JP2003041317A

JP2003041317A - 真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール装置及び方法

Info

Publication number: JP2003041317A
Application number: JP2001228143A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Yamashita; 幸介山下; Tomoaki Tanaka; 智昭田中; Makoto Sumi; 眞角
Original assignee: Nittetsu Plant Designing Corp; Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Nippon Steel Plant Designing Corp
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2003-02-13
Anticipated expiration: 2021-07-27
Also published as: JP4592227B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】地金・スプラッシュの吹き上げが著しく激し
い精錬条件下でも、合金・副材添加孔の閉塞を回避でき
るシール装置及びシール方法を提供する。【解決手段】真空精錬炉１の上部に設けた合金・副材
添加孔１２をシールするシール装置において、合金・副
材添加孔をシールする下部シール弁６の下方に、擬似ラ
ンス５が弁体と一体構造に設置され、さらに、適宜、合
金・副材添加孔の内壁に、擬似ランスにシールガスを吹
き付けるシール孔９が設けられ、下部シール弁と擬似ラ
ンスが、合金・副材投入シュートの両側に設置した昇降
装置に連結されていることを特徴とする真空精錬炉にお
ける合金・副材添加孔のシール装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高炉・電気炉・転
炉等で製造した炭素含有の粗溶鋼を真空下において精錬
する工程で、合金・副材を精錬炉内に添加するために設
けたシール装置及びそのシール方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼を処理する真空精錬炉として、一般
に、ＲＨ式、ＤＨ式、ＲＥＤＡ、ＶＯＤ、ＡＯＤ等が知
られている。これらの炉を用いる精錬方法においては、
真空下でＡｒ等の不活性ガスを吹きこみ溶鋼を攪拌しな
がら、脱炭、脱水素、脱硫等を行なう。また、上吹きラ
ンス、又は、溶鋼内に浸漬した羽口から酸素を吹き込
み、真空下で、優先脱炭の原理を利用して精錬を行なう
こともある。

【０００３】そして、多くの場合、精錬を効率良く行な
うため、又は、溶鋼の成分を最終的に調整するため、精
錬途中または精錬終期に、溶鋼に合金や副材を添加す
る。

【０００４】真空精錬中に、溶鋼に合金・副材を添加す
る場合、通常、精錬炉の上部に設置した合金中継ホッパ
ーから、シュートを通して自然落下せしめて炉内に投入
し、溶鋼に添加する。

【０００５】図１に、従来の合金・副材添加孔のシール
装置を示す。合金中継ホッパー７の上下にはシール弁が
設けられていて、炉内への合金・副材の添加は、以下の
手順に従って行なう。

【０００６】（ａ）下部シール弁６を閉めて精錬炉内の
真空を遮断し、上部シール弁１１を開いて、合金・副材
を合金中継ホッパー７内に貯留する。

【０００７】（ｂ）投入時期に至ると、上部シール弁１
１を閉じ、別系統で炉内と繋がる均圧配管の弁を開けて
合金中継ホッパー７の内部を真空状態にする。

【０００８】（ｃ）合金中継ホッパー７の内部が炉内と
同様の真空状態に至ると、下部シール弁６を開けて合金
中継ホッパー７内に貯留している合金・副材を精錬炉内
に投入する。

【０００９】しかしながら、精錬炉中に、溶鋼を攪拌す
るために吹き込むＡｒや、脱炭を促進するために吹き込
む酸素によって、精錬炉内では、地金・スプラッシュの
吹き上げ、ダストの発生等が起きる。このため、炉内と
繋がる合金・副材添加孔１２には地金が付着し、該付着
により孔が閉塞する等のトラブルが起きやすい。

【００１０】このトラブルの発生を抑制するため、合金
・副材添加孔を、地金・スプラッシュの影響を受けにく
い側壁に設けたり、槽高が大きい精錬炉の場合には、天
蓋部に設けたりする対策が取られてきた。また、合金・
副材添加孔を、上吹きランスの挿入孔と共用にする対策
もなされているが、真空精錬炉の長期連続操業を考えた
場合、いずれの対策も充分でないの実情である。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】前述したように、真空
精錬炉において酸素を吹き込む場合、地金・スプラッシ
ュの吹き上げが激しく起こる。特に、溶鋼中の炭素濃度
が高いと、ＣＯが大量に発生し、このＣＯを含有する排
ガスに随伴して、地金・スプラッシュの吹き上げが著し
く激しくなる。

【００１２】こうした状況下において、合金・副材添加
孔を、地金・スプラッシュの影響を受けにくい側壁に設
けることができない場合、又は、吹酸ランス孔と共用で
きない場合、合金・副材添加孔における地金付着・閉塞
は回避し難い問題となる。

【００１３】この解決策として、地金・スプラッシュの
吹き上げを抑制できるような精錬条件で、例えば、吹酸
速度を著しく下げる、真空度を下げる、吹酸開始の溶鋼
中の炭素濃度を低減する等の方法を採用し得るが、これ
らの方法では、真空精錬を行なうことによる本来の冶金
メリットが得られず、また、処理時間の長期化、エネル
ギーコストの増大というデメリットが問題となる。

【００１４】そこで、本発明は、地金・スプラッシュの
吹き上げが著しく激しくなる精錬条件下においても、合
金・副材添加孔の閉塞を回避できるシール装置及びシー
ル方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため、従来構造のシール装置及びシール方法に
ついて調査した。

【００１６】合金添加孔はその性格上精錬炉の直上に設
置せざるを得ず、よって精錬炉からのスプラッシュ・地
金の吹き上げに曝されることとなるが、これを防ぐ手段
として、ガスシールが有効である。しかし、ガスシール
は、流速をある程度高くしなければ、吹上げられた地金
・スプラッシュの侵入は防止できない。

【００１７】一方、合金添加孔は、内径がφ４００mm〜
６００mm程度有り、これに流速の高いシールガスを流そ
うとすると膨大な流量のシールガスが必要となる。

【００１８】そこで、合金添加孔を物理的に擬似ランス
のようなもので大部分の面積を占有させ、この擬似ラン
スと合金添加孔内面との隙間を狭くしてシールガスを流
せば、比較的少量の流量で大きな流速を確保できる。更
にシールガスの温度を予め高くしておけば、同一の流量
であっても気体の膨張分だけ流速を高くできる。

【００１９】シールガスの温度を高くする方法は、精錬
炉の上部の天蓋部を遮蔽する中蓋の芯金を冷却するガス
を利用してもよいし、排ガスダクト内で高温の排ガスと
熱交換させてシールガスとして利用してもよい。

【００２０】本発明は、上記知見に基づきなされたもの
で、その要旨は以下のとおりである。

【００２１】（１）真空精錬炉の上部に設けた合金・
副材添加孔をシールするシール装置において、合金・副
材添加孔をシールする下部シール弁の下方に、擬似ラン
スが、弁体と一体構造に設置されているか、又は弁体と
連動して昇降可能に設置されていることを特徴とする真
空精錬炉における合金・副材添加孔のシール装置。

【００２２】（２）前記合金・副材添加孔の内壁と擬
似ランスとのすき間にシールガスを吹き付けるシール孔
が設置されていることを特徴とする前記（１）記載の真
空精錬炉における合金・副材添加孔のシール装置。

【００２３】（３）前記下部シール弁と擬似ランス
が、合金・副材投入シュートの両側に設置した昇降装置
に連結されていることを特徴とする前記（１）又は
（２）記載の真空精錬炉における合金・副材添加孔のシ
ール装置。

【００２４】（４）前記合金・副材添加孔の下部に、
中蓋が配置されていることを特徴とする前記（１）、
（２）又は（３）記載の真空精錬炉における合金・副材
添加孔のシール装置。

【００２５】（５）真空精錬炉の上部に設けた合金・
副材添加孔を下部シール弁でシールする方法において、
下部シール弁の下方に擬似ランスを弁体と一体構造に設
け、擬似ランスの周辺からシールガスを吹き込むことを
特徴とする真空精錬炉における合金・副材添加孔のシー
ル方法。

【００２６】（６）前記シールガスの吹き込み量を、
真空精錬炉の操業状態に応じて制御することを特徴とす
る前記（５）記載の真空精錬炉における合金・副材添加
孔のシール方法。

【００２７】（７）前記シールガスとして、合金・副
材添加孔の下部に配置した中蓋の芯金の冷却に使用した
冷却ガスを利用することを特徴とする前記（５）又は
（６）記載の真空精錬炉における合金・副材添加孔のシ
ール方法。

【００２８】

【発明の実施の形態】図２に、本発明のシール装置の一
態様を模式的に示す。真空精錬炉１で真空脱炭処理を行
う場合、該炉１の上部を真空蓋３で覆い、さらに、真空
蓋３の下方空間の上部には、地金・スプラッシュの吹き
上げを防止するため、中蓋４を配置する。しかし、中蓋
４の中心部は、合金・副材の添加のために大きな開口部
となっていて、通常、吹き上げられた地金は、真空蓋３
に設けた合金・副材添加孔１２に直接到達する。

【００２９】そこで、本発明においては、下部シール弁
６の下部に、擬似ランス５を弁体と一体構造となるよう
に設置する。さらに、本発明では、合金・副材添加孔１
２の内壁に、擬似ランス５の側壁にシールガス（窒素）
を吹き付けるシール孔９を設置した。擬似ランス５の側
壁と合金・副材添加孔の内壁との隙間は狭い程シール効
果が向上するが、下部シール弁６と擬似ランス５の昇降
時における揺れや、不可避的な若干の地金の付着を考慮
して、隙間の間隔を設定する必要がある。例えば、１０
〜２０ｍｍの間隔を設けることが好ましい。

【００３０】下部シール弁６と擬似ランス５は、通常、
上部に配置した昇降装置（図２中に図示なし）に連結さ
れ、空気圧又は油圧或いはシーブを介したウィンチによ
って昇降される。上記昇降装置による昇降時の揺れをよ
り小さく抑えることができれば、擬似ランス５の側壁と
合金・副材添加孔の内壁との隙間をより狭くし、シール
効果を高めることができる。

【００３１】また、擬似ランス５を備えた下部シール弁
６を昇降する際においては、合金・副材の投入時、合金
・副材との干渉を回避するため、昇降ストロークを長く
取る必要がある。すなわち、少なくとも、従来の昇降ス
トロークより、擬似ランスの高さ分、長く取る必要があ
る。

【００３２】しかし、真空精錬炉１の上方空間は、通
常、合金・副材等を搬送・投入し、貯留するコンベアー
やホッパー等の設備機器、及び、真空精錬炉を真空とす
るための真空蓋や真空ダクト、及び、それらの昇降装
置、付帯装置等が配置されていて、極めて狭隘な空間と
なっているので、ストロークの長い昇降装置を配置する
のは難しい。

【００３３】そこで、本発明においては、この対策とし
て、図３に示すように、合金・副材投入シュートの両側
に一対の昇降装置８（例えば、エアーシリンダー、油圧
シリンダー）を配置し、該昇降装置の連結バーの上部
に、下部シール弁と連結したロッドを繋ぎ、これを一対
の昇降装置８で上方へ押し上げることにより弁体（下部
シール弁と擬似ランス）を上昇又は下降させる。

【００３４】この対策により、真空精錬炉１の上方の狭
隘な空間を有効に使用して、擬似ランス５付きの下部シ
ール弁６の昇降ストロークを長くとることが可能とな
り、本発明では、擬似ランス５が、合金・副材の投入
時、合金・副材と干渉することはない。

【００３５】一方、上部空間に多少の余裕がある場合
は、下部シール弁とダミーランスを一体構造とせず、下
部シール弁は中間真空ホッパーに設置し、ダミーランス
は単独に合金・副材添加孔に設置してもよい。

【００３６】ただし、この場合、両者を連動して昇降さ
せることにより円滑な合金投入とシール性を維持でき
る。

【００３７】さらに、本発明においては、シール効果を
より高めるため、合金・副材添加孔の内壁に、擬似ラン
ス５にシールガス（主として窒素）を吹き付けるシール
孔９を設置する（図２、３、参照）。

【００３８】シールガスの流量は、精錬条件に合わせ、
適宜、流量調節弁（図示なし）により制御可能である。
溶鋼中の炭素濃度が高く、吹酸速度が大きい脱炭初期か
ら中期に至る間は、地金・スプラッシュの吹き上げが激
しいので、シールガスの流量を大きくし、溶鋼中の炭素
濃度が減少し、地金・スプラッシュの吹き上げが小さく
なる脱炭中期から末期においては、シールガスの流量を
低減する。

【００３９】脱炭末期におけるシールガスの流量低減
は、炉内の真空度の向上にも寄与するので、冶金反応を
有利に進めると同時に、溶鋼中の窒素濃度の低減にも有
効である。

【００４０】また、合金・副材の添加時は、合金・副材
が炉内へスムースに流れるように、シールガスの流量を
低減することが好ましい。この時、地金・スプラッシュ
が合金・副材添加孔へ侵入し、内壁に付着することが懸
念されるが、同時に、合金・副材が該添加孔を通るの
で、地金・スプラッシュの侵入は全く問題とならない。

【００４１】一方、シールガスの吹込み方法は、前述の
方法以外に、ダミーランスおよび下部シール弁のロッド
を介して外部からダミーランス内に導入して、ダミーラ
ンスの周囲に設置した複数の孔から合金添加孔内壁に吹
き出す方法もある。

【００４２】図中に示すように、真空蓋の下方空間の上
部には、地金・スプラッシュの吹き上げを防止するた
め、中蓋４を配置するが、中蓋４は不活性ガス（主とし
て窒素）により冷却されている。

【００４３】本発明においては、上記不活性ガスを、シ
ール孔９から擬似ランス５に向けて吹き付けるシールガ
スとして利用できる。

【００４４】通常、中蓋４の芯金を冷却したガスは、供
給ルートとは逆方向に送られ大気中に放出されるが、該
ガスは、温度が高く、かつ、ガス放出時の騒音が問題と
なるので、その取り扱いのため、複雑な設備で対応せざ
るを得ないことなり、結局、投資コストが増大する。

【００４５】本発明においては、中蓋４の芯金を冷却し
たガスを、上記シール孔から擬似ランス５に向けて吹き
付けるシールガスとして利用するので、大気放出のため
の設備が不要となり、狭隘な設備空間への余分な配管・
装置等の設置を回避し、設備費の削減を図ることができ
る。

【００４６】また、本発明においては、中蓋の芯金を冷
却するガスと、シール孔から吹き込むシールガス（両者
とも主として窒素）の供給源を共用することができるの
で、ガスコストの低減を図ることができる。

【００４７】さらに、中蓋の芯金の冷却に使用したガス
（窒素）は、ガス温度が高くなっているので、同一流量
をシールガスとして使用しても、シール孔のノズルから
放出されて、合金・副材添加孔の内壁と擬似ランスとの
隙間を通る時のガス流速が大きくなり、その結果、地金
・スプラッシュの侵入をより防止でき、シール効果が大
きくなる。

【００４８】中蓋を使用しない場合は、シールガスを直
接合金添加孔に吹込むが、ガス温度を高くして流速を高
くする効果を得るため、予め高温の排ガスダクト内に配
管して熱交換を行い、シールガス温度を高くして合金添
加孔に吹込む方法も、本発明に含まれる。

【００４９】シールガスとしては、主として窒素を使用
するが、不活性であればよく、窒素の他、Ａｒ、Ｃ
Ｏ₂、蒸気等を単独で用いることができるし、また、こ
れらのガスを混合して使用することもできる。

【００５０】ダミーランスは、高温に晒されるため耐火
物を一部配置することが好ましい。また、水冷、空冷等
の冷却を行うことも可能であり、これらの方法も全て本
発明に含まれる。

【００５１】以下に、本発明をＡＯＤ炉による真空精錬
に適用した実施例について説明するが、本発明は、実施
例で用いた諸条件に限定されるものではない。

【００５２】

【実施例】（実施例）電気炉にて溶解した溶鋼中［Ｃ］
＝１．３％のステンレス粗溶鋼をＡＯＤ炉において、ま
ず、大気下にて、溶鋼中［Ｃ］＝０．６％になるまで、
脱炭精錬を行い、引き続き、本発明を適用し、真空下に
て、溶鋼中［Ｃ］＝０．０３になるまで、脱炭精錬を行
った。

【００５３】この精錬過程において、特に、合金投入シ
ュートへの地金の吹き上げ・付着、さらには、閉塞等の
トラブルはなく、操業を終了することができた。また、
精錬過程において、ステンレス溶鋼中のクロムの酸化ロ
スが大幅に減少した。その結果、酸化クロムを還元する
フェロシリコンの原単位や、副材の生石灰、酸素原単
位、Ａｒ原単位等を大幅に削減することができ、結局、
操業コストを大幅に低減することができた。さらに、精
錬時間を短縮することができたので、生産性が向上し
た。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、精錬過程において、地
金・スプラッシュの吹き上げによるトラブルがなく、か
つ、合金・副材添加孔におけるシールを充分になすこと
ができるので、原料・副原料の原単位を大幅に削減し、
かつ、操業時間を短縮でき、操業コストを大幅に低減す
ることができる。

【００５５】したがって、本発明は、真空精錬による鋼
の製造において、生産性の向上に寄与するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の真空精錬装置におけるシール装置を模式
的に示す図である。

【図２】本発明によるシール装置の一態様を示す図であ
る。

【図３】本発明によるシール装置の他の態様を示す図で
ある。

【符号の説明】

１…真空精錬炉２…排気ダクト３…真空蓋４…中蓋５…擬似ランス６…下部シール弁７…合金中継ホッパー８…昇降装置９…シール孔１０…合金投入シュート１１…上部シール弁１２…合金・副材添加孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田中智昭山口県光市大字島田3434番地新日本製鐵株式会社光製鐵所内 (72)発明者角眞福岡県北九州市戸畑区大字中原46番地の59 日鐵プラント設計株式会社内Ｆターム(参考） 4K013 BA02 BA16 CA04 CE00 CE01 CE02 CE09 CF14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】真空精錬炉の上部に設けた合金・副材添
加孔をシールするシール装置において、合金・副材添加
孔をシールする下部シール弁の下部に、擬似ランスが、
弁体と一体構造に設置されているか、又は弁体と連動し
て昇降可能に設置されていることを特徴とする真空精錬
炉における合金・副材添加孔のシール装置。
【請求項２】前記合金・副材添加孔の内壁と擬似ラン
スとのすき間にシールガスを吹き付けるシール孔が設置
されていることを特徴とする請求項１記載の真空精錬炉
における合金・副材添加孔のシール装置。
【請求項３】前記下部シール弁と擬似ランスが、合金
・副材投入シュートの両側に設置した昇降装置に連結さ
れていることを特徴とする請求項１又は２記載の真空精
錬炉における合金・副材添加孔のシール装置。
【請求項４】前記合金・副材添加孔の下部に、中蓋が
配置されていることを特徴とする請求項１、２又は３記
載の真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール装
置。
【請求項５】真空精錬炉の上部に設けた合金・副材添
加孔を下部シール弁でシールする方法において、下部シ
ール弁の下方に擬似ランスを弁体と一体構造に設け、擬
似ランスの周辺からシールガスを吹き込むことを特徴と
する真空精錬炉における合金・副材添加孔のシール方
法。
【請求項６】前記シールガスの吹き込み量を、真空精
錬炉の操業状態に応じて制御することを特徴とする請求
項５記載の真空精錬炉における合金・副材添加孔のシー
ル方法。
【請求項７】前記シールガスとして、合金・副材添加
孔の下部に配置した中蓋の芯金の冷却に使用した冷却ガ
スを利用することを特徴とする請求項５又は６記載の真
空精錬炉における合金・副材添加孔のシール方法。