炉体保护用壁板的制作方法

本发明涉及用于对暴露于高温的高炉等的炉壁进行保护的炉体保护用壁板。

背景技术：

一直以来，为了保护高炉炉体免受炉内热负荷的损伤而使用炉体冷却装置(以下记载为壁板)。炉体保护用的壁板使用铸铁、轧制铜、铸铜等制作，在壁板主体中具有冷却用的水路。近年来，为了应对高炉炉体的高热负荷，要求冷却能力更高的壁板，结果，越来越多地采用导热率高的铜制的壁板。

这样的炉体保护用壁板中，形成于壁板主体的冷却用水路根据设计思想、使用何种材料的不同而不同。即，根据材质，一般而言，铸铁的情况下用铸铁来对钢制配管进行包心铸造，轧制铜的情况下通过机械加工形成水路(钻孔)，铸铜的情况下通过铸造形成水路。

以下，对因通过机械加工制作故水路的尺寸精度良好，在材质方面也几乎没有浇注时产生的“孔穴”等缺陷的担忧、因此采用数量较多的由轧制铜构成的炉体保护用壁板进行说明。

图7(a)、(b)分别为表示以往的由轧制铜形成的炉体保护用壁板的一例的构成的主视图、及其沿a-a线的剖视图。图7(a)、(b)所示的例子中，在由轧制铜形成的壁板主体51上设置有多条水路52(此处为3条)。各水路52通过机械加工(钻削加工)而形成于壁板主体51。水路52由在壁板主体51的长度方向上贯通的水路主体52a和与所述水路主体52a正交的给排水用通路52b-1、52b-2构成，所述给排水用通路52b-1、52b-2用于与给排水用配管53-1、53-2连通。水路主体52a的两端通过焊接密封部件54-1、54-2而被密封。在给排水用通路52b-1、52b-2上，分别通过焊接而固定有由钢管或铜管形成的给排水用配管53-1、53-2。在壁板主体51上设置有多根(此处为4根)螺栓55。

如图8中示出的一例那样，上述构成的炉体保护用壁板使用螺栓55和螺母56、通过螺纹紧固而固定于高炉炉体的铁皮61。壁板主体51的给排水用配管53-1、53-2贯通在高炉炉体的铁皮61上开设的孔，自炉体外侧供水、排水。

高炉内的重复热负荷导致铜制壁板破损的情况下，原因大多为来自冷却系统的漏水。近年来，微粉碳吹入的增加导致对炉体施加的热负荷显著升高，壁板比在设计阶段所设想及期待的寿命更早地发生破损。由上述的壁板破损导致的炉内浸水大大阻碍了高炉的稳定操作。因此，在操作中确认到漏水的情况下，实施停止在壁板的水路中循环的冷却水的措施。通过该冷却水停止，铜制壁板暴露于炉内的高温和由原料带来的磨损的环境，因此，壁板主体自身在短期内消失。由于铜制壁板的消失(冷却功能的消失)，致使高炉主体铁皮将直接暴露于高温，引起铁皮裂纹、热变形，高炉操作自身变得难以继续。

铜制壁板的漏水可借助高炉炉内的气体混入冷却水中而被发现，由调查结果，可推测引起漏水的部位如下。

(1)因高热负荷导致的变形，而使得在壁板主体的给排水用水路与给排水用配管的焊接接合部处产生裂纹，从而导致漏水；

(2)因高热负荷导致的变形，而使得在为将通过壁板主体的机械加工而形成水路时的多余开口堵塞所使用的密封部件的焊接部处产生裂纹，从而导致漏水；

(3)由于机械强度及硬度低，因此，因炉内原料导致的磨损而使得在冷却水路上开孔，从而导致漏水。

因此，为了高炉的长期稳定操作，需要解决铜制壁板的漏水，实现寿命延长。

轧制铜制壁板中，在壁板主体自身形成有冷却水路，因此，较之对铸铁制壁板等中采用的浇注配管进行通水冷却而言，冷却能力更高。但是，轧制铜制壁板中，多数情况下，由于壁板主体的损伤而引起冷却水路的破损，导致壁板主体的提前消失。因此，轧制铜制壁板最终成为短寿命。另一方面，铸铁制壁板的冷却通路由浇注配管构成，与壁板主体独立。因此，壁板主体损伤对冷却通路造成的影响少，但在浇注配管中，在配管与壁板主体之间形成的边界层使得导热率降低，因此冷却能力不高。

作为解决上述的问题、实现铜制壁板的长寿命化的技术，通过机械加工等在铜制壁板的炉外侧开设槽、将钢制的配管装入该槽中、使用螺栓固定钢制的板的结构是已知的(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2002-146418号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

然而，专利文献1中公开的结构的铜制壁板存在以下这样的缺点。即，用于将配管固定于槽中的铜制壁板与钢板的结合利用了螺栓，因此，无法直至钢制配管的端部而实现结合。因此，由于铜制壁板与钢板的热膨胀系数的差异(铜：约1.6×10^-5/℃，铁：约1.0×10^-5/℃)，导致因热负荷而使钢板变形，钢板开口。然后，原料侵入其中，热负荷上升，最终发生螺栓断裂等。由此，钢板自铜制壁板分离，在失去配管的保持功能的同时还失去壁板的功能。虽然通过在炉外侧使用钢板能够抑制成本，但同时高炉炉体铁皮和耐火物的冷却能力也降低。

本发明的目的在于，提供能够降低冷却水漏水的概率、并且能够防止壁板的破损而实现长寿命化的炉体保护用壁板作为设置于高炉等的炉体内壁的壁板。

用于解决课题的手段

发明人为了解决现有技术中存在的前述课题、实现前述目的而进行了深入研究，结果，开发了以下所述的新型炉体保护用壁板。即，本发明为炉体保护用壁板，其特征在于，具有下述结构：将钢制的配管装入设置于铜制的壁板主体的炉外侧表面或炉内侧表面的槽中，用硬钎料将壁板主体的槽与配管接合，在壁板主体中形成壁板主体冷却用水路。

需要说明的是，如前述那样构成的本发明涉及的炉体保护用壁板中，更优选的解决手段如下：

(1)在所述槽上通过焊接而以覆盖所述硬钎料的方式形成有盖，

(2)在所述配管的一端及另一端与所述配管一体地形成有配管入口部及配管出口部，在已将所述配管装入所述槽时，所述配管入口部及配管出口部从所述壁板主体的炉外侧表面突出，

(3)在所述配管入口部及配管出口部的各自的外周设置有保护管，

(4)在所述槽的表面与所述硬钎料之间，设置有第一中间部件，

(5)在所述硬钎料与所述配管的外表面之间，设置有第二中间部件。

发明效果

根据本发明的炉体保护用壁板，使用钢制配管来构成例如轧制铜等的铜制壁板主体冷却用水路，用硬钎料将铜制壁板主体与配管接合并包埋，由此，可得到可耐受高热负荷、长寿命化的壁板。另外，即使壁板主体变形，由于焊接部未直接与水路接触，因此，不存在从以往水路的各部分中使用的焊接部漏水的担忧。此外，通过用硬钎料填充壁板主体与冷却用配管的间隙，能够提高针对壁板主体的冷却能力。

附图说明

[图1](a)～(d)分别为表示本发明的炉体保护用壁板的一例的构成的主视图、后视图、沿a-a线的剖视图及沿b-b线的剖视图。

[图2](a)～(d)分别为表示本发明的炉体保护用壁板的其他例子的构成的主视图、后视图、沿a-a线的剖视图及沿b-b线的剖视图。

[图3](a)～(c)分别为用于说明本发明的炉体保护用壁板的一例的制造方法中的各工序的、沿图1(a)、(b)的a-a线的图。

[图4](a)～(c)分别为用于说明本发明的炉体保护用壁板的其他例子的制造方法中的各工序的、沿图2(a)、(b)的a-a线的图。

[图5](a)、(b)分别为以沿图1(a)、(b)的b-b线的剖视图及沿图2(a)、(b)的b-b线的剖视图的形式示出本发明的炉体保护用壁板的另一其他例子的构成的图。

[图6](a)、(b)分别为以沿图1(a)、(b)的b-b线的剖视图的形式示出本发明的炉体保护用壁板的另一其他例子的构成的图。

[图7](a)、(b)分别为表示以往的由轧制铜形成的炉体保护用壁板的一例的构成的主视图、及其沿a-a线的剖视图。

[图8]为用于说明将本发明的炉体保护用壁板安装于高炉的炉体的一例的图。

具体实施方式

图1(a)～(d)分别为表示本发明的炉体保护用壁板的一例的构成的主视图、后视图、沿a-a线的剖视图及沿b-b线的剖视图。图1(a)～(d)所示的本发明的炉体保护用壁板的一例中具有下述结构：如图1(a)、(b)所示，向形成于铜制的壁板主体1的炉外侧表面1a的槽2(此处为3条)中，如图1(c)、(d)所示地装入钢制的配管3，用硬钎料4将壁板主体1的槽2与配管3接合，在壁板主体1上形成由配管3构成的壁板主体冷却用水路。

另外，图2(a)～(d)所示的本发明的炉体保护用壁板的其他例子中，还可以具有下述结构：如图2(a)、(b)所示，在铜制的壁板主体1的炉内侧表面1b上设置槽2(此处为3条)，此外，在炉外侧表面1a上设置配管的出口孔7-1、7-2，向其中如图2(c)、(d)所示的那样装入钢制的配管3，用硬钎料4将壁板主体1的槽2与配管3接合，在壁板主体1上形成由配管3构成的壁板主体冷却用水路。

图3(a)～(c)分别为用于说明本发明的炉体保护用壁板的一例的制造方法中的各工序的、沿图1(a)、(b)的a-a线的图。根据图3(a)～(c)对本发明的炉体保护用壁板的一例的制造方法进行说明，首先，如图3(a)所示，准备在炉外侧表面1a上形成有槽2的铜制的壁板主体1和钢制的配管3。槽2可使用立铣刀等对铜制的壁板主体1的炉外侧表面1a施以机械加工而形成。槽2的剖面形状可以是u字形状，但只要是能够装入配管3的形状即可，可以是任何形状。钢制的配管3在配管3的一端及另一端与配管3一体地形成有配管入口部3-1和配管出口部3-2，在已将配管3装入槽2时，所述配管入口部3-1和配管出口部3-2从壁板主体1的炉外侧表面1a突出。配管入口部3-1和配管出口部3-2可使用折弯机等对单根构成的配管3的两端施以弯曲加工而形成。需要说明的是，在配管入口部3-1及配管出口部3-2上，也可在其周围设置保护管(图中未显示)。

接着，如图3(b)所示，将配管3以配管入口部3-1和配管出口部3-2从炉外侧表面1a突出的方式装入槽2中。然后，如图3(c)所示，向壁板主体1的槽2与配管3之间流入加热至规定的温度而呈熔融状态的硬钎料4，然后冷却而将硬钎料4固化。由此，作为本发明的炉体保护用壁板，可得到下述结构：用硬钎料4将壁板主体1的槽2与配管3接合，在壁板主体1上形成用于冷却壁板主体的由配管3构成的水路。

另外，作为其他例子，图4(a)～(c)分别为用于说明本发明的炉体保护用壁板的其他例子的制造方法中的各工序的、沿图2(a)、(b)的a-a线的图。参照图4(a)～(c)对本发明的炉体保护用壁板的其他例子的制造方法进行说明，首先，如图4(a)所示，准备下述铜制的壁板主体1和钢制的配管3，该铜制的壁板主体1在炉内侧表面1b上形成有槽2，并且在炉外侧表面1a上形成有用于使配管入口部3-1及配管出口部3-2从炉外侧表面1a突出的出口孔7-1及7-2。槽2可使用立铣刀等对铜制的壁板主体1的炉内侧表面1b施以机械加工而形成。另外，出口孔7-1及7-2可使用钻头(drill)等从槽2的底部或炉外侧表面1a施以机械加工而形成。

接着，如图4(b)所示，将配管3以配管入口部3-1和配管出口部3-2经由出口孔7-1和7-2而从炉外侧表面1a突出的方式装入槽2中。然后，如图4(c)所示，向壁板主体1的槽2与配管3之间流入加热至规定的温度而呈熔融状态的硬钎料4，然后，冷却而将硬钎料4固化。由此，作为本发明的炉体保护用壁板，可得到下述结构：用硬钎料4将壁板主体1的槽2与配管3接合，在壁板主体1上形成用于冷却壁板主体的由配管3构成的水路。

上述构成的本发明的炉体保护用壁板中，在轧制铜等铜制的壁板主体1的炉外侧表面1a或炉内侧表面1b上，通过机械加工等而以u字形状开设槽2，向该u字形状的槽2中装入钢制的配管3。将具有比铸铁更高的导热率的铜制成壁板主体1，并使用钢制的配管3使冷却水路独立，从而能够防止前述那样的冷却水路等的破损导致的壁板主体1的损伤、壁板主体1的提前消失。在铜制的壁板主体1的炉外侧表面1a或炉内侧表面1b上加工而成的u字形状的槽2成为壁板主体1的冷却水路。钢制的配管3事先成型为规定的形状(与u字形状的槽2的布局对应的形状)，装入铜制壁板主体1的剖面为u字形状的槽2中。在已装入配管3的状态下，使用硬钎料4使壁板主体1与配管3接合。

关于铜制的壁板主体1在实际设备中所暴露的温度，本申请发明人在冷却水路中通水的状态下长期(将10秒间隔数据实施2年)实施实际设备(高炉操作中)的温度测定，发现壁板主体最高也仅上升至400℃左右。根据这一情况，想到只要使用熔融温度定义为450℃以上的硬钎料(jisz3261中规定的bag等)对壁板主体1与配管3进行接合，则铜制的壁板主体1与配管3就不会分离，从而完成了本发明。假设壁板主体1的温度成为400℃以上的情况下，可仅考虑冷却水为停止的状态，若为该状态，则在配管3从铜制的壁板主体1分离这一情况之前，铜制的壁板主体1自身即因为炉内的热负荷和原料导致的磨损而消失。需要说明的是，硬钎料的熔融温度过高时存在壁板主体在接合时变形的可能性，因此，硬钎料的熔融温度优选为450℃以上且1083℃以下。

上述的本发明的炉体保护用壁板中，不会发生在专利文献1(其公开了通过钢板的螺栓紧固来保持配管的方法)中成为问题的、由于铜制的壁板主体与钢板分离导致无法保持配管的情况，因此，可期待壁板主体1的进一步长寿命化。另外，虽然在u字形状的槽2与配管3之间产生间隙，但可向该间隙中流入用于“硬钎焊”的合金等从而使壁板主体1与配管3密切接合，因此，能够提高壁板主体1与配管3与之间的导热率，由配管3构成的水路带来的壁板主体1的冷却能力升高。另外，通常，若对配管3进行焊接，则会局部性地形成热影响部，由于使用中的热负荷导致在配管3上产生裂纹、引起漏水，但由于硬钎焊的特征、即能够以不将母材熔融的方式进行接合，因此，不会由于局部性的热影响部而产生裂纹。即使在硬钎焊时存在使温度上升至钢制的配管3的转变点(约750℃)左右的情况，由于既不会使其熔融，也并非是局部性的，因此，不会由于热影响部而产生裂纹。另外，硬钎料可吸收壁板主体的铜与配管的钢之间的热膨胀量差异，也具有减轻应力集中的效果。

此外，通过制成上述这样的结构，能够消除给排水出入口和配管的焊接接合部(其为以往漏水的原因、亦是轧制铜壁板的弱点)。另外，冷却配管由高温硬度高于铜的钢制成，并使其与轧制铜等铜制的壁板主体相独立，由此，能够降低由于铜制的壁板主体的热变形、磨损导致的冷却路径的开孔、漏水发生的概率。结果，本发明的铜制壁板的冷却能力比以往的铸铁壁板更高，冷却水路的破损比以往的铜制的壁板更少。由此，能够构成实现了长寿命化的炉体保护用壁板。

图5(a)、(b)分别为以沿图1(a)的b-b线的剖视图及沿图2(a)、(b)的b-b线的剖视图的形式示出本发明的炉体保护用壁板的另一其他优选例的构成的图。在图5(a)所示的优选例(在壁板主体1的炉外侧表面1a上设置有槽2)中，利用硬钎料4使铜制的壁板主体1与配管3接合后，为了进一步防止分离而将盖5焊接于u字形状的槽2，通过焊接部6将盖5的端部与壁板主体1的槽2的端部接合并进行安装。另外，如图5(b)所示的优选例那样，在壁板主体1的炉内侧表面1b上设置槽2的情况下，也能够同样地通过焊接部6来接合盖5。盖5的材质优选与壁板主体同为铜制，但也可使用其他材料的盖。

图6(a)、(b)分别为以沿图1(a)的b-b线的剖视图的形式示出本发明的炉体保护用壁板的另一其他优选例的构成的图。图6(a)所示的例子中，在槽2的表面与硬钎料4之间，设置有第一中间部件6-1。另外，图6(b)所示的例子中，在硬钎料4与配管3的外表面之间，设置有第二中间部件6-2。作为第一中间部件6-1及第二中间部件6-2，根据壁板的冷却能力的设计水平而使用具有适当的导热率的材料即可，在与配管3一同装入第一中间部件6-1或第二中间部件6-2后，可用硬钎料进行接合。通过调节中间部件的导热率、厚度，能够将壁板的冷却能力调节为符合目标。为了发挥调节壁板整体的导热率、调节冷却能力的效果，作为中间部件，使用具有至少与壁板主体1、配管3、硬钎料4中的任一者不同的导热率的部件即可。另外，也可以通过调节中间部件的导热率以外的物性从而改变导热率以外的壁板功能。需要说明的是，图6(a)、(b)的优选例中，对将槽2形成于炉外侧表面1a的例子进行了说明，而在将槽2形成于炉内侧表面1b的例子中，当然也可得到第一中间部件6-1或第二中间部件6-2的效果。

产业上的可利用性

本发明涉及的炉体保护用壁板使用钢制配管来构成铜制壁板主体冷却用水路，并且用硬钎料将铜制壁板主体与配管接合并包埋，由此，可得到也耐受高热负荷、长寿命化的炉体保护用壁板，因此，是在除高炉以外的其他加热炉中也作为保护暴露于高温的炉壁内部的用途而有效的方法。

附图标记说明

1壁板主体

1a炉外侧表面

1b炉内侧表面

2槽

3配管

3-1配管入口部

3-2配管出口部

4硬钎料

5盖

6-1第一中间部件

6-2第二中间部件

7-1、7-2出口孔