JPS5849607B2 - 非融着型二重冷却管を備えたク−リングステ−ブ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、高炉等の冶金用炉のクーリングステーブの
構造の改良に関するもので、炉からの熱負荷によってス
テーブ母材に生ずるクラツクが冷却管部分に波及して全
体的破損の原因になることを完全に防止し得るクーリン
グステーブを提供する目的のためのものである。

高炉等の冶金用炉の炉壁は、一般的には耐火煉瓦で構築
され適宜の冷却箱が外側の鉄皮を通して随所に設けられ
ていたが、近年の高炉の大型化に伴い炉内の熱容量も飛
躍的に増大して冷却箱による冷却では間に合わなくなっ
て来ており、最近では殆んどの高炉においてクーリング
ステーブが採用されている。

このクーリングステーブに要求される性質は、言う迄も
なく耐熱性、耐摩耗性に富み、且つ長期に亘って炉壁を
強固に維持するものでなければならないが、また一方こ
のステーブの炉内側受熱面での効果的な熱交換と、ステ
ーブ内側における冷却水管路とステーブ母材どの伝熱効
率、ステーブ母材に発生した亀裂の冷却水管路への伝播
防止、などの最適条件をも具備し、且つそれの製造工程
も簡単でなげればならない。

而して、従来提案されているクーリングステープには、
冷却管が一重でステーブ母材との間を非融着としたいわ
ゆる非融着型のもの、冷却管が二重でステープ母材と非
融着型のもの、及び融着型のものなどがあり、冷却管と
ステーブ母材との間を非融着とするための処理は非金属
層を冷却管の表面に設けしかるのちステーブ母材と鋳合
せてなるものが多い。

しかしながら、従来から実用化され、実施されているク
ーリングステーブでは冷却管とステーブ母材間の伝熱効
率が悪いことから、ステーブ母材の溶損が生ずること、
ステーブ母材に発生した亀裂が非融着処理の不充分さか
ら冷却管にまで波及すること、などのために、折角のク
ーリングステープの効用が充分発揮されていない憾みが
あった。

この発明は、上記の従来のクーリングステーブの諸欠陥
に鑑みこれを解消するとともに耐熱性、耐摩耗性に富み
且つ長期に亘って炉壁な強固に維持することの可能なク
ーリングステーブを提供するものである。

即ち、この発明は内管のＣ当量が０．２０〜０．３８、
外管のＣ当量が０．１５〜０．２５の引き抜き二重鋼管
の外側に厚さ０．０８〜０． ２ ５ ｍｍのアルミナ
被膜を設け、次いで球状黒鉛鋳鉄と鋳合せてなる非融着
型二重冷却管を備えたクーリングステーブである。

次に、この発明のクーリングステーブにおいて上記の構
戒とした理由について説明する。

この発明のクーリングステープは従来知られているクー
リングステーブの分類に従えば、外面非融着二重冷却管
型に入るものであるが、この発明においてはこの二重管
の圧着加工上の見地、および浸炭に伴う材質の劣化防止
の見地から内管、外管に夫々材質の異なるものを選んで
使用するところに特徴の一つがある。

即ち、 内管にはＣ当量 に換算して０．２０〜０、３８好ましくは０．２３〜０
．３５の組或の鋼を、 又外管にはＣ当量に換算 ？して０．１５〜０．２５好まし《は０．１７〜０．２
０の組成の鋼を用い、且つ内外管の密着度を高めるため
二重管にしたものを冷牽加工等により引き抜き二重管と
するものである。

このことを更に別の観点から説明すると、内管はクーリ
ングステーブの本来の使命である冷却が仮令ステーブ母
材たる鋳物本体に割れが生じた場合でも、又それの波及
により外管に亀裂その他の損傷が生じた場合でも、支障
なく行えるように引張強さが４ ０ ｋｇ／ ｍｍ”以
上であることが必要であり、一方外管は２重管とすると
きの冷牽加工等の加工性の面から、又万一アルナ被膜の
欠損部分、薄い部分（このようなことは殆んど起り得な
いが）が存在した場合に、その箇所にステーブ母材の鋳
物本体からの浸炭が起きても支障がないように低カーボ
ンの軟かい材質とする必要がある。

このような理由から内外管の鋼組成におげるＣ当量を上
記の通りに限定した。

この発明の内外管のために好ましい鋼の一例の化学或分
及び機械的性質を下の第１表に示す。

而して、外管のＣ当量を上記の範囲に限定したのは、そ
の外側に溶射法によって設けるアルミナ被膜を伝熱効率
を高めるため厚さＯ．ＯＳ〜０．２５ｍｍと薄くしたこ
とによる万一の浸炭に対処したもので、上記範囲を超え
たＣ当量のものを使用した場合には浸炭に伴う脆化が考
えられるため好ましくな《、上記範囲未満のＣ当量のも
のは強度か弱過ぎる難点があるためである。

又、内管のＣ当量を上記の範囲に限定したのは、内管は
物理的には外管と圧着されているが、金属組織的には全
く別のものであるから、仮にステーブ母材に亀裂が発生
した場合には、非融着層によって一次的な亀裂防止がな
され、この非融着層で亀裂の伝播が防止されずに、外管
にまで亀裂が派生した場合でも、この内管で喰い止める
ことのできる強度を必要とするためである。

なお、この内外管の鋼のＣ当量の限定は上述の浸炭防止
と強度に対する配慮のほかに二重管形成の引き抜き処理
等の加工性の点でも無理の生じない強度の組合せとした
ものであることは言う迄もない。

次に、この発明のもう一つの特徴は上記の二重冷却管の
外側に形成される非融着層のアルミナ被膜の厚さを最適
範囲に限定したことである。

既に冒頭の従来技術の説明で触れたように、冷却用金属
管の外側に粘土、アルミナ、ジルコニア、その他の非融
着層形成のための表面処理を施すことば周知であるが、
上述のこの発明における引き抜き二重冷却管の鋼材質の
選定と相俟って非融着層を形成する被膜の材質と厚さは
極めて重要である。

そこでこの発明では非融着層を形戒する被膜としてアル
ミナ溶射を採用し、その厚さを０．０８〜Ｑ．２５ｍｍ
の範囲とした。

このアルミナ溶射は被覆層の厚さを薄くできることと伝
熱効率が他の材料より優れているから採用したものであ
り、その厚さの上限を０．２５ｍｍとしたのはこれを超
えると充分な熱交換が行われないのでステーブ母材の溶
損事故にもつながる恐れがあるからであり、又ＯＤ８間
未満では伝熱効率は良好になるが外管への浸炭の恐れが
あって外管が脆《なり、最終的には内管にも悪影響を与
えかねないからである。

第１図はアルミナ溶射被膜の厚さと、冷却管とステーブ
母材の鋳物間の熱伝達率の関係を示したグラフである。

この図から明らかなようにアルミナ被膜の厚さと冷却管
・鋳物間の熱伝達率は反比例するものであり、被膜の厚
さ０．１〜０．２關の間で急激に変化するので、この観
点からもこの発明におけるアルミナ被膜の厚さ限定の必
要性が理解されよう。

尚、この発明でステーブ母材として鋳合せに用いる球状
黒鉛鋳鉄の一例の化学成分及び機械的性質を下の第２表
に示す。

次に、こＱ発明の好ましい二重冷却管の実施例の化学戒
分及び機械的性質を下の第３表に示す。

？記の内外管を冷牽加工して二重管とし、内外管の密着
度を高め、この二重冷却管の外側にアルミナ溶射により
厚さ０．１４ｍｍのアルナ被膜を設け、次いで上記の球
状黒鉛鋳鉄と鋳合せて通常の形状のクーリングステーブ
を製造した、この場合の鋳込温度はアルミナ被膜が上記
の如く薄いことを考慮に入れて１２４５±１５℃の範囲
とした。

これより低い鋳込温度ではパイプ・鋳物間の間隙が広く
なって伝熱効率が低下するし、逆に温度が高いとアルミ
ナ被膜の溶融によりパイプ・鋳物間に融着状態が発生し
易《なり、浸炭の恐れがある。

なお、二重管をつくる場合内管に黒皮材を用いて冷牽加
工により二重管としこれを鋳込んだ場合の熱伝達率は、
２ ０ ０ ０ Ｋｃａｌ／ｒｒ？ ｈｒ ℃であり、
内管に酸洗処理材を用いて冷牽加工により二重管としこ
れを鋳込んだ場合の熱伝達率は５０００Ｋｃａｌ／〆ｈ
ｒ ’Ｃであり、勿論内管は酸洗処理材を用いるべきで
ある。

写真１は上記のアルミナ被膜の厚さを０、０５間とした
場合の外管外面側断面の鋼組織を示す顕微鏡（ Ｘ １
０ ０ ）写真であり、写真２は上記のアルミナ被膜
の厚さを０．１４ｍｒｎとした場合の同様の写真である
。

又写真３はアルナ被膜の厚さを０．０５山とした場合の
外管肉厚中央部の断面の鋼組織を示す顕微鏡（ｘｉｏｏ
）写真であり、写真４は上記のアルミナ被膜の厚さを０
．１４ｍｒｎとした場合の同様の写真である。

写真１のアルミナ被膜０．０５朋の場合では浸炭がある
が、写真２のアルナ被膜０．１４ｍｍのこの発明のもの
は浸炭がないことが理解されよう。

以上の構成になるこの発明の非融着型二重冷却管を備え
たクーリングステーブは、冷却管近傍の熱の流れを一次
元円筒の伝熱として近似でき、その冷却管の熱通過率を
冷却条件、管径等に応じて所定の値とすることにより、
冷却能を損うことなく実現が可能である。

したがって、十分な冷却能力を有するクーリングステー
ブを提供するものであり、かつ仮に熱的ショック、その
他でクーリングステーブ本体に亀裂が発生したとしても
、非融着層によりパイプへの亀裂の伝播が防止され、更
には万一非融着層が不良でステーブ母材の鋳物と外管が
融着箇所があり、そこから外管へ亀裂が伝播した場合で
も、内外管が非融着状態になっているので、内管にまで
亀裂が伝播することはない。

又、このことから当然に冷却水の漏洩に対して二重の安
全性を有すると共に、ステープ本体の鋳物、冷却管、冷
却水間の伝熱抵抗をクーリングステーブが確保するため
、炉体寿命を延長せしめる効果をもたらすものである。

因みに、この発明の上記実施例のクーリングステーブを
装着した高炉は稼動３ケ年の経た現在も、何ら問題点が
生ぜず、高炉の安定操業上の寄与は非常に大きい。

又、この発明のクーリングステーブは高炉のみならず、
冷却管を鋳込んだ冷却盤として他の炉設備にも適用でき
ることは言う迄もない。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却管・鋳物間熱伝達率とアルミナコーティン
グの厚さとの関係を示す線図である。 第２図はアルミナ被膜の厚さを０．０５ｍｍとした場合
の外管外面側断面の鋼組織を示す顕微鏡写真であり、第
３図はアルミナ被膜の厚さを０．１４ｍｖｔとした場合
の外管外面側断面の鋼組織を示す顕微鏡写真であり、第
４図はアルミナ被膜の厚さを０．０５山とした場合の外
管肉厚中央部の鋼組織を示す顕微鏡写真であり、第５図
はアルミナ被膜の厚さを０．１４ｍｍとした場合の外管
肉厚中央部の鋼組織を示す顕微鏡写真である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内管のＣ当量が０，２０〜０．３８、外管のＣ当量
   が０．１５〜０．２５の引き抜き二重鋼管の外側に厚さ
   ０．０８〜０．２５ｍｍのアルミナ被膜を設け、次いで
   球状黒鉛鋳鉄と鋳合せてなる非融着型二重冷却管を備え
   たクーリングステーフ。