(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火レンガと鉄皮の間にあるステーブクーラーにおいて、前記耐火レンガ側および前記鉄皮側を除く鋳込みレンガの少なくとも四面が最高使用温度６００℃超のシートで覆われ、さらに該シートが金属板で覆われていることを特徴とするステーブクーラー。
【請求項２】
金属板の融点が６００℃以上であり、金属板の厚みが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のステーブクーラー。
【請求項３】
シートが０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚みであることを特徴とする請求項１または２に記載のステーブクーラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉等の炉壁冷却に使用されるステーブクーラーに関し、特に鋳込みレンガの亀裂・破壊等を回避できるステーブクーラーに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在の鉄鋼製造プロセスにおいて、溶銑の生産としては高炉を用いた鉄鉱石の溶融還元法が主流になっている。
【０００３】
この高炉の炉壁は一般にステーブクーラー（以下、単にステーブともいう）と呼ばれる冷却装置を備えている。
【０００４】
図１は、高炉炉壁にステーブが組み込まれている場所を示す概念図である。
【０００５】
同図に示すように、ステーブ１は、鉄皮２の内側に設置され、ステーブ１を保護するための炉体レンガ３に覆われている。
【０００６】
ステーブ１を鉄皮２の内側に設置するのは、炉内からの熱負荷を低減することで鉄皮の変形や割れを防止するためである。
【０００７】
図２（ａ）、（ｂ）は、ステーブの構成を示す説明図であり、図２（ａ）はステーブの側面図を、図２（ｂ）はステーブの平面図を示す。
【０００８】
同図に示すように、ステーブ１内には冷却水を通水するための冷却パイプ６が設置され、ステーブ１の炉内側には耐火レンガ４が鋳込まれた銑鉄５により固定されている。この鋳込まれた銑鉄５により固定された耐火レンガ４は、鋳込みレンガあるいは鋳ぐるみレンガと呼ばれている（以下、鋳込みレンガという）。
【０００９】
この鋳込みレンガ４は、炉体レンガが損耗し、脱落または消失した時のバックアップ耐火物として機能するため、通常は炉体レンガと同じ材質のレンガを鋳込みレンガに用いることが多い。
【００１０】
高炉の炉体レンガは高炉各部位の使用環境により、高アルミナ、シャモットなどの酸化物系耐火物や炭化珪素、カーボン−炭化珪素、アルミナ−カーボンなどの非酸化物系耐火物や炭素含有耐火物が使用されている。
【００１１】
ステーブは、所定の形状の砂型に鋳込みレンガと冷却パイプをあらかじめ設置しておき、その砂型に成分調整された溶銑を注入することにより鋳造して製作される。
【００１２】
溶銑を注入する際に、鋳込みレンガは１３００℃程度の溶銑と接触することになり、鋳込みレンガには大きな熱衝撃が加わり、破壊または亀裂が発生するおそれがある。
【００１３】
鋳込みレンガに生じた亀裂がステーブの外面に表れている場合には、製作後の検査で破壊を確認することは可能であるが、ステーブの内部に発生した場合には確認は不可能である。
【００１４】
高炉の稼働初期の炉体レンガが健全な時期は鋳込みレンガの破壊の影響は軽微であるが、炉体レンガが消失した後には、鋳込みレンガは装入物や炉内の熱の影響を直接受けるため破壊が進行する。最終的には、鋳込みレンガは強度を失ってステーブから脱落し、ステーブ寿命が非常に短くなる。
【００１５】
上記の問題点を考慮して、ステーブの製作時において鋳込みレンガが熱衝撃により破壊されるのを防止する方法が種々提案されている。
【００１６】
例えば、特開昭６３−１９２８０４号公報には、レンガ側の面を金属板で覆った後に溶銑を鋳込むことにより、レンガと溶銑が直接接触することを防止し、鋳込みレンガが熱衝撃により破壊されるのを防止する方法が開示されている。
【００１７】
また、特開昭６３−１９２８０５公報には、メタルウールを鋳込みレンガ表面に被せた後に溶銑を注入してステーブを製作する方法が開示されている。
【００１８】
これらの発明は、金属板、またはメタルウールを使用して、鋳込みレンガと溶銑が直接接触することを防止することで鋳込みレンガを保護することを狙ったものである。
【００１９】
しかし、これらの金属板、またはメタルウールは溶銑注入時の受熱により容易に溶融固化するため、むしろ鋳込みレンガが熱衝撃を受け易く破壊するおそれがある。
【００２０】
この溶銑注入時の熱衝撃による破壊を防止する方法として鋳込みレンガの外周に耐熱繊維を原料としたセラミックシート（  以下、単にシートともいう）  で覆う方法が開示されている。
【００２１】
例えば、昭５２−  ８２４１号公報及び昭５２−  ３１８１１号公報にはシートの原料繊維としてロックウールを用いる方法が開示されている。
【００２２】
この方法はロックウールが断熱材として働き、鋳込みレンガが熱衝撃により破壊されるのを防止するとともに、鋳込みレンガ自体の受熱による膨張が抑制されることを期待できる。
【００２３】
しかしロックウールの最高使用温度は４００〜６５０℃と比較的低温であり、鋳込み時の溶銑の保有熱によって容易にロックウールは溶融固化し、断熱材としての機能を期待できない。
【００２４】
なお、最高使用温度とは、繊維が溶融し始める温度であり、形状を維持できない温度を意味する。
【００２５】
このため、最高使用温度が高い耐熱繊維を原料としたシートを使用することが行われている。
【００２６】
この耐熱繊維としてはアルミナシリカ繊維やアルミナ繊維、シリカ繊維、ジルコニア繊維等がこの例として挙げられ、いずれもロックウールよりも最高使用温度が高い。
【００２７】
また、耐熱繊維で成形されたシートを使用するには、鋳込み前に予め鋳込みレンガの外周にシートを固定することが必要であり、これには一般にセメントや接着剤が使用される。
【００２８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしこの方法では鋳込み時の溶銑の保有熱でこれらの接着剤とシートが化学反応し変質したり、鋳込み前に接着剤の液分が耐熱繊維にしみ込んで変質したりして、シートの弾力性が失われるおそれがある。
【００２９】
すなわち、接着剤を使用したシートを使用する場合には、シートの弾力性が乏しくなるため、熱膨張した鋳込みレンガは、周囲の溶銑との間に圧縮応力を生じて亀裂・破壊等起こす危険性がある。
【００３０】
本発明の目的は、ステーブクーラーの鋳込みレンガの亀裂・破壊等を回避できるステーブクーラーを提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明者は鋳込みレンガに各種材質のシートを固定する方法を種々変えた試験を行い、その優劣を評価した結果、下記の要旨の発明を完成した。
【００３２】
（１）耐火レンガと鉄皮の間にあるステーブクーラーにおいて、前記耐火レンガ側および前記鉄皮側を除く鋳込みレンガの少なくとも四面が最高使用温度６００℃超のシートで覆われ、さらに該シートが金属板で覆われていることを特徴とするステーブクーラー。
【００３３】
（２）金属板の融点が６００℃以上であり、金属板の厚みが０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のステーブクーラー。
【００３４】
（３）シートが０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚みであることを特徴とする請求項１または２に記載のステーブクーラー。
【００３５】
【発明の実施の形態】
試験用の鋳込みレンガは、市販の高アルミナ質、粘土質およびカーボン−炭化珪素質レンガを使用した。
【００３６】
シートを固定する試験方法は、以下の（Ａ）〜（Ｅ）に記載の通りであり、（Ａ）〜（Ｄ）は鋳込みレンガの耐火レンガ側、鉄皮側を除く４面を、（  Ｅ）  は耐火レンガ側を除く５面をそれぞれ被覆した方法である。
【００３７】
（  Ａ）
Ａ−１：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用温度１４００℃））と鋳込みレンガとの間に接着剤を平均厚みで約１ｍｍ塗布してシートを固定した。
表１に使用した接着剤の主成分および特性値を示す。
【００３８】
【表１】
0003580212.tif 000002
【００３９】
Ａ−２：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用温度１４００℃））と鋳込みレンガとの間にＡ−１と同じ接着剤を平均厚みで約３ｍｍ塗布してシートを固定した。
【００４０】
（  Ｂ）
Ｂ−１：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用温度１４００℃））と鋳込みレンガとの間にアルミナセメントを平均厚みで約１ｍｍ塗布してシートを固定した。
【００４１】
表２に使用したアルミナセメントの主成分および特性値を示す。
【００４２】
【表２】
0003580212.tif 000003
【００４３】
Ｂ−２：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用温度１４００℃））と鋳込みレンガとの間にアルミナセメントを平均厚みで約３ｍｍ塗布してシートを固定した。
【００４４】
（  Ｃ）
Ｃ−１：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用温度１４００℃））で鋳込みレンガを覆い、そのシートの外周を０．０８ｍｍの厚みの鋼板でさらに覆い固定した。
【００４５】
なお、使用した鋼板の融点は約１５００℃であり、以下で使用した鋼板は同じものである。
【００４６】
Ｃ−２：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用温度１４００℃））で鋳込みレンガを覆い、そのシートの外周を鋼製の直径２ｍｍの針金を巻いてシートを固定した。
【００４７】
なお、使用した針金の融点は約１５００℃である。
【００４８】
（  Ｄ）
Ｄ−１：シート（材質：ロックウール（  最高使用温度６００℃）  ））で鋳込みレンガ（材質：高アルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０８ｍｍの厚みの鋼板でさらに覆い固定した。
【００４９】
Ｄ−２：シート（材質：グラスウール（  最高使用温度４００℃）  ））で鋳込みレンガ（材質：高アルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０８ｍｍの厚みの鋼板でさらに覆い固定した。
【００５０】
Ｄ−３：シート（材質：アルミナシリカ繊維（  最高使用温度１４００℃）  ））で鋳込みレンガ（材質：高アルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０８ｍｍの厚みの鋼板でさらに覆い固定した。
【００５１】
Ｄ−４：シート（材質：シリカ繊維（  最高使用温度１０００℃）  ）で鋳込みレンガ（材質：高アルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０８ｍｍの厚みの鋼板でさらに覆い固定した。
【００５２】
Ｄ−５：シート（材質：アルミナ繊維（  最高使用温度１６００℃）  ）で鋳込みレンガ（材質：高アルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０８ｍｍの厚みの鋼板でさらに覆い固定した。
【００５３】
Ｄ−６：シート（材質：ジルコニア繊維（  最高使用温度１８００℃）  ）で鋳込みレンガ（材質：高アルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０８ｍｍの厚みの鋼板でさらに覆い固定した。
【００５４】
（Ｅ）
Ｅ−１：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用温度１４００℃））と鋳込みレンガ（材質：高アルミナ質）との間に接着剤を平均厚みで約１ｍｍ塗布してシートを固定した。
【００５５】
Ｅ−２：シート（材質：アルミナシリカ繊維（最高使用温度１４００℃））で鋳込みレンガ（材質：高アルミナ質）を覆い、そのシートの外周を０．０８ｍｍの厚みの鋼板でさらに覆い固定した。
【００５６】
図３（ａ）、（ｂ）は、試験評価用に使用した銑鉄ブロックの製作方法を示す概念図であり、図３（ａ）は、銑鉄ブロックの斜視図、図３（ｂ）は、銑鉄ブロックのＡ−Ａ断面である。なお、押え棒９は、図３（ｂ）では、図示していない。
【００５７】
同図（ａ）、（ｂ）に示すように、銑鉄ブロック８は、形状が１５０×１５０×２５０（各単位：ｍｍ）の直方体となるように製作した鋳型内に、各種材質のシートを各種方法にて固定した各種材質の鋳込みレンガ４を入れて、注銑用陶管７から溶銑を鋳込んで製作した。この溶銑を鋳型内に鋳込む際、鋳込みレンガ４の比重が溶銑に比較して小さいため、銑鉄製の押え棒９で鋳込みレンガ４を押えながら溶銑を注入した。銑鉄ブロック８を製作するに必要な溶銑量は約３７ｋｇであり、溶銑の注入速度をほぼ一定の８〜１０ｋｇ／秒で行い、約４秒で注銑が完了した。
【００５８】
鋳型はケイ砂に粘結剤としてフェノール樹脂を使用したものを用いた。なお、銑鉄ブロック８の製作の前処理として、バチ形状の鋳込みレンガ４を１１０℃で２４時間乾燥した。
【００５９】
図４は前記Ａ−１またはＡ−２のシート固定方法を示す概略図である。
図４に示すように、鋳込みレンガ４の耐火レンガ側および鉄皮側を除く４面（同図では溶銑注入面およびその反対面を除く４面）にシート１０を被せ、このシート１０を被せた鋳込みレンガ４を前記図３に示す方法で鋳型内に固定し、溶銑を注銑した。
【００６０】
図５は前記Ｃ−１のシート固定方法を示す概略図である。
図５に示すように、鋳込みレンガ４の４面をシート１０で覆い、このシート１０の外周を更に金属板１２として例えば鋼鈑で覆い、その後、前記図３に示す方法で鋳型内に固定し、溶銑を注入した。
【００６１】
この時、シート１０を鋳込レンガに仮に固定するためにデキストリンを使用したが、この他にもデンプン、糖蜜、糊またはポリビニールアルコール等の１０００℃以下の温度で分解する天然のりまたは合成のりで行ってもよい。
【００６２】
また、金属板１２を固定するため、金属板の張り合わせ部分を電気溶接したが、この他に針金を巻き付けて固定したり、粘着テープ等で金属板の張り合わせ部分を固定することもできる。なお、粘着テープは紙やビニール等の可燃性の材質が望ましい。
【００６３】
また、ステーブクーラー内の鋳込みレンガの耐火レンガ側および鉄皮側を除く少なくとも４面にシート１０の被覆および金属板の被覆を行えばよいが、耐火レンガ側および／または鉄皮側の面にもシート１０の被覆および金属板１２の被覆を行ってもよい。鋳込みレンガの耐火レンガ側はステーブ製造時に溶鉄と接触しないため、この位置にシート１０および金属板１２を被覆する必要はないが、他の面にこれらを被覆するのに必要で有れば被覆しても良い。
【００６４】
図６は前記Ｅ−１のシート固定方法を示す概略図であり、鋳込みレンガの鉄皮側の面もシート１０で覆った形の鋳込みレンガを示す概略図である。
【００６５】
図７は前記Ｅ−２のシート固定方法を示す概略図であり、図６で示す鉄皮側の面のシート１０をさらに金属板１２で被覆した形の鋳込みレンガを示す概略図である。
【００６６】
表３に各シート材の組成および特性値を示す。
【００６７】
【表３】
0003580212.tif 000004
【００６８】
表４に使用した溶銑の組成を示し、溶銑の温度は１２８０℃一定とした。
【００６９】
【表４】
0003580212.tif 000005
【００７０】
製作した銑鉄ブロックを自然冷却により室温まで冷却し、冷却後、図３（ａ）に示したＡ−Ａ断面で切断し、図３（ｂ）に示した鋳込みレンガの切断面を目視観察して鋳込みレンガとシートとの間の接着状況（溶銑の差し込み有無）とシートの弾力性の有無を確認した。
【００７１】
表５に各方法による鋳込みレンガとシートとの接着状況を、表６に方法（Ａ）〜（Ｃ）および（Ｅ）のシートの弾力性の有無を示す。
【００７２】
【表５】
0003580212.tif 000006
【００７３】
【表６】
0003580212.tif 000007
【００７４】
表５および表６に示すように、Ｃ−１および（Ｅ）−２の方法は、鋳込みレンガとシートとの間に溶銑の差し込みがなく、シートの弾力性も維持でき、鋳込みレンガの熱膨張を十分吸収していると判断できた。またＣ−１とＥ−２共に鋳込みレンガの破壊は認められず、差は見出せなかった。
【００７５】
表７に、Ｃ−１の方法で各種シート材質を変更したときのシートの弾力性の有無を示す。
【００７６】
【表７】
0003580212.tif 000008
【００７７】
表７に示すように、最高使用温度が６００℃以下のロックウールおよびグラスウールは、溶融固化し、弾力性が無くなることが判明した。
【００７８】
さらに、検討を重ねた結果、金属板の厚みおよび融点、ならびにシートの厚みおよび最高使用温度について望ましい範囲を見出した。
【００７９】
すなわち、金属板の厚み：０．０１ｍｍ以上５ｍｍ以下、
金属層の融点：６００℃以上、
シートの厚み：０．５ｍｍ以上１０ｍｍ以下、
シートの最高使用温度：１０００℃以上。
【００８０】
金属板の厚みが０．０１ｍｍ未満では、金属板が溶銑の保有熱で溶損し、シートを固定することが困難となるおそれがあり、５ｍｍを超えると、鋳込みレンガとシートとの間に空隙が生じ易くなり、この空隙に溶銑の差し込みが発生し、鋳込みレンガが溶銑の保有熱による熱衝撃で鋳込みレンガに亀裂が起きたり鋳込みレンガが破壊するおそれがある。
【００８１】
また、金属板の融点が６００℃未満であると、溶銑の保有熱で溶損するおそれがある。
【００８２】
シートの厚みは０．５ｍｍ未満だと鋳込みレンガの膨張代が不足するおそれがあり、周囲の溶銑との間に圧縮応力を生じて鋳込みレンガに亀裂が起きたり鋳込みレンガが破壊するおそれがある。
【００８３】
１０ｍｍを超えると周囲の溶銑による鋳込みレンガの拘束力が減少し、ステーブ稼働時にステーブより鋳込みレンガが抜け落ちるおそれがある。
【００８４】
シートの最高使用温度が１０００℃未満であると、溶銑の保有熱によって繊維が溶融固化するおそれがあり、最高使用温度が１０００℃以上のシートであることが望ましい。
【００８５】
【実施例】
前記Ａ−１、Ａ−２、Ｃ−１およびＥ−２の方法にて鋳込みレンガにシートの固定を行い、ステーブを４基製作した。なお、前記表３に示すアルミナシリカ繊維をシートに用いた。
【００８６】
ステーブ１基の寸法は１７００×９５０×３００（単位：ｍｍ）であり、１基のステーブに合計４８ヶの鋳込みレンガを８段６列となるように鋳込んだ。なお、高アルミナ質レンガを鋳込みレンガに用いた。
【００８７】
また、これらのステーブの製作は通常の製作方法に準じておこない、鋳型はケイ砂に粘結剤としてフェノール樹脂を加えた砂型を使用し、表８に示す組成の溶銑（温度：１２９０℃）を鋳込んだ。
【００８８】
【表８】
0003580212.tif 000009
【００８９】
さらに、これら４基のステーブの交換は高炉の休風時に行い、高炉のシャフト位置に４基のステーブを取り付け、６ヶ月間連続使用後に、これら４基のステーブを回収し、鋳込みレンガの断面を含むようにステーブをそれぞれ切断し、鋳込みレンガの損傷状態とシートの弾力性の有無等の評価を行った。
【００９０】
表９に評価結果を示す。
【００９１】
【表９】
0003580212.tif 000010
【００９２】
同表に示したように、本発明例のＣ−１およびＥ−１の方法は鋳込みレンガに亀裂が無かった。
また、シートの弾力性が維持されており、鋳込みレンガの膨張代を吸収していた。
【００９３】
これに対して比較例１のＡ−１の方法ではシートの弾力性はあるが、鋳込みレンガとシートの間に溶銑が差し込んでおり、鋳込みレンガが破壊していた。
【００９４】
この破壊は、鋳込みレンガの亀裂に溶銑の侵入があることが認められることから、シートの固定が不十分であったためと推定された。
【００９５】
また、比較例２のＡ−２の方法ではシートと接着剤が固着しており、シートに弾力性が認められなかった。また、鋳込みレンガは稼働面、すなわちステーブ前面位置で小さな亀裂が発生していた。
【００９６】
【発明の効果】
本発明によれば、鋳込みレンガの亀裂・破壊等を回避することが可能となり、耐用性に優れたステーブクーラーを製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】高炉炉壁にステーブが組み込まれている場所を示す概念図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は、ステーブの構成を示す説明図であり、図２（ａ）はステーブの側面図を、図２（ｂ）はステーブの平面図を示す。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、試験評価に使用した銑鉄ブロックの製作方法を示す概念図であり、図３（ａ）は、銑鉄ブロックの斜視図、図３（ｂ）は、銑鉄ブロックのＡ−Ａ断面である。
【図４】Ａ−１またはＡ−２のシート固定方法を示す概略図である。
【図５】Ｃ−１のシート固定方法を示す概略図である。
【図６】Ｅ−１のシート固定方法を示す概念図である。
【図７】Ｅ−２のシート固定方法を示す概念図である。
【符号の説明】
１：ステーブ
２：鉄皮
３：炉体レンガ
４：鋳込みレンガ
５：銑鉄
６：冷却パイプ
７：注銑用陶管
８：銑鉄ブロック
９：押さえ棒
１０：シート
１１：接着剤
１２：金属板
【図１】
0003580212.tif 000011
【図２】
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【図３】
0003580212.tif 000013
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003580212.tif 000017