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JPS6319794B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6319794B2
JPS6319794B2 JP57082551A JP8255182A JPS6319794B2 JP S6319794 B2 JPS6319794 B2 JP S6319794B2 JP 57082551 A JP57082551 A JP 57082551A JP 8255182 A JP8255182 A JP 8255182A JP S6319794 B2 JPS6319794 B2 JP S6319794B2
Authority
JP
Japan
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cooling
coolant
liquid
distribution chamber
tube
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP57082551A
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English (en)
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JPS57196079A (en
Inventor
Byuuraa Kaaru
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
BBC BROWN BOVERI and CIE
Original Assignee
BBC BROWN BOVERI and CIE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BBC BROWN BOVERI and CIE filed Critical BBC BROWN BOVERI and CIE
Publication of JPS57196079A publication Critical patent/JPS57196079A/ja
Publication of JPS6319794B2 publication Critical patent/JPS6319794B2/ja
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F9/00Casings; Header boxes; Auxiliary supports for elements; Auxiliary members within casings
    • F28F9/02Header boxes; End plates
    • F28F9/026Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits
    • F28F9/0265Header boxes; End plates with static flow control means, e.g. with means for uniformly distributing heat exchange media into conduits by using guiding means or impingement means inside the header box
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/38Removal of waste gases or dust
    • C21C5/40Offtakes or separating apparatus for converter waste gases or dust
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D1/00Casings; Linings; Walls; Roofs
    • F27D1/12Casings; Linings; Walls; Roofs incorporating cooling arrangements
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27DDETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D9/00Cooling of furnaces or of charges therein
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
    • F28D7/06Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits having a single U-bend
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D7/00Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
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    • F27D2009/0018Cooling of furnaces the cooling medium passing through a pattern of tubes
    • F27D2009/0021Cooling of furnaces the cooling medium passing through a pattern of tubes with the parallel tube parts close to each other, e.g. a serpentine
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    • F28F2265/00Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction
    • F28F2265/18Safety or protection arrangements; Arrangements for preventing malfunction for removing contaminants, e.g. for degassing
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  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体が貫流する垂直に配置された冷却
通路を有する工業炉の熱的に高負荷された構造部
材の液体冷却装置に関する。
熱的に高負荷された工業炉の構造部材たとえば
炉壁、天じようフレーム、ドアフレーム、ガス取
出口等は作業中強力に冷却して構造部材の変形を
避け、またはその損傷を防止しなければならな
い。
冷却すべき構造部材とくにアーク炉の炉壁は大
表面である。これは冷却装置内で液体を、できる
だけ均一な冷却効果が冷却すべき炉の全表面にわ
たつて達成されるように、導かねばならないこと
を表わす。工業炉内の液体による満足な冷却は作
業員を危険から保護し、事故を防ぐため、炉の作
業安全性の点できわめて重要である。
このような液体冷却装置はマンネスマンデマー
ク社の日付なし文献“Wasserfu¨hrende
Zustellung fu¨r Elektrolichtbogen―
Schmelzo¨fen”の表題のページの図から公知であ
る。
この垂直冷却装置によつて冷却通路の常用の水
平ら線配置に比して構造上の利点が得られるけれ
ど、この構造では局部過熱および冷却系からの気
泡除去の問題がほとんど考慮されていない。
気泡は冷却液中に2種類すなわち1つはたとえ
ば水冷却の場合蒸気として発生し、他はあらかじ
め吸収されているガスの高温で冷却液から分離す
ることによつて発生する。発生したガスは管の上
部彎曲部に集り、冷却液の流速はガスを垂直に下
向きに送り、次にガスを管の下部彎曲部を通して
冷却液出口方向に続く垂直管部へ動かすほど十分
大きくない。通常冷却通路はガス量に応じて全部
または一部ガスで充てんされ、その際冷却液は断
面の1部のみを通つて、極端な場合は不連続的脈
動で冷却通路を通過する。冷却効果はその位置で
著しく低下し、全冷却回路は過負荷になる。さら
に前記過程に冷却媒体ポンプの容量に関する問題
が加わる。ポンプはガスが冷却回路に存在する場
合、ガス介在のため不足する圧力媒体柱の高さの
和に相当する余分の圧力の適用が必要となる。冷
却液の普通の循環に必要な圧力を超えるポンプの
過大容量によつて大きいポンプの使用したがつて
高い投資費用が必要になる。
本発明は上記欠点を除去し、工業炉の熱的に高
負荷された構造部材を最適に冷却しうる、液体が
貫流するほぼ垂直配置の冷却通路を有する冷却装
置を得ることである。この目的は特許請求の範囲
第1項記載の特徴によつて解決される。
本発明によつて達成される利点はとくに冷却液
回路内にほぼ任意に多数のほぼ垂直の冷却通路を
直列に接続することができ、冷却系内にいわゆる
ホツトスポツト(高温位置)を発生するガスがた
だちに除去されることにある。それによつて冷却
能力が上昇し、炉単位当りの冷却回路の減少によ
つて同時に冷却液温および流速を監視するための
制御装置が減少する。それによつて投資費用が低
下する。もう1つの利点は冷却通路を通つて流れ
た加熱された冷却液が冷却通路の上部で、結合管
のバイパス孔を通つて直接流れる低温冷却液と混
合し、次に直列接続された次の冷却通路へ流れる
ことにある。場合により発生する気泡は除去さ
れ、またはただ1つの冷却通路も通過せずに導出
される。
特許請求の範囲第2項によればバイパス孔の寸
法は、対応する冷却通路の流動抵抗を考慮して、
この冷却通路を通つて流れる冷却液量より少量の
所定の冷却液がバイパス孔を通つて流れるように
選択される。この構造的手段によつて場合により
発生する蒸気または気泡はただちに冷却系から除
去される。
特許請求の範囲第3項によればバイパス孔を通
つて流れる冷却液量はそれに対応する冷却通路を
通つて流れる冷却液量以上である。この手段によ
り場合により発生する気泡は除去され、または1
つの冷却通路も通過せずに導出され、冷却通路を
通つて導かれた加熱された冷却液は後続の冷却通
路へ再び入る前に、直接バイパス孔を通つて流れ
る冷却液によつて冷却される。
冷却通路へ導入される冷却液量、流速等および
冷却通路自体は、冷却液の1部が冷却通路内で蒸
発し、蒸気が各組の冷却通路に対応配置された冷
却液分配室内のバイパス孔を通つて冷却系からた
だちに除去され、冷却液と蒸気の間の冷却に不利
な相互の影響が生じないように選択される。この
方法により前記の公知液体冷却装置と異なり液体
―蒸気組合せ冷却装置が得られ、その際蒸発に必
要な熱は冷却すべき構造部材から取出され、冷却
に利用される。
特許請求の範囲第5項によればバイパス孔は
個々にまたはグループで冷却液の流れ方向に段階
的に拡大する通過孔を有する。この構造的手段は
とくに水および蒸気組合せ冷却に重要である。と
いうのは冷却液の流れ方向に拡大するバイパス孔
の通過孔を通つて水蒸気が簡単に冷却系から逃げ
られるからである。
次の特許請求の範囲第6項〜第12項には冷却
液分配室内のバイパス孔の配置および冷却通路構
造の実施例が記載される。
特許請求の範囲第6項によればバイパス孔は隔
壁の上縁と冷却液分配室の上壁の間に配置され
る。
特許請求の範囲第7項によれば冷却通路はU形
に彎曲した管から形成され、その上端は結合管に
よつて短絡される。
特許請求の範囲第8項によれば冷却通路はU形
に彎曲した管からなり、その上端は冷却液分配室
へ開口する。
特許請求の範囲第9項によれば液体冷却装置は
下部が閉鎖した管からなり、この管内の中心に管
の縦方向に走る隔壁が配置され、この隔壁は管の
下端から離れ、管の最下端に冷却液の通路が残さ
れる。
特許請求の範囲第10項によれば第8項の管は
下部がふた、とくに球欠で閉鎖される。
特許請求の範囲第11項によれば液体冷却装置
は下端がふたまたは球欠で閉鎖された外側管から
なり、この管内に下端が開いた内側管が固定さ
れ、内側管は冷却液供給に、外側管は冷却液導出
に役立つ。
特許請求の範囲第12項によれば冷却液分配室
はとくに冷却系内のガスの浮力を考慮して、冷却
液の流れ方向で水平より上へ傾斜する。
特許請求の範囲第13項によれば冷却通路を互
いに分離する隔壁は冷却液分配室内の隔壁と1体
に形成される。
次に本発明を図面により説明する。
第1図には本発明による液体冷却装置の1つの
実施例が示される。図は簡単に垂直断面を示す。
冷却通路4は垂直配置の管5によつて形成され、
この管は下端および上端がそれぞれU形に曲がつ
ている。
それぞれ下向きにU形に曲がつた管5の間の管
5の上部に冷却通路4と平行にバイパス孔2,
2′,2″を開放する結合管5″が配置される。冷
却液は図の矢印で示すように、図示されていない
接続管を通つて左上の冷却通路4へ入り、2方向
の流れに分割される。1つの流れは冷却通路4を
通つて流れ、他の流れは結合管5″のバイパス孔
2を通つて流れる。バイパス孔2と2′の間の冷
却通路4のU形部分内で2つの分流は再び合流
し、混合し、その際冷却通路4を通つた加熱され
た冷却液は直接バイパス孔2を通つて出るまだ低
温の冷却液によつて冷却される。冷却液中に場合
により発生する蒸気および(または)気泡は除去
され、または冷却通路を1つも通過することなく
導出される。第1図には、それぞれのバイパス孔
2,2′,2″を有する3組の冷却通路のみが示さ
れる。冷却回路内に任意に多数の冷却通路を直列
接続しうることは明らかである。
第2図には本発明による液体冷却装置のもう1
つの実施例が示される。図は再び簡単に垂直断面
を示す。図示の機能単位は液体分配室1、よび液
体が貫流する垂直配置の冷却通路4からなり、こ
の通路4は上端が冷却液分配室へ開口するU形管
5からなる。図2図ではそれぞれ1組の冷却通路
を形成する3つのU形に曲げた管5が冷却液分配
室1へ接続している。冷却液分配室1は4つの矩
形側壁1′および2つの閉鎖ぶた1″からなる。冷
却液分配室1の上壁1′に2つの接続管8a,9
bがあり、その孔8′,9′を介して冷却液の供給
または導出が行われる。図の矢印は冷却液の流れ
方向を示す。
第2図によれば冷却液は冷却液分配室1の左上
部に入り、2つの流れ方向に分割される。冷却液
の1部は冷却液分配室1の上端1′と隔壁3の上
縁の間に形成される第1バイパス孔2を通過し、
この隔壁3は下部および側縁が冷却液分配室1の
壁1′と結合している。冷却液の他の部分は冷却
通路入口孔4aを通過後、1組の冷却通路4を貫
流し、冷却通路出口孔4bを通つてこの冷却通路
4を去り、第1隔壁3と第2隔壁3′の間の冷却
液分配室1の中間部で、バイパス孔2から直接冷
却液分配室1の中間部へ入つた低温の冷却液と混
合し、冷却される。
第2図には冷却液流れ方向におけるバイパス孔
2,2′,2″の段階的拡大が明らかに示される。
図示の実施例では3組のみの冷却通路が示され
る。しかし任意に多数組の冷却通路を直列に接続
しうることは明らかである。冷却液分配室1内に
冷却液の流れ方向に拡大するバイパス孔2〜2″
を配置するこの構造的手段によつて、冷却通路4
内で次第に加熱される冷却液がバイパス孔から直
接くる低温の冷却液によつて各組の冷却通路から
出た後、冷却液分配室内でつねに再び冷却される
ことが保証される。この方法により任意に多数の
冷却通路4を直接接続することができ、その際冷
却液は冷却系の入口から出口まで沸点を超えるこ
とがない。
さらにこの冷却装置によつて水―蒸気の組合せ
冷却を使用することができ、その際発生した水蒸
気はバイパス孔2〜2″から容易に逃げ、簡単に
冷却系から除去することができる。冷却系内の気
泡集合はそれゆえ完全に避けられる。
第3図は第2図の―線断面を示す。第2図
と同じ部分は同じ参照番号を備える。
第3図にはとくに冷却液分配室1の彎曲が明ら
かに示され、この冷却装置はたとえばアーク炉炉
壁の冷却セグメントを示す。
第4図は第2図の―線断面図である。この
図にはとくに隔壁3′の上縁と冷却液分配室1の
上壁1′の間に形成されるバイパス孔2′の配置が
明らかに認められる。
第5図は第2図実施例のもう1つの形成を示
す。図面は同様簡単に垂直断面を示す。第2,3
および4図と同じ部分は同じ参照番号を有する。
第5図の液体冷却装置の構造は冷却液分配室1
が冷却液流れ方向で水平線に対し上へ傾斜してい
ることを除いて第2図の構造と同じである。それ
によつて気泡または水蒸気が冷却系から逃げる効
果がさらに上昇し、その際気泡または水蒸気の浮
力が利用される。
第6図はさらに本発明のもう1つの実施例を示
す。図再び垂直断面を略示する。下部の開いた内
側管11は外側管10内に縦方向に平行に配置さ
れ、2つの管10,11はその離れた壁10′,
11′によつて管10,11の上部で冷却液分配
室1へ開口し、その際外側管10の壁10′は冷
却液分配室1の壁1′と結合し、内側管11の壁
11′は同時に隔壁12として役立つ傾斜した固
定板12と結合する。外側管10は下部がこの実
施例では球欠として形成されたふた7′によつて
閉鎖される。図面ではそれぞれ1つの内側管11
および外側管10を有する3組の管が冷却液分配
室へ接続される。
冷却液分配室1の横の閉鎖ぶた1″に流入口8
aおよび流出口9bが設置され、その孔8′,
9′を介して冷却液の供給および導出が行われる。
図の矢印は冷却液の流れ方向を示す。
第6図によれば冷却液は冷却液分配室1の左上
部へ入り、2方向の流れに分割される。冷却液の
1部は直接バイパス孔2を通り、残部は固定板1
2の貫通孔12aを通つて内側管11によつて形
成された流入通路11″へ流れ、内側管11の開
いた下端で、内側管11および外側管10の壁1
1′,10′によつて形成される中間室10″へ移
行する。中間室10″内で冷却液は矢印で示すよ
うに下から上へ流れ、それによつて外側管10の
壁10′を冷却し、最後に貫通孔10aを通つて
再び冷却液分配室1へ入る。
中間室10″から冷却液分配室1へ流れ戻つた
加熱された冷却液はそこで直接バイパス孔2を通
つてくる低温の液体と第1または2図で説明した
ように混合する。冷却液の2方向の流れすなわち
バイパス孔2′および図示の中央の組の管の内側
管の貫通孔12aを通る流れへの分割の過程が新
たに繰返される。
第7図には本発明の実施例のもう1つの変化が
示される。この図面は再び液体冷却装置の垂直断
面を示す。冷却液分配室1へ3つの密接する垂直
管5′が開口する。管5′は下端がそれぞれふたま
たは球欠7′で閉鎖される。冷却通路4は管の中
心を縦方向に走る隔壁6によつて形成され、この
隔壁は管の下端から離れ、管5′の最下部に冷却
液の通路を残す。隔壁6は上へ拡がり、冷却液分
配室1内に隔壁3,3′,3″を形成する。隔壁6
および3は1体に形成される。
冷却液分配室1の横の閉鎖ぶた1″に同様流入
口8aおよび流出口9bが設置され、その孔8′,
9′を通つて冷却液の供給および導出が行われる。
図面の矢印で示すように冷却液の流れは分割さ
れ、1部はバイパス孔2,2′,2″を通つて流
れ、したがつて残部は冷却通路入口孔4aを通つ
て冷却通路の組4へ入り、冷却通路出口孔4bを
通つて再び冷却液分配室1へ流れ戻る。続く流れ
の経過は第2図の場合と同様に行われる。
第6および7図の実施例で同様任意に多数の冷
却通路4を直列接続し、この実施例でも水および
蒸気組合せ冷却を使用しうることは明らかであ
る。
第8図は本発明による冷却装置のアーク炉の排
ガス取出管に適する形成を示す。
第8図は1部断面を含む斜視図である。第8図
には対称配置の2つの独立の冷却ユニツトAおよ
びBが示され、このユニツトはそれぞれほぼ第2
図の実施例に相当するけれど、冷却通路が排ガス
通路の形に応じて彎曲している点が異なる。
排ガス取出管の第1冷却ユニツトAの冷却液分
配室1は流入口8aおよび流出口9aを備え、第
2冷却ユニツトBに属する冷却液分配室1は流入
口8bおよび流出口9bを備える。流入口または
流出口の孔8′または9′を介して冷却液が供給ま
たは導出される。
断面を示す左側ユニツトAの矢印は冷却液の流
れ方向を示す。1組の管の間に隔壁が配置され、
管が円筒形に排ガス通路13を包囲していること
が明らかである。冷却通路の外側は排ガス通路の
外側ライニング14で被覆される。
第8図は排ガス取出管の1部のみを示し、排ガ
ス取出管を炉の天じようおよび排ガス吸出管と結
合する接続フランジは図示されていない。
【図面の簡単な説明】
第1図は液体冷却装置の縦断面図、第2図は冷
却液分配室を有する液体冷却装置の縦断面図、第
3図は第2図―線断面図、第4図は第2図
―線断面図、第5図、第6図、第7図は液体冷
却装置の他の実施例の縦断面図、第8図は排ガス
取出管の1部断面を含む斜視図である。 1……冷却液分配室、2……バイパス、3,6
……隔壁、4……冷却通路、5……管、8a……
冷却液入口、9b……冷却液出口、12……固定
板、13……排ガス通路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 液体が貫流する垂直配置の冷却通路を有す
    る、工業炉の熱的に高負荷される構造部材の液体
    冷却装置において、それぞれ2つの隣接冷却通路
    4の1組が下端で互いに結合され、隣接組の冷却
    通路4の間の上端に冷却通路4を少なくとも1部
    短絡する少なくとも1つのバイパス孔2を備えて
    いることを特徴とする工業炉の液体冷却装置。 2 バイパス孔2の寸法が、それに対応する冷却
    通路4の流動抵抗を考慮して、この冷却通路4を
    通つて流れる冷却液量より少量の所定の冷却液量
    がバイパス孔2を通つて流れるように選択されて
    いる特許請求の範囲第1項記載の装置。 3 バイパス孔2の寸法が、それに対応する冷却
    通路4の流動抵抗を考慮して、この冷却通路4を
    通つて流れる冷却液量以上の所定量の冷却液がバ
    イパス孔2を通つて流れるように選択されている
    特許請求の範囲第1項記載の装置。 4 それぞれ2つの隣接冷却通路4の1組が下端
    で互いに結合され、冷却通路4の上端がその入口
    孔4aおよび出口孔4bによつて冷却液分配室1
    へ接続し、この分配室内に隔壁3が冷却液を案内
    するように配置され、各隔壁3が下端で互いに結
    合したそれぞれ2つの冷却通路4の間にあり、各
    隔壁3が少なくとも1つのバイパス孔2を備えて
    いる特許請求の範囲第1項記載の装置。 5 バイパス孔2,2′,2″が冷却液の流れ方向
    で個々にまたはグループで段階的に拡大する通過
    孔を有する特許請求の範囲第1項から第4項まで
    のいずれか1項に記載の装置。 6 バイパス孔2,2′,2″が隔壁3,12の上
    縁と冷却液分配室1の上壁1′の間に配置されて
    いる特許請求の範囲第1項から第5項までのいず
    れか1項に記載の装置。 7 冷却通路4がU形に彎曲した管5から形成さ
    れ、その上端が結合管5″によつて短絡されてい
    る特許請求の範囲第1項記載の装置。 8 冷却通路4がU形に彎曲した管5から形成さ
    れ、その上端が冷却液分配室1に開口している特
    許請求の範囲第4項記載の装置。 9 冷却通路4が下端の閉鎖した管5′からなり、
    この管の中心に管の縦方向に走る隔壁6が配置さ
    れ、この隔壁の下端が管内に冷却液の通路を残し
    ている特許請求の範囲第4項記載の装置。 10 管5′が球欠のふた7′で閉鎖されている特
    許請求の範囲第9項記載の装置。 11 下端が球欠のふた7′で閉鎖された外側管
    10内に下端の開いた内側管11が固定され、そ
    の際管10,11の壁10′,11′の上端が冷却
    液分配室1へ開口し、外側管10が冷却液分配室
    1の壁1′と結合し、内側管11が同時に隔壁3
    として形成された固定板12と結合し、内側管1
    1が冷却液供給に、内側管10が冷却液導出に役
    立つ特許請求の範囲第4項記載の装置。 12 冷却液分配室1が冷却液の流れ方向で水平
    より上へ傾斜している特許請求の範囲第4項から
    第11項までのいずれか1項に記載の装置。 13 冷却通路を互いに分離する隔壁6が冷却液
    分配室内の隔壁3と1体に形成されている特許請
    求の範囲第9項または第10項記載の装置。
JP57082551A 1981-05-20 1982-05-18 Liquid cooling device for industrial furnace and method of cooling furnace wall and exhaust gas extraction pipe of electric furnace Granted JPS57196079A (en)

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