JPH0771731B2 - 冷却能に優れた熱交換体鋳物及びその製造方法 - Google Patents

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せて好適
な、冷却能に優れた熱交換体鋳物及びその製造方法に関
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。

そして、熱交換体鋳物は、基本的に、（Ａ）、（Ｂ）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。

即ち、熱交換体鋳物は、長時間の使用に伴う熱亀裂、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、冷却管と母材の間の伝
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。

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。

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。

硅石質、クロム質、マグネシア質、シャモット質等の
耐火物を管表面に被覆する方法（特公昭54−44650）。

耐火物を管表面に炎溶射する方法（特公昭54−4196
6）。

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）。

［発明が解決しようとする課題］ 然しながら、従来技術には下記（１）、（２）の問題点
がある。

（１）管表面に熱伝導率の低い耐火物層が設けられた
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。

（２）母材として鋳鋼を選択し、管表面を耐火物で被覆
するものにあっては、被覆層が反応溶融する傾向が強
く、冷却管と母材とが部分的に溶着する。このことは、
母材に発生したクラックが冷却管に進展することを防止
できず、前述の（Ｂ）の性能を全うできないことを意味
する。

本発明は、冷却管と母材との伝熱性に優れ、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及
びその製造方法を提供することを目的とする。

［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Mo、又はNiを50wt％以下含有し残部がMo
と不可避的不純物からなる合金のいずれかからなるとと
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るようにした
ものである。

請求項２に記載の本発明は、請求項１に記載の本発明に
おいて更に、前記被覆層の気孔率が、５〜25％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、請求項１又は２に記載の冷
却能に優れた熱交換体鋳物の製造方法において、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
て生成される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
覆層が形成された冷却管が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
性クロム化合物の溶液を該被覆層に塗布含浸する。そし
て、該冷却管を酸化雰囲気で熱処理（好ましくは500℃
前後）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。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、例えばMo、Mo−Ni合金にて構
成され、溶湯鋳込み時の高温と熱衝撃に耐える性能を備
える。

請求項１に記載の本発明によれば、下記〜の作用が
ある。

母材溶湯と冷却管とが直接溶着しないように冷却管に
被覆層を設けるが、この被覆層としては冷却管の伝熱性
を向上するため、熱伝導性の良い金属が用いられる。

上記の金属被覆層のみでは冷却管と母材との溶着を
生じ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。

同時に、酸化クロムは溶融母材金属と、部分的には軽度
な拡散接合部を形成し、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。

金属被覆層の気孔には酸化クロムが充分に充填される
ため、該被覆層の気孔率が軽減し、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。

金属被覆層は、融点が高く、熱伝導率（0.34Cal/sec.
cm.℃）が高いMo、若しくはMo−Ni合金にて構成した。
これにより、溶融母材の鋳込み時の高温と熱衝撃に耐え
得る被覆層を形成できる。

Moは耐熱性に優れ、鋳鋼等の母材鋳込み時の高温に耐え
得る。又、Moは酸化し易いため、鋳ぐるまれる時に酸化
被膜を形成し、溶融母材との直接接触が防止される。従
って、鋳込み母材が鋳鋼等である場合にも、被覆層の反
応溶融を回避し、冷却管と母材との部分的な融着を防止
し、母材に発生したクラックが冷却管に浸填することを
防止できる。

Niは、必要に応じて50wt％まで含有することができ、耐
熱衝撃性及び耐酸化性を向上し、鋳込み時における亀裂
や冷却管からの剥離を抑制する。Niが50wt％を超える
と、該金属被覆層の融点が低下して鋳鋼等の母材鋳込み
温度に近くなって母材と溶融溶着する可能性があるた
め、Ni含有量は50wt％以下に限定した。

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
充分なクラック伝播防止効果を得ることができず、25％
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で該被覆層に塗布含浸した後、酸化
雰囲気で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できる。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できる
ため、気孔残留による熱伝導率の低下を防止できる等、
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27mmφ、肉厚3.5mmtの高温配管用炭素鋼管（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。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で塗布含浸
した後、大気中490℃の雰囲気で２時間加熱した。これ
により、溶射被覆層に数十Åの酸化クロムの被膜を形成
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
材を被覆した。

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100kgの耐熱鋳鋼溶
湯で鋳ぐるみ、厚み150mmの熱交換体鋳物を製造した。

この熱交換体鋳物を切断し、切断部の内部から鋳ぐるみ
冷却管を剥離し、母材との溶着面積を調査した。結果を
表２に示す。表２によれば、本発明例にあっては、母材
と冷却管との間で全く溶着を生じておらず、本発明の有
効性が認められた。

［発明の効果］ 本発明によれば、冷却管と母材との伝熱性に優れ、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達成で
きる。

フロントページの続き (72)発明者 片岡 義弘 千葉県千葉市川崎町１番地 川崎製鉄株式 会社技術研究本部内 (72)発明者 黒木 信之 兵庫県神戸市東灘区深江北町４―13―４ トーカロ株式会社内 (56)参考文献 特開 昭62−44567（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−205480（ＪＰ，Ａ)

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項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M
   o、又はNiを50wt％以下含有し残部がMoと不可避的不純
   物からなる合金のいずれかからなるとともに、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. 【請求項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. 【請求項３】請求項１又は２に記載の冷却能に優れた熱
   交換体鋳物の製造方法において、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るも
   のであることを特徴とする冷却能に優れた熱交換体鋳物
   の製造方法。