JP2020152962A - 羽口 - Google Patents

Abstract

【課題】羽口の一部破損時の高炉操業において操業延長に資する羽口を提供する。【解決手段】羽口１０Ａは、冷媒の流入口と流出口とが互いに異なる複数の流路２１、２２が形成された羽口１０Ａであって、流路２１、２２の内面の少なくとも一部に耐摩耗層６０が設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、羽口に関する。

一般的に羽口の摩耗に対する長寿命化対策として、羽口の外面に耐摩耗材を肉盛溶接・溶射することや、耐火物施工・セラミック鋳込することなどが知られている（例えば、下記特許文献１〜７参照）。

特開平１−３６７１５号公報 特開平１１−２１７６１０号公報 特開平１１−２１７６１１号公報 実開平６−４２９５０号公報 実開平３−１２８６４１号公報 実開昭６３−８５６４７号公報 実公昭４８−２０４８７号公報

ところで、羽口が溶損したときに突発の高炉休止を回避する方法として、内部の水路が２分割以上に分離された羽口を使用することが知られている。例えば親子羽口のように、羽口の内部の水路が前部・後部、もしくは内周・外周のように二分割以上に分離された羽口では、前部もしくは外周の破損が検知されたとき、当該水路の冷却水を停止して操業を継続する。
しかしながら、このような操業の継続時、冷却水の供給を停止した前部もしくは外周の表面を構成する金属（例えば、銅・銅合金）が、耐摩耗材とともに溶損（消失）する。その結果、後部もしくは内周の金属（例えば、銅または銅合金）の表面が高炉内に露出し、コークス等によって早期に摩耗するため、期待される操業延長効果を得られない。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、羽口の一部破損時の高炉操業において操業延長に資する羽口を提供することを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提案している。
本発明に係る羽口は、冷媒の流入口と流出口とが互いに異なる複数の流路が内部に形成された羽口であって、前記流路の内面の少なくとも一部に耐摩耗層が設けられている。

本構成によれば、例えば複数の流路のうちの一部の流路への冷媒の供給が停止されることで羽口の一部が溶損し、流路の内面が炉内に露出されるときに、流路の内面そのものではなく、その内面に設けられた耐摩耗層を露出させることができる。これにより、部分的に溶損された羽口であっても、その表面を耐摩耗層によって保護することができる。よって、例えばコークス等による羽口の摩耗を抑制することが可能になり、羽口を延命させて炉の操業を例えば次の予定休止まで延長させることができる。

前記耐摩耗層は、前記流路の内面において、前記羽口の軸方向に沿う炉の内側を向く面、および、前記羽口の径方向の外側を向く面のうちの少なくとも一方に設けられていてもよい。

本構成によれば、羽口が軸方向に沿う炉の内側から溶損したり、羽口が径方向の外側から溶損したりしたときに、羽口の外面となる部分に耐摩耗層を位置させておきやすくすることができる。

前記流路として、隔壁部を隔てて隣り合う第１流路および第２流路を備え、前記第１流路は、前記第２流路よりも高温環境下に配置され、前記耐摩耗層は、前記第１流路の内面において前記隔壁部によって形成される部分に設けられていてもよい。

本構成によれば、第１流路への冷媒の供給が停止され、羽口のうち、高温環境下に配置される部分が溶損したとしても、隔壁部を直接露出させるのではなく、隔壁部に設けられた耐摩耗層を露出させることができる。

前記第２流路が、胴部流路であり、前記第１流路が、前記胴部流路に対して前記羽口の軸方向に沿う炉の内側に位置する先端部流路であり、前記隔壁部が、前記胴部流路と前記先端部流路とを前記軸方向に隔てる軸方向隔壁であり、前記耐摩耗層は、前記先端部流路の内面において前記軸方向隔壁によって形成される部分に設けられていてもよい。

本構成によれば、先端部流路への冷媒の供給が停止され、羽口の先端部が溶損したとしても、軸方向隔壁を直接露出させるのではなく、軸方向隔壁に設けられた耐摩耗層を露出させることができる。

前記第２流路が、内側流路であり、前記第１流路が、前記内側流路に対して前記羽口の径方向の外側に位置する外側流路であり、前記隔壁部が、前記内側流路と前記外側流路とを前記径方向に隔てる径方向隔壁であり、前記耐摩耗層は、前記外側流路の内面において前記径方向隔壁によって形成される部分に設けられていてもよい。

本構成によれば、外側流路への冷媒の供給が停止され、羽口の外周部が溶損したとしても、径方向隔壁を直接露出させるのではなく、径方向隔壁に設けられた耐摩耗層を露出させることができる。

前記流路として、胴部流路と、前記胴部流路に対して前記羽口の軸方向に沿う炉の内側に位置し、軸方向隔壁を隔てて前記胴部流路と前記軸方向に隣り合う内側流路および外側流路と、を備え、前記外側流路は、前記内側流路に対して前記羽口の径方向の外側に位置し、径方向隔壁を隔てて前記内側流路と前記径方向に隣り合い、前記耐摩耗層は、前記内側流路の内面において前記軸方向隔壁によって形成される部分と、前記外側流路の内面において前記軸方向隔壁によって形成される部分と、前記外側流路の内面において前記径方向隔壁によって形成される部分と、のうちの少なくとも１つに設けられていてもよい。

耐摩耗層が内側流路や外側流路の内面において軸方向隔壁によって形成される部分に設けられている場合、内側流路や外側流路への冷媒の供給が停止され、羽口の先端部が溶損したとしても、軸方向隔壁を直接露出させるのではなく、軸方向隔壁に設けられた耐摩耗層を露出させることができる。
耐摩耗層が外側流路の内面において径方向隔壁によって形成される部分に設けられている場合、外側流路への冷媒の供給が停止され、羽口の先端部における外周部が溶損したとしても、径方向隔壁を直接露出させるのではなく、径方向隔壁に設けられた耐摩耗層を露出させることができる。

前記流路として、環状隔壁を隔てて前記羽口の径方向に隣り合う複数の環状流路を備え、前記複数の環状流路は、一の環状流路と、前記一の環状流路に対して、一の環状隔壁を隔てて前記径方向の内側から隣り合う他の環状流路と、を備え、前記耐摩耗層は、前記一の環状流路の内面において前記一の環状隔壁によって形成される部分に設けられていてもよい。

本構成によれば、一の環状流路への冷媒の供給が停止され、羽口の外周部が溶損したとしても、一の環状隔壁を直接露出させるのではなく、一の環状隔壁に設けられた耐摩耗層を露出させることができる。

前記流路は、前記羽口の周方向に延びる周回部を備え、前記耐摩耗層は、前記周回部の内面に設けられていてもよい。

本構成によれば、耐摩耗層を広い範囲に設けることができる。なお、耐摩耗層を形成する範囲は、周回部の全周であってもよいが、コスト・作業負荷の観点から、周方向の一部であってもよい。

前記耐摩耗層のうち、前記周回部の上半周に位置する部分の面積が、前記周回部の下半周に位置する部分の面積以上であってもよい。

本構成によれば、羽口が溶損して流路の内面が露出したときに、羽口のうち、上側に位置する部分に耐摩耗層を確実に多く配置することができる。羽口では、上方に位置する部分が摩耗し易いことから、羽口のうち、上側に位置する部分に耐摩耗層を多く配置することで、羽口の摩耗を効果的に抑制することができる。

前記耐摩耗層は、前記羽口を、前記羽口の軸線に直交しかつ前記周回部を含む横断面で見たときに、前記周回部の内面のうち、前記軸線に対して真上に位置する基準位置を中心として、前記軸線回りに９０度の範囲に連続して設けられていてもよく、前記軸線回りに１８０度の範囲に連続して設けられていてもよい。

本構成によれば、羽口が溶損して流路の内面が露出したときに、羽口のうち、上側に位置する部分に耐摩耗層を確実に配置することができる。羽口では、上方に位置する部分が摩耗し易いことから、羽口のうち、上側に位置する部分に耐摩耗層を配置することで、羽口の摩耗を効果的に抑制することができる。

前記耐摩耗層は、合金またはセラミックであってもよい。

本構成によれば、耐摩耗性を確実に発揮させることができる。

本発明によれば、高炉の操業延長に資する羽口を提供することができる。

本発明の第１実施形態に係る羽口の断面図である。 本発明の第２実施形態に係る羽口の断面図である。 本発明の第３実施形態に係る羽口の断面図である。 本発明の第４実施形態に係る羽口の断面図である。 本発明の第５実施形態に係る羽口の断面図である。 本発明の第６実施形態に係る羽口の断面図である。 本発明の第７実施形態に係る羽口の断面図である。

（第１実施形態）
以下、図面を参照し、本発明の第１実施形態に係る羽口１０Ａを説明する。
羽口１０Ａは、高炉１（金属溶融炉）に用いられる。図１に示すように、羽口１０Ａは、高炉１の外部Ｏから内部Ｉに気体（熱風）を吹き込む。なお羽口１０Ａは、例えば、キュポラ炉など、高炉１以外の金属溶融炉に適用することも可能である。

以下では、羽口１０Ａの軸線Ｌ（以下、単に軸線Ｌという）に沿う高炉１の内部Ｉ側を前側Ｄ１といい、高炉１の外部Ｏ側を後側Ｄ２という。また、羽口１０Ａの軸方向を単に軸方向といい、羽口１０Ａの径方向を単に径方向といい、羽口１０Ａの周方向を単に周方向という。また、羽口１０Ａが高炉１に設置されている状態における鉛直方向の上側を単に上側といい、同鉛直方向の下側を単に下側という。
本実施形態では、羽口１０Ａは、前側Ｄ１斜め下側に向けて熱風を吹き込む。軸線Ｌは、水平面に対して傾斜している。軸線Ｌは、前側Ｄ１に向かうに従い下側に延びている。

羽口１０Ａは、冷却水の流路２１、２２が内部に形成された羽口本体２０と、羽口本体２０に設けられた耐摩耗層６０と、を備えている。
本実施形態では、羽口１０Ａは、いわゆる親子羽口（二重羽口）である。羽口本体２０には、２つの流路２１、２２が形成されている。羽口本体２０は、２つの流路２１、２２として、第１流路２１および第２流路２２を備えている。第１流路２１および第２流路２２では、冷却水（冷媒、液体）の流入口と流出口とが互いに異なっている。第１流路２１および第２流路２２は、互いに独立した流路２１、２２である。言い換えると、第１流路２１および第２流路２２は、互いに共有する部分を有していない。

各流路２１、２２に冷却水が流通することで、羽口本体２０の一部が冷却される。本実施形態では、第１流路２１は、第２流路２２に比べて、羽口本体２０の前側Ｄ１に位置する部分を冷却する。第１流路２１は、羽口本体２０の先端部に形成されており、羽口本体２０の先端部を冷却する先端部流路２１ａとして機能する。第２流路２２は、羽口本体２０の胴部に形成されており、羽口本体２０の胴部を冷却する胴部流路２２ａとして機能する。羽口本体２０は、第１流路２１（先端部を冷却する流路）が第２流路２２（胴部を冷却する流路）よりも高温環境下（前側Ｄ１、高炉１の内部Ｉ寄り）に配置された状態で高炉１に用いられる。

第１流路２１および第２流路２２はそれぞれ、周方向に延びる周回部２３、２４を備えている。羽口本体２０において、周回部２３、２４が周方向の全周にわたって設けられていることで、羽口本体２０が全周にわたって冷却される。なお周回部２３、２４を、螺旋状に形成して周方向に複数周回、周回させることも可能であるが、図示の例では、第１流路２１および第２流路２２それぞれの周回部２３、２４は、周方向に１周回だけ周回しており、複数周回は周回していない。

本実施形態において、第１流路２１の周回部２３（以下、第１周回部２３という）と第２流路２２の周回部２４（以下、第２周回部２４という）とは、軸方向に完全にずらされている。言い換えると、第１周回部２３と第２周回部２４とは、一方が他方に対して径方向の内側に位置していたり、径方向の外側に位置していたりしていない。つまり、第１周回部２３および第２周回部２４は、径方向に重なっていない。第１流路２１と第２流路２２とは、隔壁部２５を隔てて軸方向に隣り合う。隔壁部２５は、第１周回部２３と第２周回部２４とを軸方向に隔てる軸方向隔壁２５ａとして機能する。隔壁部２５は、第１周回部２３および第２周回部２４の内面を形成している。なお図示の例では、第１周回部２３における流路断面積は、第２周回部２４における流路断面積よりも小さい。

第１流路２１および第２流路２２の各周回部２３、２４には、羽口本体２０に対して後側Ｄ２から冷却水が供給される。また、第１流路２１および第２流路２２の各周回部２３、２４からは、羽口本体２０に対して後側Ｄ２に向けて冷却水が排出される。すなわち、羽口本体２０の後側Ｄ２の端面には、各流路２１、２２への流入口および流出口（不図示）が形成されている。また各流路２１、２２は、流入口と周回部２３、２４とを連通する流入路（不図示）と、周回部２３、２４と流出口とを連通する流出路（不図示）と、をそれぞれさらに備えている。

ここで羽口本体２０は、ベース部材３０と、カバー部材４０と、を備えている。羽口本体２０は、ベース部材３０とカバー部材４０とが組み付けられることで形成される。ベース部材３０およびカバー部材４０は、例えば銅を主成分とする金属により形成される。ベース部材３０およびカバー部材４０は、例えば銅または銅合金により形成される。

ベース部材３０は、カバー部材４０に対して、後側Ｄ２に配置されている。カバー部材４０は、ベース部材３０に対して前側Ｄ１から組み付けられている。羽口本体２０は、ベース部材３０とカバー部材４０とに軸方向に分割されている。ベース部材３０の軸方向の大きさは、カバー部材４０の軸方向の大きさよりも大きい。ベース部材３０とカバー部材４０とは、例えば溶接などにより接合されている。

ベース部材３０には、第２流路２２が形成されている。図示の例では、ベース部材３０には、第２周回部２４の全体が形成されている。ベース部材３０は、内筒壁部３１と、外筒壁部３２と、後壁部３３と、前壁部３４と、を備えている。外筒壁部３２は、内筒壁部３１の径方向の外側に配置されている。後壁部３３は、内筒壁部３１の後側Ｄ２の端部と外筒壁部３２の後側Ｄ２の端部とを接続している。前壁部３４は、内筒壁部３１の前側Ｄ１の端部と外筒壁部３２の前側Ｄ１の端部とを接続している。第２周回部２４は、これらの内筒壁部３１と、外筒壁部３２と、後壁部３３と、前壁部３４と、の間に形成されている。

カバー部材４０は、ベース部材３０との間に第１流路２１の少なくとも一部を形成している。図示の例では、ベース部材３０とカバー部材４０との間に第１周回部２３が形成されている。カバー部材４０には、後側Ｄ２に向けて開口する周溝４１が形成されている。周溝４１がベース部材３０の前壁部３４によって後側Ｄ２から閉塞されることで、第１周回部２３が形成される。ベース部材３０の前壁部３４は、前記隔壁部２５を形成している。

なお、カバー部材４０に周溝４１が形成されていることは、言い換えると、カバー部材４０が、周溝４１を形成する前端壁部４２、外側壁部４３および内側壁部４４を備えていることともいえる。
前端壁部４２は、羽口本体２０の先端面（前端面）を形成する。前端壁部４２は、円環状に形成されている。外側壁部４３および内側壁部４４は、いずれも筒状に形成され、前端壁部４２から後側Ｄ２に向けて延びている。外側壁部４３は、内側壁部４４よりも大径に形成されている。外側壁部４３は、前端壁部４２の外周縁から後側Ｄ２に延びている。内側壁部４４は、前端壁部４２の内周縁から後側Ｄ２に延びている。
前記周溝４１は、前端壁部４２に対する後側Ｄ２であって、外側壁部４３と内側壁部４４との間に形成されている。

耐摩耗層６０は、流路２１、２２の内面の少なくとも一部に設けられている。耐摩耗層６０は、第１流路２１の内面の一部に設けられている。耐摩耗層６０は、第１流路２１の内面において、前側Ｄ１を向く面、および、径方向の外側を向く面のうちの少なくとも一方に設けられている。

ここで、「前側Ｄ１を向く面」は、沿面方向が軸方向に直交する面に限られない。沿面方向が軸方向に直交しないものの交差する面（軸方向に平行でない面）であって、前側Ｄ１を向く面であれば、「前側Ｄ１を向く面」に含まれる。
また、「径方向の外側を向く面」も同様に、沿面方向が径方向に直交する面に限られない。沿面方向が径方向に直交しないものの交差する面（径方向に平行でない面）であって、径方向の外側を向く面であれば、「径方向の外側を向く面」に含まれる。

本実施形態では、耐摩耗層６０は、第１流路２１の内面において、前側Ｄ１を向く面に設けられている。耐摩耗層６０は、第１周回部２３の内面に設けられている。耐摩耗層６０は、第１流路２１の内面のうち隔壁部２５によって形成されている部分に設けられている。言い換えると、耐摩耗層６０は、前壁部３４に設けられている。なお耐摩耗層６０は、前壁部３４（第１流路２１の内面のうち隔壁部２５によって形成されている部分）の全体に設けられていてもよく、一部に設けられていてもよい。つまり耐摩耗層６０は、前壁部３４の少なくとも一部に設けられていればよい。

本実施形態では、耐摩耗層６０は、羽口１０Ａを、軸線Ｌに直交しかつ第１周回部２３を含む横断面で見たときに、第１周回部２３の内面のうち、軸線Ｌに対して真上に位置する基準位置を中心として、軸線Ｌ回りに９０度の範囲（第１周回部２３の周方向において、鉛直方向を含む９０°の範囲）に連続して設けられていている。すなわち、耐摩耗層６０は、羽口１０Ａの横断面視において、前記基準位置に対して時計回りに４５度離れた位置から、前記基準位置に対して反時計回りに４５度離れた位置に至るまで連続している。

また本実施形態では、耐摩耗層６０は、羽口１０Ａを前記横断面で見たときに、第１周回部２３の内面のうち、前記基準位置を中心として、軸線Ｌ回りに１８０度の範囲（第１周回部２３の周方向において、鉛直方向を含む１８０°の範囲）に連続して設けられていている。すなわち、耐摩耗層６０は、羽口１０Ａの横断面視において、前記基準位置（時計における１２時の位置）に対して時計回りに９０度離れた位置（時計における３時の位置）から、前記基準位置に対して反時計回りに９０度離れた位置（時計における９時の位置）に至るまで連続している。

さらに本実施形態では、耐摩耗層６０は、第１周回部２３の全長（全周）にわたって設けられている。耐摩耗層６０のうち、第１周回部２３の上半周に位置する部分の面積は、第１周回部２３の下半周に位置する部分の面積以上である。耐摩耗層６０では、第１流路２１の内面において、前記軸線Ｌよりも上側に位置する部分の面積が、前記軸線Ｌよりも下側に位置する部分の面積以上であるとも言える。本実施形態では、第１周回部２３の上半周に設けられている耐摩耗層６０の面積は、第１周回部２３の下半周に設けられている耐摩耗層６０の面積と同等である。

「耐摩耗層６０のうち、第１周回部２３の上半周に位置する部分の面積」とは、第１周回部２３に設けられた耐摩耗層６０の総面積のうち、第１周回部２３の上半周に位置する部分の総面積である。例えば、第１周回部２３が周方向に複数回周回していた場合、各周回において上半周に位置する部分の面積の総和が、「耐摩耗層６０のうち、第１周回部２３の上半周に位置する部分の面積」となる。なお、第１周回部２３の上半周とは、羽口１０Ａを前記横断面で見たときに、第１周回部２３のうち、軸線Ｌよりも上側に位置する部分（時計における９時から時計回りに移動して１２時を通り３時に至る部分）である。

「耐摩耗層６０のうち、第１周回部２３の下半周に位置する部分の面積」も同様に、第１周回部２３に設けられた耐摩耗層６０の総面積のうち、第１周回部２３の下半周に位置する部分の総面積である。例えば、第１周回部２３が周方向に複数回周回していた場合、各周回において下半周に位置する部分の面積の総和が、「耐摩耗層６０のうち、第１周回部２３の下半周に位置する部分の面積」となる。なお、第１周回部２３の下半周とは、羽口１０Ａを前記横断面で見たときに、第１周回部２３のうち、軸線Ｌよりも下側に位置する部分（時計における３時から時計回りに移動して６時を通り９時に至る部分）である。

耐摩耗層６０は、合金（例えば、（Ｃｒ３Ｃ２＋Ｎｉ）系など）またはセラミックである。耐摩耗層６０の材料（耐摩耗材の種類）は、羽口本体２０の材料（ベース部材３０、カバー部材４０の材料）よりも硬度が高い材料であればよい。本実施形態では、耐摩耗層６０の材料は、銅もしくは銅合金よりも硬度が高い材料であればよい。耐摩耗層６０の硬度は、羽口本体２０（ベース部材３０やカバー部材４０）の硬度よりも高い。なお耐摩耗層６０が、合金またはセラミックの場合、耐摩耗性を確実に発揮させることができる。

耐摩耗層６０の硬度は、例えばビッカース硬さ１８０ＨＶ以上８００ＨＶ以下である。ビッカース硬さは、例えばＪＩＳ Ｚ２２４４（２００９）により規定される。硬度については、ブリネル硬さ、ロックウェル硬さなど、ビッカース硬さを近似的に換算した他の指標に読み替えてもよい。
耐摩耗層６０の厚みは、耐摩耗性の観点からは厚いほど好ましく、例えば０．１ｍｍ以上である。ただし、あまりに厚すぎると流路断面積が小さくなり冷却水の流通性に影響が生じることから、例えば３ｍｍ以下であることが好ましい。

なお、耐摩耗層６０を形成するための耐摩耗処理としては、例えば、溶射や拡散結合などを採用することが好ましい。溶射としては、溶線式フレーム溶射、粉末式フレーム溶射などが挙げられる。これらの溶射や拡散結合などの処理によれば、耐摩耗層６０の表面粗さを小さくすることができる。ただし、これらの処理方法に限られず、例えば、溶接や鋳込みなどを採用してもよい。
また耐摩耗処理の際は、羽口本体２０の表面（流路２１、２２の内面）に凹凸を施すことができる。この場合、流路２１、２２の内面に対する耐摩耗層６０の接着性を高めることができるが、前記凹凸がなくてもよい。

前記羽口１０Ａは、以下のように製造される。
まず、ベース部材３０およびカバー部材４０を形成する。これらのベース部材３０およびカバー部材４０は、例えば、鋳造または機械加工により形成することができる。その後、ベース部材３０において第１流路２１の内面となる位置（本実施形態では隔壁部２５）に耐摩耗処理を施し、耐摩耗層６０を形成する。そして、ベース部材３０にカバー部材４０を溶接等により取り付ける。これにより、羽口１０Ａを製造することができる。

前記羽口１０Ａにおいて、第１流路２１からの冷却水の漏出が確認された場合、第１流路２１への冷却水の供給を停止して高炉１（金属溶融炉）の運転を継続する。このとき、炉内の熱によってカバー部材４０が溶失し、隔壁部２５（前壁部３４）が露出するが、隔壁部２５に耐摩耗層６０が設けられているため、隔壁部２５が炉内に直接露出することが抑制される。

以上説明したように、本実施形態に係る羽口１０Ａによれば、流路２１、２２の内面の少なくとも一部に耐摩耗層６０が設けられている。したがって、例えば複数の流路２１、２２のうちの一部の流路２１、２２への冷媒の供給が停止されることで羽口１０Ａの一部が溶損し、流路２１、２２の内面が炉内に露出されるときに、流路２１、２２の内面そのものではなく、その内面に設けられた耐摩耗層６０を露出させることができる。これにより、部分的に溶損された羽口１０Ａであっても、その表面を耐摩耗層６０によって保護することができる。よって、例えばコークス等による羽口１０Ａの摩耗を抑制することが可能になり、羽口１０Ａを延命させて炉の操業を例えば次の予定休止まで延長させることができる。

耐摩耗層６０が、流路２１、２２の内面において、前側Ｄ１を向く面、および、径方向の外側を向く面のうちの少なくとも一方に設けられている。したがって、羽口１０Ａが前側Ｄ１から溶損したり、羽口１０Ａが径方向の外側から溶損したりしたときに、羽口１０Ａの外面となる部分に耐摩耗層６０を位置させておきやすくすることができる。

耐摩耗層６０が、第１流路２１の内面において隔壁部２５（前壁部３４）によって形成される部分に設けられている。したがって、第１流路２１への冷媒の供給が停止され、羽口１０Ａのうち、高温環境下に配置される部分が溶損したとしても、隔壁部２５を直接露出させるのではなく、隔壁部２５に設けられた耐摩耗層６０を露出させることができる。

耐摩耗層６０が、第１周回部２３の内面に設けられている。したがって、耐摩耗層６０を広い範囲に設けることができる。なお、耐摩耗層６０を形成する範囲は、第１周回部２３の全周であってもよいが、コスト・作業負荷の観点から、周方向の一部であってもよい。

耐摩耗層６０のうち、第１周回部２３の上半周に位置する部分の面積が、第１周回部２３の下半周に位置する部分の面積以上である。したがって、羽口１０Ａが溶損して第１流路２１の内面が露出したときに、羽口１０Ａのうち、上側に位置する部分に耐摩耗層６０を確実に多く配置することができる。羽口１０Ａでは、上方に位置する部分が摩耗し易いことから、羽口１０Ａのうち、上側に位置する部分に耐摩耗層６０を多く配置することで、羽口１０Ａの摩耗を効果的に抑制することができる。なお羽口１０Ａの摩耗は、例えば、羽口１０Ａから吹き込まれる熱風により羽口１０Ａ周辺のコークスが旋回し、前記コークスが羽口１０Ａに接触すること等により生じる。この接触は羽口１０Ａの上側において多く生じる。

また、上述の通り、第１流路２１は第２流路２２よりも高温環境下にさらされ、過去の操業実績においては、第１流路２１が先に破損することが多い。しかしながら、例えば、羽口１０Ａ内に設けられた微粉炭の吹込みランス（不図示）の不具合等により、羽口１０Ａの送風口の周面（羽口１０Ａの内周面）に微粉炭が衝突するなどして、第２流路２２が破損する場合も生じ得る。すなわち、通常運転時には、前記吹込みランスから吹き込まれる微粉炭は送風口の周面に衝突しないものの、例えば、吹込みランスが、溶損や割損によって短くなったり、高温により垂れさがってしまったりした場合には、微粉炭が、送風口の周面に衝突して第２流路２２が突発的に破損することも考えられる。この場合、第２流路２２の内面に耐摩耗層６０を設けておくことにより、仮に、第２流路２２への冷却水の供給を一時的に停止し、第１流路２１へのみ冷却水を一時的に供給する運転をするときに、羽口１０Ａを延命させる効果が期待できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る羽口１０Ｂを、図２を参照して説明する。
なお、この第２実施形態においては、第１実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

図２に示すような羽口１０Ｂでは、第１周回部２３と第２周回部２４とが径方向にオーバーラップしている。本実施形態では、第１周回部２３のうちの後側Ｄ２に位置する部分が、第２周回部２４のうちの前側Ｄ１に位置する部分に対して、径方向の外側に位置している。この結果、第２流路２２は、内側流路２２ｂとして機能する。第１流路２１は、内側流路２２ｂ（第２流路２２）に対して径方向の外側に位置する外側流路２１ｂとして機能する。第１流路２１および第２流路２２は、後述する中間部材５０を隔てて径方向に隣り合う環状流路２１ｃとしても機能する。

羽口本体２０は、ベース部材３０およびカバー部材４０に加え、ベース部材３０に取り付けられる中間部材５０を更に備えている。
ベース部材３０は、内筒壁部３１、外筒壁部３２および後壁部３３を備えるものの、前壁部３４を備えていない。言い換えると、ベース部材３０の内部空間は、前側Ｄ１に向けて開口している。外筒壁部３２の前側Ｄ１の端部は、内筒壁部３１の前側Ｄ１の端部に比べて後側Ｄ２に位置している。

中間部材５０は、ベース部材３０の内部空間を前側Ｄ１から閉塞している。本実施形態では、ベース部材３０と中間部材５０との間に、第２周回部２４が形成されている。
中間部材５０は、ベース部材３０とは別部材によって形成されている。中間部材５０は、筒状に形成されている。中間部材５０は、第１テーパ部５１と、第２テーパ部５２と、フランジ部５３と、を備えている。

第１テーパ部５１は、第２テーパ部５２よりも前側Ｄ１に位置している。第２テーパ部５２は、第１テーパ部５１から後側Ｄ２に延びている。第１テーパ部５１および第２テーパ部５２はいずれも、前側Ｄ１から後側Ｄ２に向かうに従い徐々に拡径している。フランジ部５３は、第１テーパ部５１における前側Ｄ１の端部から径方向の内側に向けて突出している。

中間部材５０における軸方向の両端部は、ベース部材３０に、溶接により接合されている。本実施形態では、フランジ部５３（中間部材５０における前側Ｄ１の端部）が、内筒壁部３１における前側Ｄ１の端部に接合されている。第２テーパ部５２における後側Ｄ２の端部（中間部材５０における後側Ｄ２の端部）が、外筒壁部３２における前側Ｄ１の端部に接合されている。

カバー部材４０は、中間部材５０を覆っている。カバー部材４０は、中間部材５０を前側Ｄ１および径方向の外側から覆っている。カバー部材４０では、前記外側壁部４３が前記内側壁部４４よりも後側Ｄ２に延びている。前記外側壁部４３は、中間部材５０を径方向の外側から覆う。外側壁部４３における後側Ｄ２の端部は、外筒壁部３２における前側Ｄ１の端部に、例えば溶接により接合されている。内側壁部４４における後側Ｄ２の端部は、ベース部材３０における内筒壁部３１の前側Ｄ１の端部に、例えば溶接により接合されている。

カバー部材４０と中間部材５０との間には、第１周回部２３が形成されている。
中間部材５０は、第１流路２１と第２流路２２とを隔てる隔壁部２５として機能する。中間部材５０は、第１流路２１と第２流路２２とを径方向に隔てる径方向隔壁２５ｂおよび環状隔壁２５ｃとして機能する。

耐摩耗層６０は、隔壁部２５としての中間部材５０に設けられている。耐摩耗層６０は、第１流路２１のうち、中間部材５０によって形成されている部分に設けられている。耐摩耗層６０は、第１テーパ部５１の外周面、第２テーパ部５２の外周面、およびフランジ部５３の前面に設けられている。なお第１テーパ部５１および第２テーパ部５２の外周面は、径方向の外側を向く面であり、かつ、前側Ｄ１を向く面となる。フランジ部５３の前面は、前側Ｄ１を向く面となる。

前記羽口１０Ｂにおいて第１流路２１への冷却水の供給を停止して高炉１（金属溶融炉）の運転を継続するとき、炉内の熱によってカバー部材４０が溶失し、中間部材５０が露出するが、中間部材５０に耐摩耗層６０が設けられているため、中間部材５０が炉内に直接露出することが抑制される。
なお、本実施形態において、中間部材５０の形状は特に限定されず、例えば、中間部材５０はベース部材３０と一体成型されていてもよい。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る羽口１０Ｃを、図３を参照して説明する。
なお、この第３実施形態においては、第２実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

図３に示すような羽口１０Ｃでは、第２周回部２４が、螺旋状に形成され、周方向に複数周（図示の例では２周）周回している。第２周回部２４を螺旋状に形成して複数周、周回させることで、第２周回部を１周だけ周回させる場合に比べて、第２周回部２４の流路断面積を小さく抑えつつ、第２周回部２４を軸方向の広い範囲に形成することができる。その結果、第２周回部２４を流通する冷却水の流速の低下を抑え、冷却水による冷却効果を高めることができる。よって、例えば、羽口本体２０のうち、高温になり易い先端側部分であっても、温度上昇を抑えることができる。

第２周回部２４が後側Ｄ２から前側Ｄ１に周回するに従い、第２周回部２４の流路断面積は小さくなる。言い換えると、第２周回部２４が前側Ｄ１から後側Ｄ２に周回するに従い、第２周回部２４の流路断面積は大きくなる。なお、第２周回部２４の流路断面積の変化はこれに限られない。例えば、第２周回部２４が前側Ｄ１から後側Ｄ２に周回するに従い、第２周回部２４の流路断面積が小さくなってもよい。第２周回部２４の流路断面積が、第２周回部２４の全長にわたって同等であってもよい。

ベース部材３０は、内筒壁部３１、外筒壁部３２および後壁部３３に加え、前壁部３４を更に備えている。前壁部３４は、外筒壁部３２から径方向の内側に向けて延びている。前壁部３４における径方向の内側の端部は、内筒壁部３１における軸方向の中央部に連結されている。

中間部材５０は、第１テーパ部５１およびフランジ部５３を備えているが、第２テーパ部５２は備えていない。フランジ部５３（中間部材５０の前側Ｄ１の端部）は、内筒壁部３１の前側Ｄ１の端部に接合されている。第１テーパ部５１の後側Ｄ２の端部（中間部材５０の後側Ｄ２の端部）は、前壁部３４における径方向の中央部に接合されている。前壁部３４のうち、中間部材５０との接合部分に対して径方向の内側に位置する内側部分３４ｂは、第２周回部２４を螺旋状に区画する壁部として機能する。

本実施形態では、第１周回部２３は、ベース部材３０の前壁部３４のうち、中間部材５０との接合部分に対して径方向の外側に位置する外側部分３４ａと、中間部材５０と、カバー部材４０と、の間に設けられている。
前壁部３４の外側部分３４ａおよび中間部材５０は、第１流路２１と第２流路２２を隔てる隔壁部２５として機能する。耐摩耗層６０は、前壁部３４の外側部分３４ａおよび中間部材５０に設けられている。耐摩耗層６０は、前壁部３４の前面、第１テーパ部５１の外周面およびフランジ部５３の前面に設けられている。

前記羽口１０Ｃにおいて第１流路２１への冷却水の供給を停止して高炉１（金属溶融炉）の運転を継続するとき、炉内の熱によってカバー部材４０が溶失し、前壁部３４の外側部分３４ａおよび中間部材５０が露出するが、前壁部３４の外側部分３４ａおよび中間部材５０に耐摩耗層６０が設けられているため、前壁部３４の外側部分３４ａおよび中間部材５０が炉内に直接露出することが抑制される。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る羽口１０Ｄを、図４を参照して説明する。
なお、この第４実施形態においては、第３実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

図４に示すような羽口１０Ｄでは、第１実施形態と同様に、第１周回部２３と第２周回部２４とが軸方向に完全にずらされている。第１周回部２３は、螺旋状に形成され、周方向に４周周回している。第１周回部２３を螺旋状に形成して複数周、周回させることで、
前述した第２周回部２４と同様に、第１周回部２３を流通する冷却水の流速の低下を抑え、冷却水による冷却効果を高めることができる。

羽口本体２０は、ベース部材３０およびカバー部材４０は備えているものの、中間部材５０は備えていない。
ベース部材３０の内筒壁部３１のうち、前壁部３４よりも前側Ｄ１に位置する前側部分３１ａには、螺旋壁部３５が設けられている。螺旋壁部３５は、内筒壁部３１の前側部分３１ａから径方向の外側に向けて突出している。螺旋壁部３５は、周方向に延びる螺旋状をなしている。

内筒壁部３１の前側部分３１ａおよび螺旋壁部３５は、第１流路２１の一部となる螺旋溝３６を形成している。螺旋溝３６は、周方向に複数回（図示の例では３回）周回している。
螺旋溝３６の内面は、底面３６ａと、一対の側面３６ｂ、３６ｃと、を備えている。底面３６ａは、径方向の外側を向いている。一対の側面３６ｂ、３６ｃは、底面３６ａを軸方向に挟んで配置されている。側面３６ｂ、３６ｃは、底面３６ａから径方向の外側に向けて延びている。一対の側面３６ｂ、３６ｃは、後側Ｄ２に位置する第１側面３６ｂと、前側Ｄ１に位置する第２側面３６ｃと、を備えている。

螺旋溝３６は、カバー部材４０によって径方向の外側から覆われている。螺旋溝３６は、カバー部材４０の外側壁部４３によって、径方向の外側から閉塞されている。なお、本実施形態において、外側壁部４３の内周面は、螺旋壁部３５に対して単に突き合わされてシールされているのに留まり、溶接などにより接合されてはいないが、両者が接合されていてもよい。

ベース部材３０の前壁部３４は、第１流路２１と第２流路２２を隔てる隔壁部２５として機能する。耐摩耗層６０は、前壁部３４に設けられている。耐摩耗層６０は、第１流路２１の内面のうち、隔壁部２５によって形成される部分のみに形成されている。言い換えると、耐摩耗層６０は、第１周回部２３のうち、最も後側Ｄ２に位置する周回部分の第１側面３６ｂのみに配置されている。

前記羽口１０Ｄにおいて第１流路２１への冷却水の供給を停止して高炉１（金属溶融炉）の運転を継続するとき、炉内の熱によってカバー部材４０、内筒壁部３１の前側部分３１ａおよび螺旋壁部３５が溶失し、前壁部３４が露出するが、前壁部３４に耐摩耗層６０が設けられているため、前壁部３４が炉内に直接露出することが抑制される。

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態に係る羽口１０Ｅを、図５を参照して説明する。
なお、この第５実施形態においては、第４実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

図５に示すような羽口１０Ｅでは、第２実施形態の羽口１０Ｂと同様に、第１周回部２３と第２周回部２４とが径方向にオーバーラップしている。本実施形態では、第１周回部２３のうちの後側Ｄ２に位置する部分が、第２周回部２４のうちの前側Ｄ１に位置する部分に対して、径方向の外側に位置している。

ベース部材３０では、前壁部３４が、テーパ部３７と、第１フランジ部３８と、第２フランジ部３９と、を備えている。テーパ部３７は、前側Ｄ１から後側Ｄ２に向けて徐々に拡径する筒状に形成されている。第１フランジ部３８は、テーパ部３７における前側Ｄ１の端部から径方向の内側に向けて突出している。第２フランジ部３９は、テーパ部３７における後側Ｄ２の端部から径方向の外側に向けて突出している。第１フランジ部３８は、内筒壁部３１の前側Ｄ１の端部に連結されている。第２フランジ部３９は、外筒壁部３２の前側Ｄ１の端部に連結されている。

テーパ部３７の外周面には、螺旋壁部３５および螺旋溝３６が設けられている。
ベース部材３０の前壁部３４は、第１流路２１と第２流路２２を隔てる隔壁部２５として機能する。耐摩耗層６０は、前壁部３４に設けられている。耐摩耗層６０は、テーパ部３７の外周面と、第１フランジ部３８の前面と、第２フランジ部３９の前面と、に設けられている。耐摩耗層６０は、螺旋壁部３５には設けられていない。

耐摩耗層６０は、第１周回部２３のうち、最も後側Ｄ２に位置する周回部分の第１側面３６ｂと、螺旋溝３６の底面３６ａと、を含む部分に配置されているとも言える。なお、前記第１側面３６ｂ（第２フランジ部３９の前面）は、前側Ｄ１を向く面となり、螺旋溝３６の底面３６ａ（テーパ部３７の外周面）は、径方向の外側を向く面であり、かつ、前側Ｄ１を向く面となる。

前記羽口１０Ｅにおいて第１流路２１への冷却水の供給を停止して高炉１（金属溶融炉）の運転を継続するとき、炉内の熱によってカバー部材４０が溶失し、ベース部材３０の前壁部３４が露出するが、前壁部３４に耐摩耗層６０が設けられているため、前壁部３４が炉内に直接露出することが抑制される。

（第６実施形態）
次に、本発明の第６実施形態に係る羽口１０Ｆを、図６を参照して説明する。
なお、この第６実施形態においては、第５実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

図６に示すような羽口１０Ｆでは、第２周回部２４が、螺旋状に形成され、周方向に２周周回している。本実施形態では、ベース部材３０が、区画壁部３９ａを更に備えている。区画壁部３９ａは、前壁部３４の第２フランジ部３９から径方向の内側に延び、内筒壁部３１に連結されている。区画壁部３９ａは、第２周回部２４を螺旋状に区画する。

（第７実施形態）
次に、本発明の第７実施形態に係る羽口１０Ｇを、図７を参照して説明する。
なお、この第７実施形態においては、第６実施形態における構成要素と同一の部分については同一の符号を付し、その説明を省略し、異なる点についてのみ説明する。

図７に示すような羽口１０Ｇでは、第２周回部２４が、周方向に４周周回している。区画壁部３９ａは、内筒壁部３１とテーパ部３７との間を、螺旋状に３周回分、区画している。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。

前記実施形態では、羽口１０Ａから１０Ｆがいずれも２つの流路２１、２２のみを備えており、これらの２つ以外の流路２１、２２を備えていない（すなわち、流路が２つの流路２１、２２のみからなる）が、３つ以上の流路を備えていてもよい。
例えば、図３に示す第３実施形態の羽口１０Ｃにおける中間部材５０を径方向に複数積層させ、流路を径方向に多重に配置してもよい。この場合、羽口（不図示）は、複数の流路として、中間部材５０（環状隔壁２５ｃ）を隔てて径方向に隣り合う複数の環状流路２１ｃを備えることになる。また、複数の環状流路２１ｃは、一の環状流路２１ｃと、一の環状流路２１ｃに対して、一の中間部材５０（環状隔壁２５ｃ）を隔てて径方向の内側から隣り合う他の環状流路２１ｃと、を備えることになる。そこで耐摩耗層６０を、前記一の環状流路２１ｃの内面において一の中間部材５０によって形成される部分に設けることで、操業延長に資することができる。
さらに例えば、図６に示す第６実施形態の羽口１０Ｆにおいて、例えば、２周回分ある第２周回部２４のうち、後側Ｄ２に位置する１周回分（以下、第３流路という）と、前側Ｄ１に位置する１周回分（以下、第４流路という）と、を独立した流路としてもよい。この場合、羽口（不図示）が、複数の流路として第１流路２１、第３流路および第４流路を備える。第３流路は胴部流路２２ａとして機能する。第１流路２１および第４流路は、第３流路（胴部流路２２ａ）に対して前側Ｄ１（軸方向に沿う炉の内側）に位置し、ベース部材３０の第２フランジ部３９または区画壁部３９ａ（軸方向隔壁２５ａ）を隔てて第３流路と軸方向に隣り合う先端部流路２１ａとして機能する。さらに、第１流路２１および第４流路のうちの第４流路は、内側流路２２ｂとして機能する。第１流路２１は、第４流路（内側流路２２ｂ）に対して径方向の外側に位置し、テーパ部３７（径方向隔壁２５ｂ）を隔てて第４流路と径方向に隣り合う外側流路２１ｂとして機能する。このような構成において、耐摩耗層６０は、第１流路２１および第４流路の内面において第２フランジ部３９または区画壁部３９ａによって形成される部分と、第１流路２１の内面においてテーパ部３７によって形成される部分と、のうちの少なくとも１つに設けられていることが好ましい。

前記実施形態では、各羽口１０Ａから１０Ｇにおける流路２１、２２の内面のみに耐摩耗層６０が形成されているが、各羽口１０Ａから１０Ｇにおける外面にも耐摩耗層が設けられていてもよい。

その他、本発明の趣旨に逸脱しない範囲で、前記実施形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、前記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１０Ａ〜１０Ｇ 羽口
２１ 第１流路
２１ａ 先端部流路
２１ｂ 外側流路
２１ｃ 環状流路
２２ 第２流路
２２ａ 胴部流路
２２ｂ 内側流路
２３、２４ 周回部
２５ 隔壁部
２５ａ 軸方向隔壁
２５ｂ 径方向隔壁
２５ｃ 環状隔壁
６０ 耐摩耗層

Claims (12)

1. 冷媒の流入口と流出口とが互いに異なる複数の流路が内部に形成された羽口であって、
   前記流路の内面の少なくとも一部に耐摩耗層が設けられている羽口。
2. 前記耐摩耗層は、前記流路の内面において、前記羽口の軸方向に沿う炉の内側を向く面、および、前記羽口の径方向の外側を向く面のうちの少なくとも一方に設けられている請求項１に記載の羽口。
3. 前記流路として、隔壁部を隔てて隣り合う第１流路および第２流路を備え、
   前記第１流路は、前記第２流路よりも高温環境下に配置され、
   前記耐摩耗層は、前記第１流路の内面において前記隔壁部によって形成される部分に設けられている請求項１または２に記載の羽口。
4. 前記第２流路が、胴部流路であり、
   前記第１流路が、前記胴部流路に対して前記羽口の軸方向に沿う炉の内側に位置する先端部流路であり、
   前記隔壁部が、前記胴部流路と前記先端部流路とを前記軸方向に隔てる軸方向隔壁であり、
   前記耐摩耗層は、前記先端部流路の内面において前記軸方向隔壁によって形成される部分に設けられている請求項３に記載の羽口。
5. 前記第２流路が、内側流路であり、
   前記第１流路が、前記内側流路に対して前記羽口の径方向の外側に位置する外側流路であり、
   前記隔壁部が、前記内側流路と前記外側流路とを前記径方向に隔てる径方向隔壁であり、
   前記耐摩耗層は、前記外側流路の内面において前記径方向隔壁によって形成される部分に設けられている請求項３に記載の羽口。
6. 前記流路として、
   胴部流路と、
   前記胴部流路に対して前記羽口の軸方向に沿う炉の内側に位置し、軸方向隔壁を隔てて前記胴部流路と前記軸方向に隣り合う内側流路および外側流路と、を備え、
   前記外側流路は、前記内側流路に対して前記羽口の径方向の外側に位置し、径方向隔壁を隔てて前記内側流路と前記径方向に隣り合い、
   前記耐摩耗層は、
   前記内側流路の内面において前記軸方向隔壁によって形成される部分と、
   前記外側流路の内面において前記軸方向隔壁によって形成される部分と、
   前記外側流路の内面において前記径方向隔壁によって形成される部分と、のうちの少なくとも１つに設けられている請求項１または２に記載の羽口。
7. 前記流路として、環状隔壁を隔てて前記羽口の径方向に隣り合う複数の環状流路を備え、
   前記複数の環状流路は、一の環状流路と、前記一の環状流路に対して、一の環状隔壁を隔てて前記径方向の内側から隣り合う他の環状流路と、を備え、
   前記耐摩耗層は、前記一の環状流路の内面において前記一の環状隔壁によって形成される部分に設けられている請求項１または２に記載の羽口。
8. 前記流路は、前記羽口の周方向に延びる周回部を備え、
   前記耐摩耗層は、前記周回部の内面に設けられている請求項１から７のいずれか１項に記載の羽口。
9. 前記耐摩耗層のうち、前記周回部の上半周に位置する部分の面積が、前記周回部の下半周に位置する部分の面積以上である請求項８に記載の羽口。
10. 前記耐摩耗層は、前記羽口を、前記羽口の軸線に直交しかつ前記周回部を含む横断面で見たときに、前記周回部の内面のうち、前記軸線に対して真上に位置する基準位置を中心として、前記軸線回りに９０度の範囲に連続して設けられている請求項８または９に記載の羽口。
11. 前記耐摩耗層は、前記羽口を前記横断面で見たときに、前記周回部の内面のうち、前記基準位置を中心として、前記軸線回りに１８０度の範囲に連続して設けられている請求項１０に記載の羽口。
12. 前記耐摩耗層は、合金またはセラミックである請求項１から１１のいずれか１項に記載の羽口。

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