JP2000336416A

JP2000336416A - 高炉の出銑滓速度制御装置

Info

Publication number: JP2000336416A
Application number: JP11146445A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Ogata; 清志緒方; Kanji Aizawa; 完二相沢
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-12-05

Abstract

(57)【要約】【課題】出銑口の炉外側に配置した導通管10の周囲に
配設した電磁エネルギー供給コイルから印加する磁気圧
により、導通管の内壁面に溶銑を接触することなく排出
する。【解決手段】電磁エネルギー供給コイル11を軸方向に
１〜20巻き、コイル巻き径を50〜1000mmの範囲として、
電磁エネルギー供給コイル11から導通管10内を流れる溶
銑５に、該溶銑５に作用する重力と浮力の影響を考慮し
て必要な鉛直上向き磁気圧を印加する。導通管10内を流
れる溶銑５が内壁面に接触することなく磁気圧により中
心部に安定して集めることができるので導通管10の寿命
延長が達成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、出銑口の炉外側に
接続して導通管を配置し、該導通管の周囲に配設した電
磁エネルギー供給コイルより電磁エネルギーを印加し、
前記導通管内の溶銑を電磁反発による磁気圧により中心
部に集め、その周辺部に溶滓を偏位させるようにした高
炉の出銑滓速度制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般に、図10に示すように高炉１の炉頂
部から鉄鉱石とコークスとが交互に装入され、炉底部の
羽口３から熱風が吹き込まれる。炉内に装入された鉄鉱
石とコークスとはシャフト部で鉄鉱石とコークスの層状
構造を保持した状態で、鉄鉱石の還元粉化を生じながら
降下する。そして装入物は、羽口３の前方に形成される
レースウェイ４の上部へのすりばち状の流れ込みと炉心
での荷下がり停滞に代表される複雑な挙動で降下する。
降下する装入物と上昇するガスとの各熱流量バランスに
よって融着帯を形成し、さらに滴下帯７を経由して炉底
部に溶銑５と溶滓６とが溜まってくる。なお、出銑口２
の炉内側には、マッドガンにより出銑口２から炉内に流
れ込んだマッド耐火物13が存在している。

【０００３】高炉１の炉底部に溶銑５および溶滓６が溜
まってくると、開口機を用いて出銑口２が開口され、出
銑口２を介して出銑樋８に排出される。出銑が始まると
出銑口２の内面を形成するマッド耐火物13は溶銑５によ
る損耗によりしだいに口径が大きくなる。このため出銑
口２から排出する溶銑５や溶滓６の流量が、口径の拡大
につれて増加する。その結果、出銑当初には、出銑口２
が小径なので出銑滓速度が炉内の造銑滓速度より小さい
ため、炉内の溶銑滓レベルが一時的に上昇する期間があ
っても、やがて出銑口２の損耗により出銑滓速度の方が
造銑滓速度より大きくなり、炉内の溶銑滓レベルが下が
ってくる。そのため、遂には、溶滓６の上方に存在する
炉内ガスが出銑口２から吹き出すようになる。このよう
になる前に、マッドガンを用いて出銑口２内にマッド耐
火物（不定形耐火物）を圧入して出銑滓を中断する。

【０００４】高炉に複数の出銑口を設け、例えば２つの
出銑口からラップ出銑滓を行う場合について説明する
と、ラップ出銑滓を行っている状態において、図11(A)
に示すように、高炉１に設けた一方側の出銑口２からの
出銑滓を終了した後にマッド耐火物で閉止し、残った他
方側の出銑口２からだけで出銑滓を継続する時には、炉
内の造銑滓速度が出銑滓速度より大きいので炉底部に溜
まる溶銑５および溶滓６が増加し、溶銑滓レベル（湯
面）を上昇しながら溶滓６の下方に存在する溶銑５が主
として出銑される。炉内の湯面上昇により溶銑滓レベル
が設定レベルに上昇した段階で、図11(B) に示すように
閉止していた一方側の出銑口２を再び開口機を用いてを
開口して出銑口２から出銑を開始し、他方側の出銑口２
とのラップ出銑滓を行う。開口当初は、出銑口２の穴径
が小さいので炉内の造銑滓速度が出銑滓速度より大き
く、炉内の溶銑滓レベルがさらに上昇する。その後、図
11(C) に示すように溶銑５のレベル低下により、溶滓６
の下端が出銑口２に達すると出銑を終了して主として出
滓が開始される。

【０００５】出銑口２の内壁を形成するマッド耐火物13
は、出銑時間と共に損耗して出銑口２の穴径がしだいに
拡大し、出銑滓速度が徐々に増加する。これにより炉内
の造銑滓速度が出銑滓速度より小さくなると図11(D) に
示すように湯面を下降しながら主として出滓を継続す
る。出銑口２のマッド耐火物13は、出銑時間と共にさら
に損耗し、出銑口２の口径が拡大する。このため図11
(E) に示すように、炉内の溶滓６のレベルはさらに低下
し、やがて、図11(F) に示すように、溶滓６と炉内ガス
との境界面が出銑口２のレベルに達し、出銑口２より炉
内ガスを噴出し始める。この状態になると出銑滓の継続
が不可能になるので、マッドガンにて出銑口２にマッド
材を充填して出銑を終了する。この出銑滓の時間を律速
しているのは、主に出銑口２に充填してあるマッド耐火
物13の耐久性である。充填したマッド耐火物13の損耗速
度は、溶銑滓の流速に比例して大きくなるので、出銑滓
時間に比例して出銑滓量は増加することになる。

【０００６】このような出銑滓では同一の出銑口２から
の連続的な出銑滓時間は３〜４時間程度であり、過酷な
出銑口２の開口、閉止作業を頻繁に行わなければならな
いために、多数の作業員を確保する必要があり、省力化
の障害となるのに加え、開口、閉止作業用耐火物等の副
資材を多量に使用することになる。これらの問題点は、
出銑口2 のマッド耐火物13の耐久性が低いことによる口
径の拡大がそもそもの原因であるが、あまり耐久性を向
上させると出銑口２の開口が困難になってくる等の問題
もあり、改善が遅れている。

【０００７】高炉１の１回の出銑滓時間を延長すること
は、出銑滓回数を低減することに繋がり、作業要員の削
減、開口金棒、マッド耐火物使用量の削減に加えて、溶
銑品質の安定化、出銑Siの低減が可能となるため、強く
望まれている。このような要望に対処するため、特開平
7-188719号公報には、図９に示すように出銑口２の炉外
側に導通管10を配置し、この導通管10の外周に配設した
電磁エネルギー供給コイル11より電磁エネルギーを印加
し、導通管10内を流れる溶銑５を電磁反発による磁気圧
により中心部に集め、その周辺部に溶滓６を偏位させる
ことによって銑滓２液流に分離し、また、導通管を強制
冷却することにより内壁面に溶滓の凝固層を形成し、セ
ルフライニングするものが開示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記特
開平7-188717号公報に開示されているものは、導通管の
外周に配設した電磁エネルギー供給コイルから印加され
る電磁エネルギーにより導通管内を流れる溶銑を磁気圧
により中心部に安定して集めることができず、導通管の
内壁面に溶銑流が接触して溶銑凝固層を形成する場合が
ある。この場合には、導通管の内壁面に溶銑が接触して
溶銑の凝固層を発生する危険性があり、導通管内に安定
した銑滓２液流に分離することができず、また導通管を
強制冷却しても、溶滓の凝固付着による安定したセルフ
ライニング層を形成することが困難であるという問題点
があった。

【０００９】本発明は、従来技術の問題点を解決し、電
磁エネルギー供給コイルから印加される磁気エネルギー
により溶銑流が導通管の内壁面に接触するのを確実に防
止し、導通管内に安定した銑滓２液流に分離するすると
共に、好ましくは導通管の内壁面に溶滓の凝固によるセ
ルフライニング層を安定して形成することができる高炉
の出銑滓速度制御装置を提供することを目的とするもの
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明では、導通管の周
囲に配置した電磁エネルギー供給コイルをから印加する
電磁エネルギーによりコイル内に適正な磁場強度の分布
を形成すべく種々実験を重ねた結果、溶銑流を導通管の
内壁面に確実に非接触状態を保持できるコイル条件を見
出し、本発明を得ることができた。

【００１１】前記目的を達成するための請求項１記載の
本発明は、出銑口の炉外側に接続して導通管を配置し、
該導通管の周囲に電磁エネルギー供給コイルを配設した
高炉の出銑滓速度制御装置において、前記電磁エネルギ
ー供給コイルのコイル巻き数を軸方向に１〜20巻き、コ
イル巻き径を50〜1000mmの範囲としたことを特徴とする
高炉の出銑滓速度制御装置である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。本発明では、図１および図２に示
すように出銑口２の炉外側に耐火物層からなる導通管10
を配置してあり、導通管10の周囲に電磁エネルギー供給
コイル11を複数巻きしたものを、長手方向に離間して複
数段に配置した例を示している。

【００１３】本発明では、電磁エネルギー供給コイル11
のコイル巻き数を軸方向に１〜20巻き、コイル巻き径を
50〜1000mmの範囲とする。図５にコイル半径方向位置ｘ
／Ｒおよびコイルからの水平方向位置ｙ／Ｒに対応する
の磁界強度Ｈとコイル中心位置での磁界強度Ｈｃの磁界
強度比Ｈ／Ｈｃをコイル１巻のときについて示す。図５
に示すように電磁エネルギー供給コイル11の単一コイル
内では、コイルを含む平面内で磁界強度に分布が発生
し、この磁界強度はコイルの中心（ｘ／Ｒ＝０）が最も
弱く、コイルに近づくほど、つまりｘ／Ｒが大きくなる
ほど強くなるという磁界強度分布を、また、コイル位置
（ｙ／Ｒ＝０）が最も強く、コイルからの水平方向位置
が離れるほど、つまりｙ／Ｒが大きくなるほど弱くな
り、ｙ／Ｒ＝２程度まで離れると磁界強度はｘ／Ｒによ
らずほぼ一定となる。ここで、Ｒ：コイル半径、ｘ：コ
イル中心からの半径方向位置、ｙ: コイルからの水平距
離である。

【００１４】また、図６に示すように電磁エネルギー供
給コイル11を半径Ｒで、かつ軸方向にピッチＬで巻いた
場合、コイル巻き数（ｎ）と、コイル半径方向位置ｘ＝
0.9R 位置での磁界強度Ｈ_(X=0.9R)とコイル中心位置で
の磁界強度Ｈ_(X=0)との差ΔＨ＝（Ｈ_(X=0.9R)−Ｈ
_(X=0)）をコイル１巻のときのコイル中心ｘ＝０での磁
界強度Ｈｃ（ｎ＝1 ）で除した磁界強度比ΔＨ／Ｈｃ
（ｎ＝1 ）との関係を図７に示す。図７から磁界強度比
ΔＨ／Ｈｃ（ｎ＝1 ）は、あるコイル巻き数で最大値を
持つことが分かる。この計算例では、コイルの巻きピッ
チを10mm、コイル巻き径を300mm とした場合においてコ
イル軸方向に５巻きのときが最大値となっており、これ
を超える巻き数では逆にわずかではあるが減少すること
が分かる。したがってこの場合には、コイル巻き数を５
巻き程度にするのが好適である。

【００１５】次に本発明の作用について説明する。図５
におけるコイル中心を基準点にして任意対象点（ｘ／
Ｒ，ｙ／Ｒ）における微小区間のコイルによる磁気圧を
積分して求めると、図８に示すように磁気圧分布Ｐ
_m（θ）は、ビオ・サバールの法則により、例えば電磁
エネルギー供給コイル11のコイル中心の下方すなわち導
通管10の下端（θ＝0 °）で最大値（Ｐ_ma）となり上端
（θ＝180 °）で最小値（Ｐ_mb）となり、導通管10内を
流れる溶銑５に作用する磁気圧の積分値は、溶銑５の中
心Ｏから鉛直上向きの力Ｗm ＝（Ｐ _ma−Ｐ_mb）となる。
導通管10内の溶銑５には、磁気圧による鉛直上向きの力
Ｗm＝（Ｐ_ma−Ｐ_mb）の他に、溶銑５には重力や溶滓の
浮力が作用しているため、上下の磁気圧差（Ｐ_ma−
Ｐ_mb）により溶銑５に浮上力を発生させ、導通管10の内
壁面から溶銑流を離す条件として下記(1) 式が成立する
ように電磁エネルギー供給コイル11に電流（例えば3000
A 以上）を流して磁気圧を制御する。

【００１６】｜Ｐ_ma−Ｐ_mb｜＞（Ｒ（ρ_p−ρ_s）ｇ）／２ ………(1) ここで、Ｒ：コイル半径、ρ_p：溶銑密度、ρ_s：溶滓
密度、ｇ：重力加速度である。これにより溶銑５の外面
を導通管10の内壁面と非接触状態を保持すると共に、導
通管10の中心部に集まった溶銑５が溶滓６を内壁面に押
しやって分離され、銑滓２液流状態になる。このように
重力と浮力の影響を考慮して電磁圧を印加すれば、導通
管10の内壁面に溶銑５が非接触になると共に、溶銑５の
縮流によって流路断面積が調整され、出銑口２から排出
される溶銑５の排出速度が制御される。同時に、溶銑５
の流れ変化が炉内から溶滓６が流出する状態にも影響
し、炉内の溶銑５と溶滓６の界面レベル変化、出銑口２
内の溶銑５、溶滓６の断面積比率の変化または出銑口２
の前後の差圧変化を引き起こし、溶滓６の流量も制御で
きる。

【００１７】本発明では、出銑口２の炉外側に配置した
導通管10の耐熱対策として、図３に示すように耐火物層
からなる導通管10の内部に通水路15を設け、通水路15に
冷却水を流して冷却すれば、溶滓６は導通管10の内壁面
に凝固して付着し、セルフライニング層14を形成する。
滓は熱伝導率が低いためセルフライニング層14は安定し
た断熱層となる。このようにしてセルフライニング層14
が形成されると導通管10が損耗を受けることがないの
で、一定の流路径が保持され、出銑滓速度を一定に維持
することができる。

【００１８】出銑滓作業が進むにつれて出銑口２の口径
はマッド耐火物13の損耗によって大きくなるが、導通管
10によって出銑滓速度が一定に保たれているので、出銑
口２内を流れる溶銑滓の排出速度は小さくなる。このた
め出銑口２内のマッド耐火物13の損耗速度も次第に小さ
くなり、大幅な出銑時間の延長が達成される。図４に
は、導通管10を水冷壁構造として通水路15に冷却水を流
して冷却する場合を示している。この場合にも同様にし
て導通管10の内壁面に溶滓６が凝固して付着し、セルフ
ライニング層14を形成するので、前記の図３の場合と同
様の作用、効果が得られる。

【００１９】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、電
磁エネルギー供給コイルを軸方向に１〜20巻き、コイル
巻き径を50〜1000mmの範囲として、電磁エネルギー供給
コイルから導通管内を流れる溶銑に、鉛直上向き磁気圧
を印加するので、電磁反発により導通管内を流れる溶銑
が内壁面に接触することなく縮流して流路断面積が調整
され、導通管の中心部に安定して集めることができる。
その結果、導通管内を流れる溶銑が導通管の内面に接触
して溶銑の凝固層を形成するのを確実に防止することが
でき、溶銑滓の２液流に分離した状態で出銑滓速度を安
定して制御することができる。

【００２０】また、導通管を強制冷却する場合には、溶
滓が内壁面へ押しやられて溶滓の凝固付着によるセルフ
ライニング層が安定して形成され、断熱性の大きいセル
フライニング層によって導通管の寿命延長が達成され、
また導通管の周囲に配設した電磁エネルギー供給コイル
を高温から安定して保護することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の高炉の出銑滓速度制御装置による出銑
滓状況を示す説明図である。

【図２】本発明の耐火物層からなる導通管を示す断面図
である。

【図３】本発明の耐火物層に通水管を設けた導通管を示
す断面図である。

【図４】本発明の水冷壁からなる導通管を示す断面図で
ある。

【図５】電磁エネルギー供給コイル内の半径方向位置と
水平方向位置、磁界強度との関係を示すグラフである。

【図６】電磁エネルギー供給コイルの巻き数（ｎ）にお
けるコイル半径R 、コイル半径方向の位置ｘおよびコイ
ルピッチＬを示す説明図である。

【図７】電磁エネルギー供給コイルの巻き数とコイルの
半径方向位置での磁界強度との関係をコイル１巻の時の
コイル中心での磁界強度との関係で示すグラフである。

【図８】電磁エネルギー供給コイルから溶銑に磁気圧が
作用する状況を、溶銑に作用する重力、浮力を加味して
示す説明図である。

【図９】従来の高炉の出銑滓速度制御装置による出銑滓
状況を示す説明図である。

【図10】従来の高炉の出銑口からの出銑滓状況を示す説
明図である。

【図11】従来の高炉に設けた２つの出銑口からラップ出
銑滓を行う場合の出銑滓の手順を示す説明図である。

【符号の説明】

１高炉２出銑口３羽口４レースウェイ５溶銑６溶滓７滴下帯８出銑樋９溶銑滓流 10 導通管 11 電磁エネルギー供給コイル 12 水冷壁 13 マッド耐火物 14 セルフライニング層 15 通水路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出銑口の炉外側に接続して導通管を配置
し、該導通管の周囲に電磁エネルギー供給コイルを配設
した高炉の出銑滓速度制御装置において、前記電磁エネ
ルギー供給コイルのコイル巻き数を軸方向に１〜20巻
き、コイル巻き径を50〜1000mmの範囲としたことを特徴
とする高炉の出銑滓速度制御装置。