JP2006527793A - 液体金属層下にガス媒体を導入するための羽口装置 - Google Patents

Abstract

冶金における液体金属の製造と製法に関する。スリーブを内蔵し耐熱性の材料からなる入子ブロックと、少なくとも一つの中央作用通路と少なくとも一つの環状作用通路を備え液体金属へ導入する側に配置され液体金属へガス媒体を供給する入口へ別々に接続される複数の同軸金属管により形成される。同軸金属管は、異なった直径を有する２つの相互接続する部分から構成される。第一の部分は小さい直径を有し液体金属へガス媒体を供給する。第二の部分は大きい直径を有し前記第一の部分の複数の作用通路へガス媒体を別々に供給するガス供給口へ接続する。第二の部分は別の金属管と複数の環状作用通路のみを備える。第二の部分の内部管は両端が閉塞して耐熱性材料が充填され、羽口の環状作用通路の隙間は液体金属のための毛細管を形成する。本発明は作用通路を通じた金属の漏出の防止を実現する。

Description

本発明は、冶金における液体金属の製造と製法に関し、特に、鉄の冶金における鉄鋼の製造に関する。

冶金、特に鉄の冶金において液体金属を製造する近年の技術は、液体金属層下に種々の媒体を導入し、種々のガスをその媒体の形成に広く応用する方法のために、改良されてきた。アルゴン、窒素、酸素のメタンと窒素の混合物との組み合わせがそのガスとして使用されてきた。

上記の技術的な進歩は、金属仕上げの工程を迅速化するのみならず、液体金属の均質化を強化することを可能にする。鉄鋼の吹き込み形成は、特に製鋼と仕上げ技術において広く利用されている。羽口からなる吹き込み装置は、加熱炉へガスを吹き込むために利用される。この吹き込み装置に対応する羽口は、通常、内側にガス支圧作用通路を備えた金属管からなる。側方酸素注入を対象とした吹き込み素子を備えた羽口装置が広く用いられている。この場合、中央作用酸素供給通路（窒素の混合物を含む酸素の供給も対象とする）は、例えば、メタンをＣＨ_４と窒素の混合物で供給するための作用環状通路を取り囲んでいる。

液体鉄鋼へガスを継続的に供給することが、液体金属層下の液体金属への側方酸素注入の技術における主要な問題となっている。ガス供給の中断は、作用通路への液体鉄鋼の侵入を招き、鉄鋼収容ユニットの外側への鉄鋼の漏出を招く。上記のすべてのことは、鉄鋼収容ユニットからの鉄鋼の漏出に対する保障された保護を必要とする。

鉄鋼製造ユニットの吹き込み素子が知られているが、これはそれ自身で上記問題の解決策を示している。吹き込みユニットは、ガス支圧通路を備えた直管の一連の相互接続部分を有している。前記の管の部分は、毛細管とガス支圧通路を備えた部分を有している（例えば、２００２年７月１〜５日のKNABL"AnnualRefractory Symposium"）。先行技術で知られたこの吹き込みユニットの本質的な欠点は、この装置が液体金属層の下に位置する部分へ酸素を供給するために用いることができないことである。

液体金属層下への側方酸素供給のために設計された羽口装置が知られている。その羽口は、組み込みのスリーブを内蔵した耐熱性の材料からなる入子ブロックを有している。その受け口ユニットは、同軸の金属管により形成されたブッシュを有し、その金属管は液体金属を導入する側に、少なくとも一つの中央作用通路と少なくとも一つの環状作用通路を備えており、これらの通路はガス供給源へ独立して接続している（例えば、欧州特許第0565690B1公報）。先行技術で知られるこの羽口は、本質的な特徴に関しては本発明の装置に非常に近く、本発明の原型として選択されたものである。この羽口の本質的な欠点は、作用通路を通って液体金属が漏出することに対する本質的な保護に欠けていることにある。本発明による羽口は、先行技術の上記欠点を解決するものである。

したがって、本発明の目的は、作用通路を通じて液体金属が漏出することを効果的に防止することを特徴とする羽口を提供することであり、本発明の装置によって解決される。

その技術的な目的は、液体金属層下にガス媒体を導入するために意図された本発明の羽口装置により達成される。この羽口装置は、耐熱性の材料からなる入子ブロックを備え、この入子ブロックは、スリーブを内蔵するとともに、少なくとも一つの中央作用通路と少なくとも一つの環状作用通路を備えた複数の同軸金属管により形成され、これらの通路は、液体金属へ導入する側に配置されるとともに、液体金属へガス媒体を供給するための入口へ別々に接続され、前記同軸金属管は、異なった直径を有する２つの相互接続する部分から構成され、第一の部分は小さい直径を有し液体金属へガス媒体を供給するためのものであり、第二の部分は大きい直径を有し前記第一の部分の複数の作用通路へガス媒体を別々に供給するためのガス供給口へ接続し、前記第二の部分は別の金属管と複数の環状作用通路のみを備え、前記第二の部分の内部の管は両端が閉塞して耐熱性材料が充填されており、羽口のこの第二の部分の前記環状作用通路の隙間は液体金属のための毛細管を形成している。

また、前記スリーブの第一の部分の作用通路への通路部において、前記スリーブの前記第二の部分に付随する前記環状作用通路は、前記通路部の端部において滑らかに接続した直線的な円錐表面によって縁取られ、少なくともこの通路部において、前記内部管の端部は前記第一の部分の中央作用通路に同軸に位置する円錐ロッドへ通じている。

さらに、前記第一の部分の作用通路への通路部において、前記同軸金属管の第二の部分の前記環状作用通路は、前記通路部の端部において滑らかな端部接続を有する球状の表面を備えており、少なくとも前記通路部において、前記内部管の端部は前記第一の部分の中央作用通路に同軸に位置する円錐ロッドへ通じている。また、前記スリーブの第二の部分の作用通路は、ゲージばねなどが組み込まれた管の外径より小さい初期径を有するゲージばねを複数の管の間に位置させる方法によって較正される。また、前記同軸金属管の第二の部分の内部管は、その外径と交差する較正された複数のリブを備えており、前記同軸管の第二の部分と第一の部分の間の通路部に設けられている。さらに、環状溶接シームは、前記管のスリーブの第二の部分に備えられている。

本発明によって達成される目的と提供される効果は、添付した概略図とともに以下の説明からより明らかになる。

図１は、本発明の羽口の縦断面の概略図である。

図２は、ここで開示される羽口の一実施例の縦断面の概略図である。

図３は、図１に示された装置の線Ａ−Ａ’に沿った断面図である。

図４は、図２に示された装置の線Ｂ−Ｂ’に沿った断面図である。

図５は、図２に示された装置の線Ｃ−Ｃ’に沿った断面図である（図１で示された視点と同様）。

羽口は、液体金属の中へ導入するための側において、同軸金属管１，２を備えている。管２の外径は、図１，２においてｄの文字で示されている。これは同軸金属管の第一の部分に関連している。

第二の部分において、これらの金属管はｄよりも大きい直径を有し、外側の管２についてＤとして示される。この端部に近接する中央管３は、管１，２の間に位置している。注入するための側において、管１，２は中央作用通路４と環状作用通路５を形成している。これらの管は、入子ブロック７内に位置するスリーブ６に囲まれている。中央管３は、耐熱性材料８により満たされている。中央管３の端部は、少なくとも、中央作用通路４が通路４に入る円錐ロッド９へ到達する側において、この通路と同軸に位置している（図１，２）。一実施例において、中央管３は、円錐ロッド９の形状の端部を有している（図２）。

作用通路５，４にそれぞれ接続する環状作用通路10，11は、大きい直径Ｄを有する同軸金属管の第二の部分において、それらの管の間に設けられている。作用環状通路10，11は、別々にガス供給用の入口を備えている。したがって、ガスは管12を通って通路10へ供給され、管13を通って通路11へ供給される（供給経路は図１，２に矢印で示す）。

作用通路４，５，10，11は、較正されている。種々の構成のリブ14やゲージばね15が環状通路５，10，11に実施されている。同時に、同軸金属管の第一と第二の部分の間に設けられた通路部16（図１），17（図２）は、リブ14または、ばね15の作用も受けている。ばね15において、この位置は、適切な管の外径と比較して小さい内径のばねを適用することによって可能になっている。

下記の組み合わせも利用可能である。環状の隙間10の較正リブ14が、環状の隙間11の較正ばね15と連結し、逆の場合も同様である。同軸金属管のこれら２つの部分の間の通路部は、円錐状の表面16（図１）または球状の表面17（図２）の形状で実施可能である。いずれの実施形態においても、通路部は通路端を滑らかに連結するために設けられている。

環状通路10，11の断面は、それらが別々に接続している通路の断面と同じかわずかに大きく、言い換えれば、通路10は通路５に接続し、通路11は通路４に接続している。しかし、すべての実施形態において、通路10，11の環状の隙間は、ガス媒体が注入される液体金属のための「毛細管」の形状で設けられている。「毛細管」とは、この隙間を液体金属が通過することを防止する狭い隙間を意味する。１．５〜２ｍｍ以下の毛細管の隙間は、液体鉄鋼を収容する溶融設備と仕上げ設備に利用可能である。

装置技術に基づいて、環状溶接シーム18は、ここで開示された装置の第二の部分の金属管上に構成されている。

本発明により意図された金属層下へガス媒体を導入するための羽口は、以下のように作用する。

図１，２に示される形態でスリーブ６、鋼管１，２，３を有する入子ブロック７は、液体金属が製造または加工される装置の配管に設置される。製品（金属溶融又は仕上げ）を強化するために、ガス状の酸素が金属に注入される。この注入は、液体金属の液面の下方で（例えば、アーク炉や高炉で実施される鉄鋼製造工程において）実施される。ガス状の酸素は、管13を経由して供給される。いくつかの適用例において、酸素は一定量の窒素と混合される。環状作用通路11を通った酸素は、中央通路４へ供給され、さらに液体金属の中へ供給される。較正されたリブ14に起因して、酸素は通路４へ一様に供給される。ゲージばね15が使用される場合には、ねじれた酸素の流れが液体金属中へ供給され、これによって金属とガスの間の相互作用が改善される。

メタンまたはメタンの窒素との混合物は、管12を通って供給され、ここから環状通路10を通ったガスは、環状通路５へ流れ、さらに、液体金属中へ流れ、ここで中央通路４を経由して金属へ供給された酸素の流れを包囲する。これによって、入子ブロック７のスリーブ６と加熱炉配管の急速な消耗が排除される。

中央作用通路４に入る滑らかな通路部16（または17）と円錐ロッド９は、供給されたガスの流れの不具合と中断を防止する。金属へのガス供給を促進することは、較正された通路11と中央通路４の断面の比率を適切に選択することを通じて達成される。圧力降下効果により、管３はリブ14または、ばね15を通して管１へ押される。同様にして管１は管２へ押される。両方の場合において、管は通路部16（17）に押されている。

酸素供給が妨げられた場合（または他の要因によって）は、液体金属（溶融した鉄鋼）は中央通路４へ流入する。環状作用通路10，11は、較正され、液体金属を収容する毛細管の機能を発揮する隙間を備えており、１．５〜２ｍｍ（鉄鋼について）のサイズを有しているが、溶融金属がさらに流れることを防止する。溶融金属の漏出を防止する効果は、耐熱性材料８の溶融によって実行される。

したがって、液体金属層下にガス媒体を導入するための提示された羽口を使用することで、羽口作用部からの溶融金属の漏出を確実に防止できる。

Claims (6)

1. 耐熱性材料からなる入子ブロックを備え、この入子ブロックは、スリーブを内蔵するとともに、少なくとも一つの中央作用通路と少なくとも一つの環状作用通路を備えた複数の同軸金属管により形成され、これらの通路は、液体金属へ導入する側に配置されるとともに、液体金属へガス媒体を供給するための入口へ別々に接続され、
   前記同軸金属管はその長手方向に沿って、異なった直径を有する２つの相互接続する部分から構成され、第一の部分は小さい直径を有し液体金属へガス媒体を供給するためのものであり、第二の部分は大きい直径を有し前記第一の部分の複数の作用通路へガス媒体を別々に供給するためのガス供給口へ接続し、前記第二の部分は別の金属管と複数の環状作用通路のみを備え、前記第二の部分の内部管は両端が閉塞して耐熱性材料が充填されており、羽口のこの第二の部分の前記環状作用通路の隙間は液体金属のための毛細管を形成していることを特徴とする液体金属層下にガス媒体を導入するための羽口装置。
2. 前記同軸金属管の第二の部分に設けられた前記複数の環状作用通路は、前記作用通路の第一の部分への通路部において、その通路部の端部において滑らかに接続した直線的な円錐表面によって縁取られ、前記内部管の端部は少なくともこの通路部において、前記第一の部分の中央作用通路に同軸に位置する円錐ロッドへ通じていることを特徴とする請求項１記載の羽口装置。
3. 前記同軸金属管の第二の部分の前記複数の環状通路は球状の表面を有し、前記作用通路の第一の部分への通路部において、滑らかな通路部の端部接続を備え、前記内部管の端部は少なくともこの通路部において、前記第一の部分の中央作用通路に同軸に位置する円錐ロッドへ通じていることを特徴とする請求項１記載の羽口装置。
4. 前記環状作用通路は、前記スリーブの第二の部分において、前記複数の管の間にゲージばねを位置させることによって較正され、前記ゲージばねは、このばねが設置される管の外径より小さい初期径を有することを特徴とする請求項１記載の羽口装置。
5. 前記同軸金属管の第二の部分の前記内部管は、その外径と交差して配置された較正された複数のリブを備えており、この較正されたリブは前記同軸金属管の第二の部分と第一の部分への通路部に設けられたことを特徴とする請求項１記載の羽口装置。
6. 前記スリーブの第二の部分の管は、環状溶接シームを備えたことを特徴とする請求項１記載の羽口装置。

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