JP2018199846A - 高炉用羽口 - Google Patents

Abstract

【課題】羽口製造のコスト削減や高炉内部での機械的摩耗や熱的応力への強度を向上させた複数の冷却水路を有する羽口の提供。【解決手段】根元から先端への貫通孔を形成する内筒３と、内筒３の外側に設けられ、内筒３との間に水路用空間５を形成する外筒４と、水路用空間５を、内側である第１層冷却水路７と外側である第２層冷却水路８とに分割する分離壁６と、第１層冷却水路７に冷却水を供給する第１供給口と、第１層冷却水路７を循環した冷却水を排出する第１排出口と、第２層冷却水路８に冷却水を供給する第２供給口と、第２層冷却水路８を循環した冷却水を排出する第２排出口と、を備える高炉用羽口１。【選択図】図２

Description

本発明は、製鉄などで使用される高炉に用いられ、高炉の熱への耐性が高い高炉用羽口に関する。

製鉄に際しては、原料となる鉄鉱石を還元させて溶融した鉄を得る高炉が用いられる。高炉に設けられた投入口から原料となる鉄鉱石などが投入され、高炉内部を溶融温度の高温とするための熱が、高炉の別の投入口から供給される。高炉内部で溶融した鉄が取り出され、その後の必要な加工などが施される。

この熱を供給する投入口には、熱源である熱風と石炭の微粉末が投入される。この投入口には、羽口と呼ばれる部材が装着され、この羽口から熱風と石炭の微粉末が投入される。

羽口は、熱風と石炭の微粉末が投入される入り口であり、高炉内部で発生する溶融鉄やスラグが接触する環境となる。この環境下で、滴下する溶融鉄やスラグなどが、羽口に機械的な摩耗を与えやすい状態にある。

加えて、羽口は、高炉内部にその一部が挿入されて使用されるので、高熱にさらされ、熱的な影響を高く受ける。熱的な影響をうけつつ機械的な摩耗を受けることで、羽口は損耗の可能性にさらされている。

熱的な影響は、羽口自身を高熱化させてしまい、羽口における機械的摩耗の影響を高めてしまう。これが羽口の損傷などに繋がる可能性がある。このような羽口自身の高熱化が行き過ぎることを防止するために、羽口内部に冷却水を循環させる構造が採用されており、冷却水の循環機能を持った羽口が使われるようになってきている。

高炉は、２４時間などの連続稼働と、この連続稼働を所定期間継続するなどの長い期間での稼働を必要とする。長い期間での稼働においては、定期的あるいは不定期のメンテナンスがあるが、このメンテナンス時に羽口の損耗が著しい場合には、羽口の交換が必要となる。

上述したような、機械的な摩耗や熱的な影響を高く受ける環境では、羽口が損耗することが多く、交換が必要となることも多い。羽口の交換が頻繁に生じることは、高炉のランニングコストを増加させる問題がある。更には、羽口の交換に時間を要する場合には、高炉のメンテナンスの際に操業停止期間が所定よりも長くなることがあり、高炉の稼働能力を低下させてしまうこともあり得る。

一方で、メンテナンスの際に損耗している羽口を交換する前の段階、すなわち羽口が高炉に挿入されて稼働されている最中において、機械的な摩耗や熱的な影響によって羽口が損傷を受けてその一部が破損してしまうこともあり得る。羽口が破損してしまい、これが致命的な破壊にまでつながってしまうと、羽口としての役割を続行できなくなり、高炉での製鉄工程に悪影響を及ぼすことになりかねない。

もちろん、高炉での製鉄の前後の工程にも影響を与えたり、高炉での製鉄の品質にも影響を与えたりしてしまう可能性もある。

このような羽口の破壊には、羽口での交換で対応することが適切であるが、高炉が稼働中の状態で羽口を交換することは簡単ではない。一方で、羽口の破壊が生じたことで、高炉の運転を停止したり減速させたりすることは、工場の稼働効率の面から好ましくない。

また、当然に羽口を交換できる状態にするまでには、高炉の稼働を減速したり他の羽口を準備したりするなどの時間が必要となる。

このため、羽口が機械的な摩耗や熱的な影響を受けて破損する場合でも、破損してから一定期間は、羽口が最低限の機能を維持できることが好ましい。このとき、上述したように、近年においては内部に冷却水が循環する羽口が用いられている。冷却水が循環することで、羽口における熱的な影響を低減できるが、羽口が破損してしまうと、羽口内部に設けられる冷却水の循環路が破壊されてしまい、冷却水の循環ができなくなる。この結果、更なる熱の影響が高まり、羽口が致命的な破壊に至ってしまいやすくなり、羽口の交換可能なタイミングまで、羽口の機能が持続できない問題が生じてしまう。

高炉に挿入されて使用される羽口は、その表面ほど高炉内部での熱の影響を受けやすい。このため、羽口の破損は、表面から生じやすく、表面に生じた破損が冷却水の循環路を破壊してしまうことが多い。このような点に着目して、冷却水の循環路を２重にした技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１５３９７３号公報

特許文献１は、中央に送風ラインが貫設されているボディー部を備える製鉄工業炉用羽口であって，前記ボディー部は，内部に本体流路を有する裁頭円錐状の胴部と；前記ボディー部から突設される突出部と；からなり，前記突出部の外周面との間に先端体流路が形成されるようにカバー部が前記突出部と連結され，内側に外郭冷却流路が形成され，前記カバー部を囲繞するように外郭部が連結されている工業炉用羽口を開示する。

特許文献１の羽口は、送風ラインである中央の外周となるボディー部の内部に、２層以上の冷水循環路を備えることを特徴としている。２層以上の冷却水循環路を備えることで、高炉内部での熱的な影響や機械的摩耗によって表面が破損して外側の冷却水循環路が破壊されても、内側の冷却水循環路が残ることで、冷却機能を有した羽口としての機能維持を図ることができる。

しかしながら、特許文献１の図２や図４、請求項２などの記載から明らかな通り、特許文献１の羽口においては、２層以上の冷却水循環路は、内側から順番に積層されるように構成されている。すなわち、図１２のように、内側の部材の上に、内側に突起を向けた外層の部材が順に積層されることで、複数の層の冷却水循環路が形成されている。

図１２は、特許文献１に代表される従来技術における複数の冷却水循環路の形成態様を示す模式図である。図１２は、羽口の主冷却部分を側面の断面から見た状態を、簡略化して示している。特許文献１のような従来技術では、複数の層の冷却水路（ここでは、第１層と第２層としている）を形成するにあたって、内側からベース部材、第１層部材、第２層部材と、積層されている。

ベース部材の外側に第１層部材が積層される。このとき、ベース部材は、外側に向けて（第１層部材に向けて）複数の突起を有しており、この突起のそれぞれが、第１層部材に密着している。この積層によって、内側の第１層冷却水路が形成される。ここで、突起が複数であるのは、筒状の羽口の内部を、スパイラル状に冷却水が循環するためである。

同様に、第１層部材の外側に、第２層部材が積層される。第１層部材も、外側（第２層部材）に向けて、複数の突起を有しており、この突起のそれぞれが、第２層部材に密着している。この積層によって、スパイラル状に循環する第２層冷却水路が形成される。

ここで、図１２の楕円で囲んだところは、突起と内側の部材との密着個所である。これらの箇所が密着することで、複数の層の冷却水路が形成される。また、図１２の三角形で塗りつぶしたところは、溶接個所であり、この溶接によって、それぞれの部材が接続されて、密着が固定する。

しかしながら、特許文献１のような従来技術は、上述のような構成を有することで、次のような問題を有している。

（問題１）溶接個所が多く、加えて部材の数が多くなるので、作業コスト、部材コストなどの製造コストが増加する。
（問題２）溶接個所が多いことで、高炉に挿入されて使用される際の熱応力に対する構造強度が弱くなり、破損への耐性が低くなる。
（問題３）第２層部材が破損し、第１層部材が炉内に露出したときの機械的摩耗や熱的影響での破損に対する耐性が弱くなる。

このような問題により、従来技術の羽口は、製造コストの増加、また熱応力に対する構造強度や機械的摩耗や熱的影響での破損に対する耐性が不十分である問題があった。

本発明は、これらの問題に鑑み、羽口製造のコスト削減や高炉内部での機械的摩耗や熱的応力に対する構造強度を向上させた複数の冷却水路を有する羽口を提供することを目的とする。

上記課題に鑑み、本発明の高炉用羽口は、根元から先端への貫通孔を形成する内筒と、
内筒の外側に設けられ、前記内筒との間に水路用空間を形成する外筒と、
水路用空間を、内側である第１層冷却水路と外側である第２層冷却水路とに分割する分離壁と、
第１層冷却水路に冷却水を供給する第１供給口と、
第１層冷却水路を循環した冷却水を排出する第１排出口と、
第２層冷却水路に冷却水を供給する第２供給口と、
第２層冷却水路を循環した冷却水を排出する第２排出口と、を備え、
内筒と外筒とは先端で連結しており、
分離壁は、内側である内筒の表面に向けて突出する単数または複数の内側突起と、外側である外筒の内面に向けて突出する単数または複数の外側突起と、を有し、
内側突起は、内筒の表面と密着し、外側突起は外筒の内面と密着して、内側である第１層冷却水路と、外側である第２層冷却水路とが設けられ、
第１層冷却水路は、第１供給口から供給された冷却水を、内側において、第１排出口まで循環させ、
第２層冷却水路は、第２供給口から供給された冷却水を、第１冷却水路の外側において、第２排出口まで循環させる。

本発明の高炉用羽口は、内部に冷却水路を有しており、冷却水路を循環する冷却水によって、高炉に挿入されて使用される場合でも、高い耐熱性を実現して損耗を低減できる。

また、内側から外側に向けて２層以上の冷却水路を有することで、外周の冷却水路に破損が生じてしまう場合でも、内側の冷却水路の機能が維持されて、高炉用羽口の機能が継続できる。

加えて、分離壁が内側と外側に突起を有しており分離壁の断面積と断面係数が増加して分離壁の構造強度が向上し、破損がしにくくなる。また、この両方の突起が内筒と外筒とに密着していることで、内側と外側との強度バランスが上がって、耐久性が向上する。

また、分離壁の内筒との一体形成によって、第２層部材が破損し第１層部材が炉内に露出したとき、局部的な溶損、機械的摩耗や熱による破損がしにくくなる。更に、内側の冷却水路と外側の冷却水とを形成する分離壁が一体であることで、直接熱を受ける第１層部材は応力に対する強度を下げることなく、この点でも破損しにくくなる。

当然にコストも低くなる。

これらの結果、高炉において使用される際に、耐久性の高い高炉用羽口が実現できる。

本発明の実施の形態１における高炉用羽口の写真である。 本発明の実施の形態１における高炉用羽口の側断面図である。 本発明の実施の形態１における高炉用羽口の正面図である。 本発明の実施の形態１における高炉用羽口の第２層冷却水路展開図である。 本発明の実施の形態１における高炉用羽口の第１層冷却水路展開図である。 本発明の実施の形態１における従来技術との比較を示す模式図である。 本発明の実施の形態１における従来技術に比したメリットを説明する模式図である。 本発明の実施の形態２における高炉用羽口の側断面図である。図２と同じ位置における断面図を示している。 本発明の実施の形態２における従来技術に対するメリットを説明する模式図である。 本発明の実施の形態２における従来技術に対するメリットを説明する模式図である。 本発明の実施の形態２における従来技術に対するメリットを説明する模式図である。 特許文献１に代表される従来技術における複数の冷却水循環路の形成態様を示す模式図である。

本発明の第１の発明に係る高炉用羽口は、根元から先端への貫通孔を形成する内筒と、
内筒の外側に設けられ、内筒との間に水路用空間を形成する外筒と、
水路用空間を、内側である第１層冷却水路と外側である第２層冷却水路とに分割する分離壁と、
第１層冷却水路に冷却水を供給する第１供給口と、
第１層冷却水路を循環した冷却水を排出する第１排出口と、
第２層冷却水路に冷却水を供給する第２供給口と、
第２層冷却水路を循環した冷却水を排出する第２排出口と、を備え、
内筒と外筒とは先端で連結しており、
分離壁は、内側である内筒の表面に向けて突出する単数または複数の内側突起と、外側である外筒の内面に向けて突出する単数または複数の外側突起と、を有し、
内側突起は、内筒の表面と密着し、外側突起は外筒の内面と密着して、内側である第１層冷却水路と、外側である第２層冷却水路とが設けられ、
第１層冷却水路は、第１供給口から供給された冷却水を、内側において、第１排出口まで循環させ、
第２層冷却水路は、第２供給口から供給された冷却水を、第１冷却水路の外側において、第２排出口まで循環させる。

この構成により、断面係数が増加した分離壁により、内側と外側の水路が形成できる。この分離壁は、断面係数が大きいことで、構造上の強度を大きくすることができ、外筒が破損した場合でも、熱応力の上昇を抑えることが可能で、高い耐久性を実現できる。

本発明の第２の発明に係る高炉用羽口では、第１の発明に加えて、第１層冷却水路および第２層冷却水路は、内筒と外筒の間を、スパイラル状または円輪状に形成され、第２層冷却水路は、第１層冷却水路の外側を循環する。

この構成により、高炉用羽口の本体を、効率的かつ全体的に冷却できる。

本発明の第３の発明に係る高炉用羽口では、第１または第２の発明に加えて、分離壁は、内側突起と外側突起と一体である。

この構成により、分離壁の断面係数が増加して、耐久性を高めることができる。

本発明の第４の発明に係る高炉用羽口では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、内筒、外筒および分離壁の接続部分の少なくとも一部が溶接されることで、
内側突起と内筒の表面とが密着し、外側突起と外筒の内面とが密着する。

この構成により、羽口全体としての一体性が実現できる。

本発明の第５の発明に係る高炉用羽口では、第１から第３のいずれかの発明に加えて、内筒と分離壁とが一体であり、内側突起と内筒とは一体である。

この構成により、製造コストが低下し、構造強度が向上する。結果として、羽口の耐久性が上がる。

本発明の第６の発明に係る高炉用羽口では、第５の発明に加えて、内筒と分離壁は、鋳物として一体である。

この構成により、一体構造を確実に実現できる。

本発明の第７の発明に係る高炉用羽口では、第５の発明に加えて、外側突起と外筒の内面のみが、密着している。

この構成により、密着箇所が少なくなり、分離壁および冷却水路の構造強度が向上する。

本発明の第８の発明に係る高炉用羽口では、第１から第７のいずれかの発明に加えて、第１層冷却水路および第２層冷却水路以外に、第３層冷却水路が更に設けられる。

この構成により、冷却性能が更に高まる。また冷却水路の破損が生じた場合でも、対応力が高まる。

本発明の第９の発明に係る高炉用羽口では、第１から第８のいずれかの発明に加えて、第１供給口、第１排出口、第２供給口および第２排出口は、内筒と外筒との間の根元側の面に設けられる。

この構成により、冷却水の供給と排出が容易となる。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態を説明する。

（実施の形態１）

（全体概要）
図１〜図３を用いて、本発明の実施の形態１における高炉用羽口の全体概要を説明する。図１は、本発明の実施の形態１における高炉用羽口の写真である。発明者が実際に製作した高炉用羽口１の外観を斜視状態で撮像した写真である。図１の写真で示されるように、高炉用羽口１は、全体として筒状の形態を有している。この筒状の形態を有することで、高炉用羽口１は、高炉の外壁からその一部を挿入することができる。

図２は、本発明の実施の形態１における高炉用羽口の側断面図である。図２は、高炉用羽口１を側面から見た状態であり、内部構造が分かるように、側面方向の断面図を示している。図３は、本発明の実施の形態１における高炉用羽口の正面図である。図３は、高炉用羽口１の根元側である正面から見た状態を示している。

図２において、左側が高炉用羽口１の根元（正面方向）であり、右側が高炉用羽口１の先端である。高炉用羽口１は、内筒３、外筒４、分離壁６、第１供給口７１、第１排出口７２、第２供給口８１、第２排出口８２と、を備える。

内筒３は、根元から先端への貫通孔２を形成する。図２においては、先端の方向に沿って貫通孔２が形成されている。高炉用羽口１が高炉に挿入されると、この貫通孔２を通じて、熱風や微粉炭などが高炉に投入される。

外筒４は、内筒３の外側に設けられ、内筒３との間に水路用空間５を形成する。図２においては、水路用空間５が第１層冷却水路７と第２層冷却水路８とに分離された状態が示されているが、水路用空間５は、この分離の有無にかかわらず、内筒３と外筒４との間に形成される空間を示す。すなわち、第１層冷却水路７と第２層冷却水路８とを含んだ空間が、水路用空間５である。この水路用空間５が、分離壁６で分離されて、第１層冷却水路７と第２層冷却水路８とが形成される。

分離壁６は、水路用空間５に設けられる。この水路用空間５に設けられて、上述の通り、水路用空間５を、内側である第１層冷却水路７と外側である第２層冷却水路８とに分離する。

第１供給口７１は、第１層冷却水路７に冷却水を供給する。第１排出口７２は、第１層冷却水路７を循環した冷却水を排出する。すなわち、第１供給口７１から第１排出口７２までは、第１層冷却水路７を介して接続している。

第２供給口８１は、第２層冷却水路８に冷却水を供給する。第２排出口８２は、第２層冷却水路８を循環した冷却水を排出する。すなわち、第２供給口８１から第２排出口８２までは、第２層冷却水路８を介して接続している。これらの循環系統によって、冷却水が、高炉用羽口１の構造体内部を循環する。

図３は、この第１供給口７１、第１排出口７２、第２供給口８１、第２排出口８２までを示している。図３では、高炉用羽口１の正面に、これら第１供給口７１〜第２排出口８２が設けられている状態が示されている。冷却水の供給や排出を行うことから、高炉用羽口１の正面にこれらが設けられることは好適である。もちろん、底面以外に設けられることを排除するものではない。

内筒３と外筒４とは、図２に示されるように、先端で接続している。先端で接続することで、水路用空間５が閉じられた形態となる。水路用空間５が閉じられた空間となることで、分離壁６で分離されて形成される第１層冷却水路７と第２層冷却水路８も、供給口と排出口を除いて閉じられた水路となる。加えて、第１層冷却水路７と第２層冷却水路８とは、分離された水路となる。

分離壁６、内側である内筒３の表面に向けて突出する単数または複数の内側突起６１と、外側である外筒４の内面に向けて突出する単数または複数の外側突起６２とを、有する。図２には、この内側突起６１と外側突起６２とが示されている。

内側突起６１は、内側である内筒３の表面と密着する。外側突起６２は、外側である外筒４の内面と密着する。これらの密着により、分離壁６が水路用空間５を、内側と外側とに分離して、内側の第１層冷却水路７と外側の第２層冷却水路８が、形成される。

このとき、第１層冷却水路７と第２層冷却水路８とは、独立している。第１層冷却水路７は、第１供給口７１から供給された冷却水を、第１排出口７２まで循環させ、第２層冷却水路８は、第２供給口８１から供給された冷却水を、第２排出口８２まで循環させる。それぞれは、独立しているので、冷却水が混じることが無い。

それぞれの冷却水路は、冷却水の循環によって、高炉用羽口１を冷却して、高炉に挿入されて使用される際の熱的な影響を軽減する。また、内側に第１層冷却水路７が設けられ、外側に第２層冷却水路８が設けられるので、それぞれが冷却を行える。加えて、外側である第２層冷却水路８が損傷を受けても、内側の第１層冷却水路７が残って、冷却を継続できる。

また、分離壁６は、内側への内側突起６１と外側への外側突起６２とによって、一つの部材である分離壁６で、内側の第１層冷却水路と外側の第２層冷却水路とを形成できる。分離壁６の断面積が増加して、強度が向上する。

また、分離壁６が、内側と外側に向けて突起を備えて、内側の内筒３と外側の外筒４とを支えるので、内側への応力と外側への応力とのバランスを、分離壁６が取りやすくなる。このバランスによって、やはり、第１層冷却水路７と第２層冷却水路８の形状を維持することができる。

（各部の詳細）
各部の詳細について説明する。

図４は、本発明の実施の形態１における高炉用羽口の第１層冷却水路８の内部展開図である。図４は、図２のＡ−Ａでの展開図を示している。図４に示される通り、第１層冷却水路７と第２層冷却水路８は、水路用空間５を、スパイラル状もしくは円輪状に形成される。第２層冷却水路８は、第１層冷却水路７の外側を循環する。

図５は、本発明の実施の形態１における高炉用羽口の第２層冷却水路７の内部展開図である。図５は、図２のＢ−Ｂでの展開図を示している。図５も同じように第１層冷却水路７が、スパイラルまたは円輪状に形成されていることを示している。

このように、内側を第１層冷却水路７が循環し、その外側を第２層冷却水路８が循環している。

分離壁６は、内側突起６１と外側突起６２と一体である。この一体形成によって、分離壁６そのものには（突起の先端を除いて）密着部分が生じない。この結果、分離壁６は、その内側と外側に第１層冷却水路７と第２層冷却水路８とを構成する際には、内筒と外筒とに密着するだけである。

図２に示されるように、分離壁６は、内側突起６１と外側突起６２を備えている。内側突起６１は、内筒３の表面に密着する。外側突起６２は、外筒４の内面に密着する。内筒３と外筒４とは、溶接によって接続しており、この接続によって、密着が確実になされる。

このような構造を持つことで、実施の形態１における高炉用羽口１は、第１層冷却水路７と第２層冷却水路８とを形成できる。

（従来技術に比したメリット１）
このような構造を有する実施の形態１における高炉用羽口１の従来技術に比したメリットを説明する。図６は、本発明の実施の形態１における従来技術との比較を示す模式図である。図６の上には、従来技術での分離壁が示されており、図６の下には、実施の形態１の高炉用羽口１の分離壁６が示されている。従来技術では、一層ずつ部材を重ねていくことで、冷却水路を１層ずつ形成している。このような構造のために、図６の上のように、水路を形成する部材である分離壁は、外側突起のみを有する。

これに対して、実施の形態１の高炉用羽口１での分離壁６は、内側突起６１と外側突起６２とを備える。図６の下側に示すとおりである。

すなわち、実施の形態１における分離壁６の方が、従来技術の分離壁よりもその断面積が大きくなる。突起物である内側突起６１が増えていることで、断面積が増加するからである。

断面積が増加すると、断面係数が増加する。部材に曲げ作用が働く場合には、応力は断面係数で計算される。断面係数が大きくなると応力は小さくなる。すなわち、単位面積当たりに加わる力は小さくなり、結果として部材の負担が減少する。

このような断面積の増加による断面係数の増加によって、分離壁６は、従来技術の分離壁となる部材よりも耐久性が高くなる。結果として、熱的応力に対して従来技術よりも強くなる。

（従来技術に比したメリット２）
図７は、本発明の実施の形態１における従来技術に比したメリットを説明する模式図である。図７の上は、従来技術における外筒が破損した後の状態を示しており、図７の下は、実施の形態１における外筒が破損した後の状態を示している。

上述したように、高炉用羽口は、高炉に挿入されて使用される。このため、高炉用羽口には、機械的摩耗や熱的応力が加わり、非常な負担が加わることになる。この機械的摩耗や熱的応力が加わると、高炉用羽口の外側である外筒が破損してしまうことがある。図７は、この外筒が破損した後の状態を示している。

外筒と分離壁との間には、外側の冷却水路（第２層冷却水路８）がある。外筒が破損すると、この外側の冷却水路が露出してしまう。このとき、分離壁の内側に、内側の冷却水路（第１層冷却水路７）が存在する。外側の冷却水路が露出しても、分離壁が内側の冷却水路の外壁となって、内側の冷却水路の機能が維持されることが望ましい。

しかしながら、従来技術では、分離壁は外側に向けた突起のみで、外側の分離壁と密着しているだけである。このため、図７の上に示されるように、密着しているだけの内側の冷却水路の突起と外側の分離壁との間から、内側の冷却水路から水が漏れてしまうことになる。突起と分離壁の密着の隙間から水が漏れてしまうからである。

これに対して、実施の形態１の分離壁は、外側突起６２と内側突起６１とを備えている。外筒４が破損して第２層冷却水路８が露出しても、露出した領域と第１層冷却水路７との間には、密着部分は存在しない。分離壁６が一体であるからである。

この結果、例えば図７の下側のように外側突起６２の一部が破損しても、密着部分に繋がることがない。この結果、第１層冷却水路７の水が漏水することがない。漏水することが無ければ、高炉に悪影響を生じさせず、第１層冷却水路７の機能の維持も図られる。

この点も、実施の形態１における高炉用羽口１の従来技術に対するメリット（優位性）である。

以上、実施の形態１における高炉用羽口１は、従来技術に比較して、高い耐久性や破損後にも高い機能維持を実現できる。
（実施の形態２）

次に、実施の形態２について説明する。実施の形態２では、内筒と分離壁とが一体形成である高炉用羽口について説明する。図８は、本発明の実施の形態２における高炉用羽口の側断面図である。図２と同じ位置における断面図を示している。

実施の形態２の高炉用羽口１は、実施の形態１の高炉用羽口１と同じ要素を備えているが、内筒３と分離壁６とが、一体である。図８でも、内筒３と分離壁６とが、一体であることが示されている。一体とは、内筒３と分離壁６とが、一体で形成されている。例えば、一つの部材として製造されて、内筒３と分離壁６とが一体として形成されればよい。このとき、鋳物として、内筒３と分離壁６とが一体で形成されればよい。

このように、実施の形態２では、内筒３と分離壁６とが一体である。

内筒３と一体であるが、分離壁６としての要素として把握されればよく、２つを別の要素名として定義していることが、一体であることを除く意図はない。

分離壁６は、実施の形態１で説明したように、内側突起６１と外側突起６２とを備える。ここで、内側突起６１は、内筒３と一体であるので、実施の形態１のように、内筒の表面と密着するような組み合わせ部分が生じない。内側突起６１は、そのまま内筒３と一体の構造体である。

外側突起６２は、分離壁６の外側に向けて突出している。この外側突起６２が外側に向けて突出していることは、実施の形態１の場合と同じである。外側突起６２は、外筒４にむけて突出しており、外筒４の内面と密着する。一方で、内側突起６１は、内筒３と一体であるので、密着などの組み合わせは生じない。

このように、第１層冷却水路７は、一体である内筒３と分離壁６とによって形成される。一体であるので、第１層冷却水路７は、一体の部材の空隙によって形成される。第２層冷却水路８は、分離壁６と外筒４とによって形成される。分離壁６の外側突起６２と外筒４の内面とは密着しており、この密着による組み合わせで、第２層冷却水路８が形成される。

図８は、このような構造を示している。

第１層冷却水路７と第２層冷却水路８は、実施の形態１と同じく、スパイラル状もしくは円輪状である。このような形態であることで、高炉用羽口１の全体を万遍なく冷却できるようになる。

また、第１供給口７１から第１排出口７２までを、第１層冷却水路７を通じて冷却水が循環し、第２供給口８１から第２排出口８２までを、第２層冷却水路８を通じて冷却水が循環することは、実施の形態１と同じである。この冷却によって、高炉用羽口１の機械的摩耗や熱的応力に対する対応がなされる。

（従来技術に比したメリット１）
図８に示される通り、分離壁６と内筒３とが一体である。この一体であることにより、高炉用羽口１の製造コストが低下するメリットがある。従来技術では、図８と同じような内側の第１層冷却水路と外側の第２層冷却水路を形成するためには、内筒、内部部材、外筒の３つの異なる部材を組み合わせて製造する必要があった。これに対して、実施の形態２における高炉用羽口１では、分離壁６が一体となっている内筒３と外筒４の２つの部材を組み合わせるだけで済む。

このため、従来技術に比して、製造コストが低くなるとのメリットがある。

（従来技術に比したメリット２）
図９は、本発明の実施の形態２における従来技術に対するメリットを説明する模式図である。図９は、図７と同じように外筒が破損して、第２層冷却水路が露出した状態を示している。図９の上は、従来技術の羽口で、外筒が破損して外側の冷却水路が露出した状態を示している。図９の下は、実施の形態２の高炉用羽口１で、外筒４が破損して第２層冷却水路８が露出した状態を示している。

従来技術では、図７で説明したように、内側の冷却水路と分離壁とが密着した組み合わせ状態を有しているので、この組み合わせ部分において突起と分離壁の密着の間に隙間が生じてしまい、分離壁の密着部が破損したときは、内側の冷却水路から水が漏れてしまう。密着部の一部が破損した場合には、このような漏水が生じてしまう。

これに対して、実施の形態２の高炉用羽口１では、内側の第１層冷却水路７は、一体の部材である内筒３と分離壁６とによって形成されている。このため、第２層冷却水路８が露出しても、第１層冷却水路７が外部と繋がる部分が生じない。結果、第１層冷却水路７からの漏水が生じない。漏水が生じないことで、第２層冷却水路８が露出した後で、第１層冷却水路７の機能が維持される。漏水による高炉への悪影響も低減できる。

このように、分離壁６と内筒３とが一体である実施の形態２の高炉用羽口１は、外筒４の破損後でも、機能の維持を図ることができるメリットがある。

（従来技術に比したメリット３）
図１０は、本発明の実施の形態２における従来技術に対するメリットを説明する模式図である。図１０は、分離壁とこれと一体である部材の側面を示している。図１０の上は、従来技術の分離壁としての部材を示しており、図１０の下は、実施の形態２における分離壁とこれと一体である内筒３とを示している。図６を用いて説明したように、実施の形態２の分離壁６は、その断面積が大きい。特に内筒３と一体であることで、全体としての断面積が大きくなる。

断面積が大きいことで、断面係数も上昇して、構造上の応力が小さくなり部材としての耐久性が向上する。この耐久性の向上によって、高炉用羽口１の耐久性も高くなる。

また、分離壁６が内筒３と一体であることで、内側突起６１と内筒３との密着部分が無くなる。すなわち、第１層冷却水路７と第２層冷却水路８とを形成する部材において、密着部分が少なくなる。密着部分が少なくなることで、構造強度も高くなる。

構造強度が高くなることで、当然ながら、高炉用羽口１の分離壁にかかる応力が下がり、熱応力に対する強度が高くなるメリットがある。

（従来技術に比したメリット４）
図１１は、本発明の実施の形態２における従来技術に対するメリットを説明する模式図である。図１１は、従来技術と実施の形態２の高炉用羽口の溶接個所の数を比較している。図１１の上は、従来技術の冷却水路を形成するための部材の溶接個所を示しており、図１１の下は、実施の形態２における冷却水路を形成するための部材の溶接個所を示している。

従来技術では、内側の冷却水路と外側の冷却水路を形成するために、内筒、分離壁、外筒の３つの部材を組み合わせる必要がある。外筒と内筒とを固定するために溶接１、外筒と分離壁（内筒を介して）とを固定するために溶接２の２か所の溶接が必要である。加えて分離壁と内筒を固定するために溶接３、溶接４の２か所の溶接が必要である。

この結果、溶接個所は４カ所が必要である。

これに対して、実施の形態２の高炉用羽口１では、内筒３と分離壁６とが一体であることで、内筒３と外筒４とを固定的に接続する溶接１と溶接２の２か所の溶接で済む。すなわち、２か所の溶接個所で済み、従来技術よりも少なくて済む。

溶接個所が少ないことで、第１層冷却水路７と第２層冷却水路８とを形成する構造体の構造強度が向上する。また、高炉用羽口１そのものの構造強度も向上する。これらの結果、高炉用羽口１の強度が高まるメリットがある。

羽口は、高炉に挿入されて使用される。このため、溶接１の溶接部分は、高炉内の熱によって温度上昇し易い状態になる。溶接２、溶接３の溶接部分には、高炉用羽口１の中心の熱風からの熱を受ける状態にある。溶接４の溶接部分には、外筒が破損して分離壁が露出したとき高炉内の熱によって温度上昇し易い状態になる。

ここで、溶接部は、羽口の本体部分よりも熱伝導率が低い。熱伝導率が低いことは、外部からの熱によって軟化しやすく劣化や破損に繋がりやすい。すなわち、羽口本体よりも溶接部は熱に対して弱い。このため、溶接個所が多いことは、羽口の耐久性としては好ましくない。言い換えれば、実施の形態２の羽口１は、溶接個所が少ないことで、使用における熱劣化に対して強い。

溶接個所が温度上昇し易いということは、溶接部分が軟化あるいは強度低下して機械的摩耗や熱による破損、また機械的破損を生じうる状態を示している。

溶接個所が多い従来技術では、この熱による溶接部分の損傷が羽口の強度や耐久性を減じる問題がある。これに対して、実施の形態２の高炉用羽口１は、溶接個所が少ないことで、このような問題も低減できる。

このように、溶接個所が少ないとのメリットを、実施の形態２の高炉用羽口１は、有している。

以上のように、実施の形態２の高炉用羽口１は、内筒３と分離壁６とを一体とすることにより、構造的熱応力に対する強度を高めることができる。

（実施の形態３）

次に、実施の形態３について説明する。実施の形態３では、他の工夫について説明する。

（第２層冷却水路の外側の冷却水路）
実施の形態１、２では、内側の第１層冷却水路７と外側の第２層冷却水路８を説明した。この第１層冷却水路および第２層冷却水路以外に、第３層冷却水路が更に設けられることも好適である。例えば、分離壁６の外側に更に分離壁が備わることで、第２層冷却水路８の外側に、第３層冷却水路が形成されればよい。冷却水路の層が増加することで、冷却能力の向上や外層の破損時に対する対応力の向上といったメリットがある。

あるいは、分離壁６の構造によって、第１層冷却水路の内側に、第３層冷却水路阿形成されてもよい。

また、第３層冷却水路だけでなく、その外側の冷却水路が更に設けられてもよい。この場合には、第４層、第５層との冷却水路が形成されてもよい。

（第１供給口〜第２排出口）
図３のように、第１供給口７１、第１排出口７２、第２供給口８１、第２排出口８２のそれぞれは、高炉用羽口１の根元側正面に設けられれば良い。根元正面に設けられることで、冷却水の供給や排出が容易となるからである。

あるいは、第１供給口７１〜第２排出口８２の少なくとも一部が、高炉用羽口の側面に設けられてもよい。側面に設けられて、冷却水の供給や排出が行われればよい。

なお、実施の形態１〜３で説明された高炉用羽口は、本発明の趣旨を説明する一例であり、本発明の趣旨を逸脱しない範囲での変形や改造を含む。

１ 高炉用羽口
２ 貫通孔
３ 内筒
４ 外筒
５ 水路用空間
６ 分離壁
７ 第１層冷却水路
８ 第２層冷却水路

Claims (9)

1. 根元から先端への貫通孔を形成する内筒と、
   前記内筒の外側に設けられ、前記内筒との間に水路用空間を形成する外筒と、
   前記水路用空間を、内側である第１層冷却水路と外側である第２層冷却水路とに分割する分離壁と、
   前記第１層冷却水路に冷却水を供給する第１供給口と、
   前記第１層冷却水路を循環した冷却水を排出する第１排出口と、
   前記第２層冷却水路に冷却水を供給する第２供給口と、
   前記第２層冷却水路を循環した冷却水を排出する第２排出口と、を備え、
   前記内筒と前記外筒とは先端で連結しており、
   前記分離壁は、内側である内筒の表面に向けて突出する単数または複数の内側突起と、外側である外筒の内面に向けて突出する単数または複数の外側突起と、を有し、
   前記内側突起は、前記内筒の表面と密着し、前記外側突起は前記外筒の内面と密着して、内側である前記第１層冷却水路と、外側である第２層冷却水路とが設けられ、
   前記第１層冷却水路は、前記第１供給口から供給された冷却水を、内側において、前記第１排出口まで循環させ、
   前記第２層冷却水路は、前記第２供給口から供給された冷却水を、前記第１冷却水路の外側において、前記第２排出口まで循環させる高炉用羽口。
2. 前記第１層冷却水路および前記第２層冷却水路は、前記内筒と前記外筒の間を、スパイラル状または円輪状に形成され、
   前記第２層冷却水路は、前記第１層冷却水路の外側を循環する、請求項１記載の高炉用羽口。
3. 前記分離壁は、前記内側突起と前記外側突起と一体である、請求項１または２記載の高炉用羽口。
4. 前記内筒、前記外筒および前記分離壁の接続部分の少なくとも一部が溶接されることで、
   前記内側突起と前記内筒の表面とが密着し、前記外側突起と前記外筒の内面とが密着する、請求項１から３のいずれか記載の高炉用羽口。
5. 前記内筒と前記分離壁とが一体であり、前記内側突起と前記内筒とは一体である、請求項１から３のいずれか記載の高炉用羽口。
6. 前記内筒と前記分離壁は、鋳物として一体である、請求項５記載の高炉用羽口。
7. 前記外側突起と前記外筒の内面のみが、密着している、請求項５記載の高炉用羽口。
8. 前記第１層冷却水路および前記第２層冷却水路以外に、第３層冷却水路が更に設けられる、請求項１から７のいずれか記載の高炉用羽口。
9. 前記第１供給口、前記第１排出口、前記第２供給口および前記第２排出口は、前記内筒と前記外筒との間の根元側の面に設けられる、請求項１から８のいずれか記載の高炉用羽口。