JP5407460B2 - 内部水冷式高炉羽口 - Google Patents

Description

本発明は、内部水冷構造を有する内部水冷式高炉羽口に関し、高炉操業に際し、羽口内部への冷却水の供給方式を工夫することにより、羽口の保護、延命のみならず、羽口冷却に伴う高炉からの抜熱量の有利な低減を図ろうとするものである。

高炉内への送風は高炉羽口を介して行われる。この高炉羽口は、そのほとんどが熱伝導率の高い銅または銅合金で製作されている。かかる高炉羽口を介して、高温に熱せられた空気が炉内に吹き込まれ、また特に羽口先端部は炉内の高温雰囲気に直接曝されることから、高炉羽口は大きな熱衝撃を受ける。そのため、高炉羽口の破損防止や延命を図るために、羽口内部には高流速の冷却水を流して強制冷却を施している。

さらに、冷却水による羽口での熱損失抑制および吹込み燃料のアッシュ成分による摩耗防止などの目的を兼ねて、羽口の内周には、図１に示すように、断熱リング３を装着することがなされている。
上記した断熱リングの設置により、羽口内周は直接熱風と接触しなくなるため、羽口本体内周が受ける熱衝撃は軽減される。

一方、羽口外周においては、スラグや溶銑、レースウェイ内を旋回するコークス、さらには上部から降下してレースウェイに流れ込むコークスと直接接触するため、羽口先端部をを含む羽口外周の上側に、同じく図１に示すように、羽口硬化肉盛り層４を設けることもなされている。
しかしながら、交換後の羽口を観察すると、スラグとの反応による溶損、またコークスとの接触による摩耗などによって、羽口硬化肉盛り層が完全に損失している場合も多い。この場合には、羽口外周は高温に直接曝されることになり、大きな熱衝撃を受ける。
従って、羽口を保護するために、羽口外側における冷却は極めて重要である。

従来、羽口の冷却に関しては、一貫式と親子式の二通りの冷却方式が主流である。どちらの場合も、炉内高温部に近い先端部分では、羽口内側は冷却水流速が遅く、羽口外側は冷却水流速が速くなるような流路構造になっている。
親子式羽口では、羽口先端部と羽口胴部を別々の流路で冷却することができるため、一方の冷却水配管に何らかのトラブルが生じたとしても、もう一方の冷却流路を使用することにより、冷却不能に陥るおそれは小さい。しかしながら、一貫式羽口においては、羽口の冷却が完全に停止するため、減風や休風を余儀なくされ、高炉操業に支障が生じることになる。

一貫式羽口としては、例えば特許文献１，２に開示のものが知られている。
図２に、特許文献１に開示の羽口冷却水流路の展開図を示す。この冷却水流路は、一番高温に曝される羽口先端部における冷却水の流速が高速となる構造になっているため、羽口先端部の強冷却が可能である。

実開昭56-34847号公報 実開昭55-120747号公報

しかしながら、前掲特許文献１に開示の羽口では、羽口を一段の流路で冷却しているため、羽口の冷却を強化するためには、冷却流量を増加するしか方法がなく、この場合、羽口からの抜熱量が増大する不利がある。また、冷却水配管に何らかのトラブルが生じた場合には、羽口の冷却が停止するため、減風や休風せざるを得ない。

本発明は、上記の実情に鑑み開発されたもので、羽口の冷却流路を羽口内側と羽口外側の２段に分離して、それぞれ個別に制御することにより、羽口が受ける熱衝撃を、抜熱量の不要な増大を招く不利なしに、適切に緩和し、また冷却水配管に何らかのトラブルが生じた場合でも羽口の冷却が続行可能な内部水冷式高炉羽口を提案することを目的とする。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．内部水冷構造になる高炉羽口において、羽口の内周側に断熱リングを設け、かつ冷却水の流路を羽口の内側と外側とで分離した２階構造とし、該羽口の内側と外側の冷却水流量をそれぞれ個別に制御するとともに、該羽口の内側における冷却水を往復流として流す一方、該羽口の外側の冷却水を、まず羽口先端部に供給し、その羽口先端部から旋回流として、該羽口の内側よりも高速で流すことを特徴とする内部水冷式高炉羽口。

２．上記１において、羽口の外周側に硬化肉盛り層を設けたことを特徴とする内部水冷式高炉羽口。

本発明によれば、羽口内側の冷却と羽口外側の冷却をそれぞれ個別に制御できるので、炉況に応じた的確な羽口冷却が達成される。
また、羽口の内周および外周にそれぞれ、断熱リングや硬化肉盛り層を設置した場合、羽口が受ける熱衝撃が緩和されるため、その分冷却水量の低減が可能になり、その分羽口からの抜熱量を低減することができる。
さらに、羽口外周に設けた羽口硬化肉盛り層が損失したとしても、羽口外側のみ冷却水量を増やすことによって、羽口の保護および延命が可能となる。
またさらに、いずれかの冷却水配管がにトラブルが生じたとしても、もう一方の冷却流路を活用し、冷却能を高めることよって、羽口の冷却が続行可能となるので、減風や休風を回避することができる。

本発明に従う内部水冷式高炉羽口の断面図である。 特許文献１に開示の羽口冷却水流路の展開図である。 本発明に従う高炉羽口の羽口内側の冷却水流路の展開図である。 本発明に従う高炉羽口の羽口外側の冷却水流路の展開図である。 図３，４のＡ−Ａ′断面図およびＢ−Ｂ′断面図である。 図１のＣ−Ｃ′断面図である。 羽口１本当たりの平均抜熱量を比較して示したグラフである。

以下、本発明を具体的に説明する。
まず、図１により、本発明の内部水冷式高炉羽口の基本構造を説明する。図中、符号１で羽口本体を示し、２は内側と外側の冷却水流路の仕切り板、３は断熱リング、４は硬化肉盛り層、５は微粉炭吹込みランスである。そして、６で内側の冷却水流路を、７で外側の冷却水流路を示す。
さて、本発明では、上記したように、冷却水の流路を羽口内側（１階部分）と羽口外側（２階部分）で分離した２階構造とし、各階における冷却をそれぞれ個別に制御するのである。

まず、羽口内側での冷却水の供給要領を、図３，図５，図６を用いて説明する。図３は、羽口内側（１階部分）の冷却水流路の展開図であり、図中、符号６ａが冷却水の給水口、６ｂが排水口である。なお、７ａ，７ｂはそれぞれ、羽口外側（２階部分）の冷却水の給水口および排水口である。図５に、図３のＢ−Ｂ′断面を示す。また、図６は、図１のＣ−Ｃ′断面図である。
図３に示したように、羽口内側の冷却水流路６には、羽口の根本部から先端部方向に仕切り板６ｃが、開口部が根本部と先端部で交互になるように設けてある。従って、給水口６ａから供給された冷却水は、羽口の根本部と先端部の往復流として流れつつ（図６ご参照）、羽口の周りを一周して、図３，５に示すように、排水口６ｂから排出される仕組みになっている。
このように、羽口内側の冷却については、冷却水の流れを往復流として比較的低速で流す給水形態とすることが好ましい。

次に、羽口外側での冷却水の供給要領を、図４，図５，図６を用いて説明する。図４は、羽口外側（２階部分）の冷却水流路の展開図であり、図中、符号７ａが冷却水の給水口、７ｂが排水口である。図５に、図４のＡ−Ａ′断面を示す。
図４に示したように、羽口外側の冷却水流路７は、羽口の先端部から根本部に向けて仕切り板７ｃがらせん状に設けてあり、給水口７ａから供給された冷却水はまず、図５に示すように、羽口先端部に運ばれたのち、らせん状の仕切り板７ｃに沿って旋回流として羽口外側を流れ（図６ご参照）たのち、図４に示すように、排水口７ｂから排出される仕組みになっている。
このように、羽口外側の冷却は、羽口内側よりも熱負荷が大きいので、高速の旋回流として流す給水形態とすることが好適である。

本発明は、上述したように、冷却水の流路を羽口の内側と外側で分離した２階構造とし、各階における冷却をそれぞれ個別に制御して、羽口が受ける熱衝撃に応じた適量の冷却水を流すことにより、羽口からの抜熱量を最小限に抑制しつつ、羽口の保護、延命を図ることができる。
また、一方の冷却水配管に何らかのトラブルが生じたとしても、もう一方の冷却水量を増加することにより、羽口の保護を継続することができる。

さらに、本発明では、図１に示したように、羽口の内周側に断熱リング３を設けること、さらには羽口の外周側に硬化肉盛り層４を設けることが有利である。
例えば、羽口内周に断熱リングを設置した場合には、羽口内側が受ける熱衝撃が緩和されるので、羽口内側に流す冷却水量をその分減少させることができ、その結果、断熱リングの設置による抜熱量低減効果だけでなく、羽口冷却に伴う抜熱量の低減も可能となる。さらに、高断熱リングを設置した場合には、さらに冷却水流量を減少させることができ、より一層の抜熱量低減効果を得ることができる。
また、羽口外側に、硬化肉盛り層を設けた場合には、羽口外側が受ける熱衝撃が緩和されるので、羽口内側同様、羽口外側に流す冷却水量をその分減少させることができ、その結果、硬化肉盛り層の設置による抜熱量低減効果だけでなく、羽口冷却に伴う抜熱量の低減も可能となる。
そして、本発明の構造になる羽口は、休風の際にはいつでも交換可能である。

本発明に従う羽口を、内容積：3223 m³、コークス比：370 kg/t、微粉炭吹込み量：120 kg/t、還元材比：490 kg/tの高炉の奇数羽口（全羽口の半数）に適用した場合について説明する。この際、羽口内側には、羽口外側冷却水量より２割減の冷却水量を流した。また、適用羽口の半数には通常の断熱リングを装着し、残りの半数には高断熱リングを装着した。
定期休風の際に、上記した本発明の冷却構造になる羽口を奇数羽口に装着し、適用前後における羽口冷却水給水量および排水温度を測定して求めた羽口１本当たりの平均抜熱量について調査した結果を図７に示す。
同図から明らかなように、本発明に従う羽口を適用した適用した場合には、従来に比べて羽口１本当たりの抜熱量を低減することができた。特に高断熱リングを装着した場合には、より一層の抜熱量低減効果を得ることができた。

Claims (2)

1. 内部水冷構造になる高炉羽口において、羽口の内周側に断熱リングを設け、かつ冷却水の流路を羽口の内側と外側とで分離した２階構造とし、該羽口の内側と外側の冷却水流量をそれぞれ個別に制御するとともに、該羽口の内側における冷却水を往復流として流す一方、該羽口の外側の冷却水を、まず羽口先端部に供給し、その羽口先端部から旋回流として、該羽口の内側よりも高速で流すことを特徴とする内部水冷式高炉羽口。
2. 請求項１において、羽口の外周側に硬化肉盛り層を設けたことを特徴とする内部水冷式高炉羽口。

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