(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高熱負荷で使用される耐火物を冷却するに当り、前記耐火物を支持する金物に形成した管路内あるいは該金物に接触もしくは隣接して形成した管路内に、搬送用気体に固体粒子を混合した固気２相流体を供給して冷却することを特徴とする耐火物の冷却方法。
【請求項２】
使用する固体粒子が、高熱負荷で分解により吸熱反応を起こす物質または結晶水を含む水和物質であることを特徴とする請求項１記載の耐火物の冷却方法。
【請求項３】
耐火物が、ＲＨ式真空脱ガス装置の浸漬管または脱ガス槽に用いるものであることを特徴とする請求項１または２記載の耐火物の冷却方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、製鋼工場における各種精錬容器等のうち、特に高熱負荷で使用される耐火物の冷却方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
製鋼工場では各種精錬容器が使用されており、例えば、溶鋼を真空脱ガス処理するＲＨ式真空脱ガス装置では、真空脱ガス槽の下部に設けた２本の浸漬管を取鍋内の溶鋼中に浸漬し、槽内を真空にして溶鋼を吸い上げる。そして一方の浸漬管に不活性ガスを吹き込むことにより真空脱ガス槽内に溶鋼を上昇させ、他方の浸漬管から溶鋼を取鍋内に排出して、真空脱ガス槽の減圧下で脱ガス処理し、溶鋼成分の調整を行っている。
【０００３】
溶鋼の真空脱ガスに用いる浸漬管は、たとえば図３に示すように、真空脱ガス槽４の下部に設けた浸漬管１の芯金２の内外面に耐火物３を施工して被覆したものが一般的である。７は浸漬管１のフランジを示す。浸漬管１の芯金２は周囲の耐火物３を固定し構造体として安定させると共に耐火物３を介して外気が浸漬管１内に侵入するのを防止するためのものである。なお、取鍋（図示せず）内の溶鋼５を上昇させる側の浸漬管１の耐火物３には環流ガス供給管６が埋設してあり、環流ガス供給管６からＡｒガスを供給し、取鍋内の溶鋼５をガスリフトポンプ作用により真空脱ガス槽４内に上昇させるようになっている。
【０００４】
浸漬管１は取鍋内の溶鋼５に直接浸漬するため、耐火物３を介して芯金２の温度が上昇すると共に、脱ガス処理時と非処理時とで温度変動を繰り返すことになる。ところで温度上昇に伴って芯金２は線膨張するが、この線膨張は耐火物３の線膨張より大きく、また真空脱ガス処理時と非処理時とで温度変動を伴うため芯金２との境界部で耐火物３に亀裂が発生し、これが進行すると溶鋼やスラグの侵入により損傷が進行し耐火物３の寿命が短くなる。
【０００５】
このように浸漬管１を構成する芯金２の線膨張を抑制するため、芯金２と耐火物３との境界部を冷却するため、冷却気体を単体または気体に微細な水滴を含ませた水ミストを用いて冷却する方法が種々提案されている。たとえば特開昭５８−９６８３１  号公報および特公平６−２９４５４  号公報に、浸漬管の芯金を２重円筒構造にして、ここに空気、窒素、Ａｒなどの冷却気体あるいは水ミストを供給して冷却する方法が開示されている。
【０００６】
また、特開平４−２１０４１４号公報に、芯金の付近に気孔率が大きい耐火物を設け、この耐火物内に冷却気体を通過させて冷却する方法が開示され、特開平５−１７１２５２号公報に、２重円筒構造の芯金に逆Ｕ字スペーサを入れて冷却気体の冷却能力を向上するものが開示されている。さらに、特開平２−５７６３１  号公報には、環流用Ａｒガスで先に芯金の冷却を行い、その後環流用吹き込みノズルより環流ガスを吹き込む方法が開示されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
前記公報に開示されている従来の技術は、ＲＨ式真空脱ガス装置における浸漬管の耐火物を取鍋内の溶鋼中に浸漬している状態で、冷却媒体として気体あるいは水ミストを用いて冷却する方法である。気体冷却では、冷却能力（熱伝達率）が小さいため多量の気体が必要となる。しかしながら、気体管路内において圧縮気体が受ける管路壁との摩擦圧力損失と圧縮機の吐出気体圧力との関係から送気量に限界があり、冷却に必要な気体を供給するにはガス圧縮機などの設備費や電力費が増大するという問題点がある。
【０００８】
一方、水ミスト冷却では、気体冷却よりも冷却能力は大きいが、安全面でのリスクが大きいという問題点がある。すなわち、水ミストの液滴を混入した冷却ガスをガス管路内に供給しようとすると、管壁に液滴が付着、合体して大きな水滴もしくは水たまりとなり、芯金の破損に伴って管路から液体水が流出し、溶鋼と接触して水蒸気爆発を起こす危険性がある。このため、実際のところ前述のように冷却能力の小さい空気等の気体を冷却媒体として用いているので、コストがかかる割には浸漬管の十分な冷却効果が達成されていないのが実状である。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題を解消し、気体冷却よりも冷却能力が大きくてコストが安くかつ安全に冷却を行うことができる耐火物の冷却方法を提供することを目的とするものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、気体冷却よりも冷却能力（熱伝達率）が大きく、耐火物が溶鋼に接触したり浸漬していても水蒸気爆発等の可能性のない冷却媒体について種々検討を重ねた結果、気体冷却よりも冷却能力（熱伝達率）が大きい固気２相流を用いることに着目してなされたものであり、その要旨とするところは下記の通りである。
【００１１】
前記目的を達成するための請求項１記載の本発明は、高熱負荷で使用される耐火物を冷却するに当り、前記耐火物を支持する金物に形成した管路内あるいは該金物に接触もしくは隣接して形成した管路内に、搬送用気体に固体粒子を混合した固気２相流体を供給して冷却することを特徴とする耐火物の冷却方法である。
請求項２記載の本発明は、使用する固体粒子が、高熱負荷で分解により吸熱反応を起こす物質または結晶水を含む水和物質であることを特徴とする請求項１記載の耐火物の冷却方法である。
【００１２】
請求項３記載の本発明は、耐火物が、ＲＨ式真空脱ガス装置の浸漬管または脱ガス槽に用いるものであることを特徴とする請求項１または２記載の耐火物の冷却方法である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
前述のように本発明では、冷却媒体として気体単体よりいも冷却能力（熱伝達率）が大きくかつ水蒸気爆発する可能性がなく安全な固気２相流を用いて冷却する。このため、単相気体流による冷却に比較すると固気２相流による冷却は、（１）  固体微粒子による熱容量の増加、（２）  副射伝熱の増大、（３）  固体微粒子群とガス流乱れとの相互作用による伝熱強化の３つの特徴により冷却能力（熱伝達率）が増大し、管路を介する金物および耐火物の冷却を向上することができる。
【００１４】
使用する固体粒子としては、ガラス粒子や安価で熱容量の大きい鉄、グラファイト、アルミニウム等が使用できる。とくに高熱負荷で分解により吸熱反応を起こす物質または結晶水を含む水和物質が好適であり、その吸熱反応や分解吸熱により抜熱能力をいっそう増加することができる。
吸熱反応を起こす物質として、たとえば炭酸カルシウム（CaCO3 ）または炭酸マグネシウム（MgCO3 ）を使用すると、それぞれ下記の吸熱反応を利用することができる。
【００１５】
ＣａＣＯ３  →ＣａＯ＋ＣＯ２  −１７８ｋＪ
ＭｇＣＯ３  →ＭｇＯ＋ＣＯ２  −１００ｋＪ
また、結晶水を含む水和物質として、たとえば塩化カルシウム水和物質（ＣａＣｌ２  ・６Ｈ２Ｏ  ）を使用すると、その分解吸熱で利用することが可能となる。
本発明の固気２相流による冷却は、ＲＨ式真空脱ガス装置を構成する浸漬管の芯金と耐火物や脱ガス槽の鉄皮と耐火物を冷却するのに好適に使用可能であり、その耐火物寿命延長を図ることができる。なお、本発明はＤＨ式真空脱ガス装置など、とくに高熱負荷で使用されるあらゆる耐火物を冷却するのに利用できるのはいうまでもない。固気２相流体を供給する管路は金物本体に設けるか、管路を溶接等により接触させるか、金物を隣接させた状態として耐火物に埋設させるかは適宜に決定すればよい。
【００１６】
以下、本発明の構成をＲＨ式真空脱ガス装置の浸漬管に適用した場合につき、図１および図２に基づいて説明する。図１は本発明に係る浸漬管１の縦断面図を示し、図２は図１のＡ−Ａ矢視方向から見て耐火物のみを断面で示す側面図である。
図１および図２に示すように、本発明に係る浸漬管１は上端部に設けたフランジ７を用いて真空脱ガス槽４の底部に連結されており、このフランジ７に本発明でいう金物として円筒状の芯金２が固定されている。浸漬管１の芯金２には内外面に耐火物３を施工してあり、図面では上昇側の浸漬管１を示しているので、耐火物３には環流ガス供給管６が埋設してある。環流ガス供給管６からＡｒガスを供給して取鍋内の溶鋼５をガスリフトポンプ作用により真空脱ガス槽４内に上昇させ、ここで溶鋼５を真空脱ガス処理した後、下降側の浸漬管を介して取鍋に環流されるのは、図３に示す従来例と同様である。
【００１７】
本発明では、浸漬管１が内外面のいずれも溶鋼５に浸漬されるため非常に大きな熱負荷を受けるので、浸漬管１を冷却するため円筒状の芯金２の周囲に管路を形成する冷却配管８を溶接により固定してあり、その外面に耐火物３を施工する構造となっている。そしてこの冷却配管８の入側から固気２相流体を供給し、冷却配管８内を通過する間に冷却能力（熱伝達率）の大きい固気２相流体により冷却配管８を介して芯金２および耐火物３の冷却を強化する。冷却配管８内を通過した固気２相流体は出側から排出される。
【００１８】
なお、冷却配管８の入側には配管を介して固体粒子の貯蔵タンクが連結してあり、搬送用気体により固体粒子を混合した状態で気送するようになっている。また冷却配管８の出側には配管を介してサイクロン、バグフィルタなど集塵装置型の固体粒子回収装置を連結してあり、ここで固体粒子が回収される。
【００１９】
【実施例】
本発明をＲＨ式真空脱ガス装置の浸漬管に施工された耐火物の寿命延長を達成するため実施した。図１および図２に示す構成において、芯金（厚さ１２ｍｍ）の下部外周に２５Ａ（円径２７．６ｍｍφ）の冷却配管を２周巻き付け、入側および出側に立ち上げた状態で溶接により固定した。ＲＨ式により真空脱ガス処理する鋼種としては厚板、薄板用の中炭〜極低炭素鋼であり、  ２５０ｔ／チャージで溶鋼の環流速度  １８０ｔ／分により真空脱ガス処理した。
【００２０】
冷却媒体としてはガラス粒子（１０μｍ  〜１ｍｍ）と空気の固気２相流とする実施例１およびＣａＣＯ３  （１０μｍ  〜１ｍｍ）と空気の固気２相流とする実施例２を、それぞれ固気比を０．０１以上とすると共に冷却管内の流速を約１０ｍ／秒として芯金および耐火物を冷却した。この時、浸漬管を構成する芯金の温度を測定した。本発明の実施例１および実施例２による固気２相流冷却と、冷却管を用いない冷却なしの従来例および冷却管に空気のみを流して冷却する比較例とを測定した。芯金の温度および得られた耐火物寿命の結果を表１に比較して示す。
【００２１】
【表１】
0003575142.tif 000002
【００２２】
表１に示すように、本発明の実施例１、２によれば、気体冷却なしの従来例および気体冷却のみの比較例に比べて冷却能力が増加するため、脱ガス処理中の芯金温度を低くすることができる。その結果、耐火物の損傷が低減できるので、浸漬管の寿命を大幅に延長することができる。とくにＣａＣＯ３  の吸熱反応を利用する実施例２は、その冷却能力増大による浸漬管の寿命延長が顕著である。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、耐火物を支持する金物に形成した管路内あるいは該金物に接触もしくは隣接して形成した管路内に、搬送気体に固体粒子を混合した固気２相流体を供給して冷却するので、気体単相流体による冷却に比較して冷却能力を大幅に増大することができる。その結果、高熱負荷で使用される耐火物の寿命延長が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る浸漬管の縦断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ矢視方向から見て耐火物のみを断面で示す側面図である。
【図３】従来の真空脱ガス槽下部の浸漬管を示す縦断面図である。
【符号の説明】
１  浸漬管
２  芯金
３  耐火物
４  真空脱ガス槽
５  溶鋼
６  環流ガス供給管
７  フランジ
８  冷却配管
【図１】
0003575142.tif 000003
【図２】
0003575142.tif 000004
【図３】
0003575142.tif 000005