JPH11229012A - シャフト炉型冶金炉のステーブ配置構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シャフト炉型冶金炉のステーブの耐久性を維
持するとともに、ステーブによる炉の熱損失を極力抑制
し、さらにステーブ等に要する設備コストの低減化を図
る。 【解決手段】 炉壁内側の環境に炉高方向で大きな差が
ある点に着目し、これらの環境の違いに応じてそれぞれ
の領域に最適なステーブを配置することにより、炉全体
のステーブの長寿命化とステーブからの抜熱の抑制によ
る省エネルギー化、さらに設備面及び操業面での低コス
ト化を達成できることを見い出しなされたもので、炉高
方向において、熱負荷が小さい炉上部・中部領域(A)に
は鋳鉄製ステーブを配置し、それよりも下方の熱負荷の
大きい炉下部領域(B)には銅または銅合金製ステーブを
配置し、それよりも下方の炉最下部領域(C)には鋳鉄製
ステーブ若しくは銅または銅合金製ステーブを配置する
ことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は高炉等のシャフト炉
型冶金炉におけるステーブ配置構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉の炉壁構造は、鉄皮の内側に内部冷
却機構を備えたステーブ（クーリングステーブ）を設
け、このステーブの内側に炉内側耐火物が保持される構
造となっている。通常、高炉を一定期間操業すると炉内
側耐火物が破損等によりステーブから脱落し、ステーブ
が炉内部に直接曝されることが多くなる。したがって、
ステーブはこのような炉内側耐火物の脱落後も炉内部の
熱負荷に耐え得るものでなければならない。

【０００３】従来、高炉用のステーブとしては鋳鉄製の
ものが広く用いられており、またその中でも冷却パイプ
を鋳鉄で鋳包んだ構造のものが一般的である。しかし、
このような鋳鉄製ステーブは鋳鉄の熱伝導度が小さいた
めに冷却能が低い。このため高炉の高熱負荷領域ではス
テーブ本体内に高い熱応力が発生して亀裂を生じ易く、
この亀裂が冷却パイプに伝播して漏水事故を起こし易
い。

【０００４】このような冷却パイプの破損を防止するた
め、冷却パイプと鋳物部とを非融着にすることが一般化
しているが、この構造ではステーブの冷却能がさらに低
下してしまう。また、このような冷却能の低下を補うた
めに、例えば、冷却パイプ本数を増加させることで冷却
能を高める、ステーブ本体を２重化することで溶損に対
応したステーブの長寿命化を図る、鋳鉄製ステーブと銅
または銅合金製ステーブと組み合わせ一体化することで
冷却能を高める等の対策が試みられているが、これらの
対策は冷却水量の増大、ステーブの重量増加、ステーブ
や炉壁構造の複雑化を伴うため、ステーブの製造コスト
の増大を招く、冷却水による熱損失が大きくなるためエ
ネルギーロスの増加をもたらす、等の問題を生じる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特に最近では、高炉の
長寿命化、微粉炭大量吹込み等による操業条件の苛酷化
に伴いステーブにはより一層の耐久性が求められてお
り、また一方において、省エネルギー化の観点からステ
ーブによる炉の熱損失が極力抑制されるようにすること
も重要な課題であると言える。したがって本発明の目的
は、シャフト炉型冶金炉のステーブの耐久性を維持する
とともに、ステーブによる炉の熱損失を極力抑制し、さ
らにステーブ等に要する設備コストの低減化を図ること
にある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】従来のステーブに関する
研究は、ステーブ自体の冷却能や耐久性を高めるという
観点からその構造の改良に終始してきた。これに対して
本発明者らは、高炉等のシャフト炉型冶金炉における炉
壁内側の環境、例えば、熱負荷、溶融スラグの存在の有
無、炉壁付着物の程度等に炉高方向で大きな差がある点
に着目し、これらの環境の違いに応じたステーブの適性
について詳細な検討を行った。その結果、これら炉壁内
側の環境に応じてそれぞれの領域に最適なステーブを配
置することにより、炉全体のステーブの長寿命化とステ
ーブからの抜熱の抑制による省エネルギー化を図ること
ができ、しかも設備面及び操業面での低コスト化も達成
できることを見い出した。

【０００７】本発明はこのような知見に基づきなされた
もので、その特徴は以下の通りである。 [1] 炉高方向において、熱負荷が小さい炉上部・中部領
域(A)には鋳鉄製ステーブを配置し、それよりも下方の
熱負荷の大きい炉下部領域(B)には銅または銅合金製ス
テーブを配置し、それよりも下方の炉最下部領域(C)に
は鋳鉄製ステーブ若しくは銅または銅合金製ステーブを
配置することを特徴とするシャフト炉型冶金炉のステー
ブ配置構造。

【０００８】[2] 上記[1]のステーブ配置構造におい
て、銅または銅合金製ステーブを配置する炉下部領域
(B)が、定常操業時における炉内の主要なスラグ生成開
始領域及びスラグ存在領域を少なくとも含むことを特徴
とするシャフト炉型冶金炉のステーブ配置構造。

【０００９】[3] 上記[1]または[2]のステーブ配置構造
において、炉高方向で炉下部側から順に朝顔部、切立部
およびシャフト部を備え、且つ炉下端側に羽口を備えた
シャフト炉型冶金炉において、銅または銅合金製ステー
ブを配置する炉下部領域(B)が、朝顔部の上部領域、切
立部の全部領域およびシャフト部の下部領域であり、鋳
鉄製ステーブ若しくは銅または銅合金製ステーブを配置
する炉最下部領域(C)が、羽口上方における朝顔部の下
部領域であることを特徴とするシャフト炉型冶金炉のス
テーブ配置構造。

【００１０】

【発明の実施の形態】本発明者らは、高炉等のシャフト
炉型冶金炉における炉壁内側の環境とこの環境下でステ
ーブに要求される適性について詳細な検討を行った。そ
の結果の要点を表１に示す。

【００１１】

【表１】

【００１２】すなわち、シャフト炉型冶金炉の炉高方向
での各領域（部位）の炉内環境とこれに適用されるステ
ーブの適性について、以下のような点が明らかとなっ
た。 (1) 炉上部領域（一般的な高炉の場合の部位：シャフト
部の上部）：この領域は熱負荷が比較的小さく溶融スラ
グも存在しないため、ステーブの溶損は生じにくい。ま
た、この領域に冷却能の大きいステーブを配置した場
合、炉上部における炉内からの抜熱量が大きくなるた
め、大きなエネルギーロスを生じて生産量の低下を招く
とともに、排ガス中の亜鉛やアルカリ類が炉上部の炉壁
に付着し、これが装入物の円滑な降下を妨げるため炉況
が不安定となる。

【００１３】また、この領域では、原料装入面が下降し
た際に装入原料がステーブに直接当たる恐れがあるた
め、剛性の高いステーブを使用する必要がある。したが
って、この領域に適用するステーブは、溶損の防止の観
点よりも抜熱の抑制と装入原料の衝突による損傷、損耗
の防止を主眼とした観点から選定することが好ましい。

【００１４】(2) 炉中部領域（一般的な高炉の場合の部
位：シャフト部の中部）：この領域も熱負荷が比較的小
さく溶融スラグも存在しないため、ステーブの溶損は生
じにくい。また、この領域に冷却能の大きいステーブを
配置した場合にも、上記炉上部領域の場合と同様の問題
を生じる恐れがある。したがって、この領域に適用する
ステーブは、溶損の防止の観点よりも抜熱の抑制を主眼
とした観点から選定することが好ましい。

【００１５】(3) 炉下部領域（一般的な高炉の場合の部
位：シャフト部の下部、切立部、朝顔部の上部）：この
領域は溶融スラグの生成開始領域（シャフト部の下部）
及び溶融スラグの常時存在領域（切立部、朝顔部の上
部）を含む高熱負荷領域であり、この領域に適用するス
テーブは、溶損防止を主眼とし、且つ可能な限り抜熱を
抑制するという観点から選定することが好ましい。

【００１６】(4) 炉最下部領域（一般的な高炉の場合の
部位：朝顔部の下部）：この領域は本来的には溶融スラ
グが存在する高熱負荷領域であるが、一般の高炉等の場
合には炉内壁（ステーブ）に付着したスラグが固化して
凝固スラグ層を形成し、且つこの凝固スラグ層は炉壁の
安息角のために剥離し難いため、ステーブに作用する実
際の熱負荷は比較的小さい。したがって、この領域に適
用するステーブは、上記のような一般的な構造を有する
炉の場合には、溶損の防止の観点よりも抜熱の抑制を主
眼とした観点から選定することが好ましい。一方、炉の
構造上、ステーブに付着した凝固スラグ層が剥離しやす
い場合等には、溶損防止を主眼とし、可能な限り抜熱を
抑制するという観点から選定することが好ましい。

【００１７】また、以上のような炉高方向の各領域に応
じたステーブの適性の検討とともに、使用するステーブ
の種類とその特性について検討を行った結果、鋳鉄製ス
テーブは冷却能が低い分、抜熱の抑制を主眼する領域に
適用するステーブとして好適であること、一方、溶損防
止を主眼とする領域には銅または銅合金製ステーブが好
適であり、特に、この銅または銅合金製ステーブは熱伝
導度が大きいため本体内部の温度が常に低く維持される
だけでなく、以下のような理由により、高熱負荷領域に
おける長寿命化と炉内からの抜熱抑制に極めて有効なス
テーブであることが判った。すなわち、銅または銅合金
製ステーブは、炉の高熱負荷領域においてステーブ本体
から炉内側耐火物が脱落した場合でも、その高い冷却能
の故にステーブ表面に溶融スラグが接触するとすぐに凝
固し、ステーブ表面に難剥離性の凝固スラグ層が生成す
る。この凝固スラグ層は熱伝導度が非常に小さいため、
炉の高熱負荷からステーブを保護し、且つステーブによ
る炉内からの抜熱も適切に抑制されるものである。

【００１８】したがって、本発明では以上のような検討
結果に基づき、熱負荷が比較的小さく、しかも炉からの
抜熱を極力抑制する必要（さらに、炉上部領域について
は装入原料の衝突によるステーブの損傷、損耗を防止す
る必要）がある炉上部・中部領域(A)には鋳鉄製ステー
ブを配置し、それよりも下方の熱負荷の大きい炉下部領
域(B)には銅または銅合金製ステーブを配置し、それよ
りも下方の炉最下部領域(C)には鋳鉄製ステーブまたは
銅または銅合金製ステーブを配置する。図１はシャフト
炉型冶金炉の縦断面図であり、上記炉上部・中部領域
(A)、炉下部領域(B)及び炉最下部領域(C)を(A)〜(C)で
示してある。図において、１はステーブ、２はステーブ
本体の冷却稼動面に固定される炉内側耐火物、３は羽
口、４は鉄皮である。

【００１９】このような本発明のステーブの配置構造に
よれば、炉上部・中部領域(A)に鋳鉄製ステーブを配置
することにより炉内からの抜熱が適切に抑制される。こ
の領域は熱負荷が比較的小さく溶融スラグも存在しない
ため、鋳鉄製ステーブであっても溶損は生じにくい。こ
の領域に鋳鉄製ステーブを配置して炉内からの抜熱を抑
制することにより、大きなエネルギーロスを生じて生産
量の低下を招くことがなく、また、排ガス中の亜鉛やア
ルカリ類が炉上部の炉壁に付着して装入物の円滑な降下
を妨げることもない。また、炉上部領域においては、原
料装入面が下降した際に装入原料がステーブに直接当た
る恐れがあるが、剛性の高い鋳鉄製ステーブが配置され
ているため、ステーブの損傷や摩耗を生じることが少な
い。

【００２０】また、熱負荷が大きく溶融スラグの生成開
始領域及び溶融スラグ存在領域である炉下部領域(B)に
冷却能が高い銅または銅合金製ステーブを配置すること
により、ステーブの溶損等を適切に防止できる。また、
銅または銅合金製ステーブは溶融スラグが存在する高熱
負荷領域においてその表面に難剥離性の凝固スラグ層が
生成し、この凝固スラグ層は熱伝導度が非常に小さいた
め、炉の高熱負荷からステーブを保護してその耐久性が
維持され、しかもステーブによる炉内からの抜熱も適切
に抑制される。

【００２１】さらに、炉最下部領域(C)に鋳鉄製ステー
ブを配置することにより、炉内からの抜熱が適切に抑制
される。この領域は本来的には溶融スラグが存在する高
熱負荷領域であるが、一般の高炉等の場合にはステーブ
に付着して固化したスラグが凝固スラグ層を形成し、且
つこの凝固スラグ層は炉壁の安息角のために剥離し難い
ため、ステーブに作用する実際の熱負荷は比較的小さ
い。したがって、一般的な構造を有する炉の場合には、
鋳鉄製ステーブを配置しても溶損することはない。ま
た、炉の構造上、ステーブに付着する凝固スラグ層が剥
離しやすい場合等には、銅または銅合金製ステーブが配
置され、これによりステーブの溶損防止が図られる。

【００２２】ここで、銅または銅合金製ステーブを配置
する前記炉下部領域(B)としては、定常操業時における
炉内の主要な溶融スラグ生成開始領域及び溶融スラグ存
在領域を少なくとも含む領域であることが好ましい。ま
た、図１に示すような炉高方向で炉下部側から順に朝顔
部、切立部およびシャフト部を備え、且つ炉下端側に羽
口を備えた通常のシャフト炉型冶金炉においては、銅ま
たは銅合金製ステーブを配置する前記炉下部領域(B)は
朝顔部の上部領域、切立部の全部領域およびシャフト部
の下部領域となり、鋳鉄製ステーブ若しくは銅または銅
合金製ステーブを配置する前記炉最下部領域(C)は羽口
上方における朝顔部の下部領域となる。

【００２３】このように本発明のステーブ配置構造で
は、熱負荷が比較的小さく溶融スラグのの存在しない炉
上部・中部領域(A)や、高熱負荷領域であっても炉壁付
着物（凝固スラグ層）のために熱負荷が問題とならない
炉最下部領域(C)については、抜熱が少なく且つ安価な
鋳鉄製ステーブを配置することで、設備コストの低減化
と炉からの抜熱の抑制が図られつつステーブの耐久性が
維持され、しかも、炉上部・中部領域においては、抜熱
の抑制によって炉壁付着物の生成が抑えられることによ
り、炉内装入物の円滑な降下を維持できる、装入原料の
衝突によるステーブの損傷、損耗を防止できる等の効果
も得られる。一方、溶融スラグが存在する高熱負荷領域
である炉下部領域(B)については、冷却能が高い銅また
は銅合金製ステーブを配置することでステーブの溶損等
が適切に防止されるとともに、溶融スラグの急冷により
ステーブ表面に生成した凝固スラグ層がステーブを保護
し且つ炉内からの抜熱も抑制する作用をするため、炉か
らの抜熱の抑制が図られつつステーブの耐久性が適切に
維持される。

【００２４】このように本発明によれば、鋳鉄製ステー
ブと銅または銅合金製ステーブとを炉壁内側の環境に応
じて使い分けることにより炉全体のステーブの耐久性を
適切に維持でき、且つ炉内からの抜熱も極力抑制するこ
とができる。このため炉の高寿命化、エネルギーコスト
の低減化を合理的に図ることができ、また、個々のステ
ーブの冷却能や耐溶損性を過度に高める必要がないため
設備コストの低減化も図ることができる。

【００２５】銅または銅合金製ステーブには、圧延材等
から機械加工して得られるステーブや鋳銅製ステーブ
（例えば、冷却パイプを鋳銅で鋳含むタイプのもの等を
含む）等があるが、本発明ではいずれの形式のステーブ
を用いてもよく、構造や材質、製造法等は問わない。但
し、鋳銅製ステーブは、機械加工により得られるステー
ブに較べて熱伝導度は低いものの製造コストが小さく、
また、炉プロフィールに応じた製作も自由にできること
から、鋳銅製ステーブを用いる方がより好ましい。

【００２６】銅製のステーブとしては、例えばＪＩＳ
Ｈ ５１００に規定されたＣｕＣ１、ＣｕＣ２、ＣｕＣ
３等が用いられ、また、銅合金製のステーブとしては、
例えばクロームジルコン銅、ベリリウム銅等の低合金銅
が用いられる。また、本発明のステーブ配置構造は、高
炉以外のシャフト炉型冶金炉（例えば、スクラップ溶解
炉等）にも適用することができる。

【００２７】なお、上述した理由により炉上部・中部領
域(A)に適用すべきステーブとしては鋳鉄製ステーブが
最適であることから、本発明ではこれに限定したが、場
合によっては、他の素材によるステーブ或いは鋳鉄と他
の素材とを組み合わせたステーブであって、鋳鉄製ステ
ーブと略同程度の冷却能を有するステーブがある場合に
は、これを炉上部・中部領域(A)における鋳鉄製ステー
ブの一部または全部に代えて用いてもよい。また、同様
に鋳鉄製ステーブと略同程度の冷却能を有する冷却函を
炉上部・中部領域(A)における鋳鉄製ステーブの一部ま
たは全部に代えて用いてもよい。

【００２８】

【発明の効果】以上述べた本発明によれば、シャフト炉
型冶金炉における炉全体のステーブの耐久性を効果的に
維持でき、且つステーブによる炉内からの抜熱も極力抑
制することができる。このため炉の高寿命化、エネルギ
ーコストの低減化を合理的に図ることができ、また、個
々のステーブの冷却能や耐溶損性を過度に高める必要が
ないため、設備コストの低減化も図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のステーブ配置構造が適用されたシャフ
ト炉型冶金炉の縦断面図

【符号の説明】

１…ステーブ、２…炉内側耐火物、３…羽口、４…鉄
皮、(A)…炉上部・中部領域、(B)…炉下部領域、(C)…
炉最下部領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 荒木 常夫 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 松浦 正博 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 寺田 周雄 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 牛膓 誠 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉高方向において、熱負荷が小さい炉上
   部・中部領域(A)には鋳鉄製ステーブを配置し、それよ
   りも下方の熱負荷の大きい炉下部領域(B)には銅または
   銅合金製ステーブを配置し、それよりも下方の炉最下部
   領域(C)には鋳鉄製ステーブ若しくは銅または銅合金製
   ステーブを配置することを特徴とするシャフト炉型冶金
   炉のステーブ配置構造。
2. 【請求項２】 銅または銅合金製ステーブを配置する炉
   下部領域(B)が、定常操業時における炉内の主要な溶融
   スラグ生成開始領域及び溶融スラグ存在領域を少なくと
   も含むことを特徴とする請求項１に記載のシャフト炉型
   冶金炉のステーブ配置構造。
3. 【請求項３】 炉高方向で炉下部側から順に朝顔部、切
   立部およびシャフト部を備え、且つ炉下端側に羽口を備
   えたシャフト炉型冶金炉において、銅または銅合金製ス
   テーブを配置する炉下部領域(B)が、朝顔部の上部領
   域、切立部の全部領域およびシャフト部の下部領域であ
   り、鋳鉄製ステーブ若しくは銅または銅合金製ステーブ
   を配置する炉最下部領域(C)が、羽口上方における朝顔
   部の下部領域であることを特徴とする請求項１または２
   に記載のシャフト炉型冶金炉のステーブ配置構造。