JP2006283052A

JP2006283052A - ガス吹き込み羽口

Info

Publication number: JP2006283052A
Application number: JP2005100881A
Authority: JP
Inventors: Seiji Hosohara; 聖司細原; Sadakimi Kiyota; 禎公清田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2005-03-31
Publication date: 2006-10-19

Abstract

【課題】環状羽口の管状部の内径が４０ｍｍ以上と大きい場合であっても、少ない冷却用ガス流量で管状部を構成する羽口金物を効率良く冷却する。
【解決手段】溶融金属を精錬する精錬容器に設けられ、ガスを精錬容器内へ吹き込むガス吹き込み羽口において、該底吹き羽口１は、羽口の精錬容器内側の先端部が、管状部５と該管状部の内側に設けられる軸心部２との間隙６からガスを噴出する構造であって、前記管状部の内径が４０ｍｍ以上であり、且つ、該管状部の周囲に冷却用ガスを流すための複数本の細管８或いはポーラス煉瓦部が配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、高温溶融金属を精錬する転炉などの精錬容器内にガスを吹き込むために精錬容器に設置される羽口に関するものである。

精錬容器で溶融金属を精錬する場合、攪拌による反応促進などの目的で溶融金属にガスを吹き込むことがある。例えば、鉄鋼業の転炉における溶銑の脱炭精錬では、転炉の底からＡｒガスや窒素ガスなどの不活性ガスを吹き込んでいる。また、この転炉においては、羽口を内管と外管とからなる二重管構造とし、内管から酸素ガスを吹き込み、内管と外管との間隙から羽口冷却用のガスとしてプロパンガスなどの炭化水素ガスを吹き込むタイプのものもある。

一般的には、吹き込みガス流量を増加することにより、溶鋼内に誘起される溶鋼流が増大し、これにより攪拌が強化され、精錬時間の短縮や鉄スクラップ溶解時間の短縮などがなされるのみならず、スラグとメタルとの攪拌も強化されるため、Ｍｎなどの合金鉄歩留まりの向上が図れる。そのため最近では、これら冶金特性の向上や生産性向上の必要性から、吹き込みガス流量を増量する要求が高まっている。

溶融金属中にガスを吹き込む羽口の構造としては、単管タイプ或いは上記の二重管タイプが一般的であるが、その他に特許文献１に開示された羽口がある。特許文献１では、吹き込みガス流量を広い範囲で制御可能とし且つ羽口の損耗を抑制することを目的として、中心部に位置する軸心部の外側に、外管を前記軸心部との間に適当な間隙を設けて固定設置し、リング状のガス吐出流路を有する構造の羽口（以下、「環状羽口」と称する）を開示している。この環状羽口は、比較的構造が簡単で且つ製作コストも比較的安価であるという特徴を有する。

本発明者等は、この環状羽口について鋭意研究した結果、リング状ガス吐出流路を形成する外管（以下「管状部」と記す）の内径を４０ｍｍ以上とすることで、羽口の損耗速度が飛躍的に減少することを見出した。しかし、損耗速度を低減するべく管状部の内径を４０ｍｍ以上とした場合、溶銑の脱炭処理を行う転炉などの高温で精錬するプロセスに適用した際には、管状部側面の面積が大きくなるため、受熱面積の増加により、管状部を形成する羽口金物の温度が上昇し、時には溶融して損耗する場合があることが分かった。

この対策の１つとして、ガス流量を増大させて冷却の強化を図る方法がある。しかし、ガス流量を増加させると、羽口周囲の溶鉄流動速度の増加に起因する、或いは、溶鉄流の底叩き現象（青木：鉄と鋼，７６（１９９０），vol.１１，p.１９９６，参照）の増加に起因する、などして損耗速度の増加を招く。

羽口の形状は上記環状羽口とは異なるものの、外管部を形成する羽口金物の冷却を目的として、特許文献２には、外管部を囲むようにして更に管を設け、この管と羽口金物との間隙に羽口金物の外側面を冷却するための冷却用ガスを流す構成を開示している。しかしながら、特許文献２に開示されるような冷却方法では、十分な冷却を確保するには冷却用ガスの線速度を高める必要があり、大量の冷却用ガスを必要とし、コスト的に不利になる。また、冷却用ガスの流量を増加させずに線速度を高めようとすると、ガス流路の断面積を小さくする必要があり、この目的で外管部とその外側の管との間隙を小さくするには、偏流などを防止する必要性から羽口の工作精度を高める必要があり、この場合もコスト的に不利になる。
特開昭５７−１１４６２３号公報特開平１０−１３０７１５号公報青木：鉄と鋼，７６（１９９０），vol.１１，p.１９９６

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、環状羽口の管状部の内径が４０ｍｍ以上と大きい場合であっても、少ない冷却用ガス流量で管状部を構成する羽口金物を効率良く冷却することを可能とするガス吹き込み羽口を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係るガス吹き込み羽口は、溶融金属を精錬する精錬容器に設けられ、ガスを精錬容器内へ吹き込むガス吹き込み羽口において、該羽口は、羽口の精錬容器内側の先端部が、管状部と該管状部の内側に設けられる軸心部との間隙からガスを噴出する構造であって、前記管状部の内径が４０ｍｍ以上であり、且つ、該管状部の周囲に複数本の細管が配置されていることを特徴とするものである。

第２の発明に係るガス吹き込み羽口は、溶融金属を精錬する精錬容器に設けられ、ガスを精錬容器内へ吹き込むガス吹き込み羽口において、該羽口は、羽口の精錬容器内側の先端部が、管状部と該管状部の内側に設けられる軸心部との間隙からガスを噴出する構造であって、前記管状部の内径が４０ｍｍ以上であり、且つ、該管状部の周囲にポーラス煉瓦が配置されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、高温溶融金属の精錬において使用される環状羽口の管状部の外周に冷却用ガスの流路となる細管またはポーラス煉瓦を設置しているので、少ない冷却用ガス流量で管状部を構成する羽口金物を効率良く冷却することができ、その結果、環状羽口の溶損を防止し、長期間の吹き込みが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。本発明では、環状羽口の管状部を構成する羽口金物を冷却するための冷却用ガスの流量を低減しても、羽口金物を効率良く冷却することのできるガス吹き込み羽口を開示する。先ず、第１の実施の形態例について説明する。図１は、本発明に係るガス吹き込み羽口の第１の形態例を示す概略斜視図、図２は、図１に示すガス吹き込み羽口の水平断面図である。

本発明に係る環状羽口１は、図１及び図２に示すように、内管３と内管３の内面側の耐火物充填層４とからなる軸心部２と、この軸心部２の外側にリング状の間隙６を隔てて固定される管状部５と、管状部５の周囲に配置される複数本の細管８とで構成される。

環状羽口１の稼動面側の反対側には、管状部５の内部に連通するガス導入管７が備えられており、ガス導入管７から導入されたガスは、リング状の間隙６を通って環状羽口１の先端部から流出するようになっている。ここで、管状部５の内径Ｄは４０ｍｍ以上である。本発明者等は、管状部５の内径Ｄを４０ｍｍ以上とすることで、吹き込みガスの羽口出口での広がりが防止されるなどによって、環状羽口１の損耗速度が低減することを確認している。

管状部５を囲むように配置されるそれぞれの細管８は、管状部５の外周に設置されるヘッダー管９と連通し、このヘッダー管９にはガス導入管１０が設置されている。即ち、ガス導入管１０を介して供給される冷却用ガスは、ヘッダー管９で各細管８に分配され、各細管８の先端部から冷却用ガスが噴出するようになっている。冷却用ガスとしては、窒素ガスやＡｒガスなどの不活性ガス、或いは、ＣＯ₂ ガス、プロパンガスなどの炭化水素ガスを使用することができる。尚、環状羽口１が精錬容器などに設置されるときには、管状部５及び細管８の周囲は、精錬容器などを構成する耐火物（図示せず）で充填されている。また、細管８の設置数が図１と図２で異なるが、図１では細管８の幾つかを省略している。

細管８から冷却用ガスを吹き込むことで、管状部５の周囲の耐火物の温度が低下し、管状部５を構成する羽口金物の温度上昇が抑えられ、管状部５を構成する羽口金物の溶損が防止される。この場合、羽口金物を効率良く冷却するためには、細管８を管状部５の外周に円周方向均等に配置することが好ましい。また、管状部５と細管８とが接触することによって、管状部５と細管８との直接の熱伝導を実現でき、冷却効果が大きくなるので、細管８を管状部５に接触させて配置することが好ましい。

細管８の設置数は、処理温度、吹き込みガス流量、管状部５の直径などによって最適設置数が異なるが、均等冷却の観点からは、円周方向に４本以上設置することが好ましい。また、細管８の内径は、冷却用ガスの流量や細管８の長さなどから、溶融金属の差し込みがない範囲で圧損を考慮して決定すればよい。

細管８としては、鋼管、ステンレス鋼管或いは銅管などの金属管を使用することができ、また、これらの金属管は小径のものを容易に製造することができる。従って、管状部５との間隙を１ｍｍ以下の精度を維持して管状部５の外周に冷却用ガスの流路となる管を設置した場合に比べて、はるかに容易に管状部５の冷却を実施することができる。

冷却用ガスを通すための細管８は、図１及び図２に示すような形状に限るものでなく、図３に示すような形状とすることもできる。尚、図３は、第１の形態例の他の例を示す底吹き羽口の水平断面図である。即ち、管状部５の外周に外周管１１を設け、管状部５と外周管１１との間隙に複数のスペーサー１２を設置して、スペーサー１２とスペーサー１２との間に細管１３を形成する方法である。この場合も、細管１３を円周方向均等に設置することが好ましい。外周管１１には、スペーサー１２が設置されていない下部にガス導入管（図示せず）が設置され、ガス導入管から導入された冷却用ガスは、各細管１３を通って環状羽口１の先端部から噴出される。

このように、精錬容器などで使用する底吹き羽口として本発明に係る環状羽口１を用いることで、細管８或いは細管１３を流れる冷却用ガスによって、管状部５を構成する羽口金物が少ない冷却用ガス流量で効率的に冷却され、その結果、羽口金物の溶損が防止され、長期間の吹き込みが達成される。また、細管８或いは細管１３を設置することにより、羽口金物の溶損が防止されるのみならず、羽口先端部分の冷却も強化され、環状羽口１の先端部の損耗速度も低下することが期待できる。

次いで、第２の実施の形態例について説明する。図４は、本発明に係るガス吹き込み羽口の第２の形態例を示す概略斜視図である。

図４に示すように、本発明に係る環状羽口１Ａは、管状部５の周囲にポーラス煉瓦部１４が設置された構成になっている。つまり、管状部５の外壁面にポーラス煉瓦部１４が形成されており、ポーラス煉瓦部１４は鉄皮１６で被覆されている。鉄皮１６には、ガス導入管１５が設置されている。ガス導入管１５から供給された冷却用ガスはポーラス煉瓦部１４を通って環状羽口１Ａの先端部から、流出するようになっている。環状羽口１Ａの構造は、細管８の代わりにポーラス煉瓦部１４が配置されていること以外の構造は、図１に示す環状羽口１と同一構造となっており、同一の部分は同一符号により示し、その説明は省略する。

ポーラス煉瓦部１４に冷却用ガスを流すことで、ポーラス煉瓦部１４の温度上昇が抑制され、これによって管状部５を構成する羽口金物の温度上昇が抑制される。また、ポーラス煉瓦部１４がアルミナ質、マグネシア−クロム質、マグネシア質などの熱伝導の低い耐火物で構成されているため、管状部５の周囲の間隙に直接冷却用ガスを流す場合に比べて少ない流量で、管状部５の冷却ができるという利点がある。

このように、精錬容器などで使用する底吹き羽口として本発明に係る環状羽口１Ａを用いることで、ポーラス煉瓦部１４を流れる冷却用ガスによって、管状部５を構成する羽口金物が少ない冷却用ガス流量で効率的に冷却され、その結果、羽口金物の溶損が防止され、長期間の吹き込みが達成される。また、ポーラス煉瓦部１４を設置することにより、羽口金物の溶損が防止されるのみならず、羽口先端部分の冷却も強化され、環状羽口１Ａの先端部の損耗速度も低下することが期待できる。

溶鉄における効果を把握するために、容量が５トンの試験転炉を用いて試験を実施した。試験では、攪拌用ガス及び冷却用ガスとして窒素ガスを使用した。環状羽口の周囲に内径２ｍｍの鋼管を所定の本数同心円周上に均等に配置した試験（本発明例１〜４）と、環状羽口の周囲にポーラス煉瓦部を設置した試験（本発明例５，６）とを実施した。また、比較のために、細管及びポーラス煉瓦部が設置されていない従来の環状羽口でも試験（従来例１，２）を実施した。脱炭精錬終点の溶鋼温度を１７００〜１７２０℃とし、上吹きランスから酸素ガスを吹き付けて１ヒートが２０分間の溶銑の脱炭精錬を２ヒート実施した。表１に試験に用いた環状羽口の仕様及びガス吹き込み条件を示す。

各２ヒートの脱炭精錬の終了後、試験転炉から環状羽口を回収し、管状部を構成する羽口金物の損耗量を調査した。図５に、各試験における羽口金物の損耗量を比較して示す。図５に示すように、本発明例では損耗量は２ｍｍ以下であり、一方、従来例は１４〜１７ｍｍであり、従来例に比べて大幅に羽口金物の損耗量を削減できることが確認できた。

本発明に係るガス吹き込み羽口の第１の形態例を示す概略斜視図である。図１に示すガス吹き込み羽口の水平断面図である。第１の形態例の他の例を示す底吹き羽口の水平断面図である。本発明に係るガス吹き込み羽口の第２の形態例を示す概略斜視図である。実施例の各試験における羽口金物の損耗量を比較して示す図である。

符号の説明

１環状羽口
１Ａ環状羽口
２軸心部
３内管
４耐火物充填層
５管状部
６間隙
７ガス導入管
８細管
９ヘッダー管
１０ガス導入管
１１外周管
１２スペーサー
１３細管
１４ポーラス煉瓦部
１５ガス導入管
１６鉄皮

Claims

溶融金属を精錬する精錬容器に設けられ、ガスを精錬容器内へ吹き込むガス吹き込み羽口において、該羽口は、羽口の精錬容器内側の先端部が、管状部と該管状部の内側に設けられる軸心部との間隙からガスを噴出する構造であって、前記管状部の内径が４０ｍｍ以上であり、且つ、該管状部の周囲に複数本の細管が配置されていることを特徴とするガス吹き込み羽口。
溶融金属を精錬する精錬容器に設けられ、ガスを精錬容器内へ吹き込むガス吹き込み羽口において、該羽口は、羽口の精錬容器内側の先端部が、管状部と該管状部の内側に設けられる軸心部との間隙からガスを噴出する構造であって、前記管状部の内径が４０ｍｍ以上であり、且つ、該管状部の周囲にポーラス煉瓦が配置されていることを特徴とするガス吹き込み羽口。