JP3702866B2

JP3702866B2 - Stave cooler and metal refining method using the same

Info

Publication number: JP3702866B2
Application number: JP2002165829A
Authority: JP
Inventors: 比呂志山▲崎▼; 敬朋片岸; 典央門田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-06-06
Filing date: 2002-06-06
Publication date: 2005-10-05
Anticipated expiration: 2022-06-06
Also published as: JP2004012020A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ステーブクーラおよびこれを用いた金属精錬方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、冶金炉（以下、「高炉」を例にとる）の炉体を構成する炉壁は、一般的に、鉄皮と、炉体を冷却および保護するために例えば冷却流路等の冷却機構を内蔵し鉄皮の内面側に配置されるステーブクーラと、ステーブクーラの内面側に配置された耐火物とにより構成される。
【０００３】
この種のステーブクーラとして鋳鉄製のステーブクーラが知られている（例えば特開平８−85808 号公報参照）。しかし、鋳鉄製ステーブクーラは、一般的に、高炉の炉内における熱負荷によって摩耗、損耗さらには本体の熱膨張や反り等を生じ易く、冷却パイプの破損等により比較的早期に寿命をきたしてしまう。
【０００４】
そこで、材質の変更や冷却配管の高密度化などの改良を図ったステーブクーラが既に開示されている。
しかしながら、このように、冷却配管の高密度化を図ると炉外配管の引回しが複雑化し、またステーブクーラ自体の大型化や給水設備の大容量化を図る必要も生じる。このため、このステーブクーラは、操業の途中で短時間で取替を行う必要がある補修用のステーブクーラとしては適当でない。
【０００５】
近年、冶金炉の新規建設時にステーブクーラを設置する場合や、長期間の操業中断時にステーブクーラを交換する場合等にも対応するため、冶金炉の稼働年数の延長に伴うステーブクーラ自体のよりいっそうの長寿命化や、設置コストのよりいっそうの低下等に対する要請が高まっている。そこで、鋳鉄製ステーブクーラよりもさらに長寿命であって、構造が簡素でかつ安価なステーブクーラが要望されている。
【０００６】
そこで、本体の摩耗、損耗、熱膨張さらには反りが少なく、長寿命であり、さらに構造が簡素なステーブクーラとして、銅または銅合金製のステーブクーラが開発され、既に実用化されている。
【０００７】
例えば特開昭55−122810号公報には、銅または銅合金製の圧延材または鍛造材を機械的に穿孔して直線状の冷媒用流路を設けたステーブクーラが提案されている。また、特開平11−293312号公報には、本体を銅または銅合金により一体的に鋳造したステーブクーラが提案されており、この公報には鋳造用中子を用いて冷媒用流路を直線状かつ曲線状に設けることが開示されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特開昭55−122810号公報により提案されたステーブクーラは、圧延材または鍛造材を機械的に穿孔して冷媒用流路を形成するものである。このため、このステーブクーラには、(i) 冷媒用流路を曲線状に形成することが難しく、流路の方向転換を行なうには冷媒用流路をクランク状に形成せざるを得ず、供給する冷媒の圧力損失が大きくなってエネルギ損失が大きくなり、大規模な冷媒供給装置を用いる必要があること、および(ii)クランク状に形成された部分では冷媒がよどみ易く、冷媒用流路の内面に付着物が生じ易くなり、この付着物が成長するとさらに圧力損失の増大や伝熱効率の低下を招き、ステーブクーラの性能低下を伴うことといった課題があった。
【０００９】
また、特開平11−293312号公報により提案されたステーブクーラには、(iii) 鋳造により形成された冷媒用流路の内面は、当然のことながら粗い鋳肌となるため、圧力損失が大きくなること、および(iv)砂型を用いて一体的に鋳造された鋳造体は砂抜き部分が多く、作業工数が増加して製造コストが嵩んでしまうことという課題があった。
【００１０】
このように、従来の技術では、圧力損失が少なく、しかも安価な、銅または銅合金製のステーブクーラを提供することは事実上不可能であった。このため、本体に生じる摩耗、損耗、熱膨張さらには反りを抑制でき、長寿命であって、しかも構造を簡素化できるという、銅または銅合金製のステーブクーラが本来有する性能を十分に享受することはできなかった。
【００１１】
本発明の目的は、従来の技術が有するかかる課題に鑑みてなされたものであり、安価でしかも圧力損失が少ない、銅または銅合金製のステーブクーラと、これを用いた金属精錬方法とを提供することであり、かかるステーブクーラを用いることにより、銅または銅合金製のステーブクーラが本来有する性能を十分に享受することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、銅または銅合金製の鋳造体により構成されるとともに内部に冷媒用流路を有する本体を備えるステーブクーラであって、冷媒用流路が、本体の鋳造により形成される第１の部分と、鋳造を行われた後の本体に対する機械加工により第１の部分に接続して形成される第２の部分とを有することを特徴とするステーブクーラである。この本発明にかかるステーブクーラにより、安価でしかも圧力損失が少ない、銅または銅合金製のステーブクーラが提供される。
【００１３】
この本発明にかかるステーブクーラでは、第１の部分が曲線状に形成されるとともに、第２の部分が直線状に形成されることが例示される。これにより、さらに圧力損失を低減することができる。
【００１４】
これらの本発明にかかるステーブクーラでは、第１の部分が、第２の部分の両端部にそれぞれ接続して、二つ形成されることが例示される。
これらの本発明にかかるステーブクーラでは、第１の部分の径が、第２の部分の径よりも大きく設定されることが望ましい。これにより、第１の部分と第２の部分との接続部に段差部が形成されることを防止できる。
【００１５】
これらの本発明にかかるステーブクーラでは、第１の部分の径が、第２の部分に接近するにつれて徐々に小さくなるように設定されることが望ましい。これにより、第１の部分と第２の部分との軸ずれを解消または抑制できる。
【００１６】
別の観点からは、本発明は、上述したステーブクーラを装着された冶金炉を用いて精錬を行なうことを特徴とする金属精錬方法である。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかるステーブクーラおよびこれを用いた金属精錬方法の実施の形態を、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、本実施の形態のステーブクーラを、冶金炉の一例である高炉に用いた場合を例にとる。
【００１８】
図１は、本実施の形態のステーブクーラを簡略化するとともに透視状態で示す説明図である。また、図２は図１における本体２の上面図であり、図３は図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【００１９】
図１〜図３に示すように、本実施の形態のステーブクーラ１は、本体２を有するとともに、この本体２には４つの冷媒用流路3a〜3dが設けられている。そこで、まず、ステーブクーラ１のこれらの構成要素について説明する。
【００２０】
本実施の形態におけるステーブクーラ１の本体２は、銅合金製 (JIS H 5100銅鋳物で規定されるCuCl合金) の鋳造体として、略直方体型に構成される。なお、本体２は、本実施の形態のように銅合金製ではなく、銅製としてもよい。
【００２１】
本体２の内部には、本実施の形態では４本の冷媒用流路3a〜3dが設けられる。なお、これら４本の冷媒用流路3a〜3dは、いずれも、例えば冷却水等の冷媒を流すための流路であり、さらに、冷媒用流路3a、3cと冷媒用流路3b、3dとは同一の形状に構成される。そこで、以降の説明では、これらの冷媒用流路3a〜3dのうち冷媒用流路3bを例にとることとし、冷媒用流路3b以外の他の冷媒用流路3a、3dおよび3dについては重複する説明を省略する。
【００２２】
図１〜図３に示すように、冷媒用流路3bは、第１の部分4-1 、4-2 と、第２の部分５とを有しており、これが本実施の形態のステーブクーラ１の大きな特徴となっている。そこで、以降の説明では、この第１の部分4-1 、4-2 および第２の部分５を順次詳細に説明することとする。
【００２３】
(第１の部分４)
第１の部分4-1 、4-2 は、本実施の形態では、本体２の鋳造の際に砂中子を用いて鋳造に伴って形成される部分であり、図１に示すように、円弧状に屈曲させて形成される。鋳造完了後に形成された第１の部分4-1 、4-2 の内部に残存する砂中子は、冷却媒体の出入り口となる口６、７から排出される。
【００２４】
このように、本実施の形態では、鋳造により形成される第１の部分4-1 、4-2 が、第２の部分５の両端部にそれぞれ接続して二つ形成される。したがって、冷媒用流路を方向転換させる場合にも、冷媒用流路3bはクランク状に屈曲して形成されることはなく、直線状および曲線状に形成される。このため、この第１の部分4-1 、4-2 を有する冷媒用流路は、供給される冷媒に生じる圧力損失をできる限り抑制することができ、冷媒供給時のエネルギ損失を小さくすることができる。このため、大規模な冷媒供給装置を用いることなく、冷媒を冷媒用流路に供給することができる。
【００２５】
また、冷媒用流路3bがクランク状に屈曲して形成された部分を有さないため、冷媒用流路の内面に付着物を生じ難くなり、この付着物の成長に伴う圧力損失の増大や伝熱効率の低下をできる限り防止できる。このため、このステーブクーラ１は、その当初の性能を長期間にわたって維持することもできる。
【００２６】
(第２の部分５)
第２の部分５は、鋳造を行われた後の本体２に対する機械加工 (穿孔) によって、上述した二つの第１の部分4-1 、4-2 に接続して形成される部分である。
【００２７】
図４(a) 〜図４(c) は、本実施の形態における冷媒用流路3bの形成工程の一例を経時的に示す説明図である。
図４(a) に示すように、本体２の鋳造の際に砂中子を用いることにより、上述したように、第１の部分4-1 、4-2 が形成される。
【００２８】
次に、図４(b) に示すように、穿孔加工機８の先端に装着された穿孔工具を第１の部分4-1 、4-2 を介して挿入し、第１の部分4-1 、4-2 を形成された本体２に機械的な穿孔を行なう。これにより、第２の部分５を第１の部分4-1 、4-2 に連通させて、形成する。ここで、用いる穿孔加工機８としては、ソリッドカッタが取り付けられたボーリングマシン（深孔加工機）を用い、本体２を掘削することにより、直線状に第２の部分５を穿孔することが例示される。
【００２９】
また、本実施の形態では、図４(c) に示すように、上述した第１の部分4-1 、4-2 の径は、第２の部分５の径よりも大きくなるように設定される。これにより、第２の部分５の穿孔時に第１の部分4-1 、4-2 と第２の部分５との接続部に段差が生じても、この段差部を平滑にならす研削補正作業を確実に行い、発生した段差を解消することができる。
【００３０】
ここで、具体的には、第２の部分５の内径D1と、第１の部分4-1 、4-2 の内径D2との関係は、(1) 式および(2) 式の関係、すなわち
D2−D1≧２×L/1000 ・・・・・(1)
D1/D2 ≧0.5 ・・・・・(2)
にあることが望ましい。
【００３１】
すなわち、(1) 式は、第２の部分５の穿孔加工を行なう穿孔加工機の機械的な芯ズレの誤差により決定される式である。D2−D1＜２×Ｌ/1000 であると、第２の部分５と第１の部分4-1 、4-2 との間に切り欠き状の目違いが発生するおそれがあるからである。図５は、第２の部分５と第１の部分4-1 との接続部に発生した切り欠き状の目違いの状況を示す説明図である。このような切り欠き状の目違いが発生すると、冷媒供給時に応力集中源となり、本体２の早期の破壊の起点となる恐れがある。
【００３２】
一方、(2) 式は、冷媒供給時の圧力損失により規定される式である。すなわち、第２の部分５の内径D1に比較して、第１の部分4-1 、4-2 の第２の部分５側の端部の径D2を小さくし過ぎると、第２の部分５における冷媒の流速が極めて高くなり、これにより、圧力損失が増大する。
【００３３】
また、図６には、ベルヌーイの定理から計算により求めたD1/D2 と圧力損失との関係の一例をグラフで示す。なお、冷媒の流速が低い第１の部分4-1 、4-2 では、溶損防止の観点から流速１ｍ/sec以上を確保することが望ましいため、図６に示す関係を求める計算では、流速を前提とした。
【００３４】
図６にグラフで示すように、径D1と径D2の比(D1/D2) が0.5 を下回ると、圧力損失が如実に増加し始め、経済性を損なわれることがわかる。
さらに、本実施の形態では、第１の部分4-1 、4-2 の径が、第２の部分５に接近するにつれて徐々に小さくなるように設定される。図７は、第１の部分4-1 、4-2 の径が、第２の部分５に接近するにつれて徐々に小さくなるように、換言すれば、第１の部分4-1 、4-2 の第２の部分５側の末端における外径が、第１の部分4-1 、4-2 の長手方向の平均外径よりも小さくなるように設定された状況を示す説明図であって、図７(a) は第２の部分５を穿孔する前の状態を示し、図７(b) は、第２の部分５を穿孔した後に、第１の部分4-1 、4-2 と第２の部分とが芯ズレしない状態を示し、さらに図７(c) は、第２の部分５を穿孔された後に芯ズレが生じていても切り欠き状の目違いは発生していない状態を示す。
【００３５】
図７(a) および図７(b) に示すように、本実施の形態では、第１の部分4-1 、4-2 の先端の径ｄは、第２の部分５の内径D1より小さく設定されており、また、第１の部分4-1 、4-2 のコーナ部の径D2は、第２の部分５の内径D1よりも大きく設定されている。同じ外径の曲率があるコーナー部を鋳造時に一体形成し、直線部を穿孔加工すると穿孔加工の芯ズレが生じ、上述した図５や図７(c) に示すように、流路に目違いを生じる。このような芯ズレが生じると、圧力損失や亀裂発生の原因となるおそれがあるため、図７(a) および図７(b) に示すように、本実施の形態では、第１の部分4-1 、4-2 の先端の径ｄは、第２の部分５の内径D1より小さく設定している。
【００３６】
本実施の形態では、このようにして、図５や図７(c) に示すような穿孔過程での穿孔加工機の芯ズレが生じることが防止される。
このように、本実施の形態によれば、第１の部分4-1 、4-2 の径が、第２の部分５に接近するにつれて徐々に小さくなるように設定されるため、第１の部分4-1 、4-2 に穿孔加工機８の先端に装着された穿孔工具を挿入して第２の部分５を穿孔する際に、第１の部分4-1 、4-2 と第２の部分５との軸ずれを解消または抑制できる。
【００３７】
このようにして、第２の部分５を穿孔した後に、穿孔工具を挿入するために穿孔した作業穴は、閉塞プラグ９等を挿設および溶接することによって閉塞される。閉塞プラグ９としては、本体２の鋳造材と同材質のもの、さらに同純度の高い材質のもの等を用いることができる。具体的には、本実施の形態では、プラグとしては、JIS H 3250銅及び銅合金棒で規定されるC1020BD の銅棒を、第２の部分５の内径に合わせて機械加工して用いることが、例示される。
【００３８】
そして、このようにして製造された本体２の冷却媒体の出入り口となる口６、７に、冷却媒体の供給及び排出用のパイプ10を溶接により取り付ける。この冷却媒体の供給及び排出用のパイプ10としては、JIS H 1220銅及び銅合金継ぎ目無し管に規定されるC1220Tの銅管が例示される。
【００３９】
このように、本実施の形態では、第２の部分５が機械加工により直線状に形成されるため、この部分を鋳造により製造した場合に比較すると、流れる冷媒の圧力損失を顕著に低減することができる。
【００４０】
すなわち、本実施の形態では、冷媒用流路3bの全てを本体２の鋳造に伴って形成するのではなく、直線状の部分は機械加工により第２の部分５として形成する。このため、本実施の形態のステーブクーラ１では、この第２の部分５の内面が鋳肌に比べて極めて平滑に形成されるため、第２の部分５を冷媒が流れる際の圧力損失を低減することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、冷媒用流路3bの全てを本体２の鋳造の際にこれに伴って形成するのではなく、端部に位置する第１の部分4-1 、4-2 だけを鋳造により形成するため、砂を抜く部分が局部的に限定されて砂抜き作業が容易となるため、鋳造コストを低減することができる。
【００４２】
さらに、本実施の形態では、冷媒用流路3bの全てを本体２の鋳造の際にこれに伴って形成するのではなく、端部に位置する第１の部分4-1 、4-2 の流路曲がり部を鋳造により曲線状になめらかに形成することができるため、冷媒の圧力損失をできるだけ抑制することができる。
【００４３】
このため、本実施の形態によれば、安価でしかも圧力損失が少ない、銅または銅合金製のステーブクーラ１を提供することができる。
以上のように構成された本実施の形態のステーブクーラ１は、高炉の炉体を構成する鉄皮の内面側に装着され、このステーブクーラの内面側に耐火物を装着されることにより、炉壁を構成する。そして、かかる高炉の操業を行なうことにより、精錬が行なわれる。
【００４４】
このようにして、本実施の形態によれば、安価でしかも圧力損失が少ない、銅または銅合金製のステーブクーラと、これを用いた金属精錬方法とが提供される。このため、本実施の形態によれば、本体に生じる摩耗、損耗、熱膨張さらには反りを抑制でき、長寿命であって、しかも構造を簡素化できるという、銅または銅合金製のステーブクーラが本来有する性能を十分に享受することができる。
【００４５】
【実施例】
さらに、本発明を実施例を参照しながらより詳細に説明する。
▲１▼上述した図１〜図７に示す実施例１と、▲２▼第１の部分4-1 、4-2 および第２の部分５それぞれの径が同じであること以外は実施例１と同じ条件である実施例２と、▲３▼第１の部分4-1 、4-2 のみならず第２の部分５も本体の鋳造時に砂中子を用いて一体的に形成したこと以外は実施例１と同じ条件である比較例１と、▲４▼JIS H 3100銅及び銅合金の板及び条で規定されるC1020P銅板に本実施例で用いたボーリングマシン（深孔加工機）により冷却流路１系統当たり直交する２方向から穿孔した本体を用いた比較例２とにより、ステーブクーラの本体を製造し、砂抜き口に棒状プラグを差込んで溶接固定してから、冷却媒体の供給及び排出用パイプを取り付けことにより、最終的にステーブクーラを組立てた。
【００４６】
なお、比較例１では、形成された冷媒用流路の内部に残存する砂中子は、冷却媒体の出入り口となる口（図１における６、７に相当する口) だけでは、砂抜きできなかったため、ステーブの背面側から冷媒用流路に連通する口を300mm ピッチで穿孔し、この開口から砂抜きを行った。また、比較例２では、冷却媒体の出入り口となる口は、本体の背面からドリルにより穿孔した。
【００４７】
これら４種のステーブクーラを用いて、以下に列記する(i) 冷却媒体の圧力損失確認試験と、(ii)流路の加工状況を確認するための割断調査とを行なった。
(i) 圧力損失確認試験
冷却媒体圧力損失の測定試験では冷却媒体として水を用い、冷却媒体の入口圧力と出口圧力との差により圧力損失を測定した。なお、冷却媒体の入側流路内流速は全て２m/sec 一定という条件とした。
【００４８】
製造コストは、本発明例１の製造コストを基に製造コスト比（本発明例１、比較例１または比較例２の製造コスト/ 本発明例１の製造コスト）により比較した。表１に、本発明例１、本発明例２、比較例１および比較例２の試験方法の要旨とその試験結果を示す。なお、表１における「特徴」の欄の符合は上述した図７(a) および図７(b) における符合と同じである。
【００４９】
【表１】

【００５０】
表１に示すように、本発明例１および本発明例２は、いずれも、比較例１および比較例２に比較して、圧力損失が小さくなった。
また、比較例１では、鋳造の際における砂抜き作業の工数が多くなり、本発明例１、本発明例２および比較例２と比較して、製造コストが高くなった。
【００５１】
また、比較例１では、流路内面が穿孔加工したものに比較して平滑では無いため、本発明例１および本発明例２と比較して圧力損失が大きくなった。
さらに、比較例２は、曲率部分が無くクランク状に形成されたため、本発明例１および本発明例２に比較して圧力損失が大幅に増大した。
【００５２】
(変形形態)
以上の説明では、本発明にかかるステーブクーラを高炉に用いた場合を例にとったが、本発明は高炉に限定されるものではなく、例えば電気炉や金属精錬炉等の高炉以外の冶金炉においても冷却装置としても同様に好適に使用することができる。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明により、安価でしかも圧力損失が少ない、銅または銅合金製のステーブクーラと、これを用いた金属精錬方法とを提供することができた。このため、本発明によれば、かかるステーブクーラを用いることにより、銅または銅合金製のステーブクーラが本来有する性能を十分に享受することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態のステーブクーラを簡略化するとともに透視状態で示す説明図である。
【図２】図１における本体の上面図である。
【図３】図２におけるＡ−Ａ断面図である。
【図４】図４(a) 〜図４(c) は、実施の形態における冷媒用流路の形成工程の一例を経時的に示す説明図である。
【図５】第２の部分と第１の部分との接続部に発生した切り欠き状の目違いの状況を示す説明図である。
【図６】ベルヌーイの定理から計算により求めたD1/D2 と圧力損失との関係の一例を示すグラフである。
【図７】第１の部分の径が、第２の部分に接近するにつれて徐々に小さくなるように設定された状況を示す説明図であって、図７(a) は第２の部分を穿孔する前の状態を示し、図７(b) は、第２の部分を穿孔した後に、第１の部分と第２の部分とが芯ズレしない状態を示し、さらに図７(c) は、第２の部分を穿孔された後に芯ズレが生じていても切り欠き状の目違いは発生していない状態を示す。
【符号の説明】
１ステーブクーラ
２本体
3a〜3d 冷媒用流路
4-1 、4-2 第１の部分
５第２の部分[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a stave cooler and a metal refining method using the same.
[0002]
[Prior art]
As is well known, a furnace wall constituting a furnace body of a metallurgical furnace (hereinafter referred to as a “blast furnace” as an example) is generally made of an iron skin and, for example, a cooling channel for cooling and protecting the furnace body. And a stub cooler disposed on the inner surface side of the iron skin, and a refractory disposed on the inner surface side of the stave cooler.
[0003]
A cast iron stave cooler is known as this type of stave cooler (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-85808). However, cast iron stave coolers are generally prone to wear, wear, and thermal expansion and warping of the main body due to heat load in the furnace of the blast furnace, and have a relatively early life due to breakage of the cooling pipe. End up.
[0004]
Thus, a stave cooler that has been improved by changing the material and increasing the density of the cooling pipes has already been disclosed.
However, if the density of the cooling pipes is increased in this way, the routing of the outside pipes becomes complicated, and it is necessary to increase the size of the stave cooler itself and increase the capacity of the water supply equipment. For this reason, this stave cooler is not suitable as a stave cooler for repair that needs to be replaced in a short time during operation.
[0005]
In recent years, even when a stave cooler is installed at the time of new construction of a metallurgical furnace, or when a stave cooler is replaced when the operation is interrupted for a long time, the stave cooler itself has been further increased due to the extension of the service life of the metallurgical furnace. There is a growing demand for longer service life and even lower installation costs. Therefore, there is a demand for a stave cooler that has a longer life than a cast iron stave cooler, has a simple structure, and is inexpensive.
[0006]
Therefore, a copper or copper alloy stave cooler has been developed and already put into practical use as a stave cooler that has less wear, damage, thermal expansion and warpage of the main body, has a long life, and has a simple structure.
[0007]
For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-122810 proposes a stave cooler in which a linear coolant channel is provided by mechanically perforating a rolled material or forged material made of copper or a copper alloy. Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-293312 proposes a stave cooler in which a main body is integrally cast from copper or a copper alloy, and this publication uses a casting core to form a straight flow path for refrigerant. And it is disclosed that it is provided in a curved shape.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the stave cooler proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-122810 forms a coolant channel by mechanically perforating a rolled material or a forged material. Therefore, in this stave cooler, (i) it is difficult to form the refrigerant flow path in a curved shape, and in order to change the direction of the flow path, the refrigerant flow path must be formed in a crank shape, The pressure loss of the refrigerant to be supplied increases and the energy loss increases, and it is necessary to use a large-scale refrigerant supply device, and (ii) the refrigerant is easy to stagnate in the crank-shaped part, and the refrigerant flow path There is a problem that deposits are likely to be formed on the inner surface of the steel plate, and when the deposits grow, the pressure loss further increases and the heat transfer efficiency decreases, resulting in a decrease in the performance of the stave cooler.
[0009]
Further, in the stave cooler proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-293312, (iii) the inner surface of the refrigerant flow path formed by casting naturally has a rough casting surface, so that the pressure loss increases. In addition, (iv) the cast body integrally cast using the sand mold has a problem that there are many sand removal portions, the number of work steps increases, and the manufacturing cost increases.
[0010]
As described above, it has been virtually impossible to provide a copper or copper alloy stave cooler with low pressure loss and low cost with the conventional technology. For this reason, wear, wear, thermal expansion and warpage occurring in the main body can be suppressed, and the performance inherent in the copper or copper alloy stave cooler, which is long-life and can simplify the structure, can be fully enjoyed. I couldn't.
[0011]
The object of the present invention has been made in view of such problems of the prior art, and provides a copper or copper alloy stave cooler that is inexpensive and has low pressure loss, and a metal refining method using the same. By using such a stave cooler, it is to fully enjoy the performance inherent in the stave cooler made of copper or copper alloy.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is a stave cooler that includes a casting body made of copper or a copper alloy and includes a main body having a refrigerant flow path therein, and the refrigerant flow path is formed by casting the main body. A stave cooler having a portion and a second portion formed by being connected to the first portion by machining the main body after casting. The stave cooler according to the present invention provides a copper or copper alloy stave cooler that is inexpensive and has low pressure loss.
[0013]
In the stave cooler according to the present invention, it is exemplified that the first portion is formed in a curved shape and the second portion is formed in a linear shape. Thereby, pressure loss can be further reduced.
[0014]
In these stave coolers according to the present invention, it is exemplified that the first part is formed by connecting to both ends of the second part.
In these stave coolers according to the present invention, it is desirable that the diameter of the first portion is set larger than the diameter of the second portion. Thereby, it can prevent that a level | step-difference part is formed in the connection part of a 1st part and a 2nd part.
[0015]
In these stave coolers according to the present invention, it is desirable that the diameter of the first portion is set so as to gradually decrease as the second portion approaches. Thereby, the axial shift between the first part and the second part can be eliminated or suppressed.
[0016]
From another point of view, the present invention is a metal refining method characterized by performing refining using a metallurgical furnace equipped with the above-described stave cooler.
[0017]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a stave cooler and a metal refining method using the same according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description, the case where the stave cooler of the present embodiment is used in a blast furnace, which is an example of a metallurgical furnace, is taken as an example.
[0018]
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the stave cooler of the present embodiment in a simplified and transparent state. 2 is a top view of the main body 2 in FIG. 1, and FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
[0019]
As shown in FIGS. 1 to 3, the stave cooler 1 of the present embodiment has a main body 2, and the main body 2 is provided with four refrigerant flow paths 3 a to 3 d. First, these components of the stave cooler 1 will be described.
[0020]
The main body 2 of the stave cooler 1 in the present embodiment is configured in a substantially rectangular parallelepiped shape as a cast body made of copper alloy (CuCl alloy defined by JIS H 5100 copper casting). The main body 2 may be made of copper instead of a copper alloy as in the present embodiment.
[0021]
In the main body 2, four refrigerant flow paths 3a to 3d are provided in the present embodiment. These four refrigerant flow paths 3a to 3d are flow paths for flowing a refrigerant such as cooling water, for example, and further, the

refrigerant flow paths

3a and 3c and the

refrigerant flow paths

3b and 3d Are configured in the same shape. Therefore, in the following description, the refrigerant flow path 3b among these refrigerant flow paths 3a to 3d will be taken as an example, and other

refrigerant flow paths

3a, 3d and 3d other than the refrigerant flow path 3b will be described. A duplicate description is omitted.
[0022]
As shown in FIGS. 1 to 3, the refrigerant flow path 3b includes first portions 4-1 and 4-2, and a second portion 5, which are the stave cooler of the present embodiment. 1 is a major feature. Therefore, in the following description, the first parts 4-1 and 4-2 and the second part 5 will be described sequentially in detail.
[0023]
(First part 4)
In the present embodiment, the first parts 4-1 and 4-2 are parts formed by casting using a sand core during the casting of the main body 2, and as shown in FIG. It is formed by bending in an arc shape. The sand core remaining in the first parts 4-1 and 4-2 formed after the completion of casting is discharged from the

ports

6 and 7 that serve as the inlets and outlets of the cooling medium.
[0024]
Thus, in the present embodiment, two first portions 4-1 and 4-2 formed by casting are connected to both ends of the second portion 5 to form two. Therefore, even when the direction of the refrigerant flow path is changed, the refrigerant flow path 3b is not formed to be bent in a crank shape, but is formed in a linear shape or a curved shape. Therefore, the refrigerant flow path having the first portions 4-1 and 4-2 can suppress the pressure loss generated in the supplied refrigerant as much as possible, and reduce the energy loss at the time of supplying the refrigerant. Can do. For this reason, the refrigerant can be supplied to the refrigerant flow path without using a large-scale refrigerant supply device.
[0025]
In addition, since the refrigerant flow path 3b does not have a portion formed by bending in a crank shape, it is difficult for deposits to be generated on the inner surface of the refrigerant flow path. Reduction in heat transfer efficiency can be prevented as much as possible. For this reason, this stave cooler 1 can also maintain the original performance over a long period of time.
[0026]
(Second part 5)
The second portion 5 is a portion formed by being connected to the two first portions 4-1 and 4-2 described above by machining (drilling) the main body 2 after casting.
[0027]
FIG. 4A to FIG. 4C are explanatory views showing an example of the formation process of the refrigerant flow path 3b in the present embodiment over time.
As shown in FIG. 4 (a), by using a sand core during casting of the main body 2, the first portions 4-1 and 4-2 are formed as described above.
[0028]
Next, as shown in FIG. 4B, a drilling tool attached to the tip of the drilling machine 8 is inserted through the first parts 4-1, 4-2, and the first part 4-1. , 4-2 is mechanically perforated in the main body 2 formed. As a result, the second portion 5 is formed in communication with the first portions 4-1 and 4-2. Here, the drilling machine 8 to be used is exemplified by drilling the second portion 5 in a straight line by excavating the main body 2 using a boring machine (deep hole drilling machine) to which a solid cutter is attached. Is done.
[0029]
Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 4C, the diameters of the first portions 4-1 and 4-2 described above are set to be larger than the diameter of the second portion 5. The As a result, even if there is a step at the connecting portion between the first portion 4-1 and 4-2 and the second portion 5 when the second portion 5 is drilled, the grinding correction operation is performed to smooth the step portion. It is possible to perform reliably and eliminate the generated step.
[0030]
Specifically, the relationship between the inner diameter D1 of the second portion 5 and the inner diameter D2 of the first portions 4-1 and 4-2 is the relationship between the equations (1) and (2), that is,
D2−D1 ≧ 2 × L / 1000 (1)
D1 / D2 ≧ 0.5 (2)
It is desirable to be in
[0031]
That is, the expression (1) is an expression determined by the error of the mechanical misalignment of the drilling machine that performs the drilling of the second portion 5. This is because if D2−D1 <2 × L / 1000, a notch-like difference may occur between the second portion 5 and the first portions 4-1 and 4-2. FIG. 5 is an explanatory view showing a situation of a notch-like mistake occurring in the connection portion between the second portion 5 and the first portion 4-1. When such a notch-like difference occurs, it becomes a stress concentration source when the refrigerant is supplied, and there is a possibility that it may become a starting point of early destruction of the main body 2.
[0032]
On the other hand, the expression (2) is an expression defined by the pressure loss when the refrigerant is supplied. That is, if the diameter D2 of the end portion on the second portion 5 side of the first portions 4-1 and 4-2 is made too small compared to the inner diameter D1 of the second portion 5, the second portion 5 The flow rate of the refrigerant at is very high, which increases the pressure loss.
[0033]
FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between D1 / D2 and pressure loss obtained by calculation from Bernoulli's theorem. In the first parts 4-1 and 4-2 where the flow rate of the refrigerant is low, it is desirable to secure a flow rate of 1 m / sec or more from the viewpoint of preventing melting damage. Assumed.
[0034]
As shown in the graph of FIG. 6, when the ratio of the diameter D1 to the diameter D2 (D1 / D2) is less than 0.5, it can be seen that the pressure loss starts to increase and the economic efficiency is impaired.
Further, in the present embodiment, the diameters of the first portions 4-1 and 4-2 are set so as to gradually decrease as the diameter approaches the second portion 5. FIG. 7 shows that the diameters of the first parts 4-1 and 4-2 gradually decrease as the diameter approaches the second part 5, in other words, the first parts 4-1 and 4-2. It is explanatory drawing which shows the condition set so that the outer diameter in the terminal by the side of the 2nd part 5 might become smaller than the average outer diameter of the longitudinal direction of 1st part 4-1, 4-2, FIG. 7 (a) shows the state before the second portion 5 is drilled, and FIG. 7 (b) shows the first portions 4-1 and 4-2 and the second portion 5 after the second portion 5 is drilled. FIG. 7 (c) shows a state in which a notch-like misalignment has not occurred even if a core misalignment occurs after the second portion 5 has been drilled. Show.
[0035]
As shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), in the present embodiment, the diameter d of the tips of the first portions 4-1 and 4-2 is smaller than the inner diameter D1 of the second portion 5. The diameter D2 of the corner portions of the first portions 4-1 and 4-2 is set larger than the inner diameter D1 of the second portion 5. When the corner part with the same outer diameter curvature is integrally formed at the time of casting and the straight part is perforated, a misalignment of the perforating process occurs, and as shown in FIG. 5 and FIG. Produce. Such misalignment may cause pressure loss and cracking. Therefore, as shown in FIGS. 7 (a) and 7 (b), in the present embodiment, the first portion 4 The diameter d of the tip of −1, 4-2 is set smaller than the inner diameter D1 of the second portion 5.
[0036]
In the present embodiment, in this way, the misalignment of the drilling machine in the drilling process as shown in FIGS. 5 and 7 (c) is prevented.
As described above, according to the present embodiment, the diameters of the first portions 4-1 and 4-2 are set so as to gradually become smaller as the second portion 5 is approached. When the second part 5 is drilled by inserting the drilling tool attached to the tip of the drilling machine 8 into the parts 4-1, 4-2, the first parts 4-1, 4-2 and second The axial deviation from the portion 5 can be eliminated or suppressed.
[0037]
In this way, after the second portion 5 is drilled, the work hole drilled for inserting the drilling tool is closed by inserting and welding the closing plug 9 or the like. As the plug 9, a material made of the same material as the casting material of the main body 2 and a material having the same purity can be used. Specifically, in the present embodiment, as the plug, a C1020BD copper rod defined by JIS H 3250 copper and a copper alloy rod is machined according to the inner diameter of the second portion 5 and used. Is exemplified.
[0038]
Then, a cooling medium supply and discharge pipe 10 is attached by welding to the

ports

6 and 7 serving as the cooling medium entrance and exit of the main body 2 manufactured as described above. Examples of the cooling medium supply and discharge pipe 10 include C1220T copper pipes defined as JIS H 1220 copper and copper alloy seamless pipes.
[0039]
Thus, in this embodiment, since the second portion 5 is formed in a straight line by machining, the pressure loss of the flowing refrigerant can be significantly reduced as compared with the case where this portion is manufactured by casting. Can do.
[0040]
That is, in the present embodiment, not all of the refrigerant flow path 3b is formed along with the casting of the main body 2, but the linear portion is formed as the second portion 5 by machining. For this reason, in the stave cooler 1 of the present embodiment, the inner surface of the second portion 5 is formed to be extremely smooth compared to the casting surface, so that the pressure loss when the refrigerant flows through the second portion 5 is reduced. can do.
[0041]
In the present embodiment, not all of the refrigerant flow path 3b is formed along with the casting of the main body 2, but only the first portions 4-1 and 4-2 located at the end portions are formed. Since casting is formed by casting, the portion from which the sand is removed is limited locally and the sand removal operation is facilitated, so that the casting cost can be reduced.
[0042]
Further, in the present embodiment, not all of the refrigerant flow path 3b is formed along with the casting of the main body 2, but instead of the first portions 4-1 and 4-2 located at the end portions. Since the flow path bend can be smoothly formed in a curved shape by casting, the pressure loss of the refrigerant can be suppressed as much as possible.
[0043]
For this reason, according to the present embodiment, it is possible to provide a stave cooler 1 made of copper or copper alloy that is inexpensive and has little pressure loss.
The stave cooler 1 of the present embodiment configured as described above is mounted on the inner surface side of the iron skin constituting the furnace body of the blast furnace, and a refractory is mounted on the inner surface side of the stave cooler, so that the furnace Make up the wall. And refining is performed by operating this blast furnace.
[0044]
In this way, according to the present embodiment, a copper or copper alloy stave cooler that is inexpensive and has low pressure loss, and a metal refining method using the same are provided. Therefore, according to the present embodiment, there is a copper or copper alloy stave cooler that can suppress wear, wear, thermal expansion, and warping that occurs in the main body, has a long life, and can simplify the structure. The original performance can be fully enjoyed.
[0045]
【Example】
Furthermore, the present invention will be described in more detail with reference to examples.
(1) The first embodiment shown in FIGS. 1 to 7 described above, and (2) the first embodiment except that the diameters of the first portions 4-1 and 4-2 and the second portion 5 are the same. Example 3 which is the same condition as (3), except that not only the first parts 4-1 and 4-2 but also the second part 5 are integrally formed using a sand core when casting the main body. Are the same conditions as in Example 1 and (4) the boring machine (deep hole processing machine) used in this example on the C1020P copper plate defined by JIS H 3100 copper and copper alloy plates and strips. According to Comparative Example 2 using a main body perforated from two orthogonal directions per cooling channel, a stave cooler main body is manufactured, a rod-like plug is inserted into the sand vent and welded, and then the cooling medium The stave cooler was finally assembled by attaching supply and discharge pipes.
[0046]
In Comparative Example 1, the sand core remaining in the formed refrigerant flow path cannot be sanded only by the ports (ports corresponding to 6 and 7 in FIG. 1) serving as the cooling medium entrance. Therefore, the ports communicating with the refrigerant channel from the back side of the stave were drilled at a pitch of 300 mm, and sand was removed from these openings. Moreover, in the comparative example 2, the opening used as the entrance / exit of the cooling medium was drilled by a drill from the back of the main body.
[0047]
Using these four types of stave coolers, the following (i) cooling medium pressure loss confirmation test and (ii) cleaving investigation to confirm the processing status of the flow path were performed.
(i) Pressure loss confirmation test In the measurement test of the cooling medium pressure loss, water was used as the cooling medium, and the pressure loss was measured by the difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the cooling medium. It should be noted that the flow rate of the cooling medium in the inlet-side flow path was set at a constant 2 m / sec.
[0048]
The production cost was compared by the production cost ratio (production cost of Invention Example 1, Comparative Example 1 or Comparative Example 2 / production cost of Invention Example 1) based on the production cost of Invention Example 1. Table 1 shows the gist of the test methods of Invention Example 1, Invention Example 2, Comparative Example 1 and Comparative Example 2 and the test results. The sign in the “feature” column in Table 1 is the same as the sign in FIGS. 7 (a) and 7 (b).
[0049]
[Table 1]

[0050]
As shown in Table 1, both the inventive example 1 and the inventive example 2 had a smaller pressure loss than the comparative example 1 and the comparative example 2.
Moreover, in the comparative example 1, the man-hour of the sand removal operation | work in the case of casting increased, and the manufacturing cost became high compared with this invention example 1, this invention example 2, and the comparative example 2. FIG.
[0051]
Further, in Comparative Example 1, since the inner surface of the flow path was not smooth as compared with the one that was perforated, the pressure loss was larger than those of Invention Example 1 and Invention Example 2.
Furthermore, since Comparative Example 2 was formed in a crank shape without a curvature portion, the pressure loss was significantly increased as compared with Invention Example 1 and Invention Example 2.
[0052]
(Deformation)
In the above description, the case where the stave cooler according to the present invention is used in a blast furnace is taken as an example. However, the present invention is not limited to a blast furnace, for example, a metallurgical furnace other than a blast furnace such as an electric furnace or a metal smelting furnace. Similarly, it can be suitably used as a cooling device.
[0053]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, it is possible to provide a copper or copper alloy stave cooler that is inexpensive and has low pressure loss, and a metal refining method using the same. For this reason, according to the present invention, by using such a stave cooler, it is possible to sufficiently enjoy the performance inherent to the stave cooler made of copper or copper alloy.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view showing a stave cooler according to an embodiment in a simplified manner and in a see-through state.
FIG. 2 is a top view of the main body in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
4 (a) to 4 (c) are explanatory views showing an example of a refrigerant flow path forming process over time in the embodiment. FIG.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing a situation of a notch-like mistake occurring at a connection portion between a second portion and a first portion.
FIG. 6 is a graph showing an example of the relationship between D1 / D2 and pressure loss obtained by calculation from Bernoulli's theorem.
FIG. 7 is an explanatory view showing a situation in which the diameter of the first part is set so as to gradually decrease as it approaches the second part, and FIG. FIG. 7 (b) shows a state before the first portion and the second portion are not misaligned after the second portion is drilled, and FIG. 7 (c) This shows a state in which a notch-like misalignment does not occur even if a misalignment occurs after the portion 2 is perforated.
[Explanation of symbols]
1 Stave cooler 2 Body
3a-3d Refrigerant flow path
4-1 4-2 First part 5 Second part

Claims

A stave cooler comprising a main body having a coolant channel inside and formed of a cast body made of copper or copper alloy,
The refrigerant flow path is formed by connecting a first portion formed by casting the main body and a first portion formed by machining the main body after the casting is performed. A stave cooler characterized by having a portion.

The stave cooler according to claim 1, wherein the first portion is formed in a curved shape, and the second portion is formed in a linear shape.

3. The stave cooler according to claim 1, wherein the first part is formed by connecting to both ends of the second part.

The stave cooler according to any one of claims 1 to 3, wherein a diameter of the first portion is set larger than a diameter of the second portion.

The diameter of the said 1st part is a stave cooler described in any one of Claim 1- Claim 4 set so that it may become small gradually as it approaches the said 2nd part.

A metal refining method comprising refining using a metallurgical furnace equipped with the stave cooler according to any one of claims 1 to 5.