JP2626320B2 - 精錬炉の冷却方法および強制冷却が可能な精錬炉 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば転炉のように
金属の溶解、精錬等に使用される炉（ここでは「精錬
炉」と総称する）の炉体保護のための冷却方法および強
制冷却が可能な精錬炉に関する。

【０００２】

【従来の技術】精錬炉は、通常鉄皮の内面に厚い耐火物
層を内張りした構造であるが、溶融金属は高温であり、
また精錬反応に伴う発熱等で炉体に対して熱的負荷が加
わり、操業を繰り返すにつれて耐火物、鉄皮および付属
設備が損傷する。その対策として炉体を強制冷却する方
法がある。しかし、電気炉等のように固定された炉では
炉体鉄皮に冷却媒体（通常は水）の流通路を設けること
ができるが、製鋼用転炉等では炉体が傾動するため冷却
媒体の供給排出が難しい。炉内には溶融金属が貯留され
ているため冷却水の漏洩があると爆発事故をおこす危険
性があり、冷却手段には制約がある。

【０００３】転炉においては、炉口部周辺等に冷却配管
を取り付け、冷却水、蒸気等によって強制冷却すること
が一部では行われていたが、上下から精錬ガス等を吹き
込むいわゆる複合吹錬化が進むにつれ、供給排出管の取
り付けが困難となり、現在では鉄皮の自然放冷によるの
が一般的である。

【０００４】一方、鋼の精錬においては高清浄鋼などの
高品質鋼の要求が高まり、転炉精錬後に炉外精錬（転炉
以外の精錬装置による精錬）を行うことが多くなり、こ
のような場合には転炉出鋼温度を高くしなければならな
い。このため、転炉炉体に対する熱負荷はますます増加
し、鉄皮の亀裂や炉体を支えるトラニオンリングの変形
等の問題が発生している。

【０００５】鉄皮を外面から強制的に冷却する手段とし
て、例えば特開平１−104712号公報には、ガス状の冷却
媒体を吹き付ける方法が提案されている。この方法は簡
単で効果があるが、冷却媒体供給管の取り付けが困難な
ため、充分な量の冷却媒体の供給ができないという問題
がある。また、少ない冷却媒体でより多くの冷却効果を
達成する方法として、特開平３−28309 号公報には、鉄
皮の一部を熱伝導性の良い部材に置き換え、この部材の
外面を強制冷却することが提案されている。しかし、こ
の方法では熱伝導性がわずか向上する程度で、大きな冷
却効果は期待できない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、転炉のよう
に傾動装置を有する炉でも効率良く冷却することができ
る強制冷却方法、およびそのような強制冷却が可能な構
造の炉の開発を課題としてなされたものである。

【０００７】本発明の目的は、危険な冷却媒体（水等の
液体) を用いることなく、少量のガス状の冷却媒体によ
り冷却する全く新たな冷却方式により、炉体や炉体支持
部材の寿命延長および内張り耐火物の寿命延長をも図る
ことのできる冷却方法およびそのような冷却ができる構
造をもった精錬炉を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】従来の炉体冷却方式は、
いずれも冷却媒体で鉄皮を冷して耐火物からの熱を奪う
方式のため、冷却効率を上げることができない。本発明
者らは、冷却媒体が耐火物と直接接する冷却方式であれ
ば冷却効率が向上すると考え、本発明に到った。本発明
は下記(1) の炉体冷却方法と (2)の精錬炉を要旨とす
る。

【０００９】(1) 鉄皮を貫通する通風孔を二つ以上設
け、鉄皮内側の耐火物層に通風流路を設け、冷却用気体
を前記通風孔の一つ以上から通風流路に供給し残りの通
風孔から排出することを特徴とする精錬炉の炉体冷却方
法。

【００１０】(2) 鉄皮を貫通する二つ以上の通風孔と、
その通風孔が存在する範囲の鉄皮の内側の耐火物層に設
けた多孔質通風流路と、精錬炉外に設けられ上記通風孔
に連通する送風装置とを備えた炉体の強制冷却が可能な
精錬炉。

【００１１】図１は、本発明の精錬炉の一例である製鋼
用転炉を示す断面図であり、図２はその炉壁部の拡大断
面図である。精錬炉は鉄皮１とその内側の耐火物（通常
パーマ煉瓦と呼ばれる外側の耐火物２と稼働煉瓦と呼ば
れる内側の煉瓦３）とからなる。転炉を支持するトラニ
オンリング４に面した部分の鉄皮１には複数の通風孔５
が、この場合は上下方向に対で設けられている。冷却用
気体は下方の通風孔５から炉内に入り、上部の通風孔５
から排出される。

【００１２】図２に詳しく示すように、鉄皮の内側には
多孔質の通風流路８が設けられている。この通風流路８
は、例えば、パーマ煉瓦２の打設前に、粒状耐火物を金
網に詰めて通風孔５の存在する範囲に取り付け、その後
パーマ煉瓦２の煉瓦積みを行い、さらにその内側に稼働
煉瓦３の積み付けを行うことによって形成される。冷却
用気体は、トラニオンリング４の内部に設けた送風機９
からトラニオン側のヘッダー管７および炉体側のヘッダ
ー管６を介して下方の各通風孔５へ送られ、炉内の通風
流路８を通って上部通風孔５から排出される。なお、通
風孔５の大きさは、鉄皮の強度および不定型耐火物打設
時の穴塞ぎの関係から直径は 200mm以下とするのがよ
い。通風抵抗は炉内側の通風流路の断面積に支配される
ので、通風孔をむやみに大きくしても意味がない。直径
100mm以下が特に好ましい。

【００１３】冷却用気体の供給方法は上記の例に限らな
い。送風機を別途炉体の外におき、給気管を通風孔５に
つないで空気その他のガスを供給してもよい。また、通
風孔の幾つかに排気管をつなぎ、これを通して真空吸引
を行い、他の通風孔から空気を吸いこむようにしてもよ
い。要するに、通気孔の幾つかから冷却用気体が鉄皮の
内側に入り、通風流路８を経て他の通気孔から炉外にで
るような構造であればよい。ただし、転炉のように炉体
が傾動するものでは、前記のようにトラニオンを利用す
るのが構造的に都合がよい。

【００１４】上記の炉体構造にすれば、鉄皮内面の耐火
物内に設けた通風路内を冷却用気体が流通することによ
り耐火物を直接冷却することができる。

【００１５】図１および図２に示したのは、鉄皮の内側
のパーマ煉瓦の一部に、鉄皮と接して粒状耐火物の層を
設けて、これを通風流路とした例である。この外に、図
３に示すように、耐火物層の内部に通風流路を設けるこ
ともできる。

【００１６】図３（図２と同様の炉壁部の拡大断面図）
では、通風孔５の存在する範囲に対応する鉄皮内側のパ
ーマ煉瓦２の内部に粒状耐火物からなる通風流路８を設
けてある。通風孔５と通風流路８の間は、粒状耐火物を
充填した連結路８−１でつながっている。冷却気体の供
給、排出は図１の炉と同じように行う。このような構造
であれば、耐火物内の通風流路８を直接焼成煉瓦と接す
るように配置することもでき冷却効果を一層高めるこの
ができる。

【００１７】通風流路８は、上記のように粒状耐火物を
詰めた構造の外に、通気性のある多孔質煉瓦で構成して
もよい。図３に示した連結路８−１も同様である。

【００１８】

【作用】精錬炉は、その内部が加圧状態になることがあ
り、鉄皮には気密性を要求されることが多い。また、高
温下で炉体の荷重がかかるため、鉄皮に切欠があるのは
好ましくない。従って、鉄皮に孔明け加工を行うのは避
けるのが普通である。特に製鋼用転炉はその内部で高圧
の酸素吹錬を行うために、鉄皮に気密性が要求され、し
かもトラニオンリングの中に炉体を入れて支持する構造
であるため、鉄皮に掛かる荷重が大きいことから孔開け
加工を行うのは危険であるとされていた。

【００１９】しかし、本発明者が行った実験の結果、転
炉鉄皮内部には厚い耐火物層があるために、鉄皮に多少
の孔を明けても炉内圧力には影響がないこととがわかっ
た。また、孔を丸孔として切り欠き効果を小さくすれ
ば、強度的にも問題がないこともわかった。

【００２０】次に、炉体の冷却効果についての実験結果
によれば、鉄皮を外部から冷却しても鉄皮と煉瓦との間
での熱伝達が悪く、特に煉瓦はその表面層が冷えても熱
伝達が悪いため内部には冷却効果が伝わりにくい。そし
てさらに詳しい計測の結果、煉瓦内部には多数の亀裂や
空洞があり、これらが増加するに従い熱伝導が低下し、
炉の寿命の末期に近づくにつれ熱伝達能が低下すること
がわかった。しかし、この煉瓦に対して、直接冷却用気
体を接触させると、前記の微細亀裂や空洞により伝熱面
積が増加し冷却効率が高くなる。つまり、煉瓦内部に冷
却流体の流路を設けておき、冷却流体を流すと初期の頃
より煉瓦の劣化が進行した末期の方が冷却効率が高ま
り、煉瓦保護効果が大きくなるのである。

【００２１】以下、実施例によって本発明方法の効果を
具体的に説明する。

【００２２】

【実施例１】先に説明した図１および図２に示す構造の
炉によって本発明の冷却方法を実施した。即ち、炉腹径
８ｍの上吹き転炉の鉄皮表面温度が最も高くなるトラニ
オンリング部分の鉄皮に直径80mmの通風孔を１ｍの間隔
で上下方向に１対、炉体外周方向に 500mmピッチで50対
設けた。通風流路８は、平均粒径10mmのアルミナ系耐火
物粒子を詰めたもので、その厚み（図２のｔ）は 30 m
m、高さ（図２のＨ）は1200mmとした。内張り耐火物と
しては鉄皮に接して不定型耐火物を30mm設け、その内側
に約１ｍ厚さの成形煉瓦を積んだ。

【００２３】冷却用気体（空気）は、トラニオンリング
４の内部に設けた４台の送風機９によりトラニオン側ヘ
ッダー管７および炉体側ヘッダー管６を介して下方の各
通風孔５に送り込むようにした。この冷却用気体は炉内
の通風流路８を通って上部通風孔５から排出される。

【００２４】上記の転炉で実操業を行い、精錬開始から
80チャージで炉体温度が安定したので、送風量5000m³/H
r 、送風機出側圧力300mmAq で送風を開始し、鉄皮表面
の温度測定を行いながら１炉代にわたって連続送風冷却
を行った。その結果、送風温度は60℃で上部通風孔５出
側で最高 250℃となった。その際の鉄皮の表面温度は20
0℃弱であった。炉体強制冷却を行っていない転炉の場
合は、鉄皮温度は 250〜300 ℃に達するから、本発明方
法の冷却効果は十分に大きいことが確認された。

【００２５】なお、上部通風孔５の近くに、直径50mmの
貫通孔を設け、冷却用気体の一部を途中から排出し通気
抵抗を減じて上記冷却用気体の風量増加を図る操業も行
った。その結果、他の条件は上記の例と同じでも送風量
は7500m³/Hr で、180mmAq となり、炉体鉄皮温度は最高
でも 180℃であった。

【００２６】

【発明の効果】以上、転炉の炉体冷却を例として説明し
たが、本発明の冷却方法は転炉以外の精錬炉にも適用で
きることは言うまでもない。特に傾動装置が付属する炉
や回転する炉であっても、本発明の冷却方法は容易に実
施できる。

【００２７】本発明方法によれば、耐火物と鉄皮間での
熱伝達不良に伴う問題がないため、耐火物を効率良く冷
却でき、炉体の熱変形、熱応力による亀裂等を防止して
その寿命を延ばすことができる。冷却媒体に気体を用い
るため、溶湯と接しても爆発等の危険も無く安全であ
り、また、耐火物と鉄皮を直接冷却するから冷却効率が
高く、冷却用気体の流量も僅かでよい。従って、送風機
を小型化できるため炉体近くに設置でき、動力源の供給
は電力ケーブルだけでよく、可動部分での動力源接続が
容易である。即ち、設備は簡素で安価であり運転コスト
も僅少ですむ等、実用上の利点はきわめて大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】強制冷却が可能な本発明の精錬炉の一例を示す
断面図である。

【図２】図１の炉壁部分の拡大断面図である。

【図３】本発明の精錬炉の他の一例を示す炉壁部分の拡
大断面図である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄皮を貫通する通風孔を二つ以上設け、鉄
   皮内側の耐火物層に通風流路を設け、冷却用気体を前記
   通風孔の一つ以上から通風流路に供給し残りの通風孔か
   ら排出することを特徴とする精錬炉の炉体冷却方法。
2. 【請求項２】鉄皮を貫通する二つ以上の通風孔と、その
   通風孔が存在する範囲の鉄皮の内側の耐火物層に設けた
   多孔質通風流路と、精錬炉外に設けられ上記通風孔に連
   通する送風装置とを備えた炉体の強制冷却が可能な精錬
   炉。