JP4805546B2 - Ｒｈ脱ガス設備の浸漬管および浸漬管芯金冷却方法。 - Google Patents

Description

本発明は、環流ガス配管によって芯金を冷却するRH脱ガス設備の浸漬管および浸漬管芯金冷却方法に関する。

吸上式真空精錬法として、真空槽内に鍋内の溶鋼を吸い上げて真空と接触させ、真空精錬を行うRH法がある。RH法では、２本の浸漬管のうち一方からArガスを吹き込みガスリフトポンプの原理で溶鋼を循環させている。
図７は、従来の浸漬管を説明する模式断面図である。図７に示すように、浸漬管は、内側の部分には煉瓦１０１が垂直方向に配設され、煉瓦を固定し外気からの空気の巻き込み防止のために煉瓦の背面に中子鉄皮とよばれる芯金１０２が配置され、芯金の外側に環流ガスを吹き込むための配管１０３が配設され、芯金および配管を覆うように、外側の部分に不定形耐火物１０４が設けられている。浸漬管の上部にはフランジ部１０５が設けられている。

溶鋼の脱ガス処理が行われると、浸漬管を溶鋼中に浸漬して溶鋼を真空槽内に吸引し、脱ガスや成分調整等が行われる。浸漬管は高温の溶鋼中に浸漬されるので、図８に示すように、熱膨張によって芯金１０２の下部が変形し、それに伴って配設した煉瓦１０１の間の目地部が広がり、または煉瓦に亀裂が入り、更には、煉瓦が脱落するという状態が生起する。

従って、上述したような煉瓦の亀裂・脱落等を防止するために、浸漬管の芯金を冷却する各種の方法が提案されている。例えば、特開平１０−１７９２０号公報には、芯金を冷媒によって冷却する方法が開示されている。図９に示すように、この冷却方法によると、内管１１１ｂおよび外管１１１aの二重管からなる芯金１１１を煉瓦１０１と不定形耐火物１０４の間に配置し、芯金内に冷媒供給管１１３を設置し、冷媒供給管内に矢印の通り冷媒を送り込んで、芯金を冷却する。

即ち、芯金の冷却用に冷媒を循環させる専用の追加の冷却構造が設けられている。更に、特開平１０−１７９２０号公報には、芯金を冷媒によって冷却する別の方法が開示されている。即ち、図１０に示すように、中実の金属板１１１（芯金）の周囲に冷却管１１６が螺旋状に巻きつけられて、例えば冷却水を冷却管内に循環させて冷却する別の冷却構造が開示されている。この例においても、芯金の冷却用に専用の追加の冷却構造が設けられている。
特開平１０−１７９２０号公報

上述したように、従来の浸漬管においては、効果的に芯金を冷却するために、芯金冷却用の専用の追加の冷却構造が設けられている。上述したように専用の追加の冷却構造を用いる方法では、特別に冷却構造を付加するので、初期投資の増大や浸漬管価格の上昇が引き起こされるという問題点がある。

従って、この発明の目的は、従来の問題点を解決して、芯金冷却用の専用の追加の冷却構造を設置することなく、低コストで効果的な芯金冷却装置を備えたRH脱ガス設備の浸漬管および浸漬管芯金冷却方法を提供することにある。

本発明者は、上述した従来技術の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、浸漬管の内側に垂直方向に配設されている煉瓦の亀裂・脱落は、煉瓦の背面に配置されている芯金（鉄皮）の下部の変形に起因していること、および、芯金の変形は、溶鋼が真空槽内に上昇する時に主として発生していることが判明した。更に、浸漬管の損傷は、芯金の最下部付近の変形によることが判明した。従って、RH脱ガス設備の浸漬管の環流ガス配管を、芯金の下部、即ち、環流ガス吹き込み口より下側の部分の芯金の表面に沿って配設し、環流ガスをこのように配設された環流ガス配管に流すと、芯金冷却用の別個の専用の配管を設置することなく、芯金の冷却が効果的に行うことが可能で、浸漬管の損傷が防止でき、浸漬管の寿命が延びることが判明した。

この発明は、上記研究結果に基づいてなされたものであって、この発明のＲＨ脱ガス設備の浸漬管の第１の態様は、内側部に配設された耐火物と、前記耐火物の外側に配置された芯金と、前記芯金の一方の表面に配設され、環流ガス吹き込み口毎に独立した環流ガス配管と、前記芯金および前記環流ガス配管を覆う不定形耐火物とを備え、環流ガス吹き込み口より下側の芯金部分に前記環流ガス配管が配設されており、前記環流ガス配管内を流れる環流ガスによって前記芯金が冷却されるようにしたＲＨ脱ガス設備の浸漬管であって、前記環流ガス配管の各々が垂直部および水平部からなり、前記芯金の高さ方向の下から３０％以内の部分に前記環流ガス配管の水平部の一部が配設されており、前記水平部の一部が、環流ガス吹き込み口より下側の芯金部分に配設されていることを特徴とする、ＲＨ脱ガス設備の浸漬管である。

この発明のＲＨ脱ガス設備の浸漬管の第２の態様は、前記芯金の高さ方向の下から２０％以内の部分に、前記環流ガス配管の水平部の一部が配設されていることを特徴とするＲＨ脱ガス設備の浸漬管である。

また、本発明は、前記ＲＨ脱ガス設備の浸漬管を用いたことを特徴とする、ＲＨ脱ガス方法に関する。

上述したように、この発明によると、RH脱ガス設備の浸漬管の環流ガス配管を、芯金の下部、即ち、吹き込み口より下側の部分の芯金の表面に沿って配設し、環流ガスをこのように配設された配管に流すことによって、芯金冷却用の専用の冷却装置を付帯させることなく、芯金の熱変形を抑制することが可能な浸漬管およびその冷却方法を提供することができる。

この発明のRH脱ガス設備の浸漬管および浸漬管芯金冷却方法を、図面を参照しながら説明する。
この発明のRH脱ガス設備の浸漬管の１つの態様は、内側部に配設された耐火物と、耐火物の外側に配置された芯金と、芯金の一方の表面に配設された環流ガス配管と、そして、前記芯金および環流ガス配管を覆う不定形耐火物とを備えたRH脱ガス設備の浸漬管であって、少なくとも環流ガス吹き込み口より下側の部分に前記環流ガス配管を配設して、配管内を流れる環流ガスによって、前記芯金の冷却を行うことを特徴とする、RH脱ガス設備の浸漬管である。

図１から図３は、この発明の浸漬管を説明する図である。図１から図３は、浸漬管を展開した図である。即ち、浸漬管を所定の部位で中心軸線に沿って切断し、横方向に広げ、平面上に展開した図である。図の上側が浸漬管の上部側、図の下側が浸漬管の下部側を示す。なお、芯金の冷却の説明を容易にするために、芯金、環流ガス配管、環流ガス吹き込み口を示し、芯金を覆う不定形耐火物は省略している。図１は、芯金および環流ガス吹き込み口の相対的位置を示す図である。図１に示すように、芯金１の上端部にはフランジ部２が設けられ、芯金の高さ方向の概ね中央部に複数の環流ガス吹き込み口３が配置されている。芯金の下部には複数の煉瓦支持ピン４が配置され、更にその下端部には丸鋼５等が巻きつけられる。なお、本発明においては煉瓦保持方式としては支持ピンに限られるものではなく、リブタイプ等にも適用することができる。

図４は、従来の環流ガス配管を示す図である。図４に示すように、従来は、芯金２１の高さ方向の概ね中央部に配置された複数の環流ガス吹き込み口２３のそれぞれに向かって概ね最短距離を通って環流ガス吹き込み管２６が配置されていた。従って、芯金２１の高さ方向の概ね中央部に配置された複数の環流ガス吹き込み口２３の下方には環流ガス吹き込み管２６は配置されていなかった。

この発明の浸漬管においては、少なくとも環流ガス吹き込み口より下側の芯金部分に沿って環流ガス配管が配設されているので、配管内を流れる環流ガスによって、従来熱膨張で変形していた芯金の下部の部分が効果的に冷却される。

図２は、芯金の表面上に配置された環流ガス吹き込み管の１つの配管状態を示す図である。図２に示すように、環流ガス吹き込み管６はそれぞれ垂直部と水平部からなっており、環流ガス吹き込み口３の下方、即ち、芯金の高さ方向の下部に殆どの環流ガス吹き込み管６が配設されている。図２に示す例では、芯金の下部の煉瓦支持ピンの位置の直上部分に多数の環流吹き込み管が配置されている。

この例では、煉瓦支持ピンの下部には、環流吹き込み管が配置されていない。この態様の環流ガス吹き込み管の配置によると、芯金専用の特別な追加の冷却構造を新たに設けることなく、既設の環流ガス吹き込み管を芯金の下部まで配設しているので、配管に環流ガスを吹き込むだけで、付帯的に、芯金の下端部付近を効果的に冷却し、芯金の下端部の熱による変形を防止することができる。

図３は、芯金の表面上に配置された環流ガス吹き込み管の他の１つの配管状態を示す図である。図３に示すように、環流ガス吹き込み管６はそれぞれ垂直部と水平部からなっており、環流ガス吹き込み口３の下方、即ち、芯金の高さ方向の下部に多数の環流ガス吹き込み管が芯金の表面に沿って配設されている。図３に示す例では、芯金の下部の煉瓦支持ピン４と丸鋼５の間にも一部の環流吹込み管の水平部が配置されている。なお、煉瓦支持ピン４に密接して全周環流吹き込み管の水平部を配置することが望ましく冷却効果が大きくなる。

この態様によると、芯金の下端部も効果的に冷却されることができる。この発明によると、芯金専用の特別な追加の冷却構造を新たに設けることなく、既設の環流ガス吹き込み管を芯金の下端部まで配設しているので、配管に環流ガスを吹き込むだけで、付帯的に、芯金の下端部付近を効果的に冷却し、芯金の下端部の熱による変形を防止することができる。

この発明の浸漬管芯金冷却方法において、環流ガス配管を、芯金の高さ方向の下から３０％以内の部分に配設するのが好ましい。更に、環流ガス配管を、芯金の高さ方向の下から２０％以内の部分に配設するのがより好ましい。更に、環流ガス配管を、芯金の高さ方向の下から１５％以内の部分に配設するのが更に好ましい。

本発明の浸漬管の冷却効果を先ずシュミレーションによって検証し、次いで実際にその効果を検証した。先ず、シュミレーションにおいて、極低炭素鋼の４ＣＣ連続処理を想定し、下記条件によって芯金の温度変化を推定した。即ち、
溶鋼温度：１６５０℃
Aｒガス流量：３０００Nl/分
浸漬パターン：浸漬３０分＋待機１０分×４サイクル

図５に４サイクル後の温度分布を示す。（１）は従来の浸漬管、（２）は本発明の浸漬管を示す。図５に示すように、従来の浸漬管では、１０００℃を超える高温域がかなり上の部分まで存在している。これに対して、本発明の浸漬管では、１０００℃を超える高温域が下の一部に存在している。芯金の熱膨張による変形が防止できる９００℃未満の温度域が、本発明では芯金の下端部に伸びているのに対して、従来では、９００℃未満の温度域が芯金の下端からかなり上の部分で止まっている。即ち、従来の浸漬管では芯金の下端部の広い部分が温度が１０００℃を超えて、芯金の熱膨張による変形が起きるのに対して、この発明の浸漬管では芯金の下端部の温度は９００℃未満で、芯金の熱膨張による変形が防止できることがわかる。従って、シュミレーションによると、芯金は下端部においても効果的に冷却され、熱膨張による変形が起きないという結果が得られた。

図６は、計算温度と変形量を示す。図中、○および△は、芯金の温度を示し、ＡおよびＢは芯金の変形を示す。○およびＡはそれぞれ従来の例を示し、△およびＢはそれぞれ本発明の例を示す。図６から明らかなように、本発明の例では、芯金の温度は概ね８００℃以下であり、そして、芯金の内径の拡大は殆ど見られなかった。これに対して、従来例では、芯金の温度は１０００℃を超え、下端部において芯金の内径が大きく拡大している。

次いで、実際に使用して検証した。実際に使用したところ、芯金下端部の温度は、シュミレーションと概ね同一結果が得られた。即ち、芯金の上部、中段、最下部の温度は、従来の方法では、それぞれ、３６８℃、６４８℃、１２００℃であったのに対して、本発明の方法では、それぞれ、３８３℃、３７５℃、５８３℃であった。その結果、本発明においては、芯金の内径の拡大は殆どみられなかった。
なお、芯金の冷却を環流ガス配管によって行う場合の、環流ガス吹き込み口の数の検討を行った。従来は環流ガス吹き込み口は、２４から３０であるが、吹き込み口の数が減少しても流量変化は断面積に比例して減少しないことが判明した。従って、環流ガス吹き込み口は、１２から１６で所望の流量が得られることがわかった。これによって、更なるコストの低下が可能になる。

上述したように、この発明の既設の環流ガス配管の配置状況を工夫することによって、特別な冷却構造を備えることなく、芯金を冷却することができる。なお、この発明によると、浸漬管だけに限らず、耐火物保持用金物の冷却を行うことも可能である。
即ち、内部に耐火物保持用の金物を備えた、温環境において流体を吹き込む設備における前記金物の所定の部位の表面に流体を環流させる配管を配設し、前記配管に前記流体を流して、前記金物を冷却する、耐火物保持用金物の冷却方法である。流体を環流させる配管を工夫することによって、本来の目的の他に対象物を効果的に冷却することができる。

この発明によると、RH脱ガス設備の浸漬管の環流ガス配管を、芯金の下部、即ち、吹き込み口より下側の部分の芯金の表面に配設し、環流ガスを配管に流すことによって、特別な冷却装置を付帯させることなく、芯金の熱変形を抑制することが可能な浸漬管およびその冷却方法を提供することができ、産業上利用価値が高い。

図１は、芯金および環流ガス吹き込み口の相対的位置を示す図である。 図２は、芯金の表面上に配置された環流ガス吹き込み管の１つの配管状態を示す図である。 図３は、芯金の表面上に配置された環流ガス吹き込み管の他の１つの配管状態を示す図である。 図４は、従来の環流ガス配管を示す図である。 図５は、４サイクル後の温度分布を示す。 図６は、計算温度と変形量を示すグラフである。 図７は、従来の浸漬管を説明する模式断面図である。 図８は、芯金の熱膨張による浸漬管の損傷状況を示す図である。 図９は、二重管構造を備えた芯金の従来の冷却方法を示す図である。 図１０は、芯金に冷却管を巻きつけて冷却する従来の方法を示す図である。

符号の説明

１．芯金
２．フランジ
３．ガス吹き込み口
４．煉瓦支持ピン
５．丸鋼
６．環流ガス吹き込み管
２６．従来の環流ガス吹き込み管
１０１．煉瓦
１０２．芯金
１０３．環流ガス吹き込み管
１０４．不定形耐火物
１０５．フランジ

Claims (3)

1. 内側部に配設された耐火物と、前記耐火物の外側に配置された芯金と、前記芯金の一方の表面に配設され、環流ガス吹き込み口毎に独立した環流ガス配管と、前記芯金および前記環流ガス配管を覆う不定形耐火物とを備え、環流ガス吹き込み口より下側の芯金部分に前記環流ガス配管が配設されており、前記環流ガス配管内を流れる環流ガスによって前記芯金が冷却されるようにしたＲＨ脱ガス設備の浸漬管であって、
   前記環流ガス配管の各々が垂直部および水平部からなり、
   前記芯金の高さ方向の下から３０％以内の部分に前記環流ガス配管の水平部の一部が配設されており、
   前記水平部の一部が、環流ガス吹き込み口より下側の芯金部分に配設されていることを特徴とする、ＲＨ脱ガス設備の浸漬管。
2. 前記芯金の高さ方向の下から２０％以内の部分に、前記環流ガス配管の水平部の一部が配設されていることを特徴とする、請求項１に記載のＲＨ脱ガス設備の浸漬管。
3. 請求項１又は２に記載の浸漬管を用いたことを特徴とするＲＨ脱ガス方法。

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