JP3256275B2

JP3256275B2 - 浸漬管の冷却装置

Info

Publication number: JP3256275B2
Application number: JP13825992A
Authority: JP
Inventors: 完二相沢; 清志高橋; 信元高柴; 道弘桑山; 政人水藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1992-05-29
Filing date: 1992-05-29
Publication date: 2002-02-12
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: JPH05331525A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、溶鋼脱ガス処理、溶
鋼の成分調整または精錬などを行う設備で使用される浸
漬管の冷却装置に関し、とくに安全な冷却を実現しよう
とするものである。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼の脱ガス処理設備あるいは溶鋼成分
調整設備、精錬設備等においては、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合せからなる浸
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】かかる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、芯金を冷却する方法が開示されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記の冷却方法では、
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。

【０００５】そこでこの発明は、冷却効果が高く、また
水蒸気爆発などの危険性のない、浸漬管の冷却装置につ
いて、提案することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】発明者らは、上記した問
題について種々検討したところ、霧化した水を冷却媒体
として用いるに当たっては、その水滴径に好適範囲が存
在することを見出し、この発明を完成するに到った。

【０００７】すなわちこの発明は、浸漬管の芯金の周り
に設けた通路に水滴を混合した冷却媒体を供給して浸漬
管を冷却する浸漬管の冷却装置であって、該浸漬管の一
方の開口４ａから水滴分級機７を介して分級した水滴を
混合した冷却媒体５を搬送管６へ導入し、他方の開口４
ｂから大気中へ放出する冷却構造に成り、前記水滴分級
機７は、その内部に配置したフォッグ発生ノズル８にて
水を気体により微細化して発生させたフォッグを、径：
30μｍを境に分級し、水滴径：30μｍ以下のフォッグを
冷却媒体５として搬送管６へ送り込む構造を有すること
を特徴とする浸漬管の冷却装置である。ここで、気体に
は、空気、窒素および水蒸気のうちから選ばれる少なく
とも１種を用いることができる。

【０００８】さて、図１に、この発明で用いる浸漬管の
冷却装置について示す。まず、図示の浸漬管１は、芯金
２の周りに耐火物３を配置した、一般的な構造で、さら
に芯金２の周壁に半割りのパイプを固着してなる冷却通
路４を配置し、この冷却通路４の一方の開口4aから冷却
媒体５を導入し、この冷却媒体５は、通路４に案内され
て芯金２に沿って移動した後、他方の開口4bから大気中
へ放出される。一方冷却媒体５は、搬送管６を介して、
水滴分級機７から供給される。

【０００９】この水滴分級機７は、その内部に配置した
フォッグ発生ノズル８に浄水９および気体10を導き、該
ノズル８の先端で浄水９を気体10により微細化して発生
させたフォッグを、その水滴径に応じて径：30μｍを境
に分級し、大きな水滴は分級機７の下部に沈降させ、水
滴径：30μｍ以下のフォッグを冷却媒体５として搬送管
６へ送り込むためのものである。なお、水滴分級機７の
下部に沈降した大径の水滴は、ドレン抜き11を開くこと
によって、排水溝12へと導かれる。

【００１０】ここで、水滴分級機７における分級の仕組
みについて詳述する。30μm 径の水滴が大気中で沈降す
る速度は約４cm／s である。従って、分級機内を上昇す
るガスの流速をこれと同程度にすれば、30μm 径を越え
る水滴は同分級機内で沈降し、30μm 径以下の水滴は上
昇ガスと共に分級機外に導き出されるわけである。

【００１１】また、フォッグ発生ノズル８には、平均径
が50μｍ前後の水滴を発生する、一般的なものではな
く、噴出ガスの剪断作用によって微細化された液滴を内
包するジェット同志を衝突させ、相互剪断作用とその時
発生する数万ヘルツの超音波を利用して液滴をさらに微
細化する形式になる、平均径が６μｍ前後の水滴を発生
するものを用いることが好ましい。

【００１２】なお、冷却通路４は図１に示した半割りの
パイプを固着してなる構成のほか、通常の円筒状パイプ
を固着したり、あるいは芯金自体を２重壁構造とし、そ
の内壁と外壁との間に、冷却通路を構成してもよい。

【００１３】

【作用】浸漬管の冷却通路に導入する冷却媒体に、微細
径の水滴と気体との混合流体を用いると、浸漬管の冷却
効率は格段に向上する。しかし、冷却媒体が冷却通路の
直線部やベンド部を経由して進む過程で、冷却媒体中の
水滴の径が大きいと、冷却通路の壁面に付着したり衝突
したりして、その場に止まるため、水滴を浮遊させたま
ま輸送することが難しい。ここに、冷却効率の低下およ
び水蒸気爆発の危険性が存在するわけで、これらの不利
を回避するには、水滴を浮遊させたまま輸送することが
必要となる。

【００１４】そこで、冷却通路の形状に拘らずに、浮遊
状態での輸送が可能となる水滴径について検討したとこ
ろ、水滴径を30μｍ以下にすれば浮遊状態を維持できる
ことが、新たに判明した。すなわち、径が30μｍ以下の
水滴は、気流に乗って移動して気流の方向の変化にも追
随できるため、冷却通路の始端から終端に到るまで浮遊
状態での輸送が可能となる。

【００１５】また、径が30μｍ以下の水滴を含む気体
は、水滴の混入によって気体の見掛けの比熱が増加する
ため、大きな冷却効果を期待でき、これは水滴が壁面に
衝突して直接冷却する、スプレーやミスト冷却とは本質
的に異なるものである。さらに、大きな蒸発潜熱を有す
る水滴がほぼ全て蒸発するため、少量の水滴の混入です
み、この蒸発後の気体の体積膨張は、同温度の気体の２
倍未満となり急激な体積膨張は生じない。従って、漏鋼
などと接触して1000倍に体積膨張して水蒸気爆発を起こ
す、水と比較して、高い安全性を付与することができ
る。

【００１６】なお、冷却媒体における、気体と水滴との
比率は、フォッグ発生用ノズルの特性に影響されるとこ
ろが大きいが、歩留りよく微細水滴を発生させるために
は、ジェットのエネルギーと所定量の水を微細化するた
めに必要なエネルギーとのバランスから混水率を設定す
る必要がある。この理由から、混水率を重量比で 1 (kg
-H₂O／kg-Air) 以下とすることが好ましい。

【００１７】

【実施例】溶鋼の環流速度180t/min, １回当たりの処理
量が285tになるＲＨ式真空脱ガス設備の真空槽に、内
径：1100mmφ, 厚さ16mmおよび高さ：600 mmの芯金に耐
火物を組合わせてなる、図１に示した構造の浸漬管（内
径：750 mmφ）を配置して溶鋼の脱ガス処理を行うに当
たり、図１に示したところに従って、水：0.5 Nl/minお
よび空気：1.2 Nm³/min をフォッグ発生ノズル８に供給
して得られた、30μm径以下の水滴を99重量％含む空気
（フォッグ）を冷却媒体として、浸漬管の冷却を行っ
た。この処理を62時間行ったところで、分級ノズルを変
更し水滴径を平均50μm （20〜100 μm ）に変更した空
気（ミスト）を冷却媒体とする処理に切替えて、この処
理を10時間続行し、次いでフォッグ発生ノズルへの水の
供給を中止し、空気のみによる浸漬管の冷却を行い、そ
の８時間後には空気の供給も中止した。

【００１８】上記の(1) フォッグ冷却工程、(2) ミスト
冷却工程、(3) 空気冷却工程および(4) 冷却中止後にお
ける、芯金の温度を、図１に示すＡ（芯金下端から80m
m）、Ｂ（芯金下端から190 mm）およびＣ（芯金下端か
ら300 mm）の位置で測定した結果を、図２に示す。同図
から、フォッグを用いる冷却での冷却効果が、その他の
工程に比較して、極めて高いことがわかる。

【００１９】また、上記の (1)〜(3) の冷却工程を適用
した処理を、同じ処理時間行ったときに、芯金の温度を
一定温度に保つのに用いた冷却媒体にかかるコストを、
(3)空気冷却工程の場合を100 としたときの指数にて、
表１に示す。さらに、上記の(1) 〜(3) の冷却工程を適
用した処理における、浸漬管の下部がラッパ状に変形す
るかもしくは縦割れ補修の限界により使用不能となるま
での寿命を調査した結果についても、(3) 空気冷却工程
の場合を 100としたときの指数にて、表１に併記する。

【００２０】

【表１】

【００２１】

【発明の効果】この発明によれば、冷却効果が高くかつ
水蒸気爆発などの危険性のない、浸漬管の冷却を実現で
き、浸漬管の寿命を飛躍的に、しかも低コストで向上し
得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に従う浸漬管の冷却装置を示す図で
ある。

【図２】浸漬管の冷却効果を示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者桑山道弘岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者水藤政人岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (56)参考文献特開昭58−96813（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) C21C 7/10 F27D 9/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】浸漬管の芯金の周りに設けた通路に水滴
を混合した冷却媒体を供給して浸漬管を冷却する浸漬管
の冷却装置であって、該浸漬管の一方の開口４ａから水
滴分級機７を介して分級した水滴を混合した冷却媒体５
を搬送管６へ導入し、他方の開口４ｂから大気中へ放出
する冷却構造に成り、前記水滴分級機７は、その内部に
配置したフォッグ発生ノズル８にて水を気体により微細
化して発生させたフォッグを、径：30μｍを境に分級
し、水滴径：30μｍ以下のフォッグを冷却媒体５として
搬送管６へ送り込む構造を有することを特徴とする浸漬
管の冷却装置。