(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を設けたことを特徴とするステーブ。
【請求項２】
前記断熱層は断熱耐火物を充填してなる構成であることを特徴とする請求項１記載のステーブ。
【請求項３】
前記断熱層における銅部の主熱通過断面の面積比率は、３５％〜４０％であることを特徴とする請求項１または２記載のステーブ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は銅又は銅合金製のステーブに関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉における炉体の冷却方式としてステーブ冷却方式が知られている。従来のステーブは鋳鉄製のものが一般的であったが、炉内の熱変動の繰り返しの条件の下、鋳鉄という材質であるため冷却能力の不足から炉内側表層が高温になり材質劣化や損耗が進行したり、あるいは熱応力によって反りが発生して、炉内側のプロフィールに支障を来したり、あるいはステーブ自体に亀裂が発生し、炉命を短くするという問題があった。
【０００３】
そこで、最近では熱伝導率や延性などの物性に優位な銅あるいは銅合金を用いたステーブが開発されている。銅あるいは銅合金を用いることによって、ステーブ本体はより低温で均一な温度分布となり、発生熱応力を抑制でき、変形量も減少する。このため、ステーブ本体が受けるダメージが軽減され、炉命を延ばすことが可能となる。
しかしながら、ステーブ材質を鋳鉄から銅に変更すると、銅が熱伝導性に優れることからステーブによる内容物への冷却効果が大きくなる。この為、ステーブの取付場所によっては抜熱量が過大になり、必要以上に炉内充填物を冷却し、結果的に燃料比が増加するという問題が発生する場合がある。
【０００４】
そこで、かかる問題を解決するものとして、例えば持公昭６３−５６２８３号公報に示された立炉用冷却板の発明がある。
図１０は同公報に開示されたステーブの背面図、図１１は図１０における矢視Ａ−Ａ断面図である。なお、本明細書において、ステーブの背面とはステーブを炉体に設置したときに炉外（鉄皮）側になる面をいい、前面とは炉内側になる面をいうものとする。
【０００５】
図１０、図１１に基づいて従来のステーブの構成を説明する。５０は銅又は銅合金からなる矩形板状のステーブであり、内部に冷却水路５３が形成されている。５５は冷却水路５３に連結されて図示しない冷却水供給側に連結される出入口配管である。なお、ステーブ背面には、ステーブ本体を鉄皮に固定する図示しない取付ボルトが設けられている。
５７はステーブの前面に形成された水平方向の複数の溝であり、この複数の溝５７に図示しない耐火材が付属される。したがって、ステーブ前面では銅と耐火材が交互に配置された構成になっている。
【０００６】
以上のような従来のステーブにおいては、ステーブ前面側における銅の面積を小さくすることにより、抜熱量を小さくすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来のステーブにおいては、耐火材が炉内側にむき出しの状態で設置されるために、炉内充填物との接触摩耗や割れなどによってステーブ前面の耐火材が減容し、銅の露出面積は経年増加することになり、抜熱量は漸増する。そのため、当初は抜熱量をある程度小さく抑えることができても、経年変化による耐火材の減容により、抜熱量が大きくなるという問題がある。
【０００８】
また、上記のような経年変化を小さく抑えるためには、ステーブ前面に設置する耐火材としては、耐熱衝撃を有し、割れにくいものを選択する必要があることから、単純に熱伝導率の低いものを選択することができず、限られた高価な耐火材を採用せざるを得ないのが実情である。このため、ステーブの冷却層（水路のある層）から前面までの熱通過率は、経年変化によるのみならず初期の段階においても大きくなり、抜熱量が過大になってしまうという問題があった。
【０００９】
このようなことから、銅製のステーブを採用することにより、炉命を延ばすことができるのであるが、採用部位によっては、材質上の、更には経年変化による使用状態の変化から抜熱量の増加によって燃料比が大きくなるという問題を残していた。
また、耐火材が露出しているため、据付時に耐火材に外力が作用しないように考慮する必要があるといった作業性の問題もあった。
【００１０】
本発明はかかる問題点を解決するためになされたものであり、銅又は銅合金からなるステーブであって、安定的に抜熱量を小さく抑えることのできるステーブを得ることを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係るステーブは、銅又は銅合金製であって、冷却媒体用通路と炉内側前面との間のみに断熱層を設けたことを特徴とするものである。
【００１２】
また、前記断熱層は断熱耐火物を充填してなる構成であることを特徴とするものである。
さらに、前記断熱層における銅部の主熱通過断面の面積比率は、３５％〜４０％であることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１の側面図、図２は平面図、図３は図１における背面図、図４は図１における矢視Ａ−Ａ断面図である。以下、図１〜図４に基づいて実施の形態１の構成を説明する。
１は矩形板状のステーブの本体であり、銅又は銅合金（以下、「銅等」という。）から形成されている。３は本体１の内部における背面側に形成された冷却水路、５〜１１は冷却水路３に連結された冷却水が出入りする出入口配管である。また、ステーブ背面には、本体１を鉄皮に固定する図示しない取付ボルトが設けられている。
【００１４】
１５は本体１の内部における冷却水路３と本体前面との間に設置された断熱性耐火物である。断熱耐火物１５は、図２及び図４に示すように、一定の幅と厚みを有する矩形の棒状体からなり、一定の間隔を離して本体１の幅方向に縦に並べて複数設置されている。したがって、図４に示すように、断熱耐火物１５の設置されている断面においては、本体１の幅方向に断熱耐火物１５と銅等からなる断熱層が形成されることになる。
【００１５】
ここで、断熱層における銅等の面積比率について説明する。抜熱量を抑制するという観点からは、銅等の面積比率を小さくすることが望ましいが、一方、銅等の面積比率を小さくしすぎると断熱層よりも前方にあるステーブ前面銅部（本体１における断熱層から前面寄りの部分）が炉内の熱によって過熱して当初の形状を維持できなくなってしまうということが懸念される。したがって、ステーブ前面銅部の保護という観点からは銅等の面積比率を大きくする方が望ましいことになる。
そこで、発明者等は銅等の面積比率をどの程度にすれば抜熱量を抑制できると共にステーブ前面銅部の保護が図れるかということを検討した結果、断熱層における銅部（主熱通過断面）の面積比率は、３５％〜４０％程度が望ましいことが分かった。
【００１６】
次に、ステーブにおけるステーブ前面銅部の形状等について説明する。
ステーブ前面銅部における炉内側前面は炉内充填物との接触面をフラットにして炉内側プロフィールを保つためフラットにする。また、ステーブ前面銅部の厚みはできるだけ薄くする。
【００１７】
厚みをできるたけ薄くするのは、炉内側前面と冷却水路３との距離をできるだけ短くして、炉内側前面にも冷却の効果を及ぼすことによって炉内側前面が過熱しないようにするためである。このように、炉内側前面が過熱しないようにすることによって、炉内側前面の形状を維持し、炉内側プロフィールを保つことができるのである。
【００１８】
以上のように構成された本実施の形態においては、ステーブ内部に形成された銅等と断熱耐火材１５からなる断熱層が熱通過を制限することによって抜熱量が抑制され、抜熱量過大による燃料比を悪化を防止することができる。
図５は本実施の形態の効果を説明するグラフであり、ステーブ前部熱通過率の比較を示したものである。図において、グラフＢは図１０〜図１２に示した従来の銅ステーブにおける初期状態の熱通過率を示し、またグラフＡは従来例のステーブが経年により耐火材が剥離して銅表面全露出状態になったときの熱通過率を示し、さらにグラフＣは本実施の形態の熱通過率を示している。なお、各グラフにおいては、グラフＢで示す従来例における初期状態の熱透過率を１として他をこれに対する比較として示している。
【００１９】
グラフから分かるように、従来例のステーブの場合には、経年変化により、抜熱量が約２倍近く増加している（グラフＡ参照）のに対して、本実施の形態においては、初期と同様の抜熱量を維持する（グラフＣ参照）。
また、初期状態における抜熱量についても、本実施の形態のものは従来のものよりも抜熱量が小さい（グラフＢ，Ｃ参照）。これは、本実施の形態のものは断熱耐火材をステーブの内部に設ける構造であるため、断熱耐火材として耐用等をあまり考慮せずに単純に断熱性を優先して選定できるためである。
【００２０】
以上のように本実施の形態のステーブにおいては、高炉充填物に接するステーブ前面銅部と、ステーブ内部における冷却水路３のある層との間に銅等と断熱性耐火物１５とからなる断熱層を形成したので、ステーブ前面の熱抵抗が増え、抜熱量を抑制できる。
また、本実施の形態の断熱性耐火物１５はステーブ内部に閉じ込められる構造であるため、断熱耐火物１５は炉内充填物に接することが無く、摩耗や割れなどによる容積損失がなくなり、安定的な容積維持が可能になる。このため、従来例のように経年変化により抜熱量が変化することなく安定的に抜熱量を抑制できる。
【００２１】
さらに、断熱性耐火物１５はステーブ内部に閉じ込められる構造であるため、耐用を重視せずに単純に熱伝導性の低い耐火物を選定することが可能となるので、抜熱性能を確実に低下させる事ができる。しかも、比較的安価な断熱耐火物の選定ができ、コスト削減が可能となる。
またさらに、断熱耐火物１５がステーブ内部にあるので、据付時のハンドリングが非常に容易になる。
【００２２】
実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２の側面図、図７は平面図、図８は図１における背面図、図９は図１における矢視Ａ−Ａ断面図である。図において、実施の形態１と同一部分には同一の符号を付している。
本実施の形態においては、断熱耐火材１５を水平方向に配置したものである。このように配置することによって、断熱耐火材が抜け落ちるのを防止することができる。
なお、銅部の面積比率は３５％〜４０％程度とすることは実施の形態１と同様であり、実施の形態１と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００２３】
なお、上記実施の形態１，２における断熱性耐火物１５，２０は、本体１に形成されたスペースに挿入された成形煉瓦であってもよいし、あるいは不定形耐火物を前記スペースに流し込んで棒状体に成形されたものであってもよい。また、断熱性耐火物１５，２０自体が独立して棒状体にならなくても前記スペースに入れることができ、断熱層を形成できる断熱材であればよい。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は以上説明したように構成されているので、以下に示すような効果を奏する。
【００２５】
銅又は銅合金を主材料としたステーブであって、冷却媒体用通路と炉内側前面との間のみに断熱層を設けたので、断熱層が外部に露出することがなく、炉内充填物との接触等による断熱層の破壊が防止できるので、抜熱量を安定的に抑制することができる。これによって、炉体の抜熱過大が憂慮される部位にも抜熱量が経年的に大きくなることなく銅製のステーブを採用することができ、その結果炉内の全範囲で銅製のステーブの採用が可能となり炉命を著しく延長させることができる。
【００２６】
また、断熱層は断熱耐火物を充填してなる構成としたことにより、耐火物がステーブ内部に閉じ込められることになり、耐用を重視せずに単純に熱伝導性の低い耐火物を選定することができ、抜熱性能を確実に低下させる事ができる。しかも、比較的安価な耐火物の選定ができ、コスト削減も可能となる。
さらに、耐火物がステーブ内部にあるので、据付時のハンドリングが非常に容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１の側面図である。
【図２】  本発明の実施の形態１の平面図である。
【図３】  本発明の実施の形態１の背面図である。
【図４】  図１における矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図５】  実施の形態１の効果を説明するグラフである。
【図６】  本発明の実施の形態２の側面図である。
【図７】  本発明の実施の形態２の平面図である。
【図８】  本発明の実施の形態２の背面図である。
【図９】  図６における矢視Ａ−Ａ断面図である。
【図１０】  従来例の背面図である。
【図１１】  図１０の矢視Ａ−Ａ断面図である。
【符号の説明】
１  本体
３  冷却水路
１５  断熱耐火材
【図１】
0003738578.tif 000002
【図２】
0003738578.tif 000003
【図３】
0003738578.tif 000004
【図４】
0003738578.tif 000005
【図５】
0003738578.tif 000006
【図６】
0003738578.tif 000007
【図７】
0003738578.tif 000008
【図８】
0003738578.tif 000009
【図９】
0003738578.tif 000010
【図１０】
0003738578.tif 000011
【図１１】
0003738578.tif 000012