JP3065218B2 - 冷却対象物への冷却用フォグ搬送方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属の精錬を行う
環流式真空脱ガス装置の脱ガス槽下部に配設された浸漬
管、脱ガス槽内に挿入するガス、フラックス吹込みラン
ス、取鍋精錬炉に使用するアーク発生用電極等の溶融金
属中に浸漬する冷却用対象物への冷却用フォグ搬送方法
および装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶鋼の環流式脱ガス装置に使用さ
れる浸漬管、ランスあるいは取鍋精錬炉の加熱用電極等
の冷却対象物は、一般に基体となる鋼板製芯金と、これ
を被覆する耐火物とを組み合わせた構造となっている。
たとえば、溶鋼の環流式真空脱ガス装置では、基体とな
る鋼板製筒状の芯金とこれを取り囲む耐火物との組み合
わせからなる浸漬管を用い、これを溶鋼中に浸漬するこ
とによって脱ガスや成分調整などの処理を行うのが通例
である。そして、溶鋼の処理温度は1600℃前後であるた
め、処理時間が20〜40分にも及ぶような溶鋼の脱ガス処
理では、処理を繰り返すうちに芯金の温度が1000℃を越
える高温となる。このため、浸漬管においては、芯金の
高温クリープ現象に由来した耐火物目地部への地金の差
し込み、溶鋼による芯金の溶損あるいは芯金の膨張に伴
う耐火物の縦割れが発生し、その寿命は極めて短く、高
温状態における過酷な条件の下で頻繁に補修する必要が
あった。

【０００３】このような問題に対処する試みとして、特
開昭58−96813 号公報には、浸漬管の芯金付近に配置し
た、二重管や冷却管に、空気、窒素等のガス体と被霧化
液体である水を送り込み、気水混合気流が二重管や冷却
管に沿って上昇しつつ壁面より抜熱しながら蒸気化する
ことにより芯金を冷却する方法が開示されている。前記
の冷却方法では、気体に霧化した水を混合することによ
って、冷却能を向上することが可能であるが、霧化した
水を浸漬管の下部まで移動するには、その水滴が冷却管
等の内壁に衝突および付着しながらも霧状の形態を保っ
ている必要がある。しかしながら、水滴が管壁に衝突お
よび付着することが繰り返されるうちに、水滴はより大
きな水滴に成長し、さらには水滴が集合して水流となる
ため、所期した冷却能が得られず、また冷却媒体の通路
が溶損した場合の、水蒸気爆発の危険は、依然として解
消されてはいなかった。

【０００４】そこで冷却効果がより高く、また水蒸気爆
発などの危険性のない浸漬管の冷却方法として本願出願
人は特願平４−138259号を出願した。この方法は、浸漬
管の芯金の周りに設けた通路に冷却媒体を供給して浸漬
管を冷却するに当り、空気、窒素等の気体に、径が30μ
ｍ以下の水滴を混合した冷却媒体を用いるものである。

【０００５】すなわち、浸漬管19の具体的な冷却方法は
図７に示すように浸漬管19は、芯金13の周りに耐火物14
を配置した一般的な構造で、さらに芯金13の周壁に半割
りのパイプを固着してなる冷却通路15を配設してある。
この冷却通路15の一方の開口15Ａから冷却媒体を導入
し、この冷却媒体は冷却通路15に案内されて芯金13に沿
って移動した後、他方の開口15Ｂから大気中へ放出され
るようになっている。一方、冷却媒体は搬送管７を介し
てフォグ発生容器２から供給される。

【０００６】このフォグ発生容器２は、その内部に配設
したフォグ発生用ノズル１に浄水および気体を導き、該
ノズル１の先端で浄水を気体により微細化して発生させ
たフォグを、その水滴径に応じてフォグ発生容器２内で
分級して大きな水滴はフォグ発生容器２の下部に沈降さ
せ、小さな水滴径たとえば30μｍ以下のフォグを冷却媒
体として搬送管７に送り込むためのものである。なお、
フォグ発生容器２の下部に沈降した大径の水滴はドレン
抜き17を開くことによって、排水溝18へと導かれる。

【０００７】また本願出願人は、取鍋精錬炉に使用する
直流アーク発生装置の鉄芯電極構造として特願平６−24
232 号を出願した。すなわち図８および図９に示すよう
に鉄芯電極８は、導電性金属円筒体22を有底中空とし、
その中空部に冷却用流体供給管24を挿通して先端部を開
口させる。そして導電性金属円筒体22と冷却用流体供給
管24との間を流体用通路20とするものである。

【０００８】導電性金属円筒体22の下端部外周面に放射
状に溶接により配設した多数の棒状金属電極23と、これ
ら棒状金属電極23の先端部が露出して溶接金属に接触す
るように、導電性金属円筒体22の下端面を包含する溶融
金属に接触する可能性のある下部範囲を被覆した不定形
耐火物21とからなっている。冷却用ガス通路20に、前記
図７に示すようなフォグ発生器２を用いて発生させた気
体中に水滴を散布させた冷却用フォグを供給して鉄芯電
極８の内部を冷却する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】前記図７に示すような
フォグ発生容器２で発生させた冷却用フォグを浸漬管や
金属電極等の冷却対象物に搬送する時のフォグ用の浄水
の噴射水量（ｌ／min ）およびフォグ発生容器外へ排出
して冷却対象物へ向かった水分の割合Φすなわちフォグ
搬送効率（％）を測定したところ図４に示すような関係
があることが判明した。

【００１０】図４に示すように、フォグ用浄水の噴射水
量が少ない方がフォグ容器外へ排出した水量の割合すな
わちフォグ搬送効率Φ＝（容器外へ出たフォグの水量k
g）／（噴射した浮水水量kg）が高くなる。しかしなが
らフォグの搬送効率Φは高々40％であり、極めて搬送効
率が悪いことが分かる。フォグ搬送効率Φ（％）を上げ
るため噴射水量を絞るということは空気中に含まれる水
量を少なくすることである。これはフォグによる冷却対
象物の抜熱能力を低くすることを意味するので冷却能力
を不十分とすることになり、好ましくない。

【００１１】図５および図６に示すようにフォグ発生容
器２内の中央部に配設されたフォグ発生用ノズル１およ
び加圧用空気ノズル10を用いてフォグ用浄水、フォグ用
空気および加圧用空気が噴射され、核生成によりフォグ
（水の液滴）が発生する。このようにして発生したフォ
グが蒸発して蒸気になる一方では、フォグが凝集してフ
ォグ発生容器２の内壁面に付着してドレンを生成する。

【００１２】したがって、噴射した浄水、空気のうち冷
却対象物８の冷却に寄与するのは微小液滴の状態に保持
されたフォグ、蒸気ならびにキャリアガス（ここでは空
気を用いているが、これに限られるものではなく窒素ガ
ス等の他の気体も使用可能であるのは云うまでもない）
である。なかでも比熱が大きく蒸発潜熱が利用可能なフ
ォグがもっとも冷却能力が大きい。このため、なるべく
フォグの状態で冷却対象物８まで搬送することが望まし
い。つまり、フォグ発生容器２内の搬送途中での内壁面
付着およびその結果としてのドレン発生を極力避けるこ
とが重要である。

【００１３】本発明は、前述の事情を考慮してなされた
ものであり、フォグ発生容器内で発生したフォグが内壁
面に接触してドレンとなるのを極力抑制することができ
るようにした冷却対象物への冷却用フォグ搬送方法およ
び装置を提供することを目的とするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】フォグ発生器に噴射した
フォグ用浄水を噴射空気により霧散させて発生させたフ
ォグを冷却対象物に搬送できるフォグ量を増大するに
は、図３に示すような対策が考えられる。フォグの搬送
量増大の２大基本対策は、搬送率Φの増大および搬送量
の増大があるが、本発明では搬送率Φの増大を基本方針
としている。搬送率Φの増大対策には、壁面付着量の低
減、凝集量の低減および蒸発量の低減があるが、本発明
では壁面付着量の低減に着目したものである。

【００１５】すなわち本発明では、フォグの壁面付着量
を低減するため、壁面近傍のフォグ液滴を排除すべくフ
ォグ発生容器の壁面近傍への空気噴射およびフォグ搬送
する経路形状を改善し、フォグ発生容器から冷却対象物
への搬送経路を滑らかにすることを骨子としてなされた
ものである。前記目的を達成するための請求項１記載の
本発明は、フォグ（微小液滴）発生容器の中央部に配設
したフォグ発生ノズルから下流側に向けて噴射される冷
却用フォグ流をその下流側でフォグ発生容器の内周壁面
に沿って配設された複数個の加圧用気体ノズルから下流
側に向けて噴射される気体流により中央部へ押しやり、
内周壁面に冷却用フォグが付着するのを防止しつつ、フ
ォグ発生容器の出口部から滑らかな気流により搬送管を
経由して溶融金属中に浸漬した冷却対象物に冷却用フォ
グを搬送することを特徴とする冷却対象物への冷却用フ
ォグ搬送方法である。

【００１６】請求項２記載の本発明は、冷却用フォグ流
のフォグ平均粒径が30μｍ以下、好ましくは10μｍ以下
であることを特徴とする請求項１記載の冷却対象物への
冷却用フォグ搬送方法である。請求項３記載の本発明
は、フォグ発生容器内の中央部に下流側に向けて配設し
たフォグ発生ノズルと、その下流側でフォグ発生容器の
内周壁面に沿い下流側に向けて配設された加圧用気体ノ
ズルと、フォグ発生容器の出口部から搬送管を経由して
滑らかに気送接続された冷却対象物とを具備したことを
特徴とする冷却対象物への冷却用フォグ搬送装置であ
る。

【００１７】請求項４記載の本発明は、フォグ発生容器
の出口部に搬送管に向く縮径テーパを付与したことを特
徴とする請求項３記載の冷却対象物への冷却用フォグ搬
送装置である。請求項５記載の本発明は、フォグ発生器
の出口と冷却対象物との入口とを滑らかに湾曲した搬送
管により接続したことを特徴とする請求項３または４記
載の冷却対象物への冷却用フォグ搬送装置である。

【００１８】請求項６記載の本発明は、冷却対象物が流
体用流路を有する芯金に耐火物を被覆してなることを特
徴とする請求項３、４または５記載の冷却対象物への冷
却用フォグ搬送装置である。

【００１９】

【作用】本発明では、フォグ（微小液滴）発生容器の中
央部に配設したフォグ発生ノズルから下流側に向けて噴
射される冷却用フォグ流を、その下流側でフォグ発生容
器の内周壁面に沿って配設された複数個の加圧用気体ノ
ズルから下流側に向けて噴射される気体流により中央部
へ押しやって包囲する。

【００２０】このため、フォグ発生容器の内周壁面に冷
却用フォグが付着するのを防止しつつ、フォグ発生容器
の出口部から滑らかな気流により搬送管を経由して溶融
金属中に浸漬した冷却用対象物に冷却用フォグを搬送効
率よく搬出することができる。以下、本発明の構成を作
用、効果と共に溶鋼の２次精錬に用いられる取鍋精錬炉
内の溶鋼を加熱する鉄芯電極を冷却対象物としてフォグ
発生容器で発生させたフォグにより冷却する場合につい
て図１および図２に基いて説明する。

【００２１】溶鋼の２次精錬において、取鍋精錬炉（図
示せず）内の溶鋼中に浸漬して加熱する鉄芯電極（冷却
対象物）８は、前記図８に従って説明したものと同様で
ある。すなわち図１に示すように鉄芯電極８は、導電性
金属円筒体22を有底中空とし、その中空部に冷却用流体
供給管24を挿通して先端部を開口させ、導電性金属円筒
体22と冷却用流体供給管24との間を流体用通路20として
いる。

【００２２】本発明で使用する冷却用フォグ搬送装置
は、円筒状のフォグ発生容器２の内部に、その長手方向
上流側端部および中間部にそれぞれフォグ発生用ノズル
１を下流側に向けて配設してある。そして各々のフォグ
発生用ノズル１からＬだけ離れた下流側位置に加圧用空
気ノズル10がフォグ発生容器２の外周に沿って配設され
たヘッダ９を介してフォグ発生容器２の内周壁面に沿う
と共に下流側に向けて複数個（図面では等間隔に４個）
配設してある。

【００２３】フォグ発生器２の出口部は搬送管７に向き
径が小さくなるように縮径テーパを付与してある。また
フォグ発生器２と鉄芯電極８の中央部に挿通した冷却用
流体供給管24の入口とは滑らかに湾曲した搬送管７によ
り接続してある。各々のフォグ発生用ノズル１には浄水
配管３およびフォグ発生用空気配管４からそれぞれ浄水
および空気を供給し、フォグ発生用ノズル１の先端で浄
水を噴出した空気によって微細化して発生したフォグ６
を、その水滴径に応じて30μｍ、好ましくは10μｍを境
に分級し、大きな液滴は下部に沈降させ、ドレンとして
抜き取る。

【００２４】フォグ発生容器２の長手方向上流側端部に
配設されたフォグ発生用ノズル１から発生した平均粒径
30μｍ以下、好ましくは10μｍ以下のフォグ６は、フォ
グ発生容器２の内周壁面に向かって拡散する。このため
フォグ６は内周壁面近傍まで飛来するが、フォグ発生用
ノズル１の下流側に距離Ｌをもって配置された加圧用空
気ノズル10から下流側に向け噴出する加圧用空気によっ
てフォグ発生容器２の中央部へ押しやって、フォグが内
周壁面に付着してドレン化するのを抑制する。

【００２５】このようにしてフォグ発生容器２の中央部
へ押しやられたフォグ６はフォグ発生容器２の長手方向
中間部に配設されたフォグ発生用ノズル１から発生した
フォグ６により再び拡散されるが同様にしてその下流側
に配設された加圧用空気ノズル10から下流側に向け噴出
する加圧用空気によって中央部へ再び押しやって、フォ
グ６が内周壁面に付着するのを防止する。

【００２６】フォグ発生容器２の直径Ｄはフォグの拡散
幅以上に設定し、またフォグ発生用ノズル１と加圧用空
気ノズル10との距離Ｌは、フォグの拡散角度θと容器直
径ＤとからＬ≦Ｄ／２／｛tan （θ／２）｝に設定すれ
ばよい。なお、フォグ発生用ノズル１および加圧用空気
ノズル10は冷却対象物の熱負荷に応じてその流量、個数
を設定するのであり、２箇所になるとは限らない。

【００２７】加圧用空気によって中央部へ押しやられた
フォグ６は、フォグ発生容器２の縮径テーパ部を経由し
て滑らかに搬送管７に導かれ、さらに滑らかに湾曲した
搬送管７を介して滑らかな気流によりフォグ６が芯金電
極８内に挿通した冷却用流体供給管24に搬送効率よく供
給される。芯金電極８内の中央部を挿通する冷却用流体
供給管24に供給されたフォグ、蒸気および空気は冷却用
流体供給管24の先端から冷却用ガス通路20を上昇しなが
ら溶鋼中に浸漬した芯金電極８を冷却したのち上部から
排出される。本発明では、フォグ発生容器２で発生した
フォグ６をドレン化するのを抑制しつつ冷却対象物であ
る芯金電極８に供給することができる。したがって比熱
が大きく蒸発潜熱の大きいフォグ６による冷却を最大限
に利用できるので冷却能力を大きくすることができるこ
とになる。

【００２８】

【実施例】直流アークによる取鍋精錬炉において、図１
に示すように冷却用ガス通路20を有する長さ4000mmの導
電性金属円筒体22の下部に直径10mmφで長さ100mm の棒
状金属電極23を30本を放射状にかつ上下に配設すると共
に、不定形耐火物21で直径500mmφになるように被覆し
た芯金電極８を取鍋内の約 285ｔ／chの溶鋼中に浸漬し
てトランス容量28000KVA（460 Ｖ×52KA）で電極加熱を
行いながら溶鋼の取鍋精錬を行った。この場合の溶鋼昇
温量は約50℃であった。

【００２９】このような溶鋼の取鍋精錬において、フォ
グ発生容器２に図１に示すようにフォグ発生用ノズルを
２個配置すると共にその下流側にそれぞれ加圧用空気ノ
ズル10を２×４＝８個配置し、下記の条件でフォグ発生
用浄水、フォグ発生用空気および加圧用空気を供給して
フォグを発生させた。 フォグ発生用浄水 0.5 ｌ／min ×２＝1.0 ｌ／min フォグ発生用空気 ３Nm³ ／min ×２＝６Nm³ ／min 加圧発生空気 ３Nm³ ／min ×２＝６Nm³ ／min フォグ発生容器２内に配置したフォグ発生ノズルから発
生したフォグ６は加圧用空気ノズル10から噴射される加
圧用空気によりフォグ発生容器２の中央部に押しやられ
るのでドレンの発生が抑制されると共にフォグ発生容器
２から搬送管７を経由して滑らかな気流によりフォグを
鉄芯電極８に搬送効率よく供給することができた。

【００３０】本発明のフォグ発生ノズルと、その下流側
に配置した加圧用空気ノズルとを組み合わせる場合の操
業成績と、図５に示すようにフォグ発生ノズルと加圧用
空気ノズルを並設する従来の場合の操業成績とを比較し
て表１に示す。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に示すように従来法に比較して本発明
法によればフォグ発生容器から鉄芯電極へのフォグ搬送
効率が２倍以上となり、また電極原単位を半減できるば
かりでなく、取鍋精錬の処理時間短縮並び昇温速度の向
上が達成できるという好成績を納めることができた。前
記実施例では冷却対象物として鉄芯電極をフォグ冷却す
る場合について説明したが、本発明は環流式真空脱ガス
装置の浸漬管やガス（フラックス）吹込用ランス等、溶
融金属中に浸漬する各種冷却用対象物の冷却に適用でき
るのはもちろんである。

【００３３】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、フ
ォグ発生容器内に配設したフォグ発生ノズルから発生し
たフォグを、その下流側の内周壁面に沿って配設された
複数の加圧用気体ノズルから噴射される気体流により中
央部に押しやるので容器内周壁面に冷却用フォグが付着
してドレン化するのを抑制することができる。

【００３４】そしてフォグを中央部に押しやった状態で
フォグ発生容器の出口部から搬送管を経由して滑らかな
気流により冷却対象物に供給することができるため、フ
ォグ搬送効率が向上しフォグの冷却能力上昇が達成でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の冷却用フォグ搬送装置を示す模式図で
ある。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視を示す断面図である。

【図３】フォグの搬送量増大対策を示すフロー図であ
る。

【図４】噴射水量（ｌ／min ）とフォグ容器外へ排出し
た水分の割合Φ（％）との関係を示す線図である。

【図５】従来の冷却用フォグ搬送装置を示す概略断面図
である。

【図６】従来の冷却用フォグ冷却によるフォグ、蒸気お
よびドレン発生状況を示す説明図である。

【図７】従来例の冷却用フォグ冷却を浸漬管に適用した
ときの模式図である。

【図８】鉄芯電極を示す縦断面図である。

【図９】図８のＡ−Ａ矢視を示す横断面図である。

【符号の説明】

１ フォグ発生用ノズル ２ フォグ発生容器 ３ 浄水配管 ４ フォグ発生用空気配管 ５ 加圧用空気配管 ６ フォグ ７ 搬送管 ８ 鉄芯電極（冷却対象物） ９ ヘッダ 10 加圧用空気ノズル 20 冷却用ガス通路 21 不定形耐火物 22 導電性金属円筒体 23 棒状金属電極 24 冷却用流体供給管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F27D 9/00 C21C 7/00 - 7/10 F25D 1/00 - 9/00

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 フォグ（微小液滴）発生容器の中央部に
   配設したフォグ発生ノズルから下流側に向けて噴射され
   る冷却用フォグ流をその下流側でフォグ発生容器の内周
   壁面に沿って配設された複数個の加圧用気体ノズルから
   下流側に向けて噴射される気体流により中央部へ押しや
   り、内周壁面に冷却用フォグが付着するのを防止しつ
   つ、フォグ発生容器の出口部から滑らかな気流により搬
   送管を経由して溶融金属中に浸漬した冷却対象物に冷却
   用フォグを搬送することを特徴とする冷却対象物への冷
   却用フォグ搬送方法。
2. 【請求項２】 冷却用フォグ流のフォグ平均粒径が30μ
   ｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の冷却対象
   物への冷却用フォグ搬送方法。
3. 【請求項３】 フォグ発生容器内の中央部に下流側に向
   けて配設したフォグ発生ノズルと、その下流側でフォグ
   発生容器の内周壁面に沿い下流側に向けて配設された加
   圧用気体ノズルと、フォグ発生容器の出口部から搬送管
   を経由して滑らかに気送接続された冷却対象物とを具備
   したことを特徴とする冷却対象物への冷却用フォグ搬送
   装置。
4. 【請求項４】 フォグ発生容器の出口部に搬送管に向く
   縮径テーパを付与したことを特徴とする請求項３記載の
   冷却対象物への冷却用フォグ搬送装置。
5. 【請求項５】 フォグ発生器の出口と冷却対象物との入
   口とを滑らかに湾曲した搬送管により接続したことを特
   徴とする請求項３または４記載の冷却対象物への冷却用
   フォグ搬送装置。
6. 【請求項６】 冷却対象物が流体用流路を有する芯金に
   耐火物を被覆してなることを特徴とする請求項３、４ま
   たは５記載の冷却対象物への冷却用フォグ搬送装置。