JP2022042996A - 環状スロット型給気手段及び給気方法 - Google Patents

環状スロット型給気手段及び給気方法 Download PDF

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Abstract

【課題】薄スラグ層又は無スラグ層の条件下での気体の高強度吹付を実現する、環状スロット型給気手段及び給気方法を提供する。【解決手段】環状スロット型給気手段は、中心管１と、内側スリーブ２と、外側スリーブ３と、外部気室と、外部気室内に位置する内部気室と、を含み、中心管と、内側スリーブと、外側スリーブとがこの順に嵌装されており、中心管と内側スリーブとの間に少なくとも１つの内側環状スロット４が形成されており、内側スリーブと外側スリーブとの間に少なくとも１つの外側環状スロット５が形成されており、内側環状スロットが内部気室に連通しており、外側環状スロットが外部気室に連通している。【選択図】図２

Description

本発明は、冶金技術分野に属し、特に環状スロット型給気手段及び給気方法に関する。
冶金生産において、生産プロセスの要求に応じて、冶金炉の底部及び／又は側壁等の部位から溶融プールへ各種の気体（窒素ガス、アルゴンガス、空気など）を導入する必要があり、冶金炉の溶融プールの動力学条件の最適化を行うことにより、成分を均一にし、反応を促進させ、効率を向上させるなどの効果を奏し、その中、気体の高効率な吹付が特に重要である。
スラグコーティング技術は、スラグをスパッタリングすることにより冶金炉のライニング表面にスラグ層を生成することにより、ライニングを保護し、炉の寿命を延長する効果を奏する。製錬技術の発展に伴って、冶金において効率的に製錬する必要性が高まり、特に、薄スラグ層又は無スラグ層の条件下での気体の高強度吹付は、気体吹付手段の給気及びメンテナンスプロセスに対する要求が高くなっている。
従来技術は、製鋼用多機能環状スロット型給気手段を開示しており、環状スロット給気方式により、キャピラリ、単管、環状スロット管型給気方式の流量調節範囲が狭く、目詰まりが発生しやすく、侵食が発生しやすいという問題を解決し、スラグコーティング条件下での気体の長時間吹付を実現した。しかし、上記環状スロット型給気手段には、１つの気体制御通路と１つの気体分配室とをしかなく、内部リングと外部リングとの単独差別化制御を実現することができず、薄スラグ層又は無スラグ層の条件下、外部リングの気流が大きすぎるため、底吹給気手段と底吹煉瓦との接触部位の耐火材の過度の侵食を引き起こしやすいので、薄スラグ層、無スラグ層又は複雑なプロセス条件下での気体の高強度吹付を実現することができない。
上記の分析に鑑みて、本発明の目的は、従来技術において薄スラグ層、無スラグ層又は複雑なプロセス条件下での気体の高強度吹付を実現できない課題を解決するために、環状スロット型給気手段及び給気方法を提供することにある。
本発明の目的は、主に以下の技術的解決手段により実現される。
本発明は、環状スロット型給気手段を提供し、当該給気手段は、中心管と、内側スリーブと、外側スリーブと、外部気室と、外部気室内に位置する内部気室と、を含み、中心管と、内側スリーブと、外側スリーブとがこの順に嵌装されており、中心管と内側スリーブとの間に少なくとも１つの内側環状スロットが形成されており、内側スリーブと外側スリーブとの間に少なくとも１つの外側環状スロットが形成されており、内側環状スロットが内部気室に連通し、外側環状スロットが外部気室に連通している。
さらに、上記環状スロット型給気手段は、転炉、電気炉又は取鍋に適用される。
さらに、外側環状スロットの気体流量が内側環状スロットの気体流量より小さい。
さらに、外側環状スロットの気体給気圧力が内側環状スロットの気体給気圧力に等しく、外側環状スロットの面積が内側環状スロットの面積よりも小さいか、あるいは、外側環状スロットの面積が内側環状スロットの面積に等しく、外側環状スロットの気体給気圧力が内側環状スロットの気体給気圧力より小さい。
さらに、内側環状スロットのスロット幅と外側環状スロットのスロット幅との差が１ｍｍ以下である。
さらに、内側環状スロットのスロット幅が１～２ｍｍであり、外側環状スロットのスロット幅が０．５～１ｍｍである。
さらに、内側環状スロットのスロット幅が１ｍｍ、１．１ｍｍ、１．３ｍｍ、１．５ｍｍ、１．７ｍｍ、１．９ｍｍ又は２．０ｍｍであり、外側環状スロットのスロット幅が０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ又は１．０ｍｍである。
さらに、上記環状スロット型給気手段は、内部気室に連通する内側吸気管と、外部気室に連通する外側吸気管と、をさらに含む。
さらに、上記内側吸気管及び／又は外側吸気管内には円錐状ストレーナが設けられている。
さらに、円錐状ストレーナの先端の向きが気体流動方向とは逆である。
さらに、上記円錐状ストレーナは、ろ過用網と、側面骨格と、軸骨格と、バネとを含み、ろ過用網が側面骨格上に設けられて円錐状ストレーナの側面を構成し、軸骨格が円錐状ストレーナの軸線に沿って設けられている。側面骨格の両端はそれぞれ円錐状ストレーナの先端に近い接続端および円錐状ストレーナの底端に近い支持端であり、軸骨格の両端はそれぞれ内側吸気管と外側吸気管とから伸び出す引張端および円錐状ストレーナの底端に近い支持端であり、側面骨格の支持端は、バネにより軸骨格の支持端に接続されており、バネは常にテンション状態にあり、側面骨格の接続端が軸骨格に回動接続されており、軸骨格の引張端は内側吸気管及び外側吸気管に伸び出す。
さらに、内部気室は、内部気体チャンバと、内部気体チャンバ内に設けられた中心オーバーフロープレートとを含み、中心オーバーフロープレート上には中心オーバーフロー孔が開孔されており、その中、中心管が中心オーバーフロープレート上に架設されており、内側スリーブが内部気体チャンバ上に架設されている。
さらに、内側環状スロットの数が少なくとも２つである場合、内側スリーブと中心管との間にはさらに少なくとも１層の内側トランジッションスリーブが設けられており、上記内部気室は、中心オーバーフロープレートと内部気体チャンバ壁との間に設けられた少なくとも１つの内側オーバーフロープレートをさらに含み、内側オーバーフロープレート上には内側オーバーフロー孔が開孔されており、内側トランジッションスリーブが内側オーバーフロープレート上に架設されている。
さらに、内側オーバーフロー孔の孔径が内側オーバーフロープレートの孔径よりも大きい。
さらに、上記内部気室は、内部気体チャンバの内側環状スロットに近い端に設けられた内側導流部をさらに含み、内側導流部により気体を内側環状スロットへ案内する。
さらに、内側導流部の導流面が螺旋円錐状である。
さらに、外部気室は、外部気体チャンバを含み、外側スリーブが外部気体チャンバ上に架設されている。
さらに、外側環状スロットの数が少なくとも２つである場合、外側スリーブと内側スリーブとの間にはさらに少なくとも１層の外側トランジッションスリーブが設けられており、上記外部気室は、外部気体チャンバ内に設けられた少なくとも１つの外側オーバーフロープレートをさらに含み、外側オーバーフロープレート上には外側オーバーフロー孔が開孔されており、外側トランジッションスリーブが外側オーバーフロープレート上に架設されている。
さらに、上記外部気室は、外部気体チャンバの外側環状スロットに近い端に設けられた外側導流部をさらに含み、外側導流部により気体を外側環状スロットへ案内する。
さらに、外側導流部の導流面が螺旋円錐状である。
さらに、外側環状スロットの数が１つ又は２つであり、内側環状スロットの数が１つ又は２つである。
本発明は、上記環状スロット型給気手段を採用する環状スロット型給気手段の給気方法をさらに提供し、当該給気方法は、
内部気体が順次に内部気室と、内側環状スロットと、を通過して冶金炉溶融プール内に吹き込まれるステップ、及び／又は
外部気体が順次に外部気室と、外側環状スロットと、を通過して冶金炉溶融プール内に吹き込まれるステップ、
を含み、
内部気体と外部気体とは種類が同じであるか、又は異なっている。
さらに、外側環状スロットの外部気体流量が内側環状スロットの内部気体流量より小さい。
さらに、外側環状スロットの外部気体給気圧力が内側環状スロットの内部気体給気圧力に等しく、外側環状スロットの面積が内側環状スロットの面積よりも小さいか、あるいは、外側環状スロットの面積が内側環状スロットの面積に等しく、外側環状スロットの外部気体給気圧力が内側環状スロットの内部気体給気圧力より小さい。
さらに、ライニングに侵食が発生し、かつ外側環状スロットの外部気体給気流量を低下させても侵食が避けられない場合、外側環状スロットが給気を行わず、内側環状スロットのみが給気する。
さらに、製錬に必要な給気流量が５０ｍ３／ｈ以下あるいは給気圧力が０．１ＭＰａ以下である場合、内側環状スロットの給気通路が給気を行わず、外側環状スロットのみが給気を行う。
さらに、ライニング完全に露出した場合、冶金炉に溶銑を添加するときに、内側環状スロットの内部気体給気圧力と外側環状スロットの外部気体給気圧力とが同じであり、溶銑目詰まりの防止に有利である。溶鋼製錬過程において、内側環状スロットの内部気体流量が外側環状スロットの外部気体流量よりも小さく制御する。
さらに、上記内側環状スロットの内部気体給気圧力が０．１～３．０ＭＰａであり、上記外側環状スロットの外部気体給気圧力が０．１～３．０ＭＰａである。
上記内側環状スロットの内部気体給気圧力が０．１ＭＰａ、０．５ＭＰａ、０．９ＭＰａ、１．２ＭＰａ、１．７ＭＰａ、１．９ＭＰａ、２．３ＭＰａ、２．５ＭＰａ、２．９ＭＰａ又は３．０ＭＰａであり、上記外側環状スロットの外部気体給気圧力が０．１ＭＰａ、０．５ＭＰａ、０．９ＭＰａ、１．２ＭＰａ、１．７ＭＰａ、１．９ＭＰａ、２．３ＭＰａ、２．５ＭＰａ、２．９ＭＰａ又は３．０ＭＰａである。
さらに、内側環状スロットの内部気体給気圧力と外側環状スロットの外部気体給気圧力との圧力差が≦１．０ＭＰａである。
さらに、上記内側環状スロットの内部気体流量が２０～３００Ｎｍ３／ｈであり、上記外側環状スロットの外部気体流量が２０～３００Ｎｍ３／ｈである。
上記内側環状スロットの内部気体流量が２０Ｎｍ３／ｈ、５５Ｎｍ３／ｈ、８４Ｎｍ３／ｈ、１２０Ｎｍ３／ｈ、１７０Ｎｍ３／ｈ、２４５Ｎｍ３／ｈ、２６５Ｎｍ３／ｈ又は３００Ｎｍ３／ｈであり、上記外側環状スロットの外部気体流量が２０Ｎｍ３／ｈ、５５Ｎｍ３／ｈ、８４Ｎｍ３／ｈ、１２０Ｎｍ３／ｈ、１７０Ｎｍ３／ｈ、２４５Ｎｍ３／ｈ、２６５Ｎｍ３／ｈ又は３００Ｎｍ３／ｈである。
さらに、内側環状スロットの内部気体流量と外側環状スロットの外部気体流量との流量差が≦２００Ｎｍ３／ｈである。
従来技術と比べて、本発明は以下の有益な効果を少なくとも１つ実現することができる。
ａ）本発明が提供する環状スロット型給気手段は、各種の冶金炉気体吹付プロセスに適用され、異なる気体室を設置することにより、内部気室を外部気室内に配置し、内側環状スロットが内部気室を用いてに給気し、外側環状スロットが外部気室を用いて給気し、金属溶錬過程において、内側環状スロット及び外側環状スロットは、単独又は同時に冶金炉溶融プールに気体を吹き付けることが可能となり、これにより、内側環状スロットと外側環状スロットとの単独差別化制御を実現することができ、さらに薄スラグ層、無スラグ層又は複雑なプロセス条件下での気体の高強度吹付を実現することができる。
ｂ）従来技術において、１つの気体室を用いて複数の環状スロットを同時に制御し、各環状スロットの気流流量が自動的に分配され、単独制御を実現することができない。本発明が提供する環状スロット型給気手段によれば、内側環状スロットと外側環状スロットとはそれぞれ２つの気体室により単独に制御され、内側環状スロットと外側環状スロットから吹き付ける気体流量の単独制御を実現することができ、調節範囲が大きく、より気体の高強度吹付に有利である。
ｃ）本発明が提供する環状スロット型給気手段によれば、外側環状スロットの気体流量が内側環状スロットの気体流量より小さく、外側環状スロットの気体流量が大き過ぎないことを保証した上、内側環状スロットの気体流量を適宜向上させることにより、高強度吹付を実現することができる。
本発明のその他の特徴及び利点については後述し、また、そのうちの一部が明細書から明らかとなるか、あるいは本発明を実施することにより理解され得る。本発明の目的及び他の利点は、明細書及び図面において特に言及された構造により実現及び取得することができる。
図面は、具体的な実施例の目的を示すためのものに過ぎず、本発明を制限するものではないと理解されるべきであり、図面全体において、同一符号は同一部品を表す。
本発明の実施例１が提供する環状スロット型給気手段の構造概略図であり、その中、内側環状スロットの数が１個であり、外側環状スロットの数が１個である。 本発明の実施例１が提供する環状スロット型給気手段のもう１つのい構造概略図であり、その中、内側環状スロットの数が２個であり、外側環状スロットの数が１個である。
以下、図面を参照しながら本発明の好適な実施例を詳しく説明し、その中、図面が本発明の一部を構成し、本発明の実施例１とともに本発明の原理を説明するために用いられる。
本発明の実施例の説明において、別途規定及び限定がない限り、「接続」という用語は、広範に理解されるべきであり、例えば、固定接続であってもよいし、着脱可能な接続であってもよく、あるいは、一体化接続は、機械的接続であってもよいし、電気的接続であっても直接接続であってもよいし、中間物を介した間接接続であってもよい。当業者にとって、上記用語の本発明における具体的な意味を具体的な場合に応じて理解することができる。
全文の説明において使用される「頂部」、「底部」、「…上方に」、「下方」及び「…上方に」という用語は、装置の部品に対する相対位置、例えば、装置内部の頂部と底部ライナーの相対位置である。装置が多機能のものであり、それらの空間における方位とは無関係であると理解されうるであろう。
本発明の通常の作業面は、平面又は曲面であってもよく、傾斜であってもよいし、水平であってもよい。説明の便宜上、本発明の実施例では水平面に放置して、さらに水平面で使用し、これにより、「高低」および「上下」を限定する。
本発明は、環状スロット型給気手段を提供し、当該給気手段は、図１～図２に示すように、中心管１と、中心管１の外周面に嵌装された内側スリーブ２と、内側スリーブ２の外周面に嵌装された外側スリーブ３と、外部気室と、外部気室内に位置する内部気室と、を含み、中心管１と内側スリーブ２との間には少なくとも１つの内側環状スロット４が形成されており、内側スリーブ２と外側スリーブ３との間には少なくとも１つの外側環状スロット５が形成されており、内側環状スロット４が内部気室に連通し、外側環状スロット５が外部気室に連通している。
実施時に、内部気室と内側環状スロット４とが内側環状スロットの給気通路を構成し、外部気室と外側環状スロット５とが外側環状スロット給気通路を構成する。気体は、それぞれ内側環状スロットの給気通路と、外側環状スロット給気通路と、を通過して冶金炉溶融プール内に吹き込まれる。
従来技術と比べて、本発明が提供する環状スロット型給気手段は、各種の冶金炉（例えば、転炉、電気炉、取鍋等の冶金容器）気体吹付プロセスに適し、異なる気体室（内部気室及び外部気室）を設置して、内部気室を外部気室内に放置することにより、内側環状スロット４が内部気室を用いて給気し、外側環状スロット５が外部気室を用いて給気し、金属溶錬過程において、内側環状スロット４及び外側環状スロット５は、単独又は同時に冶金炉溶融プールに気体を吹き付けることにより、内側環状スロット４と外側環状スロット５との差別化制御を実現することができ（例えば、流量が同じであって圧力が異なるか、圧力が同じであって流量が異なるか、あるいは、圧力も流量も異なる）、さらに、薄スラグ層、無スラグ層又は複雑なプロセス条件下での気体の高強度吹付を実現することができる。
同時に、従来技術では、１つの気体室を用いて複数の環状スロットを制御し、各環状スロットの気流流量が自動的に分配され、単独制御を実現することができない。本発明が提供する環状スロット型給気手段によれば、内側環状スロット４及び外側環状スロット５はそれぞれ２つの気体室により単独に制御され、内側環状スロット４及び外側環状スロット５が吹き付ける気体の流量の単独制御を実現することができ、調節範囲が大きく、より気体の高強度吹付に有利である。
ライニングを保護する点で考慮すると、外側環状スロット５の気体流量を内側環状スロット４の気体流量より小さくする。なぜなら、実際の応用において、外側環状スロット５の気体流量が大きすぎると、底吹給気手段と底吹煉瓦との接触部位の耐火材の過度の侵食を引き起こしやすいからであり、外側環状スロット５の気体流量を内側環状スロット４の気体流量より小さくすることにより、外側環状スロット５の気体流量が過大にならないことを保証した上、内側環状スロット４の気体流量を適宜向上させることにより、高強度吹付を実現することができる。
外側環状スロット５の気体流量を内側環状スロット４の気体流量より小さくする実現方式としては、下記の２種類が挙げられる。具体的に、外側環状スロット５の気体給気圧力を内側環状スロット４の気体給気圧力に等しくし、外側環状スロット５の面積を内側環状スロット４の面積より小さくするか、あるいは、外側環状スロット５の面積を内側環状スロット４の面積に等しくし、外側環状スロット５の気体給気圧力を内側環状スロット４の気体給気圧力より小さくする。
内側環状スロット４と外側環状スロット５とのスロット幅の差が過大になると、気体吹付の効果の差が過大になるので、それを考慮して、内側環状スロット４のスロット幅と外側環状スロット５のスロット幅との差を１ｍｍにする。
具体的に、内側環状スロット４及び外側環状スロット５のスロット幅について、例示的に、内側環状スロット４のスロット幅が１～２ｍｍ（例えば、１ｍｍ、１．１ｍｍ、１．３ｍｍ、１．５ｍｍ、１．７ｍｍ、１．９ｍｍ又は２．０ｍｍ）であり、外側環状スロット５のスロット幅が０．５～１ｍｍ（例えば、０．５ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍ又は１．０ｍｍ）である。なぜなら、内側環状スロット４と外側環状スロット５のスロット幅が過大になると、同一流量での給気圧力が小さくなり、気体吹付制御に不利であり、安全問題およびブレイクアウトの危険が発生しやすく、内側環状スロット４と外側環状スロット５のスロット幅が過大になると、気体の高強度吹付に不利であり、内側環状スロット４と外側環状スロット５との目詰まりを引き起こしやすいからである。
内部気室および外部気室の給気を実現するために、上記環状スロット型給気手段は、内部気室に連通する内側吸気管６と、外部気室に連通する外側吸気管７と、をさらに含むことが理解されるべきである。
気体内に不純物が存在する可能性を考慮して、金属製錬が不純物により影響されるのを避けるために、上記内側吸気管６及び／又は外側吸気管７内には円錐状ストレーナ８が設けられ、気体が円錐状ストレーナ８を流れるとき、円錐状ストレーナ８は、気体中の不純物をろ過し、気体を浄化する役割を果たすことができ、これにより、気体における不純物の金属製錬への悪影響を低減することができる。
円錐状ストレーナ８の先端のろ過孔が不純物で目詰まるのを避けるために、円錐状ストレーナ８の先端の向きを気体流動方向と逆にし、即ち、円錐状ストレーナ８の先端の向きを内側吸気管６及び外側吸気管７の吸気端に向くようにする。このようにして、不純物が円錐状ストレーナ８によりろ過された後、気流の作用により、不純物が円錐状ストレーナ８の底端へ移動することができ、これにより、円錐状ストレーナ８の先端のろ過孔が不純物で目詰まることは避けられる。
円錐状ストレーナ８のろ過性能を保証して、円錐状ストレーナ８の交換を容易にするために、上記円錐状ストレーナ８は、ろ過用網と、側面骨格と、軸骨格と、バネと、を含み、ろ過用網が側面骨格上に設けられて円錐状ストレーナ８の側面を構成し、軸骨格が円錐状ストレーナ８の軸線に沿って設けられている。その中、側面骨格の両端は、それぞれ円錐状ストレーナ８の先端に近い接続端、および円錐状ストレーナ８の底端に近い支持端であり、軸骨格の両端はそれぞれ内側吸気管６及び外側吸気管７から伸び出す引張端、及び円錐状ストレーナ８の底端に近い支持端であり、側面骨格の支持端は、バネにより軸骨格の支持端に接続されており、バネは始終テンション状態にあり、側面骨格の接続端が軸骨格と回動接続されており、軸骨格の引張端が内側吸気管６及び外側吸気管７から伸び出す。円錐状ストレーナ８の目詰まりがひどくて交換する必要がある場合、引張軸骨格の引張端は、円錐状ストレーナ８全体を内側吸気管６の吸気端と外側吸気管７の吸気端に近づく方向へ移動させ、側面骨格の支持端を軸骨格に接近して又は離れる方向へ移動させることができ、バネは、テンション状態を調整することにより、円錐状ストレーナ８の底端直径を小さくすることができ、これにより、円錐状ストレーナ８全体を内側吸気管６と外側吸気管７から取り出すことができる。また、バネの設置は、ろ過用網の底端が始終内側吸気管６の内壁と外側吸気管７の外壁と接触するのを保証して、塵が漏れて内側吸気管６及び外側吸気管７が汚染されるのを避けることができる。
内部気室の構造について、具体的に、内部気体チャンバ９と、内部気体チャンバ９内に設けられた中心オーバーフロープレート１１と、を含み、中心オーバーフロープレート１１上には中心オーバーフロー孔が開孔されている。その中、中心管１が中心オーバーフロープレート１１上に架設されており、内側スリーブ２が内部気体チャンバ９上に架設されている。このように内部気体チャンバ９及び中心オーバーフロープレート１１の設置により、中心管１及び内側スリーブ２の安定的な取付を実現することができる。同時に、気体が中心オーバーフロー孔を流れて内側環状スロット４から冶金炉溶融プール内に吹き込まれる。
なお、内側環状スロット４の数が少なくとも２つである場合、内側スリーブ２と中心管１との間にはさらに少なくとも１層の内側トランジッションスリーブ１２が設けられており、内側トランジッションスリーブ１２の安定的な取付を実現するために、上記内部気室は、中心オーバーフロープレート１１と内部気体チャンバ９壁との間に設けられた少なくとも１つの内側オーバーフロープレート１３をさらに含み、内側オーバーフロープレート１３上には内側オーバーフロー孔が開孔されており、内側トランジッションスリーブ１２が内側オーバーフロープレート１３上に架設されている。
気体の流動について、例示的に、内側環状スロット４の数が２つであり、それぞれ中心スリーブと内側トランジッションスリーブ１２との間の第１内側環状スロット及び内側トランジッションスリーブ１２と内側スリーブ２との間の第２内側環状スロットである。気体が内部気体チャンバ９に流れ込み、一部の気体が中心オーバーフロー孔を経過して第１内側環状スロットから冶金炉溶融プール内に吹き込まれ、もう一部の気体が内側オーバーフロー孔を経過して第２内側環状スロットから冶金炉溶融プール内に吹き込まれる。
複数の内側環状スロット４から吹き付けた気体の均一性を向上させるために、内側オーバーフロー孔の孔径を内側オーバーフロープレート１３の孔径より大きくする。なぜなら、給気通路の流体抵抗力と比べて、内部気体チャンバ９、中心オーバーフロー孔及び第１内側環状スロットで第１内側環状スロットの給気通路を構成し、内部気体チャンバ９、内側オーバーフロー孔及び第２内側環状スロットで第２内側環状スロットの給気通路を構成する場合、第１内側環状スロットの給気通路の流体抵抗力が第２内側環状スロットの給気通路より小さいことが明らかであり、内側オーバーフロー孔の孔径を内側オーバーフロープレート１３の孔径より大きくすることにより、第２内側環状スロットの給気通路の流体抵抗力を適宜低減することができ、これにより、複数の内側環状スロット４から吹き付ける気体の均一性を向上させることができる。
気体を内側環状スロット４へスムーズに案内可能にするために、上記内部気室は、内部気体チャンバ９の内側環状スロット４に近い端に設けられた内側導流部１４をさらに含み、内側導流部１４により、気体を内側環状スロット４へ案内することができる。
内側導流部１４の構造について、具体的に、内側導流部１４の導流面が螺旋円錐状であり、いわゆる導流面とは、内側導流部１４の気体との接触する面である。螺旋円錐状の導流面により、気体を収束することができ、気体を内側環状スロット４へ徐々に集合させ、内側環状スロット４に入らせる。同時に、螺旋円錐状の導流面を使用することにより、気体が流動過程において回転気流を形成するようにし、回転気流が内側環状スロット４を流れ、流体抵抗力を低下させることができ、これにより、内側環状スロット４の通気効果を増加させ、内側環状スロット４に目詰まりが発生するのを避けることができる。
同様に、外部気室の構造について、具体的に、外部気体チャンバ１０を含み、外側スリーブ３が外部気体チャンバ１０上に架設されている。このように、外部気体チャンバ１０の設置により外側スリーブ３の安定的な取付を実現することができる。
なお、外側環状スロット５の数が少なくとも２つである場合、外側スリーブ３と内側スリーブ２との間にはさらに少なくとも１層の外側トランジッションスリーブ（図示せず）が設けられており、外側トランジッションスリーブの安定的な取付を実現するために、上記外部気室は、外部気体チャンバ１０内に設けられた少なくとも１つの外側オーバーフロープレート（図示せず）をさらに含み、外側オーバーフロープレート上に外側オーバーフロー孔が開孔されており、外側トランジッションスリーブが外側オーバーフロープレート上に架設されている。
気体の流動について、例示的に、外側環状スロット５の数が２つであり、それぞれ外側トランジッションスリーブと外側スリーブ３との間の第１の外側環状スロット、および内側スリーブ２と外側トランジッションスリーブとの間の第２の外側環状スロットである。気体が外部気体チャンバ１０に流れ込み、一部の気体が第１の外側環状スロットから冶金炉溶融プール内に吹き込まれ、もう一部の気体が外側オーバーフロー孔を経過して第２の外側環状スロットから冶金炉溶融プール内に吹き込まれる。
気体を外側環状スロット５へスムーズに案内するために、上記外部気室は、外部気体チャンバ１０の外側環状スロット５に近い端に設けられた外側導流部１５をさらに含み、外側導流部１５により、気体を外側環状スロット５へ案内することができる。
外側導流部１５の構造について、具体的に、外側導流部１５の導流面が螺旋円錐状であり、いわゆる導流面とは、外側導流部１５と気体とが接触する面である。螺旋円錐状の導流面により、気体を収束させ、気体を外側環状スロット５へ徐々に集合させ、外側環状スロット５に入らせることができる。同時に、螺旋円錐状の導流面を用いることにより、気体が流動過程において回転気流を形成し、回転気流が外側環状スロット５を流れ、流体抵抗力を低減することができ、これにより、外側環状スロット５の通気効果を増加させ、外側環状スロット５に目詰まりの発生を避けることができる。
外側環状スロット５と内側環状スロット４との数について、例示的に、外側環状スロット５の数が１つ又は２つであり、内側環状スロット４の数が１つ又は２つである。なぜなら、内側環状スロット４のスロット幅および外側環状スロット５のスロット幅は、流量および吹付安全性に関連するからであり、内側環状スロット４のスロット幅、外側環状スロット５のスロット幅および給気圧力が一定である条件下、内側環状スロット４及び外側環状スロット５の数を１～２とすることにより、上記環状スロット型給気手段の内部構造を効果的に簡略化することができるのみならず、さらに吹付気体流量及び流量調節範囲を向上させることができる。
実施例２
本実施例は、環状スロット型給気手段の給気方法を提供し、当該方法は、
内部気体が順次に内部気室と、内側環状スロットと、を通過して冶金炉溶融プール内に吹き込まれるステップ、及び／又は
外部気体が順次に外部気室と外側環状スロットとを通過して冶金炉溶融プール内に吹き込まれるステップ、
を含み、
内部気体及び外部気体の種類が同じであるか、又は異なっている。
従来技術と比べて、本実施例が提供する環状スロット型給気手段の給気方法の有益な効果は実施例１が提供する環状スロット型給気手段の有益な効果とほぼ同じであり、ここでは詳しい説明を省略する。
ライニングを保護する点で考慮すると、上記給気方法において、外側環状スロットの外部気体流量が内側環状スロットの内部気体流量より小さい。なぜなら、実際の応用において、外側環状スロットの外部気体流量が過大であると、底吹給気手段と底吹煉瓦との接触部位での耐火材の過度の侵食を引き起こしやすく、外側環状スロットの外部気体流量を内側環状スロットの内部気体流量より小さくすることにより、外側環状スロットの外部気体流量が過大にならないことを保証した上、内側環状スロットの内部気体流量を適宜向上させ、高強度吹付を実現することができる。
外側環状スロットの外部気体流量を内側環状スロットの内部気体流量より小さくする実現方式としては、下記の２種が挙げられる。具体的に、外側環状スロットの外部気体給気圧力を内側環状スロットの内部気体給気圧力に等しくし、外側環状スロットの面積を内側環状スロットの面積より小さくするか、あるいは、外側環状スロットの面積を内側環状スロットの面積に等しくし、外側環状スロットの外部気体給気圧力を内側環状スロットの内部気体給気圧力より小さくする。
なお、ライニングに侵食が発生し、かつ外側環状スロットの外部気体給気流量を低下させても侵食が避けられない場合、外側環状スロットが給気を行わず、内側環状スロットのみが給気する。
製錬に必要な給気流量が５０ｍ３／ｈ以下あるいは給気圧力が０．１ＭＰａ以下である場合、内側環状スロット及び外側環状スロットが同時に給気すると、内部気体給気圧力及び外部気体給気圧力が小さ過ぎ、溶鋼が内側環状スロット及び外側環状スロット内へ逆流し、内側環状スロット及び外側環状スロットの目詰まりを引き起こすので、内側環状スロットの給気通路が給気を行わず、外側環状スロットのみが給気する方式を採用する。また、内側環状スロットの給気通路が給気を行わず、外側環状スロットのみが給気する方式を採用すれば、上記給気手段の中心が給気を行わない面積が拡大されることに相当し、即ち、中心筒の面積を増加させ、ウオーターハンマー現象を避けることもできる。なお、ウオーターハンマー現象とは、底吹給気過程において、気泡が上昇し、気泡と同じ体積の液体が下がり、内側環状スロットの排気端及び外側環状スロット排気端への侵食を引き起すことを指す。
例えば、ライニング完全に露出した場合、冶金炉に溶銑を添加するときに、内側環状スロットの内部気体給気圧力と外側環状スロットの外部気体給気圧力とを同じ、例えば、０．３ＭＰａに制御することにより、溶銑目詰まりの防止に有利である。溶鋼製錬過程において、内側環状スロットの内部気体流量を外側環状スロットの外部気体流量より小さく制御することは、それと接触する底吹煉瓦耐火材への侵食の低減に有利である。
例示的に、上記内側環状スロットの内部気体給気圧力が０．１～３．０ＭＰａ（例えば、０．１ＭＰａ、０．５ＭＰａ、０．９ＭＰａ、１．２ＭＰａ、１．７ＭＰａ、１．９ＭＰａ、２．３ＭＰａ、２．５ＭＰａ、２．９ＭＰａ又は３．０ＭＰａ）であり、上記外側環状スロットの外部気体給気圧力が０．１～３．０ＭＰａ（例えば、０．１ＭＰａ、０．５ＭＰａ、０．９ＭＰａ、１．２ＭＰａ、１．７ＭＰａ、１．９ＭＰａ、２．３ＭＰａ、２．５ＭＰａ、２．９ＭＰａ又は３．０ＭＰａ）であり、かつ内側環状スロットの内部気体給気圧力と外側環状スロットの外部気体給気圧力との圧力差が≦１．０ＭＰａであり、上記内側環状スロットの内部気体流量が２０～３００Ｎｍ３／ｈ（例えば、２０Ｎｍ３／ｈ、５５Ｎｍ３／ｈ、８４Ｎｍ３／ｈ、１２０Ｎｍ３／ｈ、１７０Ｎｍ３／ｈ、２４５Ｎｍ３／ｈ、２６５Ｎｍ３／ｈ又は３００Ｎｍ３／ｈ）であり、上記外側環状スロットの外部気体流量が２０～３００Ｎｍ３／ｈ（例えば、２０Ｎｍ３／ｈ、５５Ｎｍ３／ｈ、８４Ｎｍ３／ｈ、１２０Ｎｍ３／ｈ、１７０Ｎｍ３／ｈ、２４５Ｎｍ３／ｈ、２６５Ｎｍ３／ｈ又は３００Ｎｍ３／ｈ）であり、かつ、内側環状スロットの内部気体流量と外側環状スロットの外部気体流量との流量差が≦２００Ｎｍ３／ｈである。
以上は、本発明の好適な具体的な実施形態であるに過ぎず、本発明の保護範囲はこれらに限定されるものではなく、当業者であれば本発明に披露された技術範囲内で容易に想到し得た変更又は置換は、いずれも本発明の保護範囲内に含まれるべきである。
１ 中心管
２ 内側スリーブ
３ 外側スリーブ
４ 内側環状スロット
５ 外側環状スロット
６ 内側吸気管
７ 外側吸気管
８ 円錐状ストレーナ
９ 内部気体チャンバ
１０ 外部気体チャンバ
１１ 中心オーバーフロープレート
１２ 内側トランジッションスリーブ
１３ 内側オーバーフロープレート
１４ 内側導流部
１５ 外側導流部

Claims (10)

  1. 環状スロット型給気手段であって、
    中心管と、内側スリーブと、外側スリーブと、外部気室と、外部気室内に位置する内部気室と、を含み、前記中心管、前記内側スリーブと、前記外側スリーブとがこの順に嵌装されており、
    前記中心管と前記内側スリーブとの間に少なくとも１つの内側環状スロットが形成されており、前記内側スリーブと外側スリーブとの間に少なくとも１つの外側環状スロットが形成されており、前記内側環状スロットが内部気室に連通し、前記外側環状スロットが外部気室に連通していることを特徴とする環状スロット型給気手段。
  2. 前記外側環状スロットの気体流量が前記内側環状スロットの気体流量よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の環状スロット型給気手段。
  3. 前記内部気室に連通する内側吸気管と、前記外部気室に連通する外側吸気管と、をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の環状スロット型給気手段。
  4. 前記内側吸気管及び／又は前記外側吸気管内には円錐状ストレーナが設けられていることを特徴とする請求項３に記載の環状スロット型給気手段。
  5. 前記円錐状ストレーナの先端の向き方向が気体流動方向と逆であることを特徴とする請求項４に記載の環状スロット型給気手段。
  6. 前記内部気室は、前記内部気体チャンバと、前記内部気体チャンバ内に設けられた中心オーバーフロープレートと、を含み、前記中心オーバーフロープレートには中心オーバーフロー孔が開孔されており、前記中心管が中心オーバーフロープレート上に架設されており、前記内側スリーブが内部気体チャンバ上に架設されていること、
    及び／又は、前記外部気室は、外部気体チャンバを含み、前記外側スリーブが外部気体チャンバ上に架設されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の環状スロット型給気手段。
  7. 前記内側スリーブと中心管との間にさらに少なくとも１層の内側トランジッションスリーブが設けられており、
    前記内部気室は、前記中心オーバーフロープレートと前記内部気体チャンバ壁との間に設けられた少なくとも１つの内側オーバーフロープレートをさらに含み、
    前記内側オーバーフロープレート上には内側オーバーフロー孔が開孔されており、前記内側トランジッションスリーブが前記内側オーバーフロープレート上に架設されていることを特徴とする請求項６に記載の環状スロット型給気手段。
  8. 前記外側スリーブと内側スリーブとの間にはさらに少なくとも１層の外側トランジッションスリーブが設けられており、
    前記外部気室は、前記外部気体チャンバ内に設けられた少なくとも１つの外側オーバーフロープレートをさらに含み、前記外側オーバーフロープレート上には外側オーバーフロー孔が開孔されており、前記外側トランジッションスリーブが前記外側オーバーフロープレート上に架設されていることを特徴とする請求項６に記載の環状スロット型給気手段。
  9. 環状スロット型給気手段の給気方法であって、
    内部気体が順次に前記内部気室と、前記内側環状スロットと、を通過して冶金炉溶融プール内に吹き込まれるステップ、及び／又は
    前記外部気体が順次に前記外部気室と、前記外側環状スロットと、を通過して冶金炉溶融プール内に吹き込まれるステップ、
    を含み、
    前記内部気体と外部気体とは種類が同じであるか、又は異なっていることを特徴とする環状スロット型給気手段の給気方法。
  10. 環状スロット型給気手段の給気方法であって、
    ライニングに侵食が発生し、かつ前記外側環状スロットの外部気体給気流量を低下させても侵食が避けられない場合、前記外側環状スロットが給気を行わず、内側環状スロットのみが給気を行うこと、
    または、製錬に必要な給気流量が５０ｍ３／ｈ以下であり、あるいは給気圧力が０．１ＭＰａ以下である場合、前記内側環状スロットの給気通路が給気を行わず、外側環状スロットのみが給気を行うこと、
    または、ライニングが完全に露出した場合、冶金炉に溶銑を添加するときに、前記内側環状スロットの内部気体給気圧力と外側環状スロットの外部気体給気圧力とが同じであること、
    または、溶鋼製錬過程において、前記内側環状スロットの内部気体流量が外側環状スロットの外部気体流量よりも小さいことを特徴とする請求項９に記載の環状スロット型給気手段の給気方法。
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