JP2020505578A - 冶金炉用冷却板 - Google Patents
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Abstract
Description
それらは、炉例えば、高炉、アーク式電気炉のような冶金炉の内部と炉外殻間における排熱保護スクリーンを提供するため、冶金炉外殻の内壁を覆うのに用いられている。
更に、それらは概して耐火煉瓦ライニング、耐火グナイト(refractory guniting)又は炉内におけるプロセスで発生した付着物層(a process generated accretion layer)用のアンカー手段を提供する
現在では、冶金炉用の冷却板は殆ど銅、銅合金又はごく最近ではスチールで作られている。
この保護層は、炉内を支配する過酷な環境で起こる劣化から冷却板を保護するのに有用である。
しかしながら、実際には、炉は時としてこの保護層なしで作動することがあり、その結果高温面の層状リブが腐食することになる。
とくに、朝顔部(bosh section)では、耐火ライニングは比較的速やかに消滅することがあることが観察されている。
次に、可撓性ホースを冷媒供給部に接続し、かつ冷媒は可撓性ホースを通して冷却板内部に供給される。
このようにして、冶金炉は破損した冷却板を取り換えることなくさらに作動可能である。
ある場合には、これにより冷却量(cooling rate)の完全な破壊を招き、炉殻を直接高温の負荷に晒して摩耗させる。
可撓性ホースは冷却チャンネルよりも小径であり、かつ冷却チャンネルの角/隅で扱えるようにむしろ薄肉である必要がある。
このように薄肉の可撓性ホースは摩耗に対して長期間持続しない。
したがって、可撓性ホースは冷却板の寿命を短期間だけ延長できるだけである。
この目的は、請求項1で請求する冷却板により達成される。
冷却チャンネルはその後面に開口を有し、かつ冷媒供給パイプは冷却板の後面に接続されかつ冷却チャンネルに液体接続される。
使用時に、前面は炉内に向けられる。本発明によれば、少なくとも一つの緊急冷却チューブが冷却チャンネル内部に配置されており、この緊急冷却チューブは冷却チャンネルの断面よりも小さい断面を有している。
緊急冷却チューブは、緊急供給パイプをそれに接続するための接続手段を端部分に有している。
緊急動作中は、緊急冷却チューブは、接続手段を介して緊急供給パイプに物理的に接続される。
正常動作中は、緊急冷却チューブの接続手段は、緊急供給パイプから物理的に外されている
その際、緊急供給パイプは、冷媒供給パイプを通して送り込まれかつ冷却チャンネル内に既に存在する緊急冷却チューブに接続される。
次に冷媒が緊急供給パイプを経由してかつ冷却板を介して緊急冷却チューブに供給される。
可撓性ホースを、破損したおそらく封鎖された冷却チャンネルを通して最初に送り込む必要はない。
冷却チャンネルを介した冷媒の供給の切替と緊急冷却チューブを介した冷媒の供給の切替間の時間は大幅に低減される。
可撓性ホースに関する緊急冷却チューブの設計は改善され、かつより頑丈である。
この趣旨で、緊急冷却チューブはスチール又は合金で作成し得る。
好ましくは、緊急冷却チューブはさらに、例えばタングステンのような耐性材料のコーティングを備え得る。
したがって、緊急冷却チューブが存在することで冷却板の冷却効率が低減することはない。
しかしながら、パイプ押出法、機械加工、鋳造又は3Dプリントにより任意の他の形状が得られることに留意されたい。
冷却チャンネルは、機械加工又は鋳造により製造可能な任意の形状であり得る。
それは、例えば円形、長方形又は異なる形状を重ね合わせたより複雑な形状で有り得る。
そのような緊急冷却チューブは、正常動作中に冷媒と冷却板の本体間での直接的な熱伝達を妨害すること無く、緊急動作中の充分な冷却を保証するに十分である。
その屈曲部分は、必要時に緊急供給パイプの接続のために容易にアクセスできるよう、緊急冷却チューブのチューブ開口が冷媒供給パイプと一直線になるのを保証している。
第2の穿孔は第1の穿孔よりも小さな直径であり得るしまた冷却板の後面に向かう方向に配置され得る、その場合第2の穿孔は緊急冷却チューブを収容するような配置及び寸法になっている。
そのような直線状の端部分を備えた緊急冷却チューブは、冷却チャンネルに容易に据え付けできる。
端部分の端部は好ましくはキャップ付きである。
好ましくは、冷却チャンネルは一つの中央穿孔と中央穿孔の両側に配置された二つの補助穿孔で形成されている。
両補助穿孔は中央穿孔と重なっている。
中央穿孔は、緊急冷却チューブを収容するような配置及び寸法になっている。
冷媒と冷却板の本体との直接の接触は、冷媒を補助穿孔で形成された冷却チャンネルの部分を通して流すことで行われる。
代替的には、冷媒と冷却板本体間の直接接触がどの程度必要かにより、補助穿孔の直径も中央穿孔よりも大きく又は小さくともよい。
その横ウイングは、緊急冷却チューブの回転を制限することで、中央穿孔内部での緊急冷却チューブの固定機能を増大できる。
端部分では緊急供給パイプを接続するのに必要な強度は弱くならないが、その薄肉により緊急冷却チューブ内の冷媒と冷却チャンネル内の区域間における熱伝達が向上する。
好ましくは、少なくとも二つの緊急冷却チューブは、上記緊急供給パイプをそれに接続するための共通接続手段を備えた合流端部分を有するように配置及び構成されている。
その配置により、冷媒を冷却チューブ(複数)に供給する単一の接続点を設け、それにより緊急供給パイプ接続のためのアクセスを容易にしつつも、配置、例えば二つの緊急冷却チューブを単一の冷却チャンネルに配置することができる。
冷却チャンネルからの冷媒の漏れを検知し;
冷却チャンネルを通す冷媒の供給を中断し:
冷媒供給パイプを通して緊急供給パイプを供給し;
緊急供給パイプを緊急冷却チューブに接続し;かつ
緊急供給パイプを経由して、緊急冷却チューブへ及び冷却板を通して冷媒えを供給する各工程。
典型的な冷却板10は、炉内部と外側の炉殻(furnace shell;外装(armour)ともいう)16間の排熱保護スクリーン(a heat evacuating protection screen)を提供するための少なくとも四つの冷却チャンネル14を包含している。図1は炉殻16上に取り付けた冷却板10を示す。
本体12は、高温面(hot face)とも呼ばれる、炉内部に向けられた概して18で示す前面と、使用時に炉殻16の内面に対面する冷温面(cold face)とも呼ばれる反対側の後面20を有している。
冷却板10が炉に取り付けられると、溝24と層状のリブ22は概して水平に配置されて耐火煉瓦ライニング(図示せず)の固定手段を提供する。
その手段の一例は、図1に表すように、溝24中に配置された埋め込み金具(metal inserts)26で有り得る。
冷却チャンネル14と本体12の前面18の間に開口ができる形成されると、クラック又は摩耗を通して、冷媒が冷却チャンネル14から炉内に漏れ出す虞がある。
冷媒供給パイプ28は、炉殻16の開口30を通過して、冷媒供給システム(図示せず)に接続される。
この緊急冷却チューブ32は、冷却チャンネル14よりも小さい断面を有し、かつ必要時に緊急供給パイプを接続するための接続手段36をその端に備えた屈曲部分35をその端部分34−その一つだけが図1で見ることが出来る−を包含している。
緊急供給パイプ38は、冷媒供給パイプ28内に配置されており、かつ、接続手段36のところで緊急冷却チューブ32に接続している。
この接続手段36は、ねじ止め、バイオネットフィット、スナップフィット(スナップ止め)又は同様の好適な手段であり得る。
冷媒は冷媒供給パイプ28を経由して冷却チャンネル14に供給され、かつ冷却チャンネル14を一方から他方へ流れる。
好ましいことには、冷媒は本体12と冷媒間における良好な熱伝達を保証するために、冷却板10の本体12の材料と直接接触する。
緊急冷却チューブ32の端部分34が開いたままであると、冷媒は緊急冷却チューブ32をも通して流れる。
図1で分かるように、緊急冷却チューブ32は、好ましくは冷却板の前面18から最も離れた冷却チャンネル14内部に配置されている。
即ち、緊急冷却チューブ32は、冷却板10の後面20に向かい合った冷却チャンネル14の壁に配置される。
冷却チャンネル14を通って流れる冷媒は冷却板10の前面18に向かい合った本体12の最大可能領域に直接接触し、したがって、本体12と冷媒との間での最良の熱伝達を保証する。
冷却チャンネル14は単一の円筒状の穿孔で形成し得るが、図1から図3に示す実施形態の冷却チャンネル14は、第1の穿孔40及びより小さい第2の穿孔42によって形成され、この場合、第1の穿孔40と第2の穿孔42は重なっている。
第2の穿孔42は、緊急冷却チューブ32の大部分がもはや第1の穿孔40内に位置しないように、緊急冷却チューブ32を収容するため後面20の方向に配置されかつ寸法が決められている。
それによって、冷却チャンネル14の重要な部分を形成する第1の穿孔40の実効断面は、緊急冷却チューブ32が存在してもあまり減少しない。
緊急冷却チューブ32は、約20mmの直径を有し得る。
冷媒は次に、他端で冷媒供給パイプ28を経由して冷却板を離れる前に、冷却チャンネル14を経由して冷却板10の本体12を一端から他端まで横断する。
冷媒は緊急冷却チューブ32を通って供給することもできる。
その際、緊急供給パイプ38が冷媒供給パイプ28を通して供給されて、既に冷却チャンネル14中に存在している緊急冷却チューブ32に接続される。
次に、冷媒が緊急供給パイプ38を経由して緊急冷却チューブ32に供給される。
実際、為すべきことは、緊急供給パイプ38を緊急冷却チューブ32に取り付けるだけでよく、冷却板10の冷却は極めて迅速に復活する。
破損した冷却板10の中断時間は大幅に短縮される。
実際、冷却板10を連続して冷却することで、冷却板10が更に破損することを防止する。
より重要なことには、冷却板10を連続して冷却することでその破壊を防止し、かつそれにより炉殻が炉の過酷な環境に晒されるのも防止する。
破損した冷却板10は、次の計画された高炉の主要な中断まで動作可能であり、その中断中に破損した冷却スターブは交換できる。
緊急冷却チューブ32の端部分34は、必要時にそれに対して緊急供給パイプ38を接続するための横壁部分内の接続手段36を包含している。
以上のように、接続手段36はネジ止め、バイオネットフィット、スナップフィット又は任意の同様の好適な手段で有り得る。
中央穿孔44は緊急冷却チューブ32をその中に収容する寸法である。
緊急冷却チューブ32の外径は、基本的に中央穿孔44の直径に対応しており、そのため、緊急冷却チューブ32は、中央穿孔44中にきっちりと嵌り込んでいる。
さらに中央穿孔44内で緊急冷却チューブ32が回動するのを回避するため、緊急冷却チューブ32は、さらに補助穿孔46、46’中に突出する横ウイング48、48’を備えている。
中央穿孔44は、緊急冷却チューブ32が充填されているが、冷媒はなお補助穿孔46、46’を介して本体12に直接接触できる。
しかしながら、緊急冷却チューブ32は、端部分34に対して薄肉の中央部分50を有している。
この薄肉により本体12と緊急冷却チューブ32中を循環する冷媒間の良好な熱伝達が可能となる。
事実、この実施形態によれば、補助穿孔46、46’は中央穿孔44より小さな直径を有している。
緊急冷却チューブ32は、中央穿孔44のように約40mmの外径を有し得る。
穿孔及び/又は緊急冷却チューブは、例えば平坦な或いは矩形でさえ可能である。
図8は、合流端部分34、34’を有し、それによって、単一の緊急供給パイプ38をそれに接続するようにした、二つの緊急冷却チューブ32、32’の配置を示している。
二つの緊急冷却チューブ32、32’がそれらの間に隙間を設けるように配置されている。
長方形の断面の冷却チャンネル中に据え付けられると、冷却チャンネル14に供給される冷媒は、二つの緊急冷却チューブ32、32’間の冷却チャンネルに沿って流動可能である。
以前の図では見えないが、図8は、緊急冷却チューブがそれぞれの緊急供給パイプに対するそれぞれの接続手段−緊急冷却チューブに冷媒を供給するためのもの及び冷媒をそこから排出するためのものである−を備えた、上下端部分を有することを示している。
12 本体
14 冷却チャンネル
16 炉殻
18 前面
20 後面
22 リブ
24 溝
26 埋め込み金具
28 冷媒供給パイプ
30 開口
32 緊急冷却チューブ
32’ 緊急冷却チューブ
34 緊急冷却チューブの端部分
34’ 緊急冷却チューブの端部分
35 屈曲部分
36 接続手段
38 緊急供給パイプ
40 第1の穿孔
42 第2の穿孔
44 中央穿孔
46 補助穿孔
46’ 補助穿孔
48 横ウイング
48’ 横ウイング
50 中央部分
可撓性ホースは冷却チャンネルよりも小径であり、かつ冷却チャンネルの角/隅で扱えるようにむしろ薄肉である必要がある。
このように薄肉の可撓性ホースは摩耗に対して長期間持続しない。
したがって、可撓性ホースは冷却板の寿命を短期間だけ延長できるだけである。
高炉炉体冷却装置における、一方のチューブを他方のチューブ内に配した二つの冷却チューブを備えた冷却板が、特開昭58−123805号公報に開示されているので、関連性の高い従来技術の事例としてここに挙げておく。
Claims (17)
- 前面(18)と反対側の後面(20)を備えた本体(12)であって、少なくとも一つの冷却チャンネル(14)であって、上記後面(20)に開口を有する上記冷却チャンネル(14)、をその内部に有する上記本体(12)と;
上記後面(20)に接続されかつ上記冷却チャンネル(14)に液体接続される冷媒供給パイプ(28)と;を包含し、
使用時に,上記前面(18)が炉内に向く冶金炉用の冷却板(10)であって、
少なくとも一つの緊急冷却チューブ(32)が上記冷却チャンネル(14)内部に配置されており、上記緊急冷却チューブ(32)は上記冷却チャンネル(14)の断面よりも小さい断面を有するものであり;
上記緊急冷却チューブ(32)は緊急供給パイプ(38)をそれに接続するための接続手段(36)を端部分(34)に有している、ことを特徴とし、
緊急動作中は、上記緊急冷却チューブ(32)は上記接続手段(36)を介して上記緊急供給パイプ(38)に物理的に接続され;かつ
正常動作中は、上記緊急冷却チューブ(32)の上記接続手段(36)は上記緊急供給パイプ(38)から物理的に外される、上記冶金炉用の冷却板(10)。 - 上記緊急冷却チューブ(32)の上記断面は、上記冷却チャンネル(14)の断面の最大で四分の三(3/4)、好ましくは最大で半分(1/2)の断面を有している、請求項1に記載された冷却板(10)。
- 上記緊急冷却チューブ(32)の上記端部分(34)は屈曲部分(35)を包含している、請求項1又は2に記載された冷却板(10)。
- 上記冷却チャンネル(14)は第1の穿孔(40)及び第2の穿孔(42)で形成されており、上記第1の穿孔と第2の穿孔(40、42)は重なっており、上記第2の穿孔(42)は上記第1の穿孔(40)よりも小さな直径を有しかつ上記冷却板(10)の上記後面(20)に向かう方向に配置されており、上記第2の穿孔(42)は上記緊急冷却チューブ(32)を収容するような配置及び寸法である、請求項3に記載された冷却板(10)。
- 上記端部分(34)は直線状でかつ上記端部分(34)の横部分に上記接続手段(36)を包含する、請求項1又は2に記載された冷却板(10)。
- 上記冷却チャンネル(14)は、一つの中央穿孔(44)と上記中央穿孔(44)の両側に配置された二つの補助穿孔(46、46’)で形成されており、上記両補助穿孔(46、46’)は、上記中央穿孔(44)と重なっており、上記中央穿孔(44)は、上記緊急冷却チューブ(32)を収容するような配置及び寸法になっている、請求項5に記載された冷却板(10)。
- 上記中央穿孔(44)は上記緊急冷却チューブ(32)の外径に基本的に対応する直径を有する、請求項6に記載された冷却板(10)。
- 上記中央穿孔(44)及び上記補助穿孔(46,46’)は同じ直径を有する請求項6又は7に記載された冷却板(10)。
- 上記中央穿孔(44)は上記補助穿孔(46、46’)よりも大きな直径を有する、請求項6又は7に記載された冷却板(10)。
- 上記緊急冷却チューブ(32)は横ウイング(48、48’)を包含しており、上記横ウイング(48、48’)は上記補助穿孔(46、46’)中に突出している、請求項6ないし9のいずれかに記載された冷却板(10)。
- 上記緊急冷却チューブ(32)は中央部分(50)を包含し、上記中央部分(50)は上記端部分(34)に対して薄肉である、請求項6ないし10のいずれかに記載された冷却板(10)。
- 少なくとも二つの緊急冷却チューブ(32)が上記冷却チャンネル(14)内に配置されている、請求項1ないし11のいずれかに記載された冷却板(10)。
- 上記少なくとも二つの緊急冷却チューブ(32)は、上記緊急供給パイプ(38)をそれに接続するための共通接続手段(36)を備えた合流端部分(34)を有するように配置及び構成されている、請求項12に記載された冷却板(10)。
- 上記冷却板(10)が上記緊急冷却チューブ(32)に接続するための上記緊急供給パイプ(38)を包含し、上記緊急供給パイプは上記冷媒供給パイプ(28)に通して配置される、請求項1ないし13のいずれかに記載された冷却板(10)。
- 上記接続手段(36)は、上記緊急供給パイプ(38)を上記緊急冷却チューブ(32)に接続するための、ネジ止め、バイオネットフィット又は他の適切な手段を包含する、請求項1ないし14のいずれかに記載された冷却板(10)。
- 上記緊急冷却チューブ(32)は、タングステンのような耐性材料のコーティングを包含する請求項1ないし15のいずれかに記載された冷却板(10)。
- 請求項1ないし16のいずれかに記載された冶金炉用の冷却板(10)の使用であって、
上記冷却チャンネル(14)からの冷媒の漏れを検知し;
上記冷却チャンネル(14)を通す冷媒の供給を中断し;
上記冷媒供給パイプ(28)を通して緊急供給パイプ(38)を送り込み;
上記緊急供給パイプ(38)を上記緊急冷却チューブ(32)に接続し;かつ
上記緊急供給パイプ(38)を経由して、上記緊急冷却チューブ(32)へ及び上記冷却板(10)を通して冷媒を供給する、
の各工程を包含する,前記冶金炉用の冷却板(10)の使用。
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