JP6245455B2 - 転炉の底吹き羽口ブロック - Google Patents

Description

本発明は、底吹き転炉などの炉内に攪拌用ガスなどを吹き込むために用いられるノズルや羽口耐火物などかなる転炉の底吹き羽口ブロックに関するものである。

近年の上底吹き転炉などは、炉内の溶融金属を攪拌することによって反応を促進することを目的として、その炉内に各種のガスを吹き込むことが普通である。例えば、非特許文献１には、耐火物中に複数のパイプを埋設した羽口ブロックにて構成される底吹き羽口から、アルゴン（Ａｒ）や窒素（Ｎ_２）、炭酸ガス（ＣＯ_２）などの攪拌用ガスを吹き込む底吹き羽口ブロックの構造が開示されている。このタイプの底吹き羽口ブロックは、同じガス流路面積をもつ単管に比べ、湯差し（ガス流量の過小による羽口中への溶融金属侵入現象）の懸念から決まる最低流量をより小さくできるという、ガス流量の下方流量性に優れており、商業生産用の転炉において使用されている。

また、上底吹き転炉の前記底吹き羽口ブロックとしては、他に、特許文献１や特許文献２に開示されたような構造のものもある。これら従来の底吹き羽口ブロックは、ガス流路を構成する複数の金属パイプが羽口耐火物内に所定の間隔で分散埋設されている。

羽口耐火物中に分散埋設される前記金属パイプは、所定のガス吹出し領域に対し、ガス吹出し方向からみて（上方からみて）、複数のものが羽ロ耐火物の中央から外周辺に向って等間隔もしくは略等間隔に分散配置されているのが普通である。即ち、従来の羽ロブロックというのは、ガス吹出し方向からみて、ガス吹出し領域（羽口耐火物）内の全体に亘って、ガス流路（金属パイプ）が少なくとも略等間隔に配置されているものが多い。

「鉄と鋼」６８（１９８２）年４、Ｓ２００

特開昭５９−１５３８１８号公報 実公昭６２−１７４６３号公報

一般に、転炉の精錬においては、製造コストの低減という観点から、羽口ブロックについてはそれの損耗の速さを遅らせる努力がなされている。一方で、精錬時間の短縮やスクラップを多量に使用したい等の要請から、底吹きガスの噴き出し量は増加したいという要求もあり、これらの相容れない２つの要求に応えられる該羽ロブロック構造の開発が望まれている。

前記の要請等に対し、発明者らが検討したところによると、上記従来技術のように、底吹きガス吹出し領域内に複数のガス流路（金属パイプ）を単に等間隔に配置するという構成の採用だけでは、該底吹きガスの流量が増加していくほど、特に中心部分の流量が多くなって該羽ロブロック内の温度分布が半径方向で不均一となり、羽口ブロック損耗の速度が増大して耐用性が劣ることが判った。

そこで、本発明の目的は、損耗の速度が遅く耐用性に優れた転炉底吹き羽口ブロックの好ましい構造を提案することにある。

前述したように、従来の転炉の底吹き羽口ブロックは、羽口耐火物の損耗速度低減の効果が不十分で耐用性が劣るという課題があった。このような課題に鑑み、本発明では、耐用性に優れた転炉底吹き羽口ブロックの好ましい構造について鋭意研究した結果、次のような要旨構成に係る底吹き羽口ブロックに想到した。即ち、本発明は、炉底れんが中に埋設される筒状の羽口れんがと、この羽口れんが内に充填された羽口耐火物と、その羽口耐火物中の軸方向に沿ってかつ軸中心からは離間して配設されている複数の環状に配列されたガス流路とからなる底吹き羽口ブロックにおいて、
前記羽口耐火物の軸中央部は直径で５０〜１００ｍｍの大きさの、前記ガス流路のない流路不設定部となっており、その流路不設定部の外周辺の位置には複数の環状に配設された、断面円形の金属パイプからなるガス流路が合計で５０〜２５０個設けられていることを特徴とする転炉の底吹き羽口ブロックである。

上記の構成に係る本発明の転炉底吹き羽口ブロックは、
（１）前記羽口耐火物は、上端面の直径が１００〜６５０ｍｍの大きさを有すること、
（２）前記羽口耐火物中に形成される複数の環状ガス流路は、最外周の位置にある環状ガス流路の隣り合うものどうしの中心間距離を、それよりもすぐ内側の周に位置している環状ガス流路の隣り合うものどうしの中心間距離よりも大きくしたこと、
がより好ましい解決手段となる。

本発明に係る転炉底吹き羽口ブロックによれば、底吹きガス流量を増大させても耐用性に優れた羽口ブロックとなる。特に、羽口耐火物やガス流路となる金属パイプの損耗を含む羽口ブロック全体の損耗速度を遅らせることができる。従って、本発明によれば、設備コストの低減と生産量の増加とを図ることができる。

底吹き羽口ブロックの断面図である。 底吹き羽口ブロックの平面図である。 ガス流路不設定部と侵食深さ比との関係を示すグラフである。 他の実施例である底吹き羽口ブロックの平面図である。

図１は、転炉底吹き羽口ブロックの本発明が適用された状態の断面図である。図示の１は、転炉の炉底れんが５中に埋設された転炉底吹き羽口ブロックであり、２は、この底吹き羽口ブロック１の最外郭部を構成している羽口れんがであって、水平断面が多角形や円形、楕円形の筒状である。図示の３は、前記羽口れんが２中に不定形耐火物を充填して形成されている基本的に柱状の羽口耐火物である。この羽口耐火物３は、軸方向に沿って複数（５０〜２５０本程度）の金属パイプが、例えば、半径方向と周方向とにそれぞれ等間隔もしくは略等間隔に分散した状態に埋設して形成されたガス流路４が配設されている。なお、図示の６はガス供給管、７はガス供給用ヘッダー、８は羽口ブロック押えれんがである。

本発明において好適な底吹き羽口ブロック１の構成とは、羽口耐火物３中に分散状態で埋設されている多数の前記ガス流路４の分布（配置）を、例えば、図２に示すように、平面から見たときに軸中心部分（すなわち中央部）を除くその外周辺の部分に環状（同心円）に配置したものなどが考えられる。羽口耐火物３の平面視で外周辺の部分にのみ環状に並ぶ複数列のガス流路４ａ〜４ｃを形成することとは、前記羽口耐火物３の中央部に、前記金属パイプからなるガス流路４を設けていない流路不設定部Ｎを設けることを意味している。その理由は、羽口耐火物３の中央部でＮ_２やＡｒなどの攪拌用ガスの吹き上げ濃度が高すぎると、周辺部との大きな温度勾配を招くことになってしまうからである。この点、本発明のような構造にすれば、前記羽口耐火物３は、熱スポーリングによる亀裂の発生・進展に伴う損耗速度の上昇が抑制され、底吹き羽口ブロック１は、全体として耐用性に優れたものになる。

なお、本発明において、前記ガス流路４の分布は、平面から見たときに軸中心部分（すなわち中央部）を除くその外周辺の部分に環状（同心円）に配置した場合だけでなく、平面から見たときの金属パイプの配置が、中心部分を除いた楕円形状、矩形形状もしくは多角形形状であってもよく、いずれの場合も、前記流路不設定部Ｎの大きさは、軸中心ｃからの最短位置に環状に配設される金属パイプ４ａまでの距離（ｄ／２）で２５ｍｍ以上、即ち流路不設定部Ｎの大きさとしてｄ５０ｍｍ程度を確保することが必要である。

ここで、前記羽口耐火物３中の軸中央部に形成される前記流路不設定部Ｎの大きさには上限がある。それは、前記羽口耐火物３の大きさにもよるが、図２に示す羽口耐火物３の上端（炉内側の面）の直径（一般にはＤ＝１００〜６５０ｍｍ）によっても異なるが、該羽口耐火物３の上端部の大きさが６５０ｍｍの場合であれば、前記直径ｄは最大で１００ｍｍ程度である。

より好ましい前記環状ガス流路４の分布形状（配置）は、流路不設定部Ｎ（直径ｄで囲まれた範囲）の平面視形状が羽口耐火物３の中心ｃから半径方向に２５ｍｍづつ離れた同心円となる場合である。いずれにしても、流路不設定部Ｎの大きさｄが５０ｍｍよりも小さいと上述した効果が小さく、一方、この流路不設定部Ｎの大きさが１００ｍｍを超える大きさでは、中央寄りのガス流路４内の金属パイプが溶損するおそれが高くなり望ましくない。

なお、本発明においては、さらに、金属パイプからなる前記ガス流路を、この流路の吹き出し口の平面視配置が同心の円形もしくは多角形の複数環状配列となるように、柱状の羽口耐火物中の軸方向に埋設してなる羽口耐火物において、図４に示すように、最外周に位置するガス流路４ｃの隣り合うものどうしの間隔Ｌを、それよりすぐ内側の周にある該ガス流路４ｂの隣り合うものどうしの間隔ｌよりも大きくすること、具体的には、最外周の位置に埋設された前記ガス流路４ｃの隣り合うものどうしの流路中心間距離を、それよりもすぐ内側の周に位置して埋設されている前記ガス流路４ｂの隣り合うものどうしの流路中心間距離よりも大きくすることが、羽口ブロック全体の損耗を遅らせるのに有効であり、前記流路不設定部Ｎを設けることと相俟って効果が相乗的になる。

さらに、より好ましい具体例としては、最外周のすぐ内側の周に位置している前記ガス流路の隣り合うものどうしの流路中心間隔を５〜２０ｍｍとしたとき、最外周位置に埋設される該ガス流路４ｃの数を、当該最外周の位置に埋設されているガス流路４ｃの隣り合うものどうしの中心間距離と同じ距離の中に配設される、そのすぐ内側の周にあるガス流路４ｂの数の１／３〜２／３に減らした本数となるように埋設することである。例えば、最外周には２本、そのすぐ内側には同じ幅の中に４本のガス流路を配置したのがその例である。

（実施例１）
この実施例は、前記羽口耐火物の損耗速度低減ために、この羽□耐火物中に発生する熱応力を低減し、かつガス流路（金属パイプ）出口での気泡の急激な膨張によるアタック（以後、「バックアタック」という）を低減することが重要と考え、その効果を検証するために行なった例である。その効果によると、従来の流路（中心部）集合型のものは、最外周に位置している流路（金属パイプ）に隣接する耐火物がバックアタックによってより損耗しやすいことが判った。そこで、水モデル実験を試み、炉底れんがの代わりに砂を敷き詰め、ガス吹込みによるガス流路出口近傍の損耗状況を観察した。その結果、ガス流路の出口近傍では、ガス流路（金属パイプ）から出た気泡が瞬時に膨張し一体となって、大きな気柱となって上昇していた。その際、膨張した気泡に押しのけられた水が動くことで炉底部分に当たる砂をアタックする様子が看て取れた。

この点、本発明に適合して形成された羽口ブロック相当品の場合、最も離れたガス流路間の中心をｃとし、そのｃを含む直径５０ｍｍ（片側２５ｍｍ）の円内には流路を設けないようにした（流路不設定部Ｎ）ものを用いて実験した。その結果、羽口耐火物の中心部にガス流路を配置しないことにより、該流路から出た気泡が内側（中心部寄り）にも膨張してバックアタックが減少することが判った。この点、該流路不設定部の範囲（円相当径）を設けなかったもの（比較例１）は、効果が小さかった。

次に、ガス流路を設置しない流路不設定部の範囲を変えて、前記した水モデル実験で損耗量を測定し、原理の確認を行なった。その結果を図３に示した。図３の縦軸は、流路不設置部の直径が零の場合における損耗深さを基準として、各条件の該損耗深さを比率で示したものである。この図から判るように、中心部にガス流路を設けていない例（流路不設定部）の損耗深さ比を１とした場合に、流路不設定部の範囲が大きくなるにつれて、損耗深さの程度は小さくなることが判った。

そこで、表１に示すような水準の底吹き羽口ブロックを作成し、実験炉で羽口耐火物の損耗速度を比較した。なお、図示の損耗深さ比、即ち損耗速度は、羽口残厚から求めた損耗量を処理チャージ数で除した値であって、比較例１の損耗速度比：１．００を基準として各水準の損耗速度を比較した値で示した。その結果を表１に示すが、流路不設定部の直径が４０ｍｍでもこれを設けたもの（実施例１）は損耗速度が改善されている。さらに、該流路不設定部を５０ｍｍ〜１００ｍｍとしたもの（実施例２〜４）はその損耗速度の低減効果はさらに大きくなった。しかし、流路不設定部の範囲をあまり大きくしすぎると、ガス流路間が広がりすぎ、該ガス流路を構成している金属パイプが溶融するため、溶融しない範囲（≦１００ｍｍ）で設置する必要性のあることも判った。

（実施例２）
この実施例は、流路不設定部の大きさを５０ｍｍとした上で、最外周のガス流路の隣り合うものどうしの間隔（流路数割合）を少なくした実施例５、６では、流路不設定部の大きさをあまり大きくせずとも、損耗速度比は大きく改善されることが判った。

以上の説明から明らかなように、本発明のようなガス流路の配置とすることにより、底吹き羽口ブロックの損耗を低減することができ、高耐用性転炉底吹きの羽口ブロックを得ることができる。なお、本発明に適合するものでは、高流量の攪拌用ガスを底吹きする場合でも、耐用性を低下させるようなことがなくなる。

本発明に係る底吹き羽口ブロックは、基本的に転炉の炉底中央部に１ケ設置した場合の他、炉底に複数個配置した場合の転炉に採用しても有効である。

１ 底吹き羽口ブロック
２ 羽口れんが
３ 羽口耐火物
４ ガス流路
５ 炉底れんが
６ ガス供給管
７ ガス供給ヘッダー
Ｎ 流路不設定部
Ｄ ガス流路間のうちの最大間隔
ｃ 最大間隔の中心

Claims (3)

1. 炉底れんが中に埋設される筒状の羽口れんがと、この羽口れんが内に充填された羽口耐火物と、その羽口耐火物中の軸方向に沿ってかつ軸中心からは離間して配設されている複数の環状に配列されたガス流路とからなる底吹き羽口ブロックにおいて、
   前記羽口耐火物の軸中央部は直径で５０〜１００ｍｍの大きさの、前記ガス流路のない流路不設定部となっており、その流路不設定部の外周辺の位置には複数の環状に配設された、断面円形の金属パイプからなるガス流路が合計で５０〜２５０個設けられていることを特徴とする転炉の底吹き羽口ブロック。
2. 前記羽口耐火物は、上端面の直径が１００〜６５０ｍｍの大きさを有することを特徴とする請求項１に記載の転炉の底吹き羽口ブロック。
3. 前記羽口耐火物中に形成される複数の環状ガス流路は、最外周の位置にある環状ガス流路の隣り合うものどうしの中心間距離を、それよりもすぐ内側の周に位置している環状ガス流路の隣り合うものどうしの中心間距離よりも大きくしたことを特徴とする請求項１または２に記載の転炉の底吹き羽口ブロック。

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