特表 2023-548367 電気アーク、冶金又は精錬炉用多半管熱交換システム及びそのシステム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-16

(54)【発明の名称】電気アーク、冶金又は精錬炉用多半管熱交換システム及びそのシステム

(51)【国際特許分類】

   F27D 17/00 20060101AFI20231109BHJP

   F28F 21/08 20060101ALI20231109BHJP

   F28F 3/00 20060101ALI20231109BHJP

   F27D 9/00 20060101ALI20231109BHJP

   F27B 1/22 20060101ALI20231109BHJP

   F27B 1/24 20060101ALI20231109BHJP

【ＦＩ】

F27D17/00 104D

F28F21/08 F

F28F21/08 A

F28F21/08 Z

F28F3/00 311

F27D17/00 104K

F27D9/00

F27B1/22

F27B1/24

【審査請求】未請求

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023526628

(86)(22)【出願日】2021-11-01

(85)【翻訳文提出日】2023-05-15

(86)【国際出願番号】 US2021057523

(87)【国際公開番号】W WO2022094378

(87)【国際公開日】2022-05-05

(31)【優先権主張番号】63/108,474

(32)【優先日】2020-11-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】US

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】506352256

【氏名又は名称】アメリファブ，インコーポレイテッド

(74)【代理人】

【識別番号】110001519

【氏名又は名称】弁理士法人太陽国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】マニャーセック、リチャード、ジェイ．

【テーマコード（参考）】

4K045

4K056

4K063

【Ｆターム（参考）】

4K045AA04

4K045AA05

4K045BA02

4K045DA09

4K045LA01

4K045MA03

4K056AA02

4K056AA05

4K056BB08

4K056CA02

4K056DA02

4K056DA22

4K056DB05

4K056FA06

4K063AA03

4K063AA04

4K063AA12

4K063BA02

4K063CA05

4K063EA02

(57)【要約】

製鋼炉から放出される排出ガスを冷却するための冷却アセンブリは、炉に結合されるように構成された板体を含む。板体は、第１面と、反対側の第２面を有する。このアセンブリは、既定の長さと、外面と内面との間に規定された厚みを有する断面形状とを含む。本体は、第１取付端と第２取付端とを含み、前記第１取付端は第１面に０°よりも大きな角度で取り付けられる。第２取付端も第１面に０°よりも大きな角度で取り付けられ、第２取付端は第１取付端から離間している。冷却流体が内部を通過して流れるため、前記内面と前記第１面との間に管路が規定される。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

製鋼炉から排出される排ガスを冷却する冷却アセンブリであって、
第１面及び第２面を有し、前記第１面が前記第２面の反対側であり、前記炉に結合されるように構成された板体と、
規定の長さと、外面と内面との間に規定された厚みを有する断面形状とを備え、第１取付端と第２取付端とを含む本体と、を備え、
前記第１取付端は、前記第１面に０°よりも大きな第１の角度で取り付けられ、
前記第２取付端は前記第１面に０°よりも大きな第２の角度で取り付けられ、前記第２取付端は前記第１取付端から離間しており、
冷却流体が内部を通過して流れるため、前記内面と前記第１面との間に管路が規定される、冷却アセンブリ。

【請求項2】

前記第１の角度が前記第２の角度と略同一である、請求項１記載の冷却アセンブリ。

【請求項3】

前記第１の角度が前記第２の角度と異なっている、請求項１記載の冷却アセンブリ。

【請求項4】

前記第１の角度及び前記第２の角度がそれぞれ１５°－４５°の間である、請求項１記載の冷却アセンブリ。

【請求項5】

規定の長さと、外面と内面との間に規定された厚みを有する断面形状とを含み、第１取付端と第２取付端とを含む第２本体と、を備えており、
前記第２本体の前記第１取付端は、前記本体の前記第２取付端の近接箇所にて前記第１面に角度を付けて取り付けられ、
前記本体と前記第２本体とは、それぞれの長手方向が互いに並列になるように前記第１面に取り付けられる、請求項１記載の冷却アセンブリ。

【請求項6】

前記本体と前記第２本体とは、前記第２本体の前記第１取付端、前記本体の前記第２取付端の前記角度を付きの端部と前記第１面との間に単一の溶接点が設けられるように前記第１面に溶接される、請求項５記載の冷却アセンブリ。

【請求項7】

前記本体が鋼、鉄、ニッケル、又はアルミ青銅合金から形成されている、請求項１記載の冷却アセンブリ。

【請求項8】

製鋼炉から排出される排ガスを冷却する冷却アセンブリであって、
本体が、前記炉の取付面に結合されるように構成されており、既定の長さと、外面と内面との間に規定された厚みを有する断面形状とを備え、第１取付端と第２取付端とを含み、
前記本体は、第１部分、第２部分、及び前記第１部分と前記第２部分との間に一体に形成された中間部分とを備え、
前記第１取付端は、前記第１部分に一体に形成され、当該第１取付端は、前記取付面に角度を付けて結合される第１端面を備えており、
第２取付端は、前記第２部分に一体に形成され、当該第２取付端は、前記第１取付端から離間した位置にて前記取付面に角度を付けて結合される第２端面を備えており、
前記第１部分の前記内面と、前記取付面との間に第１流体管路が規定され、
前記第２部分の前記内面と、前記取付面との間に第２流体管路が規定される、冷却アセンブリ。

【請求項9】

前記中間部分が前記第１部分と前記第２部分との間に規定された幅を備え、当該中間部分は前記規定された幅に亘って前記取付面に接触して配置される実質的に平坦な面を備えている、請求項８記載の冷却アセンブリ。

【請求項10】

前記第１部分は、第１接触点にて前記取付面に接触し、
前記第２部分は、第２接触点にて前記取付面に接触し、
前記第１接触点と前記第２接触点とは、それぞれ、前記本体の長さに沿ってどの箇所においても単一接触点である、請求項８記載の冷却アセンブリ。

【請求項11】

前記第１部分は、第１接触点にて前記取付面に接触し、
前記第２部分は、第２接触点にて前記取付面に接触し、
前記中間部分は、前記取付面と幅方向に沿って接触しており、前記中間部分と前記取付面との間の接触は、 前記第１部分及び前記第２部分と前記取付面との複合的接触よりも大きい、請求項８記載の冷却アセンブリ。

【請求項12】

前記本体が鋼、鉄、ニッケル、又はアルミ青銅合金から形成されている、請求項８記載の冷却アセンブリ。

【請求項13】

前記取付面は、規定の長さ、幅、及び厚みを有する板体から形成され、当該板体は、自身に形成された開口を含み、
前記本体は、前記中間部分が前記板体における前記開口と整合するように前記取付面に結合される、請求項８記載の冷却アセンブリ。

【請求項14】

前記中間部分を、前記開口の箇所にて前記板体に結合するための結合機構をさらに備える、請求項１３記載の冷却アセンブリ。

【請求項15】

前記結合機構が溶接を含む、請求項１４記載の冷却アセンブリ。

【請求項16】

前記第１取付端と前記取付面との間に設けられた第１溶接と、
前記第２取付端と前記取付面との間に設けられた第２溶接と、
をさらに備える、請求項１５記載の冷却アセンブリ。

【請求項17】

規定の長さと、外面と内面との間に規定された厚みを有する断面形状とを含み、第１取付端と第２取付端とを含む第２本体と、を備えており、
前記第２本体の前記内面と前記取付面との間に第３管路が規定され、当該第３管路は、前記第１管路及び前記第２管路に対して実質的に平行に整列される、請求項８記載の冷却アセンブリ。

【請求項18】

前記本体の前記第２取付端は、前記第２本体の前記第１取付端の近傍にて前記取付面に結合される、請求項１７記載の冷却アセンブリ。

【請求項19】

単一の溶接が、前記本体の前記第２取付端及び前記第２本体の前記第１取付端を、前記取付面に結合する、請求項１８記載の冷却アセンブリ。

【請求項20】

内部を加熱し、高温の排出ガスを発生させるための手段を有する炉と、
導入口と導出口とを有し、前記導入口と前記導出口との間に冷却流体が流れる流体通路を形成する、蜿蜒と曲がりくねった配管のパネルと、
前記パネルの前記導入口と流体連通している注入マニホールドと、
前記パネルの前記導出口と流体連通している出力マニホールドと、を備え、
前記配管は、前記炉の取付面に結合されるように構成された本体を備え、当該本体は、既定の長さと、外面と内面との間に規定された厚みを有する断面形状とを備え、第１取付端と第２取付端とを含み、
前記本体は、第１部分、第２部分、及び前記第１部分と前記第２部分との間に一体に形成された中間部分とを備え、
前記第１取付端は、前記第１部分に一体に形成され、当該第１取付端は、前記取付面に角度を付けて結合される第１端面を備えており、
第２取付端は、前記第２部分に一体に形成され、当該第２取付端は、前記第１取付端から離間した位置にて前記取付面に角度を付けて結合される第２端面を備えており、
前記第１部分の前記内面と、前記取付面との間に第１流体管路が規定され、当該第１流体管路が前記流体通路の一部を形成し、
前記第２部分の前記内面と、前記取付面との間に第２流体管路が規定され、当該第２流体管路が前記流体通路の他の一部を形成する、熱交換システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

［関連出願］
この出願は、２０２０年１１月２日に出願された米国仮特許出願第６３／１０８，４７４の利益を主張するものであり、その開示は、その全体を本明細書の一部を構成するものとして援用する。

【0002】

本開示は、概して、金属製錬及び精錬炉を含む、電気アーク炉、冶金用炉の運転期間を延長するための方法及び装置に関する。特に、本開示は、そのような設備を保護するために使用される熱交換システムに関する。

【背景技術】

【0003】

種々の鋼産業プロセスで使用される設備を保護するために、冷却構成体を使用することが知られている。そのような設備は、極端な熱流状態で運転する必要があるかもしれない。従来の冷却構成体は、典型的には、水が内部を通じて流れる複数の筒管又は管を備え、それらが一緒に結合されて冷却構成体を形成している。このような従来の筒管は、例えば、毎秒約６－７フィートの筒管通過最高水速度を有する内径（「ＩＤ」）２．５インチの円筒形筒管であってもよい。これらの筒管が運転され得る高熱流状態は、従来の２．５インチＩＤ筒管が送達し得るよりも高い熱伝達率及びより高い水流速を有することを望ましいものにし得る。また、筒管及び結果として生じる構成要素の製作を、任意の適切な材料から、及び使用される材料に適した任意の製法を使用して、選択できるようにすることが望ましい。

【発明の概要】

【課題を解決するための手段】

【0004】

本開示の一実施形態において、製鋼炉から放出される排出ガスを冷却するための冷却アセンブリは、炉に結合されるように構成され、第１面と、反対側の第２面を有する板体と、既定の長さと、外面と内面との間に規定された厚みを有する断面形状とを備え、第１取付端と第２取付端とを備える本体と、を含み、前記第１取付端は、前記第１面に０°よりも大きな第１の角度で取り付けられ、前記第２取付端は前記第１面に０°よりも大きな第２の角度で取り付けられ、前記第２取付端は前記第１取付端から離間しており、冷却流体が内部を通過して流れるため、前記内面と前記第１面との間に管路が規定される。

【0005】

本実施形態においては、前記第１の角度は前記第２の角度と略同一であってもよい。代替的には、前記第１の角度は前記第２の角度と異なっていてもよい。さらに、前記第１の角度及び前記第２の角度はそれぞれ１５°－４５°の間であってもよい。さらに、前記アセンブリは、規定の長さと、外面と内面との間に規定された厚みを有する断面形状とを備え、第１取付端と第２取付端とを含む第２本体と、を含み、前記第２本体の前記第１取付端は、前記本体の前記第２取付端の近接箇所にて前記第１面に角度を付けて取り付けられ、前記本体と前記第２本体とは、それぞれの長手方向が互いに並列になるように前記第１面に取り付けられてもよい。

【0006】

本実施形態において、前記本体と前記第２本体とは、前記第２本体の前記第１取付端、前記本体の前記第２取付端の前記角度を付きの端部と前記第１面との間に単一の溶接点が設けられるように前記第１面に溶接されてもよい。さらに、前記本体は、鋼、鉄、ニッケル、又はアルミ青銅合金から形成されてもよい。

【0007】

本開示の他の実施形態において、製鋼炉から放出される排出ガスを冷却するための冷却アセンブリは、前記炉の取付面に結合されるように構成され、既定の長さと、外面と内面との間に規定された厚みを有する断面形状とを備え、第１取付端と第２取付端とを備える本体を含み、前記本体は、第１部分、第２部分、及び前記第１部分と前記第２部分との間に一体に形成された中間部分とを備え、前記第１取付端は、前記第１部分に一体に形成され、当該第１取付端は、前記取付面に角度を付けて結合される第１端面を備えており、第２取付端は、前記第２部分に一体に形成され、当該第２取付端は、前記第１取付端から離間した位置にて前記取付面に角度を付けて結合される第２端面を備えており、前記第１部分の前記内面と、前記取付面との間に第１流体管路が規定され、前記第２部分の前記内面と、前記取付面との間に第２流体管路が規定される。

【0008】

本実施形態において、前記中間部分が前記第１部分と前記第２部分との間に規定された幅を含み、当該中間部分は前記規定された幅に亘って前記取付面に接触して配置される実質的に平坦な面を備えていてもよい。さらに、前記第１部分は、第１接触点にて前記取付面に接触してもよく、前記第２部分は、第２接触点にて前記取付面に接触してもよく、前記第１接触点と前記第２接触点とは、それぞれ、前記本体の長さに沿ってどの箇所においても単一接触点である。さらに、前記第１部分は、第１接触点にて前記取付面に接触してもよく、前記第２部分は、第２接触点にて前記取付面に接触してもよく、前記中間部分は、前記取付面と幅方向に沿って接触してもよく、前記中間部分と前記取付面との間の接触は、前記第１部分及び前記第２部分と前記取付面との複合的接触よりも大きい。

【0009】

本実施形態において、前記本体は、鋼、鉄、ニッケル、又はアルミ青銅合金から形成されてもよい。

【0010】

また、本実施形態において、前記取付面は、規定の長さ、幅、及び厚みを有する板体から形成され、当該板体は、自身に形成された開口を含み、前記本体は、前記中間部分が前記板体における前記開口と整合するように前記取付面に結合されてもよい。

【0011】

さらに、前記中間部分を前記開口の箇所にて前記板体に結合するための結合機構をさらに備えてもよい。一態様において、前記結合機構は溶接を含んでいる。

【0012】

本実施形態において、前記第１取付端と前記取付面との間に第１溶接が設けられてもよく、前記第２取付端と前記取付面との間に第２溶接が設けられてもよい。

【0013】

さらに、本実施形態において、前記冷却アセンブリは、規定の長さと、外面と内面との間に規定された厚みを有する断面形状とを備え、第１取付端と第２取付端とを含む第２本体と、を含んでもよく、前記第２本体の前記内面と前記取付面との間に第３管路が規定され、当該第３管路は、前記第１管路及び前記第２管路に対して実質的に平行に整列されている。

【0014】

さらに、本実施形態においては、前記本体の前記第２取付端は、前記第２本体の前記第１取付端の近傍にて前記取付面に結合されてもよい。さらに、単一の溶接が、前記本体の前記第２取付端及び前記第２本体の前記第１取付端を、前記取付面に結合してもよい。

【0015】

本開示のさらなる実施形態において、熱交換システムは、内部を加熱し、高温の排出ガスを発生させるための手段を有する炉と、導入口と導出口とを有し、前記導入口と前記導出口との間に冷却流体が流れる流体通路を形成する、蜿蜒と曲がりくねった配管のパネルと、前記パネルの前記導入口と流体連通している注入マニホールドと、前記パネルの前記導出口と流体連通している出力マニホールドと、を含み、前記配管は、前記炉の取付面に結合されるように構成された本体を備え、当該本体は、既定の長さと、外面と内面との間に規定された厚みを有する断面形状とを備え、第１取付端と第２取付端とを含み、前記本体は、第１部分、第２部分、及び前記第１部分と前記第２部分との間に一体に形成された中間部分とを備え、前記第１取付端は、前記第１部分に一体に形成され、当該第１取付端は、前記取付面に角度を付けて結合される第１端面を備えており、第２取付端は、前記第２部分に一体に形成され、当該第２取付端は、前記第１取付端から離間した位置にて前記取付面に角度を付けて結合される第２端面を備えており、前記第１部分の前記内面と、前記取付面との間に第１流体管路が規定され、当該第１流体管路が前記流体通路の一部を形成し、前記第２部分の前記内面と、前記取付面との間に第２流体管路が規定され、当該第２流体管路が前記流体通路の他の一部を形成する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、冶金用炉における溶解工程の流れ図を例示している。

【図2】図２は、単一半管冷却構成体を例示している。

【図3】図３は、二重半管冷却構成体を例示している。

【図4】図４は、単一及び二重半管冷却アセンブリを組み合わせた斜視図を例示している。

【図5】図５は、図４のアセンブリの正面図を例示している。

【図6】図６は、図４のアセンブリの底部正面斜視図を例示している。

【発明を実施するための形態】

【0017】

電気アーク炉（ＥＡＦ）では、炉床又は精錬領域より上の部分は、炉の高温に対して保護されなければならない。ＥＡＦ容器の壁、覆い又は天井及びダクトワークは、鋼の装入によって引き起こされる巨大な熱的、化学的、及び機械的なストレスによる危険性が特に高い。このようなストレスは炉の運転期間を大きく制限する。ＥＡＦは一般に、耐火物ライニングと水冷式パネルによって炉容器内部の高温に対して保護される溶接鋼構造として設計、製作される。水冷天井パネル及び水冷側壁パネルは、炉の溶融／製錬領域の上方の炉容器の一部に位置する。

【0018】

さらに、炉排ガスダクトは、その周囲に複数の管路から構成され、炉の運転中に生成される高温及び苛性ガスからダクトワークを保護する。既設の水冷パネルとダクトは、様々な等級と種類の板体と管で作られている。水冷パネルを使用することで、耐火物コストが削減され、鋼製造者は、各炉をより多くの加熱回数で運転することができ、また、炉をより大きな電力及び化学エネルギー投入量で運転することができる。そのようなパネルは、複数の管を蛇行状に組み込み、炉床の上の電気アーク炉の内壁に掛け、それによって内部と炉壁との間に冷却面を形成するように設計されている。

【0019】

通常の炉運転中の熱とアーク放電による劣化からパネルを保護するために、水冷式パネルの高温側にスラグ層を維持することが大切である。スラグカップ、スラグバー、スラグピン及び管路の高温側面にスプラインを有する特別に設計された突出管路を使用して、パネルの高温側面にスプラットされたスラグを保持することができる。スラグは管上で凝固し、溶融鉄材料と冷却管の間の断熱障壁を形成し、その結果、炉の壁を形成する。

【0020】

図１を参照すると、炉の一実施形態が、電気炉型炉１８０として例示されている。ＥＡＦは一例として開示されているが、本開示の原理及び教示は基本的な酸素炉（ＢＯＦ）等に容易に適用することができることが理解される。図１において、ＥＡＦ１８０は、炉殻１１２、複数の電極１１４、排気システム１１６、運転台１１８、ロッカー傾斜機構１２０、傾斜シリンダ１２２、及び排ガスチャンバを含むことができる。炉殻１１２は、ロッカー傾斜機構１２０又は他の傾斜機構上に移動可能に配置され得る。さらに、ロッカー傾斜１２０は、傾斜シリンダ１２２によって動力を供給されてもよい。ロッカー傾斜１２０はさらに、運転台１１８上に固定されてもよい。

【0021】

炉殻１１２は、皿状の炉床１２４、略円筒形の側壁１２６、スパウト１２８、スパウトドア１３０、及び略円筒形の円形天井１３２を含むことができる。スパウト１２８及びスパウトドア１３０は、円筒形の側壁１２６の片側に配置されている。開いた位置では、スパウト１２８は、導入空気１３４が炉床１２４に入ることを可能とし、精錬で生成されたガス１３６を部分的に燃焼させることができる。炉床１２４は、適当な高融点材料で形成される。炉床１２４の一端には注ぎ箱があり、その下端に出銑手段１３８が設けられている。溶融操作の間、出銑手段１３８は、耐火プラグ、又は摺動可能なゲートによって閉じられる。その後、炉殻１１２が傾けられ、出銑手段１３８が開栓され、又は開けられ、溶融金属が、所望により、注湯取鍋、タンディッシュ又は他の装置に注がれる。

【0022】

炉殻１１２の内壁１２６に、蜿蜒と曲がりくねった配管１５０の水冷式パネル１４０を取り付けることができる。パネルは、実際には、炉１８０の内部壁として機能する。冷却水を供給及び戻り用のマニホールドは、パネル１４０と流体連通している。典型的には、マニホールドは、図示した排気ダクト１４４に類似した形態で周辺に配置される。

【0023】

熱交換システム１１０は、より効率的な動作をもたらし、ＥＡＦ炉１１０の動作寿命を延長する。例示的な一実施形態において、パネル１４０は、蜿蜒と曲がりくねった配管が、ほぼ水平な配向を有するように組み立てられてもよい。配管１５０は、結合部材と結合させるか、又は壁に取り付けられる基部を有することができる。あるいは、パネル１４０は、蜿蜒と曲がりくねった配管１５０が全体的に鉛直の向きを有するように取り付けることができる。パネル１４０の上端は、炉１８０の側壁１２６部の上縁部で円形の縁部を画定することができる。

【0024】

熱交換システム１１０は、炉１８０の天井１３２に嵌め合わせることができるが、水冷式パネル１４０は、天井１３２のドーム形の外形に実質的に従う曲率を有する。熱交換システム１１０は、炉１８０の側壁１２６の内側、天井１３２、及び排気システム１１６の入口上、並びに排気システム１１６全体に配備されていてもよい。そのように、熱交換システム１１０は、ダストを収集し気体を大気に放出する集塵装置又は他のフィルタ及び空気処理施設に高温の排ガスがダクトで送られるときに、炉を保護し、高温の排ガス１３６を冷却することができる。

【0025】

運転中、高温の排ガス１３６は、ダストとヒュームが炉床１２４から炉殻１１２の通気孔１４６を通って取り除かれる。通気孔１４６は排気システムと連通していてもよい。

【0026】

パネル１４０は、複数の軸方向に配置された管１５０を有することができる。Ｕ字形のエルボは、隣接し合う配管又は管１５０の長手部分部材を互いに接続して、連続した配管系を形成することができる。スペーサとして付加的に機能する結合部材等は、隣接し合う管１５０の間にあってもよく、パネル１４０の構造的一体性を提供し、パネル１４０の曲率を決定する。

【0027】

熱交換システム又は熱交換器１１０は、蜿蜒と曲がりくねった配管１５０の少なくとも１つのパネルを含むことができるが、該配管は、導入口（図示せず）及び導出口（図示せず）、少なくとも１つのパネルの導入口と流体連通する注入マニホールド、少なくとも１つのパネルの導出口と流体連通する導出マニホールド、及び配管１５０を通って流れる冷却流体を有している。熱交換システム１１０は、高温のヒュームガス１３６と、冶金用炉１８０及びそれを支持する構成要素から排気されているダストとを冷却する。配管は、横並びに取り付けられる接続された筒管の長手部分部材の集合体であるが、接続された筒管は、それらによって少なくとも１つのパネル１５０を形成する結合機構を用いて、互いに固定される。

【0028】

配管１５０を製造するための１つの例示的且つ望ましい構成は、アルミ青銅合金であると判断されている。アルミニウム青銅合金は、予想される熱伝導率よりも高いこと、高温ガス流によるエッチングに対する耐性（弾性係数）及び酸化に対する良好な耐性を有することが見出されている。これにより、熱交換器の運転期間が延びる。アルミ青銅で加工した場合、熱交換器や関連部品の腐蝕や侵食が減少する。アルミ青銅は、Ｐ２２（Ｆｅ約９６％、Ｃ０．１％、Ｍｎ０．４５％、Ｃｒ２．６５％、Ｍｏ０．９３％）よりも４１％、及びカーボン鋼（Ａ１０６Ｂ）よりも３０．４％高い熱伝導率を有する。アルミ青銅及びその合金を用いて製造された熱交換器は、屈折材料及び／又は他の金属合金から構成された炉より効率的であり、よりも長い運転期間を有する。

【0029】

また、配管１５０は、突出されていてもよく、また、そうした突出が、腐蝕、浸食、加圧、及び熱ストレスに配管が抵抗するのに役立つ可能性があると判断されている。配管は、必要に応じて、取り付けられている壁の曲率に合わせて曲げたり、屈曲させたりすることができる。より典型的には、配管の個々の部分は、得られるパネルが壁の曲率に相当する曲率を有するように、角度を付きの結合機構で互いに固定される。

【0030】

図１の実施形態において、蜿蜒と曲がりくねった配管１５０は、２つの配管部分がエルボによって連結されている複数の長手方向配管部分部材によって形成されてもよい。これらの部分部材をエルボに組み立てることはしばしば困難であるが、本開示は、溶接プロセスをより容易にし、改善するための配置を提供する。

【0031】

例示的に、本開示にしたがって、比較的高い熱伝達率及び高い水速度を有する、高い熱流束耐性の、流体冷却構成体が提供される。この構成体は、例えば、そこを通って流れる水を含む液体のような、任意の適当な流体を有してもよいことが理解されよう。本開示は、鉄鋼産業用途のユーザ選択的な形状及び設計の水冷構成体の製造のために、より広範囲の材料を選択する方法を提供する。前述のように、水以外の液体又は冷却剤もまた、本開示の範囲に含まれる。この構成体は、炉、排煙設備、排ガスフード、スカート、燃焼室、ドロップアウト箱等において、筒管／構成体内の固有且つ改良された冷却剤速度及びその結果としての増大された伝熱能力により、過酷で且つ変化し続ける要求に、より良好に耐える能力を有するであろう。本開示は、市販されている材料から筒管／管を選択するための現行の要件に限定されることなく、特定用途のための伝熱及び弾力性の要件を最適化するために、所望により、必要又は所望の断面半径とするための、製造材料及び製造方法の選択に、例えば圧延、鍛造、鋳造又は押出しによるものが含まれることを可能にする。

【0032】

図２を参照すると、単一半管２０２又は半筒管２０２の形態である冷却構成体２００又は熱交換器が、例えば、断面が四辺形、平行四辺形、六角形又は八角形を含む、実質的に半円又は多角形に近い断面を有する半管２０２のような所望の形状に形成される。換言すれば、半管２０２は、例示的に、その直径の面に沿って実質的に二分割された多面体又は円柱に近似して、後述する半多面体又は図示される例示的な半円筒体２０２を形成してもよい。例示的な二分割又は半円筒体又は半管２０２は、第１取付端２０４から第２及び対向する取付端２０６まで延びて、それぞれ取付端２０４、２０６の間に弧状且つ略凹状の内面２０８と、弧状且つ略凸状の外面２１０とを画定する。換言すれば、単一筒管又は半管２０２は、直径方向に分割された、又は実質的に二分割された円筒形本体の半分で表わされる。

【0033】

対向し合う取付端２０４、２０６は、例示的に、例えば、図４に示されるように単一半管２０２を、取付板４００に取り付けるか、又は結合するように構成されている。単一半管２０２は、例えば、炉１８０の壁のような設備本体に直接的に取り付けてもよいことが理解されよう。図４において、単一半管２０２は、取付板４００の管取付面４０２に取り付けられて又は結合されて、例示的な冷却構成体２００を形成していることが示されている。単一半管２０２は、規定の長さＬを含むことができ、この長さＬは、所望の伝熱特性及び管が利用可能な空間に基づいて選択することができる。取付板４００の管取付面４０２の反対側は、板体４００を設備本体に取り付けるように例示的に構成された設備取付面４０４である。

【0034】

単一半管２０２は、例えば、各側部又はその取付端２０４、２０６における管２０２の長さに沿って溶接することを含む任意の好適な方法で、板体４００に取り付け又は結合することができる。例えば、図５に示すように、単一半管２０２は、第１端２０４に沿った第１溶接点５００と、その第２端２０６に沿った第２溶接点５０２とを介して取り付けることができる。第１及び第２溶接点の各々は水密溶接とすることができ、管２０２の一体性を保護し、単一半管２０２の内部通路又は流路４０６を通って流れることができる流体の漏出を防止する。

【0035】

図２に示されるように、それぞれの取付端２０４、２０６は、２分割された面（すなわち、図２の破線）又は板体４００に対して角度を付けられてもよい。一例では、取付端２０４、２０６は、０°より大きい角Θを含んでもよい。１つの非限定的な実施例では、角度Θは、０°より大きいが、９０°より小さくてもよい。第２の非限定的な実施例では、角度Θは、０°より大きく、７５°より小さくてもよい。第３の非限定的な実施例では、角度Θは、０°より大きく、６０°より小さくてもよい。第４の非限定的な実施例では、角度Θは、０°より大きく、４５°より小さくてもよい。第５の非限定的な実施例では、角度Θは、１５°より大きく、４５°より小さくてもよい。第６の非限定的な実施例では、角度Θは、３０°より大きく、４５°より小さくてもよい。さらなる非限定的な実施例では、角度Θは、およそ３０－４０°であってもよいが、およそ２－３°以内に定義される。

【0036】

角度付きの取付端により、それぞれの取付端は、図２の断面図におけるその端部の単一点で、取付板４００の面４０２又は炉の壁に接することができる。取付端が半管冷却構成体２００全体と略同じ長さを有する場合、取付端は、取付端の全長に沿ったこの点で面と接することができる。

【0037】

取付端が傾斜している状態で、第１溶接点５００及び第２溶接点５０２は、板体４００又は壁の取付面の上面と、それぞれの取付端２０４、２０６の底面の少なくとも一部との間に配置されることが可能である。これは、さらに、その間の水密封止を可能にして、冷却構成体又は半管を通って流れる冷却流体の漏洩を防止又は抑制する。さらに、それぞれの取付端は、取付端の底面が取付面と同一面に位置する場合よりも、溶接部が強い状態で取付面に確実に保持される。

【0038】

任意の単一半管取付端２０４、２０６は、例示的且つ任意に、延在部又はタブ（図示せず）を有してよい。例えば、隣接した管の取付端２０４、２０６が、タブ又は半径方向に延びる部分を有する場合、溶接を用いて、それぞれの端部２０４、２０６を、それらの長さに沿って、板体４００又は設備本体の部材に取り付けるか又は結合することができる。

【0039】

単一半管２０２と板体４００が共に結合されると、流路４０６が形成され、限定されないが例えば液などの任意の好適な冷却剤を含む流体がその中に収容され、それを通過できるように構成される。適切な液体の非独占的な例の１つは、水である。管路又は流路４０６は、単一半管２０２及び設備本体を一緒に直接的に取り付けることによって形成することもできる。また、管路又は流路４０６は、直径方向の面に沿った取付端２０４、２０６間に延在する略平坦な面を有する閉管路２０２を形成することによって形成することができることも理解されたい。そのような例示的な面は、平坦又は平面である必要はなく、板体４００に、又は直接的に設備本体に取り付けることができる。

【0040】

単一半管２０２は、取付端２０４、２０６間に延びる径方向面の長さを表す内側の直径を含むがこれに限定されないいくつかの寸法を含むことができる。その結果、内半径２１２及び外半径２１４は、径方向面の中間点と、それぞれの内面２０８及び外面２１０上の任意の点との間の、面の長さをそれぞれ表す。これらの寸法は、必要に応じて選択することができる。

【0041】

図３を参照すると、冷却構成体の別の実施形態が示されている。ここで、冷却構成体は、二重半管３００又は筒管の形態で描かれている。二重半管３００は、一対の単一半管２０２として製造してもよいが、単一のユニットとして製造してもよい。図３の二重半管３００は、第１半管部３０２と第２半管部３０４を有して示されている。第１及び第２部分は、例えば、断面が四辺形、平行四辺形、六角形又は八角形を含む、実質的に半円又は多角形に近似する断面を有するなどの所望の形に形成されてもよい。換言すれば、各部は、その直径の面に沿って実質的に二分割された多面体又は円柱に近似して、後述する半多面体又は図示される例示的な半円筒体３０２、３０４を形成してもよい。

【0042】

第１半管部３０２及び第２半管部３０４は、それらの間に画定される第３部分又は中間部分３０６と一体に形成されてもよい。中間部分３０６は、実質的に平らな面３１２又はそれが板体４００又は他の設備に取り付けられ得る接触部を有していてもよい。中間部分３０６は、図３に示されるように、第１及び第２の管部の間に、規定の幅又は間隔ｄを備えてもよい。

【0043】

本開示の例示された実施形態では、二重半管冷却構成体３００は、１対の半管部とその間に一体に形成された単一の中間部分のみで示されている。しかしながら、本開示はこの構成に限定されるものではない。その代わりに、各対の半管部の間に形成されたそれぞれの中間部分を有する２つ以上の半管部を有することができる。したがって、一実施形態において、冷却構成体は、３つの半管部と、２対の半管部のそれぞれの間に一体に形成された１対の中間部分とを含んでもよい。さらなる実施形態において、冷却構成体は、４つの半管部、及び４つの半管部のうちの２つの間に一体に形成された３つの中間部分を含んでもよい。さらに別の実施形態において、冷却構成体は、Ｘ個の半管部とＹ中間部分とを含んでもよく、ここで、Ｘは≧２であり、Ｙは、Ｘ－１に等しい。

【0044】

例示的な二分割又は半円筒体又は半管部３０２、３０４は、第１取付端３０８から第二及び対向する取付端３１０まで延びて、取付端３０８、３１０の間に、それぞれ弧状且つ略凹形の内面３１８、及び弧状且つ略凸形の外面３２０を画定することができる。取付端３０８、３１０間の距離は、さらに、第１半管部３０２の内側の直径と、第２半管部３０２の内側の直径と、中間部分３０６の幅又は距離ｄとの合計として定義されてもよい。

【0045】

冷却構成体のそれぞれの半管部は、径方向面の中間点とそれぞれの内面３１８及び外面３２０上の任意の点との間の面の長さをそれぞれ表す内半径３１４及び外半径３１６をそれぞれ含むいくつかの寸法を含むことができる。これらの寸法は、必要に応じて選択することができる。それぞれの半管部の厚みは、内外径の差分又は内面と外面との間の差分として定義されてもよい。一実施形態において、各部の厚みは均一であってもよい。別の実施例では、厚みは、一端から他端まで変化してもよい。さらなる実施形態では、半管部の厚みは、中間部分の厚みと同じであってもよい。換言すれば、中間部分の厚みは、外半径３１６と内半径３１８との間の差分と略同じであってもよい。この半径の差分は、第１端３０８と第２端３１０との間で均一であり得る。代替的な実施形態では、第１半管部３０２の外半径と内半径との間の差分は、第２半管部３０４の外半径と内半径との間の差分とは異なっていてもよい。

【0046】

図３に示されるように、それぞれの取付端３０８、３１０は、２分割された面（すなわち、図３の破線）又は板体４００に対して角度を付けられてもよい。一例では、取付端３０８、３１０は、０°より大きい角Θ２を含んでもよい。１つの非限定的な実施例では、角度Θ２は、０°より大きいが、９０°より小さくてもよい。第２の非限定的な実施例では、角度Θ２は、０°より大きく、７５°より小さくてもよい。第３の非限定的な実施例では、角度Θ２は、０°より大きく、６０°より小さくてもよい。第４の非限定的な実施例では、角度Θ２は、０°より大きく、４５°より小さくてもよい。第５の非限定的な実施例では、角度Θ２は、１５°より大きく、４５°より小さくてもよい。第６の非限定的な実施例では、角度Θ２は、３０°より大きく、４５°より小さくてもよい。さらなる非限定的な実施例では、角度Θ２は、およそ３０－４０°であってもよいが、およそ２－３°以内に定義される。一実施形態においては、第１取付端３０８の角度は、第２取付端３１０の角度と略同じであってもよいが、およそ２－３°以内である。他の実施形態において、第１取付端３０８の角度は、第２取付端３１０とは実質的に異なってもよいが、その差異は３度よりも大きい。

【0047】

角度付きの取付端により、各々の取付端３０８、３１０は、図３の断面図におけるその端部の単一点において、取付板４００の面４０２又は炉の壁に接触してもよい。例えば、第１取付端３０８は、面４０２と第１接触点３２４で接触し、第２取付端３１０は、第２接触点３２６で面４０２と接触しているが、第１及び第２接触点は離間している。第１取付端３０８は、面４０２と第１接触点３２４で接触する第１端面３２２を備えてもよいが、第１端面３２２の残りは、面４０２と接触しなくてもよい。同様にして、第２取付端３１０は、面４０２と第２接触点３２６で接触する第２端面３２８を備えてもよいが、第２端面３２８の残りは、面４０２と接触しなくてもよい。取付端が半管冷却構成体３００全体と略同じ長さを有する場合、取付端は、取付端の全長に沿ったこの点で面と接することができる。

【0048】

取付端３０８、３１０が傾斜している状態で、第１溶接点５０８及び第２溶接点５１０は、板体４００又は壁及び炉の取付面の上面４０２と、それぞれの取付端３０８、３１０の底面３２２、３２８の少なくとも一部との間に配置されることが可能である。これは、さらに、その間の水密封止を可能にして、冷却構成体又は半管を通って流れる冷却流体の漏洩を防止又は抑制する。さらに、それぞれの取付端は、取付端の底面が取付面と同一面に位置する場合よりも、溶接部が強い状態で取付面に確実に保持される。

【0049】

図３において、二重半管３００は、例えば、鋼（例えば、ステンレス鋼、鋳鋼、押出鋼、及び引抜鋼）、鋳造鉄を含む鉄、ニッケル合金を含むニッケル、並びに他の任意の好適な元素、組成物、又はアルミ青銅のような合金を含む、任意の好適な材料から選択的に製作することができる。加えて、管３００又は筒管のための材料の選択は、より広範囲の平坦又は成形材料から選択することができ、これらは、所望の半円形断面又は半円筒形に圧延、鍛造、又は押出加工することができ、これにより、従来技術の円形筒管及びそれらから形成される冷却構成体に比べて、冷却構成体の運転性能が向上する。本開示のより高い熱伝達は、設備寿命を改善し、稼働信頼性（plus on-line reliability）及び運転可能時間を改善する効果を有し得る。それは、本設備が、このような構成体の１つ又は複数のアセンブリによって保護された、炉、排煙システム、又は燃焼室、及び他の任意の設備内の高熱流束、腐食性、及び研磨性（abrasive）雰囲気の影響に抵抗するのにより適しているからである。

【0050】

本開示の一実施形態においては、多半管冷却構成体の製造方法が提供される。ここで、バー材料の長さ（当業者に知られている適用要件に基づいて選択される材料）は、冷却構成体の断面積要件を満足するように、その長さに沿って、１つ以上の所望の円弧に圧延、形成、鋳造、又は押し出しされてもよい。材料は、例えば、鋼（例えば、ステンレス鋼、鋳鋼、押出鋼、及び引抜鋼）、鉄（例えば、鋳造鉄）、ニッケル（例えば、ニッケル合金）、並びに他の任意の好適な元素、組成物、又は例えばアルミ青銅のような合金を含む、任意の好適な材料から選択的に製作することができる。

【0051】

材料は、製造工程上、実質的に平坦なものとして選択されてもよい。それぞれの弧又は半部分の間の中間部分は、この製造工程中に同時に形成されてもよい。断面積は、冷却構成体の動作寿命を最適化するために必要とされる、冷却構成体における所望の冷却剤速度、圧力降下、及び滞留期間を満たすように調整されてもよい。

【0052】

この実施形態では、バーの全長が、その長さ全体にわたってほぼ一定の幾何学的形状を有することができる。圧延、成形、鋳造、又は押し出し加工されたそれぞれの弧、又は半部分は、一般に、端から端まで約１８０度の弧であり、多半管／筒管配置を模すことができる。また、結果として生じる弧は、複数の筒管を互いに溶接することができるように、縁部又は翼部をその対向端部に有するように設計することもできる。外面は、一般的に平滑であってもよく、あるいは、例えば、隆起部、スプライン、ヒートシンク、又は、任意のくぼみを含む任意のスラグ保持素子のような、特定の用途に必要とされるような幾何学的形状を組み込んでもよい。図３に示されるような二重又は多半管冷却構成体３００は、その製造容易性のために、図２の単一半管冷却構成体２００を超える長所を有することができ、また、溶接のほぼ半分を排除することにより、より良好な性能を提供することができる。特に、図３の冷却構成体３００は、例えば、押し出し又は成形によって単体ユニットとして製造された２つ以上の半管を含む。 このように、この種の冷却構成体の製造は、溶接の約５０％を排除することができ、その結果、単一半管冷却構成体に関連するあらゆる潜在的な溶接不良及び故障を回避することができる。

【0053】

図４の実施形態を参照すると、二重半管冷却構成体３００が、単一半管冷却構成体２００に近接する板体４００に取り付けられて示されている。このタイプの配置は、本開示の教示にしたがって可能である。板体４００又は設備に取り付けられると、第１半管部３０２は、その内面３１８と板体４００の取付面４０２との間に管路又は流路４１０を画定する。そのため、水などの冷却剤が管路又は流路４１０を通って流れることができる。同様に、第２半管部３０４は、その内面３１８と板体４００の取付面４０２との間に管路又は流路４０８を画定する。さらに、水などの冷却剤は、冷却剤が他の管路又は流路４０６、４１０に流れる向きと略並行に管路又は流路４０８に流れることができる。

【0054】

代替の実施形態では、単一及び／又は二重半管を利用するシステムは、第１流体供給源（例えば水）及び第２流体供給源（例えば空気又は他の冷却剤）を有してもよい。このシステムは、第１流体供給源が第１の流路４１０に流体的に結合され、第２流体供給源が第２の流路４０８に流体的に結合されるように設計されてもよい。代替的に、第１流体供給源は、単一半管２００の各流路４０６に流体的に連結され、第２流体供給源は、二重半管３００の各流路４０８、４１０に流体的に連結される。他の配置も可能であるが、流体以外の使用が可能である。例えば、いくつかの実施形態では、２つ以上の流体源があってもよく、２つ以上の異なった流体が種々の流路又は管路を通過して、炉への冷却の提供を助けるようにする。

【0055】

図５及び図６では、冷却構成体の組み合わせが示されている。具体的には、二重又は多半管冷却構成体３００が、取付板又は他の面（例えば、炉又は他の設備の壁）に取り付け又は他の方法で結合される方法が図示されている。ここで、例えば、第１端３０８は、第１溶接点５０８を介して溶接され、第２端３１０は、第２溶接点５０４を介して溶接され得る。それぞれの溶接部は、半管を通って流れる冷却剤のあらゆる漏出を防止し、さらに管路のあらゆる湿潤又は腐蝕を防ぐために、水密溶接であることが望ましい。半管は、溶接を介して板体４００に結合又は取り付けられることが示されているが、冷却構成体３００を板体４００に結合又は装着する他の形態も実施できることを理解されたい。用途及び環境に応じて、冷却構成体３００は、溶接以外の締結具、接着手段、又は任意の他の既知の方法を介して機械的に結合してもよい。 さらに、接着手段又は機械的締結具は、中間部分３０６を板体４００又は壁に結合し、一方、溶接、接着手段又は他の結合手段は、取付端をそれに結合するために使用され得る。

【0056】

図５では、単一半管冷却構成体２００及び二重半管冷却構成体３００が、それぞれ独自の溶接で板体４００に溶接されるように示されているが、別の実施例においては第２溶接点５０２及び第１の５０８が単一の溶接とすることも可能である。さらに、図５のこの例示の実施形態では、異なった冷却構成体によって画定される管路又は流路は、それぞれの長さに沿って互いに実質的に並行であってもよい。

【0057】

図６に示すように、多半管冷却構成体３００はまた、板体４００又は他の構造に中間部分３０６の接触面３１２を結合することによって、板体４００又は他の構造に結合されてもよい。この実施形態において、スロット又は開口５０６が、板体４００又は構造物（例えば、設備、炉壁など）の中間部分３０６の位置に形成され得る。結果として、溶接又は他の結合機構を使用して、冷却構成体３００の中間部分３０６を板体４００に結合してもよい。図６において、接触面３１２へのアクセスが可能となるように、複数のスロット又は開口５０６が板体４００に形成されてもよい。一実施形態では、接触面３１２は、１つ又は複数のスロット５０６を介して板体４００に溶接されてもよい。各々のスロット５０６又は開口部は、長手方向に離隔して中間部分３０６の接触面３１２と整列させることができる。スロット又は開口５０６における確かな溶接は、冷却剤がスロット又は開口５０６を通って漏れることがないこと、又は冷却剤が一方の管路４０８から近接する管路４１０に漏れることがないことを保証し得る。

【0058】

板体４００又は他の構成体は、そこに形成され、且つ取り付けられるべき冷却構成体３００中に設けられる中間部分３０６の数に対応する複数のスロット又は開口５０６を含むように設計及び／又は製造され得る。したがって、冷却構成体３００を板体４００に取り付ける組立工程又は方法は、冷却構成体３００に設けられた中間部分３０６の大きさ及び数に基づいて、板体内に所望の数のスロットを形成することを含み得る。さらに、冷却構成体３００のそれぞれの端部３０８、３１０は、溶接又は他の所望の処理を介して板体４００の取付面４０２に取り付けられてもよい。さらに、各中間部分３０６は、各スロット又は開口５０６を介して、溶接又は他の処理によって板体４００に結合することができる。

【0059】

スロット又は開口によって、特に２つ以上の単一半管冷却構成体２００を同じ板体に取り付ける場合と比較した場合、冷却構成体３００を板体４００に取り付けるための溶接の量を低減することができる。各々の単一半管冷却構成体２００は、その各々の端部に施される水密溶接を必要とし、それによって、冷却剤が流れることができる単一の流路又は管路４０６のみとなる。一方、多半管冷却構成体３００は、各端部に沿って、次いで各スロット又は開口５０６に沿った溶接を含むだけでよい。しかしながら、その結果は、複数の流路又は管路を達成することになる。

【0060】

本開示は、前述の図面及び説明において詳細に図示され、説明されているが、同一物は例示的であり、限定的なものではないと見なされるべきものであるが、単に例示的な実施形態のみが図示及び説明されていること、及び本開示の精神の範囲内にあるすべての変更及び修正が保護されることが望ましいことを理解されたい。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】