JP5829525B2 - バスルパイプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、広義にはバスルパイプ装置、より具体的にはシャフト炉への加圧高温ガスの送り込み装置に関する。

シャフト炉、特に高炉においては、シャフト炉中における鉱石の還元を促進させるため、加圧高温ガス、典型例としては加圧高温空気が炉中へ吹き込まれる。

従来技術においては、シャフト炉の外側ケーシングの周りの羽口域内にバスルパイプが一定の間隔を空けて配置される。ガスは、バスルパイプから羽口ストック列中へ送り込まれ、そこからシャフト炉中へ吹き込まれる。羽口ストックには通常、バスルパイプとシャフトとの相的動きを補正するための補正装置が装備される。このような従来型のバスルパイプ配置方式については、例えばWO 86/05520により公知である。

シャフト炉中へのガスの注入に関しては、上側炉床レベルだけでなく、「下側炉床」とも呼ばれる溶融ゾーン上方の領域においても行うよう提案されてきた。下側炉床において注入を行う場合には、下側シャフトにある注入箇所のそれぞれへガスを送り込むためのバスルパイプをさらに配置することが必要である。

そこで、上述した従来型のバスルパイプを配置することが検討された。この解決方法は、公知であり、また試験により確認された方法である点で明らかに有利な解決方法ではあるが、他方において欠点も多い。このような配置を行うとかなりの重量がかかるため、下側シャフトのレベルでの配置は困難である。また、従来型バスルパイプ配置の繁雑なデザインゆえに注入点の個数も制限される。

下側シャフトレベルでの注入のためのバスルパイプ配置とは別の方式として、US 6,146,442に示されているような、炉壁中に造られた周辺分配チャネルから成る所謂「Midrex」型ガス注入がある。この方式によれば、注入点の個数を増やすことが可能である。しかしながら、この解決方法を既存のシャフト炉へ適合させるのは困難であり、また特に炉室から分配チャネルを分離している壁の耐火材の摩損に関するリスクが多少高まる問題がある。さらに無視できない懸念として、炉の静的安定性がある。実際、炉構造は、Midrex型構造とすることにより強度が低下してきている。

本発明は、上記欠陥が回避される、シャフト炉のバスルパイプ装置を提供することを目的とする。本目的は請求項１に記載の装置によって達成される。

本発明では、シャフト炉のバスルパイプ装置、特にはシャフト炉中への加圧高温ガスの送り込み装置が提案されており、本バスルパイプ配置はシャフト炉の外側ケーシングに沿って該ケーシングから一定間隔を空けて周辺に配置されたバスルパイプから成っている。本発明に係る配置には、さらに第一レベルにおいてバスルパイプをシャフト炉へ接続する複数の第一アームと、前記第一レベルとは異なる第二レベルにおいてシャフト炉の外側ケーシングへバスルパイプを接続する複数の第二アームが含まれる。第一及び第二吹き込みチャネルはそれぞれ、シャフト炉内部へバスルパイプを流動可能に接続するため、第一アーム及び第二アーム中を通して端から端まで配置される。

第一アーム及び第二アームのそれぞれを通して端から端まで第一吹き込みチャネル及び第二吹き込みチャネルをそれぞれ配置することにより、二つの別々のレベルにおいてシャフト炉中へのガス、高温空気、あるいは還元ガスを注入することが可能となる。バスルパイプ配置をさらに小型に設計することによっても注入箇所を従来型バスルパイプ配置と比べて大幅に増やすことが可能である。注入箇所を大幅に増やすことにより、シャフト炉中へのガスの注入をより均質化させることが可能である。本発明に係るバスルパイプ装置のさらに重要な特長は、本発明に係る装置を、シャフト炉を最小限変更するだけで、既存のシャフト炉へ容易に一体化できることである。

本発明の第一の実施態様に従い、第一及び第二アームはバスルパイプを支えるように形成される。支持アームとして形成されたこれら第一及び第二アームが多数あるため、バスルパイプは自己支持型に配置される。事実、バスルパイプ配置はシャフト炉の壁上に直接支えられるため、バスルパイプ装置を支持するための枠構造は不要である。また、バスルパイプはシャフト炉壁に直接接続されるため、補正装置も不要である。かかる構成により、バスルパイプとシャフト炉間における漏出リスクが低減される。

本発明の第二の実施態様では、バスルパイプは枠からつりさげられる。既設された枠を用いて、該枠からバスルパイプを吊り下げることも可能である。尚、バスルパイプを吊り下げることにより、上述した支持アームと組み合わせて用いることも可能となる。

有利な態様として、バスルパイプの内壁上に耐火性ライニングを設け、及び該バスルパイプの耐火性ライニング中に第一及び又は第二吹き込みチャネルを延ばすことにより、バスルパイプガスチャネルからアームを通ってシャフト炉中へガスを流し込むことが可能とされる。

好ましい態様として、バスルパイプには、前記第一及び又は第二吹き込みチャネルに対向する壁部分中に、アクセスポートが第一及び又は第二吹き込みチャネルのそれぞれに対して直線状に配列される。かかるアクセスポートの付設により、吹き込みチャネルの手入れ、清掃、閉栓、及び高温ガスインパルス調整が可能となる。長期に亘る作動後には吹き込みチャネルの清掃が必要となるが、このアクセスポートを介して清掃することが可能とされる。

アクセスポートにより、個々の吹き込みチャネルを閉栓し、バスルパイプ配置を通したガス注入をさらに実施容易にすることが可能である。事実、少なくとも各吹き込みチャネルの部分的閉栓にアクセスポートを連係させることが可能である。このようなプランジャーを用いることにより、一定数の吹き込みチャネルの閉栓を可能とし、それによって残りの吹き込みチャネルを通過する流速を高めることが可能である。例えば、１つのレベルからシャフト炉中へガスを注入することが望まれる場合には、他のレベルにあるすべての吹き込みチャネルが閉栓される。また、各吹き込みチャネルを通るガス流を調節できるようにプランジャー先端を円錐形にすることも可能である。

アクセスポートにより、吹き込みチャネル中、好ましくはシャフト炉に対向する吹き込みチャネルの端部中に取外し可能に設置された注入ノズルへのアクセスも可能とされる。これにより、摩損した注入ノズルの交換、特定の内径をもつ注入ノズルの他内径をもつ注入ノズルとの交換が可能となる。二者択一可能ノズルとして、インサートをアクセスポートを通して注入ノズル中へ挿入することも可能である。このようなノズルインサートによって注入ノズルの内径を変えることも可能となる。注入ノズルの内径を変えることができれば、特定の操作条件に適合するように吹き込みチャネルを通して高温ガスを流し込み、それによってシャフト炉の操作融通性を高めることも可能となる。

注入ノズル、ノズルインサート、及び又はプランジャーは、好ましくはセラミック材料、より好ましくは酸化物セラミック材料、あるいはシリコン含浸炭化ケイ素材料から作製される。このような材料は、ダストを含む高温ガスによって生ずる摩損に耐えるために選定されるものである。また、本願発明者らは、これら材料を用いれば、注入ノズル、ノズルインサート及び又はプランジャーの冷却が必要なくなることを見出した。

上述した注入ノズル、ノズルインサート及び又はプランジャーの使用は、前記バスルパイプ装置との関連における使用に限定されないことに注意すべきである。

有利な態様においては、第二アームは、縦方向突出部上において、２つの隣接する第一アーム間の中間に配置されるように配置され、これにより注入されたガスがより均質に分配されることによりガス注入の最適化が果たされる。

前記第一及び第二アームには、耐火性材料を用いて内側にライニングが施され、かつ該アーム中を通る第一及び第二吹き込みチャネルを備えた配管によって形成可能である。配管の１個１個は真っ直ぐなパイプ片であることが有利である。パイプ片が真っ直ぐであれば、バスルパイプとシャフト炉内部間を直接、すなわち曲がり、接合部、接続部分なしに、接続することができる。これにより、配管パイプ片を交差する際に生ずる圧力ロスを減ずることが可能となる。

本発明の一実施態様では、第一アームをほぼ水平に配置し、及び第二アームを例えば水平面に対して１０〜６０°の角度に傾斜させて配置することが可能である。

本発明の好ましい実施態様においては、第二アームは、第二吹き込みチャネルに付随するアクセスポートが第一吹き込みチャネルに付随するアクセスポートとほぼ同レベルとなるように選定される角度で配置される。第二アームは、例えば水平面及び第二アームとそれに付随するアクセスポート間を結ぶ仮想線に対して約４５°の角度で配置可能である。すべてのアクセスポート、すなわち第一及び第二吹き込みチャネルの双方に付随するアクセスポートを同レベルに配置することにより、吹き込みチャネルをより容易に及びより迅速に手入れすることが可能となる。実際、単一のプラットホームを用いて手入れのための注入点レベルの双方へアクセスすることが可能である。さらに、角度を増すことにより、バスルパイプ配置の支持がさらに向上されることにも注意すべきである。

本発明の別の好ましい実施態様では、第一及び第二支持アームの双方が水平面に対して約０〜４０°、好ましくは０〜３０°の角度に傾斜されて配置される。

本発明に係るバスルパイプの断面はほぼ円形あるいは卵形に形成される。他の形状の断面に形状化されることを排除するものではないことに注意すべきである。

断面形状がほぼ卵形である場合、バスルパイプは、好ましくは、保全作業員等によってバスルパイプ内部の検査ができるように十分余裕のある高さとなるように寸法化される。

バスルパイプをシャフト炉の外側ケーシングへ接続するために多数の補助アームのうちの少なくとも１個が用いられ、バスルパイプをシャフト炉内部へ流動接続させるために補助アーム中に補助吹き込みチャネルが配置される。この補助アームを用いて少なくとも１個の補助レベルに注入点を設けることが可能である。

本発明に従ったバスルパイプ装置の略断面図である。 本発明に従ったバスルパイプ装置の注入点の略図である。 本発明の別の実施態様に従ったバスルパイプ装置の略断面図である。

発明を実施するための手段

以下において、下記実施例を用い、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施態様について詳細に説明する。
本発明について、シャフト炉の外側ケーシングの周囲に配置されるバスルパイプ配置について示す図１を用いて説明する。

バスルパイプ配置１０は、図１に示すように、シャフト炉の周囲に配置されるバスルパイプ１２から構成される。シャフト炉の外側ケーシングの一部は１４で示されている。バスルパイプ１２は、外側ケーシング１４から一定間隔を空けて配置され、内部にガスチャネル２０が形成にされる耐火性材料１８で内側がライニングされた断面がほぼ円形なパイプ１６によって形成される。

バスルパイプ１２は、シャフト炉の外側ケーシング１４に沿った適正場所において、本発明の第一の実施態様に従ってバスルパイプ１２を支持するように形状化された支持アームによって形成される複数の第一アーム２２及び第二アーム２４を用いて支持される。従って、第一アーム２２及び第二アーム２４は、シャフト炉の周囲のすべてに亘って２つの別個のレベルに配置されてバスルパイプ１２を支持する。前記アーム２２、２４は好ましくは溶接によってバスルパイプ１２及び炉壁１４へ取り付けられる。

図示されていないが、バスルパイプ１２は、第一アーム２２及び第二アーム２４を用いてシャフト炉の外側ケーシング１４上に支持される代わりに、枠（図示せず）から吊り下げることが可能なことに注意すべきである。この第二の実施態様によれば、これらアーム２２、２４の強度を減ずることが可能であり、また既設の枠を利用することも可能である。これら実施態様の双方を組み合わせることも当然可能である。

バスルパイプ１２のガスチャネル２０を第一注入点２８を経てシャフト炉内部まで流動接続するため、第一吹き込みチャネル２６が第一アーム２２の端から端まで配置される。同様に、バスルパイプ１２のガスチャネル２０を第二注入点３２を経てシャフト炉内部まで流動接続させるため、第二吹き込みチャネル３０が第二アーム２４の端から端まで配置される。ゆえに、本発明に係るバスルパイプ配置１０によれば、２つのレベルにおいてシャフト炉中へガス注入を行うことが可能である。これにより、注入点を増やすことが可能となり、かつ注入されるガスの分配をさらに均質化させることが可能となる。注入点の数は明らかにシャフト炉の直径、注入点の直径、及び隣接する注入点間の間隔に依存する。例えば炉床の直径が約７ｍであるシャフト炉の場合、注入点の数を１００程度まで増やすことが可能である。

第一アーム２２及び第二アーム２４のそれぞれは、耐火性材料１８で内側をライニングされるパイプ片３４と、該パイプ片の端から端に亘って形成される第一及び第二吹き込みチャネル２６、３０から構成される。図１に示した実施態様においては、第一アーム２２はほぼ水平に配置され、他方第二アーム２４は水平面に対して１０〜１５°の角度αとなるように配置される。添付図面には示していないが、好ましくは約４５°の角度αとなるように配置される。

バスルパイプ配置には、各第一吹き込みチャネル３０と連関する第一アクセスポート３６と、各第二吹き込みチャネル３０と連関する第二アクセスポート３８がさらに含まれる。第一及び第二アクセスポート３６、３８は、第一及び第二吹き込みチャネル２６、３０に直線状に配列される。これらのアクセスポートにより、各吹き込みチャネル２６、３０の手入れ、洗浄、閉栓、及び熱ガスインパルス調節が可能となる。各吹き込みチャネル２６、３０の閉栓により、本発明に係るバスルパイプ配置１０の全体に亘るガス注入操作の柔軟性が大幅に高められる。シャフト炉に対向する吹き込みチャネル２６、３０の端部には注入ノズル（図示せず）が装備可能である。これら注入ノズルはアクセスポート３６、３８を通して容易に置き換え、あるいは交換することが可能である。注入ノズルは、例えば異なる外径をもつ注入ノズルと置き換えられるため、本発明に係るバスルパイプ配置１０の柔軟性をさらに高めることが可能である。

図２に示すように、第一アーム２２及び第二アーム２４は、第二注入点３２が隣接し合う第一注入点２８同士間の中間に位置するように配置されることにさらに注意すべきである。このように注入点２８、３２を千鳥配列に配置することにより、シャフト炉中へ注入されるガスのより均質な分配が確保される。

図３は本発明に係る吹き込み配置のさらに別の実施態様を示す図である。図１に示す実施態様と同様に、バスルパイプ配置１０は、シャフト炉の周囲に取り付けられるバスルパイプ１２から構成される。バスルパイプ１２は断面がほぼ卵形であるパイプ１６’によって形成される。バスルパイプ１２は、バスルパイプ１２の内部を人が検査ができるように高さに十分なクリアランスが取れるように寸法化される。第一支持アーム２２は、水平面に対して０〜４０°の角度βを成すように配置可能である。同様に、支持アーム２４は、水平面に対して０〜４０°の角度γを成すように配置可能である。図３においては、双方の支持アーム２２、２４がおよそβ＝γ＝１０〜１５の角度を成して配置されている。しかしながら、βとγが必ずしも等しい角度である必要はないことに注意すべきである。

図３にも、第一吹き込みチャネル２６中に配置された注入ノズル４０が示されている。このような注入ノズルは、吹き込みチャネル２６、３０のそれぞれと連関されたアクセスポート３６、３８を介して取り外し、あるいは置き換え可能である。

図３にはさらに第一吹き込みチャネル２６と連関するプランジャー４２が示されている。かかるプランジャー４２を用いて第一吹き込みチャネル２６を塞ぎ、あるいはプランジャー中を通る高温ガス流を調節することが可能である。

接続を強化するため、図３に示すように、パイプ１６と外側ケーシング１４の間に補強フィン４４をさらに取り付けることも可能である。このような補強フィン４４は、配管３４のパイプ片、パイプ１６及び外側ケーシング１４へ溶接された厚い金属板で作製可能である。補強フィン４４は縦方向に、配管３４のパイプ片から離れるように放射状に延びている。

１０：バスルパイプ配置
１２：バスルパイプ
１４：シャフト炉の外側ケーシング
１６，１６‘：パイプ
１８：耐火性材料
２０：ガスチャネル
２２：第一アーム
２４：第二アーム
２６：第一吹き込みチャネル
２８：第一注入点
３０：第二吹き込みチャネル
３２：第二注入点
３４：配管パイプ片
３６：第一アクセスポート
３８：第二アクセスポート
４０：注入ノズル
４２：プランジャー
４４：補強フィン

Claims (13)

1. シャフト炉中へ加圧高温ガスを送り込むための、シャフト炉のバスルパイプ装置であって、
   前記バスルパイプ装置は、
   前記シャフト炉の外側ケーシングに沿って該外側ケーシングから一定間隔を空けて周辺に配置されるバスルパイプと、
   第一レベルにおいて、前記バスルパイプを前記シャフト炉の前記外側ケーシングへ接続する複数の枝管を持たない直線状の第一支持アームパイプであって、前記バスルパイプを前記シャフト炉内部へ流動接続するためにこの第一支持アームパイプ中に別体の直線状の第一吹き込みチャネルパイプが配置される第一支持アームパイプと、
   前記第一レベルと異なる第二レベルにおいて、前記バスルパイプを前記シャフト炉の前記外側ケーシングへ接続する複数の枝管を持たない直線状の第二支持アームパイプであって、前記バスルパイプを前記シャフト炉内部へ流動接続するためにこの第二支持アームパイプ中に別体の直線状の第二吹き込みチャネルパイプが配置される第二支持アームパイプから構成され、
   前記バスルパイプは前記第一及び又は第二吹き込みチャネルパイプとは反対側に第一及び又は第二吹き込みチャネルパイプと一直線をなすアクセスポートを有することを特徴とする前記バスルパイプ装置。
2. 前記第一及び第二支持アームパイプが前記バスルパイプを支持するように形成されることを特徴とする請求項１記載のバスルパイプ装置。
3. 前記バスルパイプの内壁上に耐火性ライニングが施され、前記第一及び又は第二吹き込みチャネルパイプが前記バスルパイプの前記耐火性ライニング中を延びるように設けられることを特徴とする請求項１又は２記載のバスルパイプ装置。
4. 各吹き込みチャネルパイプを少なくとも部分的に閉栓するために、プランジャーがアクセスポートと連係されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
5. 各吹き込みチャネルパイプを通過するガス流の調節を可能とするため、前記プランジャーに円錐形の突出部が設けられ、前記プランジャーが酸化物セラミック材料、あるいはシリコン浸潤炭化ケイ素材料から成ることを特徴とする請求項４記載のバスルパイプ装置。
6. 第一又は第二吹き込みチャネルパイプ中に注入ノズル及び又は注入ノズルインサートが取り外し可能に取り付けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
7. 上方から見て、前記第二支持アームパイプが２つの隣接し合う第一支持アームパイプ間の中間に位置するように配置されることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
8. 前記第一及び第二支持アームパイプが、耐火性材料で内側がライニングされ、かつ前記第一及び第二吹き込みチャネルパイプが前記第一及び第二支持アームパイプ中を端から端まで延びていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
   
9. 前記第一支持アームパイプがほぼ水平に位置し、前記第二支持アームパイプが水平面に対して１０〜６０°の角度で傾斜配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
10. 前記第二支持アームパイプが、前記第二吹き込みチャネルに連関するアクセスポートが、前記第一吹き込みチャネルに連関するアクセスポートとほぼ同レベルに位置するように選定される角度で配置されることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
11. 前記第一及び第二支持アームパイプの双方が、水平面に対して０〜４０°の角度で傾斜配置されることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
12. 前記バスルパイプを前記シャフト炉の前記外側ケーシングへ接続するために、複数の補助アームパイプのうちの少なくとも１個が設けられ、前記バスルパイプを前記シャフト炉内部へ流動接続するために、補助吹き込みチャネルパイプが前記補助アーム中を端から端まで通るように配置されることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
13. 前記バスルパイプの断面がほぼ円形あるいは卵形に形成されることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載のバスルパイプ装置。
    
    

Images