JP6093424B2 - 炉を形成する鉄系金属又は非鉄系金属のためのプレートクーラステーブ装置及び方法 - Google Patents

炉を形成する鉄系金属又は非鉄系金属のためのプレートクーラステーブ装置及び方法 Download PDF

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Description

＜関連出願の参照＞
本出願は、２０１０年３月３０日出願の米国特許仮出願第６１／３１９，０８９号「Panel For Ferrous Or Non-Ferrous Metal Making Furnace」の利益及び優先権を主張し、この出願の開示は、全ての目的について、引用を以て本明細書の中に組み込まれる。この出願はまた、(１)２００９年７月８日出願の米国特許仮出願第６１／２２３，７４５号「Furnace Stave Brick」、及び、(２)２００９年８月５日出願の米国特許仮出願第６１／２３１，４７７号「Furnace Stave Brick」の優先権を主張する、２０１０年７月８日出願の国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１０／０４１４１４号「Apparatus And Method For Frame And Brick Constructions」の一部継続出願であり、これらの出願の開示は、全ての目的について、引用を以て本明細書の中に組み込まれる。
＜本発明の技術分野＞
本発明は、高炉や他の冶金用炉の炉殻を冷却する装置及び方法に関する。関連分野は冷却ステーブを含む。
過去半世紀に亘って、主に２タイプの冷却システムが、高炉の朝顔部(bosh)、炉腹部(belly)及び炉胸部(stack)に用いられてきた。これら２つの冷却システムは、冷却プレートと冷却ステーブであり、夫々に利点と欠点がある。
従来の冷却プレートは、舌状のクーラであり、製鋼炉殻の１つの孔を通って突出し、平均で約２４インチ(６０９．６ミリメートル)で容器に突き刺さり、その幅は、約２４インチ(６０９．６ミリメートル)である。このようなプレートは鋼殻に強固に固定され、プレートは外部の冷却源に繋がっている。これらの冷却プレートは大抵、炉周りに千鳥状(staggered row)に配列され、あるプレートクーラの中心から隣のプレートクーラの中心までの距離は、水平に１５乃至４８インチ(３８１乃至１２１９．２ミリメートル)、垂直に１５乃至３６インチ(３８１乃至９１４．４ミリメートル)ある。炉内部におけるこれらプレートクーラ間の空間は通常、レンガ材料で充填されて、冷却プレートに接して、炉壁の内側にて堅固な耐火システムを形成する。これらのプレートを用いた冷却システムには、近くのレンガはより効果的に冷却されるが、幾分距離を置いて位置するレンガはより侵食(corrosion)するという欠点がある。不均一な冷却のために、これらのプレートは、冷却ステーブ設計と同程度には殻を保護できない。
ステーブは、炉の鋼殻の内側と耐火ライニングとの間に配置される要素である。ステーブは通常、水のような伝熱流体を運ぶ一連の管を用いて構成されている。ステーブは、ほぼ完全に鋼殻を覆うように取り付けできるので、炉を均一に冷却できる。典型的なステーブクーラの幅は、約３０乃至５０インチ(７６２乃至１２７０ミリメートル)であり、高さは、約４８乃至１４４インチ(１２１９．２乃至３６５７．６ミリメートル)である。これらステーブは通常、炉壁にボルトで固定され、それらの間に取付け用の小さな間隙を有することがある。
このようなステーブ／レンガ構造の主な欠点は、炉内に取り付けたときに互いに接近するため、ステーブ／レンガ構造が全体的に又は部分的に再構築や修復する必要があるときは常に、レンガをステーブチャンネルから引き出せるように、ステーブが炉から取り外される必要がある。炉からのステーブの取外しは必須である。その理由は、ステーブの前面を通してでは、レンガをステーブチャンネルから取り外したりステーブチャンネルに挿入できないからである。さらには、ステーブを支持するピンと、別個の熱電対殻突起(thermocouple shell protrusions)と、水パイプ突起と、可撓性のある調整器(compensators)とが通常必要とされる。
典型的な炉冷却プレートと冷却ステーブに関連する欠点を克服するために、従来の冷却プレートと冷却ステーブの利点を組み合わせると同時に、従来の冷却プレートと冷却ステーブの欠点の殆ど又は全てを排除した冷却プレート又は冷却ステーブを提供することが望ましい。
また、炉の鋼殻の単一の開口を通して炉の外から挿入及び取付けでき、炉殻の外側と炉殻の内側に強固に固定して支持される冷却プレートであって、殻の内側と耐火ライニングとの間にステーブとして配置される冷却プレートを提供することが望ましい。また、プレートの下端部が下側のプレートの上部により支持されている、及び／又は、１つのプレートの１又は複数の面が、１又は複数の隣り合うプレートの１又は複数の面によりさらに支持されている冷却プレートを提供することが望ましい。さらに、付随する熱電対がプレートクーラのステーブ内に取り付けできる冷却プレートを提供することが望ましい。さらに、炉の外側から取り付けられることができるが、ステーブのように炉の均一な冷却をもたらすと同時に、従来のステーブ及び／又は冷却プレートの取付け及び実施に通常必要とされた、多数のピン、熱電対殻突起、水パイプ突起、及び可撓性のある調整器を排除できる冷却プレートを提供することが望ましい。
本発明のこれらの利点及び他の利点は、以下の好ましい実施形態の詳細な説明を参照することによって理解されるであろう。
第１の態様において、本発明は、殻壁を有する炉で使用されるプレートクーラステーブを含み、炉の外側からプレートクーラステーブへ、及び、プレートクーラステーブから炉の外側へ冷却流体を流すための少なくとも１つの冷却流体入口及び少なくとも１つの冷却流体出口を収容する上部と、炉殻に規定されている開口を介して炉内に挿入できるように、上部に対してある角度をなして配置される本体と、を備えており、取り付けられると、上部の少なくとも一部は開口に配置される。
プレートクーラステーブのさらに別の態様によれば、本体は、殻壁に沿って配置されている。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、本体は、殻壁に対して略平行に配置されている。
プレートクーラステーブのさらに別の態様において、本体は、殻壁と炉内の耐火ライニングとの間に配置されている。
さらなる態様において、プレートクーラステーブはさらに、本体内又は本体上に少なくとも部分的に配置される耐火ライニングを備えている。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、上部はカバープレートに取り付けられ、カバープレートは殻壁に固定されている。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、カバープレートは、殻壁の外側に固定されている。
プレートクーラステーブの別の態様において、本体は、１又は複数の湾曲した輪郭(profile)を有する。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、本体は、殻壁の湾曲と略相補的である少なくとも１つの湾曲した輪郭を有する。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、本体は、耐火レンガを保持するための溝又はチャンネルを規定している。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、上部と本体の間の角度は、９０度よりも大きい。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、上部と本体の間の角度は、約９０度である。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、プレートクーラステーブが取り付けられると、本体は、上部に対して上方向、下方向又は横方向に配置される。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、プレートクーラステーブは、鋳込みパイプ(cast in pipe)を有する鋳銅と、中抜き水路(cored water passages)を有する鋳銅と、鋳込みパイプを有する鋳鉄と、水路を有する鋳鉄と、孔開加工された銅と、押出加工された(extruded)銅とからなる群から選ばれる構造体を含む。
さらなる態様において、プレートクーラステーブはさらに熱電対を備えており、該熱電対は上部を通って本体内に延びている。
別の態様において、プレートクーラステーブはさらに、隣り合う１又は複数のプレートクーラステーブを支持し、上部及び／又は本体に規定された１又は複数の表面を有する。
さらなる態様において、プレートクーラステーブはさらにスペーサ支持体を備えている。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、スペーサ支持体は、プレートクーラステーブが炉内に取り付けられると、殻壁と接触する。
プレートクーラステーブの別の態様において、本体と殻壁は、殻壁に取り付けられたスペーサ支持体によって隔てられている。
さらなる態様において、プレートクーラステーブはさらに、上部の少なくとも一部の周りに配置される鋼帯と、該鋼帯に取り付けられたカバープレートとを備えている。
プレートクーラステーブの別の態様において、本体は複数のリブと複数のチャンネルを規定し、本体の前面は、各チャンネルへの第１開口を規定し、プレートクーラステーブは複数のレンガをさらに備えており、各レンガは、第１開口を介して複数のチャンネルの１つの中に、レンガを回転させると、レンガの１又は複数の部分は、チャンネルの１又は複数の表面と、及び／又は、複数のリブの第１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ようにチャンネルに部分的に配置される姿勢で挿入可能であって、これによって、レンガは、初めに回転されなければ、チャンネルから第１開口を通って直線移動による取外しに対してロックされる。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、本体は、各チャンネルへの１又は複数の側面開口を規定している。
プレートクーラステーブの別の態様において、レンガの回転は、レンガの下部が本体に向かう方向に移動することを含んでいる。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、第１リブの第１リブ表面は、レンガの上部に規定される溝と相補的であり、第１リブ表面は少なくとも部分的に溝に配置されている。
プレートクーラステーブの別の態様において、本体は、略平坦である。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、本体は、水平軸及び垂直軸の一方又は双方について湾曲している。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、本体は、複数のパイプを収容している。
プレートクーラステーブの別の態様において、複数のチャンネルに少なくとも部分的に配置されている複数のレンガは、積み重ねられた略水平な複数の行に並べられて、本体の前面から突出している。
プレートクーラステーブのさらなる態様において、一方のレンガは、他方のレンガが上側の行に配置されており、一方のレンガを部分的に又は完全に覆っている場合には、一方のレンガの各チャンネルの第１開口から引き出し(pulled)及び／又は回転できない。
プレートクーラステーブの別の態様において、複数のレンガは、平坦な又は段差のある(uneven)表面を規定する露出面を備えている。
さらなる態様において、本発明は殻壁を有する炉を冷却する方法を含み、炉の外側からプレートクーラステーブへ、及びプレートクーラステーブから炉の外側へ冷却流体を流すための少なくとも１つの冷却流体入口及び少なくとも１つの冷却流体出口を収容する上部と、該上部に対してある角度をなして配置される本体とを有するプレートクーラステーブを提供する工程と、炉壁に規定される開口を介して本体を炉内に挿入する工程と、上部の少なくとも一部を開口に取り付ける工程と、殻壁の開口を覆う工程と、を有する。
別の態様において、炉を冷却する方法はさらに、プレートクーラステーブの上部に配置されるプレートで、殻壁の開口を覆う工程を有する。
さらなる態様において、炉を冷却する方法はさらに、殻壁に沿って本体を配置する工程を有する。
さらなる態様において、炉を冷却する方法はさらに、殻壁に対して略平行に本体を配置する工程を有する。
別の態様において、炉を冷却する方法はさらに、本体内又は本体上に耐火材料を取り付ける工程を有する。
炉を冷却する方法のさらなる態様において、耐火材料は、本体に規定される溝又はチャンネルに少なくとも部分的に配置される耐火レンガを含む。
さらなる態様において、炉を冷却する方法はさらに、上部及び／又は本体に規定される１又は複数の表面が、１又は複数の隣り合うプレートクーラステーブを支持するように、炉内にプレートクーラステーブを置く工程を有する。
さらに別の態様において、炉を冷却する方法はさらに、複数のプレートクーラステーブを炉に取り付ける工程を含んでおり、複数のプレートクーラステーブは、隣り合うプレートクーラステーブの隣り合う本体間に間隙を有するように並べて配置され、複数のプレートクーラステーブの夫々の本体は、複数のリブと複数のチャンネルを規定、各チャンネルへの第１開口を規定する前面とを有しており、第１開口を介して各チャンネルの中に複数のレンガを、レンガを回転させると、レンガの１又は複数の部分が、チャンネルの１又は複数の表面と、及び／又は、複数のリブの第１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ようにチャンネルに部分的に配置される姿勢で挿入する工程であって、これによって、レンガは、初めに回転されなければ、チャンネルから第１開口を通って直線移動による取外しに対してロックされる工程を含んでおり、各本体は、複数のチャンネルに配置されたレンガの略水平な複数の行を含んでおり、複数のチャンネルに並べて配置されたレンガの略水平の複数の行は、隣り合うプレートクーラステーブの隣り合う本体間の間隙を全体的に又は部分的に覆う。
本開示を容易に理解し実施するために、本開示を以下の図面に関連させて例示の目的で記載するが、限定するものではない。
図１は、従来の冷却プレートの上断面図である。
図２は、カバープレートが高炉殻に取り付けられている従来の冷却プレートの側断面図である。
図３は、高炉に利用される従来の孔開加工されプラグ止めされた(plugged)銅製のステーブの断面図である。
図４は、高炉に利用される本発明の好ましい実施形態に基づくプレートクーラステーブの断面図である。
図５は、本発明の好ましい実施形態に基づくプレートクーラステーブの上面斜視図である。
図６は、高炉に利用される本発明の好ましい実施形態に基づくプレートクーラステーブの断面図である。
図７は、高炉に利用されるプレートクーラステーブの取付けを示す本発明の好ましい実施形態に基づくプレートクーラステーブの断面図である。
図８は、本発明の好ましい実施形態に基づくレンガの側面斜視図である。
図９は、本発明の炉ライニングの好ましい実施形態の上面斜視図であり、前記炉ライニングは、図８のレンガを使用する本発明のステーブ／レンガ構造の好ましい実施形態を含む。
図１０は、本発明の炉ライニングの好ましい実施形態の側面斜視図であり、炉ライニングは、図８のレンガを使用する本発明のステーブ／レンガ構造の好ましい実施形態を含む。
図１１は、図８のレンガを使用する本発明のステーブ／レンガ構造の好ましい実施形態の断面図である。
図１２は、本発明のステーブ／レンガ構造の好ましい実施形態の断面図であり、図８のレンガが、本発明のステーブの好ましい実施形態の前面から挿入され又は取り外されていることを示している。
図１３は、本発明の別のステーブ／レンガ構造の好ましい実施形態の断面図であり、少なくとも２つの異なる大きさの図８のレンガを使用している。
図１４は、従来のステーブ／レンガ構造を使用する従来の炉ライニングの平面図である。
図１５は、図８のレンガを使用する本発明のステーブ／レンガ構造の好ましい実施形態を含む本発明の炉ライニングの好ましい実施形態の平面図である。
以下の詳細な説明において、本発明の詳細な説明の一部を形成する添付の実施例及び図面が参照され、これらに例示のために示されているのは、本発明の主題を実施可能な具体的な実施形態である。これらの実施形態は、当業者が実施をすることができる程度に十分詳細に記載されており、本発明の主題の範囲から逸脱することなく他の実施形態を利用することができ、構造的又は論理的な変更がされてよいことが理解できるであろう。本発明の主題のこのような実施形態は、単に便宜のため、本明細書中にて、個別に及び／又は総称して用語「発明」と呼ぶことがあり、１を超える実施形態が実際に開示されている場合に、本出願の範囲を任意の１つの発明又は発明概念に自発的に限定することを意図するものではない。
従って、以下の説明は、限定的な意味で解釈されるべきではなく、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、断面略矩形の既知の構造のプレートクーラ(10)を示しており、冷却流体を運ぶための連続するプレート流路(12)を備えている。既知の設計の冷却プレートは、図２に示すように、鋼帯(52)とカバープレート(46)とを用いて炉殻壁(14)に強固に固定されている。カバープレート(46)は炉殻(14)に溶接されており(60)、鋼帯(52)にも溶接されている(62)。
孔開差込まれた(drilled and plugged)銅製の典型的なステーブクーラ(16)を図３に示す。ステーブ(16)は、支持ピン殻突起(18)と、ボルト孔殻突起(20)及びボルト(23)とによって炉殻(14)に支持されている。ステーブ(16)は、ステーブ(16)の内側に配置されて冷却流体を運ぶ、連続しているステーブパイプ(22)又は複数のステーブパイプによって冷却される。ステーブパイプ(22)は、１又は複数の外部パイプ(24)に接続されてよく、それら外部パイプ(24)は、殻(14)側にあるステーブ(16)の側面から延びて、殻(14)を貫通している。ステーブ(16)と耐火レンガを冷却するために、例えば水等の冷却剤が高圧でパイプ(22)を通って送り込まれる。耐火レンガは、炉内に組み立てられ取り付けられる際に、ステーブチャンネル(26)内に配置されるか、ステーブチャンネル(26)に、又はステーブチャンネル(26)内に機械的に取り付けられる。炉殻(14)にはまた、熱電対殻突起(28)が貫通している。
本発明に係るプレートクーラステーブ(30)の好ましい実施形態を、図４乃至図７に示す。プレートクーラステーブ(30)は、炉殻(14)の壁のプレート用孔(34)を通って延びる上部(32)を有しており、炉殻(14)の外側には露出部(36)が、炉殻(14)の内側には内在部(38)が設けられている。プレートクーラステーブ(30)の上部(32)は、炉殻(14)に固定されている。プレートクーラステーブ(30)の本体(40)は、取付時に、高炉の殻(14)と耐火ライニング(図示せず)の間にて、図４に示すように、(上部(32)に対して上方向又は下方向に)縦に配置される。図５は、プレートクーラステーブ(30)の上面図であり、上部(32)が広い、即ち従来のプレートクーラ(10)よりも広いことを示している。図４及び図７の側面図は、プレートクーラステーブ(30)の本体(40)が、図３に示すような従来のステーブクーラ(16)と同様に広い表面積を有するパネルを形成していることを示している。
冷却流体循環管又は流路(42)が、プレートクーラステーブ(30)の全体に亘って延びていることが好ましい。循環管(42)は、露出部(36)を通ってプレートクーラステーブ(30)から出ている。熱電対(図示せず)が、露出部(36)を通って埋め込まれた熱電対パイプ(44)へと、プレートクーラステーブ(30)に入れられてよい。カバープレート(46)が、溶接(62)によって、鋼帯(52)に取り付けられることが好ましい。鋼帯(52)は、露出部(36)を含む上部(32)の部分の周囲に取り付けられる。カバープレート(46)が、溶接(60)によって炉殻壁(14)に取り付けられることが好ましい。カバープレート(46)は、炉殻(14)の内側にプレートクーラステーブ(30)を取り付ける前でも後でも、プレートクーラステーブ(30)上の鋼帯(52)に取り付けできる。
プレートクーラステーブ(30)は、炉の裏装(relines)時に既存のプレート用孔(34)に追加できるか、既存のプレート用孔(34)に重なるように設計され得る。プレートクーラステーブ(30)は、必要に応じて、図４に示す炉殻(14)の外側から炉の既存のプレート用孔(34)を通して挿入されてよい。炉の裏装がなされる場合には、プレートクーラステーブ(30)を炉殻(14)の内側から取り付けできるので、プレートクーラステーブ(30)を炉内に取り付けた後に、カバープレート(46)を上部(32)の鋼帯(52)に取り付けることができる。
好ましい実施形態では、本体(40)の下端部は、図４及び図７に示すように、スペーサ支持体(48)を介して炉殻壁(14)に支えられてよい。スペーサ支持体(48)は、プレートクーラステーブ(30)又は殻壁(14)の何れかに取り付けられてよい。好ましくは、重なりジョイント(overlap joint)(50)が使用されて、隣り合うプレートクーラステーブ(30)の端部又は側面を支持してもよい。図６に示すように、重なりジョイント(50)は、下側のプレートクーラステーブ(30)の内在部(38)に配置される肩部(56)を備えており、該肩部(56)は、隣り合う上側のプレートクーラステーブ(30)の下部に規定されるチャンネル(55)に嵌まる。この重なりジョイント(50)は、プレートクーラステーブ(30)のパネルの上部及び／又は下部にのみ、並びに／又は、プレートクーラステーブ(30)の側面に同様に配置されてもよい。
本明細書中に示されているように、カバープレート(46)の有無に拘わらず、本発明の好ましい実施形態のプレートクーラステーブ(30)に支持機構を組み入れることで、各プレートクーラステーブ(30)は、炉壁(14)にて１箇所で固定され、そして、従来のステーブ(16)及び／又は従来の冷却プレート(10)の取付け及び／又は動作に必要とされるステーブパイプやその他の要素(18)乃至(24)の膨張代(expansion allowance)を無くす。従って、本発明の好ましい実施形態に基づくステーブ冷却プレート(30)の取付け及び／又は動作は、大抵の場合、可撓性のある調整器(図示せず)を必要としない。
好ましくは、金属製ステーブ冷却プレート(30)は、炉内部環境から容器の壁を冷却又は保護することを必要とするような炉をなす如何なる種類の金属でも使用できるのが好ましい。ステーブ冷却プレート(30)の構成材料は、冶金炉環境に適した任意の材料であってよく、以下を含むがこれらに限定されない；鋳込みパイプを有する鋳銅製ステーブ、中抜き水路を有する鋳銅製ステーブ、鋳込みパイプ又は冷却水路を有する鋳鉄製ステーブ、孔開加工孔又は押出孔(extruded hole)を有しており、水路に曲がりを生じるように後で曲げられる又は成形される銅製プレート又はビレット、である。好ましい実施形態では、屈曲形状を形成する前に予め孔開加工／押出しにより孔を開けることによって、又は、埋込式熱電対パイプ(44)をステーブ(30)に鋳込むことによって、熱電対殻突起(28)は除かれている。
鋼帯(52)又はカバープレート(46)が、プレートクーラステーブ(30)の露出部(36)に予め溶接されることで、現場での取付けを簡略化できる。パネル又はプレートクーラステーブ(30)と、鋼帯(52)とがカバープレート(46)を通って突出するように、カバープレート(46)は設計されてよく、或いは、水の接続部と熱電対の接続部とだけがシールされて、カバープレート(46)を通って突出した状態で、プレートクーラステーブ(30)がカバープレート(46)の内側に含まれてよい。溶接、ボルト締め、又はカバープレート(46)を取り付けるのに適したその他の任意の方法によって、プレートクーラステーブ(30)は、殻壁(14)に取り付けられてよい。カバープレート(46)は、プレートクーラステーブ(30)を取り付けるのに用いられ、プレートクーラステーブ(30)の取付け後に開口(34)を覆うことによって、炉殻(14)内からのガス漏れを防ぐことが好ましい。
下曲げ(bent down)形状、上曲げ(bent up)形状、又は、同じ炉内にてこれらが交互になった(alternating)形状のプレートクーラステーブ(30)が利用されることが好ましい。プレートクーラステーブ(30)の本体(40)における耐火物側の面(54)は、平坦に、又は、炉の所望の形状に応じて湾曲させて設計されてよい。プレートクーラステーブ(30)の本体(40)は、耐火レンガを取り付けて保持する溝(26)を規定することが好ましい。
図８は、本発明のステーブ／レンガ構造(128)の好ましい実施形態に基づく耐火レンガ(118)の好ましい実施形態を示す。レンガ(118)は、露出面(126)と、傾いた(oblique)又は斜めになった(slanted)上部(119)及び下部(120)とを有する。レンガ(118)はまた、係止側部(129)を備えて又は規定しており、係止側部(129)は、溝部(122)と、略円弧状の鼻部(123)と、略円弧状の座部(125)と、略円弧状の凹部(124)と、下面(127)と、略平坦な前面(131)とを備える。レンガ(118)はまた首部(121)を備えており、首部(121)の垂直方向の厚さ(ａｂ)は、既存のレンガ(114)の垂直な首部(115)に対して増加している。垂直方向の首部(121)の長さａｂは、レンガ(118)がステーブチャンネル(137)に取り付けられた際にステーブチャンネル(137)に配置される、レンガ(118)の奥行きの長さｃｄの約２倍以上であることが好ましい。レンガ(118)及び／又はレンガ(118)の任意の部分の形状、外形及び／又は断面は、限定するものではないが、１又は複数の露出面(126)と、下面(127)と、前面(131)と、傾いた／斜めの上部(119)と、傾いた／斜めの下部(120)と、溝部(122)と、鼻部(123)と、座部(125)と、凹部(124)と、前面の係止側部(129)とを有しているが、改変されてよく、或いは、本発明の範囲から逸脱することなく、図面に示すような好ましい実施形態の形状に代えて、例えば角ばった、直線的な、多角形の、ギアのついた(geared)、歯のついた(toothed)、対称な、非対称な、又は、不規則な他の形状をなしてもよい。本発明の耐火レンガ(118)は、限定されるものではないが、炭化ケイ素(Saint-Gobain Ceramics社から入手可能なSicanit AL3等)、ＭｇＯ−Ｃ(マグネシアカーボン)、アルミナ、耐火耐熱レンガ(ＩＦＢ)、黒鉛耐火レンガやカーボンを含む、現在利用可能な耐火材料の中の多くから構成されることが好ましい。また、ステーブ(130)や炉内での位置に応じて、レンガ(118)は、代わりの材料や異なる材料から構成されてもよい。上述したように、レンガ(118)の形状は、種々のステーブ及び／又は炉の空間及び／又は外形を満たすように改変又は変更されてもよい。
本発明のステーブ／耐火レンガ構造(128)の好ましい実施形態は、図８乃至図１３及び図１５に示されており、本発明の本体(40)及び／又はステーブ(130)の好ましい実施形態を含んでいる。ステーブ(130)は、複数のパイプ(図示せず)を備えてよく、これら複数のパイプは、ステーブ(130)の炉殻側から延びており、炉の金属殻を貫通する１又は複数の外部パイプに取り付けできる。故に、水等の冷却剤が高圧でこのようなパイプ(図示せず)を通って送り込まれて、ステーブ(130)と、任意の耐火レンガ(118)とを冷却する。耐火レンガ(118)は、炉内に組み立てられ取り付けられる際に、ステーブ(130)のステーブチャンネル(137)に配置されている。ステーブ(130)は、銅、鋳鉄又は高い熱伝導率を有する他の金属から構成されることが好ましく、ステーブ(130)に配置される任意のパイプは、鋼で製造されることが好ましい。
各ステーブ(130)は、ステーブ(130)が使用される炉又は領域の内側の輪郭に一致するように、ステーブ(130)の水平軸周り及び／又は垂直軸周りに湾曲しているのが好ましい。各ステーブ(130)は、図示のように完全に直立して９０度となり得る立位姿勢に、又は傾斜姿勢若しくは斜め姿勢(図示せず)にステーブ(130)を支持する複数のステーブリブ(132)及びステーブ台部(133)を備えることが好ましい。各ステーブリブ(132)は、略円弧状の上側リブ部(134)と略円弧状の下側リブ部(135)とを規定することが好ましい。ステーブ(130)は、ステーブリブ(132)の連続した各対間に、複数のステーブチャンネル(137)を規定することが好ましい。各ステーブチャンネル(137)は、略「Ｃ字形」又は「Ｕ字形」であり、略平坦なステーブチャンネル壁(138)を備えることが好ましい。しかしながら、レンガ(118)の前面(131)が、用途に応じて、本明細書中に記載される平坦な形状以外の形状を有する場合、ステーブチャンネル壁(138)は、レンガ(118)の前面(131)と相補的になるように、ステーブチャンネル壁(138)の垂直軸及び／又は水平軸に沿って湾曲させられたり、輪郭を付けられたり(contoured)、歯などを付けられてよい。各ステーブチャンネル(137)はまた、略円弧状の上側チャンネル部(139)と略円弧状の下側チャンネル部(140)を有していることが好ましく、全てはステーブ(130)とステーブリブ(132)の連続した対とによって規定される。１又は複数のステーブリブ(132)、上側リブ部(134)、下側リブ部(135)、ステーブチャンネル(137)、ステーブチャンネル壁(138)、上側チャンネル部(139)及び下側チャンネル部(140)の形状、外形及び／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図面に示すような好ましい実施形態の形状に代えて改変されてよく、或いは、例えば輪郭の付いた、角ばった、直線的な、多角形の、ギアのついた、歯のついた、対称な、非対称な、若しくは不規則な他の形状にされてもよい。
図１１及び図１２に示すように、本発明のステーブレンガ(118)は、スペースが許すならば、ステーブ(130)の側面(145)からステーブチャンネル(137)に滑り込まされてよいが、ステーブレンガ(118)は、ステーブ(130)の前面(147)へと挿入されることが好ましく、且つ有利である。各本体(40)及び／又は各ステーブ(130)の下から順に、以下のようにして、各ステーブチャンネル(137)は、ステーブレンガ(118)で充填されてよい。好ましくは(１)ステーブの面に略平行な軸の周りに、又は、(２)鼻部(123)をステーブチャンネル(137)に、及び凹んだ円弧状の上側チャンネル部(139)に挿入できるように、レンガ(118)の下部がステーブ(130)から離れるよう移動する第１の方向(146)に各レンガ(18)を回転又は傾斜させる。その後、以下の(i)、(ii)、(iii)、(iv)、(v)及び/又は(vi)になるまで、レンガ(118)の下部がステーブ(130)に向けて移動するように、レンガ(118)を第２方向(148)に略回転させる。(ｉ) 鼻部(123)の周囲が上側チャンネル部(139)と部分的に又は完全に接触するか否かに拘わらず、鼻部(123)が、凹んだ円弧状の上側チャンネル部(139)に全体的に又は部分的に配置されるまで。(ii) 前面(131)がチャンネル壁(138)と部分的に又は完全に接触するか否かに拘わらず、レンガ(118)の前面(131)がチャンネル壁(138)にほとんど密接して、及び／又は隣り合って配置されるまで。(iii) 座部(125)の周囲が下側チャンネル部(140)と部分的に又は完全に接触するか否かに拘わらず、円弧状の座部(125)が、円弧状の下側チャンネル部(140)に全体的に又は部分的に配置されるまで。(iv) 凹部(124)の内面が下側のステーブリブ(132)の円弧状の上側リブ部(134)と部分的に又は完全に接触するか否かに拘わらず、円弧状の凹部(124)が、レンガ(118)が挿入されるステーブチャンネル(137)を規定する連続するステーブリブ(132)の対の下側のステーブリブ(132)における円弧状の上側リブ部(134)を完全に又は部分的に覆うように配置されるまで。(v) 下面(127)がリブ面(136)と部分的に又は完全に接触するか否かに拘わらず、レンガ(118)の下面(127)がリブ面(136)にほとんど密接して、及び／又は隣り合って配置されるまで。(vi) 斜めの下部(120)が斜めの上部(119)と部分的に又は完全に接触するか否かに拘わらず、取り付けられたレンガ(118)の斜めの下部(120)が、取り付けられたレンガ(118)の直ぐ下のレンガ(118)の斜めの上部(119)にほとんど密接して、及び／又は隣り合って配置されるまで。ただしこれは、ステーブ(130)の最も下側のステーブチャンネル(137)以外の任意のステーブチャンネル(137)に、レンガ(118)が取り付けられる場合である。図１０乃至図１２に示すように、鼻部(123)の周囲が、凹んだ上側チャンネル部(139)と部分的に又は完全に接触するか否かに拘わらず、鼻部(123)が、凹んだ円弧状の上側チャンネル部(139)に全体的に若しくは部分的に配置されると、及び／又は、座部(125)の周囲が、凹んだ下側チャンネル部(140)と部分的に又は完全に接触するか否かに拘わらず、円弧状の座部(125)が、凹んだ円弧状の下側チャンネル部(140)に全体的に又は部分的に配置されると、ステーブ(130)の前面(147)から離れて各レンガ(118)の下部が回転するように各レンガ(118)を回転させることなく、各ステーブ(130)の前面(147)の開口を通ってステーブチャンネル(137)から直線的にレンガ(118)が移動することは防止される。
図１０乃至図１３に示すように、行に並べて先に取り付けたレンガ(118)の上に、レンガ(118)を、行に並べてステーブチャンネル(137)に取り付けると、直下の行のレンガ(118)は、その場にロックされており、ステーブ(130)から離れてステーブチャンネル(137)から取り外される第１方向(146)に回転できない。本発明のステーブ／耐火レンガ構造(128)は、図８乃至図１２及び図１５に示すように、隣り合うステーブレンガ(118)の間のモルタルの有無に拘わらず、使用できる。
図１３は、本発明のステーブ／レンガ構造(190)の別の好ましい実施形態を示している。ステーブ／レンガ構造(190)は、図９乃至図１２のステーブ／レンガ構造(128)と同じであるが、少なくとも２つの異なる大きさのステーブレンガ(192)(194)を用いて段差のある前面(196)を形成する点で異なっている。図に示すように、ステーブ／レンガ構造(190)のレンガ(192)は、レンガ(194)の奥行きｃｅ２よりも大きい奥行きｃｅ１を有する。奥行きが異なるステーブレンガ(192)(194)による千鳥配置(staggered)構造は、炉のアクリーションゾーン(accretion zones)又はその他の望ましいゾーンで使用されることが好ましい。当該ゾーンでは、材料の成長(accretion)又は集積を保持して熱的及び／又は機械的な損傷からレンガ(192)(194)をさらに保護するのに、段差のある前面(196)はより効果的であろう。
図１４は、従来のステーブ／レンガ構造(158)の炉(149)内での使用を示している。平坦／平面的な上側ステーブ(152)及び下側ステーブ(153)等の平坦な又は湾曲したステーブ／クーラを、予め取付け済みのレンガ(154)が炉殻(151)内に並べられた状態で用いる場合、上側の隣り合う対のステーブ(152)間に詰込み間隙(ram gap)(156)が存在するように、そして下側の隣り合う対のステーブ(153)間に詰込み間隙(157)が存在するように、ステーブ(152)(153)は炉(149)内に取り付けられ、詰込み間隙(156)(157)の双方が構造的ゆとり(construction allowance)をもたらす。これらの詰込み間隙(156)(157)は、構造的なずれを可能にするためになくてはならない。このような詰込み間隙(156)(157)には通常、耐火材料(図示せず)が詰め込まれ、隣り合うステーブ／レンガ構造(158)間のこのような間隙(156)(157)は閉じられる。一般的に、このような材料が充填された間隙(156)(157)は、ステーブ／レンガ構造(158)を用いる従来の炉ライニングにおける弱点である。炉(149)の稼働中、詰込み間隙(156)(157)は早くに侵食し、炉ガスがステーブ／レンガ構造(158)間を進む(track)。本発明の好適に湾曲したステーブ／レンガ構造(128)によれば、炉の周囲に沿ってレンガが連続的に敷かれ、従来のレンガ(118)による詰込み間隙は無くなる。図１５に示すように、ステーブ(130)間の間隙(142)は、本発明の１又は複数のレンガ(118)によって覆われるので、充填材を間隙(142)に詰め込む必要はなくなる。隣り合う本体(40)又はステーブ(130)の炉レンガ間の従来の詰込み間隙(156)(157)をなくすことによって、炉及び／又は炉ライニングの完全性と寿命が増大する。
予め取付け済みのレンガ(154)を有する従来のステーブ／レンガ構造(158)に関連する別の問題は、図１４に示すように、このような従来のステーブ／レンガ構造(158)は炉(149)の周囲に沿ってレンガが連続的に敷かれていないので、多数のレンガ(154)の端部(155)が炉(149)の内部に突出し、炉(149)を通って落ちる物質にさらされることである。このような突出した端部(155)はより早く消耗し、及び／又は落下による衝突を受け易く、端部(155)が突出したレンガ(154)が破壊して炉内に落ちると、ステーブ(152)(153)が露出する。ここでも、本発明のステーブ／レンガ構造(128)によれば、炉の周囲に沿ってレンガが連続的に敷かれるので、図１５に示すように、レンガ端部(155)は突出することがない。このため、(ｉ) レンガ(118)がステーブ(130)から離脱する、又は外れる(knocked)発生頻度、及び(ii) ステーブ(130)が炉の高熱に直接さらされる発生頻度は、双方とも、本発明のステーブ／レンガ構造(128)によって大幅に減少する。このような特性により、本発明のステーブ／レンガ構造(128)は高炉のスタックでの使用によく適している。
図８乃至図１３及び図１５に示す本発明のステーブ／耐火レンガ構造(128)の好ましい実施形態は、炉のクーラ又はステーブ(130)の好ましい実施形態を含むと同時に、本発明の教示は、フレーム／レンガ構造にも適用可能であり、このようなフレーム(図示せず)は、炉のクーラ又はステーブ(130)に限られず、立位している、又は他の支持されたレンガの垂直壁又は傾斜壁を提供するためのフレームでもあり、これには例えば、耐火レンガであろうとなかろうと、炉の用途を含むがこれに限られない用途用の本体(40)が挙げられる。
本発明のステーブ／レンガ構造は、初めに、レンガを一定の形にセットし、レンガの周囲でステーブを鋳造することによって組み立てられることが好ましい。
上記の詳細な説明では、本開示を簡素化するために様々な特徴が１つの実施形態にまとめられている。本開示の方法は、本発明の請求項の実施形態が、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するものとしては解釈されるべきではない。むしろ、特許請求の範囲が反映するように、発明の主題は、開示されている１つの実施形態の全ての特徴よりも少ない状態にある。従って、特許請求の範囲は、本明細書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自立している。

Claims (8)

  1. 殻壁を有する炉で使用されるプレートクーラステーブであって、
    炉の外側からプレートクーラステーブへ、及び、プレートクーラステーブから炉の外側へ冷却流体を流すための少なくとも１つの冷却流体入口及び少なくとも１つの冷却流体出口を収容する上部と、
    上部に対してある角度をなして配置される本体とを備えており、
    炉壁に規定されている開口を介して本体が炉内に挿入されて、取り付けられると、上部の少なくとも一部は開口内に配置され、
    本体は、複数のリブと複数のチャンネルを規定し、本体の前面は、各チャンネルへの第１開口を規定し、
    プレートクーラステーブは複数のレンガをさらに備えており、各レンガは、複数のチャンネルの１つの中にその第１開口を介して挿入可能であって、
    レンガの下部がプレートクーラステーブに向かって移動する方向にレンガを回転させることで、レンガの１又は複数の部分が、チャンネルの１又は複数の表面と、及び／又は、複数のリブの第１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ようにチャンネルに部分的に配置される姿勢で、レンガはチャンネルに挿入され、これによって、プレートクーラステーブから離れてレンガの下部が回転するようにレンガが回転することなくして、第１開口を通ってチャンネルから直線的にレンガが移動することが防止されるプレートクーラステーブ。
  2. プレートクーラステーブは、鋳込みパイプを有する鋳銅と、中抜き水路を有する鋳銅と、鋳込みパイプを有する鋳鉄と、水路を有する鋳鉄と、孔開加工された銅と、押出加工された銅とからなる群から選ばれる構造体を含む、請求項１に記載のプレートクーラステーブ。
  3. 第１リブの第１リブ表面は、レンガの上部に規定される溝と相補的であり、第１リブ表面は少なくとも部分的に溝に配置されている、請求項１に記載のプレートクーラステーブ。
  4. 本体は、平坦である、請求項１に記載のプレートクーラステーブ。
  5. 本体は、水平軸及び垂直軸の一方又は双方について湾曲している、請求項１に記載のプレートクーラステーブ。
  6. 複数のレンガは、平坦な又は段差のある表面を規定する露出面を備えている、請求項１に記載のプレートクーラステーブ。
  7. 殻壁を有する炉を冷却する方法であって、
    炉の外側からプレートクーラステーブへ、及び、プレートクーラステーブから炉の外側へ冷却流体を流すための少なくとも１つの冷却流体入口及び少なくとも１つの冷却流体出口を収容する上部と、該上部に対してある角度をなして配置される本体とを各々が有する複数のプレートクーラステーブを提供する工程と、
    炉壁に規定される開口を介して各本体を炉内に挿入する工程と、
    各上部の少なくとも一部を開口に取り付ける工程と、
    殻壁の各開口を覆う工程と、
    を含んでおり、
    複数のプレートクーラステーブは、隣り合うプレートクーラステーブの隣り合う本体間に間隙を有するように並べて配置され、
    複数のプレートクーラステーブの夫々の本体は、複数のリブと複数のチャンネルを規定し、各チャンネルへの第１開口を規定する前面を有しており、
    複数のレンガを各チャンネルの中にその第１開口を介して挿入する工程であって、レンガの下部がプレートクーラステーブに向かって移動する方向にレンガを回転させることで、レンガの１又は複数の部分は、チャンネルの１又は複数の表面と、及び／又は、複数のリブの第１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ようにチャンネルに部分的に配置される姿勢で挿入され、これによって、プレートクーラステーブから離れてレンガの下部が回転するようにレンガが回転することなくして、第１開口を通ってチャンネルから直線的にレンガが移動することが防止される工程を、更に含んでいる、炉を冷却する方法。
  8. 各本体は、複数のチャンネルに配置されたレンガの略水平な複数の行を含んでおり、
    複数のチャンネルに並べて配置されたレンガの水平の複数の行は、隣り合うプレートクーラステーブの隣り合う本体間の間隙を全体的に又は部分的に覆う、請求項７に記載の炉を冷却する方法。
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