JP2002509193A - 溶融鉄用の湯出し樋 - Google Patents
溶融鉄用の湯出し樋Info
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Abstract
Description
な溶融鉄用の湯出し樋に関する。
設けられた外側支持構造(たとえば、金属樋(metal trough))を主体として構成
されている。ライニングは、通常、耐火煉瓦などで形成された耐久性ライニング
及び耐火性の注入可能な化合物で形成された摩耗ライニングより成る。耐火煉瓦
は金属樋内に直接配置される。その場合、約1500℃の温度の溶融鉄用の受容
チャネルが形成される。日産数千トンの銑鉄生産量を有する近代的な大型の溶鉱
炉では、湯出し樋は大きい負荷を受ける。耐火ライニングは相応の頻度で修繕又
は改修されなくてはならない。
る。しかしながら、湯出し樋内において液体クーラント(通常は冷却水)の冷却
回路を使用することには問題がないとは言えない。実際、溶融鉄と冷却水とが接
触した場合には、たとえば、溶融鉄が耐火ライニングを通過した場合には、激し
い水素爆発が起こる可能性がある。このような爆発の危険性を低減又は総合的に
防止するために、幾つかの解決策が既に提案されている。
クーラントとして導入することが提案された。しかしながら、空気による強制冷
却は液体クーラントによる強制冷却に比べて効率がかなり悪い。さらに、この種
の圧縮空気冷却はエネルギー集中性が高い。更なる問題点は二重壁シート金属樋
の製造コストが相対的に高いことである。
グ内のキャスティングチャネルの側部に設けることが提案されている。爆発の危
険性を低減するために高コストの安全システムが設けられている。熱電対を備え
た銅板は摩耗ライニング内の冷却部材の前部に配置されている。熱電対は制御回
路に接続されており、予め設定された最大温度又は最大温度上昇率を越えたとき
には、水の供給が絶たれ、冷却部材が緊急冷却用として圧縮空気システムに接続
される。
層で被覆し、それに冷却パイプを挿通して液体クーラントを流すことが提案され
ている。この高伝導性の層は液体クーラントによって顕著に冷却され、クラック
を通ってこの外側冷却層へと浸透した溶融鉄は直ちに固化する。同一の特許出願
において、グラファイト、セミグラファイト又は炭化珪素煉瓦は銅、鉄又は鋳鉄
の板に置き換えて、冷却パイプを高伝導性の材料内に埋設することも可能である
ことが示されている。
に興味深い解決策と思われる。しかしながら、強制冷却された銅ライニングは1
500℃の温度の溶融鉄用の湯出し樋にはこれまで使用されてこなかった。溶融
鉄が銅ライニングまで局所浸透した場合には、その溶融物は直ちに固化すること
が予想されるけれども、溶融鉄が強制冷却された銅ライニングと直接接触すると
、クラックが過熱され、クーラントが溶融鉄内へと放出される原因となるおそれ
がある。 本発明は銅ライニングを備えた強制冷却された湯出し樋であって、クーラント
が溶融鉄内へ放出される危険性が大幅に低減されている湯出し樋を開発すること
を目的としている。
持構造には溶融鉄のためのチャネルが形成されている。冷却システムによって強
制冷却されるソリッド銅ライニングが支持構造内の耐火ライニングを取り囲んで
いる。その機能は内側耐火ライニングを冷却してその寿命を延ばすことである。
それは、また、外側の支持構造を過熱から保護する。本発明の重要な特徴によれ
ば、この銅ライニングはソリッドリブを有する。リブはソリッド銅ベースから耐
火ライニング内へ所定量突出している。言うまでもないが、これらのリブは耐火
ライニングにおける冷却効率を改善し、結果として、その寿命を改善する。しか
しながら、これらのリブの主な機能は溶融鉄が耐火ライニング内へ浸透した場合
にソリッド銅ベースを保護することである。この保護機能は、浸透した溶融鉄が
リブによって広範に冷却され、それがソリッド銅ベースと接触する前に固化して
停止させられるという事実によって主として達成されている。結果として、ソリ
ッド銅ベースにおける過熱クラックが防止され、溶融鉄内へ冷却液が放出される
リスクが低減される。注目すべき点は、溶融鉄とリブとの接触はリブの局所過熱
又は部分溶融の原因となるが、そのことは銅ベースに対する顕著な負の効果とは
ならないということである。
いることが望ましい。結果的に、リブの領域における耐火ライニングと銅ライニ
ングとの間の伝熱性が改善されている。溶融鉄を銅ライニングまで浸透させるキ
ャビティ及びギャップの形成がより効果的に防止される。 銅ライニングはソリッド銅プレートで形成されていることが好ましく、連続キ
ャスティングれたものが好適である。縦断面における湯出し樋は、たとえば、銅
で形成されたベースプレート及び二つのサイドプレートから成る。
有し、冷却ダクトのそれぞれがリブによって覆われている。冷却ダクトはソリッ
ドリブの下方に位置しており、それによって、溶融鉄内へクーラントが放出され
るリスクがさらに低減されている。 リブ及び冷却ダクトは湯出し樋の長手方向に平行に延びていることが好ましい
。結果として、冷却ダクト間の外側連結部の数及び長さが低減される。さらに、
連続キャスト銅プレートの場合には、この配置によれば、連続キャスティング鋳
型にインサートを挿入してキャスティング方向に形成した通しダクト(through-d
ucts)として冷却ダクトを設計することが可能となるし、連続キャスティング鋳 型内に鋸歯条体を設けることによってリブを形成することが可能となる。
ダクトの代わりに外側冷却回路を有し、この冷却回路が銅ライニングを外側から
、すなわち、支持構造に面する背部から冷却する。この解決策によっても、溶融
鉄内へクーラントが放出されるリスクを低減することができる。実際、ソリッド
銅ライニングは極めて効果的なシールドを形成し、これが冷却液と溶融鉄との間
の接触を確実に防止している。この場合、ソリッド銅ライニング内の微小クラッ
クはほとんどリスクにならない。 このタイプの外側冷却回路は、たとえば、銅ライニングの背部に冷却液を噴霧
するための装置を有することが可能である。注目される点は、溶融鉄との接触を
想定すると、微細噴霧水は、たとえば、冷却ダクトの漏出部分から放出される圧
縮噴出水に比べて危険性はずっと小さい。スプレー装置によって銅ライニングの
冷却を改善するために、その背部は溝の形成によって好適に拡張されている。
冷却部材を有することができる。この冷却部材は銅ライニングの背部に熱伝導可
能に取り付けられている。第1の実施の形態においては、これらの冷却部材は冷
却ダクトが一体化されたソリッド銅バーとして設計されている。別の実施の形態
においては、これらの冷却部材は渦流チャンバとして設計され、これらの渦流チ
ャンバは銅ライニングの背部に垂直に配置されている。 注目される点は、外側から、すなわち、背部から銅ライニングを冷却する冷却
回路が使用される場合、当然のことながら、銅ライニングの内側(すなわち、耐
火ライニングに面している側)にはリブを形成してもしなくてもよいことである
。 本発明の湯出し樋のさらに別の利点及び特徴は添付の図面を参照した以下の実
施の形態の記載から明らかになるであろう。
用の湯出し樋を示している。それらは支持樋10を有し、その中に、約1500
℃の温度における溶融鉄14のためのチャネル12が形成されている。チャネル
は耐火ライニング16,18内に形成されている。耐火ライニングは摩耗ライニ
ング16と耐久性ライニング18とから成り、摩耗ライニング16内にチャネル
12が形成され、耐火ライニング18は摩耗ライニング16を取り囲んでいる。
銅ライニング20,120,320,420は冷却装置によって強制冷却されて
おり、耐久性ライニング18と支持樋10との間に配置されている。この強制冷
却された銅ライニング20,120,320,420は支持樋10を過熱から保
護し、それが熱変形されるのを防止する。湯出し樋がコンクリートチャネル内に
配置されている場合には、それはコンクリート及びそのフィッティングを熱的な
過負荷からも保護する。それは、また、耐火ライニング16,18を冷却し、そ
の寿命を延ばす。このことは、特に、耐久性耐火ライニング18について言える
。キャストコンクリートチャネル内の湯出し樋の場合には、チャネルは支持樋1
0の支持機能を肩代わりすることができるため、銅ライニング20,120,3
20,420はコンクリート壁と耐久性ライニング18との間に直接配置するこ
とができる。必要に応じて、熱的な絶縁を銅ライニング20,120と支持構造
10(たとえば、図3において番号21で示されている絶縁プレートを参照)と
の間に設けることができる。注目すべきは、支持樋10(又は、コンクリートチ
ャネル)によって形成されるチャネルの断面は銅ライニング20,120,22
0,320,420の形状を決定することである。この断面の好ましい形状は図
に示されている。しかしながら、図示の形状は一例であり、当然のことがなら、
本発明の実施の形態においては、他の断面形状とすることが可能である。
22,24とほぼ水平のベースプレート26とから成る。これらの長方形のプレ
ート22,24,26は連結され、これらによって耐火ライニング16,18の
ためのあるタイプの銅樋20が形成されている。サイドプレート22,24及び
ベースプレート26との間の継ぎ目は、図1において、番号28,30で示され
ている。個々のプレート22,24,26の長さは、一般に、湯出し樋の長さよ
りもずっと短いので、当然、何枚ものサイドプレート22,24及びベースプレ
ート26が支持樋10に対してその全長にわたって前方から後方へと配列されな
くてはならない。
2を有している。これらのリブはその内側面、すなわち、耐火ライニングに面し
ている面に形成されており、内側の耐火ライニング18内へ所定量突出している
。耐久性ライニング18の厚さ「D」に対するリブ32の高さ「H」の比は1:
4から3:4の間が好ましい。リブ32銅プレート22,24,26の全長にわ
たって延びていることが好ましく、溝34によって分離されている。これらは耐
火ライニングの冷却の著しい改善に寄与している。特に、耐久性ライニング18
の温度は実質的に低下する。リブ32の同様に重要な機能は、溶融鉄14の耐久
性ライニング18内への局所浸透が発生した場合において、それが実際の銅ベー
スに接触してその銅ベースに深い過熱クラックを生じさせる前に、溶融鉄を冷却
して固化させることである。注目されるべきは、リブ32と溶融鉄との間の接触
はリブ32の局所過熱又は一様な部分溶融を生じるけれども、それは、通常、実
際の銅ベースに対する顕著な負の効果とはならないということである。
ていなければならない。図示の実施の形態においては、リブ32のない部分にお
ける銅ライニングの厚さ「S」に対するリブ32の高さ「H」の比は、たとえば
、約2:3である。この比は、通常の場合、1:2から1:1の間である。溝3
4の幅「N」に対するリブの幅「B」の比及びリブの幅「B」に対するリブの高
さ「H」の比はいずれも1:3から3:1の間(図示の実施の形態においては、
約5:6)である。湯出し樋が新品の状態では、耐火ライニング16+18の平
均総厚さ「F」に対するリブ32のない部分における銅ライニングの厚さ「S」
の比は1:10から2:5の間である。図1においては、この比は、サイドプレ
ートの領域では、1:3であり、ベースプレートの領域では、約3:10である
。
ダクト36を有している。これらの冷却ダクトはサイドプレート22,24内及
びベースプレート26内の両方に配置されている。これらの冷却ダクト36はリ
ブ32の下方に位置するようにプレート22,24,26のソリッド本体に挿通
されていることが好ましい。換言すれば、ソリッドリブ32は冷却ダクト36を
覆ってそれらを保護している。クーラント供給装置(図示せず)によって冷却ダ
クト36へ液体クーラントが供給される。このクーラント供給装置は低圧冷却水
供給装置であることが好ましい。すなわち、冷却水の供給圧力は1バール(1×10 5 Pa)未満であることが好ましい。銅プレートにクラックがある場合でも、冷却 水が低圧で供給されることによって、著しい漏出は発生せず、結果的に、爆発の
危険性が低減される。クーラント供給及び冷却ダクト36は銅ライニングの温度
がいかなる点においても100℃を越えないように設計されることが好ましい。
,26が支持樋10内に配置される。これらは必要に応じて固定される。次に、
耐久性ライニング18を形成する第1の耐火化合物が銅樋20内へ注入される。
この第1の耐火化合物は溝34内へ侵入し、それらの溝内に完全に充填される。
ボックス形の第1の型枠によって、リブ32の上方にその後に形成される摩耗ラ
イニング16との間のインターフェースが形成される。第1の耐火化合物が硬化
し、さらに、第1の型枠が取り外された後に、摩耗ライニング16が形成される
。そのために、第2の耐火化合物が完成した耐久性ライニング18上に注入され
、第2の型枠によってチャネル12が形成される。
図1の湯出し樋のための銅プレート22,24,26の連続キャスティング中に
おいて、連続キャスティングチャネル内にインサートを挿入してキャスティング
方向に通しダクトを形成して、それによって、完成した銅プレート22,24,
26内に冷却ダクト36を形成することができる。これらの通しダクトは長円形
、たとえば、図2の銅プレート124に示されているように、卵形の断面を有し
ていることが好適である。結果的に、冷却ダクト36’の自由断面積は冷却ダク
ト36’の領域における銅プレートの材料厚さを薄くすることなく増大させるこ
とができる。リブ32も同様に連続キャスティング中に形成可能である。この目
的のために、連続キャスティング鋳型は、連続キャスティングチャネル内に、溝
34を形成するための適当な鋸歯条体を有している。しかしながら、当然ではあ
るが、冷却ダクト36及び/又は溝34は、鍛造又は圧延された銅インゴットに
対して、それぞれ、ドリルによって、及び、切削によって形成することができる
。しかしながら、連続キャスト銅プレート22,24,26は一体キャストされ
た冷却ダクトを有しており、比較的長尺のものを極めて低いコストで製造できる
。この場合において、注目される点は、長尺の銅プレートでは湯出し樋がオーバ
ーフローしたときに破損して爆発の原因となり得るクーラント連結部が少なくて
済むことである。
126にはリブが設けられていない。ベースプレートは溶融鉄の下方への浸透を
防止するグラファイトプレート128で覆われている。さらに異なる点は、銅ラ
イニング120は、ベースプレート126とサイドプレート122,124との
間のコーナー領域121,122においては、冷却ダクトを有していないことで
ある。それゆえ、これらのコーナー領域121,122は専らベースプレート1
26及びサイドプレート122,124によって冷却される。実際、溶融鉄の多
量の浸透はこれら二つのコーナー領域121,122において常に起こることが
わかっている。多量の浸透は耐熱ライニング内で固化され得ないことが十分予想
されるので、冷却液と溶融鉄との間の接触のリスクはこの領域に冷却ダクトを設
けないことによって著しく低減されている。換言すれば、湯出し樋から多量の浸
透があった場合に、溶融鉄がクーラントと接触することなく流れることができる
好ましい「道筋(route)」は、この領域にある。
じて、冷却ダクトを持たないように設計することができる。この場合、ベースプ
レート26,126はサイドプレート22,24,122,124による熱伝導
によって冷却される。ベース領域において溶融鉄の浸透があった場合に、冷却液
と溶融鉄とが接触するリスクはこのようにして著しく低減される。
の場合における銅ライニング220,320,420内の冷却装置が液体クーラ
ントを有する外側冷却回路を有し、その冷却回路が銅ライニング220,320
,420の背面(すなわち、支持樋10に面している面)に配置されている点で
ある。換言すれば、溶融鉄が耐久性ライニング18内へ侵入した場合には、銅ラ
イニングが外側の冷却回路に対するソリッド保護シールドを形成する。
装置はスプレーノズル244によって冷却液をパイプ242から銅サイドプレー
ト222,224の背部に噴霧する。銅サイドプレート222,224の面を伝
い落ちる冷却液は捕集ダクト246内へと捕集される。銅サイドプレート222
,224の背部の溝248は冷却面を増大させ、冷却効率を向上させる。注目さ
れる点は、空気/水混合物が好適にスプレーされることである。これは、ほとん
どの水が面上で蒸発するようにするためである。
この冷却部材は銅ライニングの背部に熱伝導可能に取り付けられている。 図4においては、これらの冷却部材はソリッドバー340として設計されてい
る。これらは銅ライニング320上にキャスト成形されるか、又は、銅ライニン
グに溶接又はハンダ付けされる。これらの外側冷却バー340はそれぞれ少なく
とも一つの内部冷却ダクト342を有している。冷却バー340が銅ライニング
の背部に単に溶接又はハンダ付けされている場合、それらは、溶融鉄が耐久性ラ
イニング18内へ多量に浸透した場合には、銅ライニング320から外れること
が予想され得る。結果として、それらは破壊を免れる。
れた渦流チャンバ440として設計されている。これらの渦流チャンバ440は
、それぞれ、外側パイプ連結片442、内側パイプ連結片444、冷却液のため
の供給パイプ446及びリターンパイプ448を含む。外側パイプ連結片442
はその一方の開口端において銅ライニング420の背部へ固定、すなわち、溶接
されている。非貫通穴441が設けられ、これが外側パイプ連結片442に形成
されたチャンバ443を銅プレート内へと延長している。内側パイプ連結片44
4はこの外側パイプ連結片442の他方の閉止端を通ってチャンバ443内へと
導入されている。それによって、銅ライニング420の面の直近に中央ノズル4
50が形成される。冷却液は供給パイプ446を通じて内側パイプ連結片444
内へと流れ、ノズルによって銅ライニング420の面上へ噴霧される。結果とし
て、強い乱流がチャンバ443に発生し、それによって、熱交換が効率化される
。チャンバ443内の乱流は、当然、インサートによってさらに増大させること
ができる。冷却液はリターンパイプ448を通じてチャンバ443から流出する
。
横座標Xで示された湯出し樋の断面における温度曲線を示している。1500℃
の温度の溶融鉄14、摩耗ライニング16、耐久性ライニング18及び銅ライニ
ング20’を備えた樋が示されている。実線で示された温度曲線50は銅ライニ
ングにリブ32が設けられている場合における温度曲線を示している。破線で示
された温度曲線52は銅ライニングにリブ32が設けられていない場合における
温度曲線であって、温度(50℃)が同一で銅ライニング20’のベースの厚さ
が同一である場合における温度曲線を示している。250℃のラインは図中一点
鎖線でプロットされている。250℃より高い温度では、実際、銅はその機械的
強度を大きく低下させることが予想できる。図に示されるように、250℃の等
温線とソリッド銅ベースの面54との間の距離は、銅ライニングにリブ32が設
けられている場合の方がリブ32が設けられていない場合よりもずっと大きい(
図中の距離D1及びD2参照)。換言すれば、摩耗層16の厚さが時間の経過と
ともに減少し、1500℃の等温線が銅ライニングに近づいた場合に、リブ32
はソリッド銅ベースの過熱の抑制をさらに確実にする。
である。
もに樋の右半分のみを示した図である。
もに樋の右半分のみを示した図である。
Claims (21)
- 【請求項1】 溶融鉄用の湯出し樋であって、 外側の支持構造(10)と、 支持構造(10)内の耐火ライニング(16,18)及びこの耐火ライニング
に形成されている溶融鉄用のチャネル(12)と、 支持構造(10)内の耐火ライニング(18)を取り囲む銅ライニング(20
,120,220,320,420)と、 銅ライニング(20,120,220,320,420)を強制冷却するため
の冷却装置と、 を有し、銅ライニング(20,120,220,320,420)には耐火ラ
イニング(18)内へ突出しているリブ(32)が設けられている湯出し樋。 - 【請求項2】 耐火ライニングは摩耗ライニング(16)と耐久性ライニング
(18)とを有し、リブ(32)は耐久性ライニング(18)の厚さのほぼ半分
まで延びている請求項1に記載の湯出し樋。 - 【請求項3】 耐火ライニング(18)は少なくともリブの領域において銅ラ
イニング上へ注入されている請求項1又は2に記載の湯出し樋。 - 【請求項4】 銅ライニング(20,120,220,320,420)はソ
リッド銅プレート(22,24,26)によって形成されている請求項1、2又
は3に記載の湯出し樋。 - 【請求項5】 銅で形成されたベースプレート(26)と二つのサイドプレー
ト(22,24)が設けられている請求項4に記載の湯出し樋。 - 【請求項6】 ベースプレート(26)がグラファイトプレート(128)で
覆われている請求項5に記載の湯出し樋。 - 【請求項7】 銅ライニング(120)がベースプレート(26)とサイドプ
レート(22,24)との間のコーナー領域(121,126)を有し、銅ライ
ニング(120)はこのコーナー領域まで液体クーラントで直接強制冷却される
請求項5又は6に記載の湯出し樋。 - 【請求項8】 リブ(32)の間の溝(34)における銅ライニング(20,
120,220,320,420)の厚さ(S)に対するリブ(32)の高さ(
H)の比が1:2から1:1の間である請求項1から7のいずれか一項に記載の
湯出し樋。 - 【請求項9】 リブ(32)の間の溝(34)の幅(N)に対するリブ(32
)の幅(B)の比及びリブ(32)の幅(B)に対するリブ(32)の高さ(H
)の比がそれぞれ1:3から3:1の間である請求項1から8のいずれか一項に
記載の湯出し樋。 - 【請求項10】 冷却装置が銅ライニング(20)内の冷却ダクト(36)を
有し、冷却ダクト(36)のそれぞれがリブ(32)によって覆われている請求
項1から9のいずれか一項に記載の湯出し樋。 - 【請求項11】 リブ(32)及び冷却ダクト(36)が湯出し樋の長手方向
に平行に延びている請求項10に記載の湯出し樋。 - 【請求項12】 銅ライニング(20)が連続キャスト銅プレート(22,2
4,26)によって形成され、冷却ダクト(36)が連続キャスティング中にキ
ャスティング方向の通しダクトとして形成されている請求項11に記載の湯出し
樋。 - 【請求項13】 リブ(32)が連続キャスティング中に連続キャスティング
鋳型内の鋸歯条体によって形成されている請求項11又は12に記載の湯出し樋
。 - 【請求項14】 冷却装置が液体クーラントを有する外側冷却回路を有し、こ
の冷却回路が銅ライニング(220,320,420)をその背部から、すなわ
ち、支持構造(10)の側から冷却する請求項1から9のいずれか一項に記載の
湯出し樋。 - 【請求項15】 外側冷却回路が銅ライニング(220)の背部に対向するス
プレー装置(240)を有している請求項14に記載の湯出し樋。 - 【請求項16】 銅ライニング(220)の背部が溝(248)によって拡張
されている請求項15に記載の湯出し樋。 - 【請求項17】 冷却回路が冷却液を流す外側冷却部材(340,440)を
有し、これらの冷却部材が銅ライニング(320,420)の背部に熱伝導可能
に取り付けられている請求項14に記載の湯出し樋。 - 【請求項18】 冷却部材がソリッド銅バー(340)を有し、これらのソリ
ッドバーには冷却ダクト(342)が一体化されている請求項17に記載の湯出
し樋。 - 【請求項19】 銅バー(340)が銅ライニング(320)の背部に溶接又
はハンダ付けされている請求項18に記載の湯出し樋。 - 【請求項20】 冷却部材が冷却液のための渦流チャンバ(440)を有し、
これらの渦流チャンバは銅ライニング(420)の背部に垂直に配置されている
請求項14に記載の湯出し樋。 - 【請求項21】 それぞれの渦流チャンバ(440)が、 外側パイプ連結片(442)及び閉止内側チャンバ(243)と、 内側パイプ連結片(444)と、 冷却液のための供給パイプ(446)と、 冷却液のためのリターンパイプ(448)と、 を有し、外側パイプ連結片はその一方の開口端において銅ライニング(420
)の背部へシール状態で固定され、閉止内側チャンバは外側パイプ連結片(44
2)に形成され、 内側パイプ連結片はこの内側チャンバ(243)内にシール状態で導入され、
この内側パイプ連結片は銅ライニング(420)の面の直近に中央ノズル(45
0)を形成し、 供給パイプは内側パイプ連結片(444)内まで延び、 さらに、リターンパイプは外側パイプ連結片(442)内まで延びている請求
項20に記載の湯出し樋。
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