(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフト炉に取り付けられる、前後に貫通する送風流路を有する筒形の送風羽口部と、該送風羽口部の外周面に一端が固定され、他端が前記送風羽口部の前面よりも前方に突出する外挿管と、前記送風羽口部の前記送風流路の前端近傍に一端が固定され、他端が前記前面よりも前方に突出する内挿管とを備え、
前記外挿管と前記内挿管との間の空間に、耐火物を充填したことを特徴とするシャフト炉の送風羽口。
【請求項２】
前記外挿管及び前記内挿管が鋼製であることを特徴とする請求項１記載のシャフト炉の送風羽口。
【請求項３】
前記内挿管が、前記送風流路の前端における径と略同一の内径を有することを特徴とする請求項１又は２記載のシャフト炉の送風羽口。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属製錬、金属の溶融還元、あるいは金属含有物や廃棄物の処理等に用いられるシャフト炉に設けられた送風羽口に関し、特に、高炉の送風羽口や炭材充填層型溶融還元炉の下段羽口に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属製錬に用いられる高炉や金属の溶融還元炉等のシャフト炉においては、通常、炉頂部から原料及び燃料が装入され、炉下部に設置された送風羽口より空気などの酸素を含む気体が送風されて、炉内で燃料が燃焼することで発生する熱量により金属の還元やその他の物質の分解、さらに溶融といった諸反応が行われ、生成した溶融メタル及び溶融スラグが炉床部から排出される。
【０００３】
このようなシャフト炉においては、通常、炉頂部から装入される燃料としてコークスが用いられ、炉内ではこのコークスがスペーサーの役割を果たしている。即ち、鉄鉱石を製錬する高炉の炉内状況を示した図２によれば、高炉１０１の炉頂部から装入された鉄鉱石は、炉下部に設けられた複数の送風羽口１０２から炉内へ送風された空気あるいは酸素富化空気が鉄鉱石とともに炉頂部から装入されたコークスを燃焼して発生する高温還元性ガスにより、昇温、還元されて溶融する。高炉１０１ではこの鉄鉱石の溶融するゾーンを融着帯１０３と呼んでいる。そして、融着帯１０３以下のレベルでは、コークス充填層１０４が形成され、溶融メタル及び溶融スラグが図２の矢印ａで示すようにコークス充填層１０４の間隙を下方へ流れ落ちて炉床に溜まるのである。なお、図２中、符号１０５は頂層、１０６は塊状帯を示している。
【０００４】
ここで、シャフト炉の炉内温度は、送風羽口前のコークスの火点が最も温度が高く、ここで発生した高温還元性ガスが上昇するシャフト部では、上方へ行くほど高温還元性ガスと原燃料との熱交換により温度が低下している。また、送風羽口以下のレベルでは、溶融メタル及び溶融スラグが炉床へ流れることにより熱を伝えており、下方になるに従い温度は低下している。
【０００５】
特開平１０- ２６５８１５号公報に開示されているような多段の送風羽口を有するコークス充填層型溶融還元炉においても、炉頂部から装入されるコークスにより炉内にはコークス充填層が形成され、ここへ上下段の送風羽口から吹き込まれる酸素富化空気が送風されてコークスが燃焼し、炉頂部へ向けて高温還元性ガスが上昇することでシャフト部のコークスが昇温される。
【０００６】
このコークス充填層型溶融還元炉では、上段羽口から酸素富化空気の送風と共に鉄鉱石あるいは金属含有物が吹き込まれて昇温、還元が進行し、これが下段羽口前でコークスが燃焼して発生する熱により最終的に還元、溶融されて溶融メタル及び溶融スラグが発生する。図３に送風羽口近傍のシャフト炉内の概念図を示すが、送風羽口２０１の前においては、コークス充填層のコークス２０２の間隙を溶融メタル及び溶融スラグ２０３が流下して炉床へ溜まり、炉床への伝熱が図られる。
【０００７】
前述したように、シャフト炉の炉内温度は送風羽口前のコークスの火点が最も高いため、送風羽口は極めて過酷な熱負荷を受けている。このため、送風羽口は通常内部を水冷されており、その材質も伝熱の良い銅で形成されている。しかしながら、このような水冷によっても、溶融メタル及び溶融スラグが送風羽口に直接接触するような場合には、送風羽口の溶損を避けることはできず、溶損により冷却水が炉内へ流出する場合がある。このような場合、操業を中断して送風羽口を交換する必要がある。
【０００８】
シャフト炉では安定した操業が継続している間は炉内の伝熱も円滑に行われるが、前述のように操業を中断し送風を停止する場合には、送風羽口前でのコークスの燃焼が停止し、熱の発生がないために、炉内の温度は炉体からの抜熱により低下していく。このような操業の中断が長時間にわたり、炉内の、特に炉床部での温度が低下してしまった場合には、送風羽口からの送風を再開したときに炉内で生成した溶融メタル及び溶融スラグが炉床部で凝固してしまう場合がある。あるいは、凝固まで至らなくとも、温度低下により流体の粘性が極めて悪化し、通液性が悪くなってしまう。
【０００９】
このような場合には、送風羽口より上方のシャフト部あるいは送風羽口の近傍では新たな溶融メタル及び溶融スラグが生成して流下していくのに対し、炉床部では凝固物があるためそれら溶融物の流下が妨げられる。このため、炉床へ流下しきらない溶融メタル及び溶融スラグが送風羽口の前において滞留してしまう。このような滞留した溶融メタル及び溶融スラグが送風羽口に接触すると、送風羽口は過大な高温に曝される結果、送風羽口が溶損するという事態に陥る。
【００１０】
送風羽口がこのような溶損をするとき、溶融メタル及び溶融スラグは送風羽口の下方から接触するため、送風羽口の前面下部が溶損することになる。
炉内における送風羽口より下方のコークス充填層の通液性が悪化するのは当該部分の熱が不足するためであると考えられるが、送風羽口前での燃焼反応により発生する燃焼ガスは、通常、炉の上方にあるガス流出口へ流れるため、当該部分のコークスへ燃焼ガスから直接的に熱を供給することは困難である。従って、当該部分の温度を上昇させるためには送風羽口より上方で生成した溶融メタルあるいは溶融スラグが滴下して当該部分のコークスと接触することで熱供給をする必要がある。しかしながら、前述したように、滴下する溶融メタル及び溶融スラグは当該部分の通液性が悪いことから送風羽口の前で滞留してしまい、送風羽口の溶損を引き起こすことになる。
【００１１】
このような悪循環を断つために、従来は、送風羽口をシャフト炉から外してその炉内のコークス充填層へパイプなどを介して酸素を供給し、これによりコークスを燃焼させると共に溶融物の流路を形成した後に、再度送風羽口をシャフト炉に設置して送風を再開することで送風羽口前に溶融メタル及び溶融スラグが滞留するのを防いでいた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような溶融メタル及び溶融スラグが滞留するのを防止する処置を採っても、パイプによって供給された酸素によって形成された溶融物流路の通液性と送風羽口前へ流下してくる溶融メタル等の量とのバランスにより流下する溶融メタル及び溶融スラグの量が多い場合には、送風羽口前での溶融物の滞留が生じ、再度送風羽口の溶損が発生し、送風の再停止を余儀なくされていた。
【００１３】
従って、本発明は上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、送風を停止した後の、送風羽口より下方の炉床部での通液性の悪化に起因する溶損を効果的に防止することができるシャフト炉の送風羽口を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は送風羽口が炉内に滞留した溶融メタル及び溶融スラグにより溶損するときの操業条件や炉内の状況を考察、検討することにより、想到したものである。
すなわち、本発明のうち請求項１に係るシャフト炉の送風羽口は、シャフト炉に取り付けられる、前後に貫通する送風流路を有する筒形の送風羽口部と、該送風羽口部の外周面に一端が固定され、他端が前記送風羽口部の前面よりも前方に突出する外挿管と、前記送風羽口部の前記送風流路の前端近傍に一端が固定され、他端が前記前面よりも前方に突出する内挿管とを備え、前記外挿管と前記内挿管との間の空間に、耐火物を充填したことを特徴としている。
【００１５】
また、本発明のうち請求項２に係るシャフト炉の送風羽口は、請求項１記載の発明において、前記外挿管及び前記内挿管が鋼製であることを特徴としている。更に、本発明のうち請求項３に係るシャフト炉の送風羽口は、請求項１又は２記載の発明において、前記内挿管が、前記送風流路の前端における径と略同一の内径を有することを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。図１は本発明に係るシャフト炉の送風羽口の断面図である。
図１において、送風羽口１は、通常使用される銅製の送風羽口と同一構成の銅製の送風羽口部１０を備えている。この送風羽口部１０は、前後（図１における右左）に貫通する送風流路１１を有する、後方から前方に向けて漸次減少する外径を有する筒形に形成され、金属製錬に用いられる高炉（図示せず）の炉下部に打ちこみによって取り付けられるようになっている。また、送風羽口部１０には、羽口を冷却するための冷却水が通る冷却水用通路１３が形成されている。
【００１７】
そして、送風羽口部１０の外周面には、鋼製の外挿管２０が固定されている。この外挿管２０は、一端が送風羽口部１０の外周面に溶接により固定され、他端が送風羽口部１０の前面１４よりも前方に突出するようになっている。図１において、外挿管２０は後方から前方に向けて漸次減少する外径及び内径を有する円錐台側面形状を有するが、外径及び内径が一定である円筒形にしてもよい。
【００１８】
また、送風羽口部１０の送風流路１１の前端１２の近傍には、鋼製の内挿管３０が固定されている。この内挿管３０は、一端が送風流路１１の前端１２近傍に溶接により固定され、他端が送風羽口１０の前面１４よりも前方に突出して外挿管２０の前面と同一面に至るまで延びている。内挿管３０は、送風流路１１の前端１２における径と略同一の内径を有する円筒形である。
【００１９】
そして、外挿管２０と内挿管３０との間の空間には、送風羽口部１０の外周面及び前面１４を覆うように不定形耐火物４０が充填されている。この不定形耐火物４０は流し込み耐火物を流し込んで施工するのが簡便である。この流し込み耐火物の流し込みに際して、外挿管２０及び内挿管３０を送風羽口部１０に対して点付溶接で固定しておくと、流し込み耐火物を流し込んだときに一部が溶接部の隙間から流れ出ることで、外挿管２０と内挿管３０との間の空間全体に流し込み耐火物を充填するのに好適である。
【００２０】
不定形耐火物４０の材質は、炉内の溶融メタル及び溶融スラグに対する耐久性があるものであれば、いかなるものでも使用することができる。特に、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）と炭化珪素（ＳｉＣ）とで組成されるものが好適である。また、不定形耐火物４０中にステンレス製のファイバーを添加してもよい。これにより、送風羽口１を高炉の炉下部に打ち込む時に炉内のコークスに接触することにより生じる衝撃に対して強度を向上させることができる。なお、外挿管２０及び内挿管３０は、不定形耐火物４０を施工するときの型枠として機能のみならず、送風羽口１を高炉の炉下部に打ち込むときに、不定形耐火物４０が損傷、剥離するのを防止する機能をも有する。そして、外挿管２０及び内挿管３０は鋼製であるため、送風羽口１を高炉の炉下部に打ち込む時に炉内のコークスに耐火物４０、外挿管２０及び内挿管３０が接触することによる衝撃に対しての強度をより一層向上させることができる。
【００２１】
さらに、送風羽口部１０の外周面及び前面１４には、不定形耐火物４０を充填する前に予め複数の鋼製アンカー４１が設置されており、これら鋼製アンカー４１の周囲に不定形耐火物４０が充填される。これにより、不定形耐火物４０の強度が一層向上される。
なお、送風羽口部１０は、通常使用される送風羽口を利用できるので、予め耐熱金属を送風羽口部１０の前面１４や外周面に溶射しているものでもかまわない。本発明に係る送風羽口１の外挿管２０、内挿管３０、及び不定形耐火物４０は、後述するように、高炉の炉下部へ設置した後しばらくの間炉内の炉床部での通液性が悪い時期に炉内に滞留する溶融メタル及び溶融スラグに対して送風羽口部１０を保護する保護層であり、送風開始後しばらくの間に損耗してしまうが、上記のような耐熱金属があれば、不定形耐火物等が損耗後も送風羽口部１０の保護層として機能して通常の羽口と同程度の耐用が期待できる。
【００２２】
図１に示す送風羽口１を高炉の炉下部に設置すると、送風の停止時間が長時間にわたり、炉内の、特に炉床部での温度が低下し、炉床部での通液性が悪化しているときに、送風開始後生成した溶融メタル及び溶融スラグが流下して送風羽口１の前に滞留したときであっても、溶融メタル及び溶融スラグは外挿管２０、内挿管３０、及び不定形耐火物４０に接触し、これら溶融メタル及び溶融スラグが銅製の送風羽口部１０に直接接触することを防止することができる。このため、送風開始直後の送風羽口部１０の溶損を防止することができ、これに起因する送風の再停止を行うことがなくなる。従って、送風開始後生成した高温の溶融メタル及び溶融スラグの熱により炉床部の通液性の悪い箇所に滞留した溶融メタル及び溶融スラグの昇温が行われ、これにより溶融メタル及び溶融スラグの粘性が低下して炉床部での通液性を良化させることができる。
【００２３】
従来の送風羽口では、炉床部の通液性の悪い箇所に滞留した溶融メタル及び溶融スラグの昇温の前に送風羽口が溶損して送風の再停止を余儀なくされていたが、前述のようにすることで滞留した溶融メタル及び溶融スラグの昇温の前に送風羽口の溶損および送風の再停止を回避することができ、安定した操業の継続を可能とすることができる。
【００２４】
ここで、外挿管２０と内挿管３０との間に充填された不定形耐火物４０は、一旦炉床部での通液性が良好となれば、消失しても問題はなく、不定形耐火物４０の材質もある程度溶融メタル及び溶融スラグに耐用するものであればよい。
また、内挿管３０は、送風流路１１の前端１２における径と略同一の内径を有するので、送風流路１１から内挿管３０の内径を経て炉内に供給される送風が円滑に無駄なく行われる。
【００２５】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明はこれに限定されず、種々の変更を行うことができる。
例えば、送風羽口１が取り付けられるのは、金属製錬に用いられる高炉に限るものではなく、金属の溶融還元に用いられる溶融還元炉や金属含有物や廃棄物の処理等に用いられる他のシャフト炉であってもよい。
【００２６】
【実施例】
本発明の効果を検証するため、内容積１４０ｍ3 の２段羽口を有する金属製錬炉の下段羽口に図１に示す送風羽口１を使用した。
外挿管２０及び内挿管３０はＳＳ４００の鋼材を使用し、それぞれ送風羽口部１０の前面１４から５０ｍｍ突出させて送風羽口部１０の外周面および送風流路１１の前端近傍に点付溶接によって固定した。この外挿管２０と内挿管３０との間の空間に送風羽口部１０の外周面及び前面１４を覆うように、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）：１５重量％、炭化珪素（ＳｉＣ）：８５重量％の組成からなるものにステンレス製ファイバー（０．５ｍｍ四方Ｘ２５ｍｍ）を外付けで２重量部混合させた不定形耐火物４０を流し込んで乾燥養生させて、送風羽口１を準備した。
【００２７】
前述の金属製錬炉の操業において、２４時間以上の送風停止あるいは送風羽口の損傷により炉床部への浸水が生じたために羽口交換のために送風を停止した場合、送風開始後１日以内に下段羽口が溶損した回数は、従来の通常の送風羽口を使用した場合には１０回の内４回の頻度であったのに対し、図１に示す送風羽口１を使用した場合には皆無となった。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係るに係るシャフト炉の送風羽口によれば、シャフト炉に取り付けられる、前後に貫通する送風流路を有する筒形の送風羽口部と、該送風羽口部の外周面に一端が固定され、他端が前記送風羽口部の前面よりも前方に突出する外挿管と、前記送風羽口部の前記送風流路の前端近傍に一端が固定され、他端が前記前面よりも前方に突出する内挿管とを備え、前記外挿管と前記内挿管との間の空間に、耐火物を充填したので、送風の停止時間が長時間にわたり、炉内の、特に炉床部の温度が低下し、炉床部での通液性が悪化しているときに、送風開始後生成した溶融メタル及び溶融スラグが流下して送風羽口の前に滞留したときであっても、溶融メタル及び溶融スラグは外挿管、内挿管、及び不定形耐火物に接触し、これら溶融メタル及び溶融スラグが送風羽口部に直接接触することを防止することができる。このため、送風を停止した後の、送風羽口より下方の炉床部での通液性の悪化に起因する溶損を効果的に防止することができる。これにより、安定した操業の継続が可能となった。
【００２９】
また、本発明のうち請求項２に係るシャフト炉の送風羽口によれば、請求項１記載の発明において、前記外挿管及び前記内挿管が鋼製であるので、送風羽口をシャフト炉に取り付ける時に炉内のコークスに耐火物、外挿管及び内挿管が接触することによる衝撃に対しての強度を向上させることができる。
更に、本発明のうち請求項３に係るシャフト炉の送風羽口によれば、請求項１又は２記載の発明において、前記内挿管が、前記送風流路の前端における径と略同一の内径を有するので、送風流路から内挿管の内径を経て炉内に供給される送風を円滑に無駄なく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るシャフト炉の送風羽口の断面図である。
【図２】鉄鉱石を製錬する高炉の炉内状況を模式的に示す説明図である。
【図３】送風羽口近傍のシャフト炉内の概念図である。
【符号の説明】
１  送風羽口
１０  送風羽口部
１１  送風流路
１２  送風流路の前端
１３  冷却水用通路
１４  送風羽口部の前面
２０  外挿管
３０  内挿管
４０  不定形耐火物
４１  鋼製アンカー
１０１  高炉
１０２  送風羽口
１０３  融着帯
１０４  コークス充填層
１０５  頂層
１０６  塊状帯
２０１  送風羽口
２０２  コークス
２０３  溶融スラグ
【図１】
0003846177.tif 000002
【図２】
0003846177.tif 000003
【図３】
0003846177.tif 000004