JP3687491B2

JP3687491B2 - 溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法

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Publication number: JP3687491B2
Application number: JP2000181194A
Authority: JP
Inventors: 哲男秋吉
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-06-16
Filing date: 2000-06-16
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2020-06-16
Also published as: JP2001355973A

Description

【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、溶銑や溶鋼等の溶融金属を受銑器に注湯する際に発生する赤煙を防止するようにした溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法としては、例えば特開昭４９−９４０５号公報（以下、第１従来例と称す）及び特開平９−９６４９２号公報（以下、第２従来例と称す）に記載されているものがある。
第１従来例は、溶銑を受銑器内へ払出すに際し、予め容器内へ不活性ガス又は噴霧水を充満し、次いで、容器内へ溶銑を払出すようにした落下溶銑の発塵防止方法が開示されている。
【０００３】
また、第２従来例には、溶銑を容器内に注湯するに当たり、その注湯に先立って容器内に不活性気体を吹きつけることにより空気を排除して容器内雰囲気を不活性可する一方、その後も容器内に不活性気体を供給しつつ注湯を行うようにした溶銑ハンドリング時の赤煙防止方法が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記第１従来例及び第２従来例のように、不活性ガスを使用する場合では、例えば１５０トンの取鍋規模で、赤煙の抑制効果を得るためには、約２万Ｎｍ³／Ｈの不活性ガスが必要となり、コストが嵩むことにより現実的ではないと共に、不活性ガスの瞬時での多量使用により不活性ガスの安定供給が困難であり、実験用としては可能であるが、工場規模での実施は不可能であるという未解決の課題がある。
【０００５】
また、第１従来例のように、赤煙抑制の効果及び経済性から不活性ガスに代えて噴霧水を使用したほうが現実性が高いが、水と高温溶融物との接触による水蒸気爆発を生じるおそれがあり、安全操業を確保することができないという未解決の課題がある。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、水を使用して赤煙の発生を抑制する際に、水蒸気爆発の発生を確実に防止しながら赤煙の発生を抑制することができる溶融金属ハンドリング時における赤煙防止方法を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法は、溶銑・溶鋼等の溶融金属を受銑器内に注湯する際に水を噴霧して赤煙の発生を防止するようにした溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法において、前記赤煙防止用の水をノズルから噴霧する水噴霧手段を設け、前記水噴霧手段の前記ノズルから水の噴霧を開始する際に、当該ノズルに不活性気体を所定時間供給し、当該不活性気体を供給している間に給水して水の噴霧を開始し、このときの前記水噴霧粒子の粒径ｒを、噴霧位置から湯面までの距離をＬとし、雰囲気温度をＴとし、粒径決定定数をｋとしたときに、ｒ≦ｋＬ（Ｔ−１００）を満足するように制御し、さらに前記ノズルへの給水終了時に、給水状態で不活性気体を供給し、当該不活性気体が前記ノズル先端に達するに十分な所定時間が経過した後に、給水を停止させることを特徴としている。
【０００７】
この請求項１に係る発明では、受銑器に対して溶銑・溶鋼等の溶融金属を注湯する際に、流下する溶融金属に水噴霧手段で水を噴霧することにより、水蒸気を発生させ、この水蒸気で溶融金属を覆うことにより、赤煙の発生を防止する。このとき、水噴霧手段でノズルから水の噴霧を開始する際に、ノズルに不活性気体を所定時間供給し、この不活性気体を供給している間に水の噴霧を開始する。また、ノズルに対する給水終了時には、給水状態で不活性気体を供給してこの不活性気体がノズルに達成するに十分な所定時間が経過した後に、給水を停止させる。これにより、水噴霧手段での水噴霧粒子の噴霧開始時及び噴霧終了時に、受銑器内の溶融金属に水滴が落下して水蒸気爆発を生じることを確実に防止することができる。また、水噴霧手段でノズルから噴霧される水噴霧粒子の粒径ｒがｒ≦ｋＬ（Ｔ−１００）で算出されるので、噴霧位置から湯面までの距離Ｌが短くなるにつれて粒径ｒが小さくなり、雰囲気温度が低くなるにつれて粒径ｒが小さくなる。このため、水噴霧手段の水噴霧位置を固定した場合には、溶融金属の注湯終了時の湯面と水噴霧位置との間の距離Ｌに基づいて粒径ｒを設定し、水噴霧手段の水噴霧位置を湯面の上昇に応じて上昇させて、距離Ｌを一定に維持する場合には、このときの距離Ｌに基づいて粒径ｒを設定する。これにより、水噴霧手段で、溶融金属に水噴霧粒子を噴霧したときには、これが確実に水蒸気化されて、溶融金属を確実に覆うと共に、受銑器内の溶融金属に水滴が落下して水蒸気爆発を生じることを確実に防止することができる。
【０００８】
また、請求項２に係る溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法は、溶銑・溶鋼等の溶融金属を受銑器内に注湯する際に水を噴霧して赤煙の発生を防止するようにした溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法において、前記赤煙防止用の水をノズルから噴霧する水噴霧手段を設け、前記水噴霧手段の前記ノズルから水の噴霧を開始する際に、当該ノズルに不活性気体を所定時間供給し、不活性気体を供給している間に給水して水の噴霧を開始し、このときの前記水噴霧粒子の粒径ｒを、噴霧位置から湯面までの距離をＬとし、雰囲気温度をＴとし、粒径決定定数をｋとしたときに、ｒ≦ｋＬ（Ｔ−１００）を満足するように制御し、且つ当該粒径ｒの最小値を当該水噴霧粒子が浮遊することなく溶融金属に到達する値に制限して、噴霧する水噴霧粒子を前記溶融金属に噴霧したときに発生する水蒸気を前記受銑容器内に引き込ませて前記受銑器内で溶融金属を覆う水蒸気量を確保し、さらに前記ノズルへの給水終了時に、給水状態で不活性気体を供給し、当該不活性気体が前記ノズル先端に達するに十分な所定時間が経過した後に、給水を停止させることを特徴としている。
この請求項２に係る発明では、請求項１に係る発明の作用に加えて、水噴霧粒子の粒径ｒの最小値を水噴霧粒子が浮遊することなく溶融金属に到達する値に制限しているので、噴霧する水噴霧粒子を前記溶融金属に噴霧したときに発生する水蒸気を前記受銑容器内に引き込ませて前記受銑器内で溶融金属を覆う水蒸気量を確保することができる。
【０００９】
さらに、請求項３に係る溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法は、請求項１又は２に係る発明において、前記水噴霧手段から噴霧する水噴霧粒子の粒径ｒの最小値は、水噴霧粒子の浮遊を抑制する５００μｍに設定されていることを特徴としている。
この請求項３に係る発明では、水噴霧粒子の最小径が５００μｍに設定されているので、この水噴霧粒子がノズルから噴霧されたときに浮遊することが確実に防止され、水噴霧粒子の略全量が溶融金属によって水蒸気化され、この水蒸気を溶融金属と共に受銑器内に引き込むことができ、赤煙発生防止効果を向上させることができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を伴って説明する。
図１及び図２は、本発明を適用し得る製鋼工場の原料ヤードを示す正面図及び側面図であり、図中、１Ａ，１Ｂは高炉からの溶銑を収容する混銑車２Ａ，２Ｂが到着する左右一対のプラットホームであって、これらプラットホーム１Ａ，１Ｂの間に形成された凹部３内に混銑車２Ａ，２Ｂから溶銑が注湯される走行台車４を有する受銑器としての溶銑鍋５Ａ，５Ｂが停止するプラットホーム６が形成されている。
【００１１】
また、凹部３を形成する前後側壁の上端には左右方向の案内レール７Ｆ，７Ｒが敷設され、これら案内レール７Ｆ，７Ｒに案内されてフード台車８が左右方向に移動可能に配設されている。このフード台車８は、案内レール７Ｆ，７Ｒに係合する走行車輪９を有する機枠１０Ｆ，１０Ｒと、これら機枠９Ｆ，９Ｒ間に橋架された横行フレーム１１と、この横行フレーム１１に配設された集塵フード１２及び水噴霧機構１３とで構成されている。
【００１２】
ここで、集塵フード１２は、横行フレーム１１に固定された中央フード部１２ａと、この中央フード部１１ａから左右方向に突出する回動フード部１２ｂ，１２ｃとを備えており、フード台車８がプラットホーム１Ａ側の溶銑鍋５Ａに上方から対向する位置にあるときには、回動フード１２ｂが水平状態となって混銑車２Ａの上部を覆い、回動フード１２ｃが右下方に傾斜状態となって溶銑鍋５Ａで発生するダストを集塵し、フード台車８がプラットホール１Ｂ側の溶銑鍋５Ｂに上方から対向する位置にあるときには回動フード１２ｂが左下方に傾斜状態となって溶銑鍋５Ｂで発生するダストを集塵し、回動フード１２ｃが混銑車２Ｂの上部を覆う。
【００１３】
水噴霧機構１３は、図３〜図５に示すように、横行フレーム１１の中央寄り位置に前後方向に延長して前後一対の軸受１４によって回動自在に配設された回動軸１５と、この回動軸１５に一端が固定されて下方に延長する外周部を防熱板で覆われた角筒体１６と、この角筒体１６の先端に配設された複数のスプレーノズル１７ａ〜１７ｆを設けた前後２組のヘッダ１８Ａ，１８Ｂと、これらヘッダ１８Ａ及び１８Ｂに給水する角筒体１６内を通り、途中から外部に露出して回動軸１５に沿って配設された給水管１９Ａ及び１９Ｂと、この給水管１９Ａ及び１９Ｂの端部に継手を介して接続されたフレキシブルホース２０Ａ及び２０Ｂと、回動軸１５を回動させる回動機構２１とを備えている。
【００１４】
ここで、ヘッダ１８Ａは、これに設けたスプレーノズル１７ａ〜１７ｆが図４に示すように、角筒体１６の中心軸線に対して反時計方向に１４５°傾斜した状態で配設され、またヘッダ１８Ｂは、これに設けたスプレーノズル１７ａ〜１７ｆが角筒体１６の中心軸線に対して時計方向に１３０°傾斜した状態で配設されている。
【００１５】
そして、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆの夫々は、スプレーパターンが円形で、均等な流量分布が得られる充円錐ノズルを適用し、標準圧力が２ｋｇ／ｃｍ²で、噴角が８０°、噴量が２８（ｌ／ｍｉｎ）、平均粒径が７４０μｍ程度に設定され、混銑車２Ａ，２Ｂから流下する溶銑流の幅方向の全てに水噴霧が行われるように設定されている。
【００１６】
ここで、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆから噴霧する水噴霧粒径ｒ（μｍ）は、混銑車２Ａ，２Ｂから流下する溶銑流にスプレーノズル１７ａ〜１７ｆで水を噴霧したときに、噴霧した水粒子が溶銑湯面に到達する前に全て水蒸気化される大きさに選定され、図６（ａ）に示すように、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆの噴霧位置から溶銑鍋５Ａ，５Ｂの溶銑湯面迄の距離をＬ（ｍ）とし、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆと溶銑鍋５Ａ，５Ｂとの間の雰囲気温度をＴ（℃）とし、さらに粒径決定定数をｋとしたときに下記（１）式で算出することができる。
【００１７】
ｒ≦ｋＬ（Ｔ−１００） …………（１）
但し、粒径決定定数ｋは、操業条件により変化するが経験的に２．７前後の値となる。
したがって、今、受銑終了時のスプレーノズル１７ａ〜１７ｆの噴霧位置から溶銑鍋５Ａ，５Ｂの溶銑湯面ＬＭ迄の距離Ｌが３ｍで、６０トンの冷えた溶銑鍋で溶銑流Ｆを受銑するものとし、且つスプレーノズル１７ａ〜１７ｆを含む周囲の雰囲気温度が２００℃であるものとすると、水噴霧粒径ｒは、
ｒ≦２．７×３×（２００−１００）＝８１０
となり、余裕をみて水噴霧粒径ｒを７４０μｍに設定する。
【００１８】
このときの雰囲気温度が２００℃であるときの噴霧位置から溶銑湯面迄の距離Ｌと水噴霧粒径ｒとの関係は、図６（ｂ）に示すように、右上がりの特性線Ｌａで表すことができ、噴霧位置から溶銑湯面迄の距離Ｌが短くなると噴霧粒径ｒが小さくなり、長くなると噴霧粒径ｒが大きくなる。
そして、水噴霧粒径ｒは小さくすればするほど、水蒸気爆発の発生を確実に防止することができるものであるが、水噴霧粒径ｒを微細化し過ぎると、溶銑流に噴霧した水噴霧粒子が浮遊することになり、水蒸気発生量が減少すると共に、溶銑流によって溶銑鍋５Ａ，５Ｂ内に引き込まれる水蒸気量が減少して、赤煙発生防止効果が低下するため、水噴霧粒径ｒの最小値は５００μｍ程度に設定することが好ましい。
【００１９】
また、回動機構２１は、図３及び図４に示すように、回動軸１５の右端に固定された回動レバー２２と、一端が横行フレーム１１に回動可能に取付られたパワーシリンダ２３とを有し、パワーシリンダ２３のピストンロッド２４が回動レバー２２の先端に回動可能に取付られ、ピストンロッド２４の伸長量を制御することにより、角筒体１６が図１で実線図示の垂直線に対して反時計方向に例えば５°程度傾斜した溶銑鍋５Ａ用傾斜位置、図１で一点鎖線図示の垂直線に対して時計方向に２０°程度傾斜した溶銑鍋５Ｂ用傾斜位置と、図１で二点鎖線図示の垂直線に対して反時計方向に７０°程度傾斜したメンテナンス位置との間で回動制御される。
【００２０】
さらに、各ヘッダ１８Ａ及び１８Ｂに接続されたフレキシブルホース２０Ａ及び２０Ｂの他端は、図５に示すように、地上に設けた給水制御ユニット３０に接続されている。この給水制御ユニット３１は、吸い込み側が給水源に遮断弁３２を介して接続されたポンプ３３と、このポンプ３３の突出側に順次接続された流量調節弁３４、ダンパ弁３５、電磁開閉弁３６、圧力調節弁３７とを有する給水系３８と、不活性ガスとしての窒素ガス源に接続された流量調節弁３９、電磁開閉弁４０で構成されるパージ系４１とを有し、給水系３８の遮断弁３７の出力側とパージ系４１の電磁開閉弁４０の出力側とが互いに接続され、その接続端が分岐されて夫々電磁開閉弁４２及び４３を介してフレキシブルホース２０Ａ及び２０Ｂに接続されている。
【００２１】
そして、給水制御ユニット３１のポンプ３３、流量調節弁３４，３９及び電磁開閉弁３６，４０，４２，４３がコントローラ４４によって制御される。このコントローラ４４には、オペレータが操作するヘッダ１８Ａ側を給水状態とする給水スイッチ４５と、ヘッダ１８Ｂ側を給水状態とする給水スイッチ４６とが接続されており、プラットホーム１Ａ側で混銑車２Ａから溶銑鍋５Ａへの注湯を開始するに先立って、オペレータが給水スイッチ４５をオン状態とすると、先ず、窒素ガスをヘッダ１８Ａに供給して、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆから噴射させ、次いで、窒素ガスがスプレーノズル１７ａ〜１７ｆから吐出するに十分な時間が経過した後に給水を開始して、この給水がスプレーノズル１７ａ〜１７ｆに達して、これらスプレーノズル１７ａ〜１７ｆから設定粒径の水噴霧粒子が形成されるに十分な時間が経過したときに窒素ガスの供給を遮断して、水のみの噴霧状態に移行し、その後、溶銑鍋５Ａへの溶銑の注湯時の溶銑鍋５Ａ内の酸素濃度が後述するように１２％以下好ましくは８％以下となるように給水の流量及び圧力を制御する。
【００２２】
その後、給水終了時には、給水状態で窒素ガスを供給してから窒素ガスがスプレーノズル１７ａ〜１７ｆに達するに十分な所定時間が経過した後に、給水を停止させ、フレキシブルホース２０Ａ、給水管１９Ａ及びヘッダ１８Ａ内の水を眼前に排除するに十分な時間が経過した後窒素ガスの供給を停止する。
次に、上記実施形態の動作を給水制御ユニット３１のコントローラ４４で実行する給水制御処理手順の一例を示す図７のフローチャートを伴って説明する。
この給水制御処理は、先ず、ステップＳ１で、ヘッダ１８Ａ側に給水する給水スイッチ４５をオン状態としたか否かを判定し、これがオン状態であるときには、ステップＳ２に移行して、電磁開閉弁４０及び４２を開状態に制御し、次いでステップＳ３に移行して、窒素ガスがヘッダ１８Ａにおけるスプレーノズル１７ａ〜１７ｆの先端から吐出するまでに必要な所定時間Ｔ１が経過したか否かを判定し、所定時間Ｔ１が経過していないときには経過するまで待機し、所定時間Ｔ１が経過したときには、ステップＳ４に移行して、ポンプ３３を駆動すると共に、電磁開閉弁３６を開状態に制御してからステップＳ５に移行する。
【００２３】
このステップＳ５では、給水を開始して水がヘッダ１８Ａにおけるスプレーノズル１７ａ〜１７ｆの先端から吐出する状態となるに十分な所定時間Ｔ２が経過したか否かを判定し、所定時間Ｔ２が経過していないときには所定時間Ｔ２が経過するまで待機し、所定時間Ｔ２が経過したときにはステップＳ６に移行し、電磁開閉弁４０を閉状態に制御してからステップＳ７に移行する。
【００２４】
このステップＳ７では、溶銑鍋５Ａ内の酸素濃度が１２％以下好ましくは８％以下となる目標水噴霧量Ｑ^*（ｌ／ｍｉｎ）となるように給水流量及び給水圧力を制御する。
ここで、溶銑鍋５Ａに溶銑を注湯すると、図８（ｂ）に示すように、溶銑鍋５Ａの内周面側では外気の下降流が発生し、この下降流が中央部で上昇気流となる対流が発生し、この上昇気流は、図８（ｂ）に示すように、溶銑鍋５Ａの断面積の８０％を占めることになる。この上昇気流が注湯される溶銑に接するので、赤煙が発生する。
【００２５】
この赤煙の発生メカニズムは、溶銑を注湯する場合と溶鋼を注湯する場合とでは赤煙の発生量が溶鋼を注湯する場合の方が少ないことに着目し、転炉吹錬でのダスト生成機構と同じバブルバースト現象によるものであることが確認された。すなわち、溶銑注湯時に鉄Ｆｅと炭素Ｃとを含む粒径が１００μｍ程度のスプラッシング粒子が発生し、このスプラッシング粒子中の炭素Ｃの酸素親和力が強く、鉄Ｆｅより先に酸化するため、一酸化炭素ＣＯとなってガス化することにより、スプラッシング粒子が急激に体積膨張することになり、この体積膨張に耐えられず爆発して、数μｍ程度の更に微細化された鉄Ｆｅ粒子となり、これが酸化して赤煙となることが確認された。この結果、赤煙を抑制するには、微細化された鉄Ｆｅ粒子が酸化しないように酸素濃度を制御すればよいことが知見された。
したがって、溶銑鍋５Ａ内の対流による系外からの進入空気により溶銑鍋５Ａ内の不活性状況は変化するため、水噴霧により溶銑鍋５Ａ内の酸素濃度を１２％以下に維持する。
【００２６】
すなわち、６０トン取鍋を使用して溶銑注湯時の酸素濃度（％）と発生するダスト量（ｇ／Ｎｍ³）との関係を実験した結果、図９に示すように、横軸に酸素濃度をとり、縦軸にダスト濃度をとったときに、酸素濃度が１２％を越えている状態では、発生するダスト濃度が６〜１１ｇ／Ｎｍ³と高い値を示し、多量の赤煙を発生しているが、酸素濃度が１２％以下となると、発生するダスト濃度が２ｇ／Ｎｍ³以下となり、赤煙の発生を１／３程度以下に抑制することができ、さらに酸素濃度が８％以下となるダスト濃度が略０ｇ／Ｎｍ³となり、赤煙の発生を確実に防止することができることが判明した。
【００２７】
したがって、溶銑鍋５Ａ内の酸素濃度を１２％以下に制御することにより、赤煙の発生を抑制することができるものであるが、酸素濃度を１２％以下に維持するためのスプレーノズル１７ａ〜１７ｆでの目標水噴霧量Ｑ^*は、溶銑鍋５Ａの内径をＤ（ｍ）、溶銑鍋５Ａからの上昇流速をｖ（ｍ／ｓ）、推量決定定数をｋ（経験的に３前後の値となる）としたとき下記（２）式で算出することができる。
【００２８】
Ｑ^*≧ｋπＤ²ｖ …………（２）
この目標水噴霧量Ｑ^*を維持するように、目標給水量ＱＷ^*及び目標給水圧力ＰＷ^*を設定すると共に、給水系３８の流量を圧力調節弁３７の出側に配設した流量計４７で検出し、且つ圧力を同様に圧力調節弁３７の出側に配設した圧力計４８で検出し、これら流量検出値Ｑ及び圧力検出値Ｐが目標給水量ＱＷ^*及び目標給水圧力ＰＷ^*を維持するようにフィードバック制御する。
【００２９】
次いで、ステップＳ８に移行して、給水スイッチ４５がオフ状態となったか否かを判定し、オン状態を継続しているときには前記ステップＳ７に戻り、オフ状態となったときには、ステップＳ９に移行して、電磁開閉弁４０を開状態として、窒素ガスの供給を開始し、次いでステップＳ１０に移行して、数秒程度の所定時間Ｔ３が経過したか否かを判定し、所定時間Ｔ３が経過していないときには経過するまで待機し、経過時間Ｔ３が経過したときにはステップＳ１１に移行して、電磁開閉弁３６を閉状態に制御し、次いでステップＳ１２に移行して、フレキシブルホース２０Ａ、給水管１９Ａ、ヘッダ１８Ａ内部の水を完全に排出するに必要な所定時間Ｔ４が経過したか否かを判定し、所定時間Ｔ４が経過していないときにはこれが経過するまで待機し、所定時間Ｔ４が経過したときにはステップＳ１３に移行して、電磁開閉弁４２を閉状態に制御してから前記ステップＳ１に戻る。
【００３０】
一方、前記ステップＳ１の判定結果が給水スイッチ４５がオフ状態であるものであるときには、ステップＳ１４に移行して、溶銑鍋５Ｂに対して給水を開始する給水スイッチ４６がオン状態であるか否かを判定し、これがオフ状態であるときには前記ステップＳ１に戻り、オン状態であるときには、ステップＳ１５〜Ｓ２６に移行して、ステップＳ１５で電磁開閉弁４２に代えて電磁開閉弁４３を開状態に制御し、ステップＳ２６で電磁開閉弁４２に代えて電磁開閉弁４３を閉状態に制御し、さらにステップＳ２１で給水スイッチ４６がオフ状態であるか否かを判定することを除いては前述したステップＳ２〜Ｓ１３の処理と同様の処理を行ってから前記ステップＳ１に戻る。
【００３１】
したがって、今、混銑車２Ａ及び２Ｂから溶銑鍋５Ａ及び５Ｂに溶銑の注湯を行っていない場合には、給水スイッチ４５及び４６が共にオフ状態であるので、図６の給水制御処理では、ステップＳ１及びステップＳ１４を繰り返しており、各電磁開閉弁３６、４０、４２及び４３が閉状態となっていて、ヘッダ１８Ａ及び１８Ｂのスプレーノズル１７ａ〜１７ｆに対する給水及び窒素ガスの供給が停止されている。
【００３２】
この状態で、プラットホーム１Ａに混銑車２Ａが到着し、この混銑車２Ａから溶銑鍋５Ａに溶銑を注湯する場合には、先ず、フード台車８を溶銑鍋５Ａの上方位置に移動させると共に、水噴霧機構１３の回動機構２１によって回動レバー２４を図４の実線図示位置に回動制御することにより、図１で実線図示のようにヘッダ１８Ａのスプレーノズル１７ａ〜１７ｆが溶銑の流下経路に水平面から６０°の傾斜角で対向する状態となる。
【００３３】
この状態で、混銑車２Ａを傾動させて溶銑鍋５Ａに溶銑の注湯を開始する直前にオペレータが給水スイッチ４５をオン状態とする。これによって図７の給水制御処理において、ステップＳ１からステップＳ２に移行して、先ず、窒素ガスがヘッダ１８Ａのスプレーノズル１７ａ〜１７ｆから噴射され、この状態で、ポンプ３３が回転駆動されると共に、電磁開閉弁３６が開状態となってヘッダ１８のスプレーノズル１７ａ〜１７ｆに給水が開始される。このとき、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆには先に窒素ガスが噴射されているので、この噴射ガスと水とが混ざって、給水開始直後でポンプ３３の吐出圧が低い場合でも、粒径が細かい水ミスト状態となって溶銑に噴霧される。因みに、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆでの水噴霧開始時に、窒素ガスを噴霧することなく直接給水を開始すると、ポンプ３３の吐出圧が低いため、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆから微粒子化されずにシャワー状の水だれが発生するおそれがあり、この水滴が蒸発することなく溶銑鍋５Ａの底部に達し、この状態で溶銑が注湯されるか又は溜まった溶銑状に水滴が落下することにより、水蒸気爆発を生じるおそれがあるが、本実施形態では、給水開始時でも水ミストとなり、水だれの発生を確実に防止することができるので、水蒸気爆発を未然に回避することができ、安全な操業を行うことができる。
【００３４】
この状態で、溶銑が溶銑鍋５Ａ内に注湯されると、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆから噴射される水ミストが溶銑に直接噴霧されることになり、その後所定時間Ｔ２経過後に電磁開閉弁４０が閉状態となって、ヘッダ１８Ａのスプレーノズル１７ａ〜１７ｆに水のみが供給される状態となり、これらスプレーノズル１７ａ〜１７ｆから７４０μｍ程度の粒径で噴霧される。噴霧された噴霧水が溶銑に接触することにより、瞬時に水蒸気化され、発生した水蒸気が溶銑流によって溶銑鍋５Ａ内に引き込まれて溶銑鍋５Ａ内が水蒸気で満たされる。このとき、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆから噴霧される水噴霧粒子の粒径ｒが前述したように（１）式に基づいて算出されているので、噴霧された水噴霧粒子がそのままの粒径を維持して溶銑湯面ＬＭに到達することがなく、全て水蒸気化されるので、水蒸気爆発を発生することなく、安全操業を確保することができる。
【００３５】
そして、このときの噴霧量が目標水噴霧量Ｑ^*となるように給水系３８の流量及び圧力がフィードバック制御される。
このように、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆから溶銑に対して噴霧される水噴霧量が目標水噴霧量Ｑ^*に制御されることにより、溶銑鍋５Ａ内の酸素濃度が１２％以下に低下される。このとき、酸素濃度を１２％以下で８％を越える範囲内に制御すると、赤煙発生量を酸素濃度が１２％を越える状態での赤煙発生量に比較して１／３以上低減することができ、さらに酸素濃度を８％以下に制御すると、赤煙の発生を確実に防止することができる。
【００３６】
その後、溶銑の注湯が終了すると、オペレータが給水スイッチ４５をオフ状態に切換えることにより、先ず、電磁開閉弁４０が開状態に制御されて、窒素ガスがヘッダ１８Ａのスプレーノズル１７ａ〜１７ｆに供給開始され、こ窒素ガスがスプレーノズル１７ａ〜１７ｆから吐出する状態となると、前述したように粒径の小さい水ミストが噴霧され、この状態で、電磁開閉弁３６を閉状態に制御することにより、給水が停止される。
【００３７】
この結果、フレキシブルホース２０Ａ、給水管１９Ａ及びヘッダ１８Ａには、窒素ガスのみが供給されてパージ状態となって、残留する水分が全てスプレーノズル１７ａ〜１７ｆから排出され、パージが完了した時点で電磁開閉弁４２が閉じられ、続いて電磁開閉弁４０が閉じられることにより、ヘッダ１８Ａに対する窒素ガスの供給も遮断される。このため、給水終了時にも水だれを生じることを確実に防止して、安全な給水停止を行うことができる共に、次回の噴霧開始時に給水経路に水滴が残留することがなく、確実な防爆対策を行うことができる。
また、パージ用気体として不活性ガスである窒素ガスを使用しているので、パージ時に窒素ガスが溶銑鍋５Ａ又は５Ｂの底部に溜まることにより、この溜まった窒素ガスによっても溶銑鍋５Ａ内の酸素濃度を低下させる効果がある。
【００３８】
また、プラットホーム１Ｂ側で混銑車２Ｂから溶銑を溶銑鍋５Ｂに注湯する場合には、図１で一点鎖線図示のようにフード台車８を溶銑鍋５Ｂに対向する位置に移動させ、この状態で、水噴霧機構１３の回動機構２１で角筒体１６を図４で見て時計方向に回動させることにより、図１で鎖線図示のように、ヘッダ１８Ｂのスプレーノズル１７ａ〜１７ｆを水平面に対して６０°傾斜させた状態で混銑車２Ｂからの溶銑流路に対向させ、この状態で、前述した場合と同様に給水制御を行うことにより、溶銑鍋５Ｂ内の酸素濃度を１２％以下好ましくは８％以下に制御して、赤煙の発生を抑制乃至防止することができる。
【００３９】
なお、上記実施形態においては、混銑車２Ａ又は２Ｂから受銑器としての溶銑鍋５Ａ又は５Ｂに溶銑を注湯する際に、赤煙の発生を抑制乃至防止する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１０に示すように、高炉から出銑されて溶銑樋５０に沿って流れる溶銑を溶銑樋５１を介して受銑器としての混銑車２Ａ又は２Ｂに注湯する際にも、混銑車２Ａ又は２Ｂの注湯口における溶銑流にスプレーノズルが対向するようにする前述した水噴霧機構１３を配置することにより、赤煙の発生を抑制乃至防止することができ、また、図１１に示すように、取鍋６０から受銑器としての受銑樋６１に溶鋼を払出し、受銑樋６１から受銑器としての鋳銑機６２に溶鋼を注湯する際にも、取鍋６０及び受銑樋６１間及び受銑樋６１及び鋳銑機６２間の注湯位置に夫々スプレーノズル６３及び６４を設け、これらに給水することにより、溶鋼流路を水蒸気で覆って溶鋼流路近傍の酸素濃度を１２％以下に制御することにより、赤煙の発生を抑制乃至防止することができ、その他、溶銑鍋から転炉への溶銑注湯時や転炉から取鍋への溶鋼の注湯時等の任意の溶銑又は溶鋼を鍋、樋、鋳型等の受銑器に注湯する際に本発明を適用することができる。
【００４０】
また、上記実施形態においては、フード台車８に水噴霧機構１３を配設して、混銑車２Ａ及び２Ｂから溶銑鍋５Ａ及び５Ｂへの注湯時の赤煙発生を防止するようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、個別に水噴霧機構を設けるようにしてもよい。
さらに、上記実施形態においては、ヘッダ１８Ａ及び１８Ｂのスプレーノズル１７ａ〜１７ｆの噴霧位置が固定されている場合について説明したが、これに限定されるものではなく、図１２に示すように、溶銑流Ｆに水噴霧を行う水噴霧機構１３を駆動ローラ７０を有する昇降機構７１で上下方向に移動可能に配設すると共に、溶銑注湯時の溶銑湯面ＬＭの位置を例えば超音波距離センサ７２で検出し、この超音波距離センサ７２で検出した溶銑湯面ＬＭ位置に応じて昇降機構７１で水噴霧機構１３を上昇制御して、スプレーノズル１７ａ〜１７ｆの噴霧位置と溶銑湯面ＬＭとの距離Ｌを常時一定値に維持するようにすれば、設定距離Ｌに応じた水噴霧粒径ｒを前記（１）式に従って算出すればよく、注湯終了時の溶銑湯面ＬＭの位置にかかわらず水噴霧粒径ｒを設定することができる。また、溶銑湯面ＬＭの位置は超音波距離センサ７２で直接検出する場合に限られるものではなく、混銑車２Ａ，２Ｂから受銑する溶銑量の時間変化を実測することにより、受銑開始からの経過時間によって溶銑湯面の位置を推定するようにしてもよい。
【００４１】
さらにまた、上記実施形態においては、パージ用に窒素ガスを適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、窒素ガスに代えて空気を適用することもでき、この場合にはガス使用コストを低減することができ、この他、燃料ガス等の可燃性気体をパージ用気体として使用することもできる。
なおさらに、上記実施形態において、溶銑鍋５Ａ，５Ｂ内の酸素濃度が１２％以下好ましくは８％以下となるヘッダ１８Ａ，１８Ｂの目標噴霧量Ｑ^*を設定し、この目標噴霧量Ｑ^*を維持するように給水系３８の圧力及び流量を制御するようにした場合について説明したが、これに限定されるものではなく、溶銑鍋５Ａ，５Ｂ内の酸素濃度を直接酸素濃度計で測定し、測定した酸素濃度が１２％以下好ましくは８％以下となるように給水計３８の流量及び圧力をフィードバック制御するようにしてもよい。
【００４２】
また、上記実施形態においては、オペレータの給水スイッチ４５，４６の操作によって給水系３８及びパージ系４１を自動制御する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、混銑車２Ａ，２Ｂからの溶銑の注湯開始を検出して、自動的に給油系３８及びパージ系４１を制御するようにしてもよく、さらには、オペレータの手動操作で給水系３８及びパージ系４１を制御するようにしてもよい。
【００４３】
さらに、上記実施形態においては、給水系３８のポンプ３３を駆動してから直ちに電磁開閉弁３６を開制御して給水を開始する場合について説明したが、これに限定されるものではなく、圧力制御弁３７を電磁開閉弁３６の上流側に設けると共に、この圧力制御弁３７と電磁開閉弁３６との間に流量系４７及び圧力計４８を配設して、圧力計４８で計測した給水圧が所定設定値以上となったときに電磁開閉弁３６を開状態に制御して給水を開始することにより、水噴霧機構１３へ給水開始時の水だれをより確実に防止することができる。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に係る発明によれば、受銑器に対して溶銑・溶鋼等の溶融金属を注湯する際に、水噴霧手段で流下する溶融金属に水噴霧手段で水を噴霧することにより、水蒸気を発生させ、この水蒸気で溶融金属を確実に覆うことにより、赤煙の発生を防止する。このとき、水噴霧手段でノズルから水の噴霧を開始する際に、ノズルに不活性気体を所定時間供給し、この不活性気体を供給している間に水の噴霧を開始し、ノズルに対する給水終了時には、給水状態で不活性気体を供給してこの不活性気体がノズルに達成するに十分な所定時間が経過した後に、給水を停止させるので、水噴霧手段での水噴霧粒子の噴霧開始時及び噴霧終了時に、受銑器内の溶融金属に水滴が落下して水蒸気爆発を生じることを確実に防止することができる。このとき、水噴霧手段の水噴霧粒子の粒径ｒがｒ≦ｋＬ（Ｔ−１００）で算出されるので、噴霧位置から湯面までの距離Ｌが短くなるにつれて粒径ｒが小さくなり、雰囲気温度が低くなるにつれて粒径ｒが小さくなる。このため、水噴霧手段の水噴霧位置を固定した場合には、溶融金属の注湯終了時の湯面と水噴霧位置との間の距離Ｌに基づいて粒径ｒを設定し、水噴霧手段の水噴霧位置を湯面の上昇に応じて上昇させて、距離Ｌを一定に維持する場合には、このときの距離Ｌに基づいて粒径ｒを設定する。このため、水噴霧手段の水噴霧位置を固定した場合には、溶融金属の注湯終了時の湯面と水噴霧手段の水噴霧位置ときの間の距離Ｌに基づいて粒径ｒを設定し、水噴霧手段の水噴霧位置を湯面の上昇に応じて上昇させて、距離Ｌを一定に維持する場合には、このときの距離Ｌに基づいて粒径ｒを設定することにより、何れの場合も水噴霧粒子の粒径を正確に制御して、水噴霧粒子が湯面に到達する前に、より正確に水蒸気化させることができ、受銑器内の溶融金属に水滴が落下して水蒸気爆発を生じることを確実に防止することができるという効果が得られる。
【００４５】
また、請求項２に係る発明によれば、請求項１に係る発明の効果に加えて、水噴霧粒子の粒径ｒの最小値を水噴霧粒子が浮遊することなく溶融金属に到達する値に制限するので、水噴霧粒子が浮遊することを防止して、略全量を水蒸気化することができ、この水蒸気が溶融金属と共に受銑器内に引き込まれて、溶融金属を確実に覆う水蒸気量を確保することができ、赤煙発生防止効果を向上させることができ
さらに、請求項３に係る発明によれば、水噴霧粒子の最小径が５００μｍに設定されているので、この水噴霧粒子が溶融金属によって水蒸気化されたときに、水蒸気が微細化されて外部に浮遊することを確実に防止して、溶融金属と共に受銑器内に引き込むことができ、赤煙発生防止効果を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の本発明を製鋼工場の原料ヤードに適用した場合の一実施形態を示す正面図である。
【図２】図１の平面図である。
【図３】水噴霧機構の一例を示す正面図である。
【図４】図３の右側面図である。
【図５】水噴霧機構の給水系統を示す系統図である。
【図６】水噴霧粒子の粒径を設定するための説明図である。
【図７】給水制御処理の一例を示すフローチャートである。
【図８】溶銑鍋内の対流状態を説明する説明図である。
【図９】酸素濃度とダスト濃度との実験結果を示す特性線図である。
【図１０】本発明を適用し得る高炉の混銑車受銑状態を示す正面図である。
【図１１】本発明を適用し得る溶鋼を受銑樋を使用して鋳銑機に注湯する状態を示す説明図である。
【図１２】本発明の他の実施形態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
２Ａ，２Ｂ混銑車
５Ａ，５Ｂ溶銑鍋
８フード台車
１３水噴霧機構
１６角筒体
１８Ａ，１８Ｂヘッダ
１７ａ〜１７ｆスプレーノズル
１９Ａ，１９Ｂ給水管
２０Ａ，２０Ｂフレキシブルホース
２１回動機構
３１給水制御ユニット
３３ポンプ
３４流量制御弁
３６電磁開閉弁
３７圧力制御弁
４０，４２，４３電磁開閉弁
４４コントローラ
４５，４６給水スイッチ
４７流量計
４８圧力計
５０受銑樋
５１傾注樋
６０取鍋
６１受銑樋
６２鋳銑機
７１昇降機構
７２超音波距離センサ

Claims

溶銑・溶鋼等の溶融金属を受銑器内に注湯する際に水を噴霧して赤煙の発生を防止するようにした溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法において、前記赤煙防止用の水をノズルから噴霧する水噴霧手段を設け、前記水噴霧手段の前記ノズルから水の噴霧を開始する際に、当該ノズルに不活性気体を所定時間供給し、当該不活性気体を供給している間に給水して水の噴霧を開始し、このときの前記水噴霧粒子の粒径ｒを、噴霧位置から湯面までの距離をＬとし、雰囲気温度をＴとし、粒径決定定数をｋとしたときに、ｒ≦ｋＬ（Ｔ−１００）を満足するように制御し、さらに前記ノズルへの給水終了時に、給水状態で不活性気体を供給し、当該不活性気体が前記ノズル先端に達するに十分な所定時間が経過した後に、給水を停止させることを特徴とする溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法。
溶銑・溶鋼等の溶融金属を受銑器内に注湯する際に水を噴霧して赤煙の発生を防止するようにした溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法において、前記赤煙防止用の水をノズルから噴霧する水噴霧手段を設け、前記水噴霧手段の前記ノズルから水の噴霧を開始する際に、当該ノズルに不活性気体を所定時間供給し、当該不活性気体を供給している間に給水して水の噴霧を開始し、このときの前記水噴霧粒子の粒径ｒを、噴霧位置から湯面までの距離をＬとし、雰囲気温度をＴとし、粒径決定定数をｋとしたときに、ｒ≦ｋＬ（Ｔ−１００）を満足するように制御し、且つ当該粒径ｒの最小値を前記水噴霧粒子が浮遊することなく溶融金属に到達する値に制限して、前記水噴霧粒子を前記溶融金属に噴霧したときに発生する水蒸気を前記受銑容器内に引き込ませて前記受銑器内で溶融金属を覆う水蒸気量を確保し、さらに前記ノズルへの給水終了時に、給水状態で不活性気体を供給し、当該不活性気体が前記ノズル先端に達するに十分な所定時間が経過した後に、給水を停止させることを特徴とする溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法。
前記水噴霧手段から噴霧する水噴霧粒子の粒径ｒの最小値は、水噴霧粒子の浮遊を抑制する５００μｍに設定されていることを特徴とする請求項２に記載の溶融金属ハンドリング時の赤煙防止方法。