(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉炉壁内面に周設されるステーブクーラーにおいて、該ステーブクーラーの材質を銅又は銅合金の鋳物とし、該銅又は銅合金の鋳物中に鋼管を鋳込み、該鋼管は、その外表面にクロームメッキを施してなり、該鋼管に冷却水を通水することを特徴とする高炉用ステーブクーラー。
【請求項２】
高炉炉壁内面に周設されるステーブクーラーにおいて、該ステーブクーラーの材質を銅又は銅合金の鋳物とし、該銅又は銅合金の鋳物中に鋼管を鋳込み、該鋼管は、その外表面にニッケルメッキを施してなり、該鋼管に冷却水を通水することを特徴とする高炉用ステーブクーラー。
【請求項３】
高炉炉壁内面に周設されるステーブクーラーにおいて、該ステーブクーラーの材質を銅又は銅合金の鋳物とし、該銅又は銅合金の鋳物中に鋼管を鋳込み、該鋼管をオーステナイト系ステンレス鋼管とし、該鋼管に冷却水を通水することを特徴とする高炉用ステーブクーラー。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉炉壁内面に周設されるステーブクーラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉においては、鉄皮の内面にステーブクーラーを周設し、ステーブクーラーを冷却することによって炉内の高温反応から鉄皮を保護している。近年、高炉の羽口からの微粉炭吹き込み量を増大する傾向にあり、これによって高炉炉壁への熱負荷が増大し、かつ熱負荷が変動するようになっている。この熱負荷から高炉鉄皮を保護するため、従来の鋳鉄製ステーブクーラーに代わって銅製ステーブクーラーが一部に採用されはじめている。銅製ステーブクーラーの一例を示すと、図３のように、鉄皮４の内側に金属製のステーブ本体１を配し、ステーブ本体１内に設けられた冷却水路９に冷却水を流して鉄皮４を冷却する。図３はステーブ本体１の下部のみを示しているが、上部は下部とほぼ対称になっていて、冷却水は下部の冷却水配管２から給水口８を経てステーブ本体内に流入し、上部の排水口を経て冷却水配管から流出する。
【０００３】
銅製ステーブクーラーの主に冷却水配管の構造について説明する。
特公昭６３−５６２８３号公報には、図３に示すように、鍛造または圧延された銅又は銅合金からなるステーブ本体にドリル加工により水路９を穿ち、水路両端を栓溶接して栓溶接部１０を形成するとともに、冷却水配管２をステーブ本体に溶接した構造が開示されている。
【０００４】
特開平１１−２９３３１２号公報には、鋳造された銅又は銅合金から成るステーブ本体で、鋳造時に中子により水路を造形し、凝固後に複数の開口箇所から中子を破壊除去して水路を形成し、ステーブ本体に冷却水配管を溶接した構造が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上に説明したような従来の銅ステーブ構造には、以下に述べるような問題があった。
即ち、第１に、ステーブ本体中に配置した水路は、ステーブ本体の母材により形成されていて伝熱性には優れる一方、万一材質欠陥や使用中に発生する微細クラックから亀裂が進展すれば、直ちに水路の密封性は損なわれ、高炉炉内への漏水を引き起こす。
第２に、密閉水路形成時に栓溶接を避けることができず、長期間の過酷な条件での信頼性に不安が残る。
第３に、冷却水配管２はステーブ本体１に直角に近い角度で溶接されることから、冷却水の流れ方向が急変するため、圧損の上昇や水路端部で冷却水の滞留を招くことが懸念される。
第４に、冷却水配管２は図３の例のように給排水口７に配管２の端部を差し込み、ステーブ本体１の給排水口外縁部に開先をとってレ型隅肉溶接により接合されており、曲げや引張りに対する溶接強度は必ずしも十分とはいえない。このため、ステーブ本体の冷却水配管２が鉄皮４を貫通する箇所を密封接合する際に、伸縮管７を介して行ない、鉄皮炉外側にそのためのスペースが必要であった。
【０００６】
そこで本発明が解決しようとする課題は、高炉炉壁等の冷却に使用されるステーブクーラーにおいて、冷却水経路上に溶接箇所がなく、漏水の危険性がきわめて低く、冷却水の圧損も低く、滞留もなく、伸縮管を省略できて、冷却水配管の長さを短縮できる銅又は銅合金製ステーブクーラーを提供せんとするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、高炉壁内面に周設されるステーブクーラーにおいて、該ステーブクーラーのステーブ本体１の材質を銅又は銅合金の鋳物とし、該銅又は銅合金の鋳物中に冷却水配管２として鋼管を鋳込み、該鋼管に冷却水を通水することを特徴とする高炉用ステーブクーラーである。前記鋼管は、その外表面にクロームメッキを施してなることを特徴とする高炉用ステーブクーラーである。また前記鋼管は、その外表面にニッケルメッキを施してなることを特徴とする高炉用ステーブクーラーである。また前記鋼管をオーステナイト系ステンレス鋼管とすることを特徴とする高炉用ステーブクーラーである。また前記ステーブクーラーの銅純度を９９．９％以上とすることを特徴とする高炉用ステーブクーラーである。また前記鋼管は前記銅又は銅合金の鋳物中に両端を突出させて鋳込み、該突出部を２重管としたことを特徴とする高炉用ステーブクーラーである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を図面に示す例に基づいて説明する。
図１は、本発明に従った高炉用ステーブクーラーを設置した高炉炉壁縦断面を示す。図２は、そのステーブ下部拡大図を示す。図１、図２に示す実施例においては、ステーブ本体１は銅又は銅合金の鋳物として形成されている。この鋳物の中に冷却水配管２として鋼管を鋳込むことによって冷却水の水路を形成している。鋳物の中に鋳込む鋼管は１本以上で、鋼管の表面をショットブラスト処理した後、清浄を保ってステーブ本体１を鋳造するための鋳型内にセットし、この鋳型内に銅又は銅合金の溶湯を注入することによって鋼管を鋳ぐるむ。ステーブ本体１のうち、高炉の内面を形成するステーブ前面には、鋳造時に凹凸形状の溝１１を形成する。なお、ステーブ本体１の背面には、ステーブ本体１を鉄皮４に固定するための図示しない取り付けボルトが設けられている。
【０００９】
本発明は、冷却水配管１として銅の鋳物の中に鋼管を鋳ぐるんでいるので、万一ステーブ本体１の材質欠陥や炉内での使用中に発生する微細クラックから亀裂が進展するようなことがあっても、鋼管外面で亀裂の進展は阻止され、水路の密封性は維持される。
【００１０】
冷却水配管２としての鋼管は、ステーブ本体１としての銅又は銅合金の鋳物中に両端を突出させて鋳込むと好ましい。両端突出部は、それぞれ給水口、排水口を構成し、鉄皮４の外側においてシール部材６によって密封される。シール部材６の外方において、突出部先端を冷却水給水配管、排水配管と接合することができる。
【００１１】
冷却水配管２としての鋼管は、給水側から排水側まで１本の鋼管材を曲げて使用し、鉄皮４の外側において給水配管、排水配管と接合している。このため、高炉炉内での溶接箇所なく構成できるので、長期間の使用に十分耐えるものである。
【００１２】
鋼管は適切な曲げ半径を選ぶことで、冷却水配管２の断面形状の急激な変化なく曲げ加工できるので、冷却水の圧損の上昇や、滞留部をつくることがない。
【００１３】
ゾンデ用開口や出銑口開口の近傍に本発明のステーブを設置する場合にも、任意の形状に設計・製作できる。また、冷却盤の鉄皮を流用して該ステーブを設置する場合にも、既設の開口形状に応じて、設計・製作できる。
【００１４】
もし、ステーブクーラーが熱による変形を生じるとしても、ステーブ本体１から突出している給排水配管はステーブ本体に鋳込まれた鋼管と一体であるため、曲げや引張りに対して強度が強い。従来のように給排水口をステーブ本体に溶接接合したものに比較して高い強度を得ることができる。
【００１５】
図２に示すように、鋼管がステーブ本体２から突出する部分に該鋼管よりも径の大きい鋼管を外管３として配置し、２重管とすると好ましい。２重管とすることによって補強効果を高めることができる。
【００１６】
以上のように給排水配管を冷却水配管２としての鋼管と一体とし、さらに鋼管がステーブ本体１から出る部分に該鋼管よりも径の大きい鋼管で２重管とすることにより、給排水配管に外力がかからないようにする配慮が必要なくなり、鉄皮貫通部の密封も簡単なものでよく、従来用いられていたような伸縮管７を用いる必要はない。そのため、冷却水配管の鉄皮外側での長さを短縮でき、スペースを小さくできる。
【００１７】
冷却水配管２としての鋼管の外表面にクロームメッキ又はニッケルメッキを施すことにより、鋳込んだ銅又は銅合金と鋼管表面との密着性を良好にすることができ、鋼管内の冷却水による冷却効果を向上することができる。特にニッケルメッキにより母材の銅との浸食作用により密着部が白銅化してさらに密着度が向上し、冷却効果を高めることができる。
【００１８】
従来、銅又は銅合金製ステーブにおいて、冷却水水路の形成をステーブ母材によって行なってきたのは、より高い伝熱性能を得ようとしたためである。しかしながら、本発明のように銅又は銅合金製鋳物中に鋼管製の冷却水配管を鋳込んだものにおいても、実験によると、鋼管を介することで損なわれる伝熱性能は僅かであり、実炉での使用には全く支障がない。その理由は、鋼管を鋳込む際に、鋼管の溶損防止のためのコーティングを施す必要がないことから、鋼管外表面と母材との間の密着性が高く、伝熱抵抗が低いためである。
【００１９】
ステーブ本体１前面の凹凸形状の溝１１には、高炉稼働前にキャスタブル５を吹き付け、火入れ当初の高熱負荷に対する緩衝効果を持たせる。吹き付けたキャスタブル５は暫時後に脱落するが、すぐに炉内の溶融物等が付着し、ステーブ本体１の前面を覆う。ステーブ本体１前面の凹凸形状の溝１１はこの付着物層を保持するためにも必要である。
【００２０】
冷却水配管２としての鋼管にオーステナイト系ステンレス鋼管を用いると好ましい。オーステナイト系ステンレス鋼管は、線膨張率が１７．３×１０-6／℃であり、銅の線膨張率１７．１×１０-6／℃に極めて近く、銅との間に熱応力を発生しにくい。ステンレス鋼は熱伝導率が低いという特性を有するが、鋼管の肉厚を薄くすることによって十分な熱伝導特性を確保することができる。冷却水配管２にステンレス鋼管を用いることにより、ステーブクーラーの冷却水配管の耐食性を向上させることができる。
【００２１】
銅鋳物においては、鋳造欠陥を生じさせないために、例えばＪＩＳＨ５１２０のＣＡＣ１０１相当材質（Ｃｕ９９．５％以上、Ｓｎ０．４％、Ｐ０．０７％）が多用されており、特開平１１−２９３３１２号公報に記載されたステーブクーラーにおいても、実際には熱伝導性を多少犠牲にしても、錫やリンを僅かに含むことで鋳造性を高めている。錫やリンを添加することで融点が低下し、凝固までの時間が確保できることで、その間に溶湯中のガスが抜けるため鋳造欠陥を少なくすることができる。一方で、このような材質を用いることにより熱伝導率が低下するという欠点がある。
本発明においては、冷却水配管は銅鋳物中に鋳込んだ鋼管によって確保されるので、たとえ銅鋳物中に多少の欠陥があっても、水路は鋼管で確保され漏水の危険性は全くない。従って、ステーブクーラーの銅材質としてより熱伝導率の高い銅純度９９．９％以上の材質、例えばＪＩＳＨ５１２０のＣＡＣ１０３相当材質（Ｃｕ９９．９％以上、Ｐ０．０４％）を用いることにより、冷却水の漏水を全く起こさずにステーブクーラーの熱伝導特性を改善することができる。
【００２２】
【発明の効果】
本発明は、冷却水配管１として銅の鋳物の中に鋼管を鋳ぐるんでいるので、万一ステーブ本体１の材質欠陥や炉内での使用中に発生する微細クラックから亀裂が進展するようなことがあっても、鋼管外面で亀裂の進展は阻止され、水路の密封性は維持される。
【００２３】
本発明の冷却水配管としての鋼管の両端は突出し、鉄皮の外側において給水配管、排水配管と接合しているため、高炉炉内での溶接箇所なく構成できるので、長期間の使用に十分耐えるものである。鋼管は適切な曲げ半径を選ぶことで、冷却水配管２の断面形状の急激な変化なく曲げ加工できるので、冷却水の圧損の上昇や、滞留部をつくることがない。ステーブ本体１から突出している給排水配管はステーブ本体に鋳込まれた鋼管と一体であるため、曲げや引張りに対して強度が強い。鋼管がステーブ本体２から突出する部分を２重管とすることによって補強効果を高めることができる。給排水配管を鋼管と一体とし、さらに２重管とすることにより、鉄皮貫通部の密封も簡単なものでよく、冷却水配管の鉄皮外側での長さを短縮でき、スペースを小さくできる。
【００２４】
冷却水配管２としての鋼管の外表面にクロームメッキ又はニッケルメッキを施すことにより、鋳込んだ銅又は銅合金と鋼管表面との密着性を良好にすることができ、鋼管内の冷却水による冷却効果を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例における高炉用ステーブクーラーを設置した高炉炉壁部の縦断面図である。
【図２】本発明のステーブの下部拡大図である。
【図３】従来のステーブの下部拡大図である。
【符号の説明】
１  ステーブ本体
２  冷却水配管
３  保護管
４  鉄皮
５  キャスタブル
６  シール部材
７  伸縮管
８  給水口（給排水口）
９  冷却水路
１０  栓溶接部
１１  溝
【図１】
0004823444.tif 000002
【図２】
0004823444.tif 000003
【図３】
0004823444.tif 000004