JP2850218B2 - 炉口金物 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、転炉などの溶融金
属炉に、炉口付近の炉体の保護や内側耐火物の固定等の
目的で取り付けられる炉口金物に関する。

【０００２】

【従来の技術】図２のように、転炉１は溶融した鉄６を
内部に保持する溶融金属炉であり、酸素吹錬をすること
によってそれを不純物の少ない溶鋼に変える役割をはた
す。上部の炉口５は、溶銑やスクラップ等の材料を投入
したり酸素吹錬用のランスを挿入したり、また吹錬後に
スラグ（溶滓）を排出したりするための開口である。

【０００３】炉口５の付近は吹錬中に高温の排ガスにさ
らされるほか、炉内から噴出する溶融鉄やスラグの付着
を受けること等により極めて熱負荷が高いため、その周
囲には、冷却水通路を内部に有する炉口金物１０が取り
付けられている。水冷式の炉口金物１０で炉口５の付近
を覆うことにより、炉体本体すなわち鉄皮２を保護する
のである。また図示の場合には、炉口金物１０に、炉内
の耐火レンガ４を上部から押さえてその脱落を防ぐ役割
ももたせている。なお、一般に転炉１の炉口金物１０
は、製造を容易にするとともに交換の便宜を考慮して、
複数（４〜１６ほど）の分割片を円周状につなぎ合わせ
ることにより炉口５の全周をカバーするように形成され
ている。

【０００４】炉口金物の本体は、従来、鋳鉄（球状黒鉛
鋳鉄など特殊鋳鉄を含む）によって製造されている。鋳
鉄製とされるのは、低コストで容易に成形できるという
理由もあるが、冷却水を漏らさない構造とすることが容
易である、という理由も大きい。後者の点はつぎのよう
に説明される。すなわち、炉口金物には上述のとおり相
当な熱負荷がかかること等から、本体の一部（一般に熱
負荷が最も高くなる内周寄りの部分）にクラックの生じ
ることがある。冷却水が炉口金物の外に漏れ出るのは不
都合であるため、たとえ炉口金物の本体にクラックが生
じた場合でもそのクラックが冷却水通路には及ばないよ
うにする必要がある。冷却水通路を本体内に設けるため
には本体の鋳造時に配管を鋳ぐるむのがよいが、当該配
管を鋼管にして本体を鋳鉄とすれば、鋼管と鋳鉄との融
点差（鋳鉄の融点が１３００℃前後であるのに対して鋼
管の融点はそれより２００℃程度高い）に基づいて、炉
口金物の本体と溶着（融着）させずに（つまり密着して
はいるが不連続な状態に）配管を鋳ぐるむことができ
る。本体のうちにそれと溶着しないように配管を内蔵す
るなら、本体にクラックが生じてもそれが配管の壁面を
横切ってしまう可能性は極めて低いため、冷却水が漏れ
にくいことになる。

【０００５】なお、上記のように本体を鋳鉄で形成し、
その内部に溶着させないで鋼管を設けた炉口金物につい
ては、実開平３−５３５４０号公報に記載がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】冷却水通路としての鋼
管を内部に鋳ぐるんだ鋳鉄製の炉口金物は、本体にクラ
ックが発生しても鋼管が健全に保たれる点で好ましい
が、クラックが入ったその本体を修復することが困難で
ある。鋳鉄は、炭素の含有量が多い（２〜４％）ことな
どに関連して極めて溶接性が悪いからである。修復が不
可能である以上、一旦クラックが発生した炉口金物は廃
却せざるを得ないため、従来の炉口金物は寿命が短く、
コスト的に有利であるとは必ずしも言えなかった。な
お、このような課題は、転炉の炉口金物のみには限ら
ず、溶融金属を保持する各種の炉の炉口金物−高い熱
負荷を受けるため、冷却水の通路を内部に含みながらク
ラックが生じる可能性のある炉口金物−について、広
くあてはまるものである。

【０００７】本発明の目的は、クラック発生時に冷却水
が漏れないだけではなく、そのクラックを補修して再使
用することが可能で、したがって寿命が長くてコスト上
の利点もある炉口金物を提供することである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載した炉口
金物は、本体を鋳鋼にて形成し、その内部に冷却水通路
としての二重鋼管を鋳ぐるんでいることをまず特徴とす
るものである。

【０００９】鋳鋼は、炭素の含有量が少ない（一般的に
は０．５％以下）ために溶接性が良好である。したがっ
て、鋳鋼で本体部分を構成したこの炉口金物について
は、クラックが発生した場合にもそれを溶接にて補修
し、再使用することができる。

【００１０】鋳鋼と鋼管とはほぼ同様の融点をもつた
め、鋳鋼の内部に二重鋼管を鋳ぐるむ際にはその二重鋼
管の外表面が溶融して鋳鋼と溶着（融着）することにな
るが、この炉口金物では、鋳鋼製の本体にクラックが発
生した場合にも冷却水が漏れる不都合は生じない。本体
に発生したクラックがそれと溶着している外側の鋼管に
まで進んだとしても、鋼管が二重のものであって合わせ
面に不連続部分を有するため、内側の管にまではそのク
ラックが及ばないからである。

【００１１】なお、鋳鋼は鋳鉄ほどには鋳造性が高いわ
けではないが、炉口金物本体の形状は一般的にあまり複
雑でないため、問題になることは稀である。また仮に、
鋳造が難しい複雑な形状部分を有するとしても、鋳鋼は
溶接が容易であるため、当該部分を別に形成して溶接に
より本体と一体化することが可能である。したがってこ
の炉口金物についても、本体の製造に特別な困難がとも
なうことはないといえる。

【００１２】またこの請求項１の炉口金物は、上記二重
鋼管における内外の鋼管を焼きばめによって密着させた
ものである。曲がったものにする必要がある場合には、
真っすぐな二重の鋼管を焼きばめて一体にしたうえで曲
げ加工をする（それを鋳鋼のうちに鋳ぐるむ）とよい。

【００１３】内外の鋼管は、両者が密着しておらず隙間
をはさんで二重になっている場合でも上記のとおりクラ
ックの進展を止める作用をはたすが、その場合には、炉
口金物本体に対する冷却作用が十分でなくなる。隙間で
ある空気層の熱伝導率は鋼のそれと比べて極めて低い
（３千分の１程度である）ため、わずかな隙間であって
も熱抵抗はかなり大きくなり、冷却水による本体の冷却
を妨げるのである。その点、この請求項１のとおり焼き
ばめして密着させた二重鋼管を用いると、本体から冷却
水までの熱抵抗が小さいため本体が効果的に冷却され
る。それゆえ、この請求項１の炉口金物は一層長期間の
使用に耐えることになる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１に本発明の実施の形態を示
す。図１の炉口金物１０は、前述した図２に示す転炉１
の炉口５の周囲に、鉄皮２の上部を保護し耐火レンガ４
を固定すべく取り付けたものである。図１(ａ)に示すと
おり、この炉口金物１０も複数個を並べることにより炉
口５の周囲を覆うもので、それぞれの金物１０は約４５
°の範囲をカバーする扇形である。各金物１０は、鉄皮
２と一体の鉄製の炉口フランジ３の上面にボルト・ナッ
ト（図示せず）を用いて固定している。

【００１５】転炉１の吹錬中に受ける熱負荷によって変
形や溶損を生じにくいように、また地金やスラグが付着
してもその除去が容易であるように、この炉口金物１０
でも本体１１の内部に冷却水通路１２を形成している。
図１(ｂ)に示すように、この通路１２はそれぞれの金物
１０の両端部から下方へ延ばし出しており、継手フラン
ジ１４を介して冷却水の送り管（または戻り管）１５と
接続している。金物１０の一方の端部にある送り管１５
から通路１２に冷却水を送り、その冷却水を反対側の端
部にある戻り管１５から出すことによって、本体１１
（通路１２）内に冷却水を循環させるのである。

【００１６】この炉口金物１０はつぎの点で特徴的であ
る。すなわち、本体１１を鋳鋼による鋳造品とするとと
もに、図１(ｃ)・(ｄ)のようにその本体１１内の冷却水
通路１２を二重鋼管１３によって形成した点である。つ
まりこの金物１０は、図示の形状に曲げた二重鋼管１３
を鋳造用の型（図示せず）内に設置したうえ、その型の
うちに鋳鋼の溶湯（つまり溶融した鋳鋼）を注ぎ込んで
当該二重鋼管１３を鋳ぐるむことにより製造している。
二重鋼管１３がそのまま冷却水通路１２になるので、当
該通路１２のための型をとくに使用することなく金物１
０を鋳造することができる。

【００１７】二重鋼管１３は、鋼管１３ａの外側にやや
径の大きい鋼管１３ｂを嵌め合わせたものである。図示
の場合、内外の鋼管１３ａ・１３ｂとしてＪＩＳにいう
圧力配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＰＧ）を使用し、鋼管１３
ａについては内径を約５０ｍｍ、厚さを約５ｍｍとし、
鋼管１３ｂについては厚さを約５ｍｍ、外径を約７０ｍ
ｍとしている。双方の管を密着させた方が内外間の熱の
通過特性がよいことから、この二重鋼管１３は、いわゆ
る環熱縮径法（ＲＨＳ法）による焼きばめにより鋼管１
３ａ・１３ｂ間を密に嵌め合わせている。

【００１８】環熱縮径法とは、内側に管が差し込まれた
外側の管をコイルなど環状の加熱手段（図示せず）によ
って一方の端から順に加熱していくことにより、冷却後
にはその外側の管を元の径よりも縮小させ、結果とし
て、外側の管が内側の管を締め付けた状態を実現するも
のである。外側の管の一部のみを環状の加熱手段により
リング状に加熱するので、その加熱された部分は、長手
方向に隣接する両側の部分に拘束されて（隣接する両側
の部分は水の噴霧等によって冷却しておくと効果的であ
る）自由膨張をする場合に比べると径をほとんど拡大し
ない態様で（たとえば厚さを増す等の形で）熱膨張をす
る。加熱された環状の部分がその後に常温まで冷却され
ると、径がほとんど拡大していない状態から収縮するの
で、加熱前よりも小さな径になって内側の管を締め付け
る。環熱縮径法によって嵌め合わされた図１(ｄ)の二重
鋼管１３は、こうして内外の鋼管１３ａ・１３ｂが全長
的に締まり合い密着し合っているのである。

【００１９】炉口金物１０の本体１１を形成した鋳鋼と
しては、ＪＩＳにいう炭素鋼鋳鋼品（ＳＣ材）を使用し
ている。ＳＣ材は機械的強度にすぐれており、炉口金物
等として従来一般に使用されている鋳鉄（ＦＣ材）に比
べると引張強さが２倍ちかくあり、特殊鋳鉄である球状
黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ材）と比べても同等の引張強さと２倍
程度の伸びとを有する。そして何よりも、ＳＣ材は炭素
の含有量が少ないこと等から溶接が容易であり、ＦＣ材
やＦＣＤ材などの鋳鉄では困難であった溶接による補修
が可能である。したがって、熱衝撃を含む高い熱負荷を
受け、または地金除去のための機械的衝撃を受けるなど
によって金物１０の本体１１にクラック等が発生して
も、ＳＣ材製のこの金物１０の場合にはそれを補修して
再度使用することができる。なお、上記のとおりＳＣ材
が機械的強度にすぐれることから、鋳鉄製の従来の金物
と比べてクラック等が発生しにくい傾向にあるともいえ
る。

【００２０】この炉口金物１０において使用した鋳鋼は
融点が約１５１０℃であり、二重鋼管１３（ＳＴＰＧ）
の融点とほぼ一致する。前記した鋳造のために型に注ぎ
込む溶融鋳鋼は、１５１０℃に適当な過熱度を見込んだ
温度（１５５０℃前後）とするので、その内部に鋳ぐる
まれる二重鋼管１３はその外側の鋼管１３ｂの表面が鋳
造の際に一旦溶融し、本体１１と溶着することになる。

【００２１】外側の鋼管１３ｂが本体１１と溶着してい
るとはいえ、本体１１の一部にクラックの生じることが
あっても冷却水通路１２が健全に保たれるという従来の
炉口金物が有する利点は、この炉口金物１０でも失われ
ない。図１(ｄ)に示す外側の鋼管１３ｂと内側の鋼管１
３ａとが、前記のとおり密着していながらも不連続性を
有し、二重の管として冷却水通路１２を形成しているか
らである。つまり、前記のように鋼管１３ａ・１３ｂの
材質や厚さを定めて上記のとおり本体１１（鋳鋼）の鋳
造を行うなら、内側の鋼管１３ａまでが本体１１や外側
の鋼管１３ｂと溶着することはなく、したがって本体１
１にクラックが発生してもそれが内側の鋼管１３ａにま
で達することが避けられ、冷却水の漏れが防止されるの
である。

【００２２】以上、発明の実施の形態を一つ紹介した
が、この発明はこれに限られるものではない。たとえ
ば、まず、転炉以外の炉を用途として同様の炉口金物を
構成することももちろん可能である。また炉口金物の本
体は、ＳＣ材以外の鋳鋼、たとえばＪＩＳにいう溶接構
造用鋳鋼品（ＳＣＷ）や高マンガン鋼鋳鋼品（ＳＣＭｎ
Ｈ）、ステンレス鋼鋳鋼品（ＳＣＳ）などで形成しても
よい。冷却水通路となる二重鋼管としても、炭素鋼鋼管
（ＳＧＰ）や高圧配管用炭素鋼鋼管（ＳＴＳ）、もしく
は構造用ステンレス鋼鋼管（ＳＵＳ−ＴＫ）など種々の
ものを使用でき、内側の管と外側の管とを異種材とする
ことも可能である。ただし、二重鋼管を本体（鋳鋼）内
に鋳ぐるむ際に内側の鋼管までが外側の鋼管や本体（鋳
鋼）と溶着することのないように、本体となる鋳鋼の融
点が二重鋼管の融点をあまり上回らない（両者の差が１
００℃程度以内におさまる）のが好ましい。前者が後者
よりもかなり低い場合には一般に鋳鋼と外側の鋼管との
間も溶着しないことになるが、本体と冷却水通路との間
に溶着していない不連続な部分が２箇所できるのは本体
の冷却特性を低下させるので、できれば前者が後者をあ
まり下回らない（両者の差が５０℃程度以内）のが好ま
しい。

【００２３】

【発明の効果】請求項１に記載した炉口金物は、溶接性
が良好な鋳鋼によって本体を形成しているので、クラッ
クが発生した場合にもそれを溶接にて補修し再使用する
ことができ、寿命が長くコスト上有利である。なお、容
易に製造でき、また本体にクラックが生じた場合にも冷
却水が漏れない、といった利点も有している。

【００２４】さらにこの炉口金物は、二重鋼管における
内外の鋼管が焼きばめにより密着していて本体から冷却
水までの熱抵抗が小さく、したがって本体が効果的に冷
却されるため長期間の使用に耐える。

【図面の簡単な説明】

【図１】発明の実施の形態として転炉用の炉口金物１０
を示す図面であり、図１（ａ)は平面図（図２における
Ｉ−Ｉ矢視図）である。また、図１(ｂ)は同(ａ)におけ
るｂ−ｂ矢視図、同(ｃ)は同(ａ)におけるｃ−ｃ矢視
図、同(ｄ)は同(ｃ)におけるｄ部の詳細図である。

【図２】炉口金物１０を使用する転炉１の縦断面図であ
る。

【符号の説明】

１ 転炉（溶融金属炉） １０ 炉口金物 １１ 本体 １２ 冷却水通路 １３ 二重鋼管

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) C21C 5/46 104 F27D 1/12

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属炉の炉口に取り付けられる炉口
   金物であって、 本体が鋳鋼からなり、その内部に冷却水通路としての二
   重鋼管が鋳ぐるまれていること、 および、その二重鋼管が、焼きばめによって内外の鋼管
   が密着させられたものであること を特徴とする炉口金
   物。