JPS632431Y2

JPS632431Y2 -

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Publication number: JPS632431Y2
Application number: JP17304584U
Authority: JP
Priority date: 1984-11-16
Filing date: 1984-11-16
Publication date: 1988-01-21
Also published as: JPS6190842U

Description

【考案の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本考案は高炉、溶融還元炉等の竪型炉に用いら
れる、測温機能を併有する溶融物サンプリング装
置に関する。

〔従来の技術〕

高炉、溶融還元炉等の治金炉の羽口前、溶融帯
での融体の拳動は、古くから羽口の溶損や羽口へ
の滓返りなどの現象を解明する上で明らかにした
い事柄であつた。

また近年高炉において溶銑成分の迅速なコント
ロールが要求され、羽口から鉄鉱石、微粉炭を吹
き込む技術が開発されている。羽口近傍での粉体
と滴下溶銑との反応により、溶銑成分が変化する
ため、、反応のメカニズム、速度を明らかするこ
とが的確な溶銑成分コントロールにつながる。滴
下溶銑の成分、反応時の温度の粉体吹込みによる
変化を明らかにするには稼動中の炉内の溶融物サ
ンプリングと温度測定とを同時に行う必要があ
る。

このような羽口前の領域は高温であることと、
コークス層が充填されていること、さらには溶銑
流下等により局所的に大きな熱負荷状態が出現す
ることなどから、炉の稼動中にゾンデを挿入し、
炉内を調査することには非常に大きな困難が伴な
う。

稼動中の高炉におけるガスおよび試料採取およ
び／または温度測定用の装置に関しては、特公昭
50−16188で開示された装置がある。この装置は
主として高炉シヤフト部等において鉱石の試料を
採取するための装置である。羽口部や溶融帯のよ
うな高温域において融体を採取するためにはサン
プリング用容器の耐熱性、容器への溶融金属の付
着、あるいはランス本体とサンプリング容器との
境界への溶融金属の差し込みによるサンプリング
容器の動作不良等の問題点があり、特別の工夫が
必要となる。また従来鉱石の試料採取のためにサ
ンプリング容器を炉内に突出する所要時間は短時
間であり、このようなサンプリング容器は耐熱性
については特別に考慮する必要がなかつた。

また休風中に用いる羽口ゾンデが知られてい
る。羽口前のコークスを主としてサンプリング
し、同時に測温するものであるが、以下の理由で
本考案の稼動中に用いる測温機能を有する溶融物
サンプリング装置としては用いることができな
い。

(1) 休風中の使用を前提としているため、多くの
場合ランス自体は非冷却である。サンプリング
時のランスの変形が著しく、ガスシールの点か
ら炉の稼動中の使用は困難である。

(2) ランス自体が筒状であり、開孔部が軸方向と
なつている。コークス等炉内装入物をサンプリ
ングする時に、紛れ込んだ溶融物の採取は可能
であるが、一定量の溶融物を得ることを目的と
したサンプリングは不可能である。

(3) 測温装置として熱電対を用いているため、羽
口近傍、あるいは溶融帯の温度を長時間測定す
ることが困難である。熱電対の耐久性を増すた
めに炉内への突出長さを短くすると、ランス本
体の影響を受け測定値が不正確となる。また耐
火物保護管を用いる等耐熱性を向上させる改善
を行つたとしても、測定温度が1100〜1600℃で
あり、かつスラグ、溶銑が滴下しているコーク
ス層内では限度がある。

〔考案が解決しようとする問題点〕

本考案は以上のような従来の装置の欠点を改善
し、稼動中の竪型炉において、羽口近傍、あるい
は溶融帯内の所定量の溶融物を採取し、同時に測
温を行うことができる装置を提供することを目的
とする。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図に本考案のランス本体の実施例の詳細図
を示す。

本考案の適用される、竪型炉内の溶融物をサン
プリングする冷却式ランス２は、外管２ａ、中管
２ｂおよび内管２ｃを三重管状に配し、外管２ａ
と中管２ｂの間隙および中管２ｂと内管２ｃの間
隙に冷却水路２２を設け、ランス２自身が炉内で
溶融あるいは変形しない構造としている。本考案
は、このような冷却式ランス型の溶融物サンプリ
ング装置において、下記ａ、ｂ、ｃ、ｄおよびｅ
を備えたことを特徴とする測定機能を有する溶融
物サンプリング装置である。

(a) ランス２の炉外側端から炉内側端にわたつて
冷却水路２２を貫通して配設され、パージ用ガ
スを導入するガス導入管２１を結合した光フア
イバ用保護管２０。

(b) 光フアイバ用保護管２０内に収納された炉内
測温用光フアイバ１９。

(c) 内管２ｃ内に収納され、ランス２の炉内側端
の前方に突出可能に設けられた溶融物サンプリ
ング容器１３。

(d) 溶融物サンプリング容器１３をランス２の長
手方向に移動せしめる移動手段２４。

(e) ランス２の炉内側端に嵌装し、炉内にランス
を挿入するときサンプリング容器１３および光
フアイバ先端を保護し溶融物サンプリング容器
１３を炉内側に突出した時に脱落可能に設けた
先端閉止具。

〔実施例〕

稼動中の竪型炉において炉内の溶融物のサンプ
リングを行うための装置の全体図を第２図に示
す。第２図は稼動中の竪型炉内のコークス充填層
１内にランス本体２を挿入した状態を示してい
る。高圧の炉内圧のガスシールは、ランス挿入時
にはグランドパツキン４によりシールされ、ラン
スを引き抜いた時には２個のボール弁３によりシ
ールされている。またランス後端部にはランス全
体を移動するための台車６が取付けられ、台車６
は油圧またはチエーンによつて前後に駆動され
る。

台車６上にはランス内の溶融物サンプリングの
ためにサンプリング部を前後に駆動するための油
圧または電動のシリンダ７が装着されている。ま
たランスの変形を防止し、ガスシール系３，４あ
るいは羽口接続管に過大な力が加わるのを防ぐた
め、ガイドローラ５によりランスを支えている。
またランスの変形を防止し、炉内圧シールを完全
にするためランス自体を三重管構造として内部を
通水冷却する。

測温部について第１図により説明する。

ランス２内の冷却水路２２内に光フアイバ保護
管２０を通し、その先端は炉内へ開放する。光フ
アイバ保護管２０内部に放射温度計で測温可能な
光量が得られるように設計した光フアイバ１９を
設置する。また光フアイバ保護管２０には、パー
ジ用N₂導入管２１を接続し、光フアイバ先端部
の除塵を行う。このように、測温用フアイバ１９
を冷却水路２２内に設置することにより、パージ
用N₂は、パージ機能だけあればよく冷却機能を
有する必要がなくなる。なお従来の光フアイバを
用いた測温では、イメージフアイバを用い、炉内
観察と併用している場合多い。このため、フアイ
バ自身の径も10〜15mmφと太く、必然的に炉内開
孔面積も例えば100mm²と大きくなり、パージ用N₂
量が増大する。このためパージ用N₂により、フ
アイバ前の装入物が冷却され、測温値が不正確に
なるという問題もあつた。

これに対し、本考案では、測温専用のフアイバ
を用いるため、フアイバ自身の径は４〜５mmφと
なり、開口面積は数mm²に抑えることができた。そ
の結果パージ用N₂量は従来の100分の１程度とな
り、パージ用N₂の冷却の影響を受けない正確な
温度を測定できる。

また、溶融物サンプリングと同時にフアイバに
よる測温を行うには、従来技術のようにフアイバ
を冷却管中心に設置する方式では困難である。溶
融物サンプリング装置を冷却管中心に設けると、
フアイバを設置するスペースがなく、どちらか一
方の機能を有するランスを２本作成する必要があ
つた。本考案は細い光フアイバ保護管を冷却管路
中に設けることによりこれを１本にすることがで
きる。

第１図においては、作図上光フアイバ１９を溶
融物サンプリング容器１３の下方に描いてある
が、サンプリング容器１３の影響を避けるため、
サンプリング容器１３の斜め上方に設け、サンプ
リング容器から極力離して設置することが望まし
い。

次にサンプリング部について説明する。

ランス２の径は駆動力を小さくするために座屈
しない範囲で細い方が好ましく、またランス２内
の溶融物サンプリング容器１３は大きいほど大量
の溶融物を採取できる。このため実施例ではラン
ス２は、先端部は第１図に示したように、先端部
で内部が拡大した形状とし、そこに溶融物サンプ
リング容器１３を格納している。溶融物サンプリ
ング容器１３はパイプ１０を介して駆動用ハンド
ル１８に接続されている。駆動用ハンドル１８を
前後に移動することにより、溶融物サンプリング
容器１３をランス内から炉内へ出し入れする。

ただし、溶融物の採取量よりも、ランス２の設
計、製作の容易さを重視する場合には、ランス２
の内管を直管とし、その先端部に溶融物サンプリ
ング容器を格納する構造も可能である。

竪型炉における溶融物の炉内の滴下量は数ｇ／
cm²・min、十数ｇ／cm²・min程度である。一方、
炉内の溶融物の代表的な組成を知るため、あるい
は滴下速度を知るためには、最低50〜100ｇの試
料が必要である。溶融物サンプリング容器１３の
断面積は数十cm²となつているため、溶融物サンプ
リング容器１３を１分程度炉内に出しておくこと
が必要である。炉内の温度は1100〜1600℃という
高温であるため、溶融物サンプリング容器１３に
はこの高温に耐え、かつ溶融物（スラグ、メタ
ル）とは反応しないということが要求される。同
時に急激に高温（1100〜1600℃）に曝されるた
め、熱衝撃に強い材質を用いることが必要であ
る。

上記要求を満足する容器として、溶融物サンプ
リング容器１３を耐火物により作成することが有
効である。耐火物の材質としては、耐熱耐熱衝撃
性の観点から黒鉛、あるいはSiCが望ましい。ま
た、長時間炉内に露出し、溶融物サンプリング容
器の温度が上昇し、黒鉛、SiCを用いた場合に溶
融物との反応が問題となる場合には、サンプリン
グ容器１３の表面にAl₂O₃またはMgOペーストを
塗布する。

第３図にサンプリング容器１３の実施例の詳細
図を示す。このサンプリング容器１３の材質は黒
鉛であり、溶融物との反応を防止するためにアル
ミナペースト１５を塗布してある。

このサンプリング容器１３をランス内に格納す
る際に、炉内装入物がランスとサンプリング容器
収納口との間に引掛り、サンプリング容器１３の
引き戻しが不可能となる場合がある。容器の材質
を耐火物とした場合には、引張り強度が小さいた
め装入物の挾み込みは容器の破壊につながる、固
体装入物がサンプリング容器とランスとの間に引
掛ることを防止するため、サンプリング容器の上
面はスリツト状とする。また、サンプリング面積
を明確にするため、スリツト上面を僅かに凹んだ
構造とし、溶融物のみを採取する。

ただし、溶融物の採取量よりもランス２の設
計、製作の容易さを重視する場合には、溶融物サ
ンプリング容器３の寸法が小さくなり、炉内のコ
ークス粒径以下になる。このため、溶融物サンプ
リング容器３の形状は通常のスプーン状で十分容
器の破損を防止できる。

サンプリング容器１３とパイプ１０間には、断
熱パツキン１４を挾み、金属部分に熱が伝わるこ
とを防止する。

また本実施例ではサンプリング容器をボルトに
て固定しているが、サンプリング容器本体にねじ
を設けてねじ止めすることも可能である。

次に先端閉止具９について説明する。

炉内にランス２を挿入する際には数ｔ〜10tの
力がランス２に加わる。ランス先端にも挿入物、
溶融物の混合物が押し付けられるため、先端部が
開放状態ではランス２とサンプリング容器１３の
間隙に溶融物が差し込み、サンプリング容器１３
が前進できなくなる。あるいは、耐火物でできた
サンプリング容器１３が壊れる等の問題が生ず
る。

このため、本考案では、炉内にランスを挿入す
る時には、ランス２に先端閉止具９を取付け、サ
ンプリング容器１３を保護している。ランス２を
所定の位置まで挿入後、第４図に示すように、ラ
ンス２を後退し、同時に容器１３の位置はそのま
まにすることにより、先端閉止具９を炉内に押し
出し、炉内に棄却する。その後測定位置までラン
スを後退させ容器１３を炉内に１〜数分間出して
溶融物をサンプリングする。サンプリング完了
後、容器１３を後退してランス内に再度格納す
る。容器内の溶融物の酸化を防止するため、必要
な場合には、パージ配管１２を通して不活性ガス
を吹き付けることができる。

本実施例では溶融物サンプリング容器１３を先
端に格納している場合を示したが、容易の類推で
きるように、ランス内にイメージフアイバを格納
した場合でも同一の先端閉止具９を用いること、
およびその炉内への棄却方法を適用することがで
きる。

〔作用〕

次に本考案の溶融物サンプリング装置の作動を
第４図ａ，ｂ，ｃによつて説明する。第４図は、
炉内に挿入されたランスのみを示し、位置２３は
サンプリング位置である。

(a) ランス挿入時：ランス２前進時は先端閉止具
９を装着し、サンプリング容器１３および光フ
アイバ１９を保護した状態で前進する。

(b) ランス２を測定位置２３を越えて押し込み、
ランス２を引き戻しながら、サンプリング容器
１３を押し出し、先端閉止具９を炉内に棄却す
る。

(c) さらにランス２を引き戻しサンプリング容器
１３を測定位置にセツトし、溶融物のサンプリ
ングを行う。

同時に、光フアイバ１９による測温を開始す
る。測温値は、炉内の装入物の運動等により変
動するため、30秒毎の平均および変動σを計算
機により処理し、出力する。

(d) 溶融物サンプリング完了後はサンプリング容
器１３をランス２内に引き戻す。

〔考案の効果〕

本考案により竪型炉の溶融物のサンプリング
と、溶融帯の温度測定を同時に行うことが可能と
なり、竪型炉の解析に大きく貢献することができ
る。光フアイバを冷却管路内に設けたのでガス冷
却の必要がなく、パージガスを減じ、測定精度が
向上する。

第５図には測温データの１例を示す。パージ用
N₂量を半分に減らした場合、溶融物サンプリン
グ時にもほぼ一定値が得られ、本考案の測温機能
を有する装置がN₂パージの影響なく、精度良く
測定できることを示している。

第６図に実際にサンプリングした時の炉内温度
に対する溶銑中〔Si〕濃度との関係を示す。

一般に粉体吹込みが行われていない場合〔図中
に白丸印で示した）でも、温度と〔Si〕の間には
正の相関がある。粉体（鉄鉱石）吹込を行うと
（図中に黒丸で示した）、温度が低下するととも
に、温度と〔Si〕との関係も低温側にシフトす
る。このような測定を行うことにより、粉体吹込
時の反応のメカニズムを解明することが可能とな
るなどすぐれた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の実施例の装入物サンプリング
装置の縦断面図、第２図は本考案のサンプリング
装置を装着したランス全体の一部断面側面図、第
３図はサンプリング容器のａ側面図およびｂ横断
面図、第４図は溶融物サンプリング装置の作動を
示す説明図、第５図は測温例のグラフ、第６図は
炉内温度に対するSi濃度の関係を示すグラフであ
る。１……コークス充填層、２……ランス、２ａ…
…外管、２ｂ……中管、２ｃ……内管、３……ボ
ール弁、４……グランドパツキン、５……ガイド
ローラ、６……台車、７……シリンダ、８……ガ
イドフレーム、９……先端閉止具、１０……パイ
プ、１２……パージ用配管、１３……サンプリン
グ容器、１４……断熱パツキン、１５……アルミ
ナペースト、１８……駆動用ハンドル、１９……
光フアイバ、２０……光フアイバ保護管、２１…
…パージ用N₂導入管、２２……冷却水路、２４
……移動手段。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】外管２ａ、中管２ｂおよび内管２ｃを三重管状
に配し、外管２ａと中管２ｂの間隙および中管２
ｂと内管２ｃの間隙に冷却水路２２を設けた、竪
型路内の溶融物をサンプリングする冷却式ランス
型の溶融物サンプリング装置において、下記(a)、
(b)、(c)、(d)および(e)を備えたことを特徴とする、
測定機能を有する溶融物サンプリング装置。 (a) ランス２の炉外側端から炉内側端にわたつて
冷却水路２２を貫通して配設され、パージ用ガ
スを導入するガス導入管２１を結合した光フア
イバ用保護管２０。 (b) 光フアイバ用保護管２０内に収納された炉内
測温用光フアイバ１９。 (c) 内管２ｃ内に収納され、ランス２の炉内側端
の前方に突出可能に設けられた溶融物サンプリ
ング容器１３。 (d) 溶融物サンプリング容器１３をランス２の長
手方向に移動せしめる移動手段２４。 (e) ランス２の炉内側端に嵌装し、炉内にランス
を挿入するときサンプリング容器１３および光
フアイバ先端を保護し溶融物サンプリング容器
１３を炉内側に突出した時に脱落可能に設けた
先端閉止具。