(57)【要約】  本発明は、製鉄炉やそれらを支持する排気及び冷却システムに適した熱交換器システム（１０）である。熱交換器（１０）は、吸込口（５６）と吹出口（５８）を有する少なくとも１つの波形屈曲配管（５０）のパネルと、少なくとも１つのパネルの吸込口（５６）と流体連通する吸気マニホルド（８４）と、少なくとも１つのパネルの吹出口（５８）と流体連通する排気マニホルド（８６）と、配管を流れる冷却液と、配管上を流れる熱ガス流とを備える。本出願では、熱交換器システム（１０）は、壁の内側に設けられている少なくとも１つのパネルを備え、また該パネルは壁の外側に設置された排気及び吸気マニホルドと流体連通している。壁は一般に、製鋼炉の壁、炉蓋、スモークリング排気口、排気ダクトの直線部、排気ダクトの湾曲部のことである。熱交換器は、加工工場や製紙工場、石炭及びガス火力発電所、そして他の排気ガス発電機からの排気ガスを冷却するような他の用途も持つことを期待され、そこでガスはそのガスの１つ以上の構成要素を捕獲する目的で冷却され、その捕獲は凝縮、炭層吸収及びろ過によってもたらされる。熱交換器システム（１０）はアルミニウム青銅合金を用いて加工されることが好ましい。アルミニウム青銅合金は、予想よりも高い熱伝導率や、高温ガスの流れによるエッチングに対する抵抗力及び良好な耐酸化性を有することが発見されている。それによって熱交換器の稼動寿命は延長される。アルミニウム青銅合金で加工すると、熱交換器や関連する部品の腐食や浸食が減少する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸込口と吹出口を有する少なくとも１つの波形屈曲配管のパネルと、
少なくとも１つのパネルの吸込口と流体連通する吸気マニホルドと、
少なくとも１つのパネルの吹出口と流体連通する排気マニホルドと、
配管を流れる冷却液と、
配管上を流れる熱ガス流とを備える熱交換器システムであって、
前記波形屈曲配管が実質上並列に設置された連結チューブの断面の長さの組立であり、
そこに少なくとも１つのパネルを形成している前記連結チューブがリンケージで互いに固定されていることを特徴とする熱交換器システム。
【請求項２】
前記少なくとも１つのパネルが、壁の内側に設置され、前記壁の外側にある前記排気及び前記吸気マニホルドと流体連通していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項３】
前記壁が、例として製鋼炉の壁、炉蓋、スモークリング排気口、排気ダクトの直線部及び排気ダクトの湾曲部と同様に湾曲していることを特徴とする請求項２に記載の熱交換器システム。
【請求項４】
派生パネルが前記壁の湾曲に相当するように、前記連結チューブが角度のあるリンケージで互いに固定されていることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器システム。
【請求項５】
複数の前記少なくとも１つパネルが前記排気ダクトの内側周囲に設置され、複数が前記排気ダクトの外側を取り囲む前記排気マニホルドから冷却液を個別に供給され、各パネルが、前記冷却液を前記排気ダクトの外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器システム。
【請求項６】
複数の少なくとも１つのパネルが前記炉蓋の内側周囲に設置されており、各パネルが前記炉蓋の外側にある前記排気マニホルドから個別に冷却液を供給され、各パネルが冷却液を前記炉蓋の外側にある前記排気マニホルドに戻すことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器システム。
【請求項７】
複数の少なくとも１つのパネルが前記炉壁の内側周囲に設置され、各パネルが前記炉壁の外側を取り囲む前記排気マニホルドから前記冷却液を個別に供給され、各パネルが個別に前記冷却液を前記炉壁の外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器システム。
【請求項８】
複数の少なくとも１つのパネルが前記スモークリング排気口の内側周囲に設置され、各パネルが、前記スモークリング排気口の外側を取り囲む前記排気マニホルドから個別に冷却液を供給され、各パネルが冷却液を前記スモークリング排気口の外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項４に記載の熱交換器システム。
【請求項９】
前記連結チューブが、前記排気ダクト内で縦方向に装着されていることを特徴とする請求項５に記載の熱交換器システム。
【請求項１０】
前記排気ダクト内の総パネル数や前記スモークリング排気口が、炉から排出される熱ガス流の温度を華氏約４，０００度〜５，０００度から華氏約２００度〜３５０度へ下げるために、十分な数量の一連の排気ダクトを備えることを特徴とする請求項３に記載の熱交換器システム。
【請求項１１】
前記連結チューブがスプラインを具備していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１２】
前記スプラインチューブが表面積の増加、スラグの収集及び応力集中を減少させるために細長いリッジを具備することを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１３】
前記配管を通過する前記冷却液が水であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの波形屈曲配管のパネルが、アルミニウム青銅合金から成ることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項１５】
前記合金が、最低８９％以上９５％未満の銅を含むことを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器システム。
【請求項１６】
前記アルミニウム青銅合金がＣｕ、ＡＩ、Ｓｎ及びＦｅを含むことを特徴とする請求項１４に記載の熱交換器システム。
【請求項１７】
前記排気ダクトの形及び大きさが望ましい表面積に達する大きさであり、前記排気ダクトが周知の冷却容量を有することを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器システム。
【請求項１８】
前記波形屈曲配管がアルミニウム青銅合金から成ることを特徴とする請求項１０に記載の熱交換器システム。
【請求項１９】
吸込口と吹出口を有し、底板に取付けられている少なくとも１つの波形屈曲配管のパネルと、
少なくとも１つのパネルの吸込口と流体連通する吸気マニホルドと
少なくとも１つのパネルの吹出口と流体連通する排気マニホルドと、
配管を流れる冷却液と、
配管上を流れる熱ガス流とを備える熱交換器システムであって、
前記波形屈曲配管が実質上並列に設置された連結チューブの断面の長さの組立であり、
そこに少なくとも１つのパネルを形成している前記連結チューブが、リンケージで互いに、そして前記底板に固定されていることを特徴とする熱交換器システム。
【請求項２０】
前記少なくとも１つのパネルが、壁の内側に設置されており、前記壁の外側にある前記排気及び前記吸気マニホルドと流体連通していることを特徴とする請求項１９に記載の熱交換器システム。
【請求項２１】
前記壁が、例として製鋼炉の壁、炉蓋、スモークリング排気口、排気ダクトの直線部及び排気ダクトの湾曲部と同様に湾曲していることを特徴とする請求項２０に記載の熱交換器システム。
【請求項２２】
前記底板が湾曲しており、前記派生パネルが前記壁の湾曲に相当するよう前記連結チューブが角度のあるリンケージで互いに固定されていることを特徴とする請求項２１に記載の熱交換器システム。
【請求項２３】
複数の前記少なくとも１つのパネルが前記排気ダクトの内側周囲に設置され、各パネルが前記排気ダクトの外側を取り囲む前記排気マニホルドから冷却液を個別に供給され、各パネルが、前記冷却液を前記排気ダクトの外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項２２に記載の熱交換器システム。
【請求項２４】
複数の前記少なくとも１つのパネルが前記炉蓋の内側周囲に設置されており、各パネルが前記炉蓋の外側にある前記排気マニホルドから個別に冷却液を供給され、各パネルが冷却液を前記炉蓋の外側にある前記排気マニホルドに戻すことを特徴とする請求項２２に記載の熱交換器システム。
【請求項２５】
複数の前記少なくとも１つのパネルが前記炉壁の内側周囲に設置され、各パネルが前記炉壁の外側を取り囲む前記排気マニホルドから前記冷却液を個別に供給され、各パネルが個別に前記冷却液を前記炉壁の外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項２２に記載の熱交換器システム。
【請求項２６】
複数の前記少なくとも１つのパネルが前記スモークリング排気口の内側周囲に設置され、各パネルが、前記スモークリング排気口の外側を取り囲む前記排気マニホルドから個別に冷却液を供給され、各パネルが、冷却液を前記スモークリング排気口の外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項２２に記載の熱交換器システム。
【請求項２７】
前記連結チューブが前記排気ダクト内で縦方向に設置されることを特徴とする請求項２３に記載の熱交換器システム。
【請求項２８】
前記排気ダクト内の総パネル数や前記スモークリング排気口が、炉から排出される熱ガス流の温度を華氏約４，０００度〜５，０００度から華氏約２００度〜３５０度へ下げるために、十分な数量の一連の排気ダクトを備えることを特徴とする請求項２１に記載の熱交換器システム。
【請求項２９】
前記連結チューブがスプラインを具備していることを特徴とする請求項１９に記載の熱交換器システム。
【請求項３０】
前記スプラインチューブが、表面積の増加、スラグの収集及び応力集中を減少させるために細長いリッジを具備することを特徴とする請求項１９に記載の熱交換器システム。
【請求項３１】
前記配管を通過する前記冷却液が水であることを特徴とする請求項１９に記載の熱交換器システム。
【請求項３２】
前記少なくとも１つの波形屈曲配管のパネルが、アルミニウム青銅合金から成ることを特徴とする請求項１９に記載の熱交換器システム。
【請求項３３】
前記合金が最低８９％以上９５％未満の銅を含むことを特徴とする請求項３２に記載の熱交換器システム。
【請求項３４】
前記アルミニウム青銅合金がＣｕ、ＡＩ、Ｓｎ及びＦｅを含むことを特徴とする請求項３２に記載の熱交換器システム。
【請求項３５】
前記排気ダクトの形及び大きさが望ましい表面積に達する大きさであり、前記排気ダクトが周知の冷却容量を有することを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項３６】
前記波形屈曲配管がアルミニウム青銅合金から成ることを特徴とする請求項２７に記載の熱交換器システム。
【請求項３７】
前記アルミニウム青銅合金管がパイプを押し出すことによって形成され、前記押出成形アルミニウム青銅パイプが、屈曲用に優れた特性を有することを特徴とする請求項３２に記載の熱交換器システム。
【請求項３８】
吸込口と吹出口を有し、前板と底板を通る波形屈曲チャネルの少なくとも１つのパネルと、
前記少なくとも１つのパネルの前記吸込口と流体連通する吸気マニホルドと
前記少なくとも１つのパネルの前記吹出口と流体連通する排気マニホルドと、
チャネルを流れる冷却液と、
前記前板上を流れる熱ガス流とを備える熱交換器システムであって、
前記波形屈曲チャネルが実質上、冷却液を送る前板と底板の間に設置されたバッフルの組合せであることを特徴とする熱交換器システム。
【請求項３９】
バッフルの長手方向のエッジが、隣接するバッフルとおよそ等距離になるよう前板の裏側に垂直方向に設置され、前記底板で覆われるように前記バッフルの組合せが設置され、派生チャネルが設置されたチューブを真似ていることを特徴とする請求項３８に記載の熱交換器システム。
【請求項４０】
前記少なくとも１つのパネルが壁の内側に設置され、前記壁の外側にある前記排気及び前記吸気マニホルドと流体連通していることを特徴とする請求項３９に記載の熱交換器システム。
【請求項４１】
前記壁が、例として製鋼炉の壁、炉蓋、スモークリング排気口、排気ダクトの直線部及び排気ダクトの湾曲部と同様に湾曲している、もしくは前記壁が従来風箱として採用されるのと同じように直線であることを特徴とする請求項４０に記載の熱交換器システム。
【請求項４２】
複数の前記少なくとも１つのパネルが、前記排気ダクトの内側周囲に設置され、各パネルが前記排気ダクトの外側を取り囲む前記排気マニホルドから冷却液を個別に供給され、各パネルが、前記冷却液を前記排気ダクトの外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項４０に記載の熱交換器システム。
【請求項４３】
複数の前記少なくとも１つのパネルが前記炉蓋の内側周囲に設置されており、各パネルが前記炉蓋の外側にある前記排気マニホルドから個別に冷却液を供給され、各パネルが冷却液を前記炉蓋の外側にある前記排気マニホルドに戻すことを特徴とする請求項４０に記載の熱交換器システム。
【請求項４４】
複数の前記少なくとも１つのパネルが前記炉壁の内側周囲に設置され、各パネルが前記炉壁の外側を取り囲む前記排気マニホルドから前記冷却液を個別に供給され、各パネルが個別に前記冷却液を前記炉壁の外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項４０に記載の熱交換器システム。
【請求項４５】
複数の前記少なくとも１つのパネルが前記スモークリング排気口の内側周囲に設置され、各パネルが、前記スモークリング排気口の外側を取り囲む前記排気マニホルドから個別に冷却液を供給され、各パネルが、冷却液を前記スモークリング排気口の外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項４１に記載の熱交換器システム。
【請求項４６】
前記排気ダクト内の総パネル数や前記スモークリング排気口が、炉から排出される熱ガス流の温度を華氏約４，０００度〜５，０００度から華氏約２００度〜３５０度へ下げるために、十分な数量の一連の排気ダクトを備えることを特徴とする請求項３８に記載の熱交換器システム。
【請求項４７】
前記前板がアルミニウム青銅合金から成ることを特徴とする請求項３８に記載の熱交換器システム。
【請求項４８】
前記バッフルの組合せがアルミニウム青銅合金から成ることを特徴とする請求項４７に記載の熱交換器システム。
【請求項４９】
前記合金が最低８９％以上９５％未満の銅を含むことを特徴とする請求項４８に記載の熱交換器システム。
【請求項５０】
前記アルミニウム青銅合金がＣｕ、ＡＩ、Ｓｎ及びＦｅを含むことを特徴とする請求項４８に記載の熱交換器システム。
【請求項５１】
前記熱交換器システムが、製鉄や製鋼工場、変換器、製紙工場、石炭及びガス火力発電所、そして排気ガスを生む他の工場から発生する排気ガスの冷却に適していることを特徴とする請求項３８に記載の熱交換器システム。
【請求項５２】
前記熱交換器システムが、製鉄や製鋼炉用の壁に使用することが適していることを特徴とする請求項３８に記載の熱交換器システム。
【請求項５３】
前記熱交換器システムが、製鉄や製鋼工場、変換器、製紙工場、石炭及びガス火力発電所、そして排気ガスを生む他の工場から発生する排気ガスの冷却に適していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項５４】
前記熱交換器システムが、製鉄や製鋼炉用の炉壁に適していることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器システム。
【請求項５５】
前記熱交換器システムが、製鉄や製鋼工場、変換器、製紙工場、石炭及びガス火力発電所、そして排気ガスを生む他の工場から発生する排気ガスの冷却に適していることを特徴とする請求項１９に記載の熱交換器システム。
【請求項５６】
前記熱交換器システムが、製鉄や製鋼炉用の炉壁に適していることを特徴とする請求項１９に記載の熱交換器システム。
【請求項５７】
複数の噴射ノズルを有し、前板から分かれて底板に設置された配管の少なくとも１つのパネルを備え、前記少なくとも１つのパネルが吸込口と吹出口を有しており、  
前記少なくとも１つのパネルの前記吸込口と流体連通する吸気マニホルドと
前記少なくとも１つのパネルの前記吹出口と流体連通する排気マニホルドと、
配管を流れ、ノズルを通って噴射される冷却液と、
前記前板上を流れる熱ガス流とを備える熱交換器システムであって、
前記噴射ノズルが前板の裏側に直接冷却液を散布し、そこで前板から冷却液に熱交換を行い、
前記前板がアルミニウム青銅合金から成ることを特徴とする熱交換器システム。
【請求項５８】
前記少なくとも１つのパネルが壁の内側に設置され、前記壁の外側にある前記排気及び前記吸気マニホルドと流体連通していることを特徴とする請求項５７に記載の熱交換器システム。
【請求項５９】
前記壁が、例として製鋼炉の壁、炉蓋、スモークリング排気口、排気ダクトの直線部及び排気ダクトの湾曲部と同様に湾曲し、もしくは前記壁が従来風箱として採用されるのと同じように直線であることを特徴とする請求項５７に記載の熱交換器システム。
【請求項６０】
複数の前記少なくとも１つのパネルが、前記排気ダクトの内側周囲に設置され、各パネが前記排気ダクトの外側を取り囲む前記排気マニホルドから冷却液を個別に供給され、各パネルが、前記冷却液を前記排気ダクトの外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項５７に記載の熱交換器システム。
【請求項６１】
冷却液の蓄積が複数のノズルを塞がないように、排水が常に下部へ向かうよう前記吹出口が、前記少なくとも１つのパネルの下端付近にあることを特徴とする請求項５７に記載の熱交換器システム。
【請求項６２】
複数の前記少なくとも１つのパネルが前記炉蓋の内側周囲に設置されており、各パネルが前記炉蓋の外側にある前記排気マニホルドから個別に冷却液を供給され、各パネルが冷却液を前記炉蓋の外側に配置されている前記排気マニホルドに戻すことを特徴とする請求項５７に記載の熱交換器システム。
【請求項６３】
複数の前記少なくとも１つのパネルが前記炉壁の内側周囲に設置され、各パネルが前記炉壁の外側を取り囲む前記排気マニホルドから前記冷却液を個別に供給され、各パネルが個別に前記冷却液を前記炉壁の外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項５７に記載の熱交換器システム。
【請求項６４】
複数の前記少なくとも１つのパネルが前記スモークリング排気口の内側周囲に設置され、各パネルが、前記スモークリング排気口の外側を取り囲む前記排気マニホルドから個別に冷却液を供給され、各パネルが、冷却液を前記スモークリング排気口の外側を取り囲む前記排気マニホルドへ戻すことを特徴とする請求項５９に記載の熱交換器システム。
【請求項６５】
前記排気ダクト内の総パネル数や前記スモークリング排気口が、炉から排出される熱ガス流の温度を華氏約４，０００度〜５，０００度から華氏約２００度〜３５０度へ下げるために、十分な数量の一連の排気ダクトを備えることを特徴とする請求項５７に記載の熱交換器システム。
【請求項６６】
前記アルミニウム青銅合金がＣｕ、ＡＩ、Ｓｎ及びＦｅを含むことを特徴とする請求項５７に記載の熱交換器システム。
【請求項６７】
前記熱交換器システムが、製鉄や製鋼工場、加工工場、製紙工場、石炭及びガス火力発電所、そして排気ガスを生む他の工場から発生する排気ガスの冷却に適していることを特徴とする請求項３８に記載の熱交換器システム。
【請求項６８】
前記アルミニウム青銅合金が押し出し成形であることを特徴とする請求項５７に記載の熱交換器システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に製鋼や製鉄といった冶金処理用の装置に関する。とりわけ、本発明は冶金炉やその支持部材に使用される熱交換器システムに関連し、該熱交換器システムはアルミニウム青銅合金管で構成されている。該熱交換器システムは、炉壁や炉蓋に設置された配管及び排ガス導管やスモークリングから成る排ガスシステムに設置させた配管を含んでいる。該熱交換器システムは冷却を提供し、該アルミニウム青銅合金管は炉の稼動寿命を伸ばしている。
【背景技術】
【０００２】
今日、鋼鉄は冶金炉において鉄や鋼鉄片を溶解及び精製することにより作られている。一般的には、炉はアーク炉（ＥＡＦ）もしくは酸素転炉（ＢＯＦ）である。ＥＡＦに関しては、鉄鋼生産の当業者にとって炉は製鋼所や鋳物工場における一つの最も危機的な装置であるとみなされている。その結果、それぞれのＥＡＦができるだけ長く稼動し続けることが死活問題となってきている。
【０００３】
充電処理中に起きる構造上の損害はＥＡＦの操作に影響を及ぼす。くず鉄は溶鋼よりも低実効密度であるため、ＥＡＦはくず鉄に合わせた十分な容量を必要とし、さらに鋼鉄の要求量を生産しなければならない。くず鉄が融解する際に、炉の下位部にある炉床もしくは製錬部で溶銑浴が形成される。しかしながら、炉の鋼鉄量が減少すると、ＥＡＦ内の自由体積が増加する。炉床もしくは製錬部上の炉の部分は、炉の高い内部温度から保護されなければならない。容器壁、蓋もしくは天盤、ダクトワーク及び排ガス室は、充電やくず鉄の溶解及び形成された鋼鉄を精錬することによって起きる膨大な熱応力、化学的ストレス、機械的応力によって危険にさらされている。そのようなストレスが炉の稼動寿命を大幅に制限している。
【０００４】
歴史的に見ると、ＥＡＦは一般的に耐火性のライニング材により炉の高温から保護された溶接鋼構造物として設計及び製造されている。１９７０年代後半及び１９８０年代前半においては、鉄鋼産業は、高価な耐火れんがを水冷式ルーフパネルや、精錬部上の炉室の一部に位置する水冷式側壁パネルと取替えることで操作上の応力と闘い始めた。水冷部品は排ガスシステムにおいて炉のダクトワークの配列にも利用されてきている。既存の水冷部品は、様々な等級や種類のプレートやパイプで作られている。冷却システムの一例として、一連の冷却コイルを使用した米国特許第４，２０７，０６０号が挙げられる。一般的に、コイルは隣接した管材から曲面キャップと共に形成され、コイルを通過する冷却液用の経路を形成する。この冷却液は、最大限の熱伝導を行うために加圧下でパイプに送り込まれる。現行技術ではプレートやパイプの形成に炭素鋼やステンレス鋼が用いられる。
【０００５】
さらに、今日の現代ＥＡＦは、製鋼過程で作り出される排ガスを捕獲するために汚染規制を義務付けている。炉からの煙は通常２通りの方法で捕獲される。どちらの工程も炉の作業中に採用される。排ガス捕獲の１つの方法は、炉のキャノピーを通ることである。キャノピーはオーブンカバーに似ている。それは建造物の一部であり、充電やタッピング中にガスを捕える。キャノピーは溶解工程中に起こる一時的放出をも捕らえる。一般的に、キャノピーは非水冷ダクトを通りバッグハウスとつながっている。バッグハウスは、あらゆる汚染物質の空気やガスを清浄するために、フィルターバッグを抜けて空気や排ガスを押出すもしくは引出しているいくつかのファンとフィルターバッグから成っている。
【０００６】
排ガス放出を捕らえる第２の方法は、基本的な炉の経路を通ることである。炉の溶解サイクル中は、ダンパーがキャノピーへと続くダクトを閉め、主要経路にあるダクトを開ける。これは炉に直結しており、炉の放出を捕らえる主要な方法である。主要経路は、炉の圧力制御にも利用されている。この経路は、温度が華氏４，０００度に到達し、数秒で周囲温度に下げられるような水冷式ダクトワークで構成されている。ガス流は一般に塩酸や硫酸といった様々な化学要素を含んでいる。固形や砂状粒子も多く存在する。ガス流の速度は秒速１５０フィートを超える。上記に記載の通り、これらのガスは、浄化のために主要なバッグハウスへ向けられることとなる。
【０００７】
上記記載の環境は、ＥＡＦの主要ダクトの水冷部品に高度なひずみを負わせる。変動温度幅が、部品に対して材料破壊につながる膨張や収縮の問題を引き起こす。さらに、塵粒が、砂吹きと似た方法で継続的にパイプの表面を腐食する。システムを通過する酸も材料の腐食を増大させ、その上、総体的な寿命を縮める。
【０００８】
ＢＯＦシステムに関しては、ＢＯＦ耐火物と製鋼方法の改善により稼動寿命が延びている。しかしながら、稼動寿命は、特に排ガスシステムのダクトワークといった排ガスシステム部品の耐久性によって制限され、またそれに関係している。このシステムについては、破損が起きた際に、ガスと煙の大気への放出を防ぐよう、システムは修復のために運転停止されなければならない。現在の破損率では、平均炉停止期間が１４日間である。ＥＡＦ式の炉と同様に、部品は歴史的に水冷炭素鋼もしくはステンレス鋼型パネルで構成されている。
【０００９】
ＥＡＦもしくはＢＯＦ式の炉で水冷部品を使用することは、耐火コストを削減し、また製鋼業者は、そのような部品なしで可能であった熱量より、より多くの熱量をそれぞれの炉で稼動できるようになった。さらに、水冷装置のおかげで炉は動力を増加して稼動できるようになった。結果として、生産は増加し、炉有用性は益々重要となった。水冷部品のそうした利点にもかかわらず、これらの部品は磨耗、腐食、浸食及び他の損傷に関して一貫した問題を抱えている。炉と関連するもう一つの問題は、入手できる炉用くず鉄の品質が下がっているため、より酸性のガスが発生していることである。これは一般に、くず鉄の中に高濃度なプラスチックが含まれている結果である。これらの酸性ガスは、大気中に放出できるようにするために炉からガス清浄システムへ排出されなければならない。それらのガスは、水冷パイプを含む複数のヒュームダクトによって、排ガス室かガス清浄システムへ向かう。しかし、時が経つにつれ、水冷部品とヒュームダクトは酸攻撃、金属疲労もしくは浸食に屈してしまう。特定の材料（すなわち炭素鋼及びステンレス鋼）は、酸攻撃の問題を解決する計画に利用されてきた。くず鉄中の水濃度を減少させ、炉の側壁に付着する酸性塵のリスクを減少させる計画に、より多くの水やより高い水温が炭素鋼と共に利用されてきている。この方法での炭素鋼の使用は効果がないことが判明している。
【００１０】
ステンレス鋼も、様々な等級で試されてきている。ステンレス鋼は酸性攻撃を受けにくいが、炭素鋼の熱伝達特性を持ち合わせていない。得られた結果は、上昇した排ガス温度と、特定の部品に破損と分裂を起こした集中機械的応力である。
【００１１】
１つ以上の部品の危機的な破壊は、上記に述べられた問題が原因で既存のシステム内に通常発生する。そのような破壊が発生した時に、炉は損傷した水冷部品を修復する予定外のメンテナンスのために生産を中止しなければならない。中断期間中は溶鋼が製鋼所で生産されないので、特定の製鋼のために毎分５，０００ドルと同等の損失の機会が生じる。生産減少に加えて、予定外の中断が作業と維持費を著しく増加させる。
【００１２】
水冷部品に加えて、腐食と浸食が、ＥＡＦとＢＯＦの両システムのヒュームダクト及び排ガスシステムに関して深刻な問題となってきている。炉のこれらの領域に対する破損は、生産性の損失や工場操作員達への追加維持費用をもたらす。さらに、漏水が排ガス中の湿度を増し、バッグがぬれて目詰まりすることによってバッグハウスの効果も減少する。炉内の排ガス吐出に利用されるこれらの領域の加速浸食は、炉内の増加エネルギーにより生じる上昇温度とガス速度によるものである。より早いガス速度は、排出規制を順守し、全ての煙霧を排出するためのより多くの取り組みによるものである。ヒュームダクトの腐食は、炉内での様々な材料の合流により起こるダクト内部に対する酸製剤／酸攻撃に起因している。先行技術は、現在ヒュームダクト装置や炭素鋼もしくはステンレス鋼から成る他の部品の使用を教えている。上記記載と同じ理由から、これらの材料は不十分かつ効果のない結果を提供することが判明している。
【００１３】
それゆえ、必要なものは、改良された製鋼用水冷式炉用パネルシステムとその方法の存在である。特に、水冷部品及びヒュームダクトが既存の類似部品よりも長く使用できる改良方法とそのシステムの存在が必要である。
【００１４】
《関連出願への相互参照》
本出願は、２００１年９月１９日付で出願した米国仮特許出願第６０／３２３，２６５号の利益を主張する２００２年９月１１日付出願の米国特許出願第１０／２３８，９７１号の一部継続出願である２００４年４月２０日付出願の米国特許出願第１０／８２８，０４４号を優先権主張する。これら全ての出願を本明細書に援用する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の第１の目的は、アルミニウム青銅合金で構成された熱交換器システムを提供することであり、アルミニウム青銅合金は、予想よりも高い熱伝導率や、高温ガスの流れによるエッチングに対する抵抗力及び良好な耐酸化性を持っていることが発見されている。
【００１６】
本発明の第２の目的は、熱交換器や関連する部品がアルミニウム青銅合金で加工されると、腐食や浸食が減少するため、熱交換器の稼動寿命が延長される熱交換器システムを提供することである。
【００１７】
本発明の第３の目的は、製鋼用炉から放射する排気ガスを冷却することに順応性があるシステムや、炉壁、炉蓋、スモークリング排気口、排気ダクトの直線部や排気ダクトの湾曲部にはめ込み可能な熱交換器システムを提供することである。熱交換器は加工工場、製紙工場、石炭及びガス火力発電所、そして他の排気ガス発電機からの排気ガスを冷却するというような他の用途も持つことが期待され、そこでガスはそのガスの１つ以上の構成要素を捕獲する目的で冷却され、捕獲は凝縮、炭層吸収及びろ過によって行われる。
【００１８】
本発明の第４の目的は、ＥＡＦやＢＯＦのような冶金炉から出ている排気ガスを、華氏４，０００度〜５，０００度から華氏２００度〜３５０度位へ冷却するために、実質上同様のユニットとつなぐことができる熱交換器システムを提供することである。
【００１９】
本発明の第５の目的は、スラグを回収及び冷却するための改良型熱交換器システムを提供することであり、波形屈曲配管は細長いリッジを持つ押出シームレス配管であり、その配管は腐食、浸食、圧力及び熱応力に対してよりよい耐性を有する。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明は、製鉄用の炉とその排気と冷却システムの支持に適した熱交換器システムである。該熱交換器は、吸込口と吹出口を有する少なくとも１つの波形屈曲配管のパネル、少なくとも１つのパネルの吸込口と流体連通する吸気マニホルド、パネルの吹出口と流体連通する排気マニホルド、配管を流れる冷却液、そして配管上を流れる熱排気ガス流を有している。本開示においては、管材料、パイプ及び配管といった用語は同意語であり、区別なく使用されている。波形屈曲配管は、実質上連結チューブもしくは並列に設置されたパイプの断面の長さの組立である。連結チューブは、リンケージで互いに固定され、そこで固形パネルを形成し、そのパネルは構造的結合性を有する。リンケージは剛性をシステムに加え、全体的な平面性を、部分的もしくは全てのパネルの湾曲性を形成している。例えば、０から数度わずかに移動するように連結チューブの並列関係を調整することによって、その累積効果は平坦になるかわりに湾曲している固形パネルを生み出す。ほとんどの活用において、熱交換器システムは壁の内側に設置された少なくとも１つのパネルを持ち、該パネルは壁の外側にある排気及び吸気マニホルドと流体連通するのである。壁とは一般的に、製鋼炉、炉蓋、スモークリング排気口、排気ダクトの直線部分及び排気ダクトの湾曲部分の壁のことである。明らかにされた用途の多くの場合、壁は湾曲している。例えば、炉用排気ダクトは一般的に設計パラメータによって楕円形か円形である。排気ダクトの壁の内側は、１つもしくは複数のパネルを具備することができ、それらのパネルはダクトの湾曲に匹敵する湾曲を備えている。複数のパネルは、排気ダクトの外側を囲む排気マニホルドからそれぞれ個別に冷却液を供給される。それら複数のパネルは、排気ダクトの外側を囲む排気マニホルドへ冷却液を戻す。
【００２１】
熱交換器システムは、炉壁に形成されたスラグを収集や冷却するために利用できる。該熱交換器は応力集中部の形成を減少させる。好ましくは、チューブが、細長いリッジであるスプラインを少なくとも１つは持つことである。チューブは、それらチューブが炉内で溶解物質とだいたい平行となる方向性を持つよう、パネルに設置されるのが好ましい。一般的に、炉壁は湾曲しており、チューブもまた炉壁（別名：シェル）の曲率に従うよう曲がっている。１つのチューブは炉壁の全内円周の周りをたどることができるが、より効果的で一定温度の配列は、その円周をアークに分解することであり、また隣接した連結チューブに直列に接続されている配管の断面の長さを利用することである。並列に設置された連結チューブの断面の長さの組立がパネルを形成する。複数のパネルは、炉壁の外側にある排気マニホルドから冷却液を個別に供給される。複数のパネルは、炉壁の外側にある排気マニホルドに冷却液を戻す。改良版では、熱交換器システムは、１つ以上の吸込口と連結チューブの組立ての中に１つ以上の吹出し口を持つこともでき、その組立ては、炉壁の内側の輪郭に従って曲がっている。その組立ては、連結パイプの第１組立てが連結パイプの第２組立ての中で輪になるように配列される。
【００２２】
熱交換器システムはさらに、波形屈曲配管が取り付けられている床板からも構成することができる。このシステムの配管の上方及び周囲の通気は、配管が単にリンケージによって固定されているところほど完全ではないが、優れた剪断強度が達成され、このシステムは特に振動の多い場所や、浮遊もしくは飛散した固形物（スラグ）が収集される場所に適している。底板の採用は、熱交換器システムがスラグの収集に利用されている場所での応用に適している。
【００２３】
熱交換器システムは、底板同様さらに前板からも構成され、波形屈曲配管は底板と前板の間にはさまれる。前板はアルミニウム青銅合金で加工されるのが好ましく、アルミニウム青銅合金は、特により高い作業温度の時に、熱伝導の高い係数を有することから抜擢される。２つのプレートの利用により波形屈曲配管は、パイプと似た方法で冷却液を流すよう作用するバッフルやせきと取り替えることができる。その液体は、前板と底板の間を、バッフルが示したチャネルを通って波状に曲がる。バッフルは基本的に垂直に伸びるプレートである。好ましい構造としては、バッフルの長手方向のエッジは前板の裏面に溶接され、バッフルの長手方向のエッジの反対側に底板を接着させることである。前に列挙した通り、プレートとバッフルの連結は波状に曲がるチャネルに影響を及ぼし、チャネルは設置されたチューブにおおむね匹敵する。前板の正面は熱排気ガス流にさらされる。
【００２４】
熱交換器システムは、代替として前板と底板から構成することもでき、前板の裏側に冷却液を噴射する噴射ノズルに配管が組み込まれていることを特徴とする。前板はアルミニウム青銅合金で加工されることが好ましく、アルミニウム青銅合金は、その熱伝導の高い係数のみならずその耐酸化性からも選択される。底板は、主に取付台としてノズルが組み込まれたパイプのために役目を果たす。前板は前板の裏側に向けられているノズルから離される。アルミニウム青銅プレートの正面は熱にさらされ、噴射は排気マニホルドを経由して収集および返却される。吸気マニホルドは加圧冷却液を提供する。低コストと高い熱容量であることから冷却液は水が好ましい。ノズルは噴射パターンとして冷却液を分散し、より少ない配管で済み、それによって配管が波状に曲がる必要性が減少する。ノズルを使用する熱交換器システムは、冷却液の付着がノズルをふさいでしまうのを防ぐよう、排水が常にパネルの下部へ向かうように設定される。
【００２５】
熱交換器システムは、累積的に、総パネル数が排気ガスを要求温度まで下げる領域を補うのに十分な数となるよう形成される。アーク炉からの排気ガスの場合、ガスの出口温度はおよそ華氏４，０００度から５，０００度になる。それらのガスは、亜鉛のような金属蒸気や特定の揮発性の灰を除去するためにバッグハウスでろ過される。バッグハウスは約華氏２００度から３５０度で稼動しているので、入り込む排気ガスは次第に冷却されなければならない。パネルは湾曲もしくは平面に組立てられ、それによって冷却要件に必要な表面積を生み出している。
【００２６】
本願の熱交換器システムは、例えば蓄電器、多管円筒形交換器、フィン式交換器、プレート・アンド・フレーム形熱交換器及び強制通風式空冷交換器のような他の熱交換器装置と連結して使用できることが予想される。
【００２７】
該熱交換器システムは、例えば加工工場や、製紙工場、石炭及びガス火力発電所、そして他の排気ガス発電機からの排気ガスを冷却するといった他の用途を持つことがさらに予想され、そこではガスが、そのガスの１つ以上の構成要素を捕獲する目的で冷却され、その捕獲は凝縮や炭層吸収もしくはろ過によってもたらされる。熱交換器システムは、アルミニウム青銅合金を使用して加工されることが好ましい。アルミニウム青銅合金は予想よりも高い熱伝達性、熱ガス流によるエッチングに対する抵抗力（弾性率）及び優れた耐酸化性を備えることが判っている。従って、熱交換器の稼動寿命が延びるのである。熱交換器及び関連する部品がアルミニウム青銅で加工されると、それらの腐食と浸食は減少する。
【発明の効果】
【００２８】
前述の説明から、私達はアルミニウム青銅合金で構成された改良型熱交換器システムを発明したことは容易に明らかであり、アルミニウム青銅合金は、予想よりも高い熱伝導率や、高温ガスの流れによるエッチングに対する抵抗力及び良好な耐酸化性を有していることが発見されている。さらに、私達は熱交換器や関連する部品がアルミニウム青銅合金で加工されるとそれらの腐食や浸食が減り、それによって熱交換器の稼動寿命が延長することを特徴とする熱交換器システムを提供する。
【００２９】
さらに、製鋼炉から発生する排気ガスを冷却するのに適した熱交換器システムが提供され、該熱交換器システムは、炉の壁、炉蓋、スモークリング排気口、排気ダクトの直線部及び排気ダクトの湾曲部にはめ込むことができる。該熱交換器システムは、ＥＡＦやＢＯＦのような冶金炉から出る排気ガスを華氏４，０００度〜５，０００度から華氏２００度〜３５０度へ冷却する。
【００３０】
本出願は、スラグの収集や冷却に適合させることが可能な熱交換器システムを提供し、波形屈曲配管は細長いリッジを持つ押出シームレス管であり、該配管は腐食、浸食、圧力そして熱応力に対して耐性がある。
【００３１】
提供される熱交換器は、加工工場や、製紙工場、石炭及びガス火力発電所、そして他の排気ガス発電機からの排気ガスを冷却するような他の用途も備えており、ガスはそのガスの１つ以上の構成要素を捕獲する目的で冷却され、その捕獲は凝縮、炭層吸収、もしくはろ過によってもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明の詳細な実施例はここに開示されるが、開示された実施例は、様々な形で具体化されることが可能な単なる発明の模範例であると理解すべきである。それゆえ、明細書における特定の構造的、機能的な詳細は、制限的であると解釈されるべきではない。
【００３３】
熱交換器システム１０は、吸込口５６と吹出口５８を有する少なくとも１つの波形屈曲配管５０のパネル、少なくとも１つパネルの吸込口と流体連通する吸気マニホルド８４、少なくとも１つのパネルの吹出口と流体連通する排気マニホルド８６及び該配管を通って流れる冷却液を具備する。熱交換器システム１０は、熱ヒュームガス３６及び冶金炉８０やその支持部材から排出されたダストを冷却する。該配管は並列に設置された連結チューブの断面の長さの組立てであり、連結チューブはそこで少なくとも１つのパネル５４を形成し、リンケージ８２によって互いに固定されている。発明者達は経験に基づいて、該配管５０を加工するための好ましい構成要素はアルミニウム青銅合金であると決定してきた。アルミニウム青銅合金は、予想より高い熱伝導率、高温ガスの流れによるエッチングに対する抵抗力（弾性率）及び優れた耐酸化性を有することが発見されている。従って、熱交換器の稼動寿命は延びている。熱交換器や関連する部品がアルミニウム青銅で加工されると、それらの腐食や浸食は減少される。表１はアルミニウム青銅、Ｐ２２（Ｆｅ〜９６％、Ｃ〜０．１％、Ｍｎ〜０．４５％、Ｃｒ〜２．６５％、Ｍｏ〜０．９３％）及び炭素鋼（Ａ １０６Ｂ）の熱伝導率を比較している。アルミニウム青銅はＰ２２より４１％、炭素鋼より３０．４％高い熱伝導率を有する。アルミニウム青銅やその合金で加工された熱交換器はより効率的であり、耐火物質や他の金属合金で造られた炉より長い稼動寿命を備えている。
【００３４】
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【００３５】
また、配管は押し出し成形であるのが好ましいと確定され、該配管は腐食、浸食、圧力、そして熱応力に耐える。配管がフィンとして作用する細長いリッジを備えると、性能は特に増す。該フィンは冷却を高めたり、スラグを収集することに役立つことができる。溶接工程で作動しなくなることはなく、押出シームレス配管は、熱をより統一的に分配し、熱交換器システムの全般的な性能を向上させる。配管は必要であれば、取付けられる壁の湾曲に合わせて、曲げたり折り曲げたりすることもできる。より典型的には、派生パネルが壁の湾曲に相当するように、配管の個々の部分は角度のあるリンケージで互いに固定されている。
【００３６】
図面で説明されるように、熱交換器システムは冷却効果をさらに高めるために、マニホルド及び多様なパネルを採用している。そうした組み合わせが、冷却水が全ての配管を通過し、熱交換を最適化することを確実にしている。波形屈曲配管は表面積を最大限に利用する。配管は一般にリンケージやスペーサを使用して固定され、ヒュームガスが基本的に配管のほぼ全周囲を流れるようにしている。
【００３７】
図１を参照すると、本発明１０は壁９５の外側と壁９３の内側と共に壁９４を具備するヒューム排気ガスダクト４４の中に示されている。壁９４は該ダクト４４の内側を見るために部分的に切断されている。図解されたダクト４４は楕円形であり、円形ダクトと比較して表面積を増加させるために選択された工学構造である。該ダクトは、横座標と縦座標の点線で示されているように、1から４の四分円に分けられる。本発明においては、熱交換器は波形屈曲配管の４つのパネルを利用し、それぞれが１つの吸込口５６及び１つの吹出口５８を有している。各パネルは、配管５０に固定するためにスペースやファスナとして役立つリンケージ５２によって組み立てられており、そこで隣接した配管の断面の長さに対する配管の１つの断面の長さのそれぞれの位置を確立している。パネル１から４は該ダクト４４の内壁９３に設置されている。各パネルは吸気マニホルド８４と排気マニホルド８６と流体連通している。該マニホルド８４と８６は、壁９４の外壁９５に設置されており、該ダクト４４をしっかりと囲んでいる。該配管５０は、該ダクト４４の壁と基本的に一体となるよう位置づけられている。その位置づけは、組立やダクトの全長に渡って落下する圧力を減少させるのに容易であることから選択される。該ダクト４４の両端は、冷却ダクトがもう１つのダクトと連結できるようにするフランジ５４で終端処理されている。各ダクトは実質的に自給式モジュラー冷却装置である。モジュラー化は、ダクトの組立をある程度一般的なものにすることができる。各ダクトは冷却容量を備え、そして該ダクトは要求された冷却を達成するために十分な数が組み込まれる。モジュラー化は、１つには周知の冷却容量を有する個々の冷却パネルから構成される熱交換器システムであるという事実、及び組み込まれたときにダクトの冷却容量が決まるという事実によるものである。それゆえ、累積的な冷却容量は、最終的に種類の機能、数、パネルの配置であり、また、温度やマニホルドから供給される冷却液の流量である。該パネルは主に実質上自給式であり、比較的一般的なモジュラー部品である。ヒューム排気ガスダクト４４は、一般にダクトをフレームやサポートに取付けるための一対の据付サポート６２を具備する。
【００３８】
該ダクト及び該熱交換器システムの外部要素は、図１a、１ｂ、１ｃ及び１ｄで説明されている。該ダクト４４は、該ダクトを炉蓋や（時に風箱４８として参照される）排ガス室に取付けるため、もしくはフランジ５４にサポートを提供するために、据付ブラケット６０にはめ込むことができる。図１ｂを参照すると、エルボダクト４５は直線排気ダクト４４と連結し、次に排ガス室４８と連結している。エルボ型ダクト４５は、該エルボ４５を炉蓋に固定するためのルーフブラケット６０を具備している。スモークリング６６は該エルボダクト４５の入口から突出している。図２から４及び図８を見ても分かるように、該スモークリング６６は円形の輪郭を持つ熱交換器１０である。該エルボダクトは吸気マニホルド８４及び排気マニホルド８６を具備する。該吸気マニホルド８４は、８８で冷却水の供給源と連結し、該排気マニホルド８６は、リサイクル吹出口９０と連結している。該エルボダクト４５及び該直線ダクト４４は、それぞれのフランジ５４を経由して連結している。該直線ダクト４４と該排ガス室４８は、それぞれのフランジ５４を経由して連結している。該排ガス室４８は、炉内で発生する万が一の爆発に備えて圧力解放構造を有することが好ましい。該排ガス室４８は、もしさらなる容量が後日必要となった場合、接続箱としても役立つ。図１ｃを参照すると、炉から放出し、部分的に冷却されたヒュームガスは、排気システム１６の他の部分に９０度それている。該システムの長さは、ＥＡＦやＢＯＦのような既存の冶金炉における華氏４，０００度〜５，０００度から華氏２００度〜３５０度へといったような排気ガスの冷却には十分である。図１ｄで示されるように、炉の外側の完全な冷却システムは、排ガス室４８より後ろの８対のマニホルド、加えて排ガス室４８の前にある２対のマニホルド、及びスモークリングから成っている。各対のマニホルドは、総計４０パネルに上る各４つの熱交換器パネルを具備し、加えてスモークリング６６を有する。該スモークリングは、ダクトに設置する代わりに炉の屋根上に設置可能であり、この配置の論議は下記に続く。
【００３９】
図２から４を参照すると、スモークリングとして形成された熱交換器システムがさらに図解され、該スモークリング６６は楕円形の輪である湾曲パネルを形成するよう前後に曲がっている波形屈曲配管から成っている。楕円形の輪は冷却水のための１つの吸込口及び１つの吹出口を備えている。代わりに、該スモークリングは１つ以上の吸込口及び吹出口を具備するよう形成することができる。実施例で示されるように、熱交換器１０は、３つのスモークリングブラケット６４を有するか、もしくは熱交換器をドーム型の炉蓋に設置している。図３で示すように、配管５０は左側よりも右側により加圧され、左側のブラケット６４は右側のブラケットよりも低いところにある。加圧やブラケットの異なる配置は屋根のこう配を補正し、十分に垂直である側面へとつながる。リンケージ８２は波形屈曲配管５０のパネルの湾曲を造るだけでなく、その側面をも確立する。
【００４０】
図８を参照すると、ＥＡＦ式炉８０として実例となる炉が示されている。ＥＡＦは説明のためだけに開示されており、本発明はＢＯＦ式炉等に直ちに採用可能であると理解すべきである。図８においては、ＥＡＦ８０は炉用シェル１２、複数の電極棒１４、排気システム１６、作業台１８、ロッカ傾斜機構２０、傾斜シリンダ２２及び排ガス室ｂを含む。該炉用シェル１２は、該ロッカ傾斜２０や他の傾斜機械上に可動式で配置される。さらに、該ロッカ傾斜２０は、該傾斜シリンダ２２によって動力を供給される。該ロッカ傾斜２０は該作業台１８の上にさらに固定される。
【００４１】
該炉用シェル１２は、皿型炉床２４、円柱形側壁２６、流れ口２８、流れ口扉３０及び円柱形円形天盤３２から成っている。該流れ口２８及び流れ口扉３０は、該円柱形側壁２６の片側に設置されている。開放位置では、該流れ口２８は入り込んだ空気３４が該炉床２４に進入することや、溶解から発生したガス３６を部分的に燃焼することを可能にしている。該炉床２４は、当業者に周知の適切な耐火物質で形成される。該炉床２４の一端は、その下端にタップ部３８を有する鋳込み箱である。溶解中は、該タップ部３８が耐火プラグもしくはスライド可能な扉で閉められる。その後、該炉用シェル１２は傾き、該タップ部３８は引き抜かれ、あるいは開かれ、そして要求通り溶解金属が豊富な杓、堰鉢、もしくは他の装置へ注ぎ込まれる。
【００４２】
炉用シェル１２の内壁２６は波形屈曲パイプ５０の水冷パネル４０にはめ込まれている。該パネルは炉８０の内壁としての効果を表す。冷水やその戻りを供給するマニホルドは、該パネル４０と流体連通している。典型的には、該マニホルドは図解の排気ダクト４４と似た方法で周囲に配置されている。該マニホルドの断面は、図８の該炉用シェル１２の外側に示されている。熱交換器システム１０はより効果的な作業を提供し、該ＥＡＦ炉１０の稼動寿命を引き延ばしている。好ましい実施例として、該パネル４０は波形屈曲配管が図２から４に示されたスモークリングと同等に、通常水平方向を保つよう組み立てられている。図７で示されるように、該配管５０はリンケージ８２と結合されるか、もしくは壁９４に設置されているベース９２を具備することができる。典型的には、後者の構造によって、該配管はスラグを収集するためや更なる表面積を配管に追加するために細長いリッジ９６を有する。代わりに、図５で示されるように、該パネル４０は該波形屈曲配管５０が通常水平方向を保つよう設置される。該パネル４０の上部端は、該炉８０の側壁２６部の上縁に引掛けリムを定義する。
【００４３】
熱交換器システム１０は、炉８０の天蓋３２にはめ込むことができ、水冷パネル４０が基本的に天蓋３２のドーム型の輪郭に合わせた湾曲を備えることを特徴とする。そこで該熱交換器システムは、炉８０の側壁２６の内側、天蓋３２の上、そして排気システム１６のいたるところのみならず該排気システム１６の入口の上にも配置される。累積的に、ダクトを通ってバッグハウスあるいは他のろ過及び空気処理設備へ送られる時に、該熱交換器システムは炉を保護し、熱排ガス３６を冷却し、ダストは回収され、ガスは大気へ放出される。
【００４４】
作動中においては、熱排ガス３６、ダスト及びヒュームは、炉用シェル１２の中で炉床２４から通気孔４６を抜けて除去される。図１及び１ａから１ｄに示されるように、該通気孔４６はヒュームダクト４４から成る排気システム１６に通じている。
【００４５】
図５を参照すると、パネル４０は、多数の縦方向に配列した配管５０を具備する。Ｕ型エルボ５３は、継続的な配管システムを形成するために、配管もしくはパイプ５０の隣接した断面の長さを連結している。さらにスペーサとしても役立つリンケージ８２は、隣接したパイプ５０の間にあり、それらは該パネル４０の構造的統合性を提供し、該パネル４０の曲率を決める。
【００４６】
図７は図５のパネル態様の断面図である。異なった断面図が図６に説明されており、パイプ５０は管の付いた断面、ベース９２、細長いリッジ９６そして底板９３を有する。該底板９３は炉壁２６もしくは炉蓋３２に接着している。配管の組合せ及び必要に応じて底板がパネル４０を形成し、炉の内壁を造る。該パネル４０が、ＥＡＦの炉床上の炉壁２６もしくは天蓋及びＢＯＦのヒュームダクトを冷却する。
【００４７】
該パネルは水冷式で、通例溶解され、シームレスパイプ５０に加工されたアルミニウム青銅合金から成る。冷却ダクト４４は排気システム１６に組込まれている。さらに、該配管５０は冷却パネル４０になり、天蓋３２とダクト４４のいたるところに設置される。アルミニウム青銅合金の名目上の構成として好ましいのは、ＡＩ６．５％、Ｆｅ２．５％、Ｓｎ０．２５％、その他最大５％及びバランスにあったＣｕを配合していることである。しかし、構成は変化すると理解すべきであるため、ＡＩ含有量は、青銅化合物を含むそれぞれの余剰と共に５％以上１１％未満とする。
【００４８】
アルミニウム青銅合金の使用は、合金が炉で製鋼を行うために、優れた熱伝導率、硬度、弾性率を提供することから、先行技術の装置（すなわち炭素もしくはステンレス鋼冷却システム）より機械的にも物理的にも向上した特性を提供する。それらの機能向上を採用することにより、炉の稼動寿命は直ちに延びる。
【００４９】
優れた熱交換特性に加えて、合金の伸び力は鋼やステンレス鋼の伸び力よりも優れており、それによって配管やダクトワーク４４が、熱分解しないで拡張や収縮することを可能にする。さらに、合金の硬度が、排ガス残骸の砂吹き影響から浸食の影響を減らすという点において、表面硬度は先行技術より優れている。
【００５０】
配管を形成する工程は押出し成形であることが好ましいが、当業者は同じ結果（すなわち継ぎ目のない材料）をもたらす他の形成技術が採用できるかもしれないと理解するであろう。押出成形中では、アルミニウム青銅合金は熱間加工され、それにより改善した物理的特性を有する小型の粒状構造となる。
【００５１】
図６に示されているパイプにおいては、細長いリッジ９６は特にスラグを収集するのに適するキー溝である。管状の中心線からの各面の質量は同等であり、そのため細長いリッジ９６の質量はベース９２の質量とおおよそ同等である。質量のバランスをとり、押し出されたアルミニウム青銅合金を採用することによって、派生パイプは応力の集中がかなりなくなる。開示されたパイプは応力特性を改善しており、そしてそれらのパイプで造られた熱交換器パネルは、例えば、炉の循環中における劇的な温度変化による損傷を受けにくい。
【００５２】
先行技術の配管やプレートは、アルミニウム青銅合金の構成とは対照的に炭素鋼やステンレス鋼から成っているため、該熱交換器システムの構成は先行技術と異なっている。アルミニウム青銅合金の構成は酸攻撃が起こりにくい。さらに、出願人はアルミニウム青銅が炭素鋼やステンレス鋼の両方よりも高い熱交換性を有すること、及び合金は熱分解しないで拡張や収縮する性能を有することを測定している。最終的に、合金の表面硬度はいずれの鋼の硬度よりも優れており、それによりダクト／冷却システムを通る排気ガスの砂吹き影響から表面浸食の影響が減らされる。
【００５３】
次に、他の実施例について説明するが、ここでは熱交換器システムを通る冷却液と同様の流れが波形屈曲チャネルの使用によって実現している。チャネル１２２は、前板１２０と底板９３の間にバッフル１２４を置くことによって形成されている。図９はバッフルを使用する熱交換器１０の態様を説明している。図解の態様では、熱交換器システムはダクト４５であり、前板１２０は該ダクト４５の内側に位置している。図解の態様では、底板９３も該ダクト４５の外壁として機能している。該ダクトは１つのダクトともう１つのダクトを結合するため、もしくは風箱４８を結合するため、あるいは炉８０の天蓋３２と結合するためのフランジ５４を有している。図解の態様では、冷却液は紙面へ向かって流れ込み、紙面から流れ出している。図で示されるように、１つのパネル４１しかなく、そのパネルは吸気マニホルド（図示せず）及び排気マニホルド（図示せず）と流体連通している。該マニホルドは底板９３の外側に設置されている。
【００５４】
図１０は、冷却パネル４１である内側炉壁４７として設定された熱交換器システム１０を示している。内側炉壁４７は炉用シェル１２の壁２６の輪郭に従うよう加工されている。該パネル４１は前板１２０と底板９３の間に設置されたバッフル１２４を有する。該システムは冷却液用吸込口５６と吹出口５８を有する。冷却水やその戻しを供給するマニホルドは、該パネル４１と流体連通している。たった１つのパネルだけが示されているが、本出願は多数のパネルを具備する設定も可能である。該前板１２０と該バッフル１２４はアルミニウム青銅合金から構成させる。該バッフルは、エッジ１２６の長手方向に沿って前板に溶接される。底板はエッジの長手方向とは逆に接着され、チャネル１２２を形成する。該チャネル１２２は図１０の左側角に見られる。留意すべき点は、冷却液の流れは蛇状式に波状に曲がっていて、図５のように並列に設置されたパイプの組立てを通過する流れととても似ているということである。該マニホルドは態様４５もしくは４７には示されていないが、前の図２のように、周囲に位置づけられている。
【００５５】
図１１を参照すると、複数の噴射ノズル１２５を有するパネル４３で冷却された内側炉壁４９が示されている。熱交換器は、アルミニウム青銅前板１２０とノズル１２５と共にはめ込まれたパイプ５０及び底板９３を有する。該前板１２０は、熱や排気ガス及び製鋼段階で生じるスラグに直接さらされる。該ノズル１２５は、底板から前板１２０の裏面へ向かって冷却液を噴射する。
【００５６】
図１２は、噴射ノズル１２５を利用する熱交換器システムを使用しながら冷却された風箱４８の断面図である。４つのアルミニウム青銅前板１２０が該風箱４８の内部を定義している。パイプ５０上の複数のノズル１２５は、前板１２０の裏面に冷却液を重複パターンで直接噴射している。底板９３は風箱４８の外壁としてだけでなく、パイプ５０の取付台としても作用する。該前板１２０は、冷却液が重複パターンで噴射されるように複数のノズルから十分離されている。重複噴射は面積を覆うのに十分であり、前板の冷却に必要な蛇状湾曲の数を減らしている。図１２で説明される態様においては、それぞれ吸込口５６と吹出口５８を有する２本のパイプだけの組立てが示されている。ノズルを有するより多くのパイプは表示されていない。図１１を再度見直すと、パイプはＵ型エルボ５３に連結していて、風箱４８に同様の結合が使用可能である。図解のように、１つの吸込口と吹出口を有するパネル４３のみが示されている。
【００５７】
本発明の特定の実施例は詳細に記載されているが、本発明は発明の範囲に応じて制限されているものではなく、ここに追加された請求項の用語や信念の範囲内にある全ての変更や補正を含むと理解されるであろう。該熱交換器システムは、かなり厳しい状況下で、ガスの冷却や多くの気化した物質を凝縮するために、使用している波形屈曲配管、バッフルもしくは噴射ノズル、そしてプレートを採用できるかどうかは明確である。
【００５８】
上記の記載や具体的な実施例は、単なる発明の最良の形態の実例やその原則に過ぎず、また当業者により本願の発明の範囲及びその信念から離れることなく様々な修正や補強が装置に行われると理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明を説明する部分切取斜視図である。熱交換器システムは、一対のマニホルドと流体連通している吸込口と吹出口を備える波形屈曲配管の少なくとも１つのパネルを備えている。図解のパネルは排気ダクトの内側に設置されている。
【図１ａ】図１で図解した本発明の斜視図である。排気ダクトが熱交換器に取付けられている。該ダクトは製鋼産業において、製鋼炉から排出される排気ガスの運搬及び冷却に使用される。部分的に見えなくなっている波形屈曲配管は、アルミニウム青銅合金で作られている。該ダクトもアルミニウム青銅合金で作られている。
【図１ｂ】直線ダクトに連結し、次に排ガス室に連結しているエルボダクトの側面図である。
【図１ｃ】図１ｂで図解したダクトと排ガス室の正面図である。
【図１ｄ】ひと組の冷却排気ダクトのオフセット立面図である。ひと組の冷却排気ダクトは排ガス室に連結しており、エルボ排気ダクトは炉の天盤に連結している。これらのダクトが高温ヒュームガスや炉から排出されるダストの冷却と排出両方を提供している。
【図２】スモークリングとして組み込まれている熱交換器システムの平面図であり、該スモークリングは、楕円状リングである湾曲パネルを形成するために前後に曲がっている波形屈曲導管から成っている。該楕円状リングは、水を冷却するための１つの吸込口及び１つの吹出口を有する。その代わりに、スモークリングは１つ以上の吸込口と吹出し口を有するよう形状が決められている。
【図３】図２の区分線３−３に沿った本発明の断面図である。
【図４】スモークリングとして組み込まれた熱交換器を示す図２の側面図である。
【図５】吹込口と吹出口を有する波形屈曲配管の１つのパネルの側面図である。配管は間隔をあけて、ろう付けリンケージとつながっている。
【図６】スプラインと台板を備える波形屈曲配管の断面図である。台板は壁の内側に付いている床板に付いている。
【図７】どのようにしてパイプが間隔をあけて連結リンケージと結合しているかを説明する波形屈曲配管の断面図である。
【図８】熱交換器の多数の部品を装着した製鋼炉の断面図である。該システムは、排気ガスを冷却するダクト内同様、炉内で使用される。
【図９】バッフルを利用する熱交換器システムの断面図であり、該システムはダクトの冷却を行う。該システムにはバッフルが造った流路があり、そこでバッフルは冷却液が蛇行形式に流れるよう誘導する。
【図１０】バッフルを利用する熱交換器システムの部分切取側断面図であり、熱交換器は製鋼炉の壁に取付けられている。熱交換器はアルミニウム青銅前板、バッフル及び底板を有する。前板は炉によって生じる熱、排気ガス、及びスラグに直接さらされる。
【図１１】噴射ノズルを利用する熱交換器システムの断面図であり、該熱交換器は製鋼炉の壁にはめ込まれている。熱交換器はアルミニウム青銅の前板、ノズルが装着されたパイプ及び底板を有する。前板は製鋼工程によって生じる熱、排気ガス、及びスラグに直接さらされる。ノズルは底板から前板の裏側へ向かって冷却液を噴射する。冷却液がより広い面積に分散されるよう前板はノズルから十分離されている。
【図１２】噴射ノズルを利用する熱交換器システムの断面図であり、該熱交換器は風箱である。アルミニウム青銅前板は風箱の内側にあり、ノズルが装着されているパイプは、底板に設けられている。ノズルは底板に固定されているパイプから前板の裏側に向かって冷却液を噴射する。前板は冷却液が重複パターンで噴射されるようにノズルから十分離されている。その重なりは面積を覆うのに十分である。二つの吸込口と二つの吹出口があることに注意する。
【符号の説明】
【００６０】
１−４  パネル
１０  熱交換器システム
１２  シェル
１４  電極棒
１６  排気システム
１８  作業台
２０  ロッカ傾斜機構
２２  傾斜シリンダ
２４  皿型炉床
２６  円柱形側壁
２８  流れ口
３０  流れ口扉
３２  円柱形円形天盤
３４  空気
３６  熱ヒュームガス
３８  タップ部
４０  水冷パネル
４１，４３  パネル
４４  ヒューム排気ガスダクト
４５  エルボダクト
４６  通気孔
４８  風箱（排ガス室）
４９  炉内壁
５０  波状巻き配管
５２  リンケージ
５３  U状エルボ
５４  パネル（フランジ）
５６  吸込口
５８  吹出口
６０  ブラケット
６２  サポート部材
６４  ブラケット
６６  スモークリング
８０  冶金炉
８２  リンケージ
８４  吸気マニホルド
８６  排気マニホルド
９０  リサイクル吹出し口
９２  ベース
９３−９５  壁（プレート）
９６  細長いリッジ
１２０  前板
１２２  チャネル
１２４  バッフル
１２５  噴射ノズル
１２６  エッジ
【図１】
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【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【図１ｃ】
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【図１ｄ】
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【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際調査報告】
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