JPH06158132A - 高炉炉底冷却装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 昇温した部位に対する冷却能を選択的に冷却
することにより、炉底を必要以上に冷却することなく炉
底レンガの保護を図る。 【構成】 炉底レンガに埋設られた冷却水配管１４ａ〜
１４ｇを、炉底面中心部及び周方向に関し分割された炉
底面周辺部の各ブロックごとに独立させる。各冷却水系
統に冷凍式冷却装置１８ａ〜１８ｇ及びポンプ１９ａ〜
１９ｇを組み込み、各冷却水系統を流れる冷却水の水温
を独立して制御する。炉体の下部側壁は、側壁散水面分
離板により、炉底面周辺部の分割角度に応じて周方向に
分割された側壁散水面１６ａ〜１６ｆとなっている。各
側壁散水面１６ａ〜１６ｆに対し、冷凍式冷却装置２０
ａ〜２０ｆ及びポンプ２１ａ〜２１ｆを備えた冷却水系
統が設けられている。 【効果】 各冷却水系統を流れる冷却水は、各被冷却ゾ
ーンごとに冷却水温度が独立して制御されるため、炉底
を必要以上に冷却することなく、炉底耐火物の保護を図
りながら安定した炉況の高炉操業が維持される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、長期間にわたり高炉の
炉況を安定に維持しながら、炉底レンガを冷却保護する
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】高炉の寿命を決定する最も大きな要因
は、炉底の損傷である。炉底を構築するレンガの損傷を
防止するため、炉底底部に配置した水冷管により炉底を
冷却し、底部側壁を散水冷却する方式が従来から採用さ
れている。この冷却によって、炉底耐火物であるレンガ
の内表面に銑鉄の凝固層が形成される。溶銑凝固層は、
溶銑とレンガ面との直接接触を抑制し、レンガの損傷を
防止する。しかし、溶銑凝固層が極端に発達すると、高
炉下部が冷え込み、炉況が不安定になる。銑鉄凝固層を
保護するため、砂鉄等のチタン源を添加した焼結鉱を使
用する高炉操業法も開発されている。チタン源を添加し
た焼結鉱を高炉に装入すると、溶銑中のチタン濃度が増
大し、湯溜り内における溶銑の流動が抑制される。これ
により、炉底底部に銑鉄凝固層やチタンベアーが積極的
に形成され、炉底の保護が図られる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】安定した炉況で高炉を
操業するためには、溶銑凝固層を適度な厚みに制御する
必要がある。しかし、溶銑凝固層は、生成及び消滅が高
炉内下部の湯溜り内における溶銑の流動特性によって大
きく影響され、厚みが変動する。たとえば、溶銑の流速
が局部的に大きな領域が存在すると、その領域における
銑鉄凝固層が溶銑流で侵食され消滅する。溶銑の流動状
態は、湯溜り部におけるコークス充填層の充填挙動に依
存する。コークス充填層は、荷重に起因する下向きの力
と浮力に起因する上向きの力とのバランスに応じて浮沈
する。湯溜り部がコークス充填層で満たされている状態
では、図１に示すように炉底耐火物１の内面に形成され
た銑鉄凝固層２に接触した状態にコークス充填層３が位
置する。浮力が上回った場合、コークス充填層３の下部
にコークスが充填されていない領域が生じる。コークス
非充填領域４は、湯溜り部の下部に一様な厚みで形成さ
れる場合（図２）もあり、また湯溜り下部の周辺にのみ
形成される場合（図３）もある。

【０００４】湯溜り部がコークス充填層３で満たされて
いる図１の状態では、出銑する出銑口の位置の変更や出
銑量の増減に応じて炉底各部位の温度が若干変動するも
のの、炉底耐火物１の局部的な損耗は進行しない。一様
な厚みのコークス非充填領域４が形成された図２の状態
では、炉底面全体にわたって銑鉄凝固層２が消滅する虞
れがある。湯溜りの下部周辺にのみコークス非充填領域
４が形成された図３の状態では、溶銑は、コークス非充
填領域４を優先的に流れ、側壁耐火物５が局部的に損耗
する。このようなコークス充填層３の挙動を考慮して銑
鉄凝固層２の過度の発達を抑えながら炉底部を保護する
ためには、各時点におけるコークスの充填状況に応じた
適切な局部冷却を行う必要がある。たとえば、銑鉄凝固
層が過度に発達した場合、緩冷却する。緩冷却は、冷却
水量の低減，冷却水の循環使用等によって比較的容易に
行うことができる。しかし、銑鉄凝固層を成長させよう
とする強冷却は困難である。

【０００５】たとえば特開平２−１０４６０３号公報に
開示されているように、冷却水量を増加させて強冷却し
ようとすると、炉底冷却管又は側壁散水面における冷却
水と被冷却面との間の熱伝達量が比較的少ない冷却水量
で飽和状態になる。そのため、冷却水量に応じて増加す
る冷却能には上限がある。そこで、水温の低下により冷
却水自体の抜熱能を向上させる方法が採られる。本発明
者等は、この観点から冷凍式冷却装置を使用して冷却媒
体の温度を制御する方法を特開平３−２７４２０７号公
報で提案した。しかし、単に冷却水温度を低下させる
と、炉底面が全体にわたって冷却されることから、炉底
温度が全体的に上昇している場合には大きな効果がある
ものの、炉体温度が局部的に上昇している場合には冷却
が不要な部位まで冷却される。その結果、冷却不要な部
位で溶銑凝固層が発達し、炉況を悪化させる虞れがあ
る。

【０００６】他方、チタンの装入量を増加させることに
よって炉底耐火物の保護を図る方法では、チタンの歩留
りが悪いことから、多量のＴｉＯ₂ 等のチタン源を高炉
に装入している。装入されたチタン源は、炉内の通気性
を悪化させたり、出銑・出滓不良等の操業トラブルを起
こす原因となり易い。しかも、スラグのチタン濃度が上
昇するため、副産物としてのスラグの品質が低下する。
また、炉底面全体にわたって冷却作用を与えることか
ら、局部的に温度が上昇している場合には、上昇してい
ない部位で過度の溶銑凝固層が生成する虞れがある。本
発明は、このような問題を解消すべく案出されたもので
あり、炉底冷却用の冷却水配管系を冷却対象に応じて分
割することにより、溶銑による侵食から炉底耐火物を保
護し、長期間にわたって安定した炉況下で高炉を操業す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の高炉炉底冷却装
置は、その目的を達成するため、炉底レンガに埋設され
た冷却水配管と、下部側壁に取り付けられ、側壁散水面
を区画する側壁散水面分離板とを備え、前記冷却水配管
は、炉底面中心部及び周方向に関し分割された炉底面周
辺部の各ブロックごとに独立した冷却水系統を構成し、
前記側壁散水面に対する冷却水系統は、前記炉底面周辺
部の分割角度に応じて周方向に分割され、各冷却水系統
を流れる冷却水は、各被冷却ゾーンごとに冷却水の温度
が独立して制御されることを特徴とする。

【０００８】冷却水温度は、冷凍式冷却装置で所定の温
度に冷却される。冷凍式冷却装置は、各冷却水系統ごと
に或いは複数の冷却水系統にまたがって設けられる。一
つの冷凍式冷却装置から複数の冷却水系統に冷却水が供
給されるとき、適宜の切換え弁を介して冷凍式冷却装置
と冷却配管とを接続する。冷却水温度は、冷却水の循環
使用と原水の直接使用との比率を変化させることにより
ある程度制御することもできる。しかし、外気温度の影
響を受け易く、特に夏期においては冷却能力が不足する
懸念がある。この点、冷凍式冷却装置を組み込むとき、
冷却水が強制冷却され、必要な低温の冷却水を確実に得
ることができる。

【０００９】高炉の炉底における溶銑凝固層の生成・消
失は、湯溜り部における溶銑の流動特性により決定され
る。溶銑の流れ易い部位は操業条件に応じて変化し、あ
る場合には炉底面全体にわたって溶銑が流れ、ある場合
には局部的に流路が形成される。溶銑がある部位を集中
的に流れるとき、その部位の下部における熱負荷が大き
くなる。したがって、炉底のレンガ部に埋設された温度
計で測温することにより、溶銑の局部的流れを検出する
ことができる。温度計は、炉底半径方向に関して適宜の
分布で炉底レンガに埋設すると共に、周方向に関しても
適宜の角度で側壁レンガに埋設することが好ましい。

【００１０】温度計で局部的な昇温が検出されたとき、
冷凍式冷却装置を使用して当該部位の冷却水温度を低下
させ、溶銑が集中的に流れている領域を選択的に冷却す
る。これにより、他の領域で溶銑凝固層が過度に成長す
ることを抑制しながら、温度が上昇した部位の溶銑凝固
層が消失することが抑制される。また、図３に示すよう
に炉底周辺部にコークス非充填層４が形成されている状
況では、温度上昇部位が炉底周辺部の特定角度に限定さ
れる。この場合、当該部位の炉底温度を低下させるだけ
では冷却効果が小さい。そこで、当該部位の近傍にある
側壁に対する散水温度を同時に低下させることが好まし
い。

【００１１】

【実施例】本実施例においては、高炉本体１０の炉底を
冷却するため、図４に示す冷却水系統を採用した。高炉
としては、羽口２６本をもち、炉内容積２１５０ｍ³ の
高炉を使用した。高炉本体１０の炉底は、図５に示すよ
うに炉底レンガ１１で湯溜り部１２を構築し、鉄皮１３
を介して炉底冷却水配管１４を炉底レンガ１１に対向さ
せた。また、側壁には、側壁散水面分離板１５を取り付
けた。側壁散水面分離板１５は、上下のフランジ間を側
壁散水面１６としている。６枚の側壁散水面分離板１５
を高炉本体１０に取り付けたとき、隣接する側壁散水面
分離板１５の突起１７（図４及び図６参照）で側壁散水
面１６が高炉本体１０の円周方向に６分割される。

【００１２】炉底冷却水配管１４は、図６に示すように
７個のブロック１４ａ〜１４ｇに分割されている。ブロ
ック１４ａ〜１４ｆは炉底周辺部に配置され、ブロック
１４ｇは炉底中心部に配置されている。ブロック１４ａ
〜１４ｇは、それぞれの配管を介して冷凍式冷却装置１
８ａ〜１８ｇに接続されている。また、個々の配管に
は、所定温度に冷却された冷却水を冷凍式冷却装置１８
ａ〜１８ｇから炉底冷却水配管１４の各ブロック１４ａ
〜１４ｇに送り出すポンプ１９ａ〜１９ｇが組み込まれ
ている。側壁散水面分離板１５で６分割された側壁散水
面１６には、冷凍式冷却装置２０ａ〜２０ｆで所定温度
に冷却された冷却水がポンプ２１ａ〜２１ｆによって送
り出される。なお、図４においては、炉底冷却水２２の
流れを実線で、側壁冷却水２３の流れを点線で示してい
る。

【００１３】ケース１：炉底レンガ及び側壁レンガに埋
め込まれた複数の温度計で全体的に高い温度が検出され
たとき、炉底下部が図２に示す状態になっているものと
推察した。そこで、炉底用の冷凍式冷却装置１８ａ〜１
８ｇを稼動させ、冷却水温度を２２℃から５℃に低下さ
せた。他方、側壁用の冷凍式冷却装置２０ａ〜２０ｆを
稼動させることなく、当初の水温２２℃で冷却水を送り
出し側壁を冷却した。この条件下で高炉操業を継続した
ところ、１０日間で炉底温度は温度上昇前までのレベル
に低下した。また、冷却能の上昇に伴った炉況の悪化
は、何らみられなかった。

【００１４】ケース２：被冷却ゾーンＡの温度が上昇し
たにも拘らず、他の被冷却ゾーンＢ〜Ｅにはほとんど昇
温傾向がみられない状態が出現した。そこで、被冷却ゾ
ーンＡに対応する冷凍式冷却装置１８ａを稼動させ、炉
底冷却水配管１４ａに供給する冷却水の温度を２２℃か
ら５℃に下げ、また冷凍式冷却装置２０ａからの冷却水
を１１℃に下げた。他方、他の被冷却ゾーンＢ〜Ｆは、
当初水温２２℃の冷却水で冷却した。この条件下で高炉
操業を継続したところ、１３日間で被冷却ゾーンＡの温
度は温度上昇前までのレベルに低下した。また、冷却能
の上昇に伴った炉況の悪化は、何らみられなかった。

【００１５】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明において
は、炉底各部位の温度に応じて低温化された冷却水で各
部位を冷却している。そのため、必要以上に炉底を冷却
することなく、局部的に温度上昇した部位を選択的に冷
却することができる。したがって、長期間にわたり炉底
が保護され、安定した炉況の下で高炉を操業することが
可能となる。また、チタン源装入にみられるようにスラ
グに悪影響を与えることなく、高品質のスラグが副産物
として得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 高炉の湯溜り部にコークス充填層が完全に充
填された状態

【図２】 コークス充填層と溶銑凝固層との間に一様な
厚みのコークス非充填層が形成された状態

【図３】 周辺部にコークス非充填層が形成された状態

【図４】 本発明実施例で採用した冷却水系統

【図５】 同実施例における高炉炉底近傍

【図６】 ブロック化した炉底冷却水配管

【符号の説明】

１：炉底耐火物 ２：溶銑凝固層 ３：コークス充
填層 ４：コークス非充填層 ５：側壁耐火物 １０：高炉本体 １１：炉底レンガ １２：湯溜り
部 １３：鉄皮 １４：炉底冷却水配管 １５：
側壁散水面分離板 １６：側壁散水面 １７：突起
１８：炉底冷却水用の冷凍式冷却装置 １９：炉
底冷却水用のポンプ ２０：側壁冷却水用の冷凍式冷
却装置 ２１：側壁冷却水用のポンプ ２２：炉底冷却水 ２３：側壁冷却水 Ａ〜Ｅ：被
冷却ゾーン

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 炉底レンガに埋設された冷却水配管と、
   下部側壁に取り付けられ、側壁散水面を区画する側壁散
   水面分離板とを備え、前記冷却水配管は、炉底面中心部
   及び周方向に関し分割された炉底面周辺部の各ブロック
   ごとに独立した冷却水系統を構成し、前記側壁散水面に
   対する冷却水系統は、前記炉底面周辺部の分割角度に応
   じて周方向に分割され、各冷却水系統を流れる冷却水
   は、各被冷却ゾーンごとに冷却水の温度が独立して制御
   されることを特徴とする高炉炉底冷却装置。