JP5867463B2 - 混銑車の炉口保護方法 - Google Patents

Description

本発明は、高炉から出湯される溶銑を受銑し、受銑した溶銑を次工程に搬送する、或いは受銑した溶銑に精錬処理を実施した後に次工程に搬送する混銑車の炉口保護方法に関する。

製鉄プロセスにおいては、高炉で製造されて高炉から出湯される溶銑は、一般的に、混銑車（「トピードカー」ともいう）で受銑され、次工程の製鋼工程へと搬送される。この搬送の途中で、混銑車内の溶銑に、フラックスなどを吹き込んで脱珪処理や脱燐処理または脱硫処理などの溶銑予備処理を行う場合もある。

脱珪処理や脱燐処理では、酸素ガスや酸化鉄などの酸素源を使用するが、従来、混銑車で行う脱珪処理や脱燐処理では、酸素源の供給流量が少なく、混銑車の炉口周りの熱負荷は余り高くなかった。従って、特許文献１に開示されるように、炉口の隅角部の耐火物内に、炉口内側が凹状に湾曲した円弧状矩形鋼板を埋設し、炉口鉄皮を２重に形成する程度の対策で、炉口の鉄皮形状及び炉口の耐火物形状を保護することが可能であった。

しかしながら、近年、混銑車で行う脱珪処理や脱燐処理においても、高酸素分圧下での操業が志向されるようになった。高酸素分圧下における操業では、炉口周りでのＣＯガスの燃焼が激しくなり、炉口周辺の熱負荷が上昇し、特許文献１に開示されるような対策のみでは、炉口周囲の鉄皮の変形や溶損が激しくなり、混銑車の寿命が短くなってコストアップとなっていた。

一方、熱負荷は余り高くないものの、混銑車の耐用性は熱負荷に影響されることから、混銑車の耐用性を向上させるべく熱負荷を軽減する方法が、従来から幾つか提案されている。

例えば、特許文献２には、混銑車などの溶融金属容器の炉口部に、内部を冷却媒体で冷却可能に形成した耐火性の炉口嵌装体を着脱可能または昇降移動可能に装着する炉口構造が提案されている。特許文献２によれば、炉口嵌装体は熱負荷によって損傷するが、炉口嵌装体が損傷した場合には炉口嵌装体を交換することで、炉口部の耐用性が向上するとしている。

また、特許文献３には、溶銑予備処理に伴う熱による混銑車外殻の変形を防止するために、溶銑の予備処理中に混銑車の鉄皮を強制冷却する方法が提案されている。

特開２００１−１１５１８号公報 実開平３−１８１５７号公報 特開平１０−２６５８１８号公報

前述したように、近年の高酸素分圧下での溶銑予備処理により、混銑車の炉口周囲の鉄皮の変形や溶損が激しくなり、混銑車の寿命が短くなってコストアップとなっている。

混銑車の炉口周囲の鉄皮の変形や溶損を防止するために、上記の特許文献２及び特許文献３に提案される方法を適用した場合には、以下の問題が発生する。

特許文献２では、炉口嵌装体の内部を冷却媒体で冷却しているが、この冷却媒体は炉口嵌装体に施工される耐火物を冷却するだけで、炉口金物は冷却媒体によって冷却されておらず、炉口金物の変形や溶損を防止することはできない。また、炉口付近の熱負荷として、溶銑から発生したＣＯガスが炉口と排ガスダクトとの隙間から進入した空気によって燃焼する際に発生する熱の影響が非常に大きく、炉口付近を炉口嵌装体で囲っただけでは、鉄皮の変形を抑制することはできない。また、混銑車炉口の開口面積は狭く、溶銑予備処理の際には、この炉口を介してインジェクションランスや上吹きランスを挿入しており、炉口に炉口嵌装体を装着することで、炉口の開口面積は更に狭くなり、インジェクションランスや上吹きランスの自由な挿入を阻害する虞がある。また更に、予備処理中に発生するスプラッシュによって炉口嵌装体と炉口とが溶着する可能性があり、その場合には、炉口嵌装体の交換時に却って炉口を損傷する虞がある。

特許文献３は、混銑車の鉄皮に冷却水を直接噴霧して鉄皮の変形を抑制しており、冷却水が溶銑に混入して水蒸気爆発を起こす虞がある。つまり、安全性に重大な問題がある。また、冷却が強すぎ、且つ、水の滴りも発生するので、熱歪みの制御が難しく、鉄皮が全体的に楕円に変形するなどの別の問題が発生する可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、混銑車内の溶銑に高酸素分圧下で脱珪処理や脱燐処理を施しても、混銑車の炉口周囲の鉄皮の変形や溶損を抑制することのできる、混銑車の炉口保護方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］常温の窒素ガスまたはＡｒガスを混銑車の炉口周囲の鉄皮と接する流路の内部に供給し、前記流路を通る窒素ガスまたはＡｒガスで炉口周囲の鉄皮を冷却することを特徴とする、混銑車の炉口保護方法。
［２］前記流路は、円形の半割れ状の金属管からなり、半割れ状金属管の両端部が前記鉄皮と溶接接合されて形成されているか、或いは、前記流路は、金属管からなり、金属管と前記鉄皮との間に高熱伝導物質が充填されているか、若しくは、金属管と前記鉄皮とが溶接接合されて形成されていることを特徴とする、上記［１］に記載の混銑車の炉口保護方法。
［３］前記流路を通過し、炉口周囲の鉄皮を冷却した後の窒素ガスまたはＡｒガスを、混銑車の炉口周囲で前記流路から噴出させてＣＯガスの二次燃焼を抑止することを特徴とする、上記［１］または上記［２］に記載の混銑車の炉口保護方法。
［４］前記流路から、混銑車の炉口中心に向けて４５°以上９０°以下の仰角で窒素ガスまたはＡｒガスを噴出させることを特徴とする、上記［３］に記載の混銑車の炉口保護方法。

本発明によれば、常温の窒素ガスまたはＡｒガスを混銑車の炉口周囲の鉄皮と接する流路の内部に供給して炉口周囲の鉄皮を強制的に冷却するので、混銑車に収容された溶銑に高酸素分圧下で脱珪処理や脱燐処理を施しても、混銑車炉口周囲の鉄皮の変形や溶損を抑制することが実現される。

本発明が適用されて炉口周囲の鉄皮が冷却されている混銑車の炉口部分を混銑車の上方から見た概略図である。 図１に示す混銑車の炉口部分を混銑車の側方から見た概略図である。 図１のＡ−Ａ’矢視による概略断面図である。 半割れ状金属管の上側にプロテクターを配置した概略図である。 流路を金属管とした例を示す概略図である。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明が適用されて炉口周囲の鉄皮が冷却されている混銑車の炉口部分を混銑車の上方から見た概略図（平面図）、図２は、前記混銑車の炉口部分を混銑車の側方から見た概略図（側面図）、図３は、図１のＡ−Ａ’矢視による概略断面図である。

図１に示すように、混銑車１の長さ方向中央部には、耐火物４によって形成される開口部として炉口２が配置され、この炉口２の周囲に炉口鉄皮３が設置されている。高炉から出湯される溶銑は炉口２を通って混銑車１に収容され、一方、混銑車１に収容された溶銑は、混銑車１をその長さ方向軸心を回転軸として傾斜させることで、炉口２を介して取鍋などの保持容器に出湯される。

混銑車１に収容された溶銑に予備処理として脱珪処理や脱燐処理を施す場合には、炉口２を介して溶銑に浸漬させたインジェクションランス、或いは、炉口２を通る上吹きランスまたは炉口２の直上に設置した上吹きランスから、酸素源として酸素ガス或いは酸素ガスと鉄鉱石などの酸化鉄とを溶銑に供給し、これらの酸素源で溶銑中の珪素及び燐を酸化除去する。溶銑には４質量％を超える炭素が含有されており、この炭素と供給する酸素源とが反応し、脱珪処理及び脱燐処理ではＣＯガスが発生する。発生したＣＯガスは大気中の酸素ガス或いは供給する酸素ガスによって炉口２及びその直上部で燃焼し、ＣＯ₂ガスとなる。このＣＯガスが燃焼する現象は「二次燃焼」と呼ばれ、二次燃焼によって炉口２及びその周囲の温度は上昇し、脱珪処理及び脱燐処理で酸素源の供給流量を多くすればするほど、つまり、反応雰囲気中の酸素分圧を高めれば高めるほど、二次燃焼が増大し、炉口２及びその周囲の温度は上昇する。

近年、溶銑の脱珪処理及び脱燐処理では、生産性向上の観点から、酸素源の供給流量を多くすることが指向されており、つまり、高酸素分圧下での脱珪処理や脱燐処理が指向されており、混銑車１における脱珪処理及び脱燐処理でも高酸素分圧下での精錬が指向されている。これによって、炉口２及び炉口鉄皮３の温度が上昇し、これらの使用命数が低下するという問題が発生した。

この問題に対して、炉口２は耐火物４の材質や特性を変更することで対応することが可能であるので、本発明では、炉口鉄皮３の使用命数の延長を目的として、脱珪処理及び脱燐処理を行う場合には、炉口鉄皮３を常温の窒素ガスまたはＡｒガスを利用して冷却（空冷）することとした。但し、脱珪処理及び脱燐処理の前後も、窒素ガスまたはＡｒガスを利用して冷却しても構わない。

即ち、図１〜３に示すように、複数（図１では９本）の半割れ状金属管６を、炉口２を挟んでそれぞれ相対するように、炉口鉄皮３の表面に溶接して接合し、この半割れ状金属管６と炉口鉄皮３との表面とで形成される金属製の流路の内部に、半割れ状金属管６と接続する供給本管５から常温（室温）の窒素ガスまたはＡｒガスを供給し、常温の窒素ガスまたはＡｒガスによって炉口鉄皮３の表面を冷却する。窒素ガス及びＡｒガスは、混銑車１に積載したガスボンベから供給することが可能であり、また、脱珪処理及び脱燐処理を行う場所は決まっているので、その場所に設置した配管と混銑車１の配管とを繋ぎ合わせることも可能である。

この場合、炉口鉄皮３の表面全体が冷却されるように、炉口鉄皮３の表面全体に亘って半割れ状金属管６を設置することが好ましい。図１では、半割れ状金属管６が９箇所に設置されているが、９箇所以上或いは９箇所未満としても構わない。また、図１では、半割れ状金属管６が直線的に配置されているが、曲線的に蛇行させても構わない。

また、冷却に使用した窒素ガスまたはＡｒガスを、半割れ状金属管６から炉口２の上部に配置される集塵フードに向けて、炉口周辺から噴出させることで、更に炉口２及びその周囲の温度を低下させることが可能となる。これは、半割れ状金属管６から噴出される窒素ガスまたはＡｒガスによって雰囲気中の酸素分圧が低く抑えられ、炉口２の直上及びその周囲でのＣＯガスの二次燃焼が抑止されるからである。この効果によって、炉口鉄皮３の冷却だけにとどまらず、炉口付近での熱負荷の低減を図ることができる。但し、窒素ガスまたはＡｒガスを上方に向かって噴出させる場合には、半割れ状金属管６の先端部は円形状の金属管６ａとする。

このとき、ガスの噴出方向を、炉口２の中心に向けて４５°以上９０°以下の仰角で噴出させることが好ましい。４５°よりも下向きであると集塵の効率が低下してしまい不利となる。一方、９０°よりも外側に向けてしまうと、特に混銑車１を傾動させて出湯するときなど、集塵フードと混銑車との間隔が広くなる側に高熱のガスが噴出しやすくなり、炉口２及びその周囲の温度が上がりやすくなってしまう。

また、炉口鉄皮３の使用命数向上のために、半割れ状金属管６の上側に、図４に示すように更に耐熱材料製のプロテクター１０を配置することが好ましい。このプロテクター１０の役割は炉口鉄皮３の補強である。尚、図４に示す符合８は、溶接用の溶接金属であり、半割れ状金属管６の両端部が溶接金属８によって炉口鉄皮３と溶接接合されている。

上記説明は、窒素ガスまたはＡｒガスの流路が半割れ状金属管６と炉口鉄皮３との表面とで形成される例を説明したが、これに代わって、流路を金属管で形成しても構わない。図５は、流路を金属管とした例を示す概略図であり、炉口鉄皮３と金属管７とを密接させ且つ熱伝導を良くするために、炉口鉄皮３と金属管７との間に高熱伝導物質９を充填した図である。この高熱伝導物質９に代わって、溶接金属８を用いて炉口鉄皮３と金属管７とを接合させても構わない。何れにしろ、炉口鉄皮３と金属管７とが密接している必要があり、密接していない場合には冷却能力が不足し炉口鉄皮３の変形や溶損を抑止することができない。

以上説明したように、本発明によれば、混銑車１の炉口周囲に配置される炉口鉄皮３と接する流路の内部に常温の窒素ガスまたはＡｒガスを供給して炉口鉄皮３を強制的に冷却するので、混銑車１に収容された溶銑に高酸素分圧下で脱珪処理や脱燐処理を施しても、炉口鉄皮３の変形や溶損を抑制することが実現される。

溶銑予備処理として酸素ガスを吹きながら脱燐処理が実施される混銑車において、図１に示すように半割れ状金属管を炉口鉄皮に溶接した。即ち、冷却用の半割れ状金属管を炉口の両側の炉口鉄皮に片側各９本、合計１８本配置した。また、半割れ状金属管の端部は金属管とし、炉口中心に向けて水平方向から７５°上方に向けて開口した。窒素ガスは、ＪＩＳ−３２Ａ配管９本に均等に分岐するように、１つの供給本管に１０Ｎｍ³／ｍｉｎの流量を流した。

本方法の採用前後での炉体変形量（直径方向の変位）を比較した。発明を適用する以前は１０ｍｍ／年であったが、発明適用以後は２ｍｍ／年と格段に改善した。

１ 混銑車
２ 炉口
３ 炉口鉄皮
４ 耐火物
５ 供給本管
６ 半割れ状金属管
７ 金属管
８ 溶接金属
９ 高熱伝導物質
１０ プロテクター

Claims (4)

1. 常温の窒素ガスまたはＡｒガスを混銑車の炉口周囲の鉄皮と接する流路の内部に供給し、前記流路を通る窒素ガスまたはＡｒガスで炉口周囲の鉄皮を冷却することを特徴とする、混銑車の炉口保護方法。
2. 前記流路は、円形の半割れ状の金属管からなり、半割れ状金属管の両端部が前記鉄皮と溶接接合されて形成されているか、或いは、前記流路は、金属管からなり、金属管と前記鉄皮との間に高熱伝導物質が充填されているか、若しくは、金属管と前記鉄皮とが溶接接合されて形成されていることを特徴とする、請求項１に記載の混銑車の炉口保護方法。
3. 前記流路を通過し、炉口周囲の鉄皮を冷却した後の窒素ガスまたはＡｒガスを、混銑車の炉口周囲で前記流路から噴出させてＣＯガスの二次燃焼を抑止することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の混銑車の炉口保護方法。
4. 前記流路から、混銑車の炉口中心に向けて４５°以上９０°以下の仰角で窒素ガスまたはＡｒガスを噴出させることを特徴とする、請求項３に記載の混銑車の炉口保護方法。

Images