KR20180114055A - 내마모성 복합 재료, 야금로를 위한 냉각 요소의 응용 및 그 제조 방법 - Google Patents

내마모성 복합 재료, 야금로를 위한 냉각 요소의 응용 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20180114055A
KR20180114055A KR1020187023786A KR20187023786A KR20180114055A KR 20180114055 A KR20180114055 A KR 20180114055A KR 1020187023786 A KR1020187023786 A KR 1020187023786A KR 20187023786 A KR20187023786 A KR 20187023786A KR 20180114055 A KR20180114055 A KR 20180114055A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
metal
abrasion
resistant particles
composite material
macro
Prior art date
Application number
KR1020187023786A
Other languages
English (en)
Inventor
마치에이 우르반 야스트르젭스키
존 앤드류 퍼거슨 쇼
이안 아치발드 카메론
데이비드 헨리 러지
안드리 포노마
볼로디미르 포노마
더스틴 알렉산더 빅크리스
Original Assignee
해치 리미티드
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 해치 리미티드 filed Critical 해치 리미티드
Publication of KR20180114055A publication Critical patent/KR20180114055A/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/0003—Linings or walls
    • F27D1/0006—Linings or walls formed from bricks or layers with a particular composition or specific characteristics
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/08—Casting in, on, or around objects which form part of the product for building-up linings or coverings, e.g. of anti-frictional metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D19/00—Casting in, on, or around objects which form part of the product
    • B22D19/14—Casting in, on, or around objects which form part of the product the objects being filamentary or particulate in form
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/02—Internal forms
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/04—Blast furnaces with special refractories
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/04—Blast furnaces with special refractories
    • C21B7/06—Linings for furnaces
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
    • C21B7/00—Blast furnaces
    • C21B7/10—Cooling; Devices therefor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/12—Shells or casings; Supports therefor
    • F27B1/14—Arrangements of linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/16—Arrangements of tuyeres
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/22—Arrangements of heat-exchange apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B1/00—Shaft or like vertical or substantially vertical furnaces
    • F27B1/10—Details, accessories, or equipment peculiar to furnaces of these types
    • F27B1/24—Cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/04—Casings; Linings; Walls; Roofs characterised by the form, e.g. shape of the bricks or blocks used
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/04—Casings; Linings; Walls; Roofs characterised by the form, e.g. shape of the bricks or blocks used
    • F27D1/06—Composite bricks or blocks, e.g. panels, modules
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/04—Casings; Linings; Walls; Roofs characterised by the form, e.g. shape of the bricks or blocks used
    • F27D1/06—Composite bricks or blocks, e.g. panels, modules
    • F27D1/08—Bricks or blocks with internal reinforcement or metal backing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/12—Casings; Linings; Walls; Roofs incorporating cooling arrangements
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00—Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/16—Making or repairing linings increasing the durability of linings or breaking away linings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/001—Cooling of furnaces the cooling medium being a fluid other than a gas
    • F27D2009/0013—Cooling of furnaces the cooling medium being a fluid other than a gas the fluid being water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00—Cooling of furnaces or of charges therein
    • F27D2009/0002—Cooling of furnaces
    • F27D2009/0018—Cooling of furnaces the cooling medium passing through a pattern of tubes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Furnace Housings, Linings, Walls, And Ceilings (AREA)
  • Blast Furnaces (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

제 1 금속으로 이루어진 본체를 갖는 스타브 냉각기 또는 송풍 냉각기와 같은 야금로 냉각 요소의 작용면에 대한 내마모성 재료. 상기 내마모성 재료는 제 2 금속의 매트릭스보다 더 큰 경도를 갖는 제 2 금속의 매트릭스로 침투된 실질적으로 반복적이고 엔지니어링된 형상으로 배열된 내마모성 입자를 포함하는 매크로-복합 재료를 포함한다. 야금용 냉각 요소는 제 1 금속으로 구성된 본체를 가지며, 본체는 내마모성 재료를 포함하는 대면층을 갖는다. 방법은 대면층을 형성하도록 주형 캐비티의 영역 내에 배치된 엔지니어링된 형상의 주형 캐비티 내의 내마모성 입자의 엔지니어링된 구조를 위치시키는 단계; 상기 냉각 요소 본체의 제 1 금속을 포함하는 용융된 금속을 캐비티 내부로 도입하는 단계를 포함한다.

Description

내마모성 복합 재료, 야금로를 위한 냉각 요소의 응용 및 그 제조 방법
본 출원은 2016 년 2 월 18 일자로 출원된 미국 가출원 제 62 / 296,944 호에 대하여 우선권을 주장하며, 그 내용은 본원에 참고로 편입된다.
본 발명은 일반적으로 용광로용 스타브 냉각기(stave cooler) 및 송풍 냉각기(tuyere cooler)와 같은 야금로 냉각 요소 및 특히 열전 도성 금속의 매트릭스 내에 배열된 내마모성 입자를 포함하는 복합 재료의 층이 제공된 작용면을 갖는 냉각 요소에 관한 것이다.
금속을 제조하기 위해 다양한 유형의 야금로가 사용된다. 이 공정은 일반적으로 제품이 용융 금속 및 공정 부산물, 일반적으로 슬래그 및 가스 인 고온을 포함한다. 노 벽에는 일반적으로 구리 또는 주철을 포함하는 냉각 요소로 라이닝될 수 있으며, 일반적으로 물인 냉각수의 순환을 위한 내부 유동 통로가 포함될 수 있다. 예를 들어, 용광로의 벽에는 전형적으로 스타브 냉각기 및 / 또는 송풍 냉각기와 같은 수냉식 냉각 요소가 라이닝되어 있다.
스타브 냉각기는 노 내부에 있는 고온의 연마제와의 접촉에 의해 마모 될 수 있다. 예를 들어, 용광로에서, 스타브 냉각기는 코크스, 석회석 플럭스 및 철광석을 포함하는 하강하는 공급 부하(feed burden)와 접촉한다. 하강 부하는 뜨겁고 다양한 크기, 무게 및 모양의 입자를 포함하며 경도는 스타브를 제조하는 데 일반적으로 사용되는 재료의 경도보다 높다. 결과적으로, 스타브 냉각기는 마모되는 경향이 있으며, 마모된 스타브 냉각기는 일반적으로 셧다운되므로, 냉각이 일어나지 않으며 궤도가 완전히 열화된다. 이로 인해 노의 셸(furnace shell)이 과열되어 쉘이 파열될 수 있다.
송풍 냉각기는 가스가 혼입된 탄소계 고체로 인해 내벽이 침식될 수 있으며, 미-연소 탄소계 고체 및 용융 금속 물방울과의 접촉으로 인한 외벽의 마모 및 부식을 겪을 수 있다. 결과적으로 송풍 냉각기는 마모가 심해 누수가 발생한다. 마모된 송풍 냉각기는 작동을 멈추고 파손된 송풍구는 노의 생산성을 떨어뜨리고 뜨거운 공기 분사의 원주 대칭을 왜곡하므로 교체해야 한다. 이로 인해 생산 손실이 발생하고 다른 송풍구를 통해 생산량이 증가하게 되어 고장의 가능성을 높이고, 생산 손실로 인한 재정적 손실을 초래할 수 있다.
스타브 냉각기의 마모 특성을 개선하려는 시도가 있어왔다. 예를 들어, 회전 마찰 용접에 의해 구리 스타브의 작용면에 내마모성 요소를 부착하거나 작용면에 내마모성 코팅을 증착하는 것이 제안되었다.
또한, 냉각기의 전체 부피에 경화된 입자를 분산시키는 것이 제안되어왔다(예를 들면, JP 2001-102715 A). 그러나, 경화된 입자의 상대적으로 높은 비용으로 인해, 마모되지 않는 냉각기의 영역에 내마모성 입자의 대부분을 위치시키기 때문에 이 접근법은 비-경제적일 수 있다. 또한, 입자가 작고 냉각 요소 전체에 분산되기 때문에, 입자가 충분한 농도로 작용면에 존재하는지 여부를 비파괴적으로 평가하는 것은 어렵다.
스타브 냉각기를 주조하기 전에 주형의 바닥에 내마모성 재료를 삽입하는 것이 또한 제안되었다(WO 79/00431 A1). 제안된 재료에는 초경합금(cemented tungsten carbide)과 같은 경골재(hard aggregate) 또는 스테인리스 스틸이 익스펜드된 메탈 메쉬(expanded-metal mesh)가 포함된다.
그러나, 내마모성 재료를 몰드의 바닥에 단순히 위치시키는 것만으로는 충분한 농도로 냉각기의 작용면에 확실하게 위치할 수 없으므로 전체 작용면에서 일정한 마모 저항을 갖는 냉각 요소를 제조하는 것이 어렵게 된다. 이것은 용광로 외부에서 쉽게 교체할 수 있는 판형 냉각기에 대해서는 허용될 수 있지만, 연장된 정지 시간 없이는 교체할 수 없는 스타브 냉각기에는 허용되지 않는다.
냉각 요소의 저비용 및 제조성을 유지하면서 노에 대한 작업의 효율을 향상시키고 가동 중단 시간을 최소화하기 위해 개선된 마모 특성을 갖는 노 냉각 요소에 대한 필요성이 여전히 남아있다.
일 실시예에서, 야금로용 냉각 요소가 제공된다. 냉각 요소는 제 1 금속으로 이루어진 본체를 가지며, 본체는 적어도 하나의 표면을 가지며, 이 표면에는 대면층(facing layer)이 제공된다. 대면층은 복합 재료로 이루어지며, 복합 재료는 제 2 금속의 매트릭스에 배열된 내마모성 입자를 포함하고, 내마모성 입자는 제 1 금속의 경도보다 크고 제 2 금속의 경도보다 큰 경도를 가진다.
다른 실시예에서, 본원에 개시된 냉각 요소를 제조하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 :(a) 상기 내마모성 입자의 엔지니어링된 형상을 제공하는 단계;(b) 냉각기의 대면층을 형성하는 주형 캐비티의 영역에 위치된 상기 엔지니어링 형상을 갖는, 상기 내마모성 입자의 엔지니어링 형상을 주형 캐비티 내에 위치시키는 단계; 및(c) 상기 용융 금속을 상기 주형 캐비티 내로 도입하는 단계로서, 상기 용융 금속은 상기 냉각 요소의 본체의 상기 제 1 금속 및 상기 복합 재료의 상기 제 2 금속을 포함하는, 용융 금속을 상기 주형 캐비티 내로 도입하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 종래기술의 문제점이 해결된, 냉각 요소의 저비용 및 제조성을 유지하면서 노에 대한 작업의 효율을 향상시키고 가동 중단 시간을 최소화하기 위해 개선된 마모 특성을 갖는 노 냉각 요소가 제공될 수 있다.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 예로서만 기술될 것이다.
도 1은 용광로의 구조를 도시한다.
도 2는 제 1 실시예에 따른 스타브 냉각기의 정면 사시도이다.
도 2a-2h는 도 2에 도시된 다양한 대면층 구성을 도시하며, 도 2a-2h 각각은 내마모성 입자의 형상을 보다 잘 나타내도록 원으로 둘러싸인 영역의 확대도를 포함한다.
도 3은 제 2 실시예에 따른 스타브 냉각기의 정면 사시도이다.
도 4는 송풍 냉각기의 정면 사시도이다.
도 5a 내지 도 5h는 다양한 형태의 내마모성 입자를 예시한다.
도 6은 복합 재료 내의 구형 내마모성 입자의 정사각형 영역 패킹 및 육각형 영역 패킹을 나타내는 설명도이다.
도 7은 도 2에 도시된 구멍 냉각기에 대한 대면층 구성의 다른 실시예를 도시하며, 입자의 형상을 보다 잘 나타내기 위해 원으로 둘러싸인 영역의 확대도를 포함한다.
도 1은 종래의 용광로를 나타내는 설명도이다. 용광로는 내화 벽돌과 냉각 요소로 구성된 내부 라이닝을 둘러싸는 강철 쉘(10)이 있는 키가 큰 구조물의 형태로 제작된다.
용광로는 역류 교환 원리에 따라 작동한다. 코크스, 석회석 플럭스 및 철광석의 칼럼(6)을 포함하는 공급 부하는 로의 상부로부터 충전되고, 로의 하부에 위치한 송풍 냉각기(1)로부터 다공성 공급 부하를 통해 상방으로 유동하는 고온 가스에 의해 감소된다. 하강하는 공급 부하는 스로트 섹션(5: throat section)에서 예열된 다음, 두 개의 산소 환원 영역, 즉 철 산화물 또는 "스택"4의 환원 영역 및 철 산화물 또는 "벨리(belly)"3의 환원 구역을 통하여 진행된다. 그 다음, 상기 부하는 송풍 냉각기(1)가 위치하는 용융 구역 또는 "보쉬"(2)를 통해 노 바닥(9)으로 내려 간다. 용융된 금속(선철) 및 슬래그는 드릴된 개구(8 및 7)로부터 태핑된다.
도 1은 노의 하부 "보쉬(bosh)"영역(2)에 위치된 복수의 송풍 냉각기(1)를 도시한다. 송풍 냉각기(1)는 링을 형성하도록 원주 방향으로 서로 인접하게 이격되어 있되, 이격 형태는 일반적으로 대칭 형상이다. 송풍 냉각기(1)는 고온 공기 주입기의 노 내로의 보호 쉘로서 기능하여, 서스테인된 축대칭 연료 분사를 통하여 용광로의 작동 수명을 지속시켜 연장시킨다.
스타브 냉각기는 일반적으로 용광로의 벨리(3), 스택(4) 및 스로트(5: throat)에 위치하며, 나란하게 노의 냉각된 내부 표면을 형성한다. 상기 스타브 냉각기는 부하 축적을 쌓아 올림으로써 노의 쉘(10)을 위한 열적 보호 매체로서 기능하여, 용광로 벽의 구조적 완전성을 유지하고 파열을 방지하게 된다. 냉각은 일반적으로 스타브 본체 내부에 내장된 냉각 통로를 흐르는 냉각 유체(대개 물) 사이의 대류 열교환을 포함한다.
제 1 실시예에 따른 냉각 요소는 도 2에 도시된 것과 같은 일반적인 구조를 갖는 스타브 냉각기(12)를 포함한다. 스타브 냉각기(12)는 제 1 금속으로 구성된 본체(14)를 포함하며, 본체(14)는 노의 쉘(10: 도 1)을 통하여 연장되기에 충분한 길이를 가지는 다수의 냉매 도관(18)을 통해 노 외부에 위치된 냉매 순환 시스템(도시되지 않음)과 연통하는 하나 이상의 내부 냉매 유로(16)(도 2에서 절단하여 도시됨)를 형성하는 하나 이상의 내부 공동을 포함한다.
스타브 냉각기(12)의 본체(14)는 대향 레이어(22)가 제공된 적어도 하나의 표면(20)을 구비한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 표면(20)은 냉각기(12)의 작용면(24), 즉, 노의 내부쪽으로 향하게 되어 공급 부하(6)의 하강 기둥(6)과 접촉하도록 노출된 "고온면"을 포함한다(도 1). 도 2의 스타브 냉각기(12)의 작용면(24)은 작용면(24)을 따라 교대 배열로 복수의 수평 리브(26) 및 복수의 수평 골(28: valley)에 의해 한정되는 주름진 구조를 갖는 것으로 도시되어 있다. 주름진 구조는 작용면에 공급 부하의 보호층을 유지하는 데 도움이 된다.
도 2는 용광로용 스타브 냉각기(12) 형태의 냉각 요소를 도시하고 있지만, 본 명세서에 개시된 실시예는 야금로 내에 경질, 연마성 미립자 물질에 의해 연마되게 되는 일반적으로 다양한 구성의 냉각 요소에 적용 가능하다.
도 3은 스타브 냉각기(12')를 포함하는 제 2 실시예에 따른 냉각 요소의 개략적인 구조를 도시하며, 상기 실시예와 관련하여 사용된 유사한 참조 번호는 유사한 특징을 식별하기 위해 사용되었다.
스타브 냉각기(12')는 제 1 금속으로 구성된 본체(14)를 포함하며, 상기 본체(14)는 하나 이상의 내부 냉매 유동 통로(16)(도 3에서 절단되어 도시됨)를 한정하는 하나 이상의 내부 공동을 구비하고, 노의 쉘(10)(도 1)을 통해 연장하기에 충분한 길이를 갖는 복수의 냉각제 도관(18)을 통해 노 외부에 위치한 냉각제 순환 시스템(도시되지 않음)과 연통하는 유동 통로(16)를 포함한다.
스타브 냉각기(12')의 본체(14)는 대향 레이어(22)가 있는 적어도 하나의 표면(20)을 구비한다. 도 3에 도시된 실시예에서, 상기 표면(20)은 냉각기(12')의 작용면(24)을 포함하되, 작용면은 공급 부하(6)의 하강 칼럼과 접촉하도록 노출되며 노의 내부를 향하여 배향된 "고온면"으로도 불린다. 도 2에 도시된 스타브 냉각기(12)와 대조적으로, 도 2의 스타브 냉각기(12)의 작용면(24)은 상대적으로 작은 높이 또는 깊이를 갖는 실질적으로 평평한 높이 표면을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러므로, 본 실시예에서, 스타브 냉각기(12')의 작용면(24)의 거의 전체가 공급 부하(6)의 하강 컬럼과 접촉하도록 노출된다 (도 1).
도 4는 송풍 냉각기(42)를 포함하는 제 3 실시예에 따른 냉각 요소의 일반적인 구조를 도시하며, 상기 실시예와 관련하여 사용된 유사한 참조 번호는 적절한 경우에 유사한 특징을 식별하기 위해 사용되었다.
송풍 냉각기(42)는 양 단부가 개방된 절두 원뿔 형태의 중공 쉘을 포함하는 본체(44)를 포함할 수 있다. 본체(44)는 본체(44)의 원뿔대 형상을 한정하는 측벽(50)을 포함하고, 측벽(50)은 외측 표면(51) 및 내측 표면(60)을 갖는다. 외측 표면(51)과 내측 표면(60) 사이에 측벽(50) 내부에 하나 이상의 내부 냉매 유동 통로(46)(도 4에서 절단되어 도시됨)가 있고, 유동 통로(46)는 노의 쉘(10)(도 1)을 통해 연장하기에 충분한 길이를 갖는 복수의 냉각제 도관(48)을 통해 노 외부에 위치된 냉각제 순환 시스템(도시되지 않음)과 연통된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 외측 대면층(52)은 송풍 냉각기(42)의 제 1 작용면(54) 위에 제공되는 측벽(50)의 외측 표면(51)의 일부 위에 제공된다. 제1 작용면(54)은 냉각기(42)의 외측 표면 상에 있고 상방을 향한다. 제 1 작용면(54) 상에 외측 대면층(52)을 적용하는 것은 노 내의 하강 공급 부하와의 접촉에 의해 야기되고, 미-연소 탄소계 고체들 및 용융된 금속 드립 과의 접촉에 의해 야기되는 냉각기(42)의 상부 대면 부분의 마멸 마모 및 침식을 감소시키기 위한 것이다.
외측 대면층(52)은 또한 제 2 작용면(59)을 한정하는 송풍 냉각기(42)의 내향 단부 표면(58) 위에 제공된다. 상기 단부 표면(58)은 노의 보쉬(2)(도시되지 않음) 내부에 송풍 냉각기(42)가 에어를 분사하는 중앙 개구를 둘러싸는 측벽(50)의 환형 단부 표면을 포함한다. 상기 단부 표면(58)은 또한 하강 공급 부하, 미-연소 탄소계 고체 및 용융 금속 드립과 접촉하도록 노출된다.
측벽(50)의 내측 표면(60)은 탄소계 금속과 같은 포획된 마모성 금속을 함유하는 고온 공기 블래스트의 마모성 영향으로 인하여 측벽(50)의 내측 표면(60)을 따라 마모를 감소시키도록 내측 대면층(64)이 제공된 냉각 요소(42)의 제 3 작용면(62)을 형성한다.
위에서 논의된 냉각 요소(12, 12', 42)의 본체(14, 44)는 충분한 열 전도성 및 야금로 내에서의 사용을 허용하는 충분히 높은 융점을 갖는 제 1 금속으로 구성된다. 상기 제 1 금속은 주철, 스테인레스 스틸을 포함한 강철; 구리, 및 모넬(Monel
Figure pct00001
) 합금과 같은 구리-니켈 합금을 포함하는 구리 합금을 포함하는 야금 용광로의 냉각 요소에 통상적으로 사용되는 임의의 금속을 포함한다. 상기 본체(14, 44)는 샌드 주조 주형 또는 영구 흑연 주형에서 주조함으로써 형성될 수 있으며, 주조 후에 하나 이상의 기계 가공 공정을 거칠 수 있다. 본체 내의 냉각제 유동 통로(16, 46)는 주조 동안 또는 주조 후에 형성될 수 있다.
하기 표 1은 냉각재의 제 1 금속의 경도와 노 공급 부하의 다양한 성분의 경도를 비교한다. 표 1에서 볼 수 있듯이, 부하 성분의 경도는 일반적으로 금속의 경도보다 높다. 냉각 요소(12, 12 ', 42)의 작용면(24, 54, 59)에 보호되지 않은 상태로 남겨지면, 본체(14, 44)의 제 1 금속은 두 가지 메커니즘인 직접 마모 및 가스 구동식 입자 분사/침식 중 적어도 하나에 의해 작용면(24, 54, 59, 62)에서 마모되게 된다. 직접적인 마모는 하향으로 이동하는 공급 부하 입자에 의해 야기되며, 구체적으로는 냉각 요소(12, 12', 42)의 외측 표면상의 적어도 하나의 작용면(24, 54, 59)과 부하 사이의 직접적인 마찰 미끄럼 접촉에 의해 야기된다. 가스 구동식 침식은 송풍구(1)로부터 위쪽으로 흐르는 가스에 의해 구동되는 입자에 의한 블래스팅에 의해 야기된다. 작은 채널을 통과할 때, 가스는 고속으로 도달하고 외측 작용면(24)을 닦는 공급 부하의 작은 입자를 운반한다. 또한, 송풍 냉각기(42)의 제 3(내측) 작업 표면(62)은 블래스팅 코크와 같은 작은 연마 입자를 운반하는 송풍 냉각기(42)의 중공 내부를 흐르는 고속 가스에 의해 마모되어 연마된다.
공급 부하 요소의 경도 값 대 제 1 금속의 경도 값
재료 경도, 모스
공급 부하 요소
귀금속, FeO 5.0-5.5
적철광, Fe2O3 5.5-6.5
자철광, Fe304 5.0-6.5
코크, C 5.0-6.0
석회암, CaCO3 3.0-4.0
냉각 요소 본체의 제 1 금속
주철 4.0
구리 2.0
구리-니켈 합금(Monel) 2.5-4.0
스테인레스 강 5.5-6.0
본 명세서에 개시된 스타브 냉각기(12,12 ')에서, 본체(14)의 제 1 금속은 본체(14)의 적어도 하나의 표면(20)을 따라 제공된 대면층(22)에 의해 보호되고, 적어도 하나의 표면(20) 또는 냉각 요소(12, 12')의 작용면(24)의 일부 또는 모두를 포함한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 적어도 하나의 표면(20)은 도 2에 도시된 스타브 냉각기(12)에서 작용면(24)을 부분적으로 한정하는 수평 리브(26)의 수직면으로 제한될 수 있다. 도 3에 도시된 스타브 냉각기(12')에서, 대면층(22)이 제공되는 하나 이상의 표면(20)은 냉각기(12')의 전체 작용면(24)을 포함할 수 있다.
송풍 냉각기(42)에서, 외측 대면층(52)은 본체(44)의 외측 표면 상에 위치된 제 1 및 제 2 작용면(54, 58)의 일부 또는 전부를 따라 제공된다. 내측 대면층(64)은 제 3 작용면(62)을 한정하는 측벽(50)의 내측 표면(60)의 적어도 일부분을 따라 제공된다.
대면층(22, 52, 64)은 복합 재료로 구성되며, 복합 재료는 제 2 금속의 매트릭스 내에 배열된 내마모성 입자를 포함한다. 내마모성 입자는 본체(14, 44)를 포함하는 제 1 금속의 경도보다 큰 경도를 가지며, 바람직하게는 표 1에서 알 수 있는 바와 같이 공급 부하의 성분의 최대 경도와 같거나 그보다 더 큰 적어도 약 6.5Mohs의 경도를 가질 수 있다.
예를 들어, 대면층(22, 52, 64)의 내마모성 입자는 탄화물, 질화물, 붕화물 및/또는 산화물을 포함하는 세라믹으로부터 선택된 하나 이상의 내마모성 재료로 이루어질 수 있다. 복합 재료에 혼입될 수 있는 탄화물의 구체적인 예는 탄화 텅스텐, 탄화 니오븀, 탄화 크롬 및 탄화 규소를 포함한다. 복합 재료에 혼입 될 수 있는 질화물의 특정 예는 질화 알루미늄 및 질화규소를 포함한다. 복합 재료에 혼입될 수 있는 산화물의 특정 예는 산화 알루미늄 및 산화 티탄을 포함한다. 복합 재료에 혼입될 수 있는 붕화물의 특정 예는 붕화 실리콘을 포함한다.
상기 내마모성 입자 및 재료는 고강도 및 6.5 모스를 초과하는 경도를 갖는다. 예를 들어, 위에 나열된 탄화물은 각각 8-9 모스의 경도를 가진다. 상기 내마모성 입자 및 재료는 적어도 용광로에서 공급 부하의 성분을 포함하여 야금로에서 일반적으로 마주 사용되는 임의의 재료의 경도 이상의 경도를 가진다. 또한, 텅스텐 카바이드와 같은 열거된 내마모성 입자 및 재료의 적어도 일부는 비교적 높은 열전도율을 가지며, 이는 보다 상세히 후술한다.
선택적으로, 대면층(22, 52, 64)의 매트릭스를 포함하는 제 2 금속은 냉각 요소(12, 12 ', 42)의 본체(14, 44)를 포함하는 제 1 금속과 조성이 동일할 수 있다. 예를 들어, 제 2 금속은 주철, 스테인레스 강을 포함한 강철; 구리; 및 모넬(Monel) 합금과 같은 구리-니켈 합금을 포함하는 구리 합금을 포함한다.
일 실시예에서, 대면층(22, 52, 64)의 매트릭스를 포함하는 제 2 금속은 96 중량% 이상의 구리 함량을 갖는 높은 구리 합금을 포함한다. 본 발명자들은 여러 가지 이유로 순수 구리가 적합한 매트릭스 물질인 것을 발견했다. 예를 들어, 높은 구리 합금은 높은 인성(toughness)을 가지므로 복합 재료가 신축 및 전단에 강하고 열 변형에 탄력적이다. 또한, 높은 구리 합금은 많은 재료와 야금학적으로 호환되며 구리도 잘 이해된다. 마지막으로, 높은 구리 합금은 합리적인 비용으로 우수한 열전도 특성을 갖는다. 따라서, 비용, 제조 가능성, 인성 및 열 전도성이 고려될 때, 본 발명자는 높은 구리 합금이 효과적인 매트릭스 물질이라는 것을 발견했다.
위의 설명으로부터, 대면층(22, 52, 64)의 복합 재료는 상당히 상이한 물리적 및 화학적 특성을 갖는 두 개의 개별 성분(즉, 내마모성 입자 및 제 2 금속)으로 구성됨을 알 수 있다. 결합될 때, 이들 개개의 구성 요소는 각각의 구성 요소와 다른 특성을 갖는 복합 재료를 제공하고, 금속 용광로용 냉각 요소를 제조하기에 적합한 임의의 단일 재료보다 우수하다. 예를 들어, 복합 재료는 ASTM G 65에 따라 결정된 마모율이 동일 조건에서 회주철의 마모율의 0.6 배 이하일 수 있다. 유리하게는, 복합 재료가 가진 특성들의 조합은 주철 철근을 포함하여 임의의 통상적으로 사용되는 냉각 요소에 의해 달성되는 것보다 높은 내마모성 및 주철보다 높은 열 전도성을 포함한다.
대면층(22, 52, 64)의 두께는 가변적이며, 제 1 금속을 포함하는 냉각 요소(12, 12', 42)의 본체(14, 44)의 잔여 부분과 함께 약 3mm 내지 약 50mm 일 수 있다. 내마모성 입자는 제 1 금속보다 몇 배 더 비싸기 때문에 내마모성 입자를 필요한 대면층(22, 52, 64)에 한정하는 것이 유리하다. 또한, 복합 재료는 제 1 금속보다 낮은 열전도율을 갖기 때문에, 냉각 요소(12, 52, 64)의 총 두께의 일부분으로 제 1 금속을 한정함으로써 냉각 요소(12, 52, 64)의 냉각 성능에 대한 복합 재료의 충돌을 최소화할 것이다.
입자 및 제 2 금속의 조성에 추가하여, 복합 재료의 전체 열전도성 및 내마모성은 입자 및 매트릭스 사이의 상호 작용에 의존 할 것이며, 이것은 이하에 설명되는 다수의 인자에 의존한다. 따라서, 대면층(22, 52, 64)의 복합 재료는 적용 범위에 적합한 특정 특성을 갖도록 맞추어질 수 있다.
이와 관련하여, 본원에 기재된 바와 같은 복합 재료는 내마모성 입자가 제 2 금속의 매트릭스로 침투된 최적의 내마모성을 생성하도록 설계된 실질적으로 반복되고 엔지니어링된 형태에 따라 배열되는 매크로 복합 재료를 포함할 수 있다.
매크로 복합재의 실질적으로 반복되어 엔지니어링된 구성은 에지 길이 "a"를 갖는 입방체 및 체적(a3)을 갖는 입방체의 형태로 가정되는 단위 체적을 갖는다. 입방체의 에지 길이는 반복되어 엔지니어링된 구성의 외피 크기를 정의하며, 약 3mm 내지 약 50mm 일 수 있다. 에지 길이 "a"는 단일 내마모성 입자가 모양과 방향에 관계없이 반복되어 엔지니어링된 구성의 외피 크기 내에 맞도록 정의된다. 따라서, 매크로 복합 재료는 본 명세서에서 약 3 mm 내지 약 50 mm, 예를 들어 약 3 mm 내지 약 10 mm의 크기를 갖는 내마모성 입자를 포함하는 것으로 정의된다. 구형 또는 실질적으로 구형인 입자의 경우, 입자의 크기는 입자 직경에 의해 정의된다. 모든 입자의 경우, 형상에 관계없이 입자 크기는 내 마모 입자의 최소 외형 치수로 정의된다.
상대적으로 큰 내마모성 입자는 주조된 구리 냉각 요소의 품질 제어에 사용되는 종래의 초음파 시험 장비에 의해 검출되어 비파괴 시험에 의해 스타브 냉각기(12, 12')의 작용면(24) 및 송풍 냉각기(42)의 작용면(52, 58, 62)에서 내마모성 입자가 충분한 농도로 존재하는지 여부를 평가할 수 있게 된다.
내마모성 입자와 매트릭스 사이의 상호 작용을 지배하는 인자는 이하에서 설명된다.
1. 매크로-복합 재료의 단위 체적 내마모성 입자의 체적 패킹 인자
매크로-복합재의 단위 부피 내에서 내마모성 입자의 체적 패킹 인자는 0 내지 100 % 사이에서 임의로 변화될 수 있고, 내마모성 입자의 부피(V) 대 유닛의 부피(a3)의 비율로 정의된다.
체적 패킹 인자 = V / a3.
내마모성 입자의 더 높은 체적 패킹 인자는 매트릭스에 대한 내마모성 입자의 높은 분율을 제공한다. 실질적으로 반복되는 매크로-복합 재료의 엔지니어링된 구성 내에서 충분한 열 전도성 및 적절한 내마모성을 위해서는 적절한 용적 균형이 필요하다. 이와 관련하여, 매크로-복합 재료 내에서 내마모성 입자의 분율이 높을수록 내마모성을 증진시키게 되는데, 왜냐하면, 작용면(24, 54, 58, 62)에서 대면층(22, 52, 64)을 통하여 마모를 방지하기 위해 더 많은 내마모성 재료가 존재하기 때문이다. 반대로, 내마모성 입자가 제 1 금속보다 전도성이 낮기 때문에, 매크로-복합 재료 내의 내마모성 입자의 비율이 높으면 매크로-복합 재료의 열 전도성이 낮아진다.
2. 정면 영역 패킹 인자
단위 체적(a3) 내에서의 내마모성 입자의 정면 영역 패킹 인자는 유클리드 평면상에서 0 내지 100 %의 임의의 위치에서 변화될 수 있지만, 실질적으로 말해서 약 20 내지 100 %의 범위일 것이다. 정면 영역 패킹 인자는 단위 용적의 투영 면적에 대한 내 마모 입자(P.A.)의 투영 면적 비율로 정의된다.
면적 패킹 인자 = P.A./a2.
내마모성 입자의보다 높은 면적 패킹 인자는 매크로-복합 재료의 보다 높은 내마모성 및 낮은 열전도도에 기여한다. 따라서, 반복적인 매크로-복합 재료 내에서 충분한 열 전도성 및 적절한 내마모성을 위해 적절한 면적 패킹 인자가 요구된다
3. 매크로-복합 재료의 체적에 대한 내마모성 입자와 매트릭스 간 계면 면적의 비
내마모성 입자와 매트릭스의 제 2 금속 사이의 접촉 면적 또는 표면 적은 내마모성 입자와 매트릭스 사이의 결합 면적을 나타내며, SA로 표시된다. 보다 많은 결합 면적이 유리한데, 그 이유는 내마모성 입자와 매트릭스 사이의 열전도 영역이 넓어지고 매트릭스 내에서 내마모성 입자를 유지하기 위해 강한 금속 결합을 형성하기 위한 면적이 더 많기 때문이다. 내마모성 입자의 형상과 부피 사이의 관계는 표면적과 부피의 비율에 의해 결정된다.
표면적 대 부피 비 = S.A./a3
S.A.의 값은 응집체와 매트릭스 사이에 접촉이 없는 경우에는 0 일 수 있고, 접촉 면적이 풍부한 경우 상한 경계를 실질적으로 갖지 않는다. 적절한 금속 결합은 내마모성 입자가 느슨해지는 것을 방지하기 때문에 내마모성 입자의 유지 및 향상된 내마모성을 담당한다. 본 발명자들은 매크로-복합 재료의 적절한 성능을 위해 0.25a2의 최소 계면 표면적(S.A.) 및/또는 표면적 대 부피비(S.A./a3)가 최소 0.1이어야 함을 발견했다.
4. 내마모성 입자를 둘러싸느 연속 구리 텐드릴(tendrils)의 존재
매크로-복합 재료 내부에서, 대부분의 열 전달은 상기 제 2 금속으로 구성된 금속 매트릭스를 통한 전도에 의해 수행된다. 따라서, 금속 매트릭스는 내마모성 입자를 둘러싸고 대면층(22, 52, 64)의 작용면(24, 54, 58, 62)을 향해 "평행하게"연장되는 금속 텐드릴을 포함하는 것이 바람직하다. 이러한 텐드릴은 매크로-복합 재료의 냉각을 개선함으로써 용융 및 결과적인 복합체 붕괴를 방지한다.
상기 원리를 설명하기 위해, 전기 회로 및 저항기가 병렬 및 직렬로 연결된 것으로 유추할 수 있다. 직렬로 연결된 저항은 병렬로 연결된 저항보다 높은 전류 저항을 생성한다. 열은 비슷한 방식으로 거동한다. 따라서, 상대적으로 낮은 열 저항을 갖는 금속 텐드릴은 각각 비교적 높은 열 저항을 갖는 내마모성 입자 사이의 작용면(24, 54, 58, 62)을 향해 연속적으로 연장되어야 하며, 대향면(22, 52, 64)의 전체 두께를 통해 작용면(24, 54, 58, 62)을 따라 연장되어야 한다. 이것은 전체 저항이 전체적으로 낮은 병렬 연결된 저항에 유사하다. 반면에, 금속 텐드릴이 내마모성 입자의 층들 사이에서 작용면(24, 54, 58, 62)에 평행하게 뻗어 있다면, 총 열 저항이 더해지므로 열 전달이 상대적으로 열악해진다.
5. 매크로-복합 재료 내에서의 내마모성 입자의 형상 및 그것의 상대적인 공간적 방위
내마모성 입자의 형상은 상기 열거된 인자 각각에 영향을 미친다. 또한, 내마모성 입자의 형상 및 배향은 후술하는 바와 같이 작용면(24, 54, 58, 62)과 카운터면(즉, 공급 부하) 사이의 마찰학적 상호 작용에 영향을 미친다.
작용면(24, 54, 58, 62)과 카운터면 사이의 접촉이 적으면 마찰이 적어 지게 되고, 작용면(24, 54, 58, 62)에서의 마모, 프레팅(fltting), 벗겨짐 및 부식이 줄어든다. 구형, 원통형, 만곡형 또는 다른 편향 형상을 갖는 내마모성 입자는 이 점에서 유익한 결과를 산출한다. 내마모성 입자의 형상 및 배향이 최적화될 때, 카운터 표면은 작업 표면(24, 54, 58, 62)에서 실질적인 손상을 초래하지 않으면서 편향된다. 이는 작용면(24, 54, 58, 62)에서 마모 및 침식의 가능성을 감소시킨다.
내마모성 입자는 슬라이딩, 롤링, 회전 등과 같은 하나 이상의 운동에 의해 유도된 전단 및 굽힘 하중에 저항하기 위해 매트릭스 내에 적절히 고정되어야 한다. 따라서, 작용면에서의 내마모성 입자는 전체 길이 또는 직경의 0.25 이상으로 매트릭스 내부까지 연장되어야 한다.
재료 선택 및 전술 한 모든 인자가 고려되고, 서비스 환경에 따른 최적 값이 선택될 때, 본 명세서에 정의된 매크로 복합재는 양호한 내마모성 및 열전도성 수치를 달성한다. 매크로 복합재의 내마모성은 표준 ASTM G65 테스트를 사용하여 마모율로 측정되며, 복합체의 열전도도는 % IASC 스케일 및 W / mK로 측정된다. 주철 및 구리는 냉각 요소(12, 12', 42)의 본체(14, 44)의 제 1 금속에 대한 2 가지 가장 널리 사용되는 재료 선택이다. 아래의 표 2는 본원에서 설명된 매크로-복합 재료를 사용하여 만들어지는 것으로 전적으로 주철 또는 구리로 구성된 종래의 스타브 냉각기의 열전도성 및 내마모성을 구리를 포함하는 본체(14, 44)와 비교한다. 표 2는 본원에 정의된 매크로-복합 재료로 이루어진 대면층(22, 52, 64)을 갖는 냉각 요소(12, 12 ', 42)가 통상적으로 구성된 냉각 요소에 비해 우수한 열 전도성 및 내마모성을 갖는다는 것을 명확하게 보여준다.
매크로-복합체 대 제 1 금속의 마모율 및 열 전도도
재료 마모율
mm3/30min		 열전도도
% IACS W/mK
주철 170-342 13 55
구리 382 100 385-400
매크로-복합재 41-382 20-86 80-344
매크로-복합 재료의 특성에 대한 전술한 인자의 영향을 설명하기 위해, 매크로-복합 재료의 여러 샘플이 고안되었다. 표 3 및 도 2, 도 2a 내지 도 2h, 도 5a 내지 도 5h 및 도 7은 이들 예를 도시한다. 설명을 목적으로, 도 2는 스타브 냉각기(12)의 리브 중 일부 위에 제공된 다수의 상이한 유형의 매크로-복합 재료를 도시한다. 이들 다양한 매크로 복합 재료를 갖는 리브는 도 2에서 26-1 내지 26-8로 표시되어 있다.
도 2a 내지 도 2h는 각각의 리브(26-1 내지 26-8)의 대면층(22)을 보다 상세하게 도시한다. 도 2a 내지 도 2h에 도시된 대면층(22) 각각은 상이한 형상의 내마모성 입자(66)를 갖는 매크로-복합체 물질들의 엔지니어링된 구성을 도시하며, 이들 도면들 각각의 내마모성 입자(66)는 실질적으로 반복되는 엔지니어링된 구조로 배열된다. 입자(66)의 실질적으로 반복되고 엔지니어링된 형상은 제 2 금속으로 구성된 매트릭스(70)로 침투됨을 알 수 있을 것이다. 명료함을 위해, 매트릭스(70)는 도 2a 내지 도 2h에 도시되지 않았다.
도 5a 내지 도 5h는 각각 도 2 및 도 2a 내지 도 2h에 도시된 매크로-복합 재료 중 하나의 단위 부피를 도시하며, 전술한 텐드릴(68)을 형성하는 제 2 금속의 매트릭스(70)의 일부를 도시한다. 도 5a 내지 도 5h의 각각에서, 화살표(74)는 텐드릴(68)이 매트릭스(70)를 통해 대면층(22)의 표면(20)까지 연장되는 주 방향을 규정하고, 일부 텐드릴은 도 5h에 도시된 바와 같이 표면(20)에 나란하게 연장된다.
실시예 1 - 구형 내마모성 입자
도 2,도 2a 및 도 5a에 도시된 바와 같은 구형은, 본질적으로, 노치 및 홈이 없는 단일 수직 접촉점을 가지기 때문에 유리한 마찰 형상을 갖는다. 따라서, 구형 내마모성 입자(66)를 혼입시킨 매크로-복합 재료로 이루어진 대면층(22, 52, 64)이 제공된 냉각 요소(12, 12', 42)는 냉각 요소(12, 12', 42)의 작용면(24, 54, 58)과 공급 부하 사이의 감소된 마찰 슬라이딩 접촉으로 인해 사용시 낮은 마모율을 겪게될 것으로 예상된다.
도 5a는 구리 매트릭스(70) 및 직경 = a 인 구형 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료의 단위 부피(72)를 도시한다. 직경 a는 복합 단위 셀의 외피의 크기를 정의하며, 직경이 3-50mm, 예를 들어 3-10mm이다. 이러한 크기의 매크로 복합 재료의 단위 부피(72)는 표 3에서 보여지는 특징을 가진 물질로 된다. 일 실시예로서, 도 2는 냉각 요소(12)를 도시하는데, 이 냉각 요소(12)에서, 수평 리브(26: 도 2에서 26-1 로 표시됨) 중 하나에 도시된 대면층(22)이 도 5a의 구형 내마모성 입자(66) 및 구리 매트릭스를 포함하는 매크로-복합 재료를 포함한다. 대면층(22)은 도 2a 및 도 6에 도시된 바와 같이 육각형 영역 패킹 배열로 포장된 구형 내마모성 입자(66)의 단일 층을 포함할 수 있다. 구형 입자(66)는 대신에 도 6에 도시된 바와 같이 사각형 영역 패킹 배열로 패킹될 수 있다. 냉각 요소(12', 42)의 대면층(22, 52, 64)은 동일하거나 유사한 구성 및 구조를 가질 수 있다.
실시예 2 - 수직 로드 형상의 내마모성 입자
작용면(24, 54, 58, 62)에 수직인 종축을 갖는 원통형 로드는 마모로 인한 전단 하중에 저항하는 빔으로서 작용하기 때문에 유리한 형상을 갖는다. 따라서, 표면(20)에 수직하게 배향된 로드 형상 내마모성 입자(66)를 혼입시킨 매크로-복합 재료로 구성된 대면층(22, 52, 64)이 제공된 냉각 요소(12, 12 ', 42)는 사용시에 낮은 마모율을 나타내게 될 것으로 예상된다.
도 5b는 작용면(24, 54, 58, 62)의 일부를 형성하는 배향면(22)의 표면(20)을 형성하는 단위 체적(72)의 전방에 수직하게 배향되며 직경 = a 및 길이 = a를 가지는 원통 로드형 내마모성 입자(66) 및 구리 매트릭스(70)를 포함하는 매크로-복합 재료의 유닛 체적(72)을 도시한다. 크기 a는 복합 유닛 셀의 외피 크기를 규정하고, 3-50mm 크기, 예를 들어 3-10mm 이다. 이러한 크기의 매크로-복합 재료의 단위 체적은 표 3에 정의된 특성을 갖는 재료를 생성한다. 도 2는 냉각 요소(12)를 도시하며, 이러한 냉각 요소(12)에서, 수평 리브(26: 도 2에서는 26-2 로 표시됨)중 하나 상에 도시된 대향면(22)은 도 5b의 원통 로드 형상 내마모성 입자(66) 및 구리 매트릭스(70)을 포함하는 매크로 - 복합 재료를 포함한다. 냉각 요소(12', 42)의 대면층(22, 52, 64)은 동일하거나 유사한 구성 및 구조를 가질 수 있다.
실시예 3 - 평행한 로드 형상의 마모 방지 입자
작용면(24, 54, 58, 62)에 평행한 종방향 축으로 배향된 원통형 로드는 마모 동안 원통형 로드의 전체 길이가 카운터면(공급 부하)의 디플렉터로서 작용하기 때문에 유리한 마찰 형상을 갖는다. 따라서, 표면(230)에 나란하게 배향된 로드 형상의 내마모성 입자(66)를 함유한 매크로 복합 재료로 이루어진 대면층(22, 52, 64)이 제공된 냉각 요소(12, 12 ', 42)는 냉각요소의 작용면(24, 54, 58, 62)과 공급 부하 사이의 마찰 미끄럼 접촉의 감소로 인해 사용시 낮은 마모율을 겪게 될 것으로 예상된다.
도 5c는 구리 매트릭스(70) 및 직경 = a 및 길이 = a를 가지며, 작용면(24, 54, 58, 62)의 일부를 형성하는 대면층(22)의 표면(20)을 형성하는 단위 체적(72)의 전방에 나란하게 배향된 원통형 로드형 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료의 단위 체적(72)를 도시한다. 치수 a는 복합 유닛 셀(72)의 외피 크기를 규정하고, 예를 들어 3-50 mm 크기이며, 예를 들면 3-10mm이다. 이러한 크기의 매크로-복합 재료의 단위 체적(72)은 표 3에 보여진 특성을 가진 물질로 되게 된다. 도 2는 냉각 요소(12)를 도시하는데, 냉각 요소(12)에서 수평 리브(26: 도 2에서는 26-3 으로 표시됨) 중 하나에 도시된 대면층(22)은 구리 매트릭스(70) 및 도 5c의 원통형 로드 형상 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료를 포함한다. 냉각 요소(12', 42)의 대면층(22, 52, 64)은 동일하거나 유사한 구성 및 구조를 가질 수 있다.
실시예 4 - 수직 링 형상 내마모성 입자
작용면(24, 54, 58, 62)에 수직인 그의 종축으로 배향된 원통형 링(즉, 중공형 원통)은 링이 마모로 인한 전단 하중에 저항하는 빔으로서 작용하기 때문에 유리한 형상을 갖는다. 따라서, 수직으로 배향된 링-형상 내마모성 입자(66)를 혼입시킨 매크로 복합재로 이루어진 대면층(22, 52, 64)이 제공된 냉각 요소(12, 12 ', 42)는 사용시 낮은 마모율을 겪게 될 것으로 예상된다. 내부 직경을 가지므로, 링 형상은 금속 매트릭스의 추가적인 텐드릴(68)의 형성 및 내마모성 입자(66)와 금속 매트릭스(70) 사이의 부가적인 습윤(접촉 표면적)을 초래한다.
도 5d는 구리 매트릭스(70) 및 직경 = a 및 길이 = a를 가지며 작용면(24, 54, 58, 62)의 일부를 형성하는 대면층(22)의 표면(20)을 형성하는 단위 체적(72)의 전방에 수직하게 배향되는 원통형 링-형 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료의 단위 체적(72)을 도시한다. 치수 a는 복합 유닛 셀(72)의 외피 크기를 규정하고, 크기가 3-50mm이며, 예를 들면 3-10mm이다. 이러한 크기의 매크로-복합 재료의 단위 부피는 표 3에 나타내어진 특성을 갖는 재료를 생성한다. 도 2는 냉각 요소(12)를 도시하는데, 이 냉각 요소(12)에서, 수평 리브(26: 도 2에서는 26-4 로 표시) 중 하나로 도시된 대면층(22)은 구리 매트릭스(70) 및 도 5d의 원통형 링-형 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료를 포함한다. 냉각 요소(12', 42)의 대면층(22, 52, 64)은 동일하거나 유사한 구성 및 구조를 가질 수 있다.
실시예 5 - 판형 내마모성 입자
냉각 요소(12, 12', 42)의 작용면(24, 54, 58, 62) 상에 위치된, 서로 근접한 단일 피스 또는 복수의 더 작은 피스로 구성된 플레이트는　매트릭스 물질에 대한 마모성 침식을 제한하는 전체 표면 보호의 이익을 가진다.　열팽창 계수에 큰 차이가 있는 경우 서로 가까이에 있는 더 작은 피스는 응집체와 매트릭스 사이의 접합부의 열 피로를 완화한다.　따라서, 판형 내마모성 입자(66)를 혼입시킨 매크로-복합 재료로 이루어진 대면층(22, 52, 64)이 제공된 냉각 요소(12, 12', 42)는 사용시 낮은 마모율을 경험할 것으로 예상된다.
도 5e는 구리 매트릭스(70) 및 길이 = a를 가지며 작용면(24, 54, 58, 62)의 일부를 형성하는 대면층(22)의 표면(20)을 형성하는 단위 체적(72)의 전방을 따라 배치된 면을 가지도록 배향된 측면을 갖는 판 모양의 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료의 단위 체적(72)을 도시한다. 치수 a는 복합 유닛 셀(72)의 외피 크기를 규정하고, 그 크기는 3-50mm 이며,　예를 들면 3-10mm이다. 그 크지의 매크로-복합 재료의 단위 체적(72)은 표 3에 나타내어진 특징을 가진 물질을 생성하게 된다.　도 2는 냉각 요소(12)를 도시하는데, 냉각 요소(12)에서, 수평 리브(26: 도 2에서 26-5로 표시됨) 중 하나에 도시된 대면층(22)은 구리 매트릭스(70) 및 도 5e의 판형 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료를 포함한다.　단일 또는 복수의 판형 입자(66)가 작용면(24)를 따라 제공된다. 도시된 실시예에서, 다수의 판형 입자(66)가 수평 리브(26-5)에 제공되고, 플레이트 형상 입자 사이의 공간은 금속 매트릭스(70)의 텐드릴(68)을 형성한다. 냉각 요소(12', 42)의 대면층(22, 52, 64)은 동일하거나 유사한 구성 및 구조를 가질 수 있다.
실시예 6 - 내마모성 입자로 이루어진 발포체
작용면(24, 54, 58, 62) 상에 위치된 발포체, 특히 개방 셀 발포체는 제한되지 않은 경계면 영역, 더 가벼운 중량, 강한 결합, 다중 텐드릴 및 다공성으로 인한 특성 조절 용이성의 이점을 갖는다.　따라서, 발포체(66) 형태의 매크로-복합 재료로 이루어진 대면층(22, 52, 64)이 제공된 냉각 요소(12, 12', 42)는 유리한 마모 특성 및 특성의 조정 용이성을 제공한다.
도 5f는 구리 매트릭스(70) 및 발포체 형태의 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료의 단위 체적(72)을 도시한다.　치수 a는 복합 단위 셀의 봉투 크기를 정의하며 그 크기는 3-50mm 크기이며, 예를 들어 3-10mm이다.　이러한 크기의 매크로-복합 재료의 단위 부피는 표 3에 정의된 특성을 갖는 재료로 귀결된다. 도 2는 냉각 요소(12)를 도시하는데, 이 냉각 요소(12)에서, 수평 리브(26:　도2에서 26-6으로 도시)는 구리 매트릭스(70) 및 도 5f에서와 같이 발포체의 형태로 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료를 포함한다.　냉각 요소(12', 42)의 대면층(22, 52, 64)은 동일하거나 유사한 구성 및 구조를 가질 수 있다.
실시예 7 - 마모 방지 입자로 이루어진 메쉬
작용면(24, 54, 58, 62) 상에 위치한 메쉬는 변화하는 메쉬 배향으로 인해 큰 인터페이스 면적, 낮은 중량 및 가변 마찰 특성의 이점을 갖는다.　따라서, 메쉬(66) 형태의 매크로-복합 재료로 구성된 대면층(22, 52, 64)이 제공된 냉각 요소(12, 12', 42)는 유리한 마모 특성을 제공한다.
도 5-7은 메쉬 형태의 구리 매트릭스(70) 및 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료의 단위 체적(72)을 도시한다.　치수(a)는 복합 유닛 셀(72)의 봉투 크기를 규정하고, 그 크기는 3-50mm 이며, 예를 들어 3-10mm이다.　이 크기의 거대-복합 재료의 단위 부피는 표 3에 정의된 특성을 갖는 재료로 귀결된다. 도 2는 냉각 요소(12)를 도시하며, 냉각 요소(12)에서, 수평 리브(26:　도 2에서 26-7 로 표시)는 도 5g에서와 같이 메쉬의 형태로 구리 매트릭스(70) 및 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료를 포함한다.　냉각 요소(12', 42)의 대면층(22, 52, 64)은 동일하거나 유사한 구성 및 구조를 가질 수 있다.
실시예 8 - 평행한 비드 -형상 마모 방지 입자
마찰 동안, 원통형 비드의 전체 길이가 카운터면(공급 부하)이 디플렉터로서 거동하기 때문에, 작용면(24, 54, 58, 62)에 평행한 그 종축으로 배향된 원통형 비드(중공 원통형 로드)는 유리한 마찰 형상을 가지게 된다. 따라서, 작용면(24, 54, 58, 62)에 평행하게 배향된 비드-형상 내마모성 입자(66)를 혼입시킨 매크로-복합 재료로 구성된 대면층(22, 52, 64)이 제공된 냉각 요소(12, 12',42)는 냉각 요소(12, 12', 42)의 작용면(24, 54, 58, 62)과 공급 부하 사이의 마찰 미끄럼 접촉의 감소로 인해 사용시 낮은 마모율을 경험할 것으로 예상된다. 내경을 가지므로, 비드 형상은 내마모성 입자(66)와 금속 매트릭스(70) 사이의 추가적인 습윤 및 금속 매트릭스의 추가적인 텐드릴(68)의 형성을 야기한다.
도 5h는 작용면(24, 54, 58, 62)의 일부를 형성하며, 대면층(22)이 표면(20)을 형성하는 단위 체적(72)의 전방에 나란하게 배치되며, 직경 = a 및 길이 = a를 갖는 원통형 비드-형상 내마모성 입자(66) 및 구리 매트릭스(70)를 포함하는 매크로-복합 재료의 단위 체적(72)을 도시한다. 치수 a는 복합 유닛 셀(72)의 외피 크기를 규정하고, 그 크기는 3-50mm 이며, 예를 들어 3-10mm이다. 이러한 크기의 매크로-복합재료의 단위 체적(72)는 표 3에 나타내어진 특징을 가진 물질로 귀결된다. 도 2는 냉각 요소(12)를 도시하는데, 냉각 요소(12)에서, 수평 리브(26: 도 2에서 26-8로 표시) 중 하나에 도시된 대면층(22)은 구리 매트릭스(70) 및 도 5c의 원통형 비드-형상 내마모성 입자(66)를 포함하는 매크로-복합 재료를 포함한다. 냉각 요소(12', 42)의 대면층(22, 52, 64)은 동일하거나 유사한 구성 및 구조를 가질 수 있다.
실시예
내마모성 입자의 형상 부피 패킹인자(%) 전방면 영역 패킹인자 (%) 부피비에 대한 접촉표면 연속 구리 텐드릴 마모율
mm3/30min		 열전도도
W/mK
예 1:
구형 내마모성 입자		 52-74 78-91 >0.785 예 41-90 80-175
예 2:
수직 로드형 내마모성 입자		 78-91 78-91 >3.927 예 41-90 >80
예 3:
나란한 로드형 내마모성 입자		 78-91 ≤100 >3.927 가능 >41 >80
예 4:
수직 링 형상 내마모성 입자		 ≤91 ≤91 >3.927 예 >41 >80
예 5:
판형 내마모성 입자		 ≤99 ≤99 >0.01 가능 >11 >80
예6:
내마모성 입자를 포함한 발포체		 ≤99 ≤100 >0.01 예 >11 >80
예 7:
내마모성 입자를 포함한 메쉬		 ≤99 ≤100 >0.01 예 >11 >80
예 8:
나란한 비드 형상 내마모성 입자		 ≤91 ≤100 >3.927 예 >11 >80
선행기술 10 78-91 >0.785 가능 58-65 60-77
전술한 바와 같이, 대면층(22, 52, 64)의 두께(또는 깊이)는 약 3mm 내지 약 50mm 일 수 있다. 충분한 두께를 제공하기 위해, 대면층(22, 52, 64)은 서로간에 적층된 상태로 된 대면층(22, 52, 64) 내의 내마모성 입자의 단일 층 또는 다중 층을 포함할 수 있다.
또 다른 실시예에 따르면, 냉각 요소의 네가티브 주형을 사용하고, 내마모성 입자의 엔지니어링된 형상을 주형 공동 내에 위치시키고, 용융 금속을 도입하여 본원에서 설명된 바와 같은 냉각 요소를 경제적으로 제조하는 방법이 제공된다.
주형은 종래의 사형 주형 또는 영구 흑연 주형일 수 있다. 영구 주형의 사용은 주형의 다중 재사용을 가능하게 하고, 보다 양호한 치수 공차를 갖는 주조품을 생성할 수 있기 때문에 유리하다. 이러한 영구 주형의 특성은 각각 성형 비용 및 가공 비용을 감소시켜 냉각 요소의 생산 비용을 낮춘다.
엔지니어링된 구조에서의 내마모성 입자의 위치 결정은 원위치(in-situ)로 또는 주형 내에 위치된 응집체의 미리 제조된 조립체를 사용하여 수행될 수 있다. 후자는 우수한 제조 및 품질 관리, 내마모성 입자와의 금속 결합, 열전도도 및 감소된 주조 준비 시간을 허용하기 때문에 유리하다.
도 2의 형태의 짝수의 다수개의 수평 리브(26) 및 다수의 수평 밸리(28)를 가진 주름진 구조를 가진 용광로를 위한 스타브 냉각기의 형태의 냉각 요소(12)를 나타내지만, 본원에서 설명되는 실시예는 야금로 내에서 경질의 마모성 입자 재료와 접촉하게 되어 마모를 겪게 되는 다양한 구조, 치수 및 크기의 냉각 요소(12)에 일반적으로 적용 가능하다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 대면층(22)/스타브 냉각기(12')의 작용면(24)은 넓은 평탄면을 갖지만 작은 높이 또는 깊이를 가진다. 이로써, 스타브 냉각기(12')의 전체 작용면(24)은 공급 부하(6)의 하강 칼럼과 접촉하도록 노출된다(도 1).
도 4는 제 1 작용면(54)을 갖는 원추형 구조를 갖는 용광로용 송풍 냉각기(42) 형태의 냉각 요소를 도시하지만, 본원에 개시된 실시예는 일반적으로 코크를 통하여 송풍 냉각기의 내측 및 외측 벽 또는 송풍 냉각기를 통하여 분사되는 다른 연료의 마모 및 침식에 의해, 또는 하나의 부하(소결체, 펠렛, 덩어리 광석) 및 코크의 교대층을 구성된 로 충전재와 직접 접촉함으로 인한 마모 및 침식에 의해 마모를 겪게 되는 다양한 구조, 크기 및 형상의 냉각 요소(42)에 적용될 수 있다.
도 7은 구리 매트릭스(70) 및 도 2, 도 2C 및 도5c 를 참고하여 전술한 대면층(22)의 표면(20)에 나란하게 연장되는 원통형 로드 형상 내마모성 입자(66) 및 구리 매트릭스(70)를 포함하는 매크로-복합 재료의 변형례를 도시한다. 도 7의 실시예에서, 로드 형상 입자(66)는 중공이며, 냉각제의 유동을 위한 내부 통로(76)를 갖는다. 로드 형상 입자(66)의 단부는 중앙부에 대해 90 °의 각도로 형성되어, 냉각제 매니폴드 및 냉각제 도관(18)에 연결되도록 스타브 냉각기(12)의 에지 둘레를 감쌀 수 있다. 따라서, 이 실시예는 냉각기의 작용면에 수냉을 제공하게 된다.
본 발명은 특정 실시예와 관련하여 설명되었지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 오히려, 본 발명은 다음의 청구범위의 범주 내에 속하는 모든 실시예를 포함한다.
1: 송풍 냉각기
2: 보쉬
3: 벨리
4: 스택
5: 스로트 섹션
6: 칼럼
7, 8: 개구
10: 쉘
12: 스타브 냉각기
14: 본체
16: 냉매 유로

Claims (55)

  1. 야금로 냉각 요소의 작용면에서 사용되는 내마모성 재료로서, 상기 내마모성 재료는 내마모성 입자를 포함하는 매크로-복합 재료를 구비하되,
    상기 내마모성 입자는 제 2 금속의 경도보다 높은 경도를 가지며,
    상기 내마모성 입자는 실질적으로 반복되고 엔지니어링된 구조로 배치되며,
    실질적으로 반복되고 상기 엔지니어링된 구조는 제 2 금속을 포함하는 매트릭스로 침투(infiltrated) 되는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 내마모성 입자는 탄화물, 질화물, 붕화물 및/또는 산화물을 포함하는 세라믹으로부터 선택되는 하나 이상의 내마모성 재료를 포함하며, 상기 제 2 금속의 매트릭스는 실질적으로 열전도성의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 탄화물은 탄화 텅스텐, 탄화 니오븀, 탕화 칼슘, 및 탄화 규소를 포함하는 그룹에서 선택되며,
    상기 질화물은 질화 알루미늄 및 실화 규소를 포함하는 그룹에서 선택되며,
    상기 산화물은 산화 알루미늄 및 산화 티타늄을 포함하는 그룹에서 선택되며,
    상기 붕화물은 붕화 규소를 포함하는 그룹에서 선택되며, 및/또는
    실질적으로 열전도성을 가지는 금속은 스테인레스 강, 모넬TM 와 같은 구리 니켈 합금 또는 구리, 쿠프로니켈 합금을(Cupronickel alloy) 포함하는 구리 합금을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료는 ASTM G 65 에 따라, 동일한 조건하에서 회철의 0.6 배 이하의 연마 마모율을 가지는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내마모성 입자는 약 3mm 내지 약 10mm 의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료의 실질적으로 반복되는 엔지니어링된 구조는 약 3mm 내지 약 50mm 의 외피 크기를 가지며, 상기 외피 크기는 매크로-복합 재료의 단위 체적을 형성하는 입방체의 에지의 길이로서 정의되는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    실질적으로 반복되는 엔지니어링된 구조는 약 3m 내지 약 50 mm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료의 단위 체적 내에서의 내마모성 입자의 전방면 영역 패킹 인자는 약 20% 내지 약 100% 인 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  9. 제 5 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 내마모성 입자 및 상기 매트릭스의 제 2 금속 사이의 계면의 면적은 적어도 0.25a2 인 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  10. 제 5 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    매크로-복합 재료(a3)의 단위 체적당 상기 내마모성 입자 및 상기 매트릭스의 제 2 금속(S.A.)간의 접촉 표면적은 적어도 0.1 인 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    제 2 금속의 매트릭스는 전방면 영역 층에서 내마모성 입자를 둘러싸는 금속 텐드릴(tendril)을 포함하되, 상기 텐드릴은 작용면을 향하여 나란하게 연장되는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 금속 텐드릴은 내마모성 입자들 사이의 갭에 형성되는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    전방면에 위치된 임의의 내마모성 입자는 그 길이 또는 직경의 적어도 0.25 배로 상기 매트릭스 내부로 연장되는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 내마모성 입자는 구형 및 원통형을 포함하는 그룹에서 선택되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 내마모성 입자는 구형이며,
    대면층은 육각형 영역 패킹 구조로 패킹된 구형 내마모성 입자의 단일층을 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 내마모성 입자는 원통형이며, 각각의 내마모성 입자는 전방면에 수직하게 배치되는 종축을 가지는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 내마모성 입자는 원통형이며, 각각의 내마모성 입자는 전방면에 나란하게 배치된 종축을 가지는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    각각의 원통형 내마모성 입자는 매트릭스의 제 2 금속에 의해 침투된 중공의 내부를 구비하는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  19. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료는 판형상 내마모성 입자를 포함하되,
    각각의 판형상 내마모성 입자의 면은 전방면인 작용면을 따라 배치되는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료는 공간에 의해 이격된 다수의 판형상 내마모성 입자를 포함하되, 판형상 입자들 간의 공간은 금속 매트릭스의 텐드릴을 형성하는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  21. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료는 발포체 또는 메쉬를 포함하는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  22. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료는 복합 재료의 제 2 금속과 동일한 제 1 금속을 포함하는 본체를 가지는 야금로용 스타브 냉각 요소 또는 송풍 냉각 요소의 작용 대면층 내에 매립되는 것을 특징으로 하는 내마모성 재료.
  23. 야금로용 냉각 요소로서,
    상기 냉각 요소는 제 1 금속을 포함하는 본체를 구비하며,
    상기 본체는 대면층이 구비된 적어도 하나의 표면을 포함하며,
    상기 대면층은 복합 재료를 포함하되, 상기 복합 재료는 제 2 금속의 매트릭스에 배치된 내마모성 입자를 포함하며, 상기 내마모성 입자는 제 2 금속의 경도보다 큰 제 1 금속의 경도 보다 더 큰 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  24. 제 23 항에 있어서,
    상기 대면칭이 제공되는 표면은 냉각 요소의 작용면의 적어도 일부분을 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 냉각 요소의 작업면은 상기 작용면을 따라 교대되는 배열에서 다수의 수평 리브와 다수의 수평 밸리에 의해 형성되는 주름진 구조를 구비하는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  26. 제 23 항 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 금속은 주철, 스테인레스 강을 포함하는 강, 구리, 모넬TM 합금과 같은 구리 니켈 합금을 포함하는 구리 합금을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  27. 제 23 항 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,
    내마모성 입자는 적어도 약 0.6 모스의 경도를 가지는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  28. 제 23 항 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대면층의 내마모성 입자는 탄화물, 질화물, 붕화물 및/또는 산화물을 포함하는 세라믹으로부터 선택되는 하나 이상의 내마모성 재료를 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  29. 제 28 항 에있어서,
    상기 탄화물은 탄화 텅스켄, 탄화 니오븀, 탄화 크롬 및 탄화 규소를 포함하는 그룹에서 선택되며,
    상기 질화물은 질화 알루미늄 및 질화 규소를 포함하는 그룹에서 선택되며,
    상기 산화물은 산화 알루미늄 및 산화 티타늄을 포함하는 그룹에서 선택되며,
    상기 붕화물은 붕화 규소를 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  30. 제 23 항 내지 제 29 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 금속은 제 1 금속과 동일한 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  31. 제 23 항 내지 제 30 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 금속은, 주철, 스테인레스강을 포함하는 강, 구리, 모넬TM 합금과 같은 구리 니켈 합금을 포함하는 구리 합금을 포함하는 그룹에서 선택되는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  32. 제 23 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 금속은 적어도 약 96 중량 퍼센트의 구리 함량을 가지는 높은 구리 합금인 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  33. 제 23 항 내지 제 32 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합 재료는 ASTM G 65에 따라, 동일한 조건하에 회철의 0.6 배 이하의 연마 마모율을 가지는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  34. 제 23 항 내지 제 33 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대면층은 약 3mm 내지 약 50 mm 의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  35. 제 23 항 내지 제 34 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복합 재료는 매크로-복합 재료를 포함하고, 상기 매크로-복합재료에서, 내마모성 입자는 실질적으로 반복되며 엔지니어링된 구조에 따라 배열되어, 상기 제 2 금속의 매트릭스로 침투되는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  36. 제 35 항에 있어서,
    내마모성 입자는 약 3mm 내지 약 10mm 의 크기를 가지는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  37. 제 35 항 또는 제 36 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료의 실질적으로 반복되며 엔지니어링된 구조는 약 3mm 내지 약 50mm 의 외피 크기를 가지며, 상기 외피 크기는 상기 매크로-복합 재료의 단위 체적을 형성하는 입방체의 에지의 길이로서 정의되는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  38. 제 37 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료의 단위 체적 내의 내마모성 입자의 전방면 영역 패킹 인자는 약 20 내지 100%인 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  39. 제 35 항 내지 제 38 항 중 어느 한 항에 있어서,
    내마모성 입자 및 상기 매트릭스의 제 2 금속 사이의 경계면적은 적어도 0.25a2 인 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소
  40. 제 35 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,
    매크로-복합 재료의 단위 체적(a3) 당 상기 내마모성 입자 및 상기 매트릭스의 제 2 금속 사이의 접촉 표면적은 적어도 0.1 인 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  41. 제 24 항 내지 제 40 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2 금속의 매트릭스는 대면층에서 상기 내마모성 입자를 둘러싸는 금속 텐드릴을 포함하며, 상기 텐드릴은 작용면을 향하여 나란하게 연장되는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  42. 제 41 항에 있어서,
    상기 금속 텐드릴은 상기 내마모성 입자 사이의 갭에 형성되는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  43. 제 24 항 내지 제 42 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 작용면에 위치된 임의의 내마모성 입자는 길이 또는 직경의 적어도 0.25 배로 상기 매트릭스 내부로 연장되는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  44. 제 23 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    각각의 내마모성 입자는 구형 및 원통형을 포함하는 그룹에서 선택되는 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  45. 제 44 항에 있어서,
    상기 내마모성 입자는 구형인 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  46. 제 45 항에 있어서,
    상기 대면층은 육각 영역 패킹 구조에서 패킹된 상기 구형 내마모성 입자의 단일층을 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  47. 제 44 항에 있어서,
    상기 내마모성 입자는 원통형이며, 각각의 내마모성 입자는 작용면에 수직하게 배치된 종축을 가지는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  48. 제 44 항에 있어서,
    상기 내마모성 입자는 원통형이며, 각각의 내마모성 입자는 작용면에 나란하게 배치된 종축을 가지는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  49. 제 47 항 또는 제 48 항에 있어서,
    각각의 원통형 내마모성 입자는 상기 매트릭스의 제 2 금속에 의해 침투된 중공의 내부를 가지는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  50. 제 24 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료는 판형상 내마모성 입자를 포함하며, 각각의 판형상 내마모성 입자의 면은 상기 작용면을 따라 위치되는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  51. 제 50 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료는 공간에 의해 이격된 다수의 판형상 내마모성 입자를 포함하되, 상기 판형상 입자들 사이의 공간은 금속 매트릭스의 텐드릴을 형성하는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  52. 제 23 항 내지 제 43 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 매크로-복합 재료는 발포체 또는 메쉬를 포함하는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  53. 제 23 항 내지 제 52 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 본체는 하나 이상의 내부 냉매 유동 통로를 형성하는 하나 이상의 내부 캐비티를 구비하는 것을 특징으로 하는 야금로용 냉각요소.
  54. 제 23 항 내지 제 53 항 중 어느 한 항에 따른 냉각 요소를 제조하는 제조 방법에 있어서, 상기 제조 방법은,
    (a) 상기 내마모성 입자의 엔지니어링된 구조를 제공하는 단계;
    (b) 주형 캐비티에 상기 마모성 입자의 엔지니어링된 구조를 위치시키는 단계로서, 엔지니어링된 구조는 냉각기의 대면층을 형성하는 주형 캐비티의 영역에 배치되는, 주형 캐비티에 상기 마모성 입자의 엔지니어링된 구조를 위치시키는 단계;
    (c) 상기 주형 캐비티에 용융된 금속을 도입하는 단계로서, 상기 용융된 금속은 냉각 요소의 본체의 제 1 금속과 상기 복합 재료의 제2 금속을 포함하는, 상기 주형 캐비티에 용융된 금속을 도입하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  55. 제 54 항에 있어서,
    상기 내마모성 입자의 엔지니어링된 구조는 예비 조립된 조립체의 형태로 단계(a)에서 제공되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
KR1020187023786A 2016-02-18 2017-02-17 내마모성 복합 재료, 야금로를 위한 냉각 요소의 응용 및 그 제조 방법 KR20180114055A (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662296944P 2016-02-18 2016-02-18
US62/296,944 2016-02-18
PCT/CA2017/050215 WO2017139900A1 (en) 2016-02-18 2017-02-17 Wear resistant composite material, its application in cooling elements for a metallurgical furnace, and method of manufacturing same

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187023823A Division KR20180113537A (ko) 2016-02-18 2017-02-17 내마모성 복합 재료, 야금로를 위한 냉각 요소의 응용 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20180114055A true KR20180114055A (ko) 2018-10-17

Family

ID=59624668

Family Applications (3)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187023786A KR20180114055A (ko) 2016-02-18 2017-02-17 내마모성 복합 재료, 야금로를 위한 냉각 요소의 응용 및 그 제조 방법
KR1020187023823A KR20180113537A (ko) 2016-02-18 2017-02-17 내마모성 복합 재료, 야금로를 위한 냉각 요소의 응용 및 그 제조 방법
KR1020207029215A KR102545826B1 (ko) 2016-02-18 2017-02-17 야금로를 위한 냉각 요소 및 그 제조 방법

Family Applications After (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020187023823A KR20180113537A (ko) 2016-02-18 2017-02-17 내마모성 복합 재료, 야금로를 위한 냉각 요소의 응용 및 그 제조 방법
KR1020207029215A KR102545826B1 (ko) 2016-02-18 2017-02-17 야금로를 위한 냉각 요소 및 그 제조 방법

Country Status (12)

Country Link
US (1) US10527352B2 (ko)
EP (1) EP3417225B1 (ko)
JP (1) JP6646160B2 (ko)
KR (3) KR20180114055A (ko)
CN (1) CN108885061A (ko)
AU (1) AU2017220495B2 (ko)
BR (1) BR112018016834B1 (ko)
ES (1) ES2969726T3 (ko)
PL (1) PL3417225T3 (ko)
RU (1) RU2718027C2 (ko)
WO (1) WO2017139900A1 (ko)
ZA (1) ZA201805153B (ko)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200075874A (ko) * 2017-11-16 2020-06-26 알란 제이 메크레이 내마모성의 단일 관통부 스테이브 쿨러

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10364475B2 (en) 2011-03-30 2019-07-30 Macrae Technologies, Inc. Wear-resistant, single penetration stave coolers
US9963754B2 (en) * 2017-11-16 2018-05-08 Allan J. MacRae Long campaign life stave coolers for circular furnaces with containment shells
US10301208B2 (en) * 2016-08-25 2019-05-28 Johns Manville Continuous flow submerged combustion melter cooling wall panels, submerged combustion melters, and methods of using same
ES2837273T3 (es) * 2016-12-30 2021-06-29 Arcelormittal Placa de enfriamiento de cobre con protuberancias multicapa que comprende material resistente al desgaste, para un alto horno
DK3728974T3 (da) * 2017-12-21 2024-07-01 Saint Gobain Isover Ovn med nedsænket brænder med automatisk digel-væg
EP3540080A1 (en) * 2018-03-15 2019-09-18 Primetals Technologies Limited Stave protection system
CN111471883B (zh) * 2020-03-20 2021-04-09 福建省盛荣生态花卉研究院有限责任公司 一种陶瓷金属复合材料及其制备方法
WO2022016094A1 (en) * 2020-07-17 2022-01-20 Berry Metal Company Structural matrix for stave

Family Cites Families (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54500047A (ko) * 1977-12-23 1979-11-01
FR2493871A1 (fr) * 1980-11-07 1982-05-14 Usinor Plaques de refroidissement pour hauts fourneaux
JPS60118650A (ja) 1983-11-26 1985-06-26 Matsushita Electric Ind Co Ltd 低融ホ−ロ−釉薬
DE3400215C2 (de) * 1984-01-05 1986-12-11 Didier-Werke Ag, 6200 Wiesbaden Verfahren zur Herstellung von sandwichartig aufgebauten Verbundbauteilen aus unterschiedlichen Fasermaterialien
NO158618C (no) * 1985-10-09 1988-10-12 Elkem As Sammensatt keramisk materiale og metallurgisk smelteovn omfattende en foring bestaaende av det sammensatte keramiskemateriale.
JPH01272707A (ja) * 1988-04-22 1989-10-31 Kawasaki Steel Corp 高炉炉壁冷却用ステーブ
DE3925280A1 (de) * 1989-07-31 1991-02-07 Gutehoffnungshuette Man Fluessigkeitsdurchstroemtes kuehlelement fuer schachtoefen
JP2778339B2 (ja) * 1992-03-27 1998-07-23 住友金属工業株式会社 熱応力緩和型傾斜機能材料を備えたステーブクーラ
JPH06322419A (ja) * 1993-05-14 1994-11-22 Nippon Steel Corp ステーブ
JPH08104910A (ja) * 1994-10-05 1996-04-23 Nippon Steel Corp ハイブリッドステーブの製造方法
CN1075114C (zh) * 1997-05-30 2001-11-21 霍戈文斯·斯塔尔公司 用于炉子的耐火墙壁
JP2000248305A (ja) * 1999-02-26 2000-09-12 Nippon Steel Corp ステーブクーラー
JP2000273511A (ja) * 1999-03-26 2000-10-03 Nippon Steel Corp ステーブクーラ
JP2000297308A (ja) * 1999-04-12 2000-10-24 Nippon Steel Corp ステーブクーラー
FI109937B (fi) * 1999-05-26 2002-10-31 Outokumpu Oy Menetelmä metallurgisen reaktorin sulatilan komposiitti-jäähdytyselementin valmistamiseksi ja menetelmällä valmistettu komposiittijäähdytyselementti
JP2001192715A (ja) * 2000-01-14 2001-07-17 Sumitomo Metal Ind Ltd 炉体冷却装置
US20040115477A1 (en) 2002-12-12 2004-06-17 Bruce Nesbitt Coating reinforcing underlayment and method of manufacturing same
US20040234820A1 (en) * 2003-05-23 2004-11-25 Kennametal Inc. Wear-resistant member having a hard composite comprising hard constituents held in an infiltrant matrix
FI121351B (fi) * 2006-09-27 2010-10-15 Outotec Oyj Menetelmä jäähdytyselementin pinnoittamiseksi
LU91454B1 (en) * 2008-06-06 2009-12-07 Wurth Paul Sa Cooling plate for a metallurgical furnace
SE0801515A0 (sv) * 2008-06-26 2009-12-27 Aga Ab Infodring av industriugn
JP5500682B2 (ja) 2010-04-09 2014-05-21 新日鉄住金エンジニアリング株式会社 ステーブクーラ及びその製造方法
EP2581468A1 (de) * 2011-10-14 2013-04-17 Siemens Aktiengesellschaft Verfahren zum Aufbringen einer Verschleißschutzschicht auf eine Strömungsmaschinenkomponente
EP2733451B1 (de) * 2012-11-15 2017-02-01 KME Germany GmbH & Co. KG Kühlelement für metallurgische Öfen
RU2557437C1 (ru) * 2014-01-10 2015-07-20 Государственное предприятие "Украинский научно-технический центр металлургической промышленности "Энергосталь" (ГП "УкрНТЦ "Энергосталь") Плитовый холодильник доменной печи
JP6394912B2 (ja) 2015-09-14 2018-09-26 Ｊｆｅスチール株式会社 炉体保護用ステーブ

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200075874A (ko) * 2017-11-16 2020-06-26 알란 제이 메크레이 내마모성의 단일 관통부 스테이브 쿨러

Also Published As

Publication number Publication date
JP2019510878A (ja) 2019-04-18
ES2969726T3 (es) 2024-05-22
KR102545826B1 (ko) 2023-06-20
PL3417225T3 (pl) 2024-03-25
JP6646160B2 (ja) 2020-02-14
BR112018016834B1 (pt) 2022-04-12
CN108885061A (zh) 2018-11-23
RU2018129973A3 (ko) 2020-03-18
EP3417225C0 (en) 2023-11-01
EP3417225A1 (en) 2018-12-26
EP3417225A4 (en) 2018-12-26
RU2718027C2 (ru) 2020-03-30
ZA201805153B (en) 2019-10-30
RU2018129973A (ru) 2020-03-18
KR20180113537A (ko) 2018-10-16
AU2017220495B2 (en) 2019-11-14
AU2017220495A1 (en) 2018-08-16
US10527352B2 (en) 2020-01-07
WO2017139900A1 (en) 2017-08-24
US20180347905A1 (en) 2018-12-06
BR112018016834A2 (pt) 2018-12-26
KR20200120759A (ko) 2020-10-21
EP3417225B1 (en) 2023-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102545826B1 (ko) 야금로를 위한 냉각 요소 및 그 제조 방법
US9963754B2 (en) Long campaign life stave coolers for circular furnaces with containment shells
CN202216542U (zh) 高温炉铜冷却壁
CN111926280A (zh) 一种艾萨炉冶炼长寿命喷枪之高熵合金涂层及其制备方法
EP1954999B1 (en) Cooling element and method for manufacturing the same
US6580743B1 (en) Stave cooler
CN101658916B (zh) 预制骨架增强体复合磨盘的制备方法
JP7260732B2 (ja) 高炉用羽口およびその製造方法
JP5434022B2 (ja) 竪型溶融炉のマンホール閉塞壁
KR102111898B1 (ko) 고로용 내마모성 재료를 포함하는 다층 돌출부들을 가진 구리 냉각 플레이트
JP7215010B2 (ja) 高炉用羽口およびその製造方法
JP7225883B2 (ja) 高炉用羽口
EP0008314B1 (en) Cooled components for furnaces
JP7172490B2 (ja) 高炉用羽口
JP2778348B2 (ja) 緩冷却型ステーブクーラを備えた炉体保護壁
CN215975892U (zh) 一种用于熔融还原炉的熔融渣通道内套及套件
Gritsishin et al. The refractory lining of blast furnaces and modernization of their cooling system
CN107142345B (zh) 高炉熔渣沟流嘴
US4310147A (en) Cooled components for furnaces
JP2022512381A (ja) シャフト炉の内壁を保護する方法
JP2020012151A (ja) 高炉用羽口およびその製造方法
JPH0469027B2 (ko)
JPH05271730A (ja) 熱応力緩和型傾斜機能材料を備えたステーブクーラ

Legal Events

Date Code Title Description
A107 Divisional application of patent
A201 Request for examination
AMND Amendment
A302 Request for accelerated examination
AMND Amendment
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
J201 Request for trial against refusal decision
J301 Trial decision

Free format text: TRIAL NUMBER: 2020101000382; TRIAL DECISION FOR APPEAL AGAINST DECISION TO DECLINE REFUSAL REQUESTED 20200204

Effective date: 20200429

J122 Written withdrawal of action (patent court)