JPS59500110A - 冶金炉壁の冷却装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 冶金炉壁の冷却装置 技術分野 本発明は、冶金に関し、さらに詳しくは、冶金炉壁を冷却する装置に関する。

背景の技術 冶金炉壁を冷却する装置は長い間使用されてきているが、製作が簡単であシかっ 操業において信頼性がありかつ耐久性がある冶金炉壁冷却装置はこれまで開発さ れてきてい々い。

鋳鉄板とそれに取付けられた冷却鋼管とから々る、冶金炉壁を冷却する既知の装 置が存在する（ソビエト社会主義共和国連邦の発明者証第５０６，４６６号、１ ９７６年３月１５日発行および同第５４５，６７６号、１９７７年２月５日発行 ；　Ａｎｄｏｎｉｅｖ　Ｓ、Ｍ。

ｌ５ｐａｒｉｔｅｌｎｏｅ　ｏｈｌａｚｄｅｎｉｅ　ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃｈ ｅｓｋｉｈ　ｐｅｃｈｅｙ＋　Ｍ、　ｒＭａｓｈｉｎｏｓｔｒｏｅｎｉｅ　＋　 １９７０　ｘ　ｐｐ、　１３２−１４０参照）０「冷却管」という語は、ここで は、冷媒を循環させかつ熱を冶金炉壁から除去するのに適した管を意味する。

冷却管を有する板は、炉殻（５ｈｅｌｌ　）へ固定されるように炉壁の周辺のま わりに配置されている。前記装置は、炉の操業中に発生する急激に変化する熱応 力のもとで作動する。そのために、鋳鉄板は熱疲労し、その結果、グラファイト の集まったところにクラックが形成され、鋳鉄を損傷する順向がある。

さらに、鋳鉄板は厚さが比較的大きいので、冶金炉の操業中、鋳鉄板の暴露表面 の温度は４００℃〜９００℃の範囲内で変化する。これにより鋳鉄板の不可逆的 膨張が生じ、鋳鉄の機械的性質は悪影響を受け、その結果、装入物および固体粒 子含有ガス流による鋳鉄の摩耗速度が増加する。

前記冷却装置の構造は、製造がかなり複雑であるという欠点を有する。それは鋳 型を必要とし、鋼管の表面を完全に処理（清浄、アルミニウム塗料および石英粉 末の適用および乾燥）しだ後、鋳型に鋼管を取シ付け、溶融金属を鋳造すること などを必要とする。さらに、鋼管を有する鋳型に溶融鉄を注入した後、鋼管の鋼 基材の部分的炭化および鋼基材中の粒子の成長が起こる。これは冷却管の強度お よび塑性を大きく損う。

前述の冷却装置の欠点をある程度解消する、冶金炉壁を冷却する装置がまた知ら れている（米国特許第４，１５４，１７５号、１９７９年５月１５日発行、参照 ）。この装置は、低熱伝導性層と高熱伝導性層とから構成された２層板からなる 。この板の中に少なくとも２本の冷却金属管が組み込まれておシ、金属管の間に ギャップが形成されている。板の層の界面は、前記管の内部空間と前記管の中心 線の平面に沿って板表面に対して実質的に平行に交差する。

冷却管を有する板は、冷却管が炉殻に密接しかつ縦方向の母線に対して実質的に 平行に位置するように、炉殻へ固定されている。低熱伝導性層は炉室の外部に位 置し、そして高熱伝導性層は炉室の内部に位置する。前記冷却装置を製作するた めには、板の層を別々に鋳造すること、すなわち、高熱伝導性層を鉄から鋳造し 、そして低熱伝導性層を冷却管のだめのみそをもたせて耐熱性コンクリートから 鋳造することが必要である。冷却管をみその中に配置した後、板の層および管を 継手ボルトで結合する。

このような構造の冷却装置では、管の鋼基材の炭化またはその中の粒子成長が冷 却装置の製造過程において起こらないので、冷却管の強度および塑性は影響を受 けない。さらに、製作法もある程度簡素化された。

しかしながら、この装置を組み立てるとき、板の層および冷却管のそれらの接触 平面において密に接合することが困難であシ、その結果、炉壁の冷却効率は低く なる。

さらに、高熱伝導性層（鋳鉄の）は、厚さが比較的大きいので、急激に変化する 温度の条件のもとで、前記層のクラックおよび破壊を生じうる。板の層の界面は 冷却管の長手方向の中心線の平面と一致するので、板は端においてタイボルトの 存在に無関係につぶれる。高熱伝導性層の割れおよび破壊後、高圧下の高炉ガス は低熱伝導性層中のクラックを通して逃げ始め、炉のジャケットと接触するよう になシ、ジャケットを加熱し、これによシジャケットの変形を起こす。

こうして、前記冶金炉壁の冷却装置は使用寿命が比較的短かく、気密性が低く、 そして炉壁の高い冷却効率を提供しない。

発明の開示 本発明は、板の層の構造および配置が装置の使用寿命をかなり増大させ、同時傾 炉壁の冷却効率を増大せることを可能とする、冶金炉壁の冷却装置を提供するこ とを目的とする。

本発明は、低熱伝導性層と高熱伝導性層から構成された２層の板からなシ、少な くとも２本の冷却金属管が前記２層板中に、板の層の界面が前記管の中空を板の 平面に対して実質的に平行な長手方向に交差するように、間隔を置いた関係で組 み込まれておシ、本発明に従い、板の層の界面が縦方向の中心線の平面に関して 低熱伝導性層に向かって変位されている、冶金炉壁の冷却装置を提供する。

板の層のこのような構造的配置のために、高熱伝導性層は冷却管の表面へ信頼性 をもって固定され、かつ板の層と冷却管の表面との間の空気空間の存在は排除さ れ、これにより炉壁の冷却効率はかなシ改良される。とれらすべてにより、冷却 装置の使用寿命が長くなる。さらに、高熱伝導層は冷却管の母線を越えて延びな いので、このような装置の製作に要する金属の量は少ない。こうして、高熱伝導 性層の厚さはかなり減少し、そして急激に変化する温度の条件下の前記層の温度 は低下しく３５０℃に）そしてクラックは形成されない。これは冷却装置の気密 性を大きく改良し、そしてまだその寸法および重さを減少させ、これによシ冷却 効率が改良される。

板の層の界面は冷却管の外径の０．１８０〜０３１８倍だけ変位されることが好 ましい。前記層の界面が外径の０．１８０倍より少なく変位されると、板の高熱 伝導性層ははげる傾向があシ、これにより冷却装置の信頼性および耐久性が損わ れる。界面が冷却管の外径の０．３１８倍よシ大きく変位すると、低熱伝導性層 の厚さは減少し、これは究極的に炉殻の過熱に導ひき、これによシ炉殻は変形し かつ破壊するであろう。

したがって、板の低熱伝導性層が耐熱性コンクリートから作られ、そして高熱伝 導性層が鋼、アルミニウム含有鋳鉄、またはシーラー鋳鉄から選ばれた金属材料 から作られた、開示された冷却装置の変更態様例は操業に最も信頼性があシ、か つ最長の使用寿命を示す。板の低熱伝導性層に耐熱性コンクＩＪ　−トを用いる と、高熱伝導性層が破壊された場合でさえ、炉殻の過熱は回避されるであろう。

同時に、高熱伝導性層に鋼、アルミニウム含有鋳鉄、およびノノーラー鋳鉄を使 用すると、本発明による冷却装置の製作中に冷却管が炭化することが防止される 。

板の層を互いに信頼性をもって結合するために、板の低熱伝導性層は好ましくは 高熱伝導性層と補強インサートによシ接合される。

補強インサートは、好ましくは高熱伝導性層上で円錐台形突起の形に作られ、低 熱伝導性層中に形成された円錐形の孔にそう人され、前記円錐台形突起の最小の 直径の端は高熱伝導性層へ向けられている。

板の層のこのような結合によシ、高熱伝導性層のはがれおよび破壊は実際的に排 除され、このだめ冷却管は炉の溶融室において発生ずる高温の直接の作用から保 護される。これによって、開示された冷却配置の高い操作の信頼性および長い使 用寿命が保証される。

高熱伝導性層の各円錐台形突起の大きい直径は低熱伝導性層の厚さの０．５〜３ ．０倍の範囲であり、そして前記突起のチー・ぐ−は１：３〜１：１０の範囲で あることが好ましい。円錐形突起の大きい直径が低熱伝導性層の厚さの０．５倍 よシ小さいと、円錐形突起の断面大きさは板の層を互いに信頼性をもって結合さ せるためには不十分である。円錐形突起の大きい直径が低熱伝導性層の厚さの３ ．０倍より大きいと、低熱伝導性層の強さは影響を受け、これは究極的に前記層 の早期の破壊を起しうる。

冶金炉の操業の過程において、高熱伝導性層は装入物の作用に絶えず暴露され、 板の層の界面に沿った円錐形突起の金属中に応力を生ずる。この場合において、 高熱伝導性層の円錐形突起の表面と低熱伝導性層中の孔を通る円錐の表面との間 に形成され、そして突起の円錐が十分でない（１：１０よシ大きい）場合、板の ２層の間の結合を低下し、これにより板を不適当にする。突起の円錐が大き過ぎ る（１：３よシ小さい）場合、直径の間の大きい差（小さいおよび大きい）は板 の層の界面に沿った高熱伝導性層の金属中に生ずる応力を鋭く増加させ、これは 円錐形突起中に割れおよび破壊を生じさせ、これによシ板の層間の結合を悪化さ せることがある。

最小数の円錐突起を用いて板の層を互いに均一に接合させるため、前記円錐形突 起を冷却管の間にチェス模様の配列（（かつ隣接冷却管の軸から等距離で配置す ることが好ましい。

開示された装置の変更が可能であシ、この場合で、冷却管を組み込んだ２層板は 、低熱伝導層側で閉じかつ高熱伝導層側で開いた金属の囲いの中に配置される。

前記金属の囲いは、提案された装置が内部で組み立てられる鋳型の役目を同時に する。この金属の囲いは、炉のジャケット上の装置の移送および取付けの間にお ける低熱伝導性層の破壊を防止し、そして下降する装入物によシ生ずる摩耗作用 から板を保護する。

最もコンパクトであシかつ取付けが便利であるものは、前記金属の囲いの深さが 冷却管の外径に少な　′くとも等しい、提案された装置の変更態様例である。

図面の簡単な説明 本発明を、添付図面中に表わされｒいるその実施態様を参照しながら説明する。

第１図は、本発明による冶金炉壁（ジャケットは示されていない）を冷却する装 置の概略全体図であシ、 第２図は、炉壁のジャケットを含む、第１図に示された冷却装置の線Ｉｔ−ｎに 沿った断面図であシ、第３図は、板の層が補強インサートの助けによシ相互に結 合されている本発明の変更態様例（炉殻は示されていない）の概略図である。

第４図は、炉ジャケットをも含めた、第３図の線ＩＶ−ＩＶに沿った、本発明の 変更態様例を示す。

第５図は、第４図に示す本発明の変更態様例の部分図である。

第６図は、金属の囲いを有する本発明の変更態様例（炉ジャケットは図示されて いない）の概略図である。

第７図は、炉殻を含む、第６図に示す冷却装置の線■−■に沿った断面図である 。

発明を実施するための最良の形態 添付図面の第１図および第２図を参照すると、冶金炉壁は低熱伝導性層２と高熱 伝導性層３とから構成された２層板１からなる。板ｌ中には少なくとも２本の冷 却金属管４が組み込まれている。管４はそれらの間に空間が設けられるように板 １中に組み込まれている。線５で表示される（第２図参照）板１の層２および３ の界面は、冷却管４の内部空間と板の平面に対して実質的に平行にかつ長手方向 に交差し、そして冷却管の長手方向の中心線の平面に関して低熱伝導性層に向か って量”　ａ″′だけ変位している。

板１の層２および３の界面５は、冷却管４の外径ｔｔ　Ｄ　ｎの０．１８０〜０ ．３１８倍の量ａｔ　ａｐｐだけ変位していることが好ましい。これによシ、提 案した装置のよシ信頼性ある操業が保証される。

板１の低熱伝導性層２が耐熱性コンクリートから作られ、そして高熱伝導性層３ が鋼、アルミニウム含有鋳鉄およびノジーラー鋳鉄から選ばれた金属材料から作 られている本発明の変更態様例は、最長の使用寿命を有する。

本発明の冷却装置は、底部に冷却管４が間隔を置いた関係で配置されている、予 備的に設けられた骨組を用いて製作される。次いで骨組に耐熱性コンクリートを 充填して、前もって決定した厚さの低熱伝導性層２を形成した。コンクリートが 前もって決定した強さになった後、金属材料を層２の上に注いで高熱伝導性層３ を形成し、その表面は冷却管４の母線を少なくとも越えなかった。

金属層３が凝固化した後、冷却管４が内部に組み込まれている２層板１を骨組か ら取シ出し、その後冶金炉壁冷却装置は取付けおよび使用される状態となった。

冷却管４を組み込んだ板１は、普通の方法で冶金炉のジャケット６（第２図参照 ）へ、冷却管４がジャケット６の縦方向母線に対して実質的に平行にジャケット ６へ近接して位置するように、固定された。

この場合において、低熱伝導性層はジャケット６の側に位置し、そして高熱伝導 性層は炉の溶融室の側に位置する。

第３〜５図には冷却装置の変更態様例が示されておシ、ここで板１の層２および ３は最も信頼性ある固定を提供する補強インサートの助けによシ互いへ固定され ている。補強インサートは板１の高熱伝導性層３上の円錐台形突起７の形に作ら れ、低熱伝導性層２中に形成された円錐形透孔中にそう人されている。円錐台形 突起７の小さい直径の端は、板１の高熱伝導性層３へ向いている。

便宜上、第３図における冷却管は実線で輪郭を描かれていることに注意すべきで ある。

板１の高熱伝導性層３の各円錐台形突起７の大きい直径ＩＩ　ｄ７１が低熱伝導 性層２の厚さａｔ　ｂ″′の０．５〜３０倍であシ、かつ突起７のテーノや−が １＝３〜゛１：１０の範囲である、冷却装置の変更態様例は、操業においてよシ 信頼性がある。

最小の数の円錐形突起でもって層２および３の間に緊密々接触を得るだめには、 円錐形突起７は、添付図面の第３図に見ることができるように、チェス模様の配 列で冷却管４の間に間隔を設けかつ隣接管４の軸から等距離で配置することが好 ましい。

前記冷却装置の変更態様例を製作するとき、耐熱性コンクリートを骨組中に入れ て前記低熱伝導性層２を形成した後、貫通円錐形孔を前記層２中に開け、次いで 金属を注いで高熱伝導性層３を形成した。この場合、前記金属は層２中の孔を充 填して円錐形突起７を形成した。

第６図および第７図には、製作が複雑ではなくかつ操作、取付けおよび運搬にお いて最も信頼性がある、冷却装置の変更態様例が示されている。この変更態様例 において、板１は冷却管４と一緒に金属の囲い８の中へ入れられる。前記金属の 囲いは、低熱伝導性層２の側および板ｌの端面において閉じており、そして高熱 伝導性層３の側で開いている。

最もコンパクトであシかつ取付けが最も便利であるものは、金属の囲い８の深さ が冷却管４の外径”Ｄ″′に少なくとも等しい変更態様例である。

本発明のこの変更態様を製作するとき、金属の囲い８を骨組として使用し、そし て冷却管４を前記囲い８の底へ溶接する。

本発明の上記変更態様例の各々において、冷却管４はそれぞれ入口接続管９およ び出口接続管１０を有するととに注意すべきである（添付図面の第１゜３および ６図参照）。入口接続管９は冷却管の下部に位置し、そして出口接続管１０はそ の上部に位置する。

本発明の冷却装置は、次のように作動する。

入口接続管９（第１，３および６図参照）を通して、冷媒゛を加圧下で冷却管４ 中に送入し、次いで出口接続管から炉外へ排出する。冷媒は冷却管４を通過する 間、装入物およびガス流から板１の高熱伝導性層３および管４の壁を通して受け 取られる熱束によシ加熱される。この場合において、冷媒は板１の層２および３ を冷却し、そして低熱伝導性層２は炉壁のノヤケット（第２，４および７図参照 ）を過熱から保護する。

添付図面の第３〜５図に示されている本発明の変更態様例を参照すると、冷却管 ４と層２および３はそれらの熱膨張に従い加熱される。この熱膨張は層２および ３の相互のかつ冷却管４へのすき間のない接合に好適であり、この接合は熱移動 、すなわち′、冷媒による熱束の受容、を改良し、これにより冷却効率を改善す る。

添付図面の第６図および第７図を参照すると、金属の囲い８は装置全体の高い剛 性を提供し、これによシ装入物およびガス流によシ生ずる層３の摩耗速度を低下 させる。層２および３中にクラックが形成される場合に、前記金属の囲い８はそ れらの破壊を防ぐ。

産業上の利用可能性 本発明を特定の実施態様によシ説明したこと、および以下の請求の範囲の精神か ら逸脱しないで本発明において種々の変更を行うことができること、を理解すべ きである。

ｆｌＩｉｆ ｆ／Ｉｉ７ 国際調査報告 第１頁の続き ０発　明　者　ゴルビク・アナトリ・ステパノビッチソビエト連邦３１００７２ ハルコフ・ウリツア・エコノミチェスカヤ・ディー１６クワルチーラ７７ ０発　明　者　ゴロド・レオニド・ダビドビツチソビエト連邦３１０１４５ハル コフ・ウリツア・コスミチェスカヤ・ディー２７クワルチーラ２８ ０発　明　者　クチコビツチ・ドリナ・ボリソブナソビエト連邦３１００７２ハ ルコフ・ウリツア８ ソビエト連邦３１００２４ハルコフ・プシキンスキ・ビエズド・ディー５クワル チーラつ多発　明　者　ネクラソフ・イグナテイ・ニコラエビッチ ソビエト連邦３４８８１０ドネッカヤ・オブラスチ・デバルツエホ・ウリツア・ ソベツカヤ・ディー１６クワルチーラ６ ０発　明　者　キリエフスキ・ポリス・アブラモビツチソビエ）　連邦２５２０ ５３キエフ・ウリツア。

アルテマ・ディ−４２クワルチーラ１２＠発　明　者　ルガンスキ・ウラジミル ・ペトロピッチソビエト連邦２５２１４２キエフ・プロスペクト・フエルナドス コゴ・ディー６３クワルチーラ１０ ■出　願　人　インステイチュト・プロブレム・リトヤ・アカデミイ・ナウク・ ユーエスエスアール ソビエト連邦２５２１８０キエフ・ウリツア・ベルナドスコゴ・ディー３４／１

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　低熱伝導性層と高熱伝導性層とから構成された２層の板からなり、少なく とも２本の冷却金属管が前記板中に互いに関して間隔を置いた関係で、板の層の 界面が前記管の内部空間と長手方向にかつ板の平面に対して実質的に平行に交差 するように、組み込まれている、冶金炉壁の冷却装置において、前記板（１）の 層（２）および（３）の界面（５）は前記冷却管（４）の長手方向の中心線の平 面に関して前記低熱伝導性層（２）の方向に変位していることを特徴とする冶金 炉壁の冷却装置。 ２　前記板（１）の層（２）および（３）の間の前記界面は冷却管（４）の外径 の０．１．８０−０．３１８だけ変位していることを特徴とする請求の範囲１に 記載の装置。 ３、　前記低熱伝導性層（２）は耐熱性コンクＩＪ−トから作られており、そし て前記高熱伝導性層（３）は、鋼、アルミニウム含有鋳鉄、およびノジーラー鋳 鉄を含む群から選ばれた金属材料から作られていることを特徴とする請求の範囲 １に記載の装置。 ４、　前記低熱伝導性層（２）は前記高熱伝導性層（３）と補強インサートの助 けによ多接合されていることを特徴とする請求の範囲１に記載の装置。 ５、　前記補強インサートは前記高熱伝導性層（３）上の円錐台形突起（７）の 形で作られ、前記低熱伝導性層（２）中に開けられた円錐形透孔中にそう人され ておシ、これら円錐台形突起（７）の小さい直径の端は前記高熱伝導性層（３） に向いていることを特徴とする請求の範囲４に記載の装置。 ６　前記高熱伝導性層（３）の各円錐台形突起（７）の大きい直径は前記低熱伝 導性層（２）の厚さの０．５〜３．０倍であシ、そして前記突起（７）のチーｉ ｊ−は１：３〜１：１０の範囲であることを特徴とする請求の範囲５に記載の装 置。 ７、前記円錐形突起（７）は、冷却管（４）の間の間隔内にチェス模様でかつ隣 接する前記冷却管（４）の軸から等距離で配置されていることを特徴とする請求 の範囲５に記載の装置。 ８、前記冷却管（４）を組み込んだ前記２層板（１）は金属の囲い（８）の内側 に配置されておシ、前記金属の囲は板（１）の前記低熱伝導性層（２）の側で閉 じておシかつその高熱伝導性層（３）の側で開いていることを特徴とする請求の 範囲１〜７のいずれかに記載の装置。 ９　前記金属の囲い（８）の深さは前記冷却管（４）の外径に少なくとも等しい ことを特徴とする請求の範囲８に記載の装置。