(57)【要約】冷却要素（１，２）と接続された冷却剤流入口及び冷却剤流出口のためのチューブ部材（３，４）に合流する冷却剤を移送する少なくとも１つの内部通路（９）を配設することによって冷却剤が貫流する領域（８）並びに縁部領域を有する竪炉のための冷却要素を、改善された縁部領域内での冷却特性と共に提供するために、冷却剤流入口及び／又は冷却剤流出口において冷却剤を移送するそれぞれの通路が、チューブ部材の合流領域を越えて冷却要素の縁部領域内へと延在し、内部通路（９）の横断面と比べて拡大された横断面を備え、この横断面が、その通路部分（１３）を流動方向に沿って部分的に分割する案内要素（１４）を、冷却要素の縁部領域内へと冷却剤を案内するため、並びにこの流動方向とは反対に戻すために有するべきである。
2004511745.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却要素（１，２）と接続された冷却剤流入口及び冷却剤流出口のためのチューブ部材（３，４）に合流する冷却剤を移送する少なくとも１つの内部通路（９）を配設することによって冷却剤が貫流する領域（８）並びに縁部領域を有する竪炉のための冷却要素において、
冷却剤流入口及び／又は冷却剤流出口において冷却剤を移送するそれぞれの通路が、チューブ部材の合流領域を越えて冷却要素の縁部領域内へと延在し、内部通路（９）の横断面と比べて拡大された横断面を備え、この横断面が、その通路部分（１３）を流動方向に沿って部分的に分割する、冷却剤を冷却要素の縁部領域内へと案内するため並びにこの流動方向とは反対に戻すための案内要素（１４）を有することを特徴とする冷却要素。
【請求項２】
縁部領域が、案内要素（１４）を有するそれぞれの冷却部分（１３）を含めて少なくとも１つの独立した端部部材として形成されており、この端部部材が、内部冷却用通路（９）を案内する基体（８）に固定されていることを特徴とする請求項１に記載の冷却要素。
【請求項３】
独立した端部部材（１２）が、鋳造部分として又は溶接構造体として形成されており、基体と溶接されるように構成されていることを特徴とする請求項２に記載の冷却要素。
【請求項４】
通路部分（１３）の横断面寸法が、基体（８）内の冷却用通路（９）の寸法と比べてほぼ２倍にされていること、また、案内要素が、この案内要素が通路部分（１３）を２つの冷却用通路へと分割し、これらの冷却用通路が等しい寸法を有するように配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の冷却要素。
【請求項５】
独立した端部部材（１２）が、炉の装甲の側に少なくとも１つの穿孔部を備えており、この穿孔部内へと、冷却剤流入口又は冷却剤流出口のためのそれぞれのチューブ部材（３，４）の合流領域が挿入及び溶接されるように構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の冷却要素。
【請求項６】
冷却要素が、互いに溶接されるか、押出し成形されるか、又は圧延される、それぞれ少なくとも１つの冷却用通路（９）が通されている少なくとも２つの成形体から成る基体（８）、並びに、頭部側又は足部側がこれらの成形体と溶接されている成形体の数に応じた数の端部部材（１２）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の冷却要素。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、冷却要素と接続された冷却剤流入口及び冷却剤流出口のためのチューブ部材に合流する冷却剤を移送する少なくとも１つの内部通路を配設することによって冷却剤−特に水−が貫流する領域並びに縁部領域を有する竪炉、例えば高炉のための冷却要素に関する。
【０００２】
この様式の冷却要素は−ステーブ（Ｓｔａｖｅ）の概念の下にも公知であり−高炉の壁を冷却するために使用されるが、通常、炉の外殻もしくは炉の装甲と炉の裏張りとの間に配設され、炉の内部に面した側に耐火性の材料を備えている。
【０００３】
冷却用通路が鋳鉄内に鋳込まれた−通常は鋼材から成る−チューブによって構成される冷却要素が公知である。冷却用要素を貫通する冷却用通路は、一般に、基体の長手方向軸に対して垂直に配設されている。これらのプレートは、鋳鉄以外に銅鋳物から構成されていてもよい。更に、鍛造又は圧延された銅又は低合金の銅合金から成る冷却プレートが知られており、その冷却用通路は、垂直に延在する袋孔であり、これらの袋孔は、機械で深く穿孔することによって、又はフライス加工をすることによっても、設けられる。最後に、冷却要素を、１つ又は複数の押出し成形又は圧延されたその内部に配設された冷却剤用通路を有する成形体部分から製造することも公知である。
【０００４】
この場合、本質的に公知のステーブでは、ステーブが、高炉の壁を経て通じる相応の冷却剤流入口及び冷却剤流出口のためのチューブ部材に合流する冷却用通路を配設することによって冷却剤が貫流する領域、並びに、本質的にチューブ部材の向こう側に延在する縁部領域を備えることが共通である。これらの縁部領域は、当然、冷却用通路が通っているステーブの領域のようには集中的に冷却されない。縁部領域の集中的な冷却が僅かにしか行なわれないことに対する理由は、冷却剤が貫流する領域とステーブの角部もしくは縁部、即ち端部側の領域との間の間隔が比較的大きいからである。そこに溜まる熱は、熱伝導によって、冷却剤が貫流する横断面に運ばれなければならない。これは、角部及び縁部を、ステーブの残りの領域よりも高い温度に導き、従って、熱応力、過熱及び急激な摩耗を招く。特に鋳鉄から成るステーブは、材料損失を特に角部並びに縁部において受け、これにより、結局、高炉の装甲はこれらの箇所ではもはや十分には保護されておらず、当該ステーブの交換が必要となる。銅のステーブでは、基本的に同じ問題が生じるが、しかしながらこれは、材料の熱伝導率がはるかに高いために、やっと後になってから生じるが、それほど著しくはない。
【０００５】
幾何学形状及び製造技術上の理由から、冷却の改善を生じさせるために、冷却用チューブを任意に広範にステーブの縁部領域内へと導くことはできない。高炉の装甲の外側には、いわゆる補償機器が取り付けられており、これらの補償機器は、高炉の装甲から冷却用チューブを気密に導き出すことを配慮する。これは、その幾何学形状の寸法に基づいて、冷却用チューブの一定の垂直方向及び水平方向の平均間隔の互いの維持を必要とする。この間隔も必要であり、従って、高炉の装甲は、非常に近接して相並んで位置する孔の列によって非常に激しくは低下させられない。鋳込まれたチューブを有するステーブでは、チューブの曲げ角度が、外径及び壁の肉厚に応じて制限されているので、縁部領域を貫通するために必要となるような曲げ形状は、達成可能ではない。
【０００６】
冷却要素の角部及び縁部の不十分な冷却の問題は、欧州特許第９４　１１５　８２１号明細書からの冷却プレートによれば、その縁部領域が、穿孔部を備えられ、これらの穿孔部が、本来の冷却用通路と比較して狭い横断面を備えることによって解決される。あわせて、縁部領域のための垂直方向及び水平方向の穿孔部によって、固有の冷却剤流入口及び冷却剤流出口を有する固有の冷却システムが提案され、この冷却システムは、これと共に必要な高炉の壁を経て延在するチューブソケットを有する。
【０００７】
本発明の基本にある課題は、端部側の領域、即ち縁部領域内に改善された冷却装置を有するこの種を構成する様式の冷却要素を提供することである。
【０００８】
この課題を解決するために、請求項１の特徴を有する冷却要素が提案される。有利な発展構成は従属請求項に開示されている。
【０００９】
従来技術とは違い、提案した冷却装置は、−更にまた高炉の壁を減少させる−固有のチューブソケットを有する独立した冷却システムではなく、基体に通された冷却用通路を縁部の領域内へと延長することによって冷却剤の案内装置を変更することを問題としており、この領域には、角部領域を含むこともできる。縁部領域内で延在する通路の横断面は、比較的大きく、冷却剤が流出する場合に、冷却剤が、−基体から流れて−縁部領域内へと流れて転向され、本質的に以前の流動方向とは反対にチューブ部材の合流部へと還流するように、（冷却剤の）案内要素を備えている。冷却剤が流入する場合には、冷却剤は、先ず縁部領域内へと、そしてそこから、冷却用通路の方向は、基体内へと転向される。この場合、冷却部分の横断面を２倍にすること、即ち、本来の流入及び還流のための冷却用通路の横断面はそのまま維持され、これにより冷却システムの内部での均質な流動速度が得られることは有利である。
【００１０】
この方法で、ステーブの縁部もしくは角部領域内の冷却作用は、補償機器によって設定される炉の装甲内での冷却用チューブの貫通部もしくはチューブソケットの間隔を変更することなく改善される。従って、合わせて、冷却剤がステーブの縁部領域内へと至るまでに達し、その際、未だ残留する冷却水が貫流する領域と貫流しない領域との間の間隔は相応に短縮され、しかも、十分な冷却をするための冷却要素の標準部分内でも十分である程度に短縮される。
【００１１】
特に優れた実施形として、冷却要素の縁部領域を、案内要素を有する冷却用通路部分を備えている独立した端部部材として形成することが提案される。独立した端部部材は、内部冷却用通路を案内する基体に固定される。端部部材は、一部材から、例えば鋳物又は鍛造部分として製造することができるか、又は多部材から溶接構造体として製造することができる。端部部材は、特に、この端部部材が、既に、それぞれ竪炉の壁を経て延在する冷却剤流入口又は冷却剤流出口のためのチューブ部材の合流領域を収容するための相応の穿孔部を備えるように形成されている。
【００１２】
複数の垂直方向の冷却用通路を有する基体を有するステーブでは、その冷却部分の数が垂直方向の内部冷却用通路の数に適合させられている端部部材を配設することが望ましい。複数の成形体から成るステーブでは、相応の数の端部部材も考えられる。
【００１３】
以下で、本発明による冷却要素の優れた実施形を説明する。
【００１４】
図１は、部分的に２つのステーブ１，２を示す。この場合、下のステーブ１からは、接続する冷却剤流出口のためのチューブ部材３を有する頭部領域が、また、上のステーブ２からは、接続する冷却剤流入口のためのチューブ部材４を有する下の端部領域が図示されている。チューブ部材３，４自身は、炉の壁５内に設けられた開口部６，７を経て延在する。
【００１５】
ステーブ１，２は、垂直方向の冷却用通路９を有するそれぞれ１つの基体８を有する。これらのステーブは、銅又は低合金の銅合金から成る。炉の内部に向かって、ステーブ１，２は、耐火材料を収容するためのウェブ及び溝１０，１１を備えている。ステーブ１の基体８には、頭部側で、本発明により提案される端部部材１２が溶接されている。この端部部材は、それぞれの垂直方向の冷却用通路９もしくは横断面図であるために見ることができない別の基体の冷却用通路に対する延長部内に、垂直方向の冷却用通路９の横断面と比べて拡大された横断面を備え、かつ案内要素１４によって部分的に分割される通路部分１３を備える。案内要素１４は、図示されたこの実施形では、見ることができる基体の通路の炉の装甲の方向を示す通路側１５の直接の延長部内で延在する。
【００１６】
鋳物部分として形成する場合は、チューブ部材３の高さのところに、独立した端部部材内へと、高炉の壁を貫通するチューブ部材と接続するための相応の穿孔部が設けられている。溶接構造体として、端部部材は多部分から形成されていてもよく、その際、これらの部分は、更に溶接シームによって結合される。
【００１７】
以下では、その頭部部分１２内の下のステーブ１内での水の案内行動が説明され、この水の案内行動は、矢印によって明示されている。提案された端部部材１３によって、冷却水は、冷却水が先ず間接的な冷却要素の縁部に至るまで流れるように案内される。次いで、冷却水は、１８０°の転向をした後、短い区間を以前の流動方向とは反対に流れ、チューブ部材３及び図示されてないエルボ（ここでは破線で図示されている）を介して、それぞれその上に位置するステーブ２のチューブ部材４へと案内するために、更にもう一度９０°だけチューブ部材３に向かって転向される。最も上のステーブから、冷却水は更に高炉の冷却循環回路内へと供給される。
【００１８】
チューブ部材３，４自身は、補償機器１６，１７でもって取り囲まれており、これらの補償機器は、チューブ部材における気密性のために必要である。補償機器１６，１７によって条件付けられるチューブ部材３，４の間隔を無視すれば、冷却要素の縁部領域の最適な冷却が得られることが明らかとなる。
【００１９】
特に、端部部材は、既に組み立てる前にチューブ部材を備えられる。
【００２０】
本発明による端部部材を有するステーブの頭部部材も底部部材も、変更された水の案内装置で置き換えることは、無条件に必要であるということではない。既に−ここで示した−縁部領域における水の案内装置の一方的な変更は、上下に配設された２つのステーブの縁部領域における高い冷却効率をもたらす。有利なことに、ステーブは、一方でのみ独立した端部部材を備えられ、この端部部材は、確かに２つの端部部材、即ち頭部領域及び足部領域における端部部材と比べて長く形成されているが、製造に関しては経済的な利点を備える。
【００２１】
それぞれのステーブが頭部側でのみ端部部材を備えていることから得られる高炉の壁におけるステーブの配設は、図２から読取り可能である。ここに図示されたステーブ１，２は、押し出し成形又は圧延された成形体から成り、これらの成形体は、その側面に沿って、そのウェブに溶接されている（破線を参照のこと）。それぞれ１つの成形体は、頭部側が、本発明により提案された水の案内装置を有する端部部材１２と溶接されており、これは、溶接シーム１９の一点鎖線によって明らかとなる。水流入口及び水流出口のためのそれぞれのチューブ部材は、上下に配設された両方のステーブ１，２の間の継ぎ目箇所１８と区別されるように広く離間されている。従って、継ぎ目箇所は、中心に配設されているのではない（図４を参照のこと）。
【００２２】
図２に特徴付けられた線分Ａ及びＡ’によって、どのようにして、相応の水を案内するための要素１４を有する水が貫流する端部部材１２を設けることによって、冷却水が貫流する領域とステーブの外縁部との間の間隔が短縮され、従って、角部及び縁部内の冷却作用の改善が得られるかが図示されている。
【００２３】
頭部側に取り付けられた端部部材が、これが冷却要素を懸架するための固定点として使用されるという利点を有することを言及しておく。冷却要素の下の部分における端部部材の配設は、これとは逆に、その絶縁作用によって良好な冷却を妨害してしまう空気又は緩衝空間を構成する危険が反作用を受けるという利点を有する。
【００２４】
比較のため、図３には、従来公知のステーブ内での水の案内装置が図示されている。図１におけるものと一致するこれらの冷却要素の部分は、同じ符号を備える。ここに図示されたステーブ２０，２１は、鋳込まれたチューブ２２，２３を冷却用通路として備えており、これらのチューブは、相応の保護チューブ２４，２５によって、相応の開口部６，７を経て、炉壁５を経て案内される。２つのステーブの間の冷却水の流れは、更にまた破線でもって図示されている。本発明により提案された冷却要素と比べてはるかに大きな縁部領域２６，２７が冷却されずに、従って、これらの領域は、よりひどい摩耗に晒されていることが明らかとなる。図４は、図２と対比して、垂直方向に延在する従来技術による冷却用通路２２，２３を有する上下に配設された冷却要素２０，２１の図を示す。これまでは普通のこれらのステーブの配設では、高炉の壁に沿って垂直方向に上下に配設された２つのステーブの間の継ぎ目箇所が基本的に同じ冷却用通路の間隔で、従って、それぞれの縁部領域に対して中心に配設される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
部分的に図示された上下に配設された本発明により提案された端部頭部部材を有する２つの冷却要素の側面図を示す。
【図２】
図１による冷却要素を炉の装甲の側から見た図を示す。
【図３】
部分的に図示された上下に配設された従来技術による２つの冷却要素の側面図を示す。
【図４】
図３による冷却要素を炉の装甲の側から見た図を示す。
【符号の説明】
１，２　　　　ステーブ
３，４　　　　チューブ部材
５　　　　　　炉の壁
６，７　　　　開口部
８　　　　　　基体
９　　　　　　冷却用通路
１０，１１　　ウェブ及び溝
１２　　　　　端部部材
１３　　　　　通路部分
１４　　　　　案内要素
１５　　　　　通路側
１６，１７　　補償機器
１８　　　　　継ぎ目箇所
１９　　　　　溶接シーム
２０，２１　　ステーブ
２２，２３　　チューブ
２４，２５　　保護チューブ
２６，２７　　縁部領域
Ａ，Ａ’　　　線分
【国際公開パンフレット】
2004511745.tif 000003
2004511745.tif 000004
2004511745.tif 000005
2004511745.tif 000006
2004511745.tif 000007
2004511745.tif 000008
2004511745.tif 000009
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2004511745.tif 000011
2004511745.tif 000012
2004511745.tif 000013
2004511745.tif 000014
2004511745.tif 000015
2004511745.tif 000016
【手続補正書】
【提出日】平成14年10月24日(2002.10.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
冷却剤を移送する少なくとも１つの内部通路（９）を配設することによって冷却剤が貫流する領域（８）並びに縁部領域を有し、この縁部領域が、縁部領域内の通路部分（１３）を流動方向に沿って部分的に分割する、冷却剤を冷却要素の縁部領域内へと案内するため並びにこの流動方向とは反対に戻すための案内要素（１４）を有する竪炉のための冷却要素において、
冷却剤を移送する通路（９）が、冷却要素（１，２）と接続された冷却剤流入口及び冷却剤流出口のためのチューブ部材（３，４）に合流すること、冷却剤流入口及び／又は冷却剤流出口において冷却剤を移送するそれぞれの通路が、チューブ部材の合流領域を越えて、それぞれの合流部からそれぞれ次の冷却要素の縁部領域内へと延在すること、そして、冷却剤を移送する縁部領域内の通路（９）が、内部通路（９）の横断面と比べて拡大された横断面を備えることを特徴とする冷却要素。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
従来技術とは違い、提案した冷却装置は、−更にまた高炉の壁を減少させる−固有のチューブソケットを有する独立した冷却システムではなく、基体に通された冷却用通路を縁部の領域内へと延長することによって冷却剤の案内装置を変更することを問題としており、この領域には、角部領域を含むこともできる。縁部領域内で延在する通路の横断面は、比較的大きく、冷却剤が流出する場合に、冷却剤が、−基体から流れて−縁部領域内へと流れて転向され、本質的に以前の流動方向とは反対にチューブ部材の合流部へと還流するように、（冷却剤の）案内要素を備えている。冷却剤が流入する場合には、冷却剤は、先ず縁部領域内へと、そしてそこから、冷却用通路の方向は、基体内へと転向される。この場合、冷却部分の横断面を２倍にすること、即ち、本来の流入及び還流のための冷却用通路の横断面はそのまま維持され、これにより冷却システムの内部での均質な流動速度が得られることは有利である。
独国特許出願公開第３３　１３　９９８号明細書から、冶金用の炉のための冷却プレート並びにこれを製造するための方法が公知である。この冷却プレートは鋳物材料から成り、その際、冷却剤用通路は、スチールチューブによって構成される。被覆されてないスチールチューブを有する冷却要素に完璧な熱伝導を提供するために、鋳物体の幅の狭い側の面から鋳物体の内部へと延在する穿孔部が設けられているべきであり、その際、この穿孔部内には、穿孔部の壁と加圧結合しているスチールチューブが組み込まれている。曲げられた屈曲領域を有するチューブを垂直方向の穿孔部内へと挿入することは困難であり、プレートの頭部領域及び端部領域における相対的に大きな開口部は耐火材料でもって閉鎖しなければならないので、冷却剤の流入口及び流出口を冷却プレートの一方の側に集約することが提案される。スチールチューブは、二重外殻チューブとして構成され、この二重外殻チューブは、その下端部において底部によって閉鎖されている。冷却剤は、外側の環状領域を経て冷却要素内へと流れ、またインナチューブを経て戻る。




【国際調査報告】
2004511745.tif 000017
2004511745.tif 000018
2004511745.tif 000019
2004511745.tif 000020
2004511745.tif 000021
2004511745.tif 000022