JPH0841513A

JPH0841513A - ステーブクーラおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH0841513A
Application number: JP17244494A
Authority: JP
Inventors: Taizo Makino; 泰三牧野; Mitsusachi Yamamoto; 三幸山本; Masashi Takaso; 正志高祖; Toru Narisei; 徹成清
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-07-25
Filing date: 1994-07-25
Publication date: 1996-02-13

Abstract

(57)【要約】【目的】内部発生熱応力緩和機能と炉内側遮熱機能が優
れたステーブクーラおよびその製造方法の提供。【構成】セラミック材料と金属材料との複合体からなる
炉内側パネル(7) と、金属材料からなり内部に冷却水導
通管を有する炉外側パネル(8) とを組み合わせたステー
ブクーラであって、上記複合体は鉄皮側が金属材料で、
炉内側はセラミック材料でそれぞれ構成され、その中間
部は鉄皮側から炉内側に向かってセラミック材料の構成
比が漸増していることを特徴とするステーブクーラ。こ
のステーブクーラは次のようにして製造できる。板状の金属材料に表面から内部に向かった断面積が漸
減する多数の盲孔を設け、この盲孔にセラミック材料
を充填して加圧成形し、セラミック材料の焼結温度以
上で熱処理して炉内側パネルを製造する。次に、上記
炉内側パネルを鋳型内に置き、その上部に冷却水導通管
となる金属管を配置し、この金属管を鋳ぐるんで炉外側
パネルを製造するとともに、炉内側パネルと炉外側パネ
ルとを一体化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、製鉄用高炉等の高温
炉の炉壁を炉内からの熱負荷に対して保護するステーブ
クーラの改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の高炉の炉壁は、図６および図７
(a)、(b) に示すように、鋳ぐるみ鋼管４、鋳ぐるみ煉
瓦３および鋳鉄ステーブ２からなるステーブクーラ６を
炉体鉄皮１の内側に配設して固定し、このステーブクー
ラ６の炉内側に内張り耐火物（耐火煉瓦）５を築造して
構成されている。このステーブクーラに要求される機能
は、言うまでもなく、耐熱性・耐摩耗性に富み、長期に
わたって炉壁を強固に維持することである。

【０００３】図８は、従来のステーブクーラの断面構成
材料と発生熱応力との関係を説明する図で、 (a)はステ
ーブクーラの要部断面図、 (b)は内張り耐火物脱落時の
温度、熱ひずみ、熱応力のステーブクーラ厚さ方向分布
を示す。

【０００４】図８に示すように、鋳ぐるみ煉瓦３を備え
たステーブクーラ６が炉内に露出して、炉内温度が1200
℃程度になった場合のステーブクーラ厚さ方向温度分布
は、炉内加熱面のＸ₀点における鋳ぐるみ煉瓦３の表面
温度がｔ₀、鋳ぐるみ煉瓦３の鉄皮側底面と鋳鉄ステー
ブ２との界面のＸ₁点における界面温度がｔ₁、鋳ぐる
み鋼管４の表面と鋳鉄ステーブ２との界面のＸ₂点にお
ける界面温度がｔ₂というパターンを示す。この温度分
布の条件下で鋳ぐるみ煉瓦３と鋳鉄ステーブ２が非拘束
状態で自由膨張する場合を仮定したときの熱ひずみの分
布を破線イで示す。しかし、 (a)図に示す実際の断面構
造では、鋳ぐるみ煉瓦３と鋳鉄ステーブ２が拘束状態に
あり、いずれも自由膨張することはないので、ステーブ
厚さ方向の熱歪分布は実線アに示す等熱ひずみ分布とな
る。

【０００５】一方、自由膨張を仮定すると、ステーブ厚
さ方向のどの位置でも熱応力は発生しない（破線イ）。
しかし、上述の自由膨張時に生ずべき変形が拘束される
実際のステーブでは、実線アに示す熱応力が発生する。

【０００６】さて、高炉炉内では、原料の降下、移動、
高温ガスの変動による急激な温度変化が起こりやすい。
このため、ステーブの耐火物内や鋳鉄内の温度分布も変
化するので、変動熱応力が作用することになり、それに
起因するクラックが鋳ぐるみ煉瓦３及び鋳鉄ステーブ２
に発生するという問題がある。

【０００７】即ち、まず鋳ぐるみ煉瓦３が炉内を降下す
る原料や高温ガスに直接さらされると、炉内側表面から
損耗し、この時の温度変化にともなう変動熱応力により
クラックが入り脱落していく。次に鋳ぐるみ煉瓦３のＸ
₁点位置の底面を含む鋳鉄ステーブ２の凹部のコーナー
にクラックｄが入り、鋳ぐるみ煉瓦支持鋳鉄端部２ａが
脱落して行く。そして、鋳鉄ステーブ２に碁盤目のよう
に縦・横にクラックが入って小ブロック化し、順次脱落
して鋳ぐるみ鋼管４が露出する過程をたどる。

【０００８】また、上述のように鋳ぐるみ煉瓦３が脱落
した以降は、鋳鉄が炉内全面に露出して炉内を過度に冷
却するようになる。このため、ステーブクーラ６近傍の
炉内温度の低下を招き、焼結鉱が還元粉化現象を起こし
て炉内の通気性を阻害する、いわゆる不活性化の進行に
よる炉況不調に陥ることがある。

【０００９】前記図７に示す従来方式のステーブクーラ
の信頼性向上を図るため、図９に示す改善された高炉炉
体保護壁が特開昭61−37904 号公報に提案されている。

【００１０】この保護壁は、ステーブクーラ６の炉内側
の面に鋳ぐるみ長尺煉瓦３ａおよび短尺煉瓦３ｂを、鋳
ぐるみで形成される鋳鉄ステーブ２の凹部と凸部あるい
はテーパ状の煉瓦支持鋳鉄リブ２ｂで挟み込んで一体的
に支持したものである。そして、炉内側の内張り煉瓦積
みを行わないで炉壁プロフィルの安定化と建設工事の簡
素化・低廉化を意図して薄壁化した事例が示されてい
る。この事例では、従来方式のステーブクーラの炉内側
に築造される内張り耐火物５が２〜３年で損耗して消失
してしまうのに対し、ステーブの炉内側鋳ぐるみ煉瓦３
ａ、３ｂのの存在によりさらに２〜３年は寿命延長が期
待できるとしている。しかしながら、この保護壁も、テ
ーパ状の鋳ぐるみ煉瓦支持鋳鉄リブ２ｂの先端が炉内の
高温ガスによって先行消失し、炉内側鋳ぐるみ煉瓦３の
保持力がなくなって脱落し、期待通りの成果を挙げてい
ないのが現状である。

【００１１】次に、前記図７に示す従来方式のステーブ
クーラの製造方法について述べる。

【００１２】図７に示したステーブクーラ６は、砂型内
に煉瓦３と鋼管４を配置し、鋳鉄等の溶湯を流し込む鋳
ぐるみ法によって製造している。しかしながら、このよ
うな鋳造による製造法では、鋳込み時の熱衝撃によって
鋳ぐるみ煉瓦３に脆性的な割れが生じる危険性が高い。
またステーブクーラ６の母材として鋳鋼、耐熱鋳鋼等の
高融点の材料を使用すると、鋳込み時に鋳ぐるみ鋼管４
が溶損してしまうため、低融点でしかも脆弱な鋳鉄しか
使用できない。母材に鋳鉄を使用したステーブクーラ６
は、使用中において、鋳鉄中の黒鉛が逸脱して蟻の巣状
の欠陥が形成され、これを起点として鋳鉄中にクラック
が容易に発生するため、破損しやすく寿命が短い。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的の一つ
は、高温炉の炉内熱負荷変動で生ずるステーブクーラの
変動熱応力を緩和して金属ステーブ母材のクラック発
生、煉瓦脱落を防止して金属ステーブ母材の炉内側露出
による炉内過冷却状態を解消できるステーブクーラを提
供することにある。

【００１４】本発明のもう一つの目的は、ステーブクー
ラの製造時の熱衝撃による鋳ぐるみ煉瓦の割れの問題を
回避し、かつ、金属ステーブ母材として高融点で強靱な
金属材料をも使用できる製造方法を提供することにあ
る。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、下記(1) のス
テーブクーラと、(2) および(3) のその製造方法にあ
る。

【００１６】(1) セラミック材料と金属材料との複合体
からなる炉内側パネルと、金属材料からなり内部に冷却
水導通管を有する炉外側パネルとを組み合わせたステー
ブクーラであって、上記複合体は鉄皮側（炉壁内に組み
込んだときに炉の鉄皮側になる側）が金属材料で、炉内
側はセラミック材料でそれぞれ構成され、その中間部は
鉄皮側から炉内側に向かってセラミック材料の構成比が
漸増していることを特徴とするステーブクーラ。

【００１７】(2) 下記の工程からまでを特徴とする
上記(1) のステーブクーラの製造方法。

【００１８】板状の金属材料に表面から内部に向かっ
た断面積が漸減する多数の盲孔を設けた金属スケルトン
を製作する工程。

【００１９】上記金属スケルトンの盲孔にセラミック
材料を充填し、さらに金属スケルトンの表面上に所定厚
さのセラミック材料を堆積させ、加圧する工程。

【００２０】セラミック材料の焼結温度以上の温度で
熱処理して、セラミック材料と金属スケルトンとの複合
体からなる炉内側パネルを製造する工程。

【００２１】上記炉内側パネルを、その金属スケルト
ン側を上にして鋳型内に置き、その上部に冷却水導通管
となる金属管を配置し、この金属管を鋳ぐるんで炉外側
パネルを製造するとともに、炉内側パネルと炉外側パネ
ルとを一体化する工程。

【００２２】(3) 下記の工程からまでを特徴とする
上記(1) のステーブクーラの製造方法。

【００２３】板状の金属材料に表面から内部に向かっ
た断面積が漸減する多数の盲孔を設けた金属スケルトン
を製作する工程。

【００２４】上記金属スケルトンの盲孔にセラミック
材料を充填し、さらに金属スケルトンの表面上に所定厚
さのセラミック材料を堆積させ、加圧する工程。

【００２５】セラミック材料の焼結温度以上の温度で
熱処理して、セラミック材料と金属スケルトンとの複合
体からなる炉内側パネルを製造する工程。

【００２６】’上記〜の工程とは別に、冷却水導
通管となる金属管を金属材料で鋳ぐるんで炉外側パネル
を製造する工程。

【００２７】上記の工程でそれぞれ製造された炉内側
パネルと炉外側パネルとを接合して一体化する工程。

【００２８】

【作用】まず、本発明のステーブクーラを、図面を用い
て詳しく説明する。

【００２９】図１は、本発明のステーブクーラの断面構
成材料と発生熱応力との関係を説明する図で、 (a)はス
テーブクーラの要部断面図、 (b)はステーブクーラの構
成材料体積率および内張り耐火物脱落時の温度、熱ひず
み、熱応力のステーブクーラ厚さ方向分布を示す。な
お、図中Ｘ_Aは、セラミック焼結物の炉内側端面、Ｘ_C
は、セラミック焼結物単味の炉外側端面、Ｘ_Mは、金属
スケルトンの円錐状穴底面、Ｘ_Dは、炉内側パネルと炉
外側パネルとの接合面、Ｘ_Bは、鋳ぐるみ金属管の炉内
外端面の位置をそれぞれ示す。また、比較例は、Ｘ_A−
Ｘ_I間にセラミック材料、Ｘ_I−Ｘ_B間に金属材料を使
用し、Ｘ_Iの位置で端面を張り合わせた構造のステーブ
クーラである。

【００３０】図１に示すように、本発明のステーブクー
ラは、Ｘ_A−Ｘ_C間をセラミック焼結物９の単味、Ｘ_C
−Ｘ_M間をセラミック焼結物９と金属スケルトン10の複
合体、Ｘ_M−Ｘ_D間を金属材料（金属スケルトン10の底
部）の単味で構成される炉内側パネル７と、金属ステー
ブ12に冷却水導通管となる金属管13を鋳ぐるんだ構造を
有する炉外側パネル８とが、Ｘ_Dの位置で面接合して一
体化された構造になっている。

【００３１】炉内側パネル７の金属スケルトン10は、そ
の厚さ方向に例えば円錐状の多数の盲穴（底部が貫通し
ていない穴）11をもち、それらの穴の断面積がＸ_C位置
の面からＸ_M位置の穴底面にかけて漸減しており、Ｘ_A
−Ｘ_M間にセラミック焼結物９が充填されている。即
ち、本発明のステーブクーラ本体の厚さ方向の構成材料
の体積率は、Ｘ_A位置の加熱面からＸ_B位置の冷却面に
向かって、セラミック材料の体積率が徐々に低く、金属
材料の体積率が徐々に高くなっている。

【００３２】図１(b) の各図中に比較例として破線で示
したのは、図７および図８に示した従来のステーブクー
ラの温度等の変化である。内張り耐火物が損耗、脱落
し、ステーブクーラが炉内に露出して炉内温度が1200℃
程度になった場合のステーブクーラ厚さ方向の温度分布
は、従来のステーブクーラでは、セラミック材料と金属
材料を張り合わせたＸ_I位置で熱伝導率が急激に変化す
るので、温度勾配が急激に変化する。これに対し、本発
明のステーブクーラでは、セラミック材料と金属材料の
構成体積率が連続的に遷移しているので、温度勾配の変
曲が比較的緩やかになる。

【００３３】上記の温度分布の条件下で、ステーブクー
ラの金属材料およびセラミック材料（比較例の場合は鋳
ぐるみ煉瓦）が自由膨張する場合を仮定した時に発生す
る熱ひずみの厚さ方向分布は、セラミック材料（鋳ぐる
み煉瓦）と金属材料の線膨張係数の差から、比較例で
は、Ｘ_I位置の両材料の界面近傍で急激に変化する。こ
れに対し、実際のステーブクーラでは、セラミック材料
（鋳ぐるみ煉瓦）と金属材料は拘束されており、自由膨
張することはないので等熱ひずみ分布となる。

【００３４】上述の自由膨張時に生ずべき変形が、等熱
ひずみ分布となるように拘束される実際のステーブクー
ラで発生する熱応力の厚さ方向分布は、比較例ではＸ_I
位置の鋳ぐるみ煉瓦と金属材料の界面で急激に変化し、
炉内熱負荷が変動すると、高い変動熱応力が生じてクラ
ックの発生および伝播が促進される。これに対し、本発
明例の発生熱応力は比較例より低い。

【００３５】上述のごとく、本発明のステーブクーラ
は、発生熱応力が大幅に軽減されるので、ステーブクー
ラのクラック発生が著しく抑制される。また、ステーブ
クーラが炉内側から徐々に損耗して厚さが薄くなって
も、なお厚さ方向にセラミック材料と金属材料の構成体
積率が連続遷移する複合体が確保されているので、前記
熱応力緩和機能が維持され持続することになる。さら
に、内張り耐火物が脱落した時でも、本発明のステーブ
クーラは、炉内側表面がセラミック材料 100％となって
いるので金属ステーブが炉内に全面露出することはな
い。従って、ステーブクーラの総括熱伝達係数を低レベ
ルに抑えることができ、ステーブ本体および炉体鉄皮の
保護のため冷却を強化しても、炉内の過冷却が防止さ
れ、炉況不調を回避することが可能となる。

【００３６】なお、セラミック焼結物単味 (Ｘ_A−Ｘ_C
間) の層、セラミック材料の漸減層(Ｘ_C−Ｘ_M間) 、
金属スケルトン単味層 (Ｘ_M−Ｘ_D間) 、および金属ス
テーブ (Ｘ_D−Ｘ_B間) のそれぞれの厚さ、ならびに複
合体におけるセラミック材料と金属材料の構成体積率の
厚さ方向分布等は、高炉の操業条件によるステーブクー
ラに必要な熱応力緩和特性、冷却側の力学的特性等を勘
案して適宜選定することができる。

【００３７】つぎに、本発明のステーブクーラの製造方
法を、工程別に図面を用いて詳しく説明する。

【００３８】本発明のステーブクーラの寸法は、適用す
る炉の大きさや使用条件に応じて決定すればよい。例え
ば、製鉄用高炉で使用するものでは、製造上の制約、ス
テーブクーラの運搬・取り付けの作業性、炉内面への配
設バランスにより、厚さ 350〜600 mm、幅 800〜1200m
m、長さ1000〜3000mm程度が望ましい。

【００３９】金属スケルトン製作工程図２は、本発明のステーブクーラの炉内側パネル製造に
用いる金属スケルトンの形状を説明する模式的斜視図で
ある。図示のように、この金属スケルトン10は、金属板
（その材質は、例えば JIS SCH 22がよい）の一方の面
に、表面から穴底まで徐々に断面積が小さくなる盲穴11
を穿つことにより製作される。穴の形状は、円錐形、円
錐台形、多角錐形、多角錐台形等、任意であるが、応力
集中が低く、穴加工が容易で加工コストも低い円錐また
は円錐台形状が望ましく、できるだけ等間隔に配置す
る。

【００４０】穴の深さ、即ち円錐または円錐台の高さを
一定とした場合、その開口の径を小径にした方が、複合
体の構成材料体積率を厚さ方向に均一に遷移させること
ができる。従って、ステーブクーラを上記寸法とした場
合、円錐または円錐台の底面の径は 200mm以下とするの
が望ましい。また、この時の円錐または円錐台のピッチ
(中心間距離) は 600mm以下が望ましい。この穴11のテ
ーパ部には複数列の脱落防止溝14を設けるのが望まし
い。これは、ステーブクーラを使用時に、穴内部に充填
されたセラミック焼結物が脱落するのを防止できるから
である。

【００４１】炉内側パネル製造の予備工程図３は、本発明のステーブクーラの炉内側パネル製造工
程を説明する模式的断面図である。

【００４２】図示のように、金属スケルトン10を充填成
形型枠15内に設置する。そして、セラミック材料（例え
ば、SiO₂＋Na₂O系、SiＣ系、Al₂O₃系のセラミックが使
用できる）17の粉末を金属スケルトン10の表面上部およ
び穴11内部に充填し、その上部に重錘16を載せてセラミ
ック材料粉末を成形する。

【００４３】炉内側パネルの製造工程上記の成形体を加熱炉に装入してセラミック材料17の焼
結温度以上の温度で熱処理する。金属スケルトン10に充
填したセラミック材料17が、熱処理時の焼結あるいは溶
融・凝固によってその体積が減少した場合は、再びセラ
ミック材料17を充填し、熱処理するという上記の一連の
手順を複数回繰り返せばよい。熱処理完了後、型抜きす
ると、セラミック焼結物が金属スケルトン10の表面を完
全に覆った状態の炉内側パネルが出来上がる。

【００４４】炉外側パネルの製造と、炉内側パネルと
の一体化を同時に行う工程図４は、本発明のステーブクーラの炉内側パネルと炉外
側パネルの一体化工程の一例を説明する模式的断面図で
ある。

【００４５】図示のように、前の工程で製造した複合体
（炉内側パネル７）を、反転させて金属スケルトン側に
支持金具18を設け、下砂型19Ａを詰めた鋳型枠20内に設
置する。そして、鋳型枠20の所定位置に金属管を固定
し、湯口21を設けた上砂型19Ｂを詰める。つぎに炉内側
パネル７と上砂型19Ｂと下砂型19Ａで形成される空間部
に、湯口21から溶融金属を鋳込むことによって、金属管
13が鋳ぐるまれた炉外側パネルが製造される。このと
き、炉内側パネル７と炉外側パネルの界面は融着しま
た、炉内側パネル７に設けた支持金具18が炉外側パネル
に鋳ぐるまれるので、両パネルは強固に接合し一体化す
る。このようにして、本発明のステーブクーラが製造さ
れる。

【００４６】’炉外側パネルの製造工程上記の方法は、炉外側パネルの製造（鋳ぐるみ作業）
と、炉内側パネル７の接合とを同時に行う方法である。
この方法によらず、炉外側パネルの製造を従来の鋳ぐる
み法で別途に実施してもよい。

【００４７】炉内側パネルと炉外側パネルの一体化工
程先のまでの工程で製造した炉内側パネルと’の工程
で製造した炉外側パネルとを密着させ、炉外側パネル表
面から炉内側パネルの金属スケルトン底部に達するボル
ト穴を開けてボルト締めして接合する方法も採用でき
る。あるいは、炉外側パネルと炉内側パネルを密着さ
せ、界面を溶接接合してもよい。

【００４８】上述の如く、本発明のステーブクーラの製
造方法では、予め体積率が傾斜分布するように円錐状の
穴を金属パネルに開けた金属スケルトンを使用するた
め、熱応力緩和特性を有する傾斜機能を備えたステーブ
クーラを製造することができる。また金属スケルトン中
にセラミック材料の粉末を充填し焼結させるため、耐火
物を鋳ぐるむ従来法で発生する熱衝撃によるセラミック
材料の脆性的な割れを防止することができる。さらに、
炉内側パネルは、金属管を鋳ぐるむ炉外側パネルとは別
に製造するため、金属スケルトンの材料としては、鋳鉄
のみならず、鋳鋼、耐熱鋳鋼等のより高融点の材料を選
択することができる。

【００４９】以下、実施例により本発明の効果を具体的
に説明する。

【００５０】

【実施例】高炉で使用されているものと同寸法のステー
ブクーラを、前述の本発明の製造方法により３個製造し
た。そして、製造過程で生ずる金属板、セラミック焼結
物の割れ、剥離等の損傷を調査するとともに、熱サイク
ル試験を行って、クラック発生状況を従来のステーブク
ーラと比較した。

【００５１】本発明のステーブクーラの製造条件は下記
のとおりである。

【００５２】ステーブクーラ寸法：厚さ 600mm、幅1000mm、長さ2000mm 金属スケルトン材質：耐熱鋳鋼（JIS SCH 22）寸法：厚さ 300mm、幅1000mm、長さ2000mm 円錐台形状穴寸法：開口部径 250 mm、底面径 100mm (隣接穴は外接) 使用セラミック材料珪酸ソーダ粉末粒径： 100メッシュ以下組成： SiO₂48重量％、Na₂O 52 重量％炉内側パネル図５は、実施例で使用した珪酸ソーダ粉末の熱処理条件
を示す。珪酸ソーダ粉末を充填した金属スケルトンを12
00℃で30分保持後、 800℃まで炉冷、 300℃まで炉の扉
を開けて冷却 (半炉冷) 、室温まで空冷という条件で熱
処理した。金属スケルトン中に充填した珪酸ソーダ粉末
は、熱処理時に溶融・凝固し、その体積が減少するの
で、粉末充填、熱処理を複数回繰り返し、炉内側パネル
を製造した。

【００５３】炉外側パネルの製造と炉内側パネルとの
一体化前記図４に示す方法で製造した。即ち、内径 49.3mm 、
肉厚 5.5mmの鋼管（材質は JIS STB 340）を炉内側パネ
ル上に設置し、球状黒鉛鋳鉄（JIS FCD 440)を鋳込んで
炉外側パネルを製造すると同時に両パネルを接合したス
テーブクーラを製造した。

【００５４】上述の条件で製造された本発明のステーブ
クーラは、いずれも製造の過程で金属材料およびセラミ
ック材料に割れ・剥離等の損傷は認められず、本発明の
ステーブクーラの製造方法が熱衝撃による割れ・剥離を
防止するのに効果があることがわかった。

【００５５】ステーブクーラの炉内側をバーナーで加熱
し、冷却側の鋳ぐるみ鋼管内に10リットル／分の冷却水
を循環させ、ステーブクーラの炉内側表面温度が 600℃
→1000℃→ 600℃となる熱サイクルを20回繰り返す熱サ
イクル試験を行った。試験の結果、前記図７、図８に示
した従来のステーブクーラでは金属材料と耐火物の界面
を起点としてクラックが発生したのに対し、本発明のス
テーブクーラでは全く変化がなくてクラックも検出され
なかった。即ち、本発明のステーブクーラ中のセラミッ
ク材料と金属材料の構成体積率が厚さ方向に傾斜した複
合体が熱応力緩和機能を発現し、ステーブクーラの割れ
防止に優れた降下をもつことが確認された。

【００５６】実炉でのステーブクーラの寿命に影響を及
ぼす因子として、熱応力、実炉内の雰囲気による金
属材料の炉内側露出面の変質が挙げられる。前記の熱サ
イクル試験により、の熱応力が低減されることが判明
した。また、本発明のステーブクーラの構造では、炉内
側に金属材料の全表面が露出することがないので、の
直接的な影響はない。従って、本発明のステーブクーラ
を実炉に適用した場合、その寿命が従来のステーブクー
ラに較べてはるかに長いことは確実である。

【００５７】

【発明の効果】本発明方法で製造されたステーブクーラ
によれば、炉内側で高い遮熱機能と炉内温度変動による
内部発生熱応力緩和機能とが得られる。従って、セラミ
ック材料、金属材料部のクラック発生が抑制されるとと
もに、ステーブクーラの損耗も防止され、長期に安定し
たステーブクーラのプロフィルを維持することができ
る。これにより、ステーブクーラの寿命延長および鉄皮
過熱と炉内過冷却がともに防止され、鉄皮の十分な保護
と炉況不調の回避が可能となり、その経済効果はきわめ
て大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステーブクーラの断面構成材料と発生
熱応力との関係を説明する図で、 (a)はステーブクーラ
の要部縦断面、 (b)はステーブクーラの構成材料体積
率、内張り耐火物脱落時の温度、熱ひずみ、熱応力のス
テーブクーラ厚さ方向分布を示すグラフである。

【図２】本発明のステーブクーラの炉内側パネル製造に
用いる金属スケルトンの形状を説明する模式的斜視図で
ある。

【図３】本発明のステーブクーラの炉内側パネル製造工
程を説明する模式的断面図である。

【図４】本発明のステーブクーラの炉内側パネルと炉外
側パネルの一体化工程の一例を説明する模式的断面図で
ある。

【図５】本発明の実施例で用いた熱処理条件を示すグラ
フである。

【図６】高炉の炉壁におけるステーブクーラの配置を示
す縦断面図である。

【図７】従来の高炉ステーブクーラの構造を示し、 (a)
は炉内側正面から見た斜視図、(b)は縦断面図である。

【図８】従来の高炉ステーブクーラの断面構成材料と発
生熱応力との関係を説明する図で、 (a)はステーブクー
ラ要部縦断面、 (b)は内張り耐火物脱落時の温度、熱ひ
ずみ、熱応力のステーブクーラ厚さ方向分布を示すグラ
フである。

【図９】従来方式の薄壁化ステーブクーラの要部縦断面
である。

【符号の説明】

１：炉体鉄皮２：鋳鉄ステーブ２ａ：鋳ぐるみ煉瓦支持鋳鉄端部２ｂ：煉瓦支持鋳
鉄リブ３：鋳ぐるみ煉瓦３ａ：鋳ぐるみ長
尺煉瓦３ｂ：鋳ぐるみ短尺煉瓦４：鋳ぐるみ鋼管５：内張り耐火物６：ステーブクー
ラ７：炉内側パネル８：炉外側パネル９：セラミック焼結物 10：金属スケルト
ン 11：円錐状穴 12：金属ステーブ 13：鋳ぐるみ金属管 14：脱落防止溝 15：充填成形型枠 16：重錘 17：セラミック材料 18：炉内側パネル
支持金具 19Ａ：下砂型 19Ｂ：上砂型 20：鋳型枠 21：湯口

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者成清徹大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号住友金属工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】セラミック材料と金属材料との複合体から
なる炉内側パネルと、金属材料からなり内部に冷却水導
通管を有する炉外側パネルとを組み合わせたステーブク
ーラであって、上記複合体は鉄皮側が金属材料で、炉内
側はセラミック材料でそれぞれ構成され、その中間部は
鉄皮側から炉内側に向かってセラミック材料の構成比が
漸増していることを特徴とするステーブクーラ。
【請求項２】下記の工程からまでを特徴とする請求
項１記載のステーブクーラの製造方法。板状の金属材料に表面から内部に向かった断面積が漸
減する多数の盲孔を設けた金属スケルトンを製作する工
程。上記金属スケルトンの盲孔にセラミック材料を充填
し、さらに金属スケルトンの表面上に所定厚さのセラミ
ック材料を堆積させ、加圧する工程。セラミック材料の焼結温度以上の温度で熱処理して、
セラミック材料と金属スケルトンとの複合体からなる炉
内側パネルを製造する工程。上記炉内側パネルを、その金属スケルトン側を上にし
て鋳型内に置き、その上部に冷却水導通管となる金属管
を配置し、この金属管を鋳ぐるんで炉外側パネルを製造
するとともに、炉内側パネルと炉外側パネルとを一体化
する工程。
【請求項３】下記の工程からまでを特徴とする請求
項１記載のステーブクーラの製造方法。板状の金属材料に表面から内部に向かった断面積が漸
減する多数の盲孔を設けた金属スケルトンを製作する工
程。上記金属スケルトンの盲孔にセラミック材料を充填
し、さらに金属スケルトンの表面上に所定厚さのセラミ
ック材料を堆積させ、加圧する工程。セラミック材料の焼結温度以上の温度で熱処理して、
セラミック材料と金属スケルトンとの複合体からなる炉
内側パネルを製造する工程。 ’上記〜の工程とは別に、冷却水導通管となる金
属管を金属材料で鋳ぐるんで炉外側パネルを製造する工
程。上記の工程でそれぞれ製造された炉内側パネルと炉外
側パネルとを接合して一体化する工程。