WO2001040728A1 - Chemise de refroidissement pour four a arc - Google Patents

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Masao Maesato
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Definitions

  • the present invention mainly relates to a novel water-cooled jacket used for an electric arc furnace for steelmaking.
  • the interior of the electric furnace for steelmaking withstands the high heat, so the inner wall, ceiling, and dust collection except for the parts made of refractory material such as the furnace bottom, lower side wall, tapping gutter, and waste metal that come into direct contact with molten steel
  • the mouths are all water-cooled, and because of their structure and shape, they are called by various names such as water-cooled jackets, water-cooled panels, water-cooled boxes, and water-cooled tubes.In the present invention, the names are unified to water-cooled jackets. This will be described below.
  • the water-cooled jacket for the inner wall shown in Fig. 1 (a) and (b) has a welded structure 1 made of ordinary steel plate, so that the cooling water at a temperature of 40 to 70 ° C can be evenly distributed.
  • Has a cooling water channel including a water supply port 3 and a drain port 4, and a number of slag cutters 2 made of steel plates 25 mm thick, 50 mm wide and 130 mm long are welded to the outer surface.
  • Fixed This slag catcher is installed to actively catch the slag scattered in the furnace on the surface of the water-cooled jacket, and has the role of a stud that is often used when coating refractories.
  • the water-cooled jacket for ceiling shown in Fig. 2 has a number of ordinary steel pipes 5 arranged concentrically, and the surface of the water-cooled pipe 5 is covered with a fire-resistant cable 6. Cooling water at a temperature of is supplied from the lined water ⁇ 3 and flows to the drain port 4.
  • the water-cooling jacket for the dust collection port shown in Fig. 3 is made of ordinary steel pipes arranged in a substantially cylindrical shape, and a stud 8 is welded and fixed to the surface of this water-cooling pipe 7, and the outer periphery is made of a refractory castable It is covered with.
  • the slag catcher 10 provided outside the main body 9 is not a steel plate. It is made by welding small pieces of a deformed steel bar with a diameter of 25 mm to a length of 30 mm and welding them at intervals of about 75 mm. 3 indicates a water supply port and 4 indicates a drain port.
  • the water-cooled jacket of the electric furnace is used in an extremely severe environment where oxidation and corrosion at high temperatures, thermal shock, mechanical shock, and wear coexist, regardless of where it is used. It is.
  • the water-cooled jacket installed in the furnace is a large structure that is divided and assembled into 20 to 40 pieces.As a matter of course, not only the production cost but also the replacement requires a lot of labor and time, so a large expense is inevitable. Therefore, it is desirable to have a long service life as much as possible, which may increase steelmaking costs.
  • the slag cartridge and the refractory covering fall off with the passage of time, so it is unavoidable that the water cooling jacket is finally used with the surface power exposed. Will be.
  • the decisive factors of the slag catch are the cracks in the welds caused by heating and cooling, and in the case of the inner wall jacket, the mechanical impact force when the scrap is injected in a higher temperature atmosphere.
  • the cause of the fallout of refractory is that the refractory cannot be held due to the peeling caused by the adhesion of slag and the high-temperature oxidation of the stud to prevent the fallout and the thinning due to corrosion. This is because that.
  • the part where the cracks enter in this way is repaired by welding from the surface, but at most about 1 Z 3 of the plate thickness is welded and the remaining 2/3 of the remaining cracking force remains, so it is better than other unrepaired parts Vulnerable. Therefore, once a crack has entered, it is easy for the cracking force to recur even after the repair, and the repeated use of the repair and the repair of the newly cracked portion will continue to be used, and the life will be extended to the scheduled replacement date, which is the scheduled replacement date as much as possible. However, if it is judged that it will not be usable until the scheduled date, measures such as advancing the regular repair date or replacing only the leaking water-cooled jacket as soon as possible will be taken in any case.
  • the present invention is an arc type that can be used stably for a long time in an extremely severe environment where oxidation, corrosion, mechanical shock, thermal shock, and wear coexist in a high temperature atmosphere.
  • the purpose is to provide a water-cooled jacket for electric furnaces.
  • the present inventors focused on a calorizing treatment conventionally known as a high-temperature corrosion treatment.
  • the aluminum diffusion and infiltration treatment called the calorizing treatment has the following characteristics.
  • a 1 is formed on the surface at the oxidizing atmosphere Q 0 3 protective coating be hardly peeled off in an extremely stable.
  • the A1 diffusion and penetration layer force is formed by alloying with the component of the A1 force base material that diffuses and penetrates from the surface, it is resistant to thermal shock and difficult to peel.
  • the inventors of the present invention applied a calorizing treatment having the above-described characteristics to a water-cooled jacket for an electric arc furnace to form an A1 diffusion permeable layer having a high A1 concentration that does not peel off only on the surface.
  • Oxidation resistance, corrosion resistance, abrasion resistance, thermal shock resistance, and mechanical shock resistance, especially at high temperatures, can be improved without impairing the mechanical properties of the base material. It has been found that the above object can be achieved.
  • the present invention provides a metal-made metal having an A 1 concentration of 10 to 5% by weight and a thickness of 200 to 800 / m provided on the surface by performing a calorizing treatment.
  • the present invention provides a water-cooled jacket for an electric arc furnace.
  • the material of the water-cooled jacket of the present invention is: 13 Standard 33400, ordinary steel represented by SGP (carbon content less than 1.0%, each content of Si, Mn, Cr and Ni less than 2.0%) Steel) force preferred.
  • SGP carbon content less than 1.0%, each content of Si, Mn, Cr and Ni less than 2.0%) Steel
  • the use of stainless steel JIS standard SUS 304, which is known as heat and corrosion resistant steel, improves heat and corrosion resistance.
  • Thermal conductivity is about one-third smaller than ordinary steel!
  • the effect of cooling the steel sheet by water is small, so that the temperature of the steel sheet increases, so that the steel sheet tends to be distorted and cracked.In addition, it has the property of easily cracking in the welded portion compared to ordinary steel. I can't help.
  • the A 1 concentration at the outermost surface (the area from the outermost surface to a depth of 20 zm)
  • the surface hardness of the A1 diffusion / penetration layer is generally 350 to 100 OmHV, which is 3 to 7 times that of the base metal, and has extremely excellent wear resistance even at high temperatures.
  • the calorizing process usually consists of a mixture of iron-aluminum alloy powder with an aluminum concentration of 20 to 60%, or aluminum powder 10 to 80 wt%, alumina powder 20 to 90 wt%, and ammonium permeate powder 0.1 to 2 wt% as a penetration enhancer.
  • a semi-closed container is filled with a penetrant and a material to be treated, that is, a water-cooled jacket made exclusively of ordinary steel as described above, and the container is filled with a non-oxidizing atmosphere, preferably an argon, nitrogen, hydrogen, or other non-oxidizing atmosphere. This is carried out by heating and maintaining at a temperature of 600 to 1100 ° C for 5 to 20 hours in a heating furnace while maintaining an active gas or reducing gas atmosphere.
  • the water-cooled jacket for the arc type electric furnace that has been calorized in this way has improved oxidation resistance, corrosion resistance, and wear resistance at high temperatures, and reduces the occurrence of distortion due to thermal shock. Cracking is prevented from occurring in welds and the like due to improved impact resistance, and water leakage is unlikely to occur even when used for a long time, so its life can be significantly extended. It was unexpected that the calorizing treatment significantly improved the impact resistance of the water-cooled jacket at high temperatures.
  • FIG. 1 (a) is a plan view of a water-cooled jacket for a furnace inner wall used in Example 1, and FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along line X_X of (a).
  • FIG. 2 is a cutaway view of the water-cooled jacket for ceiling.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a water-cooled jacket for a dust collection port used in Example 2.
  • FIG. 4 (a) is a plan view of the ceiling water-cooled jacket used in the third embodiment.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view taken along the line Y--Y of FIG.
  • the water-cooled jacket for the furnace inner wall of the present invention shown in Fig. 1 was installed on the inner wall of an arc furnace for steelmaking with a nominal melting amount of 80 tons, especially on the part with a short life, and a comparison test was conducted with the conventional product.
  • the main body is assembled into a box shape by welding ordinary steel sheet SS400 with a thickness of 16 mm, and although not shown in the figure, the interior is subdivided into small chambers, and It is designed so that the cooling water at 0 ° C is evenly distributed.
  • the outer surface of the water-cooled jacket that is, the inner surface of the furnace, was welded with 45 plate-like slag catchers 2 of material SS400 having a thickness of 25 mm, a width of 50 mm, and a length of 130 mm. It is fixed and used without refractory coating on the surface, and the slag generated during the scrap melting and refining process is positively fixed to the surface, thereby preventing the formation of the protective layer of the water-cooled jacket. I have.
  • the slag cutter promotes slag sticking and thus has an effect of extending the life, but the protective layer formed nevertheless repeats thermal shock during operation and causes Part of the water-cooled jacket is exposed due to mechanical shock when the cap is inserted, and the surface of the water-cooled jacket is exposed.
  • the slag sticks to the surface and drops off again.
  • the slag catcher corrodes and loses its thickness and the slag capturing effect decreases during repeated solidification and removal.
  • Intense thermal and mechanical shocks caused by high-temperature slag droplets cause cracks in the slag catcher-one weld, the main body weld, and the steel plate on the surface, and water leakage starts.
  • cracks, especially from the slag catcher welds occur, and water leakage starts. Is durable.
  • Carolizing treatment is performed on the water-cooled jacket for the furnace inner wall of the material and size as described above.
  • a water-cooled jacket and a penetrant made by mixing 70 wt% of iron-aluminum alloy powder with an AI concentration of 50 wt%, 29 wt% of alumina powder, and lwt% of ammonium chloride are placed in a semi-closed container. Filled and heated in a non-oxidizing atmosphere at 100 0 for 10 hours, A1 diffusion at the outermost surface of 35 wt%, surface hardness of 45 OmHV, thickness of 400 zm A1 diffusion penetration Layer obtained.
  • a water cooling jacket for a dust collecting port of the present invention shown in FIG. 3 was attached to a steelmaking arc type electric furnace having a nominal melting amount of 50 tons, and a comparison test with a conventional product was performed.
  • Fig. 3 is a cross-sectional view.
  • the water cooling tube is formed by winding one long pipe almost spirally, the inside of both ends is connected to the water supply port, and the other is connected to the drain port, and it is always 40 to 70 °. C cooling water is flowing.
  • the inner surface of the water-cooled tube is welded with M12 bolts with a total length of 25 mm and an outer diameter of 12 mm at a pitch of 10 Omm as a stud. It is fixed.
  • the water-cooled pipe uses carbon steel pipe for pressure piping, JIS standard STPG 4 OA sch (schedule) 80, wall thickness 5.1 mm, and its entire circumference is a fire-resistant castle with a thickness of 110 to 130 mm. Coated with 6.
  • the electric furnace / slurry flows upward from the bottom of the figure, and the dust collection rocket is installed at almost the same height as the furnace ceiling, and is at a distance away from the slag surface. I can't.
  • the slag adheres to the castell that protects the water cooling tube during the beginning, but if the amount of adhesion increases, the weight can no longer be retained, and the castall coating layer peels off from the middle and falls into the furnace with the adhered slag. .
  • Example 2 For a water-cooled jacket made of carbon steel pipe of the material and size as described above and not yet coated with a refractory, first, calorizing treatment was performed under the same conditions as in Example 1. An A1 diffusion-penetrating layer having an A1 concentration of 35 wt%, a surface hardness of 45 OmHV, and a thickness of 400 m was obtained. Next, the pipe is treated with caster-pulling. That is, the powder of the refractory and the binder is kneaded with water, and this liquid and the material to be treated are put together in a frame, left to dry and harden. A layer of castaple having a thickness of 13 O mm was formed.
  • a ceiling water-cooled jacket with a cylindrical slag catcher 10 formed by welding steel bars at regular intervals to the outside of the main body 9 is made of ordinary steel sheet SS 400 with a thickness of 16 mm. This was assembled in the most damaging and short-lived part of a steelmaking arc electric furnace with a nominal melting amount of 60 tons, and compared with the conventional product.
  • the water-cooled jacket for ceiling unlike the inner wall, etc., it is difficult to repair the welding, so if water leakage starts, it will be replaced as soon as possible after a short time, and the replacement time is 7 to 10 months .
  • the water-cooled jacket of such a material and shape is subjected to calorizing treatment by heating at 180 ° C for 20 hours using the same penetrant as in Example 1, and the outermost surface is formed on the slag catcher and the body surface.
  • An A1 diffusion-penetrating layer having an A1 concentration of 40 wt%, a surface hardness of 500 mHV, and a thickness of 700 was obtained.
  • This water-cooled jacket of the present invention is being used by attaching it to the same part as the conventional product, and it has been 15 months now, but no water leakage has occurred.

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Description

明 細 書 アーク式電気炉用水冷ジャケット 技術分野
本発明は主として製鋼用アーク式電気炉に使用される新規な水冷ジャケッ トに 関するものである。 背景技術
製鋼用アーク式電気炉内はその高熱に耐える為、 溶鋼と直接接触する炉底内側、 下部側壁、 出鋼樋、 排滓ロ等耐火物で構築された部位を除き、 内壁、 天井、 集塵 口は全て水冷されており、 その構造や形状から、 水冷ジャケッ ト、 水冷パネル、 水冷箱、 水冷管等様々な名称で呼ばれているが、 本発明では、 呼称を水冷ジャケ ッ卜に統一し以下に説明する。
形状を例示すれば、 図 1 ( a ) ( b ) に示す内壁用水冷ジャケットは普通鋼鋼 板の溶接構造体 1で 4 0〜7 0 °Cの温度の冷却水が満遍なく行きわたる様に内部 には給水口 3と排水口 4を含む冷却水路が設けられ、 外部表面には厚さ 2 5 mm、 幅 5 0 mm、 長さ 1 3 0 mmの鋼板からなるスラグキヤツチヤー 2が多数溶接固 定されている。 このスラグキャッチャーは炉内で飛散するスラグを水冷ジャケッ ト表面に積極的に捕捉する目的で取り付けられたもので、 耐火物を被覆する場合 によく用いられるスタツ ドの役割を持っている。
図 2に示す天井用水冷ジャケッ トは、 多数の普通鐧鋼管 5を同心円状に配設し、 この水冷管 5の表面を耐火性キヤス夕ブル 6で被覆しており、 水冷管 5には上記 の温度の冷却水が袷水□ 3から供給され、 排水口 4へ流されるようになつている。 図 3に示す集塵口用水冷ジャケットは、 普通鋼鋼管をほぼ円筒状に配設し、 この 水冷管 7の表面にはスタツ ド 8を溶接固定してあり、 外周を耐火性キャス夕ブル 6で被覆している。 又図 4 ( a ) (b ) に示す天井用水冷ジャケッ トは図 1に示 す内壁用水冷ジャケッ卜と基本構造、 板厚は同じである力《、 付着したスラグが剥 離、 落下し易いので本体 9の外部に設けたスラグキャッチャー 1 0は鋼板ではな く直径 2 5 mmの異形棒鋼を長さ 3 0 mmに切断した小片を約 7 5 mm間隔で多 数溶接固定してつくられている。 3は給水口、 4は排水口を示す。
この様な水冷ジャケッ トの表面は、 鉄スクラップの溶解、精鍊の過程でアーク 熱、 助燃バーナーによる燃料の燃焼熱、 及び炉内又は溶鋼中へ添加される炭素粉、 アルミ灰等の燃焼熱、 そしてスクラップに混入している塩化ビニール等の燃焼ガ スによって、 1 3 0 0 °Cを越える高温酸化性且つ腐食性雰囲気に長時間晒されな 力 ら、 更に 1 5 0 0 °Cを越える溶鋼とスラグの飛沫が表面に付着、 脱落を繰り返 す為、 表面が急加熱された後、 直ちに冷却水で冷やされるという、 急加熱急冷却 現象が表面の至る所で発生している。 そして又内壁に配設された水冷ジャケット の場合にはスクラップ投入時の機械的衝撃を直接受ける為、 スラグキャッチャー の脱落、 溶接部の劣化、 表面鋼板の摩耗減肉、 水冷ジャケッ卜の変形が著しく加 速される。
集塵口水冷ジャケッ卜の場合には、 内壁、 天井とは異なり内側には 1 0 0 0 °C を越えるダストを含んだ高温排ガスが高速で^ Sに通過して L、る為内面は常時高 温酸化性、 腐食性、 且つ摩耗性雰囲気下にある。
この様に電気炉の水冷ジャケッ トは何れの部位に用いられるものであっても高 温下における酸化及び腐食、 熱衝撃、 機械的衝搫、 摩耗が共存する極めて厳しい 環境下で使用されているのである。
一方炉内に配設される水冷ジャケッ トは 2 0〜4 0個に分割して組み込まれる 大型構造物で製作費用は勿論のこと交換には多くの手間と時間を要する為多大の 出費を余儀なくされ、 製鋼コスト上昇の要因となる為極力長寿命であることが望 ましい。
しかしながら以上詳述した様な極めて厳しい環境下では時間の経過と共にスラ グキヤツチヤーの脱落と被覆している耐火物の脱落カ避けられない為、 遂には水 冷ジャケット本体の表面力露出した状態で使用されることになる。 スラグキヤッ チヤ一脱落の原因は加熱冷却に起因する溶接部の割れと、 内壁用ジャケッ卜の場 合には更に高温雰囲気においてスクラップ投入時の機械的衝撃力加わることが決 定的要因であるが、 耐火物脱落の原因は、 スラグの付着により剥離が生じること と脱落防止用のスタッドの高温酸ィ匕と腐食による減肉で耐火物を保持出来なくな るからである。 この様にしてジャケット本体の表面が露出すると高温に哂される 為、 水冷シャケッ ト製作時に鋼板を溶接組立する事により生じる歪みエネルギー 力'部分的に解放され、 全体が変形し始めると共に、 摩耗、 熱衝撃、 機械的衝撃の 繰り返し、 特に機械的衝撃によって溶接部に割れが生じ、 更には鋼板自体に割れ 力'発生し水漏れが始まる。
そして水漏れの発生はジャケット内の水の流れを乱す為、 冷却不充分な高熱部 分が発生し更なる割れを誘発すると共に炉内に流出した水は水蒸気爆発の原因と なるので早めの補修が極めて重要であり、 出鋼後一旦操業を中断し炉内を冷却し た後、 水漏れ個所を溶接補修しなければならない。 そして操業の中断は即製鋼コ ス卜を高める事になるので極力短時間で補修を済ませる必要があり、 勢い高熱作 業を余儀なくされるので安全、 衛生上の観点からも好ましくない。
この様にして割れが入つた部分は表面より溶接補修するが、 せいぜい板厚の 1 Z 3程度しか溶接部が溶け込まず残り 2 / 3程は割れ力残存する為、 他の未補修 の部分より脆弱となる。 従って一度割れが入った部分は補修後も割れ力再発し易 く、 再補修と新たに割れ力入つた部分の補修を繰り返しながら使用を続け極力交 換予定日である定期補修日まで延命させる。 しかしながら予定日まで使用に耐え ないと判断すれば定期補修日を早めたり、 水漏れしている水冷ジャケッ トだけを 早めに交換する等の処置が講じられるカ、 何れの場合であつても予定外の補修で ある為、 生産計画を狂わせると共に無駄な出費を余儀なくされる。 水冷ジャケッ 卜の寿命は炉内構造や使用条件により大きく変動し一定ではなく凡そ 6〜 2 4ケ 月であり、 経験に基づき定期交換日を設定している力 予定日前の水漏れ補修や 早期取り替えを行っているのが実情であり、 多額の費用と時間を要するばかりか 劣悪環境下での作業を余儀なくされており、 当該水冷ジャケッ 卜の寿命延長が安 定操業の維持、 補修費低減、 高熱作業の撲滅に極めて重要な課題となっているに も関わらずその効果的な方法が講じられていないの力 <現状である。 発明の開示
かくて本発明は高温雰囲気において酸化、 腐食、 機械的衝撃、 熱衝撃、 摩耗が 共存する極めて厳しい環境下にあって長時間安定的に用いる事が出来るアーク式 電気炉用水冷ジャケッ トを提供する事を目的とするものである。
本発明者らはかかる目的を達成すベく鋭意努力するにあたつて従来から耐高温 腐食処理として知られているカロライジング処理に着目した。 このカロライジン グ処理と呼ばれるアルミニウム拡散浸透処理には次の様な特性がある。
(1) 耐酸ィ匕性に優れていること。
(2) 酸化雰囲気に於いて表面に形成される A 1 Q 03保護被膜が極めて安 定で剥離し難いこと。
(3) 表面硬度が母材の数倍となり、従って耐摩耗性に優れていること。
( 4 ) 表面から拡散浸透する A 1力母材の成分と合金化することによって A 1拡散浸透層力形成されている為、 熱衝撃に強く、 剥離し難いこと。
(5) カロライジング処理工程に於いて被処理物自体力く持っている歪ェネル ギ一が殆ど除去される為、 使用時の加熱によつて変形し難いこと。
かくて、 本発明者らは上記の如き特性を有するカロライジング処理をアーク式 電気炉用水冷ジャケッ卜に施して表面にのみ剥離しない高 A 1濃度の A 1拡散浸 透層を形成させるにとにより、 母材の機械的性質を損ねることなく、 耐酸化性、 耐腐食性、 耐摩耗性、 耐熱衝撃性並びに耐機械的衝撃性特に高温下での耐機械的 衝撃性を向上させることができ、 上記目的が達成され得ることを見出した。 即ち、 本発明は、 カロライジング処理を施すことにより、 表面に、 最表面の A 1濃度が 10〜5 Ow t%、 厚さ 200〜800 / mの A 1拡散浸透層を設けて なる金属製のアーク式電気炉用水冷ジャケットを提供する。
本発明の水冷ジャケッ トの材質は、 】 13規格33400、 SGPに代表され る普通鋼 （炭素含有量 1. 0%未満、 S i、 Mn、 C r及びN i各含有量2. 0 %未満の鋼） 力好ましい。 耐熱、 耐食鋼として知られているステンレス鋼 （J I S規格 SUS 304) を使用すると耐熱、 耐食性は向上する力 普通鋼に比べ熱 伝導率が約三分の一と小さ! ^ゝ為内部を流れる循環水による鋼板の冷却効果が少な く、 従って鋼板の温度が高くなり歪みや割れが生じやすく、 加えて普通鋼に比べ 元々溶接部に割れが発生しやすい性質を有する事から結局目立った寿命延長効果 力得られない。
本発明では上述のように最表面の A 1濃度 （最表面から深さ 20 zm迄の領域
P99X005 における A 1濃度） を 10〜5 Owt%に限定したのは A 1濃度が 10wt%未 満の場合、 高温下での耐酸化、 耐腐食性並びに耐機械的衝撃性の向上が期待出来 ず、 一方 50wt%を越えると堅くなり過ぎ且つ脆くなるため、 割れ、 剥離が起 き易くなるからであり、 厚さを 200〜800 に限定したのは本発明の水冷 ジャケッ トカ^ 上述したように極めて厳しい環境下で使用されるため、 200 / m未満では層厚が不足し殆ど効果が得られず、 一方 800 mを越える層厚を得 る為には 1100°Cを越える加熱温度と 20〜30時間の長時間の加熱が必要で 力口ライジング処理費用が急騰する為、 費用対効果の観点から好ましくないから である。 かかる A 1拡散浸透層の表面硬度は一般に 350〜100 OmHVで、 母材の 3〜 7倍に達しており、 高温下に於いても極めて優れた耐摩耗性を有して いる。
カロライジング処理は通常アルミニウム濃度 20〜60%の鉄アルミニウム合 金粉、 若しくはアルミニウム粉 10〜80wt%とアルミナ粉 20〜90wt% 及び浸透促進剤たる塩化ァンモニゥム粉 0. l〜2wt %を混合してなる浸透剤 と被処理物、 即ち、 上述のように専ら普通鋼でつくられた水冷ジャケットを半密 閉容器内に充填し、 容器内を非酸化性雰囲気、 好ましくはアルゴン、 窒素、 水素 等の不活性ガスあるいは還元性ガス雰囲気に維持したまま、 加熱炉内にて 600 〜1100°Cの温度に 5〜20時間加熱保持することによって行われる。
この様にしてカロライジング処理を施したアーク式電気炉用水冷ジャケットは 高温下での耐酸化性、 耐腐食性、 耐摩耗性が向上し、 熱衝撃による歪みの発生が 軽減され、 また、 特に耐衝搫性カ垧上するために溶接部等における割れの発生が 防止され、 長時間使用しても水漏れ力発生し難いため、 その寿命を著しく延長す る事が出来る。 カロライジング処理により水冷ジャケットの高温下での耐衝撃性 力顕著に向上することは予想外のことであつた。 図面の簡単な説明
図 1 (a) は実施例 1で用いた炉内壁用水冷ジャケッ トの平面図であり、 図 1 (b) は （a) の X_X線断面図である。
図 2は、 天井用水冷ジャケッ卜の切断面図である。 図 3は、 実施例 2で用いた集塵口用水冷ジャケッ 卜の断面図である。
図 4 ( a ) は実施例 3で用いた天井用水冷ジャケッ トの平面図である。
図 4 (b ) は （a ) の Y— Y線断面図である。
図において、 参照符号の意味は以下の通りである。
1 炉内壁用水冷ジャケッ ト本体
2 板状スラグキャッチャー
3 給水口
4 排水口
5 天井用水冷ジャケッ トの水冷管
6 キャスタブル耐火物
7 集塵口用水冷ジャケッ卜水冷管
8 スタッ ド
9 天井用水冷ジャケッ ト本体
1 0 円柱状スラグキャッチャー 発明を実施するための最良の形態
以下に実施例をあげて本発明を更に詳しく説明する。
〈実施例 1 >
図 1に示す本発明の炉内壁用水冷ジャケッ トを公称溶解量 8 0 トンの製鋼用ァ —ク式電気炉の内壁、 それも特に寿命の短い部位に組み込み従来品との比較テス トを行った。 本体は板厚 1 6 mmの普通鋼鋼板 S S 4 0 0材を溶接して箱形に組 み立てられており、 図には示していないが、 内部は小室に細分化され、 4 0〜7 0 °Cの冷却水が満遍なく iiiiしていく様工夫されている。 そしてこの水冷ジャケ ッ卜の外部即ち炉内側表面には材質 S S 4 0 0の厚さ 2 5 mm、 幅 5 0 mm、長 さ 1 3 0 mmの板状のスラグキャツチヤー 2が 4 5枚溶接固定されており、 この 表面には耐火物を被覆しないまま使用し、 スクラップ溶解、 精鍊過程で発生する スラグ飛沫を積極的に表面に固着させ、 以て水冷ジャケッ 卜の保護層を形成させ んとしている。 即ちスラグキヤツチヤーはスラグ固着を促進するので寿命延長の 効果は有るが、 それでも形成された保護層は操業時の熱衝撃の繰り返しとスクラ ップ投入時の機械的衝撃により部分的に脱落し水冷ジャケット表面が露出する。 そして引き続き使用される間にスラグが表面に固着し、 再度脱落するという、 固 着脱落を繰り返す間にスラグキャッチャーは腐食減肉しスラグ捕捉効果が低下し ていくと共に、 1 5 0 0 °Cを超える高熱のスラグ飛沫による強烈な熱衝搫及び機 械的衝撃によりスラグキャッチャ一溶接部、 本体溶接部、 更には表面の鋼板に亀 裂が入り水漏れが始まる。 かかる従来品の場合使用開始後 3〜 5ヶ月経過すると、 特にスラグキヤツチヤー溶接部を起点とした亀裂カ哆数発生し、 水漏れが始まる 、補修を繰り返しながら所定の交換周期で 8力月間耐用している。
上述のような材質、 大きさの炉内壁用水冷ジャケッ トにカロライジング処理を 行なう。 カロライジング処理は、 A I濃度 5 0 w t %の鉄アルミニウム合金粉 7 0 w t %、 アルミナ粉 2 9 w t %、 及び塩化アンモニゥム l w t %を混合してな る浸透剤と水冷ジャケッ トを半密閉容器に充填し非酸化性雰囲気で 1 0 0 0 で 1 0時間加熱して行い、 最表面の A 1濃度 3 5 w t %、 表面硬度 4 5 O m H V、 厚さ 4 0 0 z mの A 1拡散浸透層を得た。 この本発明の水冷ジャケッ トを従来品 と同じ部位に取り付け使用したところ、 8ヶ月後の交換時期まで全く水漏れは発 生しなかつた。 本発明品を炉内より取り外し全てのスラグキャッチャ一の溶接部 を調査したところ、 亀裂の発生は皆無であり、 他の部分にも割れは発生していな い事が確認できた。 又スラグキヤツチヤー 4 5個の中から任意に 6個を取り外し、 それぞれ切断してその断面を検鏡したところ、 A 1拡散浸透層の厚みは部分によ りばらつきは有るが 2 0 0〜4 0 0 mであり、 本発明品は未だ十分な寿命が残 つている事が確認出来た。 く実施例 2〉
図 3に示す本発明の集塵口用水冷ジャケットを公称溶解量 5 0 トンの製鋼用ァ ーク式電気炉に取り付け従来品との比較テストを行った。
図 3は断面図であり、 水冷管は 1本の長尺パイプをほぼ螺旋状に巻いてあり、 その両端の内方側が給水口、 他方が排水口に接続され、 常時 4 0〜7 0 °Cの冷却 水が流れている。 又水冷管の内側の表面には耐火物落下防止の為スタツ ドとして 普通鋼の全長 2 5 mm、 外径 1 2 mmの M l 2ボルトを 1 0 O mmピッチで溶接 固定している。 水冷管は圧力配管用炭素鋼鋼管 J I S規格 S T P G 4 O A s c h (スケジュール） 8 0、 肉厚 5. 1 mmを用いており、 その全周を厚さ 1 1 0〜1 3 0 mmの耐火性キャスタプル 6で被覆している。 電気炉 /スは図中下 方より上方へ向かって流れ、 集塵ロジャケッ トは炉の天井とほぼ同じ高さに取り 付けられておりスラグ面より離れている力^ それでも尚スプラッシュの固着が避 けられない。 このスラグは始めの間は水冷管を保護しているキャスタプルに固着 するが、 固着量が増加するとその重量を保持出来なくなり、 キャスタプル被覆層 が中間から剥離し、 固着したスラグと共に炉内へ落下する。 そしてスラグ固着、 脱落を繰り返すが、 その結果キャス夕ブルを保持する為のスタツドが露出し、 以 後排ガスに常時晒される事になり、 急速に減肉してその機能が低下する。 更に、 キャス夕ブルの脱落が進むにつれ水冷ジャケッ 卜が高温に晒される事になり、 溶 接組立時に残留した歪みエネルギーが解放されてジャケッ卜自体が大きく変形す る事がキャス夕ブルの脱落に拍車をかけ、 遂には水冷管の大部分が常に露出した ままになり、 以後急速に腐食と摩耗による減肉が進む。 かかる従来品の場合、 使 用開始後 5〜 6ヶ月経過すると減肉の激しい部分に穴が開き水漏れが始まり、 水 漏れ個所は使用につれ増加していき、 補修を繰り返しながら 1 0ヶ月間使用し新 しい水冷ジャケッ卜と交換するが、 交換前の 1ヶ月程前からは連日補修しながら 操業を続けることを余儀なくされている。
上述の如き材質、 大きさの炭素鋼鋼管からなり、 まだ耐火物被覆されていない 水冷ジャケットについて、 まずカロライジング処理を実施例 1と同条件で実施し、 水冷管及びスタッド外表面に最表面の A 1濃度 3 5 w t %、 表面硬度 4 5 O mH V、 厚さ 4 0 0 mの A 1拡散浸透層を得た。 次にこの管にキャスタプル被覆処 理を行なう。 即ち耐火物とバインダ一の粉末を水により混練してこの液と被処理 材をともに枠の中に入れ放置乾燥し、 硬化せしめ、 これを剥離して被処理材の表 面に 1 0 0〜1 3 O mmの厚さを有するキャスタプルの層を形成した。 この水冷 ジャケットを従来品と同じ部位に取り付け使用したところ、 1 0ヶ月後の交換時 期まで全く水漏れは発生しなかった。 調査のため従来品同様 1 0ヶ月経過後取り 外したところ、 スタツドの約半数は先端力露出していたものの、 水冷管はごく一 部が露出しているだけでほぼ全周にわたりキャス夕ブルで被覆されていた。 そし て最も損傷の激しい水冷管の露出部を切断検鏡したところ、 A 1拡散浸透層は 1 0 0〜2 0 0 mに減耗していた力全周にわたり残存しており、 母材は全く損傷 しておらず健全な状態が維持されていた。 又キャス夕ブルで被覆されていた部分 を任意に 2ケ所選び水冷管を切断し断面を検鏡したところ、 A 1拡散浸透層は 3 8 0〜4 2 0 ^ mで、 全く消耗していなかった。 かくて本発明の水冷ジャケッ ト は少なくとも更に 1 0ヶ月程の寿命が有つた事が確認出来た。 く実施例 3〉
図 4に示すように本体 9の外部に棒鋼を一定間隔毎に溶接して形成された円柱 状スラグキャッチャー 1 0を有する天井用水冷ジャケットを板厚 1 6 mmの普通 鋼鋼板 S S 4 0 0材より製作し、 これを公称溶解量 6 0 トンの製鋼用アーク式電 気炉の最も損傷力激しく寿命の短い部位に組み込み従来品と比較した。 この天井 用水冷ジャケッ 卜の場合内壁用等と異なり、 溶接補修作業が困難な為、 水漏れを 始めると軽微な内に早めに交換することにしており、 交換時期は 7〜 1 0ヶ月で ある。
このような材質、 形状の水冷ジャケッ トについてカロライジング処理を実施例 1と同じ浸透剤を用いて 1 0 8 0 °Cで 2 0時間加熱して行い、 スラグキャッチャ 一及び本体表面に最表面の A 1濃度 4 0 w t %、 表面硬度 5 0 0 mH V、 厚さ 7 0 0 の A 1拡散浸透層を得た。 この本発明の水冷ジャケットを従来品と同じ 部位に取り付けて使用中であり現在 1 5ヶ月を経過したところであるが全く水漏 れは発生していない。 1 0ヶ月経過した時 ¾で外観調査を行ったところ、 全面に スラグが固着して水冷ジャケットは全く露出しておらず、 スラグキャッチヤ一力 脱落することなく有効に機能していることが確認出来、 少なくとも従来品の 2倍 以上の寿命を保有しているものと判断できる。

Claims

請求 の 範囲
1. カロライジング処理をすることにより、 表面に、 最表面の A 1濃度が 10〜50 ％、 厚さ200〜800 / Π1の A 1拡散浸透層を設けてなること を特徴とする金属製のアーク式電気炉用水冷ジャケット。
2. 前記カロライジング処理が、 アルミニウム濃度 20~60重量％の鉄ァ ルミニゥム合金粉若しくはアルミニウム粉 10〜80重量％とアルミナ粉 20〜 90重量％及び浸透促進剤たる塩化アンモニゥム粉 0. 1〜2重量％を混合して なる浸透剤と被処理物を半密閉容器内に充填し、 容器内を非酸化性雰囲気に維持 したまま、 加熱炉内にて 600〜1100°Cの温度に 5〜20時間加熱保持する ことによって行われる、 請求項 1に記載の水冷ジャケッ 卜。
3. 前記 A 1拡散浸透層の表面硬度が 350〜100 OmHVである、 請求 項 1に記載の水冷ジャケット。
4. 前記金属が普通網である、 請求項 1に記載の水冷ジャケット。
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