JPS59159262A - 炉体冷却用鋳物ならびにその製造方法 - 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】 本発明は炉体冷却用鋳物ならびにその製造方法に係り、
詳しくを工、鋳物内部に冷却用パイプを鋳ぐるんだ高強
度で耐熱性の高い二層構造の炉体冷却用鋳物ならびにそ
の製造方法に係る。

近年、各種加熱炉、溶解炉炉体の大型化にともない、炉
寿命延長を目的として鋳鉄内部に冷却用パイプを鋳ぐる
んだ熱交換体鋳物を炉体の炉壁内面側１（配置し、前記
冷却用パイプ内に通水して水冷あろｔ・は、蒸発冷却を
行なう炉体冷却方式が採用されろようになってきた。炉
体の冷却効率向上は、炉内耐火物の寿命延長をはかり、
炉体改修周期の延長をはかる上でも極めて重要であり、
従来から種々の設備が開発され実施されている。

従前σ）炉体冷却用鋳物の構造は、冷却パイプと母材鋳
鉄間の熱伝導を良くするためと、両者間の融着性を向上
させろために予め冷却パイプにメッキなどを施して溶融
鋳鉄を注入することが行なわれていた。しかし、母材を
鋳物で形成する場合、冷却パイプと鋳物材質間の鋳込み
時の膨張、収縮量の差により、冷却パイプに亀裂を生じ
ろ欠点があった。また、炉内に設置後、炉内の熱応力に
より鋳物に亀裂が発生した場合、鋳物と冷却パイプが融
着しているため鋳物のクラックが冷却パイプに伝播して
パイプに亀裂が入り水漏れ、通水不能となる事故が生じ
ていた。

そσノ後、か匁る欠点を除くために、冷却パイプと缶胴
鋳物は非溶着として鋳物に生じたクラックが冷却パイプ
の破損につながらないようにした非溶着型σ）炉体冷却
用鋳物が開発され使用されるようになっている。この非
溶着型炉体冷却用鋳物（佳、冷却パイプ表面を耐熱材料
などで保護したうえ、母材鋳鉄に熱伝導性がよく、冷却
効率向上がはかれろ鋳物材料を用い、前記冷却パイプと
び）溶湯を防止、パイプ強度σ）低下を防いでいろ。こ
の辺材鋳物として用いられているのは、凝固温度が低い
にもかかわらず、溶湯の流動性にすぐれ、しかも、熱伝
導性にすぐれた普通鋳鉄が主であった。しかし、この材
質は粗大な片状黒鉛を凝固組織中に有するため１機械的
強度が劣り、耐熱性にも欠けろため操業中に鋳物に熱亀
裂を生じやすく、損耗がいちじるしく炉の寿命を短かく
することがわかった。

そσ）後、炉体冷却用鋳物の強度向上をはかるに たぬに、溶ｉｋ　Ｍ　ｇ　、Ｃａル）ろいはＣｅ　など
の希土類元素を添加して黒鉛形状な片状から芋虫状に改
良したバーミキュラー鋳鉄を母材とする炉体冷却用鋳物
が発明され、使用されろようになった。

球状黒鉛鋳鉄はバーミキュラー鋳鉄と同様に高炭素、高
ケイ素材であるが、その黒鉛形状が球状であるため、引
張り強さ、伸びなどの機械的性質が一段とすぐれ、耐熱
性に富むことが知ら才ｔている。

第１図はバーミキュラー鋳鉄と球状黒鉛鋳鉄の室温から
高温にわたる機械的性質を沖１定した結果である。第１
図において符号１は炉体冷却用鋳物材ｐとして用いられ
ている熱伝導性のよいバーミキュラー鋳鉄についての抑
１定値、符号２は強靭月賀としての球状黒鉛鋳鉄の測定
値を示している。第１図かられかるように１球状黒鉛鋳
鉄は室温のみならず、６００’Ｃの高温においてもバー
ミキュラー鋳鉄σ）約１．３倍ｇ）強度な有しており、
高熱几さらされろ炉体冷却用鋳物材勿としてはバーミキ
ュラー鋳鉄よりもすぐれていることがわかる。

しかし１球状黒鉛鋳鉄溶湯は強脱酸、脱硫処理が行なわ
れてい２）ために、溶湯の流動性が悪く、バーミキュラ
ー鋳鉄と同様な鋳込み温度で注湯した場合には、０！Ｉ
境いｔｃどの鋳造欠陥な生ずる欠点がある。

また１球状黒鉛鋳鉄に凝固時に内部ひけ巣が生じやすく
、鋳物内部の健全性を保つためには巨大な押湯の投首が
必要となるなど、製造歩留１）の低下か赴けられない。

本発明（佳バーミキュラー鋳鉄および球状黒鉛鋳鉄の両
材質σ）利点を生し、とくに、耐熱性と高温強度０）要
求さｔ′１．７−）炉内＋１１１１に球状黒鉛鋳鉄を適
用し、熱伝導性が要求される水冷／（イゾ周囲には、バ
ーミキュラー鋳鉄を適用することを特徴として、この二
層構造から成４）炉体冷却用鋳物ならびπそσ）製造方
法を提供寸ろ。

以下、本発明方法について詳しく説明寸ろ。

まず、従来例に係る炉体冷却用鋳物に供せられるバーミ
キュラー鋳鉄は溶湯の流動性がよく、冷却用パイプとの
＠着が防ｉ１＝できるが、耐熱性ならびに熱間強度に劣
７−１ｏこ才ｔに対し９球状黒鉛鋳鉄は熱間強度にすぐ
れろが、流動性に欠けろため、（θ１込み温度を高くと
ることになり、冷却用パイプσ）熱変形７）−生じ、結
晶粒を粗大にするため、パイプ強度σ）低下を招来する
。

この点πつき１本発明（工上記σ）２種の溶湯を鋳型内
に注入して互いにその利点ケ活用し、伊ぜて欠点を補充
し合うも１７’）である。

すなわち、第２図に示す如く、低温炉壁側にバーミキュ
ラー鋳鉄から成る第２層６、高温炉内側に球状黒鉛鋳鉄
から成る第１層５を設け。

第１；〜ｙ４　ｓ　Ｋ、第２Ｆ＠６を溶着結合す４）と
共に、第２層６を成すバーミキュラー−鋳鉄によって冷
却片パイプ３を鋳ぐろむ。更に詳しく説明すると。

第２図に示す如く、第２１（ハ）６の外壁側取付部に相
当する面からは、冷却用パイプ３が突出しているために
鋳造時には上型側に配置され、第１層５の炉内側に相当
する面は下型側に配置されて溶融鋳鉄の鋳込みが行なわ
１１ろ。この際、第２図において符号４で示す耐火レン
ガを第１層５に鋳ぐろんでも鋳ぐろまなくてもよい。ま
た。

下型面から水冷パイプ下方までの第１　）凋５は球状黒
鉛鋳鉄を鋳込み、パイプ下部から上型面までの第２１畜
６はバーミキュラー鋳鉄を鋳込む。

従って、こび）２層構造の炉体冷却用鋳物を鋳造する場
合には、次の通りｉｃ鋳造できろ。

まず、第１層５となる耐熱性に富む球状黒鉛鋳鉄をその
流動性の損なわれない温度で注入し、下型面からの凝固
を待ってその上面が凝固直前あるいは、まだ溶融状態に
ある貼点で第２Ｊビ）６となる流動性のよいバーミキュ
ラー鋳鉄を静かに注入し、第１層５との境界において完
全に溶着させろと同時に水冷パイプとの融着を生ずるこ
となく鋳型内空隙を充満させろ。この際、第１層として
注入する球状黒鉛鋳鉄と第２層として注入するバーミキ
ュラー鋳鉄の境界部における混合領域の巾（′ｆ、、第
１層として注入した球状黒鉛鋳鉄溶湯の凝固進行状況に
よって異なってくる。こθ）ところを実験的に涜１（定
すると、第３図に示す結果が得られた。第３図に縦軸に
第１浴湯の第２溶湯に刻する混合割合、横軸に第１浴湯
と第２溶湯の合わせ面を零として、この位置からの距離
を示す。第３図において、符号７は球状黒鉛鋳鉄の上面
が凝固した状態、符号８に球状黒鉛鋳鉄の上面が未凝固
の溶融状態において、それぞれその上部にバーミキュラ
ー鋳鉄を注入した場合の混合割合を示している。この結
果から９両材質の混合する範囲は４０〜８０陥であるこ
とがわかる。また、耐火レンガ４の上ｎ１１から水冷パ
イプ３までの距離は鋳物の設置されろ条件によって異な
るが、一般［４０〜６０膵程度であり、耐火レンガな鋳
ぐろまない場合σ）下型面、すなわち炉内側表面から水
冷パイプまでの距肉１１は５０脆〜１２０嘘程度である
。したがって、第３図に示した混合領域のｄ】の測定結
果と鋳物大きさ、水冷パイプの配置位置など鋳造方案で
定まる空隙の大きさから鋳物下型側に第１層５として注
入する球状黒鉛鋳鉄の上面と水冷パイプ：うまでの間隙
は２０謔〜５０・鍵とすることが望ましいことがわかる
。

以上の】■（す、混合領域の巾を適正に設定すると、２
神類の異なる材佃の溶鉄が混合した組成σ）＠鉄は、耐
火レンガ表面にも、炉内側表面にも、あるいは水冷パイ
プ表面ｒも出現することな（、鋳物の下型面から溶湯接
合面を経て上型面へと連続的に材質が変化する。

更に１両溶湯の接合面付近においてに、後記の実施例に
も示１通り、溶着不良や鋳造欠陥の発生はなく、また１
組織のチル化による強度低下も生じない。

次に、実施例に一ついて説明する。

まず、第２図に示す構造の如く、炉体冷却用鋳物は、炉
内（ｌｌｌＩに相当する鋳造時の下型面には耐火レンガ
４をＨぐるんで２層の鋳鉄から成るもσ）を製造した。

この際、鋳物本体太きさけ巾９００＋＋＋＋ｎ、長さ１
８００＋＋＋ｍ、厚さ３００期、重量２８５０Ｋｒ、鋳
ぐろまれろ冷却用／くイブの直径６０．５ｍ、耐火レン
ガと冷却用パイプの間隙は６０酬とした。２層構造の第
１層５として注入した球状黒鉛鋳鉄θ〕化学組成はＣ３
，４５％。

Ｓｉ２．２６％　Ｍｎ０．６７％、　Ｐｏ、０３０％、
　Ｓｏ、ｏｏｓ％、　ＩＶ］、ｇ　０．０５２％、残り
Ｆｅであり。

第２！６として注入したバーミキュラー鋳鉄の化学組成
ＬｉＣ５，４３％、Ｓ；２．４２％、Ｍｎ０．７５％、
Ｐｏ、０３８％、８０．０１１％、Ｃａ０．００３８％
、残りＦ６であった。また、第１層の球状黒鉛鋳鉄溶湯
は鋳込み前にＦｅＦｅ−８ｔ−合金を添加して、黒鉛形
状を球形にし、第２層σ〕−＜−ミキュラー鋳鉄浴湯に
は鋳込み前にＦｅ−８ｔ−Ｃａ合金を添加して黒鉛形状
の調整をはかるとともに、鋳物の強度向上をはかった。

第１層となる球状黒鉛鋳鉄溶湯は耐火レンガ上面から冷
却用パイプまでの間隔の半分、すなわち、冷却用パイプ
下方３０ｗＩＶｒ−相当する位置に、そ０）溶場上面が
達するまで鋳込みを行ない、下方からの凝固が進行する
σ）を待った。この第１層となる球状黒鉛鋳鉄の鈎込み
温！￥に１３２０℃〜１３６０℃とした。

次いで、第１層として注入した球状黒鉛鋳鉄の上面が未
凝固σ）状態で、第２層となるバーミキュラー鋳鉄溶湯
を球状黒鉛鋳鉄の一ヒに注入し。

両溶湯σ）結合ケはかるとともに、冷却用パイプ周囲を
満１７だのち、鋳型内上面までの空隙に充填して凝固を
行なわせた。第２層としたバーミキュラー鋳鉄溶湯の鋳
込み温度は１２３０℃〜１２５０℃とした。

このよ５ｉＣして製造した２層構造の炉体冷却用鋳物に
つき、各部の５０倍におけろ顕微鏡組織で黒鉛形状の例
を示すと次の通りである。

すなわち、第４図に示す顕微鏡写真は第１層として注入
した炉内面側付近の球状黒鉛鋳鉄の凝固後の組織を示し
、黒鉛は球形をしており、内部ひけ巣などの鋳造欠陥も
形成さ几ておらず。

機械的強Ｊ５ｉのすぐ几た鋳物を形成している。第５図
に示す顕微鏡写真は第１層と第２層σ）接合面に相当す
る冷却用パイプ下方３０簡におけろ鋳物の組織を示し、
化学分析の結果、ｆヒ学組成は両溶湯が５０％づつ混合
していることが判明した位置のものである。この球状黒
鉛鋳鉄溶湯とバーミキュラー鋳鉄溶湯の境界に相当する
部分の黒鉛形状は１球形と芋虫状がまざるとともに、塊
状に近い形状のもσ）もまざり、黒鉛形状は混合してい
ることがわかった。第６図に示す顕微鏡写真は鋳ぐるみ
パイプ周辺の鋳物の組織を示し脚型的なバーミキュラー
黒鉛組織が得らている。

こθ〕ようにして、第１層として球状黒鉛鋳鉄、Ｚ２Ｍ
としてバーミキュラー鋳鉄を相次いで鋳込み、鋳型内に
て結合させて炉体冷却用鋳物を製箔すると、そσ）鋳物
の組織に耐熱強度の要求されろ炉内０（ｌ］から冷却用
パイプ周辺へと連続的に変化しており、結合不良や、チ
ル発生などの欠陥も生じておらず、また、従来の一体鋳
物から成る炉体冷却用鋳物と同様ＶＣ鋳物本体と冷却用
パイプσ）間の溶着は生じていないことが確認された。

また、上記構造の炉体冷却用鋳物の各部の機械的強度を
求めろと次θ）通りであった。

炉内側に相当する球状黒鉛鋳鉄σ）材質部分の引張り強
さは５６．７　Ｋ９７　ｍｔｒｉ’　、伸びは３２％。

冷却パイプ周囲のバーミキュラー鋳鉄の材質は引張り強
さ３９．１Ｋｑ／　ｍｙｔｈ”、伸び２，９％の値が得
られ、炉内側鋳物の強度向上が十分に達成された。なお
、第１溶湯と第２溶湯σ）境界に相当する位置の機械的
性勿は引張り強さは４７６Ｋｇ　／　ｍｍ□、伸びは３
０％が泗・定され１両相質の中間的強度となっているこ
とも判明ｌ−た。

以上σ）通り、炉内（ｔｉｌｌの鋳物には耐熱強度を付
与することができ、炉体冷却用鋳物の耐熱性向上がはか
られろとともに、冷却用バイブは従来品と同様に鋳物と
非溶着でキ）す１強度低下もないため、操業中の水漏れ
事故などσ〕必配θ）ない炉体冷却用鋳物が製造できろ
ようになつ１こ。また、鋳物形状は従来品と同様に巨大
な押湯を設置することがないため、造型、型ばらし、仕
上作業が容易であり、製品歩留りの低下も生じないなど
、炉体冷却用鋳物の２層構造化は工業上σ）メリットカ
犬であることがわかった。

【図面の簡単な説明】

第１図は各種鋳鉄材質の高温におけろ強度変層上Ｗ異種
の第２層の溶湯を注入した場合の混合割合変化を示すグ
ラフ、第４図＆＠Ｌ第１層として注入した球状黒鉛鋳鉄
材質の凝固組織の顕微鏡写真、第５図は球状黒鉛鋳鉄と
バーミキュラー鋳鉄の混合部の凝固組織を示す顕微鏡写
真、第６図は第２層として注入したバーミキュラー鋳鉄
材質θ）凝固組織の顕微鏡写真である。 符号１・・・・・・バーミキュラー鋳鉄についての測定
値 ２・・・・・・球状黒鉛鋳鉄の測定値 ３・・・・・・冷却用バイブ ４・・・・・・耐火レンガ ５・・・・・第１層　　６・・・０９．第２層第１図 第２図 第３図 第４図 第５図 第す図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）高温炉内側に球状黒鉛鋳鉄から成る第１層を設け、
   この第１層に冷却用パイプを鋳くるんだバーミキュラー
   鋳鉄から成る第２層を溶着結合させて成ることを特徴と
   する炉体冷却用鋳物。 ２）冷却用パイプを具えろ炉体冷却用鋳物を製造するに
   あたり、鋳造時の下型面から鋳型内に配置された冷却用
   パイプの下方２０〜５０醍までのところに球状黒鉛鋳鉄
   溶湯な注入、その後、この球状黒鉛鋳鉄溶湯が凝固完了
   あるいは、未凝固の時点で前記球状黒鉛鋳鉄の上に前記
   冷却用バイブが鋳ぐろまれろようバーミキュラー鋳鉄溶
   湯を注入することを特徴とする炉体冷却用鋳物の製造方
   法。