(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空脱ガス槽と排ガスクーラーとを排気ダクトで連結した真空脱ガス処理装置において、前記真空脱ガス槽の予熱時に発生する排ガス中に含まれるＮＯｘに起因する前記排ガスクーラーの腐食を防止する方法であって、
前記排気ダクトに２箇所以上４箇所以下の屈曲部を設け、少なくとも一部の前記屈曲部の高さを、該屈曲部より前記真空脱ガス槽側に位置する屈曲部より下方、及び／又は、該屈曲部より前記排ガスクーラー側に位置する屈曲部より上方とすることを特徴とする排ガスクーラーの腐食防止方法。
【請求項２】
請求項１記載の排ガスクーラーの腐食防止方法において、前記真空脱ガス槽に最も近い位置にある前記屈曲部と前記排ガスクーラーに最も近い位置にある前記屈曲部との間の鉛直距離を、前記排気ダクトの内法幅の１．０倍以上且つ４．０倍未満とすることを特徴とする排ガスクーラーの腐食防止方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空脱ガス処理において、真空脱ガス槽の予熱を行う際に発生する排ガス中に含まれるＮＯｘに起因する排ガスクーラーの腐食を防止する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉において一次精錬が終了した溶鋼は、脱炭のため、又は水素や窒素などの溶存ガスの除去を目的として、真空脱ガス処理装置を用いて脱ガス処理が行われる。脱ガス処理では、真空脱ガス槽の下部（浸漬管）を取鍋内の溶鋼に浸漬させた後、真空脱ガス槽内が真空状態となるように真空脱ガス槽内のエアを吸引することにより、溶鋼が真空脱ガス槽内に吸い上げられ、溶鋼中のガス成分が真空脱ガス槽内に放出される。
【０００３】
真空脱ガス槽は、溶鋼の脱ガス処理時には、溶鋼から受ける熱により高温となるが、待機時には温度が急激に低下する。真空脱ガス槽の温度が低下した状態で次の溶鋼を脱ガス処理した場合、スプラッシュや地金の付着が著しく、操業が阻害される原因となる。そのため、次の溶鋼の脱ガス処理に備えて、バーナー等の加熱手段を用いて真空脱ガス槽の予熱が行われる。
【０００４】
真空脱ガス槽の予熱に関連する技術として、特許文献１には、真空脱ガス槽から排ガスを排ガスクーラーに導くための排ガスダクトの真空脱ガス槽直近位置に遮断弁を設けたことを特徴とする真空脱ガス槽の保温装置の発明が開示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、槽本体の上部に排気管が接続され、槽本体の下部に浸漬管が取り付けられた真空脱ガス槽において、排気管の下部内壁が槽本体から遠ざかるにつれて低く大きくなるように傾斜させる技術が開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特公平６−８９３９５号公報
【特許文献２】特開２００４−６８０６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載された保温装置では、排ガスダクトに遮断弁を取り付ける必要があるため、予熱時に熱により遮断弁が損傷しやすく、遮断弁のメンテナンス費用が嵩む問題がある。また、予熱時の排ガスが、高熱下で損傷した遮断弁からリークして排ガスダクト内に進入し、排ガスクーラーの腐食を招く原因となるという問題がある。
一方、特許文献２に記載された真空脱ガス槽の場合、輻射熱で加熱される排気管の面積が大きくなるため、排気管を構成する耐火物が損傷して排気管の寿命が低下するという問題がある。また、排気管の構造が複雑となるので、製造コストが高くなる。加えて、排気管に流入するスプラッシュが傾斜面を流下して下部に堆積するので、堆積した地金の除去に手間が掛かるという問題もある。
【０００８】
そこで、上記問題を解決するため、真空脱ガス槽と排ガスクーラーとを水平の排気ダクトで連結した真空脱ガス処理装置が提案されている。図７に、水平の排気ダクトを有する真空脱ガス処理装置の模式図を示す。真空脱ガス槽１０の上蓋を貫通して挿入されたバーナー１６で真空脱ガス槽１０を燃焼予熱すると、燃焼によって生成された排ガスは、排気ダクト７２内に吸引されて部分流れＣを形成し、この部分流れＣは、排気ダクト７２の上面に沿って排ガスクーラー１１まで流れていき、排ガスクーラー１１で冷やされて排気ダクト７２の下面を流れて戻る大きな循環流を形成する。
なお、排ガスクーラー１１内には、冷却水が循環する冷媒配管１５が配設されており、冷媒配管１５の表面に発生した結露は、排ガスクーラー１１の下端部に接続されたドレン１３を介してシールポット１４に排水される。
【０００９】
上記循環流の形成過程について、図８に示す熱流速解析結果に基づいて説明する。バーナー１６によって加熱された排ガスＣ１は、排気ダクト７２内で上昇し、排気ダクト７２の上面に衝突する。排気ダクト７２の上面に衝突した排ガスＣ１の一部Ｃ２は分岐して、排気ダクト７２の上面に沿って排ガスクーラー１１まで流れていく。排ガスクーラー１１内に流れ込んだ排ガスＣ３は、冷却されて下降し、真空脱ガス槽１０へ戻る流れＣ４となる。
【００１０】
燃焼予熱では、真空脱ガス槽１０内に吸い込まれた空気中の酸素と窒素が化学反応を起こし、ＮＯｘが生成される。排ガスが循環流となった場合、燃焼予熱に伴う空気の吸込量が増加するため、生成されるＮＯｘも増大し、排ガス中のＮＯｘ濃度が極端に高くなる。排ガス中のＮＯｘは、排ガスクーラー１１内で発生した結露に溶解してｐＨ度の低い硝酸水溶液となり、排ガスクーラー１１、ドレン１３、及びシールポット１４からなる排ガスクーラー部を急激に腐食する。
【００１１】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、簡単な構造で、予熱時の排ガスに含まれるＮＯｘ濃度を低減して排ガスクーラー部の腐食を防止し、以て排ガスクーラー部の保全費用の削減及び長寿命化を図る排ガスクーラーの腐食防止方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するため、本発明は、真空脱ガス槽と排ガスクーラーとを排気ダクトで連結した真空脱ガス処理装置において、前記真空脱ガス槽の予熱時に発生する排ガス中に含まれるＮＯｘに起因する前記排ガスクーラーの腐食を防止する方法であって、前記排気ダクトに２箇所以上４箇所以下の屈曲部を設け、少なくとも一部の前記屈曲部の高さを、該屈曲部より前記真空脱ガス槽側に位置する屈曲部より下方、及び／又は、該屈曲部より前記排ガスクーラー側に位置する屈曲部より上方とすることを特徴としている。
【００１３】
本発明では、真空脱ガス槽と排ガスクーラーとを連結する排気ダクトを、下向き方向に２箇所以上４箇所以下屈曲させる（一部の屈曲部間が水平であっても良い。）ことにより、後述するように、排気ダクトの上面に沿って排ガスクーラーに向かう排ガスの流れを屈曲部で断ち切ることができる。加えて、循環流が形成されにくくなることにより、燃焼予熱に伴う空気の吸込量が減少し、ＮＯｘの発生量が低下する。その結果、排ガス中のＮＯｘ濃度が大幅に低減され、排ガスクーラー部の腐食を防止することができる。
【００１４】
また、本発明に係る排ガスクーラーの腐食防止方法では、前記真空脱ガス槽に最も近い位置にある前記屈曲部と前記排ガスクーラーに最も近い位置にある前記屈曲部との間の鉛直距離を、前記排気ダクトの内法幅の１．０倍以上且つ４．０倍未満とすることを好適とする。
真空脱ガス槽に最も近い位置にある屈曲部と排ガスクーラーに最も近い位置にある屈曲部との間の鉛直距離（以下、「屈曲段差」と呼ぶ。）が排気ダクトの内法幅の１．０倍未満の場合は、排ガスクーラーの方向に部分的に流れる排ガスが循環流を形成しやすくなるため好ましくない。一方、屈曲段差が排気ダクトの内法幅の４．０倍以上の場合は、排気抵抗が増大して真空精錬に支障を来すおそれがある。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、真空脱ガス槽と排ガスクーラーとを連結する排気ダクトを、下向き方向に２箇所以上４箇所以下屈曲させることにより、排ガス中のＮＯｘ濃度を大幅に低減させることができる。その結果、排ガスクーラー部の腐食が防止され、以て排ガスクーラー部の保全費用の削減及び長寿命化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
【００１７】
図１に、本発明の一実施の形態に係る排ガスクーラーの腐食防止方法を適用する真空脱ガス処理装置を構成する排気ダクトの模式図を示す。
排気ダクト１２は、真空脱ガス槽１０の上部に一端が接続される第一の水平部１２ａと、第一の水平部１２ａの他端に一端が接続され、斜め下方に傾斜する傾斜部１２ｂと、傾斜部１２ｂの他端に一端が接続され、他端が排ガスクーラー１１に接続される第二の水平部１２ｃとから構成されている。
【００１８】
第一の水平部１２ａと傾斜部１２ｂとの接続部は、水平面に対する屈曲角α１を有する第一の屈曲部Ｐ１とされ、傾斜部１２ｂと第二の水平部１２ｃとの接続部は、水平面に対する屈曲角α２を有する第二の屈曲部Ｐ２とされている。即ち、第二の屈曲部Ｐ２は、第二の屈曲部Ｐ２より真空脱ガス槽１０側に位置する第一の屈曲部Ｐ１より下方に位置し、第一の屈曲部Ｐ１は、第一の屈曲部Ｐ１より排ガスクーラー１１側に位置する第二の屈曲部Ｐ２より上方に位置する。
【００１９】
ここで、屈曲角α１、α２は、４５度未満とされる。屈曲角α１、α２が４５度以上になると、排気抵抗が増大し、真空脱ガス処理に時間を要することになる。
また、真空脱ガス槽１０に最も近い位置にある屈曲部Ｐ１と排ガスクーラー１１に最も近い位置にある屈曲部Ｐ２との間の鉛直距離である屈曲段差Ｄは、第一の水平部１２ａの内径の１．０倍以上、好ましくは１．５倍以上、且つ４．０倍未満とされる。
【００２０】
なお、第一の水平部１２ａの一端から排ガスクーラー１１中央部までの水平距離Ｈは、６ｍ〜２０ｍが好ましい。距離Ｈが６ｍ未満であると、排ガスクーラー１１の方向に部分的に流れる排ガスが排ガスクーラー１１まで到達し、排ガスクーラー１１の腐食を招くことになる。一方、距離Ｈが２０ｍを超えると、排気抵抗が増大し、真空脱ガス処理に時間を要することになる。
【００２１】
ここで、本発明による排ガスクーラーの腐食防止メカニズムについて説明する。
図２は、熱流速解析によって得られた、図１の形状を有する排気ダクト１２内の排ガスの流れを示した模式図である。バーナーによって加熱された排ガスＧ１は、第一の水平部１２ａ内で上昇し、傾斜部１２ｂの上面に衝突する。傾斜部１２ｂの上面に衝突した排ガスＧ１の大部分は、第一の水平部１２ａの上面に沿って真空脱ガス槽１０に戻る部分流れとなり、排ガスＧ１の一部Ｇ２が分岐して傾斜部１２ｂの上面に沿って下方に流れる。分岐した流れＧ２は、冷却されて下降し、傾斜部１２ｂの下面に衝突する。傾斜部１２ｂの下面に衝突した排ガスＧ３の大部分は、傾斜部１２ｂの下面に沿って真空脱ガス槽１０に戻る部分流れとなり、排ガスＧ３の一部Ｇ４が分岐して第二の水平部１２ｃの方向に流れていく。
【００２２】
このように、本実施の形態の方法において、排気ダクト１２は、排ガスの大部分が排ガスクーラー１１に達する前に、真空脱ガス槽１０に戻る部分流れＧ１、Ｇ３となり、循環流が形成されにくくなる。このため、燃焼予熱に伴う空気の吸込量が減少し、ＮＯｘの発生量が低下する。その結果、排ガスクーラー１１内のＮＯｘが大幅に低減され、排ガスクーラー部の腐食を防止することができる。
【００２３】
図３は、熱流速解析によって得られた、排ガスクーラー内におけるＮＯｘとＯ２の濃度変化を示したグラフである。同図より、水平排気ダクトの場合、１０分経過後から排ガスクーラー内のＮＯｘ濃度が急激に増加することがわかる。また、これに伴い、Ｏ２濃度も増加している。一方、本発明に係る排気ダクトでは、排ガスクーラー内のＮＯｘ濃度は殆ど増加せず、非常に低い値であることがわかる。また、燃焼効率が高いため、Ｏ２濃度も非常に低い値となっている。
【００２４】
次に、本発明のその他の実施の形態に係る排ガスクーラーの腐食防止方法を適用する真空脱ガス処理装置を構成する排気ダクトについて説明する。
図４（Ａ）、（Ｂ）は、屈曲部が３箇所の場合、図４（Ｃ）〜（Ｅ）は、屈曲部が４箇所の場合をそれぞれ示している。
図４（Ａ）、（Ｄ）の排気ダクト２２、５２は、第一の水平部２２ａ、５２ａと第二の水平部２２ｃ、５２ｃとの間の傾斜部２２ｂ、５２ｂが下方に凸とされ、図４（Ｂ）、（Ｅ）の排気ダクト３２、６２は、第一の水平部３２ａ、６２ａと第二の水平部３２ｃ、６２ｃとの間の傾斜部３２ｂ、６２ｂが上方に凸とされている。また、図４（Ｃ）の排気ダクト４２は、第一の水平部４２ａと第二の水平部４２ｃとの間の傾斜部４２ｂの中間部が水平とされている。
【００２５】
屈曲部Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４における屈曲角α１、α２、α３、α４は、４５度未満とされ、真空脱ガス槽１０に最も近い位置にある屈曲部Ｐ１と排ガスクーラー１１に最も近い位置にある屈曲部Ｐ３、Ｐ４との間の鉛直距離である屈曲段差Ｄは、第一の水平部２２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａの内径の１．０倍以上且つ４．０倍未満である。
なお、屈曲部が４箇所を超えると、真空脱ガス処理における排気抵抗が増大して精錬に支障が生じるので、４箇所以内が望ましい。
【００２６】
以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記の実施の形態では、排気ダクトの断面は円形を想定しているが、矩形としてもよい。
【実施例】
【００２７】
排気ダクトの屈曲部の数と屈曲段差Ｄをパラメータとして、排ガスクーラー内のＮＯｘ濃度について試験を実施した。試験条件及び試験結果を表１に示す。表１中の屈曲段差Ｄは排気ダクトの内径に対する比であり、腐食指数は従来例の腐食面積に対する比である。
また、その際の排気ダクト（屈曲部が２箇所の場合）の寸法を図５に、屈曲段差Ｄと腐食指数との関係を示す試験結果のグラフを図６に示す。
【００２８】
【表１】
0005353033.tif 000002
【００２９】
表１より以下のことがわかる。
従来例の水平ダクトの場合は、排ガスクーラーに達する大きな循環流が形成されているため、連続的にＮＯｘが発生し、腐食が進行する。これに対して、屈曲部を２箇所設けた本発明の実施例１〜５は、従来例に比べて腐食指数が低くなっている。一方、屈曲部を１箇所設けた比較例１は、屈曲部を設けたことにより排ガスクーラーに達する大きな循環流は形成されないが、排ガスクーラーが排気ダクトより下に位置する構造となるため、排ガスクーラーにダストが堆積するという問題がある。また、屈曲部を５箇所設けた比較例２は、屈曲部を多く設けることで腐食指数は非常に低くなるが、排気ダクト内の圧損（排気抵抗）が大きくなり真空脱ガス処理時間が長くなるという問題がある。
【００３０】
実施例同士を比較した場合、図６から明らかなように、屈曲段差Ｄが大きくなるほど腐食指数が低くなっていることがわかる。また、実施例については、屈曲段差Ｄと腐食指数との相関関係（図６）がある。
屈曲段差Ｄが排気ダクトの内径の０．５倍である実施例４は、排ガスクーラーの方向に部分的に流れる排ガスが循環流を形成しやすくなるため、他の実施例に比べて腐食指数が高くなっている。実施例１、２、３、５では、排気ダクトに十分な屈曲段差Ｄを確保しているため、排ガスクーラーに達する大きな循環流が形成されず、排気ダクト内のＮＯｘ量も少なく、排ガスクーラーの腐食は殆ど発生しない。但し、実施例５は、屈曲段差Ｄが排気ダクトの内径の４．０倍であるため、排気ダクトの圧損が大きく、真空脱ガス処理時間が長くなる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る排ガスクーラーの腐食防止方法を適用する真空脱ガス処理装置を構成する排気ダクトの模式図である。
【図２】同排気ダクト内における排ガスの流れを説明するための模式図である。
【図３】排ガスクーラー内におけるＮＯｘとＯ２の濃度変化を示したグラフである。
【図４】（Ａ）〜（Ｅ）はそれぞれ本発明のその他の実施の形態に係る排ガスクーラーの腐食防止方法を適用する真空脱ガス処理装置を構成する排気ダクトの模式図である。
【図５】試験に用いた排気ダクトの模式図である。
【図６】屈曲段差Ｄと腐食指数との関係を示す試験結果のグラフである。
【図７】排ガスクーラーの腐食メカニズムを説明するための模式図である。
【図８】水平の排気ダクト内における排ガスの流れを説明するための模式図である。
【符号の説明】
【００３２】
１０：真空脱ガス槽、１１：排ガスクーラー、１２：排気ダクト、１２ａ：第一の水平部、１２ｂ：傾斜部、１２ｃ：第二の水平部、１３：ドレン、１４：シールポット、１５：冷媒配管、１６：バーナー、２２：排気ダクト、２２ａ：第一の水平部、２２ｂ：傾斜部、２２ｃ：第二の水平部、３２：排気ダクト、３２ａ：第一の水平部、３２ｂ：傾斜部、３２ｃ：第二の水平部、４２：排気ダクト、４２ａ：第一の水平部、４２ｂ：傾斜部、４２ｃ：第二の水平部、５２：排気ダクト、５２ａ：第一の水平部、５２ｂ：傾斜部、５２ｃ：第二の水平部、６２：排気ダクト、６２ａ：第一の水平部、６２ｂ：傾斜部、６２ｃ：第二の水平部、７２：排気ダクト、Ｄ：屈曲段差、Ｐ１：第一の屈曲部（屈曲部）、Ｐ２：第二の屈曲部（屈曲部）、Ｐ３、Ｐ４：屈曲部、α１、α２、α３、α４：屈曲角
【図１】
0005353033.tif 000003
【図２】
0005353033.tif 000004
【図３】
0005353033.tif 000005
【図４】
0005353033.tif 000006
【図５】
0005353033.tif 000007
【図６】
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【図７】
0005353033.tif 000009
【図８】
0005353033.tif 000010