JP2019123897A - 羽口ユニットおよびその設置方法 - Google Patents

Abstract

【課題】羽口ユニットの設置部から溶融金属が漏れてしまうことを抑制する。【解決手段】溶融金属収容容器（２０）の内面に設けられた内面耐火物（２３）の底部付近に形成された貫通孔（２３ａ）に嵌挿して羽口ユニット（１０）を設置した際に、貫通孔（２３ａ）の周囲を囲む側壁に当接する側面に凹溝（ｄ１，ｄ２）が形成されており、凹溝（ｄ１，ｄ２）に熱膨張性耐火物（６ａ，６ｂ）が埋設されている。【選択図】図１

Description

本発明は、溶融金属収容容器に収容された溶融金属中にガスを吹き込むための羽口ユニット、および該羽口ユニットの設置方法に関する。

電気炉、転炉などの溶融金属収容容器においては、内部に収容された溶融金属を攪拌するために容器底部（炉底）付近に設けた羽口から窒素などのガスを吹き込む操業が行われる。羽口は損耗が激しいため、定期的に交換する必要がある。通常、耐火物本体にガス吹込み用の貫通管を内蔵した羽口ユニットを予め用意しておき、溶融金属収容容器の補修時に必要に応じて羽口ユニットの取り換えを行う。羽口ユニットの内部には、損耗状態を操業中に監視できるように、複数本の熱電対を埋め込んでおくことが一般的である。特許文献１には、このような羽口ユニットの一例が開示されている。

特開２０１２‐１９７４７８号公報（２０１２年１０月１８日公開）

しかしながら、上述のような従来の羽口ユニットでは、羽口ユニットの設置部において、溶融金属収容容器の内面耐火物の底部付近に形成された貫通孔の周囲を囲む側壁と、羽口ユニットの側面と、の間に隙間が生じ易く、羽口ユニットの設置部から溶融金属が漏れてしまう可能性があるという問題点がある。

本発明の一態様は、上記の問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、羽口ユニットの設置部から溶融金属が漏れてしまうことを抑制することができる羽口ユニットなどを実現することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係る羽口ユニットは、溶融金属収容容器に収容された溶融金属中にガスを吹き込むための羽口ユニットであって、上記溶融金属収容容器の内面に設けられた内面耐火物の底部付近に形成された貫通孔に嵌挿した際に、上記貫通孔の周囲を囲む側壁に当接する側面に凹溝が形成されており、上記凹溝に熱膨張性耐火物が埋設されている構成である。

上記構成によれば、内面耐火物の底部付近に形成された貫通孔の周囲を囲む側壁に当接する側面に凹溝が形成されており、凹溝に熱膨張性耐火物が埋設されている。このため、羽口ユニットを貫通孔に嵌挿した状態で、羽口ユニットの設置部付近の温度が上昇した場合、熱膨張性耐火物の体積が膨張する。このため、貫通孔の周囲を囲む側壁と、羽口ユニットの側面と、の間の隙間を膨張した熱膨張性耐火物で埋めることができる。これにより、羽口ユニットの設置部から溶融金属が漏れてしまうことを抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る羽口ユニットは、上記凹溝は、上記嵌挿方向の軸の周囲の全周に沿って形成されていることが好ましい。上記構成によれば、羽口ユニットの側面には、嵌挿方向の軸の周囲の全周に沿って凹溝が形成されている。このため、この凹溝の全域に熱膨張性耐火物を埋設させることで、貫通孔の周囲を囲む側壁と、羽口ユニットの側面との間の隙間を熱膨張性耐火物で完全に塞ぐことができる。このため、羽口ユニットの設置部から溶融金属が漏れてしまうことをより抑制することができる。

また、本発明の一態様に係る羽口ユニットは、上記凹溝の溝深さが２ｍｍ以上であることが好ましい。上記構成によれば、熱膨張性耐火物を羽口ユニットの凹溝に埋設させ易くすることができる。

また、本発明の一態様に係る羽口ユニットの設置方法は、上記羽口ユニットの設置方法であって、上記凹溝に上記熱膨張性耐火物が埋設された状態で、上記羽口ユニットを上記貫通孔に嵌挿することが好ましい。上記方法によれば、羽口ユニットの設置部から溶融金属が漏れてしまうことを抑制することができる。

本発明の一態様に係る羽口ユニットおよびその設置方法によれば、羽口ユニットの設置部から溶融金属が漏れてしまうことを抑制することができる。

（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る溶融金属収容容器の断面構造を示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の実施の一形態に係る羽口ユニットの構造を示す断面図（熱膨張性耐火物なし）であり、（ｃ）は、上記羽口ユニットの構造を示す断面図（熱膨張性耐火物あり）である。 （ａ）は、上記溶融金属収容容器を上側から見たときの図であり、（ｂ）は、ダミーノズルの設置または取り外し方法を説明するための図である。 （ａ）は、耐火物の、化学成分、糖度、線変化率、および主な用途などを示す図であり、（ｂ）は、耐火物の温度変化に対する熱膨張率の変化を示す図である。

〔溶融金属収容容器の構造について〕
図１の（ａ）は、本発明の実施の一形態に係る溶融金属収容容器２０の断面構造を示す断面図である。炉体である溶融金属収容容器２０の中に、電極２１から発生するアークにより溶融した溶融金属２２が収容される。

溶融金属収容容器２０の内面には内面耐火物２３が設けられている。内面耐火物２３の底部付近には貫通孔２３ａが形成されている。この貫通孔２３ａに羽口ユニット１０が嵌挿されている。また、ガス配管２４により供給された窒素等の撹拌用の不活性ガスが羽口ユニット１０内を通り、溶融金属２２中に吹き込まれる。溶融金属収容容器２０において、羽口ユニット１０は１箇所または複数箇所に設置される。

〔羽口ユニットの構造について〕
次に、図１の（ｂ）は、本発明の実施の一形態に係る羽口ユニット１０の構造を示す断面図（熱膨張性耐火物なし）である。また、図１の（ｃ）は、羽口ユニット１０の構造を示す断面図（熱膨張性耐火物あり）である。羽口ユニット１０は、溶融金属収容容器２０に収容された溶融金属２２中にガスを吹き込むためのユニットである。

羽口ユニット１０は、ガス吹き込み用貫通管２が形成された耐火物本体１によって構成されている。耐火物本体１の形状は、例えば溶融金属収容容器２０の外側から当該容器の内面耐火物２３中に埋め込みやすいように円錐台形状となっている。

耐火物本体１の上端面Ａが溶融金属収容容器２０の内表面において溶融金属２２と接することとなる。耐火物本体１の内部には保護管３によって保護された熱電対４が内蔵されている。保護管３はアルミナ等の耐熱絶縁材料で構成される。熱電対４は操業中に劣化して使用不能となることが想定されるため、複数本設置されることが多い。

熱電対４の先端位置（測温位置）が溶融金属に近いほど、耐火物本体１の損耗を精度良く把握できるが、その分、使用不能となる時期も早まる。このため、通常は個々の熱電対４の先端高さを変えることで、溶融金属に近い熱電対４から順次使用不能となるように工夫してある。

なお、図中には便宜上、ガス吹き込み用貫通管２を２本、熱電対４を２本描いてあるが、これらはそれぞれ３本以上内蔵される場合も多い。ガス吹き込み用貫通管２の内径は例えば１〜４ｍｍ程度、保護管３の内径は例えば２〜８ｍｍ程度である。この図ではそれらの径を誇張して描いてある。また、この図では複数のガス吹き込み用貫通管２および熱電対４を便宜上一断面内に描いてあるが、実際は端面Ａの方向から見た場合の位置関係において、それらは概ね耐火物本体１内に均等に配置されている。

また、図１の（ｂ）に示すように、本実施形態では、特に、耐火物本体１の貫通孔２３ａの周囲を囲む側壁に当接する側面に溝（凹溝）ｄ１，ｄ２を形成している。なお、本実施形態では、溝の数は２つであるが、溝の数はこれに限定されず、３つ以上あっても良い。溝の数が多い程、各溝を熱膨張性耐火物で埋めることで、羽口ユニット１０の設置部から溶融金属２２が漏れてしまうことをより抑制することができる。

また、図１の（ｃ）に示すように、溝ｄ１，ｄ２には、それぞれ、熱膨張性耐火物６ａ，６ｂが埋設されている。熱膨張性耐火物６ａ，６ｂは、熱膨張性を有する不定形の耐火物である。羽口ユニット１０を貫通孔２３ａに嵌挿した状態で、羽口ユニット１０の設置部付近の温度が上昇した場合、熱膨張性耐火物６ａ，６ｂの体積が膨張する。このため、貫通孔２３ａの周囲を囲む側壁と、羽口ユニット１０の側面と、の間の隙間を膨張した熱膨張性耐火物６ａ，６ｂで埋めることができる。これにより、羽口ユニット１０の設置部から溶融金属２２が漏れてしまうことを抑制することができる。

なお、熱膨張性耐火物６ａ，６ｂのそれぞれの構成材料の例については後述する。また、溝ｄ１，ｄ２は、羽口ユニット１０の嵌挿方向の軸の周囲の全周に沿って形成されていることが好ましい。

これにより、この溝ｄ１，ｄ２の全域に熱膨張性耐火物６ａ，６ｂを埋設させることで、貫通孔２３ａの周囲を囲む側壁と、羽口ユニット１０の側面と、の間の隙間を熱膨張性耐火物６ａ，６ｂで完全に塞ぐことができる。このため、羽口ユニット１０の設置部から溶融金属２２が漏れてしまうことをより抑制することができる。

また、溝ｄ１，ｄ２のそれぞれの溝深さｈ１，ｈ２は、２ｍｍ以上であることが好ましい。これにより、熱膨張性耐火物６ａ，６ｂを溝ｄ１，ｄ２に埋設させ易くすることができる。なお、溝ｄ１，ｄ２のそれぞれの溝幅ｗ１，ｗ２は、約１０ｍｍである。また、溝ｄ１および溝ｄ２の溝同士の間隔ｗ３は、約４０ｍｍである。

次に、図２の（ａ）は、溶融金属収容容器２０を上側から見たときの図である。同図に示すように、溶融金属収容容器２０の底部には、羽口ユニット１０またはダミーノズル１０ａを設置するための複数の貫通孔２３ａが設けられている。

同図の黒丸で示す合計３箇所の貫通孔２３ａには、それぞれ羽口ユニット１０が設置されている。一方、白丸で示す合計６個所の貫通孔２３ａには、それぞれダミーノズル１０ａが設置されている。ダミーノズル１０ａは、耐火物本体１のみで構成されており、ガス吹き込み用貫通管２、保護管３および熱電対４などは設けられていない。

羽口ユニット１０は溶損が激しいので、適時に交換していく、黒丸で示す貫通孔２３ａに設置されている羽口ユニット１０の利用が困難となった場合は、その隣の白丸で示す貫通孔２３ａに設置されているダミーノズル１０ａを取り外し、羽口ユニット１０と交換する。以下、同様の手順でダミーノズル１０ａと羽口ユニット１０とを交換していく。

次に、図２の（ｂ）は、ダミーノズル１０ａの設置または取り外し方法を説明するための図である。同図に示すように略円錐台形状のダミーノズル１０ａの頂部を黒抜きの矢印で示す方向に（炉内側から炉外側に）打ち込むことにより、ダミーノズル１０ａを取り外すことができる。一方、ダミーノズル１０ａを設置するときは、白抜きの矢印で示す方向に（炉外側から炉内側に）嵌挿することで、ダミーノズル１０ａを設置することができる。

〔熱膨張性耐火物の具体例について〕
次に、図３の（ａ）は、耐火物ＡおよびＢの、化学成分、糖度、線変化率、および主な用途などを示す図である。耐火物ＡおよびＢは、それぞれ、アルミナを高濃度で含むモルタルである。上述した熱膨張性耐火物６ａ，６ｂの構成材料としては、耐火物Ｂが好ましい。

耐火物Ｂの化学成分は、ＳｉＯ_２の濃度が１６．１％で、耐火物Ａの５．０％の３倍程度となっている。また、耐火物ＢのＡｌ_２Ｏ_３の濃度は、７９．４％で耐火物Ａの９０．０％より若干少なくなっている。

耐火物ＡおよびＢのそれぞれの粒度の値は、ほぼ同じである。なお、「０．０７４ｍｍ↓％」の意義は、粒径が０．０７４ｍｍ以下の粒子の割合（％）である。

また、耐火物Ａの線変化率は、１１０℃で２４時間加熱した場合、１０００℃で３時間加熱した場合、１５００℃で３時間加熱した場合、のいずれの場合もマイナスの値となっている。一方、耐火物Ａの線変化率は、１１０℃で２４時間加熱した場合、および１０００℃で３時間加熱した場合でマイナスの値となっているが、１５００℃で３時間加熱した場合にプラスの値となっている。これは、耐火物Ｂの熱膨張性の特性を示している。ここで、線変化率（加熱による残存線変化率）は、定められた温度で定められた時間加熱した後、室温になったときの長さ変化の最初の長さに対する百分率のことである。

図３の（ｂ）は、耐火物Ｂの温度変化に対する熱膨張率の変化を示す図である。同図に示すように、耐火物Ｂは、６００℃以上、１１００℃以下の範囲で、約３％〜約６％の高い熱膨張率を示している。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

６ａ，６ｂ 熱膨張性耐火物
１０ 羽口ユニット
２０ 溶融金属収容容器
２２ 溶融金属
２３ 内面耐火物
２３ａ 貫通孔
ｄ１，ｄ２ 溝（凹溝）
ｈ１，ｈ２ 溝深さ

Claims (4)

1. 溶融金属収容容器に収容された溶融金属中にガスを吹き込むための羽口ユニットであって、
   上記溶融金属収容容器の内面に設けられた内面耐火物の底部付近に形成された貫通孔に嵌挿した際に、上記貫通孔の周囲を囲む側壁に当接する側面に凹溝が形成されており、
   上記凹溝に熱膨張性耐火物が埋設されていることを特徴とする羽口ユニット。
2. 上記凹溝は、上記嵌挿方向の軸の周囲の全周に沿って形成されていることを特徴とする請求項１に記載の羽口ユニット。
3. 上記凹溝の溝深さが２ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の羽口ユニット。
4. 請求項１から３までの何れか１項に記載の羽口ユニットの設置方法であって、上記凹溝に上記熱膨張性耐火物が埋設された状態で、上記羽口ユニットを上記貫通孔に嵌挿することを特徴とする羽口ユニットの設置方法。

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