JP2016509633A - 外部マニホールドを有するステーブ - Google Patents

Abstract

【解決手段】ステーブは、外側ハウジングと、外側ハウジング内に収容されている個々の管を備える内側管路であって、個々の管は各々、入口端部及び出口端部を有し、各管は別の管に機械的に接続されている又は接続されていない内側管路と、ハウジングと一体化されている、或いはハウジング上又はハウジング内に配置されているマニホールドとを備えている。各個々の管の入口端部及び／又は出口端部は、マニホールド内に配置されているか、又はマニホールドによって収容されている。マニホールドは炭素鋼から作製されてもよく、一方でハウジングは銅から作製されてもよい。各個々の管の入口端部及び出口端部の各々は部分的に、マニホールドのハウジング内で鋳物銅によって取り囲まれている。【選択図】図１６

Description

［関連出願の相互参照］
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づいて、２０１３年２月１日に出願された米国仮特許出願第６１／７６０，０２５号の優先権の利益を主張し、その内容は、参照により本明細書の一部となる。

本開示は、概して、高炉又は他の冶金炉のフレーム、ステーブ及び／又はクーラーに、耐火レンガのようなレンガを構築及び設置するための装置及び方法に関する。関連した分野には、高炉及び他の冶金炉を冷却するためのシステム及び方法が含まれる。関連した分野には、冷却板及び冷却ステーブが含まれる。

高炉及び他の冶金炉内の耐火レンガを冷却するための従来の設計及び構造は、冷却ステーブを含んでいる。

従来の冷却ステーブは、炉内に設置することが困難である。何故ならば、炉殻を通ったステーブへの入口配管及びステーブからの出口配管に必要な複数のアクセス孔又は開口が、炉殻に必要とされるからである。

さらに、従来の冷却ステーブは、ステーブと炉殻の間の個々の管接続について、炉内の温度変化に起因する膨張／収縮の影響を、特に、溶接破損のような影響を非常に受け易いために、比較的脆弱である。

従来の冷却ステーブは、非常に多数の重要な及び／又は必須の支持ボルトを有しており、それらは、ステーブを炉殻に支持するのを補助するために必要とされる。

従来の銅製冷却ステーブは、一般的に平坦な矩形形状であり、ステーブの形状及び／又は炉の内部の形状を所与として、炉内で炉の金属殻にほぼ平行に又は可能な限り平行に配置される。冷却ステーブは一般的に、炉の金属殻の内面を高い割合で覆う。耐火レンガのような耐火ライニングは、例えば、ステーブによって規定されたスロット又はチャネル内に配置されるレンガのように、ステーブの表面の中、上又は周囲に配置されてよい。ステーブはまた、通路を提供するか、又は内部配管を収容するキャビティをも有する。そのような通路又は配管は、ステーブの炉殻側から延びて、炉の金属殻を貫通する１又は複数の外管に接続される。例えば、高い圧力にある水のような冷却剤が、ステーブを冷却するために管及び通路を通じて圧送される。従って、冷却されたステーブは、ステーブによって規定されていたスロット又はチャネルに配置されている耐火レンガを冷却する。

現行のステーブ又は冷却パネルのレンガの設計では通常、冷却ステーブ／パネルを炉内に設置する前に、クーラーの溝又はチャネルに設置される。さらに、多くの従来の耐火レンガは、平坦なステーブ又はクーラーに設置されるように設計されている。レンガが予め設置されている平坦な又は湾曲したステーブ／クーラーを使用する場合、ステーブは炉内に設置され、隣接するステーブからなる各対の間にラムギャップ（ram gap）ができて、構造的なずれが許容される。これらのラムギャップにはその後、ギャップの両側にあるステーブ／レンガ構造物の間のギャップを閉じるために耐火材料が充填される。この耐火材料を充填されたラムギャップは通常、従来のステーブ／レンガ構造物を備える炉ライニングの弱点である。炉の運転中に、ラムギャップは早期に腐食することが多く、炉ガスがステーブの間を進む。その上、そのような従来のステーブ／レンガ構造物は、レンガの端部を炉内へ突出したままにし、それらの突出した端部は、炉に落ちる物質及び他のゴミに曝される。そのような突出したレンガの端部は、突出していない端部よりも頻繁に摩滅する傾向にあり、これによってレンガが破損又は崩壊して、炉に落ち、炉ライニングにさらに損傷を与えるおそれがある。そのようなレンガの破損によってステーブが露出することにもなり、それによって、ステーブが損傷を受け、又は早期に摩滅することになる。

現行のステーブ又は冷却パネルレンガは通常、クーラー内にレンガを保持するための主要な取り付け方法として利用される真っ直ぐな溝に設置されるか、又は、該レンガは、テーパ状になっており、炉の運転中にレンガが加熱されると、ステーブ内の溝に固定されていないレンガをクーラーに押しつけるかの何れかである。

また、近年、ステーブの正面に耐火材料を用いることなくステーブを設置し、高炉内でステーブを保護及び断熱するスカル層（skull layer）の形成を試みることが一般的な慣行になっている。このプロセスに関係するスカルは、稼働中に繰り返し生成及び喪失して、炉の性能を実際に変化させる。スカルは、炉の融着帯（cohesive zone）にのみ形成され得る。それ故、このスカル手法は、融着帯が正確に決定されない場合は効率的でない。加えて、炉の融着帯は、装入材料（charge material）に応じて変化し、スカルの付着は、様々な時点において、炉のセクションで失われる。この結果として、ステーブ及び炉全体を通じて温度が不均一になる。しかしながら、レンガの耐火性ライニングを改善することは、付着に拘わらずにステーブを保護するので、場合によっては改善された耐火材料を保護するためにスカルを形成することが依然として望ましい場合があるとしても、このようなスカル断熱プロセスにとって好ましいであろう。

相補的な形状のステーブチャネルにある蟻継ぎレンガ（dovetailed bricks）のような現行のロックイン（lock-in）レンガのデザインは、それらの垂直厚さにわたって相対的に細い。そのような首の細いレンガは、細い首部分において裂壊し易く、それによって、レンガの破片及び断片が生じて炉内に落ち、炉ライニングの他のレンガ及びステーブに当たって損傷を与えるおそれがある。

ステーブの正面にレンガを組み込む多くの旧来のステーブのデザインは、複数列又は層のレンガをステーブの正面にて用いている。そのような構造は、ステーブから最も遠いレンガの効率的な冷却をさらに妨げる目地（joints）を含む。

上記のように、既知のステーブ及び耐火レンガ構造に関連した多くの欠点がある。

従って、従来のステーブに優る多くの利点を有する以下のようなステーブを提供することが望ましい。（１）炉殻を通じたステーブへの入口配管及びステーブからの出口配管に必要であって、炉殻に要求されるアクセス孔又は開口の数を低減することによって、設置を容易にすることを可能にするステーブ。（２）ステーブを炉殻に設置するために必要な支持の大半を提供する外部マニホールドを有するステーブ。（３）炉殻への個々の管接続がないことで、炉内の温度変化に起因したステーブ膨張／収縮の影響を最小限に抑えるステーブ。（４）管接続がないことで、炉殻との管接続における溶接破損を低減するステーブ。（５）外部マニホールドが、炉殻上でステーブを支持するのに要する負荷の大半を担うので、炉殻でステーブを支持するのに必要とされるどの支持ボルトも、もはやステーブを独立して支持するためには頼られないことで、そのような支持ボルトの重要性／必要性を低減するステーブ。

従って、外部マニホールドを有するステーブを提供して、ステーブクーラーが炉内に設置される前又は後に、平坦な又は湾曲したステーブ又はクーラーに耐火レンガが設置されることも望ましい。加えて、炉内のステーブ／レンガ構造を再加工又は再構築する場合に、本発明の耐火レンガは、ステーブ又はクーラーを炉から取り外されることなく、全体的又は部分的に交換又は再設置される。

加えて、外部マニホールドを有するステーブを提供し、外部マニホールドが、炉の内周周りに、隣接するステーブのレンガ間のラムギャップを無くして、それによって、連続的なライニングがもたらされて、炉ライニングの完全性及び寿命を増大させることが望ましい。

さらに、炉ライニングの寿命及び完全性を増大させるために、レンガの端部が炉内に露出又は突出しておらず、高炉に使用するのに理想的なステーブ／レンガ構造を提供することが望ましい。

加えて、外部マニホールドを有するステーブを提供し、ステーブ又はクーラー内の溝に留まっているレンガに対して一定の角度で傾斜しているステーブ又はクーラーに耐火レンガを設置でき、ステーブが炉内に設置される前及び／又は後にて、ステーブの前面にレンガを挿入し及び／又はステーブの前面からレンガを取り外しできることが望ましい。

さらに、（１）レンガ及びステーブチャネルの相補的な表面と、（２）レンガの傾斜した又はテーパ状の部分とによって、耐火レンガがステーブ内のチャネル内に二重に固定される外部マニホールドを有するステーブを提供することが望ましい。レンガ及びステーブチャネルの相補的な表面は、各レンガの一部分をステーブ内のチャネル又は溝に挿入し、同時に又はその後に、ステーブの平面にほぼ平行な軸上で各レンガを回転させることによって係合し、及び／又は（ｂ）レンガの下部がステーブに向かう方向に又は実質的にステーブに向かって回転して、チャネル又はレンガのそのような相補的な表面に係合し、チャネルチャンバ内にレンガを固定又はロックして、レンガがステーブの前面の開口を通じてチャネル又は溝から直線的に動いて出ることを防止する。レンガの傾斜した又はテーパ状の部分は、炉の運転中に加熱されると膨張し、ステーブ又はクーラーを押圧してステーブ又はクーラーとの効果的な接合を維持し、それによって、裂壊又は破損するおそれがある任意のレンガを適所に保持しながら、レンガの効率の高い冷却がもたらされるようにする。

さらに、ステーブ表面温度が均一であり、より低い熱損失でのより一貫した炉の運転を可能にし、それによって、炉及びステーブに対するストレスを低減し、炉及びステーブの両方の寿命を増大させるような、外部マニホールドを有するステーブを提供することが望ましい。

本発明のこれらの及び他の利点は、以下の好適な実施形態の詳細な説明を参照することによって明らかとなる。

好適な実施形態において、本発明は、外側ハウジングと、外側ハウジング内に収容されている個々の管を備える内側管路であって、個々の管は各々、入口端部及び出口端部を有しており、各管は別の管に機械的に接続されていても接続されていなくともよい、内側管路と、ハウジングと一体化されている、又はハウジング上若しくはハウジング内に配置されているマニホールドと、を備えるステーブであって、各個々の管の入口端部及び／又は出口端部は、マニホールド内に配置されているか、又はマニホールドによって収容されている。

本発明のステーブのまた別の態様では、マニホールドは好ましくは炭素鋼から作製されてよく、ハウジングは好ましくは銅から作製されてもよい。

本発明のステーブのまた別の態様では、マニホールドは、各個々の管の入口端部及び出口端部を収容する。

本発明のステーブのまた別の態様では、マニホールドは炭素鋼から作製され、ハウジングは銅から作製され、マニホールドは、各個々の管の入口端部及び出口端部を収容し、各個々の管の入口端部及び出口端部の各々は部分的に、マニホールドのハウジング内で鋳物銅（cast copper）によって取り囲まれている。

別の好適な第１の実施形態において、本発明は、外側ハウジングと、外側ハウジング内に収容されている個々の管を備える内側管路であって、個々の管は各々、入口端部及び出口端部を有しており、各管は別の管に機械的に接続されていても接続されていなくともよい、内側管路と、ハウジングと一体化されている、又はハウジング上又はハウジング内に配置されているマニホールドと、を備えるステーブであって、各個々の管の入口端部及び／又は出口端部はマニホールド内に配置されているか、又はマニホールドによって収容されている、ステーブである。さらに、ステーブは、複数のリブ及び複数のチャネルであって、ステーブの前面は各チャネルへの第１の開口を規定している、複数のリブ及び複数のチャネルと、複数のレンガとを備えている。各レンガは、複数のチャネルのうちの１つへと、そのチャネルの第１の開口を介して定位置に挿入可能であって、レンガが回転すると、１つのチャネルに部分的に配置され、それによって、１つのチャネル及び／又は複数のリブのうちの第１のリブの１又は複数の表面と少なくとも部分的に係合する。それによって、レンガはロックされて、最初に回転されることなく直線的に動かすことによっては、その１つのチャネルから第１の開口を通って外れることはない。

本発明のステーブのまたさらなる態様では、ステーブは、チャネルの各々への１又は複数の側部開口を規定する。

本発明のステーブの別の態様では、レンガの１又は複数の部分は、１つのチャネルの第１のセクションに少なくとも部分的に配置されている突出部を備える。

本発明のステーブのさらなる態様では、第１のセクションは、突出部に対して相補的である。

本発明のステーブの別の態様では、レンガの回転は、レンガの下部がステーブに向かう方向に動くことを含む。

本発明のステーブのまたさらなる態様では、第１のリブの第１のリブ表面は、レンガの上部によって規定される溝に対して相補的であり、第１のリブ表面は少なくとも部分的に溝に配置される。

本発明のステーブの別の態様では、複数のレンガの各々は、各レンガの下部がステーブから離れる方向に動くことを含む各レンガの回転によって、そのそれぞれのチャネルから取り外しできる。

本発明のステーブのさらなる態様では、ステーブはほぼ平坦である。

本発明のステーブ別の態様では、ステーブは、水平軸及び垂直軸の一方又は両方に対して湾曲している。

本発明のステーブのまたさらなる態様では、少なくとも部分的に複数のチャネル内に配置された複数のレンガは、ステーブの前面から突出するレンガの、積み重ねられ、ほぼ水平な複数の列を形成する。

本発明のステーブの別の態様では、複数のレンガのうちの１つは、別のレンガが上の列に配置されており、部分的に又は完全にその１つのレンガを覆っていると、そのそれぞれのチャネルの第１の開口を出るように引き出される及び／又は回転することができない。

またさらなる好適な態様では、本発明のステーブは、隣接するステーブ間にギャップを空けて並んで立っている複数のステーブを含んでおり、各ステーブは、複数のリブと、複数のチャネルと、複数のチャネルに配置された、ほぼ水平な複数のレンガ列とを有する。

本発明のステーブの別の態様では、複数のチャネル内に配置されているほぼ水平な複数のレンガ列は、全体的に又は部分的に、隣接するステーブ間のギャップを覆う。

またさらなる好適な態様では、ステーブは、ほぼ垂直に、又は、約９０度以外の角度で立っている。

本発明のステーブの別の態様では、複数のレンガの各々は、座部をさらに規定しており、この座部は少なくとも部分的に、１つのチャネルの第２のセクション内に配置される。

本発明のステーブのさらなる態様では、第２のセクションは、座部に対して相補的である。

本発明について、他の多くの変形形態が可能であり、本発明のこれらの及び他の教示、変形形態、及び利点は、本発明の説明及び図面から明らかになるであろう。

本発明が容易に理解され、簡単に実施されるために、限定ではなく例示を目的として、添付の図面と共に本発明を説明する。

図１は、従来のステーブの正面側斜視図である。

図２は、従来の蟻継ぎ耐火レンガの側面側斜視図である。

図３は、本発明の好適な実施形態によるレンガの側面側斜視図である。

図４は、図３のレンガを利用した本発明のステーブ／レンガ構造の好適な実施形態を備えた、本発明の炉ライニングの好適な実施形態の上面側斜視図である。

図５は、図３のレンガを利用した本発明のステーブ／レンガ構造の好適な実施形態を備える本発明の炉ライニングの好適な実施形態の側面側斜視図である。

図６は、図３のレンガを利用した本発明のステーブ／レンガ構造の好適な実施形態の断面図である。

図７は、本発明のステーブの好適な実施形態の前面から挿入されている又は取り外されている図３のレンガを示した、本発明のステーブ／レンガ構造の好適な実施形態の断面図である。

図８は、少なくとも２つの異なるサイズの図３のレンガを利用した、本発明の代替的なステーブ／レンガ構造の好適な実施形態の断面図である。

図９は、従来のステーブ／ブリック構造を利用した、従来の炉ライニングの上面図である。

図１０は、図３のレンガを利用した本発明のステーブ／レンガ構造の好適な実施形態を備える、本発明の炉ライニングの好適な実施形態の上面図である。

図１１は、本発明のステーブ／レンガ構造の別の好適な実施形態の断面図である。

図１２は、図１１のステーブ／レンガ構造の部分正面図である。

図１３は、本発明の外部マニホールドを有する好適なステーブが中に設置されている炉の正面側斜視図である。

図１４は、複数の入口／出口管を有しており、それ故に、炉殻内に複数のアクセス孔及び開口を必要とする従来のステーブが設置されている炉の概略図である。

図１５は、外部マニホールドを有する本発明の好適なステーブのための好適な内部コイルアセンブリの図である。

図１６は、外部マニホールドを有する本発明の好適なステーブのための好適な内部コイルアセンブリの別の図である。

図１７は、外部マニホールドを有する本発明の好適なステーブの背面側斜視図である。

図１８は、冷却剤流体入口及び出口ホースが接続されている外部マニホールドを有する本発明の好適なステーブの背面側斜視図である。

図１９は、複数の入口／出口管を有しており、それ故に、炉殻内に複数のアクセス孔又は開口を必要とする従来のステーブの断面図である。

図２０は、冷却剤流体入口及び出口ホースが接続されている外部マニホールドが炉を通って延びており、炉内に設置されている本発明の好適なステーブの背面側斜視図である。

図２１は、外部マニホールドを有する本発明の好適なステーブのための好適な内部コイルアセンブリの拡大正面側斜視図である。

図２２は、外部マニホールドを有する本発明の好適なステーブのための好適な内部コイルアセンブリの拡大背面側斜視図である。

図２３は、外部マニホールドを有する本発明の好適なステーブの拡大背面側斜視図である。

図２４は、外部マニホールドを有する本発明の好適なステーブのマニホールドハウジングの拡大背面側斜視図である。

図２５は、外部マニホールドを有する本発明の好適なステーブのマニホールドハウジングの側面図である。

図２６は、円柱状外部マニホールドを有する本発明の好適なステーブの拡大背面側斜視図である。

図２７は、外部マニホールドを有する本発明の好適なステーブのための好適な内部コイルアセンブリの側面図である。

以下の詳細な説明では、説明の一部をなしている、付随の実施例及び図面が参照され、当該実施例と図面では、本発明の主題を実施することができる特定の実施形態が例として示されている。これらの実施形態は、当業者がそれらの実施形態を実施することを可能にするのに十分詳細に説明されており、他の実施形態が利用されてよく、本発明の主題の範囲から逸脱することなく、構造的変更又は論理的変更を行えることが理解されるべきである。本発明の主題のそのような実施形態は、単に便宜上、本明細書において個々に及び／又は集合的に「開示」という用語によって言及され、２つ以上の発明的概念が実際に開示されている場合に、単一の任意の発明的概念に本願の範囲を自発的に限定することを意図していない。

それ故、以下の説明は、限定された意味に取られるべきではなく、本発明の主題の範囲は、添付の特許請求の範囲及びそれらの均等物によって規定される。

図１は、複数のステーブリブ１１を有しており、複数のステーブチャネル１２を規定している、既知の構造の平坦な流体冷却式ステーブ１０を示している。リブ及びチャネルの両方の断面は、適合する断面を有するレンガと共に使用するために概して矩形である。既知の構造である他のステーブのデザイン（図示せず）は、図２に示す従来の耐火レンガ１４の蟻継ぎセクション１６に対して相補的な断面を有するステーブリブ及びステーブチャネルを使用しており、そのような蟻継ぎセクション１６がステーブの側端部に挿入されて、各隣接するレンガの間にてモルタルを用いて又は用いずに、スライドして定位置に入れられることを可能としている。このような既知のステーブ／レンガ構造の主要な欠点は、炉内に設置されると互いに近いことから、ステーブ／レンガ構造を全体的に又は部分的に再構築又は修復する必要がある場合は何時でも、ステーブチャネル１２からレンガ１４をスライドさせて外すために、ステーブ１０を炉から取り外されなければならないことである。ステーブ１０の前面を通してレンガ１４を取り外すことができず又はステーブチャネル１２に挿入することができないため、ステーブ１０を炉から取り外すことが必要とされる。図１に示すように、ステーブ１０は、ステーブ１０の内部に配置されている複数の管１３を備えている。それらは、ステーブ１０の炉殻側から延びて、炉の金属殻を貫通する１又は複数の外管に接続されてよく、炉内で組み立てられ設置されると、ステーブ１０と、ステーブチャネル１２に配置されている耐火レンガとを冷却するために、例えば水のような冷却剤が高い圧力で管１３を通じて圧送される。

図２にさらに示すように、従来の蟻継ぎ耐火レンガ１４は、相対的に細い垂直首部１５を有している。当該首部は、炉内環境において、特にレンガ１４の、ステーブ１０から炉内に突出している突出部１７の長さがレンガ１４の全体的な深さ又は長さと比較して長い場合に、破損を受け易い。

図３は、本発明のステーブ／レンガ構造２８の好適な実施形態に基づいた、耐火レンガ１８の好適な実施形態を示す。レンガ１８は、露出面２６と、傾斜した又は斜めの上部セクション１９及び下部セクション２０とを有する。レンガ１８はまた、凹溝２２と、略弓形の突出部２３と、略弓形の座部２５と、略弓形の凹状セクション２４と、下面２７と、略平坦な前面３１とを備えるロック面２９を備えており又は規定している。レンガ１８は首部２１も有しており、首部の垂直厚さ（「ａｂ」）は、既知のレンガ１４の垂直首部１５と比較して増大している。垂直首部２１の長さ「ａｂ」は、レンガ１８が内部に設置されている場合にて、ステーブチャネル３７に配置されているレンガ１８の深さの長さ「ｃｄ」の約２倍以上であるのが好ましい。レンガ１８の形状、幾何及び／又は断面、及び／又は、限定ではなく露出面２６、下面２７、前面３１、傾斜／斜め上部セクション１９、傾斜／斜め下部セクション２０、溝２２、突出部２３、座部２５、凹状セクション２４及び前部ロック面２９のうちの１又は複数を含むレンガ１８の一部の形状、外形及び／又は断面は、本発明の範囲から逸脱することなく、変更されてよく、或いは、本明細書の図面に示すような好適な実施形態の形状の代わりに、角度の付いた、矩形、多角形、歯車状、鋸歯状、対称、非対称、又は不規則な他の形態を取ってもよい。本発明の耐火レンガ１８は好ましくは、限定ではなく、炭化ケイ素（Ｓａｉｎｔ−Ｇｏｂａｉｎ Ｃｅｒａｍｉｃｓから入手可能なＳｉｃａｎｉｔ ＡＬ３など）、ＭｇＯ−Ｃ（マグネシアカーボン）、アルミナ、耐火断熱レンガ（ＩＦＢ）、グラファイト耐火レンガ、鋳鉄、及び炭素を含む現在利用可能な耐火材料の多くから構成されてよい。加えて、レンガ１８は、ステーブ３０内又は炉内でのそれらの位置に応じて、互い違いの又は異なる材料から構成されてよい。また、上記のように、レンガ１８の形状はまた、様々なステーブ及び／又は炉の空間及び／又は外形に合うように修正又は変更されてもよい。

本発明のステーブ３０の好適な実施形態を含む、本発明のステーブ／耐火レンガ構造２８の好適な実施形態を、図３〜図８及び図１０に示す。ステーブ３０は、図１に示すように、ステーブ１０の内部に配置されている管１３のような、複数の管（図示せず）を備えてよい。それらの管は、ステーブ３０の炉殻側から延びて、炉の金属殻を貫通する１又は複数の外管に取り付けられてよく、炉内で組み立てられて設置されると、ステーブ３０及びそのステーブチャネル３７内に配置されている任意の耐火レンガ１８を冷却するために、例えば水のような冷却剤が高い圧力で管（図示せず）を通じて圧送される。好ましくは、ステーブ３０は、銅、鋳鉄又は他の熱伝導性の高い金属で構成される。一方、ステーブ３０と共に配置される任意の管は、好ましくは鋼鉄から作製される。

各ステーブ３０は好ましくは、炉、又はステーブが使用される領域の内部形状に一致するように、その水平軸及び／又はその垂直軸周りで湾曲してもよい。各ステーブ３０は好ましくは、複数のステーブリブ３２とステーブ台座３３とを備えており、ステーブ３０を立ち位置にて支持する。立ち位置は、図示したような完全な直立９０度であってよく、或いは、傾いた又は斜めの位置（図示せず）であってよい。各ステーブリブ３２は好ましくは、略弓形の上部リブセクション３４と略弓形の下部リブセクション３５とを規定する。ステーブ３０は好ましくは、ステーブリブ３２の連続する各対間の複数ステーブチャネル３７を規定する。好ましくは、各ステーブチャネル３７は、略「Ｃ字形状」又は「Ｕ字形状」であり、略平坦なステーブチャネル壁３８を含んでいる。但し、レンガ１８の前面３１が、用途に応じて決まり得る、本明細書で図示されているような平坦な形状以外の形状を有する場合は、ステーブチャネル壁３８は、レンガ１８の前面３１と相補的であるように、その垂直軸及び／又は水平軸に沿って湾曲して又は丸みをおびてよく、或いは、鋸歯状などであってよい。各ステーブチャネル３７はまた、好ましくは、略弓形の上側チャネルセクション３９及び略弓形の下側チャネルセクション４０を含んでおり、全ては、ステーブ３０と連続するステーブリブ３２の対とによって規定される。ステーブリブ３２、上部リブセクション３４、下部リブセクション３５、ステーブチャネル３７、ステーブチャネル壁３８、上側チャネルセクション３９及び下側チャネルセクション４０の形状、幾何及び／又は断面は、好ましくは、本発明の範囲から逸脱することなく、変更されてよく、又は、本明細書の図面に示すようなその好適な実施形態の形状ではなく、起伏のある、角度の付いた、矩形、多角形、歯車状、鋸歯状、対称、非対称、若しくは不規則な他の形態を取ってよい。

図６及び図７に示すように、本発明のステーブレンガ１８は、空間が許す場合には、ステーブ３０の側部４５からスライドしてステーブチャネル３７に入れられてよいが、ステーブレンガ１８は好ましくは、かつ有利には、ステーブ３０の前面４７へと挿入されてよい。ステーブ３０の下部にて始められて、各ステーブチャネル３７は、各レンガ１８を第１の方向４６に回転させ又は傾けることによってステーブレンガ１８を充填されてよい。ここで、（１）ステーブの平面にほぼ平行な軸回りに、又は、（２）突出部２３が、ステーブチャネル３７及び凹状弓形上側チャネルセクション３９へと挿入可能にするように、レンガ１８の下部がステーブ３０から離れて動くのが好ましい。その後、レンガ１８の下部がステーブ３０に向かって動くように、レンガ１８はほぼ第２の方向４８に回転させられる。そして、（ｉ）突出部２３の周縁が部分的に又は完全に凹状弓形上側チャネルセクション３９と接して、又は接することなく、突出部２３が全体的に又は部分的に上側チャネルセクション３９に配置され、（ｉｉ）レンガ１８の前面３１が部分的に又は完全にチャネル壁３８と接して、又は接することなく、前面３１がほぼチャネル壁３８付近に及び／又はそれに隣接して配置され、（ｉｉｉ）弓形座部２５の周縁が部分的に又は完全に弓形下側チャネルセクション４０と接して、又は接することなく、弓形座部２５が全体的に又は部分的に下側チャネルセクション４０に配置され、（ｉｖ）連続するステーブリブ３２の対のうちの下側のステーブリブ３２の弓形上部リブセクション３４と凹状セクション２４の内面が部分的に又は完全に接して、又は接することなく、レンガ１８が挿入されるステーブチャネル３７を規定する、下側のステーブリブ３２の弓形上部リブセクション３４の上に、弓形凹状セクション２４が全体的に又は部分的に配置され、（ｖ）レンガ１８の下面２７が部分的に又は完全にリブ面３６と接して、又は接することなく、下面２７がほぼリブ面３６付近に及び／又は隣接して配置され、及び／又は、（ｖｉ）レンガ１８がステーブ３０の一番下のチャネル３７を除くステーブチャネル３７の何れかに設置されている事例において、設置されているレンガ１８の斜めの下部セクション２０が部分的に又は全体的に、レンガ１８の直下にあるレンガ１８の斜めの上部セクション１９と接して、又は接することなく、斜めの下部セクション２０がほぼ斜めの上部セクション１９付近に及び／又は隣接して配置される。図５〜図７に示すように、突出部２３の周縁が部分的に又は完全に凹状上側チャネルセクション３９と接して、又は接することなく、突出部２３が全体的に又は部分的に凹状弓形上側チャネルセクション３９に配置され、及び／又は、座部２５の周縁が部分的に又は完全に凹状下側チャネルセクション４０と接して、又は接することなく、弓形座部２５が全体的に又は部分的に凹状弓形下側チャネルセクション４０内に配置されると、レンガ１８の各々は、各レンガ１８の下部がステーブ３０の前面４７から離れて回転するように各レンガ１８が回転されない限りは、ステーブ３０の前面４７の中の開口を通ってステーブチャネル３７から直線的に動いて外れることを防止される。

図５〜図８にも示すように、一列のレンガ１８が、既に設置されたレンガ１８の列上にて、ステーブチャネル３７に設置されると、直下の列のレンガ１８は適所にロックされ、ステーブチャネル３７から外れるようにステーブ３０から離れる第１の方向４６に回転することができない。図３〜図７及び図１０に示すような本発明のステーブ／耐火レンガ構造２８は、隣接するステーブレンガ１８間にモルタルを用いて又は用いずに使用されてよい。

図８は、図４〜図７のステーブ／レンガ構造２８と同意用な本発明のステーブ／レンガ構造９０の別の好適な実施形態を示すが、それぞれサイズが異なる少なくとも２種のステーブレンガ９２及び９４を用いて不均一な前面９６を形成する点が異なっている。図示されているように、ステーブ／レンガ構造９０のレンガ９２は、レンガ９４の深さ「ｃｅ２」よりも大きい奥行き深さ「ｃｅ１」を有する。ステーブレンガ９２及び９４の深さがそれぞれ異なることからもたらされるこのジグザグ構造は、好ましくは、炉の付着ゾーン（accretion zones）又は他の望ましいゾーンに使用されてよい。熱的損傷及び／又は機械的損傷からレンガ９２及び９４をさらに保護するために付着又は蓄積する材料を保持するのに、前面９６が不均一であることは、より効率的となる。

図９は、従来のステーブ／レンガ構造５８の炉４９内での使用を示す。レンガ５４が予め設置されて、炉殻５１内に配置されており、それぞれ平坦な／平面的な上側及び下側ステーブ５２及び５３のような平坦な又は湾曲したステーブ／クーラーを使用する場合、隣接する上側ステーブ５２の対の間にラムギャップ５６が存在し、かつ、隣接する下側ステーブ５３の対の間にラムギャップ５７が存在して、両方が構造的な余裕を可能にするように、ステーブ５２及び５３は炉４９内に設置される。これらのラムギャップ５６及び５７は、構造的なずれを許容するために利用される必要がある。そのようなラムギャップ５６及び５７は通常、耐火材料（図示せず）を詰め込まれて、隣接するステーブ／レンガ構造５８間のそのようなギャップ５６及び５７が閉じられる。そのような材料を充填されたギャップ５６及び５７は通常、ステーブ／レンガ構造５８を使用したそのような従来の炉ライニングにおいては弱点となる。炉４９の運転中、詰め込まれたギャップ５６及び５７は早期に腐食することが多く、炉ガスがステーブ／レンガ構造５８間を辿ってしまう。本発明の好適に湾曲したステーブ／レンガ構造２８では、炉には、その周囲に連続的にレンガを敷かれてよく、従来の詰め込まれるレンガ１８のギャップが無くなる。図１０に示すように、ステーブ３０間のギャップ４２は、本発明のレンガ１８の１又は複数によって被覆され、ギャップ４２に充填材料を詰め込む必要が無くなる。隣接するステーブ３０の炉レンガ間の従来の詰め込まれたギャップ５６及び５７を無くすことで、炉及び／又は炉ライニングの完全性及び寿命が増大する。

図９に示すような、レンガ５４が予め設置されている従来のステーブ／レンガ構造５８に関連したもう１つの問題は、そのような従来のステーブ／レンガ構造５８では、炉４９の周囲に連続的にレンガが敷かれていないので、多数のレンガ５４の端部５５が炉４９の内部に向かって突出しており、従って、炉４９に落ちる物質に曝されることである。そのような突出している端部５５は、より早く摩滅する傾向にあり、及び／又は、落ちる物質に当たり易いことから、突出している端部５５を有するそのようなレンガ５４が取れて炉４９に落ちて、ステーブ５２及び５３を露出させる。繰り返すが、本発明のステーブ／レンガ構造２８は、炉の周囲に連続的にレンガを敷くことを可能にし、それによって、図１０に示すような、突出するレンガ端部５５が一切無くなる。従って、（ｉ）レンガ１８がステーブ３０から引き出され又は欠損すること、及び（ｉｉ）ステーブ３０が炉の集中的な高熱に直に曝されることの両方が、本発明のステーブ／レンガ構造２８によって大幅に低減される。そのような特性は、本発明のステーブ／レンガ構造２８を、高炉の排気筒内で使用するのによく適したものにする。

また、図１０に示すように、複数のピン取付シリンダ４３が各ステーブ３０の裏面に形成されるのが好ましく、各ステーブ３０を取り扱うのに、及び／又は、各ステーブ３０を炉内に固定及び／又は取り付けるのに使用されるピン４１を取り付ける。ピン４１の各々は、ネジ切りされた又はネジ切りされていない熱電対取付孔（図示せず）を規定するのが好ましく、１又は複数の熱電対を各ステーブ３０上の様々な箇所に容易に設置することを可能にする。

図３〜図８及び図１０に示す本発明のステーブ／耐火レンガ構造２８の好適な実施形態は、炉クーラー又はステーブ３０の好適な実施形態を含んでいるが、本発明の教示はまた、フレーム／レンガ構造にも適用可能である。そのようなフレーム（図示せず）は、炉クーラー又はステーブ３０に限定されないが、限定ではないが炉用途を含む用途のための、耐火レンガであるか否かに拘わらず、直立した又は他の支持された垂直な又は斜めのレンガの壁を提供するためのフレームである。

図１１〜図１２は、本発明のステーブ／レンガ構造５９の別の好適な実施形態を示しており、当該実施形態は、ステーブ６０と、交互になった浅い蟻継ぎレンガ６８及び深い蟻継ぎレンガ６９とを備えており、好ましくは長いレンガ６９と同じ深さと、他の浅い蟻継ぎレンガ６８及び深い蟻継ぎレンガ６９の露出面７６よりも高い露出面７５とを有する最上列ステーブレンガ６７を含んでいる。図示されているように、浅い蟻継ぎレンガ６８及び深い蟻継ぎレンガ６９の両方は、それぞれ上側及び下側蟻継ぎ又は傾斜セクション７３及び７４を有する。さらに、レンガ６７、６８及び６９の各々は、２つのレンガコーナ７１を規定する一方、深いレンガ６９は、本発明のステーブ／レンガ構造５９が完成した場合に、浅いレンガ６８のレンガコーナ７１と合致する２つの凹状レンガ頂点（vertexes）７０を規定する。ステーブ６０は好ましくは、複数のステーブリブ６４とステーブ台座（図示せず）とを備えており、完全な直立９０度、或いは、傾いた又は斜めの位置であってもよい立ち位置にステーブ６０を支持する。

各ステーブリブ６４は好ましくは、それぞれ概して角度を付けられた上側及び下側リブ端部６５及び６６を規定する。ステーブ６０は好ましくは、ステーブリブ６４の連続する各対の間の複数ステーブチャネル６１を規定する。好ましくは、各ステーブチャネル６１は、略平坦なステーブチャネル壁７７を含んでいる。但し、深い蟻継ぎレンガ６９の前面７８が、用途に応じて決まり得る、本明細書で図示されているような平坦な形状以外の形状を有する場合、ステーブチャネル壁７７は、前面７８と相補的であるように、その垂直軸及び／又は水平軸に沿って湾曲又は丸みをおびてよく、又は、鋸歯状などであってもよい。各ステーブチャネル６１はまた、好ましくは、略蟻継ぎ形状の上側チャネルセクション６２及び略蟻継ぎ形状の下側チャネルセクション６３を含んでおり、全てはステーブ６０及び連続するステーブリブ６４の対によって規定される。

ステーブリブ６４、上側リブ端部６５及び下側リブ端部６６、ステーブチャネル６１、ステーブチャネル壁７７、上側チャネルセクション６２、下側チャネルセクション６３、レンガ頂点７０及びレンガ端部７１、上側蟻継ぎセクション７３及び下側蟻継ぎセクション７４、露出面７５及び７６、並びに前面７８のうちの１又は複数の形状、幾何及び／又は断面は、好ましくは、本発明の範囲から逸脱することなく、変更されてよく、或いは、本明細書の図面に示すようなその好適な実施形態の形状ではなく、起伏のある、角度の付いた、矩形、多角形、歯車状、鋸歯状、対称、非対称、又は不規則な他の形態を取ってよい。

図１２における本発明のステーブ／レンガ構造５９の眺めは、ステーブリブ６４のうちの１つおきのもの７９は、レンガ６７、６８及び６９の厚さ（即ち、幅）の半分だけ、つまり、（（レンガ厚さ−ステーブ又はクーラーの設計ギャップ長）／２）＋構造的なずれを考慮した１／４インチだけ短くなっているのが好ましいことを示している。ステーブ／クーラー６０のものと同様の冷却を促進するため、より熱伝導性が高い追加のレンガ（図示せず）が、空隙８０を埋めるためにステーブリブ６４の欠けているセクションの代わりに設置されるのが好ましい。そのようなステーブ／レンガ構造５９は、ステーブ６０が炉内に設置された後に、空隙８０、即ち、短くなったステーブリブ７９によって生成された余分な空間を介してレンガ６７、６８及び６９をスライドさせてステーブチャネル６１に入れることによって、そのようなレンガがステーブチャネル６１に挿入されること及び／又はステーブチャネル６１から取り外されることを可能にする。

ステーブ／レンガ構造５９は好ましくは、単一レンガ設計（図示せず）、又は、図１１に示すような、それぞれ交互になった浅いレンガ６８及び深いレンガ６９を利用してもよい。深いレンガ６９の蟻継ぎセクション７３及び７４は、ステーブチャネル６１に挿入されて受け入れられ、浅いレンガ６８の前面７８の各々は、その前面７８が部分的に又は完全に、そのそれぞれのリブ面８１と接して、又は接することなく、ほぼステーブリブ６４のそれぞれの面８１付近に及び／又は隣接して配置される。浅いレンガ６８のレンガ端部７１の各々は、そのレンガ端部７１が部分的に又は完全に、深いレンガ６９のそのそれぞれの頂点７０と接して、又は接することなく、ほぼ深いレンガ６９のそれぞれの頂点７０付近に及び／又は隣接して配置される。加えて、２つ以上の異なる形状のレンガであって、そのようなレンガが全てステーブチャネルに受け入れられるような、レンガを利用した他のステーブ／レンガ構造は、本発明の範囲内にある。

本発明のステーブ／レンガ構造は好ましくはまた、レンガを所定の形に配置して、ステーブをそれらのレンガの周囲にキャストする（casting）ことによって、最初に組み立てられてよい。

図１３〜図２７に示すように、本発明のステーブ１００は、上述した実施形態と同様に複数のステーブチャネル１３７を規定する外側ハウジング１０２を備える。ステーブ１００は、上述したステーブ３０と同様であるが、好適な内部冷却剤、又は、ステーブ外側ハウジング１０２内に配置される熱交換管路１０４、並びに、外部マニホールド１０６内に収容されている関連する入口及び出口に関連して以下で説明される違いを除く。

図１３〜図２７に示すように、ステーブ１００は、外側ハウジング１０２と、水又は冷却剤流体源を備える内部熱交換管又は管路１０４と、マニホールド１０６内に収容されている入口端部及び出口端部を有する戻り管１０８（或いは、所望に応じてチューブ又はホース）とを備えており、マニホールド１０６は、ステーブ１００が炉殻５１の内部に設置されると、炉殻５１の外部に延びるのが好ましい。マニホールド１０６は好ましくは、配管路１０８の端部を受け入れる中空マニホールドハウジング１１０と、好ましくは、マニホールド１０６内に配置される管路１０８とマニホールドハウジング１１０の外側面又は上部プレート１１６の両方に溶接又は他の様態でろう付け又は固定されるフランジ継手１１４とを備える。

マニホールドハウジング１１０は、隅肉溶接１２２によって互いに溶接された、対向する湾曲した炭素鋼プレート１２０から作製されるのが好ましい。中央支持板１２４及び公差支持部１２６は、さらなる強度をもたらし、マニホールドハウジング１００の大きい開口をより小さい開口１２８に分割する。それらの小さい開口の各々は、管路１０８の端部を受け入れできる。好ましくは銅からなるステーブハウジング１０２が、好ましくは管路１０４にわたってキャストされる場合、マニホールド１０６は管路端部１０８で適所にあり、それによって、管１０８の端部が配置される開口１２８内を銅が充填して、ステーブ１００から管１０８内の冷却剤流体への熱の伝達における熱交換性能を向上することが可能になる。また、管１０８の端部がマニホールド１０６内により良好に固定される。マニホールド１０６は好ましくは炭素鋼から作製されるが、代替的に、ステンレス鋼、鋳鉄、銅などのような任意の適切な材料から作製されてもよい。

ステーブ１００は、従来のステーブに優る以下のような多くの利点を有する。（１）ステーブ１００は、炉殻５１を通じたステーブ１００への入口配管及びステーブからの出口配管１０８に必要な、炉殻５１内に必要とされるアクセス孔又は開口の数を低減することによって、設置を容易にすることを可能にする。（２）ステーブ１００は、ステーブ１００を炉殻５１に設置するために必要な支持の多くを提供するために非常に強固な構造になっている。（３）炉殻への個々の管接続が無くなっていることによって、炉内の温度変化に起因したステーブ膨張／収縮の影響が最小限に抑えられる。（４）ステーブ１００は、管接続が無くなっていることによって、炉殻５１との管接続における溶接破損を低減する。（５）ステーブ１００は、マニホールド１０６が炉殻５１でステーブ１００を支持するのに必要とされる負荷の多くを担うので、ステーブ１００を炉殻５１で支持するのに必要とされるどの支持ボルトも、もはやステーブ１００を独立して支持するためには頼られないことによって、そのような支持ボルトの重要性／必要性を低減する。

図面、特に図２６に示すように、マニホールド１０６は、必要に応じて異なる様々な形状及びサイズをとってもよい。

上記の詳細な説明では、様々な特徴は、本開示を合理化するために互いに纏められて単一の実施形態にされる。開示されたこの方法は、本発明の特許請求される実施形態が各請求項に明示的に記載されているよりも多くの特徴を必要とするという意図を反映していると解釈されるべきではない。むしろ、添付の特許請求の範囲が反映するものとして、本発明の主題は、単一の開示されている実施形態の全ての特徴よりも少ないものにある。従って、添付の特許請求の範囲は、本明細書によってこの詳細な説明に組み込まれ、各請求項は、別個の実施形態としてそれ自体に依拠する。

Claims (20)

1. 外側ハウジングと、
   前記外側ハウジング内に収容されている個々の管を備える内側管路であって、前記個々の管は各々、入口端部及び出口端部を有し、各管は別の管に機械的に接続されている又は接続されていない内側管路と、
   前記ハウジングと一体化されている、或いは、前記ハウジング上又は前記ハウジング内に配置されているマニホールドと、
   を備えるステーブであって、
   各個々の管の入口端部及び／又は出口端部は、前記マニホールド内に配置されている、又は前記マニホールドによって収容されている、ステーブ。
2. 前記マニホールドは炭素鋼から作製されており、前記ハウジングは銅から作製されている、請求項１に記載のステーブ。
3. 前記マニホールドは、各個々の管の入口端部及び出口端部を収容する、請求項１に記載のステーブ。
4. 前記マニホールドは炭素鋼から作製され、前記ハウジングは銅から作製され、前記マニホールドは、各個々の管の入口端部及び出口端部を収容し、各個々の管の入口端部及び前記出口端部の各々は部分的に、前記マニホールドのハウジング内で鋳物銅によって取り囲まれている、請求項１に記載のステーブ。
5. 前記ステーブは、複数のリブ及び複数のチャネルと、複数のレンガとを有しており、
   前記ステーブの前面は、前記複数のチャネルの各々への第１の開口を規定し、
   各レンガは、前記複数のチャネルのうちの１つへと、そのチャネルの第１の開口を介して定位置に挿入可能であり、前記レンガが回転すると、前記１つのチャネルに部分的に配置され、それによって、前記１つのチャネル及び／又は前記複数のリブのうちの第１のリブの１又は複数の表面と少なくとも部分的に係合し、それによって、前記レンガは、最初に回転することなく直線的に動くことによっては、第１の開口を通って前記１つのチャネルから外れることがないようにロックされる、請求項１に記載のステーブ。
6. 前記ステーブは、前記チャネルの各々への１又は複数の側部開口を規定する、請求項５に記載のステーブ。
7. 前記レンガの前記１又は複数の部分は、前記１つのチャネルの第１のセクションに少なくとも部分的に配置されている突出部を備える、請求項５に記載のステーブ。
8. 前記第１のセクションは前記突出部に対して相補的である、請求項７に記載のステーブ。
9. 前記レンガの回転は、前記レンガの下部が前記ステーブに向かう方向に動くことを含む、請求項５に記載のステーブ。
10. 前記第１のリブの第１のリブ表面は、前記レンガの上部によって規定される溝に対して相補的であり、前記第１のリブ表面は、少なくとも部分的に前記溝に配置される、請求項５に記載のステーブ。
11. 前記複数のレンガの各々は、各レンガの下部が前記ステーブから離れる方向に動くことを含む各レンガの回転によって、そのそれぞれのチャネルから取り外すことができる、請求項５に記載のステーブ。
12. 前記ステーブはほぼ平坦である、請求項５に記載のステーブ。
13. 前記ステーブは、水平軸及び垂直軸の一方又は両方に対して湾曲している、請求項５に記載のステーブ。
14. 少なくとも部分的に前記複数のチャネルに配置された前記複数のレンガは、前記ステーブの前面から突出しており、積み重ねられたほぼ水平な複数のレンガ列を形成する、請求項５に記載のステーブ。
15. 前記複数のレンガのうちの１つは、別のレンガが上の列に配置されており、部分的に又は完全に前記１つのレンガを覆っていると、そのそれぞれのチャネルの前記第１の開口から引き出され、及び／又は回転できない、請求項１４に記載のステーブ。
16. 前記ステーブは、隣接するステーブ間にギャップを空けて隣り合って立っている複数のステーブをさらに含み、各ステーブは、複数のリブ、複数のチャネル、及び、前記複数のチャネル内に配置されているほぼ水平な複数のレンガ列を有する、請求項５に記載のステーブ。
17. 前記複数のチャネル内に配置されている前記ほぼ水平な複数のレンガ列は、全体的に又は部分的に、隣接するステーブ間のギャップを覆う、請求項１６に記載のステーブ。
18. 前記ステーブは、ほぼ垂直に、又は、約９０度以外の角度で立っている、請求項１６に記載のステーブ。
19. 前記複数のレンガの各々は、座部をさらに規定し、前記座部は少なくとも部分的に、前記１つのチャネルの第２のセクション内に配置される、請求項５に記載のステーブ。
20. 前記第２のセクションは前記座部に対して相補的である、請求項１９に記載のステーブ。

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