JP6323422B2 - 転炉の副原料投入シュート - Google Patents

Description

本発明は転炉の副原料投入シュートに関する。

転炉を用いた製鋼工程では、転炉炉口の周囲は、吹錬中の約1400〜1500℃の転炉ガスや転炉内に収容された溶鋼からの直接の輻射熱を受ける。そのため、図８に示されるように、転炉２６の炉口の周辺に配置される転炉ガス回収フード２７や副原料投入シュート２８等は、いずれも、熱損傷を防止するために水冷式の防熱構造とされている。

このような副原料投入シュートの水冷構造に関しては、例えば特許文献１には、「内筒と外筒からなる水冷ジャケットの上部に給水孔を有する給水ヘッダーを設けると共に、該給水ヘッダーより冷却水を水冷ジャケット下部に導く水路管複数本を適当間隔をおいて垂下設置し、該水路管下端より放出されジャケット内を上昇した冷却水の排出口を設けたことを特徴とする副原料投入孔」（特許文献１の実用新案登録請求の範囲参照）が開示されている。

また、他の例として、特許文献２には、「転炉の排ガスフードの周壁に側方から斜めに取付けられた水冷機構のシュート先端部を具えた副原料投入シュートにおいて、前記シュート先端部を出口部と側面部に区分し、出口部には供給水路と直結する環状水冷機構を設け、側面部には環状水冷機構との接続口と排出口とを有する水冷機構を設け、出口部先端を前記排ガスフードの周壁面上に位置せしめたことを特徴とする転炉の副原料投入シュート。」（特許文献２の実用新案登録請求の範囲参照）が開示されている。

実公昭５８−３５６３１号公報 実開平３−５３５３９号公報

上記の特許文献１、２に開示のものの課題について、図９、図１０に基づいて説明する。
図９、図１０はそれぞれ特許文献１、２の副原料投入シュートの冷却機構を説明する説明図であり、副原料投入シュートを展開して示すものであり、冷却水の流れを矢印で示している。
特許文献１に開示の副原料投入シュート２９は、図９に示すように、給水口３０から給水された冷却水は、複数本の水路管３１を介してジャケット部３３の下端部に供給され、その後、ジャケット部３３内を上昇して排出口３５から排出される。

確かに、特許文献１の構造では、副原料投入シュート２９において最も冷却したい下端部に確実に冷却水を供給できるという効果が得られている。
しかしながら、下端部に供給された冷却水は、図９に示されるように、ジャケット部３３の下端部の最下部に集まり、ジャケット部３３を上昇することになるため、最下部に冷却水が集まるときに冷却水の衝突が生じ、流れに淀みが生ずる。このため、下端部及びジャケット部３３を上昇する排水の流れが円滑でなく、下端部に比べて他の部分の冷却効果が低下し、また周方向の水冷効果が不均一になりやすく、熱クラック等を生じやすいという課題がある。

また、特許文献２に開示された副原料投入シュート３７の場合、図１０に示すように、冷却水供給口３９から供給された冷却水は、供給水路４１を通過してジャケット部の下端の出口部４３から環状水冷機構４５に供給され、環状水冷機構４５を通過した冷却水は、接続口４７から側面部４９に至り、排出口５１から排出される。
この場合、冷却水はジャケット部の先端の環状水冷機構４５を勢いよく流れるため、先端の冷却効率としての問題はない。しかし、冷却水は環状水冷機構４５を一周した後、接続口４７から急に広い面積の側面部４９に放出されるため、急激に流速がおちて、吹き溜りを生じ、冷却効率が悪くなるという問題がある。

なお、冷却流路内には、錆び等のダストが生ずることがあり、これを冷却水と共に排出する必要があるところ、特許文献１、２のいずれのものでも、ジャケット部を上昇するときの流速が落ちるため、ダストを排出することはできず、先端部にダストが溜まることが考えられる。このため、特許文献１、２のいずれのものも使用期間が長くなるに従って冷却能力が低下し、さらにはダストが冷却水路の詰まりの原因になる場合もあるという課題がある。

本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、冷却効率がよく、かつ錆び等のダストの排出も可能で長期間に亘って冷却能力を維持できる転炉の副原料投入シュートを得ることを目的としている。

（１）本発明に係る転炉の副原料投入シュートは、内筒と該内筒に対して所定の隙間を介して設けられた外筒とを有し、前記隙間に形成されたジャケット部に冷却水を通流させる水冷ジャケット構造の副原料投入シュートであって、
給水口が接続されるリング状の上部リング水路と、該上部リング水路からジャケット部に冷却水を供給するために周方向に複数設けられた給水孔と、ジャケット部の下端部に設けられた下部リング水路と、下部リング水路の下端部に設けられ前記ジャケット部と連通する連通孔と、下部リング水路の上端側から上方に向かうと共に排水口と連通する排水路とを備えたことを特徴とするものである。

（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記給水孔の一部と前記下部リング水路の下端部とを繋ぐ連通水路管を設け、該連通水路管の下端を前記下部リング水路の上下方向の中間位置よりも下方寄りに位置させたことを特徴とするものである。

（３）また、上記（２）に記載のものにおいて、前記連通水路管を設けた給水孔以外の給水孔に、該給水孔を通過した冷却水をジャケット部に供給する給水水路管を設けたことを特徴とするものである。

本発明においては、給水口が接続されるリング状の上部リング水路と、該上部リング水路からジャケット部に冷却水を供給するために周方向に複数設けられた給水孔と、ジャケット部の下端部に設けられた下部リング水路と、下部リング水路の下端部に設けられ前記ジャケット部と連通する連通孔と、下部リング水路の上端側から上方に向かうと共に排水口と連通する排水路とを備えたことにより、上部リング水路に供給された冷却水が給水孔からジャケット部、連通孔を介して下部リング水路の下端部に供給され、さらに下部リング水路から勢いよく排水路に流れるので、冷却効率がよく、かつ錆び等のダストの排出も可能なため、長期間に亘って冷却能力を維持できる。

本発明の実施の形態１に係る副原料投入シュートの説明図であって、副原料投入シュートを軸線方向の切断面で切断して展開し、内筒を省略して示したものである。 本発明の実施の形態１に係る副原料投入シュートの縦断面図（図３の矢視Ａ−Ａ線に沿う断面図）である。 本発明の実施の形態１に係る副原料投入シュートの正面図である。 本発明の実施の形態１に係る副原料投入シュートの冷却水の流れを説明する説明図である。 本発明の実施の形態２に係る副原料投入シュートの説明図であって、副原料投入シュートを軸線方向の切断面で切断して展開し、内筒を省略して示したものである。 本発明の実施の形態２に係る副原料投入シュートの縦断面図である。 本発明の実施の形態２に係る副原料投入シュートの冷却水の流れを説明する説明図である。 一般的な転炉における副原料投入シュートの取付状態の説明図である。 特許文献１に開示された副原料投入シュートの課題を説明する説明図である。 特許文献２に開示された副原料投入シュートの課題を説明する説明図である。

［実施の形態１］
本発明の一実施の形態に係る副原料投入シュート１は、図１〜図４に示すように、内筒３と内筒３に対して所定の隙間を介して設けられた外筒５とを有し、隙間に形成されたジャケット部７に冷却水を通流させる水冷ジャケット構造の副原料投入シュート１であって、
給水口９が接続されるリング状の上部リング水路１１と、上部リング水路１１からジャケット部７に冷却水を供給するために周方向に複数設けられた給水孔１３と、ジャケット部７の下端部に設けられた下部リング水路１５と、下部リング水路１５の下端部に設けられジャケット部７と連通する連通孔１７と、下部リング水路１５の上端側から上方に向かうと共に排水口１８と連通する排水路１９とを備えている。

上記のように構成された副原料投入シュート１においては、図１、図４に示すように、給水口９を介して上部リング水路１１に冷却水が供給され、供給された冷却水は複数の給水孔１３を介してジャケット部７に供給されて流下する。流下する水流は重力の方向に流れるので淀みなく円滑に流れる。ジャケット部７を淀みなく流下した冷却水は、連通孔１７を介して下部リング水路１５の最下端に勢いよく流入し、下部リング水路１５を上昇して、排水路１９を通過して排水口１８へと流れる。ジャケット部７を流下する冷却水は勢いよく流れるので、下部リング水路１５に勢いよく流入し、円滑に流れる。

上記のように、本実施の形態の副原料投入シュート１によれば、冷却水の流れに淀みがなく円滑に流れるので、冷却効率がよく、均一に冷却される。
特に、下部リング水路１５の流れも円滑なので、錆び等のダストを冷却水と共に排出することが可能でダストの滞留がなく、長期間の使用でも冷却効率の低下がない。

［実施の形態２］
副原料投入シュートにおいて最も冷却を要する箇所は、下部リング水路の最下端部である。そこで、実施の形態２では、下部リング水路１５の最下端部を確実に冷却できるようにしたものである。

実施の形態２の副原料投入シュート２１を図５〜図７に基づいて説明する。なお、図５、図６において、実施の形態１を示した図１、図２と同一部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態の副原料投入シュート２１は、実施の形態１の構成に加えて、給水孔１３と下部リング水路１５の下端部とを連通させて繋ぐ連通水路管２３を２本設け、これら連通水路管２３の下端を下部リング水路１５の上下方向の中間位置よりも下方寄りに位置させたものである。

また、上部リング水路１１とジャケット部７を連通させる給水孔１３の下方に、連通水路管２３の長さの１/３以下の長さの給水水路管２５を設け、図５、図７に示すように、給水水路管２５を介して上部リング水路１１の冷却水をジャケット部７に供給するようにしている。

給水水路管２５を設けた理由は以下の通りである。
連通水路管２３を設けたことで、連通水路管２３を冷却水が円滑に流れることができれば、下部リング水路１５の先端部まで冷却水を確実に供給することができる。
しかし、連通水路管２３を冷却水が流れる場合、冷却水が給水孔１３を通過するよりも抵抗があるため、上部リング水路１１に供給された冷却水は連通水路管２３を設けた給水孔１３よりも他の給水孔１３に流れやすくなる。
そこで、他の給水孔１３に給水水路管２５を設けることで、冷却水が他の給水孔１３に偏ることなく、連通水路管２３への冷却水の供給を確実にできるようにしたものである。

本実施の形態によれば、実施の形態１の効果に加えて、最も冷却を要する下部リング水路１５の最下端部をより確実に冷却することができる。

なお、給水水路管２５は必須ではなく、例えば連通水路管２３の管径を太くすることで、連通水路管２３の通過抵抗を少なくしたり、あるいは連通水路管２３に冷却水を供給する給水孔１３の孔径を他の給水孔１３の孔径よりも大きくしたりすることで、給水水路管２５を設けることなく、連通水路管２３への給水を確実に行うようにしてもよい。

実施の形態２で示した副原料投入シュート２１を製作した実施品についてその効果を確認したので、この点について以下説明する。
副原料投入シュート２１の下端部に設ける下部リング水路１５の幅は300mm以内が好ましいことがわかり、実施品は、副原料投入シュート２１の最下端から80mmの位置に仕切り板を溶接して水路幅80mmの下部リング水路１５を形成した。
連通水路管２３への給水量との関係で給水水路管２５の長さについて検討したところ、連通水路管２３の長さの1/3以下が好ましいことが分かった。
実施品では、連通水路管２３は管径が20Aで長さが2360mmを２本とし、給水水路管２５は管径が15Aで長さが250mmのものを１２本とした。
操業条件は、給水量が40T/Hr、発生ガス温度が1200℃〜1600℃である。

特許文献１に開示されたものを比較例として実施品との比較を行った。
高温ガス暴露部の温度が比較例では140℃であったものが、本発明の実施品では48℃まで低下した。
また、内部ダスト量も90％軽減でき、これに基づいて副原料投入シュート２１内における冷却水の流速が最も遅くなる部位の流速を計算すると、比較例では0.1m/s以下であったものが、0.5m/sに向上するこことが分かった。

以上のように、本発明を実施することで、冷却効率の改善と、ダスト除去の両方が達成できることが実証された。

１ 副原料投入シュート（実施の形態１）
３ 内筒
５ 外筒
７ ジャケット部
９ 給水口
１１ 上部リング水路
１３ 給水孔
１５ 下部リング水路
１７ 連通孔
１８ 排水口
１９ 排水路
２１ 副原料投入シュート（実施の形態２）
２３ 連通水路管
２５ 給水水路管
２６ 転炉
２７ 転炉ガス回収フード
２８ 副原料投入シュート
２９ 副原料投入シュート（特許文献１）
３０ 給水口
３１ 水路管
３３ ジャケット部
３５ 排出口
３７副原料投入シュート（特許文献２）
３９ 冷却水供給口
４１ 供給水路
４３ 出口部
４５ 環状水冷機構
４７ 接続口
４９ 側面部
５１ 排出口

Claims (3)

1. 内筒と該内筒に対して所定の隙間を介して設けられた外筒とを有し、前記隙間に形成されたジャケット部に冷却水を通流させる水冷ジャケット構造の副原料投入シュートであって、
   給水口が接続されるリング状の上部リング水路と、該上部リング水路からジャケット部に冷却水を供給するために周方向に複数設けられた給水孔と、ジャケット部の下端部に設けられた下部リング水路と、下部リング水路の下端部に設けられ前記ジャケット部と連通する連通孔と、下部リング水路の上端側から上方に向かうと共に排水口と連通する排水路とを備えたことを特徴とする転炉の副原料投入シュート。
2. 前記給水孔の一部と前記下部リング水路の下端部とを繋ぐ連通水路管を設け、該連通水路管の下端を前記下部リング水路の上下方向の中間位置よりも下方寄りに位置させたことを特徴とする請求項１記載の転炉の副原料投入シュート。
3. 前記連通水路管を設けた給水孔以外の給水孔に、該給水孔を通過した冷却水をジャケット部に供給する給水水路管を設けたことを特徴とする請求項２記載の転炉の副原料投入シュート。