(57)【要約】【課題】簡易な構造で熱変形を防止して安定した冷却機能を発揮させることのできるステーブクーラーを提供すること。【解決手段】竪型炉の炉壁内面に取付けられ、冷却水Ｗを通水する冷却パイプ２０が埋設されてなるステーブクーラー１０であって、冷却パイプ２０のパイプ本体部２０Ａの埋設位置よりも炉外側に、ステーブクーラー１０の本体部１０Ａの材質よりも硬い材質でなる補強材４０を鋳込む。また補強材４０は、冷却パイプ２０のパイプ本体部２０Ａの埋設領域Ｌよりも炉外側に埋設されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
竪型炉の炉壁内面に取付けられ、冷却水を通水する冷却パイプが埋設されてなるステーブクーラーであって、
前記冷却パイプのパイプ本体部の埋設位置よりも炉外側に、前記ステーブクーラーの本体部の材質よりも硬い材質でなる補強材を鋳込むことで構成されてなることを特徴とするステーブクーラー。
【請求項２】
前記補強材は、前記冷却パイプの前記パイプ本体部の中心よりも炉外側に埋設されてい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】
前記補強材は、前記冷却パイプの前記パイプ本体部の埋設領域よりも炉外側に埋設されてい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４】
前記補強材は、前記冷却パイプの冷却水流入部に対応する位置から冷却水排出部に対応する位置まで延在することを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一つに記載のステーブクーラー。
【請求項５】
前記補強材は、断面が略Ｌ字，略Ｈ字，略コ字，略Ｔ字，略Ｚ字，中空円，中実円，中空四角，中実四角のうちいずれか一つであり棒状体であることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一つに記載のステーブクーラー。
【請求項６】
前記ステーブクーラーの炉内側表面には、左右方向略水平に延びる横リブを上下方向に間隔をあけて複数列配列するとともに、前記補強材は、前記横リブと略直行する方向に埋設されていることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一つに記載のステーブクーラー。
【請求項７】
前記ステーブクーラーの本体部は銅製で、前記補強材は鋼製であることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか一つに記載のステーブクーラー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉などの竪型炉の炉壁内面に取付けられ、炉壁を冷却するのに使用されるステーブクーラーに関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、高炉の炉壁内面には、炉体鉄皮の冷却保護を目的にしてステーブクーラーが取付けられていて、炉寿命の延長化が図られている（例えば、特許文献１及び２参照）。
一般的なステーブクーラー１０は、銅製で、図７及び図８に示すように、上下に延びる冷却パイプ２０が複数本、例えば４本埋設されていてそれら冷却パイプ２０にそれぞれ冷却水Ｗを下方向から上方向に通水させることによって炉壁に対して冷却効果を図るものである。また、炉内側表面には、左右方向略水平に延びる複数の横リブ３０が設列され、上下の横リブ３０間の溝に耐火性物質が装入される。
【０００３】
特許文献１に記載の考案は、ステーブクーラーの厚さ方向に離間して上下方向へ延在する補強材としての金網を埋設し、金網はステーブクーラーの鋳鉄又は鋳鋼の鋳込み温度よりも高融点の線材で構成することによって、ステーブクーラーに亀裂が発生しても原形を維持してステーブクーラー自体の脱落を防止するものである。
【０００４】
また、特許文献２に記載の発明は、ステーブクーラーの背面側に冷媒用通路の概位置にステーブクーラー高さ方向に沿った縦長補強リブを鋳物母材で一体的に形成すること、又は、前記縦長補強リブをステーブクーラーの鋳物母材とは別のより強度の高い鋼製部材で構成して複数のボルト及びナットによって締結することにより、リブの温度上昇を抑えて熱変形を防止するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開昭５５−０８０３５１号公報
【特許文献２】特許第４６３８６２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図６乃至図８に示した従来例のステーブクーラー１０では、炉内の温度変化によってステーブクーラー１０の上端および下端が炉内面側に熱変形を起こし湾曲するといった問題がある。
このように、ステーブクーラー１０の全体形状が変形するとステーブクーラー１０の本体部にひび割れが生じたり、内部に埋設された冷却パイプ２０に応力がはたらいて冷却パイプ２０を破損したり、湾曲によりステーブクーラー１０背面と高炉の炉壁の間に生じた隙間に炉内の高温の気体が入り込み高炉の炉壁を加熱する恐れがあり安定した冷却機能を発揮させることができない。
【０００７】
また、特許文献１に記載の考案によれば、金網は強度が弱いためステーブクーラーの熱変形を防止することはできず、また、金網が冷却パイプよりも炉内側に配置されているために炉内から冷却パイプへの熱伝導を阻害してしまうという問題がある。
次に、特許文献２に記載の発明によれば、熱変形を防止する点についての着眼はあるものの、縦長補強リブがステーブクーラーから突出するために設置場所の自由度が低く、また、縦長補強リブはボルト及びナットで締結することができる形状とする必要があるため、縦長補強リブの形状の自由度も低い。
【０００８】
そこで、本発明の目的とするところは、簡易な構造で熱変形を防止して安定した冷却機能を発揮させることのできるステーブクーラーを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本発明のステーブクーラーは、竪型炉の炉壁内面に取付けられ、冷却水（Ｗ）を通水する冷却パイプ（２０）が埋設されてなるステーブクーラー（１０）であって、
前記冷却パイプ（２０）のパイプ本体部（２０Ａ）の埋設位置よりも炉外側に、前記ステーブクーラー（１０）の本体部（１０Ａ）の材質よりも硬い材質でなる補強材（４０）を鋳込むことで構成されてなることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記補強材（４０）は、前記冷却パイプ（２０）の前記パイプ本体部（２０Ａ）の中心（Ｃ）よりも炉外側に埋設されていることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記補強材（４０）は、前記冷却パイプ（２０）の前記パイプ本体部（２０Ａ）の埋設領域（Ｌ）よりも炉外側に埋設されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、前記補強材（４０）は、前記冷却パイプ（２０）の冷却水流入部（２０Ｂ）に対応する位置（Ｐ１）から冷却水排出部（２０Ｃ）に対応する位置（Ｐ２）まで延在することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、前記補強材（４０）は、断面が略Ｌ字，略Ｈ字，略コ字，略Ｔ字，略Ｚ字，中空円，中実円，中空四角，中実四角のうちいずれか一つであり棒状体であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記ステーブクーラー（１０）の炉内側表面には、左右方向略水平に延びる横リブ（３０）を上下方向に間隔をあけて複数列配列するとともに、前記補強材（４０）は、前記横リブ（３０）と略直行する方向に埋設されていることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記ステーブクーラーの本体部（１０Ａ）は銅製で、前記補強材（４０）は鋼製であることを特徴とする。
なお、本発明でいうステーブクーラーの本体部（１０Ａ）とは、ステーブクーラー（１０）の全体から冷却パイプ（２０）及び横リブ（３０）及び補強材（４０）を除いた部分を示す。
【００１６】
なお、括弧内の記号は、図面および後述する発明を実施するための形態に記載された対応要素または対応事項を示す。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のステーブクーラーによれば、ステーブクーラーの本体部の材質よりも硬い材質でなる補強材を鋳込むことで埋設するので、補強材の形状や位置に対する自由度を確保しつつ、ステーブクーラーが熱によって湾曲変形することを簡単な構造によって防止でき、ステーブクーラーの長寿命化を図ることができる。また、補強材は、冷却パイプのパイプ本体部の埋設位置よりも炉外側に埋設されるため、炉内から冷却パイプへの熱伝導を阻害せず、ステーブクーラーの冷却効果を維持しかつ補強材自体の温度上昇及び熱変形も抑えることができる。さらに、本発明のステーブクーラーによれば、補強材は、ステーブクーラーの製作時に予め鋳込むため、後から補強材をステーブクーラーに取り付ける等の煩雑な作業工程を伴うことがない。
【００１８】
また、本発明によれば、補強材は、冷却パイプのパイプ本体部の中心よりも炉外側に埋設され、さらには冷却パイプのパイプ本体部の埋設領域よりも炉外側に埋設される構成としたので、炉内から冷却パイプへの熱伝導を確保するとともに、補強材自体の温度上昇及び熱変形もより一層抑えることができる。
【００１９】
また本発明によれば、補強材は、冷却パイプの冷却水流入部に対応する位置から冷却水排出部に対応する位置まで延在する構成であるため、ステーブクーラー全体の曲げに対する剛性を更に向上させ、ステーブクーラーが熱によって湾曲変形することによる冷却パイプの破損をより一層防止することができる。
【００２０】
また本発明によれば、補強材は、断面が略Ｌ字，略Ｈ字，略コ字，略Ｔ字，略Ｚ字，中空円，中実円，中空四角，中実四角のうちいずれか一つであり棒状体であるため、このように剛性の高い形状でなる補強材の埋設によって、熱によるステーブクーラーの湾曲変形を更に防止することができる。
【００２１】
また本発明によれば、ステーブクーラーの炉内側表面に左右方向略水平に延びる横リブを上下方向に間隔をあけて複数列配列されており、補強材はこの横リブと略直行する方向に埋設されているため、ステーブクーラーの長辺方向にある上端および下端が炉内面側に熱変形して湾曲することを効果的に防止することができる。必ずしも横リブと直行する必要はなく、長辺方向に補強材を配置すると効果的に変形することを防止できる。
【００２２】
なお、本発明のようにステーブクーラーの冷却パイプの埋設位置よりも炉外側に埋設された、ステーブクーラーの本体部の材質よりも硬い材質でなる補強材を有するものは、上述した特許文献１及び２にはまったく記載されていない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施形態に係るステーブクーラーを示す背面図である。
【図２】図１に示すＡ−Ａ断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る他のステーブクーラーを示す断面図である。
【図４】図３に示すステーブクーラーの側面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るステーブクーラーの補強材を示す斜視図である。
【図６】従来例に係るステーブクーラーを示す斜視図である。
【図７】図６に示すステーブクーラーを示す背面図である。
【図８】図７に示すＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
図１及び図２を参照して本発明の実施形態に係るステーブクーラーについて説明する。図１は、本発明の実施形態に係るステーブクーラーを示す背面図、図２は、図１に示すＡ−Ａ断面図である。なお、従来例と同一部分には同一符号を付した。
【００２５】
本発明の実施形態に係るステーブクーラー１０は、高炉などの竪型炉（図示しない）の炉壁内面（炉の鉄皮内側）に対して上下方向及び左右方向（周方向）に複数枚取付けられている。隣接するステーブクーラー間の隙間には耐火性物質から目地材が施されている。
【００２６】
ステーブクーラー１０はその本体部１０Ａが薄板状で、図１及び図２で示したように、上下に延びる冷却パイプ２０が左右方向に間隔をあけて複数本、ここでは４本埋設されている。冷却パイプ２０は、炉内側（図２においては上側）に配置されるパイプ本体部２０Ａと、炉外側と連通し冷却水Ｗを導入する冷却水流入部２０Ｂと、炉外側と連通し冷却水Ｗを排出する冷却水排出部２０Ｃとから構成されている。本実施形態において、冷却パイプ２０のパイプ本体部２０Ａは直線形状のものを示したが、その形状は特に限定されるものではない。冷却パイプ２０にはそれぞれ冷却媒体としての冷却水Ｗが冷却水流入部２０Ｂから導入され、パイプ本体部２０Ａを上方向に通水されて冷却水排出部２０Ｃから排出されることにより、炉壁に対する冷却効果が図られている。冷却水Ｗはポンプ（図示しない）を介して循環させられている。
【００２７】
そして、ステーブクーラー１０の炉内側表面には、従来例（図６及び図８参照）と同様に、複数（ここでは１１本）の横リブ３０が配置されている。
横リブ３０は、左右方向略水平に延びるとともに上下方向に一定の間隔をあけて複数列配列されたものであり、隣接する上下の横リブ３０間の溝に耐火性物質を装入する。横リブ３０のサイズ及び形状については特に限定されるわけではないが、本実施形態では、幅については最上位の横リブ３０Ａ（３０）及び最下位の横リブ３０Ｂ（３０）のものをその間の９本の横リブ３０のものより幅広にしていて、いずれも断面略矩形状にしている。１１本全ての横リブを同じ幅にすることもできる。
【００２８】
なお、ステーブクーラー１０の本体部１０Ａの材質は銅又は鋳鉄等の金属板からなるものであり、横リブ３０についても同じ材質のものを使用してもよく、それよりも硬い材質のものを使用してもよい。
【００２９】
ステーブクーラー１０には、図１及び図２で示したように、補強材４０が鋳込むことで埋設されている。本実施形態においては、上下に延びる４本の冷却パイプ２０の間に１本ずつ、計３本が埋設されているが、補強材４０の個数は特に限定されるものではない。また、補強材４０は、図２に示したように、冷却パイプ２０のパイプ本体部２０Ａの埋設位置よりも炉外側（図２においては下側）に埋設されている。特に、補強材４０は、図２に示したように、冷却パイプ２０のパイプ本体部２０Ａの中心Ｃよりも炉外側に埋設されていることが好ましい。
なお、本実施形態でいうステーブクーラー１０の本体部１０Ａとは、ステーブクーラー１０の全体から冷却パイプ２０及び横リブ３０及び補強材４０を除いた部分を示す。
【００３０】
補強材４０は、ステーブクーラー１０の材質よりも硬い材質で構成されている。一例として、ステーブクーラー１０の本体部を銅で構成する場合には、補強材４０は鋼で構成する。
【００３１】
このように構成されたステーブクーラー１０によれば、ステーブクーラー１０の本体部の材質よりも硬い材質でなる補強材４０を埋設するので、補強材４０の形状や位置に対する自由度を確保しつつ、ステーブクーラー１０が熱によって湾曲変形することを簡単な構造によって防止でき、ステーブクーラー１０の長寿命化を図ることができる。また、補強材４０は、冷却パイプ２０のパイプ本体部２０Ａの埋設位置よりも炉外側に埋設されるため炉内から冷却パイプ２０への熱伝導を阻害せず、ステーブクーラー１０の冷却効果を維持しかつ補強材４０自体の温度上昇及び熱変形も抑えることができる。特に、補強材４０は、冷却パイプ２０のパイプ本体部２０Ａの中心Ｃよりも炉外側に埋設される構成としたので、炉内から冷却パイプ２０への熱伝導を確保するとともに、補強材４０自体の温度上昇及び熱変形も一層抑えることができる。さらに、補強材４０は、ステーブクーラー１０の製作時に予め鋳込むため、後から補強材４０をステーブクーラー１０に取り付ける等の煩雑な作業工程を伴うことがない。
【００３２】
また、図１に示したように、本実施形態において、補強材４０は、冷却パイプ２０の冷却水流入部２０Ｂに対応する位置Ｐ１から冷却水排出部２０Ｃに対応する位置Ｐ２まで延在する、それぞれ一本の棒状体で構成した。これにより、ステーブクーラー全体の曲げに対する剛性を更に向上させ、ステーブクーラーが熱によって湾曲変形することによる冷却パイプの破損をより一層防止することができる。
【００３３】
なお、本発明の実施形態では、図２に示したように、補強材４０の埋設位置は、冷却パイプ２０のパイプ本体部２０Ａの埋設位置よりも炉外側としたが、補強材４０は、図３及び図４に示したような位置に埋設するようにしてもよい。図３は、本発明の実施形態に係る他のステーブクーラーを示す断面図、図４は、図３に示すステーブクーラーの側面図である。補強材４０は、図３に示したように、冷却パイプ２０のパイプ本体部２０Ａの埋設領域Ｌよりも炉外側に埋設される。換言すれば、図４に示したように、側面視において、補強材４０はパイプ本体部２０Ａと重ならない位置に埋設される。
【００３４】
このように構成したことによって、炉内から冷却パイプ２０への熱伝導を更に確保するとともに、補強材４０自体の温度上昇及び熱変形もより一層抑えることができ、そのため、ステーブクーラー１０が熱によって湾曲変形することを一層防止することができる。
【００３５】
また、図１乃至図４に示したように、補強材４０は、横リブ３０と略直行する方向に埋設させるのが好適である。これにより、ステーブクーラー１０の上端および下端が炉内面側に熱変形して湾曲することを効果的に防止することができる。
【００３６】
本発明の実施形態では、補強材４０については、断面が略Ｌ字の一本の棒状体としたが、ステーブクーラー１０の材質よりも硬い材質で構成し、ステーブクーラー１０に鋳込むことができるものであれば、ステーブクーラー１０の剛性を向上させることができるため、図１乃至図４に示したものに限定されるものではない。補強材４０の形状の一例について、図５を参照して説明する。図５は、本発明の実施形態に係るステーブクーラーの補強材を示す斜視図である。
【００３７】
図５（ａ）に示す補強材４０は、断面が略Ｌ字である山形の金属材であり、図１乃至図４に示した補強材４０と同様である。二本のフランジが略直角に形成されているため、剛性が高い構造である点で好適である。二本のフランジ幅が等しい等辺山形材でもよいし、それらが等しくない不等辺山形材でもよいことは言うまでもない。なお、断面が略Ｔ字の金属材やＺ形（乙形）の金属材（いずれも図示しない）も、同様に剛性に優れているため補強材４０として用いるのに好適である。
【００３８】
図５（ｂ）に示したように、断面が略Ｈ字である金属材を補強材４０に用いてもよい。二本のフランジの中央同士を一本のウェブが連結する構造であり、重量あたりの曲げ剛性乃至曲げ強度に優れているため、補強材４０の形状として好適である。なお、断面が略Ｉ字の金属材（図示しない）も、同様に合成に優れているため補強材４０として用いるのに好適である。その他、断面が略コ字状や略Ｚ字状で断面係数の大きい金属材を補強材４０に用いてもよい。
【００３９】
図５（ｃ）に示したように、フランジを有しない円柱形状の金属材であっても、ステーブクーラー１０の剛性を向上させることができるため、補強材４０として用いてもよい。ここでは、断面を中実円にしたが中空円にすることもできるし、さらには中実四角，中空四角にすることもできる。
【符号の説明】
【００４０】
１０      ステーブクーラー
１０Ａ    ステーブクーラーの本体部
２０      冷却パイプ
２０Ａ    パイプ本体部
２０Ｂ    冷却水流入部
２０Ｃ    冷却水排出部
３０      横リブ
３０Ａ    最上位の横リブ
３０Ｂ    最下位の横リブ
４０      補強材
Ｃ      中心線
Ｌ      埋設領域
Ｐ１    冷却水流入部に対応する位置
Ｐ２    冷却水排出部に対応する位置
Ｗ      冷却水
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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