JP5181489B2 - 真空脱ガス設備の真空槽構造及び補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶鋼の精錬炉として使用されているＲＨ真空脱ガス装置やＤＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備の真空槽の構造、並びに、真空脱ガス設備の補修方法に関するものである。

鋼の高級化並びに用途の拡大化に伴って、近年、真空脱ガス精錬を必要とする鋼種は益々増加しており、製鋼精錬工程においては、ＲＨ真空脱ガス装置やＤＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備が広く使用されている。この真空脱ガス設備のうちで、ＲＨ真空脱ガス装置の真空槽は、天蓋を有する上部槽と、その下方に位置する下部槽とから構成され、下部槽には、溶鋼吸い上げ用及び溶鋼排出用の２本の浸漬管（上昇側浸漬管及び下降側浸漬管）が設けられている。上部槽及び下部槽の内面は耐火物で内張りされている。

このＲＨ真空脱ガス装置では、上昇側浸漬管及び下降側浸漬管をそれぞれ取鍋内の溶鋼中に浸漬させ、そして上昇側浸漬管の内部にＡｒガスなどの不活性ガスを吹き込むことで、溶鋼を上昇側浸漬管を通じて真空槽内に上昇させ、そして上昇した溶鋼を下降側浸漬管を通じて下方の取鍋内に戻し、これを繰返して溶鋼を環流させ、そして、真空槽内で溶鋼の脱ガス処理などの精錬を行っている。

ところで、このＲＨ真空脱ガス装置で精錬する場合、溶鋼と接するのは主として下部槽であり、従って下部槽の内張り耐火物層の溶損速度が大きい。そこで、下部槽については脱着式とし、溶損状況に応じて下部槽を上部槽から取り外し、別の下部槽を取り付けて操業の続行を可能としている。この場合にＲＨ真空脱ガス装置の操業休止時間は十数時間であり、それほどには長くならない。

一方、上部槽は、下部槽に比べて内張り耐火物層の溶損の程度は少ないものの、特に上部槽の下端部の内張り耐火物層は、精錬中に飛散する溶鋼スプラッシュやスラグが付着し、これらの付着物を溶解処理する際に発生する酸化鉄によって溶損が進行する。また、上部槽の側壁に溶鋼成分調整用の合金鉄や生石灰などのフラックスを投入するための原料投入口が設置されている場合には、投入される合金鉄などが衝突することによって原料投入口の対面の側壁耐火物が損傷することがある。従って、上部槽についても、下部槽に比べると頻度は少ないものの、定期的な補修を行っている。

しかしながら、この上部槽の内張り耐火物層の補修は、上部槽を現場に設置した状態のまま、上部槽の内部に足場を設置し、作業者が狭い上部槽の内部に入って先ず古い内張り耐火物層を解体除去し、その後、同じく上部槽の内部において耐火煉瓦を１つ１つ手積み施工して行くことにより行われている。内部に作業者が入ることから、上部槽の冷却期間が必要であり、また、上部槽内部は狭い空間であるために複数の作業者が同時に入って作業をすることは困難であり、そのために上部槽の補修には、１週間程度の長時間を要している。その間、ＲＨ真空脱ガス装置は操業停止しなければならず、製造工程を阻害する大きな原因の１つとなっていた。

上記説明は、ＲＨ真空脱ガス装置を例として説明したが、この問題は２分割方式の真空槽を有するＤＨ真空脱ガス装置においても共通して生じる問題である。

その対策として、ＲＨ真空脱ガス装置を、上部槽を２基有するツインベッセル（Twin Vessel）タイプとして構成し、その一方を稼動させ、他方をオフラインでの内張り耐火物層の施工とし、これによって操業停止時間を短縮するといった方法もあるが、この場合には上部槽２基分の空間が必要となるため、新規にＲＨ真空脱ガス装置を設置する場合でないと実現できないという問題点があり、また、２つの上部槽が必要であることから設備費が高価になるという問題点もある。

そこで、上部槽の補修時間を短縮するための手段が提案されている。例えば、特許文献１には、上部槽の内張り耐火物層を形成する煉瓦ブロックを、複数の耐火煉瓦を組み合せて予め炉外で形成しておき、補修すべき古い内張り耐火物層を解体除去した後、前記煉瓦ブロックを上部槽の周方向に繋いで施工して新規の内張り耐火物層を形成する方法が提案されている。また、特許文献２には、上部槽の内部に上方から装入可能であり、起伏、旋回及び進退自在なブレーカーを備えた、内張り耐火物層の表面に付着した地金・滓の除去或いは内張り耐火物層自体を打崩すことが可能な解体装置が提案されている。
特開２００５−４８２４０号公報 特開２００５−１４６３５６号公報

特許文献１及び特許文献２によって、上部槽を１基のみ有するＲＨ真空脱ガス装置における上部槽の補修時間は短縮されたが、特許文献１及び特許文献２ともに、補修すべき上部槽を現場に設置したままの状態で内張り耐火物層の補修を行うので、一括交換する下部槽に比べると、相変わらず長時間を必要とし、ＲＨ真空脱ガス装置の稼働率を低下させる主たる原因となっていた。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上部槽の内張り耐火物層の補修が必要であっても、極めて短い操業停止時間の間に、健全な内張り耐火物層を有する上部槽に交換することのできる、真空脱ガス設備の真空槽構造及び補修方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決するべく鋭意検討・研究を行った。その結果、上部槽の内張り耐火物層において補修が必要な箇所は、下部槽に流入する溶鋼のスプラッシュが飛散する上部槽の下端部分、具体的には下部槽との接合部から６００〜１０００ｍｍ程度上方までの部分、及び、上部槽の側壁に設置された原料投入口から投入される合金鉄などが衝突する、原料投入口からおよそ１５００ｍｍ下方側の、原料投入口に相対する側壁部分であり、その他の部分は定期的な補修は必要ないことが分かった。

そこで、これらの内張り耐火物層の損傷が激しい範囲を上部槽から分割できるように真空槽を構成し、その部分を熱間状態のままとして予めオフラインで内張り耐火物層を施工したものと交換することによって、上部槽の冷却期間、上部槽内での内張り耐火物層の解体・施工作業が不要となり、操業停止時間を大幅に短縮できるとの知見を得た。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る真空脱ガス設備の真空槽構造は、その側壁に設置される、金属Ａｌ及び／または合金鉄を投入するための原料投入口と、排気用ダクトとを有する上部槽と、溶鋼中に浸漬させる浸漬管を有し、溶鋼を保持するための下部槽と、前記上部槽と前記下部槽との間に設けられた、上部槽及び下部槽に対して脱着可能であり内張耐火物が設けられている中間槽と、を備え、２００トン以上の溶鋼を処理する真空脱ガス設備の真空槽構造であって、前記原料投入口の下端より１５００ｍｍ低い位置及びその下方に前記中間槽が存在し、前記中間槽は、下部側の第一中間槽と上部側の第二中間槽との上下２段に分割され、第一中間槽と第二中間槽とは脱着可能であることを特徴とするものである。

第２の発明に係る真空脱ガス設備の真空槽構造は、第１の発明において、前記第一中間槽の鉛直方向高さは６００〜１０００ｍｍであることを特徴とするものである。

第３の発明に係る真空脱ガス設備の真空槽構造は、第１または第２の発明において、前記第二中間槽の鉛直方向高さは、１２００〜１８００ｍｍであることを特徴とするものである。

第４の発明に係る真空脱ガス設備の補修方法は、第１ないし第３の発明の何れか１つに記載の真空槽構造を有する真空脱ガス設備において、補修を必要とする真空槽の部分を熱間状態で交換することを特徴とするものである。

本発明によれば、ＲＨ真空脱ガス装置などの真空脱ガス設備の真空槽において、下部槽は当然のこととして、従来の上部槽の部位であっても、内張り耐火物層の損傷の激しい部分を分割可能な構造としたので、その部分を熱間状態のままとして予めオフラインで内張り耐火物槽を施工したものと交換することが可能となり、その結果、上部槽の冷却期間、上部槽内での内張り耐火物層の解体・施工作業が不要となり、真空槽の内張り耐火物層の補修に際して、従来に比べて操業停止時間を大幅に短縮することが可能となる。

以下、本発明を図面に基づき具体的に説明する。図１は、本発明に係る真空槽を備えたＲＨ真空脱ガス装置の概略縦断面である。

図１に示すように、ＲＨ真空脱ガス装置１の真空槽５は、鉛直方向上方側から順に、上部槽６、第二中間槽７、第一中間槽８及び下部槽９の４つの部分で構成されている。これらの上部槽６、第二中間槽７、第一中間槽８及び下部槽９は、外殻を鉄皮１５とし、鉄皮１５の内部には、耐火煉瓦の施工された内張り耐火物層１６が形成されている。上部槽６は１基のみであり固定されていて移動できないが、上部槽６と第二中間槽７との接合部、第二中間槽７と第一中間槽８との接合部、及び、第一中間槽８と下部槽９との接合部は何れもフランジ構造となっており、これらの任意の位置で脱着可能な構造になっている。つまり、真空槽５から下部槽９のみを外すことも、下部槽９と第一中間槽８とを連結させた状態で外すことも、下部槽９と第一中間槽８と第二中間槽７とを連結させた状態で外すことも、何れも可能な構造となっている。当然ながら、下部槽９、第一中間槽８及び第二中間槽７を１つずつ外すことも可能である。

そして、上部槽６には、排気装置（図示せず）と接続する排気用のダクト１３、及び、真空槽５の内部に成分調整用合金鉄などを投入するための原料投入口１４が設けられ、下部槽９の下部には上昇側浸漬管１０及び下降側浸漬管１１が設けられている。上昇側浸漬管１０には環流用ガスを吹き込むための環流用ガス吹き込みノズル１２が設けられている。環流用ガス吹き込みノズル１２からは環流用ガスとしてＡｒガスなどの不活性ガスが上昇側浸漬管１０の内部に吹き込まれる構造となっている。尚、図１では環流用ガス吹き込みノズル１２を１本のみ記載しているが、上昇側浸漬管１０にはその円周方向に、１つの供給管から枝分かれした複数個の環流用ガス吹き込みノズル１２が、その吐出方向を上昇側浸漬管１０の中心部に向けた水平方向として設置されている。また、図１では環流用ガス吹き込みノズル１２の吐出方向を上昇側浸漬管１０の中心部に向けた水平方向としているが、上向きまたは下向きにする、若しくは中心に向かう方向から水平方向へ傾斜させた方向としてもよい。

このような構成のＲＨ真空脱ガス装置１において、転炉や電気炉などで精錬した溶鋼３を収容する取鍋２を真空槽５の直下に搬送し、昇降装置（図示せず）で取鍋２を上昇させ、上昇側浸漬管１０及び下降側浸漬管１１を取鍋２に収容された溶鋼３に浸漬させる。取鍋２には転炉や電気炉などにおける精錬で発生したスラグ４が一部混入し、溶鋼３の湯面を覆っている。そして、環流用ガス吹き込みノズル１２から上昇側浸漬管１０の内部にＡｒガスなどの不活性ガスを環流用ガスとして吹き込む。この環流用ガスの吹き込みに前後して、真空槽５の内部を、ダクト１３を介して排気装置で排気して真空槽５の内部を減圧する。真空槽５の内部が減圧されると、取鍋２に収容された溶鋼３は、環流用ガス吹き込みノズル１２から吹き込まれる環流ガスの気泡１７とともにガスリフトポンプの原理によって上昇側浸漬管１０を上昇して真空槽５に流入し、その後、下降側浸漬管１１を介して取鍋２に戻る流れ、所謂、環流を形成して、脱水素処理、脱窒素処理、脱炭処理などのＲＨ真空脱ガス精錬が施される。ＲＨ真空脱ガス精錬の末期には、原料投入口１４から金属ＡｌやＦｅ−Ｓｉなどの合金鉄が真空槽５を環流する溶鋼３に投入され、溶鋼３の成分調整が行われ、ＲＨ真空脱ガス精錬が終了する。

このようにして行われるＲＨ真空脱ガス精錬に基づき、本発明に係る真空槽５の各部位の高さ方向の最適な寸法が以下のように設定されている。

下部槽９は、真空槽５の内部を環流する溶鋼３と直接接触する部位であり、従って、下部槽９の鉛直方向高さ上端位置は、下部槽９と第一中間槽８との接合部に溶鋼３が侵入しないようにするために、環流する溶鋼３の湯面よりも若干（数十ｍｍ〜数百ｍｍ）高くする。この場合の溶鋼３の湯面位置は、気泡１７によって盛り上がった部位の高さではなく、溶鋼３が下部槽９と接触する位置の最高位置とする。

第一中間槽８は、ＲＨ真空脱ガス精錬中に飛散する溶鋼３のスプラッシュが付着したり、脱硫処理時に原料投入口１４から投入されるＣａＯ系脱硫剤が付着したりする部位である。付着した地金がＲＨ真空脱ガス精錬中に溶け落ちて溶鋼３に混入すると、溶鋼３の成分外れなどの問題を引き起こすので、この問題を防止するために、図示しないランスやバーナーなどから、酸素ガスを供給したりバーナー火炎を照射したりして地金の溶解処理が行われる。この地金溶解処理において生成される酸化鉄によって内張り耐火物層１６が損傷する。この地金の付着する範囲は、下部槽９の上端位置と下部槽内の溶鋼湯面位置との距離によっても変化するが、下部槽９との接合部から６００〜１０００ｍｍ望ましくは７００〜９００ｍｍとすれば十分であり、この範囲を第一中間槽８とすることが好ましい。

第二中間槽７は、溶鋼３の成分調整のために原料投入口１４から投入される金属Ａｌや合金鉄の衝突によって内張り耐火物層１６が損傷する部位である。原料投入口１４から投入される金属Ａｌや合金鉄の衝突する位置は、原料投入口１４の向かい側の、原料投入口１４の下端から１５００ｍｍ程度下がった位置から下方の部位である。従って、原料投入口１４の下端から１５００ｍｍ程度下がった位置を第二中間槽７の上端位置とすることが好ましい。

上部槽６の側壁に原料投入口１４が設置されたＲＨ真空脱ガス装置１において、原料投入口１４の下端から１５００ｍｍ程度下がった位置を、下部槽９の上端位置からの距離として求めると、２２００〜２４００ｍｍ程度となる。第一中間槽８の高さが６００〜１０００ｍｍであるので、第二中間槽７の高さとしては、１２００〜１８００ｍｍ、更には１３００〜１７００ｍｍとすることが好ましい。但し、ＲＨ真空脱ガス装置１の処理能力に応じてＲＨ真空脱ガス装置１の大きさが変るので、上記の位置関係は全てのＲＨ真空脱ガス装置には当てはまらないが、２００トン以上の溶鋼を処理するＲＨ真空脱ガス装置であれは、上記の位置関係で問題はない。

尚、第二中間槽７は、原料投入口１４が上部槽６の側壁に設置されている場合に発生する内張り耐火物層１６の損傷に対する対策であり、原料投入口１４が上部槽６の天蓋に設置されていて合金鉄などが鉛直方向に向けて投入される場合には、必要としない対策であり、この場合には、第二中間槽７は必要とせず、第一中間槽８のみで十分である。

この構成の真空槽５を備えたＲＨ真空脱ガス装置１において、真空槽５の内張り耐火物層１６を補修するに当たっては、次のような方法を採用することができる。

例えば、下部槽９を処理数に応じて定期的に交換し、下部槽９を２回交換する毎に第一中間槽８を交換し、下部槽９を４回交換する毎に第二中間槽７を交換する方法を採用することができる。それぞれの部位の交換は全て熱間状態で実施する。この場合、下部槽９、第一中間槽８及び第二中間槽７の全てが新品の内張り耐火物層１６で操業を開始したとすると、所定量の処理数を実施した後、第１回目の補修では、下部槽９のみを外し、予めオフラインで内張り耐火物層１６を施工した別の下部槽９と交換する。第２回目の補修では、下部槽９及び第一中間槽８を連結したまま、第一中間槽８と第二中間槽７との接合面で外し、予めオフラインで内張り耐火物層１６を施工し、組み立てられた下部槽９及び第一中間槽８を一括交換する。第３目の補修では、下部槽９のみを外し、予めオフラインで内張り耐火物層１６を施工した別の下部槽９と交換する。第４回目の補修では、下部槽９、第一中間槽８及び第二中間槽７を連結したまま、第二中間槽７と上部槽６との接合面で外し、予めオフラインで内張り耐火物層１６を施工し、組み立てられた下部槽９、第一中間槽８及び第二中間槽７を一括交換する。これ以降、上記に準じて交換する。外した下部槽９、第一中間槽８及び第二中間槽７には、適宜オフラインで内張り耐火物層１６が施工される。

また、下部槽９を処理数に応じて定期的に交換し、下部槽９と同時に第一中間槽８を交換し、下部槽９を２回交換する毎に第二中間槽７を交換する方法を採用することもできる。この場合、下部槽９、第一中間槽８及び第二中間槽７の全てが新品の内張り耐火物層１６で操業を開始したとすると、所定量の処理数を実施した後、第１回目の補修では、下部槽９及び第一中間槽８を連結したまま、第一中間槽８と第二中間槽７との接合面で外し、予めオフラインで内張り耐火物層１６を施工し、組み立てられた下部槽９及び第一中間槽８を一括交換する。第２回目の補修では、下部槽９、第一中間槽８及び第二中間槽７を連結したまま、第二中間槽７と上部槽６との接合面で外し、予めオフラインで内張り耐火物層１６を施工し、組み立てられた下部槽９、第一中間槽８及び第二中間槽７を一括交換する。これ以降、上記に準じて交換する。尚、第一中間槽８の内張り耐火物層１６の損傷が激しく、常に下部槽９及び第一中間槽８を一括交換する必要がある場合には、下部槽９及び第一中間槽８を一体的に構成し、上部槽６、第二中間槽７及び一体的に構成した下部槽の３分割方式としてもよい。

その他、上記に限ることなく、種々の組み合せによって内張り耐火物層１６の補修を実施することができる。

このように、本発明によれば、ＲＨ真空脱ガス装置１の真空槽５において、内張り耐火物層１６の損傷の激しい部分を分割可能な構造としたので、その部分を熱間状態のままとして予めオフラインで内張り耐火物層１６を施工したものと交換することが可能となり、その結果、上部槽６を冷却する必要がなく、また、上部槽内での内張り耐火物層１６の解体・施工作業が不要となり、真空槽５の内張り耐火物層１６の補修に当たり、従来に比べて操業停止時間を大幅に短縮することが可能となる。

尚、上記説明はＲＨ真空脱ガス装置１の真空槽５に関して説明したが、本発明はＲＨ真空脱ガス装置１の真空槽５にのみ適用されるものではなく、ＤＨ真空脱ガス装置の真空槽においても上記に沿って本発明を適用することができる。

２５０トンの溶鋼を処理する、図１に示すＲＨ真空脱ガス装置において本発明を適用した例を説明する。

下部槽の上部に鉛直方向高さが８００ｍｍの第一中間槽を設け、この第一中間槽の上部に鉛直方向高さが１５００ｍｍの第二中間槽を設けた。この場合、第二中間槽の上端位置は、上部槽の側壁に設けられた原料投入口の下端から１５００ｍｍの位置に相当した。

下部槽を１５００ヒート処理する毎に交換し、下部槽の交換と同時に第一中間槽を一括交換した。また、下部槽交換の２回毎に、第二中間槽までを一括交換した。

上部槽と下部槽とから構成される従来のＲＨ真空脱ガス装置では、上部槽の内張り耐火物層の補修におよそ７．５日（１８０時間）を費やしていたが、本発明を適用することによって１５時間で交換作業が終了し、大幅に操業停止時間を短縮することができた。

本発明に係る真空槽を備えたＲＨ真空脱ガス装置の概略縦断面である。

符号の説明

１ ＲＨ真空脱ガス装置
２ 取鍋
３ 溶鋼
４ スラグ
５ 真空槽
６ 上部槽
７ 第二中間槽
８ 第一中間槽
９ 下部槽
１０ 上昇側浸漬管
１１ 下降側浸漬管
１２ 環流用ガス吹き込みノズル
１３ ダクト
１４ 原料投入口
１５ 鉄皮
１６ 内張り耐火物層
１７ 気泡

Claims (4)

1. その側壁に設置される、金属Ａｌ及び／または合金鉄を投入するための原料投入口と、排気用ダクトとを有する上部槽と、
   溶鋼中に浸漬させる浸漬管を有し、溶鋼を保持するための下部槽と、
   前記上部槽と前記下部槽との間に設けられた、上部槽及び下部槽に対して脱着可能であり内張耐火物が設けられている中間槽と、を備え、２００トン以上の溶鋼を処理する真空脱ガス設備の真空槽構造であって、
   前記原料投入口の下端より１５００ｍｍ低い位置及びその下方に前記中間槽が存在し、
   前記中間槽は、下部側の第一中間槽と上部側の第二中間槽との上下２段に分割され、第一中間槽と第二中間槽とは脱着可能であることを特徴とする、真空脱ガス設備の真空槽構造。
2. 前記第一中間槽の鉛直方向高さは６００〜１０００ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の真空脱ガス設備の真空槽構造。
3. 前記第二中間槽の鉛直方向高さは、１２００〜１８００ｍｍであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の真空脱ガス設備の真空槽構造。
4. 請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の真空槽構造を有する真空脱ガス設備において、補修を必要とする真空槽の部分を熱間状態で交換することを特徴とする、真空脱ガス設備の補修方法。

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