JP6011223B2 - 転炉のスカートシール装置及びこのスカートシール装置を用いた排ガス処理方法 - Google Patents

Description

この発明は、転炉のスカートシール装置に関し、特にスカートシール装置のシールジャケットにダストが堆積するのを抑制する転炉のスカートシール装置及びこのスカートシール装置を用いた排ガス処理方法に関する。

転炉では、溶銑を酸素吹錬することで、溶銑中にある炭素、珪素、燐を取り除く脱炭、脱珪、脱燐を行う。図５に示すように、転炉１内に注入された溶銑には酸素吹き込みランス２から酸素が吹き込まれる。この酸素吹錬において、溶銑中の炭素と酸素とが反応し、高温のＣＯガスが大量に発生する。酸素吹錬の初期と末期におけるＣＯ濃度の低いガスは、吸引装置３によってフード４に誘引され、フード４及び冷却器５によって冷却され、除塵機６，７によって除塵され、放散塔８の頂部で燃焼の上、大気中に放散される。吹錬最盛期におけるＣＯ濃度の高いガスは、ダンパ９を切り換えることにとって、有価ガスとしてガスホルダ１０に回収される。

ＣＯガスが外部に漏出すると、ＣＯ中毒を起こしたり、外気と反応して急激に燃焼したりするので、危険である。したがって、フード４に対して昇降可能なスカート１１を設け、このスカート１１を下降させて転炉１の炉口とフード４との隙間を塞ぎ、ＣＯガスの外部漏出とフード４内への外気の侵入を防止している。このように、吹錬時には、転炉１の炉口とフード４との隙間を閉鎖するために、スカート１１は下降させられる。一方、高炉で生産された溶銑を転炉１に受銑するとき、及び精錬された溶銑を転炉１から取り出すとき、転炉１を傾動させる必要があるので、スカート１１は上昇させられる。

図６に示すように、スカート１１が昇降してもスカート１１とフード４との間のシールを継続するために、スカート１１の外周には、断面Ｕ字形状の環状溝からなるシールジャケット１２が設けられる。そして、フード４側のフレーム１３には、先端部がシールジャケット１２内の水に浸漬して水封を行う円筒状のシール筒１４が設けられる。

しかし、吹錬中に発生したＣＯガスは溶融した酸化鉄であるダストを伴い噴き上がるが、大部分が矢印Ａの如くフード４内に吸引されるものの、一部のダストは矢印Ｂの如く、スカート１１とフード４との間を通り抜けてシール筒１４に付着・成長する。シール筒１４の内面に付着したダストは、スカート１１が上昇したとき剥離し、あるいはシールジャケット１２内のシール水によって洗い落とされ、シールジャケット１２内に堆積する。シールジャケット１２内のダストの堆積が進むと、スカート１１を上昇させようとしたときに、シール筒１４が堆積ダストに底付きしてスカート１１が上昇不可能になる。スカート１１が上昇不可能であると、転炉１の傾動も不可能であることから、操業を中断してシールジャケット１２内のダストの清掃作業を行う必要がある。この清掃作業は転炉の操業率を下げるものであり、また高温の転炉上に足場を掛けての作業になり、作業環境も悪いことから、従来から清掃作業をしなくて済む様々なダスト堆積対策が提案されてきた。

特許文献１には、シールジャケットの水に浸かるシール筒の先端部を可撓又は上下動可能なものとし、シールジャケット内部に沈殿するダストの堆積物にシール筒の先端が底付きしたときに、シール筒の先端部を撓ませ又は上昇させる発明が開示されている。特許文献１に記載の発明によれば、スカートが昇降不可能になるまでの時間を延ばすことができるという効果がある。

特許文献２には、シールジャケットの底部のシール水に旋回流を形成する方向にガスを吹き込み、シール水の旋回流によりダストの搬送能力を向上させ、ダストの排出を容易にする発明が開示されている。

特許文献３には、シールジャケットの内側壁の上端部に、シール筒の内径よりも僅かに小さく、シール筒の内壁に沿って自在に遊動するリングカバーを設け、リングカバーで蓋をすることによりシールジャケットへのダストの侵入を防止する発明が開示されている。

特許文献４には、シール筒の下端にチェーンを介してメッシュで出来たシールリングを懸吊し、地金がシールジャケットの底部に落ちないようにし、地金の除去を容易にする発明が開示されている。

特公昭６２−２０２５６号公報 特許第４８８２４４９号 特開平１１−４３７１２号公報 特開２００９−２０３５３１号公報

しかし、先行文献にはそれぞれ以下のような問題があるので、ダスト堆積の十分な解決策になっていない。

特許文献１に記載の発明にあっては、「可撓性シール部材」の材料・機構が見出し難いのが問題であり、実用化されていない。転炉吹錬中にスカートはほぼ下限位置にあり、炉口と接して空気の混入を防ぐ。このとき、シール筒は最大限露出しており、１０００℃を超える高温の雰囲気ガスに接している。このような条件下で長期間安定して使用できる可撓性のあるシール材料は現時点では入手不可能である。同様に「上下動可能なシール部材」も実現困難である。大量のダストの混ざったシール水と高温の雰囲気に交互にさらされる条件下で、ダスト固着による動作不良や変形による動作不良がなく、安定して上下動する材料・機構が見出し難いのが実情である。

特許文献２に記載の発明は、ガス旋回流によってシールジャケットの底部に堆積したダストを排出口に移送するという点に見るべき点がある。しかし、密度が水よりも遥かに小さいガスに十分な移送能力を期待することはできず、ガスの浮力による上下撹拌の効果しか期待できない。真比重が５．２（四三酸化鉄の例）もある酸化鉄の粒子に対しての効果は限定的である。

特許文献３に記載の発明は、シールジャケットに蓋をしてシールジャケットをダスト雰囲気から遮断するという着想は優れている。しかし、普通の転炉で直径が５ｍにもなるシール筒の内径は真円からは程遠く、シール筒に対して「僅かに小さく」作るリングカバーとシール筒との干渉を避けるためには、シール筒とリングカバーとの間に１０〜３０ｍｍ以上の隙間が必須である。しかも、ダストがシールジャケット内のシール水に持ち込まれるのは、主に吹錬中にシール筒に付着したダストである。したがって、リングカバーでは、大部分のダストのシール水への持ち込みを防止できず、効果は限定的である。さらにいえば、いかに耐火物を裏打ちするといっても、直径５ｍもあるリングカバーを非水冷で１０００℃もの高温雰囲気下に長期間放置すると、必ず変形が生じ、シール筒との干渉が起きるはずである。

特許文献４に記載に発明にあっては、シール筒に懸吊されたシールリング上に地金が捉えられ、除去が容易であるとしている。しかし、シール水のオーバーフローの流れに地金を持ち上げて洗い流す能力はなく、ただシールリング上に堆積していくだけである。

以上のように、シール筒に一旦溶融酸化鉄のダストが付着し、シールジャケットにダストが持ち込まれると、比重が大きいために特許文献２及び特許文献４の技術を採用しても排出は困難であり、炉修間（１炉代の期間、すなわち炉体内部の減耗した耐火物を張り替えるために炉を停止するまでの期間）で生産を一時停止してダスト清掃作業を行うこととなる。このため、シール筒にダストが付着することを抑制することが重要であるが、特許文献３に記載のような実現性に乏しい技術しか提案されていない。

そこで本発明は、シール筒にダストが付着し、ついでシールジャケットに侵入することを抑制できる実現性の高い転炉のスカートシール装置、このスカートシール装置を用いた転炉の排ガス処理方法を提供することを目的とする。

酸化鉄のダストは転炉の炉口から転炉ガスと共に吹き上げられる。発明者は、シールジャケットに侵入するダスト量が、炉口の噴出流からシールジャケットをある程度離せば大幅に削減されることを知見した。実験により確認したところ、従来、炉口の縁からスカートの水管壁のピッチ円までの距離が２６０ｍｍ程度であったが、これを４００ｍｍ以上離せば、シールジャケットへのダストの侵入を大幅に削減できることが判明した。ただし、転炉の炉口の縁からスカートの水管壁のピッチ円までの距離をいたずらに大きくすることは、スカート及びシールジャケットの径、そしてそれを昇降させる機構の全てを大きくすることであり、製作費の大幅な増大に繋がる。

請求項１に記載の発明は、上記知見に基づくもので、転炉の炉口と排ガスダクトに繋がるフードとの間を昇降可能なスカートによってシールする転炉のスカートシール装置において、円筒状の水管壁を有するスカートと、前記スカートの外周に前記スカートと共に昇降するように設けられた断面Ｕ字形状のシールジャケットと、前記シールジャケットの上方に昇降不可能に固定され、水封構造をなすようにシール水で満たされた前記シールジャケットに浸漬するシール筒と、を備え、転炉の炉口の縁から前記スカートの前記水管壁のピッチ円までの水平距離が４００ｍｍ以上５００ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、前述の様に炉口から溶融した酸化鉄のダスト（大型のダストはスプラッシュと呼ぶ）が噴出してシール筒に付着し、剥離・落下したものがシールジャケット内の堆積物の主因であることから、スカートが下限位置にあるときでも、炉口とシールジャケット上縁を結ぶ線よりも下に、フードの下端がくるようにし、スプラッシュの直撃を防げばよい。

請求項２に記載の発明は、上記知見に基づくもので、前記スカートが下限に位置するとき、前記スカートの中心線に沿った断面において、前記フードの下端部が前記転炉の炉口の縁と前記シールジャケットの上縁を結ぶ線よりも下側にあることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の転炉のスカートシール装置を用いて、転炉の排ガスを処理することを特徴とする転炉の排ガス処理方法である。

請求項１に記載の発明によれば、シールジャケットへのダストの侵入を大幅に抑制できる。また、スカート及びシールジャケットの無用な大型化を避けることができ、製作費を抑えることも可能になる。

請求項２に記載の発明によれば、酸化鉄のダストないしスプラッシュがシール筒を直撃するのを防ぐことができ、シールジャケットへのダストないしスプラッシュの侵入を大幅に抑制できる。

本発明は、請求項３に記載の発明のように、転炉の排ガス処理方法として構成することも可能である。

本発明の一実施形態のスカートシール装置が組み込まれる転炉排ガス処理装置の概略図 本実施形態のスカートシール装置の、スカートの中心線に沿った断面図 スカートの他の例を示す断面図 スカートのさらに他の例を示す断面図 従来の転炉排ガス処理装置の全体を示す概略図 従来のスカートシール装置の部分拡大図

図１は、転炉の排ガス処理装置の概略図を示す。転炉２１の上部には、転炉２１から排出される排ガスの回収及び排熱利用を行うフード２２（ＯＧフード）が配置される。フード２２は、下部フード２２ａと、下部フード２２ａの上端に接続されて下部フード２２ａに対して傾けられた上部フード２２ｂと、を備える。上部フード２２ｂには、転炉２１の溶銑中に酸素を吹き込むためのランスが通されるランス孔２２ｃが開けられる。

転炉２１から発生する排ガスは、フード２２及びフードに接続される冷却器２３によって冷却され、除塵機２４によって除塵される。酸素吹錬の初期と末期におけるＣＯ濃度の低いガスは、吸引装置によって吸引され、放散塔の頂部で燃焼の上、大気中に放散される。吹錬最盛期におけるＣＯ濃度の高いガスは、ダンパを切り換えることにとって、有価ガスとしてガスホルダに回収される。

転炉２１の炉口とフード２２との間は、スカート２４によって密封される。スカート２４はフード２２に対して昇降可能になっている。吹錬時には、転炉２１の炉口とフード２２との隙間を閉鎖するために、スカート２４は下降させられる。一方、高炉で生産された溶銑を転炉２１に受銑するとき、及び精錬された溶銑を転炉２１から取り出すとき、転炉２１を傾動させる必要があるので、スカート２４は上昇させられる。

図２は、図１のII部拡大断面図であり、転炉２１、スカート２４、及びフード２２の断面図を示す。転炉２１の外側は鉄皮２１ａである。鉄皮２１ａの内側に耐火物２１ｂが張り巡らされている。転炉２１は、その上端部に溶銑を出し入れする炉口２１ｃを有する。

円筒状のスカート２４は、冷却水を循環させる多数の水管２４ａを円形状に配列すると共に、隣接する水管２４ａ同士の間を放熱用のフィンで相互に接続したメンブレン構造の水管壁からなる。多数の水管２４ａは、その下部の、転炉２１の炉口２１ｃの周縁と接する部分が外側に屈曲している。水管２４ａに冷却水を供給できるように、水管２４ａの上下端は冷却水配管２６ａ，２６ｂに接続される。ここで、水管壁のピッチ円は、縦向きの多数の水管２４ａの中心２４ａ１を結んだものであり、平面視で円になる。炉口２１ｃの縁から水管壁のピッチ円までの水平距離は、図中寸法Ａで示される。本実形態では、この寸法Ａを４００ｍｍ以上５００ｍｍ以下に設定する。

なお、図３に示すように、スカート３４を水平面内において環状に形成される水管３４ａ，３４ｂを多段に積み重ねた水管壁から構成することもできる。この場合、水管壁の上部側の水管３４ａと下部側の水管３４ｂとでピッチ円が異なってくるが、上部側の水管３４ａの中心をピッチ円と定義する。また、図４に示すように、スカート３５を、縦向きに円周方向に配列した多数の水管３５ａと、水平面内において環状に形成されると共に、多段に積み重ねられる水管３５ｂと、から構成することもできる。この場合、縦向きに円周方向に配列した多数の水管３５ａの中心を結んだ円がピッチ円となる。

図２に示すように、スカート２４の外周には、断面Ｕ字形状で環状のシールジャケット２７が設けられる。シールジャケット２７は、内側壁２７ａ、外側壁２７ｂ、及び底板２７ｃを備える。内側壁２７ａの上端は外側壁２７ｂの上端よりも高い。外側壁２７ｂの周囲には図示しない排水溝が設けられる。シールジャケット２７は環状の下側接続部材２８を介してスカート２４に固定される。シールジャケット２７内はシール水で満たされる。シール水に円筒状のシール筒２９の下端部が浸漬することによって、スカート２４が昇降しても水封可能となっている。シール筒２９はフード２２側のフレーム３０に固定されている。

スカート２４及びシールジャケット２７は、油圧シリンダ機構３１によって昇降させられる。油圧シリンダ機構３１は固定側のフレーム３２に基端部が支持されたシリンダ本体３１ａと、シリンダ本体３１ａから出没自在なロッド３１ｂと、を備える。ロッド３１ｂの先端には環状のスカート支持部材３３が連結される。スカート支持部材３３にスカート２４が支持されている。シリンダ本体３１ａからロッド３１ｂを出没させると、スカート２４及びシールジャケット２７が下降する。

円筒状のフード２２は、ダクトの下端に設けられていて、転炉２１の炉口２１ｃに向かって開口する。フード２２は、冷却水を循環させる多数の水管２２ａを円形状に配列すると共に、隣接する水管２２ａ同士の間を放熱用のフィンで相互に接続したメンブレン構造の水管壁からなる。このフード２２は、上下方向に伸びる多数の水管２２ａを縦向きに円周方向に配列することにより煙道を形成する煙道側水管群２２ａと、煙道側水管群２２ａを取り囲むように、上下方向に伸びる多数の水管２２ｂを縦向きに円周方向に配列させた多数の外側水管群２２ｂと、煙道側水管群２２ａと外側水管群２２ｂとを相互に接続するＵ字形に折れ曲ったベンドチューブ群２２ｃと、を備える。

図２に示すスカート２４の中心線に沿った断面において、スカート２４が下限に位置するとき、フード２２の下端部は、転炉２１の炉口２１ｃの縁Ｐ１（正確にいえば、炉口２１ｃの上端縁）とシールジャケット２７の上縁Ｐ２を結ぶ線Ｌ１よりも下側にある。ここで、シールジャケット２７の上縁Ｐ２とは、断面Ｕ字形状の溝を構成する内側壁２７ａの上端である。

転炉２１の炉口２１ｃの縁からスカート２４の水管壁のピッチ円までの水平距離Ａを４００ｍｍ以上５００ｍｍ以下に設定した理由は以下のとおりである。

転炉２１の炉口２１ｃから転炉２１の排ガスと共に吹き上げられてシールジャケット２７に侵入するダスト量は、炉口２１ｃの噴出流Ｂからある程度離せば、大幅な削減が可能になる。これを実験的に確認するために、公称２５０ｔ／ｃｈの転炉２１を用い、スカート２４の径を変えて（シールジャケット２７の径もスカート２４の径に連動して変わる）、ダスト清掃の必要な周期を確認した。結果を表１に示す。また別の公称３００ｔ／ｃｈ転炉での知見も参考として示す。

※250t転炉の炉口径は4,040ｍｍである。300t転炉の炉口径は4,600ｍｍである。
※１炉代とは、転炉内部の減耗した耐火物を貼り替えるために、炉を停止するまでの期間であり、この炉では約3,300chであった。

実験の結果、炉口２１ｃの縁からスカート２４の水管壁のピッチ円までの距離Ａは４１５ｍｍ以上必要であることが判明した。４００ｍｍ以上としても同様にシールジャケット２７へのダスト侵入が抑制される。距離Ａを４００ｍｍ以上離すことにより、スカート２４の水管壁の背後にあるシールジャケット２７を転炉２１の排ガスの流れから適度に離すことにつながり、排ガスと共に噴き上がるダストの侵入を大幅に削減できる。

一方、炉口２１ｃの縁からスカート２４の水管壁のピッチ円までの距離Ａを大きくすることは、スカート２４やシールジャケット２７の径、そして、それを昇降させる油圧シリンダ機構３１、全てを大きくすることであり、製作費の大幅な増大につながる。無用な大型化を避ける意味で上限を５００ｍｍとする。

また、炉口２１ｃより酸化鉄のダストないしスプラッシュが噴出してシール筒２９に付着し、剥離・落下したものがシールジャケット２７内に侵入することから、スカート２４が最下限にあるときでも、炉口２１ｃの縁Ｐ１とシールジャケット２７の上縁Ｐ２を結ぶ線Ｌ１より下に、スカート２４の上部に位置するフード２２の下端部がくるようにし、ダストないしはスプラッシュの直撃を防げばよい。炉口２１ｃから吹き出すダストないしスプラッシュＳはフード２２の下端部で止まる。

上記二つの条件を満足させれば、転炉２１の排ガスに随伴して噴出される酸化鉄のダストやスプラッシュがシールジャケット２７内に侵入することを大幅に抑制することができ、３，３００ｃｈ程度の１炉代をシールジャケット２７の清掃なしに過ごすことができる。炉修間で操業を止めて行うダスト清掃は、生産阻害要因であるだけでなく、高温の転炉２１上で行う過酷な作業であり、これがなくなることの意義は大きい。

２１…転炉
２１ｃ…炉口
２２…フード
２４，３４，３５…スカート
２４ａ１…水管の中心（水管壁のピッチ円）
２７…シールジャケット
２９…シール筒
Ｐ１…転炉の炉口の縁
Ｐ２…シールジャケットの上縁
Ｌ１…転炉の炉口の縁とシールジャケットの上縁を結ぶ線
Ａ…転炉の炉口の縁からスカートの水管壁のピッチ円までの水平距離

Claims (3)

1. 転炉の炉口と排ガスダクトに繋がるフードとの間を昇降可能なスカートによってシールする転炉のスカートシール装置において、
   円筒状の水管壁を有するスカートと、
   前記スカートの外周に前記スカートと共に昇降するように設けられた断面Ｕ字形状のシールジャケットと、
   前記シールジャケットの上方に昇降不可能に固定され、水封構造をなすようにシール水で満たされた前記シールジャケットに浸漬するシール筒と、を備え、
   転炉の炉口の縁から前記スカートの前記水管壁のピッチ円までの水平距離が４００ｍｍ以上５００ｍｍ以下であること特徴とする転炉のスカートシール装置。
2. 前記スカートが下限に位置するとき、前記スカートの中心線に沿った断面において、前記フードの下端部が前記転炉の炉口の縁と前記シールジャケットの上縁を結ぶ線よりも下側にあることを特徴とする請求項１に記載の転炉のスカートシール装置。
3. 請求項１又は２に記載の転炉のスカートシール装置を用いて、転炉の排ガスを処理することを特徴とする転炉の排ガス処理方法。
   
   

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