TW201807198A - 爐體保護用冷卻板 - Google Patents

Abstract

本發明的目的在於提供一種爐體保護用冷卻板，其作為設置於高爐等的爐體內壁的爐體保護用冷卻板，可降低冷卻水的漏水概率，從而可防止冷卻板的破損而達成長壽命化。此種爐體保護用冷卻板具有下述結構：在銅製的冷卻板本體1的爐外側表面1a或爐內側表面1b所設的槽2中，裝入鋼製的配管3，將冷卻板本體1的槽2與配管3利用硬焊料4予以接合，從而在冷卻板本體1中形成冷卻板本體冷卻用水路。

Description

爐體保護用冷卻板

本發明是有關於一種用於對曝露於高溫下的高爐等的爐壁進行保護的爐體保護用冷卻板（stave）。

以往，為了保護高爐爐體不受爐內熱負載破壞，使用有爐體冷卻裝置（以下稱作冷卻板）。爐體保護用冷卻板是利用鑄鐵或軋製銅、鑄造銅等所製作，於冷卻板本體中具有冷卻用水路。近年，為了應對高爐爐體的高熱負載，要求冷卻能力更高的冷卻板，結果，導熱率高的銅製冷卻板的採用逐漸增加。

在此種爐體保護用冷卻板中，形成於冷卻板本體中的冷卻用水路是根據設計思想或使用哪種材料而不同。即，根據材質，對於鑄鐵，一般利用鑄鐵來對鋼製配管進行內部冷激，對於軋製銅，一般藉由機械加工來形成水路（鑽（drill）孔），對於鑄造銅，一般利用鑄造來形成水路。

以下，對包含軋製銅的爐體保護用冷卻板進行說明，該包含軋製銅的爐體保護用冷卻板由於是藉由機械加工來製作，因此水路的尺寸精度佳，在材質方面，亦幾乎不用擔心在澆鑄時產生的「巢」等缺陷，因此採用數相對較多。

圖7（a）及圖7（b）分別為表示以往的包含軋製銅的爐體保護用冷卻板的一例的結構的正面圖及沿著其A-A線的剖面圖。在圖7（a）及圖7（b）所示的示例中，在包含軋製銅的冷卻板本體51中設有多個水路52（此處為三條）。各水路52是藉由機械加工（鑽加工）而形成於冷卻板本體51中。水路52包含：水路本體52a，貫穿冷卻板本體51的長邊方向；以及供排水用通路52b-1、供排水用通路52b-2，用於與供排水用配管53-1、供排水用配管53-2連通且與水路本體52a正交。水路本體52a的兩端是藉由熔接密封構件54-1、密封構件54-2而密封。在供排水用通路52b-1、供排水用通路52b-2中，分別藉由熔接而固定有包含鋼管或銅管的供排水用配管53-1、供排水用配管53-2。在冷卻板本體51中，設有多個（此處為4根）螺栓（bolt）55。

如圖8中表示其一例般，所述結構的爐體保護用冷卻板是使用螺栓55與螺母（nut）56而藉由螺固來固定於高爐爐體的鐵皮61。冷卻板本體51的供排水用配管53-1、供排水用配管53-2貫穿高爐爐體的鐵皮61上所開的孔，以從爐體外側進行供水、排水。

因高爐內的反覆熱負載而導致銅製冷卻板發生破損時的原因幾乎全部是從冷卻系統發生的漏水。近年來，因煤粉吹入的增加，對爐體的熱負載顯著上升，較之在設計階段設想並期待的壽命，而在早期發生冷卻板破損。因此類冷卻板破損引起的爐內浸水會大幅阻礙高爐的穩定操作。因此，在操作中確認有漏水的情況下，實施在冷卻板的水路中循環的冷卻水的停止措施。因該冷卻水停止，銅製冷卻板將曝露於爐內的高溫與因原料引起的磨損的環境下，因此會導致冷卻板本體其自身在短期間內便消失。因銅製冷卻板的消失（冷卻功能的消失），此次，高爐本體鐵皮將直接曝露於高溫下，從而引起鐵皮龜裂或熱變形，高爐操作其自身的繼續將變得困難。

銅製冷卻板的漏水可藉由高爐爐內的氣體混入冷卻水中而發現，而引起漏水的部位則根據調查結果而推定為如下。 （1）因高熱負載引起的變形，冷卻板本體的供排水用水路與供排水用配管的熔接接合部產生龜裂造成的漏水； （2）因高熱負載引起的變形，為了對冷卻板本體的藉由機械加工形成水路時的無用開口進行封閉而使用的密封構件的熔接部產生龜裂造成的漏水；以及 （3）由於機械強度及硬度低，因此因爐內原料引起的磨損造成冷卻水路開孔而造成的漏水。 因此，為了高爐的長期穩定操作，必須解決銅製冷卻板的漏水，謀求壽命延長。

於軋製銅製冷卻板中，是在冷卻板本體其自身中形成冷卻水路，因此較之對鑄鐵製冷卻板等中所採用的澆鑄配管進行通水冷卻而冷卻能力高。然而，在軋製銅製冷卻板中，多會因冷卻板本體的損傷引起冷卻水路的破損，從而造成冷卻板本體的早期消失。因此，軋製銅製冷卻板最終成為短壽命。另一方面，鑄鐵製冷卻板中，冷卻通路包含澆鑄配管，且與冷卻板本體獨立。因此，冷卻板本體的損傷對冷卻通路造成的影響少，但在澆鑄配管中，因出現在配管與冷卻板本體之間的邊界層而導致熱傳遞率下降，因此冷卻能力不高。

作為解決所述問題，謀求銅製冷卻板的長壽命化者，已知有下述結構：在銅製冷卻板的爐外側，利用機械加工等來挖槽，在該槽中裝入鋼製的配管，並利用螺栓來固定鋼製的板（專利文獻1）。 現有技術文獻 專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2002-146418號公報

[發明所欲解決之問題] 然而，專利文獻1所揭示的結構的銅製冷卻板存在如下所述的缺點。即，用於將配管固定於槽中的銅製冷卻板與鋼板的結合是借助螺栓來進行，因此無法結合至鋼製配管的端部為止。因此，由於銅製冷卻板與鋼板的熱膨脹率的不同（銅：約1.6×10^-5 /℃、鐵：約1.0×10^-5 /℃），因熱負載而鋼板變形，鋼板的口張開。然後，原料侵入其中，熱負載上升，最終引起螺栓斷裂等。由此，鋼板從銅製冷卻板脫落，在配管保持功能喪失的同時，冷卻板的功能亦喪失。藉由在爐外側使用鋼板，成本得到抑制，但同時，高爐爐體鐵皮與耐火物的冷卻能力亦下降。

本發明的目的在於提供一種爐體保護用冷卻板，其作為設置於高爐等的爐體內壁的冷卻板，可降低冷卻水的漏水概率，從而可防止冷卻板的破損而達成長壽命化。 [解決問題之手段]

為了解決以往技術所帶有的前述問題，實現所述目的而進行了專心研究，結果，發明者等人終於開發出以下所述的新穎的爐體保護用冷卻板。即，本發明是一種爐體保護用冷卻板，其特徵在於具有下述結構：在銅製的冷卻板本體的爐外側表面或爐內側表面上所設的槽內，裝入鋼製的配管，將冷卻板本體的槽與配管利用硬焊料予以接合，從而在冷卻板本體中形成冷卻板本體冷卻用水路。

另外，在如上所述般構成的本發明的爐體保護用冷卻板中，可認為下述結構為更佳的解決手段，即： （1）在所述槽上，藉由熔接而以覆蓋所述硬焊料的方式形成有蓋； （2）在所述配管的一端及另一端，與所述配管一體地形成有配管入口部及配管出口部，所述配管入口部及配管出口部在將所述配管裝入至所述槽時，從所述冷卻板本體的爐外側表面突出； （3）在所述配管入口部及配管出口部各自的外周設有保護管； （4）在所述槽的表面與所述硬焊料之間，設有第1中間構件；以及 （5）在所述硬焊料與所述配管的外表面之間，設有第2中間構件。 [發明的效果]

根據本發明的爐體保護用冷卻板，例如使軋製銅等銅製冷卻板本體冷卻用水路由鋼製配管構成，將銅製冷卻板本體與配管利用硬焊料來接合並嵌入，藉此，可獲得亦可耐受高熱負載而經長壽命化的冷卻板。而且，即使冷卻板本體發生變形，熔接部亦不會直接接觸水路，因此無須擔心從以往水路的各部中使用的熔接部發生的漏水。進而，將冷卻板本體與冷卻用配管的間隙利用硬焊料來填埋，藉此，可提高對冷卻板本體的冷卻能力。

圖1（a）至圖1（d）分別為表示本發明的爐體保護用冷卻板的一例的結構的正面圖、背面圖、沿著A-A線的剖面圖及沿著B-B線的剖面圖。在圖1（a）至圖1（d）所示的本發明的爐體保護用冷卻板的一例中，具有下述結構：如圖1（a）及圖1（b）所示，在銅製的冷卻板本體1的爐外側表面1a上所形成的槽2（此處為三條）內，如圖1（c）及圖1（d）所示般裝入鋼製的配管3，將冷卻板本體1的槽2與配管3利用硬焊料4來予以接合，從而在冷卻板本體1中形成包含配管3的冷卻板本體冷卻用水路。

而且，在圖2（a）至圖2（d）所示的本發明的爐體保護用冷卻板的另一例中，亦可具有下述結構：如圖2（a）及圖2（b）所示，在銅製的冷卻板本體1的爐內側表面1b上設置槽2（此處為三條），進而，在爐外側表面1a設置配管的出口孔7-1、出口孔7-2，在其中如圖2（c）及圖2（d）所示般裝入鋼製的配管3，將冷卻板本體1的槽2與配管3利用硬焊料4來予以接合，從而在冷卻板本體1中形成包含配管3的冷卻板本體冷卻用水路。

圖3（a）至圖3（c）分別為用於對本發明的爐體保護用冷卻板的一例的製造方法中的各步驟進行說明的沿著圖1（a）及圖1（b）的A-A線的圖。依照圖3（a）至圖3（c）來說明本發明的爐體保護用冷卻板的一例的製造方法，首先，如圖3（a）所示，準備在爐外側表面1a形成有槽2的銅製的冷卻板本體1與鋼製的配管3。槽2可使用端銑刀（end mill）等來對銅製的冷卻板本體1的爐外側表面1a實施機械加工而形成。槽2的剖面形狀可設為U字形狀，但只要是可裝入配管3的形狀，則亦可為任何形狀。對於鋼製的配管3，在配管3的一端及另一端，與配管3一體地形成有配管入口部3-1與配管出口部3-2，該配管入口部3-1與配管出口部3-2在將配管3裝入槽2時，從冷卻板本體1的爐外側表面1a突出。配管入口部3-1與配管出口部3-2可使用彎曲機等來對一根結構的配管3的兩端實施彎曲加工而形成。另外，對於配管入口部3-1及配管出口部3-2，亦可在他們周圍設置保護管（未圖示）。

接下來，如圖3（b）所示，將配管3以配管入口部3-1與配管出口部3-2從爐外側表面1a突出的方式裝入至槽2中。然後，如圖3（c）所示，使加熱至規定溫度而成為熔融狀態的硬焊料4流入冷卻板本體1的槽2與配管3之間，隨後進行冷卻而使硬焊料4固化。藉此，作為本發明的爐體保護用冷卻板，可獲得下述結構：將冷卻板本體1的槽2與配管3利用硬焊料4來予以接合，從而在冷卻板本體1中形成包含冷卻板本體冷卻用配管3的水路。

而且，作為另一例，圖4（a）至圖4（c）分別為用於對本發明的爐體保護用冷卻板的另一例的製造方法中的各步驟進行說明的沿著圖2（a）及圖2（b）的A-A線的圖。依照圖4（a）至圖4（c）來說明本發明的爐體保護用冷卻板的另一例的製造方法，首先，如圖4（a）所示，準備銅製的冷卻板本體1與鋼製的配管3，該銅製的冷卻板本體1在爐內側表面1b形成槽2，並且在爐外側表面1a形成有用於使配管入口部3-1及配管出口部3-2從爐外側表面1a突出的出口孔7-1及出口孔7-2。槽2可使用端銑刀等來對銅製的冷卻板本體1的爐內側表面1b實施機械加工而形成。而且，出口孔7-1及出口孔7-2可使用鑽頭等，從槽2的底部或爐外側表面1a實施機械加工而形成。

接下來，如圖4（b）所示，將配管3以配管入口部3-1與配管出口部3-2經由出口孔7-1與出口孔7-2而從爐外側表面1a突出的方式裝入至槽2中。然後，如圖4（c）所示，使加熱至規定溫度而成為熔融狀態的硬焊料4流入冷卻板本體1的槽2與配管3之間，隨後，進行冷卻而使硬焊料4固化。藉此，作為本發明的爐體保護用冷卻板，可獲得下述結構：將冷卻板本體1的槽2與配管3利用硬焊料4來予以接合，從而在冷卻板本體1中形成包含冷卻板本體冷卻用配管3的水路。

所述結構的本發明的爐體保護用冷卻板中，在軋製銅等銅製的冷卻板本體1的爐外側表面1a或爐內側表面1b，利用機械加工等而呈U字形狀地挖出槽2，並將鋼製的配管3裝入至該U字形狀的槽2中。藉由將具備比鑄鐵高的導熱率的銅作為冷卻板本體1，並利用鋼製的配管3來使冷卻水路獨立，從而可防止如前所述的因冷卻水路等的破損引起的冷卻板本體1的損傷或冷卻板本體1的早期消失。在銅製的冷卻板本體1的爐外側表面1a或爐內側表面1b加工出的U字形狀的槽2成為冷卻板本體1的冷卻水路。鋼製的配管3是事先成形為規定形狀（與U字形狀的槽2的布局（layout）對應的形狀），並裝入至銅製冷卻板本體1的剖面U字形狀的槽2中。在裝入有配管3的狀態下，使冷卻板本體1與配管3利用硬焊料4予以接合。

對於銅製的冷卻板本體1曝露於實際設備中的溫度，本發明者等人在對冷卻水路通水的狀態下，長期（10秒間距資料，二年）實施在實際設備（高爐操作中）中的溫度測定，發現冷卻板本體最大僅會上升至400℃左右為止。由此想到，只要將冷卻板本體1與配管3以熔融溫度定義為450℃以上的硬焊料（日本工業標準（Japanese Industrial Standards，JIS）Z 3261中規定的BAg等）予以接合，銅製的冷卻板本體1與配管3便不會脫離，從而完成本發明。假設冷卻板本體1的溫度達到400℃以上時，僅須考慮冷卻水停止的狀態，若為該狀態，則可認為，在配管3從銅製的冷卻板本體1脫離這一事態之前，銅製的冷卻板本體1其自身便會因爐內的熱負載與由原料引起的磨損而消失。另外，若硬焊料的熔融溫度過高，則在接合時，冷卻板本體有可能發生變形，因此硬焊料的熔融溫度較佳為450℃以上且1083℃以下。

所述本發明的爐體保護用冷卻板中，不會發生對藉由鋼板的螺栓緊固來保持配管的方法進行了揭示的專利文獻1中，因銅製的冷卻板本體與鋼板的脫落導致無法保持配管的問題，因此可期待冷卻板本體1進一步的長壽命化。而且，儘管在U字形狀的槽2與配管3之間會產生間隙，但使「硬焊」用的合金流入該間隙等而使冷卻板本體1與配管3密接接合，因此可提高冷卻板本體1與配管3之間的熱傳遞率，包含配管3的水路對冷卻板本體1的冷卻能力變高。而且，一般而言，當對配管3進行熔接時，會局部地形成熱影響部，從而會因使用中的熱負載導致配管3產生龜裂而引起漏水，但作為硬焊的特徵，無須使母材熔融便可進行接合，因此無因局部的熱影響部導致的龜裂產生。在硬焊時，儘管有時會將溫度提高至鋼製配管3的相變點（約750℃）附近，但由於不使其熔融且亦非局部性者，因此無熱影響部導致的龜裂產生。而且，硬焊料會吸收冷卻板本體的銅與配管的鋼之間的熱膨脹量的差異，亦具有減輕應力集中的效果。

進而，藉由設為如上所述的結構，可消除以往為漏水的原因而為軋製銅冷卻板的弱點的供排水出入口與配管的熔接接合部。而且，冷卻配管是設為高溫硬度高於銅的鋼製，且與軋製銅等銅製的冷卻板本體獨立，藉此，可降低銅製的冷卻板本體的熱變形或磨損引起的冷卻路徑的開孔、漏水產生的概率。結果，本發明的銅製的冷卻板的冷卻能力高於以往的鑄鐵冷卻板，冷卻水路的破損少於以往的銅製的冷卻板。因而，可構成達成了長壽命化的爐體保護用冷卻板。

圖5（a）及圖5（b）是分別將本發明的爐體保護用冷卻板的又一較佳例的結構作為沿著圖1（a）的B-B線的剖面圖、以及沿著圖2（a）及圖2（b）的B-B線的剖面圖所示的圖。在冷卻板本體1的爐外側表面1a設有槽2的圖5（a）所示的較佳例中，藉由硬焊料4來使銅製的冷卻板本體1與配管3接合後，為了進一步防止脫落，將蓋5熔接於U字形狀的槽2，將蓋5的端部與冷卻板本體1的槽2的端部利用熔接部6來接合安裝。而且，在如圖5（b）所示的較佳例般，在冷卻板本體1的爐內側表面1b設置槽2的情況下，，亦可同樣地利用熔接部6來接合蓋5。蓋5的材質較佳設為與冷卻板本體相同的銅製，但亦可使用其他材料的蓋。

圖6（a）及圖6（b）是分別將本發明的爐體保護用冷卻板的又一較佳例的結構作為沿著圖1（a）的B-B線的剖面圖所示的圖。圖6（a）所示的示例中，在槽2的表面與硬焊料4之間，設有第1中間構件6-1。而且，在圖6（b）所示的示例中，在硬焊料4與配管3的外表面之間，設有第2中間構件6-2。作為第1中間構件6-1及第2中間構件6-2，只要根據冷卻板的冷卻能力的設計等級（level），來使用具有適當導熱率的材料即可，與配管3一同裝入第1中間構件6-1或第2中間構件6-2後，可利用硬焊料來進行接合。藉由調整中間構件的導熱率或厚度，可將冷卻板的冷卻能力調整為符合目標。為了調整冷卻板整體的導熱率而發揮調整冷卻能力的效果，作為中間構件，只要使用至少具有與冷卻板本體1、配管3、硬焊料4中的任一者不同的導熱率的構件即可。而且，藉由調整中間構件的導熱率以外的物性，亦可改變導熱率以外的冷卻板的功能。另外，在圖6（a）及圖6（b）的較佳例中，對將槽2形成於爐外側表面1a的示例進行了說明，但將槽2形成於爐內側表面1b的示例中，當然亦可獲得第1中間構件6-1或第2中間構件6-2的效果。 [產業上的可利用性]

本發明的爐體保護用冷卻板中，使銅製冷卻板本體冷卻用水路由鋼製配管構成，將銅製冷卻板本體與配管利用硬焊料來進行接合嵌入，藉此，可獲得亦可耐受高熱負載而經長壽命化的爐體保護用冷卻板，因此在除高爐以外的其他加熱爐中，亦是作為曝露於高溫下的爐壁內部的保護用途而有效的方法。

1、51‧‧‧冷卻板本體
1a‧‧‧爐外側表面
1b‧‧‧爐內側表面
2‧‧‧槽
3‧‧‧配管
3-1‧‧‧配管入口部
3-2‧‧‧配管出口部
4‧‧‧硬焊料
5‧‧‧蓋
6‧‧‧熔接部
6-1‧‧‧第1中間構件
6-2‧‧‧第2中間構件
7-1、7-2‧‧‧出口孔
52‧‧‧水路
52a‧‧‧水路本體
52b-1、52b-2‧‧‧供排水用通路
53-1、53-2‧‧‧供排水用配管
54-1、54-2‧‧‧密封構件
55‧‧‧螺栓
56‧‧‧螺母
61‧‧‧鐵皮

圖1（a）至圖1（d）分別為表示本發明的爐體保護用冷卻板的一例的結構的正面圖、背面圖、沿著A-A線的剖面圖及沿著B-B線的剖面圖。 圖2（a）至圖2（d）分別為表示本發明的爐體保護用冷卻板的另一例的結構的正面圖、背面圖、沿著A-A線的剖面圖及沿著B-B線的剖面圖。 圖3（a）至圖3（c）分別為用於對本發明的爐體保護用冷卻板的一例的製造方法中的各步驟進行說明的沿著圖1（a）及圖1（b）的A-A線的圖。 圖4（a）至圖4（c）分別為用於對本發明的爐體保護用冷卻板的另一例的製造方法中的各步驟進行說明的沿著圖2（a）及圖2（b）的A-A線的圖。 圖5（a）及圖5（b）是分別將本發明的爐體保護用冷卻板的又一例的結構作為沿著圖1（a）及圖1（b）的B-B線的剖面圖、以及沿著圖2（a）及圖2（b）的B-B線的剖面圖所示的圖。 圖6（a）及圖6（b）是分別將本發明的爐體保護用冷卻板的又一例的結構作為沿著圖1（a）及圖1（b）的B-B線的剖面圖所示的圖。 圖7（a）及圖7（b）分別為表示以往的包含軋製銅的爐體保護用冷卻板的一例的結構的正面圖及沿著其A-A線的剖面圖。 圖8是用於對將本發明的爐體保護用冷卻板安裝於高爐爐體的一例進行說明的圖。

1‧‧‧冷卻板本體

1a‧‧‧爐外側表面

1b‧‧‧爐內側表面

2‧‧‧槽

3‧‧‧配管

3-1‧‧‧配管入口部

3-2‧‧‧配管出口部

4‧‧‧硬焊料

Claims (6)

1. 一種爐體保護用冷卻板，其特徵在於具有下述結構： 在銅製的冷卻板本體的爐外側表面或爐內側表面上所設的槽內，裝入鋼製的配管，將所述冷卻板本體的所述槽與所述配管利用硬焊料予以接合，從而在所述冷卻板本體中形成冷卻板本體冷卻用水路。
2. 如申請專利範圍第1項所述的爐體保護用冷卻板，其中 在所述槽上，藉由熔接而以覆蓋所述硬焊料的方式形成有蓋。
3. 如申請專利範圍第1項或第2項所述的爐體保護用冷卻板，其中 在所述配管的一端及另一端，與所述配管一體地形成有配管入口部及配管出口部，所述配管入口部及所述配管出口部在將所述配管裝入至所述槽時，從所述冷卻板本體的爐外側表面突出。
4. 如申請專利範圍第3項所述的爐體保護用冷卻板，其中 在所述配管入口部及所述配管出口部各自的外周設有保護管。
5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的爐體保護用冷卻板，其中 在所述槽的表面與所述硬焊料之間，設有第1中間構件。
6. 如申請專利範圍第1項至第5項中任一項所述的爐體保護用冷卻板，其中 在所述硬焊料與所述配管的外表面之間，設有第2中間構件。