JPH03264154A - 冷却能に優れた熱交換体鋳物及びその製造方法 - Google Patents
冷却能に優れた熱交換体鋳物及びその製造方法Info
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- JPH03264154A JPH03264154A JP5999990A JP5999990A JPH03264154A JP H03264154 A JPH03264154 A JP H03264154A JP 5999990 A JP5999990 A JP 5999990A JP 5999990 A JP5999990 A JP 5999990A JP H03264154 A JPH03264154 A JP H03264154A
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
本発明は、高炉用ステーブクーラー等に適用されて好適
な、冷却能に優れた熱交換体鋳物に関する。
な、冷却能に優れた熱交換体鋳物に関する。
［従来の技術］
一般に、高炉用ステーブクーラー等の熱交換体鋳物は、
冷却媒体の通路となる冷却管を母材に鋳込んで構成され
ている。
冷却媒体の通路となる冷却管を母材に鋳込んで構成され
ている。
そして、熱交換体鋳物は、基本的に、下記Ｃ＾）〜（Ｃ
）の性能を備えることが必要とされる。
）の性能を備えることが必要とされる。
（Ａ）冷却管と母材との密着性が良く伝熱性に優れるこ
と。
と。
即ち、熱交換体鋳物は、長時間の使用Ｃ伴う熱亀裂、折
損、溶損、摩耗等により次第に損耗するが、この損耗は
、鋳物自体の冷却能が高くなるほど、熱負荷が緩和され
るため、抑制される。従って、冷却管と部材の闇の伝熱
性が良い方が、損耗抑制の点から有利になるのである。
損、溶損、摩耗等により次第に損耗するが、この損耗は
、鋳物自体の冷却能が高くなるほど、熱負荷が緩和され
るため、抑制される。従って、冷却管と部材の闇の伝熱
性が良い方が、損耗抑制の点から有利になるのである。
（Ｂ）母材に発生したクラックが冷却管に伝播しないこ
と。
と。
即ち、熱交換体鋳物は、上述の如くの熱亀裂や折損を母
材に生ずるが、この母材の亀裂や折損が鋳造時に同時に
鋳ぐるんだ冷却管に及ぶことを防止する必要があるので
ある。
材に生ずるが、この母材の亀裂や折損が鋳造時に同時に
鋳ぐるんだ冷却管に及ぶことを防止する必要があるので
ある。
（Ｃ）冷却管の浸炭を防止できること。
即ち、鋳物母材が鋳鉄等からなる場合に、母材の熱亀裂
浸填に伴う脱落や溶損によって冷却管が露出し、該冷却
管が母材の脱落によって変形する時、冷却管に延性がな
いと破断する虞れがある。
浸填に伴う脱落や溶損によって冷却管が露出し、該冷却
管が母材の脱落によって変形する時、冷却管に延性がな
いと破断する虞れがある。
従って、冷却管の延性を確保するため、鋳ぐるみ時に冷
却管の浸炭を防止する必要がある。又、露出した冷却管
は炉内雰囲気で浸炭され損耗する傾向があり、この点で
も冷却管の浸炭を防止することが望まれる。
却管の浸炭を防止する必要がある。又、露出した冷却管
は炉内雰囲気で浸炭され損耗する傾向があり、この点で
も冷却管の浸炭を防止することが望まれる。
然るに、従来の熱交換体鋳物にあっては、母材のクラッ
クが冷却管へ進展するのを防止するため、下記■〜■の
如くの方法により、冷却管を母材に対し、非溶着となる
ように鋳ぐるむこととしている。
クが冷却管へ進展するのを防止するため、下記■〜■の
如くの方法により、冷却管を母材に対し、非溶着となる
ように鋳ぐるむこととしている。
■珪石質、クロム質、マグネシア質、シャモ・ソト質等
の耐火物を管表面に被覆する方法（特公昭５４−４４６
５０） 。
の耐火物を管表面に被覆する方法（特公昭５４−４４６
５０） 。
■耐火物を管表面仁炎溶射する方法（特公昭５４−４１
９６６）。
９６６）。
■二重管の冷却管を鋳ぐるみ、外管が母材に溶着しても
内管は非溶着となる方法（特公昭５８−４９６０７）
。
内管は非溶着となる方法（特公昭５８−４９６０７）
。
［発明が解決しようとする課Ｍ］
然しなから、従来技術には下記（１） （２１の問
題点がある。
題点がある。
（１）管表面に熱伝導率の低い耐火物層か設けられたり
、空隙が設けられることから、冷却管と母材の間の伝熱
性が大幅に低下する。このことは、熱交換体鋳物の冷却
能を劣化せしめ、前述の（Ａ）の性能を損なうことを意
味する。
、空隙が設けられることから、冷却管と母材の間の伝熱
性が大幅に低下する。このことは、熱交換体鋳物の冷却
能を劣化せしめ、前述の（Ａ）の性能を損なうことを意
味する。
（２）母材として鋳鉄を選択し、管表面を耐火物で被覆
するものにあっては、母材の脱落や溶損によって冷却管
が露出する時、被覆層が冷却管の表面から容易に剥離す
る等、浸炭防止効果を期待できず、前述の（Ｃ）の性能
を確保できない。
するものにあっては、母材の脱落や溶損によって冷却管
が露出する時、被覆層が冷却管の表面から容易に剥離す
る等、浸炭防止効果を期待できず、前述の（Ｃ）の性能
を確保できない。
本発明は、冷却管と母材との伝熱性が優れ、冷却管の浸
炭を防止てき、かつ母材に発生したクラックが冷却管に
伝播しない熱交換体鋳物を提供することを目的としてい
る。
炭を防止てき、かつ母材に発生したクラックが冷却管に
伝播しない熱交換体鋳物を提供することを目的としてい
る。
［課題を解決するための手段］
請求項１に記載の本発明は、金属被覆層を外表面に備え
た金属製冷却管を鋳ぐるんでなる熱交換体鋳物であって
、該被覆層が、Ｎｉを１５〜６０ｗｔ％含有し、残部が
Ｃｕと不可避的不純物からなるとともに気孔を有し、該
被覆層の表面及び気孔の一部又は全部が酸化クロムによ
り被覆かつ充填されたものである。
た金属製冷却管を鋳ぐるんでなる熱交換体鋳物であって
、該被覆層が、Ｎｉを１５〜６０ｗｔ％含有し、残部が
Ｃｕと不可避的不純物からなるとともに気孔を有し、該
被覆層の表面及び気孔の一部又は全部が酸化クロムによ
り被覆かつ充填されたものである。
請求項２に記載の本発明は、前記被覆層の気孔率か、５
〜２５％であるようにしたものである。
〜２５％であるようにしたものである。
請求項３に記載の本発明は、前記被覆層の厚みか、５０
〜４００μ麿であるようにしたものである。
〜４００μ麿であるようにしたものである。
請求項４に記載の本発明は、前記酸化クロムの少なくと
も一部か、前記被覆層に含浸せしめた可溶性クロム化合
物を酸化雰囲気で熱処理することにて生成されたもので
あるようにしたものである。
も一部か、前記被覆層に含浸せしめた可溶性クロム化合
物を酸化雰囲気で熱処理することにて生成されたもので
あるようにしたものである。
［作用］
本発明の熱交換体鋳物にあっては、以下の如くの金属被
覆層か形成された冷却管か母材に鋳ぐるまれる。
覆層か形成された冷却管か母材に鋳ぐるまれる。
即ち、冷却管は例えば５〜２５％の気孔率で気孔を有す
る金属被覆層を形成した後、例えば無水クロム酸等の可
溶性クロム化合物の水溶液を該被覆層に塗布又は浸漬含
浸する。そして、該冷却管を酸化雰囲気て熱処理（好ま
しくは５０００Ｃ前ｆ！ ＞することにより、塗布含浸
したクロム化合物を酸化クロムに化学変化させる。必要
に応しクロム化合物水溶液の含浸と熱処理操作を繰り返
すことができる。これにより、該被覆層の表面及び気孔
の少なくとも一部が酸化クロムで被覆かつ充填される。
る金属被覆層を形成した後、例えば無水クロム酸等の可
溶性クロム化合物の水溶液を該被覆層に塗布又は浸漬含
浸する。そして、該冷却管を酸化雰囲気て熱処理（好ま
しくは５０００Ｃ前ｆ！ ＞することにより、塗布含浸
したクロム化合物を酸化クロムに化学変化させる。必要
に応しクロム化合物水溶液の含浸と熱処理操作を繰り返
すことができる。これにより、該被覆層の表面及び気孔
の少なくとも一部が酸化クロムで被覆かつ充填される。
金属被覆層は、熱伝導率が高く、浸炭防止作用の優れた
Ｃｕ合金にて構成される。この時、母材の鋳込み時に、
この金属被覆層が溶融することのないように、Ｃｕ合金
にＮｉを含有させ、合金化することによって、被覆層の
融点を上げその耐熱性を向上させることができる。
Ｃｕ合金にて構成される。この時、母材の鋳込み時に、
この金属被覆層が溶融することのないように、Ｃｕ合金
にＮｉを含有させ、合金化することによって、被覆層の
融点を上げその耐熱性を向上させることができる。
請求項１に記載の本発明によれば、下記■〜■の作用が
ある。
ある。
■母材溶湯と冷却管とか直接溶着しないように冷却管に
被覆層を設けるか、この被覆層としては冷却管の伝熱性
を向上するため、熱伝導性が良く、然も冷却管の浸炭を
防止するに好適なＣｕ合金が用いられる。
被覆層を設けるか、この被覆層としては冷却管の伝熱性
を向上するため、熱伝導性が良く、然も冷却管の浸炭を
防止するに好適なＣｕ合金が用いられる。
■上記■の金属被覆層のみては冷却管と母材との溶着な
生してクラックの伝播を防止できない。
生してクラックの伝播を防止できない。
そこで、金属被覆層に気孔を形成し、該被覆層の表面及
び気孔の少なくとも一部に酸化クロムを被覆かつ充填す
る。酸化クロムは化学的に安定であり溶融母材金属と濡
れにくいことから母材と金属被覆層の完全な合金化を防
ぎ、母材と冷却管の強固な溶着が防止され、母材から冷
却管へのクラックの伝播を防止できる。
び気孔の少なくとも一部に酸化クロムを被覆かつ充填す
る。酸化クロムは化学的に安定であり溶融母材金属と濡
れにくいことから母材と金属被覆層の完全な合金化を防
ぎ、母材と冷却管の強固な溶着が防止され、母材から冷
却管へのクラックの伝播を防止できる。
同時に、酸化クロムは溶融母材金属と、部分的には軽度
な拡散接合部を形威し、冷却管と母材との伝熱性を向上
せしめる機能をも果たす。
な拡散接合部を形威し、冷却管と母材との伝熱性を向上
せしめる機能をも果たす。
■金属被叛層の気孔には酸化クロムか充分に充填される
ため、該被覆層の気孔率か軽減し、気孔の存在による被
覆層の保熱効果を低下せしめることとなり、該被覆層の
熱伝導性を向上し、冷却管と母材との伝熱性を向上せし
める。
ため、該被覆層の気孔率か軽減し、気孔の存在による被
覆層の保熱効果を低下せしめることとなり、該被覆層の
熱伝導性を向上し、冷却管と母材との伝熱性を向上せし
める。
■金属被覆層に形成される酸化クロムの充填気孔は、母
材に発生したクラックの先端応力を分散、解放する作用
をもつ。このため、母材から冷却管へのクラックの伝播
を防止できる。
材に発生したクラックの先端応力を分散、解放する作用
をもつ。このため、母材から冷却管へのクラックの伝播
を防止できる。
■金属被覆層は、浸炭防止効果に優れ、熱伝導率の高い
Ｃｕ合金を用いるが、高温て使用する場合にはＮｉを１
５〜６０ｗｔ％含有せしめて合金化することにより、耐
熱性を向上することかできる。
Ｃｕ合金を用いるが、高温て使用する場合にはＮｉを１
５〜６０ｗｔ％含有せしめて合金化することにより、耐
熱性を向上することかできる。
即ち、Ｃｕ単体では、融点が１０６０℃と低く、母材溶
湯の鋳込みによって溶融する傾向を示すが、Ｎｉを含有
させることによって融点が上り耐熱性を増すことかでき
る。この場合、例えばＮｉを５０％含有させると融点が
１３００℃以上となり、母材溶湯の高温鋳込みにも耐え
るようになる。Ｎｉが１５ｗｔ％未満では融点か１１６
０℃以下となり、例えば、母材鋳鉄の銃込み時に被覆層
の溶融を生じてしまう。又、Ｎｉがｅｏｗｔ％を超える
と、伝熱性及び浸炭防止効果か低下する。従って、Ｎｉ
含有量は１５〜６０ｗｔ％に限定した。
湯の鋳込みによって溶融する傾向を示すが、Ｎｉを含有
させることによって融点が上り耐熱性を増すことかでき
る。この場合、例えばＮｉを５０％含有させると融点が
１３００℃以上となり、母材溶湯の高温鋳込みにも耐え
るようになる。Ｎｉが１５ｗｔ％未満では融点か１１６
０℃以下となり、例えば、母材鋳鉄の銃込み時に被覆層
の溶融を生じてしまう。又、Ｎｉがｅｏｗｔ％を超える
と、伝熱性及び浸炭防止効果か低下する。従って、Ｎｉ
含有量は１５〜６０ｗｔ％に限定した。
請求項２に記載の本発明によれば、下記■の作用がある
。
。
■金属被覆層が５〜２５％の気孔率にて気孔を有するも
のであるから、上記■〜■の伝熱性向上効果とクラック
伝播防止効果を確保できる。即ち、気孔率が５％未満で
は充分なりラック伝播防止効果を得ることができず、２
５％より多い場合には充分な伝熱性向上効果を得ること
ができない。
のであるから、上記■〜■の伝熱性向上効果とクラック
伝播防止効果を確保できる。即ち、気孔率が５％未満で
は充分なりラック伝播防止効果を得ることができず、２
５％より多い場合には充分な伝熱性向上効果を得ること
ができない。
請求項３に記載の本発明によれば、下記■の作用がある
。
。
■金属被覆層が５０〜４００μｍの厚みを有するもので
あるから、上記■〜■の伝熱性向上効果とクラック伝播
防止効果を確保できる。即ち、厚みが５０μｍ未満ては
充分なりラック伝播防止効果を得ることかできず、４０
０μ回を超えると充分な伝熱性向上効果を得ることがで
きない。
あるから、上記■〜■の伝熱性向上効果とクラック伝播
防止効果を確保できる。即ち、厚みが５０μｍ未満ては
充分なりラック伝播防止効果を得ることかできず、４０
０μ回を超えると充分な伝熱性向上効果を得ることがで
きない。
請求項４に記載の本発明によれば、下記■の作用かある
。
。
■金属被覆層の表面及び気孔の少なくとも一部に酸化ク
ロムを被覆かつ充填する方法としては、無水クロム酸や
塩化クロム等の可溶性クロム化合物の溶液を減圧雰囲気
若しくは大気雰囲気て該被覆層に塗布又は浸漬含浸した
後、酸化雰囲気て熱処理することにて、クロム化合物を
酸化クロムに化学変化させる方法を採用てきる。この方
法によれば、金属被覆層の少なくとも一部の表面を酸化
クロムの薄膜で被覆でき、微細気孔にも酸化クロムを充
填てきるため、気孔残留による熱伝導率の低下を防止て
きる等、上記■〜■の伝熱性向上効果とクラック伝播防
止効果を確保できる。
ロムを被覆かつ充填する方法としては、無水クロム酸や
塩化クロム等の可溶性クロム化合物の溶液を減圧雰囲気
若しくは大気雰囲気て該被覆層に塗布又は浸漬含浸した
後、酸化雰囲気て熱処理することにて、クロム化合物を
酸化クロムに化学変化させる方法を採用てきる。この方
法によれば、金属被覆層の少なくとも一部の表面を酸化
クロムの薄膜で被覆でき、微細気孔にも酸化クロムを充
填てきるため、気孔残留による熱伝導率の低下を防止て
きる等、上記■〜■の伝熱性向上効果とクラック伝播防
止効果を確保できる。
［実施例］
外径６５■璽φ、肉厚７．３ｍ＋＊ｔの高温配管用炭素
鋼管（Ｃ： ０．１２％）を鋳ぐるみ冷却管とする。
鋼管（Ｃ： ０．１２％）を鋳ぐるみ冷却管とする。
本発明例として、上記冷却管の外表面にプラズマ溶射法
により、表１に示す合金を被覆した。
により、表１に示す合金を被覆した。
この被覆層の表面及び気孔の一部にクロム酸水溶液をス
プレーて塗布含浸した後、大気中４９０°Ｃの雰囲気て
２時間加熱した。これにより、溶射被覆層に数十大の酸
化クロムの被膜を形威し、気孔の６０％以上を酸化クロ
ムで充填したことを認めた。
プレーて塗布含浸した後、大気中４９０°Ｃの雰囲気て
２時間加熱した。これにより、溶射被覆層に数十大の酸
化クロムの被膜を形威し、気孔の６０％以上を酸化クロ
ムで充填したことを認めた。
比較例として、上記冷却管の外表面に、表１に示す被覆
を行なった。
を行なった。
これら本発明例の、被覆層を備えた冷却管と、比較例の
被覆層を備えた冷却管とを、それぞれ錆込み温度１２７
０°Ｃ１２５００ｋｇの球状黒鉛鋳鉄溶湯て鋳ぐるみ、
厚み２００ｍｍの熱交換体鋳物を製造した。
被覆層を備えた冷却管とを、それぞれ錆込み温度１２７
０°Ｃ１２５００ｋｇの球状黒鉛鋳鉄溶湯て鋳ぐるみ、
厚み２００ｍｍの熱交換体鋳物を製造した。
この熱交換体鋳物から各錆ぐるみ鋼管１本毎に外径１２
０ａ＋ｍφの円筒状試料を切り出し、鋳ぐるみ鋼管の内
面を６００℃に加熱保持し、鋳鉄内部の温度分布を測定
することにより伝熱特性を比較した。測温結果に基づき
、鋳ぐるみ鋼管内面から被覆層を介して鋳鉄内部に２．
５ａ＋ｍ入った位置までの間の見かけの熱伝導率を計算
した。結果を表２にしめす。比較例Ｆ、Ｇの見かけ熱伝
導率に比べ、本発明Ａ−Ｄの見かけの熱伝導率は高い値
を示しており、本発明の有効性が明白である。又、本発
明の実施例ては、いずれの冷却管も鋳物母材から容易に
剥離することかでき、クラック伝播につながる強固な溶
着は認められなかった。
０ａ＋ｍφの円筒状試料を切り出し、鋳ぐるみ鋼管の内
面を６００℃に加熱保持し、鋳鉄内部の温度分布を測定
することにより伝熱特性を比較した。測温結果に基づき
、鋳ぐるみ鋼管内面から被覆層を介して鋳鉄内部に２．
５ａ＋ｍ入った位置までの間の見かけの熱伝導率を計算
した。結果を表２にしめす。比較例Ｆ、Ｇの見かけ熱伝
導率に比べ、本発明Ａ−Ｄの見かけの熱伝導率は高い値
を示しており、本発明の有効性が明白である。又、本発
明の実施例ては、いずれの冷却管も鋳物母材から容易に
剥離することかでき、クラック伝播につながる強固な溶
着は認められなかった。
又、表３は各鋳ぐるみ冷却管の外表面から １ｍ＋ａｔ
の厚みの間に存在する平均Ｃ量を分析した結果を示す。
の厚みの間に存在する平均Ｃ量を分析した結果を示す。
本発明例の冷却管は比較例のものに比べ、殆ど浸炭を生
ずることがなく、良好な浸炭防止効果を確保てきること
か認められた。
ずることがなく、良好な浸炭防止効果を確保てきること
か認められた。
［発明の効果］
本発明によれば、冷却管と母材との伝熱性か優れ、冷却
管の浸炭を防止でき、かつ母材に発生したクラックが冷
却管に伝播しない熱交換体鋳物を得ることができる。従
って、ステーブクーラー等の熱交換体鋳物において、冷
却能を向上し、かつ熱亀裂、折損、溶損、摩耗等を抑制
して寿命の延長を連敗できる。
管の浸炭を防止でき、かつ母材に発生したクラックが冷
却管に伝播しない熱交換体鋳物を得ることができる。従
って、ステーブクーラー等の熱交換体鋳物において、冷
却能を向上し、かつ熱亀裂、折損、溶損、摩耗等を抑制
して寿命の延長を連敗できる。
表１
表２
Claims (4)
- （１）金属被覆層を外表面に備えた金属製冷却管を鋳ぐ
るんでなる熱交換体鋳物であって、該被覆層が、Ｎｉを
１５〜６０ｗｔ％含有し、残部がＣｕと不可避的不純物
からなるとともに気孔を有し、該被覆層の表面及び気孔
の一部又は全部が酸化クロムにより被覆かつ充填された
ものである冷却能に優れた熱交換体鋳物。 - （２）前記被覆層の気孔率が、５〜２５％である請求項
１に記載の冷却能に優れた熱交換体鋳物。 - （３）前記被覆層の厚みが、５０〜４００μｍである請
求項１又は２に記載の冷却能に優れた熱交換体鋳物。 - （４）前記酸化クロムの少なくとも一部が、前記被覆層
に含浸せしめた可溶性クロム化合物を酸化雰囲気で熱処
理することにて生成されたものである請求項１〜３のい
ずれかに記載の冷却能に優れた熱交換体鋳物。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2059999A JPH0771734B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 冷却能に優れた熱交換体鋳物及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2059999A JPH0771734B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 冷却能に優れた熱交換体鋳物及びその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03264154A true JPH03264154A (ja) | 1991-11-25 |
| JPH0771734B2 JPH0771734B2 (ja) | 1995-08-02 |
Family
ID=13129375
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2059999A Expired - Fee Related JPH0771734B2 (ja) | 1990-03-13 | 1990-03-13 | 冷却能に優れた熱交換体鋳物及びその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0771734B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2003010341A1 (fr) * | 2001-07-24 | 2003-02-06 | Nippon Steel Corporation | Refroidisseur a colonne pour four a cuve |
| US8038930B2 (en) * | 2005-11-30 | 2011-10-18 | Outotec Oyj | Cooling element and method for manufacturing the same |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI123631B (en) * | 2011-11-30 | 2013-08-30 | Outotec Oyj | COOLING ELEMENT |
Citations (2)
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|---|---|---|---|---|
| JPS59205480A (ja) * | 1983-05-09 | 1984-11-21 | Usui Internatl Ind Co Ltd | 断熱エンジン部品用セラミツク溶射被覆層の強化法 |
| JPS6244567A (ja) * | 1985-08-22 | 1987-02-26 | Kobe Steel Ltd | 熱交換用アルミニウム合金鋳物の製法 |
-
1990
- 1990-03-13 JP JP2059999A patent/JPH0771734B2/ja not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
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| US8038930B2 (en) * | 2005-11-30 | 2011-10-18 | Outotec Oyj | Cooling element and method for manufacturing the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0771734B2 (ja) | 1995-08-02 |
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