JP3398986B2 - 金属精錬炉羽口 - Google Patents
金属精錬炉羽口Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、製鋼転炉、鉄の溶融還
元炉などの金属精錬炉の羽口に関する。詳述すれば、金
属精錬炉に収容された溶融金属にガスおよび/ または粉
体を吹き込む羽口に関する。 【０００２】 【従来の技術】金属精錬炉としてその代表例である製鋼
用転炉を例にとって以下説明する。 【０００３】製鋼用転炉は、近年に至り上吹酸素転炉に
加えて底部からもガスを吹き込む底吹き転炉が広く用い
られるようになってきた。これによれば炉底部より鋼浴
を撹拌するガスを吹き込むことによりスラグと溶鋼の撹
拌が充分に行われ、一方、上部から吹込まれる酸素ガス
によりスラグ中に生成するFeO 量を減少させる等の効果
があり、それにより歩留の向上を計ることができる。 【０００４】この溶鋼を撹拌するガスの供給口を羽口と
称し、これは通常、鋼製のパイプ構造となっている。そ
のような羽口は常に窒素ガスなどで冷却して溶損を防止
している。特に、酸素または酸素を主体とした混合ガス
を炉底部より吹込むプロセスではそのようなガスを吹込
む底吹羽口の寿命を延ばす方法として上記ガスを吹き込
む管の外側に冷却用のガス通路を有するいわゆる２重管
または３重管からなる多重管羽口が使用されている。 【０００５】このように羽口の冷却は最も重要であっ
て、いずれの構造であっても羽口寿命の安定的な延長を
図るためには十分な冷却を行わなければならない。した
がって、このような多重管羽口の冷却ガスとしては不活
性ガスをはじめとして熱分解による吸熱量の大きなプロ
パンガスが一般に使用されている。またプロパンガスの
代わりに灯油やCO2 ガスを使用するプロセスもあるが、
この場合も同様の分解反応に伴う吸熱反応を利用して羽
口を冷却している。 【０００６】図３は、溶鋼(1200 〜1650℃) へ多重管羽
口10の２重管12から酸素ガスおよびプロパンガスを吹込
んでいる様子を模式的に示す概略説明図である。図中、
外側のガス通路14から吹込まれるプロパンガスは通路内
で一部分解吸熱するとともに最終的分解生成物であるH2
やＣは溶鋼中でO2ガスと反応してCO、H2O ガスを生成
し、溶鋼を撹拌する。このときの反応は次のように記述
することができる。 C3H8 → 3C ＋ 4H2 吸熱反応 C + 1/2O2 → CO 発熱反応 H2 + 1/2O2 → H2O 発熱反応 しかし、上記ガス生成反応は全体として発熱反応である
ため、羽口出口近傍は非常に高温となり、溶損が生じや
すくなる。また、このようなガスが泡となって羽口先端
から離れる際、泡の弾性によってバックアタックが生じ
る。レンガ面においてはバックアタックによる応力を直
接受けることになる。また側面、上面からの加熱および
羽口部からの冷却とで大きな温度勾配を生じ、レンガ面
にはさらに熱的応力も加わることになる。これらの応力
でレンガ面に亀裂が発生し、さらにこの亀裂の中にスラ
グメタルが侵入し、亀裂が進展していくものと推定され
る。 【０００７】一方、図４および図５に示すように、これ
らの冷却ガスが分解して生成したガスが溶鋼を過冷却す
ることにより羽口上方にマッシュルーム20と言われる凝
固物を生成する。このとき小さなマッシュルームが生成
しはじめたとしてもこのような亀裂で耐火物は剥離し同
時にマッシュルームは溶損または脱落する。これらのく
り返しにより羽口、周辺耐火物が損傷するが、損傷くぼ
みがある程度の大きさになると溶鋼の停滞域 (デッドゾ
ーン) ができ溶鋼対流による熱の供給が減少し、図５に
示すようにマッシュルーム20は大きく成長する。このマ
ッシュルームが徐々に成長することで羽口および羽口周
辺の耐火物が保護される。 【０００８】すなわち、図４では外側のガス通路14の出
口近傍にまず小さなマッシュルーム20が生じ、次いでこ
れが図５に示すような大きなマッシュルーム20に成長し
てゆくのである。このようなマッシュルームができるま
では図３に示すようなCO、H2O ガス生成時のバックアタ
ックにより羽口周囲の耐火物には亀裂が発生したり、さ
らに熱応力が加わったり、スラグ、メタル侵入層が生じ
たりして熱損傷が起こり、その部分の耐火物は剥離し
て、図４に斜線領域で示すような耐火物侵食領域13が生
成する。 【０００９】このように、炉の稼動初期には羽口金物し
かなくマッシュルームがない状態で溶湯を入れるために
冷却ガスは羽口金物先端部で分解し溶鋼と接触する部分
においては供給された酸素と反応することになる。 【００１０】したがって、炉稼動初期の羽口、羽口周辺
耐火物の損傷を防止するためにはスラグメタルの侵入を
防止し周辺のレンガをも含めた保護が必要である。一旦
図５に示すようなマッシュルーム20が生じてしまえば、
そのような熱損傷の心配はなく、羽口を長寿命化するこ
とができる。しかし、それまでの羽口および周囲耐火物
の損傷を回復させることはできない。このように、羽口
および羽口周辺の耐火物の寿命はこのマッシュルーム生
成により律速されており健全なマッシュルームの速やか
な生成方法が羽口寿命の長期化には重要となっている。 【００１１】例えば特開昭62−109918号公報に示されて
いる方法では、２重または３重管を用い、外側の管から
はプロパンガスとCO2 ガスとの混合ガスを供給し、炉内
にマッシュルームを速やかに形成させようとしている。
しかし、実操業においては、溶鋼を操業過程で冷却し、
通気性の凝固物であるマッシュルームを速やかに生成さ
せることは困難であり、ある程度の耐火物損傷は止むを
得ず、それに伴って羽口寿命の延長にも限界があると考
えられてきた。 【００１２】さらにスクラップを溶解したり、鉱石を還
元して銑鉄を製造する場合等において、初期に溶湯がな
い場合には特にマッシュルームの生成は困難でかつ精錬
初期過程での羽口損傷が大きい。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の目的
は、従来法の欠点である金属精錬炉の炉底等に設置され
た多重管底吹羽口において炉稼動初期のマッシュルーム
未生成時期における羽口およびその周囲の炉底部の損傷
を防止し羽口寿命の長期化を可能にする羽口を提供する
ことである。 【００１４】本発明者は、かかる課題を達成すべく、金
属精錬炉の炉底部等に多重管羽口を設けて冷却を行う場
合、その損傷は炉の稼動初期のマッシュルーム未生成期
および不安定期に集中して見られることに着目し、予め
人工的に形成したマッシュルームを最初より設置するこ
とにより、羽口保護を行うことで長寿命化をはかるとの
着想に至り、先に特願平３−68573 号として特許出願を
行った。 【００１５】確かに、かかる方法によれば従来法に比較
して格段に羽口周辺の耐用性は向上し長寿化を図ること
ができるが、実際に用いる転炉では１日に30チャージも
吹錬することは珍しくなく、かつ1000チャージ以上連続
して使用するものである。しかしながら、上述の羽口を
用いても、そのようにチャージ数を重ねていくと、支燃
性ガス (O2、Air 等) の配管先端部が溶損することが判
明した。 【００１６】すなわち、図６(a) に示すように、30チャ
ージ程度までは保護作用は十分に見られるが、30チャー
ジを越えると図６(b) に示すようにマッシュルーム先端
に溶損が見られるようになる。そして、そのまま溶損が
進行すると、図６(c) に示すように中心管14の溶損も進
み、最終的には図６(d) に示すようにして炉壁の損傷に
到るようになる。よって、本発明のより具体的目的は、
そのような長期間の使用中にあっても耐火物および羽口
の損傷を可及的小とすることができる金属精錬炉羽口の
構造を提供することである。 【００１７】 【課題を解決するための手段】したがって、本発明者
は、この点についてさらに検討した結果、次のような知
見を得て、本発明を完成した。 支燃性ガスは、2[Ｃ] ＋Ｏ2 →2CO ( 発熱反応) の反
応式に示されるようにメタル中[C] とも反応するため、
支燃性ガス配管先端の受熱が大きくなることは避けられ
ない。 【００１８】しかしながら、前述のような人工マッシ
ュルームによる冷却はほぼ均一に行われる。 したがって、時間経過に伴って支燃性ガスの配管先端
は溶損し易い。 【００１９】そこで、支燃性ガス配管の周囲にもう１
つ冷却ガスを通す多重管を設置し、その外側を多孔質メ
タルおよび／または耐火物などのガス通気性多孔質体で
保護すると、支燃性ガス配管の保護と、稼働初期の周囲
耐火物の保護とが両方可能となり、長期的に耐用性のあ
る羽口が構成される。 【００２０】ここに、本発明は、冷却ガス用の最外管を
設けた三重管から構成される金属精錬炉羽口であって、
最外管を炉壁部に実質上埋設するとともに冷却ガス用内
管および支燃性ガス用中心管を炉内側に突出して設置
し、さらに該内管の外周に少なくともその先端部におい
て密着するとともに前記最外管の先端部とその周辺部を
覆うようにして設けたガス通気性多孔質体を備えた金属
精錬炉羽口である。 【００２１】本発明の好適態様によれば、上記ガス通気
性多孔質体は、前記内管および中心管が通過できるよう
に中心部は開孔し、全体的に前述のマッシュルームに同
一または近似した形態を有する冷却ガスが通過する多孔
質耐火物または金属から構成される。 【００２２】 【作用】図１は、本発明にかかる羽口の１例を略式で示
す断面図であり、図２は羽口へのガス供給系を併せて示
す略式説明図である。図示のように、本発明にかかる三
重管から構成される金属精錬炉羽口28は、炉壁部29に実
質上埋設された最外管42と、炉内側に突出して設置され
た内管40および中心管32と、この内管の外周に少なくと
もその先端部において密着するとともに前記最外管の先
端部を覆うようにして設けたガス通気性多孔質体30とか
ら構成される。 【００２３】図示例にあっては、最外管42も一部炉内側
に突出しているが、内管および中心管と比較して極く僅
かであり、その突出量は多孔質体30の固定を容易にする
ためである。したがって、適宜固定手段が設けられてい
る限りにおいて、そのような突出は必要なく、図２に示
すように完全に炉壁に埋設される状態で設置されてもよ
い。しかし、好ましくは、多孔質体30にもその底部に最
外管との嵌合部31を設けておき、それに対応して最外管
にも突出部を設けておく。 【００２４】全体がきのこ型のガス通気性多孔質体30
は、溶融金属に対するある程度の抵抗性を有している、
いわゆる多孔質金属あるいはセラミックスであって、ガ
ス透過性であればいずれであってもよい。 【００２５】多孔質体30の中心には中心管32が、そして
その外側に内管40がそれぞれ貫通して設けられており、
これは図２からよく分かるように、多重管羽口の中心孔
34に対し同心状に配置されるようになっている。多重管
羽口の中心孔34の周囲に設けられた冷却ガス用のノズル
孔38は中心孔34と同じ距離だけ炉内側に突出しており、
その周囲にはさらに冷却ガスのノズル孔36が設けられて
いる。このノズル孔36の周囲は前述の多孔質体30が覆う
ようになっている。 【００２６】冷却用ガスはこのノズル孔36から出て多孔
質本体30を経てから溶鋼中に放出される。このときの放
出面積、つまり多孔質本体の外表面は炉内側に向かって
拡大しているため外表面から放出される冷却用ガスが中
心孔からの酸素ガスと接触する機会は著しく少なくな
り、分解生成物と酸素ガスとの急激な反応は阻止され
る。 【００２７】本発明にかかる羽口を構成する多孔質体30
とは、金属または耐火物であり、機械的に小さな孔を多
数開けてもよいが、粉末冶金法による焼結体、さらには
金属の場合には発泡金属のようなものがより好ましい。
また、繊維の中に気孔を有するセラミックス繊維の集合
体、すなわちセラミックスフォームを鋳型の中に入れ、
その上に金属を鋳込んで作成すると比較的容易に多孔質
体を製造することができ、安価に保護部材を作成するこ
とが可能である。この場合には多孔質体は、金属とセラ
ミックスフォームからなる。 【００２８】また、金属成分としては自然のマッシュル
ームと同じく溶銑より低い炭素濃度0.5 〜3.5 ％の鉄、
鋼が望ましく、その他は精錬に悪影響を及ぼさない成分
であればよい。鋳鉄等が望ましいが、ステンレス鋼のよ
うな耐熱鋼でもよい。 【００２９】また、耐火物としてはMgO を主体とするマ
グカーボン、マグドロ、マグクロれんが等である。気孔
率としては、気孔密度5 〜50個/cm2、気孔径＜0.6mm が
好ましい。 【００３０】多孔質体30の形状は特に制限はなく、中心
管32および内管40が貫通して設置される貫通孔を有し、
内管40の外周に少なくともその先端において密着し、か
つ冷却ガス用ノズル孔36とその周辺部を覆う構造であれ
ば、特定構造のものには制限されない。なお、ここに
「周辺部」とはいわゆるマッシュルーム未生成期間に少
なくとも耐火物の溶損が見られる領域ということであ
る。 【００３１】しかも、一般には図１に示すように多孔質
の本体30内をガスがより均一に流れるためには半円球状
に近い形がよい。その他、断面が台形、矩形、さらには
円錐形であってもよい。 【００３２】図２に示すように、実際の操業に当たっ
て、底吹き羽口中心孔34より撹拌用のガス(O2)を、ノズ
ル孔36、38よりプロパンガス等の冷却用ガスをそれぞれ
吹込むと、ノズル孔36からの冷却用ガス (例: プロパン
ガス) は多孔質体内30で熱分解し、この多孔質体を冷却
し、一方ノズル孔38からの冷却用ガス (例: プロパンガ
ス) は中心管32の先端において分解吸熱反応を引き起こ
すことによりそれを冷却している。かくして、多重管で
ある羽口金物および周辺部の耐火物を保護する。前述の
ように、多孔質体30の固定手段は特定のものに制限され
ないが、例えば、図１に示すように、気孔を設けた鋼
(Ｃ≦２％) もしくは耐火物またはそれらの混合物でも
って多重管羽口の中心管32、内管40、最外管42を構成
し、内管40および最外管42の先端部に予めネジ加工を施
しておき、この多重管羽口の内・最外管を炉内に突き出
して設けておき、これに内管・最外管が嵌合される貫通
孔部分を備え、それぞれの孔内側に同じくネジ加工した
多孔質体30をネジ込んでもよい。このときは図１に示す
ように内管40を取り囲むように多孔質体内に一種のガス
の溜め44を設けておくのが好ましい。 【００３３】 【実施例】表１に示す精錬条件で図１に示す本発明にか
かる底吹き三重管羽口を用い、溶鋼の吹き込み精錬試験
を行った。多孔質体の材質は、重量％で、Ｃ:1.67 、S
i: ＜0.01、Ｐ:0.050、Ｓ:0.004、Mn:0.30 、残部Feの
金属をセラミックスフォーム中に鋳込んだものであり、
気孔径は0.15〜0.3 mm、気孔数は35〜50個／cm2 であっ
た。寸法は、高さ80mm、直径160mm であった。 【００３４】表２に従来例および比較例の操業結果をま
とめた。比較例では同一の多孔質体を用いたが特願平３
−68573 号に示す二重管羽口を用いた。これは図６に示
す構造に相当する。 【００３５】その結果、従来のように保護部材として多
孔質体を設けなかった羽口においても30チャージ後にお
いて直径120 mm程度のマッシュルームが生成していた
が、初期の羽口長さに対し平均0.28mm/ch の損傷があっ
た。比較例では、初期の羽口長さに対し0.19mm/ch の損
傷であり、かつ当初取付けた保護部材は健全で羽口周辺
レンガの損傷はほとんどなかった。 【００３６】しかし、比較例ではチャージ数が増加する
と損耗も大になるが、本発明にかかる三重管羽口では羽
口近傍冷却を飛躍的に増しているので、低損耗を維持で
きる。したがって、本発明によれば、長期に亘って低い
損耗量が維持されていることが判る。なお、本例におけ
る出鋼時の炭素含有量は0.05％、温度は1660℃であっ
た。 【００３７】 【表１】【００３８】 【発明の効果】本発明により簡便な手段でもって上底吹
き転炉の重要な要素部材である底吹き羽口の寿命を延長
することが可能でそのコストメリットは大きい。本発明
は実用上の利益の大きな発明ということができる。
元炉などの金属精錬炉の羽口に関する。詳述すれば、金
属精錬炉に収容された溶融金属にガスおよび/ または粉
体を吹き込む羽口に関する。 【０００２】 【従来の技術】金属精錬炉としてその代表例である製鋼
用転炉を例にとって以下説明する。 【０００３】製鋼用転炉は、近年に至り上吹酸素転炉に
加えて底部からもガスを吹き込む底吹き転炉が広く用い
られるようになってきた。これによれば炉底部より鋼浴
を撹拌するガスを吹き込むことによりスラグと溶鋼の撹
拌が充分に行われ、一方、上部から吹込まれる酸素ガス
によりスラグ中に生成するFeO 量を減少させる等の効果
があり、それにより歩留の向上を計ることができる。 【０００４】この溶鋼を撹拌するガスの供給口を羽口と
称し、これは通常、鋼製のパイプ構造となっている。そ
のような羽口は常に窒素ガスなどで冷却して溶損を防止
している。特に、酸素または酸素を主体とした混合ガス
を炉底部より吹込むプロセスではそのようなガスを吹込
む底吹羽口の寿命を延ばす方法として上記ガスを吹き込
む管の外側に冷却用のガス通路を有するいわゆる２重管
または３重管からなる多重管羽口が使用されている。 【０００５】このように羽口の冷却は最も重要であっ
て、いずれの構造であっても羽口寿命の安定的な延長を
図るためには十分な冷却を行わなければならない。した
がって、このような多重管羽口の冷却ガスとしては不活
性ガスをはじめとして熱分解による吸熱量の大きなプロ
パンガスが一般に使用されている。またプロパンガスの
代わりに灯油やCO2 ガスを使用するプロセスもあるが、
この場合も同様の分解反応に伴う吸熱反応を利用して羽
口を冷却している。 【０００６】図３は、溶鋼(1200 〜1650℃) へ多重管羽
口10の２重管12から酸素ガスおよびプロパンガスを吹込
んでいる様子を模式的に示す概略説明図である。図中、
外側のガス通路14から吹込まれるプロパンガスは通路内
で一部分解吸熱するとともに最終的分解生成物であるH2
やＣは溶鋼中でO2ガスと反応してCO、H2O ガスを生成
し、溶鋼を撹拌する。このときの反応は次のように記述
することができる。 C3H8 → 3C ＋ 4H2 吸熱反応 C + 1/2O2 → CO 発熱反応 H2 + 1/2O2 → H2O 発熱反応 しかし、上記ガス生成反応は全体として発熱反応である
ため、羽口出口近傍は非常に高温となり、溶損が生じや
すくなる。また、このようなガスが泡となって羽口先端
から離れる際、泡の弾性によってバックアタックが生じ
る。レンガ面においてはバックアタックによる応力を直
接受けることになる。また側面、上面からの加熱および
羽口部からの冷却とで大きな温度勾配を生じ、レンガ面
にはさらに熱的応力も加わることになる。これらの応力
でレンガ面に亀裂が発生し、さらにこの亀裂の中にスラ
グメタルが侵入し、亀裂が進展していくものと推定され
る。 【０００７】一方、図４および図５に示すように、これ
らの冷却ガスが分解して生成したガスが溶鋼を過冷却す
ることにより羽口上方にマッシュルーム20と言われる凝
固物を生成する。このとき小さなマッシュルームが生成
しはじめたとしてもこのような亀裂で耐火物は剥離し同
時にマッシュルームは溶損または脱落する。これらのく
り返しにより羽口、周辺耐火物が損傷するが、損傷くぼ
みがある程度の大きさになると溶鋼の停滞域 (デッドゾ
ーン) ができ溶鋼対流による熱の供給が減少し、図５に
示すようにマッシュルーム20は大きく成長する。このマ
ッシュルームが徐々に成長することで羽口および羽口周
辺の耐火物が保護される。 【０００８】すなわち、図４では外側のガス通路14の出
口近傍にまず小さなマッシュルーム20が生じ、次いでこ
れが図５に示すような大きなマッシュルーム20に成長し
てゆくのである。このようなマッシュルームができるま
では図３に示すようなCO、H2O ガス生成時のバックアタ
ックにより羽口周囲の耐火物には亀裂が発生したり、さ
らに熱応力が加わったり、スラグ、メタル侵入層が生じ
たりして熱損傷が起こり、その部分の耐火物は剥離し
て、図４に斜線領域で示すような耐火物侵食領域13が生
成する。 【０００９】このように、炉の稼動初期には羽口金物し
かなくマッシュルームがない状態で溶湯を入れるために
冷却ガスは羽口金物先端部で分解し溶鋼と接触する部分
においては供給された酸素と反応することになる。 【００１０】したがって、炉稼動初期の羽口、羽口周辺
耐火物の損傷を防止するためにはスラグメタルの侵入を
防止し周辺のレンガをも含めた保護が必要である。一旦
図５に示すようなマッシュルーム20が生じてしまえば、
そのような熱損傷の心配はなく、羽口を長寿命化するこ
とができる。しかし、それまでの羽口および周囲耐火物
の損傷を回復させることはできない。このように、羽口
および羽口周辺の耐火物の寿命はこのマッシュルーム生
成により律速されており健全なマッシュルームの速やか
な生成方法が羽口寿命の長期化には重要となっている。 【００１１】例えば特開昭62−109918号公報に示されて
いる方法では、２重または３重管を用い、外側の管から
はプロパンガスとCO2 ガスとの混合ガスを供給し、炉内
にマッシュルームを速やかに形成させようとしている。
しかし、実操業においては、溶鋼を操業過程で冷却し、
通気性の凝固物であるマッシュルームを速やかに生成さ
せることは困難であり、ある程度の耐火物損傷は止むを
得ず、それに伴って羽口寿命の延長にも限界があると考
えられてきた。 【００１２】さらにスクラップを溶解したり、鉱石を還
元して銑鉄を製造する場合等において、初期に溶湯がな
い場合には特にマッシュルームの生成は困難でかつ精錬
初期過程での羽口損傷が大きい。 【００１３】 【発明が解決しようとする課題】ここに、本発明の目的
は、従来法の欠点である金属精錬炉の炉底等に設置され
た多重管底吹羽口において炉稼動初期のマッシュルーム
未生成時期における羽口およびその周囲の炉底部の損傷
を防止し羽口寿命の長期化を可能にする羽口を提供する
ことである。 【００１４】本発明者は、かかる課題を達成すべく、金
属精錬炉の炉底部等に多重管羽口を設けて冷却を行う場
合、その損傷は炉の稼動初期のマッシュルーム未生成期
および不安定期に集中して見られることに着目し、予め
人工的に形成したマッシュルームを最初より設置するこ
とにより、羽口保護を行うことで長寿命化をはかるとの
着想に至り、先に特願平３−68573 号として特許出願を
行った。 【００１５】確かに、かかる方法によれば従来法に比較
して格段に羽口周辺の耐用性は向上し長寿化を図ること
ができるが、実際に用いる転炉では１日に30チャージも
吹錬することは珍しくなく、かつ1000チャージ以上連続
して使用するものである。しかしながら、上述の羽口を
用いても、そのようにチャージ数を重ねていくと、支燃
性ガス (O2、Air 等) の配管先端部が溶損することが判
明した。 【００１６】すなわち、図６(a) に示すように、30チャ
ージ程度までは保護作用は十分に見られるが、30チャー
ジを越えると図６(b) に示すようにマッシュルーム先端
に溶損が見られるようになる。そして、そのまま溶損が
進行すると、図６(c) に示すように中心管14の溶損も進
み、最終的には図６(d) に示すようにして炉壁の損傷に
到るようになる。よって、本発明のより具体的目的は、
そのような長期間の使用中にあっても耐火物および羽口
の損傷を可及的小とすることができる金属精錬炉羽口の
構造を提供することである。 【００１７】 【課題を解決するための手段】したがって、本発明者
は、この点についてさらに検討した結果、次のような知
見を得て、本発明を完成した。 支燃性ガスは、2[Ｃ] ＋Ｏ2 →2CO ( 発熱反応) の反
応式に示されるようにメタル中[C] とも反応するため、
支燃性ガス配管先端の受熱が大きくなることは避けられ
ない。 【００１８】しかしながら、前述のような人工マッシ
ュルームによる冷却はほぼ均一に行われる。 したがって、時間経過に伴って支燃性ガスの配管先端
は溶損し易い。 【００１９】そこで、支燃性ガス配管の周囲にもう１
つ冷却ガスを通す多重管を設置し、その外側を多孔質メ
タルおよび／または耐火物などのガス通気性多孔質体で
保護すると、支燃性ガス配管の保護と、稼働初期の周囲
耐火物の保護とが両方可能となり、長期的に耐用性のあ
る羽口が構成される。 【００２０】ここに、本発明は、冷却ガス用の最外管を
設けた三重管から構成される金属精錬炉羽口であって、
最外管を炉壁部に実質上埋設するとともに冷却ガス用内
管および支燃性ガス用中心管を炉内側に突出して設置
し、さらに該内管の外周に少なくともその先端部におい
て密着するとともに前記最外管の先端部とその周辺部を
覆うようにして設けたガス通気性多孔質体を備えた金属
精錬炉羽口である。 【００２１】本発明の好適態様によれば、上記ガス通気
性多孔質体は、前記内管および中心管が通過できるよう
に中心部は開孔し、全体的に前述のマッシュルームに同
一または近似した形態を有する冷却ガスが通過する多孔
質耐火物または金属から構成される。 【００２２】 【作用】図１は、本発明にかかる羽口の１例を略式で示
す断面図であり、図２は羽口へのガス供給系を併せて示
す略式説明図である。図示のように、本発明にかかる三
重管から構成される金属精錬炉羽口28は、炉壁部29に実
質上埋設された最外管42と、炉内側に突出して設置され
た内管40および中心管32と、この内管の外周に少なくと
もその先端部において密着するとともに前記最外管の先
端部を覆うようにして設けたガス通気性多孔質体30とか
ら構成される。 【００２３】図示例にあっては、最外管42も一部炉内側
に突出しているが、内管および中心管と比較して極く僅
かであり、その突出量は多孔質体30の固定を容易にする
ためである。したがって、適宜固定手段が設けられてい
る限りにおいて、そのような突出は必要なく、図２に示
すように完全に炉壁に埋設される状態で設置されてもよ
い。しかし、好ましくは、多孔質体30にもその底部に最
外管との嵌合部31を設けておき、それに対応して最外管
にも突出部を設けておく。 【００２４】全体がきのこ型のガス通気性多孔質体30
は、溶融金属に対するある程度の抵抗性を有している、
いわゆる多孔質金属あるいはセラミックスであって、ガ
ス透過性であればいずれであってもよい。 【００２５】多孔質体30の中心には中心管32が、そして
その外側に内管40がそれぞれ貫通して設けられており、
これは図２からよく分かるように、多重管羽口の中心孔
34に対し同心状に配置されるようになっている。多重管
羽口の中心孔34の周囲に設けられた冷却ガス用のノズル
孔38は中心孔34と同じ距離だけ炉内側に突出しており、
その周囲にはさらに冷却ガスのノズル孔36が設けられて
いる。このノズル孔36の周囲は前述の多孔質体30が覆う
ようになっている。 【００２６】冷却用ガスはこのノズル孔36から出て多孔
質本体30を経てから溶鋼中に放出される。このときの放
出面積、つまり多孔質本体の外表面は炉内側に向かって
拡大しているため外表面から放出される冷却用ガスが中
心孔からの酸素ガスと接触する機会は著しく少なくな
り、分解生成物と酸素ガスとの急激な反応は阻止され
る。 【００２７】本発明にかかる羽口を構成する多孔質体30
とは、金属または耐火物であり、機械的に小さな孔を多
数開けてもよいが、粉末冶金法による焼結体、さらには
金属の場合には発泡金属のようなものがより好ましい。
また、繊維の中に気孔を有するセラミックス繊維の集合
体、すなわちセラミックスフォームを鋳型の中に入れ、
その上に金属を鋳込んで作成すると比較的容易に多孔質
体を製造することができ、安価に保護部材を作成するこ
とが可能である。この場合には多孔質体は、金属とセラ
ミックスフォームからなる。 【００２８】また、金属成分としては自然のマッシュル
ームと同じく溶銑より低い炭素濃度0.5 〜3.5 ％の鉄、
鋼が望ましく、その他は精錬に悪影響を及ぼさない成分
であればよい。鋳鉄等が望ましいが、ステンレス鋼のよ
うな耐熱鋼でもよい。 【００２９】また、耐火物としてはMgO を主体とするマ
グカーボン、マグドロ、マグクロれんが等である。気孔
率としては、気孔密度5 〜50個/cm2、気孔径＜0.6mm が
好ましい。 【００３０】多孔質体30の形状は特に制限はなく、中心
管32および内管40が貫通して設置される貫通孔を有し、
内管40の外周に少なくともその先端において密着し、か
つ冷却ガス用ノズル孔36とその周辺部を覆う構造であれ
ば、特定構造のものには制限されない。なお、ここに
「周辺部」とはいわゆるマッシュルーム未生成期間に少
なくとも耐火物の溶損が見られる領域ということであ
る。 【００３１】しかも、一般には図１に示すように多孔質
の本体30内をガスがより均一に流れるためには半円球状
に近い形がよい。その他、断面が台形、矩形、さらには
円錐形であってもよい。 【００３２】図２に示すように、実際の操業に当たっ
て、底吹き羽口中心孔34より撹拌用のガス(O2)を、ノズ
ル孔36、38よりプロパンガス等の冷却用ガスをそれぞれ
吹込むと、ノズル孔36からの冷却用ガス (例: プロパン
ガス) は多孔質体内30で熱分解し、この多孔質体を冷却
し、一方ノズル孔38からの冷却用ガス (例: プロパンガ
ス) は中心管32の先端において分解吸熱反応を引き起こ
すことによりそれを冷却している。かくして、多重管で
ある羽口金物および周辺部の耐火物を保護する。前述の
ように、多孔質体30の固定手段は特定のものに制限され
ないが、例えば、図１に示すように、気孔を設けた鋼
(Ｃ≦２％) もしくは耐火物またはそれらの混合物でも
って多重管羽口の中心管32、内管40、最外管42を構成
し、内管40および最外管42の先端部に予めネジ加工を施
しておき、この多重管羽口の内・最外管を炉内に突き出
して設けておき、これに内管・最外管が嵌合される貫通
孔部分を備え、それぞれの孔内側に同じくネジ加工した
多孔質体30をネジ込んでもよい。このときは図１に示す
ように内管40を取り囲むように多孔質体内に一種のガス
の溜め44を設けておくのが好ましい。 【００３３】 【実施例】表１に示す精錬条件で図１に示す本発明にか
かる底吹き三重管羽口を用い、溶鋼の吹き込み精錬試験
を行った。多孔質体の材質は、重量％で、Ｃ:1.67 、S
i: ＜0.01、Ｐ:0.050、Ｓ:0.004、Mn:0.30 、残部Feの
金属をセラミックスフォーム中に鋳込んだものであり、
気孔径は0.15〜0.3 mm、気孔数は35〜50個／cm2 であっ
た。寸法は、高さ80mm、直径160mm であった。 【００３４】表２に従来例および比較例の操業結果をま
とめた。比較例では同一の多孔質体を用いたが特願平３
−68573 号に示す二重管羽口を用いた。これは図６に示
す構造に相当する。 【００３５】その結果、従来のように保護部材として多
孔質体を設けなかった羽口においても30チャージ後にお
いて直径120 mm程度のマッシュルームが生成していた
が、初期の羽口長さに対し平均0.28mm/ch の損傷があっ
た。比較例では、初期の羽口長さに対し0.19mm/ch の損
傷であり、かつ当初取付けた保護部材は健全で羽口周辺
レンガの損傷はほとんどなかった。 【００３６】しかし、比較例ではチャージ数が増加する
と損耗も大になるが、本発明にかかる三重管羽口では羽
口近傍冷却を飛躍的に増しているので、低損耗を維持で
きる。したがって、本発明によれば、長期に亘って低い
損耗量が維持されていることが判る。なお、本例におけ
る出鋼時の炭素含有量は0.05％、温度は1660℃であっ
た。 【００３７】 【表１】【００３８】 【発明の効果】本発明により簡便な手段でもって上底吹
き転炉の重要な要素部材である底吹き羽口の寿命を延長
することが可能でそのコストメリットは大きい。本発明
は実用上の利益の大きな発明ということができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる羽口構造の略式断面図である。
【図２】本発明にかかる羽口構造をガス供給系とともに
示す略式断面図である。 【図３】従来より見られた底吹き羽口からのガス吹込み
の様子の略式説明図である。 【図４】同じく底吹き羽口近傍の耐火物の損傷の様子の
略式説明図である。 【図５】同じく羽口前面に形成されたいわゆるマッシュ
ルームの略式説明図である。 【図６】図６(a) ないし図６(d) は、特願平３−68573
号において開示した羽口近傍耐火物の損耗の様子の略式
説明図である。 【符号の説明】 28: 金属精錬羽口 29: 炉壁部 30: ガス通気性多孔質体 32: 中心管 34: 中心孔 36: ノズル孔 38: ノズル孔 40: 内管 42: 最外管
示す略式断面図である。 【図３】従来より見られた底吹き羽口からのガス吹込み
の様子の略式説明図である。 【図４】同じく底吹き羽口近傍の耐火物の損傷の様子の
略式説明図である。 【図５】同じく羽口前面に形成されたいわゆるマッシュ
ルームの略式説明図である。 【図６】図６(a) ないし図６(d) は、特願平３−68573
号において開示した羽口近傍耐火物の損耗の様子の略式
説明図である。 【符号の説明】 28: 金属精錬羽口 29: 炉壁部 30: ガス通気性多孔質体 32: 中心管 34: 中心孔 36: ノズル孔 38: ノズル孔 40: 内管 42: 最外管
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 冷却ガス用の最外管を設けた三重管から
構成される金属精錬炉羽口であって、最外管を炉壁部に
実質上埋設するとともに冷却ガス用内管および支燃性ガ
ス用中心管を炉内側に突出して設置し、さらに該内管の
外周に少なくともその先端部において密着するとともに
前記最外管の先端部とその周辺部を覆うようにして設け
たガス通気性多孔質体を備えた金属精錬炉羽口。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25476492A JP3398986B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 金属精錬炉羽口 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25476492A JP3398986B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 金属精錬炉羽口 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06100921A JPH06100921A (ja) | 1994-04-12 |
| JP3398986B2 true JP3398986B2 (ja) | 2003-04-21 |
Family
ID=17269560
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP25476492A Expired - Fee Related JP3398986B2 (ja) | 1992-09-24 | 1992-09-24 | 金属精錬炉羽口 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3398986B2 (ja) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS6339131A (ja) * | 1986-08-01 | 1988-02-19 | Hitachi Maxell Ltd | 磁気記録媒体 |
| JP3799217B2 (ja) | 2000-06-22 | 2006-07-19 | 株式会社日立製作所 | 発電設備の運用管理システム及び保守管理サービス方法 |
| JP6604062B2 (ja) * | 2015-07-13 | 2019-11-13 | 日本製鉄株式会社 | 金属溶解・精錬炉用ガス吹込み方法、および金属溶解・精錬炉用ガス吹込みノズル |
-
1992
- 1992-09-24 JP JP25476492A patent/JP3398986B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH06100921A (ja) | 1994-04-12 |
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| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
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