JPH03230084A - 金属溶融炉冷却装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は真空脱ガス炉等、冷却壁面温度が高くて有機化
合物からなる熱媒では分解又は変質を起生ずるために使
用できない被冷却面を有する金属溶融炉冷却装置に関す
る。

（従来の技術） 金属溶解炉の中で高温度で溶解精錬される溶鋼炉を例示
して以下説明する。

溶鋼炉の冷却、長寿命化の対策としては、「鹿島第３高
炉におけるボッシュ部補修試験」　（材料とプロセス、
　１９８８年、第１巻第４号、９９７頁）、「高炉設備
技術の進歩」　（製鉄研究、　１９８７年第３２５号、
１４〜２０頁）、「高炉の長寿命化技術」　（日本鋼管
技報、　１９８６年第１１５号、８８〜９６頁）、「か
動中高炉における炉底冷却能力向上対策」　（鉄と綱。

１９８６年第７２巻第１２号、　５９２４頁）、「鉄皮
保護り術の開発第１〜第３報、鉄皮保護型冷却板の間ブ
と実炉取付試験他」　（鉄と綱、１９８４年第７０巻第
１Ｍ５７３５〜７３７頁）等の各文献に開示されてなる
女き研究開発が進められてきているが未だ実用化Ｐ階に
は至っていない。

就中、真空脱ガス炉においても、水冷却方式、空気冷却
方式、空気・水冷却方式による冷却装置の検討が行われ
てきたが、これも同様に実用化力進んでいない。

（発明が解決しようとする課題） このように実用化できない主な要因としては改のことが
いわれている。

即ち、水冷却方式は溶鋼に水が混入して起こる水爆光の
惧れが十分考えられて採用に踏み切れないことであり、
一方、空気冷却方式では冷却効果が風量の割りに小さく
て、ブロア動力費が嵩むために経済的に成立し難いこと
である。

また空気・水冷却方式については、空気冷却中の炉壁鉄
皮表面に水を噴射するのが一般的な手法であるが、冷却
効果は十分期待できるとしても酸化等による腐蝕が激し
くて殻鉄皮寿命の低下、鉄皮補修費の増加するのが問題
である。

このように従来考えられている各方式に関しては実用化
を阻む問題点がある実状に鑑みて本発明は成されたもの
であって、溶鋼炉のうちの真空脱ガス炉を対象とした場
合に、耐火レンガが正常時はその断熱特性も良好で被冷
却面温度も約２５０　’Ｃと高くはないが、使用時間の
経過につれて耐火レンガの劣化に伴って被冷却面温度が
上昇し、第４図に例示するように外第１層の耐火レンガ
が０部まで損耗したときには約３４０℃となり、さらに
外第２層の耐火レンガが０部まで損耗したときには約４
８０℃まで上昇することになって被冷却面温度が高温と
なり苛酷な条件である点、また真空脱ガス炉の下部には
溶鋼を貯溜した取鍋が有り、冷媒が溶鋼中に誤って落下
すると急激な加熱による気化で溶鋼を吹飛ばす爆発を起
こす惧れがあるので冷却装置の構造上に制約がある点、
さらに冷却の必要な個所は炉体のネック部であり、形状
が複雑かつ比較的小面積の部分で炉材の損耗が速いのと
冷却装置の取付けに工夫を要する点等を勘案した結果、
これ等の制限が多い条件を克服して有効な冷却を実現す
るべく、特に不活性ガスの雰囲気中において水を被冷却
面に噴射することにより、蒸発潜熱を利用した有効な、
がっ安全性の高い冷却システムを基本構造としたもので
あって、冷却効率の高い気水冷却方式を採用して高安全
性ならびに経済的有利性の実現をはがらせる点を発明の
目的とするのである。

（課題を解決するための手段） しかして本発明は上記目的を達成するために、実施例を
示す図面を参照すれば明らがな如く、請求項１に係る金
属溶融炉冷却装置としては、噴霧ノズル（５ンを内蔵す
る冷媒通路（４）に熱伝導的な一体に設けてなる冷却板
（３）を、溶鋼が収納される溶融炉（２）の炉壁外面に
沿わせて取り付ける一方、蒸気を水に復させるためのガ
ス側通路（７）を有する冷却用熱交換器（６）を外気等
冷却用流体による冷却可能に付設せしめ、前記冷媒通路
（４）と前記ガス側通路（７）とをガス管ＯＤにより接
続するとともに、ガス側通路（７）の水溜め部（８）と
前記噴霧ノズル（５）とを送水ポンプ（９）が介設され
た液管αＯ）により接続して、冷媒通路（４）を含む密
閉循環系内に不活性ガスを適当圧力の下で封入させたこ
とを特徴とする。

次に請求項２の発明は、冷却板（３）又は炉壁外面の温
度が所定温度に保たれるように、温ＴＸ　差ニ応じて送
水ポンプ（９）の送水量を加減制御する冷却能力制御手
段（２）を付設して有する構成が請求項１記載の金属溶
融炉冷却装置に特定されたものであり、さらに、請求項
３の発明は、金属溶融炉が休止中で冷却を要しない際、
不活性ガスの封入圧力が大気圧以上になるよう封入量を
設定した構成が請求項１又は２記載の金属溶融炉冷却装
置に特定されたものである。

（作用） 窒素（Ｎ２）、アルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスの雰囲
気下で水を炉壁外面に添着した冷却板（３）に噴射させ
る方式であるから、空気中における如き酸化腐蝕の問題
を解消し得る。

噴射した水は冷却板（３）を蒸発潜熱で冷却して気化す
る結果、この蒸気は不活性ガスと一緒に冷却用熱交換器
（６）で冷却することにより復水させて再循環を行わせ
連続的に冷却が可能である。

請求項２では送水量を加減制御する簡単な手段で、炉壁
外面を一定温度に保持でき、また、請求項３では大気圧
以上の雰囲気を保たせて冷媒通路（４）を含む密閉循環
系内に空気が侵入して炉壁の寿命を短くさせる如き問題
がなくなる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづき説明する。

第１図、第２図は本発明の各実施例に係る装置回路図で
あり、まず第１図図示装置につき詳述する。

図の溶融炉は逆台形状の下方の炉（１１と徳利状をなす
上方の炉（２）との間に溶鋼を循環させて連続的に脱ガ
スするもので、捕塵器（２２）、ガス冷却器（２３）を
介しスチームジエクターなどの真空ポンプ（２９）で炉
（２）内の抽気を行うことにより、炉（２）内に溶鋼を
引込ませるようになっているが、上記炉（２）のネック
部に冷却板（３）を配設し当該個所の外壁外面に密着さ
せた状態で取り付けている。

上記冷却板（３）は伝熱性の高い厚手の金属板からなっ
ていて、ネック部にめぐらせている。

なお、冷却板（３）は炉（２）の外壁外面に沿わせる冷
却面に必要に応じてウィフクを取り付けても良く、そし
てこの冷却板（３）を囲繞して、該冷却板（３）と−体
をなし、かつ、密閉空間を形成するように環状のチャン
バーとなした冷媒通路（４）を設けている。

この冷媒通路（４）には入口（４Ａ）、出口（４Ｂ）を
開口させているとともに、内部に噴霧ノズル（５）を収
設せしめていて、前記入口（４Ａ）には送ガスダクトα
船を接続し、前記出口（４Ｂ）にはガス管αυを接続し
ている。

前記噴霧ノズル（５）はノズル孔を冷却板（３）に指向
させて冷却板（３）の外側に配設せしめてなり、環状の
パイプに等分散させてノズルチップを取り付けた形態、
複数個の噴霧ノズル（５）を等分散させて配置した形態
等種々のものが考えられるが、この複数個の噴霧ノズル
（５）をまとめて連結した後、前記入口（４Ａ）に接続
した送ガスダク）Ｑ４１内を気密な同心的に貫通させて
なる液管α〔の管端に接続せしめて、液管αωから送ら
れてきた水を各噴霧ノズル（５）から−斉に霧状に噴出
し得るようになっている。

一方、（６）は冷却用熱交換器であり、密閉した容器内
をガス側通路（７）となして底部を水溜め部（８）に形
成しており、さらに、器内に散水器αｅを下吹出し構造
に収設してなるシェル形の熱交換器が使用される。

そしてこの熱交換器（６）はガス側通路（７）となる器
内の中間位置に連絡させて入口（７Ａ）を、また、上方
位置に連絡させてガス出口（７Ｂ）を夫々開口せしめて
おり、さらに、水溜め部（８）に連絡させて底部に液出
口（８八）を開口せしめている。

かかる構造となした冷却用熱交換器（６）は、入口（７
Ａ）に前記ガス管ａυの端末を接続し、ガス出口（７Ｂ
）にプロアα濁の吸込部を接続し、液出口（８Ａ）に送
水ポンプ（９）の吸込部を接続して、ガス出口（７Ｂ）
は前記ブロアａ３を介し送ガスダクトα（に、液出口（
８Ａ）は前記送水ポンプ（９）を介し液管α〔に夫々連
絡させている。

図中、ａｅｉは水対水形の熱交換器、α９はクーリング
タワー、（２ｍはポンプであって、熱交換器−とクーリ
ングタワー（２）との間に水を開放的に循環せしめるこ
とにより、液管側内に流れる水を冷却し得るよう形成し
ている。

かく構成してなる冷却装置は、熱交換器（６）のガス側
通路（７）、送ガスダクトαす、冷媒通路（４）及びガ
ス管αυからなる密閉循環系内に、停止時（非冷却時）
で絶対圧力が１．０　ｋｇ／ｃｉ（大気圧より稍々大）
となる内圧が保持されるように不活性ガス例えば窒素（
Ｎｔ）の適量を封入させる。

次にこの装置の運転態様を説明すると、例えば溶融炉（
２）の運転開始、即ち、真空ポンプ（２９）の作動によ
り脱ガス炉（２）内に溶鋼を引込んだ後、送水ポンプ（
９）、ブロアα濁、ポンプ（至）を運転させると、冷媒
通路（４）内はＮ２の雰囲気下であって周囲温度の状態
により内圧が温度に応じて上昇する。

一方、噴霧ノズル（５）からは液管αωを経た加圧水が
吹出す結果、霧滴が冷却板（３）に散布されて冷ノ板（
３）が高温であるため直ちに気化して水蒸気にソ。

す、この蒸発潜熱で冷却板（３）を介し炉壁が冷却Ｅれ
る一方、水蒸気はＮ２と共にガス管ａυを流れ１冷却用
熱交換器（６）に至る。

かくして上記熱交換器（６）において水蒸気は散Ａ器α
Ｑから散布される水と熱交換して凝縮液化し、Ｎ２と分
離して水溜め部（８）に流れることになりに管ａψによ
って一部量が散水器ａυに至り蒸気の復号に利用され、
また、残りの量の水が液管ａωを経マ噴霧ノズル（５）
に送られ、再び冷却の用に供されイ以上説明した冷却運
転により冷却＋Ｉｉ　＋３）を介し７炉（２）の炉壁外
面が冷却されるが、この場合に、炉壁外面を所定の温度
例えば１５０　℃に保持させるために、冷却能力制御手
段■により温度制御を行わせる。

上記冷却能力制御手段（２）は、液管（１０）を流れる
水量、即ち、送水ポンプ（９）の送水量を炉壁外面温度
が高いときは増量させ、低いときは減量させるように制
御を行うものであって、その具体例を挙げると、冷却板
（３）又は炉壁外面に添着した温度検知用センサ（２５
）と、該センサ（２５）の検知温度と設定温度（１５０
℃）との温度差に比例した出力を発する出力回路（２６
）とから形成して、前記出力を液管ａψに介設した電動
弁（２４）のモータに与えることによって送水量の調節
が確実に行える。

なお、出力回路（２６）の出力によって送水ポンプ（９
）の回転数を制御するようにしたものであっても良い。

次に第２図について説明すると、この装置は冷却用熱交
換器（６）がファン０ηを備えて冷却媒体を空気例えば
外気に求めた気対気形のクロスフィンコイルである点で
前記例と異なり、また、冷媒通路（４）の入口（４Ａ）
は閉鎖して送ガスダクトαＯを省略し、これに代わって
前記熱交換器（６）の水溜め部（８）としてのヘソグー
に気液分離器Ｑ５１を連結せしめて、該分離器αつの液
出口を送水ポンプ（９）の吸込部に接続せしめてなる構
造の点で第１図図示例と異なっている。

この装置は冷媒通路（４）、ガス管αυ、冷却用熱交換
器（６）のガス側通路（７）、気液分離器Ｑ’９及び液
管α呻によって密閉循環系が形成されており、この系内
を前記例と同様に所定圧力下の不活性ガス雰囲気下に保
持させるものであって、冷却作用に関しては前記例と同
じであるので説明を省く。

それ等再装置に共通した点であるが、運転開始直後は不
活性ガスが発生蒸気と共に冷却用熱交換器（６）側に運
ばれるために該熱交換器（６）での熱貫流係数は小さい
が、運転開始後暫時経過すると不活性ガスが熱交換器（
６）から追出されるので熱貫流係数は大きな値に復して
冷却効率は高い値で安定する。

なお、冷媒通路（４）と冷却ＩＩＪｉ（３）との間の構
造についての変形例を第３図により説明する。

この例は冷却板（３）に対して大径鋼管をバンド締めな
どにより密着固定してこの大径鋼管を冷媒通路（４）に
利用し、その管内に噴霧ノズル（５）を収納した構造で
あって冷却板（３）を囲繞してなる前二例とは異なり、
コンパクトな構造に形成し得る利点がある。なお、大径
鋼管の管内壁にウィック（２７）を同着させるのは好ま
しい手段であり、また、熱媒洩れ防止を兼ねるふく射防
止板（２８）を冷媒通路（４）に対向させて「つい立て
」状に配設することもまた好ましい。

次いで、第２図図示例にもとづいて冷却装置の具体的構
造を例示すると下記の通りである。

（イ）冷却能力、 炉壁断熱材の第２層（■）まで損耗したときに、冷却温
度１５０℃で維持すると仮定した場合、第４図から冷却
能力は約１５，０００Ｋｃａｌ／　ｒｄ・ｈとなる。

また、冷却を要するネック部の表面積は実測によると８
．Ｏｒｔｒ程度となるので、従って本冷却装置の所要冷
却能力は１２０，０００　Ｋｃａｌ／ｈとなる。

（ロ）冷却用熱交換器（６）、 巾２，０００　ｍ／ｌａ　Ｘ奥行２００ＩＩＩ／ｍ　ｘ
長さ２．５０Ｏｎ／ｍ程度の外形寸法の風冷式凝縮器が
適している。

（ハ）ファンは静圧１０ｍ　Ｈ，０、モータ０．７５Ｋ
Ｎで風！２００　ｒｒｒ／＋ｉｎのプロペラファンが４
台程度必要である （二）ガス管αυは径４吋又は５吋程度、液管Ｑｌは径
１吋程度のものとなる。

（ホ）気液分離器αりのタンクは設置状況によって変動
するが概ね６００〜１０００１程度のものが良い。

上述の構成とすることによって冷却温度１５０℃以下、
内圧は５．０　ｋｇ／、ｆｆｌ　Ｇ　　以下程度で運転
が可能である。

（発明の効果） 以上説明した構成を有し作用を成す本発明の効果を挙げ
ると次の通りである。

冷却効果に優れている気水併用冷却方式を基本としなが
ら、気体に不活性ガスを使用してこのガス雰囲気中で水
を霧状に噴射させるようにしたから、冷却板（３）板面
の酸化等による腐蝕を解消して高い冷却効果を得ること
ができる。

水と不活性ガスを使用しているので、装置材料に高級耐
蝕性材料を用いることを要しなく、低コスト化がはかれ
る。

さらに水の蒸発潜熱を利用した冷却方式であるため、少
量の水を液送するだけで良く、冷却に要する搬送等の動
力費が軽少で済む。

また、密閉系において水を使用するので溶鋼中に水が混
入して水爆を起こす慣れが全くなく安全性が高い。

さらにまた、真空脱ガス炉以外、溶鉱炉の湯口部、連鋳
装置等の溶鋼が流動して耐火レンガの損耗が生じる各機
器に適用し得て汎用性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の各実施例に係る装置回路図、
第３図は本発明の１例に係る要部断面示構造図、第４図
は真空脱ガス炉における外壁温度と炉底壁内熱流束の関
係を示す線図である。 （２）・・・溶融炉、　（３）・・・冷却板、　（４）
・・・冷媒通路、（５）・・・噴霧ノズル、　（６）・
・・冷却用熱交換器、（７）・・・ガス側通路、　（８
）・・・水溜め部、（９）・・・送水ポンプ、　ａψ・
・・液管、ａυ・・・ガス管、　（２）・・・冷却能力
制御手段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、噴霧ノズル（５）を内蔵する冷媒通路（４）に熱伝
   導的な一体に設けてなる冷却板（３）を、溶鋼が収納さ
   れる溶融炉（２）の炉壁外面に沿わせて取り付ける一方
   、蒸気を水に復させるためのガス側通路（７）を有する
   冷却用熱交換器（６）を外気等冷却用流体による冷却可
   能に付設せしめ、前記冷媒通路（４）と前記ガス側通路
   （７）とをガス管（１１）により接続するとともに、ガ
   ス側通路（７）の水溜め部（８）と前記噴霧ノズル（５
   ）とを送水ポンプ（９）が介設された液管（１０）によ
   り接続して、冷媒通路（４）を含む密閉循環系内に不活
   性ガスを適当圧力の下で封入させたことを特徴とする金
   属溶融炉冷却装置。 ２、冷却板（３）又は炉壁外面の温度が所定温度に保た
   れるように、温度差に応じて送水ポンプ（９）の送水量
   を加減制御する冷却能力制御手段（１２）を付設して有
   する請求項１記載の金属溶融炉冷却装置。 ３、溶融炉が休止中で冷却を要しない際、不活性ガスの
   封入圧力が大気圧以上になるよう封入量を設定した請求
   項１又は２記載の金属溶融炉冷却装置。