JP5911233B2 - 羽口ストック - Google Patents

Description

本発明は、高炉、特に溶鉱炉に熱風を導入するための羽口ストックに関し、前記羽口ストックは、少なくとも１つの連接コンペンセータと、１つのノズルエルボと、１つのノズル先端部とから成り、それぞれが、熱風に面する内側において耐火性内側ライニングが設けられた金属外側構造から成り、連接コンペンセータは、一方の端部においてノズルエルボに結合されており、他方の端部において熱風環状主管に結合されている。

さらに、少なくとも連接コンペンセータと、ノズルエルボと、ノズル先端部とによって形成された羽口ストックを製造する方法が、本発明によって提案され、羽口ストックによって、熱風を、高炉、特に溶鉱炉へ導入することができ、金属外側構造が最初に提供された後、耐火性内側ライニングを提供するために、連接コンペンセータと、ノズルエルボと、ノズル先端部とは引き続き耐火材料によって被覆される。

高炉による製鉄におけるエネルギ消費を低減するために、冶金工業において熱風と呼ばれる高温空気が、約１２００℃〜１３５０℃の温度で高炉内に吹き込まれる。この目的のために、周囲空気は、通常、熱風空気ヒータによって、前記範囲の所望のほぼ一定の温度に加熱される。このようにして生ぜしめられた熱風は、熱風主管システムを通じて高炉へ供給される。このプロセスの間に、熱風は、まず熱風ヒータから、高炉の下部セクションにおいてその周囲に延びた熱風主管システムの熱風環状主管へ流れる。この熱風環状主管から、熱風は、引き続き、高炉の外周に空間的に分配されて配置された複数の羽口ストックへ分配され、前記羽口ストックも、熱風羽口ストックとして設計されている。熱風主管システムの閉鎖エレメントとして、羽口ストックは、１つのノズル先端部から成り、このノズル先端部はそれぞれ、通常、石炭袋と、高炉のレースウェイとの間に領域において羽口ストックに結合されており、高炉内へ部分的に突入している。

熱風の高温により、エネルギ損失を低減しかつ熱風主管システムの寿命を延長するために、熱風に面した内側において、システムの前記構成部材に断熱耐火性内側ライニングを提供する必要がある。特に、これは、それぞれが互いに結合された複数の構成部材から成る羽口ストックに当てはまる。１つの羽口ストックを得るためにこれらの構成部材を組み立てる前に、これらの構成部材に個々に耐火性内側ライニングを提供する必要がある。従来技術によれば、耐火性内側ライニングは、ほとんどの場合、熱風に面するこのような構成部材の金属外側構造のすぐ内側に配置されている。

金属外側構造は、通常、鋼から成り、羽口ストックの様々な構成部材のために異なって構成されている。例えば、ノズル先端部の金属外側構造は、実質的に円錐形である。逆に、例えば連接コンペンセータは、管状の金属外側構造から成る。さらに、羽口ストックは、ノズルエルボから成り、その金属外側構造は、ノズル先端部及び連接コンペンセータに適用されたものよりも、著しく複雑な構成を有する。本発明の範囲において、羽口ストックのこれらの異なって成形された耐荷金属部分は、より一般的な用語である「金属外側構造」として、説明及び図示されている。

熱風環状主管システム及び羽口ストックの、耐火性内側ライニングの効果は、金属外側構造の外面の温度が、約３００℃〜３５０℃にまで低下させられるということである。これにより、エネルギ損失を低減することができる。さらに、溶鉱炉の外部における作業領域における安全性が高められる。

連接コンペンセータは、熱負荷により生じる熱風主管システムの変形を補償するために働く。連接コンペンセータには、通常、羽口ストックの他の構成部材への移行領域に配置された、カルダンジョイント及び波形ベローズが装備されている。敏感なコンペンセータエレメントを高い熱負荷から保護するために、すぐ隣接した構成部材の耐火性内側ライニングは互いにできるだけ密接して設置される必要がある。

羽口ストックは、上述のように高い熱負荷に曝されるので、時々刷新されなければならず、これは、羽口ストックに、新たな耐火性内側ライニングが提供されなければならないことを意味する。消耗された耐火性内側ライニングの除去は、ほとんどの場合、ドリルハンマ及び同様の工具を用いて行われ、従って、高価である。さらに、連接コンペンセータの敏感なエレメント、例えば、波形ベローズ、及び熱風に面する金属外側構造の内側への損傷が、かなり頻繁に生じる。

このような背景に基づき、本発明の課題は、羽口ストックを提供することであり、この羽口ストックによって、製鉄に関連するエネルギ消費の著しい低減の他に、高炉の全体的な運転コストを低減することもできる。

前記課題は、羽口ストックが、連接コンペンセータ、ノズルエルボ及び／又はノズル先端部の金属外側構造と耐火性内側ライニングとの間の少なくとも部分的な領域に配置された断熱エレメントから成り、該断熱エレメントが、被覆体に埋設された高耐熱性の断熱材料から成り、羽口ストックの所期の使用中に前記被覆体自体が概して溶解するようになっている、冒頭に述べた性質の羽口ストックによって解決される。

羽口ストックの少なくとも１つの構成部材の金属外側構造と耐火性内側ライニングとの間の付加的な断熱エレメントの本発明による配置の効果は、羽口ストックを介するエネルギ損失がより低減されるということである。羽口ストック、若しくは羽口ストックの構成部材の金属外側構造の表面の外側における温度を、本発明によれば、慣用の羽口ストック、すなわち付加的な断熱エレメントを有さない羽口ストックと比較して、約１００℃〜１５０℃減じることができる。これは、製造された銑鉄１ｔ当たりのコークスで表すことができるエネルギの著しい節約に相当する。さらに、連接コンペンセータの金属外側構造及びエレメントのより低い熱負荷により、羽口ストックの寿命は実質的に延長される。

本発明の羽口ストックにより、付加的な断熱エレメントは、金属外側構造と耐火性内側ライニングとの間の結合を弱める。なぜならば、羽口ストックの所期の使用の間、被覆体は、それ自体が十分に溶解し、特にそれ自体が灰化するからである。その結果、従来の羽口ストックと比較して実質的により低い出費で、金属外側構造から、羽口ストックの刷新において耐火性内側ライニングを除去することができる。これは、さらなるコスト低下を生じる。

概して、本発明の羽口ストックの使用は、慣用の羽口ストックの使用と比較して、運転コスト及びエネルギ効率の観点から実質的により費用対効果の高い選択肢を意味する。

本発明の範囲において、羽口ストックの特に敏感な位置、例えば連接コンペンセータの領域に配置された、羽口ストックのための複数の、特に異なって構成された断熱エレメントを使用することが考えられる。

本発明の有利な実施の形態によれば、被覆体は、本質的にプラスチックから形成された薄片として構成されている。羽口ストックの所期の使用の間、薄片は灰化し、これにより、概してそれ自体が溶解する。プラスチック材料は、例えば、ポリエチレン又はポリアミド、又はこれらの混合物であってよい。金属被覆プラスチック材料も好適である。

本発明の別の有利な実施の形態によれば、断熱材料は、少なくとも１つの無機の、珪質材料から成る。好適には、無機の珪質物質は、高分散性（発熱物質）ケイ酸である。この性質の無機の珪質物質は、極めて低い熱伝導率を有するので、優れた断熱特性を有する断熱エレメントを提供するために働く。

本発明の別の有利な実施の形態において、断熱材料が、断熱材料内の熱放射搬送を減じるための少なくとも１つの手段から成る。この性質及びタイプの手段は、乳白剤とも呼ばれ、赤外放射に対する断熱材料の透過性を減じるように働き、乳白剤は赤外放射を分散及び／又は吸収することができる。この構成は、本発明の羽口ストックにおいて意味がある。なぜならば、断熱材料の断熱特性は、乳白剤を付加しないと、温度の上昇とともに低下するからである。

断熱材料は、好適には、粉末の形態で構成されており、成形体になるようにプレスされる。この形式では、断熱材料を、関連する使用場所に対して理想的に適応させることができるように、様々な異なる幾何学的形状を有する成形体を提供することができる。成形体は好適にはロッドの形態で構成されている。複数の成形体が共通の被覆体に埋設されていてもよい。特に、複数のロッド状の成形体を、被覆体内に互いに平行に、短い間隔で位置決めすることができる。プラスチック材料から成る被覆体が選択される場合、断熱材料の形状が、変形によって、関連する使用場所に容易に適応させられるように、柔軟な断熱エレメントを構成することができる。

さらに、断熱材料が排気され、被覆体内に収縮包装されることが提案される。排気により、断熱材料の断熱特性及び断熱エレメントの断熱特性は、断熱エレメントの使用中に対流によって生ぜしめられる断熱材料内の伝熱の部分を減じることにより、さらに改善される。被覆体内へのプレスされた断熱材料の収縮包装の効果は、さらに、断熱材料が、羽口ストックの製造中に、その形状及び物理的特性を確実に維持するということである。

さらに、断熱エレメントが、接着によって金属外側構造に結合されることも提案される。これにより、このような断熱エレメントを、耐火性内側ライニングを提供する前に、関連する金属外側構造に単純な形式で結合することができる。特に、これにより、柔軟に構成された断熱エレメントを、関連する所望の使用場所に、単純かつ恒久的な形式で位置決めすることができる。耐火性内側ライニングを取り付ける場合、例えば、公知の形式の耐火コンクリートによって金属外側構造を包囲することによって、断熱エレメントは、耐火性内側ライニングによって固定される。提供される接着剤は、これにより、羽口ストックの作動中に灰化によってそれ自体が溶解することができる。

前記課題を解決するために、冒頭に言及した性質及びタイプの方法が提案され、この方法によれば、熱風に面する連接コンペンセータ、ノズルエルボ及び／又はノズル先端部の金属外側構造の内側に、少なくとも１つの断熱エレメントが、発明によれば、耐火材料によって包囲する前に、内側における少なくとも１つの部分的な領域に配置され、前記エレメントが、前もって、成形体になるようにプレスされる粉末状の断熱材料を、羽口ストックの意図された使用中に概してそれ自体が溶解する被覆体内に包囲することによって形成される。

本発明による方法も、羽口ストックに関連して上記で概説された、高炉のエネルギ節約及び運転コスト低減という利点に関連している。主にプラスチック材料から形成された被覆体としての薄片を使用することは有利である。好適には、断熱エレメントは金属外側構造に接着される。

本発明のその他の利点及び特徴は、添付の図面に基づいて示された実用的な例によって以下にさらに詳細に示される。

本発明による羽口ストックのノズル先端部の典型的な実施の形態を示す斜視図である。 図１ａに示されたノズル先端部を示す縦断面図である。 図１ａ及び図１ｂに示されたノズル先端部を図１ｂにおけるＢ−Ｂ線に沿って示す縦断面図である。 本発明による羽口ストックのノズルエルボの典型的な実施の形態を示す斜視図である。 図２ａに示されたノズルエルボを示す縦断面図である。 本発明による羽口ストックの連接コンペンセータの典型的な実施の形態を示す分解斜視図である。

図１は、図示されていない本発明による羽口ストックのノズル先端部１の典型的な実施の形態を斜視図で示している。ノズル先端部１の所期の使用により、熱風はノズル先端部１を流過し、出口開口２から流出する。他方の端部において、ノズル先端部１を羽口ストックのノズルエルボ３に結合することができ、ノズルエルボ３の典型的な実施の形態は図２ａ及び図２ｂに示されている。ノズル先端部１の外側には、外周に沿って、フィーダ４が配置されており、これらのフィーダ４を通じて、高炉における燃焼プロセスを最適化する物質を、熱風の流れに供給することができる。

図１ｂは、図１ａに示されたノズル先端部１の縦断面図を示している。熱風に面した内側に耐火性内側ライニング６が設けられた、耐荷金属外側構造５が示されている。本発明によれば、金属外側構造５と、耐火性内側ライニング６との間には、断熱エレメント７が配置されている。この断熱エレメント７は、ここには示されていない高耐熱性の断熱材料から成り、かつ被覆体に埋設されており、この被覆体は、羽口ストックの所期の使用中に、それ自体が概して溶解、特に灰化する。フィーダ４は、それぞれ、フィーダチャネル８から成り、このフィーダチャネル８は、耐火性内側ライニング６を貫通しており、ノズル先端部１の通路ダクト９において終わっている。

図１ｃは、図１ａ及び図１ｂのノズル先端部１を、図１ｂにおけるＢ−Ｂ線に沿った縦断面図で示している。特に、通路ダクト９におけるフィーダチャネル８の末端が示されている。さらに、ここでは、ノズル先端部１の本発明による構成を認識することができ、ノズル先端部１の下流において、断熱エレメント７が金属外側構造５と耐火性内側ライニング６との間に配置されている。

図２ａは、本発明による羽口ストックのノズルエルボ３の実用的な例を斜視図で示している。ノズルエルボ３は、例えば図３に示されているように、フランジ１０を介して連接コンペンセータ１５に結合することができる。他方の端部におけるフランジ１１を介して、ノズルエルボ３をノズル先端部１に結合することができる。ノズルエルボ３は分岐路１２から成り、この分岐路１２は、ヒンジ１４を中心に回動することができるフラップ１３によって封止されている。

図２ｂは、図２ａに示されたノズルエルボ３の縦断面図を示している。ノズルエルボ３も本発明による構成を有していることが分かり、ノズルエルボ３の下流において、断熱エレメント７は金属外側構造５と耐火性内側ライニング６との間に配置されている。

図３は、羽口ストックの連接コンペンセータ１５のための実用的な例の分解図を示している。連接コンペンセータ１５は、フランジ１６を介してノズルエルボ３に結合することができる。フランジ１７によって、連接コンペンセータ１５は、熱風主管システムの、図示されていない熱風環状主管に結合することができる。領域１８において、連接コンペンセータは、ここにはそれ以上詳細には示されない波形のベローズから成る。さらに、耐火性材料で被覆された金属外側構造５から成る中央部材１９は、エレメント２０を介して、結合部材２１へのカルダンジョイントを形成することによって、結合可能である。エレメント２０も、金属外側構造５と、この金属外側構造５に提供された耐火性内側ライニング６とから成る。

連接コンペンセータ１５は、さらに、複数の異なって構成された断熱エレメント７から成る。本発明によれば、断熱エレメント７は、被覆体に埋設された耐火性断熱材料によって形成されている。被覆体は、複数のロッド状に構成された成形体から成るプラスチック薄片によって提供されている。ロッド状に構成された成形体は、互いに平行にかつ連結コンペンセータ１５の長手方向に対して平行に整列させられている。成形体は、成形体にプレスされた高分散性ケイ酸と乳白剤との粉末状混合物から成る。この構成によって、断熱エレメント７は、柔軟であり、関連する目的地の場所における連接コンペンセータ１５の他の構成部材の関連する形状に大きな力を加えることなく適応させることができる。羽口ストック、ひいては連接コンペンセータの所期の使用の間、プラスチック薄片は、高温により灰化し、これにより、それ自体が概して溶解する。

１ ノズル先端部、 ２ 出口開口、 ３ 出口エルボ、 ４ フィーダ、 ５ 金属外側構造、 ６ 耐火性内側ライニング、 ７ 断熱エレメント、 ８ フィーダチャネル、 ９ 通路ダクト、 １０ フランジ、 １１ フランジ、 １２ 枝管、 １３ フラップ、 １４ 枢軸、 １５ コンペンセータ、 １６ フランジ、 １７ フランジ、 １８ 領域、 １９ 中央部材、 ２０ エレメント、 ２１ 結合部材

Claims (12)

1. 高炉、特に溶鉱炉内へ熱風を導入するための羽口ストックであって、該羽口ストックが、少なくとも１つの熱負荷により生じる熱風主管システムの変形を補償するために機能するコンペンセータ（１５）と、１つのエルボ（３）と、１つのノズル先端部（１）とから成り、前記コンペンセータと、前記エルボと、前記ノズル先端部とがそれぞれ、熱風に面した内側において耐火性内側ライニング（６）が設けられた金属外側構造（５）から成り、前記コンペンセータ（１５）が、一方の端部において前記エルボ（３）に結合されており、他方の端部において熱風環状主管に結合されることができる形式のものにおいて、
   前記コンペンセータ（１５）、前記エルボ（３）又は前記ノズル先端部（１）の前記金属外側構造（５）と前記耐火性内側ライニング（６）との間の少なくとも部分的な領域に配置された少なくとも１つの断熱エレメント（７）が設けられており、該断熱エレメントが、被覆体に埋設された高耐熱性の断熱材料から成り、羽口ストックの所期の使用の間に被覆体それ自体が概して溶融することを特徴とする、高炉、特に溶鉱炉内へ熱風を導入するための羽口ストック。
2. 前記被覆体が、本質的にプラスチック材料から形成された薄片として構成されている、請求項１記載の羽口ストック。
3. 前記断熱材料が、少なくとも無機硅質物質から成る、請求項１又は２記載の羽口ストック。
4. 前記無機硅質物質が、高分散性ケイ酸である、請求項３記載の羽口ストック。
5. 前記断熱材料が、熱放射に対する前記断熱材料の透過性を減じる少なくとも１つの手段から成る、請求項１から４までのいずれか１項記載の羽口ストック。
6. 前記断熱材料が、粉末状の形態で構成されかつ成形体になるようにプレスされている、請求項１から５までのいずれか１項記載の羽口ストック。
7. 前記成形体が、ロッド状の構成である、請求項６記載の羽口ストック。
8. 前記断熱材料が、被覆体内に収縮包装されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の羽口ストック。
9. 前記断熱エレメント（７）が、金属外側構造（５）に接着されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の羽口ストック。
10. 少なくとも１つの、熱負荷により生じる熱風主管システムの変形を補償するために機能するコンペンセータ（１５）と、１つのエルボ（３）と、１つのノズル先端部（１）とから成る羽口ストックを製造する方法であって、前記羽口ストックによって熱風を高炉、特に溶鉱炉に導入することができ、前記コンペンセータ（１５）、前記エルボ（３）及び前記ノズル先端部（１）のための金属外側構造（５）を最初に提供して、耐火性材料で被覆する方法において、
    熱風に面した、前記コンペンセータ（１５）、前記エルボ（３）又は前記ノズル先端部（１）の前記金属外側構造（５）の内側において、該金属外側構造を耐火性材料で被覆する前に、少なくとも１つの断熱エレメント（７）が、内側における少なくとも１つの部分的な領域に配置され、前記断熱エレメントが、成形体にプレスされた粉末状の断熱材料を、羽口ストックの所期の使用中にそれ自体が概して溶解する被覆体内に収縮包装することによって、前もって形成されることを特徴とする、羽口ストックを製造する方法。
11. 主にプラスチック材料から形成された薄片を被覆体として使用する、請求項１０記載の方法。
12. 断熱材料（７）を金属外側構造（５）に接着する、請求項１０又は１１記載の方法。

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