JPH0987714A

JPH0987714A - ステーブクーラ

Info

Publication number: JPH0987714A
Application number: JP24434895A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Nakamura; 博史中村; Hiroshi Yamazaki; 比呂志山崎; Takatomo Katagishi; 敬朋片岸
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1995-09-22
Filing date: 1995-09-22
Publication date: 1997-03-31
Anticipated expiration: 2015-09-22
Also published as: JP2932977B2

Abstract

(57)【要約】【課題】従来のステーブクーラにあった低寿命，熱ラ
チェット変形の問題を、冷却能力を必要以上に向上する
ことなく、また、ステーブクーラの厚み等の構造変更も
ほとんどすることなく解決する。【解決手段】炉体鉄皮を炉内熱負荷から保護するステ
ーブクーラである。ステーブクーラ本体１１をフェライ
トを含んだオーステナイト系耐熱，耐摩耗性鋳鋼で製作
し、かつ、その炉内面側に複数の凹み１１ｂを形成する
とともに、これら凹み１１ｂの回りを炉内面側に開口す
る縦横のスリット１１ｄで接続し、これら凹み１１ｂ内
に断熱耐火物１２を嵌入した構成である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば高炉や反応炉の
鉄皮を熱負荷から保護するためのステーブクーラに関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば高炉の炉内面側には、鉄皮を炉内
の熱負荷から保護するためのステーブクーラと呼ばれる
水冷金物が設置されている。従来、高炉の巻替周期は７
〜８年程度であったが、鉄鋼各社共、改修費用の削減，
停機による生産量低下抑制等のコスト低下を狙いとし
て、高炉の延命対策が行われており、その結果、高炉寿
命は１５〜２０年と言われるまでに長寿命化が進んでい
る。

【０００３】この高炉延命対策の一つにステーブクーラ
取り替え技術があり、これは、破損，損耗したステーブ
クーラを新規のステーブクーラに交換し、鉄皮保護を行
う技術である。従って、定期的にステーブクーラを交換
すれば、高炉の寿命を決定する要因は炉底煉瓦の侵食量
（残厚）だけとなるので、大幅な高炉長寿命化が図れる
ようになってきている。

【０００４】しかしながら、ステーブクーラは、球状黒
鉛鋳鉄（FCD ）かねずみ鋳鉄（FC）の本体を水冷却しつ
つ炉内面側を耐火物で覆った構成であるから、寿命面で
の制約がある。ステーブクーラ本体の材質としては、当
初はねずみ鋳鉄（FC）で製作されていたが、炉内での高
温酸化欠落，低強度による亀裂の発生があるので、この
対策として、近年では、ほとんどが球状黒鉛鋳鉄（FCD
）に変わってきている。

【０００５】ところが、球状黒鉛鋳鉄（FCD ）は亀裂が
発生しにくい代わりに、高熱負荷による熱ラチェット変
形（塑性変形が蓄積されてステーブクーラ本体に埋設さ
れた冷却パイプに過度の応力が加わり、破損に至る）の
問題が発生し、また、球状黒鉛鋳鉄（FCD ）そのものの
寿命も７〜８年程度が限度である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、新たなステー
ブクーラとして、特開昭５９−７８８２号では、図３に
示すように、炉内面側の鋳物寿命を延ばすために、ねず
み鋳鉄（FC）と球状黒鉛鋳鉄（FCD ）の中間的な性質を
もつバーミキュラー鋳鉄１と普通鋳鉄２の二層構造に組
み合わせたものを提案しているが、この特開昭５９−７
８８２号で提案されたものは、バーミキュラー鋳鉄自体
が球状黒鉛鋳鉄（FCD ）よりも高温下での耐摩耗性，強
度に劣ることから、現状レベルまでも達しない。

【０００７】また、図４に示す特開昭６３−３５７０８
号や、図５に示す実開昭６３−３０３３３号では、ステ
ーブクーラの炉内面側に、成形された耐火物３を積層
し、これら耐火物３を耐熱鋼製の煉瓦支持金物４で保持
したものを提案しているが、支持金物自体が薄いので、
高熱負荷域で使用した場合には長寿命を望むべくもな
い。さらに、耐火物を積層した構造であるので、ステー
ブクーラの厚みが増加し、従来のステーブクーラに代え
て部分更新を行った場合には炉内側のプロフィールが悪
化し、炉況悪化の要因になる可能性が大きい。

【０００８】加えて、これらのものは３件とも、炉内側
の耐火物や支持金物が損耗すれば、直接ステーブクーラ
本体に熱負荷が加わるので、前述した熱ラチェット変形
の問題が生じる。なお、熱ラチェット変形単独に対する
防止策としては、その後、背面強冷却型ステーブクーラ
等も提案されているが、冷却能がその分向上するので、
煉瓦損耗時には過冷却となり、炉況に悪影響を及ぼすと
いう問題がある。

【０００９】本発明は、上記したような従来のステーブ
クーラにあった低寿命，熱ラチェット変形の問題を、冷
却能力を必要以上に向上することなく、また、ステーブ
クーラの厚み等の構造変更もほとんどすることなく解決
できるステーブクーラを提供することを目的としてい
る。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明のステーブクーラは、炉体鉄皮を炉内熱
負荷から保護するステーブクーラにおいて、ステーブク
ーラ本体をフェライトを含んだオーステナイト系耐熱，
耐摩耗性鋳鋼で製作し、かつ、その炉内面側に複数の凹
みを形成するとともに、これら凹みの回りを炉内面側に
開口する縦横のスリットで接続し、これら凹み内に断熱
耐火物を嵌入しているのである。

【００１１】

【発明の実施の形態】耐熱，耐摩耗性鋳鋼としては、種
々のものがあり、大別すると、オーステナイト系，炭化
析出物を含んだオーステナイト系，フェライトを含んだ
オーステナイト系，フェライト系（ねずみ鋳鉄（FC）や
球状黒鉛鋳鉄（FCD ））の４種に分けられる。

【００１２】本発明者らが、その代表鋼種の物性をもと
に、炉内面煉瓦損耗時のモデルにて有限要素法による非
定常弾性解析を行った結果、炭化析出物を含んだオース
テナイト系は、熱ラチェット変形に対しては最良である
が、耐熱衝撃性が悪いので、大欠けの可能性があり、不
適当であることが判明した。

【００１３】また、オーステナイト系は、熱ラチェット
変形が最大（球状黒鉛鋳鉄（FCD ）の約３倍程度）とな
り、不適当であることが判明した。これに対して、フェ
ライトを含んだオーステナイト系は、熱ラチェット変形
が、球状黒鉛鋳鉄（FCD ）の約１／２０程度になること
が判明した。なお、同材質による加熱テストの結果、以
上の結果とほぼ同程度の評価を得た。

【００１４】そこで、本発明のステーブクーラは、ステ
ーブクーラ本体をフェライトを含んだオーステナイト系
耐熱，耐摩耗性鋳鋼で製作することとした。そして、そ
の炉内面側に複数の凹みを形成し、これら凹み内に断熱
耐火物を嵌入する構成とした。

【００１５】すなわち、本発明のステーブクーラでは、
従来、上下２方向しかなかった煉瓦支持金物を、ステー
ブクーラ本体と一体構造とし、かつ、左右方向からも支
持する構造とした。このような上下，左右から支持する
構造の場合、炉内側の金物面積比が大きくなり、冷却能
が向上するので、上下，左右の支持部を薄肉化し、断熱
耐火物と炉内側のステーブクーラ本体の面積比は、少な
くとも、従来通りの５０〜６０％を確保する。

【００１６】加えて、本発明のステーブクーラでは、前
記した凹みの回りを炉内面側に開口する縦横のスリット
で接続している。これは、断熱耐火物と炉内側のステー
ブクーラ本体の熱膨張差を吸収し、断熱耐火物や炉内側
のステーブクーラ本体への過度の応力発生を抑制するた
めである。

【００１７】

【実施例】以下、本発明のステーブクーラを図１及び図
２に示す一実施例に基づいて説明する。図１は本発明の
ステーブクーラの一実施例を示す断面図、図２は同じく
斜視図である。

【００１８】図１及び図２において、１１はステーブク
ーラ本体であり、従来のステーブクーラと同様、冷却パ
イプ１１ａを介して内部に供給される冷却水によって冷
却される構造であるが、本発明ではこのステーブクーラ
本体１１をフェライトを含んだオーステナイト系耐熱，
耐摩耗性鋳鋼で製作している。

【００１９】ところで、本発明のステーブクーラの製作
時、フェライトを含んだオーステナイト系耐熱，耐摩耗
性鋳鋼を鋳込む際、従来の球状黒鉛鋳鉄（FCD ）よりも
注湯温度が上昇する（約１５００℃）ので、冷却パイプ
１１ａの溶損を防止するために、図１に示すように、例
えば外周面をクロムめっきした外管１１ａａ内に、移動
自在に内管１１ａｂを挿入した二重管パイプを採用し、
この内管１１ａｂ内に、元圧７kg/cm²の窒素ガスを約３
５Nm³/H （重量流量約１０００kg/H）以上を供給して冷
却しつつ鋳込むのが望ましい。なお、鋳込み後の本体収
縮については、冷却パイプ１１ａに対しては圧縮応力が
残留するだけであるので、亀裂発生の原因とはならな
い。また、フェライトを含んだオーステナイト系耐熱，
耐摩耗性鋳鋼は鋳込み後の焼鈍は不要である。

【００２０】１１ｂはステーブクーラ本体１１の炉内面
側に、例えば炉内側面積の５０〜７０％の面積部分に設
けられた複数の凹みであり、これら凹み１１ｂ内に断熱
耐火物１２を嵌入している。本実施例では、前記したよ
うに、フェライトを含んだオーステナイト系耐熱，耐摩
耗性鋳鋼を鋳込む際、断熱耐火物１２と溶鋼が直接接触
する事故を防止し、熱衝撃を緩和するために、断熱耐火
物１２と凹み１１ｂの間に、例えばグラスウール製のク
ッション材１３を介設したものを示している。

【００２１】ところで、フェライトを含んだオーステナ
イト系耐熱，耐摩耗性鋳鋼は、フェライト系よりも高温
での線膨張係数がやや大きいので、高炉に取り付けて使
用に供した場合には、断熱耐火物１２と前記凹み１１ｂ
を囲むステーブクーラ本体１１の炉内面側部分（以下、
「リブ」という）１１ｃの間に熱膨張差が生じる。

【００２２】そこで、本発明では、前記凹み１１ｂの回
りのリブ１１ｃに、炉内面側に開口する３〜５ｍｍのス
リット１１ｄを、例えば横方向には３００ｍｍのピッチ
で、また、縦方向には１つの凹み１１ｂに対して１本の
割合で設け、複数の凹み１１ｂを縦横のスリット１１ｄ
で接続しているのである。なお、このスリット１１ｄの
深さは、凹み１１ｂの深さと同程度とする。

【００２３】また、前記したスリット１１ｄの奥端に
は、図２に示すように、直径が１０ｍｍ程度のストップ
ホール１１ｅを設けておくと、スリット１１ｄの奥端の
応力集中によるクラックの進展が避けられ、さらに効果
がある。これらスリット１１ｄやストップホール１１ｅ
には、炉内の異物等が混入しないように、クッション性
のモルタル等で目詰めしておくことが望ましい。

【００２４】また、前記リブ１１ｃは、炉内側の厚みを
３０〜４０ｍｍとし（従来の横リブだけの場合は、７０
〜８０ｍｍ）、図１に示すように、１０／１００程度の
逆テーパを設けて、断熱耐火物１２の脱落を防止するこ
とが望ましい。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のステーブ
クーラは、ステーブクーラ本体をフェライトを含んだオ
ーステナイト系耐熱，耐摩耗性鋳鋼で製作し、かつ、そ
の炉内面側に複数の凹みを形成するとともに、これら凹
みの回りを炉内面側に開口する縦横のスリットで接続
し、これら凹み内に断熱耐火物を嵌入しているので、断
熱耐火物の脱落が可及的に防止される等によって、寿命
延長が図れるとともに、仮に断熱耐火物が脱落しても熱
ラチェット変形が少なく、冷却パイプに作用する応力を
緩和できる。また、従来のステーブクーラと厚みがほぼ
同程度であるので、部分取り替えを行っても、炉内段差
が生じず、炉内プロフィールは悪化しない。また、強冷
却能ではないので、過冷却による炉況悪化を招かない。

【００２６】なお、本発明のステーブクーラの設置場所
は高炉に限らず、反応炉の水冷金物としても使用可能で
ある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステーブクーラの一実施例を示す断面
図である。

【図２】本発明のステーブクーラの一実施例を示す斜視
図である。

【図３】特開昭５９−７８８２号公報に記載されたステ
ーブクーラの説明図である。

【図４】特開昭６３−３５７０８号公報に記載されたス
テーブクーラの説明図である。

【図５】実開昭６３−３０３３３号公報に記載されたス
テーブクーラの説明図である。

【符号の説明】

１１ステーブクーラ本体１１ｂ凹み１１ｃリブ１１ｄスリット１２断熱耐火物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】炉体鉄皮を炉内熱負荷から保護するステ
ーブクーラにおいて、ステーブクーラ本体をフェライト
を含んだオーステナイト系耐熱，耐摩耗性鋳鋼で製作
し、かつ、その炉内面側に複数の凹みを形成するととも
に、これら凹みの回りを炉内面側に開口する縦横のスリ
ットで接続し、これら凹み内に断熱耐火物を嵌入したこ
とを特徴とするステーブクーラ。