JP4029764B2

JP4029764B2 - Stave cooler

Info

Publication number: JP4029764B2
Application number: JP2003120315A
Authority: JP
Inventors: 義久中村; 渉水越
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-04-24
Filing date: 2003-04-24
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2023-04-24
Also published as: JP2004324986A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば銅又は銅合金からなる圧延材や鍛造材として製造され、例えば高炉の炉壁を冷却するためのステーブクーラに関し、板状のステーブクーラ本体とこのステーブクーラ本体を冷却するための冷却液体を流す給排液管とを締結固定することにより、溶接部の亀裂を生じることなく、製造コストの上昇を抑制できるとともに運搬及び取付けを簡素化できるステーブクーラに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、高炉の羽口からの微粉炭の吹き込み量が増加する傾向にあり、これに伴って、高炉の炉壁への熱負荷やその変動幅が増加するようになっている。この熱負荷から高炉の鉄皮を保護するため、従来の鋳鉄製のステーブクーラに代わって、耐火材料を備えた銅製のステーブクーラが採用され始めている。
【０００３】
以下、銅製のステーブクーラ本体に銅製の冷却水管を溶接した従来のステーブクーラの構造について説明する。
図５は、特許文献１に記載されたステーブクーラを示す断面図である。
【０００４】
同図に示すように、このステーブクーラは、圧延材や鍛造材として製造されるステーブクーラ本体１に穿孔加工を行って冷却水路３を形成し、開口を栓（プラグ）４で密封し、密封した栓４の端面を湾曲形状４’に加工して冷却水路３内の冷却水の流通を円滑化して冷却水の圧損を低減する。ステーブクーラ本体１の排水口５に冷却水を流す給排水管８が溶接部16を形成して溶接されており、炉内部に面する側には耐火材料２が装着されている。
【０００５】
図６は、特許文献１に従来例として記載されたステーブクーラを示す断面図である。
このステーブクーラも図５に示すステーブクーラと同様に、鍛造または圧延された銅又は銅合金からなるステーブクーラ本体１にドリル加工を行って冷却水路３を設け、ステーブクーラ本体１に開孔された孔に直交する向きに設けられた排水口５に給排水管８を溶接部16を形成して溶接する。
【０００６】
さらに、図７〜９は、それぞれ、特許文献２に従来例として記載されたステーブクーラ３を示す断面図、断面図、平面図である。
この発明におけるステーブクーラ本体１は、連続鋳造鋳型によってロッド状のインサートによって連続鋳造方向に冷却水路３が形成される。図７に示すように冷却水路３の上下の開放端は栓（プラグ）４により閉止され、給排水管８はステーブクーラ本体１に溶接により直交して取り付けられている。ステーブクーラ本体１は、固定ピン18及びスぺ−サ17によって所定間隙を保って鉄皮６に設置される。
【０００７】
図10及び図11は、特許文献３に従来例として記載されたステーブクーラを示す平面図及び断面図である。この発明は、銅又は銅合金から成り、鍛造又は圧延される鋳塊から製造され、ステーブクーラ本体１の内部に冷却水路３が設けられたものである。図11の断面図には冷却水路３の下端を栓（プラグ）４としての溶接個所又はろう付け個所により密に閉鎖されている。冷却水の給水及び排水は、垂直に設けられた４つの冷却水路３と、上下に溶接もしくはろう付け接続される給排水管８を介して行われる。
【０００８】
【特許文献１】
特開2002−60817 号公報
【特許文献２】
特表2001−507630号公報
【特許文献３】
特開平８−269510号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来のステーブクーラでは、いずれも、銅又は銅合金製のステーブクーラ本体に給排水管が溶接される。給排水管８は、ステーブクーラ本体１と溶接接合上同材質の銅管が使用され、従来例のように給排水口５に給排水管８の端部を差し込み、ステーブクーラ本体１の給排水口の外縁部に開先をとってレ型隅肉溶接16により接合されているため、以下に列記する課題▲１▼及び▲２▼がある。
【００１０】
▲１▼給排水管８の付け根の溶接部16に関して
炉内における熱負荷の変動に伴ってステーブクーラには塑性ひずみが生じ、この繰り返しによって熱疲労亀裂が発生する。亀裂が発生すると予想される部位は、ステーブクーラ本体１の背面の取付ボルトの（図示無し）付け根部と給排水管８の付け根の溶接金属部であり、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。このように、ステーブクーラ本体１の母材と給排水管８を溶接接合することによる、溶接部の欠陥及び亀裂の誘発原因となる溶接残留ひずみが発生する。
【００１１】
このため、このステーブクーラでは、ステーブクーラ本体１の給排水管８が鉄皮６を貫通する箇所を密封接合する際に、ベローズ22を介して行ない、鉄皮の炉外側にそのためのスペースが必要であった。
【００１２】
▲２▼給排水管８がステーブクーラ本体１から複数個突出して設けられることに関して
ステーブクーラの製作工場から高炉の取付現場までの運搬・ハンドリングに際し、突き出した給排水管８の曲損や、突き出した給排水管８の付け根における溶接部の損傷等が生じるため、ステーブクーラ同士を積み重ねることができない。このため、広い仮置きスペースを確保する必要がある。また、ステーブクーラ本体１は、積み重ねできないために個別に取り扱う必要があり、運搬回数や運搬費用が多大となる。
【００１３】
さらに、高炉の取付現場までの横持ちや吊り上げ上架の運搬ハンドリングに際しても、突き出した給排水管８の曲損等を生じないように、作業員に多大な取り扱い上の注意を要求する不便さがある。
【００１４】
本発明の目的は、このような従来の技術が有する課題に鑑み、溶接部の亀裂を生じることなく、製造コストの上昇を抑制できるとともに運搬及び取付けも簡素化できるステーブクーラを提供することである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、冷却液体が流通するための給排液路を内部に有する銅又は銅合金製のステーブクーラ本体、この給排液路との間で前記冷却液体の授受を行うための、オーステナイト系ステンレス鋼からなる給排液管、及び締結用ボルトが貫通するボルト孔を有し、このボルト孔を貫通する締結用ボルトがステーブクーラ本体に設けられた雌ネジ部に螺合することによりステーブクーラ本体の背面をなす平面に締結されて固定されるとともに、給排液路及び給排液管に連通する貫通孔と、この貫通孔の内壁面に段差状に設けられて給排液管を嵌合して固定するための嵌合部と、この嵌合部に嵌合された給排液管の外表面と貫通孔の外縁部との間に円周状に設けられる溶接部とを有する鋼製の連結部材を備えることを特徴とするステーブクーラである。
【００１８】
さらに、これらの本発明に係るステーブクーラでは、締結用ボルトと雌ネジ部との間にはヘリサートが挿着されることが望ましい。
【００１９】
【発明の実施の形態】
(第１の実施の形態)
以下、本発明に係るステーブクーラの実施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以降の説明では、冷却液体が冷却水である場合を例にとる。これに伴って、「給排液路」は給排水路と表記するとともに「給排液管」は給排水管と表記する。
【００２０】
図１は、本実施の形態のステーブクーラ１を示す部分断面図であり、図２は、図１におけるＩ−Ｉ矢視図である。なお、以降の説明では、上述した図５〜図11に示す各ステーブクーラの構成要素と同一の構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を適宜省略する。
【００２１】
図１及び図２に示すように、ステーブクーラ本体１は、炉壁を冷却する銅又は銅合金からなり、高炉の鉄皮６の内面に設置される。なお、図１及び図２では、ステーブクーラ本体１の上部のみ示しているが、下部も上部と略同様に構成されており、冷却水は図示しない下部の給水口から流入し、上部排水口５から流出する。ステーブクーラ本体１の背面には、ステーブクーラ本体１を鉄皮６に固定するための取り付けボルト（図示しない）が設けられている。高炉の内面を形成するステーブクーラの前面には凹凸状の溝を形成し、この溝に耐火材料２が装着されている。
【００２２】
板状のステーブクーラ本体１には、ステーブ端面からドリル等を用いた穿孔加工によって、４本の給排水路３が形成され、ステーブ端面の開口は栓４により封止されている。
【００２３】
本実施の形態では、給排水管８が、この給排水路３に連通する貫通穴10b を有するとともにステーブクーラ本体１に締結されて固定される連結部材10を介して、ステーブクーラ本体１に締結される。
【００２４】
すなわち、ステーブクーラ本体１の外表面から給排水路３に連通する給排水口５が穿孔され、突き出し物のない板状のステーブクーラ本体１に、別置の後付けする連結部材10に固定された給排水管８を、気密を保たせるためのパッキン12を挟んで締結用ボルト11により締結固定する。
【００２５】
給排水管８は、貫通孔10b の内壁面に同心円状かつ段差状に設けられた嵌合孔である嵌合部10a に嵌合されて固定される。そして、嵌合部10a に嵌合された給排水管８の外表面と貫通孔10b の外縁部10b'との間には、円周状に溶接部15が設けられている。このように、給排水管８は、嵌合部10a に嵌合され、さらに溶接部15を形成されることによって、連結部材10に強固に固定される。
【００２６】
連結部材10の接合面の形状として、図１に典型的な全面座タイプを示すが、この全面座タイプの他に、平面座タイプやはめ込み座タイプ等の各種の形状が公知であり、適宜使用することができる。
【００２７】
このため、板状のステーブクーラ本体１と、連結部材10に固定された給排水管８を別々に製作し、高炉での取付現場において簡単に接合できるため、従来例の課題であるステーブクーラ本体１の母材と冷却配管８とを溶接接合することに起因した、溶接部の欠陥及び亀裂誘発原因となる溶接残留ひずみの発生をともに防止できる。
【００２８】
また、本実施の形態では、ステーブクーラ本体１と給排水管８とを連結部材10を介して接合する。この接合は、いわゆるフランジ接合に属するものであるが、このフランジ接合は、本来、内部を流通する流体が接合部から漏洩するのを防ぐためにフランジとフランジとの間にパッキン（ガスケット）を鋏み、ボルト及びナットを十分締めつけてその上に内圧以上の圧力を付与するものである。この場合、使用するボルトの直径は一般的に冷却管の壁の肉厚によって決められ、またその本数は冷却管の直径から算出されるが、既に規格があって内圧条件が決定されれば直ちに選定できる。
【００２９】
本実施の形態では、流体すなわち冷却水の圧力は、せいぜい１MPa(10Kg/cm²）以下であり、フランジの肉厚、ボルト径及び本数も容易に選定できる。
ここで、炉内の熱負荷の変動に伴ってステーブクーラ本体１には塑性ひずみが生じて熱疲労亀裂が発生すると予想される部位は、従来のステーブクーラ本体の背面の取付ボルトの付け根部と冷却配管の付け根の銅同士の溶接金属部であり、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。
【００３０】
しかし、本実施の形態では、給排水管８の突き合わせ溶接をやめ、給排水管８を連結部材10の嵌合部10a に嵌合するとともに溶接部15を形成して溶接することにより、溶接部15に作用する応力を充分に低減しながら、給排水管８を連結部材10に強固に設置することができる。
【００３１】
すなわち、従来例のように冶金的結合（溶接）をするためにステーブクーラ本体１と給排水管とは同材質の銅しか採用できなかったが、本実施の形態では、給排水管８を連結部材10の嵌合部10a に嵌合してボルト締結による機械的接合を主体として、さらに溶接を併用するため、機械的強度の高い鋼製フランジに強固に溶接接合された鋼製の給排水管８（鋼管）を、異種材料の銅製のステーブクーラ本体１に確実に固定することができる。
【００３２】
これにより、従来問題となっていた炉内の熱負荷の変動に伴ってステーブクーラ１に塑性ひずみを生じ、この繰り返しによって給排水管８の付け根の溶接金属部に生じる熱疲労亀裂を抑制でき、機械的接合により充分に強度確保するとともに銅製のステーブクーラ本体１の信頼性を一層高めることができる。
【００３３】
また、ステーブクーラ本体１から突出している給排水管８はステーブクーラ本体１と連結部材10との接合によって曲げや引張りの機械的強度が向上するので、ステーブクーラ本体１に給排水管８が鉄皮６を貫通する箇所を密封接合する際に、鉄皮の貫通部の密封も簡単なものでよく、従来用いられていた鉄皮を貫通する給排水管８のベローズ22を用いる必要がなくなり、ベローズ22を省略できる。このため、図１に示すように、ステーブクーラ本体１から突出する部分を給排水管８よりも径の大きい鋼管を用いて２重管のようにシール金物７とすることによって補強効果を得ることができ、これにより、給排水管８の鉄皮６の外側での長さを短縮することができ、設置スペースを小さくすることができる。
【００３４】
また、板状のステーブクーラ本体１と、連結部材10を装着された給排水管８とを別々に製作し、高炉での取付現場で接合することができるため、製造コストを低減でき、運搬やハンドリング等の取扱い作業を簡素化できる。また、ステーブクーラの製作工場から高炉の取付現場までの運搬・ハンドリングに際し、給排水管８がステーブクーラ本体１から突き出していないため、この板状のステーブクーラ同士を積み重ねることができ、広い仮置きスペースも不要となり、運搬費用も低減できる。
【００３５】
また、連結部材10に給排水管８を取り付ける作業も、嵌合部10a に給排水管８を嵌め込んでからその周囲を溶接して溶接部15を形成するだけで済むため、例えば、給排水管８の位置決めのための専用治具等を用いる必要もなく、作業も簡単である。ステーブクーラの設置数は極めて多いが、本実施の形態によれば、高炉の休風時間内に確実に作業を行うことができる。
【００３６】
さらに、連結部材10と給排水管８との間の気密性は、嵌合部10a に給排水管８を嵌め込んで溶接部15を形成するだけ、確実に確保できる。このため、シール部材装着といった余分な作業を行う必要もなく、この点からも、本実施の形態によれば、高炉の休風時間内に確実に作業を行うことができる。
【００３７】
このように、本実施の形態のステーブクーラによれば、(i) 冷却水が流通するための給排水路３を内部に有する銅又は銅合金製のステーブクーラ本体１、(ii)給排水路３との間で冷却液体の授受を行うための給排水管８、(iii) ステーブクーラ本体１に締結されて固定されるとともに、給排水路３及び給排水管８に連通する貫通孔10b と、貫通孔10b の内壁面に段差状に設けられ、給排水管８を嵌合して固定するための嵌合部10a とを有する連結部材10、及び(iv)嵌合部10a に嵌合された給排水管８の外表面と、貫通孔10b の外縁部との間に円周状に設けられた溶接部15を備えるため、よりよい接合を提供でき、これにより、給排水管８とステーブクーラ本体１との固定部が炉外から見えないことに起因した信頼性の低下を解消することができる。
【００３８】
ところで、本実施の形態では、銅製のステーブクーラ本体１に鋼製の締結用ボルト11をねじ込むことにより、ステーブクーラ本体１と給排水管８とを固定する。このため、銅製の雌ネジ部の強度に不安がある。すなわち、銅又は銅合金からなるステーブクーラ本体１に連結部材10の締結用ボルトのねじ孔について、母材が銅製のステーブクーラ本体１に鋼製もしくはオーステナイト系ステンレス鋼製の締結用ボルト11をねじ込む場合、雌ネジ部に強度上の不安がある。本実施の形態の信頼性を一層高めるポイントは、機械的強度が小さい銅製のステーブクーラ本体１の雌ネジ部の強度確保である。
【００３９】
そこで、締結用ボルト11と雌ネジ部との間にヘリサートを挿着することが望ましい。これにより、(i) 強度上不安のある鋳鉄、銅や軽合金等の母体の雌ネジ部を強化でき、(ii)耐久性のある結合ができ、摩耗、腐食さらには振動等からねじ山の破損を防止することができ、頻繁に組立分解を行っても破損することがない耐久性のある結合が得られ、(iii) 疲れ限度を増すことができ、ねじのかみ合いの接触率が向上し、ナット座面からの第一ねじ山が負担する負荷量を減らすことができる。
【００４０】
図３は、締結用ボルト19と雌ネジ部20と間にヘリサート21を挿着した状態の一例を示す説明図である。
この例では、ヘリサートタップ孔を雌ネジ部20を母体としてステーブクーラ本体１に穿孔し、ステンレス鋼製のヘリサート21を雌ねじ部20に挿着する。なお、ヘリサート21をステンレス鋼製としているのは、耐食性、耐熱性及び電気的防食性が全てマッチしているためである。
【００４１】
また、連結部材10、締結用ボルト11及び給排水管８の材質について、従来のようにステーブクーラ本体１と同材質の銅を用いるよりも、銅よりも引張強度が2.5 倍以上もあり機械的強度が高い鋼を用いることが望ましい。
【００４２】
さらに望ましいのは、連結部材10、締結用ボルト11および給排水管８には、オーステナイト系ステンレス鋼を用いるのが好適である。オーステナイト系ステンレス鋼は線膨張率が17.3×10^-6／℃と、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難い。また、ステーブクーラの給排水管８や連結部材10の耐食性を向上させることもできる。
【００４３】
また、各種金属材料はそれぞれ固有の電位を呈しており、金属材料が湿った環境の中で腐食する場合、その大部分は電気化学的な反応によるものある。金属がイオンとなって溶解するときの電位はそれぞれの金属によって異なる。例えば、鉄鋼材料の防食電位は−0.77(V.SCE) であり、銅又は銅合金では−0.35〜−0.5(V.SCE)であり、さらにステンレス鋼では−0.4 〜−0.7(V.SCE)である。異種金属、すなわち異なった電位の金属を電解質中（水中や海水中）で組み合わせると、イオン化傾向の相違により、低電位の金属が腐食することがよく知られている。例えば、銅と鉄を組み合わせた場合、電位が卑な金属「鉄」がアノード（陽極）、貴な金属「銅」がカソード（陰極）となって電池を形成し、アノード側の金属「鉄」が腐食する。
【００４４】
従来例では、銅製のステーブクーラの給排水管を銅製とし、炉外側で各ステーブクーラ間を連絡する管に安価な鋼管を用いていたが、銅管と鋼管とを溶接出来ないこともあり、フランジ接合としていた。しかし、上述した電気化学的腐食を回避するために両フランジの合わせ面のパッキンには電気的絶縁可能な、例えばゴムパッキンを使用せざるを得なかった。さらに、フランジ接合のボルトにはプラスチックの絶縁スリーブを使用せざるを得なかった。
【００４５】
しかし、本実施の形態において、強度部材側である連結部材10と給排水管８とにオーステナイト系ステンレス鋼を用いれば、銅及びオーステナイト系ステンレス鋼それぞれの防食電位値が近いため、両金属を組み合わせても電気化学的な腐食進行は極めて少なく、電気的絶縁を行う必要もない。
【００４６】
また、本実施の形態によれば、給排水管８に鋼管を使用できるので、各ステーブクーラ間を連絡する配管をエルボ９等を介して溶接で接合できる。そのため、従来のように、銅製のステーブクーラ本体を鉄皮６に取付けた後に、銅製の給排水管８の端面にフランジを溶接接合し、このフランジと鋼製の連絡配管のフランジと締結する煩わしさも解消できる。
【００４７】
さらに、図１において、ステーブクーラ本体１の穿孔端面と、連結部材10の接合面との間の気密を保たせるためのパッキン12の材質は、フランジ面の損傷を避けるために連結部材10よりも柔らかいものを用いるのが望ましい。温度条件により、適宜石綿入りの金属パッキンや高温・高圧用に多く用いられる金属パッキンを用いることができる。
【００４８】
以上述べたように、本実施の形態のステーブクーラは、給排水管８をステーブクーラ本体１に溶接するのではなく、連結部材10を用いて給排水管８をステーブクーラ本体１に固定するため、以下に列記する効果が奏せられる。
【００４９】
(a)炉内の熱負荷の変動に伴ってステーブクーラ本体１に塑性ひずみを生じ、この繰り返しによって冷却配管の付け根における溶接金属部の熱疲労による亀裂を防止でき、銅製のステーブクーラの信頼性を一層高めることができる。
【００５０】
(b)ステーブクーラ本体１から突出している給排水管は、強度上不安のある鋳鉄、銅や軽合金等の母体の雌ネジ部分を強化できるため、フランジ及びボルト接合により機械的強度が向上するので、従来用いられていたようなベローズを用いる必要はない。このため、ステーブクーラ本体１から突出する部分をこの給排水管よりも径の大きい鋼管で２重管のようにシール金物７とすることによって補強効果を高めることができ、そのため、給排水管の鉄皮の外側における長さを短縮でき、鉄皮の貫通部の密封も簡単なものでよく、スペースを小さくできる。
【００５１】
(c)板状のステーブクーラ本体１と、連結部材10を備えた給排水管８とを別々に製作し、高炉での取付現場で接合できるので、製造コストを低減でき運搬ハンドリングや取扱い作業も簡素化できる。
【００５２】
(d)ステーブ製作工場から高炉での取付現場までの運搬ハンドリングに際し、給排水管が突き出していない箱状のステーブクーラ同士を積み重ねることができるので、広い仮置きスペースが不要となり、運搬費用も低減できる。
【００５３】
(第２の実施の形態)
さらに、第２の実施の形態を説明する。なお、以降の説明では、上述した第１の実施の形態と相違する部分を説明し、同一の部分には同一の符号を付すことにより重複する説明を省略する。
【００５４】
図４は、本実施の形態のステーブクーラの断面図である。
本例は、ステーブクーラ本体１の穿孔端面と連結部材10の接合面との間の気密を保つためにＯリング14を用いている。Ｏリング14は、往復動のすべり面、固定面の漏れ止め用として用いられるものであり、断面円形の簡単な取り扱いが簡便で廉価である。このため、例えば、板状のステーブクーラ本体１の冷却水路３の設置間隔を狭くしたい場合等に好適である。
【００５５】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明により、溶接部の亀裂を生じることなく、製造コストの上昇を抑制できるとともに運搬及び取付けを簡素化できるステーブクーラを提供することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態のステーブクーラを示す断面図である。
【図２】図１におけるＩ−Ｉ矢視図である。
【図３】締結用ボルトと雌ネジ部と間にヘリサートを挿着した状態の一例を示す説明図である。
【図４】第２の実施の形態のステーブクーラの断面図である。
【図５】特許文献１に記載されたステーブクーラを示す断面図である。
【図６】特許文献１に従来例として記載されたステーブクーラを示す断面図である。
【図７】特許文献２に従来例として記載されたステーブクーラを示す断面図である。
【図８】特許文献２に従来例として記載されたステーブクーラを示す断面図である。
【図９】特許文献２に従来例として記載されたステーブクーラを示す平面図である。
【図１０】特許文献３に従来例として記載されたステーブクーラを示す平面図である。
【図１１】特許文献３に従来例として記載されたステーブクーラを示す断面図である。
【符号の説明】
１：ステーブ本体、２：耐火材料、
３：冷却水路、４：栓（プラグ）
５：排水口（給排水口）６：鉄皮、
７：シール金物、８：冷却水配管、
９：エルボ、 10：連結部材
10a ：嵌合部 10b 貫通孔
11：ボルト、 12：パッキン、
13：Ｏリング、 14：Ｏリング溝
15：溶接部、 16：配管溶接部、
17：スペーサー、 18：ネジ孔、
19：おねじ、 20：めねじ、
21：ヘリサート、 22：ベローズ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stave cooler for cooling a furnace wall of a blast furnace, for example, manufactured as a rolled material or a forging material made of, for example, copper or a copper alloy, for cooling a plate-shaped stave cooler body and the stave cooler body. The present invention relates to a stave cooler capable of suppressing an increase in manufacturing cost and simplifying transportation and attachment without causing cracks in a welded portion by fastening and fixing to a supply / drainage pipe through which cooling liquid flows.
[0002]
[Prior art]
In recent years, the amount of pulverized coal blown from the tuyere's tuyere tends to increase, and along with this, the thermal load on the furnace wall of the blast furnace and its fluctuation range have increased. In order to protect the blast furnace iron skin from this heat load, a copper stave cooler equipped with a refractory material has begun to be used in place of the conventional cast iron stave cooler.
[0003]
The structure of a conventional stave cooler in which a copper cooling water pipe is welded to the copper stave cooler body will be described below.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a stave cooler described in Patent Document 1. As shown in FIG.
[0004]
As shown in the figure, this stave cooler is formed by punching a stave cooler body 1 manufactured as a rolled material or a forged material to form a cooling water channel 3 and sealing an opening with a plug 4. The end face of the stopper 4 is processed into a curved shape 4 ′ to facilitate the circulation of the cooling water in the cooling water passage 3 and reduce the pressure loss of the cooling water. A water supply / drain pipe 8 for flowing cooling water is welded to the drain outlet 5 of the stave cooler body 1 to form a welded portion 16, and a refractory material 2 is mounted on the side facing the furnace interior.
[0005]
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating a stave cooler described in Patent Document 1 as a conventional example.
Similarly to the stave cooler shown in FIG. 5, this stave cooler was drilled in the stave cooler body 1 made of forged or rolled copper or copper alloy to provide a cooling water channel 3, and the stave cooler body 1 was opened. A water supply / drain pipe 8 is welded to a drain port 5 provided in a direction orthogonal to the hole by forming a welded portion 16.
[0006]
7 to 9 are a cross-sectional view, a cross-sectional view, and a plan view showing a stave cooler 3 described as a conventional example in Patent Document 2, respectively.
In the stave cooler body 1 according to the present invention, the cooling water channel 3 is formed in the continuous casting direction by a rod-shaped insert by a continuous casting mold. As shown in FIG. 7, the upper and lower open ends of the cooling water channel 3 are closed by a plug 4, and the water supply / drainage pipe 8 is attached to the stave cooler main body 1 at right angles by welding. The stave cooler body 1 is installed on the iron skin 6 with a predetermined gap by a fixing pin 18 and a spacer 17.
[0007]
10 and 11 are a plan view and a cross-sectional view showing a stave cooler described as a conventional example in Patent Document 3. FIG. The present invention is made of an ingot that is made of copper or a copper alloy, forged or rolled, and is provided with a cooling water passage 3 inside a stave cooler body 1. In the cross-sectional view of FIG. 11, the lower end of the cooling water channel 3 is tightly closed by a welding point or a brazing point as a plug 4. Water supply and drainage of the cooling water is performed through four cooling water channels 3 provided vertically and a water supply / drainage pipe 8 welded or brazed up and down.
[0008]
[Patent Document 1]
JP 2002-60817 A [Patent Document 2]
JP 2001-507630 [Patent Document 3]
JP-A-8-269510 [0009]
[Problems to be solved by the invention]
In any of these conventional stave coolers, the water supply / drainage pipe is welded to the stave cooler body made of copper or copper alloy. The water supply / drainage pipe 8 is made of a copper pipe made of the same material as the welded joint of the stave cooler body 1. The end of the water supply / drainage pipe 8 is inserted into the water supply / drainage outlet 5 as in the conventional example, and the outer edge of the water supply / drainage outlet of the stave cooler main body 1 is used. Therefore, there are problems {circle around (1)} and {circle around (2)} listed below.
[0010]
{Circle around (1)} With respect to the welded portion 16 at the base of the water supply / drainage pipe 8, plastic strain occurs in the stave cooler as the heat load in the furnace varies, and thermal fatigue cracks are generated by this repetition. The parts where cracks are expected to occur are the welded metal parts at the base of the mounting bolt (not shown) on the back of the stave cooler body 1 and the base of the water supply / drainage pipe 8, and the weld strength against bending and tension is not necessarily sufficient. I can't say that. As described above, welding residual strain that causes defects in the weld and cracks is caused by welding and joining the base material of the stave cooler body 1 and the water supply / drainage pipe 8.
[0011]
For this reason, in this stave cooler, when the water supply / drainage pipe 8 of the stave cooler body 1 is hermetically joined to the portion through the iron skin 6, it is performed via the bellows 22, and a space for this is required outside the iron skin furnace. there were.
[0012]
(2) Concerning the fact that a plurality of water supply / drainage pipes 8 are provided protruding from the stave cooler main body 1, the protruding water supply / drainage pipe 8 may be bent and the water supply / drainage protruded during transportation and handling from the stave cooler manufacturing plant to the blast furnace installation site. Since the welded portion at the base of the tube 8 is damaged, the stave coolers cannot be stacked. For this reason, it is necessary to ensure a wide temporary storage space. Moreover, since the stave cooler main body 1 cannot be stacked, it has to be handled individually, and the number of times of transportation and transportation costs are increased.
[0013]
Furthermore, there is an inconvenience that requires a great deal of attention on the operator so that the protruding water supply / drainage pipe 8 may not be bent during horizontal handling up to the installation site of the blast furnace or handling of the lifting rack. .
[0014]
An object of the present invention is to provide a stave cooler capable of suppressing an increase in manufacturing cost and simplifying transportation and mounting without causing cracks in a welded portion, in view of the problems of such conventional techniques. .
[0015]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a copper or copper alloy stave cooler body having a supply and discharge liquid passage for circulating a cooling liquid therein , and an austenite system for transferring the cooling liquid to and from the supply and discharge liquid path. A stainless steel feed and drain pipe and a bolt hole through which a fastening bolt passes, and the fastening bolt that passes through the bolt hole is screwed into a female screw portion provided in the main body of the stave cooler. It is fastened and fixed to a plane that forms the back of the main body , and is provided with a through hole communicating with the supply / drain liquid passage and the supply / drain liquid pipe, and a stepped shape is provided on the inner wall surface of this through hole to fit the supply / drain liquid pipe Steel having a fitting portion for fixing together and a weld portion provided circumferentially between the outer surface of the supply / drainage pipe fitted to the fitting portion and the outer edge portion of the through hole is a stave cooler, characterized in that it comprises the manufacturing of the coupling member
[0018]
Further, in the stave cooler according to the present invention, it is desirable to insert a helicate between the fastening bolt and the female screw portion.
[0019]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of a stave cooler according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, a case where the cooling liquid is cooling water is taken as an example. Accordingly, the “supply / drainage channel” is expressed as a supply / drainage channel, and the “supply / drainage channel” is expressed as a supply / drainage tube.
[0020]
FIG. 1 is a partial cross-sectional view showing a stave cooler 1 according to the present embodiment, and FIG. 2 is a view taken in the direction of arrows I-I in FIG. In the following description, the same components as those of each of the stave coolers shown in FIGS. 5 to 11 described above are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate.
[0021]
As shown in FIGS. 1 and 2, the stave cooler main body 1 is made of copper or a copper alloy for cooling the furnace wall, and is installed on the inner surface of the iron shell 6 of the blast furnace. 1 and 2, only the upper portion of the stave cooler main body 1 is shown, but the lower portion is configured in substantially the same manner as the upper portion, and the cooling water flows in from a lower water supply port (not shown), and the upper drain port 5 Spill from. A mounting bolt (not shown) for fixing the stave cooler body 1 to the iron skin 6 is provided on the back surface of the stave cooler body 1. An uneven groove is formed on the front surface of the stave cooler forming the inner surface of the blast furnace, and a refractory material 2 is mounted in the groove.
[0022]
In the plate-like stave cooler body 1, four water supply / drain passages 3 are formed by drilling from the end face of the stave using a drill or the like, and the opening of the end face of the stave is sealed with a plug 4.
[0023]
In the present embodiment, the water supply / drainage pipe 8 is fastened to the stave cooler main body 1 via a connecting member 10 having a through hole 10b communicating with the water supply / drainage passage 3 and fastened to the stave cooler main body 1. .
[0024]
In other words, a water supply / drainage port 5 communicating with the water supply / drainage channel 3 from the outer surface of the stave cooler main body 1 is perforated, and a water supply / drainage pipe fixed to a plate-like stave cooler main body 1 having no protrusions and attached to a separate post-attachment member 10. 8 is fastened and fixed by fastening bolts 11 with a packing 12 for maintaining airtightness.
[0025]
The water supply / drainage pipe 8 is fitted and fixed to a fitting portion 10a which is a fitting hole provided concentrically and stepwise on the inner wall surface of the through hole 10b. A welded portion 15 is provided circumferentially between the outer surface of the water supply / drain pipe 8 fitted to the fitting portion 10a and the outer edge portion 10b ′ of the through hole 10b. In this way, the water supply / drainage pipe 8 is firmly fixed to the connecting member 10 by being fitted to the fitting portion 10a and further forming the welded portion 15.
[0026]
As the shape of the joint surface of the connecting member 10, a typical full face seat type is shown in FIG. 1. In addition to this full face seat type, various shapes such as a flat seat type and a telescoping seat type are known and used appropriately. can do.
[0027]
For this reason, the plate-like stave cooler body 1 and the water supply / drainage pipe 8 fixed to the connecting member 10 can be manufactured separately and can be easily joined at the installation site in the blast furnace. It is possible to prevent the occurrence of weld residual strain and crack induction that are caused by welding the base metal and the cooling pipe 8 together.
[0028]
Further, in the present embodiment, the stave cooler body 1 and the water supply / drainage pipe 8 are joined via the connecting member 10. This joint belongs to a so-called flange joint, but this flange joint originally has a packing (gasket) between the flange and the flange in order to prevent the fluid flowing through the inside from leaking from the joint, Bolts and nuts are fully tightened to give a pressure higher than the internal pressure on them. In this case, the diameter of the bolt to be used is generally determined by the wall thickness of the cooling pipe, and the number of bolts is calculated from the diameter of the cooling pipe, but if there is already a standard and the internal pressure conditions are determined, Can be selected.
[0029]
In this embodiment, the pressure of the fluid or cooling water is less than at most 1MPa (10Kg / cm ^2), the thickness of the flange, the bolt diameter and the number can be selected easily.
Here, the part where the plastic strain is generated in the stave cooler body 1 due to the fluctuation of the heat load in the furnace and the thermal fatigue crack is expected to occur is the root part of the mounting bolt on the back of the conventional stave cooler body. It is a weld metal part of copper at the base of the cooling pipe, and the welding strength against bending and tension is not necessarily sufficient.
[0030]
However, in this embodiment, the butt welding of the water supply / drainage pipe 8 is stopped, the water supply / drainage pipe 8 is fitted to the fitting portion 10a of the connecting member 10, and the welded portion 15 is formed and welded. The water supply / drainage pipe 8 can be firmly installed on the connecting member 10 while sufficiently reducing the acting stress.
[0031]
That is, as in the conventional example, the stave cooler body 1 and the water supply / drainage pipe can only use copper of the same material in order to perform metallurgical coupling (welding). However, in this embodiment, the water supply / drainage pipe 8 is connected to the connecting member 10. The steel water supply / drainage pipe 8 (steel pipe) that is firmly welded and joined to a steel flange with high mechanical strength, mainly for mechanical joining by bolt fastening and further welding. ) Can be securely fixed to the copper stave cooler body 1 made of different materials.
[0032]
As a result, plastic strain is generated in the stave cooler 1 in accordance with the fluctuation of the heat load in the furnace, which has been a problem in the past, and by repeating this, thermal fatigue cracks generated in the weld metal part at the base of the water supply / drainage pipe 8 can be suppressed. In addition, sufficient strength can be secured by mechanical joining and the reliability of the copper stave cooler body 1 can be further enhanced.
[0033]
Further, since the mechanical strength of bending and pulling of the water supply / drainage pipe 8 protruding from the stave cooler body 1 is improved by joining the stave cooler body 1 and the connecting member 10, the water supply / drainage pipe 8 is attached to the iron body 6 of the stave cooler body 1. When the portion penetrating through the sealant is hermetically sealed, it is possible to simply seal the penetration part of the iron skin, and it is no longer necessary to use the bellows 22 of the water supply / drainage pipe 8 penetrating the iron skin, which has been conventionally used. Can be omitted. For this reason, as shown in FIG. 1, a reinforcing effect can be obtained by using a steel pipe having a diameter larger than that of the water supply / drainage pipe 8 as a seal metal piece 7 like a double pipe. Thus, the length of the water supply / drainage pipe 8 outside the iron skin 6 can be shortened, and the installation space can be reduced.
[0034]
In addition, since the plate-shaped stave cooler body 1 and the water supply / drainage pipe 8 fitted with the connecting member 10 can be separately manufactured and joined at the installation site in the blast furnace, the manufacturing cost can be reduced, and transportation and handling can be performed. Etc. can be simplified. In addition, since the water supply / drainage pipe 8 does not protrude from the stave cooler body 1 when transporting and handling from the stave cooler manufacturing plant to the blast furnace installation site, the plate-shaped stave coolers can be stacked, and a large temporary storage space is provided. And the transportation cost can be reduced.
[0035]
In addition, since the operation of attaching the water supply / drainage pipe 8 to the connecting member 10 only needs to form the welded portion 15 by fitting the water supply / drainage pipe 8 into the fitting portion 10a and then welding the periphery thereof. There is no need to use a dedicated jig for positioning, and the work is simple. Although the number of stave coolers installed is extremely large, according to the present embodiment, the work can be reliably performed within the blast furnace downtime.
[0036]
Furthermore, the airtightness between the connecting member 10 and the water supply / drainage pipe 8 can be reliably ensured only by fitting the water supply / drainage pipe 8 into the fitting portion 10a to form the welded portion 15. For this reason, there is no need to perform extra work such as mounting of the seal member, and from this point, according to the present embodiment, the work can be reliably performed within the blast furnace air-breaking time.
[0037]
Thus, according to the stave cooler of the present embodiment, (i) a copper or copper alloy stave cooler body 1 having a water supply / drain passage 3 for circulating cooling water therein, and (ii) a water supply / drain passage 3 And (iii) a through hole 10b which is fastened and fixed to the stave cooler body 1 and communicates with the water supply / drain path 3 and the water supply / drain pipe 8, and a through hole 10b. A connecting member 10 provided in a step shape on the inner wall surface and having a fitting portion 10a for fitting and fixing the water supply / drainage tube 8; and (iv) the outside of the water supply / drainage tube 8 fitted to the fitting portion 10a. Since the welded portion 15 provided circumferentially is provided between the surface and the outer edge portion of the through hole 10b, a better joint can be provided, whereby the fixing portion between the water supply / drainage pipe 8 and the stave cooler body 1 is provided. It is possible to eliminate a decrease in reliability due to being invisible from outside the furnace.
[0038]
By the way, in this Embodiment, the stave cooler main body 1 and the water supply / drain pipe 8 are fixed by screwing the steel fastening bolt 11 into the copper stave cooler main body 1. For this reason, there is anxiety about the strength of the copper female screw portion. That is, with respect to the screw hole of the fastening bolt of the connecting member 10 to the stave cooler body 1 made of copper or copper alloy, the fastening bolt 11 made of steel or austenitic stainless steel is screwed into the stave cooler body 1 whose base material is made of copper. In this case, there is anxiety about strength in the female screw part. The point which raises the reliability of this Embodiment further is ensuring the intensity | strength of the internal thread part of the copper stave cooler main body 1 with small mechanical strength.
[0039]
Therefore, it is desirable to insert a helicate between the fastening bolt 11 and the female screw portion. This makes it possible to (i) reinforce the internal thread of the base of cast iron, copper, light alloy, etc., which is uneasy in terms of strength, and (ii) be able to have a durable connection, which can reduce threading due to wear, corrosion and vibration. It is possible to prevent breakage and to obtain a durable connection that will not break even if it is frequently assembled and disassembled. (Iii) The fatigue limit can be increased and the contact ratio of the screw engagement is improved. The load which the 1st thread from a nut seat surface bears can be reduced.
[0040]
FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a state in which a helicate 21 is inserted between the fastening bolt 19 and the female screw portion 20.
In this example, a helisert tap hole is drilled in the stave cooler body 1 with the female thread portion 20 as a base, and a stainless steel helisert 21 is inserted into the female thread portion 20. The reason why the helicate 21 is made of stainless steel is that the corrosion resistance, heat resistance, and electrical corrosion resistance are all matched.
[0041]
In addition, the material of the connecting member 10, the fastening bolt 11 and the water supply / drainage pipe 8 is more than 2.5 times the tensile strength of copper compared to the conventional copper of the same material as the stave cooler body 1 and mechanical strength. It is desirable to use steel with a high.
[0042]
More preferably, austenitic stainless steel is preferably used for the connecting member 10, the fastening bolt 11 and the water supply / drainage pipe 8. Austenitic stainless steel has a linear expansion coefficient of 17.3 × 10 ⁻⁶ / ° C., which is very close to the linear expansion coefficient of copper of 17.1 × 10 ⁻⁶ / ° C., and hardly generates thermal stress with copper. Further, the corrosion resistance of the water supply / drain pipe 8 and the connecting member 10 of the stave cooler can be improved.
[0043]
In addition, various metal materials each have a unique potential, and when the metal material corrodes in a moist environment, most of it is due to an electrochemical reaction. The potential at which a metal dissolves as an ion varies depending on the metal. For example, the corrosion protection potential of steel materials is -0.77 (V.SCE), -0.35 to -0.5 (V.SCE) for copper or copper alloy, and -0.4 to -0.7 (V.SCE) for stainless steel It is. It is well known that when different metals, that is, metals with different potentials are combined in an electrolyte (in water or seawater), low potential metals corrode due to differences in ionization tendency. For example, when copper and iron are combined, a metal with a low potential “iron” serves as an anode (anode) and a noble metal “copper” serves as a cathode (cathode) to form a battery, and the metal “iron” on the anode side. Will corrode.
[0044]
In the conventional example, the water supply / drainage pipe of the copper stave cooler was made of copper, and an inexpensive steel pipe was used as the pipe connecting the stave coolers on the outside of the furnace. However, the copper pipe and the steel pipe may not be welded. It was joining. However, in order to avoid the above-described electrochemical corrosion, it has been necessary to use, for example, rubber packing, which can be electrically insulated for the packing on the mating surfaces of both flanges. Furthermore, plastic insulation sleeves had to be used for flange-joined bolts.
[0045]
However, in this embodiment, if austenitic stainless steel is used for the connecting member 10 and the water supply / drain pipe 8 on the strength member side, the anticorrosion potential values of copper and austenitic stainless steel are close to each other. However, the progress of electrochemical corrosion is extremely small, and there is no need for electrical insulation.
[0046]
Moreover, according to this Embodiment, since a steel pipe can be used for the water supply / drainage pipe 8, the piping which connects between each stave cooler can be joined by welding via the elbow 9 etc. FIG. Therefore, as before, after attaching the copper stave cooler main body to the iron skin 6, the flange is welded to the end surface of the copper water supply / drainage pipe 8, and this flange and the flange of the steel connecting pipe are fastened. Can be resolved.
[0047]
Further, in FIG. 1, the material of the packing 12 for maintaining the airtightness between the perforated end face of the stave cooler body 1 and the joint surface of the connecting member 10 is higher than that of the connecting member 10 in order to avoid damage to the flange surface. It is desirable to use a soft material. Depending on the temperature conditions, a metal packing containing asbestos or a metal packing often used for high temperature and high pressure can be used.
[0048]
As described above, the stave cooler according to the present embodiment is not welded to the main body 1 of the cooler body 1, but is fixed to the main body 1 of the main body 1 using the connecting member 10. The effects listed in
[0049]
(a) Plastic strain occurs in the stave cooler body 1 as the heat load in the furnace fluctuates. By repeating this, cracks due to thermal fatigue of the weld metal at the base of the cooling pipe can be prevented, and the reliability of the copper stave cooler Can be further enhanced.
[0050]
(b) Since the water supply / drainage pipe protruding from the stave cooler body 1 can reinforce the internal thread part of the base such as cast iron, copper, light alloy, etc., which is uneasy in terms of strength, the mechanical strength is improved by the flange and bolt connection. It is not necessary to use a bellows as conventionally used. For this reason, the reinforcing effect can be enhanced by using a steel pipe having a diameter larger than that of the water supply / drainage pipe as a seal hardware 7 like a double pipe at the portion projecting from the stave cooler body 1. The outer length of the iron can be shortened, and the penetration of the iron skin can be simply sealed, and the space can be reduced.
[0051]
(c) Since the plate-like stave cooler body 1 and the water supply / drainage pipe 8 with the connecting member 10 can be manufactured separately and can be joined at the installation site in the blast furnace, the manufacturing cost can be reduced and the handling and handling can be simplified. Can be
[0052]
(d) During handling handling from the stave manufacturing plant to the installation site in the blast furnace, box-shaped stave coolers with no water supply and drainage pipes can be stacked together, eliminating the need for large temporary storage space and reducing transportation costs. .
[0053]
(Second embodiment)
Further, a second embodiment will be described. In the following description, portions that are different from the first embodiment described above will be described, and the same portions will be denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0054]
FIG. 4 is a cross-sectional view of the stave cooler of the present embodiment.
In this example, an O-ring 14 is used in order to maintain airtightness between the perforated end surface of the stave cooler body 1 and the joint surface of the connecting member 10. The O-ring 14 is used for preventing leakage of a reciprocating sliding surface and a fixed surface, and simple handling with a circular cross section is simple and inexpensive. For this reason, for example, it is suitable when the installation interval of the cooling water passage 3 of the plate-like stave cooler body 1 is desired to be narrowed.
[0055]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a stave cooler capable of suppressing an increase in manufacturing cost and simplifying transportation and mounting without causing a crack in a welded portion.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a stave cooler according to a first embodiment.
FIG. 2 is a view taken along arrow II in FIG.
FIG. 3 is an explanatory view showing an example of a state in which a helicate is inserted between a fastening bolt and a female screw portion.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a stave cooler according to a second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a stave cooler described in Patent Document 1.
6 is a cross-sectional view showing a stave cooler described as a conventional example in Patent Document 1. FIG.
7 is a cross-sectional view showing a stave cooler described as a conventional example in Patent Document 2. FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a stave cooler described as a conventional example in Patent Document 2.
FIG. 9 is a plan view showing a stave cooler described as a conventional example in Patent Document 2. FIG.
10 is a plan view showing a stave cooler described as a conventional example in Patent Document 3. FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a stave cooler described as a conventional example in Patent Document 3.
[Explanation of symbols]
1: Stave body, 2: Fireproof material,
3: Cooling channel, 4: Plug
5: Drainage port (water supply / drainage port) 6: Iron skin,
7: Seal hardware 8: Cooling water piping
9: Elbow, 10: Connecting member
10a: Fitting part 10b Through hole
11: Bolt, 12: Packing,
13: O-ring, 14: O-ring groove
15: Welded part, 16: Pipe welded part,
17: Spacer, 18: Screw hole,
19: Male thread, 20: Female thread,
21: Helisart, 22: Bellows

Claims

A stave cooler body made of copper or copper alloy having a supply / discharge liquid passage for circulating the cooling liquid inside,
A supply / drain pipe made of austenitic stainless steel for transferring the cooling liquid to / from the supply / drain liquid path, and a bolt hole through which a fastening bolt passes, and fastening through the bolt hole The bolts are fastened and fixed to a plane forming the back surface of the stave cooler body by screwing into a female thread portion provided on the stave cooler body , and are connected to the supply / discharge liquid path and the supply / discharge liquid pipe. a through hole communicating, a fitting portion for fixing provided stepwise fitted the supply and discharge liquid pipe to the inner wall surface of the through hole, the supply and discharge, which is fitted to the fitting portion A stave cooler comprising a steel connecting member having a welded portion provided circumferentially between an outer surface of a liquid pipe and an outer edge portion of the through hole .

The stave cooler according to claim 1, wherein a helicate is inserted between the fastening bolt and the female screw portion .