JP2015511172A - 鋼の真空処理プロセスにおける廃ガスの浄化方法および設備 - Google Patents

Abstract

【課題】負圧を発生させるための装置１６、特に蒸気エジェクターポンプまたは機械式真空ポンプを使用して、脱ガスプラントにおける廃ガスの洗浄を行う。【解決手段】真空室１５から来る廃ガスをサイクロン分離器１２に導き、廃ガスからの粒子の粗分離、微細ダストの分離およびサイクロン分離器１２中でのガス冷却のステップを連続的に実行し、廃ガスの粗浄化後、サイクロン分離器１２に組み込まれた微細ダストフィルター１３に続いて、微細フィルター１３の下流のガス冷却器１４を経由し、直接、負圧を発生する装置１６に連結された吸引ライン２を通って装置１６に導かれる。【選択図】図１、２

Description

本発明は、負圧を発生させるための装置、特には蒸気エジェクターポンプまたは機械式真空ポンプを使用する、脱ガスプラントにおける廃ガス浄化を行う方法および設備に関する。

鋼製造における、いわゆる二次金属冶金プロセス、特には酸素吹込みプロセスにおいて、溶融した鋼は真空中で処理される。いわゆる上吹き酸素による、鋼の脱ガスおよび低炭素鋼の製造は、現状の技術で公知であり、かつ世界中で使用されている処理方法から派生したものである。

前記の方法を実施するプラントには、基本的に二つの主要なコンポーネントがあり、一つはいわゆる真空室で、この中では真空下で３００トン以上の容量の流動鋼の取鍋を扱い、もう一つは、吸引ラインを通して真空室に接続された真空発生装置である。絶対圧２００ｍｂａｒから０．６ｍｂａｒの低圧で進行するプロセスでは、溶解ガスも反応ガスも遊離し、これ等のガスは所定の絶対作動圧を維持しながら、真空発生装置から吸い上げられる。このとき、吸引された、または蒸発と凝結により発生した廃ガス中の金属および非金属のダスト粒子もあわせて搬送される。ダストの総量は、５００℃までの排ガス温度で、粒子の大きさが０．５μｍから１００μｍ以下の場合、方法次第で、溶融鋼１トン当たり３Ｋｇから４Ｋｇの重量にもなる。

低い吸引圧力下で大量のダストを得るために、現在では二つの異なる様式の真空ポンプシステムが使われている：一つは、ダストに強い蒸気エジェクターポンプで、これはエネルギー消費が大きい。もう一つは、ダストに弱い機械式真空ポンプである。

多段の蒸気エジェクターポンプを用いて真空を生成するプラントにおいては、廃ガス中のダストによる負荷のために、直接エジェクションポンプの機能が阻害されるということはない。廃ガスは多段のエジェクターにより大気圧に圧縮され、廃ガスに含まれるダストはパイプラインとエジェクターの壁に約５％から１０％堆積し、残りの９０％から９５％は、循環冷却水で洗浄されインジェクション凝縮器に搬送される。しかしながら、多大な手作業を必要とする洗浄作業、およびダスト粒子で汚染された循環水の浄化に必要な費用は、欠点と考えられている。さらに、蒸気エジェクターによる真空発生方法は、蒸気消費が大きいという特徴があり、この蒸気を高性能の蒸気発生器により、現場で発生させる必要があるので、更に費用がかさむ。

それに対して、機械式真空ポンプによる運転は、高温と吸引ガス中のダストに弱いが、エネルギー消費は、はるかに少ない。そのため、機械式ポンプには基本的に必ず、ガス/ダスト分離器とガス冷却器が真空室と真空ポンプの間に配備される。真空ポンプを使用した従来のプラントにおいては、吸引されたガスは真空ポンプの入口の前で先ずサイクロンに導かれ、ここで大形のダスト粒子が分離される。引き続きガスは冷却のため、ガス冷却器に送られ、そこから、微細なダスト粒を分離・除去するための微細ダストフィルターを通過する。

前記の、機械式の真空ポンプを使う装置の上記のコンポーネントは、連続して真空ライン中に組み込まれるが、このために設置スペース以外に、相応の長さの真空ラインが必要になる。この様にすることは、真空室内の真空発生器で最大限の効率を得るために、真空室と真空ポンプ位置の間のラインを可能な限り短縮すると言う要求と矛盾する。

本発明の課題は、蒸気エジェクターポンプおよび機械式真空ポンプの使用に伴う前記の問題の大部分を解決することである。この課題は、主請求項１の特徴を持つ方法で解決できる。

本発明の核心をなす概念は、予備的なダスト除去、微細粒フィルタリングおよびガス冷却と言うようなダスト減少に必要な全ての方法ステップを、ガス冷却器と連結し一体に作られた微細ダストフィルターを有する、真空気密でコンパクトなサイクロン分離器中だけで実行するという点にあり、サイクロンに入る未処理のガスは、らせん状に成形されたバッフルプレートにより、強制的に回転運動を引き起こされ、これにより粗大ダストの分離が促進され、また一方では、組み込まれている熱交換器の外壁でガス流の予備冷却が行われる。それから、ガスはステンレス鋼製のマイクロフィルターマットを使った微細ダストフィルターとそれに接続する水冷式のガス冷却器とを通り、真空ライン中のガス漏斗を経由して、真空ポンプへと導かれる。ここでとりわけ有利なのは、装置のコンパクトな設計によって、真空ラインの長さを大幅に短縮できるため、圧損を低く抑えることができる点である。

従属請求項中に、さらなる、有利な実施形態を示す。

一体に作られたフィルターと冷却のユニットを、装置の廃ガス漏斗の上に、相対移動が可能な非固定状態で乗せて、装置のハウジングから、基本的には上方にしか動かせないこれらのコンポーネントを上方に取り外せるようにしている。

サイクロンは、漏斗状の下端部に真空気密のダストキャップを備えており、これを通して、発生する粗大および微細ダストを除去する。

微細フィルターは不活性ガスを使って清掃する。これとは無関係に、別にサイクロンの内部室に不活性ガスを充満させるのも有効である

本発明のさらなる利点、特徴および詳細を、次に示す好ましい発明の実施形態の記述および図面で明らかにする。

現状技術による廃ガス浄化のための設備の概略図である。 本発明による廃ガス浄化のための設備の概略図である。 図２の設備で使われるサイクロン分離器の軸方向断面図である。

図１は現状技術による、鋼製造における廃ガス浄化設備を示し、吸引ライン２の中で、真空室１と真空発生器３の間に組み込まれた粗大ダスト除去用のサイクロン分離器４、別に設備されるガス冷却器５、およびそれに接続された微細フルター６を有する。微細フィルター６はここでは、ガス冷却器５の下流側に配置される。微細フルター６に何重にも装備されている布製のフィルター袋を、ガスの高温から守る必要があるからである。

図２は本発明の廃ガス浄化用の設備１０を示し、サイクロン分離器１２のサイクロンハウジング１１中に組み込まれた微細ダストフィルター１３とガス冷却器１４とを有する。サイクロン分離器１２は真空ライン１７中で真空室１５と真空発生器１６の間に設置されるが、この場合、真空発生器１６は負圧を発生するどのような構造の装置でもよい。

図３は、本発明によるサイクロン分離器１２の詳細を示し、一体に組み立てた微細ダストフィルター１３とガス冷却器１４を有する。

このサイクロン分離器１２のユニットは、予備的なダスト除去のためのサイクロンハウジング１１、水冷の多管式熱交換器１９として設計されたガス冷却器１４、および廃ガスの微細フィルタリングのための微細ダストフィルター１３で構成される。

微細ダストフィルター１３と多管式熱交換器１９は、真空気密なサイクロンハウジング１１中で、互いに同心に結合される。多管式熱交換器１９の円錐状の下部２１は、サイクロンハウジング１１のガス出口連結パイプ２３の円錐状の受け側漏斗１８に、相対移動が可能な非固定状態で乗せられている。このようにすると、サイクロンハウジング１１の蓋２４を開き、水の入り口継手２５および出口継手２６を取り外すことで、整備時の分解を確実に容易化することができる。必要に応じて、微細ダストフィルター１３も、ガス冷却器１４および多管式熱交換器１９を残して、取り外すことができる。

ダスト除去のために、好ましくは、空気または油圧で駆動される真空気密のカバ−キャップ２８が、円錐形状部分であるサイクロンコーン２７の下部に組み込まれている。サイクロン分離器１２からのダスト取り出しを助けるため、電気式または空圧式の駆動装置付きの攪拌装置３０を、好ましくはサイクロンコーン２７に取り付ける。

サイクロン分離器１２の機能は次の通りである；ダストを含んだ高温ガスは、図２の真空発生器１６の吸引力により、サイクロン分離器１２の接線方向に設備した図３の入口連結パイプ３１へと導かれる。高速の流入速度とそれに伴う回転運動により、遠心力が高温ガスの大きい（粗い）粒子に働き、粒子が公知の方法でサイクロンコーン２７に集められる。サイクロンハウジング１１の内壁に付いているらせん状に成形されたバッフルプレート３２で、粒子の分離が促進される。最初にガス流が直角に曲げられ、多管式熱交換器１９の水冷されたカバー３３によって、ガスの部分冷却が、先行して実行される。

残留ダストを含んだガスの全量が微細ダストフィルター１３を通り、引き続き多管式熱交換器１９を通り吸引される。細かい粒子を分離する微細ダストフィルター１３は、好ましくは目の細かい微細ステンレス鋼製のフィルターマットで形成され、微微細子のサイズに合わせて調整される。微細ダストフィルター１３の洗浄のため、プラント停止中に、微細ダストフィルター１３の内側からサイクロンハウジング１１の方向に、好ましくは不活性ガスによる、空圧衝撃を与える手段を有し、ダストをサイクロンコーン２７の下方に送る。

水冷式の多管式熱交換器１９は、ガスはパイプ中を下方に、水はパイプの周りに上方へ流すクロス流の原理で設計される。冷却し圧縮された清浄なガスは、ガス出口連結パイプ２３を通り、サイクロン分離器１２を出て、真空発生器１６に向う。ダスト粒子サイズの分散状況次第で、サイクロンハウジング１１中で、微細ダストフィルター１３とガス冷却器１４を１８０°回転して設置することもできる。

プロセス完了時、通常の場合、全システムに外気が充満する。粒子表面の酸素濃度が高いので、細粒の配合割合が高くなると、自然発火、あるいは、例えば十分な容量の点火スパークのような、その他の運用状態との連鎖で、爆発を引き起こすこともある。従って、プロセス完了時、サイクロン分離器１２の内部を、好ましくはプラントの他の空間と切り離し、不活性ガスを充満させる。

１ 真空室
２ 吸引ライン
３ 真空発生装置
４ サイクロン分離器
５ ガス冷却器
６ 微細フィルター
１０ 設備
１１ サイクロンハウジング
１２ サイクロン分離器
１３ 微細ダストフィルター
１４ ガス冷却器
１５ 真空室
１６ 真空発生装置
１７ 真空ライン
１８ 受け側漏斗
１９ 多管式熱交換器
２１ 下方部分
２３ ガス出口連結パイプ
２４ 蓋
２５ 水の入り口継手
２６ 水の出口継手
２７ サイクロンコーン
２８ カバーキャップ
３０ 攪拌装置
３１ 流入口連結パイプ
３２ バッフルプレート
３３ カバー

Claims (10)

1. 負圧を発生する装置１６、特に蒸気エジェクターポンプまたは機械式真空ポンプを使用した廃ガス清浄化方法において、
   真空室１５から来る廃ガスをサイクロン分離器１２に導いて、廃ガスからの粗大粒子の分離、微細ダストの分離、およびサイクロン分離器１２中での冷却の各ステップを連続して実行し、廃ガスが、予備浄化された後、直接サイクロン分離器１２内に設置した微細ダストフィルター１３を通り、続いて微細ダストフィルター１３に接続したガス冷却器１４を通り、負圧を発生する装置１６に連結された吸引ライン２および前記装置１６へと導かれることを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、サイクロン分離器１２に入った廃ガスから、バッフルプレート３２の作用で、特にらせん状の流れにより、粗い粒子を排除し、かつ予備冷却のため、廃ガスを熱交換器１９として設計されたガス冷却器１４の外壁の周りに流すことを特徴とする設備。
3. 請求項１または２の方法を実行する設備１０において、前記設備１０がサイクロンハウジング１１に囲まれたサイクロン分離器１２を含み、サイクロンハウジング１１中に微細ダストフィルター１３とガス冷却器１４が配置され、かつサイクロン分離器１２に入る廃ガスを、強制的に微細ダストフィルター１３およびガス冷却器１４に送り込み、前記装置１６に連結された吸引ライン２へと導くことを特徴とする設備。
4. 請求項３の設備において、前記微細ダストフィルター１３がサイクロンハウジング１１から突き出すガス出口連結パイプ２３を有し、かつサイクロンハウジング１１が、カバーキャップ２８の形式の粒子排出装置を有することを特徴とする設備。
5. 請求項４の設備において、前記カバーキャップ２８がサイクロンハウジング１１の円錐形状部分２７の下部に配置され、かつ前記円錐形状部分２７は、サイクロンハウジング１１中の粒子を払い落とすための撹拌装置３０が取り付けられていることを特徴とする設備。
6. 請求項３から５のいずれか一項の設備において、前記サイクロンハウジング１１中に、廃ガス誘導のための、好ましくは、らせん状に成形されたバッフルプレート３２が、少なくとも一つ取り付けられていることを特徴とする設備。
7. 請求項６の設備において、少なくとも一つの前記バッフルプレート３２が、廃ガスをガス冷却器１３の外壁３３に導くことを特徴とする設備。
8. 請求項３から７のいずれか一項の設備において、前記サイクロンハウジング１１に組み込まれた微細ダストフィルター１３とガス冷却器１４が互いに結合されて、ガス出口連結パイプ２３のハウジング部分１８の上に、相対移動が可能な非固定状態で乗せられていることを特徴とする設備。
9. 請求項３から８のいずれか一項の設備において、前記微細ダストフィルター１３がステンレス鋼製のマイクロフィルターマットを有し、不活性ガスによる空圧で洗浄する手段を有することを特徴とする設備。
10. 請求項４から９のいずれか一項の設備において、前記カバーキャップ２８がサイクロンハウジング１１を真空気密に密閉することを特徴とする設備。

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