JP2022089614A

JP2022089614A - 溶融金属精錬炉ガス吹き羽口

Info

Publication number: JP2022089614A
Application number: JP2020202148A
Authority: JP
Inventors: 忍今井; Shinobu Imai; 淳志鳥越; Atsushi Torigoe; 亮磨藤吉; Ryoma Fujiyoshi
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2020-12-04
Filing date: 2020-12-04
Publication date: 2022-06-16
Anticipated expiration: 2040-12-04
Also published as: JP7108209B2

Abstract

【課題】特別な成形用部材を必要とせず、簡便な加工方法でガス吹き羽口と周囲耐火物との間への溶融金属の侵入を防止することができる溶融金属精錬炉ガス吹き羽口を提供する。【解決手段】本発明に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１は、側面部に溝７を有することを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、溶融金属精錬炉に使用する底吹き羽口に関し、特に羽口と周囲耐火物との間への溶融金属侵入を抑制した底吹き羽口の構造に関する。

転炉、電気炉、取鍋などの金属精錬炉には、炉底にガス吹き羽口を設置したものがある。ガス吹き羽口は、多細管を有するもの、スリットを有するもの、ポーラス質のものなどがある。またガス吹き羽口の形状は角柱、円柱、角錐台、円錐台などがある。そしてガス吹き羽口は周囲耐火物に囲繞されている。しかし、ガス吹き羽口と周囲耐火物との境界（いわゆる目地）を介して溶融金属が侵入する場合があり、最悪の場合外殻鉄皮を溶かして溶融金属が漏出することがある。この問題に対し特許文献１は、目地を屈曲させることによって溶融金属の流入を阻止する構造を開示する。

特開２０１７－１４５４４８号公報

特許文献１に開示された構造は、一定の溶融金属侵入防止効果を有するが、押さえれんがや屈曲部などの構造が複雑で、特別な成形用部材が必要となる。

したがって本発明が解決しようとする課題は、特別な成形用部材を必要とせず、簡便な加工方法でガス吹き羽口と周囲耐火物との間への溶融金属の侵入を防止することができる溶融金属精錬炉ガス吹き羽口を提供することにある。

本発明に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口は、側面部に溝を有することを特徴とする。

この構成によれば、特別な成形用部材を必要とせず、簡便な加工方法でガス吹き羽口と周囲耐火物間への溶融金属の侵入を防止できる。

本発明者らは、溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の側面部に溝を形成することにより、ガス吹き羽口と周囲耐火物との間に溶融金属が侵入した場合であっても、溝に溶融金属を誘導して凝固させることによって、それ以上下方に溶融金属が漏出しないことを発見し、本発明を完成した。また、羽口の中心側、下方側はガスの流通による冷却効果が高く、溶融金属を凝固させる効果が高いことも発見した。なお溝に溶融金属が誘導される理由は明らかでないが、溝の内外における温度差によって溶融金属に表面張力差が生じ、溝内部への駆動力を発生しているためと推定している。

以下、本発明の好適な態様について説明する。ただし、以下に記載する好適な態様例によって、本発明の範囲が限定されるわけではない。

本発明に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口は、一態様として、前記溝が複数設けられていることが好ましい。

この構成によれば、凝固した金属を介して伝熱量が増大しやすい。

本発明に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口は、一態様として、隣接する前記溝どうしの間隔は、１０～５０ｍｍであることが好ましい。

この構成によれば、溝と溝との間の耐火物の強度を高めやすい。

本発明に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口は、一態様として、前記溝の幅は、３～２０ｍｍであることが好ましい。

この構成によれば、溶融金属を誘導する効果を高めやすい。

本発明に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口は、一態様として、前記溝の深さは、５ｍｍ以上であり、かつ、前記溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の耐火物の厚さの２０％以内であることが好ましい。

この構成によれば、より強い冷却効果が得られ、溶融金属を凝固させる効果が高まりやすい。

本発明に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口は、一態様として、前記溝の幅と前記溝の深さとの積は、５０ｍｍ^２以上であることが好ましい。

この構成によれば、溶融金属の凝固効果が高まりやすい。

本発明に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口は、一態様として、前記溝が延びる方向は、前記溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の使用状態における水平面に対して０～４５°であることが好ましい。

この構成によれば、溶融金属の導入および凝固が促進される。

本発明に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口は、一態様として、前記溝は、前記溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の下端からの距離が、当該溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の長手方向長さの３分の１の長さ以内である領域に設けられていることが好ましい。

この構成によれば、冷却効果が高まり、溶融金属を凝固させる効果が高くなりやすい。

本発明のさらなる特徴と利点は、図面を参照して記述する以下の例示的かつ非限定的な実施形態の説明によってより明確になるであろう。

本発明の実施形態に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の縦断面図である。本発明の実施形態に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の斜視図である。本発明の実施形態に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口と周囲耐火物との対向部分の構造を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係る溝の断面形状の一例を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係る溝の断面形状の一例を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係る溝の断面形状の一例を示す縦断面図である。本発明の実施形態に係る溝の断面形状の一例を示す縦断面図である。変形例に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の斜視図である。変形例に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の斜視図である。変形例に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の斜視図である。本発明の実施形態に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口と周囲耐火物との対向部分の構造を模した実施例Ａを示す縦断面図である。本発明の実施形態に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口と周囲耐火物との対向部分の構造を模した実施例Ｂを示す縦断面図である。本発明の実施形態に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口と周囲耐火物との対向部分の構造を模した実施例Ｃを示す縦断面図である。従来の溶融金属精錬炉ガス吹き羽口と周囲耐火物との対向部分の構造を模した比較例を示す縦断面図である。

以下、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下に説明する本実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施形態で説明される構成のすべてが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。

〔溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の構成〕
本実施形態の溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１は、図１に示すように、溶融金属容器の炉底部鉄皮６上にベースれんが２を介して設置され、パーマれんが３、周囲耐火物４、および不定形耐火物５に囲繞されている。

羽口用耐火物の材質は特に限定されないが、カーボン含有耐火物を使用すれば熱伝導率が高く冷却効果が高まるので、溶融金属を凝固させる効果が高くなるので好ましい。カーボン含有量が１０～３０質量％であると、熱伝導率が最適となるので好ましい。

溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１は四角錐台状の形状を有し、その下端側端部付近の側面部には６本の溝７が形成されている（図２）。なお、溝の数は６本に限定されず、単数であっても複数であってもよい。ただし、溝が複数本設けられていると、凝固した金属を介して伝熱量が増大するので好ましい。また、溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の形状は四角錐台状に限定されず、角錐台状、円錐台状（図１０）、角柱状、円柱状などでありうる。

本実施形態では、溝７が溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の全て（四つ）の側面にわたって設けられている。ただし、溝７を設ける部分は、溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の側面部の一部のみであってもよい。たとえば、溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１が四角錐台状に形成されている場合、一つ、二つ、または三つの側面にのみ溝７が設けられてもよい。なお、溝を周囲耐火物４に設けてもよいが、溶融金属誘導および冷却効果の点で溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１に設けるほうが好ましい。

本実施形態では、溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の下端付近の側面部に溝７を設けてある。溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の下端側は、上端側に比べて温度が低い。そのため、溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の下端から１／３の高さの範囲に溝７を設けると、より冷却効果が高まり、溶融金属を凝固させる効果が高くなるので好ましい。ただし、溝７を設ける箇所は、溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の側面部のいずれの部位であってもよい。

本実施形態では、溝７の幅ａ（図３）を３～２０ｍｍとしてある。溝７の幅ａがこの範囲にあると、溶融金属を誘導する効果がより高まるので好ましい。ただし、溝７の幅ａは３～２０ｍｍに限定されない。

本実施形態では、溝７の深さｂ（図３）を５ｍｍ以上かつ溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の耐火物の厚さの２０％以内としてある。溝７の深さｂがこの条件を満たすと、より強い冷却効果が得られ、溶融金属を凝固させる効果が高まるので好ましい。ただし、溝７の深さｂは、５ｍｍ未満であってもよいし、溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の肉厚の２０％を超えてもよい。

本実施形態では、溝の幅ａと深さｂの積を５０ｍｍ^２以上としてある。溝７の幅ａおよび深さｂがこの条件を満たすと、溶融金属の凝固効果が高まるので好ましい。ただし、溝の幅ａと深さｂの積は、５０ｍｍ^２未満であってもよい。

本実施形態では、溝７どうしの間隔ｃ（図３）を１０ｍｍ以上としてある。溝７どうしの間隔ｃがこの範囲にあると、溝７と溝７との間の耐火物の強度が高まるのでより好ましい。溝７どうしの間隔を５０ｍｍ以下とすれば、溝７の本数を多くすることができ、冷却効果が高まるのでより好ましい。なお、溝７どうしの間隔は一定である必要はない。また、溝７どうしの間隔ｃは、１０ｍｍ未満であってもよい。

溝の断面形状の例を図４～図７に示す。溝の断面形状は、角型（図４）、丸形（図５）、面取り付き（図６）、鉤型形状（図７）などでありうる。このうち、角型（図４）および丸形（図５）は、比較的簡単に形成することができるので好ましい。一方、溝入口の形状を面取りした形状（図６）および溝の奥を広くして断面を鉤型にした形状（図７）では、溶融金属の誘導、凝固効果が高まるので好ましい。

本実施形態では、６本の溝７を、溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の長手方向と直交する向きに平行に設けている（図２）。ただし、溝７が延びる向きおよび溝７の態様は図２に示した態様に限定されず、たとえば、溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の長手方向と斜めに交わる向きに溝７が延びる態様（図８）、不連続な複数の溝７を設ける態様（図９）、らせん状に延びる溝７を設ける態様（図１０）などでありうる。ここで、溝７が延びる方向を長手方向と直交する平面（溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１の使用状態における水平面）に対して０～４５°とすると、溶融金属の導入および凝固が促進されるので好ましい。また、溝７をらせん状に設けると、旋盤などを用いて一度に切削できるので好ましい。

溝７は、成形したガス吹き耐火物の側面部を切断用ブレードなどで切削することで形成できる。また、溝７を有する部分は、不定形耐火物を成形したプレキャストブロックにしても良い。突起を有する型枠を使用することで容易に溝を形成することができ、加工工数を低減することができる。

〔溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の作用効果〕
本実施形態に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口１と周囲耐火物４との境界８に溶融金属が侵入した場合、溶融金属は溝７に誘導される。なお、溶融金属が溝に誘導される理由は、表面張力が作用するためだと推定される。ガス吹き羽口はガスによる冷却効果により中心部に向かって温度が低下する。そこで溝に導入された溶融金属は凝固し、それ以上下方に漏出することはない。さらに凝固した金属は耐火物よりも熱伝導率が高いため、冷却効果がより促進される。

以下に実施例と評価方法を示し、本発明の効果を詳細に説明する。

［試験片の材質・形状］
溝を形成することによる溶融金属の通過抑制効果を検証するため、実験を行った。試験片の材質はカーボン含有量２０質量％のマグネシア・カーボンれんがを使用した。また溶融金属には溶銑を使用し、その温度は１６４０℃とした。

実施例Ａ～Ｃでは、溝を形成した試験片１０と、溝を有しないれんが片２０とを対向させて配置した（図１１～図１４）。比較例では、溝を有しないれんが片２０どうしを対向させて配置した。各試験片の寸法条件は、以下の通りである。

（実施例Ａ）
実施例Ａとして、図１１に示す形状の試験片１０を用いた。実施例Ａでは、５本の溝が設けられており、溝の幅ａは５ｍｍ、溝の深さｂは２０ｍｍ、溝どうしの間隔ｃは１５ｍｍ、試験片厚さｄは６５ｍｍとした。また、試験片１０とれんが片２０との隙間ｅを３ｍｍとした。

（実施例Ｂ）
実施例Ｂとして、図１２に示す形状の試験片１０を用いた。実施例Ｂでは、溝の入口に面取りを施してあり、その他の条件（溝の本数、幅ａ、深さｂ、間隔ｃ、試験片厚さｄ、および隙間ｅ）は実施例Ａと同一である。

（実施例Ｃ）
実施例Ｃとして、図１３に示す形状の試験片１０を用いた。実施例Ｃでは、４本の溝が設けられており、溝の幅ａは２０ｍｍ、溝の深さｂは２０ｍｍ、溝どうしの間隔ｃは１５ｍｍ、試験片厚さｄは６５ｍｍとした。また、試験片１０とれんが片２０との隙間ｅを３ｍｍとした。

（比較例）
比較例では、溝を有しないれんが片２０どうしを対向させて配置した（図１４）。なお、れんが片２０の厚さｄを６５ｍｍとし、れんが片２０どうしの隙間ｅを３ｍｍとした。

［溶銑通過時間の比較］
上記の各試験片の周囲を同一材質のれんがで囲み、隙間の上部から溶銑を流し込んだ。そして、溶銑を流し込んだ時を基準として隙間の下部から溶銑が流れ出すまでの所要時間を測定した。ただし、実施例Ｂでは溶銑が隙間の下部から流出せず、隙間の途中で溶銑が凝固した。実施例Ａでは、比較例における溶銑通過時間の３．６倍の溶銑通過時間を要した。また、実施例Ｃでは、比較例における溶銑通過時間の１２．５倍の溶銑通過時間を要した。このように、実施例Ａ～Ｃのいずれに置いても、比較例に比べて溶銑通過時間が長くなっており、通過抑制効果があることが確かめられた。

なお、上記のように本実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。したがって、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれる。例えば、明細書において、少なくとも一度、より広義または同義な異なる用語とともに記載された用語は、明細書のいかなる箇所においても、その異なる用語に置き換えられることができる。

本発明は、たとえば溶融金属精錬炉用のガス吹き羽口に利用できる。

１：溶融金属精錬炉ガス吹き羽口
２：ベースれんが
３：パーマれんが
４：周囲耐火物
５：不定形耐火物
６：炉底部鉄皮
７：溝
８：境界
１０：試験片
２０：片
ａ：溝の幅
ｂ：溝の深さ
ｃ：溝の間隔
ｄ：試験片厚さ
ｅ：隙間

本発明に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口は、側面部に、溶融金属を受容可能な溝を有し、前記溝が延びる方向が、使用状態における水平面に対して０～４５°であることを特徴とする。

本発明者らは、溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の側面部に溝を形成することにより、ガス吹き羽口と周囲耐火物との間に溶融金属が侵入した場合であっても、溝に溶融金属を誘導して凝固させることによって、それ以上下方に溶融金属が漏出しないことを発見し、本発明を完成した。また、羽口の中心側、下方側はガスの流通による冷却効果が高く、溶融金属を凝固させる効果が高いことも発見した。なお溝に溶融金属が誘導される理由は明らかでないが、溝の内外における温度差によって溶融金属に表面張力差が生じ、溝内部への駆動力を発生しているためと推定している。特に、溝が延びる方向が上記の態様であることによって、溶融金属の導入および凝固が促進される。

本発明に係る溶融金属精錬炉ガス吹き羽口は、一態様として、前記溝は、少なくとも、前記溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の下端からの距離が当該溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の長手方向長さの３分の１の長さ以内である領域に、設けられていることが好ましい。

Claims

側面部に溝を有する溶融金属精錬炉ガス吹き羽口。
前記溝が複数設けられている請求項１に記載の溶融金属精錬炉ガス吹き羽口。
隣接する前記溝どうしの間隔は１０～５０ｍｍである請求項２に記載の溶融金属精錬炉ガス吹き羽口。
前記溝の幅は、３～２０ｍｍである請求項１～３のいずれか一項に記載の溶融金属精錬炉ガス吹き羽口。
前記溝の深さは、
５ｍｍ以上であり、かつ、
前記溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の耐火物の厚さの２０％以内である請求項１～４のいずれか一項に記載の溶融金属精錬炉ガス吹き羽口。
前記溝の幅と前記溝の深さとの積は、５０ｍｍ^２以上である請求項１～５のいずれか一項に記載の溶融金属精錬炉ガス吹き羽口。
前記溝が延びる方向は、前記溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の使用状態における水平面に対して０～４５°である請求項１～６のいずれか一項に記載の溶融金属精錬炉ガス吹き羽口。
前記溝は、前記溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の下端からの距離が、当該溶融金属精錬炉ガス吹き羽口の長手方向長さの３分の１の長さ以内である領域に設けられている請求項１～７のいずれか一項に記載の溶融金属精錬炉ガス吹き羽口。