JPH11351758A - アーク式電気炉用水冷ジャケット - Google Patents
アーク式電気炉用水冷ジャケットInfo
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 本発明は、高温酸化、腐食、熱衝撃、機械的
衝撃、摩耗が共存する極めて厳しい環境下にあっても長
時間安定的に用いることができるアーク式電気炉用水冷
ジャケットを提供することを目的とする。 【解決手段】 専ら普通鋼で製作された上記水冷ジャケ
ットにカロライジング処理をすることにより、表面に、
最表面のＡｌ濃度が１０〜５０ｗｔ％、厚さ２００〜８
００μｍのＡｌ拡散浸透層を設けることにより上記目的
を達成する。上記の如き構成に係る本発明の水冷ジャケ
ットによれば耐熱性、耐腐食性、耐摩耗性が向上し、更
に熱衝撃に起因する割れの発生がなくなり、寿命を著し
く延長することができ、経済的効果は甚だ顕著である。
衝撃、摩耗が共存する極めて厳しい環境下にあっても長
時間安定的に用いることができるアーク式電気炉用水冷
ジャケットを提供することを目的とする。 【解決手段】 専ら普通鋼で製作された上記水冷ジャケ
ットにカロライジング処理をすることにより、表面に、
最表面のＡｌ濃度が１０〜５０ｗｔ％、厚さ２００〜８
００μｍのＡｌ拡散浸透層を設けることにより上記目的
を達成する。上記の如き構成に係る本発明の水冷ジャケ
ットによれば耐熱性、耐腐食性、耐摩耗性が向上し、更
に熱衝撃に起因する割れの発生がなくなり、寿命を著し
く延長することができ、経済的効果は甚だ顕著である。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】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。
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。
【０００２】
【従来の技術と解決しようとする課題】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、排滓口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トに統一し以下に説明す
る。
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、排滓口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トに統一し以下に説明す
る。
【０００３】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
４０〜７０℃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２５ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１３
０ｍｍの鋼板からなるスラグキャッチャー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
く用いられるスタッドの役割を持っている。
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
４０〜７０℃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２５ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１３
０ｍｍの鋼板からなるスラグキャッチャー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
く用いられるスタッドの役割を持っている。
【０００４】図２に示す天井用水冷ジャケットは、多数
の普通鋼鋼管５を同心円状に配設し、この水冷管５の表
面を耐火性キャスタブル６で被覆しており、水冷管５に
は上記の温度の冷却水が給水口３から供給され、排水口
４へ流されるようになっている。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の表面にはスタッド８を溶接固定してあり、
外周を耐火性キャスタブル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トと基本構造、板厚は同じである
が、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１０は鋼板ではなく直径
２５ｍｍの異形棒鋼を長さ３０ｍｍに切断した小片を約
７５ｍｍ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。
の普通鋼鋼管５を同心円状に配設し、この水冷管５の表
面を耐火性キャスタブル６で被覆しており、水冷管５に
は上記の温度の冷却水が給水口３から供給され、排水口
４へ流されるようになっている。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の表面にはスタッド８を溶接固定してあり、
外周を耐火性キャスタブル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トと基本構造、板厚は同じである
が、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１０は鋼板ではなく直径
２５ｍｍの異形棒鋼を長さ３０ｍｍに切断した小片を約
７５ｍｍ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。
【０００５】これら水冷ジャケットの材質には一般的に
製作費用が最も安価な普通鋼が採用されており、一部に
内壁下部の熱負荷が特に高い部分に於いては普通鋼より
熱伝導性の優れた銅鋳物製の水冷ジャケットが用いられ
ている。実際は高価な銅鋳物よりもＪＩＳ規格ＳＳ４０
０で代表される安価な普通鋼が専ら用いられる。
製作費用が最も安価な普通鋼が採用されており、一部に
内壁下部の熱負荷が特に高い部分に於いては普通鋼より
熱伝導性の優れた銅鋳物製の水冷ジャケットが用いられ
ている。実際は高価な銅鋳物よりもＪＩＳ規格ＳＳ４０
０で代表される安価な普通鋼が専ら用いられる。
【０００６】この様な水冷ジャケットの表面は、鉄スク
ラップの溶解、精錬の過程でアーク熱、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、１３００℃
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
がら、更に１５００℃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、表面
鋼板の摩耗減肉、水冷ジャケットの変形が更に加速され
る。
ラップの溶解、精錬の過程でアーク熱、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、１３００℃
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
がら、更に１５００℃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、表面
鋼板の摩耗減肉、水冷ジャケットの変形が更に加速され
る。
【０００７】集塵口水冷ジャケットの場合には、内壁、
天井とは異なり内側には１０００℃を越えるダストを含
んだ高温排ガスが高速で大量に通過している為内面は常
時高温酸化性、腐食性、且つ摩耗性雰囲気下にある。
天井とは異なり内側には１０００℃を越えるダストを含
んだ高温排ガスが高速で大量に通過している為内面は常
時高温酸化性、腐食性、且つ摩耗性雰囲気下にある。
【０００８】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酸化及び腐食、熱
衝撃、機械的衝撃、高温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。
部位に用いられるものであっても高温酸化及び腐食、熱
衝撃、機械的衝撃、高温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。
【０００９】一方炉内に配設される水冷ジャケットは２
０〜４０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。
０〜４０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。
【００１０】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ャッチャーの脱
落と被覆している耐火物の脱落が避けられない為、遂に
は水冷ジャケット本体の表面が露出した状態で使用され
ることになる。スラグキャッチャー脱落の原因は加熱冷
却に起因する溶接部の割れと、内壁用ジャケットの場合
には更にスクラップ投入時の衝撃が加わることによるも
のであるが、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化と
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
温に晒される為、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が部分的に解放さ
れ、全体が変形し始めると共に、摩耗と熱衝撃の繰り返
しによって溶接部に割れが生じ、更には鋼板自体に割れ
が発生し水漏れが始まる。
い環境下では時間の経過と共にスラグキャッチャーの脱
落と被覆している耐火物の脱落が避けられない為、遂に
は水冷ジャケット本体の表面が露出した状態で使用され
ることになる。スラグキャッチャー脱落の原因は加熱冷
却に起因する溶接部の割れと、内壁用ジャケットの場合
には更にスクラップ投入時の衝撃が加わることによるも
のであるが、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化と
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
温に晒される為、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が部分的に解放さ
れ、全体が変形し始めると共に、摩耗と熱衝撃の繰り返
しによって溶接部に割れが生じ、更には鋼板自体に割れ
が発生し水漏れが始まる。
【００１１】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
ト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。
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
ト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。
【００１２】この様にして割れが入った部分は表面より
溶接補修するが、せいぜい板厚の１／３程度しか溶接部
が溶け込まず残り２／３程は割れが残存する為、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
分は補修後も割れが再発し易く、再補修と新たに割れが
入っ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が、何れの場合であっても
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。水冷ジャケットの寿命は炉内
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
〜２４ケ月であり、経験に基づき定期交換日を設定して
いるが、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
ジャケット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が現状で
ある。
溶接補修するが、せいぜい板厚の１／３程度しか溶接部
が溶け込まず残り２／３程は割れが残存する為、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
分は補修後も割れが再発し易く、再補修と新たに割れが
入っ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が、何れの場合であっても
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。水冷ジャケットの寿命は炉内
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
〜２４ケ月であり、経験に基づき定期交換日を設定して
いるが、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
ジャケット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が現状で
ある。
【００１３】かくて本発明は高温酸化、腐食、熱衝撃、
機械的衝撃、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。
機械的衝撃、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。
【００１４】本発明者らはかかる目的を達成すべく鋭意
努力するにあたっ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。
努力するにあたっ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。
【００１５】（１） 耐酸化性に優れていること。
【００１６】（２） 酸化雰囲気に於いて表面に形成さ
れるＡｌ２Ｏ３保護被膜が極めて安定で剥離し難いこ
と。
れるＡｌ２Ｏ３保護被膜が極めて安定で剥離し難いこ
と。
【００１７】（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。
って耐摩耗性に優れていること。
【００１８】（４） 表面から拡散浸透するＡｌが母材
の成分と合金化することによってＡｌ拡散浸透層が形成
されている為、熱衝撃に強く、剥離し難いこと。
の成分と合金化することによってＡｌ拡散浸透層が形成
されている為、熱衝撃に強く、剥離し難いこと。
【００１９】（５） カロライジング処理工程に於い
て、高温に加熱保持し徐冷される為に溶接のＨＡＺ（熱
影響部）が消失し、溶接ビードと母材が均一な組成とな
り、且つ連続的にＡｌ拡散浸透層で覆われる為、溶接部
からの劣化、破断が起き難いこと。
て、高温に加熱保持し徐冷される為に溶接のＨＡＺ（熱
影響部）が消失し、溶接ビードと母材が均一な組成とな
り、且つ連続的にＡｌ拡散浸透層で覆われる為、溶接部
からの劣化、破断が起き難いこと。
【００２０】（６） カロライジング処理工程に於いて
被処理物自体が持っている歪エネルギーが殆ど除去され
る為、使用時の加熱によって変形し難いこと。
被処理物自体が持っている歪エネルギーが殆ど除去され
る為、使用時の加熱によって変形し難いこと。
【００２１】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
ットに施して表面にのみ剥離しない高Ａｌ濃度のＡｌ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、耐摩耗性を向上
せしめ、更に熱衝撃による歪みを軽減せしめると同時
に、溶接部の割れ発生を防止し、大幅な寿命延長が可能
であることを見いだして本発明をなすに至ったのであ
る。
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
ットに施して表面にのみ剥離しない高Ａｌ濃度のＡｌ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、耐摩耗性を向上
せしめ、更に熱衝撃による歪みを軽減せしめると同時
に、溶接部の割れ発生を防止し、大幅な寿命延長が可能
であることを見いだして本発明をなすに至ったのであ
る。
【００２２】
【課題を解決するための手段】従って、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Ａｌ
濃度が１０〜５０ｗｔ％で厚さ２００〜８００μｍの剥
離し難い堅固なＡｌ拡散浸透層を形成してなる金属製の
アーク式電気炉用水冷ジャケットに関するものである。
イジング処理を施すことにより、表面に、最表面のＡｌ
濃度が１０〜５０ｗｔ％で厚さ２００〜８００μｍの剥
離し難い堅固なＡｌ拡散浸透層を形成してなる金属製の
アーク式電気炉用水冷ジャケットに関するものである。
【００２３】本発明では上述のように最表面のＡｌ濃度
を１０〜５０ｗｔ％に限定したのはＡｌ濃度が１０ｗｔ
％未満の場合、高温耐酸化、耐腐食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
２００〜８００μｍに限定したのは本発明が、詳述した
ように極めて厳しい環境下で使用されるため、２００μ
ｍ未満では層厚が不足し殆ど効果が得られず、一方８０
０μｍを越える層厚を得る為には１１００℃を越える加
熱温度と２０〜３０時間の長時間の加熱が必要でカロラ
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Ａｌ拡散浸透層の最表
面の硬度は３５０〜１０００ｍＨＶ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。
を１０〜５０ｗｔ％に限定したのはＡｌ濃度が１０ｗｔ
％未満の場合、高温耐酸化、耐腐食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
２００〜８００μｍに限定したのは本発明が、詳述した
ように極めて厳しい環境下で使用されるため、２００μ
ｍ未満では層厚が不足し殆ど効果が得られず、一方８０
０μｍを越える層厚を得る為には１１００℃を越える加
熱温度と２０〜３０時間の長時間の加熱が必要でカロラ
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Ａｌ拡散浸透層の最表
面の硬度は３５０〜１０００ｍＨＶ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。
【００２４】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２０〜９０ｗ
ｔ％及び浸透促進剤たる塩化アンモニウム粉０．１〜２
ｗｔ％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、非酸化性又は還元性雰囲気に維持した
まま、加熱炉内にて６００〜１１００℃の温度に５〜２
０時間加熱保持することによって行われる。
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２０〜９０ｗ
ｔ％及び浸透促進剤たる塩化アンモニウム粉０．１〜２
ｗｔ％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、非酸化性又は還元性雰囲気に維持した
まま、加熱炉内にて６００〜１１００℃の温度に５〜２
０時間加熱保持することによって行われる。
【００２５】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耐酸化性、耐腐食
性、耐摩耗性が向上すると共に、熱衝撃による歪みの発
生が軽減され、更に溶接部に割れが発生しない為、長時
間使用しても水漏れが発生し難くその寿命を著しく延長
する事が出来る。
アーク式電気炉用水冷ジャケットは耐酸化性、耐腐食
性、耐摩耗性が向上すると共に、熱衝撃による歪みの発
生が軽減され、更に溶接部に割れが発生しない為、長時
間使用しても水漏れが発生し難くその寿命を著しく延長
する事が出来る。
【００２６】
【発明の実施の形態】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８０トンの製鋼用アーク式電気炉の内
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１６ｍｍの普通鋼鋼板Ｓ
Ｓ４００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、４０〜７
０℃の冷却水が満遍なく通過していく様工夫されてい
る。そしてこの水冷ジャケットの外部即ち炉内側表面に
は材質ＳＳ４００の厚さ２５ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１
３０ｍｍの板状のスラグキャッチャー２が４５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、精錬過程で発生するスラグ飛沫
を積極的に表面に固着させ、以て水冷ジャケットの保護
層を形成させんとしている。即ちスラグキャッチャーは
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、１５００℃を超
える高熱のスラグ飛沫による強烈な熱衝撃によりスラグ
キャッチャー溶接部、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ケ月経過すると、特にスラグキャッチャー溶
接部を起点とした亀裂が多数発生し、水漏れが始まる
が、補修を繰り返しながら所定の交換周期で８カ月間耐
用している。
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８０トンの製鋼用アーク式電気炉の内
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１６ｍｍの普通鋼鋼板Ｓ
Ｓ４００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、４０〜７
０℃の冷却水が満遍なく通過していく様工夫されてい
る。そしてこの水冷ジャケットの外部即ち炉内側表面に
は材質ＳＳ４００の厚さ２５ｍｍ、幅５０ｍｍ、長さ１
３０ｍｍの板状のスラグキャッチャー２が４５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、精錬過程で発生するスラグ飛沫
を積極的に表面に固着させ、以て水冷ジャケットの保護
層を形成させんとしている。即ちスラグキャッチャーは
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、１５００℃を超
える高熱のスラグ飛沫による強烈な熱衝撃によりスラグ
キャッチャー溶接部、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ケ月経過すると、特にスラグキャッチャー溶
接部を起点とした亀裂が多数発生し、水漏れが始まる
が、補修を繰り返しながら所定の交換周期で８カ月間耐
用している。
【００２７】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、Ａｌ濃度５０ｗｔ％の鉄アルミニウム合金
粉７０ｗｔ％、アルミナ粉２９ｗｔ％、及び塩化アンモ
ニウム１ｗｔ％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１０００℃で１
０時間加熱して行い、最表面のＡｌ濃度３５ｗｔ％、表
面硬度４５０ｍＨＶ、厚さ４００μｍのＡｌ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ケ月後の交換時期まで
全く水漏れは発生しなかった。本発明品を炉内より取り
外し全てのスラグキャッチャー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。又スラグキャッチャー４５
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、Ａｌ拡散浸透層の厚みは部分
によりばらつきは有るが２００〜４００μｍであり、本
発明品は未だ十分な寿命が残っている事が確認出来た。
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、Ａｌ濃度５０ｗｔ％の鉄アルミニウム合金
粉７０ｗｔ％、アルミナ粉２９ｗｔ％、及び塩化アンモ
ニウム１ｗｔ％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１０００℃で１
０時間加熱して行い、最表面のＡｌ濃度３５ｗｔ％、表
面硬度４５０ｍＨＶ、厚さ４００μｍのＡｌ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ケ月後の交換時期まで
全く水漏れは発生しなかった。本発明品を炉内より取り
外し全てのスラグキャッチャー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。又スラグキャッチャー４５
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、Ａｌ拡散浸透層の厚みは部分
によりばらつきは有るが２００〜４００μｍであり、本
発明品は未だ十分な寿命が残っている事が確認出来た。
【００２８】＜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５０トンの製鋼用アーク式
電気炉に取り付け従来品との比較テストを行った。
水冷ジャケットを公称溶解量５０トンの製鋼用アーク式
電気炉に取り付け従来品との比較テストを行った。
【００２９】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４０〜７０℃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
落下防止の為スタッドとして普通鋼の全長２５ｍｍ、外
径１２ｍｍのＭ１２ボルトを１００ｍｍ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ＪＩＳ規格
ＳＴＰＧ ４０Ａ ｓｃｈ（スケジュール）８０、肉厚
５．１ｍｍを用いており、その全周を厚さ１１０〜１３
０ｍｍの耐火性キャスタブル６で被覆している。電気炉
排ガスは図中下方より上方へ向かって流れ、集塵口ジャ
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が、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ブルに固着するが、固着量が増加
するとその重量を保持出来なくなり、キャスタブル被覆
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
キャスタブルを保持する為のスタッドが露出し、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、キャスタブルの脱落が進むにつれ水
冷ジャケット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ト自体が
大きく変形する事がキャスタ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１０ヶ月間使用し新
しい水冷ジャケットと交換するが、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。
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４０〜７０℃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
落下防止の為スタッドとして普通鋼の全長２５ｍｍ、外
径１２ｍｍのＭ１２ボルトを１００ｍｍ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ＪＩＳ規格
ＳＴＰＧ ４０Ａ ｓｃｈ（スケジュール）８０、肉厚
５．１ｍｍを用いており、その全周を厚さ１１０〜１３
０ｍｍの耐火性キャスタブル６で被覆している。電気炉
排ガスは図中下方より上方へ向かって流れ、集塵口ジャ
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が、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ブルに固着するが、固着量が増加
するとその重量を保持出来なくなり、キャスタブル被覆
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
キャスタブルを保持する為のスタッドが露出し、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、キャスタブルの脱落が進むにつれ水
冷ジャケット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ト自体が
大きく変形する事がキャスタ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１０ヶ月間使用し新
しい水冷ジャケットと交換するが、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。
【００３０】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Ａｌ濃度３５ｗｔ
％、表面硬度４５０ｍＨＶ、厚さ４００μｍのＡｌ拡散
浸透層を得た。次にこの管にキャスタブル被覆処理を行
なう。即ち耐火物とバインダー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１００〜
１３０ｍｍの厚さを有するキャスタブルの層を形成し
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、１０ケ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１０ケ月経過
後取り外したところ、スタッドの約半数は先端が露出し
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タ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、Ａｌ拡散浸透層は１００〜２００μｍに減耗してい
たが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。又キャスタブルで被
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、Ａｌ拡散浸透層は３８０〜４２０
μｍ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１０ケ月程の寿命が有った
事が確認出来た。
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Ａｌ濃度３５ｗｔ
％、表面硬度４５０ｍＨＶ、厚さ４００μｍのＡｌ拡散
浸透層を得た。次にこの管にキャスタブル被覆処理を行
なう。即ち耐火物とバインダー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１００〜
１３０ｍｍの厚さを有するキャスタブルの層を形成し
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、１０ケ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１０ケ月経過
後取り外したところ、スタッドの約半数は先端が露出し
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タ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、Ａｌ拡散浸透層は１００〜２００μｍに減耗してい
たが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。又キャスタブルで被
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、Ａｌ拡散浸透層は３８０〜４２０
μｍ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１０ケ月程の寿命が有った
事が確認出来た。
【００３１】＜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１０を有する天井用水冷ジャケットを板
厚１６ｍｍの普通鋼鋼板ＳＳ４００材より製作し、これ
を公称溶解量６０トンの製鋼用アーク式電気炉の最も損
傷が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ト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ケ月である。
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１０を有する天井用水冷ジャケットを板
厚１６ｍｍの普通鋼鋼板ＳＳ４００材より製作し、これ
を公称溶解量６０トンの製鋼用アーク式電気炉の最も損
傷が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ト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ケ月である。
【００３２】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１０８０℃で２０時間加熱して行い、スラグキャツ
チャー及び本体表面にＡｌ濃度４０ｗｔ％、表面硬度５
００ｍＨＶ、厚さ７００μｍのＡｌ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１５ケ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。１０ヶ月経過した時
点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
ャーが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。
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１０８０℃で２０時間加熱して行い、スラグキャツ
チャー及び本体表面にＡｌ濃度４０ｗｔ％、表面硬度５
００ｍＨＶ、厚さ７００μｍのＡｌ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１５ケ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。１０ヶ月経過した時
点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
ャーが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。
【００３３】
【発明の効果】以上の様にカロライジング処理により表
面に所定のアルミニウム拡散浸透層を設けてなる本発明
の水冷ジャケットは耐熱性、耐腐食性、耐摩耗性に優
れ、更に熱衝撃に起因する割れの発生が無く、寿命を著
しく延長することが出来るので高熱下の補修作業を軽減
すると共に作業コストを軽減することができ経済的効果
は甚だ顕著である。
面に所定のアルミニウム拡散浸透層を設けてなる本発明
の水冷ジャケットは耐熱性、耐腐食性、耐摩耗性に優
れ、更に熱衝撃に起因する割れの発生が無く、寿命を著
しく延長することが出来るので高熱下の補修作業を軽減
すると共に作業コストを軽減することができ経済的効果
は甚だ顕著である。
【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。ｂはａのＸ−Ｘ線断面図。
の平面図。ｂはａのＸ−Ｘ線断面図。
【図２】天井用水冷ジャケットの切断面図。
【図３】実施例２で用いた集塵口用水冷ジャケット断面
図。
図。
【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。ｂはａのＹ−Ｙ線断面図。
平面図。ｂはａのＹ−Ｙ線断面図。
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ト水冷管 ８ スタッド ９ 天井用水冷ジャケット本体 １０ 円柱状スラグキャッチャー
Claims (1)
- 【請求項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Ａｌ濃度が１０〜５０ｗｔ％、厚さ２０
０〜８００μｍのＡｌ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。
Priority Applications (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15760598A JP3447563B2 (ja) | 1998-06-05 | 1998-06-05 | アーク式電気炉用水冷ジャケット |
| EP99957413A EP1253390B1 (en) | 1998-06-05 | 1999-12-03 | Water jacket of arc furnace |
| CA002393264A CA2393264C (en) | 1998-06-05 | 1999-12-03 | Water-cooling jackets for electric arc furnaces |
| US10/148,594 US6563855B1 (en) | 1998-06-05 | 1999-12-03 | Water jacket of arc furnace |
| ES99957413T ES2288030T3 (es) | 1998-06-05 | 1999-12-03 | Camisas de refrigeracion por agua para hornos de arco electrico. |
| PCT/JP1999/006806 WO2001040728A1 (fr) | 1998-06-05 | 1999-12-03 | Chemise de refroidissement pour four a arc |
| DE69936272T DE69936272T2 (de) | 1998-06-05 | 1999-12-03 | Wassermantel für einen elektrolichtbogenofen |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15760598A JP3447563B2 (ja) | 1998-06-05 | 1998-06-05 | アーク式電気炉用水冷ジャケット |
| PCT/JP1999/006806 WO2001040728A1 (fr) | 1998-06-05 | 1999-12-03 | Chemise de refroidissement pour four a arc |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11351758A true JPH11351758A (ja) | 1999-12-24 |
| JP3447563B2 JP3447563B2 (ja) | 2003-09-16 |
Family
ID=26440223
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15760598A Expired - Lifetime JP3447563B2 (ja) | 1998-06-05 | 1998-06-05 | アーク式電気炉用水冷ジャケット |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6563855B1 (ja) |
| EP (1) | EP1253390B1 (ja) |
| JP (1) | JP3447563B2 (ja) |
| CA (1) | CA2393264C (ja) |
| DE (1) | DE69936272T2 (ja) |
| ES (1) | ES2288030T3 (ja) |
| WO (1) | WO2001040728A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2012046785A (ja) * | 2010-08-25 | 2012-03-08 | Nippon Steel Corp | 溶鋼の取鍋精錬装置及び溶鋼の取鍋精錬方法 |
| CN105509475A (zh) * | 2015-12-25 | 2016-04-20 | 天津闪速炼铁技术有限公司 | 一种高密封性耐高温闸门及其使用方法 |
| CN108692573A (zh) * | 2018-07-18 | 2018-10-23 | 锦州天晟重工有限公司 | 工业硅及硅铁电炉专用水冷大套 |
Families Citing this family (24)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6890479B2 (en) * | 2001-09-19 | 2005-05-10 | Amerifab, Inc. | System and method for steel making |
| US7582253B2 (en) * | 2001-09-19 | 2009-09-01 | Amerifab, Inc. | Heat exchanger system used in steel making |
| US20040185277A1 (en) * | 2003-02-14 | 2004-09-23 | Marcio Gerep | Stud with enhanced surface |
| US7322155B2 (en) | 2003-02-18 | 2008-01-29 | Sage Of America, Inc. | Stud with heat sink |
| US6870873B2 (en) * | 2003-05-28 | 2005-03-22 | Systems Spray-Cooled, Inc. | Device for improved slag retention in water cooled furnace elements |
| US7951325B2 (en) | 2006-05-17 | 2011-05-31 | Air Liquide Advanced Technologies U.S. Llc | Methods of implementing a water-cooling system into a burner panel and related apparatuses |
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