JP2004269975A - 冶金炉用ステーブクーラの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安定した高い冷却能と冷却管からの水漏れが長期間生じないこととをともに両立させることができるステーブクーラの製造方法を提供する。
【解決手段】内管及び外管を有する２重管を鋳型内の所定の位置に配置しておき、この鋳型内に冶金炉用ステーブクーラの冷却板の材料を鋳込むことにより冶金炉用ステーブクーラを製造する際に、冷却板の材料の鋳込みを開始するまでに、外管の表面に、酸化マグネシウム及び酸化珪素を主体とする高融点酸化物の付着を抑制することができるスカム付着防止剤、例えばアルカリ金属またはアルカリ土類金属の炭酸塩を塗布しておく。
【選択図】 なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば高炉等の冶金炉の炉壁に使用される、冷却用の２重管を内蔵するステーブクーラの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
製鉄用の高炉等の冶金炉では、炉体を冷却するために種々の方法が採用される。その一つに、ステーブクーラと呼ばれる冷却体を炉壁に設置することが行なわれている。
【０００３】
図１は、このようなステーブクーラ１の一例の縦断面図である。図１に示すように、ステーブクーラ１は、鋳鉄製の冷却板２の中に冷却管３および耐火物４を鋳合わせることにより製作される。
【０００４】
ステーブクーラ１は、耐火物と鉄皮とからなる高炉炉壁の鉄皮の内部に設置され、炉内の熱負荷から鉄皮を保護する。このため、ステーブクーラ１には、高い冷却能力と熱負荷に対する耐久性とがともに要求される。
【０００５】
鉄皮の内部に設置されるステーブクーラ１には、高炉の操業中に発生する炉内の熱変動による熱負荷と、熱変動による繰り返し熱応力とが発生する。このため、ステーブクーラ１の冷却板２の炉内側（図１の耐火物４が挿入されている側）にクラックが発生し、発生したクラックが伝播して冷却管３を破損することがある。これは、冷却管３の内部の冷却媒体（冷却水）を漏洩させ、高炉操業にとって深刻な障害となる。このため、冷却板２の炉内側に発生したクラックが冷却板３に伝播することを防止するための発明がこれまでにも種々提案されている。
【０００６】
例えば特許文献１には、冷却管の外表面に溶着防止剤を塗布して、鋳鉄鋳込み時に冷却管への浸炭および溶着を防止しながらステーブクーラを製造する発明が提案されている。
【０００７】
また、特許文献２には、冷却管を２重管とし、その外管を冷却板と溶着せしめて一体に鋳込んだステーブクーラにかかる発明が提案されている。この２重管からなる冷却管は、軟鋼鋼管を内管とし、これに同質の鋼管（半管または多層に蜜に嵌め合いされたもの）を外管として互いに間隙なく嵌め合いせしめて製造される。また、通常のシームレスパイプを内管とし、これに鋼帯をスパイラル状に密に隙間なく一重または多重に巻きつけて製作してもよい。
【０００８】
さらに、特許文献３には、内管の炭素当量が０．２０〜０．３８質量％、外管の炭素当量が０．１５〜０．２５質量％の引き抜き２重管の外側に、厚さが０．０８〜０．２５ｍｍの酸化物を設け、次いで球状黒鉛鋳鉄と鋳合わせてなる非溶着型２重冷却管を備えたステーブクーラにかかる発明が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特公昭５０−２１４２０ 号公報
【特許文献２】実公昭４８−３４８８２ 号公報
【特許文献３】特公昭５８−４９６０７ 号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、これらの提案にかかる発明では、安定した高い冷却能と冷却管からの水漏れが無いこととをともに達成することができない。
【００１１】
特許文献１により提案された、ステーブクーラの冷却管の外表面に溶鉄との溶着防止剤を塗布する発明では、溶着防止剤の塗布量の変動によって、ステーブクーラー冷却能が変動してしまう。
【００１２】
特許文献２により提案された、冷却２重管を冷却板と溶着せしめて一体に鋳込んだステーブクーラーでは、鋳造時の溶鉄温度が高く、また溶鉄の流速が大きい場合には、軟鋼製の冷却パイプに浸炭し、冷却パイプの融点が低下し、しばしば２重管の外管の溶損が生じ、鋳鉄と２重管内管とが溶着する。また、溶損を生じなくとも、鋳造時に溶鉄から加わる多大な熱負荷のため、２重管は熱変形を生じ、２重管の外管と内管との間に大きな接触圧力が加わり、また十分に加熱される環境でもあるため、２重管の外管と内管とに部分的な金属結合を生じる。
【００１３】
これらの部分的な溶損や金属結合により、操業中に発生する炉内の熱変動によって発生する冷却板の炉内側クラックを冷却管まで伝播させないという目的を達成できなくなり、しばしば冷却管の破損を引き起こし、冷却媒体（冷却水）の漏洩を招き、高炉操業にとって深刻な障害となる。
【００１４】
このため、特許文献２により提案された、冷却２重管を用いるステーブクーラでは、鋳造時の溶鉄温度は低く、また溶鉄流速の小さい鋳造方法が採用されてきたが、このような低温かつ低流速の鋳造方法では、２重管の外管の外表面に不純物が介在し、金属間結合が得られず、伝熱的不連続層を生じさせるため、ステーブクーラとして本来の冷却能を充分に発揮できない。
【００１５】
さらに、特許文献３により提案された、材質の異なる２重管の外管の外表面に酸化物の被覆層を設けて鋳込んだステーブクーラでは、冷却能力が低下する。
ここに、本発明の目的は、安定した高い冷却能と冷却管からの水漏れが長期間にわたってないこととをともに両立させることができるステーブクーラの製造方法を提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、冷却能と冷却管からの水漏れ防止を両立させるため、特許文献２により提案されたステーブクーラについて調査した。
【００１７】
その結果、ステーブクーラーの冷却能を低下させる、２重管の外管の外表面に生じた不純物は、酸化マグネシウム及び酸化ケイ素を主体とする高融点の酸化物スラグ（以下、スカムともいう）であり、低温及び低流速の鋳造条件では、鋳造時に鋳型内に入った溶鉄表面にスカムが浮上し、２重管の外管の外表面に捕捉され易く、２重管外管と鋳鉄との間に十分な金属間結合が生成されず両者の十分な溶着が妨げられ、伝熱性が不良な伝熱的不連続層を生じさせていることが判明した。
【００１８】
そこで、本発明者らはさらに検討を重ねた結果、予め２重管の外管の外表面に炭酸塩を塗布しておくと、鋳造時の高温下で炭酸塩は分解し炭酸ガスが発生し、そのガスによるスカム排除効果により外管の外表面へのスカム付着を防止でき、これにより、上述した課題を解消できることを知見し、さらに検討を重ねて本発明を完成した。
【００１９】
本発明は、内管及び外管を有する２重管を鋳型内の所定の位置に配置しておき、この鋳型内に冶金炉用ステーブクーラの冷却板の材料を鋳込むことにより冶金炉用ステーブクーラを製造する際に、冷却板の材料の鋳込みを開始するまでに、外管の表面に、酸化マグネシウム及び酸化珪素を主体とする高融点酸化物の付着を抑制することができるスカム付着防止剤を塗布しておくことを特徴とする冶金炉用ステーブクーラの製造方法である。
【００２０】
この本発明にかかる冶金炉用ステーブクーラの製造方法では、スカム付着防止剤が炭酸塩であること、具体的にはアルカリ金属またはアルカリ土類金属の炭酸塩であることが望ましい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明にかかる冶金炉用ステーブクーラの製造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。
【００２２】
本実施の形態では、公知の冶金炉用ステーブクーラの製造方法と同様に、内管及び外管を有する２重管を鋳型内の所定の位置に配置しておき、この鋳型内に冶金炉用ステーブクーラの冷却板の材料を鋳込むことにより冶金炉用ステーブクーラを製造する。
【００２３】
この際に、本実施の形態では、冷却板の材料の鋳込みを開始するまでに、外管の表面に、酸化マグネシウム及び酸化珪素を主体とする高融点酸化物の生成を抑制することができるスカム付着防止剤を塗布しておく。スカム付着防止剤としては、例えば炭酸塩、具体的にはアルカリ金属またはアルカリ土類金属の炭酸塩が例示される。
【００２４】
これにより、冷却板の材料の鋳造時の高温下で、外管の表面に塗布された炭酸塩が分解して炭酸ガスが発生し、発生した炭酸ガスによるスカム排除効果により、外管の外表面へのスカム付着が防止される。すなわち、スカム付着防止剤は溶鉄と接触した際に熱分解し、発生する炭酸ガスが湯中を浮上するスカムを吹き飛ばすものと推定される。このため、外管と鋳鉄との間に十分な金属間結合が生成されて両者の十分な溶着が図られ、伝熱性が不良な伝熱的不連続層が生じなくなり、充分な冷却能力を維持できる。
【００２５】
このように、本実施の形態では、冷却能力を高めるために、２重管の外管の外表面を清浄にしてスカム付着防止剤を塗布してから冷却板の材料を鋳込むことにより、２重管の外管とステーブクーラ本体鋳鉄との金属結合を生じさせるものである。
【００２６】
さらに、本発明を実施例を参照しながらより具体的に説明する。
【００２７】
【実施例】
図３は、本実施例における後述するテスト１、２におけるステーブクーラ鋳造時の砂型断面を示す説明図であって、符号３は冷却管を、符号５は湯道を、符号６はステーブ鋳型を、それぞれ示す。
【００２８】
まずテスト１では、スカム付着防止剤の選定を目的として、テスト１におけるスカム付着防止剤の塗り分け状況と湯道の配置を示す図２に示すように、２重管Ａ〜Ｄの外管の外表面に、溶剤で希釈した炭酸リチウムと炭酸ナトリウムとを塗り分けた。
【００２９】
また、スカム付着防止剤の塗り分けは、湯道からの距離の影響による外乱を無くすために、４本の冷却管Ａ〜Ｄをそれぞれ上下Ａａ−Ａｂ、Ｂａ−Ｂｂ、Ｃａ−Ｃｂ、Ｄａ−Ｄｂに分割し、炭酸リチウムと炭酸ナトリウムを塗り分けた。
【００３０】
次に、テスト２では、選定されたスカム付着防止剤を塗布した場合としない場合の差を評価するために、テスト２におけるスカム付着防止剤の塗り分け状況と湯道の配置を示す図４に示すように、２重管の外管の外表面に溶剤で希釈した炭酸リチウムを塗布した。
【００３１】
このテスト２では、炭酸リチウムを塗布した冷却管Ｃ、Ｄは、冷却管Ａ、Ｂよりも湯道からの距離が遠く、溶鉄温度も湯道周辺より低いと推定されるため、鋳型内に流入した溶鉄の表面にスカムが発生し易く、スカム反発作用面では冷却管Ａ、Ｂよりも不利であると予想される。
【００３２】
表１にはテストステーブ材料の化学成分を、表２にはテストステーブの鋳造条件を、表３にはスカム付着防止剤の溶剤成分を、表４には各冷却管の表面処理とスカム付着防止剤の塗布状況を、表５にはテスト結果を、それぞれまとめて示す。
【００３３】
なお、表５に示すテスト１の欄の符号Ａａ〜Ｄｂは、スカム付着防止剤の塗り分けによる鋳造後の結果を示す。一方、表５に示すテスト２の欄の符号Ａ〜Ｄは、スカム付着防止剤の有無と鋳造後の結果を示している。また、本実施例では、スカム付着防止剤は表４に示すように２重管の外表面の前処理をした後にハケ塗りにより塗布した。
【００３４】
【表１】

【００３５】
【表２】

【００３６】
【表３】

【００３７】
【表４】

【００３８】
【表５】

【００３９】
表５のテスト１に示すように、鋳鉄と２重管の外管の打撃剥離試験では、炭酸リチウムと炭酸ナトリウムとに剥離性の差は無いものの、ミクロ観察では炭酸ナトリウム塗布部位に連続的な境界線が存在することが判った。一方、炭酸リチウム塗布部位には連続的な境界線は認められず、良好な結果であった。
【００４０】
表５のテスト２に示すように、スカム付着防止剤を塗布していない冷却管では、鋳鉄と２重管の外管の打撃剥離試験において、境界部で極簡単に剥離できることが確認され、またミクロ観察でも連続的な境界線があることが判った。一方スカム付着防止剤である炭酸リチウム塗布部位では連続的な境界線は認められず、良好な結果を得た。
【００４１】
表５にはテスト１、２の総合的な評価結果をあわせて示すが、炭酸リチウム塗布部分では良好であり、炭酸ナトリウム塗布部分では概ね良好な結果が得られた。これに対し、スカム付着防止剤を塗布しないものでは不芳な結果となった。
【００４２】
また、アルカリ土類金属の炭酸塩についてもテスト１、２と同様の試験を行ったが、スカム付着防止剤を塗布したものでは概ね良好な結果となった。
以上の実施例より、本発明にかかる冶金炉用ステーブクーラの製造方法により製造されたステーブクーラは、２重管の外管と鋳物とが金属間結合により十分に溶着し、伝熱的な不連続を生じないことが明らかである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明により、要求される安定した高い冷却能と長期にわたり冷却管からの水漏れを生じることがないステーブクーラを製造することができ、冶金炉の長期にわたる安定操業に寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ステーブクーラの一例の縦断面図である。
【図２】テスト１におけるスカム付着防止剤の塗り分け状況と湯道の配置を示す説明図である。
【図３】テスト１ 、２におけるステーブクーラ鋳造時の砂型の縦断面図である。
【図４】テスト２におけるスカム付着防止剤の塗り分け状況と湯道の配置を示す説明図である。
【符号の説明】
１ ステーブクーラ
２ 冷却板
３ 冷却管
４ 耐火物
５ 湯道
６ ステーブ鋳型
Ａ〜Ｄ 冷却管
Ａａ〜Ｄｂ 冷却管

Claims (3)

1. 内管及び外管を有する２重管を鋳型内の所定の位置に配置しておき、該鋳型内に冶金炉用ステーブクーラの冷却板の材料を鋳込むことにより冶金炉用ステーブクーラを製造する際に、
   前記冷却板の材料の鋳込みを開始するまでに、前記外管の表面に、酸化マグネシウム及び酸化珪素を主体とする高融点酸化物の付着を抑制することができるスカム付着防止剤を塗布しておくこと
   を特徴とする冶金炉用ステーブクーラの製造方法。
2. 前記スカム付着防止剤は炭酸塩である請求項１に記載された冶金炉用ステーブクーラの製造方法。
3. 前記炭酸塩がアルカリ金属またはアルカリ土類金属の炭酸塩である請求項２に記載の炉体冷却用ステーブクーラの製造方法。

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