JPH03243267A - 冷却能に優れた熱交換体鋳物及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、高炉用ステーツクーラー等に適用されて好適
な、冷却能に優れた熱交換体鋳物に関する。

［従来の技術］ 一般に、高炉用ステーブクーラー等の熱交換体鋳物は、
冷却媒体の通路となる冷却管を母材に鋳込んで構成され
ている。

そして、熱交換体鋳物は、基本的に、（Ａ）（Ｂ）の性
能を備えることか必要とされる。

（Ａ）冷却管と母材との密着性が良く伝熱性に優れるこ
と。

即ち、熱交換体鋳物は、長時間の使用に伴う熱亀裂、折
損、溶損、摩耗等により次第に損耗するが、この損耗は
、鋳物自体の冷却能が高くなるほど、熱負荷が緩和され
るため、抑制される。従って、冷却管と母材の間の伝熱
性が良い方が、損耗抑制の点から有利になるのである。

（Ｂ）母材に発生したクラックが冷却管に伝播しないこ
と。

即ち、熱交換体鋳物は、上述、の如くの熱亀裂や折損を
母材に生ずるが、この母材の亀裂や折損が鋳造時に同時
に鋳ぐるんだ冷却管に及ぶことを防止する必要かあるの
である。

然るに、従来の熱交換体鋳物にあっては、母材のクラッ
クか冷却管へ進展するのを防止するため、下記■〜■の
如くの方法により、冷却管を母材に対し、非溶着となる
ように鋳ぐるむこととしている。

■珪石質、クロム質、マグネシア質、シャモツト質等の
耐火物を管表面に被覆する方法（特公昭５４−４４６５
０）。

■耐火物を管表面に炎溶射する方法（特公昭５４−４１
９６６）。

■二重管の冷却管を鋳ぐるみ、外管が母材に溶着しても
内管は非溶着とな、る方法（特公昭５８−４９６０７　
）。

［発明が解決しようとする課題］ 然しなから、従来技術には下記の問題点がある。

管表面に熱伝導率の低い耐火物層が設けられたり、空隙
が設けられることから、冷却管と母材の間の伝熱性が大
幅に低下する。このことは、熱交換体鋳物の冷却能を劣
化せしめ、前述の（Ａ）の性能を損なうことを意味する
。

本発明は、冷却管と母材との伝熱性に優れ、かつ母材に
発生したクラックが冷却管に伝播しない熱交換体鋳物を
提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 請求項１に記載の本発明は、金属被覆層を外表面に備え
た金属製冷却管を鋳ぐるんでなる熱交換体鋳物であって
、該被覆層が、Ｃｒを０〜７０ｗｔ％、Ａβを０〜２０
ｗｔ％、Ｙを０〜２ｗｔ％含有し、残部がＮｉと不可避
的不純物からなるとともに気孔を有し、該被覆層の表面
及び気孔の一部又は全部が酸化クロムにより被覆かつ充
填されたものである。

請求項２に記載の本発明は、前記被覆層の気孔率が、５
〜２５％であるようにしたものである。

請求項３に記載の本発明は、前記被覆層の厚みが、５０
〜４００μ麺であるようにしたものである。

請求項４に記載の本発明は、前記酸化クロムの少なくと
も一部が、前記被覆層に含浸せしめた可溶性クロム化合
物を酸化雰囲気て熱処理することにて生成されたもので
あるようにしたものである。

［作用］ 本発明の熱交換体鋳物にあっては、以下の如くの金属被
覆層が形成された冷却管が母材に鋳ぐるまれる。

即ち、冷却管は例えば５〜２５％の気孔率で気孔を有す
る金属被覆層を形成した後、例えば無水クロム酸等の可
溶性クロム化合物の溶液を該被覆層に塗布含浸する。そ
して、該冷却管を酸化雰囲気で熱処理（好ましくは５０
０℃前後）することにより、塗布含浸したクロム化合物
を酸化クロムに化学変化させる。これにより、該被覆層
の表面及び気孔の少なくとも一部が酸化クロムで被覆か
つ充填される。金属被覆層は、例えばＮｉ、又はＮｉ−
Ｃｒ合金、若しくは必要に応じてＡ２とＹを添加したＮ
ｉ−Ｃｒ合金にて構成される。

請求項１に記載の本発明によれば、下記■〜■の作用が
ある。

■母材溶湯と冷却管とが直接溶着しないように冷却管に
被覆層を設けるが、この被覆層としては冷却管の伝熱性
を向するため、熱伝導性の良い金属が用いられる。

■上記■の金属被覆層のみでは冷却管と母材との溶着を
生じてクラックの伝播を防止できない。

そこで、金属被覆層に気孔を形成し、該被覆層の表面及
び気孔の少なくとも一部に酸化クロムを被覆かつ充填す
る。酸化クロムは化学的に安定であり溶融母材金属と濡
れにくいことから母材と金属被覆層の完全な合金化を防
ぎ、母材と冷却管の強固な溶着が防止され、母材から冷
却管へのクラックの伝播を防止できる。

同時に、酸化クロムは溶融母材金属と、部分的には軽度
な拡散接合部を形成し、冷却管と母材との伝熱性を向上
せしめる機能をも果たす。

■金属被覆層の気孔には酸化クロムが充分に充填される
ため、該被覆層の気孔率が軽減し、気孔の存在による被
覆層の保熱効果を低下せしめることとなり、該被覆層の
熱伝導性を向上し、冷却管と母材との伝熱性を向上せし
める。

■金属被覆層に形成される酸化クロムの充填気孔は、母
材に発生したクラックの先端応力を分散、解放する作用
をもつ。このため、母材から冷却管へのクラックの伝播
を防止できる。

■金属被覆層は、Ｎｉ、又はＮｉ−Ｃｒ合金、若しくは
必要に応じてＡ℃とＹを添加したＮｉ−Ｃｒ合金にて構
成され、溶湯鋳込み時の高温と熱衝撃に耐える性能を備
える。

Ｎｉは溶湯となじみ易く、容易に拡散接合層を形成し伝
熱性を向上せしめる。

Ｃｒは必要に応じて７０ｗｔ％まで含有することができ
、Ｃｒを含有することにより耐熱性、耐酸化性を向上す
ることがてきる。Ｃｒか７０ｗｔ％を超えると拡散接合
層が減少し、かつ熱衝撃性が低下し、鋳込み時に亀裂や
冷却管からの剥離が生じ易くなるため、Ｃｒ含有量は０
〜７０ｗｔ％に限定した。

又、必要に応して２０％までのＡｌ１と、２％までのＹ
を含有することにより、熱処理時に金属被覆層の表面及
び気孔内表面にＡｇ２Ｏ３を生成し、酸化クロムの効果
を助長することができる。Ａｌ１が２０％を超えると効
果が飽和するばかりか合金の融点を低下させ、溶着を生
じ易くするため２０％以下に限定した。Ｙは２％を超え
て含有しても効果が飽和するとともに、高価となるため
２％以下に限定した。

請求項２に記載の本発明によれば、下記■の作用がある
。

■金属被覆層が５〜２５％の気孔率にて気孔を有するも
のであるから、上記■〜■の伝熱性向上効果とクラック
伝播防止効果を確保できる。即ち、気孔率が５％未満で
は充分なりラック伝播防止効果を得ることかてきず、２
５％より多い場合には充分な伝熱性向上効果を得ること
かできない。

請求項３に記載の本発明によれば、下記■の作用がある
。

■金属被覆層が５０〜４００μ箇の厚みを有するもので
あるから、上記■〜■の伝熱性向上効果とクラック伝播
防止効果を確保できる。即ち、厚みが５０μ−未満では
充分なりラック伝播防止効果を得ることができず、４０
０μ■を超えると充分な伝熱性向上効果を得ることがで
きない。

請求項４に記載の本発明によれば、下記■の作用かある
。

■金属被覆層の表面及び気孔の少なくとも一部に酸化ク
ロムを被覆かつ充填する方法としては、無水クロム酸や
塩化クロム等の可溶性クロム化合物の溶液を減圧雰囲気
若しくは大気雰囲気で該被覆層に塗布含浸した後、酸化
雰囲気で熱処理することにて、クロム化合物を酸化クロ
ムに化学変化させる方法を採用できる。この方法によれ
ば、金属被覆層の少なくとも一部の表面を酸化クロムの
薄膜で被覆でき、微細気孔にも酸化クロムを充填できる
ため、気孔残留による熱伝導率の低下を防止できる等、
上記■〜■の伝熱性向上効果とクラック伝播防止効果を
確保できる。

［実施例］ 外径６５ｍｍφ、肉厚７．３ａｌｔの高温配管用炭素鋼
管（Ｃ：　０．１２％）を鋳ぐるみ冷却管とする。

本発明例として、上記冷却管の外表面にプラズマ溶射法
により、表１に示す合金を被覆した。

この被覆層の表面及び気孔の一部にクロム酸水溶液をス
プレーで塗布含浸した後、大気中４９０℃の雰囲気で２
時間加熱した。これにより、溶射被覆層に数十大の酸化
クロムの被膜を形成し、気孔の６０％以上を酸化クロム
で充填したことを認めた。

比較例として、上記冷却管の外表面に、表１に示す被覆
材を厚み０．５■或いは厚み０．２■被覆した。

これら本発明例の被覆層を備えた冷却管と、比較例の被
覆層を備えた冷却管とを、それぞれ鋳込み温度１２７０
℃、２５００ｋｇの球状黒鉛鋳鉄溶湯で鋳ぐるみ、厚み
２００Ｉの熱交換体鋳物を製造した。

この熱交換体鋳物から各鋳ぐるみ鋼管１本毎に外径　１
２０ｍｍ大の円筒状試料を切り出し、鋳ぐるみ鋼管の内
面を６００℃に加熱保持し、鋳鉄内部の温度分布を測定
することにより伝熱特性を比較した。測温結果に基づき
、鋳ぐるみ鋼管内面から被覆層を介して鋳鉄内部に２．
５１入った位置までの間の見かけの熱伝導率を計算した
。結果を表２にしめす。比較例り、Ｅの見かけ熱伝導率
に比べ、本発明Ａ−Ｃの見かけの熱伝導率は高い値を示
しており、本発明の有効性か明白である。又、いずれの
冷却管も鋳物母材から容易に剥離することができ、クラ
ック伝播につながる強固な溶着は認められなかった。

尚、第１図は本発明例Ａの鋳ぐるみ鋼管の断面くクロ組
織を示す写真である。鋳ぐるみ冷却管１の外表面には被
覆層２が健全なまま残存しており、その外側に母材鋳鉄
３が鋳ぐるまれている。

管表面−被覆層−鋳鉄のそれぞれの界面には、いずれも
軽微な拡散接合か生じており、優れた密着性を得られる
ことか認められた。

［発明の効果］ 本発明によれば、冷却管と母材との伝熱性に優れ、かつ
母材に発生したクラックが冷却管に伝播しない熱交換体
鋳物を得ることかできる。従って、ステーブクーラー等
の熱交換体鋳物において、冷却能を向上し、かつ熱亀裂
、折損、溶損、摩耗等を抑制して寿命の延長を遠戚でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による熱交換体鋳物の金属組織を示す顕
微鏡写真である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属被覆層を外表面に備えた金属製冷却管を鋳ぐ
   るんでなる熱交換体鋳物であって、該被覆層が、Ｃｒを
   ０〜７０ｗｔ％、Ａｌを０〜２０ｗｔ％、Ｙを０〜２ｗ
   ｔ％含有し、残部がＮｉと不可避的不純物からなるとと
   もに気孔を有し、該被覆層の表面及び気孔の一部又は全
   部が酸化クロムにより被覆かつ充填されたものである冷
   却能に優れた熱交換体鋳物。
2. （２）前記被覆層の気孔率が、５〜２５％である請求項
   １に記載の冷却能に優れた熱交換体鋳物。
3. （３）前記被覆層の厚みが、５０〜４００μｍである請
   求項１又は２に記載の冷却能に優れた熱交換体鋳物。
4. （４）前記酸化クロムの少なくとも一部が、前記被覆層
   に含浸せしめた可溶性クロム化合物を酸化雰囲気で熱処
   理することにて生成されたものである請求項１〜３のい
   ずれかに記載の冷却能に優れた熱交換体鋳物。