JPH0771733B2

JPH0771733B2 - 冷却能に優れた熱交換体鋳物及びその製造方法

Info

Publication number: JPH0771733B2
Application number: JP2059998A
Authority: JP
Inventors: 健司市野; 義弘片岡; 博昌新中; 信之黒木
Original assignee: Tocalo Co Ltd
Current assignee: Tocalo Co Ltd
Priority date: 1990-03-13
Filing date: 1990-03-13
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPH03264153A

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、冷却管と部材の間の伝
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、従来技術には下記の問題点がある。

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。

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、Crを10wt％以上〜70wt％以下含有し、
残部がCoと不可避的不純物からなる合金からなるととも
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、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、Crを10wt％以上〜70wt％以下含有し、
20wt％以下のAlと2wt％以下のＹの少なくとも一種を含
有し、残部がCoと不可避的不純物からなる合金からなる
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３に記載の本発明は、請求項１又は２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４に記載の本発明は、請求項１〜３のいずれかに
記載の本発明において更に、前記被覆層の厚みが、50〜
400μｍであるようにしたものである。

請求項５に記載の本発明は、請求項１〜４のいずれかに
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。必要に応じ、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、Co−Cr合金、若しくは必要に応じてAlと
Ｙの少なくとも一種を添加したCo−Cr合金にて構成され
る。

請求項１、２に記載の本発明のそれぞれによれば、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
を向上させるため、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。

又、該被覆層は、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、Co−Cr合金、若しくは必要に応じてAl
とＹの少なくとも一種を添加したCo−Cr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。

Co基合金は耐熱性に優れ、鋳込み時の熱衝撃に耐える。

又、Crを含有することにより、耐熱性、耐酸化性を向上
することができる。Crの含有量は10wt％未満では、耐熱
性が不十分となり溶融金属と溶着する傾向が高くなる。
70wt％を超えると耐熱衝撃性が低下し、鋳込み時に亀裂
や冷却管からの剥離を生じ易い。よって、Cr含有量は10
wt％以上〜70wt％以下に限定した。又、必要に応じて20
wt％以下のAlと2wt％以下のＹの少なくとも一種を含有
することにより、熱処理時に金属被覆層の表面及び気孔
内表面にそれら酸化物を生成し、酸化クロムの効果を助
長できる。尚、Alが20wt％を超えて含有しても、効果が
飽和するばかりか合金の融点を低下させるためAlの含有
量は20wt％以下に限定した。又、Ｙは2wt％を超えて含
有しても効果が飽和するとともに高価であるため、2wt
％以下に限定した（Al、Ｙはそれぞれ8wt％前後、0.6wt
％前後が好適範囲である）。

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４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未満では充分な
クラック伝播防止効果を得ることができず、400μｍ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５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又は浸漬含浸した
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65mmφ、肉厚7.3mmt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
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、それぞれ鋳込み温度1270℃、
2500kgの球状黒鉛鋳鉄溶湯で鋳ぐるみ、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鋳ぐるみ鋼管１本毎に外径120m
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2.5mm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、本発明例では、いずれ
の冷却管も鋳物母材から容易に剥離することができ、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。

尚、第１図は本発明例Ａの鋳ぐるみ鋼管を鋳物母材から
剥離した断面ミクロ組織を示す写真である。鋳ぐるみ冷
却管１の外表面には被覆層２が健全なまま残存してお
り、溶着及び浸炭を生じていない良好な鋳ぐるみ鋼管を
得られることが認められた。

［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。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の熱交換体鋳物を構成する鋳ぐるみ鋼管
の金属組織を示す顕微鏡写真である。

フロントページの続き (72)発明者新中博昌愛知県半田市川崎町１丁目１番地川崎製鉄株式会社知多製造所内 (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59−205480（ＪＰ，Ａ) 特開昭62−44567（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【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、
Crを10wt％以上〜70wt％以下含有し、残部がCoと不可避
的不純物からなる合金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。
【請求項２】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、
Crを10wt％以上〜70wt％以上含有し、20wt％以下のAlと
2wt％以下のＹの少なくとも一種を含有し、残部がCoと
不可避的不純物からなる合金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。
【請求項３】前記被覆層の気孔率が、５〜25％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。
【請求項４】前記被覆層の厚みが、50〜400μｍ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。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の冷却能に
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。