JPS5928604B2 - 冶金炉用冷却要素 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、鋳鉄本体に一体に鋳ぐるまれ且つ冷却媒体を
通す鋼管と、耐火物ライニングと、から構成される、冶
金用炉の冷却要素に関するものである。

このような冷却要素は通常矩形断面形状を有し、特に溶
鉱炉に使用される。

ドイツ実用新案７３３１９３６号によると、このような
冷却要素の耐火物ライニングを冷却要素の炉側の正面で
冷却要素の広い側に平行に伸びる四部に配設することが
公知である。

このために炉から冷却要素に流出する熱流束密度が減少
する。

この先行技術によると鋳鉄本体の製造の際に耐火物ライ
ニングを一体に鋳ぐるむことによって耐火物ライニング
と鋳鉄本体との間の接続が作り出される。

鋳鉄本体の正面全体にわたって耐火物内張りが炉の内側
に向かって突出している。

耐火物ライニングは冷却要素の内側に向かって先細りに
なっており、また溝とトングとの接続によって所定位置
に保持されている。

鋳鉄本体の全体で突出している耐火物ライニングは適用
さるべき耐火材料を堅くつなぎとめる役目を果すべきで
あるが、冷却要素が冷却を行う時に鋳鉄本体内の応力が
避けられらいので、耐火物の一体鋳ぐるみ部分が冷却中
に破壊される危険がある。

さらに、この時冷却要素が鋳造されている時に、温度変
化に抵抗できず耐火物材料が破裂する危険さえもある。

本発明の目的は、耐火物ライニングの適用を簡単にし且
つ冷却要素の使用寿命を延長させる特色をもつ、耐火物
ライニングを備えた冷却要素を特定することにある。

本発明に係る冷却要素は、鋳鉄本体内に一体に鋳ぐるま
れ且つ冷却媒体を通す鋼管と、耐火物ライニングと、を
有する冶金炉用冷却要素であって、平行に冷却要素の広
い側面に伸びる四部が鋳鉄本体の正面に形成されており
、耐火物ライニングが前記凹部に堅くつなぎとめられて
おり、且つ前記正面が炉側になっている冷却要素におい
て、鋳鉄本体の前記正面から冷却要素の内側に向かって
凹部の断面が広がっており、耐火物ライニングはその断
面が凹所の断面に対応しておりかつその寸法は凹所の断
面寸法より小さく、そしてモルタルが凹所の内面とこの
凹所に挿入された耐火物ライニングの外面と間に生じる
ギャップ空間を満たしていることを特徴とする。

断面の幅拡大は段階的に達成することができ、最も簡単
なのは広い横断片が冷却要素の内側に位置するＴ ５１
形状である。

連続的拡大が好ましいので断面でテーパ形状を挙げる。

この断面でテーパ形状の詳細については後述する。

鋳鉄本体と内張りの組立においては１個又は数個の煉瓦
からなる用意された耐火ライニングを側方から凹部に挿
入する。

なおこの凹部は冷却要素の炉側の正面に平行なものであ
る。

冷却要素の広い側面に対して平行に伸び又は広い側面に
向かって相互に平行に伸びる複数の凹部のそれぞれに、
数個の煉瓦を次次に一個の後に挿入して、個々の煉瓦が
全体としてそれぞれの耐火物ライニング列を形成するの
が便利である。

１個の煉瓦の長さは当業者の決定に委ねるが標準長さ、
例えは２５０ｍ、で作業しても全ての可能性を包含でき
るこさが分かった。

煉瓦は凹部に挿入できるように規定寸法に若干不足する
寸法を有しており、この結果滑り込ませるようにして凹
部に挿入されるものである。

この不足寸法を断面の拡大と整合させることによって、
炉の内側方向に個別の挿入煉瓦が外れることがないよう
にすべきである。

凹部が鳩尾型（ｄｏｖｅ−ｔａｉ−Ｉｅｄ ｍａｎｎｅ
ｒ、）に広がる鳩尾型実施態様では、テーパは２％を越
え１０％未満、特に４％を越え７％未満であると便利で
あると分かった。

ここでテーパとは四部の前面の幅と四部の低面との幅の
差の半分を指すものとする。

このテーパ形から出発すると鋳造本体と個々の煉瓦との
間の不足寸法が選定されたテーパ形の７０％未満特に５
０％未満であることを推奨する。

このように８ｍｍ未満のテーパで１ないし３．５朋の不
足寸法（ギャップ幅）が好適であると分かった。

好ましい一実施態様によると耐火物ライニングの表面は
鋳鉄本体の正面と同一平面にある。

炉側の正面の３０ないし７０％が耐火物ライニングであ
りそして残りが鋳鉄本体よりなると有利である。

等しい幅の複数本のストＩＪツブが正面に位置し、上部
にあるストリップの最初は鋳鉄本体であり、次は内張り
のストリップであり、次は鋳鉄本体であり、以下同様に
下向きにストＩＪツブが続いており、最下端は鋳鉄本体
のストＩＪツブであるようにして耐火物ライニングの割
合が約５０％であると特に有利である。

鋳鉄本体の凹部の深さが冷却要素さして作用するのに本
質的に重要である。

炉の内側に面する鋳鉄本体の正面のうちで最近接面すな
わち鋼管からの距離が最大の面と管の表面との距離に前
記深さが整合していなければならない。

凹部の深さは前記距離の１／３と２／３との間に達して
いることもあるが、４５ないし５５％の寸法が特に好ま
しい。

典型的実施態様では管の表面と炉に最も近い正面との距
離が１１０ｍｍと１４０ｍｍの間に達する。

１４０龍の距離に対しては四部の深さは６５ないし７８
ｍｍであることが推奨される。

鋳鉄本体の凹部と耐火ライニングの間の寸法不足部（ギ
ャップ幅）にモルタル充填することが好適であると分か
った。

輸送に十分な固さをもつモルタルを選択すべきである。

このようなモルタルは鳩業界で入手可能である。

公知の一群のモルタルの中で化学結合モルタルが好まし
い。

化学結合モルタルは後からの使用において、すなわち高
温でその有効性を失わないさいう長所をもつ。

化学結合モルタル４００ないし７００℃で結合されるモ
ルタルである。

このような化学結合モルタルは周知であり容易に入手で
きる。

なお水結合モルタルは室温で結合され、セラミック結合
モルタルは８００ないし９００℃の温度の焼結によって
結合される。

別の好ましい解決法によると鋳鉄本体が球状化黒鉛低合
金鋳鉄よりなる。

この鋳鉄のケイ素含有量は重量で少なくとも１．８％が
よく特に２．１ないし５．３％がよい。

２．２ないし３．５％のケイ素含有量は特に好ましい。

合金の炭素含有量は２．５％と４．０％の間のこともあ
るが２゜フないし３．８％が好ましい。

層状黒鉛の常用鋳鉄本体と比較して球状黒鉛の鋳鉄本体
がもつ利点は体積の安定性が高いことにある。

この事は耐火物内張りと鋳鉄本体の間の結合にとって重
要である。

というのは、温度が大きく変化しても冷却要素の形状安
定性が好ましいから、冷却作用が良好になるからである
。

本発明に係る冷却要素の利点は次のとうりであ今・ 事前製作の個別煉瓦を、好ましくはモルタルを施こして
、凹所の中に挿入するだけで冷却要素を簡単に組立てら
れる。

煉瓦は完成した鋳鉄本体に挿入されるから温度ショック
の危険がない。

従来技術では、温度降下に伴ない鋳鉄本体が体積減少す
るために煉瓦に応力がかかる危険があったが、この危険
もない。

鋳鉄本体に対して個々の煉瓦の寸法を不足させであるた
めに、鋳鉄とは甚々しく熱膨張率が異なる耐火物材料も
間隔に因って挿入できるようになり、煉瓦等級表（ｓｔ
ｅｉｎｑｕａｌｉ−ｔａｔｅｎ ｐａｌｅｔｔｅ）をよ
り広範に使用する可能性が開かれる。

冷却要素が操業中の熱応力に起因して炉の内側に向かっ
て曲げられた時でさえも、特許請求されている構造にお
いて挿入された耐火煉瓦は鋳鉄本体外に落下することが
ない、と強調して置きたい。

凹みが内側に向かって広がっているため及び相応して耐
火物の断面が広がっているためにその後も煉瓦は所定位
置に保持されている。

この事と関連して、ケイ素含有量が高い球状黒鉛鋳鉄で
鋳鉄本体を構成したために、曲がりが制約されるという
利点も生じる。

曲がりが制約される理由は球状黒鉛鋳鉄は耐成長安定性
が高いからである。

しかしこのような球状黒鉛鋳鉄は熱伝導度が顕著に劣る
ためにこのような合金は一見して冷却要素に適している
とは考えられない。

しかし実際には救状黒鉛合金鋳鉄の冷却作用が十分であ
ると分かった。

冷却媒体を貫流させる鋼管と球状黒鉛鋳鉄からなる鋳鉄
本体との間での伝熱を好ましいものさする附加対策をと
ると冷却作用が改良されることが分かった。

薄い多層中間層を鋼管と鋳鉄本体の間に配設すると好ま
しい伝熱が保証される。

多層中間層は金属層（Ｎｉ、Ｃｏ、Ａｇの１種又は合金
として数種組合わせたもの）であって厚さが４０ないし
１００ミクロンのものを鋼管上に直接形成した層をもつ
のがよい。

次に、この金属層上にセラミック層、特に安定性が高い
金属酸化物（例えばＡＡ２０３．ＴｉＯ２，Ｚｒ０２）
の層、を厚さ３０ないし１００ミクロンとして適用する
。

これらの段階は本出願人の同日付出願（優先権、ドイツ
国、１９７７年４月２１日、Ｐ２７ １７６４１．６．
１９７７年４月２９日 Ｐ２７ １９１６６．８）に詳
述されている。

冷却要素上に高密度の熱流束が流れるときにはすべての
組み合わせを実施するのが適切である。

挿入された煉瓦がより長時間機能を果すために、煉瓦の
間に位置し且つ炉に向かって突出する鋳鉄本体の各部が
より長時間冷却作用を果すようになリ、結局冷却要素の
使用寿命が延長される。

以下、本発明の主題を図面に示された実施態様に関して
詳述する。

全体として１と示されている冷却要素は鋳鉄本体２、冷
却媒体を通す鋼管５及び耐火ライニング６から構成され
る。

炉の内側に面する鋳鉄本体２の正面３は冷却要素の広い
側に平行に伸びる四部４によって分割されている。

凹部４の断面は冷却要素１の内側；こ向かってテーパ伏
に広がっており、また図示の例では鳩尾型になっている
。

耐火ライニング６は凹部４に挿入されている。

第２図に示したように、個別の煉瓦７を複数個、四部４
のそれぞれに挿入してあり、これらの個別煉瓦７は全体
として耐火ライニング６を形成している。

第２図では僅か４列の個別煉瓦が示されているが、耐火
ライニング６及び正面３が上部から下向きに冷却要素１
の全体で交互に入れかわっていてもよいことは明白であ
る。

第１図に示す個別煉瓦１は四部４の断面に対して寸法が
不足しており、個別煉瓦７と凹部４の間に化学結合モル
タル８で配設されている。

冷却要素の炉側の正面３と鋼管５の間にある間隙は参照
数字９で示されている。

四部４の深さは間隙９の半分に達している。

第２図の正面図は、冷却要素１の炉側の前面に約５０％
の耐火物ライニング６が設けられていることを示してい
る。

残りの５０％には鋳鉄本体２が設けられている。

第１図は耐火物ライニング表面が前面３と同一平面にあ
ることを示している。

この同一平面によるライニング表面の画定は外板に連結
された冷却要素１が、これに面し且つ炉の内側に向かっ
て配設されている煉瓦積に対して熱膨張が異なった挙動
することを考慮している。

第３図の拡大図は鋼管５と鋳鉄本体２の間な２層の中間
層１０がある構造を示している。

中間層１０は、鋼管５に厚さ７０ミクロンに直接適用さ
れたニッケルの第１層、及びこの上に位置し、厚さが約
５０ミクロンのＡｌ２Ｏ３の第２層１２より成る。

二層構造は中間層１０を非常に薄くせしめるものであり
、熱伝導度を低下させる原因となる層１２の実際の厚さ
はわずか５０ミクロンのギャップ幅に限定されている。

このために特に良好な冷却作用が作り出されるので、鋳
鉄本体に球状黒鉛鋳鉄を使用できるようになり、そして
このことが四部４にある耐火物ライニングの形状安定性
及び位置に有利になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却要素の断面図、第２図は炉の内側から見た
冷却要素正面の平面図、第３図は第１図の細部の拡大図
である。 ２・・・・・・鋳鉄本体、５・・・・・・鋼管、６・・
・・・・耐火ライニング、７・・・・・・煉瓦。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳鉄本体内に一体に鋳ぐるまれ且つ冷却媒体を通す
   鋼管と、耐火物ライニングと、を有する冶金炉用冷却要
   素であって、冷却要素の広い側面に平行に伸びる凹所が
   前記鋳鉄本体の正面に形成されており、前記耐火物ライ
   ニングが前記凹部に堅くつなぎとめられており、且つ前
   記正面が炉の内部を向いている冷却要素において、 前記四部はその断面が前記鋳鉄本８本の正面から背面に
   向かって広がっており、前記耐火物ライニングはその断
   面が前記凹所の断面に対応しておりかつその寸法は前記
   凹所の断面寸法より小さく、そしてモルタルが前記凹所
   の内面とこの凹所に挿入された前記１耐火物ライニング
   の外面と間に生じるギャップ空間を満たしていることを
   特徴さする冶金炉用冷却要素。 ２ 前記凹部４の断面に断面が相当する個別の煉瓦を複
   数個組み合わせて前記耐火物ライニング６が構成されて
   いるこ吉を特徴とする特許請求の範囲第１項記載の冷却
   要素。 ３ 前記耐火物ライニングの表面が前記鋳鉄本体２の正
   面３と実質的に同一平面に位置しており、また炉側の正
   面において前記耐火物ライニングが３０％ないし７０％
   であり且つ前記鋳鉄本体が７０ないし３０％であること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載の冷却要素。 ４ 前記凹部４が鳩尾型に広がっていることを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項ないし３項の１項に記載の冷却
   要素。 ５ 冷却媒体を通す前記鋼管５と、前記鋳鉄本体２の炉
   側の正面５との間の距離に対して、前記凹部４の深さが
   １／３ないし２／３に達するこ吉を特徴とする特許請求
   の範囲第１項ないし４項の１項に記載の冷却要素。 ６ 前記鋳鉄本体２が球状黒鉛鋳鉄からなることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項ないし５項の１項に記載の
   冷却要素。 ７ 前記球状黒鉛鋳鉄が重量で２１ないし５．３％のケ
   イ素及び重量で２．５すいし４．０％の炭素を含有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第６項記載の冷却要素
   。