特許 6040807 真空排気装置へのダスト付着防止方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6040807

(24)【登録日】2016年11月18日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】真空排気装置へのダスト付着防止方法

(51)【国際特許分類】

   C21C 7/10 20060101AFI20161128BHJP

   F27D 25/00 20100101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   C21C7/10 P

   C21C7/10 B

   F27D25/00

【請求項の数】2

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2013-45462(P2013-45462)

(22)【出願日】2013年3月7日

(65)【公開番号】特開2014-173114(P2014-173114A)

(43)【公開日】2014年9月22日

【審査請求日】2015年11月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006655

【氏名又は名称】新日鐵住金株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090697

【弁理士】

【氏名又は名称】中前 富士男

(74)【代理人】

【識別番号】100127155

【弁理士】

【氏名又は名称】来田 義弘

(74)【代理人】

【識別番号】100163267

【弁理士】

【氏名又は名称】今中 崇之

(74)【代理人】

【識別番号】100176142

【弁理士】

【氏名又は名称】清井 洋平

(72)【発明者】

【氏名】田中 康弘

(72)【発明者】

【氏名】菅野 浩至

【審査官】 國方 康伸

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−００７２０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５４−１２１９０８（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｃ ７／００− ７／１０

Ｆ２７Ｄ １７／００−９９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶鋼の減圧脱炭精錬における真空排気装置へのダスト付着を防止する方法であって、
前記真空排気装置稼動中に、該真空排気装置を構成するブースターに設けられている１箇所以上のベンド部の内面の一部もしくは全部、及び／又は、前記ブースターに設けられている１箇所以上のスロート部の内面の一部もしくは全部に対して洗浄水を噴射し、前記ベンド部に噴射する洗浄水の量Ｗ_Ｂ[ton/hr]を該ベンド部の内径Ｄ_Ｂ[ｍ]で除して規準化した規準化洗浄水量Ｗ_Ｂ／Ｄ_Ｂ[ton/(ｍ・hr)]と、前記スロート部に噴射する洗浄水の量Ｗ_Ｓ[ton/hr]を該スロート部の内径Ｄ_Ｓ[ｍ]で除して規準化した規準化洗浄水量Ｗ_Ｓ／Ｄ_Ｓ[ton/(ｍ・hr)]との総和が６００[ton/(ｍ・hr)]以下であることを特徴とする真空排気装置へのダスト付着防止方法。

【請求項2】

請求項１記載の真空排気装置へのダスト付着防止方法において、前記溶鋼が含Ｃｒ溶鋼であることを特徴とする真空排気装置へのダスト付着防止方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶鋼の減圧脱炭精錬に使用される真空排気装置の内部にダストが付着しないようにする方法に関する。

【背景技術】

【0002】

溶鋼の二次精錬では、取鍋の底部から不活性ガスを吹き込み、取鍋内の溶鋼を撹拌しながら、処理容器内を真空排気装置で減圧してＣＯガスを発生させ脱炭処理を行う減圧脱炭精錬が従来より行われている。溶鋼の脱炭時には、一般に溶鋼表面のＣＯガスが破泡してスプラッシュが発生し、地金（溶鋼）が飛散する。この地金が二次バーストを起こして細粒化する。細粒化した地金は、ダストとして排気ガスと共に真空排気装置内に随伴され、真空排気装置の内部に付着する。特に、吹酸脱炭では、溶鋼表面及び溶鋼内部からのＣＯガス生成量が多いため、真空排気装置内へのダスト随伴量も多くなる。
真空排気装置内では、エジェクターもしくはブースターから水蒸気が噴射されている。この水蒸気の一部が凝縮して水となり、真空排気装置内に付着したダストと混合する。水分を含んだダストは、脱炭処理中に、２００℃程度の高温排気ガスによって焼結され、真空排気装置内に固着する。脱炭処理を重ねるにつれて固着ダストが徐々に堆積していき、真空排気装置ダクトの閉塞による抽気能力の低下や真空到達度の悪化（Torr数の上昇）、真空引き時間の延長等が発生する。そのため、真空排気装置内部に固着したダストを取り除く清掃作業を頻繁に行わなければならず、稼動率の低下を招いている。

【0003】

そこで、真空排気装置の稼動率低下を改善する方法として、例えば特許文献１には、真空脱ガス処理終了後に系内圧力を大気圧まで復圧した後、ブースター、エジェクター、コンデンサーの各機器内部に高圧洗浄水を噴射し、各機器に付着したダストを除去する方法が開示されている。
また、特許文献２には、非脱ガス処理中に、洗浄水ノズルから洗浄水を噴出させて多段ブースター内に堆積したダストを押し流すと共に、脱ガス処理中に、コンデンサーの入口側及び出口側の横断面に水膜を形成して排気ガスに含まれているダストを捕捉する方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００２−２５４０４２号公報

【特許文献2】実開昭６３−５０８６５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１記載の方法では、脱ガス処理中に真空排気装置内に堆積したダストを、脱ガス処理後の自動洗浄により除去することで稼働率の向上を図っている。この方法の場合、真空排気装置内に付着したダストであれば、高圧洗浄水の噴射により洗い流すことは可能であるが、一度固着したダストを高圧洗浄水で除去する場合は、ダストの焼結度合、ダスト固着層の厚みや表面形状により、固着ダストを除去するのに適した洗浄水噴射角度あるいは噴射圧力が大きく変動する。しかし、特許文献１には、高圧洗浄水の噴射箇所に関する詳細な記載が無く、特許文献１記載の方法では一度固着したダストの完全除去は不可能であると共に、脱炭処理を重ねるにつれてダスト固着層が徐々に厚くなるという問題があることを本発明者等は発見した。
特に、含Ｃｒ溶鋼等のように吹酸脱炭処理を必要とする溶鋼を脱ガス処理する設備の場合、吹酸脱炭中の排気ガス量は非吹酸時に比べて約５倍となるため、ダスト発生量も多く、上記問題は、より深刻なものとなる。

【0006】

一方、特許文献２記載の方法は、脱ガス処理中に多段ブースター内に堆積したダストを、非脱ガス処理中に洗浄水で押し流すことを特徴の一つとしている。しかし、この方法は、特許文献１記載の方法と同様、多段ブースター内に固着したダストに対して有効ではない。また、特許文献２記載の方法は、脱ガス処理中にコンデンサーの入口側及び出口側に水膜を形成することで、排気ガスに含まれているダストを捕捉することを他の特徴としている。しかし、この方法は、コンデンサーより上流に配置されているブースターへのダスト固着に対して有効でなく、また水膜を通過したダストが、コンデンサーより下流に配置されているエジェクター等に付着するという問題がある。

【0007】

特許文献１及び２記載の方法は、脱ガス処理中に真空排気装置内に付着したダストを、脱ガス処理後に除去する点で効果をあげているが、脱ガス処理中に真空排気装置内にダストが付着しないようにすることはできない。また、特許文献２記載の方法は、コンデンサーより下流に配置されているエジェクター等にダストが付着するのを未然に防止する点において、ある程度効果をあげているが、コンデンサーより上流に配置されているブースターにダストが付着するのを未然に防止することはできない。
このように、コンデンサーより上流に配置されているブースターへのダスト付着を未然に防止する技術は未だ開発されていない状況にある。

【0008】

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、脱ガス処理中における真空排気装置内部、特にブースターへのダスト付着を未然に防止する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】

【0009】

上記目的を達成するため、本発明は、溶鋼の減圧脱炭精錬における真空排気装置へのダスト付着を防止する方法であって、
前記真空排気装置稼動中に、該真空排気装置を構成するブースターに設けられている１箇所以上のベンド部の内面の一部もしくは全部、及び／又は、前記ブースターに設けられている１箇所以上のスロート部の内面の一部もしくは全部に対して洗浄水を噴射し、前記ベンド部に噴射する洗浄水の量Ｗ_Ｂ[ton/hr]を該ベンド部の内径Ｄ_Ｂ[ｍ]で除して規準化した規準化洗浄水量Ｗ_Ｂ／Ｄ_Ｂ[ton/(ｍ・hr)]と、前記スロート部に噴射する洗浄水の量Ｗ_Ｓ[ton/hr]を該スロート部の内径Ｄ_Ｓ[ｍ]で除して規準化した規準化洗浄水量Ｗ_Ｓ／Ｄ_Ｓ[ton/(ｍ・hr)]との総和が６００[ton/(ｍ・hr)]以下であることを特徴としている。

【0010】

ここで、「ブースター」とは、溶鋼の脱炭処理に伴って発生する排気ガスを吸引する装置であって、ダクトの縮径部とその前後（上流、下流）のダクト部から概略構成されている。但し、コンデンサーより下流のダクト及びコンデンサー、エジェクター等の装置はブースターに含まない。
また、「ベンド部」は、ブースターに使用されるダクトで、曲がっている部位を指す。ベンド部の曲げ角度は、一般に１３５度以下である。「スロート部」は、ブースターに使用されるダクトの縮径部を指す。

【0011】

ダストの発生箇所から近く高温排気ガスが通過するブースターのベンド部とスロート部の各内面には、他の部位に比べてダストが大量に付着する。本発明では、真空排気装置稼動中、即ち脱ガス処理中に、ブースターのベンド部及び／又はスロート部の内面に対して洗浄水を噴射して、ベンド部及び／又はスロート部の内面にダストが付着しないようにすることで、ダスト固着層の形成を防止する。

【0013】

ここで、「ベンド部の内径Ｄ_Ｂ[ｍ]」は、ベンド部に接続されているダクトの内径を指す。但し、ベンド部の一方に接続されているダクトの内径と該ベンド部の他方に接続されているダクトの内径が異なる場合は、最小のダクト内径をベンド部の内径とする。また、「スロート部の内径Ｄ_Ｓ[ｍ]」は、縮径部のダクト内径を指す。

【0014】

規準化洗浄水量の総和が６００[ton/(ｍ・hr)]を超えると、真空排気装置へのダスト付着防止効果は発揮されるものの、真空排気装置内で多量の洗浄水が蒸発することによって多量の水蒸気が発生する。そのため、脱ガス処理に必要な高真空度である３Torr（４００Ｐａ）以下となるまでに長時間を要し、真空引き時間の延長を招く。

【0015】

また、本発明に係る真空排気装置へのダスト付着防止方法では、前記溶鋼が含Ｃｒ溶鋼であってもよい。
Ｃｒを含有する溶鋼は吹酸脱炭処理を必要とするので、ダスト発生量は非吹酸時に比べて格段に増加する。そのため、本発明の効果がより顕著となる。

【発明の効果】

【0016】

本発明に係る真空排気装置へのダスト付着防止方法では、真空排気装置稼動中に、ブースターのベンド部及び／又はスロート部の内面に対して洗浄水を噴射するので、真空排気装置へのダスト付着を未然に防止することができる。その結果、真空排気装置の洗浄作業が不要となり、稼働率の低下を来すことがない。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施の形態に係る真空排気装置へのダスト付着防止方法が適用される真空脱ガス装置の模式図である。

【図2】規準化洗浄水量の総和と真空引き時間との関係を示したグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0018】

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いて説明し、本発明の理解に供する。

【0019】

図１は、本発明の一実施の形態に係る真空排気装置へのダスト付着防止方法が適用される真空脱ガス装置を示したものである。本実施の形態では、ＶＯＤ（Vacuum Oxygen Decarburization）方式を例に採り、含Ｃｒ溶鋼の脱炭処理（減圧脱炭精錬）について説明するが、ＲＨ法、ＤＨ法、ＲＥＤＡ法等でもよいことは言うまでもない。

【0020】

本実施の形態における真空脱ガス装置は、取鍋１２が収容される真空容器１５と、ダクト１６を介して真空容器１５と接続され、真空容器１５から排出される排気ガスを冷却するガスクーラー１１と、ダクト１７を介してガスクーラー１１と接続され、排気ガスを吸引して真空容器１５内を減圧する真空排気装置１０とから大略構成されている。

【0021】

真空容器１５はピット１４内に設置されており、真空容器１５の蓋１５ａには、取鍋１２内の溶鋼に酸素含有ガスを吹き込むための吹酸ランス１３が装着されている。吹酸ランス１３は昇降装置（図示省略）を備えており、吹酸時には下降し、吹酸時以外は上昇して待機している。
真空排気装置１０は、上流側（排気ガスの吸入側）から下流側（排気ガスの吐出側）に向けて、ブースター２５、第１のコンデンサー２２、ダクト１８、３基の第２のコンデンサー２３及び第２のコンデンサー２３間に配設された一対のエジェクター２４を備えている。

【0022】

ブースター２５は、第１のスチームエジェクター１９、第２のスチームエジェクター２０、及び第３のスチームエジェクター２１、並びに各スチームエジェクター１９、２０、２１を連結するベンド部３３、３４、３５、３６、３７から構成されている。

【0023】

第１のスチームエジェクター１９は、排気ガスを吸入する吸入室４１と、吸入室４１内に設置された水蒸気ノズル（図示省略）と、吸入室４１と連結されたディフューザー４０とから構成されている。ディフューザー４０は、中央部の縮径部からなるスロート部３０と、スロート部３０の前後に設けられたテーパ部３８、３９とから構成されている。第１のスチームエジェクター１９は、水蒸気ノズルから水蒸気を噴射して吸入室４１の排気ガスを吸引混合し、ディフューザー４０の出口から放出する。
第２及び第３のスチームエジェクター２０、２１も、第１のスチームエジェクター１９と同様の構成及び機能を有している。

【0024】

なお、ダクト１７と第１のスチームエジェクター１９とはベンド部３３を介して連結され、第１のスチームエジェクター１９と第２のスチームエジェクター２０とはベンド部３４、３５を介して連結され、第２のスチームエジェクター２０と第３のスチームエジェクター２１とはベンド部３６、３７を介して連結されている。

【0025】

エジェクター２４もスチームエジェクター１９、２０、２１と同様の構成及び機能を有している。
また、コンデンサー２２、２３は、排気ガスに含まれているダストの捕捉及び水蒸気の冷却を行う。

【0026】

上記真空脱ガス装置では、ブースター２５及びエジェクター２４をそれぞれ稼動し、真空容器１５内を減圧して取鍋１２内の溶鋼の脱炭が行われる。ブースター２５及びエジェクター２４に供給される水蒸気の量及び圧力は、ブースター２５及びエジェクター２４に設けられた水蒸気調節弁（図示省略）により調節され、真空度の制御が行われる。ブースター２５及びエジェクター２４によって吸引された排気ガスは、最下流部に設置されたコンデンサー２３を通過した後、放散塔から排出される。

【0027】

以下、真空脱ガス装置による吹酸脱炭処理について詳細に説明する。
先ず、取鍋１２内に、例えばＣｒを２質量％以上含有する１００〜３６０ton、ここでは１１０〜１８０tonの含Ｃｒ溶鋼を受湯する。この取鍋１２を真空容器１５内に収容し、蓋１５ａをして真空容器１５を密閉する。そして、真空容器１５内を以下に説明するように排気して減圧し、脱炭処理を行う。脱炭処理中は、取鍋１２底部のポーラスプラグ（図示省略）より、不活性ガス、例えばアルゴンガス０．６〜１５．０ＮＬ／（min・溶鋼トン）を供給し溶鋼撹拌を行う。併せて、真空容器１５の蓋１５ａに取り付けた吹酸ランス１３より、酸素含有ガス、例えば酸素２〜４０Ｎｍ^３／（hr・溶鋼トン）を溶鋼上方から吹き付けて吹酸脱炭を行う。

【0028】

吹酸脱炭の末期、例えば真空容器１５内の真空度が１３kPa（１００Torr）になるまではエジェクター２４のみを稼動させて真空度制御を行う。４つのエジェクター２４は能力が異なっており、所望する真空度に応じてこれらを組み合わせて用いる。吹酸開始後の脱炭中には、真空容器１５内の真空度が１３kPa（１００Torr）〜４０kPa（３００Torr）となるように、真空度を制御する。吹酸脱炭終了後は、さらなる脱炭のため、ブースター２５を稼動させ、１３kPa（１００Torr）未満の高真空となるように真空度制御を行う。

【0029】

次に、上記真空脱ガス装置における真空排気装置１０へのダスト付着防止方法について説明する。
ブースター２５の内部には、ベンド部３３、３６の内面の一部もしくは全部、及びスロート部３０、３１、３２の内面の一部もしくは全部に対して洗浄水Ｂ１、Ｂ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３を噴射するための洗浄水ノズル（図示省略）が設けられている。具体的には、ベンド部３３の内面の一部もしくは全部に対して洗浄水Ｂ１が、スロート部３０の内面の一部もしくは全部に対して洗浄水Ｓ１が、スロート部３１の内面の一部もしくは全部に対して洗浄水Ｓ２が、ベンド部３６の内面の一部もしくは全部に対して洗浄水Ｂ２が、スロート部３２の内面の一部もしくは全部に対して洗浄水Ｓ３が、それぞれ噴射できるようになっている（図１参照）。

【0030】

吹酸脱炭開始と同時に、ブースター２５のベンド部３３、３６の内面の一部もしくは全部、及び／又はスロート部３０、３１、３２の内面の一部もしくは全部に対して洗浄水Ｂ１、Ｂ２、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の噴射を開始する。噴射する洗浄水の総量Ｗ[ton/hr]については、ベンド部３３、３６に噴射する洗浄水Ｂ１、Ｂ２の量Ｗ_Ｂ[ton/hr]をそれぞれベンド部３３、３６の内径Ｄ_Ｂ[ｍ]で除して規準化した規準化洗浄水量Ｗ_Ｂ／Ｄ_Ｂ[ton/(ｍ・hr)]の合計と、スロート部３０、３１、３２に噴射する洗浄水Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３の量Ｗ_Ｓ[ton/hr]をそれぞれスロート部３０、３１、３２の内径Ｄ_Ｓ[ｍ]で除して規準化した規準化洗浄水量Ｗ_Ｓ／Ｄ_Ｓ[ton/(ｍ・hr)]の合計の総和が６００[ton/(ｍ・hr)]以下となるようにするのが好ましい。
また、噴射する洗浄水の水圧は１．５MPa〜３．０MPa程度が好ましい。

【0031】

なお、ベンド部３３、３６の一方に接続されているダクトの内径とベンド部３３、３６の他方に接続されているダクトの内径が異なる場合は、最小のダクト内径をベンド部３３、３６の内径とする。例えば、ベンド部３６の場合、一方に接続されているダクトの内径Ｄ１と他方に接続されているダクトの内径Ｄ２を比べた場合、Ｄ１のほうが小さいので、ベンド部３６の内径はＤ１となる。

【0032】

以上、本発明の一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、上記実施の形態では、ブースターのベンド部のうち２箇所のみに洗浄水を噴射するようにしたが、他のベンド部あるいは全てのベンド部に対して洗浄水を噴射するようにしてもよい。また、上記実施の形態におけるブースターはベンド部を備えているが、複数のスチームエジェクターを直列配置としてベンド部が無い構成としてもよい。

【実施例】

【0033】

本発明の効果を検証するために実施した検証試験について説明する。
検証試験には、上述した真空脱ガス装置と同じ構成のものを使用した。
転炉より取鍋中に、Ｃｒを５質量％以上含有する１３０tonの含Ｃｒ溶鋼を受鋼し、この取鍋を真空容器に収容して密閉し、減圧を行った。減圧開始後、真空容器の蓋に取り付けた吹酸ランスより酸素ガスを３０００Ｎｍ^３／hrの速度で吹き付けることにより吹酸脱炭を実施した。

【0034】

試験ケースを表１に、規準化洗浄水量の総和と真空引き時間との関係を図２に示す。なお、真空引き時間は、５１チャージ目において、真空容器内の真空度を１００Torrから３Torrにするまでに要した時間である。また、表１の洗浄水噴射箇所は、ベンド部１箇所の場合はベンド部３３の内面全部、ベンド部２箇所の場合はベンド部３３、３６の各内面全部、スロート部１箇所の場合はスロート部３０の内面全部、スロート部３箇所の場合はスロート部３０、３１、３２の各内面全部とした。

【0035】

【表1】

【0036】

実施例１では、洗浄水噴射をブースターのベンド部１箇所だけに限定し、実施例２、３及び参考例では、洗浄水噴射をブースターのベンド部２箇所とスロート部３箇所として洗浄水噴射を実施した。また、実施例４では、洗浄水噴射をブースターのスロート部１箇所だけに限定して洗浄水噴射を実施した。なお、噴射する洗浄水の水圧は１．５MPa〜３．０MPaとした。
一方、従来例では、ブースターに対する洗浄水噴射を行わなかった。

【0037】

実施例１では、規準化洗浄水量の総和を３０ton/(ｍ・hr)としたところ、真空引き時間が２０分となった。
参考例では、規準化洗浄水量の総和を６００ton/(ｍ・hr)を超える６２０ton/(ｍ・hr)としたところ、真空引き時間が２５分となり、実施例１に比べて真空引き時間が長くなった。
実施例２では、規準化洗浄水量の総和を３７０ton/(ｍ・hr)としたところ、真空引き時間が２．３分と大幅に短縮された。
実施例３では、規準化洗浄水量の総和を６００ton/(ｍ・hr)としたところ、実施例１と同様、真空引き時間が２０分となった。
実施例４では、規準化洗浄水量の総和を４０ton/(ｍ・hr)としたところ、真空引き時間が１０分となり、実施例１に比べて真空引き時間が１／２になった。

【0038】

一方、従来例では、５０チャージ処理後において、真空排気装置内のダスト固着が著しく、１２０分以上、真空引きを行っても所定の真空度に達しなかった。そのため、途中で真空排気装置を停止したが、真空度の時間変化から真空引き時間を推定したところ、６００分であった。

【符号の説明】

【0039】

１０：真空排気装置、１１：ガスクーラー、１２：取鍋、１３：吹酸ランス、１４：ピット、１５：真空容器、１５ａ：蓋、１６、１７、１８：ダクト、１９：第１のスチームエジェクター、２０：第２のスチームエジェクター、２１：第３のスチームエジェクター、２２：第１のコンデンサー、２３：第２のコンデンサー、２４：エジェクター、２５：ブースター、３０、３１、３２：スロート部、３３、３４、３５、３６、３７：ベンド部、３８、３９：テーパ部、４０：ディフューザー、４１：吸入室、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｂ１、Ｂ２：洗浄水、Ｄ１、Ｄ２：内径

【図1】

【図2】