JPH0141917B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 冷却流体を通過せしめる室１５，４６，６
９，７０と、この室１５，４６，６９，７０の壁
を提供しているブロツク１２，４４，６０とを有
する炉の冷却装置であつて、このブロツク１２，
４４，６０はその１側面が前記室１５，４６，６
９，７０内の冷却流体に接触されており且つその
他側面が炉の内部に露出されているか或いは炉の
内部に隣接されており、また、前記ブロツク１
２，４４，６０内に配置された蒸発端部を有する
少なくとも１個の熱パイプ２６，２７，４９，６
４，６５を備え、この熱パイプ２６，２７，４
９，６４，６５は前記ブロツク１２，４４，６０
から出て前記室１５，４６，６９，７０内へ延び
ていることを特徴とする炉の冷却装置。

技術分野 本発明は、溶融金属の近くで操作される如く意
図される容器または工具に使用する冷却装置に関
すると共に、炉壁または炉の内張りを冷却する装
置を有する炉に関する。

背景の技術 工具ないし作用面が溶融金属の近くにあること
を必要とするとき、問題は、これ等の工具ないし
面が、露出される熱でそれ自体を浸食されること
によつて生じる。例えば、高炉の操業での主な不
便さと、出費源との１つは、綬期的に炉の耐火物
内張りを交換する必要性である。耐火物内張りを
冷却することで、より長く持つ様になし得るが、
冷却装置の交換は、複雑さと、内張りの張り替え
作業の出費とを増大する。多年にわたり公知の高
炉の内張りを冷却する方法は、炉の内張りに隣接
して装置する水搬送管を支持する金属ブロツクの
設置を包含する。該装置の１つでは、ステーブと
して公知の鋳鉄ブロツクは、耐火物内張りの背後
で炉の外被に固定され、水搬送管は、ステーブの
最高温面から種々な距離に位置している。管の配
置は、１つの管がステーブの浸食の結果により破
損するとき、最高温面からより遠く位置する他の
管が依然として作用しステーブの最高温部分の冷
却要素として引継ぐ如く構成される。この冷却装
置は、幾つかの困難さを提供する。第１に、水搬
送管の冷却効果は、かなり制限され、ステーブの
浸食、従つて、炉の内張りの浸食を僅かに緩和す
る如く作用するのみである。第２に、ステーブに
管を鋳込むことは、管が炭化され従つて脆くなり
易く、応力下で割れ得るので困難である。通常の
如く、管が炭化されるのを防止するために絶縁さ
れるとすれば、ステーブと、管内の水との間の熱
伝達が低減される。各管は、それ自体の入口と、
出口とを有することを必要とし、４つの管が各ス
テーブに使用される最も一般的な装置の場合に
は、著しい配管費を招く。第３に、ステーブが管
まで浸食され、管が次に破損するとき、炉内への
水の漏洩が生じる。この水の侵入は、重大であ
り、爆発を生じ得るので、管の破損の際に水の供
給が遮断されるのを保証する如く大きな注意が払
われねばならない。末期の使用期間の中間では、
この水の漏洩は、益々頻繁になる。

水搬送管を支持するブロツクを使用することに
よる炉の内張りの冷却の技法の他の例は、内部に
管が位置すボアを有するる中実の金属の平坦な板
が炉壁に水平に配置され、内張りを積上げる際に
通常炉壁内に組込まれる板冷却として公知の装置
においてゞある。この冷却の型式は、特に、炉の
朝顔の領域に使用されるが、他の領域に使用され
てもよい。約７から９までの冷却板が中間の水入
口と、出口とで連結されるのが通常であり、従つ
て、単一の主水入口と、単一の主水出口とは、一
連の板を有することによつてのみ必要である。こ
の冷却の型式は、板の冷たい面が表面の内張りの
内側面に近いため、常態で運転されている際、非
常に効果的である。しかしながら、上述の漏洩の
問題は、ステーブ冷却装置の大抵のその他の欠点
の如く依然として存在する。

同様な浸食の問題は、溶融金属に接近して使用
される他の物品に生じ、該物品の１つは、製鋼に
使用されるガスランスのノズルである。代表的な
工程は、ランスと称せられる長い管が転炉内の溶
融鉄の表面へ高圧酸素を導くのに使用されるLD
法である。ランスは、長さが代表的に20ｍであ
り、そのノズルは、運転中、溶融鉄に近く位置
し、通常銅で作られる。酸素ランスノズルは、転
炉容器内で操作される際、2000℃以上の非常に高
い温度に晒され、その残存は、冷却装置にのみ基
づく。ランスノズルに通常装着される冷却装置
は、ランスの中心酸素供給ボアのまわりの２つの
スリーブを有し、該ジヤケツトは、進入と排出と
の冷却水の環状水導管を限定する。酸素を供給す
るるボアは、ランスチツプにおいて代表的に４つ
である或る数の出口ベンチユリ管に区分され、該
ベンチユリ管は、主ボアよりも細く、最大の貫徹
と、燃焼効率とを与える。

冷却水が認められる様な効果を有するために
は、ランスチツプと、冷却水との表面間の銅壁が
比較的薄いことが必要である。しかしながら、壁
を薄くする際、銅壁での浸食の作用は、一層重大
になり、転炉内への危険な水の侵入の可能性は、
一層大きくなる。この危険は、冷却水が必要な熱
伝達を得るために高圧で供給されることを必要と
することで複合される。

熱パイプとして知られる周知の高伝導性装置
は、存在する。熱パイプは、熱エネルギを非常に
効率的に伝達する比較的簡単な構造であり、流体
材料とを収容するシールされた包被を備えてい
る。作用の際、蒸発端部と呼ばれるパイプの一端
は、熱源に近く位置し、凝縮端部と呼ばれるパイ
プの他端は、シンクに隣接して位置する。管内の
動作流体は、シンク温度で液体であ、熱源温度で
蒸気相にある如く選定される。蒸気は、凝縮する
低温端部へ高温端部から拡散し、その結果得られ
る液体は、高温端部へ返還される。熱パイプは、
最も一般的には形状が円筒形であるが、他の形
状、例えば、薄層の形状に作られてもよい。

発明の開示 本発明は、冷却流体を通過せしめる室と、この
室の壁を提供しているブロツクとを有する炉の冷
却装置であつて、このブロツクはその１側面が前
記室内の冷却流体に接触されており且つその他側
面が炉の内部に露出されているか或いは炉の内部
に隣接されており、また、前記ブロツク内に配置
された蒸発端部を有する少なくとも１個の熱パイ
プを備え、この熱パイプは前記ブロツクから出て
前記室内へ延びていることを特徴とする。本発明
は、熱パイプが既存の装置よりも一層効果的に溶
融金属に隣接する面を冷却するのに使用可能なこ
とを本発明者が認め、更に、既存の装置の他の欠
点が熱パイプで軽減可能であり、特に、炉または
溶融金属のその他の包被内への水の侵入の危険が
溶融金属の包被内に冷却水を侵入させることなく
破損可能なシールされた包被である熱パイプの使
用の際に軽減されることを本発明者が認めること
に由来する。また本発明は、熱パイプの蒸発端部
がブロツクに一体に挿入されるかまたは結合され
るブロツクを有する炉壁冷却用ステーブまたは板
を提供する。同様な利点は、製鋼工程での酵素ラ
ンスのノズルに関する本発明の使用によつて生
じ、これでは、増大する伝導性は、一層重いノズ
ルが使用されるのを可能にする。

本発明の実施例は、添付面図を参照し例として
のみ下記に説明される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、熱パイプの縦断面図であり、 第２図は、本発明のステーブ冷却装置を断面で
示す高炉の側部領域の垂直面の断面図であり、 第３図は、第２図のものと同様であるが、本発
明のステーブ冷却の他の形態を示す断面図であ
り、 第４図は、熱パイプ個所の１つの配置を示すス
テーブの部分の拡大図であり、 第５図は、本発明の板冷却装置を有する高炉の
壁の部分の縦断面であり、 第６図は、第５図の装置に使用される冷却板の
縦断面であり、 第７図は、Ｘ−Ｘ線に沿う第６図の板の断面図
であり、 第８図は、異なる型式の冷却板の第７図と同様
な図であり、 第９図は、Ｙ−Ｙ線に沿う第８図の板の断面図
であり、 第１０図は、酸素ランスのノズルの実際の断面
図であり、 第１１図は、第１０図のＡ−Ａ線に沿う横断面
図である。

発明を実施する最良の様式 第１図を参照すると、下記に説明される実施例
に使用される代表的な熱パイプが示され、該パイ
プは、外側壁１と、同心状の円筒形内側壁２とを
有するシールされた円筒形構造を備えている。内
側壁２で包囲される空間は、耐火材料３を充填さ
れる。ウイツク４は、壁２の外側面のまわりに設
けられ、ウイツク５は、外側壁１の内側面のまわ
りに同様に設けられる。これ等の２つのウイツク
は、パイプの凝縮端部から蒸発端部へ液体を移送
する如く別個に作用する。

熱パイプに使用される動作流体は、代表的な水
であるが、その他の流体は、適当なものとして、
または一層適当なものとして見出し得る。

第２図、第３図を次に参照すると、鋼の外被１
０で包囲される高炉が示される。外被１０の内部
は、耐火材料１１の厚い層で内張りされる。幾つ
かの鋳鉄ブロツク（ステーブ）１２は、炉の朝顔
の領域で外被１０の内側面にボルト１３で固定さ
れる。ステーブ１２は、ボルト止めまたは溶接の
いづれかでケーシング１４に結合される。このケ
ーシングは、冷却流体用タンク１５を限定する。
炉の内部に向くステーブ１２の面１６は、交互の
矩形凹所、例えば１７と、矩形突出部、例えば１
８とによる市松模様を有している。幾つかの横方
向ボア１９は、ケーシング１４で包囲されるタン
ク空間１５からステーブ１２内に延びる。各凹所
１７の基部でのステーブの面１６の各部分は、タ
ンク１５からそれに向つて延びるボア、例えば２
０を有し、突出部１８の前端での面１６の各部分
は、それに向つて延び対応するボア、例えば２１
を同様に有している。総てのボア２０，２１は、
面１６の数cm手前で終り、従つて、２組のボアを
生じ、長いもの２１は、面１６の突出部分に向つ
て延び、短いもの２０は、面１６の凹所部分に向
つて延びる。

ステーブに取付けられるケーシング１４は、ス
テーブの上部で炉の鋼外被１０を外方に貫通する
出口管２２と、ステーブの下端で外被１０を同様
に貫通する入口管２３と、ドレーンコツク２４と
を備えている。幾つかのステーブは、炉に設けら
れ、縦列に配置され、夫々の出口管２２は、直ぐ
上のステーブの夫々の入口管２３に結合される。
ケーシング１４は、タンク１５内の流体の流れ方
向に対してほゞ垂直にタンク内へ突出る幾つかの
邪魔板２５を有している。

各ボア２０，２１は、熱パイプ２６または２７
を収容し、ボア２０内にあるこれ等のパイプ２６
は、ボア２１内にあるこれ等のパイプ２７よりも
短い。熱パイプ２６，２７は、夫々のボア２０，
２１の遠い端部に挿入され、ボアよりもかなり長
く、従つて、その凝縮端部２８は、タンク１５内
に突出る。多くの用途では、６：１の高温ブロツ
ク中の熱パイプの部分に対する冷却流体中の熱パ
イプの部分の比は、強度上、更に挿入して最大熱
伝達を控えることが好ましいこともなり得るが、
好ましいことが判明した。

第４図を次に参照すると、熱パイプの保護装置
が示され、これでは、耐火物ないしセラミツクス
リーブ２９は、各ボア２０，２１を内張りする如
く挿入される。セラミツクスリーブ２９を収容す
るボアは、該スリーブに適合するため、上述のも
のよりも対応して大きく作られる。冷却タンク１
５に隣接するスリーブを有するボアの端部では、
ねじ付きリング３０は、ねじ係合によつて熱パイ
プ２６または２７を収容し、該パイプが、スリー
ブ２９にねじ込まれるのを可能にする。これ等の
部品は、挿入後、一体に溶接されてもよい。

第２図、第３図を再度参照すると、ステーブ１
２と、ケーシング１４とを炉の外被１０に固定す
る異なる方法が、これ等の図に夫々示される。第
２図に示す実施例では、ステーブの近くの外被１
０は、平坦であり、ケーシング１４は、外被１０
の内側面にボルト止めされる。第３図に示す実施
例では、外被１０は、ステーブの近くで凹所３１
を形成され、該凹所は、ケーシング１４を収容す
る如く成形され、結合されるステーブと、ケーシ
ングとのケーシング１４のみが凹所に収容される
様な深さを有している。この実施例では、冷却
は、タンクが炉の外被で包囲される主要体積の外
側に位置する結果により改善されることが認めら
れる。

上述のステーブ冷却装置が作用状態にあると
き、ステーブは、熱パイプ２６に対する熱と、機
械的浸食とにより結局摩損するが、タンクの冷却
液は、熱パイプ２７が破損しても炉に侵入しな
い。結局熱パイプ２６が破壊されるとき、ドレー
ンコツク２４は、開口し、冷却液は、外被１０の
外側を流下するまゝになり、炉が内張りの張替え
を必要とするまで過熱に対する最後の防禦線を提
供する。

第５図は、板冷却装置への本発明の適用を示
し、第５図では、図示の炉の部分は、下部朝顔領
域と、羽口４０のまわりの領域とである。溶鉱炉
の壁は、層をなして積上げられ、冷却板４１は、
間隔を置いてこれ等の層に間挿される。

冷却板４１は、炉は内側に向くその端縁４２に
向つて勾配を有している。冷却板は部分的に中空
で、その内部チヤンバは、冷却板の後方に面する
端縁の入口４３を介して冷却水の流れを受取る。

第６図、第７図を参照すると、炉の壁に位置す
る各板４１は、中実で熱伝導性材料から作られる
第１部分４４を有するほゞ平坦な構造である。中
実部分４４は、炉の内部に近く位置する板の部分
である。該部分４４の後方に向く面の周返から延
びる壁４５は、冷却流体用チヤンバ４６を限定す
る。背板４７は、冷却チヤンバ４６の包囲を完成
する如く壁４５に溶接される。背板は、他の冷却
板の冷却チヤンバに連結される入口孔と、出口孔
とを有している。板の中実部分４４は、その前方
端縁４２に向いその後側面から延びる幾つかのボ
ア４８を有している。これ等のボアは、中実部分
の前方端縁４２の前で終り、円筒形熱パイプ４９
を収容する如く寸法を与えられ、従つて、熱パイ
プは、ボア４８内に位置するとき、冷却チヤンバ
４６内に該チヤンバを介して中実部分４４から著
しい長さ外方へ延びる。シールリング５０は、中
実部分４４の後方に向く面のボア４８の開口部に
設けられ、従つて、水密シールは、ボア内に設置
される際の熱パイプ４９のまわりに維持される。
熱パイプは、ボア４８内で移動されることによ
り、内側に向く板の端縁４２に向いまた離隔して
移動可能であり、従つて、或る熱パイプは、完全
に挿入された熱パイプの高温端部が摩損したとき
でも作用可能に維持される如く最高温の面から遠
く設置されてもよい。

第８図、第９図を参照すると、他の配置では、
冷却板は、包囲壁４５から延びるフランジ５２に
結合される着脱可能な背板５１を備えてもよい。
結合部は、背板５１を取外し得る如くボルト５３
で作られてもよく、従つて、熱パイプは、取外し
可能であるが、またはボア内のその位置を変更可
能である。

この装置の各板は、銅で作られてもよく、これ
と異なり、合金鋼、耐火物または金属と高伝導性
耐火物との組合わせで鋳造されてもよい。熱パイ
プは、冷却板の輪郭に適合する如く彎曲されても
よく、冷却板の中実部分４４に部分的に鋳込まれ
てもよい。

本発明の他の実施例は、中実鋳物または中実ブ
ロツクのいづれかによつて形成される銅のブロツ
ク６０を有する酵素ランスのノズルを示す第１０
図と第１１図とに図示される。ボツクスは、傾斜
するベンチユリ管６１に対し、その軸線のまわり
に対称的に貫通するボアを設けられ、他の閉鎖ボ
ア６２，６３は、ベンチユリ管６１の外側でブロ
ツク６０の中心のまわりに２つの円形に離隔する
列を形成する如く穿孔される。閉鎖ボア６２，６
３は、熱パイプ６４，６５を夫々収容する。ボア
６２は、下記で説明される如く、ボア６３の深さ
よりも浅い深さを有している。熱パイプ６４，６
５は、溶接またはそれと異なりねじ、例えば６６
により、ボア６２，６３に固定される。

酵素供給管６７は、ブロツク６０のベンチユリ
管６１の外側のまわりでブロツク６０に形成され
る対応するフランジ６８に固定され、その正しい
位置に溶接される。戻り水のステーブ６９は、酵
素管６７のまわりに位置し、銅ブロツク６０に隣
接するその端縁で銅ブロツクに溶接され、銅ブロ
ツク６０の周辺フランジ７１に溶接される外側ス
リーブ７０で限定される入口水チヤンバからの冷
却水が流通する幾つかの開口部を有している。本
発明の他の実施例では、熱パイプの凝縮端部の冷
却用流体として作用する如く、酸素自体の流れを
使用してもよい。

上述のランスノズルは、既存のランスに装着可
能であるが、熱パイプの蒸発端部に充分な冷却を
与えるため、従来の水冷に必要なよりも著しく低
い水圧を必要とする。

ノズルの寿命を更に延長するため、各ベンチユ
リ管の内側面は、摩耗の際に交換し得る着脱可能
な耐火物インサート７２で内張りされてもよい。
該インサートは、従来の型式のランスノズルに優
るこのノズルの増大される厚さによつてのみ可能
なことが認められる。また、ボア６２，６３の異
なる深さは、最深の熱パイプまで浸食され該熱パ
イプがこのとき作用しないが、浅く挿入された熱
パイプが作用を維持するノズル壁の可能性を許容
することが認められる。熱パイプが閉鎖構造であ
るため、浸食が一端で生じることは、燃焼チヤン
バへの水の侵入が生じることを意味しない。２つ
のチヤンネル内の水の流れが逆になるのを可能に
し、ノズルチツプの中心領域内に延びる付加的な
傾斜する熱パイプを設けることを包含し、熱パイ
プの有利な特性を更に利用するノズルの構成要素
の種々なその他の形状は、使用可能である。

産業上の利用可能性 本発明が、溶融金属に接近して操作される容器
または工具に多くの用途を有することは、上述か
ら認められる。パイプの高温の端部は、好ましく
は、上述の如く熱伝導性ブロツクに装着され、パ
イプのケーシングは、所定の位置に鋳込まれても
よい。ステーブと、板とのタンクにおける着脱可
能な背板は、パイプへの近接を与え、故障したパ
イプの交換と、パイプのケーシングの温度測定に
よるパイプの作用の有無の発見とに利用可能であ
る。