JPH04210414A - 精錬装置の浸漬管の冷却方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

［０００１１

【産業上の利用分野］この発明は溶融金属の真空精錬装
置や加圧精錬炉、例えば、ＲＨ脱ガス装置、ＤＨ脱ガス
装置、加圧脱硫装置等の浸漬管の冷却方法に関する。 ［０００２］ 【従来の技術】転炉や電気炉で溶解精錬（−次精錬）さ
れた溶融金属（以下、鋼の場合は溶鋼と記す）は大気中
に存在する酸素、窒素、水素などのガスを溶解し、その
一部が非金属介在物として凝固鋼中に残存する。これら
の介在物は鋼製品の破壊原因や圧延等の加工時の割れ、
キズの原因となる等、材質に種々の悪影響を及ぼす。こ
のため、高級鋼を製造する場合には溶鋼中のガスや介在
物を除去する二次精錬が施される。例えば、冷延鋼板の
加工性の向上や厚鋼板の溶接性の向上などを図るために
低窒素鋼が望まれているが、このような鋼種には二次精
錬が欠かせない。 （０００３］　　二次精錬にはＶＡＤ法、ＤＨ法、Ｒ，
Ｈ法などの真空精錬法が多く使用されている。ＲＨ法は
図５に示すように真空精錬槽１に連通ずる２つの浸漬管
２（上昇管と下降管）を取鍋３内の溶鋼４−１に浸漬し
、真空精錬槽１内を減圧して溶鋼４−１を吸い上げ、上
昇管に不活性ガスを吹き込んでガスリフトポンプの原理
により溶鋼を真空精錬槽１と取鍋３の間を図中矢印のよ
うに循環させ、脱炭および脱ガスを行うものである。な
お、図中の４−２　は真空槽内に吸い上げられた溶鋼、
Ｓはスラグである。 ［０００４１図６は、上記浸漬管の一つの溶鋼浸漬部分
を拡大断面で示したものである。図示のように、浸漬管
２は溶鋼４−１に浸漬されるために芯金（環状金物とも
いう）６が耐火物Ａで被覆された構造となっている。し
かし、１６００℃〜１７００℃の溶鋼中に浸漬されると
、浸漬管２はその外周面および内周面から加熱されるの
で芯金６および耐火物Ａの温度が上昇して高温になる。 このとき、芯金６と耐火物Ａの熱膨張差等により耐火物
Ａに亀裂を生じ、浸漬管２の寿命が著しく低下する。 ［０００５］　　このような浸漬管の寿命低下を防止す
るため、浸漬管の冷却方法が種々考案され、例えば、特
開昭６１−２５３３１８号公報には、浸漬管の芯金を二
重管状にし、その間隙部に金属板を介挿させて冷却空気
を流し、芯金表面では冷却空気への直接対流伝熱と介挿
金属板への輻射伝熱の両方で抜熱する冷却方法が開示さ
れている。 ［０００６］また、特開昭５８−９６８１３号公報には
、浸漬管の芯金に先端を閉構造にした二重管或いは外周
に冷却管を巻回して溶接した円筒鉄板を用い、二重管の
間隙或いは冷却管の　□、の開口部から冷却媒体（空気
及び霧状水）を流ヒ　Ｅ、′・テ、畳キ熱を利用して少
量の水で強い冷却能が得を八、７’ｌ　ス３．’＊ｊ・
Ｉｊ、伊か提案されている。 （ｏｏｏ；７　　　＋が／ｋから、上述のように芯金だ
けを冷却したのでｒａ、ｌ：“４、Ｍ＞−耐火物との間
の温度差が大きくなり過ぎて、逆に芯金と耐火物間に隙
間が発生したり、冷却管に亀裂を生じ、冷却ガスが溶鋼
中に吹き出す等の問題がある。また、耐火物の熱膨張に
起因する内部の微細亀裂等も多くなると考えられる。 ［０００８］　　一方、真空処理中に芯金と耐火物との
間隙から大気が浸入するのを防止するため、特公平２−
１９１６９号公報には、真空吸引される大気の通路に当
たる耐火物内部に向けて無害のガスを吹き込む方法が提
案され、また、特開平］−−−１４７０１６号公報には
、上記とは逆に大気の通路に当たる耐火物内部の一部に
真空吸引口を設け、炉内に大気が侵入する前に吸引除去
する方法が提案されている。 ［０００９］　　Ｌかしいずれの方法も、真空処理槽中
の溶鋼への大気侵入防止を意図してなされたものであり
、吹き込むガス量および吸引ガス量は膨大な量となり、
大きな動力を必要とするばかりでなく、耐火物内部の圧
力を適正に保たないと耐火物の破損や溶鋼の差込み等が
発生する危険がある。 ［００１０１

【発明が解決しようとする課題］　本発明は、従来の真
空精錬装置や加圧精錬装置の特に浸漬管の冷却を前述の
ような問題なしに行うことを課題とするものであり、そ
の具体的な目的は、鉄皮、芯金および耐火物を効率よく
冷却し、これらの熱膨張差を低く抑えて浸漬管の寿命を
延長する方法を提供することにある。 ［００１１３ 【課題を解決するための手段］　本発明者は、浸漬管の
耐火物内部には、操業時の温度変化による微細な亀裂が
発生するが、このミクロ亀裂を利用して冷却ガスを耐火
物内に流通させることにより、耐火物を内部から効率よ
く冷却することができることを知った。熱負荷が大きい
ほどミクロ亀裂は多くなるが、その分冷却ガス流量が増
加して冷却能が大きくなり、亀裂成長が抑えられて損傷
が防止される。 ［００１２１本発明はＬ記の知見に基づいてなされたも
のであり、その要旨は、下記の精錬装置の浸漬管の冷却
方法にある。 ［００１３］］”芯金に設けた冷却媒体供給口から耐火
物内に冷却媒体を吹き込み、上記供給口よりも低圧側に
設けた排出口から冷却媒体を吸引排出することを特徴と
する精錬装置の浸漬管の冷却方法ｊ 上記本発明の冷却方法を実施するに際しては、鉄皮およ
び心金に近接する耐火物を、それ以外の耐火物よりも気
孔率の高いものとするのが望ましい。そうすることによ
って冷却効率を一層上げることができる。 ［００１４］ 【作用】添付の図面を用いて本発明方法を具体的に説明
する。 図１は、本発明方法を説明するためのＲＨ真空精錬装置
の浸漬管の部分縦断面図である。この浸漬管２の−に部
（取鍋内の溶鋼４−１−に接しない部分）は鉄皮５とそ
の内側の耐火物Ａとからなり、下部は芯金６とその内外
を被覆する耐火物Ａとからなる。ここでは、芯金自体を
二重環状とし、その上部に通気管８が連結されている。 従−って、冷却媒体の供給口９は芯金６の下端の開口部
になる。通気管８は、装置外に置かれた冷却媒体供給源
７に接続されている。 ［００１５］−一方、冷却媒体供給口９よりも高い位置
、即ち、低圧側に冷却媒体排出口１０がある。これは浸
漬管のフランジ１４内に設けた通気管１２によって外部
の真空排気装置１１に接続されている。１３は上昇して
くるガスを排気口に導くガイド板である。 ［００１６］　　さて、上記の通気管８を経て供給口９
から冷却媒体を吹き込むと、冷却媒体は供給口９から耐
火物Ａ内に放出され、耐火物Ａのミクロ亀裂および耐火
物Ａと芯金６との隙間を流れて上昇する。そして、上方
に設けた排出口１０から構成される装置外へ排出される
。従って、芯金６の内部および耐火物Ａ内を冷却媒体が
流れることになり、芯金、耐火物およびその近傍は効率
的に冷却される。 ［００１７］冷冷却体の供給は上記のように芯金内部を
通して行うだけでなく、図示していないが、芯金に沿っ
て耐火物中に配管した多数の細管と環状ヘッダー管等を
用いて行うこともできる。この場合は、芯金は従来の形
状としてその周囲に配管すればよい。細管のＬ端を前記
の通気管８につなぎ、下端（開放端）もしくはヘッダー
管を芯金の下端部に配置する。これらの開放端が冷却媒
体供給口となる。 ［００１８１本発明の冷却方法における冷却媒体の吹き
込み絶対圧は、冷却媒体供給口の位置レベルにおける溶
鋼静圧と槽内圧力との和の絶対圧よりわずか高めに調整
しておき、吸引絶対圧は排出口の位置レベルにおける溶
鋼静圧と槽内圧力との和の絶対圧よりわずか低めになる
ように調整する。二わらの設定圧力差は耐火物の種類等
により変わるが１通常１００〜１０００１００Ｏ程度で
ある。また、冷却媒体の吹き込み絶対圧は種々の条件に
よって変化するが、例えば供給口がＲＨ真空槽の浸漬管
の先端部の場合は７００〜１．２００ｍｍＨｇであり、
浸漬深さ、槽内圧力に応じて調整する。 ［００１９１上記のよう（−耐火物Ａ内を流れる冷却媒
体の絶対圧を溶鋼静圧と大差なく設定すれば、溶鋼４２
中、あるいは真空精錬槽１内へ冷却媒体が吹き出したり
、溶鋼が耐火物の亀裂に浸入する湯差しが起きることも
ない。即ち、本発明の冷却方法を実施しても、真空精錬
槽の真空度が低下して精錬が阻害されたり、反応性冷却
媒体を使用した場合でも溶鋼中への冷却媒体の成分のピ
ックアップを生じることはない。従って、冷却媒体とし
ては、不活性ガスであるアルゴン等以外に反応性のガス
である空気、窒素および二酸化炭素等も用いることがで
きる。 ［００２０１図２は、本発明方法の他の実施態様を説明
する図１と同様の部分縦断面図である。この例では、通
気管８が浸漬管フランジ１４内に埋設されている。また
、複数の冷却媒体排出口１０が鉄皮５に設けられており
、これらを覆う吸気ジャケット１５が通気管１２を介し
て真空排気装置１１に通じている。冷却方法は前記の図
１で述べたのと同様であり、この場合は浸漬管とともに
真空槽下部炉壁も冷却することができる。 ［００２１１図３は、本発明方法のさらにもう一つの実
施態様を示す図２と同様の部分縦断面図である。この場
合は、冷却媒体供給口９の先端から排出口１０に到るま
での冷却媒体の通路に当たる耐火物Ｂの気孔率を他の部
分の耐火物Ａより高くしている。冷却媒体の一部は耐火
物のミクロ亀裂の間を通過して流れるが、耐火物の気孔
率が低くミクロ亀裂の発生が少ないと前記の設定圧では
冷却媒体の流量が得られず、冷却能が十分にならない場
合がある。しかし、この実施態様によれば、冷却媒体の
通路に当たる部分の耐火物Ｂを高い気孔率のものとして
いるので抜熱に必要な冷却媒体の流量が小さな差圧（吹
込み絶対圧と吸引絶対圧の差）で容易に得られる。従っ
て、高い冷却効率を安定して得ることができる。 ［００２２］これまでに述べたとおり、本発明の方法は
、耐火物内に強制的に冷却媒体を供給し、且つこれを強
制的に排出することを基本として、実操業に際しては様
々な態様で実施することができる。 ［００２３］　　冷却媒体の供給口と排出口の関係は、
圧力勾配に沿って圧力の高い側に供給口を設け、圧力の
低い側に排出口を設けるのがよい。前述の真空処理装置
の浸漬管で、芯金の外周耐火物を冷却する場合は、芯金
下端から冷却ガスを供給し、芯金外周の上部で排出すれ
ばよいが、真空処理中には芯金下端の方が芯金外周上部
よりも圧力が低下する場合もあり、その時は供給口と排
出口との位置を逆にする方が好ましい。芯金の内外共に
冷却する場合は、芯金外周より冷却媒体を供給し、芯金
下端を経て芯金内側から排出すればよい。当然のことな
がら、加圧精錬装置の浸漬管（シュノーケル）では、今
まで説明した真空処理槽の浸漬管とは逆向きの圧力勾配
となり、供給口と排出口とは逆の配置としなければなら
ない。　以下、実施例によって本発明方法の効果を具体
的に説明する。 （００２４ｆｆ

【実施例１］まず、本発明の冷却方法を実施例すること
によって操業上の問題が発生しないかどうかの確認のた
め、前述の図１に示した方法でＲＨ真空精錬装置の浸漬
管（下降管）の冷却を行った。浸漬管は、円筒状の芯金
の内面にＡｌｅ４０３系キャスタブル（気孔率１６％）
を３０ｍｍの厚さに張り付け、その内側に円筒状の成形
煉瓦（ＭｇＯ系煉瓦：気孔率１２％）を設けている。試
験用浸漬管は、芯金部分を二重とし、先端（下端）に５
ｍｍの吹き出し用の開口溝を供給口として全周に形成し
、排出口はフランジ部の内周に１０ｍｍ幅の溝を形成し
、この溝部底の各所に外部の排気装置１１（真空ポンプ
）に連通する吸気管１２を８本設けた。溝部分にはキャ
スタブルの侵入防止のため５ｍｍ程度の耐火物小球を充
填した。冷却媒体は空気（室温）を用い、供給圧力は絶
対圧カフ６０ｍｍＨｇ〜１０００１００Ｏ、排出圧力は
最低で４００ｎａｕｇとし、真空精錬槽内の圧力変動に
応じて調整した。冷却空気の流量は、精錬開始後５分程
度から増加し、精錬終了後１０分程度で低下した。これ
は精錬に伴う温度上昇で、耐火物と芯金の間に隙間がで
き、冷却空気が流れやすくなっているためと考えられる
。使用回数（精錬処理回数）が３０チヤージ以降で冷却
空気の流量が急激に増加し、６０チヤージ以降でほぼ安
定した。この現象は耐火物内の亀裂が３０チヤージの精
錬後に増えたものの本発明の冷却方法で６０チヤージ以
後は成長しなくなったためと推定される。 （００２５３操業上の確認のため、溶鋼中のＣＮ）濃度
の変化を調査した。その結果を図４に示す。同図に・印
で示すのが本発明の実施例の結果（５チヤージ毎にサン
プリング）である。○印で示すのは、従来の方法（同一
精錬処理槽で冷却空気を流さない方法）での結果である
。これらの結果から、本発明の冷却方法を実施しても冷
却媒体としての空気が溶鋼中に入ることはないことが確
認できた。約１００チヤージ処理後に、劣化状況確認の
ため、浸漬管を取り外し耐火物を解体して調べたが、従
来の冷却無しの浸漬管に比べて耐火物の損耗量が少なく
、内部微小亀裂も少なかった。 ［００２６］ 【実施例２】次に、ＲＨ真空精錬槽の浸漬管（上昇管）
の冷却強化を図るべく、図３に示した方法により、浸漬
管の耐久試験を行った。芯金および耐火物の構造は実施
例１とほぼ同じで、芯金内側のキャスタブル耐火物層Ｂ
中にＰＩＩｇＯ系の３ｍｍ程度の耐火物小球を混入し、
気孔率を約３５％に高めた。成形煉瓦のＡ部は実施例１
と同じものである。冷却媒体排出口１０の部分は、気孔
率を５０％以上にするために、その周囲のキャスタブル
層中の耐火物小球混入率を増やした。浸漬管中央部に設
けであるガスリフトポンプ用ガス吹き込み管の周囲は、
気孔率の小さいｂｏ系ススタンプ材料気孔率１５％）に
より形成した。冷却媒体は炭酸ガス（室温）を用い、供
給圧力は絶対圧カフ００ｍｍＨｇ　〜１１００ｍｍｌｌ
で、供給域が６５Ｎｎ＋３．／Ｈｒとなるように調整し
、排出圧力は最低で１００ｍ＋ｕＨｇとし、真空精錬槽
内の圧力変動に応じて調整し、た。冷却効果の確認のた
め、図３に示すａ、　　ｂ、　ｃの位置に熱電対を置き
、耐火物温度を測定した。表１に５０〜１００チヤージ
処理し、た時のふ精錬処理中の最高温度の幅を示す７、
なお、比較例として、従来の冷却なしの浸漬管を使用（
７た際の同じ条件下での測定結果を併せて示す。 ［００２７］

【表１】 ［００２８１この実施例では、１５０チヤージ以降は冷
却媒体漏洩量が増加し、１８５チヤージで取り替えを行
ったが、冷却媒体を例えばアルゴンガス等の不活性ガス
に切り替えれば、耐火物はまだ使用可能であった１、し
かし、空気や炭酸ガス等の安価な冷却ガスを用いても、
従来法に比べれば１．２〜１゜８倍の期間にわたって使
用できることが確認できた。 ［００２９）

【発明の効果】　以上、ＲＨ真空精錬装置の浸漬管を例
として説明したが、本発明の冷却方法は、溶融金属に浸
漬されて耐火物が損傷するおそれのある浸漬管の全てに
適用できることは言うまでもない。 ［００３０１本発明方法によれば耐火物と鉄皮および芯
金との間に大きな温度勾醋をつけることなく耐火物内部
を効率的に冷却でき、その寿命を延ばすことができる。 さらに、冷却媒体の吹き込み絶対圧および吸引絶対圧の
調整により、冷却媒体が槽内に侵入するのを防止できる
ので、冷却媒体に安価なガス（例えば空気）が使用でき
る。冷却が効果的になされるから耐火物の内部亀裂或い
は耐火物と鉄皮との間隙を通じて侵入する外気の遮断も
確実になり、真空処理時に起こる吸窒等も防止できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の１．態様を説明する浸漬管の部
分縦断面図、第２図は、本発明方法の他の態様を説明す
る浸漬管の部分縦断面図、第３図は、本発明方法の更に
もう一つの態様を説明する浸漬管の部分縦断面図、第４
図は、実施例および比較例の真空精錬処理前後の溶鋼中
［Ｎ］濃度の変化を対比して示す図、図５は、ＲＨ真空
精錬装置を説明する縦断面図、図６は、図５の浸漬管部
の部分拡大縦断面図、である。

【符号の説明】

１は真空精錬槽、２は浸漬管、３は取鍋、４−１−およ
び４−２は溶鋼、５は鉄皮、６は芯金、７は冷却媒体供
給源、８は吹込み通気管、９は冷却媒体供給口、１０は
冷却媒体排出口、１１は真空排気装置、１２は吸い込み
吸気管、１３はガイド板、１４は浸漬管フランジ、１５
は吸気ジャケラ！へであり、Ａ、Ｂは耐火物、ａ、　　
ｂ、　ｃは測温位置をそれぞれ示す。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鉄皮および芯金とこれを被覆する耐火物と
   からなる精錬装置の浸漬管の冷却方法であって、芯金に
   設けた冷却媒体供給口から耐火物内に冷却媒体を吹き込
   み、上記供給口よりも低圧側に設けた排出口から冷却媒
   体を吸引排出することを特徴とする精錬装置の浸漬管の
   冷却方法。
2. 【請求項２】鉄皮および心金に近接する耐火物を、それ
   以外の耐火物よりも気孔率の高いものとする請求項１の
   冷却方法。