(57)【要約】【課題】銅又は銅合金製ステーブを用いる際のヒートロスを低減できる、シャフト炉型冶金炉の炉体冷却用ステーブを提供すること。【解決手段】シャフト炉型冶金炉の炉体冷却に用いるステーブであって、ステーブ本体１が銅又は銅合金製であり、ステーブ本体１内に形成された冷媒通過用の通路の壁面が断熱材４で覆われていることを特徴とするシャフト炉型冶金炉の炉体冷却用ステーブを用いる。断熱材４の厚さが５ｍｍ以下であることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト炉型冶金炉の炉体冷却に用いるステーブであって、該ステーブ本体が銅又は銅合金製であり、前記ステーブ本体内に形成された冷媒通過用の通路の壁面が断熱材で覆われていることを特徴とするシャフト炉型冶金炉の炉体冷却用ステーブ。
【請求項２】
断熱材の厚さが５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のシャフト炉型冶金炉の炉体冷却用ステーブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高炉などのシャフト炉型冶金炉の炉体冷却に用いるステーブに関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉等のシャフト炉型冶金炉の炉壁は、鉄皮の内側に内部冷却機構を備えたステーブ（クーリングステーブ）を設け、このステーブの内側に炉内耐火物が保持される構造となっているが、シャフト炉型冶金炉を一定期間操業すると炉内耐火物が損耗や破損などによりステーブから脱落し、ステーブが炉内部に直接曝されるケースが多くなる。
【０００３】
したがって、ステーブは、このような炉内耐火物の脱落後も炉内部の熱負荷に耐え得るものでなければならない。冶金炉用ステーブとしては銅又は銅合金製ステーブが知られている。この銅又は銅合金製ステーブは、従来の鋳鉄製ステーブと同様、内部の水路に冷却水を通水して冷却されるもので、ステーブの給排水ロには鉄皮外部の連結管に接続するための配管が取付けられ、ステーブ本体は炉体鉄皮に取付ボルトなどで固定される。また、ステーブの炉内側表面は凹凸形状になっており、凹部に充填された耐火物がステーブ本体への熱負荷を緩和している。
【０００４】
従来、ステーブに求められる性能は主に耐久性であったが、近年の高炉等の冶金炉からの二酸化炭素排出量削減要求の高まりから、抜熱量の低減が要求されるようになった。そこで、炉内側面（炉内側表面）に凸部が形成されるとともに、該凸部の形成範囲の面積比率が炉内側面の投影面積の４０％以下であり、炉内側面の凸部間の凹部内に耐火物が保持されている銅又は銅合金製のステーブが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。また、同様に抜熱量を低減するステーブとして、銅又は銅合金製のステーブであって、冷却媒体用通路と炉内側前面との間のみに断熱層（断熱層における銅部の面積比率は、３５％〜４０％）を設けたことを特徴とするステーブが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−４９３１６号公報
【特許文献２】特許第３７３８５７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
銅又は銅合金製のステーブはその優れた伝熱特性から、自身の温度上昇と温度分布に伴う熱応力が防止できるが、その熱伝導率の高さから、無用なヒートロスを防ぐために上記の特許文献１、２に記載のような対策が必要となる。しかし上記のような対策をとったとしても、実績として、銅又は銅合金製のステーブでは抜熱量が鋳鉄製ステーブでの倍近くになっている。たとえば、本発明者らの測定によれば、鋳鉄製ステーブを使用する高炉の抜熱量が７０ＧＪ／ｈであるのに対し、銅又は銅合金ステーブを使用する高炉の抜熱量は１５０〜２００ＧＪ／ｈである。むろん、ヒートロスにはステーブ構造だけでなく、各高炉の稼働率、還元材比、炉体の損耗程度など複数の要因が影響するが、それだけではこの抜熱量の差を説明できないため、銅又は銅合金製ステーブと鋳鉄製ステーブの伝熱特性の差は無視できないと推定できる。そこで、本発明者らは数値シミュレーションによるヒートロスの定量化を試みた。
【０００７】
特許文献２に記載のような、ステーブ内に断熱層（断熱耐火材）を設けたタイプ（銅又は銅合金ステーブでレンガを包み込むタイプ）の銅又は銅合金製のステーブは、実際の製作が困難であり高コストであることから、実績のある特許文献１に記載されている型式の銅ステーブと、該銅ステーブと同形状の鋳鉄製ステーブの伝熱シミュレーションを行った。伝熱シミュレーションに用いた銅ステーブを図２に、鋳鉄製ステーブを図３に示す。図２において銅製のステーブ本体１の炉内側面の凹部内に耐火物であるレンガ２が保持されている。冷却水３はステーブ本体１の内部に形成された水路を流れている。図３においては、鋳鉄製のステーブ本体５内に冷却管が鋳込まれており、冷却管内を冷却水３が流れている。冷却管の外側に非溶着材６を巻くことで、冷却管とステーブ本体５とが融着しないようにしている。
【０００８】
伝熱シミュレーションの結果、銅ステーブの抜熱量が４８４３Ｍｃａｌ／ｈ（５０００ｍ3級高炉でシャフト周方向一列分）であるのに対し、同じ条件の鋳鉄製ステーブの抜熱量は３４０３Ｍｃａｌ／ｈであった。
【０００９】
このように銅又は銅合金製ステーブの抜熱量は鋳鉄製ステーブに比べて大きいものであり、さらなる抜熱量の低減が望まれる。
【００１０】
したがって本発明の目的は、このような従来技術の課題を解決し、銅又は銅合金製ステーブを用いる際のヒートロスを低減できる、シャフト炉型冶金炉の炉体冷却用ステーブを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）シャフト炉型冶金炉の炉体冷却に用いるステーブであって、該ステーブ本体が銅又は銅合金製であり、前記ステーブ本体内に形成された冷媒通過用の通路の壁面が断熱材で覆われていることを特徴とするシャフト炉型冶金炉の炉体冷却用ステーブ。
（２）断熱材の厚さが５ｍｍ以下であることを特徴とする（１）に記載のシャフト炉型冶金炉の炉体冷却用ステーブ。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、銅又は銅合金製ステーブを用いる際のヒートロスを低減させることが可能となる。これにより、シャフト炉型冶金炉が必要とするエネルギーが少なくなるので、コークスなどの還元材を削減可能であり、シャフト炉型冶金炉からの二酸化炭素排出量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態を示す銅又は銅合金製ステーブの断面の概略図。
【図２】伝熱シミュレーションに用いた従来の銅ステーブの断面の概略図。
【図３】伝熱シミュレーションに用いた従来の鋳鉄製ステーブの断面の概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明者らは銅又は銅合金製ステーブ（以下、「銅製ステーブ」と省略して記載する。）を用いる際に、ヒートロスを低減させる方法について検討した。銅製ステーブと鋳鉄製ステーブとを比較すると、鋳鉄製ステーブでは製作時に冷却水配管と鋳鉄とが融着しないようにアルミナ系の非溶着材が冷却水配管に巻かれているが、銅製ステーブでは通常冷却水配管は冷却性能を上げるため銅又は銅合金製のステーブ本体をくりぬいて製造されているため、このような非溶着材は使用されていない。鋳鉄製ステーブのヒートロスが小さい原因は、銅より鋳鉄の熱伝導率が低いことの他に、この非溶着層の熱抵抗が無視できないのではないかと考えられる。本発明者らはこの点に着目し、銅製ステーブの冷却水配管（水路）に熱抵抗を有する層を形成することを試みて、本発明を完成した。
【００１５】
図１に、本発明の一実施形態である、ステーブ本体内に形成された冷媒通過用の通路の壁面が断熱材で覆われている銅製ステーブの断面の概略図を示す。冷媒として通過するのは、通常水又は蒸気である。銅又は銅合金製のステーブ本体１内に形成された冷媒通過用の通路の壁面（内面）は断熱材である断熱シート４で覆われている。
【００１６】
このようにステーブ本体内に形成された冷媒通過用の通路の壁面を断熱材で覆うことで、熱抵抗を有する層が形成されて、銅製ステーブであってもヒートロスを低減することができる。
【００１７】
断熱材としては、低熱伝導率の多孔質体や、耐火繊維テープ等を用いることが好ましく、上記のようにシート状のものを用いることが好ましい。
【００１８】
断熱材の厚さは、５ｍｍ以下とすることが好ましい。５ｍｍを超える断熱材で冷媒通過用の通路の壁面を覆うと、剛性を維持するためステーブを厚くする必要があるので好ましくない。
【００１９】
本発明の銅製ステーブは、シャフト炉型冶金炉の炉体冷却に用いるステーブであって、ステーブ本体が銅又は銅合金製のものであるが、少なくとも冷媒通過用の通路が形成されている部分が銅又は銅合金製であればよく、ステーブ本体の一部がレンガ、鋳鉄等の他の素材で構成されるものであってもよい。
【００２０】
本発明のステーブは、シャフト炉型冶金炉の炉体のシャフト中部又は上部領域に配置して用いることが好ましい。シャフト炉型冶金炉としては、特に高炉に用いることが好ましく、高炉の他に、焼却炉、ガス化炉にも好適に使用することができる。
【実施例１】
【００２１】
図１に示すものと同様の純銅製ステーブについて、断熱材として厚さ１ｍｍの断熱シート（０．１ｋｃａｌ／ｍｈ℃）を用いた場合について、伝熱シミュレーションを行ってヒートロス（抜熱量）を求めた。
【００２２】
５０００ｍ3級高炉でシャフト周方向一列分のステーブについての伝熱シミュレーション結果は、抜熱量が３９０１Ｍｃａｌ／ｈであった。
【００２３】
上記したように、断熱材を用いない従来の銅製ステーブでの抜熱量は４８４３Ｍｃａｌ／ｈ、従来の鋳鉄製ステーブの抜熱量は３４０３Ｍｃａｌ／ｈであった。
【００２４】
冷媒水通路の壁面を断熱材で覆うことで、抜熱量は９４２Ｍｃａｌ／ｈ減少し、鋳鉄製ステーブの抜熱量に近づけることができた。また、この抜熱量の減少分のエネルギーは２．２ｋｇ／ｔのコークス比に相当するものであり、その分の溶銑コストが削減できることが分かる。
【符号の説明】
【００２５】
１    ステーブ本体
２    レンガ
３    冷却水
４    断熱シート
５    ステーブ本体（鋳鉄製）
６    非溶着材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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