JP2000046480A

JP2000046480A - 転炉の副原料投入シュート

Info

Publication number: JP2000046480A
Application number: JP10214524A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Tanaka; 達夫田中; Kaoru Komuro; 馨小室
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-07-29
Filing date: 1998-07-29
Publication date: 2000-02-18

Abstract

(57)【要約】【課題】従来の転炉の副原料投入シュートは、水冷式
であったため、補修コストが嵩むとととに、転炉稼働率
の低下を余儀なくされてきた。【解決手段】従来の副原料投入シュートの板厚の５〜
10倍程度の厚さを有する厚肉の鋳物材からなり、シュー
ト本体部11、セルフライニング部12および縦ライニング
部13を有し、さらに、冷却構造を有さない副原料投入シ
ュート10である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

〔発明の詳細な説明〕

【０００２】

【従来の技術】転炉を用いた製鋼工程では、転炉炉口の
周囲は、吹錬中の約1400〜1500℃の転炉ガスや転炉内に
収容された溶鋼からの直接の輻射熱を受ける。そのた
め、転炉炉口の周辺に配置される転炉ガス回収フード、
スカートさらには副原料投入シュート等は、いずれも、
熱損傷を防止するために水冷式の防熱構造とされてき
た。

【０００３】図６は、転炉炉口の周辺に配置された転炉
ガス回収フードおよび副原料投入シュートの設置状況の
一例を、簡略化して示す縦断面図である。

【０００４】同図に示すように、切出ホッパ１により定
量切り出された副原料２（図示例では、一辺の長さが約
40mmの立方体状のFe−Mn鉱石を例にとる。) は、副原料
投入シュート３を介して、転炉４内に投入される。この
ため、副原料投入シュート３は、その先端部3aを転炉４
の上部に設けられた転炉ガス回収フード５の内部に突出
させて、配置される。このため、副原料投入シュート３
の先端部3aは、転炉ガス回収フード５の内部における14
00℃以上の転炉ガスＧと、吹錬時の輻射熱とにより、常
時、酸化性かつ高温 (約1500℃) の雰囲気に晒される。
したがって、副原料投入シュート３には優れた熱間強度
が要求される。

【０００５】また、副原料投入シュート３は、その先端
部3aに、吹錬時に飛散する地金６が付着することによ
り、大きな熱衝撃を受ける。このため、副原料投入シュ
ート３には優れた耐熱衝撃性も要求される。

【０００６】このため、従来の副原料投入シュート３
は、板厚が９mm程度の圧延鋼板(SS)を素材とした管体
に、その長手方向への冷却水流路 (図示しない。) を内
蔵した３重管構造の水冷式の防熱構造とされ、熱亀裂や
熱衝撃に対する対策とされてきた。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかし、副原料投入シ
ュート３の内面3b、特に中央部から下部にかけての内面
3bには、切出ホッパ１から秤量されて切り出された副原
料２が落下して衝突する。前述したように、副原料２が
Fe−Mn鉱石の場合には、切出ホッパ１から、一辺の長さ
が約40mmの立方体状のFe−Mn鉱石が総量で100kg 以上、
まとめて切り出される。

【０００８】このため、副原料２の落下荷重による衝撃
や、副原料２が転がることによっても、その内面3bに亀
裂、摩耗さらには変形が発生してしまう。副原料投入シ
ュート３に内蔵された冷却水流路を循環する冷却水が、
内面3bに発生した亀裂等から漏洩すると、水蒸気爆発の
ような重大な事故が発生してしまう。

【０００９】このため、これまでは、2000〜4000チャー
ジ程度毎に副原料投入シュート３の内周面の補修を確実
に行う必要があった。したがって、副原料投入シュート
３の補修コストが嵩んでしまうとととに、副原料投入シ
ュート３の脱着回数の増加による転炉稼働率の低下が生
じていた。

【００１０】なお、通常は９mm程度である副原料投入シ
ュート３の板厚を、従来よりも増加することにより、簡
単に副原料投入シュート３の寿命を延長して脱着回数を
低減できるのではないかと一見考えられる。しかし、副
原料投入シュート３は、前述したように、内部に冷却水
流路を有する３重管構造の水冷構造であるため、板厚を
増加すると熱交換効率が低下してしまい、熱間強度や耐
熱衝撃性を維持することができなくなってしまう。

【００１１】ここに、本発明の目的は、優れた熱間強
度、優れた耐熱衝撃性、優れた耐衝撃荷重性および
耐転動摩耗性を有し、水冷を行う必要がない転炉の副
原料投入シュートを提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】従来の水冷式の副原料投
入シュート３は、内部を水冷する構造であるために熱交
換効率の観点から、板厚を10mm超に設定することができ
ない。このため、副原料２の落下荷重による衝撃や、副
原料２の転動により、その内面に亀裂、摩耗さらには変
形が発生すると、早期に冷却水漏れを生じてしまう。

【００１３】また、冷却水漏れが発生した場合には、漏
洩部に溶接を行って補修を行うことになるが、この溶接
部が比較的短時間で破損し、やはり冷却水漏れを生じて
しまう。

【００１４】そこで、本発明者は、従来とは発想を全く
変更して、副原料投入シュートを非水冷式にすることが
できないか検討した。副原料投入シュートを非水冷式に
することができれば、熱交換効率を考慮する必要がなく
なるため、副原料投入シュートの板厚を増加してその耐
衝撃荷重性および耐転動摩耗性をともに向上することが
できる。

【００１５】その結果、本発明者は、例えば鋳鉄(FCD、
FC) または鋳鋼(SC)といった鋳物材により、従来の副原
料投入シュートの板厚の５〜10倍程度の厚さで副原料投
入シュートを形成することにより、副原料投入シュート
が、優れた熱間強度、優れた耐熱衝撃性、優れた
耐衝撃荷重性および優れた耐転動摩耗性をいずれも有
することを知見し、さらに検討を重ねて、本発明を完成
した。

【００１６】ここに、本発明の要旨とするところは、厚
肉の鋳物材からなることを特徴とする転炉の副原料投入
シュートである。ここで、「厚肉」とは、従来の副原料
投入シュートの板厚の５〜10倍程度の厚さを有すること
を意味し、例えば、40〜100mm 程度の厚さを有すること
を意味する。

【００１７】上記の本発明にかかる転炉の副原料投入シ
ュートは、例えば水冷構造等の自己冷却構造を有さな
い。これらの本発明にかかる転炉の副原料投入シュート
では、鋳物材が、鋳鉄または鋳鋼であることが、例示さ
れる。

【００１８】さらに、これらの本発明にかかる転炉の副
原料投入シュートでは、さらに、(i) 投入される副原料
が接触する内周面に、副原料の投入方向と交差する方向
へ突起状に形成された１または２以上のセルフライニン
グ部、および、(ii)投入される副原料が接触する内周面
に、副原料の投入方向と略平行な方向へ突起状に形成さ
れた１または２以上の縦ライニング部の一方または双方
を有することが、耐用性を向上するためには望ましい。

【００１９】これらの本発明において、「鋳鉄」とは、
例えばJIS G 5502により規定される球状黒鉛鋳鉄(FCD)
や、JIS G 5501により規定されるねずみ鋳鉄(FC)を包含
し、「鋳鋼」とは、JIS G 5101により規定される炭素鋼
鋳鋼(SC)を包含する。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる転炉の副原
料投入シュートの実施形態を、添付図面を参照しなが
ら、詳細に説明する。

【００２１】図１は、本実施形態の副原料投入シュート
10の構造を、一部を破断した状態で示す説明図である。
また、図２は、この副原料投入シュート10の二面図であ
って、図２(a) は正面図、図２(b) は中心線より上半分
が側面図、下半分が縦断面図である。

【００２２】本実施形態の副原料投入シュート10は、シ
ュート本体部11と、セルフライニング部12と、縦ライニ
ング部13およびフランジ部14とを有し、球状黒鉛鋳鉄(F
CD)により一体に、かつ冷却水流路を有さずに構成され
る。以下、これらの構成要素について順次説明する。

【００２３】(シュート本体部11)シュート本体部11は、
図１に示すように、所定の内径を有する管体の一方の端
部側を斜めに切断することにより得られる形状を、有す
る。この先端の端面11aは、図２(a) に示すように、楕
円環状に形成されるが、その長径ａおよび短径ｂそれぞ
れの大きさは、この副原料投入シュート10の設置形態等
を勘案して、適宜決定される。

【００２４】また、このシュート本体部11には、従来設
けられていた冷却水流路は形成されていない。そのた
め、熱交換効率を考慮してシュート本体部11の肉厚を設
定する必要がない。そこで、本実施形態では、このシュ
ート本体部11の肉厚t₁を、圧延鋼材を素材とし９mm程度
の肉厚に形成された従来のシュート本体部の板厚の、５
〜10倍程度に設定した。５倍未満であると、熱間強度等
が不足してしまい、一方10倍超であるとコストおよび重
量がともに増加してしまう。

【００２５】（セルフライニング部12）シュート本体部
11の内周面の一部であって投入される副原料が衝突する
部分には、図１および図２中に白抜き矢印で示す投入方
向と略直交する方向に、３つのセルフライニング部12a
、12b および12c が互いに所定距離だけ離れて平行に
突起状に設けられる。

【００２６】これらのセルフライニング部12a 〜12c
は、シュート本体部11の内周面の全てに環状に形成する
必要はなく、投入される副原料が接触する範囲に形成す
ればよい。本実施形態では、シュート本体部11の内周面
の最下部を中心として、内周面全周の略1/4 の範囲に形
成した。

【００２７】セルフライニング部12a 〜12c の高さ、形
状、設置数、設置間隔さらには設置範囲等は、投入され
る副原料の量、形状さらには材質等に応じて、適宜決定
すればよい。

【００２８】シュート本体部11の内周面に投入された後
に粉砕された副原料の鉱石が、これらのセルフライニン
グ部12a 〜12c に堆積し、堆積後に投入される副原料の
鉱石と衝突する。これにより、シュート本体部11の内周
面への副原料の鉱石の衝突力が低減され、シュート本体
部11の内周面の摩耗が低減される。このようにして、セ
ルフライニング部12a 〜12c を形成することにより、シ
ュート本体部11の内周面における耐衝撃荷重性および耐
転動摩耗性がさらに向上する。

【００２９】(縦ライニング部13)シュート本体部11の内
周面の一部には、投入される副原料の投入方向と略平行
な方向へ突起状に、縦ライニング部13が設けられる。縦
ライニング部13を形成することにより、シュート本体部
11の軸方向に関する曲げ強度が増加し、耐熱衝撃性や耐
衝撃荷重性を向上することができる。これにより、発生
した亀裂の先端に作用する応力が低減され、肉厚方向に
貫通する貫通亀裂がたとえ発生しても、その亀裂進展性
が顕著に抑制される。したがって、シュート本体部11の
耐用性を向上することができる。

【００３０】なお、本実施形態では、縦ライニング部13
を一列だけ設けたが、複数列設置することにより、シュ
ート本体部11の軸方向に関する曲げ強度をさらに大きく
することもできる。

【００３１】(フランジ部14)シュート本体部11の後端部
には、フランジ部14が設けられる。このフランジ部14
は、切出ホッパ側に設けられたフランジ部 (図示しな
い。) に当接されて、例えば締結等の適宜手段により固
定される。

【００３２】(材質：球状黒鉛鋳鉄)本実施形態では、こ
の副原料投入シュート10の各部は、炭素含有量が3.2 重
量％以上3.6 重量％以下の球状黒鉛鋳鉄(FCD) を用いて
鋳造により一体に構成される。この球状黒鉛鋳鉄は、含
有炭素成分が多く、かつ球状に晶出しているため、貫通
亀裂が発生しても緩衝効果を奏する。このため、亀裂伝
播が緩和され、貫通亀裂が発生しても亀裂同士がつなが
り難くなり、シュート本体部11の耐用性が向上する。ま
た、球状黒鉛鋳鉄は、炭素分を多く固溶し、自己潤滑作
用を有するため、耐摩耗効果も高い。このようにして、
本実施形態の副原料投入シュート10は、充分な耐衝撃荷
重性および耐転動摩耗性をともに有する。

【００３３】また、このシュート本体部11の板厚t₁は、
従来の圧延鋼材製の副原料投入シュートの板厚の５〜10
倍程度に設定してある。このため、本実施形態の副原料
投入シュート10は、充分な熱間強度および耐熱衝撃性を
有する。

【００３４】本実施形態の副原料投入シュート10は、通
常の鋳造法により製造される。これにより、セルフライ
ニング部12や縦ライニング部13を、シュート本体部11へ
簡単に設けることができる。なお、本実施形態の副原料
投入シュート10は、遠心鋳造法によりシュート本体部11
およびフランジ14を形成した後に、適宜手段により、セ
ルフライニング部12および縦ライニング部13を形成する
ようにしてもよい。

【００３５】図３は、本実施形態の副原料投入シュート
10の内周面における亀裂の発生状況を、模式的に示す説
明図である。図３にも示すように、この本実施形態の副
原料投入シュート10では、板厚を従来の５〜10倍程度に
設定したために、副原料の転動摩耗に強く、変形が少な
い。

【００３６】また、この本実施形態の副原料投入シュー
ト10は、優れた熱間強度を有するものの、酸化性かつ高
温 (約1500℃) の雰囲気に常時晒されるという過酷な環
境下で使用されるために、その内周面に大きな熱損傷を
不可避的に受ける。そのため、内周面には、図示するよ
うな亀甲状の亀裂16が厚さ方向へ多数発生する。そのう
ちの一部は、厚さ方向に貫通した貫通亀裂16a となる。
貫通亀裂16a が発生した内周面を鉱石が転動することに
より、貫通亀裂16a の先端から剥離し、ノコギリ状段差
が発生する。

【００３７】しかし、この貫通亀裂16a は凸状に形成さ
れた縦ライニング部13にその伝播を抑止されるため、各
貫通亀裂同士は繋がらない。このため、本実施形態の副
原料投入シュート10は、変形し難く、シュート本体部11
の損壊が防止される。そのため、本実施形態の副原料投
入シュート10は、摩耗により肉厚が限界値に達するまで
の長期間にわたって、使用することができる。

【００３８】このように、副原料投入シュート10を球状
黒鉛鋳鉄により形成するとともに、シュート本体部11の
板厚を従来の５〜10倍程度とすることにより、優れた
熱間強度、優れた耐熱衝撃性、優れた耐衝撃荷重性
および耐転動摩耗性をいずれも有し、非水冷構造であ
っても、副原料投入シュートとして充分な耐用性を有す
る。

【００３９】したがって、本実施形態の副原料投入シュ
ート10によれば、冷却水の漏洩のおそれがなくなり、副
原料投入シュート１の補修コストの低減と、転炉稼働率
の向上とを、ともに図ることが可能となる。

【００４０】なお、図３に例示するように、亀甲状の亀
裂16は、その発生間隔および発生深さが、いずれも先端
側になる程、大きくなる。これは、先端側になる程、高
温に常時晒されておりクリープ現象が発生するととも
に、地金の付着や剥離に起因した熱衝撃が大きいためで
あると考えられる。

【００４１】

【実施例】さらに、本発明にかかる副原料投入シュート
の実施例を、詳細に説明する。本実施例では、縦ライニ
ング部13を有さないこと以外は、図１〜図３に示す実施
形態の副原料投入シュート10と同一の構造を有する副原
料投入シュートを、転炉上部に設置して、9000チャージ
の吹錬を行った。

【００４２】本実施例では、セルフライニング部12a 〜
12c それぞれの高さは、40mmであった。なお、図２(a)
における長径ａは1524mmであり、短径ｂは816mm であっ
た。また、シュート本体部11の先端部からセルフライニ
ング12a 設置部までの距離は2040mmとし、セルフライニ
ング12a 設置部からフランジ14までの距離は390mm とし
た。さらに、シュート本体部11の内径は1200mmとした。

【００４３】そして、9000チャージの吹錬後におけるシ
ュート本体部11の内周面の損傷状況を、観察した。シュ
ート本体部11の先端部から1000mmの範囲の内周面には、
前述した図３に示すような亀甲状の割れ16が多数発生し
た。また、シュート本体部11の先端部から600mm の範囲
の内周面には、貫通亀裂16a も発生した。亀裂長は、35
0mm 程度であった。

【００４４】また、9000チャージまでの累積チャージに
おける、シュート本体部11の先端の端面11a における変
形量と、貫通亀裂長さおよび残存 (最短) 長さとを測定
した。累積チャージと変形量と関係を図４にグラフで示
し、累積チャージと貫通亀裂長さおよび残存 (最短) 長
さとの関係を図５にグラフで示す。

【００４５】図４から、シュート本体部11の下端におけ
る変形が、縮み方向に発生したことがわかる。したがっ
て、使用後のシュート本体部11を上方に引き抜いて、取
り替えることができる。また、変形比率が断面積で約30
％になると、鉱石がシュート本体部11の内部で詰まる現
象である「棚吊」が発生することが、経験的に知られて
いるが、図４に示すグラフから、9000チャージ経過時に
おいても、棚吊が発生しないことも、わかる。

【００４６】さらに、図５に示すグラフから、9000チャ
ージ経過時においても、残存 (有効) 板長さが約100mm
存在し、熱間強度上も問題なく使用できることもわか
る。したがって、本実施例の副原料投入シュート10によ
っても、無補修で9000チャージ程度の耐用性を有するこ
とが分かる。

【００４７】さらに、縦ライニング部13を設けることに
より、貫通亀裂の先端の応力を低減することができるた
め、亀裂進展をさらに抑制することができる。

【００４８】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
り、優れた熱間強度、優れた耐熱衝撃性、優れた
耐衝撃荷重性および耐転動摩耗性を有し、水冷を行う
必要がない転炉の副原料投入シュートを提供することが
できた。かかる効果を有する本発明の意義は、極めて著
しい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施形態の副原料投入シュートの構造を、一部
を破断した状態で示す説明図である。

【図２】実施形態の副原料投入シュートの二面図であっ
て、図２(a) は正面図、図２(b) は中心線より上半分が
側面図、下半分が縦断面図である。

【図３】実施形態の副原料投入シュートの内周面におけ
る亀裂の発生状況を、模式的に示す説明図である。

【図４】実施例において、9000チャージまでの累積チャ
ージと変形量との関係を示すグラフである。

【図５】実施例において、9000チャージまでの累積チャ
ージと亀裂長さとの関係を示すグラフである。

【図６】転炉炉口の周辺におけるフードおよび副原料投
入シュートの設置状況の一例を示す縦断面図である。

【符号の説明】

10 副原料投入シュート 11 シュート本体部 12 セルフライニング部 13 縦ライニング部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続きＦターム(参考） 3F011 AA00 BA01 BB01 BC07 4K002 BE05 4K013 CF14 4K055 AA02 FA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】厚肉の鋳物材からなることを特徴とする
転炉の副原料投入シュート。
【請求項２】自己冷却構造を有さない請求項１に記載
された転炉の副原料投入シュート。
【請求項３】前記鋳物材は、鋳鉄または鋳鋼である請
求項１または請求項２に記載された転炉の副原料投入シ
ュート。
【請求項４】さらに、投入される副原料が接触する内
周面に、前記副原料の投入方向と交差する方向へ突起状
に形成された１または２以上のセルフライニング部、お
よび／または、前記内周面に、前記投入方向と略平行な
方向へ突起状に形成された１または２以上の縦ライニン
グ部を有する請求項１から請求項３までのいずれか１項
に記載された転炉の副原料投入シュート。