(57)【要約】【課題】        冷却により固体を発生する気体を冷却する装置において、これを閉塞させずに長期間安定して運転を続けることができる冷却装置を提供する。【解決手段】    上記課題は、先細状筒体の上部に被冷却気体送入口が設けられ、該筒体の上部周壁部には周方向に吹出させて旋回流を形成する複数の冷却ガス吹出口が設けられ、下部には冷却されて析出した粉状物を含む被冷却気体排出口が設けられている冷却装置において、該冷却ガス吹出口に吹出方向を下方に向ける風向変更板が取付けられていることを特徴とする冷却装置によって達成される。【選択図】  図３
2006198463.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先細状筒体の上部に被冷却気体送入口が設けられ、該筒体の上部周壁部には周方向に吹出させて旋回流を形成する複数の冷却ガス吹出口が設けられ、下部には冷却されて析出した粉状物を含む被冷却気体排出口が設けられている冷却装置において、該冷却ガス吹出口に吹出方向を下方に向ける風向変更板が取付けられていることを特徴とする冷却装置
【請求項２】
被冷却気体送入口の周囲にヒーターが設けられている請求項１記載の冷却装置
【請求項３】
被冷却気体排出口に排出管が接続され、該配管には弁が設けられ、その下流側にはエルボ部が形成されるとともにそこにフランジが取付けられている請求項１又は２記載の冷却装置
【請求項４】
被冷却気体が鋼材の表面を珪素化する浸珪処理を行った排ガスである請求項１、２又は３記載の冷却装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却によって固体が析出する気体の冷却装置に関するものであり、特に、鋼材の表面を珪素化する浸珪処理工程の排ガスを冷却する冷却装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼板の表面を珪素化して得られる珪素鋼板は、特に、電気機器の中枢材料として必要不可欠な素材の一つとなっている。特に、トランスやモーター等のコア材料として需要は年々増加しており、種類や用途も多様化してきている。
【０００３】
この珪素鋼板はＦｅとＳｉの合金であり、Ｓｉの添加により電気抵抗が増大するとともに磁気特性が向上し、Ｓｉ含有率が質量比で６．５％のときに最も優れた特性が得られる。
【０００４】
この高Ｓｉ鋼板を取得する方法に、化学気相蒸着法（ＣＶＤ法）を用いた気相浸珪処理が知られている。この方法は、冷間圧延可能な低Ｓｉ鋼板を無酸素雰囲気で高温（例えば１０２３〜１２００℃）に加熱してＳｉＣｌ4含有無酸素ガス（ＳｉＣｌ4  ５〜３５ｍｏｌ％程度）を接触させることにより浸珪処理するものであり、珪素化は次式のように行われる（特許文献１参照）。
ＳｉＣｌ4＋５Ｆｅ→Ｆｅ3Ｓｉ＋２ＦｅＣｌ2
【０００５】
浸珪処理を行なった排ガスは、例えば１０２３〜１２００℃という高温であり、そこには、未反応のＳｉＣｌ4の外、希釈用のＮ2等の不活性ガス、副生したＦｅＣｌ2などが含まれている。そこで、この排ガスは冷却してＦｅＣｌ2を除去し、残ったＳｉＣｌ4は再利用することが行われる。ＦｅＣｌ2は沸点が１０２３℃、融点が６７２℃である。排ガスの冷却方法としては、熱交換方式の一次クーラーを用いる方法（特許文献２）があるが、これは一次クーラーの伝熱壁に排ガスを接触させて冷却する方式であるため、ＦｅＣｌ2が熱交換器の管壁に固着して堆積し、排ガスを流れなくしてしまうという問題がある。
【０００６】
これを解決する手段として、冷却器に先細状筒体を用い、その上部周壁部から冷却ガスを周方向に吹出させて旋回流を作り、中央部に排ガスを導入して析出するＦｅＣｌ2が壁部に付着しないようにした冷却装置を既に開発した（特許文献３）。
【０００７】
【特許文献１】特開昭６３−２６３２４号公報
【特許文献２】特開昭６３−２４０２１号公報
【特許文献３】特開平８−３７２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明者らが、上記先細状筒体による冷却装置を用いて浸珪処理を続けていたところ、この冷却装置の排ガス送入口にＦｅＣｌ2がつらら状に付着して成長するとこれが落下して排出管を閉塞してしまうという問題が発生した。
【０００９】
本発明の目的は、冷却により固体を発生する気体を冷却する装置において、これを閉塞させずに長期間安定して運転を続けることができる冷却装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、上記問題点を解決するべく鋭意検討の結果、吹出される冷却ガスが上方にも流れて排ガスの送入口を冷却し、これが送入口付近でＦｅＣｌ2を液化して付着し、さらにつらら状に成長していることをつきとめた。そして、その対策手段として、冷却ガス吹出口に吹出し方向を下方に向ける風向変更板を取付けることが極めて有効であることを見出した。そして、さらに、排ガスの送入口の周囲にヒーターを設けることによってつらら状付着物の形成をより完全に防止することができ、また、排出管には弁を設けてその下流側のエルボ部にフランジを取付ければ、万一排出管につらら状物が落下しても、運転を続けながら弁で上流側を閉止して、該フランジ部からこの落下物を容易に取出し除去しうることを見出した。
【００１１】
本発明は、これらの知見に基いてなされたものであり、先細状筒体の上部に被冷却気体送入口が設けられ、該筒体の上部周壁部には周方向に吹出させて旋回流を形成する複数の冷却ガス吹出口が設けられ、下部には冷却されて析出した粉状物を含む被冷却気体排出口が設けられている冷却装置において、該冷却ガス吹出口に吹出方向を下方に向ける風向変更板が取付けられていることを特徴とする冷却装置、被冷却気体送入口の周囲にヒーターが設けられている上記記載の冷却装置、被冷却気体排出口に排出管が接続され、該配管には弁が設けられ、その下流側にはエルボ部が形成されるとともにそこにフランジが取付けられている上記記載の冷却装置に関するものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、冷却により固体を析出する気体を、その送入口等に固体を析出させることなく、安定して長期間連続運転を続けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の冷却装置の本体である先細状筒体は、通常は、上部がほぼ同径の大径部で、下部が円錐形をしているものである。大径部と円錐形部との筒長の比率は通常１：０．５〜１０程度であり、円錐形部のテーパは０．０５〜２程度、通常０．２〜１．５程度である。この筒体には、周壁部を冷却するコイル又はジャケット等を設けることができる。
【００１４】
本発明の冷却装置で冷却される被冷却気体は、冷却によって固体を析出するものであれば特に制限されないが、例えば、鋼材を浸珪処理した排ガスがある。この浸珪処理に使用されるガスはＳｉＣｌ4を無酸化性ガス、例えばＮ2、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガスで希釈したものでＳｉＣｌ4濃度は５〜３５ｍｏｌ％程度のものである。そして、浸珪処理を行なって炉から排出される排ガスは、希釈に使用したＮ2等と、反応生成物であるＦｅＣｌ2、非反応のＳｉＣｌ4等であり、組成にＦｅＣｌ2１〜１０ｖｏｌ％程度、ＳｉＣｌ4０．５〜５ｖｏｌ％程度、不活性ガス残部程度のものである。浸珪処理排ガスの温度はＦｅＣｌ2の沸点以上であり、１０２３〜１５００℃程度、通常１０５０〜１２５０℃程度である。
【００１５】
被冷却気体送入口は、筒体の上部に設けるが、冷却ガスによって冷却されて析出する粉状物が筒体の周壁面に付着しないよう筒頂部の中心付近に設けることが好ましい。
【００１６】
この被冷却気体送入口の周囲には、冷却によって析出する成分が、液化あるいは固化して付着しないようヒーターを設けることが好ましい。加熱手段は問うところではないが、電気ヒーター、赤外線ヒーター、ガスヒーター等を好ましく用いることができる。送入口の周囲とは、送入口と冷却ガス吹出口の間であり、送入口の近傍であってもよく、送入口と冷却ガス吹出口の間の筒壁を外側から加熱する形態であってもよい。被冷却気体送入口の付近が、冷却によって析出する成分が液化（あるいは固化）しない温度に保たれていることを確認するため、熱電対等の温度センサーを取付けることが好ましい。
【００１７】
筒体の上部周壁部には複数の冷却ガス吹出口を設ける。この吹出口は、冷却ガスを筒内で旋回流を形成するよう、周方向に吹出すように設ける。各吹出口の間隔は、筒体の周壁面で乱流が形成されず、円滑に旋回流が形成されるように配置するのがよい。吹出口の数は、冷却装置の大きさ等によって異なるが、２〜２０個程度、通常２〜６個程度である。各吹出口は開口部をスリット状とすることが好ましく、スリット幅（横幅Ｗ）は１〜２０ｍｍ程度、好ましくは２〜１０ｍｍ程度、スリット長（縦幅Ｌ）との比（Ｗ／Ｌ）では０．００１〜０．２程度、好ましくは０．００２〜０．１ｍｍ程度である。
【００１８】
本発明の装置は、この吹出口に吹出方向を下方に向ける風向変更板が取付けられているところに特徴がある。取付ける角度は水平から下方に１０〜７０度程度、特に１５〜４５度程度が適当である。枚数は吹出口の大きさにもよるが、１吹出口当り、１〜１００枚程度、通常３〜２０枚程度である。
【００１９】
冷却ガスは、被冷却気体を損わないものであれば特に制限されないが、被冷却気体が浸珪処理排ガスの場合には、特にＳｉＣｌ4が分解されないよう、水や酸素、その他の酸化性ガスを含まないものがよく、具体的にはＮ2、Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガスを用いることが好ましい。
【００２０】
被冷却気体の排出口は、筒体の先細部の先端あるいはその近傍に設ける。排出口には、通常排出管を接続するが、この排出管に弁を設け、その先のエルボ部にフランジを設けて蓋で閉止しておくことにより、排出管が閉塞した場合に、蓋を開けて容易に閉塞物を除去することができる。このフランジを短管を介して設ける場合にはこの短管部には中子を装填してそこに乱流を生じないようにしておくのがよい。
【００２１】
本発明の冷却装置には、冷却ガスを送入するためのブロワー、排出された被冷却部気体を必要によりさらに冷却する２次クーラー、析出した粉状物を分離するためのサイクロンやバグフィルター等の粉体分離装置などが適宜付設される。
【実施例】
【００２２】
本発明の一実施例である冷却装置の概略構造を図１に示す。この装置は、鋼板を珪素化した浸珪処理排ガスの冷却に使用した例を示すものであり、連続浸珪処理炉１の下流側下部に付設されている。
【００２３】
炉１にはダクト２により接続されており、ダクト２の周囲は冷却しないよう断熱材（図示されていない。）で覆われており、さらにその外側はダクトヒーター３で加熱しうるようになっている。
【００２４】
冷却装置本体である筒体４は、上部がほぼ同径の大径部で、下部が円錐形をしている。この筒体４は銅製の二重筒になっていて内部は冷却水を流通させる水冷ジャケットになっている。筒体４の大径部は内径が９００ｍｍ、高さ１０００ｍｍであり、円錐形部は高さ１９００ｍｍ、テーパ１／８．５である。
【００２５】
筒体４の頂面は鋼板５で閉止されており、その中央部に被冷却気体送入口６が設けられている。また、筒体４の大径部の上半分にはヒーター７と、温度を測定する熱電対８が設けられている。
【００２６】
一方、大径部の下部には冷却ガアス吹出口９が、図２に示すように、４箇所に等間隔に設けられている。各吹出口９はスリット状をしており、スリット幅４ｍｍ、スリット長１０００ｍｍである。各吹出口９には、吹出方向を同方向に案内するノズルプレート１０が設けられている。各吹出口９にはさらに吹出方向を下方に向ける風向変更板１１が３０度の角度で１０枚取付けられている。
【００２７】
筒体４の円錐形部下端には、被冷却気体排出口１２が設けられており、そこには排出管１３が接続されている。この排出管１３には弁１４が設けられていて、その下流側がエルボ部１５になっており、そこに短管１６が接続されている。短管１６の先端はフランジ１７になっていて、蓋板で閉止されている。この短管１４の内部には中子１８が装填されている。
【００２８】
この冷却装置は、図４に示すように、冷却ガス配管１９がエキスパンション２０を介して各吹出出口９に接続されている。一方、被冷却部気体排出口に接続されている排出管１３はエキスパンション２１を介して２次クーラー２２に接続されており、そこからさらに１次バグフィルター２３に接続されている。１次バグフィルター２３の出口側配管は途中で分岐して、一方はブロワー２４を介して配管１９に接続されることにより循環ラインを形成している。分岐した他方の配管２５はブロワー２６を介して２次バグフィルター２７に接続され、そこからＳｉＣｌ４回収系へ接続されている。２次バグフィルター２７とＳｉＣｌ４回収系を接続する配管の途中にはオリフィス流量計２８が取付けられている。
【００２９】
このような冷却装置を用いて、鋼板を珪素化した浸珪処理排ガスの冷却を行った。排ガスの組成は、ＦｅＣｌ２３ｖｏｌ．％、ＳｉＣｌ４１〜２ｖｏｌ．％で残りがＮ２であり、炉出口温度は１２００℃であった。冷却ガスには約５０℃に冷却したＮ２ガスを筒体内に吹込んだ。Ｎ２ガスは、筒体内で旋回流を形成して浸珪処理排ガスと混合してこれを冷却しながら下降し、下部の排出口１２から排出された。この排出口１２における排出ガスの温度は約４５０℃であった。この排出ガスは２次クーラー２２の入口では４００℃になっており、２次クーラー２２で１００℃まで冷却して、１次バグフィルター２３で粉体になっているＦｅＣｌ２を分離した。分離した排出ガスはその一部をブロワー２４を経由して冷却ガスとして再使用し、残りの
は２次バグフィルター２７でさらに除塵してからＳｉＣｌ４回収系に送った。このようにして７２０時間連続運転を行ったところ、何ら閉塞問題を生じずに運転を継続できた。その後、冷却装置内を調べたとろ、ＦｅＣｌ２の付着は、被冷却気体送入口にもほとんど付着がなく良好な状態が保たれていることがわかった。また、エルボ部にフランジをつけたためエルボ部の清掃時間が大幅に短縮された。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明により、冷却により固体を生じる被冷却気体を閉塞問題を生じることなく、長時間にわたり連続運転することができる。本発明の装置は、特に、鋼材を珪素化する浸珪処理を行った排ガスの冷却に有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施例である冷却装置を側方から見た概略構造を示す図である。
【図２】上記装置の冷却ガス吹出口が設けられている部位を上方から見た概略構造を示す図である。
【図３】その冷却ガス吹出口に風向変更板が取付けられている状態を側方から見た概略構造を示す図である。
【図４】その冷却装置に付帯設備が設置されているブロック図である。
【符号の説明】
【００３２】
１…連続浸珪処理炉
２…ダクト
３…ダクトヒーター
４…筒体
５…鋼板
６…被冷却部気体送入口
７…ヒーター
８…熱電対
９…冷却ガス吹出口
１０…ノズルプレート
１１…風向変更板
１２…被冷却部気体排出口
１３…排出管
１４…弁
１５…エルボ部
１６…短管
１７…フランジ
１８…中子
１９…冷却ガス配管
２０…エキスパンション
２１…エキスパンション
２２…２次クーラー
２３…１次バグフィルター
２４…ブロワー
２５…配管
２６…ブロワー
２７…２次バグフィルター
２８…オリフィス流量計
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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