JP4728165B2 - 転炉排ガス処理設備におけるスカートのシール構造 - Google Patents

Description

本発明は、転炉炉口上方の排ガス回収用のフードと転炉炉口との間に設置され、精錬中に排ガスの大気（空気）への流出及び大気の排ガス中への巻き込みを防止するための昇降可能なスカートのシール構造に関し、詳しくは、耐久性に優れ且つダスト、スラグ、地金などの影響を受けずに安定した上下動が可能な、水封方式に替わるスカートのシール構造に関するものである。

溶銑に酸素ガスを吹き付ける或いは酸素ガスを吹き込んで行う転炉における溶銑の脱炭精錬（「酸素吹錬」ともいう）では、一酸化炭素ガス（ＣＯガス）を主成分とする高温・高含塵量の排ガスが多量に発生する。この排ガスは冷却・除塵後に回収されて燃料などに利用されており、より高濃度の一酸化炭素ガスを回収するために、転炉炉口と転炉排ガス処理設備のフードとの間には上下動可能なスカートが設置されている。

このスカートの構造を図２に示す。スカート３は、転炉１の炉口２とフード４との間に設置されており、スカート３とフード４との間における大気の吸込みや排ガスの噴き出しを防止するために、スカート３と一体的に構成されたシールジャケット１７に貯留されたシール水１８に、フード４と一体的に構成されたシール床５に設置された仕切筒１６を浸漬させ、スカート３とフード４との間隙をシールする構造となっている。

この場合、転炉１の傾動を可能とし且つ酸素吹錬時は炉口２とフード４との間の隙間を最少とするために、スカート３は、電動機や油圧シリンダーなどの駆動装置（図示せず）によってフード４の外周に沿って上下動が可能な構造となっており、スカート３が上下動しても仕切筒１６とシール水１８との水封が維持されるように構成されている。尚、図２において、符号７は、スカート３を冷却する冷却水の排水ヘッダ、符号８は、スカート３を冷却する冷却水の給水ヘッダ、符号１３は、フード４を冷却する冷却水の給水ヘッダ、符号１４は、スカート３を冷却する冷却水の給水管、符号１４Ａは、スカート３を冷却する冷却水の排水管、符号１５は、スカート３を冷却する冷却水の給排水管、符号１９は、シールジャケット１７から溢れるシール水１８を排水する排水溝である。

しかしながら、このシール構造においては、酸素吹錬中に炉内から発生するダストや飛散するスラグ及び地金がシールジャケット１７に侵入してその底部に堆積し、スカート３を上限位置まで上昇することができなくなるという問題が発生する。最悪の場合には、スカート３の上昇ができず、内部に溶鋼を収容した転炉１の傾動ができなくなるという問題が発生する。

そこで、シールジャケット１７に侵入したダスト、スラグ及び地金の排出及び固化防止を目的として、種々の提案がなされている。例えば、特許文献１には、シールジャケット内のシール水にガスを吹き込んで攪拌し、ダストやスラグを洗い流すことによってこれらの堆積を防止する方法が提案されており、また、特許文献２には、シールジャケットの底部にシール水噴出ノズルを設け、シール水に旋回流を形成してダストの排出を促進させる方法が提案されている。しかしながら、特許文献１及び特許文献２の何れの方法もその効果は十分ではなく、定期的に転炉の操業を停止してシールジャケットの清掃を行うことを余儀なくされ、生産性の低下を招いている。

また、水封方式によるシール以外の方法も提案されている。特許文献３には、スカートとフードとをシール布で連結し、該シール布でスカートとフードとの間をシールする方法が提案され、特許文献４には、スカートとフードとをシール布でシールし、更に、スカートと転炉との間を第２のシール布でシールする方法が提案され、また、特許文献５には、スカートとフードとを伸縮継手で連結し、該伸縮継手でスカートとフードとの間をシールする方法が提案されている。しかしながら、特許文献３〜５の何れの方法もダスト、スラグ及び地金の付着・堆積によりスカートの上下動ができなくなったり、また、耐久性に劣るなどの問題があり、実用には適さないものである。
特開２００４−１６２１２７号公報 特開平１１−４３７１３号公報 特開昭５７−１８１３１６号公報 特開昭５８−２２３１６号公報 特開昭５９−１２６７０９号公報

上記のように、水封方式のシール方法では、シールジャケット内におけるダストなどの堆積を防止できず、シールジャケットの清掃に伴う生産性の低下を余儀なくされ、一方、水封方式以外のシール方法は、耐久性などの問題から未だ実用化されていないのが現状である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、転炉炉口と該炉口の上方のフードとの間に設置され、脱炭精錬中に排ガスの大気への流出及び大気の排ガス中への巻き込みを防止するために設置されるスカートと前記フードとの間隙をシールするに当たり、耐久性に優れ且つダスト、スラグ、地金などの影響を受けずに安定したスカートの上下動が可能であり、メンテナンスの省力化及び生産性の向上を可能とする、水封方式に替わるシール構造を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る転炉排ガス処理設備におけるスカートのシール構造は、転炉炉口上方のフードと一体的に構成されるシール床にその上端が固定され、該シール床から垂下して設置された水冷構造または耐火・耐熱構造の円筒壁と、該円筒壁と前記炉口との間に設置され、該円筒壁と前記フードとの間隙を上下動可能な水冷構造のスカートと、該スカート上端部の冷却水ヘッダの上部に、前記円筒壁と摺動可能な間隙を保持して設置された円筒形シール板と、該円筒形シール板の前記フード側に設置され、炉内で発生するダスト及び炉内からの飛来物の安息角以上の角度の傾斜面で形成される耐火・断熱材の耐火物施工体と、を具備する転炉排ガス処理設備におけるスカートのシール構造であって、前記円筒壁と前記円筒形シール板とでスカートとフードとの間をシールすることを特徴とするものである。

第２の発明に係る転炉排ガス処理設備におけるスカートのシール構造は、第１の発明において、更に、前記フードと前記円筒壁との間隙の雰囲気圧力を測定するための圧力検出手段を具備することを特徴とするものである。

第３の発明に係る転炉排ガス処理設備におけるスカートのシール構造は、第１または第２の発明において、更に、前記フードと前記円筒壁との間隙に不活性ガスを吹き込むための不活性ガス吹き込み手段を具備することを特徴とするものである。

第４の発明に係る転炉排ガス処理設備におけるスカートのシール構造は、第３の発明において、転炉への酸素ガスの供給開始時、酸素ガスの供給終了時及び酸素ガスの供給終了後の少なくとも３回の時期に、不活性ガスを自動的にまたは手動操作により供給し且つ停止する不活性ガス吹き込み制御手段を備えていることを特徴とするものである。

本発明によれば、従来の水封方式に替わって、円筒壁と、耐火・断熱材の耐火物施工体が敷設された円筒形シール板とで、スカートとフードとの間をシールするので、転炉で発生するダスト、スラグ、地金などが堆積・固化することがなく、スカートの安定した上下動が可能となる。その結果、転炉操業途中に操業を停止して水封部の清掃をする必要が皆無となり、転炉における生産性の向上が達成される。また、酸素吹錬開始時及び酸素吹錬終了時にスカートとフードとの間を不活性ガスによって置換することにより、一酸化炭素ガスの爆発などの事故を未然に防止することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明の実施の形態例を示す図であって、転炉排ガス処理設備における本発明に係るスカートのシール構造の概略図である。

図１に示すように、酸素ガスを供給して溶銑の脱炭精錬を実施する転炉１の炉口２の上方には、脱炭精錬により転炉１から発生する排ガスを回収するための転炉排ガス処理設備のフード４が設置されている。フード４は水冷構造であり、冷却水給水ヘッダ１３から供給される冷却水によって内部冷却されている。フード４の冷却水排水ヘッダはフード４の上部に設置されているが、図１では省略している。尚、転炉排ガス処理設備において、フード４の下流側には、煙道、一次集塵機、二次集塵機、誘引送風機、三方弁、ガスホルダーなどが設置されているが、図１ではこれらの装置を省略している。

冷却水給水ヘッダ１３には、シール床５が、冷却水給水ヘッダ１３の円周方向の全てに亘って冷却水給水ヘッダ１３と一体的に取り付けられている。つまり、シール床５と冷却水給水ヘッダ１３とは気密状態で接続されている。このシール床５に、円筒形状の円筒壁６が、円筒壁６の上端をシール床５に固定し、シール床５から垂下してフード４の円周方向の全てに亘って設置されている。円筒壁６は、シール床５に気密状態で接続されている。円筒壁６は、水冷構造または耐火・断熱構造であり、図１では、水冷構造の円筒壁６を表示している。耐火・断熱構造とする場合には、耐熱鋼によって円筒壁６を構成すればよい。この円筒壁６のフード４に対向する側の壁面は、ほぼ鉛直方向に平行で且つ平滑となっている。

炉口２と円筒壁６との間には、フード４と円筒壁６との間隙を上下動可能なスカート３が、フード４の外周方向全てに亘って設置されている。スカート３の鉛直方向下部側の端部には冷却水給水ヘッダ８が設置され、また、スカート３の鉛直方向上部側の端部には冷却水排水ヘッダ７が設置されている。冷却水給水ヘッダ８は、冷却水給水管１４に連結し、冷却水給水管１４は冷却水給排水管１５に連結している。同様に、冷却水排水ヘッダ７は、冷却水排水管（図示せず）に連結し、この冷却水排水管は冷却水給排水管１５に連結している。つまり、スカート３は冷却水給排水管１５を介して供給される冷却水によって内部冷却され、スカート３を冷却した後の冷却水は冷却水給排水管１５を介して排水される構造になっている。スカート３、冷却水給水管１４、冷却水排水管、冷却水給排水管１５は一体的に構成されており、スカート３、冷却水給水管１４、冷却水排水管及び冷却水給排水管１５の全てが、電動機や油圧シリンダーなどの駆動装置（図示せず）によって、スカート３の上部側をフード４と円筒壁６との間隙に挿入させて、炉口２の上方で上下動する構造となっている。

スカート３の上端部の冷却水排水ヘッダ７の上部には、円筒壁６と摺動可能な間隙を保持して金属製の円筒形シール板９が、スカート３の円周方向全てに亘って設置されている。円筒形シール板９は上下方向をほぼ鉛直方向とし、円筒形シール板９の円筒壁６と対向する面は平滑であり、また、円筒形シール板９の円筒壁６と対向する面は冷却水排水ヘッダ７の投影面と同一面または冷却水排水ヘッダ７よりも円筒壁６の方向に突出して設置されている。

本発明においては、円筒壁６と円筒形シール板９とにより、スカート３とフード４との間をシールしており、従って、円筒壁６と円筒形シール板９との間隙は小さいほど好ましく、円筒壁６及び円筒形シール板９を上記の構造とすることで、両者が密着した状態で摺動できる構造となっている。また、円筒壁６と円筒形シール板９との接触面が長いほどシール効果は向上することから、円筒壁６と円筒形シール板９との接触面が少なくとも２００ｍｍ以上確保できるようにすることが好ましい。

円筒形シール板９の円筒壁側とは反対側には、つまり円筒形シール板９のフード４の側には、耐火・断熱材の耐火物施工体１０が形成されている。この耐火物施工体１０のフード側の側壁面は、炉内で発生するダスト及び炉内からの飛来物の安息角以上の角度の傾斜面で形成されており、この耐火物施工体１０によって、冷却水排水ヘッダ７の上部における、炉内で発生するダスト及び炉内からの飛来物の付着・堆積が防止される。耐火物施工体１０は、例えばアルミナ系不定形耐火物或いはマグネシア系不定形耐火物の流し込み施工などによって形成することができる。

シール床５には、フード４と円筒壁６との間隙の雰囲気圧力を測定するための圧力検出端１１が設置されるとともに、フード４と円筒壁６との間隙に不活性ガスを吹き込むための不活性ガス吹込口１２が設置されている。圧力検出端１１は圧力測定器（図示せず）に接続しており、圧力測定値は、転炉排ガス処理設備の制御装置（図示せず）に入力されるとともに、転炉操業室に表示されるようになっている。不活性ガス吹込口１２は、流量調整弁（図示せず）及び流量制御装置（図示せず）の設置された不活性ガス供給管（図示せず）に接続しており、流量制御装置は転炉の操業を制御する計算機からの信号を入力して不活性ガスの吹き込み時期、吹き込み量、及び吹き込み時間が自動的に行われるようになっている。つまり、転炉の操業を制御する計算機に予め吹き込み条件を設定することで、任意のタイミングで任意の時間、不活性ガスを吹き込むことができるようになっている。もちろん、手動操作によっても不活性ガスの吹き込み制御が可能となっている。不活性ガスとしては、窒素ガスやＡｒガスなどを用いることができる。圧力検出端１１及び不活性ガス吹込口１２は、フード４の周方向に複数配置してもよく、特に、不活性ガス吹込口１２はガス置換やダストの除去を迅速且つ確実にする観点から、複数配置することが好ましい。

このようにして構成される本発明に係るスカート３のシール構造を用いて以下のようにして、溶銑の脱炭精錬で発生する一酸化炭素ガスを主成分とする高温・高含塵量の排ガスを回収する。

即ち、酸素吹錬の開始時には、スカート３を上限位置（図１で破線により示す位置）とした状態で、スカート３とフード４との間隙に存在する大気と発生する排ガスとの反応による爆発を防止するために、不活性ガス吹込口１２から不活性ガスを吹き込んで、スカート３とフード４との間隙の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換した後、この状態で酸素吹錬を開始する。炉内の脱炭反応が十分に進行した吹錬開始から０．５〜１．５分経過した時点で、スカート３を下限位置（図１で実線により示す位置）まで下降する。スカート３を下限位置まで下降したならば、不活性ガス吹込口１２からの不活性ガスの吹き込みを停止する。

酸素吹錬中、炉内の脱炭反応に伴い、ダスト、スラグ、地金が噴き上げられ、その一部はスカート３とフード４との間に侵入するが、円筒形シール板９の内側の耐火物施工体１０が、炉内で発生するダスト及び炉内からの飛来物の安息角以上の角度の傾斜面で形成されているので、比較的大粒径のスラグ及び地金はスカート３の上部に付着・堆積することなく炉内に落下する。また、スカート３を下限位置まで下降した以降、圧力検出端１１を介して測定される圧力を、転炉排ガス処理設備の二次集塵機のダンパ或いは誘引送風機の回転数の調整により、大気圧に対して０ｍｍＨ₂ Ｏ〜＋５ｍｍＨ₂ Ｏの範囲に制御することで、発生する排ガスの燃焼及び噴き出しが最少となり、高濃度の一酸化炭素ガスを最大限回収することができる。

酸素吹錬の終了時には、スカート３とフード４との間に充満した一酸化炭素ガスと炉口２から吸込まれた空気が反応して爆発する危険を防止するために、不活性ガス吹込口１２から不活性ガスを吹き込み、この空間を不活性ガスで置換した後にスカート３を上限位置まで上昇させる。

また、吹錬が終了したならば、次の吹錬の開始前までの任意の時期に、スカート３を上限位置とした状態で不活性ガス吹込口１２から再度不活性ガスを吹き込み、スカート３とフード４との間に侵入して付着・堆積したダストなどを除去する。

これらの不活性ガス吹込口１２からの不活性ガスの吹き込みは、前述したように、転炉の操業を制御する計算機からの信号を得て、自動的に行われるようになっている。当然ながら、自動的に行わずに手動操作によっても不活性ガスの吹き込みを制御することができる。

以上説明したように、本発明によれば、従来の水封方式に替わって、円筒壁６と、耐火物施工体１０が敷設された円筒形シール板９とで、スカート３とフード４との間をシールするので、転炉１で発生するダスト、スラグ、地金などがシール部位に堆積・固化することがなく、スカート３の安定した上下動が可能となり、その結果、転炉操業途中に操業を停止して水封部の清掃をする必要がなくなり、転炉における生産性の向上が達成される。

本発明に係るスカートのシール構造の概略図である。 従来のスカートのシール構造の概略図である。

符号の説明

１ 転炉
２ 炉口
３ スカート
４ フード
５ シール床
６ 円筒壁
７ 冷却水排水ヘッダ
８ 冷却水給水ヘッダ
９ 円筒形シール板
１０ 耐火物施工体
１１ 圧力検出端
１２ 不活性ガス吹込口
１３ 冷却水給水ヘッダ
１４ 冷却水給水管
１５ 冷却水給排水管
１６ 仕切筒
１７ シールジャケット
１８ シール水
１９ 排水溝

Claims (4)

1. 転炉炉口上方のフードと一体的に構成されるシール床にその上端が固定され、該シール床から垂下して設置された水冷構造または耐火・耐熱構造の円筒壁と、
   該円筒壁と前記炉口との間に設置され、該円筒壁と前記フードとの間隙を上下動可能な水冷構造のスカートと、
   該スカート上端部の冷却水ヘッダの上部に、前記円筒壁と摺動可能な間隙を保持して設置された円筒形シール板と、
   該円筒形シール板の前記フード側に設置され、炉内で発生するダスト及び炉内からの飛来物の安息角以上の角度の傾斜面で形成される耐火・断熱材の耐火物施工体と、を具備する転炉排ガス処理設備におけるスカートのシール構造であって、
   前記円筒壁と前記円筒形シール板とでスカートとフードとの間をシールすることを特徴とする、転炉排ガス処理設備におけるスカートのシール構造。
2. 更に、前記フードと前記円筒壁との間隙の雰囲気圧力を測定するための圧力検出手段を具備することを特徴とする、請求項１に記載の転炉排ガス処理設備におけるスカートのシール構造。
3. 更に、前記フードと前記円筒壁との間隙に不活性ガスを吹き込むための不活性ガス吹き込み手段を具備することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の転炉排ガス処理設備におけるスカートのシール構造。
4. 転炉への酸素ガスの供給開始時、酸素ガスの供給終了時及び酸素ガスの供給終了後の少なくとも３回の時期に、不活性ガスを自動的にまたは手動操作により供給し且つ停止する不活性ガス吹き込み制御手段を備えていることを特徴とする、請求項３に記載の転炉排ガス処理設備におけるスカートのシール構造。

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