JP7726886B2 - 冶金炉用冷却プレート - Google Patents

Description

本発明は、冶金炉用の冷却プレート、及びそのような冷却プレートの製造方法に関する。

冷却ステーブとも呼ばれる冷却プレートは、高炉の冷却システムの一部として、冶金炉、例えば溶鉱炉で使用される。それらは高炉の外殻の内側に配置され、高炉の内部に面するそれらの表面は、耐火材でライニングすることができる。冷却プレートは、例えば水のような冷却剤を供給する接続管によって、冷却システムの他の部分に接続された、内部冷却剤流路を有する。接続管は、炉の外鋼殻の掘削孔を介して誘導される。ある設計によれば、冷却ステーブ及び接続管は、銅（又は銅合金）で作製される。

現在、銅管と銅ステーブ本体との間の接続は、溶接継ぎ目の前処理、及び小さな皿もみ部を、銅ステーブ本体上に予め施すように行われる。この皿もみ部は、接続管の位置決めを行い、かつ接続管に平坦な支持面を提供する役割を果たす。溶接前処理は、冷却管と銅ステーブ本体との間にＨＶ溶接（レ形グルーブ溶接）を生成できるように行われる。しかしながら、この溶接接合は弱点である。動作中の摩耗及び熱応力により、銅ステーブ本体は、例えば曲がった形状、すなわち「バナナ」形状に変形する。この変形により、溶鉱炉の外殻に対して、冷却管の位置及び角度が変化する。

この変形の特定の部分を吸収し、溶鉱炉外殻の孔を気密に閉じるために、例えば特許文献１に開示されているように、外殻と冷却管との間に、いわゆる補償装置を溶接することが知られている。接続管の周りに一種の環状部品を形成するこの補償装置は、ある程度の変形しか吸収することができない。この変形度を超える場合、補償装置は接続管に固定点を形成する。高炉の運転中、ステーブ本体はさらに変形することが多く、接続管に負荷がかかることになる。この負荷は、固定点からステーブ本体と接続管との間の接続部に伝達され、したがって溶接部に伝達される。これにより、溶接部に亀裂が生じて漏出に至り、したがって高炉に水が入るおそれがある。

したがって、本発明の目的は、冶金炉の冷却システムにおける、漏水を防止するための手段を提供することである。この目的は、請求項１に記載の冷却プレート、及び請求項１７に記載の方法によって解決される。

本発明は、冶金炉用の冷却プレートを提供する。この炉は、縦型炉、特に溶鉱炉とすることができる。冷却プレートは、冶金炉に設置されると、炉の外殻の冷却に役立つものと理解される。

冷却プレートは、冶金炉の内側に面する前面、その反対側の後面、及び冷却プレート本体の内部にある少なくとも１つの冷却剤流路を備え、この冷却剤流路は後面の後部開口部と連通する。冷却プレートは、冷却パネル又は冷却ステーブとも呼ぶことができ、通常、冶金炉の外殻の内側に設置することが意図されている。組立て状態において、冷却プレートは、外殻と平行又は同心円状に配置することができる。冷却プレート本体は、例えば鋳造によって、単一の金属部品で作製することができる。本発明はこれに限定されないが、冷却プレート本体は、好ましくは銅を含む金属、すなわち銅又は銅合金で作製される。冷却プレートは、冶金炉の内側に面するための前面を有しており、すなわち組立て状態では、この前面は高炉の内側に向けられる。前面の表面積を増加させるために、前面には複数のリブを備えることができ、連続する２つのリブは、溝によって離隔される。冷却プレート本体は、前面と反対側に配置された後面をさらに備えており、すなわちこの後面は冶金炉の外側に面する。冷却プレートが高炉の外殻の内側に設置されるとき、この後面が外殻に面する。通常、冶金炉の冷却システムは複数の冷却プレートを備え、これらが外殻全体を過剰な熱からある程度保護する。必要に応じて、冷却プレートの少なくとも１つの表面には、表面を過度の熱及び／又は機械的摩耗から保護するための耐火ライニングを施すことができる。冷却プレート本体の内部には、少なくとも１つの冷却剤流路が配置される。冷却剤流路は、冷却プレート本体の内部にある細長い空洞であり、通常は直線状である。特に、冷却剤流路は、円形又は長円形の断面を有することができる。冷却剤流路は、冷却剤、例えば水を収容し、誘導するように設計されていると理解される。

冷却プレートは、冷却プレートに接続された接続管をさらに備え、接続管の管流路は冷却剤流路と連通し、前述した接続管は、冷却剤流路と冷却流体をやりとりするように適合されている。接続管は、通常、単一の金属からなり、所定の長さを有する。接続管は様々な長さであってよく、一般に、冷却プレート本体の裏側から外殻を通って延在するのに十分であるように選択され、冷却システムに接続するために溶鉱炉本体の外側に突出する。冷却プレート本体と同様に、接続管は、好ましくは、銅を含む金属、すなわち銅又は銅合金で作製される。本発明はこれに限定されないが、接続管は円形の断面を有することが好ましい。接続管は、通常は同じく円形断面の、管流路すなわち内側ダクトを有する。管流路は、外部に対して接続管の管壁によって区切られている。接続管は、管流路が冷却剤流路と連通するように、冷却プレート本体に接続されている。ここで、及び以下において、「連通する」とは、冷却剤をやりとりできる構成を指す。言い換えれば、冷却剤流路及び管流路は、冷却剤が冷却剤流路から管流路へ流れ、かつその逆にも流れることができるように接続される。すなわち、接続管は、冷却剤流路へ、又は冷却剤流路から、冷却剤（すなわち、冷却流体）を運ぶように適合される。

冷却プレートは、後部開口部から冷却剤流路内に孔方向に延在する受孔をさらに備える。ここで、少なくとも受孔の第１の側面に隣接して、冷却剤流路は、カバー部のカバー厚分だけ後面から孔方向に離隔して、ある幅にわたって孔方向に延在する。「受孔」という用語は、穿孔又は掘削によってそれを形成することが好ましい方法であるが、それが必須のものと解釈されるべきではない。受孔は孔方向に延在し、この孔方向は受孔の対称軸にも対応する。受孔は、後部開口部から冷却剤流路内に延在し、冷却剤流路を越えて延在する可能性もある。受孔の形状は、一概に限定されないが、円形断面を有することが好ましい。これに関連して、冷却剤流路の幅とは、孔方向に沿って測定されたその寸法である。通常、孔方向は冷却剤流路の軸線に垂直であるため、円形断面の場合、冷却剤流路の幅はその直径に相当する。孔方向に関しても、冷却剤流路は、カバー部のカバー厚分だけ後面から離隔している。言い換えれば、冷却剤流路は、冷却プレート本体のカバー部によって後面から分離され、カバー部は、カバー厚と呼ばれる（孔方向の）厚さを有する。多くの場合、カバー厚が冷却剤流路の全長にわたって一定であるように、冷却剤流路は後面に対し平行であり、このことは冷却剤流路の幅にも当てはまる。カバー厚及び／又は幅が一定でない場合、これらの用語は、具体的には、受孔に隣接し、受孔の第１の側面にある冷却剤流路のカバー厚及び幅を指す。以下に説明するように、いくつかの実施形態では、カバー部は、受孔の第２の側面（第１の側面の反対側）には存在しなくてもよい。他の実施形態では、カバー部が受孔の両側に存在し、通常、カバー厚は両側で同じである。

接続管の端部は、カバー厚を超えて孔方向に受孔内に延在し、冷却剤流路の幅の少なくとも一部に沿って受孔内に形状嵌めで受け入れられる。嵌合を形成することで、冷却プレート本体に対して孔方向に垂直に移動することが有利に防止される。管流路は端部において直線状である。当然ながら、この形状嵌めは、孔方向に垂直な少なくとも１つの方向、好ましくは孔方向に垂直な任意の方向を指す。受孔の内寸及び端部の外寸は、端部が孔方向に対して垂直に移動することができないように（又は、無視できる程度にしか移動しないように）適合される。通常、受孔の断面は、接続管の断面にほぼ相当する。例えば、接続管が円形断面を有する場合、同じことが受孔にも当てはまる。

より具体的には、端部は、カバー厚を超えて受孔内に延在し、孔方向における冷却剤流路の幅の少なくとも一部に沿って、形状嵌めで収容される。受孔は、カバー部を通って、冷却剤流路の幅の少なくとも一部に沿って延在することが理解される。形状嵌め接続部は、局所的に存在するだけでなく、冷却剤流路の幅の少なくとも一部に沿って存在するため、接続部は、孔方向に垂直な力だけでなく、孔方向に垂直な軸の周りのトルクも受け取り、又は伝達することができる。さらに、接続管の端部と冷却剤プレートとの間の力の伝達は、局所的に生じるのではなく、特定の長さ又は領域に沿って生じる。したがって、局所的な圧力及び応力が大幅に低減される。従来技術とは対照的に、単一の一次元溶接継ぎ目に、力の伝達が集中しない。したがって、冷却プレートの動作中に冷却プレート本体（及び／又は接続管）が大きく変形しても、接続管と冷却プレート本体との接続を維持することができる。接続管が受孔内に深く挿入され（すなわち、冷却剤流路を後面から分離するカバー部を通りカバー厚を超えて）、形状嵌め接続部が冷却剤流路の領域内に少なくとも部分的に（すなわち、その幅に沿って）確立される。そのため、例えば後面に環状部品などを設けることによって、冷却プレート本体を拡張する必要なしに、確実な接続を確立することができる。それどころか、この後面は、単純で平坦な形状を有し得るため、製造プロセスが容易になり、製造コストを低減できる。また、管流路が端部において直線状であることも有益である。すなわち、端部の製造を複雑にし、場合によっては受孔への端部の挿入をより複雑にするおそれのある、屈曲部などを有しないためである。少なくともいくつかの実施形態では、管流路は、その全長に沿って直線である。また、管流路は通常、その軸方向に沿って、開放端管に相当する端側開口部を有する。

このように、接続管と冷却プレート本体との間の、十分に安定した接続を保証するには、形状嵌めで事足りるのだが、端部は受孔に圧入されることが好ましい。言い換えれば、接続管の外寸は、受孔の内寸よりも若干大きくなるように選択される。例えば、受孔と接続管の両方が円形断面を有する場合、接続管の外半径は、受孔の内半径よりも若干（例えば、０．数ミリメートル又は数ミリメートル）大きいように選択される。したがって、接続管の端部を挿入するために、受孔の周りの接続管及び／又は冷却プレート本体を変形させなければならない。この圧入により、機械的接続の安定性を高めるだけでなく、冷却剤に対する接続部の密閉性も高めることができる。

受孔内に収容する端部の長さを増加させることによって、冷却プレート本体と接続管との間の、接続の信頼性を高めることができると理解される。好ましい実施形態によれば、この端部は、冷却剤流路の幅の少なくとも５０％に沿って、受孔内に形状嵌めで収容される。この実施形態では、受孔及び端部は、冷却剤流路を通って、少なくともその中間部に延在する、と言うこともできる。より好ましくは、この端部は、冷却剤流路の全幅に沿って受孔内に形状嵌めで収容することができる。

特に、受孔及び端部は、冷却剤流路を越えて孔方向に延ばすことができる。また、冷却剤流路を通って延在する、又はカバー厚及び冷却剤流路の幅を超えて延在すると言うこともできる。受孔は、接続管の端部が当接する、平坦な端面を備えることができる。

接続管と冷却プレート本体との間の接続の機械的安定性は、特に接続管が受孔内に圧入されるときに、主に形状嵌めによって確立されるのだが、特に冷却剤に対する液密性を保証するためには、この接続を補完することが、概して望ましい。したがって、接続管は、後部開口部に近接する溶接接続部によって、冷却プレート本体に接続されることが好ましい。この溶接接続は、特に、後部開口部の周りに密閉型の環状溶接継ぎ目を含むことができる。一方では、溶接接続は、冷却プレート本体と接続管との間の機械的接続を強化する。しかしながら、通常、溶接接続の最も重要な機能は、流体密なシールを提供することである。あらゆる機械的応力は、形状嵌め接続部によって大部分が吸収されるため、溶接接続部の応力は、従来技術に対して大幅に低減されることに留意されたい。接続管と冷却プレート本体（又はそれぞれの受孔）との間の界面で、密閉及び接続の強度を改善するための他の選択肢には、接着又はねじ込みがある。

好ましくは、冷却プレート本体は、後部開口部の周りの円周方向に配置された皿もみ部を備え、溶接接続部は皿もみ部の内側に配置される。通常、この皿もみ部は環状である。その外径は、前面に向かう方向で減少するため、接続管の管壁と冷却プレート本体との間に、皿もみ部のＶ字形断面が形成される。この場合もやはり、溶接接続部は、密閉型の環状溶接継ぎ目を含むことが好ましい。具体的には、この溶接はＨＶ溶接（レ形グルーブ溶接）とすることができる。

接続管が冷却プレート本体にどの程度まで挿入されるかによっては、その管壁は端部全体で円形とすることができる。しかしながら、接続管が冷却プレート本体内により深く挿入される場合、その管壁は潜在的に冷却剤流路の断面のかなりの部分を塞ぐ可能性があり、概してこのことは望ましくない。これを回避するために、接続管の管壁は、管流路が冷却剤流路と連通する、少なくとも１つの横方向開口部を備えることが好ましい。この横方向開口部は、端部の縁付近の凹部とすることができる。特に、管壁を横断する貫通孔とすることができる。

冷却剤の流れについて、可能な限り外乱を小さくするために、少なくとも１つの横方向開口部の断面が冷却剤流路の断面に対応し、少なくとも１つの横方向開口部が、冷却剤流路と位置合わせされることが好ましい。言い換えれば、それぞれの横方向開口部は、冷却剤流路と同じ断面を有し、位置合わせされるため、冷却剤流路の連続部と考えることができる。横方向開口部の断面が冷却剤流路の断面よりも僅かに小さい（例えば１０％小さい）場合には、冷却剤の流れに及ぼす影響は僅かであり、依然として満足のいく性能をもたらすことができる。横方向開口部の断面を、冷却剤流路の断面よりも大きくすることもできる。横方向開口部の形状は、冷却剤流路の断面の形状に適合させることができる。例えば、管流路の断面が円形であるとしても、横方向開口部は、冷却剤流路の長円形の断面に対応する、長円形の断面を有することができる。

接続管が冷却剤流路の端部のすぐ近くに配置される場合、一般に、単一の横方向開口部で十分である。しかしながら、特に冷却剤流路が接続管の位置を越えて続く場合、管流路の両側に配置された２つの横方向開口部を、管壁に備えることが好ましい。

冷却剤流路は、通常、穿孔処理又は直接鋳造によって形成される、すなわち冷却プレート本体に穿孔又は成型される。同様に、少なくとも１つの横方向開口部は、通常、管壁に穿孔される。こうした穿孔処理は、冷却剤流路及び少なくとも１つの横方向開口部が単一のドリル孔によって形成される、好ましい実施形態において、組み合わせることができる。言い換えれば、単一のドリル孔又はドリル経路が冷却プレート本体に形成され、管壁も横断する。このことは、冷却剤流路が形成される前に、又は少なくともそれが完全に形成される前に、接続管が受孔に挿入されることを意味する。次いで、冷却剤流路、又は少なくとも受孔の近くの部分は、少なくともその１つの横方向開口部も形成する、穿孔処理によって形成される。この実施形態では、少なくとも１つの横方向開口部が冷却剤流路と同じ断面を有し、冷却剤流路と位置合わせされることが、確実になると理解されよう。

一実施形態によれば、冷却剤流路は、冷却プレート本体の外側と連通する端部開口部を含み、管壁は、少なくとも１つの横方向開口部と端部開口部との間で冷却剤流路を密閉して閉じる。上述したように、冷却剤流路は通常、冷却プレート本体に穿孔することによって生成される。穿孔作業により、冷却剤流路の一端、すなわちドリルが冷却プレート本体に挿入された場所に、端部開口部が生成される。端部開口部は、鋳造処理からも生じ得る。従来技術によれば、そのような端部開口部は、専用プラグによって閉じられることが多い。この専用プラグは、端部開口部のサイズに応じて製造し、端部開口部内に挿入して、通常は溶接によって固定する必要がある。この実施形態では、端部開口部に対して、管壁が冷却剤流路を密閉して閉じるため、そのようなプラグは不要である。少なくとも１つの横方向開口部は、管流路と冷却剤流路との間の流体連通を可能にするために、端部開口部の反対側に配置される。専用プラグが不要となることで、冷却プレートの製造コストが大幅に低減されることが理解される。

別の実施形態では、接続管の端部は、受孔の外側に配置された接続管の外側部分の、第２の外形寸法よりも大きい、孔方向に垂直な第１の外形寸法を有する。（第１／第２の）外形寸法すなわち外部寸法は、例えば、それぞれの部分の直径とすることができる。いずれの場合も、それは孔方向に垂直な寸法である。より具体的には、孔方向に垂直であり、かつ冷却剤流路の方向（又は後述するように、その中心軸）に垂直な寸法とすることができる。この実施形態では、端部は、受孔の外側、すなわち冷却プレート本体の外側に配置された外側部分に対して、厚く、及び／又は広くなっている。この実施形態は、特に、冷却剤流路の１つの寸法が、管流路の寸法よりも大きい場合に採用することができる。そのような場合、横方向開口部の寸法は、好ましくは冷却剤流路の寸法に適合される。例えば、冷却剤流路は、円形の管流路の直径よりも大きい、ある寸法を有する長円形とすることができる。この場合、広げられた接続管の端部は、冷却剤流路に対応する寸法を有し、同様に長円形の、横方向開口部を含むことができる。

いくつかの実施形態では、接続管は、接続管の残りの部分よりも大きい直径（及びより厚い管壁）の端部を有することができ、これにより接続が補強され、かつ密閉が容易になる。

好ましくは、冷却プレート本体は、一般的なスラブ形状を有し、冷却プレート本体の長手方向に延在する複数の冷却剤流路を備える。各冷却剤流路には、その両端に２つの受孔が設けられ、接続管は、その端部によって、それぞれの受孔内に形状嵌めで収容される。そのような実施形態では、接続管は、冷却流路の入口及び出口に対応する。冷却プレート本体のスラブ形状は、単一の鋳造作業によって製造することができる。冷却剤流路は、鋳造作業において設けることができ、又は後に穿孔することができる。

上述したように、カバー部は、少なくとも受孔の第１の側面で、冷却剤流路を後面から分離する。いくつかの実施形態では、受孔の別の側面には、カバー部は存在しない。そのような実施形態によれば、少なくとも１つの横方向開口部の反対側にある、受孔の第２の側面では、冷却剤流路は後面に向かって開放されており、接続管は後面から少なくとも部分的に離れて冷却プレート本体に溶接される。この第２の側面は、通常、受孔を基準にして第１の側面の反対側に配置される。ここにはカバー部は存在しておらず、冷却剤流路が形成された後（例えば、受孔を穿孔する前後であるが、好ましくは接続管を挿入する前）に、除去することができる。冷却剤流路は、この第２の側面で後面に向かって開放されているため、端部のかなりの部分は、外部からアクセス可能である。この部分は、後面の近くだけでなく、後面から少なくとも部分的に離れて、例えば冷却剤流路内に、溶接接続を施すために使用される。

通常、冷却剤流路及び管流路は対称であり、それぞれが、それ自体の中心軸を有する。通常、冷却剤流路と管流路との間の冷却剤の流れは、冷却剤流路の第１の中心軸と、管流路の第２の中心軸とが交差するときに、最適化することができる。したがって、第１及び第２の中心軸は、単一の幾何学的平面内に配置される。言い換えれば、冷却剤流路及び管流路は、当然ながらある角度、例えば直角に配置されるが、それらは互いに対してオフセットされない。２つの流路が、それらの各中心軸が交差しないようにオフセットされている場合も、特にオフセットが大きくない場合には、冷却剤の流れは依然としてかなり良好であり得る。

場合によっては、接続管は、単一の冷却剤流路との接続を確立するだけではない。例えば、「２孔型」と呼ばれる冷却パネルでは、冷却剤流路は対になっており、互いに隣接して穿孔され、各端部で同じ接続管と連通する。

そのような一実施形態では、冷却プレート本体は２つの冷却剤流路を備える。受孔の第１の側面で少なくとも受孔に隣接して、少なくとも１つの冷却剤流路が、カバー部のカバー厚分だけ後面から孔方向に離隔し、その幅にわたって孔方向に延在する。受孔は、後部開口部から両方の冷却剤流路にかけて延在し、接続管の管流路は両方の冷却剤流路と連通する。通常、両方の流路は、同じカバー厚分だけ後面から離隔し、同じ幅にわたって延在する。通常、それらは分割壁を間に挟んで互いに近接して配置され、平行に延びている。接続管は、両方の冷却剤流路に接続される。この管流路の寸法（例えば直径）は、通常、個々の冷却剤流路の寸法（例えば直径）よりも、かなり大きいことは明らかであろう。例えば、管流路の断面積は、両方の冷却剤流路を組み合わせた断面積に、ほぼ相当する。実際には、冷却パネルは複数の冷却剤流路の対を含み、それぞれの対は、各端部で１つの接続管と連通する。

本発明はさらに、冶金炉用の冷却プレートを製造する方法を提供する。この方法は、前面及び反対側の後面を有する冷却プレート本体を提供すること、並びに、端部において直線状の管流路を有する、接続管を提供することを含む。本方法の別のステップでは、冷却プレート本体に、後面の後部開口部から前面に向かって延びる受孔が設けられる。受孔は、具体的には、冷却プレート本体に穿孔することによって設けることができる。受孔は、接続管を設ける前後を問わず、設けられることに留意されたい。さらに別のステップでは、接続管の端部を受孔内に形状嵌めで収容することで、接続管を冷却プレートに接続するために、接続管の端部は後部開口部を通って挿入される。具体的には、接続管は、受孔に圧入することができる。

本方法の別のステップでは、少なくとも１つの冷却剤流路が冷却プレート本体内に設けらる。これにより、冷却剤流路は、少なくとも受孔の第１の側面で受孔に隣接し、カバー部のカバー厚分だけ後面から孔方向に離隔され、その幅にわたって孔方向に延在する。冷却剤流路は、後部開口部と連通し、受孔は、後部開口部から冷却剤流路にかけて延在する。接続管の端部が受孔内に収容されると、その端部は、カバー厚を超えて孔方向に受孔内に延在し、冷却剤流路の幅の少なくとも一部に沿って形状嵌めで収容さる。嵌合を形成することで、冷却プレート本体に対して接続管が孔方向に垂直に移動することが防止される。好ましくは、冷却剤流路は、穿孔によって形成される。冷却剤流路は、接続管を受孔に挿入する前後を問わず、設けられることに留意されたい。

本発明の方法の好ましい実施形態は、本発明の冷却プレートの実施形態に対応しており、概して、ここで再びその説明は行わない。

一実施形態によれば、接続管の端部は、冷却剤流路が形成された後、例えば穿孔された後に、冷却剤流路に挿入される。しかしながら、この端部が受孔に挿入された後に、冷却プレート本体に冷却剤流路を穿孔することが好ましい。

好ましくは、接続管の管壁にある、少なくとも１つの横方向開口部は、単一の穿孔作業で冷却剤流路と共に穿孔される。言い換えれば、単一の穿孔作業で、冷却プレート本体を（冷却剤流路として）貫通し、管壁を（少なくとも１つの横方向開口部として）貫通して延在する、単一の穿孔が形成される。

本方法の好ましい実施形態によれば、接続管の管壁は、少なくとも１つの横方向開口部を備え、冷却剤流路は、接続管の端部が受孔に挿入される前に冷却プレート本体に穿孔される。これにより、管流路は、少なくとも１つの横方向開口部を介して冷却剤流路と連通し、管壁は、少なくとも１つの横方向開口部と、冷却プレート本体の外側と連通する冷却剤流路の端部開口部との間で、冷却剤流路を密閉して閉じる。冷却プレートに関して、既にこの端部開口部の説明を行った。この実施形態では、接続管を受孔に挿入する前に、端部開口部を有する冷却流路が設けられる。接続管が挿入されると、その管壁により冷却流路の端部開口部が閉じられるため、専用プラグの必要性がなくなる。

本方法の好ましい実施形態では、接続管は冷却プレート本体に溶接される。接続管の端部を受孔に挿入した後に冷却剤流路を穿孔する場合、冷却剤流路を穿孔する前後を問わず、溶接を行うことができる。本発明の冷却プレートに関連して、好ましいタイプの溶接接続について前述した。好ましくは、溶接を行う前に、受孔の周りに皿もみ部が形成され、この皿もみ部の内側に、溶接接続部が配置される。

一実施形態によれば、受孔の第２の側面で接続管が冷却プレート本体に溶接される前に、少なくとも１つの横方向開口部とは反対側の、受孔の第２の側面にある除去領域で、カバー部が取り除かれ、少なくとも部分的に後面から離れて溶接が行われる。この場合、受孔の第１の側面では、カバー部はそのまま残されるが、少なくとも１つの横方向開口部の反対側にある（通常は第１の側面の反対側でもある）、第２の側面で、例えば機械加工によって、カバー部は取り除かれる。本明細書では、カバー部が取り除かれた領域を、除去領域と呼ぶ。ここで、冷却剤流路は、この第２の側面で後面に向かって開放されており、したがって、接続管が受孔内に挿入された後でも、端部のかなりの部分が外部からアクセス可能である。したがって、後面の近くだけでなく、後面から離れて、例えば冷却剤流路内で、溶接処理を実行することができる。このような溶接接続により、接続管と冷却プレート本体との間の、接続の安定性が高まることが理解されよう。

ここで、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施形態を、例として説明する。
本発明による、冷却プレート本体と接続管のアセンブリを有する、冷却プレートの第１の実施形態を示す断面図である。 冷却プレート本体への接続管のアセンブリを示す、図１の細部Ａの斜視断面図である。 図２に対応する、冷却プレート本体の断面図である。 図２の接続管の側面図である。 図４中の方向ＩＶに沿った側面図である。 図１の冷却プレートを製造する方法の、第１段階を示す断面図である。 冷却プレートの製造方法の、第２段階を示す断面図である。 冷却プレートの製造方法の、第３段階を示す断面図である。 冷却プレートの製造方法の、第４段階を示す断面図である。 本発明の冷却プレートの、第２の実施形態の断面図である。 図１０の、線ＸＩ－ＸＩに沿った断面図である。 図１１の、線ＸＩＩ－ＸＩＩに沿った断面図である。 図１０の、冷却プレートの切取図である。 図１０の、冷却プレートの斜視図である。 本発明の冷却プレートの、第３の実施形態の切取図である。 図１５の冷却プレートの断面図である。

図１は、本発明の冷却プレート１の実施形態を、その厚さ方向における、長手方向断面図で示している。この冷却プレートは、典型的にはスラブから形成された金属製冷却プレート本体１０であり、例えば、鋳造又は鍛造による、特に銅又は銅合金の金属体である。

冷却プレート本体１０は、全体的に符号１１で示す、炉内部に向けられた、高温面とも呼ばれる前面、並びに、使用時に炉殻の内面に面し、低温面とも呼ばれる、反対側の後面１２を有する。

当技術分野で知られているように、冷却プレート本体１０の前面１１は、特にリブ１１．１及び溝１１．２を交互に有する、構造化された表面を、有利に有することができる冷却プレート１が炉に取り付けられるとき、耐火レンガライニング（図示せず）用の固定手段を提供するために、溝１１．２及び層状のリブ１１．１は、一般に、水平に配置される。

参照符号１７は、本体内で長手方向に延びる冷却剤流路を示す。典型的には、冷却プレート本体１０は、互いに平行に延び、本体の幅に沿って分布する、本体内に穿孔された複数の冷却剤流路１７を含む。冷却剤流路１７は、成形された冷却プレート本体１０を通って長手方向の一端から他端まで穿孔され、それによって、冷却プレート本体１０の外側と連通する、端部開口部１８が形成される。冷却剤流路１７の一端（図９における上端）は貫通しておらず、穿孔端の端部開口部１８はプラグ１９によって閉じられている。この実施形態では、冷却剤流路１７は直線状であり、円形の断面を有する。また、第１の中心軸Ａ１を基準にして対称である。冷却剤流路１７の穿孔についても、以下でさらに説明を行う。

各冷却剤流路１７には、一般に穿孔によって、上部及び底部のアクセス孔が後面に設けられる。以下、これらのアクセス孔を受孔１４と呼ぶ。金属製の接続管２０が各受孔１４に嵌合され、冷却剤流路と溶鉱炉の冷却システムとの間の、流体連通が可能となる。通常、冷却剤流体は、受孔１４の一方、及び関連する接続管２０を通って冷却剤流路１７に入り、他方の受孔を通って冷却剤流路１７から出る。

ここで、図１の細部Ａを示す、図２を参照する。図から分かるように、受孔１４は、後面１２の後部開口部１３から、冷却剤流路１７にかけて、孔方向Ｂに延在する。さらに、冷却剤流路を若干超えて延在し、平坦な端面１６で終端する。受孔１４は円形の断面を有し、この断面は、冷却剤流路１７の断面よりも大きくすることができる。後部開口部１３の周りの円周方向には、皿もみ部１５が形成されている。冷却剤流路１７は、受孔１４の第１の側面２６、及び第２の側面２７において、冷却プレート本体１０のカバー部１０．１によって、後面１２から離隔されている。孔方向Ｂにおいて、カバー部１０．１は、その間隔を画定するカバー厚Ｃを有する。

また、冷却プレート１は接続管２０を備え、この接続管は、同様に円形の断面を有し、管流路２１を取り囲む管壁２２を備える。接続管２０は、冷却プレート本体１０と同じ材料で作製することができる。接続管２０の端部２３は、端面１６に当接するように、受孔１４に圧入されている。端部２３を受孔１４に圧入することによって、それは、冷却剤流路１７の幅Ｗの全体に沿って受孔１４内に形状嵌めで収容される。このＷは、孔方向Ｂにおける冷却剤流路１７の寸法である。この場合、孔方向Ｂは第１の中心軸Ａ１に垂直であるため、幅Ｗは冷却剤流路１７の直径に相当する。接続管２０は、第１の中心軸Ａ１と直角に交わる、第２の中心軸Ａ２を中心として対称である。

冷却プレート本体１０と接続管２０との間の形状嵌め接続は、圧入によって強化され、冷却プレート１の動作中に、過度の圧力又は応力をもたらすことなく、これら２つの構成部品の間に作用する力及びトルクを伝達し得ることを保証する。主に密閉を目的として、この接続は、皿もみ部１５に施される溶接接継ぎ目３０によって補完される。図示の実施形態では、溶接継ぎ目３０はＨＶ溶接（レ形グルーブ溶接）に相当する。冷却剤流路１７と管流路２１との間に最適な冷却剤流を提供するために、管壁２２は、（接続管２０を個別に示す、図４及び図５図でも見られる）２つの横方向開口部２４を備える。これらは管流路２１の対抗する面に配置され、受孔１４の第１の側面２６及び第２の側面２７に、それぞれ面する。各横方向開口部２４は、冷却剤流路１７と同じ断面を有し、冷却剤流路１７と位置合わせされる。

図６～図９は、冷却プレート１の製造方法を示す。図６は、この方法の第１段階を示しており、冷却プレート本体１０に、受孔１４及び皿もみ部１５が設けられる。これらは、冷却プレート本体１０の銅材料に、穿孔又は機械加工することによって、製作することができる。冷却剤流路１７は、まだ穿孔されていない。図７は、接続管２０が、圧入によって後部開口部１３を通って受孔１４に挿入される、新たなステップを示す。圧入加工のために、管壁２２の外半径は、受孔１４の内半径よりも若干（例えば、数ミリメートル又は０．数ミリメートル）、大きくなければならない。皿もみ部１５は、後部開口部１３の周りに環状のＶ字溝を形成する。本方法の次の段階では、図８に示すように、冷却剤流路１７及び横方向開口部２４が、単一の穿孔加工で穿孔される。これにより、横方向開口部２４が冷却剤流路１７と同じ断面を有し、それと位置合わせされることが自ずと保証される。図９に図に示されている、この方法の最終段階では、接続管２０と冷却プレート本体１０との間に流体密なシールを提供するために、環状溶接継ぎ目３０が施される。

図１０～図１４は、本発明の冷却プレート１の、第２の実施形態を示している。これは第１の実施形態と類似したものであり、その限りにおいては、繰り返し説明を行わない。ここでは冷却剤流路１７が長円形の形状を有するため、幅Ｗは管流路２１の直径よりもかなり小さく（図１０参照）、幅Ｗに垂直な冷却剤流路１７の寸法はかなり大きい（図１２参照）ことが、相違点である。したがって、接続管２０の横方向開口部２４は、冷却剤流路１７に向かって広くなっている。また、冷却剤流路１７の内部にその寸法に対応するシールを提供するために、接続管２０の端部２３は、受孔１４の外側に配置された外側部分２５の、第２の直径Ｄ２よりも大きい、第１の直径Ｄ１を有する。この厚さの増加により、接続部がさらに強化される。

この実施形態では、冷却剤流路１７は、冷却プレート本体の外側に向かって開口する端部開口部１８を有するため、密閉機能が特に重要である。第１の実施形態では、このような端部開口部１８は、専用のプラグ１９で閉じらる。このプラグを製造し、冷却プレート本体１０の内部に挿入して、固定する必要があるため、不要な製造コストにつながることになる。しかしながら、この実施形態では、管壁２２が、横方向開口部２４と端部開口部１８との間の、冷却剤流路１７を密閉して閉じる。これにより、管流路２１や冷却剤流路１７から、端部開口部１８に冷却剤が流出することが防止される。また、カバー部１０．１は、図１０に点線で示すように、受孔１４の第２の側面２７にある、除去領域１０．２で、例えば機械加工によって取り除かれている。したがって、端部２３は、外部からアクセス可能である。後部開口部３１に隣接する第１の側面２６上の溶接継ぎ目３１に加えて、後面１２から離れて前面１１に向かって延びる第２の側面２７上に、別の溶接継ぎ目３２が施される。除去領域１０．２でカバー部１０．１を除去することによって、この溶接継ぎ目３２の適用が容易になる、又は可能となる。先の実施形態と比較して、接続管２０は、第１の側面２６の方へ向けられた、すなわち流路１７から冷却剤の流れを受けるための、１つの端部開口部２４のみを有することに留意されたい。

図１５及び図１６は、本発明の冷却プレート１の、第３の実施形態を示し、これは第２の実施形態とほとんど同一のものである。しかしながら、この場合、冷却剤流路は隣接する対として穿孔される。図に見られるように、冷却プレート本体１０は、２つの平行な冷却剤流路１７を備え、それらの間にある分割壁１０．３によって離隔されている。管流路２１は、単一の横方向開口部２４を介して、両方の冷却剤流路１７に連通している。あるいは、各冷却剤流路１７に対して１つずつ、２つの横方向開口部２４があってもよい。受孔１４は、後部開口部１３から両方の冷却剤流路１７内に延び、それらを越えて平坦な端面１６まで延びる。

本実施形態では、冷却剤流路１７は穿孔によって形成されるが、代わりに鋳造によって形成してもよい。同様に、後部開口部１３及び受孔１４は、冷却プレート本体１０と共に鋳造することによって、形成することができる。材料に関しては、冷却プレート本体１０には銅（及び銅合金）が広く使用されているが、例えば鋳鉄など、他の適切な材料を使用してもよい。

１ 冷却プレート
１０ 冷却プレート本体
１０．１ カバー部
１０．２ 除去領域
１０．３ 分割壁
１１ 前面
１１．１ リブ
１１．２ 溝
１２ 後面
１３ 後部開口部
１４ 受孔
１５ 皿もみ部
１６ 端面
１７ 冷却剤流路
１８ 端部開口部
１９ プラグ
２０ 接続管
２１ 管流路
２２ 管壁
２３ 端部
２４ 横方向開口部
２５ 外側部分
２６，２７ 側面
３０，３１，３２ 溶接継ぎ目
Ａ１，Ａ２ 中心軸
Ｂ 孔方向
Ｃ カバー厚
Ｄ１，Ｄ２ 直径
Ｗ 幅

欧州特許第１４６６９８９号明細書

Claims (20)

1. 冶金炉用の冷却プレート（１）であって、
   冷却プレート本体（１０）であって、前記冶金炉の内部に面する前面（１１）、反対側の後面（１２）、及び、前記冷却プレート本体（１０）の内部に少なくとも１つの冷却剤流路（１７）を有し、前記冷却剤流路（１７）は、前記後面（１２）の後部開口部（１３）と連通する、前記冷却プレート本体（１０）と、
   前記冷却プレート本体（１０）に接続された接続管（２０）であって、その管流路（２１）が、前記冷却剤流路（１７）と連通するように接続され、該冷却剤流路（１７）に、又は該冷却剤流路（１７）から冷却剤流体を運ぶように適合されている、接続管（２０）と、を備え、
   前記冷却プレート本体（１０）は、前記後部開口部（１３）から前記冷却剤流路（１７）内にかけて孔方向（Ｂ）に延在する受孔（１４）を備え、前記冷却剤流路（１７）は、前記受孔（１４）の第１の側面（２６）において少なくとも前記受孔（１４）に隣接して、カバー部（１０．１）のカバー厚（Ｃ）分だけ前記後面（１２）から前記孔方向（Ｂ）に離隔され、幅（Ｗ）にわたって前記孔方向（Ｂ）に延在しており、前記接続管（２０）の端部（２３）は、前記カバー厚（Ｃ）を超えて前記孔方向（Ｂ）で前記受孔（１４）内に延在し、前記冷却剤流路（１７）の幅（Ｗ）の全体に沿って前記受孔（１４）内に嵌合状態で収容され、前記受孔（１４）の内径および前記端部（２３）の外径が、前記端部（２３）が前記孔方向（Ｂ）に垂直な方向に移動できないように適合され、この嵌合によって、前記冷却プレート本体（１０）に対する、孔方向（Ｂ）に垂直な動きを防止し、管流路（２１）は端部（２３）において直線であることを特徴とする、冷却プレート（１）。
2. 前記端部（２３）が前記受孔（１４）内に圧入される、請求項１に記載の冷却プレート。
3. 前記受孔（１４）及び前記端部（２３）が、前記冷却剤流路（１７）を越えて、前記孔方向（Ｂ）に延在することを特徴とする、請求項１または２に記載の冷却プレート。
4. 前記接続管（２０）が、前記後部開口部（１３）に近接する溶接接続部（３０、３１、３２）によって前記冷却プレート本体（１０）に接続されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の冷却プレート。
5. 前記冷却プレート本体（１０）は、前記後部開口部（１４）の周りに円周方向に配置された皿もみ部（１５）を備え、前記溶接接続部（３０、３１、３２）は、前記皿もみ部（１５）の内側に配置される、請求項４に記載の冷却プレート。
6. 前記接続管（２０）の管壁（２２）が、少なくとも１つの横方向開口部（２４）を備え、それを介して前記管流路（２１）が前記冷却剤流路（１７）と連通することを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の冷却プレート。
7. 前記少なくとも１つの横方向開口部（２４）の断面が、前記冷却剤流路（１７）の断面に対応し、前記少なくとも１つの横方向開口部（２４）が、前記冷却剤流路（１７）と位置合わせされることを特徴とする、請求項６に記載の冷却プレート。
8. 前記管壁（２２）が、前記管流路（２１）の両側に配置された２つの横方向開口部（２４）を備えることを特徴とする、請求項７に記載の冷却プレート。
9. 前記冷却剤流路（１７）及び前記少なくとも１つの横方向開口部（２４）が、単一のドリル孔によって形成されることを特徴とする、請求項６に記載の冷却プレート。
10. 前記冷却剤流路（１７）が、前記冷却プレート本体（１０）の外側と連通する端部開口部（１８）を備え、前記管壁（２２）が、前記少なくとも１つの横方向開口部（２４）と前記端部開口部（１８）との間で、前記冷却剤流路（１７）を密閉して閉じることを特徴とする、請求項６に記載の冷却プレート。
11. 前記接続管（２０）の前記端部（２３）が、前記受孔（１４）の外側に配置された、前記接続管（２０）の外側部分（２５）にある第２の外形寸法（Ｄ２）よりも大きい、前記孔方向（Ｂ）に垂直な第１の外形寸法（Ｄ１）を有することを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の冷却プレート。
12. 前記冷却剤流路（１７）が、前記少なくとも１つの横方向開口部（２４）の反対側にある前記受孔（１４）の第２の側面（２７）において、前記後面（１２）に向かって開放され、前記接続管（２０）は、前記後面（１２）から少なくとも部分的に離れて、前記冷却プレート本体（１０）に溶接されることを特徴とする、請求項６に記載の冷却プレート。
13. 前記冷却剤流路（１７）の第１の中心軸（Ａ１）及び前記管流路（２１）の第２の中心軸（Ａ２）が交差することを特徴とする、請求項１から１２のいずれか一項に記載の冷却プレート。
14. 前記冷却プレート本体（１０）が２つの冷却剤流路（１７）を備え、前記受孔（１４）の第１の側面（２６）で前記受孔（１４）に少なくとも隣接して、少なくとも１つの冷却剤流路（１７）が、カバー部（１０．１）のカバー厚（Ｃ）分だけ前記後面（１２）から前記孔方向（Ｂ）に離隔され、前記幅（Ｗ）にわたって前記孔方向（Ｂ）に延在し、前記受孔（１４）が前記後部開口部（１３）から両方の冷却剤流路（１７）内に延在し、前記接続管（２０）の前記管流路（２１）が両方の冷却剤流路（１７）と連通することを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の冷却プレート。
15. 冶金炉用の冷却プレート（１）を製造する方法であって、
    前面（１１）及び反対側の後面（１２）を有する冷却プレート本体（１０）を提供するステップと、
    端部（２３）において直線状の管流路（２１）を有する接続管（２０）を提供するステップと、
    前記後面（１２）の後部開口部（１３）から前記前面（１１）に向かって、孔方向（Ｂ）に延在する受孔（１４）を、前記冷却プレート本体（１０）に設けるステップと、
    前記接続管（２０）の前記端部（２３）を、前記受孔（１４）に嵌合状態で収容されるように、前記後部開口部（１３）を通じて挿入し、それによって前記接続管（２０）を前記冷却プレート本体（１０）に接続するステップと、を含み、
    少なくとも１つの冷却剤流路（１７）が前記冷却プレート本体（１０）の内部に設けられ、前記受孔（１４）の第１の側面（２６）で前記受孔（１４）に少なくとも隣接し、前記冷却剤流路（１７）が前記後面（１２）からカバー部（１０．１）のカバー厚（Ｃ）分だけ前記孔方向（Ｂ）に離隔され、幅（Ｗ）にわたって前記孔方向（Ｂ）に延在し、前記冷却剤流路（１７）は前記後部開口部（１３）と連通し、前記受孔（１４）は前記後部開口部（１３）から前記冷却剤流路（１７）にかけて延在し、前記端部（２３）は、前記受孔（１４）内に収容されるとき、前記カバー厚（Ｃ）を超えて前記孔方向（Ｂ）で前記受孔（１４）内に延在し、前記冷却剤流路（１７）の幅（Ｗ）の全体に沿って嵌合状態で収容され、前記受孔（１４）の内径および前記端部（２３）の外径が、前記端部（２３）が前記孔方向（Ｂ）に垂直な方向に移動できないように適合され、この嵌合によって、前記冷却プレート本体（１０）に対する、前記孔方向（Ｂ）に垂直な動きを防止する、方法。
16. 前記冷却剤流路（１７）は、前記端部（２３）が前記受孔（１４）に挿入された後に、前記冷却プレート本体（１０）に穿孔されることを特徴とする請求項１５に記載の方法。
17. 前記接続管（２０）の管壁（２２）にある少なくとも１つの横方向開口部（２４）が、前記冷却剤流路（１７）と共に、単一の穿孔作業で穿孔される、請求項１６に記載の方法。
18. 前記接続管（２０）の管壁（２２）は、少なくとも１つの横方向開口部（２４）を備え、前記管流路（２１）が、前記少なくとも１つの横方向開口部（２４）を介して前記冷却剤流路（１７）と連通し、かつ前記管壁（２２）が、前記少なくとも１つの横方向開口部（２４）と、前記冷却プレート本体（１０）の外側と連通する前記冷却剤流路（１７）の端部開口部（１８）との間で、前記冷却剤流路（１７）を密閉して閉じるように、前記冷却剤流路（１７）は、前記端部（２３）が前記受孔に挿入される前に、前記冷却プレート本体（１０）に穿孔されることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
19. 前記接続管（２０）が前記冷却プレート本体（１０）に溶接されることを特徴とする、請求項１５から１８のいずれか一項に記載の方法。
20. 前記接続管（２０）が前記受孔（１４）の第２の側面（２７）で前記冷却プレート本体（１０）に溶接される前に、前記少なくとも１つの横方向開口部（２４）とは反対側の、前記受孔（１４）の前記第２の側面（２７）にある除去領域（１０．２）で、前記カバー部（１０．２）が取り除かれ、前記溶接は、少なくとも部分的に前記後面（１２）から離れて行われることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。