(57)【要約】  冶金炉のための冷却板（１０）は鉄金属から作られた鋳造冷却板本体（１２）と冷却板本体（１２）中に鋳造された少なくとも一つの鋼冷却管（２０）を含む。ミリメートル範囲の厚さを持つ金属ジャケット（２６）が冷却板本体（１２）中の鋼冷却管（２０）の外表面上に設けられ、この金属ジャケット（２６）は銅、銅合金、ニッケル及びニッケル合金からなる群から選ばれた金属から作られている。
2005514522.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冶金炉のための冷却板（１０）であって：
鉄金属から作られた鋳造冷却板本体（１２）；及び
前記冷却板本体（１２）中に鋳造された少なくとも一つの鋼冷却管（２０）；
を含むものにおいて、
前記冷却板本体（１２）内の前記鋼冷却管（２０）の外表面上のミリメートル範囲の厚さを持つ金属ジャケット（２６）を備え、前記金属ジャケット（２６）が銅、銅合金、ニッケル及びニッケル合金からなる群から選ばれた金属から作られていることを特徴とする冷却板。
【請求項２】
前記金属ジャケット（２６）が少なくとも２ｍｍの厚さを持つことを特徴とする請求項１に記載の冷却板。
【請求項３】
前記金属ジャケット（２６）が２０ｍｍより大きくない厚さを持つことを特徴とする請求項１または２に記載の冷却板。
【請求項４】
前記金属ジャケット（２６）が５と１０ｍｍの間の範囲の、好ましくは約７ｍｍの厚さを持つことを特徴とする請求項１，２または３に記載の冷却板。
【請求項５】
前記冷却板本体（１２）が鋳鉄、可鍛鋳鉄、鍛鉄及び鋼からなる群から選ばれた鉄金属から作られていることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の冷却板。
【請求項６】
冶金炉のための冷却板を製造する方法であって、それが次の段階：
少なくとも一つの鋼冷却管（２０）を準備する；
冷却板本体（１２）を鋳造するための鋳型を準備する；
前記少なくとも一つの鋼冷却管（２０）を前記鋳型内に配置する；及び
前記少なくとも一つの鋼冷却管（２０）の周りの前記鋳型中に液状鉄金属を注入する；
を含むものにおいて、
前記少なくとも一つの鋼冷却管（２０）がその外表面上に、ミリメートル範囲の厚さを持ちかつ銅、銅合金、ニッケル及びニッケル合金からなる群から選ばれた金属から作られた金属ジャケットを持つことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記金属ジャケット（２６）が少なくとも２ｍｍの厚さを持つことを特徴とする請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記金属ジャケット（２６）が２０ｍｍより大きくない厚さを持つことを特徴とする請求項６または７に記載の方法。
【請求項９】
前記金属ジャケット（２６）が５と１０ｍｍの間の範囲の、好ましくは約７ｍｍの厚さを持つことを特徴とする請求項６，７または８に記載の方法。
【請求項１０】
前記液状鉄金属が鋳鉄、可鍛鋳鉄、鍛鉄及び鋼からなる群から選ばれることを特徴とする請求項６から９のいずれか一つに記載の方法。
【請求項１１】
前記金属ジャケット（２６）が鋳造により前記鋼冷却管（２０）上に設けられることを特徴とする請求項６から１０のいずれか一つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に冶金炉のための冷却板及びかかる冷却板を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
“ステイブ（Ｓｔａｖｅｓ）”とも呼ばれる冷却板は百年を越える間、高炉で使用されている。それらは炉アーマーの内側に配置され、炉の冷却システムに連結されている内部冷却剤ダクトを持つ。炉の内部に面するそれらの表面は耐火材料でライニングされることができる。
【０００３】
かかる冷却板を製造するための種々の方法がある。
【０００４】
第一方法によれば、冷却板本体を鋳造するための鋳型は内部冷却剤ダクトを形成するための一つまたはそれ以上の砂中子を備えている。液状鋳鉄が次いで鋳型中に注入される。この方法は鋳物砂を冷却ダクトから除去するのが困難であり、かつ／または鋳鉄中の冷却ダクトが適切に形成されないことが多く、冷却ダクトが十分ぴったりと合わないことが多いという不利を持つ。
【０００５】
上記の不利を避けるために予め形成された鋼管を鋳型内に配置し、液状鋳鉄をこの鋼管周りに注入することが提案された。しかし、これらの冷却板は満足のいくものではなかった。実際に、鋳鉄から鋼管中への炭素拡散のため、鋼管がもろくなり、割れるかもしれない。冷却管と冷却板本体の間の接触はまた、たぶん両材料の熱膨張係数の差のために、冷却板本体の割れの原因となるかもしれない。
【０００６】
鋼冷却管及び冷却板本体のかかる割れを避けるために、ＤＥ−Ａ−２１２８８２７は鋳鉄と鋼管の間の炭素拡散及び冶金学的結合を防ぐように金属酸化物被覆を持つ予め形成された鋼管を設けることを提案する。事実、ＤＥ−Ａ−２１２８８２７は従来既知の冷却板の代替物を提供することを意図しており、そこでは鋼管は黒鉛またはアルミニウムで被覆されまたは銅またはスズでメッキされている。なぜなら、述べられているように、かかる層は浸炭を妨げないからである。しかし、金属酸化物被覆を鋼管に適用することからなるこの代替提案もまた不満足である。鋳造の結果として、被覆は消失し、鋼管と冷却板本体の間に小さなエアギャップがあり、それにより管と本体は独立的に膨張することができる。不幸にも、これらの冷却板は小さなエアギャップが断熱効果を持つので、悪い熱伝達係数という不利を持つ。
【０００７】
ＵＳ４１５０８１８は鋳造冷却板本体を含む冶金炉のための冷却板に関し、そこでは鋼冷却管が二層の組み合わせ：鋼管と接触する金属層とその上の安定な金属酸化物層、で被覆されている。金属層はＮｉ，Ｃｏ，Ｍｎ及びＡｇからなる群から選ばれた金属から個別にまたは二つまたはそれ以上のいずれかから作られる。金属層は４０から１００μｍの範囲の厚さを持ち、金属酸化物層は３０から１００μｍの範囲の厚さを持ち、両層の最大合計厚は２００μｍである。金属層は鋼管の浸炭を避けるけれども、かかる冷却ステイブはなお不満足である。なぜなら酸化物層のためにそれは熱伝導性に関して有害な効果を持つからである。
【０００８】
鋳鉄冷却板に代わるものとして、銅冷却板が開発された。これまで多数の製造法が銅“ステイブ”のために提案されている。
【０００９】
初期に銅冷却板を鋳型内で鋳造することにより製造する試みがなされ、内部冷却剤ダクトは鋳造鋳型中の砂中子により形成された。しかし、この方法は実際に効果的であると証明されなかった。なぜなら鋳造銅板は板の寿命に極めて負の効果を持つ空洞と巣を持つことが多く、鋳物砂は冷却ダクトから除去するのが困難であり、かつ／または銅中の冷却ダクトは適切に形成されないからである。
【００１０】
ＧＢ−Ａ−１５７１７８９は鋳型中で冷却板を鋳造するとき砂中子を銅または高品質鋼から作られた予め形成された金属管コイルにより置き換えることを提案する。コイルは鋳造鋳型内で冷却板本体中に一体的に鋳造され、螺旋冷却剤ダクトを形成する。この方法はまた、実際に効果的であると証明されなかった。特に、銅中の空洞と巣がこの方法により効果的に防ぐことができないからである。
【００１１】
鍛造または圧延銅インゴットから作られた冷却板がＤＥ−Ａ−２９０７５１１から既知である。この冷却剤ダクトは圧延銅インゴット中に機械穿孔により導入された盲穴である。これらの冷却板により鋳造の上述の不利は避けられる。特に板中の空洞と巣は事実上排除される。不幸にもこれらの冷却板の製造コストは比較的高い。なぜなら冷却ダクトの穿孔は複雑であり、時間を消費し、かつ高価であるからである。
【００１２】
ＷＯ−９８／３０３４５は連続鋳造鋳型の助けにより冷却板の予備成形体を鋳造することを教示し、そこでは鋳造ダクト中の棒状挿入体が連続鋳造方向に走る導管を作り、それが完成冷却板内に冷却剤ダクトを形成する。
【００１３】
銅冷却板は一般的に鋳鉄冷却板よりはるかに良好な熱伝導性を持つが、それらは後者よりはるかに低い耐摩耗性を持つ。従って冷却板が厳しい機械的応力に曝される炉帯域は銅冷却板を備えることができない。更に、銅冷却板は鋳鉄冷却板より高価である。
【発明の開示】
【００１４】
本発明の目的は容易に製造されることができ、かつそれにもかかわらず良好な耐摩耗性と低い伝熱抵抗を持つ冷却板を提供することである。この目的は請求項１に請求された冷却板により達成される。
【００１５】
本発明による冶金炉のための冷却板は鉄金属から作られた鋳造冷却板本体とこの冷却板本体中に鋳造された少なくとも一つの鋼冷却管を含む。冷却板本体中の鋼冷却管の外面上に金属ジャケットが設けられることは認識されるべきである。金属ジャケットはミリメートル範囲の厚さを持ち、銅、銅合金、ニッケル及びニッケル合金からなる群から選ばれた金属から作られる。
【００１６】
本冷却板において、鋼管は厚い金属ジャケットにより保護されており、これは炭素拡散に対する物理的遮断壁として作用すると考えられる。言い換えれば、金属ジャケットの厚さは液状鉄金属、一般的に鋳鉄からの炭素が鋼冷却管に達することが非常に起こりそうにないようなものである。これは鋼管がＮｉ，Ｃｏ，ＭｎまたはＡｇの金属層により及び２００μｍ以下の全厚を持つ金属酸化物層により被覆されたＵＳ  ４１５０８１８の冷却板との重要な差であり、これらの金属はそれらが金属炭化物を形成する能力がないために選ばれている。すなわち金属層は炭素拡散に対する化学遮断壁として作用する。
【００１７】
更に、本冷却板において、鋼管と鋳鉄の間に溶接を妨げる酸化物層はなく、これはエアギャップが避けられることを意味する。事実、金属ジャケットは中間層として作用し、それが鋼冷却管と鋳鉄本体間の溶着を避けかつ歪と応力を吸収することができる。従って、金属ジャケットは鋼管と鋳鉄本体の両者と緊密接触している。これは、銅、ニッケル及びそれらの合金が高熱伝導性を持つので、熱移動に関して極めて有利である。種々の材料間の緊密接触と金属ジャケットの高熱伝導性が鋳鉄本体から冷却管への強力な熱移動を確実とする。
【００１８】
かかる冷却板が鋳造により容易に製造されることができることは注目されるであろう。本発明の別の態様によれば、冶金炉のための冷却板を製造する方法が提案される。それは次の段階：
−  金属ジャケットを管上に持つ少なくとも一つの鋼冷却管を準備する（この金属ジャケットはミリメートル範囲の厚さを持ちかつ銅、銅合金、ニッケル及びニッケル合金からなる群から選ばれた金属から作られている）；
−  冷却板本体を鋳造するための鋳型を準備する；
−  この鋳型内に金属ジャケットを持つ少なくとも一つの冷却管を配置する；及び
−  金属ジャケットを持つ少なくとも一つの冷却管の周りの鋳型中に液状鉄金属を注入する；
を含む。
【００１９】
かかる方法は鋼管が従来から冷却板本体中に鋳造されているので、実施するのが比較的簡単であることを示した。取り扱いに関して、厚い金属ジャケットの使用は非常に好都合である。なぜならそれは非常に容易に損傷される１００または２００μｍの金属層より抵抗性がありかつそんなに注意を必要としないからである。従って、厚い層の使用は鋼管の適切な被覆を確実とし、製造時の取り扱いを簡略化する。
【００２０】
従って本方法は金属ジャケットのために改良された熱伝導性を持つ冷却板の製造を可能とし、それが本体から冷却管への強力な熱移動を確実とする。更に鉄系板本体で得られた冷却板は良好な耐摩耗性、従って増大した寿命を持ち、それにより冶金炉の維持費用が減少される。
【００２１】
銅及び銅合金が金属ジャケットのために特に好ましいことは注目されるであろう。実際に、銅及び銅合金は取り巻き材料、すなわち鋼及び鋳鉄と高い親和性があり、高い熱伝導性を持つ。加えて、銅は鋳鉄の鋳造温度（典型的には１２００と１３００℃の間）より低い溶融温度（１０８３℃）を持つが、厚い銅ジャケットの使用は液状鋳鉄中へのその溶解を避けさせる。実際に、銅ジャケットはその厚い厚さのため、銅が洗い落とされる（すなわち再溶融して鋳鉄内に分散される）ことなく、液状鋳鉄の熱を迅速に吸収し、それは次いで凝固する。金属ジャケットは従って取り巻き材料より低い溶融温度を持つ金属または合金から作られることができる。
【００２２】
その上、銅及び銅合金は鋼及び鋳鉄より大きな熱膨張係数を持ち、これは操作時に銅ジャケットが実際に鋼管と鋳鉄本体との間に圧搾されることを意味する。従って、冷却板内の異なる材料間の非常に良好な接触が確保され、それが良好な熱移動を支持する。
【００２３】
更に銅メッキされた冷却管が鋼管の浸炭を妨げないことを述べるＤＥ−Ａ−２１２８８２７とは対照的に、本発明での厚い銅ジャケットの使用が鋼冷却管の浸炭を防ぐのみならず、鋼管と鋳鉄本体の間の機械的応力を吸収することができる強力な熱移動層をもまた提供することは認識されるであろう。実際にかかる冷却板は金属酸化物で被覆された鋼管を持つ従来の鋳鉄ステイブの“冷却効果”より極めて大きい（約２から３倍）冷却効果を持つことが立証された。
【００２４】
金属ジャケットは好ましくは少なくとも２ｍｍの厚さかつ２０ｍｍより大きくない厚さを持つべきである。より好ましくは厚さは５から１０ｍｍの範囲内、最も好ましくは約７ｍｍであるべきである。金属ジャケットは有利には鋼管周りに鋳造により提供されることができる。なぜならそれがかかる厚い金属層を形成するための経済的により興味ある方法であるからである。
【００２５】
金属ジャケットのための最適厚さはそれが作られる金属または合金に、及び鋳造条件に依存することは注目されるべきである。
【００２６】
例えば、銅から作られた厚い金属ジャケットにより取り巻かれた鋼管を持つ鋳鉄冷却板の場合、銅ジャケットは洗い落とされないように液状鋳鉄からの熱を吸収するのに十分な厚さでなければならない。その上、もし銅ジャケットが厚過ぎたら、銅ジャケットの収縮のため、銅ジャケットと鋳鉄本体との間にギャップがあるであろう。加えて、例えば液状鋳鉄の温度、時間及び流れのような鋳造条件に依存して鋳造結果は変わりうる。これらのパラメーターは従って好ましくは金属ジャケットの最適厚さを決定するときに考慮に入れられるべきである。
【００２７】
今やより詳細に冷却板本体に言及すると、それはいろいろな鉄金属からなることができる。しかし、鉄金属は好ましくは鋳鉄、可鍛鋳鉄、鍛鉄及び鋼からなる群から選ばれる。金属ジャケットにより提供される炭素拡散に対する保護は冷却板本体が高い炭素含量を持つ鋳鉄から作られるとき特に重要である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
本発明が今や例として添付図面関して説明されるであろう。図面において、
図１はこの発明による冷却板の好適実施例の断面図である。
【００２９】
図１にこの発明による冷却板１０の好適実施例が断面図で示されている。冷却板１０は鉄金属、好ましくは鋳鉄から作られた冷却板本体１２を含む。冷却板本体１２は平行六面体の一般形状を持ち、その前面側と後面側はそれぞれ１４と１６で示されている。冷却板１０の前面側１４は有利には一連の規則的に間隔を置いた平行リブ１８を備えており、その熱交換表面を増やし、従って冷却板１０の冷却効率を改善する。
【００３０】
参照番号２０は冷却板本体１２中に鋳造された鋼冷却管を示す。示されていないが、冷却板１０は複数のかかる冷却管２０を含む。図から見えるように、冷却管２０は冷却板１０の前面側１４に本質的に平行な直線部２２を持つ。直線部２２は冷却管２０を例えば高炉の冷却回路に連結するための、冷却板本体１２の後面側１６に突出する曲線部２４により両端で終了する。
【００３１】
冷却管２０は冷却板本体１２においてその外表面を取り囲む金属ジャケット２６を持つことが認識されるだろう。本実施例では、金属ジャケット２６は有利には銅または銅合金から作られ、かつ５から１０ｍｍの範囲の厚さを持つ。鋳鉄本体の鋳造時に、かかる厚い銅ジャケットは液状鋳鉄から鋼冷却管２０中への炭素の拡散に対する物理的遮断壁として作用する。高熱伝導性を持つ銅ジャケット２６は鋼冷却管２０と鋳鉄本体１２の両者と緊密接触している。鋳鉄本体１２と鋼冷却管２０との間の良好な熱伝導性並びに材料間の親密な接触が鋳鉄本体１２から鋼冷却管２０内を流れる冷却流体への強力な熱移動を可能とする。更に、銅及び銅合金の熱膨張係数は鋼及び鋳鉄のそれより高く、それにより冷却板本体と鋼管との間の良好な接触が冷却板が作動時の、すなわち強力な熱に曝されるときの銅ジャケットの膨張により更に確保される。銅は鋳鉄の注入温度（典型的には１２００から１３００℃）より低い溶融温度（１０８３℃）を持つけれども、銅が洗い落とされることなく、すなわち再溶融して鋳鉄本体内に分散されることなく、厚い銅層が液状鋳鉄の熱を吸収する能力を持ち、それが次いで凝固することは認められるであろう。
【００３２】
本冷却板１０は鋳造により容易に製造されることができる。従って、冷却板１０の製造は好ましくは次のように実施される。冷却板本体１２の寸法を持つ鋳型が準備され、金属ジャケット２６を備えた冷却管２０が鋳型中に配置される。次に、溶融鋳鉄が冷却管の周りの鋳型中に注入され、その中で凝固させられる。得られた冷却板は次いで鋳型から除去される。
【００３３】
金属ジャケットは好ましくは鋼管周りに鋳造されることは注目されるであろう。なぜなら鋳造は厚い金属層を形成するための経済的により興味ある方法であるからである。
【００３４】
試験及びシュミレーションによれば、本発明による冷却板１０は金属酸化物で被覆された鋼管を持つ従来の鋳鉄ステイブの“冷却効果”より極めて大きい（約２から３倍）冷却効果を持つことが立証された。この“冷却効果”は同じ熱源に露出されたときの、従来のステイブに対して、冷却板１０の熱い側の最も熱い点を測定することにより決定される。特に、従来のステイブの前面側が約６００から６５０℃であるであろうところで、この発明による冷却板１０の前面側は約２００から２５０℃であるであろう。
【００３５】
実施例
上述の方法により標本冷却板が製造された。７５ｍｍの外径と１０ｍｍの壁厚を持つ冷却管が使用された。鋼冷却管は７ｍｍ厚の銅層を備えていた。その７ｍｍ厚の銅層を持つ鋼冷却管が鋳型中に置かれ、その中に１２５０℃の温度で鋳鉄が注入された。凝固後、厚さ２００ｍｍの冷却板が得られた。それは銅ジャケットが約５５ｍｍの鋳鉄により覆われていたことを意味する。
【００３６】
冷却板の横断切断がステイブの内部構造を観察するためになされた。切断後、鋳鉄本体と銅ジャケットの間にどのようなエアギャップも持たない厚くて均一な銅ジャケットが冷却管周りに観察された。管／ジャケット界面に、銅収縮のため緊密な連結が常にある。従って、銅ジャケットの両界面に緊密な接触があり、鋼冷却管は鋳鉄本体に対して相対的に移動されることができなかった。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】この発明による冷却板の好適実施例の断面図である。
【図１】
2005514522.tif 000003
【国際調査報告】
2005514522.tif 000004
2005514522.tif 000005
2005514522.tif 000006