JP2674316B2

JP2674316B2 - 精錬装置の浸漬管の冷却方法

Info

Publication number: JP2674316B2
Application number: JP2401095A
Authority: JP
Inventors: 洋行池宮; 修司吉田
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-12-10
Filing date: 1990-12-10
Publication date: 1997-11-12
Anticipated expiration: 2012-11-12
Also published as: JPH04210414A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は溶融金属の真空精錬装
置や加圧精錬炉、例えば、ＲＨ脱ガス装置、ＤＨ脱ガス
装置、加圧脱硫装置等の浸漬管の冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】転炉や電気炉で溶解精錬 (一次精錬) さ
れた溶融金属 (以下、鋼の場合は溶鋼と記す) は大気中
に存在する酸素、窒素、水素などのガスを溶解し、その
一部が非金属介在物として凝固鋼中に残存する。これら
の介在物は鋼製品の破壊原因や圧延等の加工時の割れ、
キズの原因となる等、材質に種々の悪影響を及ぼす。こ
のため、高級鋼を製造する場合には溶鋼中のガスや介在
物を除去する二次精錬が施される。例えば、冷延鋼板の
加工性の向上や厚鋼板の溶接性の向上などを図るために
低窒素鋼が望まれているが、このような鋼種には二次精
錬が欠かせない。

【０００３】二次精錬にはＶＡＤ法、ＤＨ法、ＲＨ法な
どの真空精錬法が多く使用されている。ＲＨ法は図５に
示すように真空精錬槽１に連通する２つの浸漬管２ (上
昇管と下降管) を取鍋３内の溶鋼4-1 に浸漬し、真空精
錬槽１内を減圧して溶鋼4-1 を吸い上げ、上昇管と不活
性ガスを吹き込んでガスリフトポンプの原理により溶鋼
を真空精錬槽１と取鍋３の間を図中矢印のように循環さ
せ、脱炭および脱ガスを行うものである。なお、図中の
4-2 は真空槽内に吸い上げられた溶鋼、Ｓはスラグであ
る。

【０００４】図６は、上記浸漬管の一つの溶鋼浸漬部分
を拡大断面で示したものである。図示のように、浸漬管
２は溶鋼4-1 に浸漬されるために芯金（環状金物ともい
う）６が耐火物Ａで被覆された構造となっている。しか
し、1600℃〜1700℃の溶鋼中に浸漬されると、浸漬管２
はその外周面および内周面から加熱されるので芯金６お
よび耐火物Ａの温度が上昇して高温になる。このとき、
芯金６と耐火物Ａの熱膨張差等により耐火物Ａに亀裂を
生じ、浸漬管２の寿命が著しく低下する。

【０００５】このような浸漬管の寿命低下を防止するた
め、浸漬管の冷却方法が種々考案され、例えば、特開昭
61−253318号公報には、浸漬管の芯金を二重管状にし、
その間隙部に金属板を介挿させて冷却空気を流し、芯金
表面では冷却空気への直接対流伝熱と介挿金属板への輻
射伝熱の両方で抜熱する冷却方法が開示されている。

【０００６】また、特開昭58−96813 号公報には、浸漬
管の芯金に先端を閉構造にした二重管或いは外周に冷却
管を巻回して溶接した円筒鉄板を用い、二重管の間隙或
いは冷却管の一方の開口部から冷却媒体（空気及び霧状
水）を流し、水の蒸発潜熱を利用して少量の水で強い冷
却能が得られる冷却方法が提案されている。

【０００７】しかしながら、上述のように芯金だけを冷
却したのでは芯金と耐火物との間の温度差が大きくなり
過ぎて、逆に芯金と耐火物間に隙間が発生したり、冷却
管に亀裂を生じ、冷却ガスが溶鋼中に吹き出す等の問題
がある。また、耐火物の熱膨張に起因する内部の微細亀
裂等も多くなると考えられる。

【０００８】一方、真空処理中に芯金と耐火物との間隙
から大気が侵入するのを防止するため、特公平２−1916
9 号公報には、真空吸引される大気の通路に当たる耐火
物内部に向けて無害のガスを吹き込む方法が提案され、
また、特開平１−147016号公報には、上記とは逆に大気
の通路に当たる耐火物内部の一部に真空吸引口を設け、
炉内に大気が侵入する前に吸引除去する方法が提案され
ている。

【０００９】しかしいずれの方法も、真空処理槽中の溶
鋼への大気侵入防止を意図してなされたものであり、吹
き込むガス量および吸引ガス量は膨大な量となり、大き
な動力を必要とするばかりでなく、耐火物内部の圧力を
適正に保たないと耐火物の破損や溶鋼の差込み等が発生
する危険がある。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、従来の真空
精錬装置や加圧精錬装置の特に浸漬管の冷却を前述のよ
うな問題なしに行うことを課題とするものであり、その
具体的な目的は、鉄皮、芯金および耐火物を効率よく冷
却し、これらの熱膨張差を低く抑えて浸漬管の寿命を延
長する方法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明者は、浸漬管の耐
火物内部には、操業時の温度変化による微細な亀裂が発
生するが、このミクロ亀裂を利用して冷却ガスを耐火物
内に流通させることにより、耐火物を内部から効率よく
冷却することができることを知った。熱負荷が大きいほ
どミクロ亀裂は多くなるが、その分冷却ガス流量が増加
して冷却能が大きくなり、亀裂成長が抑えられて損傷が
防止される。

【００１２】本発明は上記の知見に基づいてなされたも
のであり、その要旨は、下記の精錬装置の浸漬管の冷却
方法にある。

【００１３】『芯金に設けた冷却媒体供給口から耐火物
内に冷却媒体を吹き込み、かつ上記供給口よりも低圧側
に設けた排出口から冷却媒体を吸引排出し、芯金内部お
よび耐火物内に冷却媒体を流すことを特徴とする精錬装
置の浸漬管の冷却方法』上記本発明の冷却方法を実施す
るに際しては、鉄皮および芯金に近接する耐火物を、そ
れ以外の耐火物よりも気孔率の高いものとするのが望ま
しい。そうすることによって冷却効率を一層上げること
ができる。

【００１４】

【作用】添付の図面を用いて本発明方法を具体的に説明
する。図１は、本発明方法を説明するためのＲＨ真空精
錬装置の浸漬管の部分縦断面図である。この浸漬管２の
上部（取鍋内の溶鋼4-1 に接しない部分) は鉄皮５とそ
の内側の耐火物Ａとからなり、下部は芯金６とその内外
を被覆する耐火物Ａとからなる。ここでは、芯金自体を
二重環状とし、その上部に通気管８が連結されている。
従って、冷却媒体の供給口９は芯金６の下端の開口部に
なる。通気管８は、装置外に置かれた冷却媒体供給源７
に接続されている。

【００１５】一方、冷却媒体供給口９よりも高い位置、
即ち、低圧側に冷却媒体排出口10がある。これは浸漬管
のフランジ14内に設けた通気管12によって外部の真空排
気装置11に接続されている。13は上昇してくるガスを排
出口に導くガイド板である。

【００１６】さて、上記の通気管８を経て供給口９から
冷却媒体を吹き込むと、冷却媒体は供給口９から耐火物
Ａ内に放出され、耐火物Ａのミクロ亀裂および耐火物Ａ
と芯金６との隙間を流れて上昇する。そして、上方に設
けた排出口10から吸引されて装置外へ排出される。従っ
て、芯金６の内部および耐火物Ａ内を冷却媒体が流れる
ことになり、芯金、耐火物およびその近傍は効率的に冷
却される。

【００１７】冷却媒体の供給は上記のように芯金内部を
通して行うだけでなく、図示していないが、芯金に沿っ
て耐火物中に配管した多数の細管と環状ヘッダー管等を
用いて行うこともできる。この場合は、芯金は従来の形
状としてその周囲に配管すればよい。細管の上端を前記
の通気管８につなぎ、下端（開放端）もしくはヘッダー
管を芯金の下端部に配置する。これらの開放端が冷却媒
体供給口となる。

【００１８】本発明の冷却方法における冷却媒体の吹き
込み絶対圧は、冷却媒体供給口の位置レベルにおける溶
鋼静圧と槽内圧力との和の絶対圧よりわずか高めに調整
しておき、吸引絶対圧は排出口の位置レベルにおける溶
鋼静圧と槽内圧力との和の絶対圧よりわずか低めになる
ように調整する。これらの設定圧力差は耐火物の種類等
により変わるが、通常 100〜1000mmAq程度である。ま
た、冷却媒体の吹き込み絶対圧は種々の条件によって変
化するが、例えば供給値がＲＨ真空槽の浸漬管の先端部
の場合は 700〜1200mmHgであり、浸漬深さ、槽内圧力に
応じて調整する。

【００１９】上記のように、耐火物Ａを流れる冷却媒体
の絶対圧を溶鋼静圧と大差なく設定すれば、溶鋼4-2
中、あるいは真空精錬槽１内へ冷却媒体が吹き出した
り、溶鋼が耐火物の亀裂に侵入する湯差しが起きること
もない。即ち、本発明の冷却方法を実施しても、真空精
錬槽の真空℃が低下して精錬が阻害されたり、反応性冷
却媒体を使用した場合でも溶鋼中への冷却媒体の成分の
ピックアップを生じることはない。従って、冷却媒体と
しては、不活性ガスであるアルゴン等以外に反応性のガ
スである空気、窒素および二酸化た沿等も用いることが
できる。

【００２０】図２は、本発明方法の他の実施態様を説明
する図１と同様の部分縦断面図である。この例では、通
気管８が浸漬管フランジ14内に埋設されている。また、
複数の冷却媒体排出口10が鉄皮５に設けられており、こ
れらを覆う吸気ジャケット15が通気管12を介して真空排
気装置11に通じている。冷却方法は前記の図１で述べた
のと同様であり、この場合は浸漬管とともに真空槽下部
炉壁も冷却することができる。

【００２１】図３は、本発明方法のさらにもう一つの実
施態様を示す図２と同様の部分縦断面図である。この場
合は、冷却媒体供給口９の先端から排出口10に到るまで
の冷却媒体の通路に当たる耐火物Ｂの気孔率を他の部分
の耐火物Ａより高くしている。冷却媒体の一部は耐火物
のミクロ亀裂の間を通過して流れるが、耐火物の気孔率
が低くミクロ亀裂の発生が少ないと前記の設定圧では冷
却媒体の流量が得られず、冷却能が十分にならない場合
がある。しかし、この実施態様によれば、冷却媒体の通
路に当たる部分の耐火物Ｂを高い気孔率のものとしてい
るので抜熱に必要な冷却媒体の流量が小さな差圧（吹込
み絶対圧と吸引絶対圧の差）で容易に得られる。従っ
て、高い冷却効率を安定して得ることができる。

【００２２】これまでに述べたとおり、本発明の方法
は、耐火物内に強制的に冷却媒体を供給し、且つこれを
強制的に排出することを基本として、実操業に際しては
様々な態様で実施することができる。

【００２３】冷却媒体と排出口の関係は、圧力勾配に沿
って圧力の高い側に供給口を設け、圧力の低い側に排出
口を設けるのがよい。前述の真空処理装置の浸漬管で、
芯金の外周耐火物を冷却する場合は、芯金下端から冷却
ガスを供給し、芯金外周の上部で排出すればよいが、真
空処理中には芯金下端の方が芯金外周上部よりも圧力が
低下する場合もあり、その時は供給口と排出口との位置
を逆にする方が好ましい。芯金の内外共に冷却する場合
は、芯金外周より冷却媒体を供給し、芯金下端を経て芯
金内側から排出すればよい。当然のことながら、加圧精
錬装置の浸漬管（シュノーケル）では、今まで説明した
真空処理槽の浸漬管とは逆向きの圧力勾配となり、供給
口と排出口とは逆の配置としなければならない。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。

【００２４】

【実施例１】まず、本発明の冷却方法を実施例すること
によって操業上の問題が発生しないかどうかの確認のた
め、前述の図１に示した方法でＲＨ真空精錬装置の浸漬
管（下降管）の冷却を行った。浸漬管は、円筒状の芯金
の内面にAl₂O₃ 系キャスタブル（気孔率16％）を30mmの
厚さに張り付け、その内側に円筒状の成形煉瓦（MgＯ系
煉瓦：気孔率12％) を設けている。試験用浸漬管は、芯
金部分を二重とし、先端（下端）に５mmの吹き出し用の
開口溝を供給口として全周に形成し、排出口はフランジ
部の内周に10mm幅の溝を形成し、この溝部底の各所に外
部の排気装置11（真空ポンプ）に連通する吸気管12を８
本設けた。溝部分にはキャスタブルの侵入防止のため５
mm程度の耐火物小球を充填した。冷却媒体は空気（室
温）を用い、供給圧力は絶対圧力 760mmHg〜1000mmHg、
排出圧力は最低で 400mmHgとし、真空精錬槽内の圧力変
動に応じて調整した。冷却空気の流量は、精錬開始後５
分程度から増加し、精錬終了後10分程度で低下した。こ
れは精錬に伴う温度上昇で、耐火物と芯金の間に隙間が
でき、冷却空気が流れやすくなっているためと考えられ
る。使用回数（精錬処理回数）が30チャージ移行で冷却
空気の流量が急激に増加し、60チャージ以降でほぼ安定
した。この現象は耐火物内の亀裂が30チャージの精錬後
に増えたものの本発明の冷却方法で60チャージ以後は成
長しなくなったためと推定される。

【００２５】操業上の確認のため、溶鋼中の〔Ｎ〕濃度
の変化を調査した。その結果を図４に示す。同図に●印
で示すのが本発明の実施例の結果（５チャージ毎にサン
プリング）である。○印で示すのは、従来の方法（同一
精錬処理槽で冷却空気を流さない方法）での結果であ
る。これらの結果から、本発明の冷却方法を実施しても
冷却媒体としての空気が溶鋼中に入ることはないことが
確認できた。約 100チャージ処理後に、劣化状況確認の
ため、浸漬管を取り外し耐火物を解体して調べたが、従
来の冷却無しの浸漬管に比べて耐火物の損耗量が少な
く、内部微小亀裂も少なかった。

【００２６】

【実施例２】次に、ＲＨ真空精錬槽の浸漬管（上昇管）
の冷却強化を図るべく、図３に示した方法により、浸漬
管の耐久試験を行った。芯金および耐火物の構造は実施
例１とほぼ同じで、芯金内側のキャスタブル耐火物層Ｂ
中にMgＯ系の３mm程度の耐火物小球を混入し、気孔率を
約35％に高めた。成形煉瓦のＡ部は実施例１と同じもの
である。冷却媒体排出口10の部分は、気孔率を50％以上
にするために、その周囲のキャスタブル層中の耐火物小
球混入率を増やした。浸漬管中央部に設けてあるガスリ
フトポンプ溶ガス吹き込み管の周囲は、気孔率の小さい
MgＯ系スタンプ材料（気孔率15％）により形成した。冷
却媒体は炭酸ガス（室温）を用い、供給圧力は絶対圧力
700mmHg〜1100mmHgで、供給量が65Nm³/Hrとなるように
調整し、排出圧力は最低で 100mmHgとし、真空精錬槽内
の圧力変動に応じて調整した。冷却効果の確認のため、
図３に示すａ、ｂ、ｃの位置に熱電対を起き、耐火物温
度を測定した。表１に50〜100 チャージ処理した時の各
精錬処理中の最高温度の幅を示す。なお、比較例とし
て、従来の冷却なしの浸漬管を使用した際の同じ条件下
での測定結果を併せて示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】この実施例では、150 チャージ以降の冷却
媒体漏洩量が増加し、185 チャージで取り替えを行った
が、冷却媒体を例えばアルゴンガス等の不活性ガスに切
り替えれば、耐火物はまだ使用可能であった。しかし、
空気や炭酸ガス等の安価な冷却ガスを用いても、従来法
に比べれば 1.2〜1.8 倍の期間にわたって使用できるこ
とが確認できた。

【００２９】

【発明の効果】以上、ＲＨ真空精錬装置の浸漬管を例と
して説明したが、本発明の冷却方法は、溶融金属に浸漬
されて耐火物が損傷するおそれのある浸漬管の全てに適
用できることは言うまでもない。

【００３０】本発明方法によれば耐火物と鉄皮および芯
金との間に大きな温度勾配をつけることなく耐火物内部
を効率的に冷却でき、その寿命を延ばすことができる。
さらに、冷却媒体の吹き込み絶対圧および吸引絶対圧の
調整により、冷却媒体が槽内に侵入するのを防止できる
ので、冷却媒体に安価なガス（例えば空気）が使用でき
る。冷却が効果的になされるから耐火物の内部亀裂或い
は耐火物と鉄皮との間隙を通じて侵入する外気の遮断も
確実になり、真空処理時に起こる吸窒等も防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の１態様を説明する浸漬管の部分
縦断面図、第２図は、本発明方法の他の態様を説明する浸漬管の部
分縦断面図、第３図は、本発明方法の更にもう一つの態様を説明する
浸漬管の部分縦断面図、第４図は、実施例および比較例の真空精錬処理前後の溶
鋼中〔Ｎ〕濃度の変化を対比して示す図、図５は、ＲＨ真空精錬装置を説明する縦断面図、図６は、図５の浸漬管部の部分拡大縦断面図、である。

【符号の説明】

１は真空精錬槽、２は浸漬管、３は取鍋、4-1 および4-
2 は溶鋼、５は鉄皮、６は芯金、７は冷却媒体供給源、
８は吹込み通気管、９は冷却媒体供給口、10は冷却媒体
排出口、11は真空排気装置、12は吸い込み吸気管、13は
ガイド板、14は浸漬管フランジ、15は吸気ジャケットで
あり、Ａ、Ｂは耐火物、ａ、ｂ、ｃは測温位置をそれぞ
れ示す。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄皮および芯金とこれを被覆する耐火物と
からなる精錬装置の浸漬管の冷却方法であって、芯金に
設けた冷却媒体供給口から耐火物内に冷却媒体を吹き込
み、かつ上記供給口よりも低圧側に設けた排出口から冷
却媒体を吸引排出し、芯金内部および耐火物内に冷却媒
体を流すことを特徴とする精錬装置の浸漬管の冷却方
法。
【請求項２】鉄皮および芯金に近接する耐火物を、それ
以外の耐火物よりも気孔率の高いものとする請求項１の
冷却方法。