JP3894502B2 - 溶融金属へのガス吹込みノズル及びその使用方法 - Google Patents

Description

［技術分野］
本発明は、電気炉その他の精錬炉内の溶融金属へのガス吹込みノズルに関し、とくに、ノズル損耗時の補修を簡便かつ迅速に行うことができる溶融金属へのガス吹込みノズル及びその使用方法に関する。
［背景技術］
第５図は従来から使用されているガス吹込みノズルの例の説明図で、第５図（ａ）は単管ノズルの例、第５図（ｂ）は２重管ノズルの例、第５図（ｃ）は多管ノズルの例、第５図（ｄ）はポーラスプラグの例である。図中（１０）はガス供給管、（１１）は炉底耐火物、（１２）は吹込ガス、（１７）は冷却ガス供給管、（１８）はポーラス煉瓦である。これ等の中で第５図（ｃ）の多管ノズルとしては、複数本の細い金属管を埋め込んだ耐火物ブロックのものがあるが、この多管ノズルを用いると溶融金属中に微細で且つ大きさが揃った吹込みガスの気泡が得られるために好ましいと考えられており、電気炉の炉底に設けるガス吹込みノズルとして広く使用されている。
ガス吹込みノズルを用いて溶融金属内へガスを吹き込むと、炉内側のガス吹込みノズルの周辺は溶融金属が強く流動するために、他部よりも耐火物の損耗が大きく、使用を繰り返すと例えば第２図（ａ）にみられるような損耗部（８）が発生する。損耗が進み損耗部（８）が大きくなるとガス吹込みノズルを取り替える補修を行うが、しかしこの補修は炉を休止させて行うために炉の生産性を低下させることになるし、また補修作業の環境は悪い。このためにガス吹込みノズルを頻繁に取り替える補修は好ましくない。
ノズルの補修作業を簡便にする手段として、特開昭５８−８１９３７号公報に「貫通孔を有する耐火物製のノズルと該貫通孔に挿入した金属製細管とからなり、該貫通孔と該金属製細管との間に環状すき間を設けたことを特徴とする精錬ガス吹込みプラグ」が開示されている。
第６図はこの精錬ガス吹込みプラグの説明図で、第６図（ａ）に示すように、耐火物製ノズルと金属製細管との間にすき間を設け、金属製細管とガス供給管を連結し、環状すき間は溶融金属が漏洩しない程度の大きさとする。補修に際しては、金属製細管のみを交換することにより、作業の簡略化を図ろうとするものである。
しかし、このような構造のノズルでガスの吹込みを行うと、溶融金属の圧力がかかった状態では、第６図（ｂ）に示すように、ガスは溶融金属中に入らず細管と耐火物貫通孔のすき間へリークする。とくに電気炉炉底からのガス吹込みのようにガス吹込み流量が少ない場合には、僅かなすき間であってもガスは通り易いすき間の方へリークし、溶融金属中に入らなくなる。前記公報においては、かかる問題を解決する手段は示されていない。
［発明の開示］
本発明は、ガス吹込みノズルの取り替えの頻度が少ないために生産性を低下させることが少なく、また悪い作業環境での取り替えの作業を軽減することができ、かつノズル周辺からガスがリークすることのないガス吹込みノズルと、その使用方法の提供を課題としている。
第１図は本発明のガス吹込みノズルの例の説明図で、第１図（ａ）はガス吹込みノズルの縦断面の説明図、第１図（ｂ）は第１図（ａ）のガス吹込みノズルを炉底に配設した説明図、第１図（ｃ）はガス吹込みノズルと供給ガスの吹込みホースの連結部の例の説明図である。
本発明は、炉内側から炉外側に直線状に貫通した細孔（３）を設けた耐火物のブック（４）と、該耐火物のブロック（４）と一体に形成された取付金具（２２）と、前記耐火物のブロック（４）の細孔（３）内に該細孔（３）を貫通して摺動可能に配された金属の細管（２）と、前記取付金具（２２）の端部をガス吹込みホース（１５）に連結する連結金具（２３）とを有し、前記金属の細管（２）の炉外側の端部を前記連結金具（２３）に配したゴム（１４）に挿通して、該金属の細管（２）の炉外側に吹込ガス（１２）を供給し炉内側の端部から溶融金属中に吹込ガス（１２）を吹込むことを特徴とする、溶融金属へのガス吹込みノズルである。
取付金具（２２）の一端は直管状で、他端は耐火物のブロック（４）の底部の形状にならった受け皿状に形成され、耐火物のブロック（４）は取付金具（２２）の受け皿状の部分に嵌合され接着される。このように耐火物のブロック（４）と取付金具（２２）とを一体に形成することにより、第６図（ｂ）に示すような、金属の細管（２）と耐火物のブロック（４）との間隙からの吹込ガスのリークを防止することができる。
第１図（ｃ）にみられるように、取付金具（２２）の直管状の端部は、連結金具（２３）の一端に連結され、連結金具（２３）の他端はガス吹込みホース（１５）に連結される。
金属の細管（２）の端部は、連結金具（２３）に配されたゴム（１４）を挿通して、ガス吹込みホース（１５）側へ突出している。金属の細管（２）の外周と連結金具（２３）の内面の間隙はゴム（１４）により密封され、ガス吹込みホース（１５）から送られた全ての吹込ガス（１２）は金属の細管（２）内に供給される。
第１図は、金属の細管（２）が１本の場合を示しているが、細管が複数であっても、同様に各細管の外周と連結金具の内面との間隙をゴムでシールし、全ての吹込ガスを各細管に分配することができる。
本発明のガス吹込みノズル（１）は第１図（ｂ）に示す如く、炉底耐火物（１１）に設けた羽口煉瓦（６）の内側に装着し、支持リング（２１）と止め金具（２０）により炉の鉄皮（１９）に取りつけられる。この際、ノズルと羽口煉瓦の隙間の寸法は限定しないが、モルタルやキャスタブル等の不定形耐火物を充填する。
金属の細管（２）としては、例えば内径が１〜２ｍｍのステンレス鋼のパイプを使用することができるがこの細管の内径や数は吹込ガス量に応じて適宜選定することができる。また細管は単管でもよく２重管であってもよい。また細孔（３）の内径は金属の細管（２）を摺動可能にするため、金属の細管の外径よりも０〜４ｍｍの範囲で大きくする。
第２図は本発明のガス吹込みノズルの使用方法の例の説明図である。本発明のガス吹込みノズル（１）も使用を繰り返すと、ガス吹込みノズル（１）の炉内側やその周辺は他部よりも耐火物の損耗が大きく、第２図（ａ）に示す如く損耗部（８）が発生する。この損耗部（８）を補修するに際して本発明では金属の細管（２）を細孔（３）内を上方に摺動させて、第２図（ｂ）に示す如く、端部を炉内側に突出せしめる。
次に金属の細管（２）の炉内側の端部を閉塞させることなく、第２図（ｃ）に示す如く該損耗部（８）に耐火性補修材（１６）を充填する。この例では金属の細管（２）の炉内側の端部は、補修材（１６）の充填完了後の表面よりも更に突出させるが、金属の細管（２）をこのように突出させると、通常使用する補修装置例えばサンドスリンガー等を使用して、通常の炉内補修材でこの損耗部（８）の補修を行っても、金属の細管（２）の炉内側の端部は補修材（１６）に埋まることがなく、閉塞することがない。
このため、本発明のガス吹込みノズル（１）を用いると、ガス吸込みノズルやその周辺は、日常作業として行う他の炉床や炉壁の損耗部の補修と同時に、簡易に補修することができ、この日常作業の補修によりガス吹込みノズルの寿命は延長し、ガス吹込みノズルの取り替え頻度は顕著に減少する。
また第２図（ｃ）の如くに補修した後で、溶融金属へのガス吹込みを行うと、金属の細管（２）の突出した部分は直ちに溶損し、溶融金属へのガスの吹込み口は、第１図（ｂ）で示したガスの吹込み口と同じ形状になる。従って第１図（ｂ）の場合と同じように溶融金属への安定したガス吹込みを行なうことができる。
第３図は、本発明の他のガス吹込みノズルの例の説明図で、第３図（ａ）はガス吹込みノズルの縦断面の説明図、第３図（ｂ）は第３図（ａ）のガス吹込みノズルを炉底に配設した説明図である。
第３図（ａ）のガス吹込みノズルは、耐火物のブロック（４）が上下方向に２個に分割されていることが特徴で、その他の構造は第１図（ａ）のガス吹込みノズルと同じである。第３図（ａ）の取付金具（２２）の端部が、第１図（ｃ）に示すように、連結金具（２３）を介してガス吹込みホース（１５）に連結され、金属の細管（２）の外周がゴム（１４）により密封されていることも、第１図のガス吹込みノズルの場合と同様である。
また、本ノズルも第３図（ｂ）に示す如く、炉底耐火物（１１）に設けた羽口煉瓦（６）の内側に装着し、支持リング（２１）と止め金具（２０）により炉の鉄皮（１９）に取りつけられる。この際、ノズルと羽口煉瓦の隙間の寸法は限定しないが、モルタルやキャスタブル等の不定形耐火物を充填する。
第４図は、第３図に示す本発明の他のガス吹込みノズルの使用方法の例の説明図である。第４図（ａ）に示すような損耗部（８）を補修するに際して、金属の細管（２）を細孔（３）内を上方に摺動させて、端部を炉内側に突出せしめ、溶損した耐火物のブロックの上側部分（４ａ）を取り除く。次いで、第４図（ｂ）に示す如く、新しい耐火物のブロックの上側部分（４ａ）（以下「補修用煉瓦」という）を装着し、その周囲の損耗部（８）に耐火性補修材（１６）を充填する。その後、金属の細管（２）の上端が補修用煉瓦（４ａ）の上面と同じ高さになるまで、細管を下方に摺動させる。
このように補修用煉瓦を用いることにより、不定形の耐火性補修材料のみで補修した場合より、補修後のノズルライフを延長することができる。また、補修後に金属の細管（２）が突出していないため、細管の使用回数を増すことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明のガス吹込みノズルの例の説明図である。
第２図は本発明のガス吹込みノズルの使用方法の例の説明図である。
第３図は本発明の他のガス吹込みノズルの例の説明図である。
第４図は本発明の他のガス吹込みノズルの使用方法の例の説明図である。
第５図は従来から使用されているガス吹込みノズルの例の説明図である。
第６図は従来の精錬ガス吹込みプラグの説明図である。
［発明を実施するための最良の形態］
第１図（ａ）で示した耐火物のブロック（４）に、金属の細管（２）を通す内径５ｍｍの細孔（３）を一本設け、電気炉で炉底からのガス吹込み用のノズルとして使用した。金属の細管（２）は内径２ｍｍ、外径４ｍｍ、長さ２ｍのものを使用し、金属の細管（２）は第１図（ｃ）で示した連結金具（２３）を用いて供給ガス吹込みホース（１５）に連結した。
溶解・精錬時のガス吹込み量は３０〜１００ｌ／minである。ガス吹込みノズル（１）の炉内側が約２００ｍｍ損耗した時点で第１図（ｃ）の供給ガス吹込みホース（１５）を外し、金属の細管（２）の炉内側の先端が補修後の炉底表面高さになるまで金属の細管をスライドさせた後再び連結金具（２３）と供給ガス吹込みホース（１５）を連結した。補修材としては炉床の補修に用いる通常の不定形耐火物の補修材（１６）を用いた。尚金属の細管（２）の炉内側の端部の閉塞を防止するために、補修材を充填している間もガス吹込みノズルから吹込みガスを流した。
この補修操作を４〜５回繰り返した後、金属の細管（２）を新しいものに取り替え、更に操業や上記の補修を行った。金属の細管（２）をスライドさせる際や新しいものに取り替える際に、細孔（３）と金属の細管（２）の隙間に溶融金属が差し込んで凝固している場合もあったが、下方より金属の細管（２）を叩くことによって、金属の細管（２）を容易にスライドさせることができた。
ガス吹込みノズル（１）の炉内側の溶損長さが３００ｍｍになった時点で、ガス吹込みノズル（１）を新たなものに取り替えたが、本発明のガス吹込みノズルは３００チャージ以上に亘って使用できるものであり、約５０チャージ毎に取り替えていた従来のガス吹込みノズルに比べて、寿命が顕著に向上した。
つぎに、第３図に示す分割構造のガス吹込みノズルでのノズルライフの改善効果について調査した。第１表に、第１図および第３図のガス吹込みノズルでのノズルライフの比較の例を示す。

第１表のケース１は、第３図に示す分割構造のノズルを使用し、補修用煉瓦で補修した場合である。
１７０から２００時間ガス吹込み操業を行った後、溶損した耐火物のブロック（上部）を取り除き、補修用煉瓦の上面より上まで金属の細管を摺動させた後、耐火物のブロック（上部）と同じ形状の補修用煉瓦を耐火物のブロック（下部）の上に接着剤で接着させた。この際、金属の細管と補修用煉瓦の細孔との間隙も非通気性の耐火物で充填した。
その後、羽口煉瓦（上段）の溶損部を不定形耐火物で充填して１回目の補修を完了した。さらに１７０から２００時間使用する度に２回目から５回目の補修を行った。偶数回目の補修時には羽口煉瓦（上段）も取り替えた。
耐火物のブロック（上部）および補修用煉瓦は長さ２００mmのものを使用したが、補修時の残寸法は５０から１００mmであった。また、５回目の補修後１７０から２００時間使用して検査のためにノズルを取り替えたが、耐火物のブロック（下部）には溶損等は全く認められず継続使用可能な状態であった。
第１表のケース２は、第１図に示す一体構造のノズルを使用し、不定形耐火物だけで補修した場合である。
１７０から２００時間ガス吹込み操業を行った後、ノズル溶損部に相当する高さより上まで金属の細管を上方へ摺動させ、羽口煉瓦および耐火物のブロックの溶損部に不定形耐火物を充填する補修を行った。
その後８０から１００時間使用毎に同様の補修を３回行い、さらに８０から１００時間使用後にノズルと羽口煉瓦（上部）を取替えた。この時点のノズルの溶損寸法は２５０から３００mmであり羽口煉瓦（中段）の溶損は認められないが、このまま補修を繰り返して使用を継続した場合には羽口煉瓦（中段）まで溶損して、この煉瓦までの取り替え作業が所定の修理時間内では困難となるために、その前にノズルと羽口煉瓦（上段）の取り替えを実施した。
第１表に見られるように、ケース１の分割構造のノズルでは、１回補修当りのライフおよび標準補修回数が増し、１個のノズルのトータルのノズルライフを大幅に延長することができた。
［産業上の利用可能性］
本発明のガス吹込みノズルを用いると、ガス吹込みノズルを取り替えるための炉の休止の頻度が少なくなるために生産性を低下させることが少なく、また悪い作業環境での取り替え作業を軽減することができる。またノズルの構造が簡単であるので安価にノズルの製造を行うことができる。

Claims (4)

1. ３０〜１００ｌ／minの吹込量のガスを炉底から炉内溶鋼に吹込むガス吹込みノズルにおいて、炉内側から炉外側に直線状に貫通した細孔（３）を設けた耐火物のブロック（４）と、該耐火物のブロック（４）が受け皿状の部分に嵌合され接着されて該耐火物のブロック（４）と一体に形成された取付金具（２２）と、前記耐火物のブロック（４）の細孔（３）内に該細孔（３）を貫通して摺動可能に配された外径が細孔（３）の内径よりも０〜４mm小さい金属の細管（２）と、前記取付金具（２２）の端部をガス吹込みホース（１５）に連結する連結金具（２３）とを有し、前記金属の細管（２）の炉外側の端部を前記連結金具（２３）に配したゴム（１４）に挿通することにより金属の細管（２）を細孔（３）内を上方に摺動させて炉内側の端部を炉内側に突出可能にすると共に金属の細管（２）の外周と連結金具（２３）の内面の間隙はゴム（１４）により密封し、該金具の細管（２）の炉外側に吹込ガス（１２）を供給し炉内側の端部から溶融金属中に吹込ガスを吹込むことを特徴とする、溶融金属へのガス吹込みノズル。
2. 請求の範囲第１項の溶融金属へのガス吹込みノズルを配設した炉において、炉内側の該ガス吹込みノズルとその周辺の損耗部（８）を補修するに際して、前記金属の細管（２）を前記細孔（３）内を摺動させて炉内側に突出せしめ、該金属の細管（２）の炉内側の端部の閉塞を防止して該損耗部（８）に耐火性補修材（１６）を充填することを特徴とする、溶融金属へのガス吹込みノズルの使用方法。
3. 請求の範囲第１項の溶融金属へのガス吹込みノズルにおいて、前記耐火物のブロック（４）が上下方向に２個以上に分割されていることを特徴とする、溶融金属へのガス吹込みノズル。
4. 請求の範囲第３項の溶融金属へのガス吹込みノズルを配設した炉において、炉内側の該ガス吹込みノズルとその周辺の損耗部（８）を補修するに際して、前記金属の細管（２）を前記細孔（３）内を摺動させて炉内側に突出せしめ、該金属の細管（２）の炉内側の端部の閉塞を防止してノズル損耗部（８）に補修用の耐火物のブロックを継ぎ足し、その周辺の損耗部（８）に耐火性補修材（１６）を充填することを特徴とする、溶融金属へのガス吹込みノズルの使用方法。

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