JP6801780B2

JP6801780B2 - 混銑車の加熱装置および加熱方法

Info

Publication number: JP6801780B2
Application number: JP2019511172A
Authority: JP
Inventors: 功輔森岡; 弘樹月ヶ瀬; 康彦大谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2017-04-04
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2020-12-16
Anticipated expiration: 2038-03-27
Also published as: KR20190132443A; JPWO2018186236A1; US20200017928A1; CN110462067A; EP3575418A1; TW201842194A; TWI665306B; WO2018186236A1; CA3061380A1

Description

本発明は、混銑車の内部の加熱を行う加熱装置および加熱方法に関する。

製鉄所において、高炉で製造された溶銑は、混銑車で製鋼工場まで搬送され、その間、混銑車内において、脱珪処理等の溶銑の予備処理が行われる。高温の溶銑を収容するため、混銑車の内壁は耐火物で構成されている。高温の溶銑を扱う混銑車の繰り返し稼働によって耐火物が損傷すると、耐火物の張り替えが行われる。その後、新しい耐火物を施工した混銑車に再び高温の溶銑を収容するために、新しい耐火物の乾燥および混銑車内部の予熱、あるいは一旦冷えた混銑車を再び使用する際に耐火物の保護のために予めバーナー等によって昇熱および保熱することが行われる。

従来、混銑車内部の乾燥および予熱作業の際には、受銑口からバーナーを挿入して火炎および燃焼ガスを供給し、混銑車内部の加熱を行っている。混銑車内部を乾燥させるときには、耐火物が爆裂しないように、時間をかけて徐々に加熱する必要がある。一方、予熱する際は、急速加熱により、迅速に受銑できる状態にすることが求められる。乾燥および予熱時には、ＣＯＧ（コークス炉ガス）量と、ＣＯＧ量に合わせ一定の空気比となるよう空気量とを調整している。このとき、排ガスは混銑車の受銑口から排出されるが、バーナーを出し入れするために受銑口が開放されており、受銑口から侵入する空気によって熱ロスが生じ、バーナーの効率が低下する。さらに、空気の侵入により、混銑車内部の温度に大きなばらつきを生じるという問題がある。

従来、混銑車の受銑口の蓋として、受銑後や空車のときに保温するための蓋は使用されているが、その場合は受銑口を密閉する蓋であり、排ガスの排出口を有するものではない。そのため、バーナーを用いた乾燥および予熱時には使用できない。

特許文献１には、混銑車の予熱時や乾燥時に、混銑車内部にバーナーを挿入することなく内部雰囲気を加熱することができる混銑車用加熱装置が開示されている。

特許文献２には、混銑車の乾燥時に、混銑車内部にバーナーを挿入し、受銑口に上部を１０ｍｍ程度開いて遮蔽板を取り付ける方法が開示されている。

特許第４６５８２３１号公報特開平８−２７５１０号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された加熱装置は、リジェネバーナーを用いており、設備コストが高い。しかも、銑鉄注入排出口には気密に封鎖する蓋部材を用いてブロアで排ガスを強制的に排出する構造であり、これに対して低コストの通常のバーナーの場合には排ガスを自然に排出するために開口部が必要であり、上記のような気密構造のリジェネバーナーは適用できない。

また、上記特許文献２に開示された方法では、受銑口を正面に見て、当該受銑口の全体が遮蔽板で覆われている。かかる場合、受銑口の上部から排出される排ガスは遮蔽板の裏面に接触しながら排出され、高温の排ガスと遮蔽板との接触が多くなるため、熱負荷が多く作用し、遮蔽板の熱変形等が起こるおそれがある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、リジェネバーナー以外の低コストのバーナーを用いて混銑車内部の乾燥や予熱等を行う際、外気の侵入を抑えつつ排ガスを排出し、高効率且つ均一な加熱を行うことができる加熱装置および加熱方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、混銑車本体の側方に受銑口が位置するように前記混銑車本体を回転させた状態で、混銑車の内部を加熱する加熱装置であって、前記受銑口から混銑車の内部に挿入されるバーナーと、側面視において前記受銑口の開口が予め設定した開口率となるように前記受銑口の下側を部分的に覆う蓋と、を備え、前記開口率は、前記受銑口の開口面積から前記バーナーの断面積を除いた面積の１０％〜８０％であることを特徴とする。

前記蓋が、前記受銑口に向けて水平方向に弾性を有する弾性体に支持されていることが好ましい。

前記蓋の前記受銑口側の面の、前記蓋と前記混銑車とが接する部分に、弾力性を有する耐火物が取り付けられていてもよい。

前記蓋は、鉛直方向に対する取り付け角度が可変であることが好ましい。

前記蓋は上部蓋と下部蓋を備え、前記下部蓋は、前記受銑口の下側を部分的に覆い、前記上部蓋は、前記下部蓋との境界を中心に回動自在に構成されていてもよい。

別な観点による本発明は、混銑車の内部を加熱する加熱方法であって、混銑車本体の側方に受銑口が位置するように前記混銑車本体を回転させ、側面視において前記受銑口の開口が予め設定した開口率となるような蓋で前記受銑口の下側を覆い、前記受銑口から混銑車の内部にバーナーを挿入して加熱し、前記開口率は、前記受銑口の開口面積から前記バーナーの断面積を除いた面積の１０％〜８０％であることを特徴とする。

本発明によれば、受銑口の下部に蓋を設けることで、外気の侵入を防ぎ、且つ排ガスを排出できるため、バーナーによる加熱を効率よく行い、混銑車内部の均一な温度分布を実現することができる。したがって、混銑車の加熱にかかる燃料の削減や時間の短縮をすることができ、コストを削減して効率よく稼働させることができる。
また、側面視において受銑口の下側が蓋によって部分的に覆われており、換言すれば受銑口の上側は開口しているため、受銑口の上部から排出される高温の排ガスが蓋に接触することによる熱負荷を軽減し、蓋の熱変形等を抑制することができる。

本実施の形態にかかる加熱装置の使用時の状態を混銑車の上方から見た概略図である。本実施の形態にかかる加熱装置の使用時の状態を混銑車の側方から見た概略図である。本実施の形態にかかる加熱装置の蓋の形状を示す正面図である。他の実施の形態にかかる加熱装置の使用時の状態を混銑車の側方から見た概略図である。他の実施の形態にかかる加熱装置の使用時の状態を混銑車の側方から見た概略図である。他の実施の形態にかかる加熱装置の蓋の形状を示す正面図である。実施例における熱電対の位置を示す図であり、（ａ）は混銑車の長手方向、（ｂ）は長手方向に直角な方向を示す。

以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１〜図３は、本発明の実施の形態にかかる加熱装置を説明する図であり、図１は混銑車１０の上方から見た図、図２は混銑車１０の側方から見た図、図３は混銑車１０の正面から見た図である。図１に示すように、混銑車１０は、高炉で製造された溶銑を収容する略長筒状の混銑車本体１１を有している。混銑車本体１１は、長軸まわりに回転できる構造になっている。また、混銑車本体１１の内壁には耐火物１２が施工され、長手方向中央部には、溶銑の出し入れのための受銑口１３が設けられている。本実施の形態では、受銑前の乾燥および予熱作業において加熱装置１を用いる際に、先ず、混銑車１０の受銑口１３が混銑車本体１１の側方に位置し受銑口１３が略鉛直方向になるように、混銑車本体１１を回転させる。

加熱装置１は、図２に示すように、バーナー２と、支持ブラケット３を介してバーナー２に固定された蓋４を有している。バーナー２は、リジェネバーナーを除く各種バーナーを用いることができ、例えば図１に示すように、先端が左右両側に分岐し、混銑車１０の長手方向両側に火口が向けられる。バーナー２は、例えば図２に示すように水平移動可能な台車５に搭載され、水平軌道上を移動することができる。本実施の形態では、蓋４がバーナー２に固定されていることで、バーナー２を混銑車１０の内部に挿入する際に、同時に受銑口１３の位置に蓋４が取り付けられるようになっている。ただし、蓋４は、バーナー２以外の加熱装置１の構造体部分に固定されてもよい。なお、本明細書において、混銑車本体１１の長手方向を左右方向とし、水平面において左右方向に直交する向きを前後方向（混銑車１０側を前方）とする。

蓋４は、受銑口１３の開口面積に対して、加熱時の状況に応じた開口率を実現するために、受銑口１３を正面に見た側面視において当該受銑口１３の一部を塞ぐ。この側面視における開口率が小さすぎると、排気が十分に行えず内部圧力の上昇により開口部からの排ガス流速が高まり設備負荷が高まることやバーナー２からの所定の燃料が流れず燃焼不足になり、開口率が大きすぎると、外気が侵入して加熱効率が低下するうえ温度が不均一になる。開口率は、混銑車１０の容積、受銑口１３の開口面積、バーナー２の仕様、加熱条件等により最適値を設定すれば良いが、特に混銑車１０の内部を加熱する際に当該混銑車１０から排出されるガスの流量に応じて最適値を設定するのが好ましい。例えば、本実施の形態では、受銑口１３の開口面積からバーナー２の断面積を除いた開口面積の１０％〜８０％と設定される。本実施の形態では、蓋４により受銑口１３の開口面積を減らすことにより、外気の侵入を防ぎ、同時に、排ガスが排出されるための開口面積を確保する。

蓋４は、略鉛直方向に向けられた受銑口１３の下側を覆うように取り付けられる。蓋４を受銑口１３の上部に配置すると、排ガスが蓋４の裏面に接触しながら排出され、高温の排ガスと蓋４との接触が多くなるため、熱負荷が多く作用し、蓋４の熱変形等が起こる。これに対して、下側は排ガスの影響を受けにくい。本実施の形態において、蓋４の形状は、図３に示すように、略半円形から、バーナー２が挿入される受銑口１３の中央部の一部を切り欠いた半月板状となっている。

図２に示すように、蓋４の上部は、支持ブラケット３を介してバーナー２に固定されている。蓋４の下部は、前後方向に弾性を有するスプリング６を介して台車５に連結されている。スプリング６は台車５に固定され、蓋４の下部を混銑車１０側に押しつける方向に弾性を有している。スプリング６は、図３に示すように、蓋４の下部の左右２カ所に儲けられた下部ブラケット７を介して、２カ所に取り付けられる。さらに、蓋４の裏面、すなわち受銑口１３側の面の、受銑口１３の周縁部１４と接触する部分に、例えばセラミックロープ等のような弾力性を有する耐火物８が取り付けられる。混銑車１０に施工される耐火物１２は、混銑車を繰り返し使用するたびに付着物の影響により凹凸形状が異なり、周縁部１４の凹凸も変化するため、弾性体（スプリング６）で蓋４の下部を受銑口１３側に押しつけるとともに、耐火物８を設けることで、周縁部１４の凹凸形状を吸収し、受銑口１３の周縁部１４との隙間をなくして所望する開口率を実現する。耐火物８は、少なくとも周縁部１４の下端部周辺に接触する部分に取り付けられ、図３に示すように蓋４の外周全体に取り付けてもよい。

また、蓋４には、混銑車１０の内部を目視するための窓２１を設けてもよい。さらに、図２に示すように、受銑口１３の上部付近に、受銑口１３から適宜距離を離して、防炎板２２を設置してもよい。

以上の加熱装置１の使用方法について説明する。

混銑車１０内部の耐火物１２を張り替えた後、混銑車本体１１の中央に形成された受銑口１３が混銑車本体１１の側方に位置し、受銑口１３が略鉛直方向になるように、混銑車本体１１を回転させる。そして、受銑口１３に相対して加熱装置１を配置し、台車５を移動させてバーナー２および蓋４を受銑口１３に向けてスライドさせ、バーナー２を受銑口１３から混銑車１０の内部に挿入する。このとき、蓋４は、スプリング６により受銑口１３側に押しつけられ、蓋４の裏面に取り付けられた弾性を有する耐火物８が受銑口１３の周縁部１４に接触することで、周縁部１４の凹凸にも対応し、隙間なく蓋４が取り付けられる。

その後、バーナー２により、受銑口１３が形成された中央部から、混銑車本体１１の長さ方向両端部に亘る内壁面に施工された耐火物１２を乾燥および予熱することにより、下部の蓋４で外気の侵入を抑制しつつ、上側の開口から排ガスを排出させる。

以上のように、本実施の形態によれば、混銑車１０内部の加熱時に、外気の侵入を抑えながら排ガスの出口を確保した蓋４を設置することで、効率よく均一な加熱が可能となる。そして、昇温効率が上昇することにより、燃料の削減、予熱時間の短縮、コストの削減を図ることができる。

以上の実施の形態において、蓋４の上端部および下端部はそれぞれ、取り付け角度を調整できるように、例えば図４に示すように回転可能なピン３１、３２によって固定されることが好ましい。なお、図４においては台車５の図示を省略する。かかる場合、ピン３１で蓋４の上端部が回動し、ピン３２で蓋４の下端部が回動するので、蓋４を鉛直方向から傾斜させることができる。これにより、受銑口１３が厳密に鉛直方向でない場合でも、受銑口１３の角度に応じて蓋４を取り付けることができる。

さらに、例えば混銑車１０の耐火物１２を整備した後の乾燥時と予熱時とでは排ガスの量などが異なるため、加熱状況に応じて受銑口１３の開口率を調整できることが望ましい。例えば乾燥時には燃焼ガスの流量（ＣＯＧ量）が少なく、排ガスの流量が少ないため、開口率は１０％〜５０％が好ましい。一方、予熱時は排ガスの流量が多くなるため、開口率は３０％〜８０％が好ましい。

開口率の調整方法としては、例えば図５および図６に示すように、蓋４を上部蓋４ａと下部蓋４ｂに分割し、上部蓋４ａに対して下部蓋４ｂを回動させて開度を調整してもよい。なお、図５においては台車５の図示を省略する。下部蓋４ｂには、上記と同様にスプリング６が設けられており、このスプリング６により下部蓋４ｂは混銑車１０側に押しつけられ、受銑口１３の下部を部分的に覆う。上部蓋４ａと下部蓋４ｂはその境界において、例えば蝶番などの関節部４１で接続されている。また上部蓋４ａには、上部蓋４ａを前後方向に移動させる移動機構４２が設けられている。これにより、上部蓋４ａは、上部蓋４ａと下部蓋４ｂの境界、すなわち上部蓋４ａの下端を中心に回動自在に構成されている。かかる場合、下部蓋４ｂのみで受銑口１３で覆う場合が受銑口１３の最大開口率８０％となり、上部蓋４ａと下部蓋４ｂの全体で受銑口１３で覆う場合が受銑口１３の最小開口率１０％となる。具体的には、例えば上部蓋４ａが受銑口１３の７０％を覆い、下部蓋４ｂが受銑口１３の１０％を覆う場合、これら上部蓋４ａと下部蓋４ｂにより、受銑口１３の開口率を１０％〜８０％の間で調整できる。なお、上部蓋４ａの裏面と下部蓋４ｂの裏面には、それぞれ耐火物８が取り付けられている。

開口率の調整方法は上述した方法に限らない。例えば蓋４の上端の位置を前後方向に移動可能とし、蓋４の受銑口１３に対する取り付け角度を可変として、開口率を高くするときには蓋４の上端を後方へ移動させて開度を調整するようにしてもよい。

ここで、上述した特許文献２に開示された方法では、受銑口に上部を１０ｍｍ程度開いて遮蔽板を取り付けているが、この１０ｍｍは一律で遮蔽板は固定されている。すなわち、特許文献２には、本実施の形態のように受銑口１３の開口率を調整することは開示されておらず、その示唆もない。この点、本実施の形態のように受銑口１３の開口率を調整可能にすることで、加熱装置１の自由度を格段に向上させることができる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明例として、混銑車１０の受銑口１３の下側に、図１〜図３に示すような蓋４を設け、混銑車１０の内部の乾燥および予熱を実施した。また、比較例として、蓋を設けずに受銑口１３を開放したままで、混銑車１０の内部の乾燥および予熱を実施した。

本発明例および比較例において、混銑車１０の容量は６０ｍ^３（溶銑３００ｔｏｎ）、受銑口１３の開口面積は１．１７ｍ^２、バーナー２の断面積は０．２３ｍ^２である。また、蓋４の大きさを０．７５ｍ^２、０．４７ｍ^２、０．１９ｍ^２に変えて、これら蓋４で塞がれる、バーナー２を除いた受銑口１３の開口率を８０％、５０％、２０％に変えた。

また、本発明例および比較例において、図７（ａ）、（ｂ）に示すように、混銑車１０の内部３カ所に熱電対Ｎｏ．１、Ｎｏ．２、Ｎｏ．３を設置して、加熱時の温度を測定した。熱電対Ｎｏ．１は混銑車１０の長手方向端部、熱電対Ｎｏ．２と熱電対Ｎｏ．３はいずれも長手方向が受銑口１３の近くで、受銑口１３からの奥行きの距離が異なる位置とした。加熱開始から１５時間後の乾燥時と、３０時間後の予熱時について、各位置の温度および酸素濃度を測定した。開口率８０％の場合の結果を表１、開口率５０％の場合の結果を表２、開口率２０％の場合の結果を表３に示す。

表１〜表３から、開口率２０％〜８０％のいずれにおいても、本発明例は、比較例よりも、混銑車の内部の温度が均一に昇温していることを確認できた。また、酸素濃度に関し、本発明例は比較例に比べて低く、空気の侵入を抑えられたことを確認できた。さらに、トータルＣＯＧ量に関しては、約１５％の省エネを達成できた。一方、開口率を更に低下させ、１０％とした場合において、内部圧力の上昇により開口部からの排ガス流速が高まり設備負荷が増大した。また、バーナー２からの所定の燃料が流れず燃焼不足が発生したことから、連続して実施する事が不可能であった。

本発明は、混銑車の内部をバーナーで加熱する際の加熱装置として適用でき、リジェネバーナー以外のバーナーを用いて加熱する際に有用である。

１加熱装置
２バーナー
３支持ブラケット
４蓋
５台車
６スプリング
７下部ブラケット
８耐火物
１０混銑車
１１混銑車本体
１２耐火物
１３受銑口
１４周縁部
２１窓
２２防災板
３１、３２ピン
４１関節部
４２移動機構

Claims

混銑車本体の側方に受銑口が位置するように前記混銑車本体を回転させた状態で、混銑車の内部を加熱する加熱装置であって、
前記受銑口から混銑車の内部に挿入されるバーナーと、
側面視において前記受銑口の開口が予め設定した開口率となるように前記受銑口の下側を部分的に覆う蓋と、
を備え、
前記開口率は、前記受銑口の開口面積から前記バーナーの断面積を除いた面積の１０％〜８０％であることを特徴とする、混銑車の加熱装置。
前記蓋が、前記受銑口に向けて水平方向に弾性を有する弾性体に支持されていることを特徴とする、請求項１に記載の混銑車の加熱装置。
前記蓋の前記受銑口側の面の、前記蓋と前記混銑車とが接する部分に、弾力性を有する耐火物が取り付けられていることを特徴とする、請求項１または２のいずれか一項に記載の混銑車の加熱装置。
前記蓋は、鉛直方向に対する取り付け角度が可変であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の混銑車の加熱装置。
前記蓋は上部蓋と下部蓋を備え、
前記下部蓋は、前記受銑口の下側を部分的に覆い、
前記上部蓋は、前記下部蓋との境界を中心に回動自在に構成されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の混銑車の加熱装置。
混銑車の内部を加熱する加熱方法であって、
混銑車本体の側方に受銑口が位置するように前記混銑車本体を回転させ、
側面視において前記受銑口の開口が予め設定した開口率となるような蓋で前記受銑口の下側を覆い、
前記受銑口から混銑車の内部にバーナーを挿入して加熱し、
前記開口率は、前記受銑口の開口面積から前記バーナーの断面積を除いた面積の１０％〜８０％であることを特徴とする、混銑車の加熱方法。