JP6540879B2 - ガス吹き込みノズル - Google Patents
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Description
本願は、2016年2月25日に日本に出願された特願2016−034257号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
図8に示すように、ノズル5は、転炉1の底壁3に、先端部が転炉1内に露出するように配置されると共に、転炉1内に貯留された溶融鉄浴6に対して酸素を吹き込む。そして、ノズル5から吹き込まれた酸素と、転炉1内の溶融鉄浴6の不純物(P、Sなど)とが反応することにより、溶融鉄浴6から不純物が除去される。ここで、ノズル5には耐熱性及び耐酸化性が求められることから、ノズル5の材質は、例えば、CrまたはNiなどを多く含むステンレス鋼(SUS)である。
一方、転炉1を稼動させると、ノズル5の先端部に溶鉄が付着する。そして、上記のようにノズル5は冷却ガスによって冷却されるため、この溶鉄が凝固した凝固鉄7(以下、マッシュルーム(accretation)とも称する)がノズル5の先端部に形成される。そして、このマッシュルーム7は、ノズル5への熱負荷を軽減する保護層としての役割を有し、ノズル5の損耗を抑制する。
具体的には、図8に示すように、従来のノズル5では、主にその外面5aに溶鉄が付着してマッシュルーム7が形成されるが、外面5aは平滑な曲面である。そのため、例えば、ガス吹き込み方向(図8の矢印方向)における、ノズル5に対するマッシュルーム7の剥離強度は、マッシュルーム7の内面とノズル5の外面5aとの間の溶着力に依存する。一方で、ノズル5は、転炉1内に酸素及び冷却ガスを吹き込むため、高い内圧がかかる。よって、転炉1内に吹き込まれるガスにより、上記溶着力を超える外力がマッシュルーム7に作用した場合には、マッシュルーム7がノズル5から剥離することとなる。また、転炉1内に吹き込まれるガス以外にも、スクラップ装入時の機械的衝撃、または炉内温度変化に伴う熱衝撃等により、マッシュルーム7には種々の方向から外力が加わる。
(1)本発明の一態様に係るガス吹込みノズルは、溶融金属に対してガスを吹き込むノズル本体を備え、側面視した場合に前記ノズル本体の長手方向に対して直交する方向に延在する凹部が、前記ノズル本体の外周面に設けられ、前記ノズル本体の前記外周面に、前記ノズル本体の前記長手方向に沿って延在する第2凹部がさらに設けられ、前記凹部および前記第2凹部内に設けられた、前記ノズル本体の融点よりも低い融点の充填材をさらに備える。
図1A〜図1Cに示すように、ガス吹き込みノズル10は、円筒状の内側ノズル13、及びこの内側ノズル13の周囲に同軸に配置された円筒状の外側ノズル14から構成されたノズル本体11を備えている。そして、ガス吹き込みノズル10は、例えば、溶解炉、転炉などの精錬炉、または精錬鍋において、その内部に貯留された溶融金属に対してガスを吹き込む際に用いられる。
上記の冷却ガスとしては、例えば、窒素ガスおよびArガスなどの不活性ガス、または、CO2ガスおよびプロパンガスなどの炭化水素ガスを使用することができる。
凹部16は、例えば、切削加工により外側ノズル14の外周面に形成することができる。
凹部16の幅w(一対の係止面16b及び16c間の距離)は、例えば2mm以上5mm以下である。また、凹部16の深さd(外側ノズル14の外周面14bと凹部16の底面16aとの間の距離)は、例えば0.5mm以上1.5mm以下である。なお、凹部16の深さdは、外側ノズル14の肉厚tの15%以上50%以下(0.15t≦d≦0.50t)とすることが好ましい。
図3A及び図3Bに示すように、マッシュルーム90は、外側ノズル14の外周面14bのうちの転炉1内に露出した部分と、外側ノズル14及び内側ノズル13の先端面(中心軸線CL方向における両端面のうち、転炉1内に露出した一端面)とを覆うとともに凹部16内を埋めるように、ノズル本体11の先端部に形成される。なお、ガス吹き込みノズル10は、酸素及び冷却ガスを転炉1内に吹き込むため、マッシュルーム90の上面には複数の孔90aが形成される。
ガス吹き込みノズル10のノズル融点が溶鉄温度より高い場合、ガス吹き込みノズル10の先端部にマッシュルーム90が形成されるものの、ガス吹き込みノズル10とマッシュルーム90との間で溶着が起こりにくい。そのため、かかる場合にはガス吹き込みノズル10およびマッシュルーム90間の溶着力が低くなる。しかしながら、このような場合でも、ガス吹き込みノズル10は、凹部16によりマッシュルーム90を係止するので、マッシュルーム90の剥離を抑制することができる。
図4A及び図4Bは、本実施形態に係るガス吹き込みノズル10の第1変形例であるガス吹き込みノズル20を示す図である。なお、図4Aは、ガス吹き込みノズル20を示す側面図であり、図4Bは、ガス吹き込みノズル20にマッシュルーム95が形成された状態を示す縦断面図である。
本実施形態に係るガス吹き込みノズル10では、外側ノズル14の外周面14bに凹部16を設けた場合を示した。しかしながら、図4A及び図4Bに示すように、外側ノズル14の外周面14bに、外側ノズル14の周方向に沿って延在する環状の凸部26を設けてもよい。この構成によれば、転炉等にガス吹き込みノズル20を用いた場合に、マッシュルーム95が凸部26を覆うように形成される。そのため、マッシュルーム95が凸部26の一対の係止面26a及び26bに係止されるので、本実施形態と同様に、マッシュルーム95の剥離を抑制することができる。
なお、充填材46は、上記に限られず、例えば、溶融鉄浴温度及びノズル本体11の融点よりも低い融点の低融点金属から構成されていてもよい。
なお、鉄浴式溶解炉では、スクラップおよび酸化鉄が含有される原料を溶銑浴に投入し、溶解を行った。
評価結果を以下の表1に示す。なお、表1に示す比較例、参考例、及び実施例について、表1に示す条件以外の条件は、全て同じである。
さらに、実施例3〜4では、ノズルの損耗速度がさらに低下した。すなわち、凹部16と第2凹部36とを設けることにより、ノズルの損耗をさらに抑制できることを確認できた。
すなわち、ノズル本体が同心円状に配置された複数のノズルから構成される場合には、これら複数のノズルのうち、最も外側に位置するノズルの外周面に凹部16を設ければよい。
また、例えば、上記実施形態の変形例では、外側ノズル14の外周面14bに凹部16及び第2凹部36を設ける場合を示した(図5参照)。しかしながら、凹部16を設けずに、第2凹部36のみを設けてもよい。
ただし、上記実施形態に係るガス吹き込みノズル10のように、外側ノズル14の外周面14bに、周方向に沿って延在する凹部16を設ける場合、中心軸線CL方向に対して直交する係止面の面積を大きくすることができる。そのため、ガス吹き込みノズル10では、マッシュルームに作用する、ガス吹き込み方向における外力に対して、マッシュルームの剥離を効果的に抑制することができる。よって、このような観点からは、外側ノズル14の外周面14bに、周方向に沿って延在する凹部16を形成することが好ましい。
11: ノズル本体
13: 内側ノズル
14: 外側ノズル
16: 凹部
Claims (1)
- 溶融金属に対してガスを吹き込むノズル本体を備え、
側面視した場合に前記ノズル本体の長手方向に対して直交する方向に延在する凹部が、前記ノズル本体の外周面に設けられ、
前記ノズル本体の前記外周面に、前記ノズル本体の前記長手方向に沿って延在する第2凹部がさらに設けられ、
前記凹部および前記第2凹部内に設けられた、前記ノズル本体の融点よりも低い融点の充填材をさらに備える
ことを特徴とするガス吹き込みノズル。
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