JP5049294B2 - 冷却系を備えた高炉用回転式装入装置 - Google Patents

Description

本発明は一般に、金属溶鉱炉等の高炉に設けられる回転式装入装置を装備する冷却系に関する。

今日、金属高炉、特に溶鉱炉の多くは原料を炉に装入するための回転式装入装置が備わっている。そのような回転装入装置は一般に炉口に設けられているので、操作中に炉の内部に存在する高温に少なくとも部分的に曝される。従って、装入装置の露出部、特にその駆動及び伝動部品を効率的に冷却することが、損傷を回避し、保守介入操作を低減し、装入装置の耐用寿命を増大するために重要になる。炉熱に概して最も曝される装入装置の回転部から熱を効率的に運び去るのに、特別な困難がある。

挿入装置を冷却する公知の手法は、不活性冷却ガスを装入装置のハウジング内部に炉口の動作圧力を超える圧力で圧入している。装入装置内部の塵埃蓄積を低減する利点があるものの、この手法は冷却効果が極めて低い。この手法は特開昭５５−０２１５７７に記載されている。

EP0116142には、高炉の装入装置、特に傾斜が可変な回転シュートを有する装入装置のための水冷装置が開示されている。この水冷装置は、回転シェルの上部に取り付けられ、シェルと共に移動可能な環状の供給槽を含んでいる。この槽には少なくとも１つの開口が設けられていて、水が重力により槽から、回転ジャケットの周りに位置する複数の冷却コイルを通して供給される。これ等コイルから流出する水を集水槽が受け止めるようになっている。回転ジャケットは回転シュートを支持すると共に、炉内部と装入装置の構成部品とを分離する構造の働きをする。この水冷装置によれば、冷却効率が不活性ガス冷却以上に著しく改善される。だが、この冷却装置の欠点は、必要な冷却水回路が環境に対して部分的に、即ち供給槽及び集水槽において開いていることによる。従って、冷却水は、例えば微粒子および炉塵埃で汚染されてしまうことがある。従って、使用された冷却水の処理のために、特殊の設備が必要になる。不活性ガス圧入の場合には、この問題は少なくなるが、完全になくなることはない。

WO99/28510には、冷却液を回転冷却コイルに供給するため、固定リング状部と回転リング状部を備えたリング状回転管継手を有する装置が記載されている。WO99/28510による改良は、回転管継手の固定部に過剰の冷却液を供給して漏洩流が生じるようにすることである。この漏洩流は回転管継手の固定部と回転部を分離する溝孔に流入し、この溝孔に液体ジョイントを形成する。その結果、冷却液の汚染は著しく減り、又は無くなる。だが、この解決策は比較的複雑な、従って高価なリング状ジョイント構成を要する。これ等ジョイント部品はあいにく、摩耗がかなり大きく、従って頻繁、且つ手間のかかる交換を要する。

従って、本発明の目的は、装入装置の静止部と回転部間の複雑、高価な、且つ頻繁な保守を要するジョイントの必要の無い、高炉用回転式装入装置を装備する効率的な冷却系を提供することにある。

この目的を達成するため、本発明は、冷却系を備えた高炉用回転式装入装置であって、該回転式装入装置は回転分配手段のための回転自在な支持体と該回転自在な支持体のための静止ハウジングとを含み、上記冷却系が上記回転自在な支持体と回転固定する回転冷却循環路と上記静止ハウジング上の静止冷却循環路とを含むものを提案する。本発明の重要な側面によれば、上記静止冷却循環路を流れる冷却流体により冷却されるように構成された静止熱移動素子と、上記回転冷却循環路に循環される別の冷却流体により加熱されるように構成された回転熱移動素子とを含む熱移動装置が設けられる。これ等両熱移動素子は対面関係に配置され、それ等の間に伝熱部を有して、回転及び静止冷却循環路の別個冷却流体同士を混合せずに、上記伝熱部を通る対流及び/又は輻射により熱伝達を行うようにする。

上記熱移動装置において、回転熱移動素子と静止熱移動素子は、熱伝達の生じる部分を形成する小間隙により離間される。この熱移動装置は回転冷却循環路と静止冷却循環路との間の熱伝達を可能にすると共に、両循環路間を流体分離する。従って、両循環路間の回転管継手の必要は完全に無くなる。事実、冷却循環路同士の流体結合の既成の原理は、本発明による熱移動装置の理由で、使われなくなるものと考えられる。更に、回転管継手の摩耗部の交換又は回転冷却コイルの洗浄に関する、比較的頻繁な保守点検のための介入の必要も無くなる。

好ましくは、回転冷却循環路は閉回路として構成される。閉再循環配置の結果、回転冷却循環路に用いられる冷却液を、その蒸発点を上昇させるように加圧することができる。実際、従来の冷却系では、循環路が完全に閉じてない（ＥＰ０１１６１４２参照）ため、また回転管継手を通して冷却液の受け入れ難い損失が生じる（ＷＯ９９/２８５１０参照）ため、効果のある加圧が実用的でなかった。液損失も無く、汚れも無いので、より高価な冷却流体を回転冷却循環路に用いることが実施可能となる。蒸発により生ずる付着物の恐れが無くなることにより、過剰圧力流体でも、圧力が適度の流体でも、回転冷却循環路の動作温度を高めることができる。更に、冷却が十分に行えるように冷却液を常に純重力流とする必要が無いので、回転冷却循環路に圧力降下が大きくても良い。その結果、制約とコストが減じる。

第１の構成において、回転冷却循環路を閉ループ自然対流循環路として構成することができる。第２の構成においては、回転冷却循環路がヒートパイプを少なくとも一つ含むようにすることができる。これ等は構成が比較的簡単であり、円弧状の部品も、電源も要せず、妥当な冷却効果が保証される。更に、これ等構成は保守が簡単であり、サービス介入を殆ど要しない。

第３の構成では、回転冷却循環路を閉ループ強制対流循環路として構成することができる。第４の構成では、回転冷却循環路は閉ループ蒸気圧縮冷凍サイクルとして構成され、第５の構成では、回転冷却循環路は吸着冷却装置として構成される。これ等の構成では、ポンプやコンプレッサ等の円弧部や給電部を幾分、そして場合によっては制御バルブを要する。これ等構成の各々は初めの２つの構成と比較してより高価となるが、冷却効果が更に高まる一方、保守を殆ど要しない点は同様である。理解されるように、強制循環とした閉回路構成は重力流冷却（ＥＰ０１１６１４２及びＷＯ９９／２８５１０から周知）と比較すると冷却流速度がかなり高まり、結果として冷却効果が改善される。冷却系はこれ等構成の２つまたはそれ以上の組み合わせたものを含んでも良いが、一般には要しない。

ポンプやコンプレッサの給電は、上記回転自在な支持体の回転により起動される機構を用いて機械的に行うことができる。代替的又は補完的に、給電は回転自在支持体の回転により起動される発生器により供給されるバッテリー、滑り接触面（接点）又は非接触誘導電流伝達を用いて電気的に行われる。

回転冷却循環路と静止冷却循環路間を流体分離する熱移動装置のため、静止、回転冷却循環路の何れの冷却液も汚れが無くなることが理解されるであろう。従って、処理設備の必要は無い。更に、静止冷却循環路を、静止熱移動素子に伝達される熱を運び去るための高炉の一体、部分として配置することができる。高炉、特に溶鉱炉には殆どの場合、例えば炉殻を冷却するために、閉サイクル冷却系が備わっている。従って、装入装置を装備する冷却系の総費用は、処理設備を無くすることや既存の基盤を利用することにより、かなり低減される。

熱移動装置に実質伝熱面をもたらすため、凹部少なくとも１つを回転又は静止熱移動素子に、対応する突起を静止又は回転熱移動素子に設けるようにすると有利である。この凹部とこの突起は嵌合して、蛇行縦断面を断熱部に与え、従って熱移動素子の全対向面を増大する。理解されるように、複数の相互貫通又は互いに噛み合う凹部及び突起（凸部）を設け、有効伝熱面を更に増大することができる。

実質伝熱面をもたらすもう１つの構成では、回転熱移動素子と静止熱移動素子は各々、環状の基部とこの基部から横方向に突出する突起少なくとも１つとを含み、これ等突起は対面関係に配置され、嵌合して、伝熱部に蛇行縦断面を与えるようにする。

好ましくは、伝熱部の少なくとも一部が熱伝導性液体で充填されるようにし、伝熱効果を増大するようにする。更なる有利な配置では、回転熱移動素子及び/又は静止熱移動素子の突起少なくとも１つが前記熱伝導性液体に乱流を生じさせる手段を含むようにする。液体内に乱流が生じると、得られる熱伝達が更に増大する。好ましくは、伝熱部の横幅を０．５〜３ｍｍの範囲とする。

更に、回転冷却循環路が、所謂BELL LESS TOP（登録商標）型の装入装置の最露呈部の１つである、回転自在支持体により支持される回転分配シュートを冷却する回路部を含むようにする。

冷却系は溶鉱炉で用いるのにも其の侭適しているので、本発明は上記のような冷却系を備える装入装置を含む溶鉱炉にも関するものである。

実施態様

本発明は以下、添付図面を参照した種々の非限定実施態様の記載から、より明らかになるであろう。図面を通して、同一参照符号、又は１００の位に異なる数字を付した参照番号は同一又は類似部品を示す。

図１は、全体を参照番号１０で示された溶鉱炉用回転式装入装置を示す。回転挿入装置１０には、炉内工程温度で加熱される部材を冷却するための冷却系１２が備わる。挿入装置１０では、回転自在な支持体１４が回転シュート１６を支持する働きをする。回転シュート１６は回転自在な支持体１４に懸架装置を介して取り付けられ、回転シュート１６の傾斜角が変えられるようにしている。回転装入装置１０は更に静止ハウジング１８を含み、その内側に回転自在な支持体１４が配置されている。静止ハウジング１８は、炉の中心軸Aの周りに配置される固定された中心供給路２０を含む。既知の装入工程中に、塊状材料が静止ハウジング１８及び回転自在な支持体１４により供給路２０を介して回転シュート１６に供給され、シュート１６の傾斜および回転により炉内部に分散される。

冷却系１２以外は、装入装置１０の構成は公知のものであり、BELL LESS TOP(登録商標)（BLT）と通常呼ばれているものである。公知の駆動部及び伝動部等の装入装置１０の静止部及び回転部は図１に示されていない、これらは例えば、US３８８０３０２に詳細に記載されている。

図１で分かるように、支持体１４は静止ハウジング１８の内側で軸Aの回りに軸受２２を介して回転自在に取り付けられている。回転自在な支持体１４は形状がほぼ環状であり、塊状材料のためのその中央通路が中心供給路の延長２０上に備わる。回転自在な支持体１４は中心供給路２０に隣接する円筒状内壁部２４と、シュート１６を支持する下方フランジ部２６と軸受２２が設けられた上方フランジ部２８とを含む。静止ハウジング１８と回転自在な支持体１４とが、回転装入装置１０のケーシングを構成している。更に、それ等は、図１の全体が示されていない溶鉱炉の炉口上の上部閉被を形成している。

図１に更に示すように、冷却系１２は回転自在な支持体１４上に固定された回転冷却循環路３０と、静止ハウジング１８上の静止冷却循環路３２（一部のみ図示）とを含む。動作中に、回転冷却循環路３０は支持体１４と共に回転する一方、静止冷却循環路３２はハウジング１８と共に静止したままである。回転冷却循環路３０は、塊状材料の通路とは反対側で内壁部２４及び下方フランジ部２６と熱接触状態におかれ、装入装置１０の、炉熱に曝される部分が確実に冷却されるようにする。更に、装入装置１０の駆動部及び伝動部（何れも図示せず）が冷却されるようにする。

動作中に、冷却系１２は静止冷却循環路３２を介して回転冷却循環路３０により集熱された熱を運び去る。このため、図１に示すように、冷却系１２は、回転冷却循環路３０を静止冷却循環路３２に熱連結する熱移動装置４０を含む。熱移動装置４０は、上方フランジ部２８で回転自在な支持体１４に取り付けられた回転熱移動素子４２と、静止ハウジング１８の上部カバーの下に取り付けられた静止熱移動素子４４とを含む。回転素子４２は回転冷却循環路３０の一部に連結され、且つその一部であり、静止素子４４は静止冷却循環路３２の一部に連結され、且つその一部である。動作中に、静止熱移動素子４４は静止冷却循環路３２を流れる冷却流体により冷却される一方、回転熱移動素子４２は後述されるように回転冷却循環路３０に循環される別の冷却流体により加熱される。回転素子４２が静止素子４４に対して邪魔されずに回転できるようにするため、両素子４２及び４４は伝熱部を画成する比較的小さいオープンスペースで互いに分離される。理解されるように、素子４２及び４４は向かい合う関係、即ち非接触で対向するように配置される。動作中の素子４２，４４間の温度降下により、回転冷却循環路３０から静止冷却循環路３２への効率的な熱伝達が、素子４２，４４間の媒体での対流及び／又は輻射により伝熱部を通して達成される。回転及び静止冷却循環路３０及び３２の夫々の冷却流体が混合されることは無い、即ち両者間で冷却流体の交換なしに伝熱が生じることが理解されよう。図１から回転及び静止素子４２及び４４は形状が回転軸Aを中心にして回転対称であることは明らかである。水平断面では示されていないが、素子４２及び４４は軸Aの周りの全円周に亘って延びる円形リングとして配置され、熱伝達が最大になるようにしている。素子４２と素子４４は縦（径方向）投影及び水平（円周）投影の両投影が嵌合する輪郭を有している。

熱移動素子４２及び４４は回転及び静止冷却循環路３０及び３２間を流体分離して、両循環路の冷却流体同士が混合しないようにしている。更に、熱移動素子４２及び４４は以下詳細に述べるように、回転冷却循環路３０及び静止冷却循環路３２の各々を閉サイクルで構成できるようにしている。冷却系１２はここで溶鉱炉に関するBLT型の装入装置１０に関連して述べるが、他の種類の高炉用回転式装入装置に用いることもできる。

図２ないし５を参照して、適宜の熱移動素子の変形例の幾つかを以下に述べる。以下記述の間、既述の例の特徴の繰り返し記載は省略することにする。

図２は回転熱移動素子１４２及び静止熱移動素子１４４から成る熱移動装置１４０の第１の変形例をより詳細に示している。図２の変形例では、回転素子１４２は縦溝１４３を有し、これの内部に静止素子１４４の相補縦凸部１４５が嵌合している。従って、回転素子１４２は略U字形の縦断面を有し、静止素子１４４は略T字形の縦断面を有する。両対向素子１４２及び１４４、特に凸部１４３と溝１４５は、横幅が約一定の比較的狭い伝熱部１４６が夫々の断熱メン１４８及び１５０間に存在するように寸法化されている。伝熱部１４６の横幅は装入装置１０の回転部品の上下及び水平動公差に応じて、且つ異なる熱膨張による公差に応じて設定される。これ等公差は足すと通常、上下及び水平方向共およそ１０分の数ミリメートルである。従って、比較的狭い、一定横幅（例えば１ｍｍ）の伝熱部１４６により、障害の無い回転が熱伝達を損なわずに確実に行える。だが、異なる水平及び上下横幅も、装入装置１０の実際の要求に応じて可能である。図２の垂直断面で分かるように、対面する素子１４２及び１４４が相補的共役形状の場合、伝熱面１４８及び１５０の有効面を比較的大きくする蛇行が伝熱部１４６の縦断面に生ずる。必要、且つ構造上の制約がない場合、図１１〜１７に関して以下詳述するように環状素子１４２及び１４４の半径を大きくし、及び／又は図４及び５に関して以下詳述するように更に蛇行させることによりこの領域を増大することができる。

図２で分かるように、各熱移動素子１４２、１４４は冷却流体のため内部流路１５２、１５４を夫々有する。図１から明らかなように、各内部流路１５２、１５４は夫々、回転又は静止冷却循環路３０、３２の一部である。熱伝達の効率を増大するため、伝熱部１４６の下側の谷部は、熱結合流体１５６で満たされている。この熱結合流体は図２では水等の熱伝導性液体、又は蒸発点が高く、潤滑性のある非常に熱伝導性のある液体である。熱伝導性グリース等の粘度の高い半液体流体も、結合流体として用いることができる。水を熱結合流体として用いると、横幅１ｍｍの伝熱部に回転時に２００００W/(m²)、静止時に６０００W/(m²)の熱伝達を得ることができる。これ等の値は、素子１４２，１４４間の相対回転速度０．８m/sおよび温度降下ΔT４０℃を仮定している。従って、熱移動装置１４０は回転冷却循環路３０から静止冷却循環路３２への熱伝達を両者間の冷却流体に交換を伴わずに確実にしている。液体１５６の種類によっては、液面検出計、液面検出計で制御される、伝熱部１４６の下部に至る充填管路（図示せず）及び充填管路が出る供給タンクが液体１５６の可能な蒸発を補償するため設けられる。

図３は、回転及び静止熱移動素子２４２及び２４４を備える第２の変形例の熱移動装置２４０を示す。図３において、水平凹部２４５が静止素子２４４に設けられている。回転熱移動素子２４２は、凹部２４５に相補的にで、この凹部内に延びる水平凸部２４３を有している。対向する素子２４２及び２４４、特に凸部２４３及び凹部は横幅が一定の蛇行伝熱部２４６を形成する。更なる対策を講じないと、図３の変形例では伝熱部２４６を液体結合流体で満たすことはできないが、熱結合流体としてたとえ空気でも第１の内部流路２５２から第２の内部流路２５４へと、夫々の伝熱面２４８及び２５０の全有効面積によっては、十分な熱伝達が確実に行えるようになる。実際、素子２４２及び２４４の相対回転中に、上記仮定下（回転速度：０．８m/s、ΔT：４０℃）で横幅１ｍｍの空気充填伝熱部に約２０００W/(m²)の熱伝達が得られる。比較すると、静止時には熱伝達約６００W/(m²)が得られるに過ぎない。だが重要な相は、殆どの時間に相対回転のある動作中である。図３による熱移動装置２４０は、例えば図２による構成では装入装置１０の分解が不可能である構造上の制約があるため、好ましいかも知れない。

図４は、回転及び静止熱移動素子３４２及び３４４を備える第３の変更例による熱移動装置３４０を示す。図４で分かるように、回転素子３４２は複数の縦凹部３４３及び凸部３４３’を有する。静止素子３４４も複数の凸部３４５及び凹部３４５’を有する。実際には、例えば、矩形断面の環状溝を適宜間隔で加工して各素子用の熱伝導性金属の大きなリングを形成することにより、この構成が得られる。凸部３４５及び３４３’と凹部３４３及び３４５’は共役形状を有し、互いに噛み合うように配置される。対向する素子３４２及び３４４間の中間伝熱部３４６の広範な蛇行が、これ等共役凸部３４５、３４３’及び凹部３４３、３４５’により得られる。従って、伝熱面３４８及び３５０の有効面積が、熱移動素子３４２、３４４の大きさをさほど増やさすに増大される。静止熱移動素子３４４は更に、噴流ガス用の複数の円周方向分布流路３５８を備える。

図５は第４の変形例の熱移動装置４４０を示す。前記変形例と同様に、回転４４２及び静止熱移動素子４４４は対面関係に配置され、相互貫入により密接に嵌合して、両者間に横幅の小さい蛇行伝熱部４４６を形成している。この熱移動装置４４０は前の変更例とは、本質的に３つの点で異なる。第１に、回転熱移動素子４４２は、伝熱部４４６の境界を定め、高さが互いに噛み合う凸部４４３’及び４４５と凹部４４３及び４４５’を超える環状側壁４６０を含む。従って、側壁４６０は互いに噛み合う凸部及び凹部を含む谷部を形成する。その結果、伝熱部４４６は殆ど完全に結合液４５６で満たすことができる。第２に、排出流路４６２が熱伝導性液体４５６を置換する回転熱移動素子４４２内に配置される。排出流路４６２は環状回転素子４４２内に円周方向に分布され、少なくとも１個の排出流路４６２が各凹部４４３に付随している。第３に、空気ブリード流路４６４が静止素子４４４に配置され、各凹部４４５’に接続されている。空気ブリード流路４６４は液体４５６が排出されたら、ガスまたは液体噴流により伝熱部４４６を洗浄するために用いることもできる。理解されるように、伝熱部４４６の広範な蛇行のため、伝熱面４４８、４５０の有効面積は平面対向の場合より著しく大きい。

図６〜１０を参照して、本発明による冷却系の構成、特に回転冷却循環路に付き、以下詳細に述べる。既述の特徴の反復記載は省略する。

図６〜９において、熱移動装置は参照番号４０で示されているが、変形例１４０、２４０、３４０及び４４０もそれである。更に、静止冷却循環路は図６〜１０を通して参照番号３２で示されている。熱移動素子４２、４４のため、静止冷却循環路３２は好適な実施態様では周囲に対して開いたどんな開口も無い。これにより、静止冷却循環路３２を溶鉱炉の閉回路軟水冷却系（図示せず）と一体化することができる。同様に、回転冷却循環路は閉再循環サイクルとして配置されている。従って、装入装置１２のため冷却系で用いられる冷却液の処理のため、高価な設備は最早必要では無くなる。回転冷却循環路に用いる冷却流体の種類は、以下明らかになる夫々の設計によることになる。

第１の構成の冷却系１１２を図６に極めて概略的に示す。回転冷却循環路１３０は閉ループ自然対流循環路として構成され、熱移動装置４０と連結されている。冷却系１１２は装入装置１０の殆どの露出部（例えば内壁部２４及び下側フランジ部２６）と熱接触するコイル冷却管１７０と膨張タンク１７２を含み、冷却流体を加圧してその蒸発点を高められるようにしている。冷却液、例えば脱塩軟水の循環は、露出回転部で冷却液を加熱し、且つ回転熱移動素子４２で冷却液を冷却することによって生ずる自然対流により行われる。図６から、動作中に、静止熱移動素子４４が静止冷却循環路３２に流れる冷却流体により冷却される一方、回転熱移動素子４２は回転冷却循環路１３０に循環される別の冷却流体により加熱されることが明らかである。素子４２、４４間で、結果として生ずる温度降下が熱移動装置４０における所望の熱伝達を惹起する。

図７は、回転冷却循環路２３０が閉回路強制対流回路として構成される点で前記の構成と異なる第２の構成の冷却系２１２を示す。他の部分は第１の構成と同様である冷却系２１２は、熱移動装置４０の下流に配置され、回転冷却循環路２３０に用いられる冷却液、例えば脱塩軟水の強制再循環が確実に行われるようにする循環ポンプ２７４を含む。循環ポンプ２７４に対する電力供給は、滑り接触集電環又は発電機―バッテリー装置（支持体１４上に設けられこの支持体により作動する）又は非接触誘導電流伝達子（図示せず）等の種々の装置によりなされる。或いはまた、循環ポンプ２７４は、LU84520に記載のような回転自在な支持体１４の回転により作動する機構により機械的に給電されるものでも良い。

図８は第３の構成の冷却系３１２を示す。此処に開示の他の構成と比較して、図８による回転冷却循環路３３０は、それ自体公知のヒートパイプ３７６複数個を備える。各ヒートパイプ３７６の熱（下）部は装入装置１０の露出回転部と熱接触して配置される一方、各ヒートパイプ３７６の冷（上）部は装入装置１０の回転熱移動素子４２と熱接触して配置される。従って、ヒートパイプ３７６は装入装置１０の内部構造に適合する曲った形状を有することができる。ヒートパイプ３７６のため、冷却系３１２の回転部は完全に受動的、即ち器械的部品は全く無く、冷却しようとする部分から回転熱移動素子４２に熱を運ぶのにエネルギーを要しない。だが、潜熱に伴うかなりのエネルギー量があるため、ヒートパイプ３７６は熱伝達において極めて効率的である。

図９は、適宜の冷媒、例えばハロゲン化炭化水素を用いる閉ループ蒸気圧縮冷凍サイクルとして回転冷却循環路４３０が構成される第４の構成の冷却系４１２を示す。冷却しようとする部分と熱接触して配置されたコイル冷却管４７０は、冷凍サイクルの蒸発器を表す。熱移動装置４０の上流にある圧縮機４７４により、凝縮器を表す回転素子４２内で凝縮したコイル冷却管４７０内で発生する蒸気圧が増大する。圧縮した冷却流体は、回転素子４２の下流にある膨張装置４７８により蒸発器圧力まで膨張する。第２の構成に関して述べた装置を、圧縮機４７４の電源として用いることができる。

図１０は、冷却のため吸着サイクルに基づく吸収装置として回転冷却循環路５３０を構成した第５の構成の冷却系５１２を示す。二部分閉サイクルとして配置される吸収装置５３０は、何れも修正熱移動装置５４０の回転素子５４２内に配置される固体吸着剤を有する吸収器と液体/ガス吸着質のための凝縮器から成る。吸着質のための蒸発器は、冷却しようとする部分と熱接触して配置されるコイル冷却管５７０により形成される。付加的コイル加熱管５８０により形成される加熱系が、溶鉱炉内部に面するように回転自在下側フランジ部２６上に配置される。管５７０及び５８０の両回路は熱移動装置５４０に連結される。既知のように、吸収装置５３０は１サイクル中に４つの異なる期間を経ることにより間欠的冷却を行える。図１０に概略的に示すように、コイル冷却管５７０は炉の外側で下側フランジ部２６及び/又は内壁部２４上に、コイル加熱管５８０はその反対側、即ち炉の内側に設けられる。

従って、この第５構成における電熱装置５４０は、コイル冷却管５７０により取り上げられた熱を運び去ること、吸収装置５３０の吸収器及び凝縮器として作用することの３重の機能を有する。間欠サイクル、即ち吸収装置５３０の異なる期間を経ること（加熱及び加圧−＞脱着及び凝縮−＞冷却及び減圧−＞冷却及び吸着）は第１及び第２のポンプ５７４及び５７４’と適宜配置されるバルブ（図示せず）により制御される。後者の部品に対する機械的/電気エネルギーは、第２の構成に関して言及した上記装置の何れかのより提供される。図面で図示してはいないが、当業者は、凝縮器及び蒸発器の準連続動作、従って準連続冷却のための熱再生の場合の吸着サイクルに基づいて異なる構成を予測し得ることに気付くであろう。だが、そのような構成は追加の部品、中でも第１の吸収装置と比べて位相をずらして動作されるべき第２の吸収装置を要しない。

図１１は溶鉱炉の上部に設置される装入装置１０における、本発明によるもう一つの実施態様による冷却系６１２を示す。図１と比較して、他の構成部分は同様であるので、本実施態様に付き異なる点をのみ以下詳細に述べる。

図１１で分かるように、冷却系６１２は回転熱移動素子６４２と静止熱移動素子６４４を有する熱移動装置６４０を含む。図１１による構成では、熱移動装置６４０は回転装入装置１０のケーシングの下部に、より正確には回転自在な支持体１４の下側フランジ部２６の下部外周に設けられる。従って、回転冷却循環路６３０はこの下部において回転熱移動素子６４２に連結される。理解されるように、回転冷却循環路６３０の実際の構成は図６〜１０に関して上記した構成の何れか、又はそれ等の組み合わせで良い。静止冷却循環路６３２は、これを静止ハウジング１８の下部にある静止熱移動素子６４４に連結される。上記のように、静止熱移動素子６４４は静止冷却循環路６３２を流れる冷却流体により冷却される一方、熱は、冷却を要する装入装置１０の構成部品から回転熱移動素子６４２に、回転冷却循環路６３０に循環される冷却流体により伝達される。熱移動装置６４０のため、後者の冷却流体は静止冷却循環路６３２の冷却流体から分離されており、これと混合することはない。理解されるように、図１１による実施態様では、概して環状の熱移動装置６４０の径を増大することにより、素子６４２及び６４４の対向面の全面積を、従って図１の実施態様と比較して熱伝達を増大させることができる。

図１２は図１１の熱移動装置６４０をより詳細に示す。図１２で分かるように、回転及び静止熱移動素子６４２及び６４４は凸部６４３，６４５を有し、これ等は互いに噛み合い、両者間に縦断面の蛇行する狭い伝熱部６４６を形成している。動作中に、回転素子６４２から静止素子６４４まで、特に凸部６４３から凸部６４５までの熱伝達が伝熱部６４６で得られるようにしている。理解されるように、この熱伝達は伝熱部６４６の媒体内の対流及び/又は輻射により行われる。各熱移動素子６４２、６４４は、軸Aに関して回転対称に配置された大きい環状リング形状の基部６５１を含む。凸部６４３及び６４５はそれ等の基部６５１、６５３から交差するように、図１２の場合には他の対向熱移動素子に向かって縦方向に突出する。回転熱移動素子６４２の基部６５１内の内部流路６５２は、図１２に示すように連結導管６５５を介して回転冷却循環路６３０に連結されている。同様に、連結導管６５７が静止熱移動素子６４４の基部６５３内の内部流路６５４を静止冷却循環路６３１に連結している。

図１２において、熱移動素子６４２及び６４４は、素子６４２及び６４４間、及びそれ等の凸部６４３及び６４５間の伝熱部６４６で連結流体としての熱伝導性液体を含む作用をする環状トラフ６９０の内部に配置されている。熱移動装置６４０をトラフ６９０の内部に設置することにより、両素子６４２及び６４４が熱伝導性液体内に浸漬され、両者間の熱伝達を増大することができる。図１２から分かるように、トラフ６９０は回転熱移動素子６４２と共に回転が固定され、また後者を下側フランジ部２６に支持している。更に図１２から分かるように、各熱移動素子６４２及び６４４には、傾斜上面を有する屋根形状のフードとして設計された夫々のカバー６９２、６９４が設けられている。これ等カバー６９２及び６９４は近接して配置され、両者間に相対回転を許容する小間隙を残している。カバー６９２及び６９４を設けることにより、飛塵に曝される伝熱部６４６内の熱伝導性液面を低減することができる。静止カバー６９４の一部は回転カバー６９２と重なるように配置され、塵埃（例えば炉塵）の伝熱部６４６への侵入を低減する。同じ趣旨で、トラフ６９０の外側壁は上方に静止熱移動素子６４４及びそのカバー６９４に沿ってこれに近接して延びている。図１２に図示してはいないが、炉内部に対して曝されるトラフ６９０の下側には、好ましくは適宜の断熱材が設けられ、トラフ６９０の壁を通して熱移動装置６４０に伝達される熱量を低減している。

図１３は熱移動素子６４２及び６４４の環状構造を示す。即ち、基部６５１及び６５３とそれ等の凸部６４３及び６４５が図１３に部分的に示されている。各凸部６４３、６４５は比較的平坦な環状バンドの形状を有している。凸部は回転基部６５１又は静止基部６５３に対して交互に、例えば溶接により固定されている。障害の無い相対回転が保障される必要があるので、凸部６４３、６４５、従って伝熱部６４６は回転軸Aに対して本質的に回転対称に配置されている。各凸部６４３，６４５の夫々の径は軸Aに向かって小さくなっている。尚、軽減の目的で、回転熱移動素子６４２の最も内側の凸部は図１３及び１４の部分図では示されていない。

図１４は解体状態の熱移動素子６４２及び６４４を示す。図１４から明らかなように、各環状バンド形状突起６４３，６４５には夫々、複数の円周方向に分布された横通り穴６９６が設けられている。理解されるように、通り穴６９６は回転支持体１４の回転中に、伝熱部「６４６の冷却流体、例えばトラフ６９０が含む結合流体中に乱流を形成することができる。素子６４２及び６４４間に乱流があると、熱移動装置６４０により得られる熱伝達が増大することが理解されるであろう。図面には示されていないが、突起６４３、６４５は必ずしも帯形形状である必要は無い。実際は、乱流を得るため、全伝熱面が十分であり、回転が損なわれる回転又は静止冷却循環路３０又は３２に対する熱連結が得られる限り他の種のものでも良い。例えば、片側に非貫通凹部のある帯状突起、又は回転又は静止素子の基部から突出することにより突起を形成する別個のピンやバーが周囲に分布したもの等も考えられる。

図１５は図１２の熱移動装置６４０縦断面を別の断面で示したものである。図１２から分かるように、静止ハウジング１８上に設けられた供給導管７００が静止熱移動素子６４４の突起の１つを分断している。供給導管７００はその下端に、回転熱移動素子６４２に近接してトラフ６９０の下部に配置された供給ノズル７０２を有している。供給導管７００は、バルブ７０４を介して熱伝導性液体源に連結されている。上記のように、バルブ７０４を制御する適宜の液位計を用いて、供給導管７００は熱伝導性液を伝熱部６４６に確実に自動充填する。それにより、蒸発による液損失が補償され、十分は液位が自動的に保証される。

図１６は図１２の熱移動装置６４０縦断面をもう一つ別の断面で示したものである。図１６は、排液ノズル７０６が図１５のように設置された排液導管７０８に連結されているものを示す。炉口圧力が伝熱部６４６の液体を大気圧以上に加圧するため、排液導管７０８上の対応する（通常閉鎖）バルブを単に開くことにより液体を容易に取り除くことができる。排液は、液体が塵粒で過度に汚染されているとき、又は過度の付着物の除去のため熱移動素子６４２、６４４の洗浄を要するとき、必要となろう。

図１７は図１２の熱移動装置６４０縦断面を更にもう一つ別の断面で示したものである。図１７で分かるように、図１５に示すようにバルブの設けられた対応する浄化路７１２に浄化ノズル７１０が配置される。浄化ノズル７１０は、水平方向のスプレーを介して高圧フラッシングを提供するように構成される。回転熱移動素子６４２はトラフ６９０の底部に配置されているので、塵粒や他のシルティングに最も露呈される。図１２の構成は回転時の回転熱移動素子６４２全体を１つ又は数個の浄化ノズル７１０により容易に浄化できるので、熱移動装置６４０の浄化を容易にする。浄化の目的で行う熱移動装置６４０の分解は従って、通常必要ない。浄化中に、伝熱部６４６に集まる浄化液は熱伝導性液と同様、炉口圧力の利点を生かした更なる処置の必要無しに、図１６の排液導管７０８を通して排出することができる。

図面では明示されていないが、上記冷却系１２、１１２、２１２、３１２、４１２、５１２又は６１２の何れも、要すれば、回転シュート１６を冷却する手段を含むことが理解されるであろう。実際、装入装置１０の構成部品の中で、回転シュート１６は炉の内部雰囲気に最も露呈される。従って、冷却系には、ＵＳ５２５２０６３に開示のものと同様なシュート冷却のための変更装置が要すれば含まれる。この実施態様では、回転分配シュート１６は、回転冷却循環路３０、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０又は６３０に流体連結されているその体部の下面を冷却するための循環路部分（図示せず）を含んでいる。この連結はＵＳ５２５２０６３から知られているように、シュート１６が回転自在な支持部１４に枢軸回転自在に取り付けられる懸架軸及び適宜の回転コネクタを介して得られる。だが、ＵＳ５２５２０６３とは対照的に、本発明によれば、シュート冷却のための循環路部分は回転冷却循環路３０、１３０、２３０、３３０、４３０、５３０又は６３０の閉サイクル構成の一体、不可欠の部分となっている。

更なる変形例として、回転冷却循環路に用いられる冷却流体が液体の場合、この液体は結合流体１５６、４５６を熱移動装置１４０、４４０の伝熱部１４６、４４６に供給するのに用いることができる。これは、伝熱部１４６、４４６への液供給を制御する液位検出バルブ及び適宜の供給バルブを用いて行うことができる。この場合、供給タンクを装入装置１０の静止部に取り付けて熱伝導性液を供給し、結合液１５６、４５６の蒸発損失分を補償するようにすると良い。

尚、上記の変形例及び構成において、回転及び静止熱移動素子４２、４４；１４２、１４４；２４２、２４４；３４２，３４４；４４２、４４４；５４２，５４４又は６４２、６４４は銀、銅またはアルミニウム又はこれ等の金属の１つ又は複数を含む適宜の合金で構成される。理解されるように、耐食性熱伝導被膜を熱移動素子に塗布して、それ等の耐用寿命を長くするようにすると良い。

最後に、上記冷却系により得られる利点の幾つかを要約しておく。回転冷却循環路が閉サイクル配置となっているため、水処理設備の有る独立循環路の必要は無くなる。静止冷却循環路を、通常既に炉に設けられている閉ループ冷却循環路と一体化することができる。この冷却系には、重要な摩耗部が何も無い。保守点検の頻度及び費用は少ない。回転冷却循環路における圧力降下または流動抵抗は、流体が専ら重力により運ばれるので、あまり重要ではない。従って、手動曲げ加工に適した小径銅パイプのような、より廉価で設置容易な導管を用いることができる。回転冷却循環路の最高動作温度を従来のものより高めることができる。実際、第１に、より高価な冷却液を閉サイクルで用いることができ、それにより回転冷却循環路における有害な付着物を回避でき、第２に、回転循環路が閉サイクル構成としたため、この内部の冷却液をその蒸発点にまで高めることができる。

本発明による冷却系付き高炉用回転挿入装置の部分縦断面図である。 図１の冷却系に用いられる回転熱移動素子及び静止熱移動素子から成る熱移動装置を示す縦断面図である。 別の熱移動装置を示す縦断面図である。 もう一つ別の熱移動装置を示す縦断面図である。 更に別の熱移動装置を示す縦断面図である。 図１による冷却系に用いられる回転冷却回路の第一の構成を示す概略図である。 回転冷却回路の第２の構成を示す概略図である。 回転冷却回路の第３の構成を示す概略図である。 回転冷却回路の第４の構成を示す概略図である。 回転冷却回路の第５の構成を示す概略図である。 本発明による、別の冷却系付き高炉用装入装置を示す部分縦断面図である。 図１１の冷却系における熱移動装置を示す拡大縦断面図である。 図１２の熱移動装置の部分等角投影図である。 図１３の分解等角投影図である。 図１１の冷却系における熱移動装置の異なる縦断面図であって、供給ノズルを示す。 図１５の部分図であって、排液ノズルを示す。 図１５の部分図であって、洗浄ノズルを示す。

Claims (20)

1. 冷却系を備えた高炉用回転式装入装置であって、該回転式装入装置は回転分配手段のための回転自在な支持体と該回転自在な支持体のための静止ハウジングとを含み、上記冷却系が上記回転自在な支持体と回転自在な支持体に固定された回転冷却循環路と上記静止ハウジング上の静止冷却循環路とを含むものにおいて、
   上記回転冷却循環路が閉循環路として構成されていること、
   上記静止冷却循環路を流れる冷却流体により冷却されるように構成された静止熱移動素子と、上記回転冷却循環路に循環される別の冷却流体により加熱されるように構成された回転熱移動素子とを含む熱移動装置が設けられ、上記両熱移動素子は対面関係に配置され、それらの間に伝熱部を有して、上記別個の冷却流体同士を混合せずに、上記伝熱部を通る対流及び又は輻射により熱伝達を行うようにしたことを特徴とする回転式装入装置。
2. 前記回転冷却循環路が閉ループ自然対流循環路として構成される請求項１に記載の装入装置。
3. 前記回転冷却循環路がヒートパイプを少なくとも１つ含む請求項１に記載の装入装置。
4. 前記回転冷却循環路が閉ループ強制対流循環路として構成される請求項１に記載の装入装置。
5. 前記回転冷却循環路が閉ループ蒸気圧縮冷凍サイクルとして構成される請求項１に記載の装入装置。
6. 前記回転冷却循環路が吸着冷却装置として構成される請求項１に記載の装入装置。
7. 前記回転冷却循環路が、前記回転自在支持体の回転により起動される機構により機械的に駆動されるポンプまたはコンプレッサ少なくとも１つを含む請求項４〜６の何れか１つに記載の装入装置。
8. 前記回転冷却循環路が、前記回転自在支持体の回転により起動される発生器により供給されるバッテリーか、滑り接触面又は非接触誘導電流伝達により電気的に駆動されるポンプまたはコンプレッサ少なくとも１つを含む請求項４〜６の何れか１つに記載の装入装置。
9. 前記静止冷却循環路が、前記静止熱移動素子に伝達される熱を運び去る前記高炉の閉ループ冷却循環路の一部である請求項１〜８の何れか１つに記載の装入装置。
10. 前記回転または静止熱移動素子に凹部が少なくとも１つ設けられ、前記静止又は回転熱移動素子に対応する突起が少なくとも１つ設けられて、これら凹部及び突起が蛇行縦断面を前記伝熱部に与えるように互いに嵌合するようにした請求項１〜９の何れか１つに記載の装入装置。
11. 前記回転熱移動素子と前記静止熱移動素子の各々が環状の基部と、該基部から横方向に突出する突起少なくとも１つとを有し、該突起複数同士が対面関係に配置され、互いに嵌合して蛇行縦断面を前記伝熱部に与えるようにした請求項１〜９の何れか１つに記載の装入装置。
12. 前記伝熱部の少なくとも一部が熱伝導性液体で充填されて成る請求項１０又は１１に記載の装入装置。
13. 前記回転熱移動素子及び又は前記静止熱移動素子の突起少なくとも１つが前記熱伝導性液体に乱流を生じさせる手段を含んで成る請求項１２に記載の装入装置。
14. 前記伝熱部の横幅が０．５〜３ｍｍの範囲にある請求項１〜１２の何れか１つに記載の装入装置。
15. 前記回転冷却循環路が、前記回転自在の支持体により支持される回転分配シュートを冷却するための一部の循環路を含んで成る請求項１〜１４の何れか１つに記載の装入装置。
16. 前記静止熱移動素子及び前記回転熱移動素子は、前記回転自在な支持体の回転軸の周りに全周に亘って延びている環状リングとして配置されている請求項１〜１５の何れか１つに記載の装入装置。
17. 前記回転熱移動素子は、熱移動表面と対向する平面を有する請求項１６記載の装入装置。
18. 前記熱移動素子は、熱移動領域を形成するギャップによって分離されている請求項１７記載の装入装置。
19. 前記ギャップは少なくとも部分的に熱伝導性グリースが充填されている請求項１８記載の装入装置。
20. 請求項１〜１９の何れか１つに記載の冷却系を備えた装入装置を含む溶鉱炉。

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