(57)【要約】【課題】溶銑の予備処理時に発生する排ガスに対する冷却抜熱能力を大きくし、酸露点を下回る温度まで下げずに冷却する排ガス冷却装置を提供する。【解決手段】溶銑の予備処理時に発生する３００℃以上の排ガスを冷却する排ガス冷却装置であって、空気に対して動粘性係数が小さく、プラントル数の大きい飽和水蒸気を冷却媒体とする。【選択図】図１
2013019005.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑の予備処理時に発生する３００℃以上の排ガスを冷却する排ガス冷却装置であって、
空気に対して動粘性係数が小さく、プラントル数の大きい飽和水蒸気を冷却媒体としたことを特徴とする排ガス冷却装置。
【請求項２】
前記冷却冷媒としての前記飽和水蒸気を１６０℃以上とし、受熱面が酸露点以下に下がらないように前記排ガスを冷却する請求項１記載の排ガス冷却装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶銑の予備処理時に発生する排ガスを冷却する排ガス冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉によって作られた溶銑は混銑車によって転炉工場に輸送される。溶銑中にはＣ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｐ，Ｓ，Ｔｉ，Ｖなどの元素が例えば５〜８％程度含まれている。溶銑の成分組成は製鋼工程における精錬能率や鋼の品質に大きく影響する。製鋼工程を合理化し、操業を容易にするため、溶銑の成分組成や生産鋼種に応じて種々の形式の溶銑予備処理法が採用されている。溶銑の予備処理は脱燐、脱硫が主体であり、混銑車、溶銑取鍋などで行われる。製鋼工場内に予備処理のための専用設備を設けて溶銑を脱燐、脱硫する。
【０００３】
図２及び図３は、例えば特許文献１に記載された溶銑の予備処理を示すものである。
図２に示すように、製鋼工場内に設けられた予備処理ステーション１に、排ガス処理装置４が接続している。
図３に示す溶銑を貯留した混銑車２は、予備処理ステーション１まで移動した後、予備処理剤、或いは脱珪、脱リンを行なうために気体酸素や固体酸素源を吹き込むためのランス３が挿入される。
【０００４】
予備処理が行なわれている混銑車２は排ガスが発生するので、予備処理ステーション１に接続した排ガス処理装置４で処理される。また、場合によっては、溶銑湯面に気体酸素を吹き付け、混銑車炉口内で燃焼、昇温させることもあり、その際に発生する排ガスも、排ガス処理装置４で処理される。
排ガス処理装置４は、予備処理ステーション１内に連通するダクト５と、ダクト５を介して予備処理ステーション１内の排ガスを吸引するブロワ６と、ダクト５の途中に設けられて排ガスを冷却する排ガス冷却装置７と、冷却した排ガス中のダストを回収するダスト回収装置８とを備えている。
【０００５】
溶銑の予備処理において、溶銑中に含まれるＳや処理剤として使用させる酸素源が豊富に存在し、その反応によりＳＯ２（亜硫酸ガス）が発生し、ＳＯ２が混銑車１内の水蒸気と反応して硫酸蒸気が発生しやすくなる。この硫酸蒸気を含んだ排ガスが、排ガス冷却装置７で急速に冷却されて酸露点以下になると、硫酸蒸気が結露して排ガス冷却装置７内部に付着し、排ガス冷却装置７、ダクト５、ダスト回収装置８を腐食損傷させるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１０−８４９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
排ガス冷却装置として、空気を冷却媒体とした空冷式の排ガス冷却装置と、水を冷却媒体とした水冷式の排ガス冷却装置とがあるが、これら空冷式と水冷式の排ガス冷却装置について対流熱伝達の場合の熱伝達率について比較すると、水冷式の排ガス冷却装置の方が、空冷式の排ガス冷却装置と比較して大幅に熱伝導率が高い（例えば、水冷式の熱伝導率／空冷式の熱伝導率＝１３０）。このため、排ガス冷却装置７として水冷式を採用すると、小さな熱交換面積で済むので、コンパクトな設備構成となる。
【０００８】
ここで、図４は、冷却面熱伝達率を変数とした排ガス温度と受熱面最表面温度との関係を示したものである。
前述したように高い冷却能を有する水冷式の排ガス冷却装置を採用すると、冷却面の排ガス温度が、酸露点を下回る温度まで下がるおそれがある（例えば、図５に示すようにＳ０３を含んだ排ガス中では、Ｓ０３の酸露点１５０℃を下回ることになる）。また、溶銑予備処理の場合、混銑車１台ずつのバッチ処理であり、処理時間の経過に伴って精錬反応の内容も変化していくため、熱負荷そのものが変動し易く、酸露点以下への排ガス冷却を防ぎきれない。
【０００９】
また、冷却面の排ガス温度の下がり過ぎを防止するだけなら、高い断熱コーティング等の処理を行なうことで対処できるが、結果的に総括熱伝達係数が下がって大型の装置構成となるので、コンパクトな設備構成で済むという水冷式の排ガス冷却装置の長所が失われる。
そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、溶銑の予備処理時に発生する排ガスに対して、冷却空気を冷却媒体とした空冷式より抜熱能力を大きくし、酸露点を下回る温度まで下げずに冷却することができる排ガス冷却装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る請求項１記載の排ガス冷却装置は、溶銑の予備処理時に発生する３００℃以上の排ガスを冷却する排ガス冷却装置であって、空気に対して動粘性係数が小さく、プラントル数の大きい飽和水蒸気を冷却媒体とした。
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の排ガス冷却装置において、前記冷却冷媒としての前記飽和水蒸気を１６０℃以上とし、受熱面が酸露点以下に下がらないように前記排ガスを冷却するようにした。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る排ガス冷却装置は、溶銑の予備処理時に発生する３００℃以上の排ガスを１６０℃以上の飽和水蒸気を冷却媒体として冷却することから、冷却空気を冷却媒体とした空冷式排ガス冷却装置より抜熱能力を大きくして冷却することができるとともに、酸露点を下回る温度まで下げずに冷却するので、装置の腐食耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】排ガス温度が３００℃〜７００℃の範囲で変動する場合に、本発明に係る飽和水蒸気を冷却媒体とした排ガス冷却装置の熱交換面の熱流速を示したものである。
【図２】溶銑の予備処理の概要を示すブロック図である。
【図３】溶銑を貯留した混銑車を示す図である。
【図４】冷却面熱伝達率を変数とした排ガス温度と受熱面最表面温度との関係を示したグラフである。
【図５】排ガスのＳ、Ｓ０３と温度変化の関係を示すグラフでである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明に係る排ガス冷却装置は、図２と同様に、予備処理を行なっている混銑車２で発生した排ガスを冷却する排ガス冷却装置７である。
本実施形態の排ガス冷却装置７は、Ｓ０３の酸露点が１５０℃なので、余裕を持って１６０℃以上の飽和水蒸気が冷却媒体として使用されている。
【００１４】
本実施形態の排ガス冷却装置７と、３０℃の空気を冷却媒体とした排ガス冷却装置について、抜熱能力（熱伝達率α）及び総括熱伝達係数を比較し、本実施形態の排ガス冷却装置７の性能について説明する。
先ず、熱伝達率を比較する。
一般的に対流熱伝達の場合の熱伝達率αは、次式で表される。
α＝０．０２３λ／ｄ・Ｒｅ０．８Ｐｒ０．４      ……          （１）
ただし、λ：流体の熱伝導率、ｄ：流路の等価値径
Ｒｅ：レイノルズ数＝Ｕｄ／v
Ｕ：代表速度、ｄ：冷却管の内径、v：動粘性係数、Ｐｒ：プラントル数
【００１５】
そして、内径ｄ＝５０mmの冷却管の中を流速２０m/sで排ガスが通過する場合、
３０℃の空気を冷却媒体とした排ガス冷却装置の熱伝達率α１は、
λ＝０．０２２８１３kcal/mHr℃、Ｐｒ＝０．７１、
v＝０．００００１６m２／secより
α１＝６２．８kcal/m２Hr℃      ……        （２）
の値を示す。
【００１６】
これに対して、本実施形態の１６０℃以上の飽和水蒸気を冷却媒体とした排ガス冷却装置７の熱伝達率α２は、
λ＝０．０２６２kcal/mHr℃、Ｐｒ＝１．１３、
v＝０．０００００４３６m２／secより
α２＝２４５．９kcal/m２Hr℃      ……        （３）
の値を示す。
【００１７】
したがって、上記（２）、（３）式の比較から明らかなように、空気を冷却媒体とした排ガス冷却装置と比較して、１６０℃以上の飽和水蒸気を冷却媒体とした排ガス冷却装置７は、小さな熱交換面積で済むので、コンパクトな設備構成とすることができる。
そして、空気を冷却媒体とした排ガス冷却装置の熱伝達率α１に対する、飽和水蒸気を冷却媒体とした排ガス冷却装置７の熱伝達率α２は、さほど高い値ではなく（α１／α２≒３．９）、３００℃程度に低い排ガスを冷却する際に、排ガスを、酸露点を下回る温度まで下げることがない。
【００１８】
次に、本実施形態の排ガス冷却装置７と、３０℃の空気を冷却媒体とした排ガス冷却装置の総括熱伝達係数を比較する。
総括熱伝達係数Ｋは、次式で表される。
Ｋ＝１／（１／α＋ｒａ＋ｔ／λ´＋１／β＋ｒｂ）    ……          （４）
ただし、ｔ：冷却管の肉厚＝４×１０−３m、λ´：熱電導率＝４５kcal/m２Hr℃、
β：受熱面熱伝達率＝６０kcal/m２Hr℃、
ｒｂ：冷却管汚れ係数（受熱面）＝０．００３m２Hr℃/kcal、
ｒａ：冷却管汚れ係数（冷却面）
【００１９】
そして、冷却管汚れ係数（冷却面）ｒａ＝０．００６m２Hr℃/kcalとした３０℃の空気を冷却媒体とした排ガス冷却装置の総括熱伝達係数Ｋ１は、
Ｋ１＝２７．５kcal/m２Hr℃      ……        （５）
の値を示す。
これに対して、冷却管汚れ係数（冷却面）ｒａ＝０．０m２Hr℃/kcalとした本実施形態の１６０℃以上の飽和水蒸気を冷却媒体とした排ガス冷却装置７の総括熱伝達係数Ｋ２は、
Ｋ２＝４２．０kcal/m２Hr℃      ……        （６）
の値を示す。
このように、上記（５）、（６）式の比較から明らかなように、空気を冷却媒体とした排ガス冷却装置と比較して、１６０℃以上の飽和水蒸気を冷却媒体とした排ガス冷却装置７は総括熱伝達係数が大きい値となる。
【００２０】
ここで、図１は、排ガス温度が３００℃〜７００℃の範囲で変動する場合に、本実施形態の飽和水蒸気を冷却媒体とした排ガス冷却装置７の熱交換面の熱流速をグラフ化したものである。図１によると、本実施形態の排ガス冷却装置７は、冷却媒体の温度が高いので（１６０℃以上の飽和水蒸気）、排ガス温度が低い場合には空気を冷却媒体とした排ガス冷却装置より熱流速が低くなって逆転現象が生じる。しかし、本実施形態の排ガス冷却装置７は、排ガス温度が７００℃の場合には、空気を冷却媒体とした排ガス冷却装置と比較して約２０％抜熱能力が増大する。したがって、本実施形態の飽和水蒸気を冷却媒体とした排ガス冷却装置７は、空気を冷却媒体とした排ガス冷却装置と比較して熱交換面積の削減を図ることができる。
【００２１】
このように、本実施形態の１６０℃以上の飽和水蒸気を冷却媒体とした排ガス冷却装置７は、溶銑の予備処理時に発生する排ガスに対して冷却空気を冷却媒体とした空冷式排ガス冷却装置より抜熱能力を大きくすることができるとともに、酸露点を下回る温度まで下げずに冷却するので、腐食耐久性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００２２】
１…予備処理ステーション、２…混銑車、３…ランス、４…排ガス処理装置、５…ダクト、６…ブロワ、７…排ガス冷却装置、８…ダスト回収装置
【図１】
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【図２】
2013019005.tif 000004
【図３】
2013019005.tif 000005
【図４】
2013019005.tif 000006
【図５】
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