JPS5856076B2 - 製鋼用ア−ク炉における水冷壁の冷却水循環装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本考案は製鋼用アーク炉における水冷壁の冷却水循環装
置に関するもので、循環水の消費量が少なく、水冷壁に
すぐれた熱伝導能力を与え、循環系統内に腐蝕やつ１り
が生じないようにしたものである。

製鋼用アーク炉の生産性を向上させるため、最近炉内へ
の投入電力が増大されている。

このように炉内への投入電力が増大することなどに伴な
って炉内側壁や天井などの炉内壁面の耐火物の寿命が著
しく短かくなってきている。

その間耐火物質材質面上の改良策がとられてきたにもか
かわらず、耐火物ではもはや寿命を根本的に延長するこ
とは不可能になってきた。

このような問題を根本的に解決する対策として、最近耐
火物に代えて金属製水冷構造の炉内壁（以下水冷壁とい
う）が使われ、すばらしい成果を上けている。

しかしこのような水冷壁に充分な効果を期待するために
は、良質な大量の冷却水が必要となるものである。

水冷壁は当初、耐火物の背面からの冷却に用いられたが
、最近では炉内に完全露出状態で使われるのが普通であ
る。

水冷壁への熱負荷が高くなるほど熱バランスをとるため
冷却水量を増し、冷却を強化して水冷壁の表面温度が水
冷壁を構成する金属の安全限界を越えないようにしなけ
ればならない問題がある。

製鋼用アーク炉の場合には、炉内壁にスラグや溶鋼が突
発的に接触することがあり、その場合に水１のバーンア
ウトを防ぐため、大量の冷却水を常時流しておく必要が
ある。

一方、年々水質源は不足の一途をたどりつつあり、工場
内の水の需給バランス上から水冷壁を採用できない工場
も少なくない。

また水冷壁を採用した場合には、断水事故があると受熱
面が過熱損島をおこしゃすい問題がある。

そこで理想的な冷却水循環装置としては、良質の冷却水
の消費量が少なく、かつ、停電事故に対しても安全であ
るということになる。

ここで従来の技術を説明すると、従来用いられていた水
冷壁の冷却水循環装置は、 イ）第１図Ａに示す如き冷却水の使い捨て方式。

→第１図Ｂに示す如き自然放冷の貯水池をもつ循環方式
。

ノ）第１図Ｃに示す如きクーリングタワーによる冷却機
能をもつ循環方式。

０３つが代表的なものである。

第１図中ａは炉内面壁、ｂはタンク、Ｃは貯水池、ｄは
クーリングタワーを夫々示す。

この場合において冷却水としては、通常、工業用水がそ
の１ま用いられ、また水の節約のためロ ハのものが多
く用いられている。

従来の技術には次のような問題点があった。

すなわち、 ■ 冷却面の腐蝕と水垢の付着による冷却機能の低下。

工業用水には不純物が含１れて釦り、また循環の繰返し
によって不純物が増加し、その上冷却水の大気との接触
により冷却水中に酸素が溶解する傾向がある。

したがって冷却面に水垢の付着堆積が多く、冷却効果を
低下させるとともに不純物ならびに溶解酸素による冷却
面側の腐蝕が避けられず、内面の腐蝕が水冷壁の寿命を
左右する場合も少なくない。

この傾向は水温が高いほど大きいので、水温は高くても
通常６０℃を超さぬよう水量がきめられる。

■必要冷却水量の増大。

製鋼用アーク炉の場合、通常の操業でも出鋼から次の出
鋼１での１サイクル間に、炉内面壁に対する熱負荷には
かなりの変動があるが、さらに受熱面にはスラグや溶鋼
が突発的に直接接触することがあり、受熱面に局部的に
大きな熱負荷を与えることになる。

しかしこの場合にあっても受熱面は充分に安全である必
要がある。

水冷壁への熱負荷が高く、したがって冷却水の温度上昇
が大きくなると、冷却面に対し水垢の付着堆積や冷却面
の腐蝕が多くなるが、さらに溶鋼などの接触による熱負
荷の増大に対してもバーンアウトが起らぬよう炉の安全
かつ安定操業の持続のためには、常時大量の冷却水を流
す必要がある。

したがって冷却水の量に制約がある場合には、従来技術
では安全で長寿命の水冷壁の全面的採用にはかなりの制
約があった。

Ｏ停電事故対策。

一般に冷却水循環システムには、停電対策として非常用
高架水槽が設けられることが多い。

しかしアーク炉の水冷炉壁の場合は水の使用量がきわめ
て多いので、給水機能はごく短い時間しか維持できず経
済的でない。

また停電時、給水ポンプの電源を非常用電源に切り替え
るとしても切替時間が長いと水冷壁の受熱面が過熱損傷
を起こすことがある。

従来実施されル叉方法としては、停電時にジーゼル発電
機によって冷却水ポンプを駆動する例が多いが、この場
合、停電直後からジーゼル発電機始動１で５分ないし１
０分間位を要している。

製鋼用アーク炉の水冷壁冷却水循環装置に要求される機
能は次のとおシである。

（Ｉ）炉体の傾動や炉蓋の旋回作動に対して冷却水の循
環が安定して行なわれること。

このため運動部に対してゴムホースが使えること。

（ＩＩ）水冷壁の冷却水通路の配置７５咄由にできるこ
と。

このため冷却水路の抵抗に差異があっても水量に差がな
いこと。

（ＩＩ［）高圧容器ならびにボイラ→去規の適用を受け
ず、取扱いに特別の技術がなくても安全であること。

■冷却水による冷却面の腐蝕が少なく、またスケールな
どの付着堆積のないこと。

（Ｖ）熱負荷の変動に対し充分対応でき、抜熱量が大き
く溶鋼の接触などの過大な熱負荷に対しても安全である
こと。

（ＶＩ）水量ができるだけ少ないこと。

（■）停電、ポンプの故障に対しても安全であること。

従来技術では上記α）、（２）、（■）の条件を遠戚す
るため、ポンプによって水を循環冷却する方式が採用さ
れているが、（ＩＶ） 、（Ｍの目的には良質な水を
大量に必要とするため経済性に問題があシ（資）。

（ロ）の要求は満足させられない。

本発明はこれらの点に鑑みてなされたもので、循環水の
消費量が少なく、水冷壁にすぐれた熱伝達能力を与え、
循環系統内に腐蝕やつ１りが生じないようにした冷却水
循環装置を提供するもので、上部を大気に開口した気水
分離ドラム、上端を該気水分離ドラムに接続した常用系
統管と非常用系統管、上端を前記気水分離ドラム内の気
層内に開口した昇水管、前記常用系統管と該昇水管との
間に直列に接続された循環水クーラと逆止弁と循環ポン
プと給水ヘッダと絞り部と水冷壁群と出口ヘッダとエア
ノズル、前記気水分離ドラムに取付けられた給水用水位
発信器と缶水用水位発信器、前記気水分離ドラムに通常
給水をする給水元管とスプレーノズル、緊急給水をする
緊急給水系統管、前記気水分離ドラムの過剰水を排出す
る缶水用省と缶水用コントロール弁、を有することを特
徴とする製鋼用アーク炉における水冷壁の冷却水循環装
置を要旨とするものである。

次に本発明の一実施例を第２図について説明すると１は
気水分離ドラムであって、内部に比較的高温の缶水２が
入れられているものである。

この気水分離ドラム１の底部には常用系統管３と非常用
系統管４の上端が接続されており、気水分離ドラム１の
缶水２より上部には昇水管５の上端が開口している。

そして常用系統管３と昇水管５との間には並列接続され
た２つの循環水クーラ６、逆止弁７、並列接続された２
つの循環ポンプ８、可撓配管部９、給水ヘッダ１０、絞
り部１１、水冷壁群１２、出口ヘッダ１３、可撓配管部
１４、エアノズル１５が直列に接続されている。

な＞循環水クーラ６と循環ポンプ８が各２台並列に接続
されているのは保守のためであり、水冷壁群１２は熱交
換効率を高めるためのものである。

非常用系統管４は逆止弁１６を介して循環ポンプ８の出
口側に接続されている。

気水分離ドラム１の上部には上端を開口させたスタック
１７が形成されており、その上部にはルーフ１８が設け
られている。

スタック１７の内部には、給水元管１９の先端に接続さ
れたスプレーノズル２０が配設されている。

この給水元管１９には先端を気水分離ドラム１内の缶水
２中に開口させた緊急給水系統管２１が接続されている
。

給水元管１９にはスプレー用コントロール弁２２が組込
昔れて釦り、緊急給水系統管２１には緊急給水コントロ
ール弁２３が組込捷れている。

そしてこれらのコントロール弁２２，２３は気水分離ド
ラム１に取り付けられた給水用水位発信器２４の信号を
受ける給水用コントローラ２５によって開閉制御される
ようになっている。

気水分離ドラム１にはさらに缶水用水位発信器２６が取
り付けられており、缶水用コントローラ２７を介して缶
水用コントロール弁２９を開閉制御し、上端を缶水２中
に開口させた缶水用管２８から缶水フローを行なうよう
になっている。

このように構成されたこの装置は次のように作動する。

水冷壁群１２より高所に配置され、かつ大気に開放され
た気水分離ドラム１内の比較的高温の缶水２は、常用系
統管３に設置された循環ポンプ８によって、循環水クー
ラ６、逆止弁７を経て給水ヘッダ１０から水冷壁群１２
を通り、とこて受熱して高温となり、出口ヘッダ１３か
ら昇水管５を通り、元の気水分離ドラム１に循環する。

この場合に釦いて、水冷壁群１２を通るときに熱負荷が
高いと循環水は一部蒸発して蒸気を伴なって循環するこ
とになる。

循環水クーラ６は、気水分離ドラム１内の比較的高温の
水、場合によっては飽和水の温度をできるだけ下げて低
い温度で水冷壁群１２に給水し良質の補給水を減少させ
る目的で使われる。

なお、この循環水クーラ６への冷却水は、水冷壁群１２
の循環水としては使えないような低質の工業用水または
戻り水、海水などが使用できるように計画される。

そして循環水の温度は比較的高く、７０〜１００℃（飽
和温度）のレベルにあるため、循環水クーラ６の冷却面
積は比較的少なくてよい。

非常用系統管４に設けられている逆止弁１６は、常用系
統管３からの加圧循環水が非常用系統管４に流れるのを
防止するものであり、また逆止弁７は停電時に非常用系
統管４からの循環水が常用系統管３に流入するのを防ぐ
ものである。

また配管中の可撓配管部９，１４は、製鋼用アーク炉に
必要な炉体傾動や炉蓋旋回ができるように配慮して設け
られたものである。

そしてこのように可撓配管部９．１４を設けるため、系
統内の圧力はできるかぎり低くなるように配慮されてい
る。

絞り部１１は、配管抵抗に対して充分な付加抵抗を与え
、流量を均等化するために設けられている。

循環水は、熱負荷の高い場合には水冷壁群１２を通過す
るとき、その一部が蒸気となるが、気水分離ドラム１内
で水と分離され、スタック１７より大気中に放散される
。

このため気水分離ドラム１内の缶水２のレベルは次第に
低下することになる。

これを補う補給水は、スタック１７内に設けられたスプ
レーノズル２０から与えられる。

このスプレー補給の目的は、大気に放散される蒸気を途
中でできるだけ復水し、補給水を最少にするためと、給
水の予熱による脱気のためである。

気水分離ドラム１内の水位は、給水用水位発信器２４に
よって検出され、給水用コントローラ２５によって指令
されて給水元管１９からスプレーノズル２０を経て補給
される。

水飲の低下が急激であるときには緊急給水コントロール
弁２３によって緊急給水系統管２１から補給される。

また水位の異常上昇時には、その過剰水は缶水用コント
ロール弁２９によって外部に排水される。

ルーフ１８は、外部から雨水が気水分離ドラム＊＊１内
に入るのを防ぐものである。

非常時対策としては、循環ポンプ８が停止したときに備
えて、昇水管５の下部に設けられたエアノズル１５かう
圧縮空気を導入し、エアリフトポンプとして渭水管５を
使用し、冷却水の循環を助け、水冷壁群１２の損傷を防
ぐようになっている。

このときの循環水の降下は、大部分が抵抗の少ない非常
用系統管４を通して行なわれる。

この装置の性能は、循環水クーラ６の抜熱量が１００’
ｌ：１０’ ＫＣａｌ／ｈとした場合、次表のようにな
った。

本発明は上述したように循環水の消費量が少なく、循環
水を冷却するための循環水クーラの必要水量が少なくて
済み、水冷壁にすぐれた熱伝達能力を与え、循環系統内
に腐蝕やつｌりが生じない。

また気水分離ドラムは大気開放であるので循環系統の圧
力が低く、可動部分への安全な循環が可能となる。

さらに循環系統が自由に配置でき、各循環水系統への流
量が均一となり、ポンプ事故や停電事故に対して安全で
ある効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａ、Ｂ、Ｃは従来の水冷壁の冷却水循環装置を示
す説明図、第２図は本発明の製鋼用アーク炉における水
冷壁の冷却水循環装置の構成要領を示す説明図である。 １・・・気水分離ドラム、３・・・常用系統管、４・・
・非常用系統管、５・・・昇水管、６・・・循環水クー
ラ、７．１６・・・逆止弁、８・・・循環ポンプ、９，
１４・・・可撓配管部、１０・・・給水ヘッダ、１１・
・・絞り部、１２・・・水冷壁群、１３・・・出口ヘッ
ダ、１５・・・エアノズル、１９・・・給水元管、２０
・・・スプレーノズル、２１・・・緊急給水系統管、２
４・・・給水用水位発信器、２６・・・缶水用水位発信
器、２８・・・缶水用管、２９・・・缶水用コントロー
ル弁。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 上部を大気に開口した気水分離ドラム、上端を該気
   水分離ドラムに接続した常用系統管と非常用系統管、上
   端を前記気水分離ドラム内の気層内に開口した昇水管、
   前記常用系統管と該昇水管との間に直列に接続された循
   環水クーラと逆止弁と循環ポンプと給水ヘッダと絞り部
   と水冷壁群と出口ヘッダとエアノズル、前記気水分離ド
   ラムに取り付けられた給水用水位発信器と缶水用水位発
   信器、前記気水分離ドラムに通常給水をする給水元管と
   スプレーノズル、緊急給水系統管、前記気水分離ドラム
   の過剰水を排出する缶水用管と缶水用コントロール弁、
   を有することを特徴とする製鋼用アーク炉における水冷
   壁の冷却水循環装置。