JPS6152393B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 低熱伝導性層と高熱伝導性層とから構成され
た２層の板および該板中に互いに関して間隔を置
いた関係で組み込まれた少なくとも２本の冷却金
属管からなり、前記板の２層の界面が長手方向に
かつ前記板の平面に対して実質的に平行に前記冷
却管の内部空間を横切る位置にある冶金炉壁の冷
却装置において、前記板１の外側のジヤケツト側
の前記低熱伝導性層２および炉内側の前記高熱伝
導性層３の前記界面５は前記冷却管４の長手方向
の中心線の平面に関して前記低熱伝導性層２の方
向に変位しており前記低熱伝導性層２は複数の補
強インサートによつて前記高熱伝導性層３と接合
され、前記補強インサートは前記高熱伝導性層３
の上の円錐台形突起７の形で作られかつ前記低熱
伝導性層２中に設けられた円錐形透孔中にそう入
されており、これら円錐台形突起７の小さい直径
の端は前記高熱伝導性層３に向いていることを特
徴とする冶金炉壁の装置。

２ 前記高熱伝導性層３の各円錐形突起７の大き
い直径は前記低熱伝導性層２の厚さの0.5〜3.0は
倍であり、そして前記突起７のテーパーは１：３
〜１：10の範囲であることを特徴とする請求の範
囲１に記載の装置。

３ 前記円錐形突起７は、前記冷却管４の間の間
隔内にチエス模様でかつ隣接する前記冷却管４の
軸線から等距離で配置されていることを特徴とす
る請求の範囲１に記載の装置。

４ 前記冷却管４を組み込んだ前記２層板１は金
属の囲い８の内側に配置されており、前記金属の
囲いは前記板１の前記低熱伝導性層２の側で閉じ
ておりかつその高熱伝導性層３の側で開いている
ことを特徴とする請求の範囲１〜３のいずれかに
記載の装置。

５ 前記金属の囲い８の深さは前記冷却管４の外
径に少なくとも等しいことを特徴とする請求の範
囲４に記載の装置。

６ 前記板１の低熱伝導性層２および高熱伝導性
層３の間の前記界面は前記冷却管４の外径の
0.180〜0.318倍の変位置ａだけ変位していること
を特徴とする請求の範囲１に記載の装置。

７ 前記低熱伝導性層２は耐熱性コンクリートか
ら作られており、そして前記高熱伝導性層３は、
鋼、アルミニウム含有鋳鉄、およびノジユラー鋳
鉄を含む群から選ばれた金属材料から作られてい
ることを特徴とする請求の範囲１に記載の装置。

技術分野 本発明は、冶金に関し、さらに詳しくは、冶金
炉壁を冷却する装置に関する。

背景の技術 冶金炉壁を冷却する装置は長い間使用されてこ
ているが、製作が簡単でありかつ操業において信
頼性がありかつ耐久性がある冶金炉壁冷却装置は
これまで開発されてきていない。

鋳鉄板とそれに取付けられた冷却鋼管とからな
る、冶金炉壁を冷却する既知の装置が存在する
（ソビエト社会主義共和国連邦の発明者証第
506466号、1976年３月15日発行および同第54676
号、1977年２月５日発行；Andoniev S.M.
lspartelnoe ohlazdenie metallurgicheskih
pechey，Ｍ，Mashinostroenie，1970，pp.132―
140参照）。「冷却管」という語は、ここはでは、
冷媒を循環させかつ熱を冶金炉壁から除去するの
に適した管を意味する。

冷却管を有する板は、炉殻（shell）へ固定さ
れるように炉壁の周辺のまわりに配置されてい
る。前記装置は、炉の操業中に発生する急激に変
化する熱応力のもとで作動する。そのために、鋳
鉄板は熱疲労し、その結果、グラフアイトの集ま
つたところにクラツクが形成され、鋳鉄を損傷す
る傾向がある。さらに、鋳鉄板は厚さが比較的大
きいので、冶金炉の操業中、鋳鉄板の暴露表面の
温度は400℃〜900℃の範囲内で変化する。これに
より鋳鉄板の不可逆的膨張が生じ、鋳鉄の機械的
性質は悪影響を受け、その結果、装入物および固
体粒子含有ガス流による鋳鉄の摩耗速度が増加す
る。

前記冷却装置の構造は、製造がかなり複雑であ
るという欠点を有する。それは鋳型を必要とし、
鋼管の表面を完全に処理（清浄、アルミニウム塗
料および石英粉末の適用および乾燥）した後、鋳
型に鋼管を取り付け、溶融金属を鋳造することな
どを必要とする。さらに、鋼管を有する鋳型に溶
融鉄を注入した後、鋼管の鋼基材の部分的炭化お
よび鋼基材中の粒子の成長が起こる。これは冷却
管の強度および塑性を大きく損う。

前述の冷却装置の欠点をある程度解消する、冶
金炉壁を冷却する装置がまた知られている（米国
特許第4154175号、1679年５月15発行、参照）。こ
の装置は、低熱伝導性層と高熱伝導性層とから構
成された２層板からなる。この板の中に少なくと
も２本の冷却金属管が組み込まれており、金属管
の間にギヤツプが形成されている。板の層の界面
は、前記管の内部空間と前記管の中心線の平面に
沿つて板表面に対して実質的に平行に交差する。

冷却管を有する板は、冷却管が炉殻に密接しか
つ縦方向の母線に対して実質的に平行に位置する
ように、炉殻へ固定されている。低熱伝導性層は
炉室の外部に位置し、そして高熱伝導性層は炉室
の内部に位置する。前記冷却装置を製作するため
には、板の層を別々に鋳造すること、すなわち、
高熱伝導性層を鉄から鋳造し、そして低熱伝導性
層を冷却管のためのみぞをもたせて耐熱性コンク
リートから鋳造することが必要である。冷却管を
みぞの中に配置した後、板の層および管を継手ボ
ルトで結合する。

このような構造の冷却装置では、管の鋼基材の
炭化またはその中の粒子成長が冷却装置の製造過
程において起こらないので、冷却管の強度および
塑性は影響を受けない。さらに、製作法もある程
度簡素化された。

しかしながら、この装置を組み立てるとき、板
の層および冷却管のそれらの接触平面において密
に接合することが困難であり、その結果、炉壁の
冷却効率は低くなる。

さらに、高熱伝導性層（鋳鉄の）は、厚さが比
較的大きいので、急激に変化する温度の条件のも
とで、前記層のクラツチおよび破壊を生じうる。
板の層の界面は冷却管の長手方向の中心線の平面
と一致するので、板は端においてタイボルトの存
在に無関係につぶれる。高熱伝導性層の割れおよ
び破壊後、高圧下の高炉ガスは低熱伝導性層中の
クラツクを通して逃げ始め、炉のジヤケツトと接
触するようになり、ジヤケツトを加熱し、これに
よりジヤケツトの変形を起こす。

こうして、前記冶金炉壁の冷却装置は使用寿命
が比較的短かく、気密性が低く、そして炉壁の高
い冷却効率を提供しない。

発明の開示 本発明は、板の層の構造および配置が装置の使
用寿命をかなり増大させ、同時に炉壁の冷却効率
を増大させることを可能とする、冶金炉壁の冷却
装置を提供することを目的とする。

本発明は、低熱伝導性層と高熱伝導性層から構
成された２層の板および該板中に互いに関して間
隙を置いた関係で組み込まれた少なくとも２本の
冷却金属管からなり、該板の２層の界面が長手方
向にかつ板の平面に対して実質的に平行に冷却管
の内部空間を横切る位置にある冶金炉の冷却装置
において、本発明に従い、板の外側ジヤケツト側
の低熱伝導性層および炉内側の高熱伝導性層の界
面が縦方向の中心線の平面に関して低熱伝導性層
に向かつて変位されている、冶金炉壁の冷却装置
を提供する。

板の層のこのような構造的配置のために、高熱
伝導性層は冷却管の表面へ信頼性をもつて固定さ
れ、かつ板の層と冷却管の表面との間に空気空間
に存在は排除され、これにより炉壁の冷却効率は
かなり改良される。これらすべてにより、冷却装
置の使用寿命が長くなる。さらに、高熱伝導層は
冷却管の母線を越えて延びないので、このような
装置の製作に要する金属の量は少ない。こうし
て、高熱伝導性層の厚さはかなり減少し、そして
急激に変化する温度の条件下の前記層の温度は低
下し（350℃に）そしてクラツクは形成されな
い。これは冷却装置の気密性を大きく改良し、そ
してまたその寸法および重さを減少させ、これに
より冷却効率が改良される。

板の層の界面は冷却管の外径の0.180〜0.318倍
だけ変位されることが好ましい。前記層の界面が
外径の0.180倍より少なく変位されると、板の高
熱伝導性層ははげる傾向があり、これにより冷却
装置の信頼性および耐久性が損われる。界面が冷
却管の外径の0.318倍より大きく変位すると、低
熱伝導性層の厚さは減少し、これは究極的に炉殻
の過熱に導びき、これにより炉殻は変形しかかつ
破壊するであろう。

したがつて、板の低熱伝導性層が耐熱性コンク
リートから作られ、そして高熱伝導性層が鋼、ア
ルミニウム含有鋳鉄、またはジユラー鋳鉄から選
ばれた金属材料から作られた、開示された冷却装
置の変更態様例は操業に最も信頼性があり、かつ
最長の使用寿命を示す。板の低熱伝導性層に耐熱
性コンクリートを用いると、高熱伝導性層がが破
壊された場合でさえ、炉殻の過熱は回避されるで
あろう。同時に、高熱伝導性層に鋼、アルミニウ
ム含有鋳鉄、およびジユラー鋳鉄を使用すると、
本発明による冷却装置の製作中に冷却管が炭化す
ることが防止される。

板の層を互いに信頼性をもつて結合するため
に、板の低熱伝導性層は高熱伝導性層と補強イン
サートにより接合される。

補強インサートは、高熱伝導性層上で円錐台形
突起の形に作られ、低熱伝導性層中に形成された
円錐形の孔にそう入され、前記円錐台形突起の最
小の直径の端は高熱伝導性層へ向けられている。
板の層のこのような結合により、高熱伝導性層の
はがれおよび破壊は実際的に排除され、このため
冷却管の炉の溶融室において発生する高温の直接
の作用から保護される。これによつて、開示され
た冷却配置の高い操作の信頼性および長い使用寿
命が保証される。

高熱伝導性層の各円錐台形突起の大きい直径は
低熱伝導性層の厚さの0.5〜3.0倍の範囲であり、
そして前記突起のテーパーは１：３〜１：10の範
囲であることが好ましい。円錐形突起の大きい直
径が低熱伝導性層の厚さの0.5倍より小さいと、
円錐形突起の断面大きさは板の層を互いに信頼性
をもつて結合させるためには不十分である。円錐
形突起の大きい直径が低熱伝導性層に厚さの3.0
倍より大きいと、低熱伝導層の強さは影響を受
け、これは究極的に前記層の早期の破壊を起しう
る。

冶金炉の操業の過程において、高熱伝導性層は
装入物の作用に絶えず暴露され、板の層の界面に
沿つた円錐形突起の金属中に応力を生ずる。この
場合において、高熱伝導性層の円錐形突起の表面
と低熱伝導性層中の孔を通る円錐の表面との間に
形成され、そして突起の円錐が十分でない（１：
10より大きい）場合、板ろ２層の間の結合を低下
し、これにより板を不適当にする。突起の円錐が
大き過ぎる（１：３より小さい）場合、直径の間
の大きい差（小さいおよび大きい）は板の層の界
面に沿つた高熱伝導性層の金属中に生ずる応力を
鋭く増加させ、これは円錐形突起中に割れおよび
破壊を生じさせ、これにより板の層間の結合を悪
化させることがある。

最小数の円錐突起を用いて板の層を互いに均一
に接合させるため、前記円錐形突起を冷却管の間
にチエス模様の配列にかつ隣接冷却管の軸から等
距離で配置することが好ましい。

開示された装置の変更が可能であり、この場合
で、冷却管を組み込んだ２層板は、低熱伝導層側
で閉じかつ高熱伝導層側で開いた金属の囲いの中
に配置される。前記金属の囲いは、提案された装
置が内部で組み立てられる鋳型の役目を同時にす
る。この金属の囲いは、炉のジヤケツト上の装置
の移送および取付けの間における低熱伝導性層の
破壊を防止し、そして下降する装入物により生ず
る摩耗作用から板を保護する。

最もコンパクトでありかつ取付けが便利である
ものは、前記金属の囲いの深さが冷却管の外径に
少なくとも等しい、提案された装置の変更態様例
である。

【図面の簡単な説明】

本発明を、添付図面中に表わされているその実
施態様を参照しながら説明する。第１図は、本発
明による冶金炉壁（ジヤケツトは示されていな
い）を冷却する装置の概略全体図であり、第２図
は、炉壁のジヤケツトを含む、第１図に示された
冷却装置の線―に沿つた断面図であり、第３
図は、板の層が補強インサートの助けにより相互
に結合されている本発明の変更態様例（炉殻は示
されていない）の概略図である。第４図は、炉ジ
ヤケツトをも含めた、第３図の線―に沿つ
た、本発明の変更態様例を示す。第５図は、第４
図に示す本発明の変更態様例の部分図である。第
６図は、金属の囲いを有する本発明の変更態様例
（炉ジヤケツトは図示されていない）の概略図で
ある。第７図は、炉殻を含む、第６図に示す冷却
装置の線―に沿つた断面図である。

発明を実施するための最良の形態 添付図面の第１図および第２図を参照すると、
冶金炉壁は低熱伝導性層２と高熱伝導性層３とか
ら構成された２層板１からなる。板１中には少く
とも２本の冷却金属管４が組み込まれている。管
４はそれらの間に間隙が設けられるように板１中
に組み込まれている。線５で表示される（第２図
参照）板１の層２および３の界面は、冷却管４の
内部空間を板の平面に対して実質的に平行にかつ
長手方向に横切る位置にあり、そして冷却管の長
手方向の中心線の平面に関して低熱伝導性層に向
かつて量“ａ”だけ変位している。

板１の層２および３の界面５は、冷却管４の外
径“Ｄ”の0.180〜0.318倍の量“ａ”だけ変位し
ていることが好ましい。これにより、提案した装
置のより信頼性ある操業が保証される。

板１の低熱伝導性層２が耐熱性コンクリートか
ら作られ、そして高熱伝導性層３が鋼、アルミニ
ウム含有鋳鉄およびノジユラー鋳鉄から選ばれた
金属材料から作られている本発明の変更態様例
は、最長の使用寿命を有する。

本発明の冷却装置は、底部に冷却管４が間隔を
置いた関係で配置されている、予備的に設けられ
た骨組を用いて製作される。次いで骨組に耐熱性
コンクリートを充填して、前もつて決定した厚さ
の低熱伝導性層２を形成した。コンクリートが前
もつて決定した強さになつた後、金属材料を層２
の上に注いで高熱伝導性層３を形成し、その表面
は冷却管４の母線を少なくとも越えなかつた。

金属層３が凝固化した後、冷却管４が内部に組
み込まれている２層板１を骨組から取り出し、そ
の後冶金炉壁冷却装置は取付けおよび使用される
状態となつた。

冷却管４を組み込んだ板１は、普通の方法で冶
金炉のジヤケツト６（第２図参照）へ、冷却管４
がジヤケツト６の縦方向母線に対して実質的に平
行にジヤケツト６へ近接して位置するように、固
定された。この場合において、低熱伝導性層はジ
ヤケツト６の側に位置し、そして高熱伝導性層は
炉の溶融室の側に位置する。

第３〜５図には冷却装置の変更態様例が示され
ており、ここで板１の層２および３は最も信頼性
ある固定を提供する補強インサートの助けにより
互いへ固定されている。補強インサートは板１の
高熱伝導性層３上の円錐台形突起７の形に作ら
れ、低熱伝導性層２中に形成された円錐形透孔中
にそう入されている。円錐台形突起７の小さい直
径の端は、板１の高熱伝導性層３へ向いている。

便宜上、第３図における冷却管は実線で輪郭を
描かれていることに注意すべきである。

板１の高熱伝導性層３の各円錐台形突起７の大
きい直径“ｄ”が低熱伝導性層２の厚さ“ｂ”の
0.5〜3.0倍であり、かつ突起７のテーパーが１：
３〜１：10の範囲である、冷却装置の変更態様例
は、操業においてより信頼性がある。

最小の数の円錐形突起でもつて層２および３の
間に緊密な接触を得るためには、円錐形突起７
は、添付図面の第３図に見ることができるよう
に、チエス模様の配列で冷却管４の間に間隔を設
けかつ隣接管４の軸から等距離で配置することが
好ましい。

前記冷却装置の変更態様例を製作するとき、耐
熱性コンクリートを骨組中に入れて前記低熱伝導
性層２を形成した後、貫通円錐形孔を前記層２中
に開け、次いで金属を注いで高熱伝導性層３を形
成した。この場合、前記金属は層２中の孔を充填
して円錐形突起７を形成した。

第６図および第７図には、製作が複雑ではなく
かつ操作、取付けおよび運搬において最も信頼性
がある、冷却装置の変更態様例が示されている。
この変更態様例において、板１は冷却管４と一緒
に金属の囲い８の中へ入れられる。前記金属の囲
いは、低熱伝導性層２の側および板１の端面にお
いて閉じており、そして高熱伝導性層３の側で開
いている。

最もコンパクトでありかつ取付けが最も便利で
あるものは、金属の囲い８の深さが冷却管４の外
径“Ｄ”に少なくとも等しい変更態様例である。

本発明のこの変更態様を製作するとき、金属の
囲い８を骨組として使用し、そして冷却管４を前
記囲い８の底へ溶接する。

本発明の上記変更態様例の各々において、冷却
管４はそれぞれ入口接続管９および出口接続管１
０を有することに注意すべきである（添付図面の
第１，３および６図参照）。入口接続管９は冷却
管の下部に位置し、そして出口接続管１０はその
上部に位置する。

本発明の冷却装置は、次のように作動する。

入口接続管９（第１，３および６図参照）を通
して冷媒を加圧下で冷却管４中に送入し、次いで
出口接続管から炉外へ排出する。冷媒は冷却管４
を通過する間、装入物およびガス流から板１の高
熱伝導性層３および管４の壁を通して受け取られ
る熱束により加熱される。この場合において、冷
媒は板１の層２および３を冷却し、そして低熱伝
導性層２は炉壁のジヤケツト（第２，４および７
図参照）を過熱から保護する。

添付図面の第３〜５図に示されている本発明の
変更態様例を参照すると、冷却管４と層２および
３はそれらの熱膨張に従い加熱される。この熱膨
張は層２および３の相互のかつ冷却管４へのすき
間のない接合に好適であり、この接合は熱移動、
すなわち、冷媒による熱束の受容、を改良し、こ
れにより冷却効率を改善する。

添付図面の第６図および第７図を参照すると、
金属の囲い８は装置全体の高い剛性を提供し、こ
れにより装入物およびガス流により生ずる層３の
摩耗速度を低下させる。層２および３中にクラツ
クが形成される場合に、前記金属の囲い８はそれ
らの破壊を防ぐ。

産業上の利用可能性 本発明を特定の実施態様により説明したこと、
および以下の請求の範囲の精神から逸脱しないで
本発明において種々の変更を行うことができるこ
と、を理解すべきである。