JP5920295B2 - 混練物吹付けノズル - Google Patents

Description

本発明は、例えば二次精錬工程で用いるＲＨ（Ruhrstahl-Heraeus）浸漬管の耐火物保護のために、当該ＲＨ浸漬管に対して吹付け材を吹き付ける際に用いることが可能な、混練物吹付けノズルに関する。

二次精錬で用いるＲＨ（Ruhrstahl-Heraus）等の真空脱ガス装置では、取鍋中の溶鋼を真空脱ガス装置側に吸い上げて脱ガスし、処理した溶鋼を取鍋側に戻すのに浸漬管が使用される。この浸漬管は、一般に「ＲＨ浸漬管」と称される。ＲＨ浸漬管は、少なくとも先端が溶鋼中に浸漬するため、溶鋼流やスラグの作用により溶損する。そのため、不定形材質の耐火物と水とを混練した吹付け材（混練物）を、定期的にＲＨ浸漬管の内側や外側に吹き付けることにより、ＲＨ浸漬管の耐火物の補強・保護を行っている（図６参照、詳細は後述）。

そのため、粉体の不定形耐火物と液体である水とを混練し、この混練物を吐出するための混練物吹付けノズルが必要となる。特許文献１は、このような用途に適用しうる混練物吹付けノズルを開示する。特許文献１には、粉粒体用通路と、該通路に連続しノズル先端に通じる混練用通路と、該混練用通路に通じる添加液用通路とを備え、前記混練用通路は、前記粉粒体及び添加液を適切に通し得る断面積を有した偏平な断面形状の混練部を備え、前記添加液用通路は該混練部の上流側端部周壁に分布した開口により前記混練用通路に通じていることを特徴とする混練物吹付けノズルが記載されている。この混練物吹付けノズルにおいて、開口は、粉粒体の進行方向に対して１箇所の位置でリング状に分布している。

実開昭６２−１７０１６３号公報

しかしながら、本発明者らの検討によれば、特許文献１の混練物吹付けノズルでは、粉体と液体とを均一に混練しにくいことが判明した。混練が不均一あるいは不完全な場合、混練物吹付けノズルからは、吹付け材として、均一な混練物以外に、液体を含まない粉体や、粉体をほとんど含まない液体が吐出される。このような混練物吹付けノズルを用いて、例えばＲＨ浸漬管の補強を行うと、粉体の状態で吐出された不定形耐火物は、ＲＨ浸漬管に付着せずに跳ね返ってしまう。これをリバウンドロスという。また、不定形耐火物をほとんど含まない水を吹き付けても、ＲＨ浸漬管の補強効果はない。よって、混練が不十分な混練物吹付けノズルを用いると、ＲＨ浸漬管の補強作業の完了に必要な不定形耐火物の量が多くなり、コスト増加を招き、また、周囲に粉体が飛散して作業環境の悪化を招くという問題があった。また、混練物吹付けノズルをＲＨ浸漬管の補強以外に用いる場合でも、均一な混練を実現することは重要な課題である。

そこで本発明は、上記課題に鑑み、粉体と液体とを均一に混練することが可能な混練物吹付けノズルを提供することを目的とする。

この目的を達成すべく本発明者が鋭意検討したところ、粉体が通過する中空を有するパイプの周壁に、粉体に対して液体を供給するための孔を設けるにあたり、同じ高さ位置に複数の孔を配置し、さらにこれを複数の高さ位置に配置し、しかも、隣接する高さ位置にある複数の孔同士をずらして配置することにより、粉体と液体とを均一に混練することができることを見出し、本発明を完成させるに至った。

本発明は、このような知見に基づきなされたものであり、その要旨構成は以下のとおりである。
（１）粉体が通過する中空を区画する上流部、
該上流部に隣接して位置し、周壁に複数の孔を有し、前記粉体と前記複数の孔から導入した液体とを混練する中空を区画する混練部、および
前記混練部に隣接して位置し、混練物が通過する中空を区画する下流部、
からなるパイプと、
該パイプの下流部に接続され、前記混練物を吹き付けるヘッドと、
前記混練部の周囲に配置され、前記混練部の周壁との間で、前記複数の孔から導入される液体が通過する中空を区画する単一の外パイプと、
を有し、
前記複数の孔は、前記外パイプに覆われる位置において、前記パイプの長手方向に沿った複数の高さ位置にそれぞれ複数に分けて配置され、
全ての高さ位置において、同じ高さ位置にある前記複数の孔は、前記長手方向から見て等間隔に配置され、
隣接する高さ位置にある前記複数の孔同士が、前記長手方向から見てずれた位置に配置され、
前記隣接する高さ位置間の距離が３０〜６０ｍｍであることを特徴とする混練物吹付けノズル。

（２）隣接する高さ位置にある前記複数の孔の全ては、前記長手方向に垂直な仮想平面に投射すると等間隔になる上記（１）に記載の混練物吹付けノズル。

（３）前記複数の孔の全ては、前記長手方向に垂直な仮想平面に投射すると等間隔になる上記（１）または（２）に記載の混練物吹付けノズル。

本発明の混練物吹付けノズルは、粉体と液体とを均一に混練することが可能である。

（Ａ）は、本発明の一実施形態による混練物吹付けノズル１００の一部を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）におけるＩ−Ｉ断面図である。 （Ａ）は、図１の混練物吹付けノズル１００のパイプ１０の一部を抜き出して示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）における複数の孔をパイプの延在方向Ｅから見たときの位置関係を示す図である。 本発明の他の実施形態による混練物吹付けノズルのパイプの一部を示す斜視図である。 （Ａ）は、第１の比較例による混練物吹付けノズルのパイプの一部を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）における複数の孔をパイプの延在方向Ｅから見たときの位置関係を示す図である。 （Ａ）は、第２の比較例による混練物吹付けノズルのパイプの一部を示す斜視図であり、（Ｂ）は、（Ａ）における複数の孔をパイプの延在方向Ｅから見たときの位置関係を示す図である。 本発明の混練物吹付けノズルを用いて、ＲＨ浸漬管に対して混練物を吹き付けている状態を示す模式図である。

以下、本発明の混練物吹付けノズルの実施形態を説明する。各実施形態において対応する部位には同じ符号を付し、説明を省略する。

まず、図６を参照して、本発明に従う混練物吹付けノズル１００を用いて、ＲＨ浸漬管に対して混練物を吹き付ける場合について説明する。図６において、右側のＲＨ浸漬管６０はその外観を図示し、左側のＲＨ浸漬管７０は縦断面図によりその内部を図示している。右側の混練物吹付けノズル１００は、右側のＲＨ浸漬管６０の外部に対して混練物を吹き付け、左側の混練物吹付けノズル１００は、左側のＲＨ浸漬管７０の内部に混練物を吹き付ける。

フレキシブルコンテナから粉末をタンク８０の上部の開口部に供給し、タンク８０には粉末が収容される。粉末は、混練物吹付けノズル１００のパイプ内を圧送される。このパイプの一部には外パイプ３０が取り付けられ、ここからパイプの内部に水が供給され、粉末と水とを混練する。水の供給系は図示していない。水量は弁で調整する。そして、混練物は混練物吹付けノズル１００のパイプ内の中空を通り、ヘッド３４から吐出される。なお、ボックス８２内にはノズルを昇降させるためのギアがある。

次に、図１（Ａ），（Ｂ）および図２（Ａ），（Ｂ）を参照して、例えば上記のようなＲＨ浸漬管の補強に用いることができる、本発明の第１実施形態の混練物吹付けノズル１００を説明する。

混練物吹付けノズル１００は、パイプ１０とヘッド３４とを含む。パイプ１０の側壁には複数の孔が設けられており、複数の孔より上流側では粉体が流れ、複数の孔からはパイプ１０の外部から内部に液体が供給され、複数の孔より下流側では粉体と液体との混練物が流れる。すなわち、図１（Ａ）に示すように、パイプ１０は、上流部１２、混練部１４および下流部１６に分けられる。上流部１２は、粉体が通過する第１中空１２Ａを区画する。混練部１４は、上流部１２に隣接して位置し、周壁１８に複数の孔２０，２２を有し、粉体とこれら複数の孔２０，２２から導入した液体とを混練する第２中空１４Ａを区画する。下流部１６は、混練部１４に隣接して位置し、混練物が通過する第３中空１６Ａを区画する。

図１（Ａ），（Ｂ）に示すように、混練部１４の周囲には外パイプ３０を設け、混練部１４の周壁１８と外パイプ３０の内壁とにより第４中空３０Aを区画する。外パイプ３０と接続した液体供給路３２から第４中空３０Ａへと液体が供給される。第４中空３０Ａから孔２０，２２を介して、パイプ１０の内部（具体的には第２中空１４Ａ）に液体が供給される。

ヘッド３４は、図１および図２には図示されていないが、パイプの下流部１６に接続され、混練物を吐出する。なお、ヘッド３４は図６に図示されている。

本実施形態の特徴的構成は、図１および図２に示す、混練部１４の周壁１８に設けた複数の孔２０，２２の配置である。本実施形態では、混練部１４の延在方向Ｅに沿った２つの高さ位置Ｈ_１，Ｈ_２において、それぞれ複数の孔が設けられている。図１および図２では、第１の高さ位置Ｈ_１に位置する４つの孔を第１の孔２０とし、第２の高さ位置Ｈ_２に位置する４つの孔を第２の孔２２とする。そして、本実施形態では、隣接する高さ位置にある複数の孔同士、すなわち、第１の高さ位置Ｈ_１に位置する第１の孔２０と、第２の高さ位置Ｈ_２に位置する第２の孔２２とが、延在方向Ｅから見てずれた位置に配置される。

このような特徴的構成を採用することの技術的意義を、以下の比較例と対比しながら説明する。

図４（Ａ），（Ｂ）に示す第１の比較例では、パイプ１０の延在方向Ｅに沿った１つの高さ位置Ｈ_１において、等間隔に８つの孔４０を配置した。この場合、上流から流れてくる粉体に対して、１つの高さ位置Ｈ_１から液体が供給されるのみであるため、粉体と液体との接触時間が短く、水量が少ない場合は中空の中心まで水が行き渡らずに粉体のみの部分が発生する可能性が高く、リバウンドロスが生じる。また、中空の中心まで水を行き渡らせるため水量を多くすると、各孔から供給された水の重なり部分、つまり水が多すぎる部分が生じる可能性が高く、この場合もリバウンドロスが生じる。この傾向は、高さ位置Ｈ_１に配置する孔４０の数を多くしても同様である。

図５（Ａ），（Ｂ）に示す第２の比較例では、パイプ１０の延在方向Ｅに沿った２つの高さ位置Ｈ_１，Ｈ_２に、それぞれ４つの孔を等間隔に配置した。ただし、第１の高さ位置Ｈ_１に位置する第１の孔５０と、第２の高さ位置Ｈ_２に位置する第２の孔５２とは、延在方向Ｅから見て同じ位置に配置した。この場合は、孔の位置を二段階にした点においては、第１の比較例よりも均一な混練が実現しやすい。しかし、ノズルの延在方向Ｅに沿ってみると、孔が２つあるラインが４本ある一方で、それ以外は孔が１つもないラインとなっている。そのため、孔が２つあるライン上では粉体と液体とが混練しやすい一方で水が多すぎる部分が発生することでのリバウンドロスの可能性があり、孔が１つもないライン上では、混練しにくいままとなるため、水が少なすぎることによるリバウンドロスの可能性がある。

この傾向は、各高さ位置Ｈ_１，Ｈ_２に配置する孔５０，５２の数を多くしても同様である。液体は、孔を通過すると半球状にパイプ内部に進行する。ここで、孔５０，５２の個数を多くする場合、同じ高さ位置において隣接する孔同士から供給される液体が合流しすぎると、液体ばかりの部分が生じるため好ましくないため、これを防止すべく、各孔からの液体の導入量を抑えることになる。しかし、そうするとパイプ内部の中空の中心部分にまで液体が十分供給されず、中心部分は粉体ばかりの部分となりやすい。

このように、第１および第２の比較例においては、いずれも均一な混練を実現しにくい構造であった。一方、本実施形態では、孔の位置をパイプ１０の延在方向Ｅに沿って複数段階にし、かつ、隣接する高さ位置にある複数の孔同士を互いにずらして配置した。このため、混練部１４に到達する粉体に対して多角的に液体を供給することができ、均一な混練を実現しやすい。そのため、本実施形態の混練物吹付けノズル１００を、例えばＲＨ浸漬管に対して吹付け材を吹き付ける際に用いると、作業完了に必要な不定形耐火物の量を低減でき、また、周囲に粉体が飛散することを抑制できる。

次に、図３を参照して、本発明の第２実施形態の混練物吹付けノズルを説明する。この実施形態では、パイプ１０の混練部１４の周壁１８に設ける孔の位置を三段階とした。すなわち、混練部１４の延在方向Ｅに沿った３つの高さ位置Ｈ_１，Ｈ_２，Ｈ_３において、それぞれ４つの孔が設けられている。そして、隣接する高さ位置にある複数の孔同士、すなわち、第１の高さ位置Ｈ_１に位置する第１の孔２０と、第２の高さ位置Ｈ_２に位置する第２の孔２２とは、延在方向Ｅから見てずれた位置に配置され、第２の高さ位置Ｈ_２に位置する第１の孔２２と、第３の高さ位置Ｈ_３に位置する第３の孔２４とは、延在方向Ｅから見てずれた位置に配置される。本実施形態は、混練部１４に到達する粉体に対してより多角的に液体を供給することができ、より均一な混練を実現しやすい。

以下、本発明の好適条件についてさらに説明する。

第１実施形態では、図２（Ｂ）を参照して、第１の高さ位置Ｈ_１に位置する４つの第１の孔２０は、等間隔（円周上９０度間隔）に配置され、第２の高さ位置Ｈ_２に位置する４つの第２の孔２２も、等間隔（円周上９０度間隔）に配置されている。第２の実施形態でも、図３を参照して、第１の孔２０、第２の孔２２は同様であり、さらに第３の高さ位置Ｈ_３に位置する４つの第３の孔２４も等間隔に配置されている。このように、全ての高さ位置において、同じ高さ位置にある複数の孔は、延在方向Ｅから見て略等間隔に配置されることが好ましい。これにより、より均一な混練を実現しやすい。

第１実施形態では、図２（Ｂ）を参照して、第１の高さ位置Ｈ_１に位置する４つの第１の孔２０と第２の高さ位置Ｈ_２に位置する４つの第２の孔２２とを、混練部の延在方向Ｅに垂直な仮想平面に投射すると、等間隔（円周上４５度間隔）となる。図３に示す第２実施形態でも、第１の高さ位置Ｈ_１および第２の高さ位置Ｈ_２に位置する計８つの孔２０，２２を、混練部の延在方向Ｅに垂直な仮想平面に投射すると、等間隔（円周上４５度間隔）となり、第２の高さ位置Ｈ_２および第３の高さ位置Ｈ_３に位置する計８つの孔２２，２４を、混練部の延在方向Ｅに垂直な仮想平面に投射すると、等間隔（円周上４５度間隔）となる。このように、隣接する高さ位置にある複数の孔の全ては、混練部の延在方向Ｅに垂直な仮想平面に投射すると略等間隔に配置されることが好ましい。これにより、より均一な混練を実現しやすい。

また、混練部１４の周壁１８に設けられる全ての孔は、混練部の延在方向Ｅに垂直な仮想平面に投射すると略等間隔に配置されることが好ましい。これにより、より均一な混練を実現しやすい。これは特に、図３のように孔の位置を三段階以上とする場合に有利である。図３では、４つの孔を４５度ずつずらして三段階の高さに配置しているため、第１の高さ位置Ｈ_１に位置する４つの第１の孔２０と第３の高さ位置Ｈ_３に位置する４つの第１の孔２４は、混練部の延在方向Ｅで見て同じ位置となる。

パイプ１０および外パイプ３０の材質としては、鉄、アルミニウムなどを用いることができる。また、パイプ１０および外パイプ３０の、延在方向Ｅに垂直な断面は、限定されるものではないが、ともに円形とすることができる。この場合、パイプの内径は特に限定されないが、ＲＨ浸漬管の補強に適用する場合、３０〜８０ｍｍ程度とすることができ、外パイプの内径は、５０〜１００ｍｍ程度とすることができる。

隣接する高さ位置間の距離、すなわち図２では第１の高さ位置Ｈ_１と第２の高さ位置Ｈ_２との距離、図３ではさらに第２の高さ位置Ｈ_２と第３の高さ位置Ｈ_３との距離は、３０〜６０ｍｍとすることが好ましい。３０ｍｍ未満の場合、隣接する高さ位置が近すぎて、オフセットの効果が得られず混練が不十分となる可能性があり、６０ｍｍ超えの場合、隣接する高さ位置が離れすぎて上流段での混練物が乾燥しやすく、リバウンドロスが多くなる可能性があるからである。

同じ高さ位置に配置される孔の個数は、第１および第２実施形態では４つとし、特に限定はされないが、２〜８個の範囲とすることが好ましい。２個未満の場合、均一な混練が難しく、８個超えの場合、孔当たりの水量の低下によりパイプ内部の中空の中心部分にまで液体を十分に供給しにくいからである。４〜６個がより好ましい。

複数の孔を分布させる高さ位置は、第１実施形態では２箇所、第２実施形態としては３箇所とし、特に限定はされないが、２〜４箇所とすることが好ましい。４箇所を超えた場合、水量の低下によりパイプ内部の中空の中心部分にまで液体を十分に供給しにくいからである。

孔の形状は特に限定されないが、液体をパイプ内部に均一に供給する観点からは円形が好ましい。このとき孔の直径ｄとしては、１．５〜３．０ｍｍとすることが好ましい。１．５ｍｍ未満の場合、施工上の問題があり、３．０ｍｍ超えの場合、水量低下により流速が低下してパイプ内部の中空の中心部分にまで液体を十分に供給しにくいからである。

混練物吹付けノズル１００をＲＨ浸漬管の補強に用いる場合、上流部の中空１２Ａ内には、粉体の不定形耐火物が密に充填されつつ移動し、孔から供給された液体が粉体に対して浸透する。ここで、粉体の供給速度Ｖ_１と、１つの孔あたりの液体の供給速度Ｖ_２とは、孔の配置や数を考慮して、なるべく均一な混練が実現できるように、適宜設定すればよい。

本発明の混練物吹付けノズルは、ＲＨ浸漬管の補強に用いることには限定されない。例えば、タンディッシュ（ＴＤ）への耐火物の吹付け補修の用途にも用いることができる。

（本発明例１）
図１および図２に示す第１実施形態の混練物吹付けノズルを用意した。緒元は以下のとおりとした。
パイプの内径：６０ｍｍ
外パイプの内径：８０ｍｍ
第１の高さ位置Ｈ_１と第２の高さ位置Ｈ_２との距離：４０ｍｍ
孔の形状・寸法：円形、直径２．５ｍｍ

（比較例）
図５に示す混練物吹付けノズルを用意した。緒元は以下のとおりとした。
パイプの内径：６０ｍｍ
外パイプの内径：８０ｍｍ
第１の高さ位置Ｈ_１と第２の高さ位置Ｈ_２との距離：４０ｍｍ
孔の形状・寸法：円形、直径２．５ｍｍ

（本発明例２）
図３に示す第２実施形態の混練物吹付けノズルを用意した。緒元は以下のとおりとした。
パイプの内径：６０ｍｍ
外パイプの内径：８０ｍｍ
第１の高さ位置Ｈ_１と第２の高さ位置Ｈ_２との距離：４０ｍｍ
第２の高さ位置Ｈ_２と第３の高さ位置Ｈ_３との距離：４０ｍｍ
孔の形状・寸法：円形、直径１．５ｍｍ

（本発明例３）
孔の直径を２．０ｍｍとした以外は本発明例２と同様の混練物吹付けノズルを用意した。

＜実験方法＞
これらの混練物吹付けノズルを用いて、定期的にＲＨ浸漬管の補強を行った。具体的には、実操業において補修が必要な段階で、混練物吹付けノズルを用いて吹き付けを実施し、不定形耐火物の使用量と、前回補修から今回の補修までの処理チャンネル数を記録した。なお、目視により新品の浸漬管と同等の肉厚になったと考えられる時を吹きつけ終了としている。

＜評価＞
各試験例において、不定形耐火物の使用量とその間に処理したチャージ数から、ＲＨ浸漬管の補強作業に必要な平均の不定形耐火物の量を算出した。結果を表１に示す。

各試験例での混練物吹付けノズルからの吹付け材の吐出状態を目視観察したところ、比較例では、混練物のほかに、粉体の不定形耐火物が吐出され舞っていた。そのため、多量のリバウンドロスが発生していたと考えられる。一方、本発明例１〜３では、吹付け材の大部分が混練物となっており、混練物吹付けノズルの周囲で粉体の不定形耐火物の舞いが軽減された。そのため、リバウンドロスの低減効果が期待できる。

実際、表１から明らかなように、比較例では、ＲＨ浸漬管の補強作業に必要な不定形耐火物が多量であったのに対し、本発明例１〜３では少量で済んだ。

本発明の混練物吹付けノズルは、粉体と液体とを均一に混練することが可能である。そのため、例えばＲＨ浸漬管に対して吹付け材を吹き付ける際に用いると、作業完了に必要な不定形耐火物の量を低減でき、また、周囲に粉体が飛散することを抑制できる。

１００ 混練物吹付けノズル
１０ パイプ
１２ 上流部
１２Ａ 第１中空
１４ 混練部
１４Ａ 第２中空
１６ 下流部
１６Ａ 第３中空
１８ 混練部の周壁
２０ 第１の孔
２２ 第２の孔
２４ 第３の孔
３０ 外パイプ
３０Ａ 第４中空
３２ 液体供給路
３４ ヘッド
６０，７０ ＲＨ浸漬管
８０ タンク
８２ ボックス
Ｅ 混練部の延在方向
Ｈ_１ 第１の高さ位置
Ｈ_２ 第２の高さ位置
Ｈ_３ 第３の高さ位置

Claims (3)

1. 粉体が通過する中空を区画する上流部、
   該上流部に隣接して位置し、周壁に複数の孔を有し、前記粉体と前記複数の孔から導入した液体とを混練する中空を区画する混練部、および
   前記混練部に隣接して位置し、混練物が通過する中空を区画する下流部、
   からなるパイプと、
   該パイプの下流部に接続され、前記混練物を吹き付けるヘッドと、
   前記混練部の周囲に配置され、前記混練部の周壁との間で、前記複数の孔から導入される液体が通過する中空を区画する単一の外パイプと、
   を有し、
   前記複数の孔は、前記外パイプに覆われる位置において、前記パイプの長手方向に沿った複数の高さ位置にそれぞれ複数に分けて配置され、
   全ての高さ位置において、同じ高さ位置にある前記複数の孔は、前記長手方向から見て等間隔に配置され、
   隣接する高さ位置にある前記複数の孔同士が、前記長手方向から見てずれた位置に配置され、
   前記隣接する高さ位置間の距離が３０〜６０ｍｍであることを特徴とする混練物吹付けノズル。
2. 隣接する高さ位置にある前記複数の孔の全ては、前記長手方向に垂直な仮想平面に投射すると等間隔になる請求項１に記載の混練物吹付けノズル。
3. 前記複数の孔の全ては、前記長手方向に垂直な仮想平面に投射すると等間隔になる請求項１または２に記載の混練物吹付けノズル。

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