JP7107141B2 - Converter tuyere structure - Google Patents

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Description

本発明は、転炉の羽口構造に関する。 The present invention relates to a converter tuyere structure.

転炉は、通常、底吹き羽口構造を有している。羽口構造は、転炉内において鉄皮に設置された羽口煉瓦を含む耐火構造物と、この耐火構造物に挿入された金属製の底吹きノズルと、を有している（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の底吹きノズルは、直線管である。上底吹き転炉では、底吹きノズルから不活性ガスが転炉内に吹き込まれる。 A converter usually has a bottom-blown tuyere structure. The tuyere structure has a refractory structure containing tuyere bricks placed on the shell in the converter and a metal bottom blowing nozzle inserted into the refractory structure (see, for example, patent Reference 1). The bottom-blowing nozzle described in Patent Document 1 is a straight tube. In a top-bottom blowing converter, an inert gas is blown into the converter from a bottom blowing nozzle.

特開２０１３－１５９８０１号公報JP 2013-159801 A

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、従来の転炉１００の羽口構造１０１における課題を説明するための模式図である。図１（Ａ）を参照して、羽口煉瓦１０２には、耐熱性の高い煉瓦として、ＭｇＯ－Ｃ煉瓦が用いられる。また、底吹きノズル１０３には、耐熱性の高い金属管が用いられる。この金属管の材料として、例えばオーステナイト系ステンレス鋼が使用される。このような構成において、転炉１００内に鋼等の合金の溶湯が注入され転炉１００の炉底部の温度が上昇すると、羽口煉瓦１０２と底吹きノズル１０３はいずれも熱膨張する。 FIGS. 1(A) and 1(B) are schematic diagrams for explaining a problem in a tuyere structure 101 of a conventional converter 100. FIG. Referring to FIG. 1A, tuyere bricks 102 are made of MgO—C bricks as bricks with high heat resistance. Moreover, a metal pipe with high heat resistance is used for the bottom blowing nozzle 103 . Austenitic stainless steel, for example, is used as the material of this metal tube. In such a configuration, when molten metal such as steel is poured into the converter 100 and the temperature of the bottom of the converter 100 rises, both the tuyere bricks 102 and the bottom blowing nozzle 103 thermally expand.

しかしながら、ＭｇＯ－Ｃ煉瓦からなる羽口煉瓦１０２の線膨張係数よりも、オーステナイト系ステンレス鋼からなる底吹きノズル１０３の線膨張係数のほうが、大きい。このため、底吹きノズル１０３の熱膨張量は、羽口煉瓦１０２の熱膨張量よりも大きくなる。 However, the coefficient of linear expansion of the bottom blowing nozzle 103 made of austenitic stainless steel is larger than the coefficient of linear expansion of the tuyere brick 102 made of MgO--C brick. Therefore, the amount of thermal expansion of the bottom blowing nozzle 103 is greater than the amount of thermal expansion of the tuyere brick 102 .

円筒形状である底吹きノズル１０３が熱膨張すると、当該底吹きノズル１０３は、外径が大きくなるとともに、全長が大きくなる。底吹きノズル１０３の外径が大きくなることで、底吹きノズル１０３の外周面は、当該底吹きノズル１０３の周囲の羽口煉瓦１０２を矢印Ｆ１１に示すように押し広げるように変形する。この状態で底吹きノズル１０３が矢印Ｆ１２に示すように底吹きノズル１０２の軸方向Ｓ１に膨張すると、羽口煉瓦１０２が軸方向Ｓ１に沿って底吹きノズル１０３によって上方に向けて引っ張られる。その結果、底吹きノズル１０３と接触する部分の羽口煉瓦１０２には、軸方向Ｓ１の引張応力が発生する。 When the cylindrical bottom blowing nozzle 103 thermally expands, the outer diameter of the bottom blowing nozzle 103 increases and the total length increases. As the outer diameter of the bottom blowing nozzle 103 increases, the outer peripheral surface of the bottom blowing nozzle 103 is deformed so as to expand the tuyere bricks 102 around the bottom blowing nozzle 103 as indicated by an arrow F11. In this state, when the bottom blowing nozzle 103 expands in the axial direction S1 of the bottom blowing nozzle 102 as indicated by arrow F12, the tuyere brick 102 is pulled upward by the bottom blowing nozzle 103 along the axial direction S1. As a result, a tensile stress in the axial direction S<b>1 is generated in the tuyere brick 102 at the portion in contact with the bottom blowing nozzle 103 .

また、羽口煉瓦１０２の熱伝導率よりも金属製の底吹きノズル１０３の熱伝導率のほうが高い。つまり、羽口煉瓦１０２の温度上昇速度よりも底吹きノズル１０３の温度上昇速度のほうが高いため、羽口構造１０１に熱的な衝撃が加わると、底吹きノズル１０３と羽口煉瓦１０２の温度差が大きくなる。その結果、底吹きノズル１０３の熱膨張量と羽口煉瓦１０２の熱膨張量との差はさらに大きくなる。その結果、羽口煉瓦１０２に発生する引張応力は、さらに高まる。 Also, the thermal conductivity of the metal bottom blowing nozzle 103 is higher than the thermal conductivity of the tuyere bricks 102 . In other words, since the temperature rise rate of the bottom blowing nozzle 103 is higher than the temperature rise rate of the tuyere brick 102, when a thermal shock is applied to the tuyere structure 101, the temperature difference between the bottom blowing nozzle 103 and the tuyere brick 102 increases. becomes larger. As a result, the difference between the amount of thermal expansion of the bottom blowing nozzle 103 and the amount of thermal expansion of the tuyere brick 102 becomes even greater. As a result, the tensile stress generated in the tuyere bricks 102 is further increased.

ここで、煉瓦（羽口煉瓦１０２）は、圧縮負荷に対する破壊強度は高いが、引張負荷に対する破壊強度は比較的低い。このため、羽口煉瓦１０２に底吹きノズル１０３からの荷重に起因する引張応力が発生すると、羽口煉瓦１０２に割れ１０５が発生し，スポーリング発生の原因になる。スポーリングが発生した結果、図１（Ａ）および図１（Ｂ）に示すように、羽口煉瓦１０２のうち羽口上面１０４の付近のブロック状部分１０６は、転炉１００内の溶湯によって羽口構造１０１から脱落する。 Here, the bricks (tuyere bricks 102) have high breaking strength against compressive load, but relatively low breaking strength against tensile load. Therefore, when tensile stress is generated in the tuyere bricks 102 due to the load from the bottom blowing nozzle 103, cracks 105 occur in the tuyere bricks 102, causing spalling. As a result of spalling, as shown in FIGS. 1(A) and 1(B), the block-shaped portion 106 of the tuyere brick 102 near the upper surface 104 of the tuyere is spalled by the molten metal in the converter 100 . It falls out of the mouth structure 101 .

このブロック状部分１０６は、羽口上面１０４からの厚みが例えば数ｍｍ～数十ｍｍ程度である。その結果、底吹きノズル１０３のうち羽口上面１０４の付近における一部分１０７は、溶湯に直接曝され、損耗速度が格段に高くなる。このような、羽口煉瓦１０２にスポーリングが発生→羽口煉瓦１０２の一部消滅→底吹きノズル１０３の損耗促進、のサイクルが繰り返される結果、底吹きノズル１０３の損耗が促進される。その結果、羽口構造１０１の更新から交換までの期間が短くなり、羽口構造１０１の更新周期が短くなってしまう。 The block-shaped portion 106 has a thickness of, for example, several mm to several tens of mm from the upper surface 104 of the tuyere. As a result, a portion 107 of the bottom blowing nozzle 103 in the vicinity of the tuyere top surface 104 is directly exposed to the molten metal, resulting in a significantly higher wear rate. As a result of repeating the cycle of spalling in the tuyere bricks 102→partial disappearance of the tuyere bricks 102→accelerated wear of the bottom blow nozzle 103, wear of the bottom blow nozzle 103 is accelerated. As a result, the period from renewal to replacement of the tuyere structure 101 is shortened, and the renewal cycle of the tuyere structure 101 is shortened.

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、羽口煉瓦のスポーリングを抑制することのできる、転炉の羽口構造を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems, and an object of the present invention is to provide a tuyere structure of a converter that can suppress spalling of tuyere bricks.

本発明は、下記の転炉の羽口構造を要旨とする。 The gist of the present invention is the following converter tuyere structure.

（１）羽口煉瓦を含み、埋設孔部が形成された羽口耐火物と、前記埋設孔部に埋設され転炉内に開口する埋設部を有し炉底部から前記転炉内にガスを吹き込むための金属製のノズルと、を備え、前記埋設孔部の内周面と前記埋設部の外周面との間の摩擦係数が所定値より小さい。 (1) A tuyere refractory containing tuyere bricks and having embedded holes formed thereon, and an embedded portion embedded in the embedded holes and opening into the converter, allowing gas to enter the converter from the bottom of the furnace. a metal nozzle for blowing, wherein the coefficient of friction between the inner peripheral surface of the embedded hole and the outer peripheral surface of the embedded portion is smaller than a predetermined value.

（２）前記（１）に記載の転炉の羽口構造であって、前記埋設孔部の内周面の表面粗さ、および、前記埋設部の前記外周面の表面粗さは、前記摩擦係数が前記所定値より小さくなるように設定されている。 (2) In the converter tuyere structure according to (1) above, the surface roughness of the inner peripheral surface of the embedded hole and the surface roughness of the outer peripheral surface of the embedded portion are the friction The coefficient is set to be smaller than the predetermined value.

（３）前記（１）または（２）に記載の転炉の羽口構造であって、前記埋設孔部と前記埋設部との間に潤滑剤が挿入されている。 (3) The converter tuyere structure according to (1) or (2) above, wherein a lubricant is inserted between the embedded hole and the embedded portion.

（４）前記（１）～（３）の何れか１項に記載の転炉の羽口構造であって、低摩擦係数部材をさらに備え、前記低摩擦係数部材は、前記埋設孔部の前記内周面と前記埋設部の前記外周面とが直接接触しているときの摩擦係数よりも小さい摩擦係数が前記埋設孔部と前記埋設部との間に生じるように、前記埋設孔部と前記埋設部との間に挿入されている。 (4) The converter tuyere structure according to any one of (1) to (3) above, further comprising a low friction coefficient member, wherein the low friction coefficient member is the The embedded hole and the embedded portion are arranged such that a coefficient of friction smaller than that when the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the embedded portion are in direct contact is generated between the embedded hole and the embedded portion. It is inserted between the buried part.

本発明によれば、羽口煉瓦のスポーリングを抑制できる。 According to the present invention, spalling of tuyere bricks can be suppressed.

図１（Ａ）および図１（Ｂ）は、従来の転炉の羽口構造における課題を説明するための模式図である。FIGS. 1(A) and 1(B) are schematic diagrams for explaining problems in the tuyere structure of a conventional converter. 図２は、本発明の一実施形態に係る羽口構造を備える転炉の模式的な断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a converter having a tuyere structure according to one embodiment of the present invention. 図３は、転炉の炉底部における羽口構造の周囲を拡大して示す図である。FIG. 3 is an enlarged view showing the periphery of the tuyere structure at the bottom of the converter. 図４は、変形例の主要部を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the main part of the modification. 図５は、比較例１～４および実施例１～６における、摩擦係数と、軸方向における引張応力の最大値の割合を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the ratio of the coefficient of friction and the maximum value of the tensile stress in the axial direction in Comparative Examples 1-4 and Examples 1-6.

以下、本発明を実施するための形態について図面を参照しつつ説明する。 EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, it demonstrates, referring drawings for the form for implementing this invention.

図２は、本発明の一実施形態に係る羽口構造４を備える転炉１の模式的な断面図である。図３は、転炉１の炉底部１１における羽口構造４の周囲を拡大して示す図である。図２および図３を参照して、転炉１は、鋼等の合金を含む溶湯に処理を施すために用いられ、例えば、高炉から取り出された溶銑を脱炭するために用いられる。なお、転炉１は、電気エネルギーによって鉄スクラップを溶解させる電気炉として用いられてもよい。 FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a converter 1 having a tuyere structure 4 according to one embodiment of the present invention. FIG. 3 is an enlarged view showing the periphery of the tuyere structure 4 in the furnace bottom 11 of the converter 1. As shown in FIG. Referring to FIGS. 2 and 3, converter 1 is used to treat molten metal containing an alloy such as steel, and is used, for example, to decarburize molten iron taken out of a blast furnace. Note that the converter 1 may be used as an electric furnace that melts iron scrap with electrical energy.

本実施形態では、特に説明なき場合、転炉１の全体が新品の状態、または、羽口構造４が新品に更新された状態の転炉１を基準に説明する。また、本実施形態では、特に説明なき場合、転炉１が起立姿勢（精錬時の姿勢）にあるときを基準に説明する。また、羽口構造４は、転炉１の底部外側から鉄皮２に着脱される構成であってもよいし、転炉１の炉口部８を通して転炉１内に対して搬出入され鉄皮２に着脱される構成であってもよい。 In this embodiment, unless otherwise specified, the converter 1 will be described based on a state in which the entire converter 1 is new or the tuyere structure 4 is renewed to a new state. Further, in this embodiment, unless otherwise specified, the description will be based on the case where the converter 1 is in the standing posture (the posture during refining). Further, the tuyere structure 4 may be configured to be attached to and detached from the shell 2 from the outside of the bottom portion of the converter 1, or may be configured such that the iron is carried in and out of the converter 1 through the throat portion 8 of the converter 1. It may be configured to be detachable from the leather 2 .

転炉１は、鉄皮２と、鉄皮２に設置された耐火構造３および羽口構造４と、を有している。 The converter 1 has a shell 2 and a refractory structure 3 and a tuyere structure 4 installed on the shell 2 .

鉄皮２は、中空の容器状に形成されている。鉄皮２においては、上端部は開口している。また、鉄皮２は、下方に進むに従い直径が大きくなるテーパ状部分、および、略円筒状部分を有している。鉄皮２の下端部は、中空部分を塞ぐようにして配置された鉄皮底部２ａを含んでいる。鉄皮２の内側面の略全域に、耐火構造３が設けられている。 The steel shell 2 is formed like a hollow container. The shell 2 has an open top end. In addition, the steel shell 2 has a tapered portion whose diameter increases downward and a substantially cylindrical portion. The lower end of the shell 2 includes a shell bottom 2a arranged to close the hollow portion. A fireproof structure 3 is provided over substantially the entire inner surface of the steel shell 2 .

耐火構造３は、溶湯を受けるために設けられており、鉄皮２に隣接配置されたパーマ煉瓦６と、パーマ煉瓦６に対して転炉１の内側に配置されたウェア煉瓦７と、を有している。 The refractory structure 3 is provided for receiving molten metal and has perm bricks 6 arranged adjacent to the steel shell 2 and wear bricks 7 arranged inside the converter 1 with respect to the perm bricks 6. is doing.

パーマ煉瓦６は、例えば、ＭｇＯ煉瓦であり、ブロック状に形成されている。多数のパーマ煉瓦６が、鉄皮２の内側面に設置されている。 The perm bricks 6 are MgO bricks, for example, and are formed in a block shape. A large number of perm bricks 6 are installed on the inner surface of the steel shell 2. - 特許庁

ウェア煉瓦７は、溶湯に直接曝される煉瓦であり、例えば、ＭｇＯ－Ｃ煉瓦であり、ブロック状に形成されている。 The wear bricks 7 are bricks that are directly exposed to molten metal, such as MgO—C bricks, and are formed into blocks.

上記の構成により、転炉１は、鉄皮２の上端部側に位置する炉口部８と、炉口部８から下方に向けて延びる傾斜部９と、傾斜部９の下方に配置された直胴部１０と、直胴部１０の下方に配置された炉底部１１と、を有している。そして、炉底部１１は、鉄皮底部２ａと、耐火構造３のうち炉の底部に設置された部分と、羽口構造４と、を有している。 With the above configuration, the converter 1 includes a furnace throat portion 8 located on the upper end side of the iron shell 2, an inclined portion 9 extending downward from the furnace throat portion 8, and the inclined portion 9. It has a straight body portion 10 and a furnace bottom portion 11 arranged below the straight body portion 10 . The furnace bottom 11 has a shell bottom 2 a , a portion of the refractory structure 3 installed at the bottom of the furnace, and a tuyere structure 4 .

羽口構造４は、上底吹き転炉においては、炉底部１１から溶湯に向けて不活性ガスを供給するために設けられる。このような不活性ガスとして、窒素ガス、および、アルゴンガス等を例示できる。羽口構造４は、炉底部１１に複数配置されている。各羽口構造４は、互いに同じ構成を有している。 The tuyere structure 4 is provided for supplying an inert gas from the furnace bottom 11 toward the molten metal in the top and bottom blown converter. Examples of such inert gas include nitrogen gas and argon gas. A plurality of tuyere structures 4 are arranged in the furnace bottom 11 . Each tuyere structure 4 has the same configuration as each other.

羽口構造４は、羽口煉瓦１２を含む羽口耐火物１３と、炉底部１１から転炉１の溶湯貯留空間１４内にガスを吹き込むための金属製のノズル１５と、を有している。 The tuyere structure 4 has a tuyere refractory 13 containing tuyere bricks 12 and a metal nozzle 15 for blowing gas from the furnace bottom 11 into the molten metal storage space 14 of the converter 1. .

羽口耐火物１３は、炉底部１１において、パーマ煉瓦６およびウェア煉瓦７に取り囲まれている。本実施形態では、羽口耐火物１３の全体が、単一の羽口煉瓦１２によって形成されている。なお、羽口耐火物１３は、ブロック状の煉瓦を積み上げこれらの煉瓦をセラミック粉末等の不定形耐火物で固めることで形成されていてもよい。 Tuyere refractory 13 is surrounded by perm bricks 6 and wear bricks 7 in furnace bottom 11 . In this embodiment, the entire tuyere refractory 13 is formed of a single tuyere brick 12 . Note that the tuyere refractory 13 may be formed by piling up block-shaped bricks and solidifying these bricks with a monolithic refractory such as ceramic powder.

羽口煉瓦１２は、ＭｇＯ－Ｃ煉瓦であり、本実施形態では、ウェア煉瓦７と同一の材質である。羽口煉瓦１２は、本実施形態では、上下に細長い円錐台形状に形成されている。羽口煉瓦１２の上面１２ａおよび下面１２ｂは、それぞれ平坦な面である。本実施形態では、これら上面１２ａおよび下面１２ｂは、互いに平行である。 The tuyere bricks 12 are MgO—C bricks, and are made of the same material as the wear bricks 7 in this embodiment. Tuyere brick 12 is formed in the shape of a truncated cone elongated vertically in this embodiment. An upper surface 12a and a lower surface 12b of the tuyere brick 12 are flat surfaces. In this embodiment, the upper surface 12a and the lower surface 12b are parallel to each other.

羽口煉瓦１２の寸法は、転炉１の大きさに応じた値である。本実施形態では、羽口煉瓦１２の高さＨ１は、約１２００ｍｍである。羽口煉瓦１２の上面１２ａの直径は、約３００ｍｍである。羽口煉瓦１２の下面１２ｂの直径は、約４００ｍｍである。 The dimensions of the tuyere bricks 12 are values according to the size of the converter 1 . In this embodiment, the height H1 of the tuyere bricks 12 is approximately 1200 mm. The diameter of the upper surface 12a of the tuyere brick 12 is approximately 300 mm. The diameter of the lower surface 12b of the tuyere brick 12 is approximately 400 mm.

羽口煉瓦１２の上面１２ａは、炉底部１１におけるウェア煉瓦７の上面と連続した面を形成している。羽口煉瓦１２の下面１２ｂは、鉄皮底部２ａの内側面に受けられている。 The upper surface 12 a of the tuyere brick 12 forms a continuous surface with the upper surface of the wear brick 7 in the furnace bottom 11 . The lower surface 12b of the tuyere brick 12 is received on the inner surface of the shell bottom 2a.

羽口煉瓦１２の外周面１２ｃは、パーマ煉瓦６のうち外周面１２ｃに対向する対向面に押さえられているとともに、ウェア煉瓦７のうち外周面１２ｃに対向する対向面に押さえられている。パーマ煉瓦６およびウェア煉瓦７のうち外周面１２ｃに対向する対向面は、外周面１２ｃの形状に沿った形状に形成されている。このように、羽口煉瓦１２は、外周面１２ｃの全域および下面１２ｂが、対応するパーマ煉瓦６、ウェア煉瓦７、および、鉄皮底部２ａによって拘束されている。一方、羽口煉瓦１２の上面１２ａには、羽口煉瓦１２を拘束する部材は配置されていない。 The outer peripheral surface 12c of the tuyere brick 12 is pressed by a facing surface of the permanent bricks 6 facing the outer peripheral surface 12c, and is pressed by a facing surface of the worn bricks 7 facing the outer peripheral surface 12c. The facing surfaces of the perm bricks 6 and the worn bricks 7 facing the outer peripheral surface 12c are formed in a shape along the shape of the outer peripheral surface 12c. In this way, the tuyere brick 12 is restrained by the perm brick 6, the wear brick 7, and the shell bottom 2a along the entire outer peripheral surface 12c and the lower surface 12b. On the other hand, on the upper surface 12a of the tuyere brick 12, no member for restraining the tuyere brick 12 is arranged.

羽口煉瓦１２に形成された埋設孔部１２ｄに、ノズル１５の一部が挿入されている。ノズル１５は、鉄皮底部２ａに形成された貫通孔部２ｂを通して転炉１の内側から転炉１の外側に延びている。ノズル１５は、耐熱性の高い金属管で形成されることが好ましい。このような金属管の材料として、オーステナイト系ステンレス鋼を例示できる。オーステナイト系ステンレス鋼として、ＪＩＳ（日本工業規格）のＳＵＳ３０４等を例示できる。このように、ノズル１５が金属管であるため、ノズル１５の線膨張係数は、羽口煉瓦１２の線膨張係数よりも大きい。 A part of the nozzle 15 is inserted into the embedding hole 12 d formed in the tuyere brick 12 . The nozzle 15 extends from the inside of the converter 1 to the outside of the converter 1 through a through hole 2b formed in the shell bottom 2a. The nozzle 15 is preferably made of a highly heat-resistant metal tube. Austenitic stainless steel can be exemplified as a material for such a metal tube. Examples of austenitic stainless steel include JIS (Japanese Industrial Standards) SUS304 and the like. Thus, since the nozzle 15 is a metal pipe, the coefficient of linear expansion of the nozzle 15 is larger than the coefficient of linear expansion of the tuyere brick 12 .

ノズル１５は、例えば、細長い鋼板を曲げ加工することで管状に成形し、この管状の鋼板の突き合わせ部を溶接することによって形成されている。本実施形態では、ノズル１５は、直線管である。本実施形態では、ノズル１５の外径は、約４０ｍｍであり、ノズル１５の各部の肉厚ｔ１は一定であり、約４ｍｍである。 The nozzle 15 is formed, for example, by bending an elongated steel plate into a tubular shape and welding the butted portions of the tubular steel plate. In this embodiment, the nozzle 15 is a straight tube. In this embodiment, the outer diameter of the nozzle 15 is about 40 mm, and the thickness t1 of each part of the nozzle 15 is constant and about 4 mm.

ノズル１５は、羽口煉瓦１２と同軸に配置されており、羽口煉瓦１２の下面１２ｂから羽口煉瓦１２の埋設孔部１２ｄ内に進入し、羽口煉瓦１２の上面１２ａまで到達している。換言すれば、ノズル１５の上面（埋設部１６の上面１６ｅ）は、羽口煉瓦１２の上面１２ａと面一に配置されている。ノズル１５の内径および外径は、ノズル１５から転炉１内に供給される不活性ガスの流量に応じて設定される。 The nozzle 15 is arranged coaxially with the tuyere brick 12 , enters the embedded hole 12 d of the tuyere brick 12 from the lower surface 12 b of the tuyere brick 12 , and reaches the upper surface 12 a of the tuyere brick 12 . . In other words, the upper surface of the nozzle 15 (the upper surface 16 e of the embedded portion 16 ) is flush with the upper surface 12 a of the tuyere brick 12 . The inner diameter and outer diameter of the nozzle 15 are set according to the flow rate of the inert gas supplied from the nozzle 15 into the converter 1 .

ノズル１５は、羽口煉瓦１２の埋設孔部１２ｄに埋設されている埋設部１６と、埋設部１６から羽口煉瓦１２の下方に延びる延伸部１７と、を有している。 The nozzle 15 has an embedded portion 16 embedded in the embedded hole portion 12 d of the tuyere brick 12 and an extension portion 17 extending downward from the embedded portion 16 to the tuyere brick 12 .

埋設部１６は、羽口煉瓦１２内に埋設され転炉１の溶湯貯留空間１４に開口している。埋設部１６は、例えば、羽口煉瓦１２に埋設孔部１２ｄを予め形成し、この埋設孔部１２に埋設部１６を差し込むことで羽口煉瓦１２に埋設される。本実施形態では、ノズル１５の軸方向Ｓ１に沿った埋設部１６の長さは、羽口煉瓦１２の高さＨ１と同じである。埋設部１６の外周面１６ａは、羽口煉瓦１２の埋設孔部１２ｄの内周面と対向している。埋設部１６の外周面１６ａは、羽口煉瓦１２の上面１２ａと下面１２ｂとの間に亘って延びる筒状の面である。常温時、軸方向Ｓ１の各部において、埋設部１６の外周面１６ａの直径は、埋設孔部１２ｄの直径よりも僅かに（例えば、約１ｍｍ）小さい。 The embedded portion 16 is embedded in the tuyere brick 12 and opens to the molten metal storage space 14 of the converter 1 . The embedded portion 16 is embedded in the tuyere brick 12 by, for example, forming an embedding hole portion 12 d in advance in the tuyere brick 12 and inserting the embedded portion 16 into the embedding hole portion 12 . In this embodiment, the length of the embedded portion 16 along the axial direction S1 of the nozzle 15 is the same as the height H1 of the tuyere bricks 12 . An outer peripheral surface 16 a of the embedded portion 16 faces an inner peripheral surface of the embedded hole portion 12 d of the tuyere brick 12 . An outer peripheral surface 16 a of the embedded portion 16 is a cylindrical surface extending between the upper surface 12 a and the lower surface 12 b of the tuyere brick 12 . At room temperature, the diameter of the outer peripheral surface 16a of the embedded portion 16 is slightly smaller (for example, about 1 mm) than the diameter of the embedded hole portion 12d at each portion in the axial direction S1.

埋設部１６の下端１６ｆから、延伸部１７が延びている。延伸部１７は、図示しないガス供給源に接続されている。 An extending portion 17 extends from the lower end 16 f of the embedded portion 16 . The extending portion 17 is connected to a gas supply source (not shown).

本実施形態では、埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅと埋設部１６の外周面１６ａとの間の摩擦係数μ（静止摩擦係数）が規定されている。この摩擦係数μは、埋設部１６から埋設孔部１２ｄに作用する垂直抗力Ｆ１と、この垂直抗力Ｆ１によって羽口煉瓦１２のうち埋設孔部１２ｄの周囲に作用する引張荷重Ｆ２（最大静止摩擦力）と、の比である。本実施形態では、この摩擦係数μは、所定値の一例としての０．３より小さく設定されており、０．２以下であることがより好ましい。 In this embodiment, a friction coefficient μ (static friction coefficient) between the inner peripheral surface 12e of the embedded hole portion 12d and the outer peripheral surface 16a of the embedded portion 16 is defined. This coefficient of friction μ is determined by the normal force F1 acting from the buried portion 16 to the buried hole portion 12d and the tensile load F2 (maximum static friction force ) is the ratio of In this embodiment, the coefficient of friction μ is set to be smaller than 0.3, which is an example of a predetermined value, and is preferably 0.2 or less.

摩擦係数μが０．３以上であると、垂直抗力Ｆ１に対する引張荷重Ｆ２、すなわち、埋設孔部１２ｄの周囲において羽口煉瓦１２に作用する引張応力の最大値が過大となり、スポーリングが発生し易くなってしまう。摩擦係数μが０．３より小さければ、垂直抗力Ｆ１に対する引張荷重Ｆ２、すなわち、羽口煉瓦１２に作用する引張応力の最大値は過大とならず、スポーリングは発生し難い。この傾向は、摩擦係数μが０．２以下のときに顕著に高くなる。 If the friction coefficient μ is 0.3 or more, the tensile load F2 with respect to the normal force F1, that is, the maximum value of the tensile stress acting on the tuyere brick 12 around the embedding hole 12d becomes excessive, resulting in spalling. It becomes easier. If the friction coefficient μ is smaller than 0.3, the tensile load F2 with respect to the normal force F1, that is, the maximum value of the tensile stress acting on the tuyere brick 12 does not become excessive, and spalling hardly occurs. This tendency increases remarkably when the coefficient of friction μ is 0.2 or less.

本実施形態では、（ａ）埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅの表面粗さ、および、埋設部１６の外周面１６ａの表面粗さは、摩擦係数μが０．３より小さくなるように設定されている。また、本実施形態では、（ｂ）埋設孔部１２ｄと埋設部１６との間に潤滑剤２０が挿入されている。 In this embodiment, (a) the surface roughness of the inner peripheral surface 12e of the embedded hole portion 12d and the surface roughness of the outer peripheral surface 16a of the embedded portion 16 are set so that the coefficient of friction μ is smaller than 0.3. It is Further, in this embodiment, (b) the lubricant 20 is inserted between the embedding hole portion 12d and the embedding portion 16 .

上記（ａ）の構成を実現するための処理としては、埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅの表面粗さを低減させる処理、および、埋設部１６の外周面１６ａの表面粗さを低減させる処理の少なくとも一方を例示できる。 The processing for realizing the above configuration (a) includes processing for reducing the surface roughness of the inner peripheral surface 12e of the embedded hole portion 12d and processing for reducing the surface roughness of the outer peripheral surface 16a of the embedded portion 16. At least one of can be exemplified.

上記（ａ）、（ｂ）の構成は、摩擦係数μが０．３未満となるようにするために、何れか一つのみ適用されてもよいし、双方が施されてもよい。 Either one or both of the above configurations (a) and (b) may be applied so that the coefficient of friction μ is less than 0.3.

上記（ａ）の構成を実現するための処理について説明すると、埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅの表面粗さを低減させる処理として、羽口煉瓦１２の埋設孔部１２ｄとして用いられることとなる煉瓦の孔部の内周面に対する砥石や砥粒を用いた研磨処理を例示できる。同様に、ノズル１５の埋設部１６の外周面１６ａの表面粗さを低減させる処理として、ノズル１５となる鋼管の外周面に対する砥石や砥粒を用いた研磨処理を例示できる。 To explain the processing for realizing the above configuration (a), as a processing for reducing the surface roughness of the inner peripheral surface 12e of the burial hole 12d, it is used as the burial hole 12d of the tuyere brick 12. Polishing treatment using a whetstone or abrasive grains on the inner peripheral surface of the hole of the brick can be exemplified. Similarly, as a treatment for reducing the surface roughness of the outer peripheral surface 16 a of the embedded portion 16 of the nozzle 15 , polishing treatment using a whetstone or abrasive grains for the outer peripheral surface of the steel pipe serving as the nozzle 15 can be exemplified.

上記（ｂ）の構成について説明すると、潤滑剤２０として、例えば、アルミナ、窒化ほう素等の酸化系および窒化系のセラミック粉末やニッケル粉末を含有する高温用の潤滑剤を使用することができる。潤滑剤２０としては、高温環境で使用されるため、固体状またはペースト状の潤滑剤が好ましい。 To explain the configuration (b) above, as the lubricant 20, for example, a high-temperature lubricant containing oxidizing or nitride ceramic powder such as alumina or boron nitride, or nickel powder can be used. As the lubricant 20, a solid or paste lubricant is preferable because it is used in a high temperature environment.

潤滑剤２０の厚みは、羽口煉瓦１２の内周面１２ｅと埋設部１６の外周面１６ａとが直接接触しない程度であればよく、具体的な厚みは限定されない。潤滑剤２０は、埋設孔部１２ｄの周方向の全域に亘って配置される。 The thickness of the lubricant 20 is not particularly limited as long as the inner peripheral surface 12e of the tuyere brick 12 and the outer peripheral surface 16a of the embedded portion 16 do not come into direct contact with each other. The lubricant 20 is arranged over the entire circumferential area of the embedding hole 12d.

潤滑剤２０は、埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅと、埋設部１６の外周面１６ａとの間において、軸方向Ｓ１の少なくとも一部に介在している。 Lubricant 20 intervenes in at least part of axial direction S1 between inner peripheral surface 12e of embedding hole portion 12d and outer peripheral surface 16a of embedding portion 16 .

埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅの表面粗さが低減されている領域、埋設部１６の外周面１６ａの表面粗さが低減されている領域、および、潤滑剤２０が配置されている領域は、少なくとも、羽口構造４の上面位置Ｐ１（羽口煉瓦１２の上面１２ａ）から、後述する交換基準損耗深さ位置Ｐ２までの間であることが好ましく、軸方向Ｓ１における埋設部１６の全域に亘って存在していることが、より好ましい。 The region where the surface roughness of the inner peripheral surface 12e of the embedded hole portion 12d is reduced, the region where the surface roughness of the outer peripheral surface 16a of the embedded portion 16 is reduced, and the region where the lubricant 20 is disposed are , at least from the upper surface position P1 of the tuyere structure 4 (upper surface 12a of the tuyere brick 12) to the replacement reference wear depth position P2, which will be described later. more preferably present throughout.

ここで、精錬対象となる高温の合金の溶湯が転炉１に繰り返し供給されることで、耐火構造３および羽口構造４は、溶湯によって徐々に溶融され損耗していく。そして、この損耗度合が一定の値に達すると、転炉１内のウェア煉瓦７および羽口構造４が新品のものに更新される。この更新の基準として、交換基準損耗深さ位置Ｐ２が設定されている。耐火構造３および羽口構造４が交換基準損耗深さ位置Ｐ２まで損耗すると、転炉１内のウェア煉瓦７および羽口構造４が新品のものに更新される。 Here, the refractory structure 3 and the tuyere structure 4 are gradually melted and worn out by the repeated supply of the hot alloy molten metal to be refined to the converter 1 . Then, when the degree of wear reaches a certain value, the wear bricks 7 and the tuyere structure 4 in the converter 1 are renewed to new ones. As a reference for this update, a replacement reference wear depth position P2 is set. When the refractory structure 3 and the tuyere structure 4 are worn down to the replacement reference wear depth position P2, the wear bricks 7 and the tuyere structure 4 in the converter 1 are renewed to new ones.

交換基準損耗深さ位置Ｐ２は、羽口構造４の使用前（新品時）における羽口構造４の上面位置Ｐ１から、羽口耐火物１３の高さＨ１の例えば１／２～３／４の位置（本実施形態では、１／２の位置）に設定されている。上面位置Ｐ１は、羽口構造４の使用前における羽口煉瓦１２の上面１２ａの位置である。 The replacement reference wear depth position P2 is, for example, 1/2 to 3/4 of the height H1 of the tuyere refractory 13 from the upper surface position P1 of the tuyere structure 4 before use (when new). It is set to the position (1/2 position in this embodiment). The upper surface position P1 is the position of the upper surface 12a of the tuyere brick 12 before the tuyere structure 4 is used.

なお、ノズル１５の延伸部１７の外周面１７ａについて、上記（ａ）、（ｂ）で説明したのと同様の構成が採用されてもよい。 Note that the outer peripheral surface 17a of the extended portion 17 of the nozzle 15 may have the same configuration as described in (a) and (b) above.

以上の構成を有する転炉１において、転炉１内に鋼等の合金の溶湯が溜められると、炉底部１１の温度は極めて高い値となる。例えば、羽口煉瓦１２の上面１２ａの温度が約１５００度、羽口煉瓦１２の下面１２ｂの温度が約４００度にまで達する。これにより、羽口煉瓦１２と底吹きノズル１５は、いずれも熱膨張する。 In the converter 1 having the above configuration, when the molten metal of an alloy such as steel is stored in the converter 1, the temperature of the furnace bottom 11 becomes extremely high. For example, the temperature of the upper surface 12a of the tuyere brick 12 reaches about 1500 degrees, and the temperature of the lower surface 12b of the tuyere brick 12 reaches about 400 degrees. As a result, both the tuyere bricks 12 and the bottom blowing nozzle 15 thermally expand.

しかしながら、前述したように、羽口煉瓦１２の線膨張係数よりも、オーステナイト系ステンレス鋼によって形成されたノズル１５の線膨張係数のほうが大きい。このため、ノズル１５の熱膨張量は、羽口煉瓦１２の熱膨張量よりも大きくなる。 However, as described above, the coefficient of linear expansion of the nozzle 15 made of austenitic stainless steel is greater than the coefficient of linear expansion of the tuyere bricks 12 . Therefore, the amount of thermal expansion of the nozzle 15 is larger than the amount of thermal expansion of the tuyere brick 12 .

円筒形状であるノズル１５が熱膨張すると、当該ノズル１５は、外径が大きくなるとともに、全長が大きくなる。ノズル１５の外径が大きくなることで、埋設部１６の外周面１６ａは、埋設部１６の周囲の羽口煉瓦１２を押し広げるように変形する。これにより、埋設部１６は、羽口煉瓦１２に垂直抗力Ｆ１を作用する。この状態で埋設部１６がノズル１５の軸方向Ｓ１に膨張すると、ノズル１５は、ノズル１５の周囲の羽口煉瓦１２を軸方向Ｓ１に引っ張り、羽口煉瓦１２の埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅに、引張荷重Ｆ２を作用する。しかしながら、前述したように、羽口煉瓦１２の埋設孔部１２ｄとノズル１５の埋設部１６との間の摩擦係数μが低くされている結果、埋設部１６は、羽口煉瓦１２に対して滑り易い。これにより、羽口煉瓦１２に発生する引張応力は、小さくて済む。 When the cylindrical nozzle 15 thermally expands, the outer diameter of the nozzle 15 increases and the overall length increases. As the outer diameter of the nozzle 15 increases, the outer peripheral surface 16a of the embedded portion 16 is deformed so as to expand the tuyere bricks 12 around the embedded portion 16 . As a result, the embedded portion 16 acts on the tuyere brick 12 with a vertical force F<b>1 . When the embedded portion 16 expands in the axial direction S1 of the nozzle 15 in this state, the nozzle 15 pulls the tuyere brick 12 around the nozzle 15 in the axial direction S1, and the inner peripheral surface of the embedded hole portion 12d of the tuyere brick 12 is pulled. A tensile load F2 is applied to 12e. However, as described above, the friction coefficient μ between the embedded hole portion 12d of the tuyere brick 12 and the embedded portion 16 of the nozzle 15 is low, so that the embedded portion 16 slides on the tuyere brick 12. easy. As a result, the tensile stress generated in the tuyere bricks 12 can be reduced.

また、転炉１内に溶湯が注がれることで羽口構造４の上面に熱的な衝撃が加わると、羽口構造４の上面の温度が急上昇する。この場合、羽口煉瓦１２の温度上昇速度よりも金属製ノズル１５の温度上昇速度のほうが高い。このため、羽口構造４に熱的な衝撃が加わると、ノズル１５と羽口煉瓦１２との温度差が大きくなり、ノズル１５の熱膨張量と羽口煉瓦１２の熱膨張量との差は大きくなる。しかしながら、前述したように、ノズル１５の埋設部１６は、羽口煉瓦１２に対して滑りやすく、これにより、ノズル１５から羽口煉瓦１２に作用する引張荷重Ｆ２が小さくて済むので、羽口煉瓦１２に発生する引張応力は、大きくならずに済む。 Further, when molten metal is poured into the converter 1 and a thermal shock is applied to the upper surface of the tuyere structure 4, the temperature of the upper surface of the tuyere structure 4 rises sharply. In this case, the temperature rise rate of the metal nozzle 15 is higher than the temperature rise rate of the tuyere bricks 12 . Therefore, when a thermal shock is applied to the tuyere structure 4, the temperature difference between the nozzle 15 and the tuyere brick 12 increases, and the difference between the amount of thermal expansion of the nozzle 15 and the amount of thermal expansion of the tuyere brick 12 is growing. However, as described above, the embedded portion 16 of the nozzle 15 is slippery relative to the tuyere brick 12, and as a result, the tensile load F2 acting from the nozzle 15 to the tuyere brick 12 can be reduced. The tensile stress generated at 12 does not have to be large.

以上の次第で、本実施形態によると、埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅと、埋設部１６の外周面１６ａとの間の摩擦係数μが、０．３より小さい値に設定されている。この構成により、羽口煉瓦１２に対して埋設部１６が滑り易くなり、埋設部１６から羽口煉瓦１２に作用する引張荷重Ｆ２を小さくできる。よって、引張荷重に対する破壊強度が低い羽口煉瓦１２における割れ（スポーリング）の発生をより確実に抑制できる。その結果、スポーリング発生によって羽口煉瓦１２の上端部が部分的に欠けることによる羽口煉瓦１２の損耗と、羽口煉瓦１２の欠けに伴うノズル１５の早期損耗と、を抑制できる。その結果、羽口構造４の更新から交換までの期間をより長くでき、羽口構造４の更新周期をより長くできる。 Based on the above, according to the present embodiment, the coefficient of friction μ between the inner peripheral surface 12e of the embedded hole portion 12d and the outer peripheral surface 16a of the embedded portion 16 is set to a value smaller than 0.3. This configuration makes it easier for the buried portion 16 to slide on the tuyere brick 12, and the tensile load F2 acting from the buried portion 16 to the tuyere brick 12 can be reduced. Therefore, it is possible to more reliably suppress the occurrence of cracks (spalling) in the tuyere bricks 12 having low breaking strength against tensile load. As a result, it is possible to suppress wear of the tuyere bricks 12 due to partial chipping of the upper ends of the tuyere bricks 12 due to spalling and early wear of the nozzles 15 due to chipping of the tuyere bricks 12 . As a result, the period from renewal to replacement of the tuyere structure 4 can be made longer, and the renewal cycle of the tuyere structure 4 can be made longer.

また、本実施形態によると、埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅの表面粗さ、および、埋設部１６の外周面１６ａの表面粗さは、摩擦係数μが０．３より小さくなるように設定されている。このように、内周面１２ｅおよび外周面１６ａの少なくとも一方の表面粗さを低減させる簡易な処理によって、スポーリングの発生をより確実に抑制できる。 Further, according to the present embodiment, the surface roughness of the inner peripheral surface 12e of the embedded hole portion 12d and the surface roughness of the outer peripheral surface 16a of the embedded portion 16 are set so that the coefficient of friction μ is smaller than 0.3. It is In this manner, the simple treatment of reducing the surface roughness of at least one of the inner peripheral surface 12e and the outer peripheral surface 16a can more reliably suppress the occurrence of spalling.

また、本実施形態によると、埋設孔部１２ｄと埋設部１６との間に潤滑剤２０を挿入する簡易な処理によって、羽口煉瓦１２に対する埋設部１６の滑り性をよくできる結果、スポーリングの発生をより確実に抑制できる。 Further, according to the present embodiment, by a simple process of inserting the lubricant 20 between the buried hole portion 12d and the buried portion 16, the slipperiness of the buried portion 16 with respect to the tuyere bricks 12 can be improved, resulting in spalling. The occurrence can be suppressed more reliably.

以上、本発明の実施形態について説明したけれども、本発明は上述の実施の形態に限られない。本発明は、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。なお、以下では、上述の実施形態と異なる構成について主に説明し、上述の実施形態と同様の構成については図に同様の符号を付して詳細な説明を省略する場合がある。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments. The present invention can be modified in various ways within the scope of the claims. In the following, configurations different from the above-described embodiments will be mainly described, and configurations similar to those of the above-described embodiments may be denoted by the same reference numerals in the drawings and detailed description thereof may be omitted.

（１）上述の実施形態では、摩擦係数μを０．３より小さくするための構成として、上記（ａ）、（ｂ）の構成を説明した。しかしながら、この処理に限定されない。図４は、変形例の主要部を示す図である。図４を参照して、摩擦係数μを低減する構成として、（ｃ）埋設部１６と埋設孔部１２ｄとの間に低摩擦係数部材２１が挿入されていてもよい。 (1) In the above embodiment, the configurations (a) and (b) are described as configurations for making the coefficient of friction μ smaller than 0.3. However, it is not limited to this process. FIG. 4 is a diagram showing the main part of the modification. Referring to FIG. 4, as a configuration for reducing the friction coefficient μ, (c) a low friction coefficient member 21 may be inserted between the embedding portion 16 and the embedding hole portion 12d.

低摩擦係数部材２１は、埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅと埋設部１６の外周面１６ａとが直接接触しているときの摩擦係数よりも小さい摩擦係数μが埋設孔部１２ｄと埋設部１６との間に生じるように、埋設孔部１２ｄと埋設部１６との間に挿入されている。 The low friction coefficient member 21 has a friction coefficient μ smaller than the friction coefficient when the inner peripheral surface 12e of the embedded hole portion 12d and the outer peripheral surface 16a of the embedded portion 16 are in direct contact. is inserted between the embedded hole portion 12d and the embedded portion 16 so as to be formed between the .

低摩擦係数部材２１は、円筒状部材であり、埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅと、埋設部１６の外周面１６ａとは、直接または潤滑剤２０を介して向かい合っている。低摩擦係数部材２１は、少なくとも上面位置Ｐ１と交換基準損耗深さ位置Ｐ２との間に配置されていることが好ましく、本実施形態では、軸方向Ｓ１における埋設孔部１２ｄの全域（埋設部１６の全域）に亘って配置されている。低摩擦係数部材２１の外径は、埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅの直径と略同じである。また、低摩擦係数部材２１の内径は、埋設部１６の外周面１６ａの直径と略同じである。低摩擦係数部材２１は、ノズル１５の周方向の全域に亘って配置されている。 The low friction coefficient member 21 is a cylindrical member, and the inner peripheral surface 12e of the embedding hole portion 12d and the outer peripheral surface 16a of the embedding portion 16 face each other directly or via the lubricant 20 . The low friction coefficient member 21 is preferably arranged at least between the upper surface position P1 and the replacement reference wear depth position P2. are located over the entire area). The outer diameter of the low friction coefficient member 21 is substantially the same as the diameter of the inner peripheral surface 12e of the embedding hole 12d. Also, the inner diameter of the low friction coefficient member 21 is substantially the same as the diameter of the outer peripheral surface 16 a of the embedded portion 16 . The low friction coefficient member 21 is arranged over the entire circumferential area of the nozzle 15 .

低摩擦係数部材２１は、例えば、当該低摩擦係数部材２１の内周面および外周面における表面粗さが所定値以下に設定されている。低摩擦係数部材２１の材質として、アルミナ、ムライト、ジルコニア、サイアロン等のセラミック材を例示できる。本実施形態では、低摩擦係数部材２１は、セラミックパイプである。低摩擦係数部材２１は、ノズル１５内を通過する常温のガスからの冷気が羽口煉瓦１２に伝わらないようにする機能を有している。これにより、埋設孔部１２ｄの周囲における羽口煉瓦１２の熱膨張量と、低摩擦係数部材２１の熱膨張量との差が大きくなることが抑制されている。 In the low friction coefficient member 21, for example, the surface roughness of the inner peripheral surface and the outer peripheral surface of the low friction coefficient member 21 is set to a predetermined value or less. Examples of materials for the low friction coefficient member 21 include ceramic materials such as alumina, mullite, zirconia, and sialon. In this embodiment, the low friction coefficient member 21 is a ceramic pipe. The low friction coefficient member 21 has the function of preventing cold air from the room temperature gas passing through the nozzle 15 from being transmitted to the tuyere bricks 12 . This suppresses the difference between the amount of thermal expansion of the tuyere brick 12 and the amount of thermal expansion of the low friction coefficient member 21 around the embedding hole 12d from becoming large.

上記（ｃ）の低摩擦係数部材２１は、上記（ａ）、（ｂ）の摩擦係数低減の構成と併用されてもよいし、併用されなくてもよい。すなわち、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）で説明した摩擦係数低減のための構成は、一つのみ適用されてもよいし、何れか二つが適用されてもよいし、三つとも適用されてもよい。 The low friction coefficient member 21 of (c) above may or may not be used together with the configuration for reducing the friction coefficient of (a) and (b) above. That is, the configurations for reducing the friction coefficient described in (a), (b), and (c) may be applied by one, any two, or all three. may be

上記（ｂ）の潤滑剤２０が用いられる構成と、上記（ｃ）の低摩擦係数部材２１が用いられる構成と、が併用される場合、潤滑剤２０は、埋設孔部１２ｄと低摩擦係数部材２１との間、および、低摩擦係数部材２１と埋設部１６との間の少なくとも一方に介在される。 When the configuration (b) in which the lubricant 20 is used and the configuration (c) in which the low friction coefficient member 21 is used are used together, the lubricant 20 is applied to the embedded hole portion 12d and the low friction coefficient member. 21 and/or between the low friction coefficient member 21 and the buried portion 16 .

第１変形例によると、ノズル１５の埋設部１６と羽口煉瓦１２との間に低摩擦係数部材２１が配置されることにより、ノズル１５はよりスムーズに熱伸びできる。その結果、ノズル１５から羽口煉瓦１２に作用する引張荷重Ｆ２をより小さくできる。よって、羽口煉瓦１２にスポーリングが生じることをより確実に抑制できる。 According to the first modification, the low friction coefficient member 21 is arranged between the embedded portion 16 of the nozzle 15 and the tuyere brick 12, so that the nozzle 15 can thermally expand more smoothly. As a result, the tensile load F2 acting on the tuyere brick 12 from the nozzle 15 can be made smaller. Therefore, the occurrence of spalling in the tuyere bricks 12 can be suppressed more reliably.

ノズル１５の埋設部１６の摩擦係数μが低減された場合の効果を検証するために、有限要素法（FEM:Finite Element Method）解析を実施した。具体的には、羽口構造４をコンピューター上でモデル化した。 Finite Element Method (FEM) analysis was performed to verify the effect of reducing the coefficient of friction μ of the embedded portion 16 of the nozzle 15 . Specifically, the tuyere structure 4 was modeled on a computer.

モデル化された羽口構造４の詳細な構成は、以下の通りである。 The detailed configuration of the modeled tuyere structure 4 is as follows.

（羽口煉瓦の材質および形状）
材質：ＭｇＯ－Ｃ煉瓦であり、ＭｇＯを７５質量％含有し、Ｃを２１質量％有する。
形状：円錐台
上面１２ａの直径：３００ｍｍ
下面１２ｂの直径：４００ｍｍ
高さＨ１：１２００ｍｍ (Material and shape of tuyere brick)
Material: MgO—C brick containing 75% by mass of MgO and 21% by mass of C.
Shape: truncated cone Diameter of upper surface 12a: 300 mm
Diameter of lower surface 12b: 400 mm
Height H1: 1200mm

（ノズルの形状、材質）
羽口煉瓦１２の中心軸線と同軸に形成された埋設孔部１２ｄに、ノズル１５の埋設部１６が埋設されている。埋設孔部１２ｄの内周面１２ｅの直径は、埋設部１６の外周面１６ａの直径よりも１ｍｍ大きい。
材質：ＳＵＳ３０４（オーステナイト系ステンレス鋼）
ノズル１５の全長：１２００ｍｍとし、ノズル１５の全体を埋設部１６とした。
ノズル１５の埋設部１６の外周面１６ａの直径：４０ｍｍ
ノズル１５の肉厚：４ｍｍ (Nozzle shape and material)
An embedded portion 16 of the nozzle 15 is embedded in an embedded hole portion 12 d formed coaxially with the center axis of the tuyere brick 12 . The diameter of the inner peripheral surface 12e of the embedding hole 12d is larger than the diameter of the outer peripheral surface 16a of the embedding portion 16 by 1 mm.
Material: SUS304 (Austenitic stainless steel)
The total length of the nozzle 15 was 1200 mm, and the entire nozzle 15 was used as the buried portion 16 .
Diameter of outer peripheral surface 16a of embedded portion 16 of nozzle 15: 40 mm
Thickness of nozzle 15: 4 mm

（羽口構造の物性値）
（羽口構造における羽口煉瓦の物性値）
羽口煉瓦１２の物性値は、以下の通りである。
線膨張係数：１１．２×１０－６／℃
ヤング率：２８２０ＭＰａ
ポアソン比：０．２５ (Physical property value of tuyere structure)
(Physical properties of tuyere bricks in tuyere structure)
The physical property values of the tuyere brick 12 are as follows.
Linear expansion coefficient: 11.2 × 10 -6 / ° C.
Young's modulus: 2820 MPa
Poisson's ratio: 0.25

（ノズルの物性値）
ノズル１５（ＳＵＳ３０４）の物性値は、以下の通りである。
線膨張係数：１９．７×１０－６／℃
ヤング率：８９０００ＭＰａ
ポアソン比：０．３ (Physical property value of nozzle)
The physical property values of the nozzle 15 (SUS304) are as follows.
Linear expansion coefficient: 19.7 × 10 -6 / ° C.
Young's modulus: 89000 MPa
Poisson's ratio: 0.3

（羽口煉瓦とノズル間の摩擦係数）
羽口煉瓦とノズル間の摩擦係数μを、１．００～０．００の間で変化させた。具体的には、摩擦係数μを、以下のように設定した。
比較例１：μ＝１．００
比較例２：μ＝０．７０
比較例３：μ＝０．５０
比較例４：μ＝０．３０
実施例１：μ＝０．２８
実施例２：μ＝０．２５
実施例３：μ＝０．２２
実施例４：μ＝０．２０
実施例５：μ＝０．１０
実施例６：μ＝０．００ (Friction coefficient between tuyere brick and nozzle)
The friction coefficient μ between the tuyere brick and the nozzle was varied between 1.00 and 0.00. Specifically, the coefficient of friction μ was set as follows.
Comparative Example 1: μ=1.00
Comparative Example 2: μ=0.70
Comparative Example 3: μ=0.50
Comparative Example 4: μ=0.30
Example 1: μ=0.28
Example 2: μ=0.25
Example 3: μ=0.22
Example 4: μ=0.20
Example 5: μ=0.10
Example 6: μ=0.00

（羽口構造に対する温度・拘束条件）
ＦＥＭ解析では、羽口煉瓦１２およびノズル１５の上面温度を１５００℃、下面温度を４００℃に設定した。また、炉底部１１に配置される羽口煉瓦１２は、当該羽口煉瓦１２の周囲のパーマ煉瓦６およびウェア煉瓦７によって熱伸びを拘束される。このため、ＦＥＭ解析では、羽口煉瓦１２の外周部は当該羽口煉瓦１２の半径方向に膨張しないように境界条件を与えた。この条件は、比較例１～４および実施例１～６において共通である。 (Temperature and constraint conditions for tuyere structure)
In the FEM analysis, the upper surface temperature of the tuyere brick 12 and the nozzle 15 was set to 1500°C, and the lower surface temperature was set to 400°C. Further, the tuyere bricks 12 arranged on the furnace bottom 11 are constrained in thermal elongation by the perm bricks 6 and the wear bricks 7 around the tuyere bricks 12 . Therefore, in the FEM analysis, a boundary condition was given so that the outer peripheral portion of the tuyere brick 12 would not expand in the radial direction of the tuyere brick 12 . This condition is common to Comparative Examples 1-4 and Examples 1-6.

（解析結果）
ＦＥＭ解析で求めた、羽口煉瓦１２のうち埋設孔部１２ｄの周囲に発生する、煉瓦高さ方向（軸方向Ｓ１）の引張応力の最大値（解析結果）を表１および図５に示す。図５は、比較例１～４および実施例１～６における、摩擦係数μと、軸方向Ｓ１における引張応力の最大値の割合を示すグラフである。解析結果は、摩擦係数μによる影響を比較し易くするために整理した。具体的には、比較例１における、軸方向Ｓ１の引張応力の最大値を１としたときの、比較例２～４および実施例１～６のそれぞれにおける、軸方向Ｓ１における引張応力の最大値の割合を算出した。 (Analysis result)
Table 1 and FIG. 5 show the maximum values (analysis results) of the tensile stress in the brick height direction (axial direction S1) generated around the embedding hole 12d of the tuyere brick 12 obtained by FEM analysis. FIG. 5 is a graph showing the ratio of the coefficient of friction μ and the maximum value of the tensile stress in the axial direction S1 in Comparative Examples 1-4 and Examples 1-6. The analysis results are organized to facilitate comparison of the effects of the friction coefficient μ. Specifically, when the maximum tensile stress in the axial direction S1 in Comparative Example 1 is 1, the maximum tensile stress in the axial direction S1 in each of Comparative Examples 2 to 4 and Examples 1 to 6 was calculated.

図５において、○点は、実際にＦＥＭ解析を行った結果を示している。図５において、○点を結んだ線は、摩擦係数μと引張応力の最大値との関係を視覚的に示す傾向線である。 In FIG. 5, ◯ points indicate the results of actual FEM analysis. In FIG. 5, the line connecting the circles is a trend line visually showing the relationship between the coefficient of friction μ and the maximum value of the tensile stress.

Figure 0007107141000001
＊比較例の最大引張応力を1.000とした場合の比
Figure 0007107141000001
 * Ratio when the maximum tensile stress of the comparative example is 1.000

表１および図５から明らかなように、実施例１～６は、比較例１～４と比べて、明らかに引張応力の最大値が低下した。特に、摩擦係数μが０．２８である実施例１では、最大引張応力の最大値が、比較例１と比べて２５％以上低下した。さらに、図５によく示されているように、摩擦係数μが０．３０から０．２０へ低下することで、摩擦係数μの低下率に対する最大引張応力の低下率が顕著に大きくなった。また、摩擦係数μが０．２０から０．００へ低下したときも、摩擦係数μの低下率に対する最大引張応力の低下率が大きくなった。 As is clear from Table 1 and FIG. 5, in Examples 1-6, compared with Comparative Examples 1-4, the maximum value of tensile stress clearly decreased. In particular, in Example 1 in which the coefficient of friction μ was 0.28, the maximum value of the maximum tensile stress decreased by 25% or more compared to Comparative Example 1. Furthermore, as well shown in FIG. 5, when the friction coefficient μ decreased from 0.30 to 0.20, the decrease rate of the maximum tensile stress with respect to the decrease rate of the friction coefficient μ remarkably increased. Also, when the friction coefficient μ decreased from 0.20 to 0.00, the decrease rate of the maximum tensile stress with respect to the decrease rate of the friction coefficient μ increased.

このように、摩擦係数μを０．３より小さくすることが好ましく、摩擦係数μを０．２以下にすることがより一層好ましいことが実証された。すなわち、実施例１～６によって、羽口煉瓦１２の割れ（スポーリング）を抑制することが実証された。 Thus, it was demonstrated that it is preferable to set the coefficient of friction μ to less than 0.3, and it is even more preferable to set the coefficient of friction μ to 0.2 or less. In other words, Examples 1 to 6 demonstrated that spalling of the tuyere bricks 12 was suppressed.

本発明は、転炉の羽口構造として広く適用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be widely applied as a tuyere structure of a converter.

１ 転炉
４ 羽口構造
１１ 炉底部
１２ 羽口煉瓦
１２ｄ 埋設孔部
１２ｅ 埋設孔部の内周面
１３ 羽口耐火物
１５ ノズル
１６ 埋設部
１６ａ 埋設部の外周面
２０ 潤滑剤
２１ 低摩擦係数部材
μ 摩擦係数
1 Converter 4 Tuyere structure 11 Furnace bottom 12 Tuyere brick 12d Buried hole 12e Buried hole inner peripheral surface 13 Tuyere refractory 15 Nozzle 16 Buried portion 16a Buried portion outer peripheral surface 20 Lubricant 21 Low friction coefficient member μ coefficient of friction

Claims (4)

羽口煉瓦を含み、埋設孔部が形成された羽口耐火物と、
前記埋設孔部に埋設され転炉内に開口する埋設部を有し炉底部から前記転炉内にガスを吹き込むための金属製のノズルと、を備え、
前記埋設孔部のうち前記転炉の内側空間に面する上端と、前記ノズルの上端とが面一に配置され、
前記埋設孔部の内周面と前記埋設部の外周面との間の摩擦係数が所定値より小さい、転炉の羽口構造。 a tuyere refractory comprising tuyere bricks and having embedded holes;
a metal nozzle for blowing gas into the converter from the bottom of the furnace and having an embedded part that is embedded in the embedded hole and opens into the converter;
The upper end of the embedded hole facing the inner space of the converter and the upper end of the nozzle are arranged flush with each other,
A tuyere structure of a converter, wherein a coefficient of friction between an inner peripheral surface of the embedded hole and an outer peripheral surface of the embedded portion is smaller than a predetermined value. 請求項１に記載の転炉の羽口構造であって、
前記摩擦係数が０．３より小さい 、転炉の羽口構造。 The converter tuyere structure according to claim 1,
the coefficient of friction is less than 0.3 , the tuyere structure of the converter. 請求項１または請求項２に記載の転炉の羽口構造であって、
前記埋設孔部と前記埋設部との間に潤滑剤が挿入されている、転炉の羽口構造。 A converter tuyere structure according to claim 1 or claim 2,
A tuyere structure of a converter, wherein a lubricant is inserted between the embedded hole and the embedded portion. 請求項１～請求項３の何れか１項に記載の転炉の羽口構造であって、
低摩擦係数部材をさらに備え、
前記低摩擦係数部材は、前記埋設孔部の前記内周面と前記埋設部の前記外周面とが直接接触しているときの摩擦係数よりも小さい摩擦係数が前記埋設孔部と前記埋設部との間に生じるように、前記埋設孔部と前記埋設部との間に挿入されている、転炉の羽口構造。
The converter tuyere structure according to any one of claims 1 to 3,
further comprising a low friction coefficient member,
The low friction coefficient member has a coefficient of friction between the embedded hole and the embedded portion that is smaller than the coefficient of friction when the inner peripheral surface of the embedded hole and the outer peripheral surface of the embedded portion are in direct contact. a converter tuyere structure inserted between said buried hole and said buried portion so as to occur between
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