JP3758432B2 - 真空精錬装置の地金付着防止方法および真空精錬装置の排気ダクト - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＲＨ法、ＤＨ法などに代表される溶融金属（とくに、溶鋼）の真空精錬に用いられる真空精錬装置において、排気ダクトの下流側につながるガスクーラーなどへの地金付着の防止方法およびこの方法に用いて好適な真空精錬装置の排気ダクトに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＲＨ法などの真空精錬は、真空槽に溶鋼を吸い上げ、この槽内にて溶鋼の脱ガス、脱炭、脱酸などの各種精錬反応を行なわせるものである。真空精錬装置の代表的な装置構成を図２の平面図で示す。図２に示すように、真空槽１の側方（図２では右方）の排気口２には、真空槽内からの排気ガスを導くための排気ダクト３が取りつけられている。この排気ダクト３の下流側（排気ポンプ側）にはガスクーラー４が、次いでダストセパレーター５がつながっている。そしてこの真空槽は、真空槽の交換時や補修時には、排気ダクトの接続位置とは異なる側方（図２では上方）に退避できるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このような構成の真空精錬装置で操業を行うときに、真空精錬で発生したガスに随伴して地金やダストなどからなる液・固体状の粒子（以下、これらを総称して単に「地金」という）も吸引される。この地金の粒子が、排気ダクトを通り抜けてガスクーラーまで到達すると、冷却されてガスクーラーの水冷パイプに付着してしまう。このような地金の付着が繰り返されてガスクーラーのガス流路に堆積すると、ガス流路が次第に狭まって、排気能力の低下を引き起こすようになる。こうした状況に陥った場合には、従来、ガスクーラーを一体交換するとか、ガスクーラーの水冷パイプに付着した地金を削ぎ落とすといったことで対処していた。
ところが、ガスクーラーの一体交換は操業中には実施できないので、交換時間が制限されたり、操業への障害になったりするという問題があった。また、水冷パイプに付着した地金を削ぎ落とす方法も、この作業を繰り返して行うと、次第に水冷パイプに孔あきを生じさせるという問題があった。
【０００４】
ところで、特開平４−２０２６１７号公報には、排ガス中のダストを除去するための従来技術として、排気ダクトを、一旦下降して上方に向かう湾曲部をなすダストセパレーターとそれに続く長いダクトとを設ける方法、またこの湾曲部の下部にダストホッパーを設ける方法などが開示されている。
しかし、近年の真空精錬では、真空槽内にランスを挿入して酸素や燃料などを吹き込みつつ操業することが多くなるに従い、排ガスはより高温かつ大量の傾向となり、上記公報に開示の技術をもってしても十分な排気能力を確保することが困難になってきた。というのは、このような最近の操業方法では、排ガスの高温化に伴いダストの性質が従来のものと異なってきたために、上記公報開示のダストセパレーターやダストホッパーではダストを集め排出する能力が発揮できないようになったからである。したがって、上記従来技術によるダストセパレーターやダストホッパーでは、最近の真空精錬操業には十分対応できないという状況となっている。
【０００５】
そこで、本発明は、上述した従来技術の問題を解消して、真空精錬装置における排気ダクトの下流側に配置されるガスクーラーなどへの地金付着を防止するための技術を提案することを目的とする。また、本発明は、高温で多量の排ガスを伴う最近の真空精錬操業にも十分対応できる真空精錬装置における地金付着の防止方法、およびこの方法に用いて好適な真空精錬装置の排気ダクトを提案することを目的とする。さらにまた、本発明は、付着した地金の取り除き作業が、真空精錬操業の停止などを招くことなく行えることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者等は、上掲の問題を解決するために鋭意研究を行い、排気ダクトの一部に地金を積極的に付着させることにより、下流側のガスクーラーなどに地金が到達し付着するのを抑制することを着想し本発明を完成させた。すなわち、本発明は、真空精錬装置を用いて溶融金属を真空精錬する際に、真空槽の排気口と排気ガス冷却用のガスクーラーとを連絡する、排気ダクトの途中に水平方向の屈曲部を設け、この屈曲部の内壁面に排気ガスとともに排出される地金の粒子を付着捕捉することにより、ガスクーラーへの前記粒子の到達を抑制することを特徴とする真空精錬装置の地金付着防止方法である。
【０００７】
上記発明においては、屈曲部を、その配置位置と形状が、
ｘ≦２Ｄ (1)
ｙ≧Ｄ／ｓｉｎθ (2)
θ≧２０° (3)
ただし、ｘ：排気口〜屈曲部の距離、ｙ：屈曲部〜ガスクーラーの距離、θ：屈曲角度、Ｄ：排気ダクトの内径
の関係を満たすように設けることが望ましい。
【０００８】
また、上記発明は、真空槽の排気口と排気ガスを冷却するためのガスクーラーとを連絡する排気ダクトであって、この排気ダクトの途中に下記 (1)〜 (3)式の関係を満たす水平方向の屈曲部を、またこの屈曲部の前後にはそれぞれ直管部を具えてなる真空精錬装置の排気ダクトである。
記
ｘ≦２Ｄ ・・・・・・(1)
ｙ≧Ｄ／ｓｉｎθ ・・・・・・(2)
θ≧２０° ・・・・・・(3)
ただし、ｘ：排気口〜屈曲部の距離、ｙ：屈曲部〜ガスクーラーの距離、θ：屈曲角度、Ｄ：排気ダクトの内径
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について詳しく説明する。
前述したように、近年の真空精錬では、真空槽内を単に減圧して脱ガスするだけでなく、槽内の溶融金属に酸素や燃料を供給して、酸化精錬や排ガスの二次燃焼あるいはバーナー加熱などの処理を行う操業が増している。このような操業方法の変化に伴って、排ガスとともに運ばれてくる地金には、金属酸化物や金属そのものの飛沫、ダストなど複雑多岐なものからなり、これらは高温排ガスに乗って運ばれてくるためにその多くは半凝固状態であり、凝着性が極めて強いものである。
【００１０】
発明者らは、このように付着（凝着）しやすい半凝固状態の地金の粒子を、排気ダクトの真空槽に比較的近い位置で、排気ダクト内壁面に付着捕獲することが、排気ダクト下流側のガスクーラー等における地金の到達量減少ひいては付着防止に有効であると考えた。
このような着想の下に、排気ダクト内壁面に地金の粒子を付着させるには、粒子が排気ダクト内壁に衝突する機会を増やすように排気ダクトを屈曲させることが好ましいと考えて実験した。当初は、単に排気ダクトを屈曲させるだけであったために、壁面への粒子の付着割合は低く、多くがガスクーラーにまで運ばれてガスクーラーの冷却パイプに付着した。その後さらに実験を重ねた結果、壁面への効果的な付着を行わせるには、以下に述べる適正な条件で屈曲部を設ける必要があることを見いだした。
【００１１】
すなわち、直管状の排気ダクトを、真空槽に比較的近い位置で、特定範囲の角度で屈曲させ、この屈曲部から下流側のガスクーラーまでのダクト長さを所定長さ以上確保することが重要である。以下、図１により具体的に説明する。
地金の粒子は排気ダクト壁面の温度によりその付着性が影響をうけ、屈曲部３ｂを真空槽の排気口２から２Ｄ（Ｄ：排気ダクトの内径）以内の距離に設けると、粒子の衝突位置の壁面が丁度粒子の付着に適した温度となる。この知見から、本発明では、真空槽の排気口２から排気ダクト屈曲部３ｂまでの距離（ただし、後述するように、排気ダクトの長手方向に多段に屈曲させる場合は、その最初の屈曲の位置までの距離）をｘとするとき、ｘ≦２Ｄを満たすように屈曲部を配置するのである。
【００１２】
次に、排ガスに随伴して運ばれてきた粒子を排気ダクト壁に衝突させるには、排気ダクトの屈曲角度が重要である。排ガスは密度が小さいために排気ダクトの屈曲部に沿ってその方向を容易に変更しうるが、地金の飛沫粒子は密度が大きいので、粒子自身が持つ慣性によって、真空槽から逸出してきたままの方向を保って飛翔し続けようとする。このとき、屈曲部が、小さい屈曲角度であったり、曲線的に湾曲した形状であると、粒子の飛翔方向はガス流れによって押し曲げられて排気ダクトの壁に衝突し難くなる。
【００１３】
従って、排気ダクトの屈曲部の屈曲角度θはある程度以上の大きさであることが必要であり、また曲線的な湾曲ではなく、直管状のものが屈曲していることも必要である。屈曲部は１段のほか多段であっても良いが、あまりに細かく多段で屈曲させると曲線的な湾曲に近くなり、本発明の効果を発揮し得なくなるので、可能な限り少ない段数で屈曲させるのが好ましい。好ましい屈曲段数は、３段以下である。
上記の観点から、排気ダクトは２０°以上の角度（多段で屈曲させた場合は各段での屈曲角度の総和）をもって屈曲させるのがよい。２０°未満の屈曲角度では、粒子の排気ダクト壁への衝突確率が小さくなり、所期の目的を達成することができなくなる。なお、屈曲角度の上限は好ましくは９０°以下にするのが良い。９０°を超える屈曲角度では、排ガス流れに対する抵抗が大きくなり、真空精錬における排気能力が低下してしまうので好ましくない。
【００１４】
屈曲部がそなえるべきもう１つの条件は、排気ダクトが衝突しうる排気ダクト壁面長さを十分に確保することである。このため本発明では、屈曲部３ｂからガスクーラ４に到るまでの排気ダクトの距離（排気ダクトの長手方向で多段に屈曲させる場合はその最後の屈曲位置までの距離）ｙが、ｙ≧Ｄ／ｓｉｎθを満たすように設定する。というのは、ｙがＤ／ｓｉｎθに満たない場合には、排気ダクト壁に衝突する前にガスクーラに到達してしまう確率が高くなり、所期の目的を達成できなくなるからである。
【００１５】
本発明は、以上述べた各条件をすべて満足させることにより、排気ダクト壁へ粒子を効果的に付着させることができ、後段設備への付着を阻止できて所期の目的を達成することができる。ただし、前述したように、排気ダクトを漸次曲げ（湾曲曲げ）すると、粒子の飛翔方向が排ガス流れの影響を受けて排気ダクト壁に向かって直進し難くなって、壁面への有効な付着が妨げられるので、排気ダクトには余分な曲げを施すことは望ましくなく、上記屈曲部を除く前方および後方の排気ダクト部分では直管を以て構成することが好ましい。
【００１６】
なお、本発明が対象とする溶融金属の真空精錬装置としては、前述した溶綱のＲＨ真空脱ガス装置が代表的であるが、このほかにはＤＨ真空脱ガス装置やＶＯＤ装置あるいはこれらに類似した各種の精錬装置が挙げられる。
これらの装置に本発明排気ダクトを適用すると、このダクトの屈曲部周辺に地金の飛沫粒子が次第に付着していく一方で、メンテナンスの難しいガスクーラーヘの付着を著しく軽減することができる。ガスクーラーは、細い冷却パイプが多数並んで配置されていて、その間の狭い間隙を排ガスが通り抜ける構造となっているため、わずかの地金が冷却パイプに付着しただけでもガスの流れに対する抵抗が増大して排気能力が低下する。しかし、排気ダクトは内径が大きく、同量の地金が付着しても排気能力の低下は著しく小さい。
排気ダクト内に付着した地金は、真空脱ガス槽の交換や補修のために真空槽を排気ダクトから切り離して作業をする際に、これを除去すれば良い。付着した地金は、通常の溶鋼の真空脱ガス精錬装置であれば排気ダクト内径が１ｍ程度はあるので、容易に地金を除去することができ、余分な作業時間を必要とはしない。また、地金付着による排気能力の低下は、前述したように、ガスクーラーに地金が付着した場合よりも小さいので、上述の地金除去作業の頻度も少なくてよい。
【００１７】
【実施例】
260 トンの溶鋼を処理するＲＨ真空脱ガス精錬装置に本発明を適用した。本発明法で用いた装置は図３に示すものである。排気ダクトの仕様は、内径Ｄ＝ 1.5ｍの排気ダクトにθ＝50°の屈曲部を設け、真空槽出口からこの屈曲部までの距離ｘは 1.4ｍ、屈曲部からガスクーラーまでの距離ｙは 3.5ｍである。これからＤ／ｓｉｎθ＝1.96となる。上記のダクト仕様は、 (1)式 (2)式 (3)式のいずれをも満足するものである。また、比較のために、内径Ｄ＝ 1.5ｍで屈曲部を有しない図２の従来装置でも操業を行った。
なお、用いた装置の真空脱ガス槽は、上部から酸素ランスを挿入することが可能な構造となっている。
【００１８】
上記装置を使用して、一日に約30ヒートの溶鋼の真空脱ガス処理（そのうち約半数が上吹きランスによる酸素吹精脱炭をともなう処理）を連続して行い、従来例と発明例とを比較した。
１月毎に真空脱ガス槽の補修の際に、ガスクーラーに付着した付着物の状況を調査した。その結果、従来法では、ほぼ２〜３ケ月の操業でガスクーラーでの付着物の厚みが許容範囲を超えたため、ガスクーラーを取り外してメンテナンス（付着物の除去とその際に損傷した冷却パイプの交換、または一体交換）を行うことが必要となり、４〜５回／年のメンテナンス作業が必要であった。
これに対して本発明法では、図３のｄに示すように、排気ダクトの屈曲部に地鉄の粒子を効果的に付着させることができ、適用開始後３年を経過して初めてガスクーラーヘの付着物厚みが許容範囲上限に達したので、ガスクーラーのメンテナンス作業を行った。
以上の操業比較から明らかなように、本発明法を適用すれば、長時間を費やすガスクーラーのメンテナンス作業の頻度を従来の１／15〜１／12まで低減することが可能となった。
【００１９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、排気ダクトに屈曲部を設け、この屈曲部に地金を積極的に付着するようにしたので、ガスクーラー等の後段設備への地金付着を大幅に抑制することができる。また、本発明によれば、屈曲部に付着した地金の除去は、操業を停止しなくても真空槽補修の機会等に容易に行えるので、精錬操業度の低下を招くことがなく効率よく安価に実施できる。そのうえ、本発明によれば、ガスクーラー、ダストセパレーター等の後段設備の寿命を飛躍的に向上させることができ、設備のメンテナンス費用を大幅に削減することも可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】屈曲部を有する排気ダクトの仕様を定義する図である。
【図２】従来の真空精錬装置における排気ダクトを摸式的に示す平面図である。
【図３】発明例で用いた排気ダクト及び排気ダクト内での地金の付着状態を示す図である。
【符号の説明】
１ 真空槽
２ 排気口
３ 排気ダクト
４ ガスクーラー
５ ダストセパレータ
ｄ 地金付着部

Claims (3)

1. 真空精錬装置を用いて溶融金属を真空精錬する際に、真空槽の排気口と排気ガス冷却用のガスクーラーとを連絡する、排気ダクトの途中に水平方向の屈曲部を設け、この屈曲部の内壁面に排気ガスとともに排出される地金の粒子を付着捕捉することにより、ガスクーラーへの前記粒子の到達を抑制することを特徴とする真空精錬装置の地金付着防止方法。
2. 上記屈曲部を、その配置位置と形状が、下記(1)〜(3)式の関係を満たすようにして設けることを特徴とする請求項１に記載の真空精錬装置の地金付着防止方法。
   記
   ｘ≦２Ｄ ・・・・・・(1)
   ｙ≧Ｄ／ｓｉｎθ ・・・・・・(2)
   θ≧２０° ・・・・・・(3)
   ただし、ｘ：排気口〜屈曲部の距離、ｙ：屈曲部〜ガスクーラーの距離、θ：屈曲角度、Ｄ：排気ダクトの内径
3. 真空槽の排気口と排気ガスを冷却するためのガスクーラーとを連絡する排気ダクトであって、この排気ダクトの途中に下記(1)〜(3)式の関係を満たす水平方向の屈曲部を、またこの屈曲部の前後にはそれぞれ直管部を具えてなる真空精錬装置の排気ダクト。
   記
   ｘ≦２Ｄ ・・・・・・(1)
   ｙ≧Ｄ／ｓｉｎθ ・・・・・・(2)
   θ≧２０° ・・・・・・(3)
   ただし、ｘ：排気口〜屈曲部の距離、ｙ：屈曲部〜ガスクーラーの距離、θ：屈曲角度、Ｄ：排気ダクトの内径

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