JPH06221769A - スプレーで冷却される炉要素の熱応力を除去するための装置 - Google Patents

スプレーで冷却される炉要素の熱応力を除去するための装置

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JPH06221769A
JPH06221769A JP5348097A JP34809793A JPH06221769A JP H06221769 A JPH06221769 A JP H06221769A JP 5348097 A JP5348097 A JP 5348097A JP 34809793 A JP34809793 A JP 34809793A JP H06221769 A JPH06221769 A JP H06221769A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 炉システムの単体のスプレー冷却式鋼製閉鎖
体要素の熱応力を除去するための手段の提供。 【構成】 炉システムの、例えば平らな炭素鋼でできた
単体の水冷式閉鎖体要素の熱応力が加わった部分の交換
を行うための手段を提供する。この手段は、銅製のカバ
ープレートが予め溶接してある鋼フレームからなり、こ
の鋼フレームは、閉鎖体要素、例えば炉屋根又は炉シェ
ルのぴったりと嵌まる切欠きに溶接される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、スプレー冷却式炉シス
テム、例えばアーク炉システムに関し、更に詳細には、
熱応力を除去するため炉システムの閉鎖体部材に組み込
む組立体に関する。熱応力は、組立体を閉鎖体部材に組
み込んだ場所で除去される。
【0002】
【従来の技術】米国特許第4,715,042 号、米国特許第4,
815,096 号、及び米国特許第4,849,987 号に開示された
種類のスプレー冷却式電気炉システムは、炉の閉鎖体要
素、例えば屋根及び側壁をスプレーで冷却する必要があ
る。炉の閉鎖体要素は、単体にされ、即ち一つの部品に
形成され、屋根の場合には、全体に截頭円錐形形状を持
ち、炉側壁又は他の閉鎖体要素の場合には、全体に円筒
計形状又は楕円形形状を持つ。炉電極及び酸素ランスの
配置のため、炉の加熱等にはばらつきがあり、特に、ス
プレー冷却式閉鎖体要素の表面の比較的ばらばらの領域
が非常に高い温度に露呈され、熱応力が加わり、こうし
た領域で破損が起こる危険がある。
【0003】上述の炉システムは、単体の一部品の炭素
鋼閉鎖体システムを有するため、こうした状況に対し、
交換可能で取り外し自在の、異なる、即ち熱伝導度の高
い区分又はパネルを使用することができない。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、炉システムの単体のスプレー冷却式鋼製閉鎖体要素
の熱応力を除去するための手段を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】鋼板からつくられた鋼フ
レーム及びこのフレームに予め溶接された銅板を含む組
立体を、炉の内部からの輻射熱に露呈される箇所にある
単体の鋼製閉鎖体部材の切欠き部分にぴったりと嵌め込
み、鋼フレームを閉鎖体部材に溶接して気密で且つ水密
なシールを閉鎖体部材とともに構成する。組立体は、切
欠き領域の場所に高い熱伝導度を提供し、これによって
熱応力を除去し、熱応力による破損の危険を最小にす
る。
【0006】
【実施例】以下本発明の実施例を図面につき説明する。
図1乃至図5は、製鋼で使用されるスプレー冷却式電気
炉設備を示す。これらの図のスプレー冷却式炉屋根シス
テムはどのような種類の溶融材料処理ベッセルにも使用
できる。図1、図2、及び図4は、F.H.マイナー及
びA.M.シッファーの米国特許第4,849,987 号に示さ
れている種類のスプレー冷却式アーク炉設備を夫々側面
図、平面図、及び端面図で示す。円形の水冷式炉屋根1
0は、炉柱構造14でアーク炉ベッセル12のリム13
の真上に僅かに持ち上げられた位置で支持されている。
図1及び図2に示すように、屋根10は単体であり、一
体であり、即ち、柱支持体22から水平方向に延び且つ
外方に拡がった柱アーム18及び20にチェーン、ケー
ブル、又は他の屋根持ち上げ部材53によって取り付け
られた截頭円錐形形状の一部品閉鎖体構成要素である。
柱支持体22は、炉の装入中及び炉の作動中及び作動後
の他の適当な時期に屋根10を水平方向に揺動させて炉
ベッセル12の開放した頂部を露呈するため、垂直柱ポ
スト16の上部分に設けられた点24を中心に枢動でき
る。電極15が屋根10の上方の位置から開口部32内
へ延びた状態で示してある。炉の作動中、電極15を屋
根の中央開口部32のにあるデルタの電極ポートを通し
て炉の内部に下降させ、アークが発生する熱を装入物に
加えてこれを溶融する。排気ポート19により、作動中
に炉の内部から生じたフュームを除去することができ
る。
【0007】炉システムは、スラグ及び溶融した鋼を注
ぎ出すためベッセル12をいずれかの方向に傾けること
ができるように、トラニオン又は他の手段(図示せず)
上に取り付けられている。
【0008】図1、図2、及び図7に示す炉屋根システ
ムは、柱14が単体の一部品屋根10を持ち上げ、この
屋根を反時計廻り方向(上方から見て)に水平方向に揺
動させ、炉のリム13から外し、炉の内部を露呈する左
廻りシステムとして使用されるようにつくられている。
しかしながら、これは本発明にとって重要なことではな
く、スプレー冷却式の表面を持つ全ての電気炉又は他の
炉に適用できる。屋根10の鋼製の下面38が炉ベッセ
ル12の内部に露呈されているために過熱するのを回避
するため、屋根冷却システムが組み込まれている。同様
の冷却システムは、単体の一部品円筒形形状シェルの形
態の炉側壁138について図4及び図5に参照番号10
0で示してある。冷却システム100の下にある耐火ラ
イナ101が金属の溶融体103を収容する。冷却シス
テムは、炉側壁又は他の単体の閉鎖体容器を受容可能な
温度に維持するため、水又は他の適当な液体のような流
体クーラントを使用する。本発明に参考のため組み込ん
だ上述の米国特許第4,715,042 号、第4,815,096 号、及
び第4,849,987 号に記載されたシステムが好ましいが、
他の冷却システムも本発明の利点を容易に受け取ること
ができる。クーラント入口管26及び出口管28a及び
28bは、左廻りに形成された図示の炉屋根システムの
クーラント連結手段を有する。外部循環システム(図示
せず)は、クーラントを図1乃至図4に示すように屋根
10のクーラント連結手段に供給するため、及びクーラ
ントを排液するため、クーラント供給管30及びクーラ
ント排液管36a及び36bを使用する。クーラント循
環システムは、通常は、クーラント供給システム及びク
ーラント収集システムからなり、更に、クーラント再循
環手段を有するのがよい。
【0009】クーラント供給管30には可撓性クーラン
ト供給ホース31が取り付けられており、このホース
は、炉屋根10の周囲に設けられたクーラント入口管2
6に迅速開放接手又は他の手段で取り付けられる。図2
及び図3に最もよく示すように、入口管26は、屋根1
0の加圧されていない内部で中央デルタ開口部32の周
りを延びる入口マニホールド29に繋がっているか又
は、図4に示すように、炉13の周りを延びる入口マニ
ホールド29' に繋がっている。屋根の内部23の種々
の区分にクーラントを送出するため、複数のスプレーヘ
ッダー管33がマニホールド29から半径外方にスポー
ク状のパターンで分岐している。屋根の中央部分から周
囲まで徐々に下方に傾斜した屋根の下パネル38の上側
にクーラントをスプレーで即ち微細な液滴のパターンで
差し向ける複数のスプレーノズル34が各ヘッダー33
の種々の箇所から下方に突出している。屋根10の鋼製
の下面38及び炉12の鋼製の表面138の外面に及ぼ
されるスプレークーラントの冷却効果により、これらの
表面の温度を予め決定された温度範囲に維持できる。こ
の温度範囲は、一般に、クーラントの沸点(水の場合に
は1000C)以下であるのが望ましい。
【0010】屋根の下パネル38上にスプレーした後、
使用済みのクーラントは屋根の下パネル38の上側に沿
って重力で外方に排液され、排液システムの排液入口即
ち開口部51a、51b、及び51cを通過する。図示
の排液システムは、セグメント47a及び47bに分割
される矩形断面の管等でできたマニホールドである。炉
12には同様の排液システム(図示せず)が設けられて
いる。図2に示すように、排液開口部51a及び51b
は、屋根の両側に設けられている。排液マニホールド
は、屋根の下パネル38の高さ又はその下で屋根周囲の
内部の周りを延びる閉チャンネルの形態をとり、隔壁即
ち壁48及び50で別々の排液セグメント47a及び4
7bに分けられている。排液マニホールドのセグメント
47aは、排液開口部51a、51b、及び51cをク
ーラント出口管28aに連結する。排液マニホールドの
セグメント47bは、連結手段44を介してセグメント
47aと完全に連通し、排液開口部51a、51b、及
び51cをクーラント出口管28bと連結する。可撓性
クーラント排液ホース37は、出口管28aをクーラン
ト排液管36aに連結し、可撓性クーラント排液ホース
35は出口管28bとクーラント排液管36bとを連結
する。迅速開放接手又は他の接手手段を使用してホース
と管とを連結してもよい。クーラント排液管36a及び
36bが連結されたクーラント収集手段は、好ましく
は、噴流又は他のポンプ手段を使用してクーラントを屋
根10から迅速に且つ効率的に排液する。屋根又は炉シ
ェルからのクーラントの排液を助ける任意の適当な他の
手段を使用するのがよい。
【0011】図1、図2、図3、及び図7に示すような
炉屋根システムの左廻り作動中には使用されないけれど
も、屋根10の右側の設備で使用するのがよい第2クー
ラント連結手段が設けられている。この第2の即ち右側
のクーラント連結手段は、クーラント入口40及びクー
ラント出口42を有する。左側のクーラント連結手段及
び右側のクーラント連結手段は、柱枢動点24及び屋根
の中心を通過する線に対して屋根10の両側に設けられ
ており、屋根の隣接した象限内にある。右側のクーラン
ト入口管40は、左側のクーラント入口管26と同様に
入口マニホールド29に連結されている。右側のクーラ
ント出口42は、左側のクーラント出口28と同様に、
別々の出口管42a及び42bを有し、これらの管は、
隔壁50で分けられたクーラント排液マニホールドの別
々のセグメント47a及び47bと連通している。屋根
10を左廻りシステムで設置した場合にクーラントが右
側のクーラント連結手段を通して漏出しないようにする
ため、本発明は、屋根の個々のクーラント入口及び出口
をシールするためのキャップ手段を更に有する。キャッ
プ46がクーラント入口40への開口部に固定されてい
るのがよい。取り外し自在のU字形導管即ち管コネクタ
44が、別々のクーラント出口開口部42a及び42b
を連結し且つシールして屋根からの漏れを阻止し且つ隔
壁50の周りでの排液マニホールドのセグメント47a
と47bとの間の流れの連続性を確保する。排液される
クーラントに吸引力が加わっているところで、コネクタ
44は排液マニホールド区分内に大気圧で漏れることの
ないようにする。
【0012】左廻り炉屋根システムに設置された炉屋根
の作動中、クーラントは、クーラント 循環手段からク
ーラント管30及びホース31を通ってクーラント入口
26に進入し、ここで入口マニホールド29によって屋
根の内部に亘って分配される。クーラント入口40(こ
の入口もまた入口マニホールド29に連結される)は、
右廻り設置で使用するために設けられており、従って、
キャップ46で閉鎖されている。クーラントをスプレー
ヘッダー33に設けられたノズル34からスプレーして
屋根の底部38を冷却した後、排液開口部51a、51
b、及び51cを通って屋根10の周囲を延びる排液マ
ニホールドに入り、クーラント出口28を通して出るク
ーラントを収集する。図2でわかるように、排液マニホ
ールドのセグメント47aに設けられた開口部51a、
51b、及び51cを通して排液されたクーラントは、
クーラント収集手段によって回収される前にクーラント
出口28a及び出口ホース37を通って屋根から排液出
口管36a内に直接流出する。排液マニホールドのセグ
メント47aに設けられた開口部51a、51b、及び
51cを通して排液されたクーラントは、隔壁50を迂
回するため、クーラント出口42b及びU字形状コネク
タ44を通り、クーラント出口42aを通ってマニホー
ルドのセグメント47bに戻される。クーラントは、次
いで、排液マニホールドのセグメント47bからクーラ
ント出口28b、出口ホース35、及び排液管36bを
通ってクーラント収集手段に排液される。右側に設けら
れたクーラント出口42は、クーラントを屋根から直接
排液するのには使用されないが、U字形状コネクタ44
を使用することによって排液回路の一部を構成する。ク
ーラントは、屋根から排液されるとき、他の場所で排出
されるか或いはクーラントシステムによって屋根に再循
環されて戻される。左側のクーラント連結手段26及び
28は、ホースの長さを最小にするため、柱構造14の
位置と近接して屋根10に位置決めされている。柱構造
14が6時の位置に配置されているとすると、左側のク
ーラント連結手段は7時乃至8時の位置に配置されてい
る。
【0013】上述のスプレー冷却式システムは、上述の
ように、屋根システムの溶融材料炉について使用でき、
或いは図4及び図5に参照番号100で示すような鋼製
の炉側壁のような他の構成要素及び炉からガスを運び出
すための鋼製のダクトのような、スプレー冷却式炉シス
テムの他の構成要素について使用できる。
【0014】上述の炉システムの作動では、図2、図
3、及び図4に示す屋根の炭素鋼製の截頭円錐形形状の
内プレート38、又は図4及び図5に示す単体の炭素鋼
製の円筒形形状の側壁閉鎖体要素の内プレート138の
ようなスプレー冷却式の単体の閉鎖体要素が、電極を平
らな溶融金属バッチの上方に位置決めしたとき、又は電
極がスクラップ装入体109に孔を穿け始めるとき、金
属の溶融体103の上方の炉内のアーク又は火炎からの
かなり大量の輻射熱エネルギ(参照番号107が附して
ある)に露呈される。こうした状態は、一つの場所又は
領域に他の部分と比べて高い熱及び熱応力を生じさせ
る。このような環境は、炉電極、酸素ランスの相対的な
位置、又は非均等な炉の作動状態により引き起こされ
る。このような高い熱応力環境は、高い輻射エネルギ1
07' に露呈された領域200で図6に例示として示し
てあり、スプレー冷却式の内屋根プレート閉鎖体要素3
8について図3に示してあるが、図4に示すように、単
体の側壁プレート閉鎖体要素138にも適用できる。非
常に高い熱応力が加わった状態、即ち領域200は、通
常の温度監視、又は視覚的検査によって検出され、又は
停止中にスプレー冷却式の鋼製の内プレート38(又は
138)の領域200での僅かな膨らみや侵蝕として明
らかになる。かくして、プレートの「膨らみ」又は侵蝕
は、高い熱応力が加わった位置を示す。スプレー冷却式
内プレート38(又は138)は、本質的に連続した一
体の炭素鋼プレート構造であり、この構造は、当該技術
分野で周知であり且つスプレー冷却式の截頭円錐形内屋
根プレート38及びスプレー冷却式の円筒形炉内側壁プ
レート138のような連続した鋼板を製造するのに容易
に使用できるアーク溶接やミグ溶接のような従来の炭素
鋼溶接技術を使用して、別々の鋼板賦形材を互いに溶接
することによって形成されている。内プレートは、代表
的には、厚さが0.953cm(3/8インチ)乃至1.
588cm(5/8インチ)の炭素鋼でつくられており、
これらのプレートは、一般的には、幅が数フィートで長
さが数ヤードで所望のカバー形体又は炉シェル半径に合
わせて形成されている。本発明を実施するに当たり、例
えば膨らみ又は侵蝕の徴候によって検出したプレートの
高熱応力部分200を内プレートから取り除くため、炉
の「停止」期間中に内プレートに切欠き220を形成
し、図7に参照番号220で示し、図3及び図6に参照
番号220' で表すような側部がほぼ直線状の開口部を
形成する。この開口部には、応力を除去するため、参照
番号201で示すように隅部に僅かに丸味を付けるのが
よい。鋼板38(138)の切欠き開口部220は、炭
素鋼を切断するための従来のトーチ切断技術、例えばプ
ラズマアークトーチ技術、又はアセチレントーチ技術を
使用してつくることができる。金属の溶融体103の上
方の鋼板部分200の場所で高熱応力状態に近づくた
め、図8に示す一体のフレーム230を好ましくはプレ
ート38(138)と同じ厚さの炭素鋼板から例えば切
断トーチを使用して形成する。フレーム230の外周2
35の寸法は、以下に説明するように、フレーム230
を鋼板閉鎖体要素38に溶接するのに十分狭幅の周囲空
間240だけを残して単体の鋼板閉鎖体要素38の切欠
き220内にフレーム230がぴったりと嵌まるように
つくられている。適当には、フレーム230とほぼ同じ
厚さの銅板250は、図9及び図10に示すようにフレ
ーム230と整合して配置したときに外周部分260が
フレーム230の一部と当接し、特定の実施例ではフレ
ーム230の一部と重なるような寸法を持っている。銅
板250の炭素鋼フレーム230への溶接作業を開始す
るため、炭素鋼フレーム230及び銅板250が衝合し
且つ整合した状態で副組立体をオーブン、適当には耐火
煉瓦オーブン、内に水平に置く。銅板250及び鋼フレ
ーム230からなる副組立体を耐火煉瓦炉内で426.
670C(8000F)まで加熱し、この温度でニッケル溶
接体及び銅線用の棒状電極を使用してミグ技術でニッケ
ル又は銅金属でできた適当な溶接体を付けて、第10図
及び第11図に参照番号300、310で示すように銅
板と鋼フレームとを接合する。銅板250は、気密であ
り且つ水密のシールが鋼フレーム230と銅板250と
の間につくりだされるように、その全外周が鋼フレーム
230に溶接される。フレーム230と当接した銅板2
50の周囲部分に溶接体300、310を付けた後、鋼
フレームと銅板からなる溶接済みの組立体を炭素鋼板3
8の切欠き220にぴったりと嵌まるように配置でき、
炭素鋼フレーム230を、図14及び図15に参照番号
360で示すように、一体の炉システムの構成要素の炭
素鋼板38に溶接する。これは、銅の鋼への溶接に必要
な予熱又は他の技術を必要としない。本発明の上述の組
立体では、熱伝導性が鋼よりも優れている銅板が高温輻
射熱場所の熱応力を除去し、鋼フレームは鋼製の閉鎖体
要素に容易に溶接される。更に、銅及び炭素鋼はCTE
の値が比較的近いため、熱膨張の問題点がない。図12
は、変形例の溶接形体を示す。この形体では、鋼フレー
ム230及び銅板250は、突き合わせ溶接部315の
準備が施された向き合った縁部301及び303が整合
した状態で配置されている。銅板の炭素鋼フレームへの
溶接を容易にするため、フレームには図13に層316
で示すニッケルの「バターリング」が施されているのが
よい。これは、溶接棒又は溶接ワイパーから付着させる
のがよい。ニッケル層316は、フレーム230から溶
接部までのイオンの移動を遅らせるのに役立ち、かくし
て溶接部の一体性を確保する。好ましい実施例では、フ
レーム235及び板250は、設置時に鋼フレーム−銅
板組立体及び鋼板が元の鋼板とほぼ同じ形状の連続した
プレート構造を形成するように代わるプレートの部分と
同じ程度の湾曲を有するように形成されている。
【0015】代表的には、フレーム235は、厚さが
0.953cm(3/8インチ)乃至1.588cm(5/
8インチ)の平坦な炭素鋼で形成されており、このフレ
ームは約7.62cm(3インチ)の幅を有する。銅板
は、代表的には、厚さが1.26cm(1/2インチ)で
あり、フレーム−銅板組立体は、代表的には直径が30
4.8cm乃至914.4cm(10フィート乃至30フィ
ート)で幅が152.4cm乃至457.2cm(5フィー
ト乃至15フィート)の鋼閉鎖体要素の切欠きに嵌めて
これに溶接する必要があるときに容易に使用できるよう
に、予め適当な大きさ、例えば60.96cm×60.9
6cm(2インチ×2インチ)、91.44cm×91.4
4cm(3インチ×3インチ)につくってあるのがよい。
【図面の簡単な説明】
【図1】炉ベッセル、炉ベッセル上で持ち上げた位置に
ある炉屋根及び屋根用の柱支持構造を示す、代表的な電
気炉設備の側面図である。
【図2】図1のスプレー冷却式炉屋根の一部切欠き部分
断面平面図である。
【図3】熱応力が加わった領域及び提案された炉屋根の
切欠き部分を破線で示す、図2の2a−2a線に沿った
炉屋根の断面図である。
【図4】炉ベッセルの耐火物で内張りがしてある溶融金
属包含部分、及び図3の炉屋根のスプレー冷却構成要素
と同様の炉側壁スプレー冷却構成要素を示す、図1の電
気炉設備の部分断面端面図である。
【図5】図4の一部の拡大断面図である。
【図6】高熱応力領域及び切欠き部分を示す、図3の炉
屋根の内プレートに対して垂直方向でみた部分正面図で
ある。
【図7】図6のプレートの切欠きを示す図である。
【図8】特に本発明の図7の実施例で使用するための鋼
フレームの図である。
【図9】銅板を整合させた図8のフレームの図である。
【図10】図9と関連した溶接形体を示す図である。
【図11】図9と関連した溶接形体を示す図である。
【図12】図9と関連した溶接形体を示す図である。
【図13】図9と関連した溶接形体を示す図である。
【図14】スプレー冷却式のプレートの所定の場所に溶
接した本発明の組立体を示す図である。
【図15】図14と関連した溶接部を示す図である。
【符号の説明】
10 水冷式炉屋根 12 ベッセル 38 屋根の内プレート 138 側壁閉鎖体要素の内プレート 220 切欠き 230 炭素鋼フレーム 250 銅板

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】炉システムの単体の閉鎖体要素を形成す
    る、スプレー冷却式の鋼板の、炉システムの内側から熱
    エネルギが加えられ、炉システム内の金属の溶融体から
    間隔を隔てられている、高熱応力領域に形成した切欠き
    を閉鎖し埋めるための予め形成した組立体において、
    (i)前記鋼板に全周に亘って溶接できるように鋼板の
    前記切欠き領域内にぴったりと嵌まる外周を持つ、前記
    プレートとほぼ同じ厚さの鋼フレームと、(ii)前記フ
    レームと当接する外周を持ち、気密で且つ水密のシール
    を鋼フレームとの間に構成するように前記鋼フレームに
    全外周が溶接された、前記鋼フレームと整合した銅板と
    を有する、予め形成された組立体。
  2. 【請求項2】加熱された物質を収容し、単体の内プレー
    トで形成された閉鎖体要素、及び前記プレートを受容可
    能な温度に維持するため液体クーラントのスプレーを単
    体の内プレートに差し向けるための手段を有する、金属
    の溶融体を収容するベッセル又は炉と関連して使用する
    ための装置であって、金属溶融体から間隔を隔てられ
    た、前記閉鎖体構成要素の前記単体の内プレートの予め
    決定された切欠き内部部分を交換するための、前記予め
    決定された切欠き部分の単体のプレートにおける最初の
    場所での受容可能な温度の維持を容易にする改善におい
    て、該改善は、前記単体プレートに溶接された予め形成
    された組立体からなり、該予め形成された組立体は、
    (i)外周が前記プレートに切欠き部分の初期場所位置
    でぴったりと嵌まるような寸法及び外周を有し、外周が
    前記単体の内プレートに溶接された鋼フレームと、(i
    i)全周縁部分に沿って前記フレームと当接し且つ前記
    フレームに予め溶接された銅板と、を含み、前記組立体
    は、前記単体の内プレートと同じ程度の湾曲を有し、前
    記フレームは前記単体の内プレートにその全外周に沿っ
    て溶接され、前記一定の内プレートの永久的に固定され
    た部分を形成する、予め形成された組立体。
  3. 【請求項3】前記閉鎖体要素は、截頭円錐形形状の炉屋
    根である、請求項1に記載の予め形成された組立体。
  4. 【請求項4】前記予め形成された組立体は、円筒形形状
    の炉側壁である、請求項1に記載の予め形成された組立
    体。
  5. 【請求項5】前記閉鎖体要素は、截頭円錐形形状の炉屋
    根である、請求項2に記載の予め形成された組立体。
  6. 【請求項6】前記予め形成された組立体は、円筒形形状
    の炉側壁である、請求項2に記載の予め形成された組立
    体。
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