JP2003139473A - 冶金炉における水漏れ検知方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 真空精錬設備等における排ガス処理装置、と
りわけ水冷ダクト・排ガス冷却装置等の冷却水を使用し
た装置における水漏れを検知するもので、真空処理中に
僅かな量の水漏れも検知可能であり、しかも装置の管理
維持が容易で耐久性に優れた装置を提供する。 【解決手段】 冶金炉から発生する高温の排ガスを冷却
した後、或いは冷却後除塵して処理する際に、排ガスの
一部から排ガス中の水蒸気湿度もしくは水蒸気分圧の少
なくとも１つを測定することにより、排ガス処理装置の
水漏れを少量であってもかつ早期に検知することを可能
にした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冶金炉における水
漏れ検知方法、例えば、高炉・転炉・電気炉等で製造さ
れた炭素含有の粗溶湯を真空下において精錬する際に発
生する排ガスの処理装置、とりわけ水冷ダクト・排ガス
冷却装置等の冷却水を使用した装置における水漏れを検
知する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】大気精錬炉には転炉・電気炉・ＡＯＤ
等、真空精錬炉にはＶＯＤ，ＡＯＤ，ＲＨ等種々のタイ
プがあるが、これらの大気・真空精錬炉を含めた冶金炉
の排ガス処理において、発生する高温の排ガスを冷却す
る必要がある。このためダクトの途中に水冷式のガスク
ーラーを設けたり、また途中のダクトにおいて水冷を行
うことがある。この場合高温排ガスと多量の冷却水とで
熱交換が行われるが、配管・ダクトの磨耗・減肉、或い
は熱応力による割れ等により、冷却水が配管・ダクトか
ら排ガス流路内に漏れることがある。しかし、排ガス処
理設備は一般に密閉されているため内部の水漏れの状況
が把握できない。そのため内部の水漏れを認識できない
まま操業を続行し、水漏れが激しくなって真空度の著し
い低下、或いはダストの水濡れによる系外への搬出不能
等の設備・操業トラブルの発生に至ることがあった。

【０００３】そこで、ある頻度で計画的に操業を止め、
ダクト内の点検・ガスクーラーの点検を実施していた。
また、ガスクーラー下部のダスト溜り部に静電容量式の
検知棒を設置し、ダストが漏水により濡れて静電容量が
変化することを利用して漏水を検知することが行われて
いた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、計画的
に操業を止めて点検する場合、設備の稼動率を低下させ
生産性を阻害する。一方、前述の静電容量式の検知棒で
は、ダストの濡れ状態による検知棒の静電容量の調整が
難しい。例えば、少量の漏水では、温度が高かったり或
いは真空下では蒸気となり易いため、漏水を検知するこ
とが出来ず、大量の漏水が検知の前提とならざるを得な
い。従って、漏水を軽微な状態で事前に検知することが
極めて難しかった。

【０００５】本発明は、上述した大気精錬もしくは真空
精錬設備の如き冶金炉における排ガス処理装置におい
て、とりわけ水冷ダクト・排ガス冷却装置等の冷却水を
使用した装置における水漏れを高精度に検知することを
目的とし、処理中に僅かな量の水漏れも検知可能であ
り、しかも装置の管理維持が容易で耐久性に優れた検知
方法を提供するものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、冶金炉の排ガ
ス処理装置において、排ガス流路内の水漏れを間接的に
常時監視するため、水漏れした水分が蒸発し排ガス中の
湿度を高めることに着目した。実機にて試験を繰り返
し、この排ガス中湿度変化を常時監視しておけば、水漏
れのかなり初期から検知可能であることが判明し、設備
化に成功した。一方、操業上、水分を含有する副材等を
冶金炉内に添加すると、炉内反応により排ガス中湿度が
上昇することがある。また、冶金炉内で精錬時の熱源と
するため、炭化水素を含有した気体燃料或いは固体燃料
等を燃焼させる場合、同様に排ガス中湿度が上昇する。
本発明者らは、その発生形態、即ち湿度上昇レベル及び
上昇継続時間等を詳細に調査し、水冷設備の水漏れによ
る湿度上昇と操業による湿度上昇と判別することができ
る水漏れ検知方法を見出した。

【０００７】その要旨は以下の通りである。 （１） 溶融金属を精錬する冶金炉から発生する高温の
排ガスを冷却した後、或いは冷却後除塵して処理した後
に、排ガスの一部から排ガス中の水蒸気濃度もしくは水
蒸気分圧の少なくとも１つを測定することを特徴とする
冶金炉における水漏れ検知方法。 （２） 前記（１）の水漏れ検知方法において、排ガス
の一部を吸引ポンプで吸引・分離し、更にその一部を第
２の吸引ポンプにて水蒸気濃度計或いは水蒸気分圧計等
に導入して、排ガス中の水蒸気濃度もしくは水蒸気分圧
の少なくとも１つを測定して、これを水漏れ検知制御或
いは監視のうち少なくともいずれかに用いることを特徴
とする冶金炉における水漏れ検知方法。 （３） 水蒸気濃度もしくは水蒸気分圧の少なくとも１
つの測定と同時に、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂、Ｈ₂のうち少な
くとも１つのガス濃度或いは分圧の測定を行うことを特
徴とする（１）又は（２）記載の水漏れ検知方法。 （４） 排ガス中の水蒸気濃度もしくは水蒸気分圧の少
なくとも１つを測定する場合、濃度又は分圧変化の増減
及びその程度を予め認識されたパターンと比較して、濃
度又は分圧変化が、排ガス経路からの漏水による濃度又
は分圧増加に基づくものか、或いは他の要因に基づく一
時的反応による濃度又は分圧の増加であるか、を判断し
て検知、監視することを特徴とする（１）〜（３）のい
ずれか１項記載の水漏れ検知方法。 （５） 溶融金属を精錬する冶金炉から発生する高温の
排ガスを冷却した後、或いは冷却後除塵して処理した後
に、排ガス中の水蒸気濃度もしくは水蒸気分圧の少なく
とも１つを測定するための測定装置を設置したことを特
徴とする冶金炉における水漏れ検知装置。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面により説明
する。なお、図示する実施例は真空精錬炉の排ガス処理
設備の例であるが、本発明はこれに限ることなく金属の
溶解・精錬に用いる他の冶金炉（大気精錬炉を含む）に
おいても、その排ガス冷却が間接水冷を含む冷却方式で
あれば、適用することができる。一般的に、水冷された
ダクト・クーラー等から精錬排ガス系内に漏水した場
合、漏水が水蒸発となる量は、系内雰囲気が大気より真
空の方がより大きい。よって、本発明の漏水検知方法及
び装置は、真空精錬装置においてより効果的に漏水が検
知され易いと言える。

【０００９】図１に実施例の設備全体概念図を示す。真
空精錬炉１で発生した排ガス４は水冷ダクト２を通り、
それに接続するガスクーラー５に送られそこで冷却され
る。その後ガスクーラー５からダクト３を通り乾式集塵
機６に送給されて除塵され、さらにダクト３を経て真空
排気装置７に送られてから大気放散される。

【００１０】ここで、集塵機６の後段におけるダクト３
から湿度計及び分析計用排ガス吸引導管８を分岐するこ
とで、排ガスの一部を分岐吸引して湿度計９に導入する
ようにしている。その結果、該湿度計９において排ガス
の湿度が測定されるが、この位置には排ガスの分析計も
併設されている。実施例では排ガス湿度計は集塵機６の
後段に設置した例を示しているが、ガスクーラー５の後
段に設置してもよい。また、ここで併設されている分析
計は同一場所のケースもあるが、真空排気装置７の後段
或いは集塵機６後段に湿度計とは別個に設置するケース
もある。

【００１１】分析計を併設したのは、排ガスの湿度を測
定する際に、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂、Ｈ ₂等のガス濃度或い
は分圧の少なくとも１つを同時に測定するためである。
これらの分析値は、冶金炉内の反応の進行状況を把握し
て、冶金炉へのガス吹込み、副材・冷材投入等のオペレ
ーションガイダンスとしたり、冶金操作完了の判断情報
としたりすることに利用される。また、湿度計の測定値
も漏水の判断情報とする以外に、これらのガス分析情報
とともに前述の炉内反応状況を判断する情報としても利
用可能である。

【００１２】次に本装置の使用方法を説明する。真空精
錬炉１の排ガス処理において、発生する高温の排ガスを
冷却するためダクトの途中にガスクーラー５を設け、ま
た途中のダクトは水冷を行う。本対策の方式では、集塵
機後段で排ガスの相対的な湿度が常時測定・監視され
る。例えば真空精錬中、ガスクーラー５の水管に亀裂が
入り、冷却水が排ガス中に噴出したとする。この場合漏
水は高温の排ガスによって蒸発し、排ガスの水蒸気分圧
が上昇するため、後段に設置された湿度計９はその相対
的な湿度の上昇を検知することができる。即ち、排ガス
流路内が漏水無く正常な状態での排ガスの相対湿度に対
して、高い湿度を一定時間継続した場合を漏水発生とし
て判断して・設備・操業上の処置を行う。なお、湿度だ
けを検知することに限らず、水蒸気分圧を検知してもよ
い。

【００１３】設備・操業上の処置の具体例としては、漏
水検知後直ちに漏水補修作業に必要な措置、例えば冶金
炉と排気ダクトとの縁切り、或いはバイパス経路を装備
している場合はバイパス側への経路変更等を講じてか
ら、漏水箇所の迅速な補修作業を行うことが重要であ
る。漏水の早期の検知は、補修箇所も軽微である場合が
多く、補修が容易で短期に終了する。また、場合によっ
ては、警報だけを出し、適宜機器の運転停止などを行う
こともできる。

【００１４】通常、排ガスの一部を分離して排ガス中の
湿度測定或いはガス分析測定を行う場合、吸引ポンプに
よりダクト内排ガスを吸引して直接分析計に分析用排ガ
スを供給する。よって吸引ポンプは１段で良い。しか
し、真空下の排ガスの湿度測定或いはガス分析測定を行
う場合、吸引ポンプを２段に構える必要がある。以下そ
の理由を述べる。真空下の排ガスを吸引する場合、分析
装置に供給されるガスは大気圧相当の圧力となるため、
同一吸引ポンプによって真空中から吸引される排ガスの
絶対流量（標準状態換算のガス流量）は、真空度によっ
て大きく変動する。即ち、吸引排ガスの絶対流量は低真
空時と比較して高真空時はかなり小さくなる。よって、
同一吸引ポンプを使用する場合、湿度計或いはガス分析
計側に供給されるガス流量は真空度により大きく変動す
る。一方、湿度測定器或いはガス分析器の測定精度を高
度に維持するためにはこれらの計器に供給されるガス流
量の変動は回避されねばならない。この対策として、吸
引ポンプを２段に構える。

【００１５】すなわち、図２に示すように、排気ダクト
３中の真空排ガス４を比較的容量の大きいポンプ１１に
て吸引し、その吐出側の大気圧相当の排ガスの一部を更
に第２の吸引ポンプ１２により吸引して分析装置９に供
給する。第２段のポンプ１２に吸引されない排ガスは、
排出管１３を介して大気放出ガス１５として放出される
か、同一ダクトの下流部に放出される。この放出ガス流
量は、吸引されるダクト内真空度が高い場合は少なく、
真空度が低い場合は多くなる。こうして測定された排ガ
ス中の水蒸気濃度もしくは水蒸気分圧は、操作室の監視
パネルに表示される。この表示された測定値をオペレー
ターが常時監視し、通常より高い値となった場合に前述
の操業・設備処置を実施する。また、予め制御装置に排
ガス中の水蒸気濃度もしくは水蒸気分圧の異常を検知す
るプログラムを組んでおき、自動的に警報を発生せしめ
たり、装置を停止する等の操業上の自動シーケンスにつ
なげる。なお、分析装置９からも排出管１４を通って大
気放出ガス１５が放出される。

【００１６】なお、真空精錬中の排ガスの水蒸気分圧
は、機器の漏水以外の要因で上昇するケースもある。真
空精錬炉には、操業中合金鉄・冷材・生石灰等の副原料
が投入される。これらの副原料は多少の水分を含有して
いるため、投入後には排ガス中の水蒸気分圧が一時的に
上昇する。特に、生石灰等の副材は吸湿し易く水分が多
いため投入後の水蒸気発生量は著しく高くなる。よっ
て、相対湿度の上昇を短絡的に漏水と判断することは誤
検知となる。そこで、本発明者らが相対湿度の挙動を詳
細に調査した結果、漏水による湿度上昇は継続的であり
・多少の変動はあるが一度上昇した湿度は処理終了まで
継続して高い状態にある。一方、合金・冷材・副材等の
精錬炉内添加による湿度上昇は、短期的であり、投入後
一定時間経過すると湿度は投入前のレベルに低減するこ
とが判明した。よって、この湿度レベルの挙動の差異を
利用して、冷却水系統からの漏水か否かを判別すること
が可能である。

【００１７】また、漏水以外の排ガス中湿度上昇の他の
要因として、冶金炉内で精錬時の熱源を目的に、炭化水
素を含有した気体燃料或いは固体燃料等を燃焼させる場
合がある。例えば、操業中、ＬＮＧ，ＬＰＧ，灯油等の
炭化水素系燃料を冶金炉内で燃焼させると、排ガス中に
多量の水蒸気が混入される。しかし、これらは供給タイ
ミング及び供給量が明確となっており、排ガスへの水蒸
気の混入量は比較的精度良く推定可能である。よって排
ガス中の水蒸気分圧の測定結果からこれらの影響を分離
することは充分可能である。

【００１８】具体的には、漏水と判断するには、湿度変
化の増減及びその湿度レベルの事前設定と、その時炉内
に添加された合金・冷材・副材等の成分や量から投入後
の湿度上昇継続時間を事前に求めて同様に設定し、更に
炭化水素含有燃料の供給時間及び供給量から推定される
湿度上昇を事前設定しておき、連続的な湿度及び湿度上
昇時の時間の測定値が、前記の設定湿度レベル（パター
ン）と時間レベルを越えたとき、漏水と判断して自動的
に警告信号或いは制御信号が出力するようにしておけば
よい。

【００１９】

【発明の効果】以上述べたように、排ガスの湿度を測定
・監視することにより、排ガス流路内の少量の漏水が検
知可能となり、早期に漏水が検出されると同時に、漏水
検知の信頼性も飛躍的に向上した。これによって得られ
る設備・操業上の効果は以下の通りである。 （１）漏水時の排ガス中水蒸気分圧上昇による精錬炉内
の真空度悪化を最小限に抑制することができ、精錬上の
冶金効果の悪化を回避できた。 （２）漏水が早期に発見できることにより、漏水箇所の
補修が初期段階で出来るので、修理整備作業が容易とな
り、補修時間及びコストの削減が可能となる。 （３）漏水の発見が遅れることによるダスト滞留箇所の
ダスト固着が防止され、その後のダスト除去に多大な時
間と費用を費やすことが回避できた。 （４）対策前は、漏水時ガスクーラーの水管或いは煙管
表面に付着したダストが固着して排ガス流路が狭くな
り、ガスクーラーの圧力損失が大きくなり精錬炉内の真
空度が悪化していた。本発明により、ダストの固着が回
避され、良好な真空度が維持可能となった。 （５）対策前は、漏水による水蒸気含有排ガスにより、
バグフィルターの濾布表面に付着したダストが固着し
て、集塵機の圧力損失が増大していた。本発明により、
ダスト固着が回避され、精錬炉内の真空度を良好に維持
することが可能となった。 （６）ガスクーラー或いは集塵機内のダスト搬出とし
て、ダストの気体圧送方式を採用している場合、漏水が
多くなるとダストが固着して、ダストの気体圧送が著し
く阻害される。本対策により、漏水が初期に検知される
とダストの固着が無くなり、ダスト圧送トラブルも皆無
となった。 （７）漏水箇所が真空精錬炉に近い場合、漏水の発見が
遅れ漏水量が多くなると、精錬炉内に漏水が逆流して溶
湯内に漏水が流れ込み水蒸気爆発に至る危険性があっ
た。本対策により、漏水の小さい段階での発見・補修が
可能となり、水蒸気爆発に至る危険性は極めて小さくな
った。 （８）従来の静電容量型検知棒の様な漏水検知方法では
・ガスクーラー等のダスト溜り部へ設置するといった限
定された箇所での検出であった。本発明では、排ガス中
の相対的な水蒸気量を測定するため、排ガス流路全体を
監視することができ、検出時は設備全体を調査し早期に
設備対策を講じることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】真空精錬設備の排ガス処理装置における本発明
による水漏れ検知装置を模式的に示す図である。

【図２】本発明による水漏れ検知装置における湿度計及
び分析計用排ガス導入及び排気フローを模式的に示す図
である。

【符号の説明】

１ 真空精錬炉 ２ 排ガス水冷ダクト ３ 排ガスダクト（非水冷） ４ 排ガス ５ 間接水冷式ガスクーラー ６ 集塵機 ７ 真空排気装置 ８ 湿度計及び分析計用排ガス吸引導管 ９ 湿度計（分析計） １０ 湿度計及び分析計での測定値の信号 １１ 排気ダクトから排ガスを吸引する第１段吸引ポ
ンプ １２ 第１段吸引ポンプで供給される排ガスを湿度計
及び分析計に供給する第２段吸引ポンプ １３ 第１段吸引ポンプで供給される排ガス中余剰と
なった排ガスの排出管 １４ 湿度計及び分析計で使用されたガスの排出管 １５ 大気放出ガス

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46−59 日 鐵プラント設計株式会社内 Ｆターム(参考） 4K056 FA15

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属を精錬する冶金炉から発生する
   高温の排ガスを冷却した後、或いは冷却後除塵して処理
   した後に、排ガスの一部から排ガス中の水蒸気濃度もし
   くは水蒸気分圧の少なくとも１つを測定することを特徴
   とする冶金炉における水漏れ検知方法。
2. 【請求項２】 請求項１記載の水漏れ検知方法におい
   て、排ガスの一部を吸引ポンプで吸引・分離し、更にそ
   の一部を第２の吸引ポンプにて水蒸気濃度計或いは水蒸
   気分圧計等に導入して、排ガス中の水蒸気濃度もしくは
   水蒸気分圧の少なくとも１つを測定して、これを水漏れ
   検知制御或いは監視のうち少なくともいずれかに用いる
   ことを特徴とする冶金炉における水漏れ検知方法。
3. 【請求項３】 水蒸気濃度もしくは水蒸気分圧の少なく
   とも１つの測定と同時に、ＣＯ、ＣＯ₂、Ｏ₂、Ｈ₂のう
   ち少なくとも１つのガス濃度或いは分圧の測定を行うこ
   とを特徴とする請求項１又は２記載の水漏れ検知方法。
4. 【請求項４】 排ガス中の水蒸気濃度もしくは水蒸気分
   圧の少なくとも１つを測定する場合、水蒸気濃度又は分
   圧変化の増減及びその程度を予め認識されたパターンと
   比較して、濃度又は分圧変化が、排ガス経路からの漏水
   による濃度又は分圧増加に基づくものか、或いは他の要
   因に基づく一時的反応による濃度又は分圧の増加である
   か、を判断して検知、監視することを特徴とする請求項
   １〜３のいずれか１項記載の水漏れ検知方法。
5. 【請求項５】 溶融金属を精錬する冶金炉から発生する
   高温の排ガスを冷却した後、或いは冷却後除塵して処理
   した後に、排ガス中の水蒸気濃度もしくは水蒸気分圧の
   少なくとも１つを測定するための測定装置を設置したこ
   とを特徴とする冶金炉における水漏れ検知装置。