JPH10273707A - 高炉出銑口における出銑滓流量の制御方法及び出銑口 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高炉の炉底近傍の側壁に設けた貫通孔よりな
る出銑口から吐出させる溶銑，溶滓の流量を制御する方
法において、エネルギー消費が少ない、信頼性が高く、
出銑時間の大幅な延長が可能で出銑滓速度を常に一定に
制御することのできる方法を提案する。 【解決手段】前記出銑口の炉外に面した吐出口部又は出
銑口に接続した管状流路部で、溶銑流と直交する方向に
直流磁場を印加することにより、この磁場内で溶銑流に
流動方向と逆方向の電磁力を作用させ、出銑口内の溶銑
滓流の断面積比、流速を変化させて、溶銑，溶滓の吐出
流量を制御する。

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、高炉の出銑滓の
流速、速度制御方法ならびに出銑口の構造に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】操業中の高炉においては、図６に示すよ
うに、高炉炉底９内に溶銑４と溶滓５とが溜まるが、溶
銑４は溶滓５より比重が大きいため溶銑４の上に溶滓５
が浮上して分離した状態となっている。高炉炉底９内に
溶銑４と溶滓５が溜まったら出銑孔１を開孔することに
より炉内の溶銑４、溶滓５を出銑孔１から出銑樋８に排
出する。

【０００３】かように高炉炉底９に設けた出銑孔１を開
孔して出銑，出滓する際には、まず、図７に示すように
出銑孔１の前方に開孔機２を移動させ、この開孔機２に
装着したドリル３（又は金棒）を出銑孔１に打ち込み、
開孔させることによって図８に示すように高炉炉底９内
に溜まっている溶銑４及び溶滓５を、出銑孔１を介して
出銑樋８上に排出するようにしている。そして、この出
銑孔１からの出銑，出滓（以下、合わせて「出銑滓」と
いう。）が終了したら図９に示すように出銑孔１にマッ
ドガン６を当接し、マッドガン６内のマッド７を出銑孔
１内に押し込む。これにより、出銑孔１内に充填された
マッド７は出銑孔１の周辺からの熱によって乾燥固化し
て、出銑孔１は閉塞し、出銑滓操業が停止することにな
る。次回の出銑滓に際してはこのように固化したマッド
７を再び開孔機２によって開孔する。このようにして、
出銑滓を繰り返している。

【０００４】上述のような従来の出銑滓操業では、出銑
孔１内に充填されたマッド７を開孔機２に装着したドリ
ル３（又は金棒）によって開孔した直後には、出銑孔１
に形成された孔径はドリル３（又は金棒）の外径で決ま
る寸法になっている。かくして出銑滓の初期には、孔径
の小さい出銑孔１から出銑滓されるため、出銑孔１から
の出銑滓速度は、図１０に示すように高炉内で鉄鉱石の
還元溶融により造銑滓される速度より小さいため高炉炉
底９では溶銑４，溶滓５の湯面がともに上昇する。そし
て、出銑の経過とともに、出銑孔１を形成しているマッ
ド７の口径（面積）が大きくなるとともに出銑孔１内を
通過する圧損も減少するため出銑滓の流速が次第に大き
くなる。このため出銑滓の過程で出銑滓速度が造銑滓速
度を追い越し高炉炉底９の溶銑４，５の湯面が低下する
ようになる。このように出銑孔１の出銑滓速度が大きく
なると図１１に示すように出銑孔１を形成しているマッ
ド７の損耗速度もますます大きくなり、出銑滓速度は加
速度的に増大する。出銑滓の増大により高炉炉底９内に
溜まった溶銑４、溶滓５の湯面レベルが下がり、溶滓５
の上面レベルが出銑孔１の炉内側レベルに近づいてくる
と、出銑孔１から炉内ガスが炉前に飛散するようになる
ので出銑滓を継続することが困難になることから、この
段階でマッドガン６により出銑孔１内にマッドを充填し
て出銑孔１を閉塞し、出銑滓を終了する一方、もう一方
の出銑孔１′（図６参照）を開孔機を用いて開孔し、出
銑孔１′から出銑滓を継続する。このようにして出銑孔
１′からの出銑滓が完了したら再び出銑孔１からの出銑
滓を開始するという手順により一対の出銑孔１，１′か
ら交互に出銑滓を行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】前述の従来技術による
出銑滓作業では次のような問題点があった。 (1) 出銑滓に伴う炉前作業としては、出銑孔の開孔作
業、閉塞作業、出銑樋、溶滓樋の補修作業、出銑滓の繰
り返しによる準備作業があり、極めて負荷が大きい。こ
れら作業の削減が望まれるがマッドの損耗により、一つ
の出銑孔からの出銑時間が２〜４時間しかもたず２本の
出銑孔を交互に使用することになるため炉前作業員が２
グループ必要となり、省力化を阻害する。 (2) 鋳床での溶銑予備処理設備及び溶銑処理のための水
滓処理設備は、出銑末期における溶銑、溶滓の最大値に
対応するに足る設備能力が必要となり、平均能力に比べ
著しく過大な設備能力を要する。 (3) 出銑滓速度を調整する手段としては出銑孔を開孔す
る時のドリル、金棒の径を変更する他に調整手段がな
く、したがって出銑滓速度は出銑孔を形成するマッドの
損耗量によって出銑滓速度が決まってしまう。このため
出銑速度が過少な時には炉内湯面レベルの異常上昇によ
り操業が不安定となり、過大な時には、溶銑予備処理や
水滓処理等での処理能力不足に伴うトラブルが生じる。 (4) 開孔機及びマッドガンを用いる出銑滓作業では、開
孔機、マッドガンをいくら機械化しても５〜10％の開孔
不良、マッド乾燥不良が生じ、これに伴う非定常作業が
発生し、炉前作業の省力化の実施を一層困難にする。 (5) 出銑滓作業が２本の出銑孔によるバッチ作業である
ため、溶銑温度、溶銑成分等の溶銑品質変動が大きく、
製銑部門と製鋼部門との間で行われる溶接予備処理等の
作業に支障を来すことになる。

【０００６】かかる問題点を解決するには、出銑時間の
大幅な延長が可能で出銑滓速度を常に一定に制御するこ
とのできる方法が望まれる。このような要望に応える方
法として、図１２に示すように導通管10a の出口部に電
磁ブレーキ16を配設し、出銑滓の流路における流速を制
御する方法（特公平６−２５３７２号公報）や、出銑口
出口部で溶銑流にピンチ力による磁気圧を作用させて溶
銑の縮流により流路断面積を調整する方法（特開平７−
１８８７１７号公報）が提案されている。しかるに、高
炉の炉内圧３〜５kg/cm²が出銑滓に作用していることか
ら、このような圧力に抗するには、電磁ブレーキ16ある
いは、磁気圧の発生装置に多大なエネルギーを必要と
し、かつ溶銑及び溶滓を独立して排出速度を制御するこ
とが困難であるという問題点が残されていた。

【０００７】この発明は、前述のような事情に鑑みてな
されたものであり、出銑孔からの出銑滓時間を延長する
ことができ、かつ出銑速度を一定に制御することができ
る高炉における出銑滓流量の制御方法を提案することを
目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、前記課題を
解決するためになされたもので、その骨子とするところ
は、高炉の炉底近傍の側壁に設けた貫通孔よりなる出銑
口から吐出させる溶銑，溶滓の流量を制御する方法であ
って、前記出銑口の炉外に面した吐出口部又は出銑口に
接続した管状流路部で、溶銑流と直交する方向に直流磁
場を印加することにより、この磁場内で溶銑流に流動方
向と逆方向の電磁力を作用させ、出銑口内の溶銑滓流の
断面積比、流速を変化させて、溶銑，溶滓の吐出流量を
制御することを特徴とする、高炉出銑口における出銑滓
流量の制御方法、及び高炉の炉底近傍の側壁に設けた貫
通孔よりなる出銑口の外壁部又は出銑口に接続した管状
流路部に、出銑孔内を移動する溶銑の流動方向と直交す
る方向に直流磁場を印加する直流磁場印加装置を配設し
たことを特徴とする高炉の出銑口である。

【０００９】

【発明の実施の形態】この発明では、溶銑流速の制御
を、直流磁場に交わる方向に運動する導体中に発生する
ところの、運動方向と逆方向に働く電磁力を用いて行う
ようにしたから、従来のような電磁ポンプやピンチ力に
よる磁気圧を作用させる方法に比べて、少ないエネルギ
ーで容易に溶銑流の速度、流量制御を行うことができ
る。

【００１０】以下この発明の構成及びその作用を実施例
を用いて説明する。この発明では、図１、図２に示すよ
うに、高炉炉底近傍の側壁９に配設した出銑孔１の炉外
に面した吐出口部、又は出銑口に接続された管状流路部
内に、上記出銑口を横切るように直流磁場を印加する装
置１１を設ける。

【００１１】直流磁場印加装置１１により、出銑孔１内
又は管状流路部内を移動する溶銑に直流磁場１２を印加
すると、ファラデーの右手の法則により図３（ａ）に示
すように、導電体である溶銑流には磁場１２の方向と溶
銑流方向１３の両方に直交する方向に誘導電流14が発生
する。誘導電流14は更に、直流磁場12と相互作用し、フ
ァラデーの左手の法則により、図３(b) に示す様に、溶
銑流の流動方向13と逆行する方向に（溶銑流に）作用す
るローレンツ力15を発生させる。このローレンツ力によ
り、溶銑流に制動が加わり、溶銑流の速度は減速させら
れる。

【００１２】直流磁場によって単位体積当りの溶銑流に
発生する誘導電流の大きさＩは、直流磁場の強さＢ(wb/
m²) と、溶銑流の流速ｖ(m/s) の積に比例する。また電
磁力Ｆは誘導電流Ｉと直流磁場Ｂの積に比例する。した
がって、電磁力Ｆの大きさはvB² に比例するから、流速
ｖの低下を見越して直流磁場の強さを調整すれば、溶銑
流に電磁力によるブレーキをかけ、流速を任意の一定速
度に制御することができる。

【００１３】この様にして溶銑流の流れを妨げると、溶
銑流量が造銑速度より一時的に小さくなるので、出銑流
量が造銑速度とバランスするまで炉内溶銑レベルが上昇
する。その結果、直流磁場を印加した状態でも溶銑流量
は造銑速度まで回復するが、炉内溶銑レベルが上昇する
ので、溶滓流量は低下する。このため、出銑口内の溶銑
滓の断面積比率は、溶銑流が増え、溶滓流は減少する。
また、この様にして溶銑流の流れを妨げると、直流磁場
を印加する上流の部分で、出銑孔内の溶銑流が膨れる様
になるので、出銑孔内を流動する溶銑、溶滓のうち、溶
滓流の断面積比率は減少する。したがって、溶滓流の流
量は減少することになる。このようにして、溶銑と溶滓
の二流体が流れている状態で直流磁場を印加することに
より、出銑孔内の溶銑、溶滓の両方の流量を制御するこ
とが可能となる。

【００１４】この発明において重要なことは、導電性の
溶銑と非導電性の（厳密には、溶銑に比して著しく導電
性の低い）溶滓の両方が流れている状況で直流磁場を印
加する点である。溶銑流の流速を制御することにより、
直接電磁力を作用させることができない溶滓流の制御を
行うことは、従来の直流磁場による単一導電体流での流
動制御（たとえば特公昭58-41141号公報）とは本質的に
作用目的を異にするものである。

【００１５】また、この発明において直流磁場を用いる
ことはエネルギー消費においても大きな利点がある。す
なわち、従来技術のように交番磁場による磁気圧（ビン
チ力）を用いて溶銑流を絞る制御方式では、高周波を用
いるので投入電力の多くが溶銑流内で発熱として消費さ
れる。加えて、高周波をコイルに通すため、非常に大き
な回路インピーダンスになり、コンデンサー，トランス
等の電源設備が大きくなるばかりか、給電回路内での損
失も大きくなる。更に、漏れ磁束による制御装置や炉体
銑皮等の高周波加熱を防止したり、電波障害を防ぐため
に、磁気シールド対策も必要である。

【００１６】一方、この発明に従い、出銑滓の制御に直
流磁場を用いる場合には、導電流体の速度エネルギーが
発熱に変換されるため、外部からのエネルギ投入は必要
でない。もちろん、直流磁場を電磁石によって発生させ
る場合には、直流電源が必要となったり、場合によって
は超電導磁石を用いることも可能であるが、これらの使
用によるロスは高周波を用いた上記交番磁場を用いる場
合よりずっと小さくて済む。しかも、その給電は、高周
波の場合よりずっと容易で、電磁波障害等の対応もとり
やすい。なお、永久磁石を用いた場合には、制動力の制
御は、すなわち磁力の制御は直流磁場を溶銑流に作用さ
せる磁極間の距離や、位置を変えたり、磁石の数を加減
したり、磁性体を用いて外部に出る磁気を調整すること
で行えるので、電磁石用の給電を省略することもでき
る。

【００１７】これらに加え、電磁石を用いる場合も、永
久磁石を用いる場合でも、直流磁場を溶銑流に印加する
部分まで導く手段としては、鉄心等を用いればよいの
で、高温やスプラッシュに露されるところに、大電流が
流れるコイル、ケーブル等の危険なものを設ける必要が
ないから、設備の耐久性、信頼性を高める上でも有利で
ある。

【００１８】以上述べたように、直流磁場の強度を調整
することによって溶銑、溶滓の流量を効率的に制御でき
るが、これを目標値に合わせる場合には、たとえば次の
ようにする。図４に示すように、溶銑樋17の溶銑流量測
定器18又はトピードカー19の重量測定器20より得た出銑
流量と、溶滓樋21の溶滓流量測定器22から得た出滓速度
とを制御装置23に入力し、制御装置23で目標とする出銑
速度、出滓速度との差を演算する。そして、目標との差
に基づいて直流磁場の強度を加減するか、もしくは、あ
らかじめ作成された代表パターンに従って直流磁場の強
度を加減するか、もしくは、あらかじめ作成された、代
表パターンに従って直流磁場の強度を変更していく。

【００１９】

【実施例】図５に示すように出銑孔１の径（断面積）が
マッドの損耗に伴って大きくなるのは避けることはでき
ないが、この発明では出銑滓流量が一定に保つことがで
きる。このため、出銑孔１の孔径が大きくなるにつれて
出銑孔１内の流速は逆に小さくなるので、出銑孔１を形
成するマッドの損耗速度がしだいに小さくなってくる。
したがって従来のように出銑滓の排出が進むとともにマ
ッド損耗が加速度的に大きくなり、出銑滓速度が過大に
なるのとは対照的であり、マッドの加速度的な損耗を伴
うことなく出銑滓流量のコントロールによる出銑滓時間
の大幅な延長が達成される。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
次のような効果を得ることができる。 （１）導通管による一定速度の出銑滓を達成できるた
め、出銑滓速度の過少過大に伴うトラブルが解消でき、
鋳床における溶銑予備処理、水滓処理設備の負荷軽減が
実現できる。 （２）出銑時間か大幅に延長できるのに伴い、出銑回数
を大幅に低減できるため、炉前作業負荷を大幅に軽減で
き、炉前の省力化が達成できる。 （３）出銑速度の一定化と出銑時間の延長より溶銑品質
の変動を大幅に低減でき、次工程の溶銑予備処理の精錬
コストの低減が達成できる。 （４）高炉内造銑滓に合致した出銑滓速度が可能となる
ため、炉底での貯銑、貯滓レベルが一定となり、高炉の
安定操業に貢献することができる。 （５）出銑滓流量の制御を直流磁場を用いて行うことに
より、少ない投入電力で流量制御が可能である。 （６）電源設備も安価に作ることができる。 （７）高熱負荷部に重要部品がないので、磁場印加設備
の耐久性を高めることが容易である。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施例に係る高炉底部における装置
を示す縦断面図である。

【図２】図１のＡ−Ａ矢視を示す断面図である。

【図３】溶銑流が直流磁場の中で電磁力を受ける原理を
示す説明図である。

【図４】この発明の制御系統を示すフロー図である。

【図５】この発明による出銑孔のマッド損耗速度、出銑
孔径及び出銑滓速度の推移を示す線図である。

【図６】従来例に係る高炉底部の縦断面図である。

【図７】従来例に係る出銑孔の開孔機による開孔状況を
示す縦断面図である。

【図８】従来例に係る出銑孔からの出銑状況を示す縦断
面図である。

【図９】従来例に係る出銑孔のマッドガンによる閉塞状
況を示す断面図である。

【図１０】出銑滓速度及び造銑滓速度の推移を示す線図
である。

【図１１】出銑孔のマッド損耗速度と出銑孔内の溶銑滓
流速との関係を示す線図である。

【図１２】従来例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 出銑孔 ２ 開孔機 ３ ドリル ４ 溶銑 ５ 溶滓 ６ マッドガン ７ マッド ８ 出銑樋 ９ 高炉炉底 10 管状流路 11 直流磁場印加装置 12 直流磁場 13 溶銑流の方向 14 誘導電流 15 ローレンツ力 16 電磁ブレーキ装置 17 溶銑樋 18 溶銑流速測定器 19 トピードカー 20 重量測定器 21 滓樋 22 溶滓流速測定器 23 制御装置 24 直流電源 25 鉄芯 26 コイル

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高炉の炉底近傍の側壁に設けた貫通孔よ
   りなる出銑口から吐出させる溶銑，溶滓の流量を制御す
   る方法であって、 前記出銑口の炉外に面した吐出口部又は出銑口に接続し
   た管状流路部で、溶銑流と直交する方向に直流磁場を印
   加することにより、 この磁場内で溶銑流に流動方向と逆方向の電磁力を作用
   させ、 出銑口内の溶銑滓流の断面積比、流速を変化させて、 溶銑，溶滓の吐出流量を制御することを特徴とする、高
   炉出銑口における出銑滓流量の制御方法。
2. 【請求項２】 高炉の炉底近傍の側壁に設けた貫通孔よ
   りなる出銑口の外壁部又は出銑口に接続した管状流路部
   に、出銑孔内を移動する溶銑の流動方向と直交する方向
   に直流磁場を印加する直流磁場印加装置を配設したこと
   を特徴とする高炉の出銑口。