JP6011808B2

JP6011808B2 - ガス吹込み用円環状羽口

Info

Publication number: JP6011808B2
Application number: JP2013240672A
Authority: JP
Inventors: 聖司細原
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-11-21
Filing date: 2013-11-21
Publication date: 2016-10-19
Anticipated expiration: 2033-11-21
Also published as: JP2015101732A

Description

本発明は、転炉等の容器の底部から溶融金属中にガスを吹き込む円環状の底吹き羽口に関するものである。

溶融金属を精錬する場合、攪拌による反応促進等の目的でガスを吹き込むことがある。例えば、鉄鋼業においては、転炉で銑鉄から炭素を取り除く場合のように、容器の底部からアルゴンや窒素等の不活性ガスを吹き込む場合がある。その羽口の一つの形式として、特許文献１に開示されているような、内管と外管とを同心状に組み合わせてそれらの間の円環状の隙間からガスを吹き込むもの（以下、円環状羽口と称する）がある。円環状羽口は構造が単純で、細管集合型の羽口に比べ制作コストが比較的安価である。しかし、溶銑の脱炭処理を行う転炉等、高温で処理を行うプロセスに適用する場合には、受熱面積の増加により羽口金物の温度が上昇し、時には溶融、損耗する場合があることが判明した。

この溶損への対策としては、炭化水素ガス等の高温で分解する際の吸熱により冷却するガスを混合して吹き込むことも考えられるが、炭化水素ガスを吹き込むための新たな設備が必要であり、投資が必要になる。また、円環状羽口の周囲に冷却用の配管やスリットプラグを設置する方法や、酸素を吹き込む場合の、特許文献２に開示されているように円環状羽口の外側にさらに管を配置して３重管構造とし、間隙から冷却ガスを吹き込む方法が考えられる。しかし、これらの方法では、羽口構造が複雑になり、ガス供給系統の増設が必要となる。

また、特許文献３には、円環状のスリットの間隙を規定することでガスの線速度を維持し、冷却能を持たせる方法が開示されている。しかし、この方法では、ガス流量を増加させるために羽口径を大きくしても線速度を確保するためにスリット幅を小さくする必要があり、製造上の公差を考慮すると自由度が少ない。

特開昭５７−１１４６２３号公報特開平１０−１３０７１５号公報特開２００６−２７４３２５号公報

本発明は、上述したような従来技術の問題点を解決するために、羽口金物の溶損の恐れのないガス吹込み用円環状羽口を提供するものである。

上記目的を達成する本発明のガス吹込み用円環状羽口は、底吹き羽口としての円環状の羽口の、外管相当部分とそれと同心状の内管との隙間にガス通路を形成し、前記内管を金属パイプで形成し、前記内管内に耐火物を充填し、前記外管相当部分のうち稼働面側の部分を羽口耐火物と同材質の材料で形成することを特徴とするものである。

本発明のガス吹込み用円環状羽口によれば、底吹き羽口としての円環状の羽口の、外管相当部分とそれと同心状の内管との隙間にガス通路を形成し、内管側に金属パイプを使用し、その内管内に耐火物を充填する一方、外管相当部分は、稼働面側のガス流路部に金属パイプを用いず羽口耐火物と同材質の材料を用いて流路を形成するので、羽口金物の溶損の恐れをなくすことができる。

なお、本発明のガス吹込み用円環状羽口においては、前記外管相当部分のうち風箱側の部分は、少なくとも溶接可能な長さの金属パイプで形成すると、羽口にガスを供給する風箱との接続を確実に行えるので好ましい。

また、本発明のガス吹込み用円環状羽口においては、前記外管相当部分のうち風箱側の部分を形成する金属パイプの長さは、長くても羽口取替え時まで残存させる容器部分の長さとすると、羽口取替え時まで羽口耐火物と同材質の材料で稼働面側の部分を形成できるため、羽口の維持費用を低減できるので好ましい。

本発明のガス吹込み用円環状羽口の一実施形態を示す断面図である。上記実施形態のガス吹込み用円環状羽口の実施例における吹錬時の時間経過と羽口れんがの損耗量との関係を内外管とも金属パイプの比較例の場合と比較して示す関係線図である。

以下、この発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、本発明のガス吹込み用円環状羽口の一実施形態を示す断面図であり、図１中、符号１は容器としての転炉、２は上記実施形態のガス吹込み用円環状羽口を示す。

転炉１は、鉄鋼業で一般的に使用されているものであり、その転炉１内で例えば銑鉄から炭素を取り除く反応を促進するために、この実施形態のガス吹込み用円環状羽口２は転炉１の底部に設けられて、その底部から溶銑中にアルゴンや窒素等の不活性ガスを吹き込み、溶銑を攪拌する。このためこの実施形態のガス吹込み用円環状羽口２は、内管３と外管相当部分４とを同心状に具え、それらの隙間に円環状のガス通路５を羽口として画成している。

この実施形態のガス吹込み用円環状羽口２について以下に詳述すると、前述の通り本発明者らは、羽口構造として比較的単純で製作コストのかからない円環状羽口に着目し、その損耗速度の低減について鋭意検討と実験を重ねた。鉄歩留まりや合金鉄の歩留まり等の冶金特性を向上させたり、スクラップを多量に使用したりするためには、底吹きガス流量を増加させる方が有利であるが、ガス流量を増やすためには、ガス流路断面積を大きくする必要がある。

しかしながら通常、製造する鋼種や吹錬時期により必要とされるガス流量は大きく異なるため、最大流量で円環状羽口の仕様を設計すると、ガス流量を下げた場合に冷却不足を生じる。それゆえ、冷却不足を補うためには流路面積を大きくできず、その結果、最大ガス流量も制限されることになる。

この点についてさらに詳細に検討したところ、円環状羽口の場合、内管側では、吹込んだガスにより、内管およびその内側の耐火物はかなり冷却され、しかもガス流路により外側の耐火物とも隔絶されているため、それほど温度上昇しない。一方、外管側では、外側の耐火物からの入熱により、温度が上昇し易いということが判明した。

そこで、この実施形態のガス吹込み用円環状羽口２では、内管３は金属パイプで形成し、外管相当部分４については、羽口２に不活性ガスを供給する風箱６側の部分７は、風箱６側の端部から、羽口取替えまでに残存させる羽口れんが９の厚さ以下の長さＬの金属パイプで形成し、その金属パイプの先端よりも稼動面（転炉１の、溶銑と接する面）側の部分８は、羽口れんが９の材質と同材質の材料で円筒状に形成している。このように羽口を構成することで、羽口金物の溶融の懸念をなくすことができる。

なお、内管３の内部には、分割した耐火物や不定形耐火物を充填することが多いため、金属パイプで形成する内管３はそのような耐火物の充填にも都合が良い。また、外管相当部分４については、風箱６側の部分７は、風箱６側の端部から、羽口取替えまでに残存させる羽口れんが９の厚さ以下の長さＬの金属パイプで形成することで、転炉１の底部の羽口れんが９が損耗しても、転炉１の稼動中に金属パイプが稼動面に露出することがない。一方、その風箱６側の部分７の金属パイプの長さＬは、溶接可能な長さである例えば１０ｍｍより小さいと、風箱６との溶接が困難になり、ガス漏れ等の問題もあるため、少なくとも溶接可能な長さとする。さらに、回収した羽口れんがのリサイクルのための粉砕性を考えて、金属パイプと羽口れんがとの分離を容易にするために、風箱６側の部分７の金属パイプの長さＬは例えば１０ｍｍ〜１００ｍｍとすると望ましい。また、金属パイプを周囲の羽口れんがと一体成型することにより隙間をなくし、漏風を防止してもよいし、金属パイプの周囲にリングを設置したり、凹凸をつけたりして金属パイプと周囲の羽口れんがの密着性を上げてもよい。これに対し従来の羽口では、外管側金属パイプが羽口れんがの厚さ全体に亘っていたため、回収した羽口れんがをリサイクルするために粉砕と選別を繰り返し行ったり、リサイクルを行っていなかったりした。

具体的にはこの実施形態の羽口２では、転炉１の底部に設ける耐火れんがからなる羽口れんが９に形成した貫通孔で、外管相当部分４の稼動面側の部分８を形成するとともに、その転炉１の底部の貫通孔の、転炉１の外側の端部に金属パイプを挿入し、その金属パイプと周囲の羽口れんが９との隙間をモルタル等の不定形耐火物で埋めて、外管相当部分４の風箱６側の部分７を形成し、その外管相当部分４の内側に内管３を形成する金属パイプを配置するとともに、その金属パイプの外周面の軸線方向の複数箇所（図では２箇所）に周方向に等間隔に複数個の金属製スペーサ１０を突設して、内管３と外管相当部分４との間のガス通路５となる隙間Ｓを所定の大きさに維持する。

（実施例）
次に、この実施形態のガス吹込み用円環状羽口２の一実施例について説明する。転炉１の一種である高周波溶解炉の底部に、隙間Ｓが０．６９ｍｍ、内管３の外径ｄが１９．５６ｍｍ、内管３側金属パイプが肉厚１ｍｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）製、外管相当部分４の稼動面側部分８が羽口れんが９を形成するＭｇＯ-Ｃれんが製、外管相当部分４の風箱６側の部分７の金属パイプが肉厚１ｍｍのＳＵＳ製でその長さが１０ｍｍ〜１００ｍｍの上記実施例の羽口２と、隙間Ｓが０．６９ｍｍ、内管３の外径ｄが１９．５６ｍｍ、内管３側金属パイプおよび外管側金属パイプが何れも肉厚１ｍｍのＳＵＳ製で稼動面側から風箱６側まで延在する比較例の羽口とを設け、上記高周波溶解炉で鉄鋼３ｔｏｎを溶解し、炉底部の上記各羽口からガス吹込みを行う実験を実施した。

ガス流量は１．２５Ｎｍ^３／ｍｉｎとし、吹錬中の温度は１６５０℃で保持した。羽口れんがの損耗速度は、「材料とプロセス」ｖｏｌ．１８（２００５），Ｐ１０２８に開示されているＴＤＲ法を用いて測定した。図２は、上記実施形態のガス吹込み用円環状羽口２の実施例における吹錬時の時間経過と羽口れんが９の損耗量との関係を、内外管とも金属パイプの上記比較例の場合と比較して示している。この実験により、上記実施例では羽口れんが９の損耗が見られないが、上記比較例では吹錬の途中で羽口れんが９が急激に損耗していることが判る。また、この実験後に回収した羽口を観察すると、上記比較例では外管側のＳＵＳパイプが内管側のＳＵＳパイプよりも先行して溶融していた。一方、上記実施例ではＳＵＳパイプの溶融は見られなかった。

従って、実施例では、内管３側のＳＵＳパイプと外管相当部分４の稼動面側部分８の羽口れんがの貫通孔との間のガス通路５となる隙間Ｓが維持されて、吹込みガスの線速度が維持され、冷却能が確保されて羽口れんが９の損耗が防止される一方、比較例では、外管側のＳＵＳパイプの稼動面側部分の溶損により、内管側のＳＵＳパイプとの間のガス通路５となる隙間が拡大して、吹込みガスの線速度が低下し、冷却能が低下したことにより羽口れんが９が損耗したものと推測される。

上述したことから明らかなように、底吹き羽口として、内管３側を金属パイプで形成し、外管相当部分４側のうち、稼動面側部分８を羽口耐火物と同材質の材料すなわち羽口れんが９で形成したこの実施形態のガス吹込み用円環状羽口２によれば、羽口金物の溶損の恐れをなくすことができる。

以上、実施例に基づき説明したが、本発明は上述の例に限定されるものでなく、例えば本発明のガス吹込み用円環状羽口は、転炉用に限られず、溶融金属を処理する他の種類の容器にも適用することができる。

かくして本発明のガス吹込み用円環状羽口によれば、円環状の羽口の内管側に金属パイプを使用する一方、外管相当部分は、稼働面側のガス流路部に金属パイプを用いず羽口耐火物と同材質の材料を用いて流路を形成するので、羽口金物の溶損の恐れをなくすことができる。

１転炉
２ガス吹込み用円環状羽口
３内管
４外管相当部分
５ガス通路
６風箱
７風箱側の部分
８稼動面側の部分
９羽口れんが
１０スペーサ

Claims

底吹き羽口としての円環状の羽口の、
外管相当部分とそれと同心状の内管との隙間にガス通路を形成し、
前記内管を金属パイプで形成し、
前記内管内に耐火物を充填し、
前記外管相当部分のうち稼働面側の部分を羽口耐火物と同材質の材料で形成することを特徴とするガス吹込み用円環状羽口。
前記外管相当部分のうち風箱側の部分は、少なくとも溶接可能な長さの金属パイプで形成することを特徴とする請求項１記載のガス吹込み用円環状羽口。
前記外管相当部分のうち風箱側の部分を形成する金属パイプの長さは、長くても羽口取替え時まで残存させる容器部分の長さとすることを特徴とする請求項１または２記載のガス吹込み用円環状羽口。