JP2016023358A - 転炉ガスの清浄装置、転炉システム、および、転炉ガスの清浄方法 - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでありながらも、ダストの回収率を向上することができる転炉ガスの清浄装置、転炉システム、および、転炉ガスの清浄方法を提供する。
【解決手段】転炉ガスの清浄装置は、外部から導入された転炉ガスに水を噴霧して、水が凝縮しない温度まで転炉ガスを冷却する減温塔と、減温塔から導入された転炉ガスが旋回する第１旋回空間３１６が内部に形成された第１管体３１２を有する上流サイクロン部３１０と、第１旋回空間３１６から導入された転炉ガスが旋回する、第１旋回空間３１６よりも容積の小さい第２旋回空間３３６が内部に形成された複数の第２管体３３２を有し、第１旋回空間３１６を旋回した転炉ガスが複数の第２管体３３２に導かれる下流サイクロン部３３０と、を備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、転炉本体から排出される転炉ガス中のダストを除去して清浄ガスを得る転炉ガスの清浄装置、転炉システム、および、転炉ガスの清浄方法に関する。

溶銑を収容した転炉本体の内部には、上方から酸素上吹きランスが挿入され、酸素上吹きランスによって酸素が溶銑に吹き付けられる。溶銑への酸素の吹きつけにより、溶銑の脱炭吹錬や溶銑の脱燐処理が行われることとなるが、これに伴い、ＣＯ（一酸化炭素）ガスを主成分とする高温（例えば、１４５０℃程度）の転炉ガスが生じることとなる。転炉ガス中には、鉄分を主成分とするダスト（ダストの７０％〜８０％が鉄分）が多量に含まれているため、転炉においては、転炉ガスからダストを回収して清浄ガスを生成する清浄装置が設けられている。清浄装置によって回収されたダストは、再度転炉に装入されて、鉄が抽出される。また、清浄ガスは、加熱炉などの燃料ガスとして利用される。

従来、転炉ガスの清浄方法としては、転炉の炉内変動による急激なガス温度の上昇やガス量の変動に対応するために、クエンチャーベンチュリースクラバー式、ＰＡベンチュリースクラバー式、リングスリットワッシャー式（ＲＳＷ）の湿式集塵方式が広く採用されている（特許文献１）。湿式集塵方式では、転炉ガスに水を吹き付けて、水の液滴中にダストを捕捉させ、ダストを捕捉した液滴（水）を転炉ガスから分離することで、清浄ガスとダストとを分離している。

特開２００２−３３９０１１号公報

上記のように、転炉ガスの清浄方法として、クエンチャーベンチュリースクラバー式、ＰＡベンチュリースクラバー式、リングスリットワッシャー式の湿式集塵方式を採用すると、ダストを捕捉した水（以下、「集塵水」と称する）を処理するための多大な湿式処理付帯設備が必要となるため、設備投資に要するコストやランニングコストが増大してしまう。また、集塵水によって湿式処理付帯設備にスケールが析出するため、湿式処理付帯設備を洗浄する必要があり、洗浄に要するコストがかかるといった課題もある。さらに、湿式処理付帯設備においては、集塵水に凝集剤を添加し、ダストを凝集沈殿させて集塵水から回収しているため、回収に要するコストが高くなるという課題もある。また、凝集沈殿されたダストには、凝集剤が混入しているため、ダストの回収率の向上にも限界がある。

また、上記湿式集塵方式を採用すると、清浄装置全体の圧力損失が大きくなるため、清浄装置の後段に設けられ、転炉ガスを吸引する吸引部の駆動動力が大きくなり、吸引部の駆動に要するコストが増大してしまう。

そこで、湿式処理付帯設備が不要となる、バグフィルタを用いる乾式集塵方式を、清浄装置に採用する構成が考えられる。しかしながら、バグフィルタは、目詰まりを起こしやすく、集塵力を維持するために、フィルタの交換や清掃を頻繁に行う必要があり、ランニングコストが増大する。

本発明の目的は、低コストでありながらも、ダストの回収率を向上することができる転炉ガスの清浄装置、転炉システム、および転炉ガスの清浄方法を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の転炉ガスの清浄装置は、外部から導入された転炉ガスに水を噴霧して、水が凝縮しない温度まで転炉ガスを冷却する減温塔と、減温塔から導入された転炉ガスが旋回する第１旋回空間が内部に形成された第１管体を有する上流サイクロン部と、第１旋回空間から導入された転炉ガスが旋回する、第１旋回空間よりも径もしくは容積の小さい第２旋回空間が内部に形成された複数の第２管体を有し、第１旋回空間を旋回した転炉ガスが複数の第２管体に導かれる下流サイクロン部と、を備えたことを特徴とする。

また、複数の第２管体は、少なくとも一部が第１管体の上方から第１旋回空間内に突出しているか、もしくは、全体が第１旋回空間内に位置しているとしてもよい。

また、第１旋回空間は水平断面形状が円形であり、複数の第２管体は、第１旋回空間の中心位置を囲繞するように配置されているとしてもよい。

また、複数の第２管体で囲繞された第１旋回空間の中心位置には、第１旋回空間から第２旋回空間に転炉ガスを導く連通管が設けられ、連通管は、本体部と、本体部の下端に形成され、第１旋回空間を旋回した転炉ガスを本体部に導入する導入口と、導入口から本体部に導入され、本体部を上昇する転炉ガスを分流して複数の第２管体に導く分流口と、を備えるとしてもよい。

また、導入口が形成される本体部の下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増する形状であるとしてもよい。

また、複数の第２旋回空間を旋回した転炉ガスを集合して外部に排出する集合排出部をさらに備えるとしてもよい。

また、集合排出部は、少なくとも下端が第２管体内に配され、下方から上方に向けて内部を転炉ガスが上昇する排気管を備え、排気管の下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増する形状であるとしてもよい。

また、第２管体の下端には、第２旋回空間内で転炉ガスから遠心分離されたダストを鉛直下方に排出する開口が設けられ、第１管体内には、複数の第２管体の下端が内部に位置し、第２管体の下端の開口から排出されたダストを貯留するダストチャンバーが内部に形成された円錐管が設けられているとしてもよい。

また、減温塔は、転炉ガスが流通する流路が内部に形成された筒体と、流路において、転炉ガスに水を噴霧して冷却する噴霧部と、筒体内で除塵したダストを外部に排出するダスト排出機構と、を備えるとしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の転炉システムは、転炉本体と、転炉本体から導入された転炉ガスに水を噴霧して、水が凝縮しない温度まで転炉ガスを冷却する減温塔と、減温塔から導入された転炉ガスが旋回する第１旋回空間が内部に形成された第１管体を有する上流サイクロン部と、第１旋回空間から導入された転炉ガスが旋回する、第１旋回空間よりも径もしくは容積の小さい第２旋回空間が内部に形成された複数の第２管体を有し、第１旋回空間を旋回した転炉ガスが複数の第２管体に導かれる下流サイクロン部と、下流サイクロン部の第２旋回空間から転炉ガスを吸引する吸引部と、を備えたことを特徴とする。

転炉本体から排出された転炉ガスの圧力に基づいて、吸引部の吸引量を制御する吸引制御部を備えるとしてもよい。

上記課題を解決するために、本発明の転炉ガスの清浄方法は、転炉ガスに水を噴霧して、水が凝縮しない温度まで転炉ガスを冷却する工程と、冷却された転炉ガスを第１旋回空間で旋回させ、遠心分離によって転炉ガスからダストを除去する工程と、第１旋回空間でダストが除去された転炉ガスを、第１旋回空間よりも径もしくは容積の小さい第２旋回空間で旋回させ、遠心分離によって、転炉ガスから、第１旋回空間で除去したダストよりも小さいダストを除去する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、低コストでありながらも、ダストの回収率を向上することができ、また、環境負荷を低減することが可能となる。

転炉システムの全体系統を説明する図である。 第１の実施形態の清浄装置の全体系統を説明する図である。 第１実施形態の清浄装置を構成する減温塔を説明する概念図である。 第１実施形態の清浄装置を構成する集塵装置を説明する概念図である。 図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。 第２実施形態の集塵装置を説明する概念図である。 図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。 第３実施形態の集塵装置を説明する概念図である。 図８におけるＩＸ−ＩＸ線断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、転炉システムＴの全体系統を説明する図であり、図２は、第１の実施形態の清浄装置の全体系統を説明する図である。図１に示す転炉システムＴは、溶銑（銑鉄）を収容する転炉本体１を備えている。この転炉本体１の内部には、上方から酸素上吹きランス２が挿入され、酸素上吹きランス２によって酸素が溶銑に吹き付けられる。酸素上吹きランス２によって、溶銑に酸素が吹きつけられることにより、溶銑の脱炭吹錬や溶銑の脱燐処理が行われる。そして、脱炭吹錬や脱燐処理に伴い、ＣＯ（一酸化炭素）ガスを主成分とする高温（例えば、１４５０℃程度）の転炉ガスが生じることとなる。

転炉本体１の上部には、下部輻射管３、上部輻射管４が接続されており、転炉本体１における脱炭吹錬や脱燐処理で生じた転炉ガスは、下部輻射管３、上部輻射管４を介して、転炉本体１の外部に排出される。なお、上部輻射管４の外壁には、乾式の排熱回収用ボイラ５が配され、転炉ガスが有する熱を回収している。

そして、上部輻射管４の出口には、ガスを清浄する清浄装置１００が接続されている。詳しくは後述するが、図２に示すように、この清浄装置１００は、転炉ガス中からダストを除去するものであり、減温塔２００と、集塵装置３００とを含んで構成される。減温塔２００は、高温（１０００℃以上）の転炉ガスに水を噴霧して、水が凝縮しない温度（乾き状態の温度）まで転炉ガスを冷却（減温）する。集塵装置３００は、冷却された転炉ガスからダストを除去する。

図１に戻って説明すると、清浄装置１００によってダストが除去された転炉ガス（以下、清浄装置１００によってダストが除去された後の転炉ガスを「清浄ガス」と呼ぶ）は、合流管８を通じて吸引部（誘引ファン、送風機）９によって吸引される。吸引部９は、電動機Ｍによって駆動され、吸引した清浄ガスをサイレンサー１０に送出する。サイレンサー１０は、ガス流路切替弁（三方弁）１２によって、放散塔１１およびガスホルダー１３に接続されており、ガス流路切替弁１２を切り換えることによって、清浄ガスは、放散塔１１またはガスホルダー１３に導かれることとなる。そして、放散塔１１に導かれた清浄ガスは、大気に放散され、ガスホルダー１３に導かれた清浄ガスは、ガスホルダー１３で貯留された後、燃料ガスとして利用されることとなる。

また、下部輻射管３の下部には、上方から下方に向かうにしたがって径が漸増するテーパ状の下部フード３３が設けられている。下部フード３３は、上下移動が可能な構造となっており、転炉ガスを回収する場合には、下部フード３３と転炉本体１の炉口とを密着させる。ただし、下部フード３３と転炉本体１の炉口とを、必ずしも密着させずとも、炉口圧力を大気圧の近傍に調整することで、大気を過剰に吸収せずに転炉ガスを回収することができる。

下部フード３３には、転炉本体１から排出された転炉ガスの圧力（炉口圧力）を測定するための炉口圧力検出器２０が設けられている。炉口圧力検出器２０は、測定した圧力を示す検出信号を吸引制御部２１に出力する。吸引制御部２１は、検出信号が示す転炉ガスの圧力に基づいて、炉口圧力が予め定められた値（例えば、−５ｍｍＨ_２Ｏ〜＋５ｍｍＨ_２Ｏの範囲）となるように、吸引部９の回転数を調整して、吸引（誘引）量を制御する。

炉口圧力検出器２０および吸引制御部２１を備える構成により、転炉本体１の炉口圧力を安定させることができ、下部フード３３と炉口との間に形成される間隙を通じた転炉ガスの噴出、噴出による転炉ガス回収量の低減、および、間隙を通じた大気の混入による転炉ガス（清浄ガス）の熱量低下を防止することが可能となる。

続いて、図３〜図５を用いて、第１実施形態の清浄装置１００について詳細に説明する。

図３は、第１の実施形態の清浄装置１００を構成する減温塔２００を説明する概念図である。図３に示すように、減温塔２００は、転炉本体１で生じた転炉ガスが流通する流路が内部に形成された本体チャンバ（筒体）２１０を備えている。この本体チャンバ２１０は、図３中、一点鎖線で示す軸心方向の一端２１０ａと他端２１０ｂとがそれぞれ開口しており、軸心を鉛直方向に沿わせた状態で、一端２１０ａが鉛直上方に、他端２１０ｂが鉛直下方に位置している。この本体チャンバ２１０の一端２１０ａは、導入ダクト２１２を介して、減温塔２００の上流側に設けられる上部輻射管４に接続されている。したがって、高温（１０００℃以上）の転炉ガスは、図３中、破線矢印Ｇ１で示すように、本体チャンバ２１０の一端２１０ａ（塔頂）から導入され、一端２１０ａ側から他端２１０ｂ側へと、本体チャンバ２１０内に形成される流路内を軸方向下方に流通することとなる。

そして、転炉ガスは、流路内における流通過程で、噴霧部２２０によって水Ｗが噴霧されて、水が凝縮しない温度（例えば、２００℃）まで冷却される。噴霧部２２０は、本体チャンバ２１０内に水Ｗを噴霧する１または複数の噴霧ノズル２２０ａを備えている。噴霧ノズル２２０ａは、例えば、２流体ノズルで構成され、ヘッダー２２０ｂを介して噴霧水ライン２２０ｃと、噴霧ガスライン２２０ｄとに接続されており、噴霧ノズル２２０ａから水Ｗおよびガス（例えば、窒素や過熱蒸気）の混合流体が噴霧される。

噴霧ノズル２２０ａとして２流体ノズルを採用することにより、１流体ノズルを採用した場合と比較して、噴霧する水Ｗの平均粒径の微粒化が可能となり、粒子径や流量分布を一定に維持しつつターンダウンを大きく取ることができる。

なお、噴霧ノズル２２０ａが噴霧する水Ｗの平均粒径および噴霧範囲は、噴霧ノズル２２０ａの噴霧位置、本体チャンバ２１０内の空筒速度、および、転炉ガスを冷却する冷却空間の距離Ｈの長さに基づいて、転炉ガスを冷却する冷却空間の距離Ｈ以内で水Ｗが完全に蒸発するように設定される。

また、噴霧水ライン２２０ｃには噴霧水流量制御弁２２０ｅが設けられ、噴霧ガスライン２２０ｄには、噴霧ガス流量制御弁２２０ｆが設けられている。両流量制御弁２２０ｅ、２２０ｆは、噴霧量制御部２２０ｇによって制御される。噴霧量制御部２２０ｇは、温度検出器２２０ｈが測定した転炉ガスの温度に基づいて、両流量制御弁２２０ｅ、２２０ｆを制御する。具体的に説明すると、温度検出器２２０ｈは、後述する集塵装置３００の入口の転炉ガスの温度を測定する。そして、噴霧量制御部２２０ｇは、温度検出器２２０ｈによって測定される転炉ガスの温度が予め定められた温度（例えば、１５０℃以上２００℃以下）になるように、噴霧水流量制御弁２２０ｅを制御する。

また、噴霧量制御部２２０ｇは、噴霧水流量制御弁２２０ｅによって決定される水Ｗの噴霧量に対して、所定の比率のガスが噴霧されるように噴霧ガス流量制御弁２２０ｆを制御する。これにより、噴霧する水Ｗの平均粒径を設定値に維持しつつ、噴霧するガスの量を低減することが可能となる。

また、減温塔２００の下流側（集塵装置３００側）に設けられる排出管２３０のガス流れ込み口２３０ａを、鉛直下方に向けて開口させて、本体チャンバ２１０内に位置させている。排出管２３０は、ガス流れ込み口２３０ａから上方に延在する延在部２３０ｂと、延在部２３０ｂから連続した曲管とを含んで構成されている。このガス流れ込み口２３０ａの径は、本体チャンバ２１０の径よりも小さく、排出管２３０の外周面と、本体チャンバ２１０の内周面との間には間隙が形成されている。そして、本体チャンバ２１０の他端２１０ｂは、下部円錐部２１４、下部円筒部２１６を介してダスト排出機構２４０に接続されている。したがって、転炉ガスは、本体チャンバ２１０内に形成される流路の一端２１０ａ側から他端２１０ｂ側へと、転炉ガス中のダストを重力により、軸方向下方に流下させながら、流通する。こうして、水Ｗが噴霧されることで冷却され、重力によってダストが除去された転炉ガスは、本体チャンバ２１０内に形成される流路の一端２１０ａ側から他端２１０ｂ側へ流通し、下部円筒部２１６の底部に衝突することで、流通方向を一端２１０ａへ（軸方向上方へ）反転して、図３中、破線矢印Ｇ２で示すように、ガス流れ込み口２３０ａから排出管２３０に導かれることとなる。一方、重力によって軸方向下方に流下したダストは、ダスト排出機構２４０に導かれることとなる。

ガス流れ込み口２３０ａが形成される排出管２３０（延在部２３０ｂ）の端部は、先端に向かうに従って径が漸増するベルマウスの曲面形状である。このように、排出管２３０の端部をベルマウスの曲面形状とすることにより、端部を同一径の直管とする場合と比較して、ガス吸込み時の圧力損失を１／２０以下に低減することができ、排出管２３０の端部でのガスの流速を増大することが可能となり、減温塔２００系全体の圧力損失を大幅に低減することができる。なお、ここでは、ガス流れ込み口２３０ａの端面形状をベルマウスの曲面形状としたが、ガス流れ込み口２３０ａの形状は特に限定されず、上記の直管端面形状としてもよい。

また、排出管２３０の延在部２３０ｂの外周下部には、上方から下方に向かうにしたがって径が漸増するテーパ面を備えた陣笠テーパ形状の減温塔ベル２３２が固定されている。下部円筒部２１６の底部に衝突させることで、上方から下方へ向かう転炉ガスを上向きに反転させるが、このとき転炉ガスから分離されたダストの再飛散、舞い上がりを、減温塔ベル２３２の傘下で抑制している。

ダスト排出機構２４０は、上方から下方に向かうに従って水平断面が漸増するテーパ面を備えた撹拌体２４０ａと、撹拌体２４０ａのテーパ面を流下したダストを保持する供給盤２４０ｂと、スクレーパ２４０ｃと、減速機２４０ｄと、モータ２４０ｅと、ダストシュート２４０ｆとを備え、転炉ガスから除塵（回収）されたダストを貯留した後、ダスト切出装置２５０（外部）に排出する。撹拌体２４０ａおよび供給盤２４０ｂは、下部円錐部２１４に接続された下部円筒部２１６内に配され、減速機２４０ｄを介してモータ２４０ｅによって回転駆動される。本体チャンバ２１０内を流下したダストは撹拌体２４０ａに衝突し、撹拌体２４０ａのテーパ面に沿って移動して供給盤２４０ｂに導かれる。供給盤２４０ｂに導かれたダストは、スクレーパ２４０ｃによってダストシュート２４０ｆに導かれ、ダストシュート２４０ｆを介して、ダスト切出装置２５０に導入されることとなる。

ダスト排出機構２４０が、撹拌体２４０ａ、供給盤２４０ｂ、スクレーパ２４０ｃ、減速機２４０ｄ、モータ２４０ｅで構成されるテーブルフィーダを備える構成により、ダストによってブリッジしてしまう事態を回避することができる。また、撹拌体２４０ａ、供給盤２４０ｂ、スクレーパ２４０ｃを備えることで、貯留されたダスト（乾燥した状態のダスト）がダスト排出機構２４０に噛み込む頻度を低減して、ダスト排出機構２４０の摩耗を低減することができる。さらに、供給盤２４０ｂが保持したダストをスクレーパ２４０ｃで連続的に、乾燥した状態のダストとして切り出すことで、ダストを安定的にダスト切出装置２５０に導くことが可能となる。

ダスト切出装置２５０のダストチャンバー２５０ａは、ダスト排出機構２４０によって排出されたダストを一時的に貯留する。ダストチャンバー２５０ａには、ダストチャンバー２５０ａへの外気の侵入を防止するダスト切出弁２５０ｂが設けられている。また、ダストチャンバー２５０ａには、ダスト切出弁２５０ｂを介して、ダスト送出機構２５０ｃが接続されており、ダストは、ダスト送出機構２５０ｃによって、後段のダスト処理設備に送出され、再利用（リサイクル）されることとなる。

また、転炉ガスを冷却する空間を冷却空間とし、この冷却空間の距離をＨとし、本体チャンバ２１０の内径、すなわち、流路の直径をＤとする。この場合、冷却空間の距離Ｈと、本体チャンバ２１０の内径Ｄとの比率Ｈ／Ｄが小さいと、噴霧水の蒸発による減温処理が十分に機能せず、本体チャンバ２１０の内壁に水滴が付着したり、湿潤した状態のダストが付着、堆積して、排出が困難になったり、本体チャンバ２１０の底部（下部円筒部２１６）に、湿った状態のダストとして堆積してしまう。逆に、比率Ｈ／Ｄが大きいと、本体チャンバ２１０の高さが大きくなり、コストが増大してしまう。したがって、冷却空間の距離Ｈと本体チャンバ２１０の内径Ｄとの比率Ｈ／Ｄは、４以下とし、３．２〜３．５程度とするとよい。

なお、本体チャンバ２１０の内径Ｄおよび冷却空間の距離Ｈは、以下のように決定される。減温塔２００の入口のガス量（ｍ^３／ｓｅｃ）、および、ガスの温度（℃）に基づいて、本体チャンバ２１０内の空筒速度ｖを設定し（例えば、ｖ＝１．２〜１．５ｍ／ｓｅｃ程度）、本体チャンバ２１０の内径Ｄを決定する。また、本体チャンバ２１０内の転炉ガスの滞留時間ｔを設定して（例えば、ｔ＝６〜８ｓｅｃ程度）、空筒速度ｖおよび滞留時間ｔから冷却空間の距離Ｈ（Ｈ＝ｖ×ｔ）を決定する。なお、冷却空間の距離Ｈは、非定常条件を想定して、ｖ×ｔよりも長くするとよい。

また、排出管２３０の内径をＥとすると、本体チャンバ２１０の内径Ｄと、排出管２３０の内径Ｅとの比率Ｅ／Ｄは、０．５〜０．６程度とするとよい。

続いて、減温塔２００の排出管２３０に接続され、減温塔２００によって冷却された転炉ガスからさらにダストを除去する集塵装置３００について説明する。図４は、第１実施形態の清浄装置１００を構成する集塵装置３００を説明する概念図であり、図５は、図４におけるＶ−Ｖ線断面図である。第１実施形態の清浄装置１００を構成する集塵装置３００は、上記の排出管２３０から導かれた転炉ガス中のダストを除去する上流サイクロン部３１０を備えている。この上流サイクロン部３１０は、第１管体３１２と、この第１管体３１２の下部に接続されるダストシュート３１４と、を有している。

第１管体３１２は、円筒形状の側壁部３１２ａと、側壁部３１２ａの下端に連続し、上方から下方に向かうにしたがって径が漸減するテーパ状の円錐部３１２ｂと、側壁部３１２ａの上端を閉塞する鏡板形状の上面部３１２ｃと、を備えた管部材で構成され、鉛直方向に中心軸を沿わせて設置される。第１管体３１２の内部には、水平断面形状が円形の第１旋回空間３１６が形成されており、側壁部３１２ａには、排出管２３０が接続される第１ガス導入口３１８が形成されている。第１ガス導入口３１８は、排出管２３０から第１旋回空間３１６に導入された転炉ガスが、側壁部３１２ａの接線方向もしくは内周面に沿って流れるように、側壁部３１２ａの中心から内周面側に角度をずらして開口している。換言すれば、第１旋回空間３１６内で転炉ガスが高速度で旋回するように、第１ガス導入口３１８の開口角度が設定されている。

これにより、外部から第１管体３１２に導かれた転炉ガスは、第１旋回空間３１６内で旋回するとともに、この旋回過程において、遠心力による慣性と重力とで、転炉ガスからダストが遠心分離される。このように、第１旋回空間３１６内で転炉ガスから遠心分離されたダストは、図４の矢印ａに示すように、最終的に自重によってダストシュート３１４に落下し、ダストシュート３１４内に貯留される。

上記のようにして、第１旋回空間３１６でダストが遠心分離された転炉ガスは、図４の矢印ｂで示すように、第１管体３１２の上部から連通管３２０に導かれる。連通管３２０は、第１旋回空間３１６の中心位置において、第１管体３１２の上面部３１２ｃを鉛直方向に貫通する本体部３２０ａを備えており、この本体部３２０ａの下端には、第１旋回空間３１６を旋回した転炉ガスを本体部３２０ａ内に導入する導入口３２０ｂが形成されている。したがって、第１旋回空間３１６内でダストが遠心分離された転炉ガスは、導入口３２０ｂから本体部３２０ａ内に進入し、本体部３２０ａ内を下方から上方に向けて上昇することとなる。

なお、導入口３２０ｂが形成される本体部３２０ａの下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増するベルマウスの曲面形状である。このように、本体部３２０ａの下端をベルマウスの曲面形状とすることにより、下端を同一径の直管とする場合と比較して、ガス吸込み時の圧力損失を１／２０以下に低減することができ、後述する排気管３７０の下端のベルマウスの曲面形状と併せて、本体部３２０ａの下端および排気管３７０の下端でのガスの流速を増大することが可能となり、集塵装置３００系全体の圧力損失を大幅に低減することができる。

また、本体部３２０ａの上端側の内部には分流チャンバ３２０ｃが形成されており、本体部３２０ａの上端側、すなわち、分流チャンバ３２０ｃを囲繞する部分には、本体部３２０ａを径方向に貫通する複数の分流口３２０ｄが形成されている。これら複数の分流口３２０ｄには、それぞれ接続管３２２が接続されており、本体部３２０ａを上昇して分流チャンバ３２０ｃに導かれた転炉ガスは、分流口３２０ｄによって径方向に分流され、接続管３２２を介して下流サイクロン部３３０の複数の第２管体３３２に、接線方向に沿うように導かれる。

下流サイクロン部３３０は、上流サイクロン部３１０の下流側に位置し、上流サイクロン部３１０で除去しきれなかった微細粒のダストを転炉ガス中から除去する。この下流サイクロン部３３０は、複数（第１実施形態では８個）の第２管体３３２と、円錐管３３４と、を有している。

第２管体３３２は、円筒形状の上壁部３３２ａと、上壁部３３２ａの下端に連続し、上方から下方に向かうにしたがって径が漸減するテーパ状の下壁部３３２ｂと、上壁部３３２ａの上端を閉塞する閉塞部３３２ｃと、を備えた管部材で構成され、鉛直方向に中心軸を沿わせて設置される。第２管体３３２の内部には、第１旋回空間３１６から導入された転炉ガスが高速度で旋回するとともに、第１旋回空間３１６よりも径の小さい第２旋回空間３３６が形成される。

上壁部３３２ａには、接続管３２２が接続される第２ガス導入口３３８が形成されている。第２ガス導入口３３８は、接続管３２２から第２旋回空間３３６に導入された転炉ガスが、第２管体３３２の接線方向もしくは内周面に沿って流れるように、上壁部３３２ａの中心から内周面側に角度をずらして開口している。換言すれば、第２旋回空間３３６内で転炉ガスが旋回するように、第２ガス導入口３３８の開口角度が設定されている。

また、複数の第２管体３３２は、上端側が第１管体３１２の上方に位置し、下端側の一部が、第１管体３１２の第１旋回空間３１６内に突出している。具体的に説明すると、第１管体３１２の上面部３１２ｃには、第２管体３３２が挿通される挿通孔が複数形成されており、第２管体３３２は、その下端が上面部３１２ｃの上方から各挿通孔に挿入された状態で、第１管体３１２の上面部３１２ｃに固定されている。

このとき、図５に示すように、複数の第２管体３３２は、第１旋回空間３１６の中心位置を囲繞するように（周方向に均等に）配置されており、上記の連通管３２０は、第１旋回空間３１６において、複数の第２管体３３２で囲繞されている。そして、連通管３２０の分流口３２０ｄと、第２管体３３２の第２ガス導入口３３８とが対向しており、これら対向配置された分流口３２０ｄおよび第２ガス導入口３３８が、接続管３２２によって接続されている。このようにして、下流サイクロン部３３０においては、第１旋回空間３１６を旋回した転炉ガスが、図４の矢印ｃで示すように、連通管３２０を介して、複数の第２管体３３２それぞれの第２旋回空間３３６に分散して接線方向に導かれることとなる。

そして、連通管３２０から第２管体３３２に導かれた転炉ガスは、第２旋回空間３３６内で旋回するとともに、この旋回過程において転炉ガスからさらにダストが高流速で遠心分離される。このように、第２旋回空間３３６内で転炉ガスから高流速で遠心分離されたダストは、図４の矢印ｄに示すように、最終的に自重によって第２管体３３２内を落下する。第２管体３３２の下端には、第２旋回空間３３６内で転炉ガスから遠心分離されたダストを鉛直下方に排出する開口３３２ｄが設けられている。

また、第１管体３１２（第１旋回空間３１６）内には、下流サイクロン部３３０の円錐管３３４が設けられている。この円錐管３３４は、上端から下端に向かうにしたがって径が漸減する円錐状の管体で構成され、内部にダストチャンバー３３４ａが形成されている。このダストチャンバー３３４ａは密閉されており、複数の第２管体３３２の下端が、円錐管３３４の上面に形成された貫通孔を貫通して、円錐管３３４の内部（ダストチャンバー３３４ａ内）に位置するように設けられている。したがって、第２管体３３２の下端の開口３３２ｄから排出されたダストは、ダストチャンバー３３４ａに落下して貯留されることとなる。

上記のように、下流サイクロン部３３０において転炉ガスから遠心分離されたダストは、円錐管３３４内のダストチャンバー３３４ａに貯留される。一方、上流サイクロン部３１０において転炉ガスから遠心分離されたダストは、上述のとおり、ダストチャンバー３３４ａとは別に設けられたダストシュート３１４に貯留される。したがって、ダストシュート３１４には、比較的粒径の大きいダストが貯留され、ダストチャンバー３３４ａには、比較的粒径の小さい微細粒ダストが貯留されることとなる。

なお、円錐管３３４の外径は、第１管体３１２の側壁部３１２ａおよび円錐部３１２ｂの内径よりも小さく、円錐管３３４の外壁と第１管体３１２の内壁との間には間隙が形成されている。これにより、第１管体３１２の内部に形成される第１旋回空間３１６は、上部の一部空間を除き、円錐管３３４を中心とする環状の空間となる。つまり、円錐管３３４は、第２旋回空間３３６で遠心分離されたダストを貯留する機能に加えて、第１旋回空間３１６において転炉ガスの旋回流を整流する機能も有していると言える。

そして、円錐管３３４の外周下部には、上方から下方に向かうにしたがって径が漸増するテーパ面３４０ａを備えた下部ベル３４０が固定されている。したがって、第１旋回空間３１６において転炉ガスから遠心分離されたダストは、陣笠テーパ形状の下部ベル３４０のテーパ面３４０ａを滑りながら、ダストシュート３１４まで落下する。また、下部ベル３４０のテーパ面３４０ａは、第１旋回空間３１６内において、上方から下方に向かう旋回流を再度上向きに反転させるが、このとき、転炉ガスから遠心分離されたダストの再飛散、舞い上がりを、下部ベル３４０の傘下で抑制している。

ダストシュート３１４および円錐管３３４の下方には、ダストチャンバー３３４ａおよびダストシュート３１４に貯留されたダストを気流搬送する気流搬送装置３５０が設けられている。気流搬送装置３５０は、ダストシュート３１４および円錐管３３４の下方に配されたダストビン３５２を備えている。このダストビン３５２は、ダストを切り出す不図示のダストカット弁およびシール弁等を備えたダスト排出管３５４を介して、ダストシュート３１４および円錐管３３４に接続されており、ダストシュート３１４から切り出されたダストと、ダストチャンバー３３４ａから切り出されたダストとを分離して貯留する。

また、ダストビン３５２の下端には、ダスト排出管３５４と同様に、ダストカット弁およびシール弁等を備えたダスト切り出し管３５６が接続されている。さらに、このダスト切り出し管３５６は、ダスト搬送ライン３５８に連通しており、このダスト搬送ライン３５８には、キャリアガス管３６０を介して、窒素ガス、空気等のキャリアガスが供給される。これにより、ダストビン３５２に切り出されたダストは、キャリアガスによってダスト搬送ライン３５８から系外に気流搬送されることとなる。

一方、第２旋回空間３３６でダストが遠心分離された転炉ガスは、第２管体３３２の上部から排気管３７０に導かれる。排気管３７０は、第２旋回空間３３６の中心位置において、各第２管体３３２の閉塞部３３２ｃを鉛直方向にそれぞれ貫通する。排気管３７０の下端は、第２管体３３２内すなわち第２旋回空間３３６内に位置しており、上端は合流管８に接続されている。このように、排気管３７０と合流管８とによって集合排出部３７２が構成され、この集合排出部３７２によって、複数の第２旋回空間３３６でダストが遠心分離された後の清浄ガスが集合して、清浄装置１００の外部に排出されることとなる。なお、排気管３７０の下端も、上記の連通管３２０と同様に、先端に向かうにしたがって径が漸増するベルマウスの曲面形状であり、ガスの流速が大きい集塵装置３００系全体の圧力損失の大幅な低減が図られている。

第１実施形態の清浄装置１００によれば、減温塔２００で転炉ガスに水を噴霧して、水が凝縮しない温度まで転炉ガスを冷却する工程と、第１旋回空間３１６で転炉ガスを旋回させ、遠心分離によって転炉ガスからダストを除去する工程と、第１旋回空間３１６でダストが除去された転炉ガスを、第１旋回空間３１６よりも径の小さい第２旋回空間３３６でさらに高流速で旋回させ、遠心分離によって、転炉ガスから、第１旋回空間３１６で除去したダストよりもさらに微細粒のダストを除去する工程と、を含む転炉ガスの清浄方法が実現される。

そして、上記の清浄装置１００によれば、清浄ガス中のダスト含有量を十分に低減させることができるのみならず、従来の湿式集塵方式のように、ベンチュリー流路での洗浄水によるスプレー除塵をしないため、湿式付帯設備が不要となることから、従来に比べて設備投資に要するコストを大幅に削減でき、また、環境負荷を低減することができるためランニングコストも小さくすることができる。

また、従来の湿式集塵方式と比較して、清浄装置１００全体の圧力損失を低減することができ、吸引部９の駆動動力を削減することが可能となる。

さらに、従来の湿式集塵方式と異なり、本実施形態の清浄装置１００は、乾燥した状態でダストを捕集できる（乾式ダストとして回収できる）ため、設備投資に要するコストを低減するとともに、環境負荷を低減することが可能となる。

図６は、第２実施形態の集塵装置４００を説明する概念図であり、図７は、図６におけるＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。この第２実施形態の集塵装置４００は、第２管体３３２の配置が上記第１実施形態の集塵装置３００と異なり、その他の構成、作用については、上記第１実施形態と実質的に差異はない。したがって、ここでは、上記第１実施形態と同一の構成については説明を省略し、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第２実施形態の集塵装置４００においては、第２管体３３２の中心軸を鉛直方向に対して傾斜させた状態で、複数の第２管体３３２が第１管体３１２の上面部３１２ｃに挿通、固定されている。より詳細に説明すると、複数の第２管体３３２は、第１管体３１２の上方に位置する上端側に対して、第１管体３１２（第１旋回空間３１６）内に突出する下端側が、第１旋回空間３１６の径方向の内側（中心側）に位置している。このように第２管体３３２を配置することにより、第１管体３１２の胴径を小さくすることが可能となり、さらなるコストの削減と、設置スペースの削減とを実現することができる。

図８は、第３実施形態の集塵装置５００を説明する概念図であり、図９は、図８におけるＩＸ−ＩＸ線断面図である。この第３実施形態の集塵装置５００は、第２管体３３２の配置が上記第１実施形態の集塵装置３００と異なり、その他の構成、作用については、上記第１実施形態と実質的に差異はない。したがって、ここでは、上記第１実施形態と同一の構成については説明を省略し、上記第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。

第３実施形態の集塵装置５００においては、第２管体３３２の全体が第１管体３１２（第１旋回空間３１６）内に位置している。また、これに伴い、連通管３２０も第１管体３１２（第１旋回空間３１６）内に設けられるとともに、この第３実施形態の集塵装置５００においては、第１管体３１２の上面部３１２ｃが平板形状となっている。このように、第２管体３３２の全体を第１管体３１２（第１旋回空間３１６）内に設けることにより、集塵装置５００の全長を小さくすることができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、第２旋回空間３３６が、第１旋回空間３１６よりも径が小さい構成を例に挙げて説明した。しかし、第２旋回空間３３６は、第１旋回空間３１６よりも、容積が小さくてもよいし、第１旋回空間３１６よりも周長が小さくてもよい。

また、上記実施形態において、円錐管３３４の内部にダストチャンバー３３４ａが設けられる構成を例に挙げて説明した。しかし、ダストチャンバー３３４ａの形状に限定はなく、例えば、円筒形状であってもよい。いずれにせよ、ダストチャンバー３３４ａ内に、複数の第２管体３３２の下端が位置するように設けられていればよい。

本発明は、転炉本体から排出される転炉ガス中のダストを除去して清浄ガスを得る転炉ガスの清浄装置、転炉システム、および、転炉ガスの清浄方法に利用することができる。

Ｔ 転炉システム
１ 転炉本体
９ 吸引部
２１ 吸引制御部
１００ 清浄装置
２００ 減温塔
２１０ 本体チャンバ（筒体）
２２０ 噴霧部
２４０ ダスト排出機構
３００、４００、５００ 集塵装置
３１０ 上流サイクロン部
３１２ 第１管体
３１６ 第１旋回空間
３２０ 連通管
３２０ａ 本体部
３２０ｂ 導入口
３２０ｄ 分流口
３３０ 下流サイクロン部
３３２ 第２管体
３３２ｄ 開口
３３４ 円錐管
３３４ａ ダストチャンバー
３３６ 第２旋回空間
３７０ 排気管
３７２ 集合排出部

Claims (12)

1. 外部から導入された転炉ガスに水を噴霧して、水が凝縮しない温度まで該転炉ガスを冷却する減温塔と、
   前記減温塔から導入された転炉ガスが旋回する第１旋回空間が内部に形成された第１管体を有する上流サイクロン部と、
   前記第１旋回空間から導入された転炉ガスが旋回する、該第１旋回空間よりも径もしくは容積の小さい第２旋回空間が内部に形成された複数の第２管体を有し、該第１旋回空間を旋回した転炉ガスが複数の該第２管体に導かれる下流サイクロン部と、
   を備えたことを特徴とする転炉ガスの清浄装置。
2. 複数の前記第２管体は、少なくとも一部が前記第１管体の上方から該第１旋回空間内に突出しているか、もしくは、全体が該第１旋回空間内に位置していることを特徴とする請求項１に記載の転炉ガスの清浄装置。
3. 前記第１旋回空間は水平断面形状が円形であり、
   複数の前記第２管体は、前記第１旋回空間の中心位置を囲繞するように配置されていることを特徴とする請求項２に記載の転炉ガスの清浄装置。
4. 複数の前記第２管体で囲繞された前記第１旋回空間の中心位置には、該第１旋回空間から前記第２旋回空間に転炉ガスを導く連通管が設けられ、
   前記連通管は、
   本体部と、
   前記本体部の下端に形成され、前記第１旋回空間を旋回した転炉ガスを該本体部に導入する導入口と、
   前記導入口から前記本体部に導入され、該本体部を上昇する転炉ガスを分流して複数の前記第２管体に導く分流口と、
   を備えたことを特徴とする請求項３に記載の転炉ガスの清浄装置。
5. 前記導入口が形成される前記本体部の下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増する形状であることを特徴とする請求項４に記載の転炉ガスの清浄装置。
6. 複数の前記第２旋回空間を旋回した転炉ガスを集合して外部に排出する集合排出部をさらに備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の転炉ガスの清浄装置。
7. 前記集合排出部は、
   少なくとも下端が前記第２管体内に配され、下方から上方に向けて内部を転炉ガスが上昇する排気管を備え、
   前記排気管の下端は、先端に向かうにしたがって径が漸増する形状であることを特徴とする請求項６に記載の転炉ガスの清浄装置。
8. 前記第２管体の下端には、前記第２旋回空間内で転炉ガスから遠心分離されたダストを鉛直下方に排出する開口が設けられ、
   前記第１管体内には、複数の前記第２管体の下端が内部に位置し、該第２管体の下端の開口から排出されたダストを貯留するダストチャンバーが内部に形成された円錐管が設けられていることを特徴とする請求項２〜７のいずれか１項に記載の転炉ガスの清浄装置。
9. 前記減温塔は、
   前記転炉ガスが流通する流路が内部に形成された筒体と、
   前記流路において、該転炉ガスに水を噴霧して冷却する噴霧部と、
   前記筒体内で除塵したダストを外部に排出するダスト排出機構と、
   を備えたことを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の転炉ガスの清浄装置。
10. 転炉本体と、
    前記転炉本体から導入された転炉ガスに水を噴霧して、水が凝縮しない温度まで該転炉ガスを冷却する減温塔と、
    前記減温塔から導入された転炉ガスが旋回する第１旋回空間が内部に形成された第１管体を有する上流サイクロン部と、
    前記第１旋回空間から導入された転炉ガスが旋回する、該第１旋回空間よりも径もしくは容積の小さい第２旋回空間が内部に形成された複数の第２管体を有し、該第１旋回空間を旋回した転炉ガスが複数の該第２管体に導かれる下流サイクロン部と、
    前記下流サイクロン部の第２旋回空間から前記転炉ガスを吸引する吸引部と、
    を備えたことを特徴とする転炉システム。
11. 前記転炉本体から排出された転炉ガスの圧力に基づいて、前記吸引部の吸引量を制御する吸引制御部を備えたことを特徴とする請求項１０に記載の転炉システム。
12. 転炉ガスに水を噴霧して、水が凝縮しない温度まで該転炉ガスを冷却する工程と、
    冷却された前記転炉ガスを第１旋回空間で旋回させ、遠心分離によって転炉ガスからダストを除去する工程と、
    前記第１旋回空間でダストが除去された転炉ガスを、該第１旋回空間よりも径もしくは容積の小さい第２旋回空間で旋回させ、遠心分離によって、転炉ガスから、該第１旋回空間で除去したダストよりも小さいダストを除去する工程と、
    を含むことを特徴とする転炉ガスの清浄方法。

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