅い溝でも効果を発揮する。凸部の突出高さ（凸部上端と溝の底面との距離）の１／２以上の深さの溝であることが好ましい。より好ましい溝の深さは凸部の突出高さの３／４倍～１倍程度である。また、凸部に設けられる垂直溝は、水平方向に１００ｍｍ～５００ｍｍの間隔で設けられることが好ましい。さらに、冷却水路のピッチに合わせて垂直溝の間隔は、１５０ｍｍ～３００ｍｍで設けることがさらに好ましい。
　各水平溝に嵌合されるライナは複数に分割されており、ライナ間の垂直方向の隙間によって熱膨張を吸収している。ライナ間の隙間がステーブ本体の垂直溝と同じ垂直位置にあると、隙間と垂直溝とが貫通して気流が通り抜ける。そのため、気流によってスラグ固着層を排除するとともに、ライナ間の隙間及び垂直溝内面から受熱するため温度が上昇する。しかしながら、ライナ間の隙間の位置および垂直溝の位置を水平方向に異なる位置にしたことで、気流の通り抜けを防止して、効果的に熱膨張を吸収させることができる。
　次に、本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブの好適例について説明する。
　まず、ライナがステーブ本体の水平溝に嵌合しているだけでは、使用中にライナの位置が水平方向に移動することにより、ライナ間の垂直方向の隙間の位置が垂直溝の位置になることがある。それを防止するとともに、ライナ間の隙間を一定に保持するために、ライナの炉内側にざぐり穴をあけ、ざぐり穴の底にボルト穴をあけ、ボルト穴にボルトを貫通させて、ステーブ本体の水平溝に設けためねじ穴に固定することで、ライナが水平方向に移動することを妨げることができる。ボルト自体はステーブ本体のめねじ穴によって冷やされ、ざぐり穴の中には熱伝導率の低いスラグ固着層が形成されるので、ボルトの温度上昇を避けることができる。さらに、ライナにあけるざぐり穴は、ステーブの水平溝間の凸部先端よりも炉外側に深くあけており、ボルトの位置はライナと上面下面底面の三面で嵌合するステーブ本体によって効果的に冷却されるため、ボルトの温度上昇を避けることができ、長期の使用によってもボルトが損耗することはない。本発明のライナの固定方法によれば、従来のライナの固定方法に比較して、ライナの脱落や破損を効果的に防ぐことができ、ライナの寿命を大幅に延ばすことができる。それにより、ステーブの寿命も大幅に延ばすことができる。
　次に、ステーブ本体の凹部の垂直方向の幅が前記凸部の垂直方向の幅より大きくなるよう構成することが好ましい。このように構成することで、水平溝間の凸部は炉内の熱を直接受けて水平溝の温度よりも高温になるのでその幅を凹部よりも小さくして凸部の受熱量を低減することができる。また、ライナはステーブの水平溝間の凸部の先端よりも炉内に突出しているので、上下に隣接するライナの間隙にも熱伝導率の低いスラグ固着層が形成される。
　また、ライナの材質はステーブ本体の材質よりも高温強度が高い材質から構成することが好ましい。銅または銅合金からなるステーブ本体よりも高温強度が高いライナの材質の一例としては、ステンレススチール、ＳＳ鋼などを好適に用いることができる。
　さらに、上下に隣接するライナ間の隙間の水平方向の位置を異ならせることにより、ライナ間の隙間が貫通して気流が通り抜けることを防止して、気流によるスラグ固着層の排除を防止するとともに、ライナ同士の隙間及び垂直溝内面からの受熱を防止することができる。ライナ間の隙間は５ｍｍ以上、５００ｍｍ以下とすることが好ましい。ライナ間の隙間の水平方向の位置を異ならせるということは、ある高さのライナ間の隙間の直上部および／または直下部に、隣接するライナの突出部が位置するようにライナを配置することである。そのため、ライナ間に設ける隙間の間隔は、溝に配置するライナの長さよりも短いことが好ましい。ライナ間の隙間の数の７０％以上の隙間において、その隙間が上下に隣接するライナの隙間と水平方向の位置が異なっていることが好ましい。
　また、長期の使用によってライナが磨滅または脱落した場合には、ステーブ本体の水平溝に熱伝導率の低いスラグ固着層が形成される。その場合、上下に隣接する垂直溝の水平方向の位置を異ならせることにより、垂直溝が貫通して気流が通り抜けることを防止して、気流によるスラグ固着層の排除を防止するとともに、垂直溝内面からの受熱を防止することができる。
　上下に隣接する垂直溝の水平方向の位置を異ならせるとは、ある高さのステーブ本体凸部においてその垂直溝の開口部の直上部および／または直下部に隣接するステーブ本体凸部が位置するように垂直溝を配置することである。この場合でも、７０％以上の垂直溝において、その垂直溝の水平方向の位置が隣接する凸部の垂直溝の位置と異なっていることが好ましい。
　なお、上述した上下に隣接するライナ間の隙間の水平方向の位置を異ならせること、および、上述した上下に隣接する垂直溝の水平方向の位置を異ならせること、の両者を設けることで、スラグ固着層の排除の防止を、より効果的に行うことができる。
　本発明の実施例を図に基づいて説明する。
　図１は、本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブの一例を炉内側から見た図であり、図２は、図１に示す本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブのＡ－Ａ線に沿った断面図である。以下、図１および図２を参照して、本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブの構成について説明する。
　図１および図２に示す例において、ステーブ本体１は、高炉の周方向に多数並べられ、その材質には一例として無酸素銅が使われている。ステーブ本体１に切削加工により掘られた水平溝１３には、複数のライナ２がライナ２間に垂直方向（図中上下方向）の隙間５をあけて嵌合されており、六角穴付きボルト３によって締結されている。その水平溝１３の寸法の一例は、深さ１３ａは５５ｍｍ、垂直方向の幅は、底部１３ｂで７５ｍｍ、開口部１３ｃで７０ｍｍと、奥に広い台形形状である。そのため、水平溝１３に嵌合したライナ２が抜けることはない。また、水平溝１３にライナ２を嵌合したのちボルト３によって水平方向に固定されているため、ライナ２間の垂直方向の隙間５の幅は外力によって変ることがなく、一例として初期の１０ｍｍを維持できる。
　水平溝１３によって凹部２１が形成され、上下の水平溝１３間に凸部２２が形成される。本例において、形成された凸部２２には、複数の垂直溝４が切削加工によって、一例として、幅１０ｍｍで深さ５５ｍｍに形成されている。複数の垂直溝４は、いずれもライナ２間の垂直方向の隙間５とは水平方向にずれた位置に配置する。そのため、高炉の炉内において、垂直に上昇する気流が通り抜けることはなく、炉内面に形成されたスラグ固着層がライナ２に維持される。
　また、本発明では、上下に隣接するライナ２の垂直方向の隙間５の水平方向の位置、および、上下に隣接する垂直溝４の水平方向の位置、は特に限定しない。しかしながら、好適例として、図１および図２に示すように、上下に隣接するライナ２の垂直方向の隙間５は水平方向に位置を異ならせるよう構成することが好ましい。このようにライナ２の垂直方向の隙間５を構成した場合は、ライナ２が存在する場合における垂直に上昇する気流の通り抜けをより好適に防止することができる。また、好適例として、図１および図２に示すように、上下に隣接する垂直溝４の水平方向の位置を異ならせるよう構成することが好ましい。このように垂直溝４を構成した場合は、長期使用により、ライナ２が磨滅ないし外れ落ちた場合でも、上下の垂直溝４同士は水平方向にずれた位置にあるので、垂直に上昇する気流が通り抜けることはなく、炉内面に形成されたスラグ固着層が維持される。
　図２は、図１に示す本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブのＡ－Ａ線に沿った断面図である。図２に示す例において、所定の厚さの伸銅品の板であるステーブ本体１には、底のほうが広い水平溝１３を掘っている。ステーブの垂直方向に配置されている冷却水通路６は、板の下端面からガンドリルによって上方に穴をあけられ、貫通せずに止める。その状態で、冷却水通路６には、ステーブの炉外側に当たる背面から給水口７と排水口８とが冷却水通路６と同径で開けられている。給水口７には高炉の鉄皮を貫通して炉外から冷却水を供給する給水管９を、排水口８には高炉の鉄皮を貫通して炉外に冷却水を排出する排水管１０を、それぞれすみ肉溶接によりステーブ本体１に取り付けている。冷却水通路６の下方の穴は、プラグ１１をＶ形開先溶接することにより封止する。
　ライナ２は、ステーブ本体１に掘られた水平溝１３に沿って水平に挿入され、所定の位置でボルト３によって締結される。ボルト３は、ざぐり穴１２の底にあるため、六角穴付きボルトを使用して六角レンチで締め付ける。炉の中では、ざぐり穴１２の中にもスラグ固着層が形成されるので、ボルト３の頭を保護することができる。ざぐり穴１２はボルト３の温度が上昇しないように、水平溝１３間の凸部２２の先端部よりも深くあけている。
　図３は、本発明の高炉の炉壁冷却用ステーブにおいて、ライナを取付ける前のステーブの一例を炉内側から見た図であり、図４は、図３に示すライナを取付ける前のステーブのＡ－Ａ線に沿った断面図である。図３および図４に示す例において、ステーブ本体１には、フライス加工により水平溝１３を掘っている。水平溝１３の底には、ライナ２をボルト３でボルト止めするためのめねじ穴１４をタップ加工により開ける。このめねじ穴１４は、冷却水通路６に貫通しないように、冷却水通路６を水平方向によけた位置に設けている。切削加工と溶接加工が終わったのちに、水平溝１３に嵌合する複数のライナ２を順次側方から差し込む。めねじ穴１４とざぐり穴１２と同心のボルト穴２３の中心が一致したところで、ボルト３によって締め付け、水平溝１３に沿って摺動することを止める。
　本発明に係る高炉の炉壁冷却用ステーブは、炉の下部から高温の送風を行い上部より発生ガスを取り出す高炉の炉壁を内面から冷却するステーブとして特に有効であるが、高炉以外のシャフト炉などにおいても、高温に曝される炉壁内部を冷却して保護する用途として有効である。
　１　ステーブ本体
　２　ライナ
　３　六角穴付きボルト
　４　垂直溝
　５　隙間
　６　冷却水通路
　７　給水口
　８　排水口
　１０　排水管
　１１　プラグ
　１２　ざぐり穴
　１３　水平溝
　１３ａ　深さ
　１３ｂ　底部
　１３ｃ　開口部
　１４　めねじ穴
　２１　凹部
　２２　凸部
　２３　ボルト穴

Claims (7)

  1. 　高炉の炉壁を内面から冷却する炉壁冷却用ステーブであって、その内部に冷却水を通す水路を設けると共に銅または銅合金からなるステーブ本体と、ステーブ本体の炉内側表面に水平に複数設けられた水平溝であって、複数の水平溝で構成された凹部および複数の水平溝間に構成された凸部を構成する水平溝と、水平溝間の凸部に垂直方向に複数設けられた垂直溝と、ステーブ本体の水平溝に嵌合して設けられてその先端が炉内に突出する複数のライナと、を備えており、複数のライナ間の垂直方向の隙間が垂直溝と水平方向に異なる位置にあることを特徴とする、高炉の炉壁冷却用ステーブ。
  2. 　前記ライナの炉内側からざぐり穴およびざぐり穴内に貫通するボルト穴を設けると共に、前記ステーブ本体の水平溝の底部の前記ボルト穴に対応する位置にめねじ穴を設け、前記ざぐり穴および前記ボルト穴を介してボルトを炉内側から挿通して前記ボルトを前記めねじ穴に固定することにより、前記ライナを前記水平溝内に嵌合して設けたことを特徴とする、請求項１に記載の高炉の炉壁冷却用ステーブ。
  3. 　前記凹部の垂直方向の幅が前記凸部の垂直方向の幅より大きくなるよう構成したことを特徴とする、請求項１または２に記載の高炉の炉壁冷却用ステーブ。
  4. 　前記ライナの材質が前記ステーブ本体の材質よりも高温強度が高い材質からなることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の高炉の炉壁冷却用ステーブ。
  5. 　上下に隣接する前記ライナの隙間は水平方向に位置を異ならせることを特徴とする、請求項1～４のいずれか１項に記載の高炉の炉壁冷却用ステーブ。
  6. 　上下に隣接する前記垂直溝は水平方向に位置を異ならせることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の高炉の炉壁冷却用ステーブ。
  7. 　上下に隣接する前記ライナの隙間は水平方向に位置を異ならせると共に、上下に隣接する前記垂直溝は水平方向に位置を異ならせることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の高炉の炉壁冷却用ステーブ。

     
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