JP4660646B2 - スプレー冷却される一体型の炉ルーフ組立体 - Google Patents

Description

【０００１】
［発明の背景］
本発明は冶金用の容器、例えば電気アーク炉のルーフのためのスプレー冷却システムに関し、より詳しくは、加熱されたガスおよび煙を電気炉から除去するための一体型のスプレー冷却される延長部分を有した着脱可能なスプレー冷却される要素を備えるルーフ組立体に関する。国際公開公報ＷＯ−Ａ−９８／１３６５８が参照すると、そこには、電気アーク炉の炉ルーフアセンブリが開示されており、この炉ルーフアセンブリは、横方向に互いに当接する複数のスプレー冷却されるセグメントを備えており、これらセグメントは着脱可能に結合されるとともに、電極を囲む中央開口を有する円錐台形状の環状のルーフカバーを形成する。
【０００２】
［発明の要約］
本発明によれば、第１カバー要素および第２カバー要素を備えた環状のルーフカバー組立体が提供される。第１カバー要素は、主要な部分、例えばルーフカバー組立体の全体領域の７０〜８５％を形成するとともに、その内部に閉鎖空間が形成され、この閉鎖空間内において噴射ノズルが液滴状のクーラントのスプレーを噴射する。第２カバー要素は、第１カバー要素と横方向に接して着脱可能に係合し、かつ、第２カバー要素には、電気アーク炉１２からの熱いガスおよび煙を排出するための開口が形成される。第２カバー要素の内部には閉鎖空間が形成され、この閉鎖空間内において、第２カバー要素の少なくとも底壁上に噴射ノズルがクーラントのスプレーを噴射する。さらに、第２カバー要素には、電気アーク炉からの熱いガスおよび煙を排出する上方に延びるスプレー冷却される中空ダクトが形成される。
【０００３】
［発明の詳細な説明］
図１〜図３ａは製鋼のために用いられるスプレー冷却電気炉装置を示しているが、スプレー冷却炉ルーフシステムは任意のタイプの冶金用処理容器に利用することができる。図１、図２、図３および図３ａは、米国特許第４，８４９，９８７（Ｆ．Ｈ．ＭｉｎｅｒおよびＡ．Ｍ．Ｓｉｆｆｅｒ）に示されるタイプの従来技術のスプレー冷却式電気アーク炉装置を、その側面、平面および端面においてそれぞれ図示している。円形の水冷式の炉ルーフ１０は、炉マスト構造１４によって支持されて電気アーク炉容器１２の炉縁１３の幾分上方に持ち上げられた状態で示されている。図１および図２に示すように、炉ルーフ１０は単一で一体型の、すなわち１ピースの円錐台形状の閉鎖要素である。炉ルーフ１０は、水平に延在してマストサポート２２から外側に広がるマストアーム１８および２０に対して、チェーン、ケーブルまたはその他のルーフリフト部材５３によって取り付けられている。マストサポート２２は垂直マストポスト１６の上端部上の点２４の回りに回動可能であり、炉を充填し若しくは装填する間、および炉作業の間若しくは後の適当な時間に炉容器１２の上部開口を露出させるために炉ルーフ１０を水平に側方に移動させる。電極１５が、炉ルーフ１０上の位置から開口３２内に延びている様子が図示されている。炉が作動する間、装入物を溶解させるアーク生成熱を供給するために、電極１５が中央ルーフ開口３２のデルタ電極ポートを介して下ろされる。排気ポート１９が、図１および図２に符号２１で概略的に示されるエルボを用いて、作動の間に炉内部から発生する煙を除去する。
【０００４】
炉システムは、トラニオン若しくは他の手段（図示せず）上に取り付けられており、炉容器１２をいずれかの方向に傾けることによりスラグおよび溶融した鋼を流出させることができる。
【０００５】
図１、図２および図３に示される炉ルーフシステムは図２の左手側のシステムとして用いられるようにセットアップされている。マスト１４は単一で一体型のルーフ１０を持ち上げるとともに（上方から見て）反時計回りに水平に揺動させて炉縁１３から離間させて炉の内部を露出させるが、このことは全てのタイプの電気炉若しくはスプレー冷却される表面を備えるその他の炉に適用可能な本発明にとって重要ではない。炉容器１２の内部に露出しているルーフ１０の下側のルーフ下側パネル３８上に過度に熱が蓄積されることを防止するため、ルーフ冷却システムがその内部に組み込まれている。単一で一体成形された円筒状シェルの形態の炉壁１３８のための同様の冷却システムが、図３および図３ａに符号１００で示されている。冷却システム１００より内側にある耐火性ライナ１０１が、溶融金属１０３を収納する。冷却システムは、流体クーラント（例えば水またはいくつかの他の適切な液体）を利用して、炉ルーフの側壁若しくはその他の単一の閉鎖要素の温度を許容範囲内に維持する。上述した米国特許第４，７１５，０４２号、米国特許第４，８１５，０９６号および米国特許第４，８４９，９８７号に記載されたシステムが好ましいが、その開示はこの参照によって本願明細書に組み込まれる。クーラント入口パイプ２６および出口パイプ２８ａおよび２８ｂは、図２に図示の左手側用のものとして構成された炉ルーフシステムのためのクーラント接続手段を備えている。外部循環システム（図示せず）は、クーラント供給パイプ３０およびクーラント排出パイプ３６ａ，３６ｂをそれぞれ用いて、図１乃至図３に示すようにルーフ１０のクーラント接続手段にクーラントを供給しかつ排出する。クーラント循環システムは、通常、クーラント供給システムおよびクーラント回収システムを備えるが、クーラント再循環手段を備えることもできる。
【０００６】
可撓性のクーラント供給ホース３１が、クーラント供給パイプ３０に取り付けられており、このクーラント供給ホース３１は、迅速解放カップリング若しくはその他の手段によって炉ルーフ１０の周辺にあるクーラント入口パイプ２６に取り付けられている。図２および図２ａに最も良く示されるように、クーラント入口パイプ２６は、圧力が負荷されていない炉ルーフ１０の内部において中央デルタ開口３２の周りに延びている入口マニホールド２９につながっているか、若しくは図３に示されるように炉１３の周りに延びている口マニホールド２９につながっている。複数のスプレーヘッダパイプ３３が、マニホールド２９からスポーク状に半径方向外側に分岐しており、スプレーヘッダパイプ３３は、ルーフ内部２３の各部にクーラントを供給している。複数の噴射ノズル３４が、ヘッダパイプ３３上の様々な位置から下方に突出して設けられており、噴射ノズル３４は、炉ルーフの中心から周辺部に向かって徐々に下方に傾斜しているルーフ下側パネル３８の上側面に向かって、スプレー状若しくは液滴状のクーラントを噴射する。ルーフ１０の鋼製のルーフ下側パネル３８上および炉１３の鋼製の表面１３８の外側表面上におけるスプレークーラントの冷却効果は、クーラント（水の場合は摂氏１００度）の沸点未満であることが一般的に望まれる所定の温度範囲にそれらの温度を維持することを可能にする。
【０００７】
ルーフ下側パネル３８上へスプレーされると、使用されたクーラントはルーフ下側パネル３８の上側表面に沿って重力により外側に流出するとともに、排出システムの排出口若しくは開口５１ａ、５１ｂおよび５１ｃを通過する。図示されている排出システムは、部分４７ａおよび４７ｂに分割されている矩形断面の管材若しくは類似のものから製造されたマニホールドである。同様の排出システム（図示せず）が炉１３にも設けられている。図２に示されるように、排出口５１ａ、５１ｂおよび５１ｃはルーフの反対側にある。ドレインマニホールドは、ルーフ下側パネル３８と同じ高さ若しくはそれより下方においてルーフ周辺の内部周りに延在する閉じたチャンネルという形態を有するとともに、仕切壁若しくは隔壁４８，５０によって別個の流出部分４７ａおよび４７ｂに分離されている。ドレインマニホールド部分４７ａは、ドレイン開口５１ａおよび５１ｃをクーラント出口パイプ２８ａに接続している。ドレインマニホールド部分４７ｂは、接続手段４４を介して部分４７ａと完全に連通するとともに、排出口５１ａ、５１ｂおよび５１ｃをクーラント出口パイプ２８ｂに接続している。可撓性のクーラントドレインホース３５が出口２８ｂをクーラントドレインパイプ３６ｂに接続する一方、可撓性のクーラントドレインホース３７がクーラント出口パイプ２８ａをクーラントドレインパイプ３６ａに接続している。ホースとパイプとを接続するために、迅速解放カップリング若しくはその他の連結手段を用いることができる。クーラントドレインパイプ３６ａおよび３６ｂが接続されるクーラント回収手段は、ルーフ１０から迅速かつ効率よくクーラントを排出するために、ジェットポンプ若しくはその他ポンプ手段を好適に用いる。炉シェルのルーフからのクーラントの流出を助ける任意の適切な他の手段もまた用いることができる。図１、図２、図２ａおよび図２ｂに示されるような炉ルーフシステムの図２の左手側の作動の間には用いられないが、ルーフ１０の図２の右手側の装置において用いられる第２のクーラント接続手段を設けることができる。この第２のクーラント接続手段すなわち図２の右側のクーラント接続手段は、クーラント入口４０およびクーラント出口４２ａ，４２ｂを備えている。図２の左側および図２の右側のクーラント接続手段は、マスト揺動点２４およびルーフの中心を通過する線に対してルーフ１０の反対側にあり、かつルーフの隣接する四分円内にある。図２の左側のクーラント入口パイプ２６と同様に、図２の右側のクーラント入口パイプ４０は入口マニホールド２９に接続されている。図２の左側のクーラント出口２８と同様に、図２の右側のクーラント出口４２ａ，４２ｂは、仕切壁５０によって分割されたクーラントドレインマニホールドの別個の部分４７ａおよび４７ｂと連通する別個のクーラント出口４２ａおよび４２ｂを有している。図２の左側のシステムにおけるルーフ１０の組み付けの間に図２の右側のクーラント接続手段を介してクーラントが漏れることを防止するために、本発明はルーフクーラント入口および出口を個々に封止するキャップ手段を提供する。キャップ４６は、クーラント入口４０の開口に固定される。着脱可能なＵ字形導管若しくはパイプコネクタ４４は、別個のクーラント出口４２ａおよび４２ｂを接続しかつ封止してルーフからの漏出を防止するとともに、ドレインマニホールド部分４７ａと４７ｂと間の仕切壁５０の周りの流れの連続性を提供する。流出するクーラントが吸引負圧下にある所では、コネクタ４４はドレインマニホールド内へ大気が吸い込まれることを防止する。
【０００８】
図２の左手側の炉ルーフシステムとして取り付けられた炉ルーフが作動する間、クーラントがクーラント循環手段からクーラントパイプ３０およびホース３１を介してクーラント入口パイプ２６に入ると、クーラントは入口マニホールド２９によってルーフの内部に分散される。クーラント入口４０は、入口マニホールド２９に接続されているが、図２の右手側用としての組み付けのために残されており、したがってキャップ４６によって封止されている。ルーフ下側パネル３８を冷却するためにスプレーヘッダ３３上のノズル３４からスプレーされた後、クーラントは液体クーラント排出手段であるドレイン開口５１ａ、５１ｂおよび５１ｃを介してルーフ１０の周辺部周りに延在するドレインマニホールド内に回収されて受け止められ、かつクーラント出口２８から流出する。図２から判るように、ドレインマニホールドの部分４７ａ上の開口５１ａ、５１ｂおよび５１ｃから流出するクーラントは、クーラント出口２８ａおよび出口ホース３７を介してルーフから直接流出し、クーラント回収手段によって回収される前にドレイン出口パイプ３６ａ内に流入する。ドレインマニホールドの部分４７ａ上の開口５１ａ、５１ｂおよび５１ｃから流出するクーラントは、仕切壁５０を迂回するためにクーラント出口４２ｂ、Ｕ字形コネクタ４４およびクーラント出口４２ａを介してマニホールド部分４７ｂへ移動する。クーラントは、次いでドレインマニホールドの部分４７ｂからクーラント出口２８ｂ、出口ホース３５およびドレインパイプ３６ｂを介してクーラント回収手段に流出する。右側のクーラント出口４２ａ，４２ｂは、クーラントをルーフから直接排出するためには利用されないが、Ｕ字形コネクタ４４の使用によって排出経路の一部を構成している。ルーフから排出されると、クーラントは他の場所に放出され、若しくはクーラントシステムによってルーフの内部に再循環される。図２の左手側のクーラント入口パイプ２６および２８は、ホース長さを最小とするべく、マスト構造１４の位置の直ぐ隣でルーフ１０上に配置されている。マスト構造１４が６時の位置に配置されているとすると、図２の左手側のクーラント接続手段は７時〜８時の位置に配置されている。
【０００９】
本発明においては、図２ｂおよび図４に示されるように、２要素の環状ルーフカバー組立体１００が、図１および図２に示される単一の環状ルーフ１０の代わりに設けられる。第２カバー要素によって画成される炉カバー組立体の部分は厳しい熱応力にさらされ、この領域におけるルーフ組立体の修理および交換が比較的頻繁に行われる。ルーフカバー組立体１００は、第１カバー要素１１０および第２カバー要素１２０を備えている。クーラントは、図１〜図３のルーフ１０に関する説明と同様に第１カバー要素１１０に供給されるとともに、図１〜図３のルーフ１０と同様に第１カバー要素１１０から排出される。第１カバー要素１１０は中空であり、例えばルーフカバー組立体１００の領域の７０〜８５％を形成する主要部分をなす。第１カバー要素１１０には閉鎖空間１２３が形成され、この閉鎖空間１２３のその内部においては、噴射ノズル３４が、図２に関する説明と同様に第１カバー要素の下側パネル３８の上側に向かって液滴のスプレーのクーラントを噴射する。第２カバー要素１２０は、中空であり、第１カバー組立体１１０に隣接しているが第１カバー組立体１１０とは別体であり、符号１１６で示されるように第１カバー組立体１１０と着脱可能に接続される。第２カバー要素１２０には、電気アーク炉１２からの熱いガスおよび煙の排出のための開口１１９並びに閉鎖空間２００が形成されている。図４により明確に示されるように閉鎖空間２００の内部において、噴射ノズル１３４が、少なくとも第２カバー要素１２０の底壁１３８に向かって水のスプレーを噴射する。加えて、第２カバー要素には、電気アーク炉１２からの熱いガスおよび煙を排出するために、開口１１９を囲んで上方へ延びるダクト３００が形成されている。噴射ノズル２３４が上方に延びるダクト３００の閉鎖空間２２３（閉鎖空間２２３は閉鎖空間２００に連通している）内の内側表面４００に隣接して設けられている。ダクト３００は、ダクト３００の外壁２３８および内壁２４８によって画成されている。噴射ノズル２３４は、上方に延びるダクト３００の内側表面４００を冷却する。クーラントは、図２ｂおよび図４に示されるように、可撓性のクーラント供給ホース３１０から入口マニホールド２９０へ供給されて第２カバー要素１２０に供給される。入口マニホールド２９０は、上方に延びるダクト３００の周囲で延び、閉鎖空間２２３内に配置されている。複数のスプレーヘッダパイプ３３３が、閉鎖空間２２３内において横断方向外側にマニホールド２９０から分岐しており、スプレーヘッダパイプ３３３はクーラントを噴射ノズル２３４に供給し、上方に延びるダクト３００の内壁２４８を冷却し、その温度をクーラントの沸点（クーラントが水であるときには摂氏１００度）未満の温度に維持する。マニホールド２９０からの使用済みのクーラントは、重力によってドレイン開口２５１から流出する。クーラント入口パイプ３２６を、任意に採用しうる入口マニホールド３９０に対して、クーラントを供給するために設けることができる。入口マニホールド３９０は、第２カバー要素の閉鎖空間２００の周囲に延び、熱いガスおよび煙がそこを通って電気炉１２から出るルーフカバー組立体１００の開口１１９を囲む。マニホールド３９０からのクーラントは、噴射ノズル１３４によってスプレーされ、閉鎖空間２００の少なくとも下側表面１３８および好ましくは外壁２３８の符号３３８で示される隣接部分を冷却する。マニホールド３９０からの使用済みのクーラントは、重力によってドレイン開口２５１から流出する。
【００１０】
第１カバー要素１１０から第２カバー要素１２０を外す際には、図４に示されている持ち上げ用の耳５００を用いて第２カバー要素１２０を除去することができる。第２カバー要素１２０の一体的な構造および第１カバー要素とは独立した冷却は、電気アーク炉の大部分をカバーする第１カバー要素１１０の機能に影響を及ぼすことのない迅速な取り外しおよび交換を可能とする。
【図面の簡単な説明】
【図１】 炉容器と、この炉容器の上方に持ち上げられた状態の炉ルーフおよびこのルーフのためのマスト支持構造を示す典型的な電気炉装置の側面立面図。
【図２】 図１のスプレー冷却される炉ルーフの要部を破断するとともに要部を断面で示す平面図。
【図２ａ】 炉ルーフの要部立面、および炉ルーフの熱応力が負荷される領域と提案される切り欠き部分とを想像線で示す、図２中の２ａ−２ａ破断線に沿った断面図。
【図２ｂ】 本発明のスプレー冷却される炉ルーフ組立体の一部を透視する平面図。
【図３】 耐火性の裏打ちが施された溶融金属を含む炉容器の一部および図２ａの炉ルーフのそれと同様の炉側壁のスプレー冷却要素を示す、図１の電気炉装置の要部を断面で示す端部立面図。
【図３ａ】 図３の要部拡大図。
【図４】 図２ｂの組立体の別個に取り外し可能な構成要素の側面図。

Claims (3)

1. 横方向に互いに接する関係で組立てられて、電気アーク炉（１２）内に向けて下方に延びる少なくとも一つの黒鉛電極（１５）を囲む中央に配置された開口（３２）を有する円錐台形状の環状ルーフカバーを形成する、別体に形成された互いに隣接する第１中空ルーフカバー要素（１１０）および第２中空ルーフカバー要素（１２０）を備えた電気アーク炉（１２）のための炉ルーフ組立体（１００）であって、
   （ａ）前記第１中空ルーフカバー要素（１１０）は、閉鎖空間（１２３）と、第一中空ルーフカバー要素における閉鎖空間の下部を構成すると共に、前記電気アーク炉（１２）の直ぐ上方に配置された下側パネル（３８）とを有しており、前記第１中空ルーフカバー要素（１１０）は更に、
   （ｉ）前記下側パネル（３８）を許容範囲内の温度に維持するのに十分な量の液体クーラントのスプレーを液滴の形態で前記下側パネルに対して噴射する、前記閉鎖空間（１２３）内に配置された複数のスプレー手段（３４）と、
   （ii）前記閉鎖空間（１２３）の内部で前記中央に配置された開口（３２）の外周に沿って隣接して延び、前記スプレー手段（３４）に液体クーラントを供給する液体クーラント供給マニホールド（２９）と、
   （iii）前記第１の中空ルーフカバー要素（１１０）の液体クーラント供給マニホールド（２９）に液体を供給する液体クーラント供給導管（２６）と、
   （iv）前記第１中空ルーフカバー要素（１１０）の前記閉鎖空間（１２３）の内部からの液体クーラントの流れを受け取る、少なくとも一つの液体クーラント排出手段（５１ａ）と、
   を有し、そして、
   （ｂ）前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）は、閉鎖空間（２００）と、前記電気アーク炉（１２）の直ぐ上方に配置される下側パネル（１３８）とを有し、かつ、前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）には、前記電気アーク炉（１２）からの熱いガスを排気するための排気開口（１１９）が形成されており、前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）は更に、
   （ｉ）前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）の下側パネル（１３８）の温度を許容範囲内に維持するのに十分な量の液体クーラントのスプレーを液滴の形態で前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）の下側パネル（１３８）に対して噴射する、前記閉鎖空間内に配置された複数のスプレー手段（１３４）と、
   （ii）前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）の閉鎖空間（２００）内からの液体クーラントの流れを受け取る、少なくとも一つの液体クーラント排出手段（２５１）と、
   （iii）前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）の閉鎖空間（２００）内に配置され、前記排気開口（１１９）の周りに延びる、第２ルーフカバー要素のスプレー手段（１３４）に液体クーラントを供給する液体クーラント供給マニホールド（３９０）と、
   （iv）前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）と一体に形成されるとともに、前記排気開口（１１９）の上方に配置された、上方に延びる略円筒状の中空ダクト（３００）であって、前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）の閉鎖空間（２００）と連通する閉鎖空間（２２３）を有する中空ダクト（３００）と、
   （ｖ）前記中空ダクト（３００）の内側表面（４００）の温度を許容範囲内に維持するのに十分な量の液体クーラントのスプレーを液滴の形態で前記内側表面（４００）に噴射する、前記中空ダクト（３００）の閉鎖空間（２２３）内に配置された複数のスプレー手段（２３４）と、
   （vi）前記中空ダクト（３００）の閉鎖空間（２２３）内で前記中空ダクト（３００）内の周囲に延びる、前記中空ダクト（３００）内に配置された前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）のスプレー手段（２３４）に液体クーラントを供給する液体クーラント供給マニホールド（２９０）と、
   （vii）前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）の前記液体クーラント供給マニホールド（３９０）および前記中空ダクト（３００）の前記液体クーラント供給マニホールド（２９０）に液体を供給する液体クーラント供給導管（３１０）と、
   を有する電気アーク炉（１２）のための炉ルーフ組立体（１００）において、
   （イ）前記第１中空ルーフカバー要素（１１０）には、環状のリング形状の一部に開放部分を有するC型形状が設けられ、
   （ロ）前記第１中空ルーフカバー要素（１１０）によって、前記少なくとも１つの電極（１５）のための中央開口（３２）の７０〜８５％の部分が囲まれ、かつ、前記電気アーク炉（１２）の７０〜８５％の部分が覆われており、
   （ハ）前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）において、前記第１中空ルーフカバー要素（１１０）のリング形状の開放部分が閉じられ、かつ、前記第２中空ルーフカバー要素（１２０）が前記中空ダクト（３００）と一緒に前記第１中空ルーフカバー要素（１１０）から独立して取り外される
   ことを特徴とする、電気アーク炉（１２）のための炉ルーフ組立体（１００）。
2. 前記第１および第２中空ルーフカバー要素（１１０、１２０）のための各液体クーラント供給導管（２６、３１０）が、共通の液体クーラント供給源に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の炉ルーフ組立体（１００）。
3. 前記第１および第２中空ルーフカバー要素（１１０、１２０）が、着脱可能に接続されることを特徴とする、請求項１または２に記載の炉ルーフ組立体(１００)。

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