JP3044515B2 - 高温流体移送体の冷却装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高温流体移送体の冷却
装置、詳細には、高温に溶融された銑鉄の流される樋等
の移送体を冷却する高温流体移送体の冷却装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】高炉の樋は、通常、２０ｍ程度の長さを
有するが、この樋には、高炉から出銑され高温に溶融し
た銑鉄やスラグが流され、その内側に施工された不定形
耐火物に、銑鉄やスラグによる局部的な摩耗、化学的劣
化及び出銑樋の切り替えによる加熱と冷却の繰り返し、
あるいは樋先から流出または下部の容器に滞留する銑鉄
からの輻射熱等による局部的な劣化及び変形が生じる。

【０００３】この劣化及び変形を防止するために樋を冷
却することが必要となってくる。従来の樋の冷却方法と
しては、例えば、特公平４−２１７２６号公報に記載さ
れている溶銑予備精錬用樋構造がある。この溶銑予備精
錬用樋構造は、樋を構成する不定形耐火物内に、蛇管を
埋設し、この蛇管内に冷媒としてガス等を流して、樋を
冷却している。

【０００４】また、従来、特公平４−２１７２６号公報
に記載されている溶銑予備精錬用樋構造と同様に、樋の
不定形耐火物内に、蛇管を埋設し、蛇管内に冷媒として
水を流すものがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の冷却方法にあっては、樋の不定形耐火物内に
蛇管を埋設し、この配管内に冷媒としてのガスや水を流
していたため、樋の不定形耐火物内に蛇管を形成するの
が困難であり、特に、樋の不定形耐火物内に均一に蛇管
を形成することは困難であり、冷却装置自体が高価なも
のとなるという問題があった。

【０００６】また、不定形耐火物内に形成した蛇管に流
す冷却媒体として、水を使用した場合、配管から水が漏
れて滞留すると、この滞留水が高温に加熱されて、水蒸
気爆発を発生する危険があった。さらに、冷却時には、
常に配管内に冷媒を供給する必要があり、保守、運用に
経費がかかるとともに、人手がかかるという問題があっ
た。

【０００７】本発明は、上記課題に鑑みてなされたもの
であって、その目的は、樋状または管状の移送体を簡
単、安価な構造で、かつ安全で冷却効率の良好な高温流
体移送体の冷却装置を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る高温流体移
送体の冷却装置によれば、請求項１に記すように、高温
流体を移送する樋状または管状の移送体を冷却する冷却
装置であって、前記移送体の外面に沿って設け、内部に
空間を成すカバーと、前記移送体の外面、または前記カ
バーの内面の全面に密着して固定した吸水性・保水性及
び耐熱性を有する冷却体と、前記冷却体に保水させるた
めの冷却水を供給する冷却水供給手段と、前記冷却水の
余剰水を前記空間から排出するためのドレンと、前記冷
却体に給水された水分の蒸発した蒸気を放散するための
蒸気放出口とを備えたことを特徴とする高温流体移送体
の冷却装置により、上記課題を達成している。

【０００９】この場合、前記冷却体は、例えば、請求項
２に記載するように、多孔質体であってもよい。

【００１０】また、前記移送体は、例えば、請求項３に
記載するように、高温に溶融された銑鉄の流れる樋であ
ってもよく、また請求項４に記載するように、高温に溶
融された銑鉄の流れる樋上部の保温及び作業の安全を確
保するための樋カバーとして用いてもよい。更に、請求
項５に記載するように、高温に溶融された銑鉄の流れる
樋先端にあって、流出あるいは下部の容器に滞留する銑
鉄からの輻射熱にさらされる樋先端部等に用いてもよ
い。

【００１１】

【作用】上記構成によれば、高温流体を移送する樋状ま
たは管状の移送体の表面に吸水性・保水性及び耐熱性を
有する冷却体を装着し、この冷却体に給水された水分の
蒸気を放散する空間を設けているので、冷却体に冷却水
を供給すると、移送体の表面に装着された冷却体に冷却
水が吸水、浸透されるとともに、保水され、冷却水の温
度上昇による顕熱により、移送体から熱を奪い温度を低
下させることができるとともに、該冷却水が蒸発する際
の潜熱により、移送体から熱を奪いさらに温度を低下さ
せることができる。また外部の高熱体からの輻射熱等の
移送体への入熱を防止することができる。

【００１２】さらに、蒸発した蒸気を空間に放散するこ
とができ、水蒸気が高圧化せず爆発の発生を防止するこ
とができる。また冷却体は、浸透性を有する材料を用
い、冷却水の給水口から毛細管現象により広範囲に均等
に冷却水を給水できるだけでなく、浸透圧により段差が
あっても下流側に給水でき、あるいは一部障壁があって
も背面へ回り込んで給水することができるので、給水配
管を簡略にできる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基
づいて詳細に説明する。尚、以下に述べる実施例は、本
発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々
の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明
において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、こ
れらの態様に限られるものではない。

【００１４】図１〜図５は、本発明の高温流体移送体の
冷却装置の一実施例を示す図であり、図１は高温流体移
送体の冷却装置の斜視図、図２は高温流体移送体の冷却
装置の部分側面断面図、図３は高温流体移送体の冷却装
置を樋に設置した実施例の側面断面図、図４は高温流体
移送体の冷却装置を樋先端部に設置した実施例の側面断
面図、図５は高温流体移送体の冷却装置の作用説明図で
ある。

【００１５】図１において、高温流体移送体の冷却装置
１は、移送体としての大樋２上に、該大樋２を覆うよう
に設置された大樋カバー１３の外面に設置されており、
その断面が略コの字型に形成されている。大樋カバー１
３は、鉄皮７とその内面に例えばアルミナ及び炭化珪素
を主成分とする不定形耐火物４が施工されることによ
り、耐熱性を確保している。

【００１６】高炉には、通常、２０メートル程度の長さ
の大樋２が２本以上設けられており、大樋２には、高炉
より出銑される高温に溶融した銑鉄５が流される。

【００１７】前記冷却装置１は、図２に示すように、鉄
皮７に冷却体８が密着固定され、その上部に給水管１１
が配管されている。さらに、所定の空間９を空けて銑鉄
飛沫の飛来、堆積による冷却能力低下を防止する防塵カ
バー１０が重ねられることにより形成されている。もち
ろん、防塵の必要がない環境で使用する場合には、防塵
カバー１０を除き蒸気を大気中に放散してもよい。

【００１８】冷却体８は、吸水性・保水性及び耐熱性に
優れた多孔質性の材料、例えば、セラミックフェルトに
より、適当な厚さ、例えば、１０ｍｍの厚さに形成され
ている。そして、この冷却体８には、図２に示すよう
に、給水管１１から冷却水が供給され、後述するよう
に、冷却体８から供給された冷却水の温度上昇による顕
熱及び蒸発潜熱により鉄皮７及び耐火物６を冷却する。

【００１９】なお給水管１１の給水口は１箇所でも前記
冷却体材料を用いれば、毛細管現象により２ｍ² 程度の
面積を均一に給水できる。給水管１１には、途中に流量
制御弁１２が設けられており、流量調整弁１２を調整す
ることにより、給水の開始や停止を行うとともに、給水
量の調整を行う。この流量調整については、後ほど示す
ような冷却体８表面あるいは鉄皮７表面の温度測定デー
タをもとに自動制御することもできる。

【００２０】また、上記防塵カバー１０には、冷却装置
１の外部と前記空間９とを連通する複数の通気孔（放出
孔）１０ａが形成されていおり、通気孔１０ａは、冷却
水が加熱され蒸気となった際の蒸気抜き機構として機能
する。

【００２１】上記説明は大樋カバーの冷却装置について
示したが、図３に示すように樋についても同様の構造で
冷却装置を使用することができる。なお、樋に使用する
場合は、冷却水の余剰や蒸気の結露が発生するので、カ
バー兼排水樋１０ｂのドレン１０ｃにより排水すること
ができる。

【００２２】また図４に示すように樋先端部についても
同様の構造で冷却装置を使用することができる。なお、
樋先端部では、流出あるいは下部の容器に滞留する銑鉄
からの輻射熱の入熱を防ぐ目的からカバー１０ｄ内面に
冷却体を密着固定した構造となる。

【００２３】次に、作用を説明する。大樋２には、高炉
から高温に溶融された銑鉄５が流され、大樋２を流れた
銑鉄は、移動容器に移されて、次の工程に送られる。こ
の大樋２の上部を覆う大樋カバーに冷却装置１が取付け
られている。この冷却装置１には、給水管１１から冷却
水が供給され、冷却装置１の冷却体８に所定量の冷却水
を給水する。

【００２４】この状態で大樋２に銑鉄が流されると、冷
却装置１は、大樋２を流れる銑鉄により、加熱され、ま
ず、その耐火物６の温度が上昇する。耐火物６の温度が
上昇すると、耐火物６の上部に積層されている鉄皮７の
温度も上昇するが、この鉄皮７の上面に接着されている
冷却体８は、冷却水を保水しており、この冷却水の温度
が上昇する。この冷却水の温度が上昇する際の顕熱によ
り、鉄皮７が冷却され、これに伴って、耐火物６ひいて
は冷却装置１全体が冷却される。この顕熱による熱交換
は、２０℃の冷却水が１００℃になる場合では、８０ｃ
ａｌ／ｃｍ³ である。

【００２５】さらに、鉄皮７の温度が上昇し、冷却体８
に保水されている冷却水が蒸発すると、この冷却水の蒸
発による潜熱により、鉄皮７が冷却され、冷却装置１全
体が冷却される。この場合の潜熱による熱交換能力は、
上記顕熱による熱交換能力の約７倍であり、この潜熱に
より鉄皮７を効率良く冷却することができる。

【００２６】そして、いま、冷却水は、冷却体８に浸
透、補水された状態にあり、冷却水が鉄皮７表面に堆水
しているものではないので、水膜が形成されておらず、
沸騰膜を形成することなく蒸発する。その結果、効率良
く熱交換が行われ、少量の冷却水で、効率良く冷却体１
を冷却することができる。

【００２７】発明者は、この冷却効果を検証するため
に、大樋２に銑鉄を流して、冷却装置１が加熱された状
態で、冷却水を給水管１１から供給した時の冷却装置１
の各部の温度を測定したところ、図５に示すような実験
結果を得ることができた。

【００２８】図５は、冷却装置１の３つの温度測定点で
測定し、その結果を、実線Ｔ１（鉄皮７の冷却体８側表
面の温度変化を示す曲線）、一点鎖線Ｔ２（冷却体８の
空間９側表面の温度変化を示す曲線）及び二点鎖線Ｔ３
（空間９内の温度変化を示す曲線）で示している。

【００２９】そして、図５では、Ｐ１の時点で冷却水を
１．１１リットル／ｍ² ｍｉｎの給水量で供給を開始
し、Ｐ２の時点で冷却水の供給水量を１．１１リットル
／ｍ²ｍｉｎから０．１８リットル／ｍ² ｍｉｎに減少
させる。さらに、Ｐ３の時点で給水を停止させ、Ｐ４の
時点で出銑口を閉塞している。図５から分かるように、
例えば、鉄皮７の表面でみてみると、冷却水を供給しな
いときには、４５０℃あった温度が、冷却水が供給され
ると、急激に１００℃程度まで低下し、その後、冷却水
の流量を下げても鉄皮７の温度は、上昇しない。これ
は、鉄皮７の表面に吸水性及び保水性を有する冷却体８
を接着し、この冷却体８に保水された冷却水により、鉄
皮７が冷却されるからであり、一旦冷却された鉄皮７の
温度を１００℃付近に保持するには０．１８リットル／
ｍ² ・ｍｉｎ程度の少量の給水量で良く、冷却水を節約
することができる。

【００３０】また、図５から分かるように、冷却水の供
給を停止しても、しばらくの間、冷却装置１の各部の温
度は、上昇せず、冷却状態を維持している。これは、冷
却体８に冷却水が保水されており、この冷却水の顕熱と
潜熱により冷却されるからであり、この保水されていた
冷却水が蒸発しつくし、冷却効果が低下するに従って、
その後、温度が上昇していることが分かる。したがっ
て、出銑口閉鎖後も鉄皮７を安定に冷却するには給水を
続行する必要があるが、樋全体が冷めて定常状態が得ら
れれば給水を停止し、冷却水を節約することができる。

【００３１】さらに、冷却装置１は、その防塵カバー１
０に適宜通気孔１０ａが形成され、また、この防塵カバ
ー１０と冷却体８との間に空間９が設けられているた
め、外部から銑鉄の飛沫が飛来し、堆積し冷却体の性能
劣化を防止することができ、また、冷却水が蒸発した際
の蒸気を通気孔１０ａから逃がすことができ、水蒸気爆
発を防止しつつ、効率的に、かつ均一に冷却することが
できる。

【００３２】なお、上記実施例においては、冷却装置１
を大樋２のカバーに適用した場合について説明したが、
これに限るものではなく、高温流体を移送する樋状また
は管状の移送体、一般に適用することができる。

【００３３】また、上記実施例においては、冷却体８と
して、セラミックフェルトを用いているが、これに限る
ものではなく、給水性、保水性及び耐熱性を有するもの
であれば、適宜使用することができる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、高温流体を移送する
樋状または管状の移送体の表面に吸水性・保水性及び耐
熱性を有する冷却体を装着し、この冷却体に給水された
水分の蒸気を放散する空間を設けているので、冷却体に
冷却水を供給すると、移送体の表面に装着された冷却体
に冷却水が吸水されるとともに、浸透、補水され、冷却
水の温度上昇による顕熱により、移送体の温度を低下さ
せることができるとともに、該冷却水が蒸発する際の潜
熱により、移送体の温度をさらに低下させることができ
る。

【００３５】さらに、蒸発した水蒸気を空間に放出する
ことができ、水蒸気爆発の発生を防止することができ
る。その結果、簡単な構造で施工や保守のコストが安価
で、安全かつ無害で、効率良く移送体を冷却することが
できる。

【００３６】また冷却装置を装着すれば、従来の高温流
体を移送する樋や管に施工されていた耐火物の厚みを薄
肉化でき、また鉄皮の荷重強度を落とせることから、樋
や管自体の材料、施工の両面から安価かつコンパクトな
構造とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高温流体移送体の冷却装置の一実施例
の斜視図。

【図２】本発明の高温流体移送体の冷却装置のを大樋カ
バーに設置した一実施例の側面断面図。

【図３】本発明の高温流体移送体の冷却装置を樋に設置
した一実施例の側面断面図。

【図４】本発明の高温流体移送体の冷却装置を樋先端部
に設置した一実施例の側面断面図。

【図５】本発明の高温流体移送体の冷却装置の一実施例
による冷却水の給水状態と各部の温度変化との関係を示
す図。

【符号の説明】

１ 冷却装置 ２ 樋 ３ 耐火煉瓦 ４ 不定形耐火物 ５ 銑鉄 ６ 耐火物 ７ 鉄皮 ８ 冷却体 ９ 空間 １０ 防塵カバー １０ａ 通気孔 １０ｂ カバー兼排水樋 １０ｃ カバー兼排水樋ドレン １０ｄ カバー １１ 給水管 １２ 流量調整弁 １３ 樋カバー １４ 樋先端部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 辰彦 千葉県君津市君津１番地 新日本製鐵株 式会社 君津製鐵所内 (72)発明者 矢野 歳和 神奈川県横浜市磯子区新中原町１番地 石川島播磨重工業株式会社 技術研究所 内 (72)発明者 越智 正雄 東京都千代田区大手町２丁目２−１ 石 川島播磨重工業株式会社 本社内 (56)参考文献 特開 昭51−59068（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21B 7/14 303 F28C 1/00

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高温流体を移送する樋状または管状の移
   送体を冷却する冷却装置であって、前記移送体の外面に沿って設け、内部に空間を成すカバ
   ーと、 前記移送体の外面、または前記カバーの内面の全面に密
   着して固定した吸水性・保水性及び耐熱性を有する冷却
   体と、 前記冷却体に保水させるための冷却水を供給する冷却水
   供給手段と、 前記冷却水の余剰水を前記空間から排出するためのドレ
   ンと、 前記冷却体に給水された水分の蒸発した蒸気を内部の空
   間から放散するための蒸気放出口と、 を備えたことを特徴とする高温流体移送体の冷却装置。
2. 【請求項２】 前記冷却体は、多孔質体であることを特
   徴とする請求項１記載の高温流体移送体の冷却装置。
3. 【請求項３】 前記移送体は、高温に溶融された銑鉄の
   流れる樋であることを特徴とする請求項１または請求項
   ２記載の高温流体移送体の冷却装置。
4. 【請求項４】 前記移送体は、高温に溶融された銑鉄の
   流れる樋上部の保温及び作業の安全を確保するための樋
   カバーであることを特徴とする請求項１または請求項２
   記載の高温流体移送体の冷却装置。
5. 【請求項５】 前記移送体は、高温に溶融された銑鉄の
   流れる樋先端にあって、流出あるいは下部の容器に滞留
   する銑鉄からの輻射熱にさらされる樋先端部であること
   を特徴とする請求項１または請求項２記載の高温流体移
   送体の冷却装置。