JP7024535B2

JP7024535B2 - 予熱用蓋のスカート長さ決定方法

Info

Publication number: JP7024535B2
Application number: JP2018054189A
Authority: JP
Inventors: 洋子寺川; 秀和右藤; 克己天田; 翔太郎高橋; 修志廣政; 和夫満武
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-03-22
Filing date: 2018-03-22
Publication date: 2022-02-24
Anticipated expiration: 2038-03-22
Also published as: JP2019166530A

Description

本発明は、取鍋の予熱方法及び取鍋の予熱用蓋に関する。

特許文献１に記載されているように、製鋼工程では、取鍋をバーナーで急速予熱することが行われている。これは、転炉から取鍋に溶鋼が移されることによる溶鋼温度の低下の防止と、耐火物に生じる熱衝撃の緩和を目的としている。取鍋を予熱する際には予熱用蓋を設置するが、完全に予熱用蓋を閉めてしまうと、予熱用蓋側の耐火物が取鍋側の耐火物等と接触し、摩擦により破損、欠落、損耗する場合がある。このため、予熱用蓋を完全に閉めることが出来ない。また、取鍋側の縁には溶鋼の付着があるため、この部分は必ずしも水平の面となってはいない。このような理由から、予熱用蓋が取鍋上部を覆うように吊り下げられた状態で予熱が行われている。

特開２０１５－１７４０９１号公報

したがって、図８に示すように取鍋と予熱用蓋との間にすき間がある。このため、工場内に風が吹いた場合などには外気が入り込む。外気が侵入するということは、バーナー部で投入している空気とは別に空気が取鍋内部に入り込むということである。このため、空気比が上昇し、狙いとしている燃焼状態にならない。また、空気が取鍋に入り込むということは、もともと取鍋内にあった空気が出ていくということでもあるため、排ガス量が増える。これは、余分な空気を暖めることに熱が使われることを意味しており、取鍋急速予熱の目的である溶鋼温度低下防止と耐火物熱衝撃緩和は十分に達成されない。このように取鍋内を加熱している間に空気が頻繁に出入りすることは、取鍋内部の温度を目標温度まで到達させるためには好ましくないため、取鍋に外気が侵入することを回避する方法の開発が望まれていた。

本発明は、このような背景でなされた発明であり、本発明の課題は、取鍋内部の加熱時に外気の侵入を抑制することである。

上記課題を解決するため、製鋼工程において取鍋の予熱を行う際、取鍋上部に設けられた耐火物と予熱用蓋に設けられた耐火物が接触しないように吊り下げられる予熱用蓋の周囲に配置されるスカート部の取鍋上部から下に向けた長さであるスカート長さを決定する予熱用蓋のスカート長さ決定方法であって、当該予熱用蓋の蓋厚みが（ａ）ｍｍ、取鍋と蓋本体の鍋蓋すき間が（ｂ）ｍｍ、前記スカート部の取鍋上部から下に向けた長さであるスカート長さが（c）ｍｍ、取鍋の高さ－前記スカート部の取鍋上部から下に向けた長さが（ｄ）ｍｍであるとき、Ａ＝（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）、Ｂ＝（ｄ）とすると、Ａ／Ｂ≧０．５となるようにスカート長さを決定することを特徴とする予熱用蓋のスカート長さ決定方法とする。

本発明を用いると、取鍋内部の加熱時に外気の侵入を抑制することができる。

スカート部が設けられた予熱用蓋を取鍋の加熱に使用する状態を表す図である。予熱用蓋を取鍋上部に被せた状態における取鍋上部周りを部分的に拡大した図に当該部分で生じる風の流れを示した図である。蓋本体と取鍋上部の隙間が鍋内平均温度に与える影響に関する実験結果を表した図である。スカート長さが鍋内平均温度に与える影響に関する実験結果を表した図である。予熱排気手段を開放した場合と閉じた場合における、スカート長さが鍋内平均温度に与える影響に関する実験結果を表した図である。但し、丸印が予熱排気手段を閉じた場合であり、四角印が予熱排気手段を開放した場合である。「蓋本体の厚み+取鍋と蓋本体のすき間+スカート部の取鍋上部から下に向けた長さ」をＡとし、「取鍋の高さ-スカート部の取鍋上部から下に向けた長さ」をＢとした場合のＡ／Ｂと鍋内平均温度との関係を表した図である。予熱排気手段を閉じた蓋本体を取鍋の加熱に使用する状態を表す図である。従来の予熱用蓋の使用形態を表した図である。

以下に発明を実施するための形態を示す。本実施形態の取鍋３の予熱方法は、製鋼工程において取鍋３の予熱を行う際、周囲にスカート部１２を配置した予熱用蓋１を取鍋上部３１に設けられた耐火物と予熱用蓋１に設けられた耐火物が接触しないように吊り下げ、スカート部１２の下端が取鍋３の外部かつ取鍋上部３１よりも下方に位置するように予熱用蓋１を被せる。このように、周囲にスカート部１２を配置した取鍋３の予熱用蓋１を用いれば、取鍋３内部の加熱時に外気の侵入を抑制することが可能となる。

実施形態の予熱用蓋１は、略円盤状の蓋本体１１の一方側の面にスカート部１２が延びるように構成されている。実施形態のスカート部１２は略円筒状に形成されており、スカート部１２の内径は取鍋３の外径よりも大きく形成されている。このため、スカート部１２の内側に取鍋上部３１を配置することができる。なお、蓋本体１１にはバーナー４を取り付けるための取付口が設けられている。また、蓋本体１１にはバーナー４の燃焼によって生じた排ガスを排出する予熱排気手段１４を備えている。更には、蓋本体１１には排ガス分析を行うために用いられる排ガス吸入管１５が取り付けられている。

予熱用蓋１にスカート部１２が設けられることにより、蓋本体１１の位置を従来の設定位置から変えなくても取鍋３内に外気が入ることを抑制できるが、側面視でスカート部１２と取鍋上部３１との間に隙間が生じないように予熱用蓋１を配置すれば、側方から流れてきた外気はスカート部１２を迂回しないと取鍋３内に入ることができなくなるため、より好ましい。

そこで発明者らは、取鍋３内に外気が入ることを抑制できるように、これらの配置についてパラメーター化できないか検討を行った。図２に示すように、「蓋本体１１の蓋厚み（ａ）+取鍋３と蓋本体１１の鍋蓋すき間（ｂ）+スカート部１２の取鍋上部３１から下に向けた長さ（スカート長さ）（ｃ）」をＡとし、「取鍋３の高さ-スカート部１２の取鍋上部３１から下に向けた長さ（ｄ）」をＢとした場合について、小型の予熱用蓋１と取鍋３を作成し、試験を行った。この結果について、以下、記載する。

なお、この試験で用いた取鍋３は深さが６００ｍｍであり、内径が４００ｍｍ、蓋厚みａが１５０ｍｍ、鍋蓋すき間ｂが６．６ｍｍ、スカート長さｃを変化させている。また、取鍋３の内部には１０個の熱電対８を設置し、各々の熱電対８が示した値の平均値を鍋内平均温度とした。熱電対８は、取鍋３の壁面に沿って取鍋上部３１から深さの１／３だけおろした高さに３箇所、２／３だけおろした高さに３箇所、取鍋３の底面高さに３箇所設置し、更に取鍋３の中心底面に一つ設置した。また、風の影響を検討する際には、取鍋３壁面全面に対して４ｍ／ｓの風速で送風した。バーナー４の燃焼にはＣＯＧを１．５Ｎｍ３／Ｈｒで投入するとともに、バーナー４燃焼用の空気を８．２Ｎｍ３／Ｈｒで投入した。

まず、蓋本体１１にスカート部１２を設けず、蓋本体１１と取鍋３の隙間が鍋内平均温度に与える影響について試験を行った。結果を図３に示す。蓋本体１１と取鍋３との間に隙間が無い場合、鍋内平均温度は８３７℃となった。一方、蓋本体１１と取鍋３との間に６．６ｍｍの隙間があり無風の場合、７０４℃となった。蓋本体１１と取鍋３との間に６．６ｍｍの隙間があり取鍋３壁面全面に対して４ｍ／ｓの風速で送風した場合、６３２℃となった。ここから蓋本体１１と取鍋３の隙間が取鍋３内の温度に与える影響が大きいことが分かる。また、風が吹いた場合には、その影響が更に大きくなることも分かる。

次に、取鍋３壁面全面に対して４ｍ／ｓの風速で送風した場合に、スカート部１２の長さが鍋内平均温度に与える影響について試験を行った。結果を図４に示す。スカート長さｃが０乃至１００ｍｍでは鍋内平均温度を大きく上昇させることはできなかったが、２００ｍｍ以上では上昇させることができた。

次に、予熱排気手段１４から排ガスが排出できないようにし、取鍋３壁面全面に対して４ｍ／ｓの風速で送風した場合に、スカート部１２の長さが鍋内平均温度に与える影響について試験を行った。この際、スカート部１２における、取鍋上部３１の高さ位置から下に向けての長さをスカート長さとした。結果を図５に丸印で示す。なお、四角印は図４の結果と同じである。予熱排気手段１４から排ガスが排出できないようにすることによって、鍋内平均温度が大きく上昇したことが分かる。とくに、スカート長さを１００ｍｍ以上とすると効果が高まることが分かる。

ここで、「蓋本体１１の厚み+取鍋３と蓋本体１１のすき間+スカート部１２の取鍋上部３１から下に向けた長さ」をＡとし、「取鍋３高さ-スカート部１２の取鍋上部３１から下に向けた長さ」をＢとした場合のＡ／Ｂと鍋内平均温度との関係を図６に示す。この図からは、Ａ／Ｂが大きくなるほど鍋内平均温度が高くなる傾向があることが分かる。
予熱排気手段が閉の場合も考慮して、Ａ/Ｂは０．５以上、好ましく０．９以上あるとよい。ただし、スカート部１２が長すぎると予熱用蓋１の上下動の際に取鍋３上端に接触する可能性があるため、Ａ/Ｂは１．２以下とすることが好ましい。なお、スカート部１２を設けた際に特に効果的であった場合は、スカート部１２に当たることで上下方向に分けられた風量のうち下に向けて流れる風量が、取鍋３の側面に当たって上昇する風量よりも勝るため効果的になると考えられる。

このＡ/Ｂの比率は取鍋および蓋のサイズによらず普遍であり、例えば実機相当のサイズとして、蓋厚み（ａ）が３００ｍｍ、取鍋３と蓋本体１１の鍋蓋すき間（ｂ）が３００ｍｍ、取鍋３の高さが３４００ｍｍとすると、Ａ／Ｂ＝（ａ＋ｂ＋ｃ）／ｄからスカート部１２の取鍋上部３１から下に向けた長さ（スカート長さ）（ｃ）を求めると７５７ｍｍ（≒７５０ｍｍ）となる。ただし、（ｄ）は取鍋３の高さ-スカート部１２の取鍋上部３１から下に向けた長さである。

ところで、取鍋３内に外気が入る要因を減らすためには、予熱の際、前述の「予熱廃棄手段閉」の様に、取鍋３内部を陽圧とすることも有効である。このようにすれば、取鍋３と予熱用蓋１との隙間から、外気が侵入しにくくなる。取鍋３内部を陽圧にできるようにするため、予熱用蓋１の予熱排気手段１４には開閉手段および／または流量調整手段を備えることが好ましい。ただし、予熱排気手段が複数備わっている場合は、内部流れが均一になるよう均等に開度および／または流量を調整する、あるいは対応を取る予熱排気手段の位置を選択することが好ましい。実施形態では蓋本体１１に煙突状の予熱排気手段１４が設けられているが、この予熱排気手段１４に備えられた開閉手段や流量調整手段を調整することで予熱排気手段１４から排ガスが排出される量を抑制すれば、取鍋３内部を陽圧とすることができる。このようにすれば、図７に示すことから理解されるように、取鍋３と予熱用蓋１との隙間から排ガスが排出される。

以上、実施形態を中心として本発明を説明してきたが、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、各種の態様とすることが可能である。

１予熱用蓋
３取鍋
１１蓋本体
１２スカート部
１４予熱排気手段
３１取鍋上部

Claims

製鋼工程において取鍋の予熱を行う際、取鍋上部に設けられた耐火物と予熱用蓋に設けられた耐火物が接触しないように吊り下げられる予熱用蓋の周囲に配置されるスカート部の取鍋上部から下に向けた長さであるスカート長さを決定する予熱用蓋のスカート長さ決定方法であって、
当該予熱用蓋の蓋厚みが（ａ）ｍｍ、取鍋と蓋本体の鍋蓋すき間が（ｂ）ｍｍ、前記スカート部の取鍋上部から下に向けた長さであるスカート長さが（c）ｍｍ、取鍋の高さ－前記スカート部の取鍋上部から下に向けた長さが（ｄ）ｍｍであるとき、Ａ＝（ａ）＋（ｂ）＋（ｃ）、Ｂ＝（ｄ）とすると、Ａ／Ｂ≧０．５となるようにスカート長さを決定することを特徴とする予熱用蓋のスカート長さ決定方法。