JP2011530010A - 溶鉱炉の湯出口チャンネル及び溶解炉の廃液チャンネルにおける、鉄溶融物および金属溶融物の溶融流れを遮断するとともに元に戻すための方法及び溶融チャンネル - Google Patents

Abstract

本発明は、特に、溶鉱炉の湯出口チャンネル及び溶解炉のための廃液チャンネルといった溶融チャンネルにおける、鉄溶融物および金属溶融物の溶融流れを遮断するとともに元に戻すための方法に関するものである。この方法は、溶融流れを遮断するための、溶融チャンネルの中での溶融流れの冷却による固化した状態への変化と、特に溶鉱炉の湯出しの復旧のために、固化した溶融物を溶かすこと及び加熱による溶融流れの復元とを特徴とする。
【選択図】なし

Description

本発明は、溶鉱炉の湯出口チャンネル及び溶解炉のための廃液チャンネルにおける、鉄溶融物および金属溶融物の溶融流れを遮断するとともに元に戻すための方法及び溶融チャンネルに関するものである。

大抵の場合、溶融物は、例えば溶鉱炉および溶解炉などの冶金の容器、並びに、類似設備から指定時間内に流出する。かかる時間の後、溶融流れは、遮断されるとともにその後再び元の状態に戻される。例えばスライダーやフラップ弁など様々な装置が、溶融流れを遮断するために存在する。このため、特別に開発された可塑性の塊が高圧下で湯出口チャンネルに圧入される閉塞方法は、ほとんど全ての溶鉱炉の湯出口に用いられる。閉塞塊は、湯出口チャンネルの中で固まるとともに、次の湯出し工程を始めるために穴が開けられねばならない。これには費用のかかる技術的装置の使用が必要となる。

特許文献１には、炉の湯出口を交互に開いたり閉じたりするための方法が記載されており、そこでは湯出口チャンネルが、遮断装置によって先ず閉塞される。次いで、閉塞ガンが湯出口チャンネルの開口部に入れられるとともに、遮断装置が再び開いたら直ぐに、閉塞ガンからの閉塞塊で湯出口チャンネルが完全に満たされる。湯出口チャンネルが塞がれた後、閉塞塊が完全に硬化する前に、湯出しロッドが閉塞塊の中心を通り抜け且つドリルを用いて炉の中に突っ込まれるとともに、次の湯出し工程のときに湯出しロッドが再び湯出口チャンネルから回収される。

最近は、次の湯出し工程までチャンネルを閉鎖するためのカートリッジから時効硬化粉末を溶鉱炉の湯出口チャンネルに押し込むことも提案されている。

ドイツ特許公開第３４４３１４３号明細書

本発明の根本的な目的は、既知の方法、特に溶鉱炉のための湯出口の閉塞方法のデメリットを除去する方法、並びに、溶融チャンネルの中で溶融流れを遮断するとともに元に戻すための関連装置である溶融チャンネル、特に溶鉱炉の湯出口チャンネル及び溶解炉の排出チャンネルを開発することである。

本発明によれば、この目的は、請求項１の特徴を備えた方法、及び、請求項７の特徴を備えた、鉄溶融物および金属溶融物のための溶融チャンネルにより解決される。

従属請求項は、請求項１に係る方法および請求項７に係る溶融チャンネルの有利な且つ実用上の改良点を表現している。

本発明に係る方法は、チャンネル、特に溶鉱炉の湯出口チャンネル及び溶解炉の排出チャンネルの中で、鉄溶融物および金属溶融物の溶融流れを遮断するとともに元に戻すための方法であり、溶融流れを遮断するための、チャンネルの中での溶融流れの冷却による固化した状態への変化と、特に溶鉱炉における次の湯出し工程に備えて、溶融流れを元に戻すために、加熱によって固化した溶融物を溶かすことと、を特徴とする。

プラグを形成するために溶鉱炉の湯出口チャンネルの中または溶解炉の排出チャンネルの中で固まった溶融物が、その周辺領域で加熱されたとき、溶鉱炉または溶解炉の内圧によって、固化したプラグコアと一緒に、プラグ全体が湯出口チャンネル又は排出チャンネルの外へ押し出される。

凝固工程を迅速化し、且つそれによってエネルギー消費も減少させるために、溶融流れが固まる前に、湯出口チャンネル又は排出チャンネルの流出開口を塞ぐことが可能である。

溶融物の凝固工程をスピードアップするさらなる可能性は、フローチャンネル特に湯出口チャンネルの中で溶融物が固まる前に、溶融流れに順々に渦電流を引き起こす電圧が溶融流れに誘起されるように、定まった極性を有する少なくとも１つの磁場または少なくとも１つの交番磁場を通過する溶融流れに存しており、磁場と渦電流との相互作用が、溶融流れの流れ方向と反対方向に、溶融流れの流速を遅くし又は完全に流れを止める働きをする力を生じさせる。

特に溶鉱炉の湯出口チャンネル又は溶解炉の排出チャンネルにおいて、溶融流れが制御冷却された場合には、中心領域では流れ続ける溶融流れによって内壁を摩耗から保護するために、チャンネルの内壁上の外側の流れ領域に、かかる溶融物の固化した層が形成され得る。これに関連して、溶融流れの外側領域における流速を、湯出口チャンネル又は排出チャンネルの対応する内壁の構造によって遅くすることが可能であり、これにより、凝固工程が迅速化される。

以下では、溶鉱炉において湯出し工程が完了したときに溶融流れを遮断し、且つ、次の湯出し工程に備えて溶融流れを元に戻すための湯出口チャンネルの様々な実施形態を線図を参照して説明する。

外管および内管によって形成され、且つ、湯出口チャンネルの中を流れる溶融流れの流速を調整するための及び溶融流れを減速するための冷却装置および加熱装置を備えている、溶鉱炉の湯出口チャンネルの縦断面図である。 開位置における、湯出口チャンネルの流出開口を閉塞するための回転フラップを示す図である。 閉位置における、湯出口チャンネルの流出開口を閉塞するための回転フラップを示す図である。 輪郭が描かれた内壁を伴う、外管および内管を備えている湯出口チャンネルのさらなる実施形態の縦断面図である。 電気加熱コイルと組み合わせられる冷却コイルを備えている湯出口チャンネルの第３実施形態の部分的な縦断面図である。

図１に示す溶鉱炉１の湯出口チャンネル２は、外管３と、当該外管３の中で軸方向に移動することが可能な内管４によって形成されており、外管３が溶鉱炉１の耐火ライニング５に固定接続されている。両管３，４は非常に耐久性のある材料、好ましくはセラミック材料で作られているとともに、未処理の鉄およびスラグの流出による磨損を防ぐ働きをする内管４の材料は、摩耗に対しても耐性がある。

内管４は、磨損の影響を補償するために一定の時間間隔で、新しいパイプセクション６ａと交換されるパイプセクション６で構成されており、新しい内管セクション６ａは、湯出口チャンネル２の流出開口７を通って、溶融流れ８の流れ方向ａと反対方向に外管３に押し込まれ、これにより、使い古しのパイプセクション６ｂは同時に外管３から押し出されて、湯出口チャンネル２の流入開口９を通って溶鉱炉１に押し込まれる。それを通って溶融流れ８が溶鉱炉１の湯出口チャンネル２に入る内管セクション６ｂは、外管３及び溶鉱炉１の耐火ライニング５を磨損から保護するために、一定の長さだけ溶鉱炉１の内部に突出している。この内管セクション６ｂは、従来の湯出し方法における、溶鉱炉の耐火ライニングの内側の「被膜」の働きをする。新しいパイプセクション６ａを押し込む時間間隔は、内管セクション６の崩壊を避けるべく選択され、それ故スラグと外管３とのあらゆる接触が防がれる。流出する鉄およびスラグの高温でその完全な潤滑能力に至る、無機物をベースとする潤滑剤１０は、外管３と内管セクション６との間に存在するとともに、溶融物が内管セクション６の間の隙間に入り込むのを防ぎ、その後固まるとともに内管セクション６と外管３とを結合させる。

冷却コイル１１の中を流れる冷却液によりもたらされる溶融物の固化によって、溶鉱炉１の湯出し工程の後、湯出口チャンネル２の流出領域で、十分に固いシーリングプラグ１２が形成されることから、湯出口チャンネル２は、湯出口チャンネル２の流出開口７に隣接したチャンネルセクションにおいて外管３囲む管状の冷却コイル１１の形式で冷却装置を備えている。

湯出口チャンネル１３を囲んでいる電気加熱コイル１３の形式の加熱装置は、次の湯出し工程に備えて、流出開口７に隣接した湯出口チャンネル２のエリアにおいて、固化したシーリングプラグ１２を再び溶かす働きをする。

２つの湯出し工程の間の空き時間の長さにもよるが、２つの湯出し工程の間の時間は（特にワークフロー運用時に異常が生じた場合）変化しやすいことから、炉側で湯出口チャンネルの後部における溶融物は、固まるか、及び／又は、依然として流動性を有するままである。それ故に、固化した溶融物材料を再び溶かすための加熱装置には、湯出口チャンネルの全長に沿って効果的に加熱する能力がなければならない。

さらに、湯出口チャンネル２の周りに配置された省エネ型の電気誘導コイルを、加熱装置として用いることができるとともに、固化した溶融物の中に磁場を用いて渦電流を発生させることによって、溶融物を加熱し且つ再び溶かすために用いることができる。コイル巻線を通過する電流による過熱および溶鉱炉からの排熱に起因する損傷からコイル巻線を守るために、誘導コイルの巻線は、冷却液のための流入チャンネルを形成する空洞断面に沿っている。

フラップ弁１４又はスライダーの形式の閉塞要素は、溶融物が冷却運転において固まる前にチャンネルの流出開口を閉じるために、湯出口チャンネル２の流出開口７の前に配置されている。図２Ａ及び図２Ｂに示すフラップ弁１４は、軸１５の周りに旋回可能であとともに、２つの制限ストッパ１６によって、湯出口チャンネル２の前の旋回した閉位置で保持される。制限ストッパ１６は、フラップ弁１４が溶鉱炉の内圧から生じる力を吸収することができることを確実にする。フラップ弁に作用する力は、溶鉱炉の湯出口チャンネルの中で溶融物が固まるにつれて減少する。

湯出口チャンネル２に向かい合うフラップ弁１４の面は、耐火材料の厚い層でコーティングされており、その結果、弁は、長時間の作業の後ですら、極端に熱い溶融物との接触に起因するいかなる種類の損傷も受けない。

フラップ弁１４の閉鎖によって溶融流れ８が遮断されたとき、ほとんど冷却することなくそれ故にあまりエネルギー消費することなく、湯出口チャンネル２の中での溶融物の冷却を実行することができる。

次の湯出し工程に備えて、湯出口チャンネル２の中で固化した溶融物プラグ１２を渦電流によって再び溶かすための誘導コイルは、内管４の内壁に隣接したプラグの表面領域１７で再溶融が生じるように設計されており、その結果溶融物プラグ１２の直径が減少されるとともに、フラップ弁１４が開いたときに、溶鉱炉１の内圧によってプラグが湯出口チャンネル２から押し出され、且つ、再び溶かされた溶融物材料が潤滑剤として働く。

溶融流れを減速するために、フラップ弁１４を用いる代わりに又はフラップ弁に加えて磁場を用いて非接触法を実施することが可能である。

図１に示すように、強磁性物質から成るコア１９と、溶鉱炉１の湯出口チャンネル２を間にして向かい合って設置される２つの極２０，２１と、溶融流れ８の中に電圧を誘起しそれ故に次に溶融流れの中に渦電流を引き起こす磁場を発生させるために、コア１９に設置された誘導コイル２２，２３と、を備えた装置１８は、非強磁性の溶融流れ８の流速を調整するために及び非強磁性の溶融流れ８を遅くするために、湯出口チャンネル２の流出開口７に隣接したチャンネルセクションに配置されており、渦電流は、溶融流れ８の流れ方向ａと反対方向に作用する力を発生させるために、磁場と相互に作用し、且つ、それによって溶融流れを遅くするとともに完全に止めることすら可能である。

図３に示す湯出口チャンネル２４は、外管３と、プラットフォームの連続配置が作り出されるように、その孔２７が溶融流れ８の流れ方向ａに向かうにつれてより小さくなるプラットフォーム２６のようにその内壁２５が構成されるパイプセクション６から成る内管４とで形成されている。プラットフォーム２６の連続配置は、内管セクション６の内壁２５での溶融流れ８の流速を、中央の溶融流れの流速に対して著しく遅くする効果がある。中央において速く流れる溶融流れが、仮にあったとしても僅かしか冷却されないのに対し、湯出口チャンネル２の内管４のパイプセクション６の内壁に近い領域における溶融流れ８の低流速に起因して、湯出口チャンネル２の外管３を囲んでいる冷却コイル３の中を流れる冷却液は、この領域において溶融物を非常に効果的に冷却することができる。冷却工程を精密に調整することによって、摩耗に対する保護をもたらす固化した溶融層２９が、内管セクション６の内壁２５によって形成された内管４の内壁２８に生じる。このことは、溶鉱炉または溶解炉の操業および炉の技術要因のメンテナンスの実施に大きな利益をもたらす。

図４に一部が示される湯出口チャンネル３０は、その巻線３２が導電性材料（特に銅）から空洞断面３３として作られた複合冷暖房コイル３１を備えており、空洞断面３３によって形成された流入チャンネル３４の中を流れる冷却液が、溶鉱炉１の湯出口チャンネル３０又は溶解炉の排出チャンネルの中で溶融流れ８を凝固させるとともに、繰り返される湯出口操作を開始するべく、高い電流密度を伴う高周波交流に接続される冷暖房コイル３１が、コイル巻線３２の過熱を避けるための冷却液流れを減速させることによって溶融物を再び溶かすために、湯出口チャンネル３０の中で固化した溶融物の中に大きな渦電流３５を発生させる。

表皮効果に起因して、湯出口チャンネルの内壁に近い固化した外層における周波数の増加に伴って、生成された渦電流がどんどん強くなるとともに、局部加熱を引き起こす。コイルで印可された電流密度が十分に高い場合には、渦電流もまたそれに応じて高い電流密度有するようになり、その結果それらは溶融物の外層を液化するのに十分なエネルギーを持つようになる。この状態では、溶融物の好ましくない冷却が生じないと同時に、非常に高い電流密度に起因して巻線が過熱状態になるのを防ぐように、コイル巻線を通る冷却液の流速を必要な大きさにする。電流が基本的に高周波でコイル材料の外層の中を流れるように、表皮効果もまた巻線の中で作用し、これにより、コイルのフローチャンネルの中で冷却液が誘導コイルの機能を発生させる渦電流に悪影響を与えない。

並んで配置された複数のコイルセクションから複合冷暖房コイルシステム３１を作り出すことが可能である。このようにして、湯出口チャンネル３０の長さに沿って変化する条件および要件へのより良い適応を達成することが可能となる。このことはまた、冷却効果を改善するとともに、コイルの一部のセクションのインダクタンスを下げ、これにより、上述の利益を得るために、より高い周波数で運転されることが可能となる。

最適効率のために、複合冷暖房コイルは、対応するコントローラで操作されるとともに共振点で励振するＬＣ共振回路に組み込まれる。

Claims (19)

1. 例えば溶鉱炉の湯出口チャンネルや溶解炉のための廃液チャンネルなどの溶融チャンネルの中で、鉄溶融物および金属溶融物の溶融流れを遮断するとともに元に戻すための方法であって、
   溶鉱炉における湯出し工程の後、上記溶融流れを遮断するための、上記溶融チャンネルの中での上記溶融流れの冷却による固化した状態への変化と、
   溶鉱炉における次の湯出し工程に備えて、加熱によって固化した溶融物を再び溶かし且つ上記溶融流れを元に戻すことと、を特徴とする方法。
2. 請求項１記載の方法において、
   上記溶鉱炉または溶解炉の内圧によって、固化したプラグコアを含んでいる栓全体が上記湯出口チャンネル又は排出チャンネルの外へ押し出されるような栓を作り出すために、溶鉱炉の上記湯出口チャンネル又は溶解炉の上記廃液チャンネルの中で固まる溶融物の周辺領域の加熱を特徴とする方法。
3. 請求項１又は２記載の方法において、
   上記湯出口チャンネルの流出開口は、上記溶融流れがその中で固まる前に遮断されることを特徴とする。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法において、
   上記溶融チャンネルの中で固まる前に、それによって上記溶融流れの中に渦電流が引き起こされる電圧が上記溶融流れに誘起されるように、上記溶融流れが既知の方法で、定まった極性を有する少なくとも１つの磁場、又は、少なくとも１つの交番磁場を通過するとともに、上記磁場と上記渦電流とが相互作用して、上記溶融流れの流れ方向と反対方向に、上記溶融流れの流速を遅くし又は上記溶融流れ完全に止める力を生じさせることを特徴とする方法。
5. 例えば溶鉱炉の湯出口チャンネルや溶解炉の廃液チャンネルなどの溶融チャンネルにおいて、鉄溶融物および金属溶融物の溶融流れを制御するための方法であって、
   上記チャンネルの内壁に当該内壁を摩耗から保護すべく固化した溶融層を形成するための、外側の流れ領域における上記溶融流れの制御冷却を特徴とする方法。
6. 請求項５記載の方法において、
   上記溶融物の凝固プロセスを加速するために、上記溶融流れの外側の流れ領域における流速が、上記湯出口チャンネル又は廃液チャンネルの対応する内壁の構造によって遅らされることを特徴とする方法。
7. 上記溶融流れ(8)を遮断するとともに元に戻すための装置を備え、
   上記溶融流れ(8)を固化した状態に変化させるための冷却装置(11)と、固化した溶融物を再び溶かし且つ上記溶融流れ(8)を元に戻すための加熱装置(13)とによって、上記湯出口チャンネル(2)又は廃液チャンネルが外側で囲まれる、鉄溶融物および金属溶融物のための溶鉱炉(1)の湯出口チャンネル(2)及び溶解炉の廃液チャンネル。
8. 請求項７記載の溶融チャンネルにおいて、
   上記冷却装置(11)は、上記湯出口チャンネル(2)又は廃液チャンネルの流出開口(7)と隣接したチャンネルセクションに位置していることを特徴とする溶融チャンネル。
9. 請求項７又は８記載の溶融チャンネルにおいて、
   上記加熱装置(13)は、上記湯出口チャンネル(2)の全長に沿って又は上記湯出口チャンネル(2)のエリアに亘って配置されていることを特徴とする溶融チャンネル。
10. 請求項７〜９のいずれか１つに記載の溶融チャンネルにおいて、
    上記溶融チャンネル(2)は、その中を冷却液が流れることができる、一つ以上の管状の冷却コイル(11)で取り囲まれていることを特徴とする溶融チャンネル。
11. 請求項７〜１０のいずれか１つに記載の溶融チャンネルにおいて、
    固化した溶融物を再び溶かすために上記溶融チャンネル(2)の周りに配置されている、一つ以上の電気加熱コイル(13)を特徴とする溶融チャンネル。
12. 請求項７〜１０のいずれか１つに記載の溶融チャンネルにおいて、
    固化した溶融物の加熱及び再溶解のために、磁場によって渦電流を発生させるべく、少なくとも１つの電気誘導コイルが上記溶融チャンネル(2)を囲んでいることを特徴とする溶融チャンネル。
13. 請求項７〜９のいずれか１つに記載の溶融チャンネルにおいて、
    その巻線(32)が例えば銅などの導電性材料から空洞断面(33)として作られ、空洞断面(33)によって形成された流入チャンネル(34)の中を流れる冷却液が、溶鉱炉(1)の上記湯出口チャンネル(30)又は溶解炉の上記廃液チャンネルの中で上記溶融流れ(8)を凝固させ、且つ、上記溶鉱炉(1)又は上記溶解炉において繰り返される湯出口操作を開始するべく、高い電流密度を伴う高周波交流に接続される冷暖房コイル(31)が、上記コイル巻線(32)の過熱を避けるための冷却液流れを減速させることによって上記溶融物を再び溶かすために、湯出口チャンネル(30)の中で固化した溶融物の中に大きな渦電流(35)を発生させる、少なくとも１つの複合冷暖房コイル(31)を特徴とする溶融チャンネル。
14. 請求項７〜１３のいずれか１つに記載の溶融チャンネルにおいて、
    強磁性物質から成るコア(19)と、
    溶鉱炉(1)の上記湯出口チャンネル(2)又は溶解炉の上記廃液チャンネルを間にして向かい合って設置される２つの極(20,21)と、
    上記溶融流れ(8)の中に電圧を誘起しそれ故に上記溶融流れ(8)の中に、渦電流を引き起こす磁場を発生させるために、上記コア(19)に設置された誘導コイル(22,23)とを備え、
    上記渦電流は、上記溶融流れ(8)の流れ方向(a)と反対方向に作用する力を発生させるために、上記磁場と相互に作用し、且つ、それによって上記溶融流れ(8)を遅くするとともに完全に止めることすら可能であり、
    導電性の溶融流れ(8)の流速を調整するために及び導電性の溶融流れ(8)を遅くするために、上記湯出口チャンネル(2)又は廃液チャンネルの流出領域に配置される装置(18)を特徴とする溶融チャンネル。
15. 請求項１１記載の溶融チャンネルにおいて、
    誘導コイルの巻線は、コイル巻線の中を流れる電流および上記溶鉱炉または上記溶解炉からの排熱による過熱に起因して当該コイル巻線が損傷するのを防ぐために、冷却液のための流入チャンネル形成する空洞断面として作られていることを特徴とする溶融チャンネル。
16. 請求項７〜１５のいずれか１つに記載の溶融チャンネルにおいて、
    上記溶融物が上記チャンネルの中で固まる前に、上記湯出口チャンネル(2)又は上記廃液チャンネルの流出開口(7)を遮断するための、それ自体は例えばフラップ弁(14)又はスライダーとして知られる閉塞要素を特徴とする溶融チャンネル。
17. 請求項７〜１６のいずれか１つに記載の溶融チャンネルにおいて、
    上記溶鉱炉(1)の上記湯出口チャンネル(2)又は上記溶解炉の上記廃液チャンネルは、外管(3)と、当該外管(3)の中で軸方向に移動可能な内管(4)とによって形成され、
    上記外管(3)は、上記溶鉱炉(1)又は上記溶解炉の耐火ライニング(5)に固定接続され、
    両管(3,4)は非常に耐久性のある、好ましくはセラミック材料で作られており、且つ、上記内管(4)の材料は摩耗に対しても耐性があることを特徴とする溶融チャンネル。
18. 請求項１７記載の溶融チャンネルにおいて、
    上記内管(4)は、磨損を補償するために、一定の時間間隔で新しいパイプセクション(6a)と交換されるパイプセクション(6)で構成され、
    上記新しいパイプセクション(6a)は、湯出口チャンネル(2)又は上記廃液チャンネルの流出開口(7)を通って、上記溶融流れ(8)の流れ方向(a)と反対方向に外管(3)に押し込まれ、これにより、使い古しのパイプセクション(6b)が、上記湯出口チャンネル(2)又は上記廃液チャンネルの流入開口(9)を通って、上記外管(3)から同時に押し出され、且つ、上記溶鉱炉(1)又は上記溶解炉に押し込まれることを特徴とする溶融チャンネル。
19. 請求項１８記載の溶融チャンネルにおいて、
    摩耗を防ぐために、上記湯出口チャンネル(24)または廃液チャンネルの外管(3)を囲む１つの又は複数の冷却コイル(11)の中を流れる冷却液を用いた、溶融物の集中的な冷却によって、上記湯出口チャンネル(24)または廃液チャンネルの内壁(28)に固化した溶融層(29)を作るべく、上記流れ(8)の外側領域で溶融流れ(8)の流速を遅くするための、溶融流れ(8)の流れ方向(a)に向かうにつれてより小さくなる孔(27)、を有しているプラットフォーム(26)のような内管セクション(6)の内壁(25)の構造を特徴とする溶融チャンネル。

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