JPH07103664A - 金属精錬用取鍋の水冷取鍋蓋 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水冷構造の水冷取鍋蓋において、水冷管周り
の断熱作用を果たすスプラッシュ層の形成を、所望とす
る好適な状態に効率的にしかも確実に行わせることがで
き、冷却水による過大な抜熱を防ぎながら水冷効果を達
成し、前記水冷取鍋蓋の内面に付着するスプラッシュ層
の異常成長を阻止し、水冷取鍋蓋の交換を容易化する。 【構成】 金属精錬に用いられる取鍋の円形開口端縁に
開閉自在に載置され、該取鍋の内部空間に臨む内面に沿
い、鋼管から成る水冷管が管同士が極力添設されるよう
に巻装されてハット形に成形され、この水冷管内に冷却
水を通水する水冷構造に形成される水冷取鍋蓋におい
て、取鍋本体の円形開口端縁と接する最下段の水平方向
に配設される水冷管群のうちの、最も取鍋本体の円形開
口内側に位置する水冷管が、この取鍋本体の円形開口内
の周壁位置に対して、水冷管の半径以上、この取鍋本体
の円形開口内の中心軸寄りに突出して設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、減圧下で溶銑や溶鋼、
その他の種々な合金などの金属溶湯を精錬する精錬装
置、あるいは金属溶解精錬装置等々に用いられる金属精
錬用取鍋に備えられる水冷構造の取鍋蓋に関する。

【０００２】

【従来の技術】普通鋼や特殊鋼やステンレス鋼の溶銑お
よび溶鋼、ニッケル合金やクローム合金などの合金を含
む金属の溶湯を、たとえば真空下、減圧下で精錬する精
錬装置とか金属溶解精錬装置においては、たとえば予め
かかる金属溶湯が注入され保持されている金属精錬用取
鍋（以下、単に取鍋ということがある）を真空容器内の
所定位置に設置してから、この真空容器外の減圧装置を
作動させて、真空容器内を減圧していき、取鍋内部に保
持されている金属溶湯を、この真空容器外のガス供給装
置から供給されてくるアルゴンガスのごとき不活性ガス
を取鍋底部に設けられるガス吹込みノズルを介して吹込
んで撹拌しながら、一方この真空容器および取鍋の取鍋
蓋を貫通して昇降動し得る酸素上吹きランスから当該金
属溶湯に酸素ガスを上吹きし吹錬するような精錬が行わ
れる。

【０００３】このような装置は、脱炭反応を優先的に進
行させて極低炭素鋼や合金を製造し得るとともに、金属
溶湯中に不用なガスの脱ガス、金属溶湯の撹拌、金属溶
湯の増量や成分組成の調整などを効果的に進行させるこ
とができるために、近年、数多く設置され、使用されて
きた。

【０００４】この種の金属溶湯を減圧下で精錬する精錬
装置においては、金属精錬用取鍋が多用され、特に取鍋
の円形開口端縁に開閉自在に載置して、この取鍋内部の
金属溶湯を極力封入してしまう取鍋蓋は不可欠の部材で
ある。それは、次のような理由により必要であるからで
ある。

【０００５】取鍋内部の金属溶湯がスラグ（層）を有
する場合とそうでない場合とがあるが、この金属溶湯の
降温を抑制し、好適な温度管理下で所要の各冶金反応を
伴う精錬を確実に行い、所定の品質管理下で良好な品質
の金属溶湯を精錬し製造するため、 主として高価な電気エネルギを熱源とする場合には特
に省エネルギ化を図るため、 取鍋内の金属溶湯等から真空容器の内壁やシール部へ
放射される輻射熱を遮断し、真空容器の高気密化と、真
空容器およびその減圧装置の設備耐用寿命の延長化およ
び軽保全化と、減圧装置の所要動力の軽減化を図るた
め、 真空容器内の圧力を減圧する際に生じる金属溶湯の突
沸による取鍋外、すなわち真空容器内への金属溶湯の流
出防止のため、 前記に説明する金属溶湯の突沸と、不活性ガスの取
鍋底吹きによる金属溶湯の撹拌および酸素ガスの酸素上
吹きランスからの吹錬とによって生じるスプラッシュが
取鍋自体の円形開口端縁や外鉄皮、さらに取鍋外の真空
容器の内壁やシール部へ飛散し付着するのを防止するた
め、 前記および項によって生じる取鍋自体と、真空容
器内およびそのシール部との清掃や手直し保全作業を軽
減化するため、 前記および項によって生じる精錬された金属溶湯
の製造歩留の低下を防止するためである。

【０００６】従来、このような減圧下で金属溶湯を精錬
するために用いられる取鍋において、この取鍋の円形開
口端縁に開閉自在に載置される取鍋蓋としては、たとえ
ば特開昭５６−１４６７５３，特開平２−２０５６１９
に開示されているように、骨格および外殻を形成する鉄
骨および鉄皮の内部に沿わせて耐火物を配設した耐火物
構造のものが使用されていたのである。この取鍋蓋は、
たとえば１７００℃以上といった非常に高温で多量な金
属溶湯を保持している取鍋の直上に載置されるので、操
業現場の安全性の確保や操業性・作業性の向上のため
に、通常無冷却のものが使用されており、以下のような
問題点をかかえていたのである。

【０００７】（ａ）苛酷な使用条件下で、耐火物構造体
が変形し易く、この構造体から耐火物が損耗され、破損
し脱落し易い。

【０００８】（ｂ）前記および項の理由によって、
金属溶湯の流出分やスプラッシュが取鍋蓋に付着し肥大
化して、載置不能や繰り返し使用不能に陥る。

【０００９】（ｃ）予めこの耐火物構造体に設けられて
いる酸素ガスの酸素上吹きランスの昇降用開口部、合金
鉄等供給用ホッパー・ダクトの挿通口、ガス抜き口にス
プラッシュが付着し肥大化して、これらの各開口部を閉
塞し、操業困難或いは操業不能に陥る。

【００１０】（ｄ）前記（ａ）〜（ｃ）項の理由によっ
て、頻々と点検、手直し修理せねばならない。

【００１１】（ｅ）前記（ａ）および（ｄ）項の理由に
よって、取鍋蓋の耐用寿命が短縮され（たとえば１００
ヒートの耐用寿命）、非常にコストアップを招き不経済
である。

【００１２】そこで最近、このような取鍋蓋は、前記
（ａ）〜（ｅ）項に記載する種々の問題点をかかえてい
る耐火物構造（体）のものから、前記（ｃ）項に記載す
るような取鍋蓋に予め設けられている各開口部を除い
て、この取鍋蓋中に冷却水を通水する水冷管（鋼管）を
同心円状またはジグザグ螺旋状で密着して添設状態に巻
いて、すなわちこの構造体全体をハット（Ｈａｔ）形に
巻装し構成した水冷構造のものが試行されるようになっ
てきている。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】この水冷構造の取鍋蓋
は、前記〜項に記載する取鍋蓋としての本来の機能
（役割、目的）を概ね達成し、かつ前記（ａ）〜（ｅ）
項に記載する従来の耐火物構造のものの諸問題点を解消
して、その耐用寿命が延長されて、精錬操業面、作業性
や保全面、コスト面などで有利であるが、その反面、通
水する冷却水の抜熱作用によって取鍋内部の金属溶湯な
どから持ち去るエネルギロスが大きくなるので、前記
項および項で記載するごとく金属溶湯やスラグの降温
を抑制し省エネルギ化を図りながら、何よりも好適な温
度管理で良好な品質の金属溶湯を精錬し製造する面で不
利であり、問題を残している。

【００１４】つまり、このエネルギロス分に相当するエ
ネルギを別途、適当な手段で補わざるを得なくなり、そ
のためのコストアップおよび操業かつ作業条件の変更と
か、その操業や作業時間の延長等々を招き、せっかく水
冷化した利点が活かされないという問題点を残している
のである。

【００１５】したがって、このような水冷構造の取鍋蓋
の不利な問題を解消し、水冷化することによって得られ
る諸々の利点を活かしていくために、この水冷構造の取
鍋蓋の取鍋内部空間に臨む内面側に、取鍋内部の金属溶
湯およびスラグからいやおうなく飛散してくるスプラッ
シュが付着するのを積極的に利用しスプラッシュ層（断
熱層）を形成させて、このスプラッシュ層の断熱作用に
より冷却水の抜熱作用を抑制して、かかる不利な問題を
解消することが試行されている。

【００１６】ところが、かかる水冷構造の取鍋蓋の内面
側に形成させるスプラッシュ層は、その形状寸法や形成
位置を所望とする好適な状態に形成することがなかなか
困難である。たとえば、図５に示すように取鍋本体９の
フリーボード部から水冷構造の取鍋蓋１０の頂部に至る
各水冷管１１の内面に一体化されているがごときスプラ
ッシュ層Ｓが付着し、好適な状態を越えて異常成長し形
成される場合がある。その結果、図６に示すように、取
鍋蓋１０を取鍋本体９から取り外す際に、取鍋蓋１０に
層を成して付着していて剥離性が比較的良好なスプラッ
シュ層Ｓが恰も「竹の子」の皮のごとく、取鍋本体９の
円形開口端縁上およびその上方に異常に残存してしまう
のである。このような異常状態の出現によって、取鍋本
体の円形開口内径が狭くなったり、取鍋本体をクレーン
で吊り上げるときや取鍋本体上を台車が通過するときの
障害となる問題点も生じ、前記（ｂ）〜（ｅ）項に記載
する従来の耐火物構造のものと同様な諸問題点をかかえ
こんでしまうのである。特に、程度の差はあれこのよう
な異常状態が出現する中で、取鍋本体から取鍋蓋を取り
外し、取鍋本体から「竹の子」の皮状のスプラッシュ層
を除去するなどのメンテナンスを繰り返して、この水冷
構造の取鍋蓋の交換作業を行いながら操業していくので
あるが、この交換作業および操業には種々の問題点が生
じるのである。

【００１７】したがって本発明の目的は、前述のごとく
飛散するスプラッシュが付着するのを積極的に利用した
水冷構造の水冷取鍋蓋であって、水冷管周りの断熱作用
を果たすスプラッシュ層の形成を、所望とする好適な状
態に効率的にしかも確実に行わせることができて、冷却
水による過大な抜熱を防ぎながら水冷効果を好適に高め
るようにして、前記〜項に記載する取鍋蓋本来の機
能を達成し、かつ前記（ａ）〜（ｅ）項に記載する従来
の耐火物構造のものの諸問題を解消するとともに、取り
分け水冷取鍋蓋が持つ長寿命化の利点を活かしながら、
この蓋内面の各水冷管周りに付着し形成させるスプラッ
シュ層に対して、取鍋本体のフリーボード部から蓋の頂
部に至る各水冷管の内面に一体化しているがごとくスプ
ラッシュ層が異常成長し形成されるのを阻止して、この
水冷取鍋蓋の交換に利便性が図られ、総合的に満足し得
る取鍋の水冷取鍋蓋を提供することである。

【００１８】

【課題を解決するための手段】本発明は、金属精錬に用
いられる取鍋の円形開口端縁に開閉自在に載置され、該
取鍋の内部空間に臨む内面に沿い、鋼管から成る水冷管
が管同士が極力添設されるように巻装されてハット形に
成形され、この水冷管内に冷却水を通水する水冷構造に
形成される水冷取鍋蓋において、取鍋本体の円形開口端
縁と接する最下段の水平方向に配設される水冷管群のう
ちの、最も取鍋本体の円形開口内側に位置する水冷管
が、この取鍋本体の円形開口内の周壁位置に対して、水
冷管の半径以上、この取鍋本体の円形開口内の中心軸寄
りに突出して設けられることを特徴とする金属精錬用取
鍋蓋の水冷取鍋蓋である。

【００１９】また本発明は、水冷管が、取鍋本体内部に
保持されている金属溶湯および／またはスラグ層から放
射される輻射熱に十分耐え得る流量の冷却水を通水でき
る管径を有することを特徴とする。

【００２０】

【作用】真空下または減圧下で精錬処理中に、特に酸素
吹錬中に取鍋本体内部に保持されている金属溶湯および
／またはスラグ層から飛散したスプラッシュが、取鍋本
体の円形開口内の周壁におけるフリーボード部と取鍋蓋
の各水冷管の内面とに亘って付着しスプラッシュ層を成
長させ形成する。この水冷取鍋蓋に付着し形成されてい
るスプラッシュ層は、各水冷管に通水される冷却水によ
って取鍋本体内部に保持されている金属溶湯および／ま
たはスラグ層から抜熱されるのを抑制する断熱材の役
割、すなわち断熱作用を果たすのであるが、自らは冷却
され収縮する。

【００２１】本発明に従えば、この取鍋本体の円形開口
端縁と接する取鍋蓋の最下段の水平方向に配設される水
冷管群のうちの、最も取鍋本体の円形開口内側に位置す
る水冷管が、この取鍋本体の円形開口内の周壁位置に対
して、水冷管の半径以上、さらに必要ならば所定数の水
冷管程度、この取鍋本体の円形開口内の中心軸方向に突
出して配設されているために、この自ら収縮したスプラ
ッシュ層は、下部が空間になっていて支持物が何ら存在
しないので処理している金属溶湯の中に落下し、取鍋蓋
の各水冷管の内面にスプラッシュ層を残存させないよう
にすることができる。

【００２２】この精錬が終了する時点までは取鍋のフリ
ーボード部も、取鍋蓋の各水冷管の内面にも、それぞれ
スプラッシュ層が付着し形成されているが、この終了と
ともに取鍋蓋に形成されているスプラッシュ層は、金属
溶湯および／またはスラグ層からの供給熱量が減少また
は途絶えるために、急激に冷却され収縮するので、取鍋
蓋の各水冷管の内面とそのスプラッシュ層との隙間が大
きくなり、前述のごとく下部が空間になっていて支持物
が存在しないから、比較的簡単に落下してしまい、この
取鍋蓋と取鍋本体との境界部分でスプラッシュ層が分離
される。したがって、取鍋のフリーボード部から取鍋蓋
にかけての一体化されるスプラッシュ層の繋がりを解消
できる。

【００２３】

【実施例】以下、図面を参照して本発明に係る実施例と
して真空精錬装置における精錬用取鍋の水冷取鍋蓋につ
いて詳細に説明する。図１は本発明の実施例に係る真空
精錬装置の概略示縦断面図である。真空精錬装置１は、
真空容器１ａおよび真空容器蓋１ｂからなる真空容器系
と、これに接続された排ガスダクト４および排気手段５
からなる排気系と、金属溶湯およびスラグを保持し精錬
する度毎に真空容器１ａ内の所定位置に載置される取鍋
６と、金属溶湯やスラグを撹拌するために取鍋６底部に
配置されるガス吹込みノズル２ａ，２ｂを介してアルゴ
ンガスのごとき不活性ガスを供給するガス供給手段３か
らなるガス供給系によって形成される。

【００２４】真空容器蓋１ｂには、酸素上吹きランス７
が上下昇降動可能に貫挿して設けられ、また金属溶湯の
増量や成分組成調整用とか精錬用に金属・合金やフラッ
クスを供給するためのホッパー８ａ，８ｂが取付けられ
ている。

【００２５】金属溶湯の真空精錬操業に際しては、排気
系を駆動して真空容器１ａ内を減圧状態に保持しなが
ら、ガス供給系を駆動して取鍋６底部のガス吹込みノズ
ル２ａ，２ｂから金属溶湯中に不活性ガスを吹込み撹拌
しつつ取鍋６内の金属溶湯上に前記ランス７から酸素を
吹付け脱炭精錬する。

【００２６】取鍋６は、円形開口端縁を有する取鍋本体
９と水冷取鍋蓋１０とによって形成され、本体９の円形
開口端縁に開閉自在に蓋１０を載置して、本体９内部に
保持されている金属溶湯を極力封入しその降温を抑制す
るとともに、金属溶湯の本体９外への流出とスプラッシ
ュの本体９外への飛散を防止するように構成されてい
る。水冷取鍋蓋１０は、水冷構造になるハット形に成形
された蓋であって、外殻となる補強部材１３と、この補
強部材１３の内面部に沿わせてその取鍋本体９の内部空
間に臨む面となる内面側に鋼管から成る水冷管１１が隙
間の存在しないように密に添設されている。

【００２７】図２は図１におけるＡ部の拡大図、図３は
図１に示す取鍋蓋１０の一部省略示平面図、図４は図１
に示す取鍋蓋１０の一部省略平面図である。水冷管１１
は円弧状に曲げられた鋼管が用いられ、蓋１０の内面の
冷却を要する全面に亘って、蓋１０の中心軸０に対し多
段同心に配設されるとともに、隣合う管端部相互を折返
し管１２によって接続して、全体としてたとえば同心円
状またはジグザグ螺旋状を成す流体管路に形成される。
なお、隣合う水冷管の間の隙間は、図２に黒塗り部分で
示されるように鋼管とほぼ同じ材質の溶材を用いて肉盛
り溶接Ｗしていて、これによって機械的強度および気密
性の保持が図られる。このようにして水冷蓋１０の要素
部材を成す前記流体管路には工業用水などの冷却水が通
水される。

【００２８】流体管路を形成する多段に配設されている
水冷管１１群において、取鍋本体９の円形開口端縁と接
する水冷管１１群は、図２に拡大示されるように、蓋１
０の円形開口端縁に沿って同一水平面内で互いに密接し
た複数配列、たとえば蓋１０の中心軸０に対して４列に
配列された同心円弧状を成していて、その中心軸０に最
も近い位置に配設されている水冷管１１Ａは、取鍋本体
９の円形開口内の周壁に対して中心軸０寄り、すなわち
本体９内方に突出して配置される。この水冷管１１Ａと
取鍋本体９の円形開口内の周壁との間には、この周壁の
円弧半径Ｒ１と、最下段内側の水冷管１１Ａの円弧内径
Ｒ２との間に、Ｒ１−Ｒ２≧Ｄ／２、（ただし、Ｄは水
冷管１１の外直径）が成立することが条件であって、こ
の条件は本発明を特徴づける構成要件である。

【００２９】前記実施例の取鍋１０は、取鍋本体９の円
形開口を開閉自在に塞がせて載置され使用される。真空
精錬処理中、さらに酸素吹錬中において、飛散したスプ
ラッシュが取鍋蓋１０における各水冷管１１内面および
取鍋本体９の円形開口内の周壁におけるフリーボード部
に付着する。この付着したスプラッシュは、各水冷管１
１表面で冷却され収縮する。この場合、スプラッシュ層
の最深部は、隣接する各水冷管１１間に形成される凹み
部に入り込んでいるため、スプラッシュが簡単に脱落す
ることはない。そして付着したスプラッシュは、厚みが
ある一定値になるまで成長し形成されると、スプラッシ
ュ表面（内側の露出面）の冷却能を低下し、したがって
それ以上のスプラッシュ層の成長は起こらなく、飛散し
たスプラッシュは付着せずに取鍋本体９内に垂れ落ち
る。この場合、図２に示されるように、最下段内側の水
冷管１１Ａが取鍋本体９円形開口内の周壁におけるフリ
ーボード部９Ａ内周面よりも中心軸０寄りに突出してい
るので、蓋１０に付着し形成されているスプラッシュ層
Ｓ１とフリーボード部９Ａに付着し形成されているスプ
ラッシュ層Ｓ２とは、繋がらないで切り離された状態ま
たは薄く繋がり簡単に切り離される状態になっていて、
それぞれが断熱層として機能し、溶鋼の温度を高温に保
持する作用を奏している。

【００３０】本発明の実施例である取鍋蓋１０を取鍋本
体９に載置して、７５ｔｏｎのステンレス鋼溶鋼を真空
精錬処理する実験を行った。真空精錬処理が終了した後
で、この取鍋蓋１０を取鍋本体９から取外して観察した
ところ、本体９のフリーボード部９Ａにはスプラッシュ
が約５ｍｍ付着していたが、取鍋本体９の上部、すなわ
ち、その円形開口端縁にはスプラッシュの付着は見られ
なく、また、蓋１０の内表面にもスプラッシュの付着は
見られなかった。さらにヒート数（精錬作業回数）を連
続２０００ヒートと重ねてみても、同様の現象が続いて
いた。

【００３１】なお、本発明に係る取鍋蓋は、真空精錬装
置の取鍋に用いられるだけでなく、転炉や取鍋転炉にも
使用して同様な機能を発揮させることができる。

【００３２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、水冷構造
の取鍋蓋における水冷管の取鍋本体と接する最下段のも
のが、この本体の円形開口内の周壁に対して、水冷管半
径以上該本体および蓋の中心軸の方向に突出して設けら
れることによって、取鍋本体フリーボード部から、当該
取鍋蓋にかけてのスプラッシュの一体化、すなわち繋が
りが解消され、蓋内面に付着しているスプラッシュ層を
本体内に確実に落下させることができ、蓋の交換に利便
性が図られ、数千ヒートの使用回数にも十分耐える長寿
命の取鍋蓋を提供することが可能である。

【００３３】しかも前記本発明の課題を達成しながら、
長期に亘って好適な作業性および生産性を維持し安定し
た精錬操業が省エネルギによって経済性を伴いながら実
施できる本発明に係る水冷取鍋蓋の工業的価値は大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係る真空精錬装置の概略示断
面図である。

【図２】図１における取鍋蓋１０の要部拡大図である。

【図３】図１における取鍋蓋１０の一部省略示正面図で
ある。

【図４】図１における取鍋蓋１０の一部省略示平面図で
ある。

【図５】従来の取鍋本体９のフリーボード部から水冷構
造の取鍋蓋１０の頂部に至る各水冷管１１の内面に一体
化されているスプラッシュ層Ｓが付着し異常成長して形
成されている状態を示す概略説明図である。

【図６】従来の取鍋本体９から水冷構造の取鍋蓋１０を
取り外した際に、取鍋蓋１０に層を成して付着していて
剥離性が比較的良好なスプラッシュ層Ｓが恰も「竹の
子」の皮のごとく取鍋本体９の円形開口端縁上やその上
方に異常に残存している状態を示す概略説明図である。

【符号の説明】

６ 取鍋 ９ 取鍋本体 １０ 水冷取鍋蓋 １１ 水冷管

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 須藤 真 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社周南製鋼所内 (72)発明者 植木 勲 山口県新南陽市野村南町4976番地 日新製 鋼株式会社周南製鋼所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属精錬に用いられる取鍋の円形開口端
   縁に開閉自在に載置され、該取鍋の内部空間に臨む内面
   に沿い、鋼管から成る水冷管が管同士が極力添設される
   ように巻装されてハット形に成形され、この水冷管内に
   冷却水を通水する水冷構造に形成される水冷取鍋蓋にお
   いて、 取鍋本体の円形開口端縁と接する最下段の水平方向に配
   設される水冷管群のうちの、最も取鍋本体の円形開口内
   側に位置する水冷管が、この取鍋本体の円形開口内の周
   壁位置に対して、水冷管の半径以上、この取鍋本体の円
   形開口内の中心軸寄りに突出して設けられることを特徴
   とする金属精錬用取鍋蓋の水冷取鍋蓋。
2. 【請求項２】 水冷管が、取鍋本体内部に保持されてい
   る金属溶湯および／またはスラグ層から放射される輻射
   熱に十分耐え得る流量の冷却水を通水できる管径を有す
   ることを特徴とする請求項１記載の金属精錬用取鍋蓋の
   水冷取鍋蓋。