JP2002155308A

JP2002155308A - シャフト炉の送風羽口

Info

Publication number: JP2002155308A
Application number: JP2000347674A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Fukuhara; 安志福原; Soichiro Watanabe; 宗一郎渡辺; Fuminao Dobashi; 史直土橋; Hirobumi Nishimura; 博文西村; Shinji Hasegawa; 伸二長谷川
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-11-15
Filing date: 2000-11-15
Publication date: 2002-05-31
Anticipated expiration: 2020-11-15
Also published as: JP3846177B2

Abstract

(57)【要約】【課題】送風を停止した後の、送風羽口より下方の炉床
部での通液性の悪化に起因する溶損を効果的に防止する
ことができるシャフト炉の送風羽口を提供する。【解決手段】シャフト炉の送風羽口１は、シャフト炉に
取り付けられる、前後に貫通する送風流路１１を有する
筒形の送風羽口部１０と、送風羽口部１０の外周面に一
端が固定され、他端が送風羽口部１０の前面１４よりも
前方に突出する外挿管２０と、送風羽口部１０の送風流
路１１の前端１２近傍に一端が固定され、他端が前面１
４よりも前方に突出する内挿管３０とを備えている。外
挿管２０と内挿管３０との間の空間には、耐火物４０が
充填される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、金属製錬、金属の
溶融還元、あるいは金属含有物や廃棄物の処理等に用い
られるシャフト炉に設けられた送風羽口に関し、特に、
高炉の送風羽口や炭材充填層型溶融還元炉の下段羽口に
関する。

【０００２】

【従来の技術】金属製錬に用いられる高炉や金属の溶融
還元炉等のシャフト炉においては、通常、炉頂部から原
料及び燃料が装入され、炉下部に設置された送風羽口よ
り空気などの酸素を含む気体が送風されて、炉内で燃料
が燃焼することで発生する熱量により金属の還元やその
他の物質の分解、さらに溶融といった諸反応が行われ、
生成した溶融メタル及び溶融スラグが炉床部から排出さ
れる。

【０００３】このようなシャフト炉においては、通常、
炉頂部から装入される燃料としてコークスが用いられ、
炉内ではこのコークスがスペーサーの役割を果たしてい
る。即ち、鉄鉱石を製錬する高炉の炉内状況を示した図
２によれば、高炉１０１の炉頂部から装入された鉄鉱石
は、炉下部に設けられた複数の送風羽口１０２から炉内
へ送風された空気あるいは酸素富化空気が鉄鉱石ととも
に炉頂部から装入されたコークスを燃焼して発生する高
温還元性ガスにより、昇温、還元されて溶融する。高炉
１０１ではこの鉄鉱石の溶融するゾーンを融着帯１０３
と呼んでいる。そして、融着帯１０３以下のレベルで
は、コークス充填層１０４が形成され、溶融メタル及び
溶融スラグが図２の矢印ａで示すようにコークス充填層
１０４の間隙を下方へ流れ落ちて炉床に溜まるのであ
る。なお、図２中、符号１０５は頂層、１０６は塊状帯
を示している。

【０００４】ここで、シャフト炉の炉内温度は、送風羽
口前のコークスの火点が最も温度が高く、ここで発生し
た高温還元性ガスが上昇するシャフト部では、上方へ行
くほど高温還元性ガスと原燃料との熱交換により温度が
低下している。また、送風羽口以下のレベルでは、溶融
メタル及び溶融スラグが炉床へ流れることにより熱を伝
えており、下方になるに従い温度は低下している。

【０００５】特開平１０- ２６５８１５号公報に開示さ
れているような多段の送風羽口を有するコークス充填層
型溶融還元炉においても、炉頂部から装入されるコーク
スにより炉内にはコークス充填層が形成され、ここへ上
下段の送風羽口から吹き込まれる酸素富化空気が送風さ
れてコークスが燃焼し、炉頂部へ向けて高温還元性ガス
が上昇することでシャフト部のコークスが昇温される。

【０００６】このコークス充填層型溶融還元炉では、上
段羽口から酸素富化空気の送風と共に鉄鉱石あるいは金
属含有物が吹き込まれて昇温、還元が進行し、これが下
段羽口前でコークスが燃焼して発生する熱により最終的
に還元、溶融されて溶融メタル及び溶融スラグが発生す
る。図３に送風羽口近傍のシャフト炉内の概念図を示す
が、送風羽口２０１の前においては、コークス充填層の
コークス２０２の間隙を溶融メタル及び溶融スラグ２０
３が流下して炉床へ溜まり、炉床への伝熱が図られる。

【０００７】前述したように、シャフト炉の炉内温度は
送風羽口前のコークスの火点が最も高いため、送風羽口
は極めて過酷な熱負荷を受けている。このため、送風羽
口は通常内部を水冷されており、その材質も伝熱の良い
銅で形成されている。しかしながら、このような水冷に
よっても、溶融メタル及び溶融スラグが送風羽口に直接
接触するような場合には、送風羽口の溶損を避けること
はできず、溶損により冷却水が炉内へ流出する場合があ
る。このような場合、操業を中断して送風羽口を交換す
る必要がある。

【０００８】シャフト炉では安定した操業が継続してい
る間は炉内の伝熱も円滑に行われるが、前述のように操
業を中断し送風を停止する場合には、送風羽口前でのコ
ークスの燃焼が停止し、熱の発生がないために、炉内の
温度は炉体からの抜熱により低下していく。このような
操業の中断が長時間にわたり、炉内の、特に炉床部での
温度が低下してしまった場合には、送風羽口からの送風
を再開したときに炉内で生成した溶融メタル及び溶融ス
ラグが炉床部で凝固してしまう場合がある。あるいは、
凝固まで至らなくとも、温度低下により流体の粘性が極
めて悪化し、通液性が悪くなってしまう。

【０００９】このような場合には、送風羽口より上方の
シャフト部あるいは送風羽口の近傍では新たな溶融メタ
ル及び溶融スラグが生成して流下していくのに対し、炉
床部では凝固物があるためそれら溶融物の流下が妨げら
れる。このため、炉床へ流下しきらない溶融メタル及び
溶融スラグが送風羽口の前において滞留してしまう。こ
のような滞留した溶融メタル及び溶融スラグが送風羽口
に接触すると、送風羽口は過大な高温に曝される結果、
送風羽口が溶損するという事態に陥る。

【００１０】送風羽口がこのような溶損をするとき、溶
融メタル及び溶融スラグは送風羽口の下方から接触する
ため、送風羽口の前面下部が溶損することになる。炉内
における送風羽口より下方のコークス充填層の通液性が
悪化するのは当該部分の熱が不足するためであると考え
られるが、送風羽口前での燃焼反応により発生する燃焼
ガスは、通常、炉の上方にあるガス流出口へ流れるた
め、当該部分のコークスへ燃焼ガスから直接的に熱を供
給することは困難である。従って、当該部分の温度を上
昇させるためには送風羽口より上方で生成した溶融メタ
ルあるいは溶融スラグが滴下して当該部分のコークスと
接触することで熱供給をする必要がある。しかしなが
ら、前述したように、滴下する溶融メタル及び溶融スラ
グは当該部分の通液性が悪いことから送風羽口の前で滞
留してしまい、送風羽口の溶損を引き起こすことにな
る。

【００１１】このような悪循環を断つために、従来は、
送風羽口をシャフト炉から外してその炉内のコークス充
填層へパイプなどを介して酸素を供給し、これによりコ
ークスを燃焼させると共に溶融物の流路を形成した後
に、再度送風羽口をシャフト炉に設置して送風を再開す
ることで送風羽口前に溶融メタル及び溶融スラグが滞留
するのを防いでいた。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな溶融メタル及び溶融スラグが滞留するのを防止する
処置を採っても、パイプによって供給された酸素によっ
て形成された溶融物流路の通液性と送風羽口前へ流下し
てくる溶融メタル等の量とのバランスにより流下する溶
融メタル及び溶融スラグの量が多い場合には、送風羽口
前での溶融物の滞留が生じ、再度送風羽口の溶損が発生
し、送風の再停止を余儀なくされていた。

【００１３】従って、本発明は上述の課題に鑑みてなさ
れたものであり、その目的は、送風を停止した後の、送
風羽口より下方の炉床部での通液性の悪化に起因する溶
損を効果的に防止することができるシャフト炉の送風羽
口を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は送風羽口が炉内
に滞留した溶融メタル及び溶融スラグにより溶損すると
きの操業条件や炉内の状況を考察、検討することによ
り、想到したものである。すなわち、本発明のうち請求
項１に係るシャフト炉の送風羽口は、シャフト炉に取り
付けられる、前後に貫通する送風流路を有する筒形の送
風羽口部と、該送風羽口部の外周面に一端が固定され、
他端が前記送風羽口部の前面よりも前方に突出する外挿
管と、前記送風羽口部の前記送風流路の前端近傍に一端
が固定され、他端が前記前面よりも前方に突出する内挿
管とを備え、前記外挿管と前記内挿管との間の空間に、
耐火物を充填したことを特徴としている。

【００１５】また、本発明のうち請求項２に係るシャフ
ト炉の送風羽口は、請求項１記載の発明において、前記
外挿管及び前記内挿管が鋼製であることを特徴としてい
る。更に、本発明のうち請求項３に係るシャフト炉の送
風羽口は、請求項１又は２記載の発明において、前記内
挿管が、前記送風流路の前端における径と略同一の内径
を有することを特徴としている。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面を
参照して説明する。図１は本発明に係るシャフト炉の送
風羽口の断面図である。図１において、送風羽口１は、
通常使用される銅製の送風羽口と同一構成の銅製の送風
羽口部１０を備えている。この送風羽口部１０は、前後
（図１における右左）に貫通する送風流路１１を有す
る、後方から前方に向けて漸次減少する外径を有する筒
形に形成され、金属製錬に用いられる高炉（図示せず）
の炉下部に打ちこみによって取り付けられるようになっ
ている。また、送風羽口部１０には、羽口を冷却するた
めの冷却水が通る冷却水用通路１３が形成されている。

【００１７】そして、送風羽口部１０の外周面には、鋼
製の外挿管２０が固定されている。この外挿管２０は、
一端が送風羽口部１０の外周面に溶接により固定され、
他端が送風羽口部１０の前面１４よりも前方に突出する
ようになっている。図１において、外挿管２０は後方か
ら前方に向けて漸次減少する外径及び内径を有する円錐
台側面形状を有するが、外径及び内径が一定である円筒
形にしてもよい。

【００１８】また、送風羽口部１０の送風流路１１の前
端１２の近傍には、鋼製の内挿管３０が固定されてい
る。この内挿管３０は、一端が送風流路１１の前端１２
近傍に溶接により固定され、他端が送風羽口１０の前面
１４よりも前方に突出して外挿管２０の前面と同一面に
至るまで延びている。内挿管３０は、送風流路１１の前
端１２における径と略同一の内径を有する円筒形であ
る。

【００１９】そして、外挿管２０と内挿管３０との間の
空間には、送風羽口部１０の外周面及び前面１４を覆う
ように不定形耐火物４０が充填されている。この不定形
耐火物４０は流し込み耐火物を流し込んで施工するのが
簡便である。この流し込み耐火物の流し込みに際して、
外挿管２０及び内挿管３０を送風羽口部１０に対して点
付溶接で固定しておくと、流し込み耐火物を流し込んだ
ときに一部が溶接部の隙間から流れ出ることで、外挿管
２０と内挿管３０との間の空間全体に流し込み耐火物を
充填するのに好適である。

【００２０】不定形耐火物４０の材質は、炉内の溶融メ
タル及び溶融スラグに対する耐久性があるものであれ
ば、いかなるものでも使用することができる。特に、ア
ルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）と炭化珪素（ＳｉＣ）とで組成さ
れるものが好適である。また、不定形耐火物４０中にス
テンレス製のファイバーを添加してもよい。これによ
り、送風羽口１を高炉の炉下部に打ち込む時に炉内のコ
ークスに接触することにより生じる衝撃に対して強度を
向上させることができる。なお、外挿管２０及び内挿管
３０は、不定形耐火物４０を施工するときの型枠として
機能のみならず、送風羽口１を高炉の炉下部に打ち込む
ときに、不定形耐火物４０が損傷、剥離するのを防止す
る機能をも有する。そして、外挿管２０及び内挿管３０
は鋼製であるため、送風羽口１を高炉の炉下部に打ち込
む時に炉内のコークスに耐火物４０、外挿管２０及び内
挿管３０が接触することによる衝撃に対しての強度をよ
り一層向上させることができる。

【００２１】さらに、送風羽口部１０の外周面及び前面
１４には、不定形耐火物４０を充填する前に予め複数の
鋼製アンカー４１が設置されており、これら鋼製アンカ
ー４１の周囲に不定形耐火物４０が充填される。これに
より、不定形耐火物４０の強度が一層向上される。な
お、送風羽口部１０は、通常使用される送風羽口を利用
できるので、予め耐熱金属を送風羽口部１０の前面１４
や外周面に溶射しているものでもかまわない。本発明に
係る送風羽口１の外挿管２０、内挿管３０、及び不定形
耐火物４０は、後述するように、高炉の炉下部へ設置し
た後しばらくの間炉内の炉床部での通液性が悪い時期に
炉内に滞留する溶融メタル及び溶融スラグに対して送風
羽口部１０を保護する保護層であり、送風開始後しばら
くの間に損耗してしまうが、上記のような耐熱金属があ
れば、不定形耐火物等が損耗後も送風羽口部１０の保護
層として機能して通常の羽口と同程度の耐用が期待でき
る。

【００２２】図１に示す送風羽口１を高炉の炉下部に設
置すると、送風の停止時間が長時間にわたり、炉内の、
特に炉床部での温度が低下し、炉床部での通液性が悪化
しているときに、送風開始後生成した溶融メタル及び溶
融スラグが流下して送風羽口１の前に滞留したときであ
っても、溶融メタル及び溶融スラグは外挿管２０、内挿
管３０、及び不定形耐火物４０に接触し、これら溶融メ
タル及び溶融スラグが銅製の送風羽口部１０に直接接触
することを防止することができる。このため、送風開始
直後の送風羽口部１０の溶損を防止することができ、こ
れに起因する送風の再停止を行うことがなくなる。従っ
て、送風開始後生成した高温の溶融メタル及び溶融スラ
グの熱により炉床部の通液性の悪い箇所に滞留した溶融
メタル及び溶融スラグの昇温が行われ、これにより溶融
メタル及び溶融スラグの粘性が低下して炉床部での通液
性を良化させることができる。

【００２３】従来の送風羽口では、炉床部の通液性の悪
い箇所に滞留した溶融メタル及び溶融スラグの昇温の前
に送風羽口が溶損して送風の再停止を余儀なくされてい
たが、前述のようにすることで滞留した溶融メタル及び
溶融スラグの昇温の前に送風羽口の溶損および送風の再
停止を回避することができ、安定した操業の継続を可能
とすることができる。

【００２４】ここで、外挿管２０と内挿管３０との間に
充填された不定形耐火物４０は、一旦炉床部での通液性
が良好となれば、消失しても問題はなく、不定形耐火物
４０の材質もある程度溶融メタル及び溶融スラグに耐用
するものであればよい。また、内挿管３０は、送風流路
１１の前端１２における径と略同一の内径を有するの
で、送風流路１１から内挿管３０の内径を経て炉内に供
給される送風が円滑に無駄なく行われる。

【００２５】以上、本発明の実施形態について説明して
きたが、本発明はこれに限定されず、種々の変更を行う
ことができる。例えば、送風羽口１が取り付けられるの
は、金属製錬に用いられる高炉に限るものではなく、金
属の溶融還元に用いられる溶融還元炉や金属含有物や廃
棄物の処理等に用いられる他のシャフト炉であってもよ
い。

【００２６】

【実施例】本発明の効果を検証するため、内容積１４０
ｍ³の２段羽口を有する金属製錬炉の下段羽口に図１に
示す送風羽口１を使用した。外挿管２０及び内挿管３０
はＳＳ４００の鋼材を使用し、それぞれ送風羽口部１０
の前面１４から５０ｍｍ突出させて送風羽口部１０の外
周面および送風流路１１の前端近傍に点付溶接によって
固定した。この外挿管２０と内挿管３０との間の空間に
送風羽口部１０の外周面及び前面１４を覆うように、ア
ルミナ（Ａｌ ₂Ｏ₃）：１５重量％、炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）：８５重量％の組成からなるものにステンレス製フ
ァイバー（０．５ｍｍ四方Ｘ２５ｍｍ）を外付けで２重
量部混合させた不定形耐火物４０を流し込んで乾燥養生
させて、送風羽口１を準備した。

【００２７】前述の金属製錬炉の操業において、２４時
間以上の送風停止あるいは送風羽口の損傷により炉床部
への浸水が生じたために羽口交換のために送風を停止し
た場合、送風開始後１日以内に下段羽口が溶損した回数
は、従来の通常の送風羽口を使用した場合には１０回の
内４回の頻度であったのに対し、図１に示す送風羽口１
を使用した場合には皆無となった。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のうち請求
項１に係るに係るシャフト炉の送風羽口によれば、シャ
フト炉に取り付けられる、前後に貫通する送風流路を有
する筒形の送風羽口部と、該送風羽口部の外周面に一端
が固定され、他端が前記送風羽口部の前面よりも前方に
突出する外挿管と、前記送風羽口部の前記送風流路の前
端近傍に一端が固定され、他端が前記前面よりも前方に
突出する内挿管とを備え、前記外挿管と前記内挿管との
間の空間に、耐火物を充填したので、送風の停止時間が
長時間にわたり、炉内の、特に炉床部の温度が低下し、
炉床部での通液性が悪化しているときに、送風開始後生
成した溶融メタル及び溶融スラグが流下して送風羽口の
前に滞留したときであっても、溶融メタル及び溶融スラ
グは外挿管、内挿管、及び不定形耐火物に接触し、これ
ら溶融メタル及び溶融スラグが送風羽口部に直接接触す
ることを防止することができる。このため、送風を停止
した後の、送風羽口より下方の炉床部での通液性の悪化
に起因する溶損を効果的に防止することができる。これ
により、安定した操業の継続が可能となった。

【００２９】また、本発明のうち請求項２に係るシャフ
ト炉の送風羽口によれば、請求項１記載の発明におい
て、前記外挿管及び前記内挿管が鋼製であるので、送風
羽口をシャフト炉に取り付ける時に炉内のコークスに耐
火物、外挿管及び内挿管が接触することによる衝撃に対
しての強度を向上させることができる。更に、本発明の
うち請求項３に係るシャフト炉の送風羽口によれば、請
求項１又は２記載の発明において、前記内挿管が、前記
送風流路の前端における径と略同一の内径を有するの
で、送風流路から内挿管の内径を経て炉内に供給される
送風を円滑に無駄なく行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るシャフト炉の送風羽口の断面図で
ある。

【図２】鉄鉱石を製錬する高炉の炉内状況を模式的に示
す説明図である。

【図３】送風羽口近傍のシャフト炉内の概念図である。

【符号の説明】

１送風羽口１０送風羽口部１１送風流路１２送風流路の前端１３冷却水用通路１４送風羽口部の前面２０外挿管３０内挿管４０不定形耐火物４１鋼製アンカー１０１高炉１０２送風羽口１０３融着帯１０４コークス充填層１０５頂層１０６塊状帯２０１送風羽口２０２コークス２０３溶融スラグ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者土橋史直千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者西村博文千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内 (72)発明者長谷川伸二千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社千葉製鉄所内Ｆターム(参考） 4K012 CB00 4K015 FB04 FB08 4K045 AA01 AA02 BA01 GA17

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シャフト炉に取り付けられる、前後に貫通
する送風流路を有する筒形の送風羽口部と、該送風羽口
部の外周面に一端が固定され、他端が前記送風羽口部の
前面よりも前方に突出する外挿管と、前記送風羽口部の
前記送風流路の前端近傍に一端が固定され、他端が前記
前面よりも前方に突出する内挿管とを備え、前記外挿管と前記内挿管との間の空間に、耐火物を充填
したことを特徴とするシャフト炉の送風羽口。
【請求項２】前記外挿管及び前記内挿管が鋼製であるこ
とを特徴とする請求項１記載のシャフト炉の送風羽口。
【請求項３】前記内挿管が、前記送風流路の前端におけ
る径と略同一の内径を有することを特徴とする請求項１
又は２記載のシャフト炉の送風羽口。