JP2001507630A - 製鉄及び製鋼炉用の冷却プレートの製造方法 - Google Patents

製鉄及び製鋼炉用の冷却プレートの製造方法

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Abstract

(57)【要約】 製鉄及び製鋼炉、特に、溶鉱炉のための一体型の冷却ダクト(52,84)を備えた冷却プレート(50,80)の製造方法が開示されている。冷却プレート(50,80)のプレフォームが連続鋳造鋳型(10)によって連続的に鋳造され、連続鋳造鋳型(10)の成形空間(20)内のロッド状のインサート(28)によって連続鋳造方向に走るダクト(52,84)がこのプレフォームに形成され、これらダクトによって完成冷却プレート内に冷却ダクトが形成される。

Description

【発明の詳細な説明】 製鉄及び製鋼炉用の冷却プレートの製造方法 この発明は、製鉄及び製鋼炉、例えば、溶鉱炉用の冷却プレートの製造方法に 関する。 このような溶鉱炉用の冷却プレートは「ステーブ(staves)」とも呼ばれる。こ れらの冷却プレートは炉の外殻(armour)の内部に配置されるもので、高炉の冷却 システムに接続された内部冷却ダクトを有する。炉の内部に面する冷却プレート の表面は反射性の材料でコーティングされている。 これらほとんどのステーブは未だに鋳鉄で形成されている。しかしながら、銅 は鋳鉄に比べて熱伝導性が著しく高いので、銅製のステーブを使用することが望 ましい。銅製のステーブの製造方法が数多く提案されてきた。 最初に、型を用いた鋳造によって銅製の冷却プレートを製造する試みがなされ た。その場合において、内部冷却ダクトは鋳型内のサンドコアによって形成され ている。しかしながら、この方法は実用性に乏しいものであった。なぜなら、鋳 造された銅製のプレートはキャビティ及び孔を有することが多く、その寿命が極 めて短いからである。また、サンドを除去して冷却ダクトを形成することが困難 であり、さらには、銅内に形成される冷却ダクトは好ましいものとは言えない。 イギリス特許出願公開公報第1571789号には、冷却プレートを型内で鋳造する に際して、サンドコアを予め成形された銅又は高品位鋼製のパイプコイルで置換 する方法が開示されている。コイルは鋳型内の冷却プレート本体内に一体状に鋳 造され、螺旋状の冷却ダクトが形成される。この方法も実用性を実証するもので はない。銅製の冷却プレートと一体的に鋳造されたパイプコイルとの間には種々 の理由から高い熱伝導遮断性が存在するため、冷却プレートの冷却特性が相対的 に低下する。さらに、この方法では、銅内のキャビティ及び孔の発生を効果的に 抑制することができない。 ドイツ特許出願公開公報第2907511号には、鍛造又は圧延された銅のインゴッ トから形成された冷却プレートが開示されている。冷却ダクトは圧延された銅の イ ンゴットに対する機械的穿孔によって形成されためくら穴である。これらの冷却 プレートにおいては、上記の鋳造の欠点は回避されている。特に、プレートに形 成されるキャビティ及び孔は事実上排除されている。しかしながら、残念なこと に、このような冷却プレートの製造コストが比較的高い。これは、特に、冷却ダ クトの穿孔作業が複雑であるため、時間がかかる上、費用も嵩むからである。 したがって、この発明の目的は銅製の高品位冷却プレートをより安価に製造す ることのできる方法を開発することである。この目的は請求項1に記載の方法に よって達成される。 本願発明によれば、冷却プレートのプレフォームが連続鋳造鋳型によって連続 的に鋳造され、連続鋳造鋳型の成形空間内のインサートによって連続鋳造方向に 走るダクトがこのプレフォームに形成され、これらダクトによって完成冷却プレ ート内に冷却ダクトが形成される。使用のための長い冷却プレートはこの連続鋳 造されたプレフォームから比較的容易に製造することができ、その際、時間のか かる穿孔操作は不要である。これに関して注目されるべき点は、連続鋳造ではキ ャビティや孔の発生が通常の鋳造の場合に比べて効果的に抑制されることである 。さらに、連続鋳造によって得られた冷却プレートの機械的強度は通常の鋳造に よって得られたものに比べて格段に高い。熱伝導性は最適である。これは、連続 鋳造中に形成されたダクトが鋳造品本体に直接形成されるためである。連続鋳造 されたダクトの断面は円形である必要がないので、冷却ダクト設計及び配置に関 する新たな有用な可能性が拡がる。また、連続鋳造された冷却プレートの面が特 有の性質を有しており、耐火化合物コーティングの接着に適した良好な条件を備 えてる。 連続鋳造時において、連続鋳造鋳型の成形空間内に設けられた突出部によって 、鋳造方向に走る溝がプレフォームの面に形成され得る。これらの溝は完成冷却 プレートの冷却された面を増大させるとともに、耐火物ライニングを設ける際の 係止部材としても機能する。しかしながら、このような溝は連続鋳造されたプレ フォームの面を鋳造後に処理、たとえば、切り込みによって形成することも可能 である。この手法は、例えば、溝を鋳造方向に対して直角に走らせる場合には必 要である。 特に薄い冷却プレートが製造される場合には、連続鋳造されたプレフォームの 厚さは圧延によって縮減されるのが好都合である。圧延は銅の結晶構造を微細に し、 この微細な構造が完成冷却プレートの機械的及び熱的特性に好ましい効果を与え る。圧延による縮減は冷却プレートの製造コストを増大させるけれども、厚い冷 却プレート用に連続鋳造されたプレフォームを圧延することはこのように利点が ある。これに関して強調されるべき点は、プレフォームに一体状に鋳造されたダ クトは意外なことにプレフォームに対するその後の圧延処理において重大な障害 とならないということである。このことは、特に、一体状に鋳造されたダクトが 細長い断面形状、たとえば、楕円形の断面形状を有する場合に当てはまる。 プレートは連続鋳造されたプレフォーム又は鋳造後圧延されたプレフォームを 鋳造方向に直交する二つの切断部分で切断することによって切り出される。二つ の端面が鋳造方向に対して直角に形成される。それらの間の距離は冷却プレート の必要とされる長さに事実上対応する。注目されるべき点は、同一の長さ又は異 なる長さの幾つかの冷却プレートが連続鋳造された一つのプレフォームから支障 なく製造できるということである。特に長い冷却プレートでも同様に製造可能で あり、追加コストもかからない。プレフォームから切り出されたプレートはいく つかの貫通ダクトを有している。これらのダクトは鋳造方向に延び、二つの終端 部を有する。 一体状に鋳造されたダクトの断面は冷却プレートに直交する方向にその最小寸 法を有する細長い形状を有することが望ましい。このように、穿孔によって形成 されたダクトを有する冷却プレートに比べて薄い厚さの冷却プレートを製造する ことができるため、銅の使用量の低減につながる。同様に注目される点は、細長 い断面を有するダクトを連続鋳造において一層容易に製造することもできるとい うことである。さらに別の利点は、細長い断面を有するダクトの場合、冷却プレ ートの冷却側においてより大きい交換面が達成され得るということである。細長 い(たとえば、楕円形の)断面を有するダクトは、既に述べたように、プレフォ ームの圧延処理中に際して、円形の断面を有するダクトに比べてずっと好都合な 機能を発揮する。 次の製造段階においては、貫通ダクトまで達するフィーダーパイプ及びリター ンパイプ用の連結ホールが適宜プレートの背面に直交状に穿孔される。また、ダ クトの端部はシールされる。冷却プレートが炉の外殻に取り付けられるときにそ の外殻の外に引き出される連結片がその後これらの連結ホールに挿入される。 連続鋳造されたダクトにはそれぞれ供給及びリターン連結部を設けることがで き る。しかしながら、連続鋳造されたダクトのうちのいくつかを横穴によって相互 に連結することも可能である。これらの横穴は、たとえば、それぞれの冷却プレ ートにそれぞれ一つの供給連結部及びリターン連結部を備えた螺旋状の連続ダク トが形成されるように、配置及びシールされる。 冷却プレートははある軸を中心に適宜に湾曲され得る。その場合、その曲率は 溶鉱炉の外殻の曲率に合うように設定される。これは、特に、幅の広い冷却プレ ートが使用される場合に適用される。同様に、これは、冷却プレートが溶鉱炉の 炉床において使用される場合にも適用される。炉床用のこうした冷却プレートは 、実際、炉床のライニングに作用する圧力を吸収するために、できるだけ外殻に 近づけて配置されなくてはならない。 この発明の好ましい実施の形態及び望ましい構成上の変形を添付の図面が参照 して詳細に説明される。 図1は本発明による方法のための連続鋳型の縦略断面図である。 図2は図2の連続鋳型の2−2線断面図である。 図3は本発明による方法によって製造された完成冷却プレートの背面図である 。 図4は図3の冷却プレートの4−4線断面図である。 図5は図3の冷却プレートの5−5線断面図である。 図6は高炉内に配置された冷却プレートの斜視図である。 図7は本発明の方法によって製造された冷却プレートであって、図6の配置に 特に適した冷却プレートの背面図である。 図1及び図2には、この発明による方法の実施に使用される連続鋳型10の構 成が略図で示されている。連続鋳型10は、例えば、冷却された4つの鋳造パネ ル12,14,16,18を有する。これらの鋳造パネルによって、冷却された 鋳造空間20が形成される。この鋳造空間内には溶融状態の成型材料、例えば、 溶融低合金銅が流し込まれる。図1における矢印22は左右の鋳造パネル12, 14に対する冷却液の供給導管を示し、矢印24は左右の鋳造パネル12,14 に対する冷却液の排出導管を示している。また、図1における矢印25は鋳造方 向を示している。 図1に示されるように、三つのロッド状のインサート28が鋳造空間20内に 導入されている。これらのインサートは、たとえば、鋳造空間20及び鋳造パネ ル12−18の上方に配されたクーラントコレクタ30に連結されている。これ らロッド状のインサート28のそれぞれは一端が閉止されたアウターチューブ3 2と、一端が開放されたインナーチューブ34とを適宜に有する。そして、これ らアウター及びインナーチューブはそれらの間にクーラント用の環状ギャップ3 6が形成されるように配置されている。このため、クーラントはこれら三つのロ ッド状のインサート28内を流れる。コレクタ30内のクーラントは供給チャン バ38を通って環状ギャップ36内へと流れる。クーラントはアウターチューブ 32をその全長にわたって冷却し、アウターチューブの下端部において環状ギャ ップ36からインナーチューブ34内に流入する。このインナーチューブ34は コレクタ30内のリターンチャンバ40へとクーラントを戻す。しかしながら、 ロッド状のインサート28は非冷却型のグラファイトロッドとして設計すること もできる。 図2に示されるように、前方の鋳造パネル16には幾つかの突出部26が形成 されている。突出部26は鋳造パネル16のほぼ全長にわたって延びており、鋳 造方向に対して直交するように鋳造空間内に突出している。 本発明によれば、製造されるべき冷却プレートのプレフォームを形成するビレ ットが上記の連続鋳造鋳型10で鋳造される。ロッド状のインサート28によっ てダクトが形成される。ダクトの断面は連続鋳造されるプレフォームの連続鋳造 方向におけるそのロッド状のインサート28の断面によって決まる。鋳造パネル 18の突出部26によって、連続鋳造されるプレフォームの連続鋳造方向に長手 溝が形成される。 図3及び4は連続鋳造されたプレフォームから形成された完成冷却プレート5 0を示している。しかしながら、留意されるべき点は、冷却プレート50のプレ フォームは突出部26のない連続鋳造鋳型で鋳造されたもので、元のプレフォー ムは溝のないほぼ長方形の断面を有する。図3において、三つのダクト52が破 線で示されている。これらのダクトは連続鋳造鋳型内に配置された本発明のイン サートによって連続鋳造中に形成されたものである。図5に示されるように、こ れらのインサ ートは楕円形である。それらは、図4及び5に示されるように、プレフォームの 長方形の断面において偏心させた状態で連続鋳造鋳型内に配置されている。すな わち、それらは完成冷却プレート50の背面を最終的に形成するプレフォームの 面の近くに配置されている。 完成冷却プレートに必要とされる厚さよりも厚いプレフォームを鋳造しておき 、その後、圧延によってそのプレフォーム厚さを完成冷却プレートの厚さまで薄 くすることは有用であることが証明されている。このようなプレフォームの圧延 においては、銅は微細な結晶構造を有するようになり、この微細な結晶構造によ って完成冷却プレートの機械的及び熱的特性に好ましい影響が与えられる。これ に関して、さらに言えることは、冷却ダクトは最初から細長い断面形状を有して おり、このような断面形状は円形の断面形状に比べて圧延中の変形性がよい。 その後、圧延されたプレフォームを鋳造方向に直交する二つの切断部分で切断 することによって、長方形の粗製プレートが切り出される。完成冷却プレートの 二つの端面54,56がこのようにして形成される。この粗製プレートにおいて は、結果的に、ダクト52が二つの端面54,56間を貫通ダクトとして延び、 その中に開放端部58が形成される。つづいて、偏心状のダクト52から最も遠 いこの粗製プレートの面内において、鋳造方向に直角に溝58が切られる。プレ ートの機械的強度をさらに向上させるために、ショットピーニング処理を施すこ ともできる。 次の製造段階において、ダクト52まで達するフィーダーパイプ64及びリタ ーンパイプ66用の連結ホール62がプレートの背面68に直交状に穿孔される 。ダクト52の開放端58が最終的にプラグ70によって閉止される前に、必要 に応じて、ダクトを機械的に処理してもよい。冷却プレート50を最終的に完成 させるためには、固定ピン72及びスペーサー連結片74の外にフィーダー及び リターンパイプ64,66のみがプレートに取り付けられる必要がある。 図5には、完成された冷却プレート50がスペーサー連結片74によって炉の 外殻プレート76上にどのように載置されるかが示されている。留意すべき点は 、図3から5の冷却プレート50は炉内に縦に配置される意図をもって構成され ている。すなわち、冷却プレートが炉内に設置された状態では、冷却ダクト52 が縦に走り、横溝60が水平となる。鋳造方向に直角に走る横溝60の代わりに 、冷却プレート 50には鋳造方向に平行に走る縦溝を設けることも可能である。後者は、図2に 示されるように、突起部を有する鋳造鋳型を用いて連続鋳造時に直接的に都合良 く形成することができる。 図6は冷却プレート80の配置を示している。この冷却プレートにおける溝8 2はこのようにして連続鋳造中に直接的に形成されたものである。冷却プレート 82内においては、連続鋳造時に形成された冷却ダクト84(図7参照)が溝8 2と平行に延びている。ここで注目すべきは、冷却プレート80は炉内に水平に 配置されている。換言すれば、冷却ダクト84及び溝82は設置状態の冷却プレ ート80を水平に走っている。冷却プレート80はある軸を中心に湾曲されてお り、その曲率は溶鉱炉の外殻(図示せず)の曲率に合うように設定されている。 図7はある冷却プレート80内の冷却ダクトの好ましい配置を破線で示してい る。三つの連続鋳造されたダクト841,842,843及び二つの短い横穴86 ,88が示されている。穴86はダクト841,842をプレート80の一端にお いて連結し、プラグ90によって閉止されている。穴88はダクト842,843 をプレート80の他端において連結し、プラグ92によって閉止されている。プ レート50内のダクト52と同様に、ダクト841,842,843はプレート8 0の端面54,56においてプラグ70によって閉止されている。参照番号94 はダクト841に連結される供給連結部を示し、参照番号96はダクト843に連 結されるリターン連結部を示している。供給連結部94を通ってプレート80内 へ入るクーラントは後者を通って螺旋状に流れ、その後、再びリターン連結部9 6から排出されなくてはならない。図6においては、それぞれの冷却プレート8 0の供給及びリターン連結部94,96がパイプブリッジ98を通じて相互に連 結された様子が斜視図で示されている。もちろん、冷却プレート50と同様に、 冷却プレート80には、冷却ダクト841,842,843にそれぞれ供給及びリ ターン連結部を設けることができる。 留意すべきは、羽口の上方の高炉内に取り付けられる冷却プレートには炉の内 部に面する側に耐火化合物コーティングが施されていることである。冷却プレー トに対する耐火化合物コーティングの付着性を向上させるために、例えば、溝6 0,82をあり溝にすることも可能である。また、溝60,82のエッジやコー ナーを大 きく丸めることも有用である。これにより、耐火化合物にクラックが発生する危 険性を低減することができる。 対照的に、高炉の炉床用の冷却プレートは両面とも滑らかな面であることが好 ましい。これらは溝を有する冷却プレートに比べて薄く、連続鋳造によって形成 されたプレフォームから製造されるのが望ましく、その厚さは圧延処理によって 薄くされている。それらは炉床の領域内の外殻の径方向の中心に配置され、それ らの滑らかな背面が高炉の外殻に密着した状態で載置される。カーボンで形成さ れた成形レンガでライニングされた炉床は冷却プレートの同様に滑らかな前面に 密着した状態で載置される。このようにして、比較的薄い冷却プレートでも炉床 のライニングに加えられる高い圧力を高炉の外殻に対して容易に伝達させ得る。 示されている冷却プレートは全て三つの連続鋳造されたダクトを有している。 もちろん、四つ以上又は二つ以下の連続鋳造されたダクトを有する冷却プレート もこの発明の方法によって製造することが可能である。
【手続補正書】特許法第184条の8第1項 【提出日】平成11年2月1日(1999.2.1) 【補正内容】 請求の範囲 1. 製鉄及び製鋼炉のための一体型の冷却ダクト(52,84)を備えた冷却 プレート(50,80)を銅のインゴットから製造する方法であって、 銅のインゴットが連続鋳造鋳型(10)によって連続的に鋳造され、連続鋳造 鋳型(10)の成形空間(20)内のロッド状のインサート(28)によって連 続鋳造方向に走るダクト(52,84)が形成され、これらダクトによって完成冷 却プレート内に冷却ダクトが形成され、連続鋳造された銅のインゴットによって 冷却プレート(50,80)のプレフォームが形成される方法。 2. 連続鋳造鋳型(10)が突出部(26)を有し、これら突出部によって連 続鋳造方向に走る溝(82)がプレフォームの面内に形成される請求項1に記載 の方法。 3. 連続鋳造方向に直角に走る溝(60)が連続鋳造されたプレフォームに形 成される請求項1又は2に記載の方法。 4. プレフォームを鋳造方向に直交する二つの切断部分で切断することによっ てプレートが切り出され、それによって、鋳造方向に直交する二つの端面(54 ,56)が形成され、ダクト(52,84)が二つの端面(54,56)間にお いてプレートを貫通する貫通ダクトとして延び、その中に開放端部(58)が形 成される請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 5. ダクト(52,84)まで達するフィーダー及びリターンパイプ(64, 66)用の連結ホール(62)がプレートの面に直交するようにプレート(50 ,80)に穿孔され、ダクト(52,84)の端部(58)が閉止される請求項 4に記載の方法。 6. 連続鋳造されたダクト(52,84)の断面が細長い形状を有し、その幅 は 冷却プレート(50,80)に直交する方向において狭くなっている請求項1か ら5のいずれか一項に記載の方法。 7. 連続鋳造されたダクト(52,84)が横穴(86,88)によって相互 に連結される請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。 8. 供給連結部(94)及びリターン連結部(96)を備えた螺旋状の連続ダ クトが形成されるように、横穴(86,88)が配置されるとともに閉止されて いる請求項7に記載の方法。 9. 冷却プレート(80)はその曲率が高炉の壁の曲率に合うように湾曲され ている請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。 10. プレフォームが銅合金から連続鋳造されている請求項1から9のいずれ か一項に記載の方法。 11. 連続鋳造されたプレフォームの厚さが圧延によって縮小される請求項1 から10のいずれか一項に記載の方法。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE, DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF ,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE, SN,TD,TG),AP(GH,GM,KE,LS,M W,SD,SZ,UG,ZW),EA(AM,AZ,BY ,KG,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM ,AT,AU,AZ,BA,BB,BG,BR,BY, CA,CH,CN,CU,CZ,DE,DK,EE,E S,FI,GB,GE,GH,GM,GW,HU,ID ,IL,IS,JP,KE,KG,KP,KR,KZ, LC,LK,LR,LS,LT,LU,LV,MD,M G,MK,MN,MW,MX,NO,NZ,PL,PT ,RO,RU,SD,SE,SG,SI,SK,SL, TJ,TM,TR,TT,UA,UG,US,UZ,V N,YU,ZW (72)発明者 シール,ロジャー ルクセンブルグ公国 L―4118 エシュ・ サー・アゼッテ,ル・エド・フェレンス 6 (72)発明者 レーペネン,イールジョー フィンランド国 FIN―28100 ポリ, ミコンカツ 30 アー・エス 25, (72)発明者 メーキネン,ペルッチ フィンランド国 FIN―28610 ポリ, スーロチンチー 35

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1. 製鉄及び製鋼炉のための一体型の冷却ダクト(52,84)を備えた冷却 プレート(50,80)を製造する方法であって、 冷却プレート(50,80)のプレフォームが連続鋳造鋳型(10)によって 連続的に鋳造され、連続鋳造鋳型(10)の成形空間(20)内のロッド状のイ ンサート(28)によって連続鋳造方向に走るダクト(52,84)がこのプレ フォームに形成され、これらダクトによって完成冷却プレート内に冷却ダクトが 形成される方法。 2. 連続鋳造鋳型(10)が突出部(26)を有し、これら突出部によって連 続鋳造方向に走る溝(82)がプレフォームの面内に形成される請求項1に記載 の方法。 3. 連続鋳造方向に直角に走る溝(60)が連続鋳造されたプレフォームに形 成される請求項1又は2に記載の方法。 4. プレフォームを鋳造方向に直交する二つの切断部分で切断することによっ てプレートが切り出され、それによって、鋳造方向に直交する二つの端面(54 ,56)が形成され、ダクト(52,84)が二つの端面(54,56)間にお いてプレートを貫通する貫通ダクトとして延び、その中に開放端部(58)が形 成される請求項1から3のいずれか一項に記載の方法。 5. ダタト(52,84)まで達するフィーダー及びリターンパイプ(64, 66)用の連結ホール(62)がプレートの面に直交するようにプレート(50 ,80)に穿孔され、ダクト(52,84)の端部(58)が閉止される請求項 4に記載の方法。 6. 連続鋳造されたダクト(52,84)の断面が細長い形状を有し、その寸 法 は冷却プレート(50,80)に直交する方向において最小となっている請求項 1から5のいずれか一項に記載の方法。 7. 連続鋳造されたダクト(52,84)が横穴(86,88)によって相互 に連結される請求項1から6のいずれか一項に記載の方法。 8. 供給連結部(94)及びリターン連結部(96)を備えた螺旋状の連続ダ クトが形成されるように、横穴(86,88)が配置されるとともに閉止されて いる請求項7に記載の方法。 9. 冷却プレート(80)はその曲率が高炉の壁の曲率に合うように湾曲され ている請求項1から8のいずれか一項に記載の方法。 10. プレフォームが銅合金から連続鋳造されている請求項1から9のいずれ か一項に記載の方法。 11. 連続鋳造されたプレフォームの厚さが圧延によって縮小される請求項1 から10のいずれか一項に記載の方法。
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