JPH09294943A - 気液噴霧装置および真空脱ガス装置における下部槽冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】気水ミストによる冷却装置の小型化・ノズル管
形状の自在化を図れ、狭い場所や複雑な形状の冷却対象
にも容易に設置でき、また真空脱ガス装置の下部槽冷却
に際し、下部槽外面からの溶鋼輻射熱と下部槽内面から
の還流溶鋼の伝熱の両者による下部槽の熱変形を確実に
抑制できるようにする。 【解決手段】ノズル管１３の基部に気液混合装置１６と
ミスト圧送用供給管１９を接続して冷却ノズル装置１２
を構成し、気液混合装置１６で発生させた気水ミスト
を、ミスト圧送用空気によりノズル管１３内へ送り、複
数のノズルから噴出させる。取鍋２内に浸漬される浸漬
管３を下部に有する真空脱ガス装置１の真空脱ガス槽５
の下部槽５ａの下部に、防熱板１１を取鍋２内の溶鋼４
からの輻射熱を遮るように設置し、下部槽５ａと防熱板
１１との間に、冷却ノズル装置１２を設け、下部槽５ａ
下部と防熱板１１上面に向かって気水ミストを噴射す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、気液混合装置に
より発生させた気水ミストをノズルから噴射させて被冷
却物を冷却する気液噴霧装置および溶融金属の精錬に用
いられる真空脱ガス装置において下部槽の熱変形を防止
するための下部槽冷却装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術と発明が解決しようとする課題】一般的な
スプレーノズルによる冷却方法は、不均一冷却や急冷却
により被冷却材に変形等が発生する問題がある。これに
対して、気水ミストによる冷却方法は、高温状態にある
物体を均一にむらなく、かつ緩冷却することが可能であ
る。しかし、従来一般の気液混合装置を使用した気水ミ
ストによる冷却ノズルおよび冷却装置は、広範囲の被冷
却材を冷却する場合、多数の気液混合装置およびそれに
付随する冷却配管が必要となり、コスト高となる、設置
スペースが広範囲にわたるなどの問題があった。

【０００３】また、特公昭５２−３８８０４号公報に
は、図８に示すように、スリット状の噴射ノズル４０ａ
が長手方向に連続して形成されたノズルヘッダ４０内
に、水拡散器４１と断面積が先端に向かって減少するガ
ス拡散器４２とを設け、水拡散器４１の吐出孔４１ａを
噴射ノズル４０ａに対向させ、ガス拡散器４２のガス噴
射孔４２ａを噴射ノズル４０ａの反対側のシリンダ壁に
向け、ヘッダ内のガス圧の圧力分布を均一化し、安定し
た均一な気水ミストを噴射するようにした均一冷却用ミ
ストジェットノズルが提案されている。しかし、このミ
ストジェットノズルでは、ノズルヘッダ内に水拡散器・
ガス拡散器が内蔵されているため、構造が複雑となり、
さらにノズルヘッダからスリット状の噴射ノズルが突出
しているため、本体が比較的大きくなる。また、ノズル
ヘッダ形状は長手方向に直線的なものを主とし、曲線状
のものはさらに製作が困難となる。

【０００４】さらに、特公昭６２−５４０５５号公報に
は、図９に示すように、空気供給管４５の複数の気水導
管４５ａ内に水供給管４６の枝管４６ａを内設し、かつ
気水導管４５ａの先端に、気水ミスト噴出用スリット４
７ａを有する気水混合室４７を設け、さらに枝管４６ａ
の先端から気水混合室４７に至るまでの長さを少なくと
も１００ｍｍ以上とし、気水ミストの均等な水量分布が
得られるようにした気水ミスト用ノズルが提案されてい
る。しかし、この気水ミスト用ノズルでも、空気供給管
内に水供給管を内蔵させるため、構造が複雑となり、さ
らに水供給管の枝管先端と気水混合室間の長さを１００
ｍｍ以上必要とするため、本体が大きくなり、設置場所
・冷却対象が限定される。

【０００５】気水ミストによる冷却対象の具体例の一つ
として、ＲＨ真空脱ガス装置がある。一般に、高炉から
の溶融銑鉄を精錬する転炉あるいは原料を溶解する電気
炉で得られた溶鋼は、酸素，窒素，水素などのガス成分
により汚染を受けているため、溶鋼を溶鋼鍋（取鍋）に
移して鋳型まで搬送する途中で、この取鍋内の溶鋼に対
して脱ガス処理等の二次精錬（炉外精錬）を行ってい
る。この脱ガス処理は、真空槽内に取鍋内の溶鋼を吸い
上げて真空に晒すことにより脱ガスする方法であり、通
常は還流式のＲＨ真空脱ガス処理法が採用されている。

【０００６】図１０にＲＨ真空脱ガス装置１を示す。こ
の図において、取鍋２を昇降駆動装置により上昇させる
ことにより、２本の浸漬管３を取鍋内の溶鋼４に浸漬さ
せ、真空により溶鋼４を真空脱ガス槽５内に吸い上げ、
同時に真空槽内の真空度に応じて取鍋２を上昇させる。
次いで、一対の浸漬管３のうち一方の上昇管３ａの内部
あるいは下方にＡｒガス等の還流ガスを吹き込み、エア
リフトポンプの原理で溶鋼を真空槽内に吸い上げ、他方
の下降管３ｂで取鍋内に下降させることにより、溶鋼を
真空脱ガス槽５と取鍋２との間で還流させている。

【０００７】このような真空脱ガス装置１において、真
空脱ガス槽５の下部槽５ａの鉄皮および耐火物は、外面
からは取鍋内の溶鋼４の輻射熱により、内面からは還流
している溶鋼４の伝熱により、過酷な環境に晒され、下
部槽５ａの熱変形が激しい。

【０００８】取鍋内の溶鋼からの輻射熱を遮るには、下
部槽５ａに水冷ジャケットを設置し、あるいは防熱板を
取付けるなどの対策が考えられるが、水冷ジャケットの
設置は、下部槽鉄皮に亀裂が生じた場合には水が真空に
よって下部槽内に入り込み、水蒸気爆発などの大事故発
生の恐れがあり、採用することができなかった。防熱板
の取付けは、取鍋内溶鋼からの輻射熱に対する防熱であ
り、還流する溶鋼の伝熱に対する冷却対策にはならず、
下部槽５ａの熱変形を抑制する根本的な対策にはなって
いなかった。

【０００９】また、実公昭６３−１１１６４号公報に
は、真空槽下部冷却装置が提案されている。これは、図
１１に示すように、下部槽５ａの下部外周面・下面に隙
間をおいて冷却盤５０を取付け、この冷却盤５０は複数
のパイプ５１・ヘッダー５２から構成し、水Ｗと空気Ａ
を供給可能としている。脱ガス処理中には、水と空気を
混合しミスト状の冷媒を冷却盤５０内に通過させること
により、取鍋内溶鋼４からの輻射熱を遮っている。

【００１０】このような冷却盤であれば、下部槽５ａに
亀裂が発生しても、下部槽と冷却盤との間には空間があ
るため、下部槽内に水が入り込むことがなく、また冷媒
はミスト状であるため、水蒸気爆発等の心配がない。し
かし、この場合も、取鍋内溶鋼からの輻射熱に対する防
熱であり、下部槽の冷却効果が悪く、下部槽を十分に冷
却することができず、下部槽の熱変形を抑制することが
できなっかった。

【００１１】この発明は、前述のような問題点を解消す
べくなされたもので、その目的は、気水ミストにより冷
却を行う装置を比較的簡単な構造とすることができ、装
置の小型化およびノズル管形状の自在化を図れ、狭い場
所や複雑な形状の冷却対象でも気水ミストによる冷却を
行うことのできる気液噴霧装置を提供することにあり、
また真空脱ガス装置において下部槽外面からの溶鋼輻射
熱と下部槽内面からの還流溶鋼の伝熱の両者に対して十
分な冷却効果があり、下部槽の熱変形を確実に抑制する
ことのできる真空脱ガス装置における下部槽冷却装置を
提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る気液噴霧
装置は、ノズルが長手方向に複数設けられたノズル管の
基部に気液混合装置と気体供給管を接続し、前記気液混
合装置により発生させた気水ミストを、前記気体供給管
からの気体（空気など）により前記ノズル管内へ送り、
前記ノズルから噴出させることを特徴とする。

【００１３】以上のような構成において、ノズル管基部
の気液混合装置において冷却水と冷却空気が混合されて
気水ミストが発生し、発生した気水ミストが別系統の気
体供給管から供給された多量のミスト圧送用気体により
ノズル管内を輸送され、複数のノズルからノズル管の周
囲に噴射される。気水ミストをミスト圧送用気体により
圧送して噴射させるため、複数のノズルから均一な気水
ミストを発生させることができ、ノズル管の周囲が均等
にミスト雰囲気となる。従来一般の方法ではノズル孔の
数に相当する数の気液混合装置が必要だったものが、本
発明の気液噴霧装置では冷却水量・冷却空気量・ミスト
圧送用空気量の最適値を導き出すことで、一つの気液混
合装置で多数の同装置の能力と同等な効果を得ることが
可能となる。

【００１４】また、従来の冷却ノズル構造が２重管の場
合には、構造が複雑で大型となるが、本発明の気液噴霧
装置では鋼管１本で冷却ノズル構造を構成することがで
き、簡易な構造で小型化を図れ、製作も容易となる。さ
らに、ミスト発生部と冷却ノズル部は別体であり、ノズ
ル部形状は直管のみでなく、曲線状の鋼管とすることも
十分に可能となる。以上から取付けスペースが小さい場
所にも設置することができ、複雑な形状の冷却対象にも
設置することができる。

【００１５】次に、この発明に係る真空脱ガス装置にお
ける下部槽冷却装置は、溶鋼鍋（取鍋など）内に浸漬さ
れる浸漬管を下部に有する真空脱ガス装置の下部槽の下
部に、防熱板を溶鋼鍋からの輻射熱を遮るように設置す
ると共に、下部槽の下部と前記防熱板との間に、下部槽
の下部と防熱板に向かってミスト状となった水を噴射し
得る冷却ノズル装置を設けたことを特徴とする。冷却ノ
ズル装置には、前述の気液噴霧装置を使用することがで
きる。

【００１６】以上のような構成において、下部槽の下部
に配置した防熱板により溶鋼鍋内の溶鋼からの輻射熱が
遮断され、下部槽外面からの熱負荷が防止される。下部
槽の下部と防熱板との間に配設された冷却ノズル装置か
らミストが下部槽の下部と防熱板の上面に向けて噴射さ
れ、下部槽の下部と防熱板が冷却される。冷却された防
熱板により溶鋼鍋からの輻射熱が十分に遮断されると同
時に、下部槽内の還流溶鋼の伝熱に対して下部槽の下部
がミストにより十分に冷却され、下部槽の熱変形を確実
に抑制することができる。また、防熱板の熱変形も防止
できる。さらに、冷却ノズル装置は、そのノズル部を１
本の鋼管で構成することができ、真空脱ガス装置の下部
槽と防熱板との間の狭く複雑な形状の部分にも容易に設
置することができる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、この発明を図示する一実施
例に基づいて詳細に説明する。図１にこの発明に係る気
液噴霧装置の全体を示し、図２にその気液混合装置部分
の詳細を示す。図３〜図６はＲＨ真空脱ガス装置の下部
槽冷却の具体例であり、図３にこの発明に係る下部槽冷
却装置の全体を示し、図４，図５にその冷却ノズル装置
および防熱板の詳細を示す。

【００１８】図１において、気液噴霧装置である冷却ノ
ズル装置１２は、噴射ノズル１４が長手方向に所定ピッ
チで開口された冷却ノズル管（ヘッダー）１３と、この
冷却ノズル管１３の基端側に接続される合流管１５と、
この合流管１５の枝管１５ｂに取り付けられる気液混合
装置１６と、この気液混合装置１６の基部の２つの導入
口１６ｂ，１６ｃ（図２参照）にそれぞれ接続される冷
却水供給管１７および冷却空気供給管１８と、合流管１
５の本管１５ａに接続されるミスト圧送用空気供給管１
９からなる。

【００１９】冷却ノズル管１３の多数の噴射ノズル１４
は、例えば、管の長手方向の１箇所において１個とし、
それぞれが管の円周方向に９０°ずれるように配設し
（図１参照）、気水ミストＭが管断面の上下左右に噴射
されるようにする。気液混合装置１６は、図２に示すよ
うに、冷却水供給管１７からの冷却水Ｗと冷却空気供給
管１８からの冷却空気Ａを混合し、ノズル１６ａから気
水ミストＭを噴出する構造であり、ミスト圧送用空気供
給管１９から多量に供給されて合流管１５の本管１５ａ
内を流れるミスト圧送用空気Ａ’に向けて気水ミストＭ
が噴射されるようにする。

【００２０】気液混合装置１６から噴射された気水ミス
トＭは、多量に供給されたミスト圧送用空気Ａ’により
冷却ノズル管１３内を輸送され、冷却ノズル管１３の等
間隔をおいて上下左右方向に開口された噴射ノズル１４
から次々に噴射され、冷却ノズル管１３の周囲を均等に
ミスト雰囲気にする。従来の冷却ノズル構造は２重管構
造で、構造が複雑かつ大型であったが、本発明では冷却
ノズル管１３は鋼管１本のみで構成でき、簡易で小型の
構造となり、狭いスペースにも設置することができ、製
作も容易となる。また、ミスト発生部と冷却ノズル部は
別体であるので、冷却ノズル管１３の形状は直管のみで
なく、曲線状の鋼管とすることも可能となり、種々の冷
却対象に対応することができる。さらに、冷却水量・冷
却空気量・ミスト圧送空気量の最適値を導き出すこと
で、１つの気液混合装置で多数の同装置の能力と同等の
効果を得ることができる。

【００２１】次に、以上のような冷却ノズル装置１２を
製鋼２次精錬設備であるＲＨ真空脱ガス装置の下部槽の
冷却に適用した例について説明する。図３に示すよう
に、この発明に係る下部槽冷却装置１０は、真空脱ガス
槽５の下部槽５ａの下面から所定の距離をおいて設置さ
れる円盤状の防熱板１１と、下部槽５ａの下面と防熱板
１１との間に両者に対して所定の距離をおいて配置され
る冷却ノズル装置１２から構成している。

【００２２】冷却ノズル装置１２は、図１の冷却ノズル
装置１２と基本的に同じ構造であり、図３（ｂ），図４
に示すように、噴射ノズル１４を多数備えた冷却ノズル
管（ヘッダー）１３と、この冷却ノズル管１３の基端側
に接続される合流管１５と、この合流管１５の枝管部分
に設けられる気液混合装置１６と、気液混合装置１６の
導入管１６ｂ・１６ｃにそれぞれ接続される冷却水供給
管１７および冷却空気供給管１８と、合流管１５の本管
１５ａに接続されるミスト圧送用空気供給管１９からな
る。

【００２３】また、この冷却ノズル装置１２は、図４
（ｂ）に示すように、例えば、冷却ノズル管１３が半円
弧状の冷却ノズル装置１２−１と、冷却ノズル管１３が
直線状の冷却ノズル装置１２−２の２種類とし、直線状
の冷却ノズル管１３−２を一対の浸漬管３の間に平行に
２本配設し、半円弧状の冷却ノズル管１３−１を各浸漬
管３の周りを囲むように配設する。半円弧状の冷却ノズ
ル管１３−１と合流管１５の間には直管２０を介在させ
ている。なお、冷却ノズル管の形状および配設位置はこ
れに限らず、その他の構成を採用できることはいうまで
もない。

【００２４】噴射ノズル１４は、図４（ａ），（ｂ）に
示すように、冷却ノズル管１３−１および１３−２に長
手方向に所定の間隔をおいて多数配設し、また各配設箇
所においては、ミストＭを上方と下方に均等に噴射でき
るように、図４（ｃ）に示すように、管円周方向に間隔
をおいて複数配設する。冷却ノズル管１３の上部と下部
の左右に斜め４５°の噴射角度となるように合計４個の
噴射ノズル１４を穿設するのが好ましい。

【００２５】以上の冷却ノズル装置１２において、冷却
水供給管１７および冷却空気供給管１８からの冷却水
（工業用水）Ｗおよび冷却空気（圧縮空気）Ａを気液混
合装置１６により混合させ、発生したミストＭをミスト
圧送用空気供給管１９から供給される圧送用空気（圧縮
空気）Ａ’により冷却ノズル管１３内に圧送する。冷却
ノズル管１３内に充満したミストＭは、多数の噴射ノズ
ル１４から上下左右方向に均等に噴射される。

【００２６】なお、浸漬管外周部の半円状の冷却ノズル
装置１２−１と下部槽中央部の直線状の冷却ノズル装置
１２−２の具体的数値例を図６に示す。また、その作動
条件を次表に示す。

【００２７】

【表１】

【００２８】防熱板１１は、図５に示すように、２層構
造とし、上部を鋼板３０とし、この鋼板３０の下面に所
定厚さの耐火物３１を添設し、スタッドなどにより固定
している。

【００２９】以上のような下部層冷却装置１０におい
て、取鍋２内の溶鋼４の輻射熱が防熱板１１により遮断
され、下部槽５ａの外面からの熱負荷が防止される。防
熱板１１の取鍋内溶鋼４に対向する面には耐火物３１が
施工されているため、従来の鋼板のみの防熱板よりも断
熱効果が非常に高い。冷却ノズル装置１２からはミスト
Ｍが下部槽５ａの下面・下部外側面および防熱板１１の
上面に噴射され、下部槽５ａが十分に冷却され、また防
熱板１１も十分に冷却され、下部槽５ａおよび防熱板１
１の熱変形が確実に防止される。なお、防熱板１１は、
背面（上面）からの冷却により変形が抑制されるから、
下面に施工されている耐火物３１の脱落をも防止するこ
とができる。

【００３０】冷却ノズル装置１２による冷却開始に際し
ては、冷却空気Ａを冷却ノズル管１３内などに通過さ
せ、一定の時間が経過したことを確認した後、冷却水Ｗ
を通水させてミストＭを発生させる。また、冷却終了時
には、先に冷却水Ｗを停止させ、一定の時間が経過した
ことを確認した後、冷却空気Ａの供給を停止させてい
る。そのため、冷却ノズル管１３等の内部は冷却水Ｗが
溜まることがなく、常に乾燥した状態が保たれ、水蒸気
爆発の危険性もなく、また噴射ノズル１４の目詰まりも
防止できる。さらに、噴射ノズル１４から噴出したミス
トＭは、下部槽５ａおよび防熱板１１を冷却すると同時
に蒸発するため、周辺の電気計装品等に対する弊害も無
い。

【００３１】図７に示すのは、ＲＨ真空脱ガス装置にお
いて下部槽鉄皮の温度変化を従来と本発明で比較した例
である。この図７から明らかなように、耐火物未施工の
防熱板のみによる防熱である従来に対して、本発明の耐
火物施工の防熱板とミスト冷却の冷却ノズル装置の併用
により、鉄皮温度を特にＲＨ処理中において大幅に低下
させることができ、下部槽および防熱板の熱変形を十分
に抑制できる。

【００３２】なお、以上はＲＨ真空脱ガス装置の下部槽
の防熱について説明したが、これに限らず、ＤＨ真空脱
ガス装置の下部槽やその他の同様の溶鋼容器の防熱など
にも本発明を適用できることはいうまでもない。

【００３３】

【発明の効果】この発明に係る気液噴霧装置は、ノズル
が長手方向に複数設けられたノズル管の基部に気液混合
装置と気体供給管を接続し、前記気液混合装置により発
生させた気水ミストを、前記気体供給管からの気体によ
り前記ノズル管内へ送り、前記ノズルから噴出させるよ
うにしたため、次のような効果を奏する。

【００３４】(1) １台の気液混合装置により発生させた
気水ミストをミスト圧送気体によりノズル管内に圧送す
るため、ノズル管の複数のノズルから均一な気水ミスト
を発生させることができ、ノズル管の周囲を均等なミス
ト雰囲気とすることができ、１台の気液混合装置により
従来の多数の気液混合装置を用いた装置と同等の効果を
得ることができる。

【００３５】(2) 冷却ノズル部は鋼管１本のみで構成す
ることができ、比較的簡単な構造とすることができ、小
型化を図れ、製作も容易となる。さらに、取付けスペー
スが狭い箇所に設置することができ、形状の複雑な冷却
対象にも容易に対応することができる。

【００３６】この発明に係る下部槽冷却装置は、真空脱
ガス装置の下部槽の下部に、防熱板を溶鋼鍋からの輻射
熱を遮るように設置すると共に、下部槽の下部と防熱板
との間に、下部槽の下部と防熱板に向かってミスト状と
なった水を噴射し得る冷却ノズル装置を設けるようにし
たため、次のような効果を奏する。

【００３７】(1) 防熱板により溶鋼鍋内の溶鋼からの輻
射熱を十分に遮断し、かつ下部槽内の還流溶鋼の伝熱に
対して下部槽の下部をミストにより十分に冷却すること
ができ、下部槽の熱変形を確実に抑制することができ
る。

【００３８】(2) 防熱板もミストにより冷却されるた
め、防熱効果を高めることができ、また防熱板の熱変形
も防止することができ、耐火物の脱落等を防止すること
ができる。

【００３９】(3) 気液混合装置で発生させたミストを圧
送用気体で冷却ノズル管に供給するため、冷却水が噴出
することがなく水蒸気爆発の危険性がなく、またミスト
は冷却と同時に蒸発するため、周辺の電気計装機器に対
する弊害もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る冷却ノズル装置を示す平面図で
ある。

【図２】この発明に係る冷却ノズル装置の気液混合装置
部分を示す（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。

【図３】この発明に係る真空脱ガス装置の下部槽冷却装
置であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は横断面図であ
る。

【図４】この発明に係る冷却ノズル装置であり、（ａ）
は冷却管が半円弧タイプの平面図、（ｂ）は冷却管が直
線タイプの平面図、（ｃ）は冷却管の横断面図である。

【図５】この発明に係る防熱板を示す断面図である。

【図６】この発明に係る冷却ノズル装置の具体的数値例
を示す平面図であり、（ａ）は半円弧タイプ、（ｂ）は
直線タイプを示す。

【図７】ＲＨ真空脱ガス処理装置の下部槽鉄皮の温度変
化を本発明と従来とで比較したグラフである。

【図８】従来の均一冷却用ミストジェットノズルを示す
（ａ）は平面における縦断面図、（ｂ）は横断面図であ
る。

【図９】従来の気水ミスト用ノズルを示す（ａ）は斜視
図、（ｂ），（ｃ）は部分断面図である。

【図１０】ＲＨ真空脱ガス処理装置を示す概略断面図で
ある。

【図１１】従来の真空槽下部冷却装置であり、（ａ）は
縦断面図、（ｂ）は横断面図である。

【符号の説明】

Ｍ…ミスト Ｗ…冷却水 Ａ…冷却空気 Ａ’…ミスト圧送用空気 １…ＲＨ真空脱ガス装置 ２…取鍋 ３…浸漬管 ４…溶鋼 ５…真空脱ガス槽 ５ａ…下部槽 １０…下部槽冷却装置 １１…防熱板 １２…冷却ノズル装置（気液噴霧装置） １３…冷却ノズル管 １４…噴射ノズル １５…合流管 １６…気液混合装置 １７…冷却水供給管 １８…冷却空気供給管 １９…ミスト圧送用空気供給管 ３０…鋼板 ３１…耐火物

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ノズルが長手方向に複数設けられたノズ
   ル管の基部に気液混合装置と気体供給管を接続し、前記
   気液混合装置により発生させた気水ミストを、前記気体
   供給管からの気体により前記ノズル管内へ送り、前記ノ
   ズルから噴出させることを特徴とする気液噴霧装置。
2. 【請求項２】 溶鋼鍋内に浸漬される浸漬管を下部に有
   する真空脱ガス装置の下部槽の下部に、防熱板を溶鋼鍋
   からの輻射熱を遮るように設置すると共に、下部槽の下
   部と前記防熱板との間に、下部槽の下部と防熱板に向か
   ってミスト状となった水を噴射し得る冷却ノズル装置を
   設けたことを特徴とする真空脱ガス装置における下部槽
   冷却装置。