JPS6220258B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は一般的にはランスを使用する炉設備の
ランス孔のシール装置に関し、特に転炉型石炭ガ
ス化炉におけるランス孔シール装置に関する。

溶融鉄浴式石炭ガス化炉は、炉内の溶融鉄の表
面に微粉炭、酸素、水蒸気等を吹き込んで一酸化
炭素および水素を主成分とするガスを生成せし
め、燃料、化学原料等多種用途をもつ有用ガスを
得る反応炉である。石炭ガス化炉としては転炉
型、円筒横形炉型その他種々の炉型式のものが知
られているが、いずれも炉内における生成ガスは
一般の製鋼用転炉、混鉄炉等における炉内発生ガ
スに比較してはるかに高圧であることが要求され
る。一般の製鋼用に供される転炉においても、従
来から炉内での製鋼反応に伴なつて発生する転炉
ガスは、COガスを主成分とする化学的に有用な
ガスであり、これを非燃焼方式で回収することが
行われている。この非燃焼方式の転炉ガス回収設
備の操業においては、＋（正圧）または−（負圧）
数10mmAg程度以下に制御して炉口からの転炉ガ
スの大気への吹き出し、および大気の炉内吸い込
みを極力抑制している。フード内ガス圧力の設定
は、転炉ガスの保有熱量を低下させないことを優
先する場合にはフード内圧力を正圧側に設定さ
れ、ガスの大気中への吹き出しを防ぎ作業環境を
汚染させないことが優先する場合には負圧側に設
定される。これら設定圧が正圧側、負圧側あるい
は大気圧と等圧、のいずれに選択されても転炉内
での製鋼反応に伴なつて転炉ガスの圧力も変動す
るため、選択した目的通りの制御が順調に達せら
れるとは限らず、その困難さを克服するために
種々の制御システムが提案されている。第５図お
よび第６図に従来の転炉ガス生成設備におけるラ
ンス孔シール構造を示す。第５図はランス孔７に
設けたランスホールコーン３０の上端に、別途シ
ール用金物３１を設け、このシール用金物のラビ
リンス部３２とランス６との間を狭小隙間に保つ
とともに外部からランスホールコーン３０および
シール用金物３１を通して該金物３１のラビリン
ス部３２にシール用ガスを噴出せしめ、炉内生成
ガスの漏出を防止しようとするものであるが、ラ
ンス６とシール用金物３１との間に隙間があるの
で厳密には密閉が不可能であり、転炉ガスの漏れ
および大気の吸い込みを完全に防止することはで
きない。第６図はランス孔７の上端に貯水部３３
を設け、ランス外周部に密閉的に固着したカバー
３４下端を貯水部３３に浸漬させ、貯水部３３の
部分で封止しようとする構造である。この液封方
式は第５図の構造と比べると密閉はより完全であ
るが、一方転炉内の製鋼反応の変動により液封深
さに相当する以上の圧力変動が発生した場合には
シール用液体の炉内への吸い込みあるいは周辺へ
の吹き出しが生じ、ひいてはシール切れが起こ
る。特にシール用液体として水を使用した場合、
炉内へ水を吸い込んだ際には水蒸気爆発の危険が
あり、逆に外気側へ吹き出した際には作業者へ火
傷等の危害が及ぶ。シール切れを生じさせないよ
うに液封深さを大きくとることも考えられるが、
液封深さを大きくすることはそれだけランスの長
さが長大になるので設備が大型となり、建屋高さ
も高くしなければならないといつた弊害がある。
また第５図、第６図の構造はいずれも実用的には
炉内ガス圧力が数100mmAg以下の転炉操業に対し
て適用されるものであり、石炭ガス化操業のよう
に10気圧〜50気圧もの高圧ガスの生成には適用で
きない。転炉型石炭ガス化炉では高圧ガスを対象
とすることから特に炉口部およびランス孔におけ
る確実なシールが重要視される。

本発明は、高圧の生成ガスに対しても充分なシ
ール機能を発揮し、耐熱性にも優れ、長時間継続
操業によつてもシール切れなどの慮れがなく、安
全かつ安定したガス化操業が可能な転炉型ガス生
成設備のランス孔シール装置を提供することを目
的とする。

なお本発明は特に高圧の石炭ガス化操業に適用
して有用であるが、上述したように製鋼操業にお
いても転炉ガスの回収が行われるものであり、本
発明はこのような場合にも有効に適用され、した
がつて本発明に係る転炉型ガス生成設備とは製鋼
用の一般転炉設備および転炉型石炭ガス化炉の双
方を含むものである。

以下、本発明を、図面を参照しながら、転炉型
石炭ガス化炉に適用した実施例について説明す
る。

第１図は本発明に係る転炉型石炭ガス化炉の全
体構成を示す概略的な縦断面図である。傾動可能
な炉本体１は鉄皮内側に耐火物レンガがライニン
グされ、その炉口部１ａの上方に、生成ガスの取
出通路となる水冷却された固定フード３が配置さ
れ、さらにこの固定フード３と炉口部１ａとの間
に上下動可能な炉口シール部２が設けられてい
る。炉本体１の炉内底部に溶融鉄浴４が形成さ
れ、その上面に溶融スラグ５が浮かぶ。固定フー
ド３には同様に水冷構造のランス孔７が形成さ
れ、このランス孔を通してランス６が炉内に挿入
され、ランス先端６ａから微粉炭、酸素、水蒸気
を溶融鉄浴４の上面に吹き付けてCO、H₂を含む
ガスを発生させる。この生成ガスはフード３を通
過後、生成ガス処理設備（図示省略）へ送られ
る。

炉口シール部２は、この実施例では炉口部１ａ
に固着された水冷構造の炉口リング３５と、前記
炉口リングに密着し得かつ固定フード３に対して
上下動可能なジヤケツト形スカート３６と、前記
固定フード３と前記スカート３６との間にかつ該
スカートの外側に間隙を有して取り付けられた２
重筒状の第１のスカートエキスパンシヨン３７
と、前記スカートの外径側下面に２重筒状の第２
のスカートエキスパンシヨン３８を介して取り付
けられかつ前記炉口リングの外径側上面に押し付
けられる炉口シール用ジヤケツト３９と、前記ス
カートを上下動させるスカート昇降シリンダ４０
と、前記炉口シール用ジヤケツト３９を前記スカ
ートに対して上下動させるジヤケツト昇降シリン
ダ４１と、前記スカート３６と前記第１のスカー
トエキスパンシヨン３７との間に配置された筒状
遮へい板４２とを有し、前記第１、第２のスカー
トエキスパンシヨン３７，３８の環状間隙内に冷
却水が充満され、さらに前記スカート３６と前記
第１のスカートエキスパンシヨン３７との間にダ
スト洗滌水が導入された構造を成し、炉本体１の
傾転時その他炉内点検時などにはスカート昇降シ
リンダ４０によつてスカート３６を引き上げ、炉
運転時にはシリンダ４０および４１によつてスカ
ート３６および炉口シール用ジヤケツト３９をそ
れぞれ炉口リング３５に押し付けて密封する。
各々２重の第１、第２のスカートエキスパンシヨ
ンは可撓性であるが高温雰囲気で使用され得るよ
うに金属薄板製のものが採用され、このような構
造により石炭ガス化炉の高圧生成ガスに対して確
実な炉口シール機能を発揮するものである。な
お、４３は固定フード３とスカート３６の内周部
との間に水をスプレーするためのスカート上端部
に設けた環状管である。

次に、第２図ないし第４図をも参照してこの実
施例におけるランス孔シール装置を詳細に説明す
る。

第２図ないし第４図はいずれも第１図に示すラ
ンス孔シール部２７の拡大縦断面図である。ラン
ス６は水冷却された多重管であるが、第２図では
ランスが引き上げられて、ランスの先端が後述す
るランス孔エキスパンシヨンの上部フランジ１４
上面の自由高さｆよりも高い位置にあるため、図
示されていない。ランス孔７の上面のランス孔上
部フランジ２１には、給排水ジヤケツト１８の下
部フランジ２０がボルト等により接合される。給
排水ジヤケツト１８にはその側部に給水のための
給水管２４が単数または複数個設けられている。
２重の筒形ランス孔エキスパンシヨンは、内周側
エキスパンシヨン１５および外周側エキスパンシ
ヨン１６が同芯状に組み合わされかつこれらの上
下端にそれぞれ上部環状フランジ１４および下部
環状フランジ１７が溶接等により固着されて構成
される。この２重筒形ランス孔エキスパンシヨン
の下部環状フランジ１７はボルト等によつて給排
水ジヤケツト１８の上部フランジ１９に接合され
る。内周側および外周側のエキスパンシヨン１
５，１６の間の環状（筒状）間隙は上部環状フラ
ンジ１４によつて閉塞されているが、下部環状フ
ランジ１７と給排水ジヤケツト１８の上部フラン
ジ１９は図示のように開通しており、したがつて
給水管２４から導入された冷却水はジヤケツト１
８内および２重筒形ランス孔エキスパンシヨン内
に充満する。給排水ジヤケツト１８にはまた排水
支管２３が単数または複数個設けられている。各
排水支管２３の一端２３ａは前記２重筒形ランス
孔エキスパンシヨン内にのびて開孔し、また他端
はランス孔のまわりの排水環状管２２に連結さ
れ、したがつて前記２重筒形ランス孔エキスパン
シヨン内の冷却水は排水支管２３の一端２３ａか
ら該支管２３および排水環状管２２を通して排水
される。

第３図および第４図を参照すれば、ランス６は
ランス外筒８、ランス仕切筒９、ランス内筒群１
０が同芯状に組み付けられて成り、ランス内筒群
１０の内側はさらに多重管となつており、微粉
炭、酸素、水蒸気などが通過する。ランス外筒８
の内側とランス仕切筒９の間、およびランス仕切
筒９の内側とランス内筒群１０の間はそれぞれ冷
却水が流通するようになつている。ランス外筒８
の外周部には該ランス外筒内に連通する外筒フラ
ンジ１１が形成され、さらに、ランス外筒８内を
流れる冷却水が外筒フランジ１１の内部にまで有
効に循環するように、該外筒フランジに対応位置
でランス仕切筒９の外周部に水流調整リブ２５が
形成されている。外筒フランジ１１の下面にはラ
ンス孔シール用座１２が取り付けられ、また該シ
ール用座１２の下面溝部に弾性パツキン１３が埋
設されている。ランス６は前記２重筒形ランス孔
エキスパンシヨン内に上方から挿入されるが、こ
のときシール用座１２の弾性パツキン１３が前記
ランス孔エキスパンシヨンの上部環状フランジ１
４の上面に接触してランス孔のシール機能を発揮
する。

第３図はランス先端６ａが第１図における吹錬
上限点ａの高さにある状態の図であつて、ランス
６の押し付けにより前記２重筒形ランス孔エキス
パンシヨンが弾性変形で収縮し、前記弾性パツキ
ン１３が一定の押圧力で前記上部環状フランジ１
４を押し付けている。ランス外筒８と内周側エキ
スパンシヨン１５との間の空間２６は第１図の固
定フード３内につながつており、この部分にはフ
ード３内と同じ圧力の生成ガスが充満する。さ
て、空間２６にある生成ガスが大気へ漏出しない
ようにするために、上部環状フランジ１４が第２
図のエキスパンシヨン自由長ｆの高さより第３図
のａまで最小圧縮ストロークｇだけ押し下げられ
る。ランス孔エキスパンシヨンの材質もスカート
エキスパンシヨンと同様に耐熱性のある金属薄板
で形成される。ランスが第３図の位置まで押し下
げられたとき内周側エキスパンシヨン１５および
外周側エキスパンシヨン１６のバネ反力に基く弾
性パツキン１３と上部環状フランジ１４の接触圧
がガス漏出を防止するのに必要なもの以上になる
ように該エキスパンシヨンのバネ定数およびスト
ロークｇを設定しておく。なお、図示実施例では
弾性パツキン１３を２重にして設けてあるが、さ
らに多重にすればシール能力を上げることがで
き、また内側弾性パツキンのさらに内側にラビリ
ンス部等を設ければ、より耐熱性が向上する。弾
性パツキン１３と上部環状フランジ１４の接触圧
は、前記エキスパンシヨンのバネ反力だけでな
く、エキスパンシヨン内に充満された冷却水圧力
が高い場合には、この冷却水圧力も接触圧増加に
寄与する。

第４図はランス先端６ａが第１図の吹錬下限点
ｂにある状態の図で上部環状フランジ１４の上面
は第４図のｂの高さまで押し下げられる。第３図
のａの高さに対してストロークｃだけ下方の位置
であり、この高さの差ｃは第１図に示した調整範
囲と同じであつて、ガス発生操業時には、ランス
先端６ａは吹錬上限点ａと吹錬下限点ｂの間、即
ち調整範囲ｃの間で溶融鉄浴４のレベル、温度等
の炉内状況あるいは微粉炭、酸素、水蒸気等の吹
込系および生成ガスの状況など種々の制御要素の
状態に応じてランス高さが設定される。第４図の
如く上部環状フランジ１４が吹錬下限点ｂの高さ
位置にあつても、排水支管先端２３ａは上部環状
フランジ１４と接触せず、冷却水が流出するのを
さまたげない充分な隙間が維持されるように排水
支管先端位置が定められる。吹錬下限点にある場
合は上部環状フランジ１４と弾性パツキン１３は
より高い接触圧が生じ、より高いシール機能がも
たらされる。なお、第１図で示したｄ位置は吹錬
待機点の位置であり、操業途中で炉内状況観察等
のため炉本体を傾動させるときランス先端はこの
位置まで引き上げられるが、ランス先端６ａは前
記吹錬上限点ａの位置より上昇させる時には微粉
炭、酸素等の吹き込みを止めるので生成ガスの発
生もなく、上部環状フランジ１４と弾性パツキン
１３との間のシールが機能しなくても生成ガスの
漏出は起らない。なお弾性パツキン１３は外筒フ
ランジ１１内を流れる冷却水およびランス孔エキ
スパンシヨン内の冷却水によつてシール用座１２
および上部環状フランジ１４を介して冷却され
る。

本発明による効果を列記すると次のようであ
る。

(イ) ラビリンス式シールにおける不完全な密閉に
比換して、弾性パツキン１３と上部フランジ１
４の接触力による完全なシールが得られるの
で、生成ガスの大気の吹き出しによる作業環境
の汚染、または大気の吸い込みによる生成ガス
保有熱量の低下を完全に防止できる。

(ロ) また、液封式シールにおけるシール用水の炉
内への吸い込みに起因する水蒸気爆発の危険、
またはシール用水および生成ガスの大気側への
吹き出しによる作業者の火傷等の危害が完全に
防止できる。

(ハ) さらに、生成ガスの圧力が従来の転炉ガスの
場合に比較してはるかに高圧となつても、シー
ル機能は充分機能するので、従来技術にくらべ
て非常に安定したランス孔シール装置が実現で
きる。

(ニ) 熱的に最弱なエキスパンシヨンおよび弾性パ
ツキンが、強制的に循環される水で浄却されて
いるので、耐熱性の面からも安定して操業が可
能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る転炉型石炭ガス化炉の全
体構成を示す概略的な縦断面図、第２図はランス
を引き抜いた状態における本発明のランス孔シー
ル部の拡大縦断面図、第３図および第４図はそれ
ぞれランスが吹錬位置にある場合のランス孔シー
ル部の縦断面図、第５図および第６図はランス孔
シール装置の従来例を示す部分的な断面図であ
る。 １……炉本体、３……固定フード、４……溶融
鉄浴、６……ランス、７……ランス孔、８……ラ
ンス外筒、１１……外筒フランジ、１３……弾性
パツキン、１４……上部環状フランジ、１５……
内周側エキスパンシヨン、１６……外周側エキス
パンシヨン、１８……給排水ジヤケツト、２２…
…排水環状管、２３……排水支管、２４……給水
管、２５……水流調整リブ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ランス孔の上方位置でランス外筒内に連通す
   るように該ランス外筒に設けられたジヤケツト状
   の外筒フランジ部と、前記外筒フランジ部の下面
   に設けられたシール部材と、前記ランス孔の上部
   に取り付けられかつ上端が環状板で閉塞され該環
   状板が前記外筒フランジ部のシール部材と接触す
   る２重の筒形ランス孔エキスパンシヨンとを有
   し、前記２重の筒形ランス孔エキスパンシヨン内
   に冷却液が充満され、ガス生成時に前記エキスパ
   ンシヨン上端の環状板が前記ランス孔に挿入され
   たランス外筒の外筒フランジ部によつて押圧され
   ることを特徴とする転炉型ガス生成設備のランス
   孔シール装置。