CN1335479A - 处理熔融金属时烟灰防止方法和装置 - Google Patents

Abstract

在浇注熔融金属之际抑制烟灰发生的方法和装置。通过采取由水喷雾装置向容器或熔融金属喷雾出水或水雾,而使容器内或金属液面表面的氧浓度在设定量以下,同时,在浇注的前后,向所述水喷雾装置供给气体,将喷雾出的水的粒子径选定在设定值以下,向下落的熔融金属喷雾等措施,可靠地防止水蒸气爆裂,有效地防止烟灰发生。

Description

处理熔融金属时烟灰防止方法和装置

本发明涉及一种将铁水或钢水等熔融金属浇注入铁水接受器等容器之际防止产生烟灰的、处理熔融金属时的烟灰防止方法和烟灰防止装置。

以往已知，在处理铁水或钢水等熔融金属时，即从有溶融金属的容器(或设备)移至其他的容器(或设备)时，会发生烟灰。由于这种烟灰而向周围飞散的粉尘会给工厂及周边的环境产生不良的影响，以往用除尘器作为保护环境的方法，效果有限。作为防止烟灰自身发生的方法例如在日本特开昭49-9405号公报(以下称为第1以往例)及日本特开平9-96492号公报(以下称为第2以往例)所记载。

第1以往例示出了在将铁水排入铁水接受器内之际，预先向容器内充满非活性的气体或喷雾水，此后，向容器内送入铁水的下落铁水的粉尘防止方法。

此外，第2以往例示出了在向容器内浇注铁水时，在浇注前通过向容器内吹入非活性气体来排除空气，使容器内的气体氛围不活性化，然后再向容器内供给非活性气体的同时进行浇注的处理铁水时的烟灰防止方法。

但是，在上述第1以往例和第2以往例所示的直接供给使用非活性气体时，由于在向例如容量为150吨规模的铁水包内浇注时，为了得到抑制烟灰的效果，必须要约2万Nm³/H的非活性气体，增加了成本，是不现实的。此外。该方法必须瞬时大量使用非活性气体。具有这样大量的非活性气体难以稳定地供给，作为实验是可以的，但在工厂范围内存在不可能实施的问题。

此外，第1以往例示出了用使用喷雾水来代替直接供给非活性气体，将由于金属熔液(溶融金属)等的热发生的水蒸汽作为非活性气体来防止烟灰的方法。这种使用喷雾水或水雾的方法在烟灰的抑制效果及经济性上都比较高，但这种方法在操作中因水与高温溶融物的接触而引起水蒸气爆裂的可能，存在着不能确立确保十分安全的作业的技术的未解决问题。

同时，为了形成合适的不活性氛围所必要的喷雾水量及喷雾方法无法把握，必须要投入过剩的喷雾水。因此，即使有比较高的现实性，依然存在作业成本及设备的能力增大，水蒸气爆裂的危险性增大，过大强负担这样未解决的问题。

本发明的目的是提供一种不存在以上以往例所存在的问题，通过适当地控制水或水雾的喷雾量或喷雾方式，在可靠防止水蒸气爆裂的同时抑制烟灰发生的、处理溶融金属时的烟灰防止方法及烟灰防止装置。

在本发明中，本发明人发现，烟灰发生的机理是伴随着气泡爆裂现象，知道将氧浓度控制在较低浓度将会抑制烟灰的发生。具体为，在向铁水接受器等容器内浇注铁水、钢水等熔融金属之际，通过控制喷雾出水或水雾的喷雾量，以使容器内或金属液面(被浇注的熔融金属的表面)表面(大气侧)的氧浓度降低到12％(体积％)以下，与氧浓度超过12％时的烟灰发生量相比，烟灰发生量可抑制在1/3以下。此外，通过设定水或水雾的喷雾量，使容器内或金属液面表面的氧浓度在8％以下，可基本防止烟灰的发生。

在降低容器内氧浓度时，最好是在浇注开始前降低氧浓度。在浇注开始前的氧浓度降低处理通过向容器内喷雾水雾更好。

在本发明中，设置喷雾出前述烟灰防止用的水或水雾的水喷雾装置，当该水喷雾装置在对前述熔融金属的铁水接受器内开始浇注时和/或浇注终了时，通过向所述水喷雾装置供给气体，确实防止水蒸气爆裂。即，大约与浇注开始、终了的时间相一致地开始、终了水(或水雾)的喷射，但在向水喷射装置供水的开始、终了时的水压不稳定时期，通过向水喷射装置供给气体通常为清洗用气体，防止由水喷射装置朝向容器的水滴，可避免水蒸气爆裂。另外，浇注中，实质上停止气体供给，进行水的喷雾，可有效地防止产生烟灰。

因此，在较佳实施例中，顺序为，通过向水喷雾装置供给水和气体，而喷雾出水雾，之后，开始浇注，然后，切换成水的喷雾，在浇注终了前，再次开始气体的供给而切换成水雾的喷雾，之后，结束浇注。

在水或水雾的喷射开始时，通过在水供给前供给气体，能更可靠地防止水滴而避免水蒸气爆裂。此时，由于供给水压十分高，通过开始供给水，能够高效地防止水滴发生。

在喷射结束时，通过停止供水后供给气体，最好除去(清洗)供水系统(即水喷雾装置和与之相连通的管道内)的残留水。通过这种操作，能够更可靠地防止水滴而避免水蒸气的爆裂。

在本发明中，被喷雾出的水粒子的粒径通过选定为喷雾到熔融金属时水蒸气化的大小而防止水蒸气爆裂。作为1个具体方法为，前述被喷雾出的水粒子的粒径可根据从喷雾位置到金属液面的距离和气氛温度算出。

另外，在本发明中，最好对着下落到铁水接受器等容器内的熔融金属流，进行水或水雾的喷雾。此时，所产生的水蒸气沿着下落的熔融金属流流动，有效地降低金属液面表面的氧或容器内的氧。

图1为示出本发明适用于制钢工厂的原料厂时一实施例的正视图，

图2为图1的俯视图，

图3为示出水喷雾装置一例的主视图，

图4为图3的右侧视图，

图5为示出水喷雾装置及其周边的供水系统的系统图，

图6为设定水喷雾粒子的粒径用的说明图，

图7为示出供水控制处理一例的流程图，

图8为说明铁水包内对流状态的说明图，

图9为示出氧浓度和粉尘浓度的试验结果的特性曲线图，

图10为适用本发明的、示出高炉的混铁车接受铁水状态的主视图，

图11为适用本发明的、示出使用接受铁水槽将钢水浇注入铸铁机状态的说明图，

图12为示出本发明其他实施例的概略构成图。

以下，参照附图说明本发明的实施例。

图1和图2为示出适用本发明的制钢工厂的原料厂的主视图和侧视图。图中，1A，1B为到达混铁车2A，2B的左右一对平台，混铁车2A，2B用于收容来自高炉的铁水。形成于这些平台1A，1B之间的凹部3内有平台6。带有行走台车4的铁水包5A，5B停在该平台6内，作为被浇注来自混铁车2A，2B中铁水的铁水接受器的功能。

此外，形成凹部3的前后侧壁的上端架设着沿左右方向的导轨7F，7R，罩式台车8在导轨7F，7R上可左右方向移动地设置着。该罩式台车8由带有与导轨7F，7R接合的行走轮9的机架10F，10R、桥架在这些机架10F，10R上的横架11、以及设置在该横架11上的集尘罩12和水喷雾装置13构成。

在此，集尘罩12具有固定在横架11上的中央罩部12a，从该中央罩部11a向左右方向突出的回转罩部12b，12c。当罩式台车8处于从上方对置于平台1A侧的铁水包5A处时，回转罩12b处于水平状态，盖住混铁车2A的上部，而回转罩12c处于右下倾斜状态，收集铁水包5A中产生的粉尘。此外，罩式台车8处于从上方对置于平台1B侧的铁水包5B处时，回转罩12b处于左下倾斜状态，收集铁水包5B中产生的粉尘，而回转罩12c盖住混铁车2B的上部。

水喷雾装置13，如图3～图5所示，具有以轴向为前后方向、在横架11的靠近中央处、由前后一对轴承14可自由回转地设置着的回转轴15和使回转轴15回转的回转机构21。水喷雾装置13还具有一端固定在该回转轴15上、并向下延伸的、外周由防热板罩住的方筒体16，和设有多个喷雾咀17a～17f的前后2组头部18A，18B，其中，喷雾咀位于该方筒体16前端。水喷雾装置13进一步具有通入向头部18A，18B供水的方筒体16内、从中途向外部露出，并沿回转轴15设置的供水管19A和19B，和通过连接器与供水管19A，19B的端部连接的挠性软管20A和20B。

在此，如图4所示，头部18A上设置的喷雾咀17a～17f相对方筒体16的中心轴线以逆时针方向倾斜145°的状态设置，而头部18B上设置的喷雾咀17a～17f相对方筒体16的中心轴线，以顺时针方向倾斜130°的状态设置着。

因此，喷雾咀17a～17f的每个适用于喷雾式样为圆形并可获得均等流量分布的全圆锥喷嘴，设定成标准压力约2kg/cm²，喷射角约80°，喷射量约28(1/min)，水喷雾粒径(喷雾出的水粒子的平均粒径)为830μm左右，最好为740μm的规格，并设置成可盖住从混铁车2A，2B流下的铁水流的整个宽度方向的方式以进行水喷雾。

在此，喷雾出的水到达金属液面，并且其上进一步覆盖铁水时，发生水蒸气爆裂的可能性增高。因此，为了防止水蒸气爆裂，最好是，将从喷雾咀17a～17f喷雾出的水喷雾粒径r(μm)，朝向从混铁车2A，2B流下的铁水流，而在用喷雾咀17a～17f喷雾出水的条件下，用理论计算等方式推定喷雾出的水粒子到达铁水面前、确实全部水蒸气化的大小，并根据该推定值加以选定。例如，正如图6(a)所示，将从喷雾咀17a～17f的喷雾位置到铁水包5A，5B的铁水面的距离设为L(m)，喷雾咀17a～17f与铁水包5A，5B之间的气氛温度设为T(℃)，而粒径决定常数为k时，可用下述(1)式计算。

r≤kL(T-100)    ………(1)

但是，粒径决定常数k根据操作条件而变，经验为2.7左右。

因此，目前，假定从接受铁水结束时的喷雾咀17a～17f的喷雾位置到铁水包5A，5B的铁水面LM之间的距离为3m，并由60吨的冷铁水包接接受铁水水流F，并且包含喷雾咀17a～17f的周围的气氛温度为200℃时，水喷雾粒径r为，

r≤2.7×3×(200-100)＝810，

为有富余，最好将水喷雾粒径r设定为740μm。

r＝2.7时，从气氛温度为200℃时的喷雾位置到铁水面的距离L与水喷雾粒径r的关系正如图6(b)所示，可由右上的特性曲线La表示，从喷雾位置到铁水面的距离L变短时，喷雾粒径r变小，而距离L变长时，喷雾粒径r变大。此外，气氛温度变低，则粒径变小。水喷雾粒径越小，则越能可靠地防止水蒸气爆裂的发生，但如水喷雾粒径r过于微细，则防烟灰发生的效果差。这是因为如水喷雾粒径r过于微细，喷雾进铁水流的水喷雾粒子不下落而悬浮着，水蒸气发生量减少，之后，因铁水流，引入铁水包5A，5B中的水蒸气量也减少的缘故。因此，水喷雾粒径r的最小值最好设定为500μm左右。

在固定水喷雾装置的水喷雾位置时，最好是，根据距离L的最小值即熔融金属浇注结束时的金属液面与水喷雾位置之间的距离L，来设定粒径r。另外，水喷雾装置的水喷雾位置随金属液面的上升而上升，将距离L维持一定时，最好根据此时的距离L设定粒径r。

回转机构21如图3和图4所示，具有固定在回转轴15右端的回转杆22，和一端可回转地安装在横架11上的动力缸23，动力缸23的活塞杆24可回转地安装到回转杆22的前端。因此，通过控制活塞杆24的伸长量，控制方筒体16回转，以在下面的各位置间移动，即，图1实线所示的、相对垂直线逆时针方向倾斜例如5°左右的铁水包5A用倾斜位置，图1中点划线所示的、相对于垂直线顺时针方向倾斜20°左右的铁水包5B用倾斜位置，和图1中双点划线所示的、相对于垂直线逆时针方向倾斜70°左右的维修位置。

此外，与各头部18A，18B连接的挠性软管20A和20B的另一端，如图5所示，与设置在地面上的供水控制装置31连接。该供水控制装置31具有吸入侧经截止阀32而与供水源连接的泵33，有与该泵33的突出侧顺序连接的流量调节阀34、调节阀35、电磁开关阀36、压力调节阀37的供水系统38，由与作为非活性气体的氮气源连接的流量调节阀39、电磁开关阀40构成的清洗系统41。在此，供水系统38的截止阀37的输出侧与清洗系统41的电磁开关阀40的输出侧相互连接，其连接端分支，分别通过电磁开关阀42和43与挠性软管20A和20B连接。

供水控制装置31的泵33、流量调节阀34、39和电磁开关阀36、40、42、43由控制器44控制。由操作者操作的头部18A侧作为供水状态的供水开关45和将头部18B侧作为供水状态的供水开关46与该控制器44连接。于是，在平台1A侧，从混铁车2A开始向铁水包5A浇注前，操作者将供水开关45处于接通状态时，首先，控制器44将氮气供给头部18A，并从喷雾咀17a～17f喷射出，接着，在氮气由喷雾咀17a～17f排出经过充分时间后，开始供水。因此，所供给的水到达喷雾咀17a～17f，并从这些喷雾咀17a～17f形成水雾经过充分的时间时，控制器44切断氮气的供给，转换成只是水的喷雾状态。之后，控制器44控制供水的流量和压力，使得向铁水包5A内浇注铁水时、铁水包5A内的氧浓度在12％以下，最好为8％以下。

作为比上述顺序更好的实施例是，从喷雾咀17a～17f产生微细化水雾后，该水雾充满接受铁水包5A，5B内经过充分的时间时，控制装置44或者甚至更上位的控制装置，从混铁车2A，2B开始对铁水接受包5A，5B浇注，经过设定的时间后，切断氮气的供给，转换成只进行水的喷雾状态。之后，控制器44控制供水的流量和压力，使向铁水包5A浇注铁水时，铁水包5A内的氧浓度在12％以下，最好在8％以下。

之后，供水结束时，由于控制器44在供水状态下供给氮气，氮气到达喷雾咀17a～17f经过充分的设定时间后，停止供水。因此，直观排除供水管19A和头部18A内的水经过充分时间后，控制器44停止氮气的供给。

下面，参照图7的流程图，对由供水控制装置31的控制器44实现上述实施例的动作的供水控制处理顺序一例加以说明。

首先，在步骤S1中，该供水控制处理判断向头部18A侧供水的供水开关45是否处于接通状态，判断为接通状态时，进入步骤S2，将电磁开关阀40和42控制于开状态，接着，进入步骤S3，判断氮气从头部18A的喷雾咀17a～17f的前端到排出所需的必要的设定时间T1，没有经过设定时间T1时，待机到所经过时间，如经过设定时间，则转入步骤S4。

在步骤S4中，驱动泵33的同时，将电磁开关阀36控制于开状态，向水喷雾装置供给清洗用气体(在此为氮气)与水这两种流体，并转入步骤S5。

在该步骤S5中，判断是否经过设定时间T2，如没有经过设定时间T2，则待机到经过设定时间T2，经过设定时间T2后，就转入步骤S6，将电磁开关阀40控制于闭状态后，就转入步骤S7。在此，T2为开始供水并成为从头部18A的喷雾咀17a～17f的前端排出状态所需的设定时间，或者是，从这些喷雾咀17a～17f发生微粒化的水雾、该水雾充满铁水接受包5A内，并从混铁车2A开始铁水浇注所需的设定时间任一种。

在步骤S7中，为使铁水包5A内的氧浓度在12％以下，最好8％以下，具体的是，控制供水流量和供水压力，使水喷雾量成为达到这些氧浓度的目标水喷雾量Q^*(l/min)。对于Q^*将在后面说明。

在此，对新发现的烟灰发生机构进行补充说明。当向铁水包5A内浇注铁水时，如图8(b)所示，在铁水包5A的内周面侧，发生外部气体下降流，该下降流在中央产生为上升气流的对流，该上升气流如图8(a)所示，占铁水包5A断面面积的80％。由于该上升气流与所浇注的铁水接触，而产生烟灰。

在浇注铁水及浇注钢水时，发明者研究的结果为，浇注钢水时的烟灰发生量要少，发现该烟灰发生现象与转炉吹炼中粉尘生成机构所见气泡爆裂现象类似。即，浇注铁水时，生成含铁Fe与含碳C的、粒径为100μm左右的喷溅粒子。该喷溅粒子中碳C与氧的亲和力强，比铁Fe先氧化，因而生成一氧化碳CO，发生气化。该气化使得喷溅粒子的体积急剧膨胀，因体积急剧膨胀而爆裂，成为数μm左右更微细化的铁Fe粒子，并氧化成为烟灰。结果，为了抑制烟灰，使微细化的铁Fe粒子不氧化，或者使喷溅粒子不发生爆裂，发现可以控制氧浓度来实现。

因铁水包5A内的对流，从系统外部进入的空气改变了铁水包5A内气氛的非活性状况，所以，在浇注中水或水雾的喷雾作用下，铁水包5A内的氧维持在设定浓度下。氧的设定浓度由下述试验确定。

即，使用60吨铁水包，进行浇注之际对铁水包燃烧木材的试验，调查浇注铁水时的氧浓度(％)与所发生的粉尘量(g/Nm³)的关系。其结果由图9的图表示出，其中，横轴代表氧浓度、纵轴代表粉尘浓度。试验结果表明，在氧浓度超过12％状态下，示出所产生的粉尘浓度为6～11g/Nm³较高值，产生大量的烟灰，但当氧浓度在12％以下时，所产生的粉尘浓度在2g/Nm³以下，可抑制近1/3左右的烟灰。此外，氧浓度在8％以下而粉尘浓度大致在0g/Nm³时，表明确实可以防止发生烟灰。

因此，通过将铁水包5A内的氧浓度控制到12％以下，可抑制烟灰的发生，而将氧浓度维持在12％以下的、喷雾咀17a～17f的目标水喷雾量Q^*可在铁水包5A的内径为D(m)、铁水包5A内的上升流速为v(m/s)、推量决定常数为k(经验为3左右数值)时，用下述式(2)算出。

Q^*≥kπD²v            (2)

为了将水喷雾量维持在该目标水喷雾量Q^*，根据Q^*设定目标供水量QW^*和目标供水压力PW^*。于是，供水系统38的流量由压力调节阀37出口侧设置的流量计47测出，并且压力同样由设置在压力调节阀37出口侧的压力计48测出，为了维持目标供水量QW^*和目标供水压力PW^*，用控制器44反馈控制这些流量检测值Q和压力检测直P。

最好是水喷雾装置的构成为，浇注中的水或水雾的喷雾向下落铁水接受器内的熔融金属流进行。通过直接向熔融金属流喷雾，被喷雾的水粒子通过下落的熔融金属流，瞬时水蒸气化，之后，所产生的水蒸气沿熔融金属流下降。由于该下降流将图8(b)所示的上升流推回，相反以水蒸气为主体的下降流盖住金属液面，能够更有效地降低容器内或金属液面表面的氧浓度。在此，向下落的熔融金属喷雾水或水雾之际，正如本实施例，通过对下落的熔融金属的宽度方向全部盖住的方式喷雾，盖住所下落的熔融金属表面方式的喷雾，从无低氧浓度的气氛层不匀的观点为最好。此外，为了不干涉浇注装置，最好是从斜上方对下落的熔融金属喷雾。在本发明中，向铁水包5A内浇注时，喷嘴相对垂直线顺时针回转150°，而向铁水包5B浇注时，喷嘴相对垂直线逆时针回转150°(任一均是相对水平面为60°)，该角度通过设备适当确定。另外，因实现上述目的的水喷雾装置避免干涉浇注装置，最好是可避让的可动式装置。

接着，转入步骤S8，判断供水开关45是否处于切断状态。接通状态继续时，回到前述步骤S7，成为切断状态时，转入步骤S9，电磁开关阀40处于开启状态，开始氮气的供给，接着，转入步骤S10。在步骤S10中，判断气体在管道内稳定地遍及用的容许时间是否经过数秒设定时间T3，没有经过设定时间T3时，待机到该时间，经过该设定时间T3时，就转入步骤S11，将电磁开关阀36控制成关闭状态，泵33停下，接着转入步骤S12。在步骤S12中，判断完全排出挠性软管20A，供水管19A、头部18A内部的水是否经过必要的设定时间T4，没有经过设定时间T4时，待机到该时刻，经过该设定时间时，就转入步骤S13，控制电磁开关阀42成关闭状态，之后，因电磁开关阀40处于关闭状态，返回前述步骤S1。

另外，前述步骤S1的判断结果为，供水开关45处于切断状态时，转入步骤S14，判断开始向铁水包5B供水的供水开关46是否处于接通状态，处于切断状态时，返回前述的步骤S1。供水开关46处于接通状态时，转入步骤S15～S26，进行与前述步骤S2～S13的处理同样的处理，返回前述的步骤S1。但是，在步骤S15，代替电磁开关阀42的是，将电磁开关阀43控制成关闭状态，在步骤S26，代替电磁开关阀42的是，将电磁开关阀43控制成关闭状态，进而在步骤S21中，判断供水开关46是否处于切断状态，这一点与步骤S2～S13的处理不同。

这样，不从混铁车2A和2B向铁水包5A和5B进行铁水浇注时，由于供水开关45和46一同处于切断状态，在图7的供水控制处理中，重复步骤S1和步骤S14，各电磁开关阀36、40、42和43处于关闭状态，停止对头部18A和18B的喷雾咀17a～17f供水和供给氮气。

在该状态下，混铁车2A到达平台1A，并从该混铁车2A向铁水包5A浇注铁水时，首先，罩式台车8移至铁水包5A的上方位，同时，由水喷雾装置13的回转机构21，将回转杆24回转控制成图4的实线图示位置，图1中实线所示的、头部18A的喷雾咀17a～17f成为相对水平面倾余60°角地方式对置于铁水的流下路径的状态。

在该状态下，混铁车2A倾斜以开始向铁水包5A进行铁水浇注前(最好是刚好在浇注前)，操作者将供水开关45置于接通状态。由此，在图6的供水控制处理中，从步骤S1转入步骤S2，首先，从头部18A的喷雾咀17a～17喷射出氮气，在该状态下，泵33转动的同时，电磁开关阀36处于开启状态，开始向头部18A的喷雾咀17a～17f共水。此时，由于先从喷雾咀17a～17f喷射氮气，该喷射气体与水混合，即使在刚好开始供水后泵33的排出压力处于较低状态，也可向铁水包5A内喷雾成粒径较细的水雾状态，最好是，水雾(也包含蒸发的水蒸气)充满铁水包5A内。

此外，当由喷雾咀17a～17f开始水喷雾时，不供给氮气直接开始供水时，因刚好在供水开始后泵33的排出压力较低，来自喷雾咀17a～17f的水不会微粒子化，会发生只流下喷淋状水的现象。由于该水滴比喷雾出的水大许多，不会蒸发而到达铁水包5A的底部，通过铁水在该状态下浇注或水滴下落到积存的铁水上，会发生水蒸气爆裂。但是，在本实施例中，即使开始供水时成为水雾，由于确实可防止水滴的发生，可防患于未然地避免水蒸气的爆裂，进行安全操作。

在用喷雾咀17a～17f开始水喷雾时，首先不供给氮气，供水的同时开始供给时，因管道或喷嘴的形状或规格，在充分的供给压力下，氮气到达喷嘴前端前水先到达，存在水雾化不充分混合有稍大水粒子的可能。因此，最好是在水供给前供给氮气。

水雾的喷雾开始后，铁水一旦浇注入铁水包5A内，喷雾咀17a～17f喷射出的水雾直接喷雾下落的铁水。经过设定时间T2后，电磁开关阀40处于关闭状态，处于只是向头部18A的喷雾咀17a～17f供给水的状态，从这些喷雾咀17a～17f喷雾出830μm左右、最好是740μm左右粒径的水粒子。接触铁水的喷雾水瞬时水蒸气化，所产生的水蒸气通过铁水流导入铁水包5A内，从而铁水包5A内充满水蒸气。此时，从喷雾咀17a～17f喷雾出的水喷雾粒子的粒径r正如前述，根据(1)式算出时，喷雾出的水喷雾粒子维持其原有的粒径，不会到达铁水金属液面LM，因为确实全部水蒸气化，不会发生水蒸气爆裂，可确保安全操作。另外，在本实施例中，喷雾出的喷雾水通过直接接触由混铁车2A下落的铁水流，瞬时水蒸气化，但是，因喷雾咀17a～17f向斜下方喷射水粒子，所生成的水蒸气在由铁水流形成的下降气流作用下确实导入铁水包5A内，从而水蒸气充满铁水包5A内。

而且，此时的喷雾量为了成为目标水喷雾量Q^*，反馈控制供水系统38的流量和压力。

这样，通过将喷雾咀17a～17f相对铁水喷雾出的水喷雾量控制为目标水喷雾量Q^*，铁水包5A内的氧浓度降低到12％以下。此时，如将氧浓度控制在8％至12％以下的范围内，将烟灰发生量与氧浓度超过12％状态下的烟灰发生量相比，可降低1/3以上，此外，如将氧浓度控制到8％以下，能可靠地防止烟灰发生。

之后，结束铁水浇注时，操作者通过将供水开关45转换至切断状态，首先，将电磁开关阀40控制成开启状态，开始向头部18A的喷雾咀17a～17f供给氮气，当氮气处于从喷雾咀17a～17f喷出的状态下，喷雾出前述的粒径较小的水雾，在该状态下，通过将电磁开关阀36控制成关闭状态，停止供水。

结果，仅向挠性软管20A、供水管19A和头部18A供给氮气，成为清洗状态，水喷雾装置和与之相连通的管道内残留的水分全部由喷雾咀17a～17f排出。而且，在清洗结束时刻，电磁开关阀42关闭，接着，电磁开关阀40关闭，对头部18A的氮气供给也中断。为此，在供水结束时，也确实防止了水滴生成，可进行安全的供水停止，同时，在下次喷雾开始时，供水路径中不会残留水滴，是一种可靠的防爆对策。

另外，作为清洗用气体，由于使用了非活性气体的氮气，清洗时，氮气残存在铁水包5A或5B的底部。因该残存的氮气，也可有效地降低铁水包5A内的氧浓度。

在平台1B侧从混铁车2B向铁水包5B浇注铁水时，如图1中单点划线所示，罩式台车8移动到与铁水包5B对置的位置，在该状态下，通过用水喷雾装置13的回转机构21，在图4所见的顺时针方向转动方筒体16，如图1中点划线所示，将头部18A的喷雾咀17a～17f以相对水平面倾斜60°的状态下对置于来自混铁车2B的铁水流路，在该状态下，与前述场合同样进行供水控制，将铁水包5B内的氧浓度控制在12％以下，最好是8％以下，能够抑制甚至防止烟灰的发生。

在上述实施例中，从混铁车2A或2B向铁水包5A或5B浇注铁水之际，对抑制甚至防止烟灰发生的场合进行了说明，但并不限于此，如图10所示，从高炉流出的铁水沿着铁水槽50流动并通过铁水槽51浇注入作为容器的混铁车2A或2B时，也通过将喷雾咀对置于混铁车2A或2B的浇注口中铁水流的方式配置前述的水喷雾装置13，可抑制甚至防止烟灰发生。此外，如图11所示，从浇包60将钢水向作为容器的接受铁水槽61送出，进而从铁水接受槽61将钢水向作为其他容器的铸铁机62浇注之际，在浇包60与铁水接受槽61间和铁水接受槽61与铸铁机62之间的浇注位置分别设有喷雾咀63和64，通过供水，用水蒸气盖住金属液面表面即在此盖住钢水流路而将钢水流路附近的氧浓度控制在12％以下，可抑制甚至防止烟灰产生。此外，本发明可适用于铁水从铁水包向转炉浇注时或钢水从转炉向浇包浇注时，将任意的铁水或钢水浇注入包、槽、铸模等容器中。

在此，至少在正常的浇注状态下(即除了浇注开始和浇注结束时期)，用水喷雾比水雾要有效，但在钢水浇注等情况下，防止轻度烟灰之际，也可只采用水雾。

在上述实施例中，针对水喷雾装置13设置在罩式台车8上，在由混铁车2A和2B向铁水包5A和5B浇注时防止烟灰发生场合进行了说明，但并不限于此，可以是在多个铁水包(容器)的每个上分别设置水喷雾装置。

此外，在上述实施例中，是对喷雾角设定为80°、喷雾量为28l/min、平均粒径在830μm左右，最好是730μm左右的场合进行了说明，但对于这些参数，也可根据所适用的铁水包的大小或浇注量由(1)式加以设定，主要是通过向铁水等熔融金属喷雾水所发生的水蒸气，可以使得无水蒸气爆裂的危险、将围绕铁水流的氧浓度降低到12％以下，最好是8％以下就可。另外，水喷雾装置的构造或其各部的形状、喷嘴数目、喷射模式、标准压力、喷射角、喷射量、水粒子直径、喷射方向等，也可根据设备规格设定以获得本发明的效果。

再有，在上述实施例中，是将头部18A和18B的喷雾咀17a～17f的喷雾位置加以固定场合进行了说明，但并不限于此，如图12所示，对铁水流F进行水喷雾的水喷雾装置13可由具有驱动滚70的升降机构71可上下移动地设置。此时，铁水浇注时的铁水面LM的位置例如由超声波距离传感器72检测出，根据该超声波距离传感器72检测出的铁水面LM位置，由升降机构71控制水喷雾装置13上升，将喷雾咀17a～17f的喷雾位置与铁水面LM之间的距离L总是维持在一常量的话，可将按照设定距离L的水喷雾粒径r根据前述(1)式算出，可以与浇注结束时的铁水面LM的位置无关地设定同样的水喷雾粒径r。另外，铁水面LM的位置并不限于由超声波距离传感器72直接检测出的场合，可以通过实测出从混铁车2A、2B接受铁水的铁水量的时间变化，根据接受铁水开始起所经过时间，推定铁水面的位置。另外，也可根据设备规格，使用(1)式以外的推论式或者(1)式的修正式。

在上述实施例中，是对从混铁车2A，2B开始浇注铁水前，从水喷雾装置13的喷雾咀17a～17f向铁水包5A，5B喷雾混合有水和清洗用气体的微粒化水雾，并将水雾充满铁水包5A，5B内，降低氧浓度以防止烟灰发生的场合进行了说明，但并不限于此，可以在铁水浇注开始的同时或者之前，或者在浇注开始后，对铁水流喷雾水雾。

另外，在上述实施例中，作为供给水喷雾装置的气体是对适用氮气的场合加以了说明，是从此时维持容器内的氧浓度低的优点加以介绍的(氩气等非活性气体等也同样)，但并不限于此，也可用空气代替氮气，此时，可降低所用气体的成本。此外，作为上述气体也可使用燃气等可燃性气体，除此之外，也可使用工业用任何气体，或可使用多个混合气体。

再有，在上述实施例中，是对将铁水包5A，5B内的氧浓度在12％以下、最好在8％以下来设定头部18A，18B的目标喷雾量Q^*，为维持该目标喷雾量Q^*要控制供水系统38的压力和流量的场合加以了说明，但并不限于此，可以直接用氧浓度计测定铁水包5A，5B内的氧浓度，为使所测定的氧浓度在12％以下、最好在8％以下，反馈控制供水计38的流量和压力。由于这种反馈控制，能可靠地控制容器内或金属液面表面的氧浓度。氧浓度计的检测端可以移动式配置在不浸渍铁水面的位置例如金属液面上方1m左右的位置，或者固定式配置在最高金属液面上方1m左右的位置上。此时，氧浓度设定在例如12％以下或者8％以下，比设定值高场合，要强化水或水雾的喷雾。此外，氧浓度低于设定值较多时，抑制水或水雾的喷射，可防止不需要水的投入，在效率和安全上较佳。

在上述实施例中，由操作者操作供水开关45，46而自动控制供水系统38和清洗系统41的场合进行了说明，但并不限于此，可以在检测出从混铁车2A，2B开始铁水浇注或者检测出控制系统的浇注指令而开始浇注前，自动地控制供水系统38和清洗系统41。再有，也可由操作者手动操作控制供水系统38和清洗系统41。另外上述实施例中的控制器的控制中的一部分或全部可由操作者手动操作代替，相反，任意的手动操作可用控制器控制加以代替。

在上述实施例中，对刚好控制电磁开关阀36开启，驱动供水系统38的泵33以开始供水的场合进行了说明，但并不限于此，在供水压力处于设定的设定值以上时，通过控制电磁开关阀36在开启状态开始供水，即使如气体的供给不顺畅，也能更可靠地防止开始向水喷雾装置13供水时的水滴现象。为此，可以例如将压力控制阀37设置在电磁开关阀36的上游侧，同时，在该压力控制阀37与电磁开关阀36之间设有流量系统47和压力计48，在用压力计48计测出的供水压力处于设定的设定值以上时，把电磁开关阀36控制在开启状态以开始供水。供水压力的设定值根据设备的供给不同，主要在适用的设备中能回避水滴发生的压力即可。

在以上的实施例中，记述了铁水或钢水，但防止水蒸气爆裂的同时使用水或水雾的喷雾的本发明方法对于其他的熔融金属也是有效的。特别是只要是能防止因气泡爆裂引起的烟灰的、实质上含有C的任何熔融金属也可。

(实施例)

为防止烟灰，实际上使用图1～图5所示的设备和按图7所示的顺序装配的控制系统。在此，在由混铁车开始向铁水包浇注铁水前，操作者操作开关45和46。通过这种操作，铁水包内的氧浓度在浇注前降低到12％以下。设定时间T2设定成要等待浇注开始的充分时间。

喷雾水的量Q^*根据式2，设定成使铁水包内的氧浓度在8％以下。喷雾咀设计成根据式1将喷雾出的水粒子的平均粒径为740μm。在此，离式1中金属液面的距离L使用固定水喷雾位置的最短场合的距离。

通过使用上述方法和装置，目视确认可避免发生烟灰(即粉尘量约相当于10mmg/Nm³)，避免对环境产生不良影响，同时，可省略收集烟灰的设备。

正如上述，采用本发明，将铁水、钢水等熔融金属浇注入铁水接受器等容器内之际，将喷雾到容器内的水或水雾的喷雾量控制在容器内的氧浓度可抑制或防止气泡爆裂机构产生的烟灰那样的低浓度，例如通过将氧浓度控制在12％以下，将烟灰发生量与氧浓度超过12％时的烟灰发生量相比可抑制1/3以下。另外，与直接吹入非活性气体场合相比，可大幅度降低成本，并且使用非活性气体时，不会发生非活性气体从容器溢出发生缺氧状态，可获得良好的作业环境的效果。另外，由于可避免投入过剩水，相对作业负担或水蒸气爆裂的安全性上得以提高。

通过设定水或水雾的喷雾量以使容器内的氧浓度在8％以下，可获得基本防止烟灰发生的效果。

采用本发明，相对容器开始浇注铁水、钢水等熔融金属之际和结束熔融金属的浇注之际，通过将清洗用气体和水这两种流体供给水喷雾装置，即使水供给系统的供水压力低时，也可雾化水喷雾装置喷雾出的水，可靠地防止了供水压力不足产生的水滴，获得更可靠地防止水蒸气爆裂的效果。

采用本发明，由于通过先开始向水喷雾装置供给气体，再开始供水，在水喷雾装置中，最初喷出气体后开始水的喷出，由水喷雾装置产生细粒径的水雾，所以能够可靠地防止水滴，获得更可靠地防止水蒸气爆裂的效果。

采用本发明，气体开始向水喷雾装置供给后开始供水之际，通过在供水压力成为设定的设定压力以上时开始供水，可向水喷雾装置供给高压水，可获得更可靠地防止水滴的效果。

采用本发明，在熔融金属浇注结束时，供给水喷雾装置的水和气体两种流体中，通过先停止水的供给，可由气体全部除去残留在供水系统中的水分，能够更可靠地防止浇注结束时的水滴，获得更可靠地防止水蒸气爆裂的效果。

采用本发明，在开始向熔融金属的容器中浇注前，同时向水喷雾装置供水和气体，以产生微细化的水雾，通过该水雾和容器的余热所发生的水蒸气充满铁水接受容器内，获得可靠地防止铁水接受开始时发生烟灰的效果。

采用本发明，将从水喷雾装置喷雾出的水粒子的粒径选定成，由计算等预测的、落入铁水接受器等容器内的熔融金属之际充分水蒸气化的大小，使喷雾的水粒子确实水蒸气化，获得可靠地防止水滴落入容器内的熔融金属中所产生水蒸气爆裂的效果。

采用本发明，由于具体地给出可防止水蒸气爆裂的水粒子粒径的计算手段，可获得更可靠地防止水蒸气爆裂的效果。

采用本发明，为了盖住落入铁水接受器等容器内的熔融金属流的表面，水喷雾装置布置成从斜上方喷雾出水，喷雾水在熔融金属流的作用下瞬时水蒸气化，所产生的水蒸气由沿着熔融金属流形成的下降气流引入铁水接受器内，结果，水蒸气可有效地供给容器内。为此，有效地降低了氧浓度，以及不用投入不需要的水，获得安全地实现防止烟灰发生的效果。

采用本发明，用氧浓度计检测出容器内的氧浓度，控制水或水雾的喷射量，以使该氧浓度计的氧浓度检测值在12％以下或8％以下，可将容器内的氧浓度准确地控制在最佳值上，获得可靠地抑制烟灰发生的效果。

Claims (20)

1、一种处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，在向容器内浇注熔融金属之际，喷雾出水或水雾以产生水蒸气，使容器内或金属液面表面的氧浓度降低，使得实质上防止气泡爆裂的发生或因气泡爆裂而产生的微细金属粒子的氧化。

2、一种处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，在向容器内浇注熔融金属之际，喷雾出水或水雾而产生水蒸气，使容器内或金属液面表面的氧浓度降低到12％以下。

3、如权利要求2所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，使容器内或金属液面表面的氧浓度降低到8％以下。

4、如权利要求1或2所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，设置喷雾出水或水雾用的水喷雾装置，在开始向所述水喷雾装置供水之际，向所述水喷雾装置同时供供水和气体而进行水雾的喷雾，然后实质上停止气体的供给而切换成进行水的喷雾。

5、如权利要求4所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，所述水雾的喷雾在浇注熔融金属前在所述容器内进行，在浇注开始后切换成水的喷雾。

6、如权利要求1或2所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，设置喷雾出水或水雾用的水喷雾装置，在开始水或水雾的喷雾时，在向所述水喷雾装置供水之前，向所述水喷雾装置供给气体。

7、如权利要求6所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，在开始供给所述气体后，在向所述水喷雾装置供水的系统水压达到设定水压以上时，开始供水。

8、如权利要求1或2所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，设置喷雾出水或水雾用的水喷雾装置，在水喷雾结束期间，向所述水喷雾装置同时供给水和气体而切换成进行水雾的喷雾。

9、如权利要求1或2所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，设置喷雾出水或水雾用的水喷雾装置，在水或水雾的喷雾结束时，停止向所述水喷雾装置供给水而供给气体，来清洗所述水喷雾装置。

10、如权利要求1或2所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，在对水进行喷雾时，将被喷雾的水粒子的粒径选定为喷雾时实质上完全水蒸气化的大小。

11、如权利要求10所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，所述被喷雾出的水粒子的粒径是根据从喷雾位置到金属液面的距离和气氛温度算出的。

12、如权利要求10所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，所述被喷雾的水粒子的粒径r，在从喷雾位置到金属液面的距离设为L，气氛温度设为T，粒径决定常数设为k时，根据r≤kL(T-100)来算出。

13、如权利要求1或2所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，对着通过浇注而下落到容器内的熔融金属流，进行水或水雾的喷雾。

14、如权利要求1或2所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，在向容器开始浇注所述熔融金属之前开始，降低所述容器内的氧浓度。

15、如权利要求14所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，降低开始浇注前所述容器内的氧浓度是通过向所述容器内进行水雾的喷雾进行的。

16、如权利要求1或2所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，设置向浇注金属流和/或所述容器进行水或水雾的喷雾用的水喷雾装置，在浇注前向所述水喷雾装置供给气体，然后开始向所述水喷雾装置供水而在所述容器内进行水雾的喷雾，在浇注开始后，停止气体供给切换成水的喷雾，向浇注金属流和/或所述容器喷雾，进而在浇注终了后，向所述水喷雾装置供给气体，从水的喷雾切换成水雾的喷雾，之后停止水的供给，用气体清洗所述水喷雾装置。

17、如权利要求1所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，熔融金属含碳。

18、如权利要求1或2所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，熔融金属是铁水或钢水。

19、如权利要求1或2所述的处理熔融金属时的烟灰防止方法，其特征在于，在容器内测定氧浓度，控制氧降低装置的操作条件。

20、一种烟灰防止装置，是设置在向容器内浇注熔融金属的设备中的烟灰防止装置，其特征在于，具有朝向通过浇注而下落的熔融金属流进行水或水雾的喷雾的水喷雾装置。

Images