(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予備収塵段階及び高精度収塵段階から構成される高炉ガス用ダスト排出装置であって、
前記予備収塵段階は大型サイクロンセパレータから構成され、前記大型サイクロンセパレータは、
垂直圧力容器（１４）；
前記垂直圧力容器（１４）の上端部にあり、高炉からのガス管（１２）が接続された軸方向供給装置（３４、２６、２８、５０）；及び
前記軸方向供給装置（３４、２６、２８、５０）の下方に配置された渦形成装置（５８）、この渦形成装置は圧力容器（１４）内に軸方向に供給される高炉ガスを、垂直圧力容器（１４）の軸（３０）の周りに渦運動を起こすようにされており、
からなり、
前記垂直圧力容器（１４）の上端部にあって、前記垂直圧力容器（１４）から高炉ガスを排出するための、中央出口接続管（６０）を備えること並びに
前記軸方向供給装置（３４、２６、２８、５０）は、前記中央出口接続管(６０)の周りを閉鎖するフード（２４）、及び前記フード（２４）の前記中央出口接続管（６０）の周りで終わっている少なくとも２本の入口接続管（２６，２８）、
を備えることを特徴とする高炉ガス用ダスト排出装置。
【請求項２】
前記供給装置（３４、２６、２８、５０）は前記圧力容器（１４）外部にディストリビュータ（３４）を備え、前記ディストリビュータ（３４）は垂直上向きに突出する１本の接続管（４０）と下向きに突出する複数の枝管（３６、３８）を有し、高炉から達する前記ガス管（１２）は前記垂直接続管（４０）に接続され、前記供給装置（３４、２６、２８、５０）の入口接続管（２６、２８）は前記枝管（３６、３８）に接続され；
前記高精度収塵段階の接続ライン（６４）は前記ディストリビュータ（３４）の複数の枝管（３６、３８）の間に導びかれ前記圧力容器（１４）の接続管（６０）に接続されることを特徴とする請求項１に記載のダスト排出装置。
【請求項３】
前記ディストリビュータ（３４）は軸方向に対称的に設計されることを特徴とする請求項１又は２に記載のダスト排出装置。
【請求項４】
前記圧力装置（１４）の前記供給装置（３４、２６、２８、５０）は、前記中央出口接続管（６０）が通過する下向きに広がるテーパー付き入口ベル（５０）を有し、前記渦形成装置（５８）が取付けられる環状ギャップ（５６）が前記入口ベル（５０）の下端（５２）と前記圧力容器（１４）の壁との間に形成されることを特徴とする請求項２ないし請求項３のいずれか１項に記載のダスト排出装置。
【請求項５】
前記入口ベル（５０）は前記出口接続管（６０）によって支持されることを特徴とする請求項４に記載のダスト排出装置。
【請求項６】
前記ガイドブレード（６６）は圧力容器（１４）の壁（５４）のスリット（６８）を介して外部から渦形成装置（５８）内に挿入されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のダスト排出装置。
【請求項７】
ガイドブレード（６６）は、圧力容器（１４）の壁（５４）の前記スリットを囲むフランジ（７２）に気密にネジ留めされる取付けプレート（７６）をその外端部に有することを特徴とする請求項６に記載のダスト排出装置。
【請求項８】
前記ガイドブレードの内側端部は、入口ベル（５０）の下端のスリット形態の凹み内に全体的に遊びを持って導入されることを特徴とする請求項４、請求項６又は７に記載のダスト排出装置。
【請求項９】
前記大型サイクロンセパレータ（１０’）は、切頭圧力容器（１０２）及びダストホッパー（１１６）を有する収塵段階の既存のダストキャッチャー（１００）内に軸方向に挿入されることを特徴とする請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載のダスト排出装置。
【請求項１０】
前記大型サイクロンセパレータ（１０’）は、その頭部端部（１０４）だけが切頭圧力容器（１０２）から突出するように前記ダストキャッチャー（１００）の切頭圧力容器（１０２）に挿入され；
前記大型サイクロンセパレータ（１０’）の頭部端部（１０４）は気密接続部（１０６）によって切頭圧力容器（１０２）の上端部に接続され；
前記大型サイクロンセパレータ（１０’）は、ダストキャッチャー（１００）の圧力容器（１０２）で構成されるダストホッパー（１１６）への開口（１０８）をその下端部に有することを特徴とする請求項９に記載のダスト排出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高炉ガス用ダスト排出設備に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高炉ガス用ダスト排出設備は一般に予備収塵段階及び高精度収塵段階から構成されている。この予備収塵段階はダストキャッチャーにより構成される。この予備収塵段階は大型垂直圧力容器から本質的になっており、大きな断面のガス管を介して高炉スロートに接続されている。ガスはガス管から垂直に圧力容器に入る。その圧力容器では、ガスがその容器に入る際に断面が大きくなりその速度がかなり低下する。その結果、ガス流が逆流後、圧力容器の上端のダストキャッチャーを離れる前に少なくとも粗大粒子がガス流から垂直に落下する。分離した粒子はダストホッパーに集められ、そこから、圧力容器のロック（ｌｏｃｋ）を介してその粒子が除去される。予め浄化された高炉ガスは次にダストキャッチャーから高精度収塵段階に送られる。この高精度収塵段階は通常少なくとも１つのガススクラバーあるいは電気集塵機を備えている。
【０００３】
ダストキャッチャーは分離効果が不十分なので、高炉ガスは、ダストキャッチャーを離れた後、高精度収塵段階に送られる前にサイクロンセパレータに送ることができる。このタイプのサイクロンセパレータは平行に接続された１つ以上のサイクロンから構成される。このサイクロンは、高炉ガスが高速で接線方向に供給される圧力容器であり、結果として高炉ガスは渦運動を起こす。粒子はサイクロンセパレータの外壁に遠心力で飛ばされ、この外壁に沿って滑り落ちダストホッパーに入る。このタイプの２工程予備収塵はダスト排出設備のコストを著しく上昇させ、ガス側には平行に接続されたサイクロンセパレータの接続用の高価な配管を必要とする。
【０００４】
ダストキャッチャーが単一の大型サイクロンセパレータに置き換えられた高炉ガス用ダスト排出設備は同様に既に建設されている（ＴＨＹＳＳＥＮ  Ｋｒｕｐｐ  鉄鋼会社のＳｃｈｗｅｌｇｅｎ工場での第二高炉のダスト排出設備）。高炉からの主要ガス管が接線方向に導入されてサイクロン容器に入り、その結果として高炉ガスは渦運動を起こし、それにより既に前に説明したようにダスト分離が起きる。しかしながら、このタイプの大型サイクロンセパレータは、高炉ガスのより効果的な予備収塵が長期にわたり必要性とされてきたが、慣用のダストキャッチャーを市場から撤退させることがこれまで不可能であった。この主な理由は多分以下の理由からである。すなわち、（１）高炉スロートから大型サイクロンセパレータへのガス管の面倒な接続；（２）圧力容器に関する摩耗の制限；及び（３）高炉ガスの予備クリーニング用のそのような大型サイクロンセパレータの使用に関する経験値の不足、等である。（１）については、大型高炉ガス管（４ｍ以下の断面を有する）のサイクロン容器への接線方向接続は、とりわけ複雑な管ルート、多くのスペースを必要とする横方向支持構造物、座屈に対して補強される付随的な曲がり管及び補整装置及び高価な矩形ダクトを必要としている。現存のダストキャッチャーが大型サイクロンセパレータによって置き換えられる必要があれば、このダストキャッチャーは高炉ガス管と鋼構造に重要な改良を要する。高炉スロートからのガス管への、側面支持構造物用のスペースが不十分な場合が多い。これに関連して、高炉スロートからのガス管の支持体は、重い管の重量（重い耐火物ライニング）、考慮されるべき風の負荷（大きな直径）及び熱膨張（長さと温度の大きな相違）により決して問題のないことではないことも同様に指摘する必要がある。（２）に関しては、サイクロンセパレータに流入するガスは容器壁に高速で正面から当たり、これが摩耗を大きくすることになる点も説明上注意する必要がある。（３）に関しては、高炉オペレータは、大型サイクロンセパレータの予測分離特性値が観測されないことを特に恐れていると言わざるを得ない。このタイプのサイクロンセパレータの分離特性値はサイクロンセパレータの寸法と接線方向のガス流入によってのみ決定されるため、後日の分離特性値の改良はかなりのコストを要してのみ可能であることが分かる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従って、本発明の根底となる課題は、高い分離効率を有するが、予備収塵段階として大型サイクロンセパレータによる公知解決策の上記不具合がなく、あるいはこれらの不具合を僅かにだけにした、予備収塵段階を有する高炉ガス用ダスト排出設備を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、この課題は請求項１に係るダスト排出設備によって解決される。このダスト排出設備は公知のように予備収塵段階及び高精度収塵段階から構成されている。この予備収塵段階は、高炉からのガス管の末端が入り込む垂直圧力容器を備える大型サイクロンセパレータにより構成される。本発明によれば、高炉からのガス管を接続可能な高炉ガス用軸方向供給装置がその圧力容器の上端に設けられている。この軸方向供給装置は、高炉ガスを軸方向に圧力容器内に導入するように設計されている。ガイドブレードを備えた渦装置がその供給装置の下に配置される。その渦装置により、圧力容器に軸方向に導入された高炉ガスが圧力容器の軸の回りに渦を発生するように設計される。高炉ガス内にある粒子は遠心力によって圧力容器の外壁まで飛ばされ、この壁に沿って滑り落ちる。このような、高炉ガスの軸方向供給装置は、接線方向供給装置における高炉からのガス管への大型サイクロンセパレータの接続に比較して実質的に簡略化しているといえる。この管は上方から軸方向供給装置に接続可能であり、従ってサイクロンセパレータの上方で垂直に支持される。その結果、問題にならないとは云えない支持問題が非常に単純化される。個別支持構造物、付随曲がり管及び補整機、及び圧力容器の横方向接線接続用座屈に対する補強矩形ダクトがいらなくなる。さらに、流入領域の容器壁の摩耗が高炉ガスの軸方向導入により非常に軽減される。高炉ガスの渦運動は、容易に交換可能な損耗部品として設計可能なガイドブレードで起こされる。従って、本発明に係るダスト排出設備は、この設備の分離特性値が渦巻き用装置のガイドブレードへの修正により、つまりは許容コストでいつでも新しい条件に適合できる付加的な利点を有する。
【０００７】
予め浄化した高炉ガスは例えばサイクロンセパレータの下端から中央出口接続管により除去することができる。しかし、高炉ガスは後続の収塵段階に上から入る場合が多いから、中央出口接続管を介して予め浄化した高炉ガスを圧力管の上端から除去することが有利である。この場合、供給装置が、中央出口接続管周囲の圧力容器に終わる少なくとも上向きに並んだ２本の入口接続管を有するのが有利である。供給装置の入口管の本数が多ければ多い程、圧力容器内の渦形成装置への流入がより均一になる。高炉ガス管への接続のために供給装置が圧力容器外部にディストリビュータを有するのが有利である。このディストリビュータは、垂直上向きに整列された１本の接続管と下向きに整列された枝管から構成されている。高炉からのガス管は中央接続管に接続され、供給装置の入口管は枝管に接続される。そのため、高精度収塵段階は接続ラインによって圧力容器の中央出口接続管に接続可能である。その接続ラインはディストリビュータの２本の隣接枝管の間に案内されている。ディストリビュータは好ましくは軸方向に対称的に設計される。
【０００８】
圧力容器では、供給装置が、下向きに延びるテーパー付き入口ベルを有することが有利であり、その入口ベルを中央出口接続管が横断する。渦形成装置が取り付けられる環状ギャップはこの入口ベルの下端と圧力容器の壁との間に形成される。この入口ベルは中央出口接続管で有利に支持されて圧力容器と入口ベルが互いに別個に広げることができる。
ガイドブレードは、圧力容器の外壁のスリットを介して外部から渦形成装置内に有利に挿入され、それによりそのブレードを比較的容易に変えることができる。一つの有利な実施形態において、ガイドブレードの各々はその外側端部に取り付けプレートを有しており、このプレートは、圧力容器の壁で対応スリットを包囲するフランジ上に密封してネジ留めされている。ガイドブレードの内端は、渦形成装置を通過するガス流の逸失をできるだけ少量にするよう出口ベルの下端のスリットタイプ凹み内に導入できる。
本発明の例示実施形態は添付図面を参照して以下詳細に説明する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２に示された本発明に係る高炉ガス用ダスト排出設備の予備収塵段階は、１０で示された大型サイクロンセパレータで構成される。浄化すべき高炉ガスは、高炉スロート（図示せず）から直接到達する高炉ガス管１２を介して予備収塵段階に供給される。
この大型サイクロンセパレータ１０は垂直円筒圧力容器１４を備えている。圧力容器１４の下端はダストホッパー１６を形成し、このダストホッパー１６はロックユニット１８を介して公知方法で空にすることができる。図２は例えばシュート２０によりロックユニットを空にしてレールワゴンに移す方法を示している。
圧力容器１４の上端を図１及び図２に断面で示す。その上端はドームタイプのフード２４で気密にされている。図１に示したように、このフード２４は２本の周辺入口接続管２６、２８を有し、これら入口接続管２６、２８は圧力容器１４の中心軸３０に対称的に配置されている。圧力容器１４の中心軸３０と入口接続管２６の中心軸３２間の角度は約３０°である。
【００１０】
軸方向に対称的なディストリビュータを図１に３４で示す（ディストリビュータの対称軸は軸３０である）。このディストリビュータ３４はＹ管のような形状である。ディストリビュータ３４は下方に延びる２本の枝管３６、３８を有し、この枝管３６、３８はドームタイプのフード２４の入口接続管２６、２８及び垂直に上に延びる接続管４０に接続されている。後者の接続管４０は補整機４２及び必要なら遮断弁４４を介して高炉ガス管１２に接続されている。なお高炉ガス管１２は上支持フレームワーク４６に垂直に載っており、その上支持フレームワーク４６は下支持フレームワーク４８に載っており、その下支持フレームワーク４８は大型サイクロンセパレータ１０を保持するかあるいはその上端で横方向に支持される。しかし、高炉ガス管１２が圧力容器１４に垂直に直接取付けられることも可能である。
【００１１】
高炉ガスは基本的に接続管２６、２８を介して圧力容器１４内に軸方向に導入される。高炉ガスはここで下方に広がる入口ベル５０に当たる。この入口ベル５０は、環状ギャップ５６がこの入口ベル５０の下端５２と圧力容器の壁５４に形成されるように圧力容器１４の中央に配置される。構造を以下説明する渦形成装置５８は環状ギャップ５６に配置される。
渦形成装置５８により、環状ギャップ５６内に軸方向に導入された高炉ガスが圧力容器１４の軸３０の周りで渦巻く。高炉ガス内の粒子は遠心力により圧力で圧力容器１４の円筒外壁５４に向け飛ばされ、この外壁５４に沿って滑り下りる。それら粒子はここですでに説明したダストホッパー１６に達する。下方デフレクターベル５９で、ガス流が再度上向きにそらされ、圧力容器の中心軸３０と同軸に配置されている中央出口接続管６０内の入口ベル５０に達する中央出口接続管６０は気密状態で入口ベル５０を横断し、入口ベル５０はこの中央出口接続管６０でのみ支持される。ドーム状フード２４も同様に中央出口接続管６０が横断し、中央出口接続管６０は気密に、同時にドーム状フードに取付けられた管接続管６２を介して軸方向に移動可能で、それにより出口接続管６０がドーム状フード２４（図２参照）に対して自由に展開することができる。同様に、図２に示したように、中央出口接続管６０は、予め浄化された高炉ガスを高精度収塵段階（図示せず）に搬送するガス管６４にドーム状フード上で接続されている。上方からのこのガス管６４はディストリビュータ３４の２本の枝管３６、３８の間に案内される。
【００１２】
渦形成装置５８を図３及び図４を参照してより詳細にここで説明する。この渦形成装置５８は多数（例えば３０）のガイドブレード６６を備え、このガイドブレード６６は、約２０ないし４０％のオーバーラップと１５ないし３０°の入射角を有している。ガイドブレード６６の各々は圧力容器１４の壁５４のスリット６８を介して外側から渦形成装置５８内に挿入される。これらのスリット６８は各々、フランジ７２を支持するフレーム７０で壁５４の外側が包囲される。ガイドブレード６６は各々は、平面でも曲面でも可能なブレード７４と、フランジ７２に気密にネジ留めされる取付け用プレート７６から構成される。ガイドブレード７４は片持ちで取付け用プレート７６から圧力容器１４内に突出している。各ブレード７４の内側端部は入口ベル５０の下端５２の耐摩耗ライニング７９のスリット形態の凹み７８に全般的に隙間をもったまま導入されることができる。しかし、ガイドブレード６６と入口ベル５０との間は一定の機械的関係はなく、それにより後者の入口ベル５０は圧力容器１４に対して自由に展開することができる。ブレード７４、壁５４、入口ベル５０、ディフレクターベル５９、及びサイクロンセパレータ１０内の高炉ダストによってひどく摩耗を受ける他の全ての部品には勿論、例えばセラミック材料からなる耐摩耗ライニング７９が施される。
【００１３】
渦形成装置５８の重要な利点はブレード６６が個々に外側から変えることができることである。それらの装置５８は実際に外プラットフォーム８０から圧力容器１４から容易に引き出すかあるいは圧力容器１４内に押し込むことができる。ブレード７４のガイドウェブ８２はブレード７４をセンタリングできるようにすることによりフレーム７０への取付けを容易にする。最後に、壁５４内の十分大きなスリット６８では、異なった入射角δ、異なったオーバーラップ及び／又は異なった曲率のガイドブレード６６でも使用可能であることを注目する必要がある。これは、特にサイクロンセパレータ１０の分離特性が許容し得るコストで実質的に変えることができることを意味する。例えば、予備収塵段階からダストの亜鉛あるいは鉛含有量を低減しようとする高炉ガスオペレータは、サイクロンセパレータが約１６ｍｍ粒子サイズの下方分離限界を有するように再設計される渦形成装置５８を有することができる。従って、上記ダスト排出設備は、高炉ガスからのダスト排出の最適化のための新しい可能性を高炉オペレータに開く。
【００１４】
図５は公知のダストキャッチャー１００を備えた現存のダスト排出設備の予備収塵段階について本発明による興味ある改良の可能性を示している。図１ないし図４の大型サイクロンセパレータ１０と本質的に同じ大型サイクロンセパレータ１０’は、予め付属品を取り外したダストキャッチャー１００の切頭圧力容器１０２に軸方向に挿入される。大型サイクロンセパレータ１０’の頭部端部１０４だけが圧力容器１０２から突出している。この大型サイクロンセパレータ１０’の頭部端部は気密接続部１０６によって切頭圧力容器１０２の上部エッジに接続される。対照的に大型サイクロンセパレータ１０’の下部は圧力容器１０２内に軸方向に突出しており、その底部はダストホッパー１１６に入り込んだ開口１０８を有する。このダストホッパー１１６は公知のダストキャッチャー１００のダストホッパーにより構成されている。高炉スロートからのガス管１１２に対する支持構造物１１０はダストキャッチャー１００の圧力容器によって支持されている。この実施形態は既存のダストキャッチャーを完全に撤去する必要がなく、鋼構造物又はガス管に対する修正を最小限とすることができる重要な利点を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係る高炉ガス用ダスト排出設備の予備収塵段階の、一部断面で示した正面図である。
【図２】  ９０°だけオフセットした図１の正面図である。
【図３】  渦形成装置の断面図である。
【図４】  図３に係る渦形成装置の部分断面斜視図である。
【図５】  図１の予備収塵段階の、一部断面で示した正面図であり、大型サイクロンセパレータが現在のダストキャッチャーに取付けられている。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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