JP2022008853A - 溶鉱炉のための、耐摩耗性インサートを有する銅の冷却プレート - Google Patents

Abstract

【課題】溶鉱炉で使用するための、耐摩耗性が向上した冷却プレートを提供する。
【解決手段】冷却プレート（１）は、互いに平行なリブ（４－１、４－２）を備える内面（３）を有する銅製本体（２）を備え、リブは、互いに対向する第１の端（６）を有し、互いに対向する第２の端（７）を有する溝（５）によって分離されている。これらリブ（４－１）の少なくとも１つは、少なくとも１つの受容部（８）を備え、受容部は、その第１の端（６）間に位置し、このリブ（４－１）の耐摩耗性を局所的に増大させる、耐摩耗性材料で形成された少なくとも１つのインサート（９）を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶鉱炉に関し、より明確には、溶鉱炉に固定された冷却プレート（またはステーブ）に関する。

当業者に知られているように、溶鉱炉は、通常、冷却プレート（またはステーブ）で部分的にカバーされた内壁を備えている。

いくつかの実施形態では、これら冷却プレート（またはステーブ）は、内側（すなわち高温）面を有する本体を備えている。内側（すなわち高温）面は、互いに平行なリブを備えている。これらリブは、やはり互いに平行である溝によって分離されている。これらリブおよび溝は、耐熱性ライニング（ブリックであるかグナイト）の固定、または、溶鉱炉の内側の付加物層の固定を可能にするために配置されている。

良好な熱伝導性を提供するために、本体が銅または銅合金で製造されている場合、銅が耐摩耗性材料ではないことから、リブは、早く腐食される。

そのような早い腐食を避けるために、欧州特許第２２８５９９１号明細書の特許文献に記載のように、鋼ピースを溝内に、リブの側壁および溝のベースに対して導入することにより、リブの硬度を向上させることが可能である。そのような鋼ピースにより、リブの良好な保護が可能になり、また、鋼ピースがステーブの変形に熱的に適合することから、ステーブが、自在に膨張および変形することも可能である。しかし、鋼ピースは、適切に冷却されず、また、ガスによって浸食される場合がある。

欧州特許第２２８５９９１号明細書

このため、本発明の目的は、この状況を改善することである。

このため、本発明は、互いに平行なリブを備える内面を有する銅製本体を備える、溶鉱炉で使用するための冷却プレート（ステーブ）に関する。リブは、互いに平行に配置され、互いに対向する第１の端を有し、互いに対向する第２の端を有する溝によって分離されている。

この冷却プレート（またはステーブ）は、そのリブの少なくとも１つが、少なくとも１つの受容部（Ｈｏｕｓｉｎｇ）を備えることを特徴とする。受容部は、その第１の端間に位置し、このリブの耐摩耗性を局所的に増大させる、耐摩耗性材料で形成された少なくとも１つのインサートを備えている。

本発明の冷却プレート（またはステーブ）は、別々に考慮されるか、すべての可能な技術的組合せに係る、以下の任意選択の特徴をも備える場合がある。

－耐摩耗性材料は、金属およびセラミックを含むグループから選択される場合がある、
・耐摩耗性金属は、耐摩耗性の鋼または鋳鉄である場合がある、
・耐摩耗性セラミックは、炭化ケイ素、押出し成形された炭化ケイ素、または、剥離に対する良好な耐性、および高い硬度を有する他の耐熱性材料である場合がある、
－第１の実施形態では、各受容部は、インサートを備えるスロットである場合がある、
－第２の実施形態では、各受容部は、インサートを規定するボルトがネジ込まれるネジ穴である場合がある、
－溝の少なくとも１つは、その第２の端間に延び、隣接するリブの耐摩耗性を局所的に増大させる、耐摩耗性材料で形成された少なくとも１つの層を備えている、複数層の突起の少なくとも一部を備えている場合がある、
・複数層の突起は、高い熱伝導性を有する材料で形成された第１の層と、耐摩耗性材料で形成され、この第１の層の頂部に配置された第２の層とを備えている場合がある、
・第１の層の材料は、高伝導性金属である銅および銅合金を含むグループから選択される場合がある、
・複数層の各々の突起は、単一の溝と結合させられている場合がある、
・複数層の突起は、第１の層と第２の層との間に挟まれ、複数層の突起の硬度を向上させることが意図された硬度を有する材料で形成されている、第３の層をさらに備えている場合がある、
・第３の層は、ＳｉＣまたは押出し成形されたＳｉＣなど、剥離に対する良好な耐性、および高い硬度を有するセラミックで形成されている場合がある、
・変形形態では、複数層の突起の各々の第１の層および第２の層は、それぞれ、２つの隣接する溝に結合させられている場合がある、
・複数層の突起の各々の第１の層は、第２の端間に延びるとともに、この第１の層の硬度を増大させることが意図された硬度を有する材料で形成された他のインサートを備えるスロットを備えている場合がある、
・他のインサートは、セラミックで形成されるか、耐摩耗性および／または耐熱製の鋼で形成されている場合がある、
－銅製本体の内面は、少なくとも２つの異なる高さを有するリブを備えている場合がある、
－溝は、蟻ほぞ状の断面を有する場合がある。

本発明は、上で導入したような、少なくとも１つの冷却プレートを備える溶鉱炉にも関する。

本発明の他の特徴および利点は、以下の添付図面を参照して、指示として以下に与えられ、いずれの方法でも制限するものではない、詳細な説明から明らかになる。

本発明に係る冷却プレートの実施形態の第１の例の一部を斜視図で示す概略図である。 本発明に係る冷却プレートの実施形態の第２の例の一部を断面図で示す概略図である。 図２に示す冷却プレートの変形形態を断面図で示す概略図である。 本発明に係る冷却プレートの実施形態の第３の例の一部を断面図で示す概略図である。 本発明に係る冷却プレートの実施形態の第４の例の一部を断面図で示す概略図である。 本発明に係る冷却プレートの実施形態の第５の例の一部を断面図で示す概略図である。

本発明は、特に、溶鉱炉で使用でき、耐摩耗性が向上した冷却プレート（またはステーブ）１を提案することを目的としている。

本発明に係る冷却プレート（またはステーブ）１の実施形態の一例が、図１に示されている。そのような冷却プレート（またはステーブ）１は、溶鉱炉の内壁に取り付けられることが意図されている。

図示のように、本発明に係る冷却プレート（またはステーブ）１は、銅製本体２を備えている。この銅製本体２は、互いに平行ないくつかのリブ４－ｊを備える内側（すなわち高温の）面３を有している。これらリブ４－ｊは、対向している２つの第１の端６を有し、互いに対向している２つの第２の端７を有する溝５によって分離されている。冷却プレート１が溶鉱炉の内壁に取り付けられると、そのリブ４－ｊおよび溝５は、水平に配置される。この場合には、銅製本体２は、その内面３とは反対側であり、溶鉱炉の内壁に固定される外面１４を備えている。そのため、内面３は、非常に高温の材料、および、溶鉱炉内に存在するガスと接触し得る本体の面である。

たとえば、図３から図６に示すように、溝５は、任意選択の複数層の突起１０（以下に記載する）を備えていない場合、処理によって生成された付加物層１５の固定を最適化するために、蟻ほぞ状の断面を有する場合がある。しかし、リブ４－ｊおよび溝５は、他の断面形状を有する場合がある。このため、図１および図２に示すように、たとえば、リブ４－ｊおよび溝５は、矩形の断面を有する場合がある。

さらに、図１の非限定的な例に示されるように、銅製本体２の内面３は、少なくとも２つの異なる高さｈ１およびｈ２を有するリブ４－ｊを備えている場合がある。この任意選択により、耐熱製ブリック１５の固定を最適化することが可能になる。図１の例では、第１のリブ４－１（ｊ＝１）は、第１の高さｈ１を有し、第１のリブ４－１間に規定された第２のリブ４－２（ｊ＝２）は、第１の高さｈ１より小である第２の高さｈ２を有している。しかし、図２から図６の実施形態の他の例に示すように、銅製本体２は、同じ高さのリブ４－１を備えている場合がある。

さらにまた、図２および図３に示すように、銅製本体２は、好ましくは、冷却流体が流れる内部チャネル１６を備えている。

図１から図６に示すように、リブ４－ｊの少なくとも１つは、少なくとも１つの受容部８を備えている。受容部８は、リブ４－ｊの第１の端６間に位置し、リブ４－ｊの耐摩耗性を局所的に増大させる、耐摩耗性材料で形成された少なくとも１つのインサート９を備えている。

リブインサート９のおかげで、リブ４－ｊの耐摩耗性をかなり増大させることができ、それにより、リブ４－ｊの材料（すなわち、銅または銅合金）が早く腐食することを避けることが可能になる。

図１の非限定的な例では、第１のリブ４－１のみが、少なくとも１つのインサート９を備える、少なくとも１つの受容部８を備えている。このことは、第２のリブ４－２の第２の高さｈ２が、受容部（複数の場合もある）８を規定することを可能にするには小さすぎることに起因する。

たとえば、インサート９の耐摩耗性材料は、金属であるかセラミックである場合がある。この耐摩耗性金属は、たとえば、鋼または鋳鉄、好ましくは、耐熱性のグレード（たとえば、化学的組成に、重量％で、０．３％≦Ｃ≦０．５％、１％≦Ｓｉ≦２．５％、１２≦Ｃｒ≦１４％、Ｍｎ≦１％、Ｎｉ≦１％、Ｐ≦０．０４％、Ｓ≦０．０３％、およびＭｏ≦０．５％で示される内容物を含む、ＧＸ４０ＣｒＳｉ１３などの耐熱性の鋳造鋼）であるか、または、高温で機能することができる耐摩耗性の鋼である。耐摩耗性セラミックは、たとえば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、押出し成形された炭化ケイ素（より高い熱伝導性）、または、剥離に対する良好な耐性および高い硬度を有する他の耐熱性材料である場合がある。

少なくとも１つのリブ４－ｊが少なくとも１つの受容部８を備えている場合、各受容部８は、少なくとも１つのインサート９を備えるスロットである場合がある。このことは、特に、図１から図３に示す例の場合である。リブ４－ｊが、その第１の端６間に、場合によっては（図示のように）一方の第１の端６から反対側の端６に延びる１つのスロット８のみ、または、その第１の端６間に、好ましくは同じ軸に沿って規定された少なくとも２つのスロット８を備える場合があることに留意することが重要である。さらに、各スロット８は、次々に配置された１つまたは複数のインサート９を備えている場合がある。各スロット８は、機械加工、たとえば、ドリルビットによって規定される場合がある。

変形形態では、図示されていないが、各受容部８は、インサート９を規定するボルトがネジ込まれるネジ穴である場合がある。リブ４－ｊが、その第１の端６間に規定された１つのネジ穴８のみ、または、その第１の端６間に、好ましくは同じ軸に沿って規定された少なくとも２つのネジ穴８を備える場合があることに留意することが重要である。各ネジ穴８は、機械加工、たとえば、ドリルビットによって規定される場合がある。好ましくは、穴部８、そしてひいてはボルト９は、ボルト９を保護し、その数を低減するために、冷却チャネル１６の前方に設けられている。この場合には、ボルト９は、（ネジ山を通して）銅と良好に接続されているのみならず、良好に冷却もされる。

図４から図６に示すように、さらに、銅製本体２の溝５の少なくとも１つは、複数層の突起１０の少なくとも一部を備えている場合がある。複数層の突起１０は、その第２の端７間に延び、隣接するリブ４－ｊの耐摩耗性を局所的に増大させる、耐摩耗性材料で形成された少なくとも１つの層１２を備えている。

そのため、この最後の任意選択では、１つまたはいくつかのリブ４－ｊは、その第１の端６間に位置し、耐摩耗性材料で形成された少なくとも１つのインサート９を備えている、少なくとも１つの受容部８を備えており、１つまたはいくつかの溝５は、その第２の端７間に延び、耐摩耗性材料で形成された少なくとも１つの層１２を備えている、複数層の突起１０の少なくとも一部を備えている。

複数層の突起１０（溝５内に位置する）のおかげで、ステーブに、下向きの荷重によって発揮される速度および圧力は、明らかに低減され、これにより、それらの材料（すなわち、銅または銅合金）、および、ステーブ本体が早く腐食することを避けることが可能になる。換言すると、突起により、摩耗を最小にするために、材料の移動が少ないエリアを発生させることが可能になる。

各層１２の耐摩耗性材料は、好ましくは、インサート９の材料と同じ材料である。そのため、各層１２の耐摩耗性材料は、インサート９に関して上述したような、金属またはセラミックである場合がある。

少なくとも１つの溝５が、複数層の突起１０の少なくとも一部を備えている場合、複数層の突起１０は、高い熱伝導性を有する材料で形成された第１の層１１と、耐摩耗性材料で形成され、この第１の層１１の頂部に配置された第２の層１２とを備えている場合がある。このことは、特に、図４から図６に示す例の場合である。（図１から図３に示す）前の実施形態とは反対に、この実施形態は、いずれの機械加工段階（ｍａｃｈｉｎｉｎｇ ｐｈａｓｅ）をも伴わずに、慣習的な冷却プレートの適用を可能にしている。

高い熱伝導性を有する第１の層１１は、複数層の突起１０のもっとも低い位置に配置されて、熱シールドとして機能する。この理由は、熱的負荷が、上方に流れる高温ガス流から主として来るためである。たとえば、この第１の層１１の材料は、高い伝導性の金属である銅または銅合金である場合がある。第２の層１２は、耐摩耗性材料で形成され、第１の層１１を早く腐食することから保護するために、第１の層１１の頂部に配置されている。前述のように、この第２の層１２は、耐摩耗性の鋼、鋳鉄、またはセラミックで形成することができる。

やはり、たとえば、図４および図５に示すように、複数層の突起１０の各々は、単一の溝５に結合させられ得る。換言すると、複数層の突起１０の各々の一部が、単一の溝５内に配置される一方、この複数層の突起１０の残りの部分が、この単一の溝５を越えて延びている。

この場合、複数層の突起１０の各々は、第１の層１１と第２の層１２との間に挟まれ、突起全体の耐摩耗性を増大させることが意図された、非常に高い硬度を有するセラミック材料で形成されている、第３の層１３をさらに備えている場合がある。

図４の例では、第３の層１３の各々は、その結合させられる溝５のベースの境界を定める、内面３の一部と接触しており、一方、図５の例では、第３の層１３の各々は、下に位置する第１の層１１の突出部により、その結合させられる溝５のベースの境界を定める内面３の部分から分離されている。図４に示す代替形態は、前方側から、ステーブに設置することができ、一方、図５に示す代替形態は、溝の内側の横からのみ設置することができる。この横からの設置の変形形態の利点は、脆性のセラミックピースが断片に破損した場合における、配置のより高い安定性である。

たとえば、第３の層１３の各々は、ＳｉＣまたは押出し成形されたＳｉＣなどの高硬度セラミックで形成されている場合がある。セラミックは、挟まれており、したがって、脱落する材料の衝撃から保護されており、また、熱膨張によって生じ得る冷却プレートの曲げとは関係ないことから、ここでセラミックは使用することができる。

図６に示す、実施形態の変形形態では、複数層の突起１０の各々の第１の層１１および第２の層１２は、それぞれ、２つの隣接する溝５に結合させられている場合がある。換言すると、複数層の突起１０の第１の層１１の一部が、第１の溝５内に配置される一方、この第１の層１１の残りの部分が、この第１の溝５を越えて延びており、この複数層の突起１０の第２の層１２の一部が、第１の溝５の近位に位置する第２の溝５内に配置される一方、この第２の層１２の残りの部分が、この第２の溝５を越えて延びている。そのため、下部の第１の層１１は、熱的負荷を銅製本体２に向け、一方、頂部の第２の層１２は、結合させられている第１の層１１を、摩耗から保護する。

この場合、図６の非限定的な例に示すように、複数層の突起１０の各々の第１の層１１は、第２の端７間に延び、他のインサート１８を備えるスロット１７を備えている場合がある。第１の層１１に埋め込まれている、この他のインサート１８は、この第１の層１１の硬度を向上させることを意図した硬度を有する材料で形成されている。たとえば、図６の非限定的な例に示すように、スロット１７が規定（すなわち、機械加工）された第１の層１１の面は、ガスを外側に送り、また、負荷が円滑に、突起１０で構築された「ポケット」に流れることを補助もするように傾斜している場合がある。

やはり、たとえば、図６に示すように、他のスロット１７の各々、そしてひいては、結合されている他のインサート１８は、蟻ほぞ状の断面を有する場合がある。

やはり、たとえば、他のインサート１８の各々は、ＳｉＣなどのセラミック、または鋼（耐摩耗性、耐熱性、または両方の組合せ）で形成されている場合がある。層１１の硬度を増大させるための他の実施態様を使用することができる。たとえば、各スロット１７は、インサート１８を規定するボルトがネジ込まれるネジ穴である場合がある。

冷却プレート１が、複数層の突起１０をも備えている場合には、これら複数層の突起１０が位置する溝５が、溶鉱炉の形状および／または寸法に依存する場合があることに留意することが重要である。たとえば、図４および図５に示す例では、複数層の突起１０は、３つの溝５毎に配置されている場合がある。しかし、他の例では、複数層の突起１０は、２つの溝５毎、４つの溝５毎、または、さらには５つの溝５毎に配置される場合がある。

図４から図６に示すように、冷却プレート１が、複数層の突起１０を備えている場合には、これら複数層の突起１０を備えている溝５の境界を規定するか、複数層の突起１０にはめ込まれたリブ４－ｊは、実際には、インサート（複数の場合もある）９を備える受容部（複数層の場合もある）８を備える必要はなく、この理由は、これらが、これら複数層の突起１０によってすでに保護されているためである。そのため、好ましくは、複数層の突起１０の近位には配置されていないリブ４－ｊのみが、インサート（複数の場合もある）９を備える受容部（複数の場合もある）８を備えている。

Claims (18)

1. 溶鉱炉のための冷却プレート（１）であって、
   前記冷却プレート（１）は、
   互いに平行であるリブ（４－ｊ）を備える内面（３）を有する銅製本体（２）を
   備え、
   リブ（４－ｊ）が、互いに対向する第１の端（６）を有し、互いに対向する第２の端（７）を有する溝（５）によって分離されており、
   前記リブ（４－ｊ）の少なくとも１つは、少なくとも１つの受容部（８）を備え、受容部は、前記第１の端（６）間に位置し、前記リブ（４－ｊ）の耐摩耗性を局所的に増大させる耐摩耗性材料で形成された少なくとも１つのインサート（９）を備えている、
   ことを特徴とする、冷却プレート（１）。
2. 前記耐摩耗性材料が、金属およびセラミックを含むグループから選択されることを特徴とする、請求項１に記載の冷却プレート。
3. 前記耐摩耗性金属が、耐摩耗性の鋼または鋳鉄であることを特徴とする、請求項２に記載の冷却プレート。
4. 前記耐摩耗性セラミックが、炭化ケイ素、押出し成形された炭化ケイ素、または、剥離に対する良好な耐性、および高い硬度を有する他の耐熱性材料であることを特徴とする、請求項２に記載の冷却プレート。
5. 各受容部（８）が、インサート（９）を備えるスロットであることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷却プレート。
6. 各受容部（８）が、前記インサート（９）を規定するボルトがネジ込まれるネジ穴であることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷却プレート。
7. 前記溝（５）の少なくとも１つが、複数層の突起（１０）の少なくとも一部を備え、複数層の突起は、前記第２の端（７）間に延び、隣接するリブ（４－ｊ）の耐摩耗性を局所的に増大させる、前記耐摩耗性材料で形成された少なくとも１つの層（１２）を備えている、
   ことを特徴とする、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷却プレート。
8. 前記複数層の突起（１０）が、高い熱伝導性を有する材料で形成された第１の層（１１）と、前記耐摩耗性材料で形成され、前記第１の層（１１）の頂部上に配置された第２の層（１２）とを備えていることを特徴とする、請求項７に記載の冷却プレート。
9. 前記第１の層（１１）の前記材料が、高伝導性の金属である銅および銅合金を含むグループから選択されることを特徴とする、請求項８に記載の冷却プレート。
10. 複数層の突起（１０）の各々が、単一の溝（５）に結合させられていることを特徴とする、請求項８および請求項９のいずれか一項に記載の冷却プレート。
11. 複数層の突起（１０）の各々が、前記第１の層（１１）と前記第２の層（１２）との間に挟まれ、前記複数層の突起（１０）の硬度を向上させることが意図された硬度を有する材料で形成されている、第３の層（１３）をさらに備えていることを特徴とする、請求項１０に記載の冷却プレート。
12. 前記第３の層（１３）が、ＳｉＣまたは押出し成形されたＳｉＣなど、剥離に対する良好な耐性、および高い硬度を有するセラミックで形成されていることを特徴とする、請求項１１に記載の冷却プレート。
13. 複数層の突起（１０）の各々の第１の層（１１）および第２の層（１２）が、それぞれ、２つの隣接する溝（５）に結合させられていることを特徴とする、請求項８および請求項９のいずれか一項に記載の冷却プレート。
14. 各々の複数層の突起（１０）の前記第１の層（１１）が、スロット（１７）を備え、
    スロットは、前記第２の端（７）間に延びるとともに、前記第１の層（１１）の硬度を増大させることが意図された硬度を有する材料で形成された他のインサート（１８）を備えている、
    ことを特徴とする、請求項１３に記載の冷却プレート。
15. 前記他のインサート（１８）が、セラミックで形成されるか、耐摩耗性および／または耐熱製の鋼で形成されていることを特徴とする、請求項１４に記載の冷却プレート。
16. 前記銅製本体（２）の前記内面（３）が、少なくとも２つの異なる高さを有するリブ（４－ｊ）を備えていることを特徴とする、請求項１から請求項１５のいずれか一項に記載の冷却プレート。
17. 前記溝（５）が、蟻ほぞ状の断面を有していることを特徴とする、請求項１から請求項１６のいずれか一項に記載の冷却プレート。
18. 請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の少なくとも１つの冷却プレート（１）を備えていることを特徴とする、溶鉱炉。

Images