(57)【要約】      （修正有）【課題】過酷な使用環境下に置かれる高炉の溶滓樋において、冷却効果の高いスティーブクーラーを改善応用して、冷却効果の高い溶滓樋とその製造方法を提供する。【解決手段】溶滓と接触する耐火側壁８に鉄板７と伝熱セメント層２１を順次介してスティーブクーラー１００を配設し、スティーブクーラーの鋳込み母材は、鋳鉄又はダクタイル鋳鉄とし、これで鋳包まれる冷却パイプ１０２は、表面に無電解メッキ後、ホウ酸、ホウ砂、炭酸セシウムを含む鑞付フラックスを塗布して、この上に黄銅を張り、次いで分割又は孔明け銅板を張り、その表面にホウ酸、ホウ砂、ケイ酸ソーダー、銅粉、酸化ニッケル、酸化コバルトを含む侵炭防止フラックスを塗布した後に、前記鋳込み母材で鋳包んだ。【選択図】図３
2006063373.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の溶滓樋において、溶滓と接触する耐火側壁に鉄板と伝熱セメント層を順次介して冷却パイプを鋳包んだ鋳物クーラーを配設し、鋳物クーラーの冷却パイプ鋳込み母材は鋳鉄又はダクタイル鋳鉄とし、これで鋳包まれる冷却パイプは表面に黄銅層を介して銅層を形成したことを特徴とする高炉の溶滓樋。
【請求項２】
鋳物クーラーへの冷却パイプ出入部の周囲には、下部のみ鋳包んで空間を形成するスカートを設けその上部内面とパイプ外周面間をエキスパンションメタルで接合したことを特徴とする請求項１に記載の高炉の溶滓樋。
【請求項３】
溶滓と接触する耐火側壁に鉄板と伝熱セメント層を順次介して冷却パイプを鋳包んだ鋳物クーラーを配設し、鋳物クーラーの鋳込み母材は鋳鉄又はダクタイル鋳鉄とし、これで鋳包まれる冷却パイプは、表面に黄銅層を介して銅層を形成した高炉の溶滓樋の製造方法であって、前記鋳物クーラーの冷却パイプの表面に無電解メッキ後、ホウ酸、ホウ砂、炭酸セシウムを含む鑞付フラックスを塗布して、この上に黄銅を張り、次いで銅板をガス及び又は滓抜き可能に張り、その表面にホウ酸、ホウ砂、ケイ酸ソーダー、銅粉、酸化ニッケル、酸化コバルトを含む侵炭防止フラックスを塗布した後に、前記鋳込み母材で鋳包むことを特徴とする高炉の溶滓樋の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、新規な構造の鋳物クーラーを用いた高炉の溶滓樋とその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本発明は、高炉の出銑口からの溶銑をトピードカーや溶銑鍋に導く溶銑樋を介して溶滓処理場等に溶滓を導く溶滓樋に関するもので高炉の炉壁冷却用のスティーブクーラー（鋳物クーラー）を改善応用して冷却効果の高い溶滓樋とその製造方法を提供するものである。
高炉出銑口からの溶銑は、溶銑樋からスキンマーにより溶滓と分離され一般にトーピードカーに供給され転炉などに搬送される。スキンマー上からの溶滓は溶滓樋から溶滓水砕装置などの溶滓処理場に流される。
而して、該溶滓樋は、大型高炉では２０〜３０mと長く、しかも同一出銑口からは間欠的に溶滓を受けるため、出銑時の急熱、出銑停止時の除冷を繰り返えし大きい熱疲労を受ける。また溶滓樋は、若干溶銑混入の溶滓が流れるが、溶滓や銑鉄中からの硫黄が空気中の酸素で酸化し無水硫酸が生じこれが付着し高温酸化腐食に曝される。
【０００３】
このような過酷な使用環境下に置かれる溶滓樋の従来構造は、図６に示すようにスタッド01を植設した鉄板02に不定形耐火物03を填圧し、その上に耐火煉瓦04を配設した底部壁05と、スタッド06を植設した鉄板07に不定形耐火物08を填圧し、鉄板07の外側に水冷冷却板09を配設した側部壁010とからなる。
水冷冷却板09は、溶滓樋自体の長寿命化を計ろうとするものであり、その構成は、SS400材80〜100mm厚の鉄板07の外側に機械加工して切削した溝012の中に32〜50Aの水冷パイプ013を配置しその周囲に伝熱セメント014を高圧充填したものである。伝熱セメント014の成分構成は、通常黒鉛85％、アルミナ15％、コールタール５％（接着剤）程度が一般的である。
【０００４】
上部の冷却パイプ013の出入り側は、溶滓樋内の溶滓015中からの硫黄が上面に溜まる亜硫酸ガスにより発生する無水硫酸のアタックが激しく高温腐食される。
水冷冷却板09は、加熱側と冷却側の熱膨脹率の差にて伸び縮みが冷却側への曲りとして発生する為、不定形耐火物などのキャスターやレンガ等にスキ間が出来やすく溶滓によるスクワレ等が発生し、寿命も２〜３年と短命であった。また溝012内冷却パイプ013は冷却されて伸び難いので、前記曲がりの応力により、溝012内はストレスとして残存しこれが繰り返し応力となって伝熱セメント014を外側に押し出し冷却効果を低下させる。
また伝熱セメント014は、接着剤としてコールタールを使用しているため、これが150℃以上になると油化し液状となり揮発して硬いポーラス状に変化する。このため水冷冷却板09の母材と冷却パイプ013間の熱伝導度を著しく低下させるばかりか、冷却パイプ013と母材との熱膨張差による熱応力を吸収できず破損する。これで溝012が全面に亘って掘られて、水冷冷却板09自体に樋内を流動中の溶銑016又は溶滓015側に引っ張り応力が発生して、耐火物08が上部に伸びて割れ、溶滓漏れなどを惹起するため早期に補修交換しなければならず、溶滓樋の寿命を著しく短命にしていた。
そこで本発明者等は、溶滓樋に高炉炉壁冷却用のスティーブクーラーと称する鋳物クーラーを応用することに着目した。しかし一般に鋳鉄又はダクタイル鋳鉄中に冷却パイプを直接鋳包むと冷却効果が向上するが冷却パイプの伸縮による連続ストレスを受け冷却パイプが早期に損傷する等問題が多い。
これを是正するスティーブクーラーの冷却パイプ鋳包み技術として特許文献1に紹介の例がある。
【特許文献１】特開平１０−２９８６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これは鋳包み前に冷却パイプ表面へのコーティング材料としてマーシャルライトを使用するが、高炉のスティーブクーラーと言う長期間使用の命題から、鋳包み母材からの溶解を防ぎ侵炭を防止し冷却パイプの硬化劣化割れを防止し冷却水漏れによる水蒸気爆発を防止する狙いが強い。従って、冷却パイプ鋳包み後その表面にガラス化した断熱層（成分SiO2、Al2O3、NaSiO2）が１〜1．5ｍｍ残存し、これが５％珪酸ソーダーの珪酸ガラスに近いため断熱効果が高い。しかもケイ酸ソーダーの一部が鋳込湯との接触でガス化し気泡を残すため伝熱率を低下させ、冷却効果を低下させるものであった。                                  
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記問題を解決するためになされたものでありその特徴とするところは、次の（1）〜（3）にある。  
（1）．高炉の溶滓樋において、溶滓と接触する耐火側壁に鉄板と伝熱セメント層を順次介して冷却パイプを鋳包んだ鋳物クーラーを配設し、鋳物クーラーの冷却パイプの鋳込湯は鋳鉄又はダクタイル鋳鉄とし、これで鋳包まれる冷却パイプは表面に黄銅層を介して銅層を形成したことを特徴とする高炉の溶滓樋。
（2）．鋳物クーラーへの冷却パイプ出入部の周囲には、下部のみ鋳包んで空間を形成するスカートを設けその上部内面とパイプ外周面間をＵ字等のエキスパンションメタルで接合したことを特徴とする上記(１)に記載の高炉の溶滓樋。
（3）．溶滓と接触する耐火側壁に鉄板と伝熱セメント層を順次介して冷却パイプを鋳包んだ鋳物クーラーを配設し、鋳物クーラーの鋳込湯は鋳鉄又はダクタイル鋳鉄とし、これで鋳包まれる冷却パイプは、表面に黄銅層を介して銅層を形成した高炉の溶滓樋の製造方法であって、前記鋳物クーラーの冷却パイプの表面に無電解メッキ後、ホウ酸、ホウ砂、炭酸セシウムを含む鑞付フラックスを塗布して、この上に黄銅を張り、次いで銅板を分割又は孔明けるなどガス及び又は滓抜き可能に張り、その表面にホウ酸、ホウ砂、ケイ酸ソーダー、銅粉、酸化ニッケル、酸化コバルトを含む侵炭防止フラックスを塗布した後に、前記鋳込湯で鋳包むことを特徴とする高炉の溶滓樋の製造方法。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は上記構成により、鋳物クーラー（以下スティーブクーラーと言う）の冷却パイプの鋳包み中に、鋳込湯からの侵炭を阻止し冷却パイプの硬化劣化割れを防止し、且つ凝固した鋳込母材と滑動自在に密着して、熱ストレスによる冷却パイプの破損を確実に防止すると共に、伝熱率を高くし冷却効果を高位に安定させると共に、結果的に内壁レンガ、不定形耐火物やキャスタブル等の大幅な延命化を同時に得るものである。
而して、製造過程で、冷却パイプへの黄銅層による銅板の鑞付は、ガス発生を極めて僅少なものにし且つ発生しても確実に浮上除去して気泡を略皆無にして黄銅を冷却パイプ表面と銅板間に均一に溶融拡延溶着凝固して、高熱伝導率を確保し冷却効果を格段に向上させるものである。
更に、銅板と母材の鑞付けは、稼働中における出銑時の急熱と出銑停止時の除冷の繰り返えしで起こる鋳込母材と銅板との熱収縮による相対位置変動を許容し所謂該熱収縮応力による連続ストレスを吸収し、熱疲労を受けない密着構造である。これで冷却パイプは鋳包み全域に亘って割れ発生の無い健全な冷却機能を長期に亘って維持する。
またスティーブクーラーからの冷却パイプ出入り端部の鋳包み部は、砂入り鋳包スカートの空室によりパイプ伸縮を自由にし、ストレスを和らげる。
また冷却パイプ出入り側は、溶滓樋の上面に発生する亜硫酸ガスにより発生した無水硫酸の浸入を阻止し、高温腐食を防止する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明において、スティーブクーラーの冷却パイプは、表面に無電解メッキ層及び黄銅層を介して銅層を形成するため鋳込母材からの侵炭を３層で防止し、これによる冷却パイプの硬化劣化を防止すると共に、伝熱率を高くし冷却効果を高位に安定させるものである。
そこで製造過程では、冷却パイプの表面処理は、先ず無電解メッキ後、ホウ酸、ホウ砂、炭酸セシウムを含む鑞付フラックスを塗布して、この上に薄い黄銅板を張ることにより、鋳包み時の受熱による溶解時は、ガス発生を僅少にし、残存気泡の略皆無な黄銅層を確実に得て銅板を鑞付けする。この際、銅板を例えば分割又は孔明き状態にしておけば僅少発生のガスと滓化したフラックスを孔や合わせ目のスリット等から鋳込湯中に逃がし外部に放出させ気泡皆無の黄銅層を得て鑞付け銅板の鑞付を確実にし熱伝導率を格段に向上させ所期の冷却効果を得る。
更に、銅板の表面にホウ酸、ホウ砂、ケイ酸ソーダー、銅粉、酸化ニッケル、酸化コバルトを含む侵炭防止フラックスを塗布することにより、鋳込湯の鋳造熱で銅板を鋳込母材に密着鑞付けすると共に残存膜は熱伝導率が高く且つ稼働中における出銑時の急熱と出銑停止時の除冷の繰り返えしで起こる鋳込母材と銅板との熱収縮による相対位置変動を潤滑許容し所謂該熱収縮応力による連続ストレスを吸収し、熱疲労を受けない。これで冷却パイプはその鋳包域全域に亘って割れ発生の無いしかも健全な冷却機能を長期に亘って維持する。
尚、熱伝導率が高いから、鋳包み中、流入鋳込湯が直ぐ銅板にアタックして溶解されないように銅板近傍に鋳込湯の流れを分流回遊させる邪魔板等のプロテクターを設ければよい。
またスティーブクーラーの冷却パイプ出入り端部の鋳包部は、砂入り鋳包スカートにより空間を形成して、パイプ伸縮を自由にし、ストレスを和らげる。
また該鋳包スカートの内面とパイプ外周面間を断面Ｕ字、Ｖ字、Ｗ字、波状、ジャバラ状などのエキスパンションメタルで接合することにより、冷却パイプ出入り側に、出銑樋の上面に発生する亜硫酸ガスにより発生した無水硫酸の浸入を阻止し、高温腐食を防止する。また接合する給排水ホースからの固定応力もここで分散し接合部の破損を防止する。  
【実施例１】
【０００９】
本発明を高炉の溶滓樋に適用した実施例を以下に詳述する。
図１は溶滓樋の１実施例を示す横断面図である。図２は、図１の矢視A −Aから見たスティーブクーラーの側面説明図であり、図３は、図２の矢視B −Bから見たスティーブクーラーの縦断面説明図であり、図４は、図３に示す円C内の詳細断面説明図であり、図５は図３の矢視Ｄ−Ｄから見た冷却パイプの横断面説明図である。
図１において、溶滓15を扱う溶滓樋は、伝熱セメントを用いた分割鋳造組立品でありながら高熱伝達の溶滓樋である。
つまり溶滓樋は、スタッド1を植設した鉄板2に不定形耐火物3を填圧し、その上に耐火煉瓦壁4を配設した底部壁5と、スタッド6を植設した厚鉄板7と耐火煉瓦壁4上に亘って不定形耐火物8を填圧し、鉄板7の外側に伝熱セメント21を介して鋳鉄製のスティーブクーラー100を配設した側部壁10とからなる。
スティーブクーラー100は、鋳込湯を鋳鉄101とし、これでSS製の冷却パイプ102を侵炭防止層を介して密着鋳包んである。
冷却パイプ102は、図５に示すように表面に無電解メッキ層103、鑞付フラックスの塗布層（鋳包みフラックス）104、0.2mm厚の黄銅層105、銅板層106、侵炭防止フラックス層107を形成して鋳包まれ、鋳鉄101で鋳包み後に無電解メッキ層103、黄銅層105、銅板層106の３重の侵炭防止層を生成すると共に、銅板層106は鋳鉄101に侵炭防止フラックス層107で鑞付けして鋳鉄101とパイプの熱収縮による相対位置変動を自由にし、ストレスなく密着してある。因みに冷却パイプ伸びは１１．７×１０−６に対し鋳鉄101の伸びは１０．８×−６と冷却パイプの方が８％の伸びが高く、この差がストレスとして発生するのを侵炭防止フラックス層107で吸収する。
スティーブクーラー100の冷却パイプ102出入り端部の鋳包部は、補強座100aを成形し、そこに鋳包み時に砂を入れてセットした空間確保用の鋳包スカート108を設ける。
鋳包スカート108は、SUS３１６製で上面２ヶ所に砂鋳型より発生するガスの抜き穴113を設け、鋳ぐるみ後は中の砂を除去して自由空間108aにしパテ円盤112で溶接密閉する。またスカート内面とパイプ102外周面間をパイプ伸縮応力を分散吸収しパイプのクラック発生を無くするＵ字型エキスパンションメタル109で接合し、パイプ102先端には、冷却水供給ホース（図示せず）との接続用SUS316製の口金110を溶接接合して振動と伸び縮み応力をメタル109で吸収させその経年劣化を防止し、口金110周囲には、滓樋上面より発生する亜硫酸ガスが冷却パイプ近辺で冷却されて発生する無水硫酸の浸入腐蝕を防止するSUSカバー111を溶接接合して構成する。
スティーブクーラー100は、抜熱側が鋳物特有の凹凸表面があり、この抜熱側と鉄板7の反抜熱側との間に間隙が生じ熱伝導度が低下する。このためスティーブクーラー100の該抜熱側の凹凸面に予め伝熱セメント21をコーティングして埋め、この表面平滑面に鉄板7を当て、鉄板7をスティーブクーラー100本体に頭部を鋳包んだボルト120でナット121締め連結し、伝熱セメント21をCO２ガス注入で固めて空隙を皆無にしてある。これで該空隙に比し30％以上の伝熱効果を得た。
【００１０】
次に冷却パイプ102の鋳包み前に表面処理される、高伝熱層で且つ侵炭防止層とする無電解メッキ層103、鑞付フラックスの塗布層（鋳包みフラックス）104、0.2mm厚の黄銅層105、銅板層106、侵炭防止フラックス層107の各具体例を紹介する。
無電解メッキ層103は、パイプ表面への黄銅の鑞付けを良好にするものであり、冷却パイプの表面の黒皮（酸化鉄膜）を塩酸処理で除去して、無電解ニッケルリンメッキ、無電解ニッケルボロンメッキ、無電解銅メッキ等を採用する。
黄銅鑞付用のフラックス層107は、ホウ酸H3BO3：60％、ホウ砂Na2B4O7：35％、炭酸セシウムCsCO2：5％配合したものを塗布して形成した。これにより鋳鉄湯を鋳包み中、パイプ表面の酸化被膜を除去し清浄状態にして表面張力を除去すると共に、黄銅の溶解適温範囲中の流動性と拡延性を促進活性化するものであり、且つ従来品のようにフッ化物、臭化物、塩素ガスなどの全く発生しないフラックスで、気泡の無い状態で銅板層106を良好に鑞付けし、鑞付け完了後は、ガラス化した滓状で浮上し溶融鋳鉄の押し湯口に浮き上がり除去されるものである。
炭酸セシウムCsCO2は、フラックスの前処理で混練中にCO2が発生し逃げCsとして残る。このためCsは鋳鉄湯で鋳包み中、溶解した黄銅鑞の表面張力を破りその流れをより早くする機能を有する。
黄銅層105は、冷却パイプ表面に銅板層106を良好に鑞付けし且つ侵炭防止と高伝熱層を形成する鑞材である。
銅板層106は、侵炭防止と高伝熱層を形成するもので純銅の２分割パイプを合わせ、その合わせ目を飛び石溶接106aして、ガスと滓抜きのスリットを残して形成する。これで鋳包み中にフラックス層107が鑞付け完了後に滓となってスリットから排出され微少の発生ガスも確実に外部の溶融鋳鉄中に放出し浮上させ押し湯口から除去するものである。
侵炭防止フラックス層107は、鋳鉄湯からの受熱で銅板を固化鋳鉄101に密着鑞付けすると共に侵炭を阻止し、且つ鋳鉄101と滑動自在な残存膜を形成するものであり、ケイ酸ソーダーNa2SiO2：60％、ホウ酸H3BO3：20％、ホウ砂Na2B2O7：13％、酸化ニッケルNiO2と酸化コバルトCoO2：２％、銅粉Cu：５％を配合したものを銅板層106の表面塗布して形成した。このフラックスは、酸化ニッケルNiO2＋酸化コバルトCoO2：２％を接合バインダーとし、溶解温度を1150〜1200℃としたものであり、銅粉Cuは純銅で溶解温度が1083℃のため十分な耐熱性があり、伝熱性も高く且つ潤滑性に優れている。
【００１１】
次に図示していないがスティーブクーラーの砂鋳型による鋳包み鋳鉄湯の鋳込み例を付記する。
砂鋳型内は略直方体の鋳込み空洞を形成し、この中に表面に前処理した冷却パイプをケレンで吊り保持する。
鋳包み鋳鉄湯は、砂鋳型の頂部の湯口から砂鋳型の両側壁各々に沿って配置の湯道管関を通り、各湯道管関に接続して砂鋳型の側壁から鋳込み空洞に開口する多数の枝関管から砂鋳型内に流入し押し湯口に達する。この湯道関管と枝関管の容積は、砂鋳型の押し湯口高さで決まる内圧に勝つ鋳込み時間と鋳込み早さが得られるように砂鋳型内の約２倍としている。
砂鋳型内の冷却パイプと枝湯関管の開口間にはプロテクターを設け枝湯関管からの１５５０℃±５０℃の溶解した鋳鉄湯を２分流する事で冷却パイプへの流動距離を回り道させて３０℃の冷却効果を出させ溶損を防ぐ。
回り道して降温した鋳鉄湯は純銅パイプの侵炭フラックス層に当たると一瞬で吸熱され固まり、純銅パイプは溶けない。またこの際、鋳物母材中の炭素が仮に侵炭してきても銅パイプの一部だけでありSS４００冷却パイプの浸炭は黄銅層で防止出来る。
仮に銅が一部溶けたとしても鋳鉄湯との重量比で４％溶けてもFe−C−Cuの３元合金生成で安定しており、溶削される心配はない。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
本発明の溶滓樋は、前述の効果に詳述したように、スティーブクーラーの冷却パイプの鋳包み中に、鋳込湯からの侵炭を阻止し冷却パイプの硬化劣化割れを防止し、且つ凝固鋳込母材と滑動自在に密着して、熱ストレスによる冷却パイプの破損を確実に防止すると共に、伝熱率を高くし冷却効果を高位に安定させるものである。このことから製鉄業における本発明の利用可能性は多大なものがある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の１実施例を示す溶滓樋の横断面図である。
【図２】図１の矢視A-Aから見たスティーブクーラーの側面説明図である。
【図３】図２の矢視B-Bから見たスティーブクーラーの縦断面説明図である.
【図４】図３に示す円C内の詳細断面説明図である。
【図５】図3の矢視D-Dから見た冷却パイプの横断面説明図であるが鋳包み前の表面処理状態を示す。
【図６】従来の溶銑樋の横断面図である。
【符号の説明】
【００１４】
1     スタッド
2     鉄板
3     不定形耐火物
4     耐火煉瓦壁
5     底部壁
6     スタッド
7     厚鉄板
8     不定形耐火物
21    伝熱セメント
10    側部壁
100   スティーブクーラー
101   鋳鉄
102   冷却パイプ
103   無電解メッキ層
104   鑞付フラックスの塗布層（鋳包みフラックス）
105   黄銅層
106   銅板層
107   侵炭防止フラックス層
108   鋳包スカート
109   Ｕ字型エキスパンションメタル
110   口金
111   カバー
112   パテ円盤
113   ガスの抜き穴
120   ボルト
121   ナット
122   V字スタッド
【図１】
2006063373.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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