(57)【要約】【課題】構造、材質を代えることなく、水冷排煙ダクトの腐食損耗を効果的に抑制することのできる、水冷排煙ダクトの操業方法を提供する。【解決手段】金属製外筒と金属製内筒とから構成され、内筒の内側を排ガス流路とし、外筒と内筒の間を冷却水流路とする二重筒型の水冷排煙ダクトの操業方法において、排ガス流路となる内筒内面の表面温度を２５０℃以上に５分以上保持する腐食性付着灰改質操作を、排ガス流路の一部または全部に対し、３０日の間に少なくとも１回以上、行うことを特徴とする。また、前記腐食性付着灰改質操作が、前記冷却水の流れを止めて冷却水を滞留させる、または、前記冷却水の流量を制限する、または、前記冷却水を強制的に排出させる操作であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製外筒と金属製内筒とから構成され、内筒の内側を排ガス流路とし、外筒と内筒の間を冷却水流路とする二重筒型の水冷排煙ダクトの操業方法において、排ガス流路となる内筒内面の表面温度を２５０℃以上に５分以上保持する腐食性付着灰改質操作を、排ガス流路の一部または全部に対し、３０日の間に少なくとも１回以上、行うことを特徴とする、水冷排煙ダクトの操業方法。
【請求項２】
前記腐食性付着灰改質操作が、前記冷却水の流れを止めて冷却水を滞留させる、または、前記冷却水の流量を制限する、または、前記冷却水を強制的に排出させる操作であることを特徴とする、請求項１に記載の水冷排煙ダクトの操業方法。
【請求項３】
前記水冷排煙ダクトが、電気製鋼炉または転炉の排煙装置の水冷排煙ダクトであることを特徴とする、請求項１または２に記載の水冷排煙ダクトの操業方法。
【請求項４】
製錬と製錬との間の時間、および／または、操業の最終チャージ後から次の操業の最初のチャージまでの間、前記冷却水の流れを止めて冷却水を滞留させる、または、前記冷却水の流量を制限する、または、前記冷却水を強制的に排出させて、水冷排煙ダクトの過冷却を防止することを特徴とする請求項３に記載の水冷排煙ダクトの操業方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水冷排煙ダクトの操業方法に関し、より詳しくは、鉄鋼などの金属精錬における転炉、電気溶製炉の水冷排煙ダクトの冷却方法を一時的に制御することで吸湿による腐食減耗を抑制させ水冷排煙ダクトの耐久寿命延長を可能とする、水冷排煙ダクトの操業方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属精錬炉の排ガスは腐食性のガス成分や金属ダストを含むため、排煙設備の排ガス流路は厳しい損耗を受ける。一般に、吹錬中は排ガスの温度は１２００℃に達する。精錬炉によっては、燃焼塔で可燃性ガスを燃焼させた上で、排煙設備に通風するケースもある。
【０００３】
したがって、排煙ダクトは、炭素鋼板の溶接構造で二重筒構造とし、内筒に排ガスを通し内筒と外筒との間に冷却水を通すケースや、排煙ダクト内面に鋼管を並べて水冷管パネルを作り、内部に冷却水を通す形式が広く使われている。以下、これらを水冷排煙ダクトと呼ぶ。
【０００４】
近年、水冷排煙ダクトの腐食損耗が顕著になってきた。例えば、１９９０年代前半までは、板厚９ｍｍの炭素鋼製内筒で５年以上の耐久性が得られていたが、最近では、板厚１２ｍｍに増厚しても半年から１年で損耗する事例が多くなり、日常的な補修や取換工事が行われていた。また、転炉排ガス（ＯＧ）処理装置でも、最近、排煙水冷ダクトの耐久寿命が従前と比較して半分以下に短くなってきた。しかし、これらの原因については不明であった。
【０００５】
水冷排煙ダクトの腐食損耗は、製錬炉の操業全体をストップせざるを得ないほどに重大な影響を与える問題であった。すなわち、内面の孔あきによってダクト内に冷却水が漏れだすと、多量の水分を吸った灰やミストが下流の集塵装置のろ布に付着し、閉塞をもたらしていた。また、水冷排煙ダクトの構造上、水漏れをただちに検知することが難しいといった問題があった。
【０００６】
水冷排煙ダクトの損耗を防止する従来技術では、排ガスと接触する面の材質を変更し、耐久性を確保する方法や構造を工夫して灰の堆積・付着を抑制する方法が提案されている。
【０００７】
すなわち、特許文献１では、製鋼工場転炉ＯＧ設備（転炉排ガス処理設備）のフードチューブに関し、ステンレス系合金を溶射肉盛する発明が提案されている。特許文献２では、８００℃で酸化物を形成する成分の合金の溶射被覆層を形成する発明が提案されている。また、ダクトを構成する部材自身の材質を変更する方法としては、炭素鋼に代えて、耐久性に優れた構造材料、例えば鋼ＳＵＳ３１０Ｓなどの耐熱ステンレス鋼などを使用することが容易に考えられる。
【０００８】
特許文献３では、排ガス用ダクトの構造を工夫することによって腐食減耗を抑制する発明が提案されている。すなわち、円筒形のダクトの内面にその円周接線方向および排ガス進行方向に傾斜してガスを吹き込む吹込孔を形成してなることを特徴とし、灰が内面に付着堆積しにくい構造とした排ガス用ダクトが提案されている。
【０００９】
【特許文献１】特公平０４−０８００８９号公報
【特許文献２】特許第２５６５７２７号公報
【特許文献３】特開２０００−１０４９１６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１や特許文献２に記載の発明のように、金属溶射や無機系ライニング、高合金の内張りは、いずれも炭素鋼を裸で使用してきた排煙ダクトにおいては、材料・施工コストが極めて高くなるという問題があった。特に、炭素鋼に代えてステンレス鋼などの高合金鋼を用いる場合、素材および施工コストが極めて高くなるといった問題があった。また、ＳＵＳ３１６Ｌ、ＳＵＳ３１０Ｓなどのステンレス鋼の場合、灰中の塩化物イオンに起因した応力腐食割れが生じるなど経済性に見合った耐久性が必ずしも得られないといった問題があった。また、金属溶射や無機系ライニング、高合金の内張りは、炭素鋼との熱膨張率が不可避的に異なるため、１０００℃程度の高温と室温近くの熱サイクルを１時間に１回のサイクルで受ける環境では、長期にわたり密着性を確保するのが難しいといった問題があった。
【００１１】
また、特許文献３で提案されている発明は、ダクトの構造が複雑になりコスト高になるといった問題のほか、構造上、部分的には不可避的にダストが堆積して腐食が進むといった問題があった。
【００１２】
以上述べたように、従来の炭素鋼製の水冷排煙ダクトの損耗を簡便な方法で防止する水冷排煙ダクトの防食方法が強く求められていた。
【００１３】
そこで、本発明は、水冷排煙ダクトの構造、材質を代えることなく、水冷排煙ダクトの腐食損耗を効果的に抑制することのできる、水冷排煙ダクトの操業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】
【００１４】
本発明者らは、上記の課題を解決するために、電気製鋼炉の排煙水冷ダクトの腐食損耗について鋭意研究した結果下記の知見を得た。
【００１５】
（ｉ）電気製鋼炉の水冷排煙ダクトの近年の激しい腐食損耗は、灰中のＺｎ系組成物が吸湿することで酸性雰囲気の湿食雰囲気が形成され、さらに灰中の塩化物イオンが腐食速度を加速している。
【００１６】
（ii）灰中のＺｎ系組成物は亜鉛フェライト、塩化亜鉛および水酸化亜鉛などを含むが、鉄錆と混在した状態で、内筒の表面温度を２５０℃以上で５分間以上保持させると、地鉄界面における塩化亜鉛が減少し加熱前に示していた吸湿性を失い、灰の腐食性を低下させる。
【００１７】
（iii）排煙水冷ダクトは一般に長さ５ｍ前後の複数のセクションで形成されるが、試験的に一部のセクションの水冷を一時的に止めると、吹錬中に内筒内面温度が上昇し、その結果、堆積した灰の吸湿性を消失させることができる。
【００１８】
本発明は、以上の知見を基になされたもので、その要旨とするところは、以下の通りである。
（１）  金属製外筒と金属製内筒とから構成され、内筒の内側を排ガス流路とし、外筒と内筒の間を冷却水流路とする二重筒型の水冷排煙ダクトの操業方法において、排ガス流路となる内筒内面の表面温度を２５０℃以上に５分以上保持する腐食性付着灰改質操作を、排ガス流路の一部または全部に対し、３０日の間に少なくとも１回以上、行うことを特徴とする、水冷排煙ダクトの操業方法。
（２）  前記腐食性付着灰改質操作が、前記冷却水の流れを止めて冷却水を滞留させる、または、前記冷却水の流量を制限する、または、前記冷却水を強制的に排出させる操作であることを特徴とする、上記（１）に記載の水冷排煙ダクトの操業方法。
（３）  前記水冷排煙ダクトが、電気製鋼炉または転炉の排煙装置の水冷排煙ダクトであることを特徴とする、上記（１）または（２）に記載の水冷排煙ダクトの操業方法。
（４）  製錬と製錬との間の時間、および／または、操業の最終チャージ後から次の操業の最初のチャージまでの間、前記冷却水の流れを止めて冷却水を滞留させる、または、前記冷却水の流量を制限する、または、前記冷却水を強制的に排出させて、水冷排煙ダクトの過冷却を防止することを特徴とする上記（３）に記載の水冷排煙ダクトの操業方法。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の水冷排煙ダクトの操業方法は、特に、金属溶製炉や灰溶融炉の排煙環境にて、吹錬方法、原料組成、設備の材質、構造を一切変えずに、水冷排煙ダクトの腐食損耗を効果的に抑制することができ、ひいては、水冷排煙ダクトの寿命延長、水漏れによる操業停止頻度の低減などの顕著な効果を得ることができるため、産業上の寄与は極めて大きい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明は、前述の課題を有利に克服し、目的を達成するもので、その具体的な実施の形態を以下に説明する。
【００２１】
本発明の骨子は、水冷排煙ダクト内筒に堆積した灰の特性を排煙の持つ熱を利用して変化させることにより、灰の腐食性を著しく低減させ、内筒の腐食減耗速度を低減させるものである。
【００２２】
・温度履歴：
吸湿性のＺｎ系組成物を含む灰の腐食性を低減させるためには、灰を２８０℃以上で５分間以上加熱する必要がある。そのためには、一般に、排ガス温度は、水冷排煙ダクトの下流ほど低温になるが、４００〜８００℃と高温なので、金属製内筒の内面排ガス流路側の表面温度を２５０℃以上で５分間以上加熱すればよい。
【００２３】
・頻度：
上記の温度履歴を与える頻度が高いほど、吸湿性成分が低減して腐食性が低くなるが、頻度が３０日に１回よりも低い場合、吸湿性灰の堆積による腐食が増加するので、３０日間に１回以上の頻度が必要である。７日に１回以上が好ましい。さらには、毎日の最終チャージ前後で実施すると、休炉時の腐食を抑制する効果があるのでより好ましい。
【００２４】
・温度履歴を与える操業方法：
水冷方法を制御することで上記の温度履歴を与えられる。より具体的には、流量を制限する、流量ゼロで冷却水を滞留させる、または、冷却水を抜く、等の方法が有効である。冷却効果の制限が過ぎると内筒の表面温度が５００℃を超えて変形などの問題が生じるので、表面温度が５００℃を超えないよう冷却水の流量制御をするのが望ましい。
【００２５】
また、製錬と製錬との間の時間、および／または、操業の最終チャージ後から次の操業の最初のチャージまでの間、前記冷却水の流れを止めて冷却水を滞留させる、または、前記冷却水の流量を制限する、または、前記冷却水を強制的に排出させて、当該期間において水冷排煙ダクトの過冷却を防止する操業方法は、灰による吸湿量を抑制でき、腐食を抑制する効果があるので好ましい。
【実施例】
【００２６】
以下に、本発明の効果を実施例によりさらに詳細に説明する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００２７】
次に本発明の実施の形態を電気製鋼炉の水冷排煙ダクトについて図面に従い説明する。
【００２８】
図１は電気製鋼炉の排煙系統図を示し、電気製鋼炉１、燃焼塔２、水冷排煙ダクト３、排ガス冷却装置４、集塵装置５、誘引送風機６、煙突７から成る。図２は、水冷排煙ダクトのユニットの構造を示し、外筒１１、内筒１２、冷却水入口１３、冷却水出口１４、フランジ１５、１６から成る。図２のユニットをフランジ接合させて水冷排煙ダクトを構成する。材質は普通鋼（ＪＩＳ  Ｇ  ３１０１  ＳＳ４００材）または耐硫酸性鋼（ＡＳＴＭ  Ａ４２３  Grade ３ Code Case ２４９４材）である。
【００２９】
ユニット１〜５を試験ユニットとして、表１に示す操業パターンでユニット１〜５をそれぞれ６ヶ月間操業管理し、管理前後での内筒の腐食損耗量を超音波板厚計測で評価した。試験中、内筒表面の温度履歴を、熱電対で測定した。また、試験後には付着灰を採取し、化学分析で吸湿水分量を測定し、３０％を境に、高い、低いで評価し、結果を表２に示した。なお、電気製鋼炉での製錬時間は平均１０〜１５分で、製錬と次の製錬との間は約４５分で、月曜日から金曜日は２３：００より翌日６：００まで操業し、昼間は休止した。土曜日、日曜日は連続操業した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
【表２】
2007278587.tif 000004
【００３２】
比較例１は、常時冷却水を流したユニットで、試験中に腐食性付着灰改質操作（２５０℃で５分以上の履歴）はなかったので、灰の吸湿性が高く、腐食減耗も本発明例の２倍以上と大きい。
【００３３】
比較例２は、６週（４２日）に１回、１製錬中に冷却水の流れを止める腐食性付着灰改質操作を行ったが、止める頻度が本発明の下限（３０日の間に少なくとも１回）に満たないので、比較例１よりは腐食減耗が少ないものの、本発明例よりも大きい。
【００３４】
本発明例３〜７は、いずれも灰の吸湿性が低く、腐食減耗量が比較例１の１／３未満に低減しており、本発明の効果が明らかである。
【００３５】
本発明例４〜７相互の比較より、昼間の休炉時間の水冷を制御して、水冷排煙ダクトの過冷却を防止することで（操業パターンＣ、Ｄ、Ｅを採用した本発明例５〜７）、腐食損耗が低減することがわかる。
【００３６】
本発明例６より、操業時間の最終チャージで水冷を制御し（腐食性付着灰改質操作）、かつ、その後の休炉時間の水冷を制御することで（水冷排煙ダクトの過冷却を防止）、腐食損耗がより一層低減することがわかる。
【００３７】
本発明例７より、製錬と製錬との間および休炉時間で水冷を制御し（水冷排煙ダクトの過冷却を防止）、さらに、最終チャージで水冷を制御し（腐食性付着灰改質操作）、かつ耐硫酸性鋼製のダクトを用いると、腐食損耗が最も小さくなることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施例である電気製鋼炉の排煙系統図を模式的に示す図である。
【図２】本発明の一実施例である水冷排煙ダクトのユニットの構造を断面図で模式的に示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  電気製鋼炉
２  燃焼塔
３  水冷排煙ダクト
４  排ガス冷却装置
５  集塵装置
６  誘引送風機
７  煙突
１１  外筒
１２  内筒
１３  冷却水入口
１４  冷却水出口
１５、１６  フランジ
【図１】
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【図２】
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