JPH02115315A - 酸素吹き込みランス - Google Patents

酸素吹き込みランス

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JPH02115315A
JPH02115315A JP1227637A JP22763789A JPH02115315A JP H02115315 A JPH02115315 A JP H02115315A JP 1227637 A JP1227637 A JP 1227637A JP 22763789 A JP22763789 A JP 22763789A JP H02115315 A JPH02115315 A JP H02115315A
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カルロ アンツ
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  • Treating Waste Gases (AREA)
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、水冷式金属ランスに関するもので、このラン
スはその先端から冶金用槽に入れてある液体金属浴に射
出する超音速酸素流により金属又は鉄合金を精錬する場
合に使用するものである。
酸素射出ランスを考案するとき、一定数のパラメータに
特別の考慮を払う必要がある。これらのパラメータには
、次の2個の重要な因子がある。
即ち、 マツハ数(音速による速度表現)で表現した羽口の出口
のジェットの速度、これは金属浴の表面でのジェットの
衝撃力を反映している。
ガス流量、この最適値は、冶金用槽の金属浴の量と及び
精錬運転の任意の段階で達成すべき特別な冶金上の効果
に特に依存している。
超音速ガスジェットを生成するために、ランス本体の下
部に位置して、羽口と呼称されるガス送出導管の特殊形
状部は、一般に、ガス流れの方向に、収束部、円筒形喉
部、及び末広がり部を備えている。このような羽口はラ
バル羽口と呼ばれている。マツハ数の変化はランスの入
り口のガス供給源の圧力の関数であることが計算により
示される。最適流量は羽口の入り口のガス圧力と羽口の
収束部の喉部の直径の関数である。
明らかに、マツハ数とガス流量という2個のパラメータ
は羽口の幾何学的形状に両者とも依存し、かつ相互に独
立に変化することはできない。これは次のことを意味す
る。即ち、大きなガス流量を流すために考案された1個
の同じランスにより、ランスの幾何学的形状から来る最
適パラメータから一方の方向に又は反対方向に逸脱する
事なしに、例えば、高いマツハ数で低い流量の硬質ジェ
ットで、又は低いマツハ数で低いガス流量の軟質ジェッ
トのいずれかで精錬運転をすることは可能ではない。例
えば、ランスの設計条件より大きい流量と高い射出速度
でランスを運転すると、衝撃波が槽の内部でかつランス
の口の近傍で生成される。
この結果、ジェットの特性は低劣となり、ランス口の摩
耗は急激に増加する。
一方、度々冶金技術者は、精錬のある段階で大きい流量
で軟質の縦方向ガスジェットを金属浴に吹き込むことが
できることを望む状況に直面する。
例えば、高温金属精錬中、強度に酸化されたスラグを作
る必要があるとき、この吹き込みの実施が推奨される。
硬質で貫通性であるが、流量は低い縦方向のガスジェッ
トで精錬運転をすることがしばしば起こる。転炉の高温
金属にある任意の瞬間に供給する酸素の全量はスラグの
酸化を避けるために少量であることが必要であるが、一
方金属の強度の脱炭が必要である場合、このような運転
手順が指定される。同じ精錬サイクル中、正反対の吹き
入れ条件、即ち小さいガス流量での硬質ジェット又は大
きい流量での軟質ジェットが必要である。
ラバル羽口を備える酸素先端吹き込みランスは米国特許
第4730784号に記載されている。そこでは、相互
に独立に変化する概念が教示されており、任意の限界内
で主流のマツハ数と最適流量、この流れの特性は付加的
に二次的ガスエンベロープにより制御される。この目的
のため、2個のガス流れの圧力を独立に調整することが
でき、主流の実効出口面積を変えることができる。中央
特殊形状羽口のなかでその軸線に沿って可動である極端
にテーパの付いた針状部材により、主導管の断面積を増
加又は減少することができる。この複雑なランスは運転
するのが容易ではない。そして、更に主ガス流れの特性
を変えることができる限界を更に拡大することが望まし
いことは明らかである。
本発明は、可動の中央スロットル本体を備えるラバル羽
口を提供している。この中央スロットル本体は外側ガス
エンベロープの相互作用によることなく非常に広い限界
内で単一ガス流れの射出パラメータを容易に調整するこ
とができる。本発明の特徴は次の点にある。即ち、新規
なラバル羽口概念を非常に小さな機械的手段で実現し、
かつ小さい駆動力で中央スロットル本体の位置を制御す
ることができ、更に新規な概念のラバル羽口は最小限の
可動部品しか備えていないと言う特徴である。いかなる
運転方法においても、このラバル羽口概念では乱流の発
生は回避されているか、又は最小に低減されている。
このようなラバル羽口はランスの内側チューブにより本
来既知の方法で構成されている。このランスの内側チニ
ーブは種々の位置で種々の断面を有し、即ちガス流れ方
向に見て収束部と円筒形喉部とそれに続いて末広がり部
を有する。特殊形状の先端部で終端となる、ほぼ円筒形
のスロットル本体は収束部の境界線近傍で内側チューブ
の内側に内側チューブに同軸で位置している。先端部は
羽口の出口の方に向いている。スロットル本体はその特
殊形状先端部と共にモータにより羽口の中心軸に沿って
上下に可動であって、それによりガスの流路の形状を調
整する。更に、中央スロットル本体の先端部は、それが
羽口の同軸の外側円筒形壁と共にガス流れの膨張を生む
末広がり部を形成するように形状される。この目的のた
め、先端部の形状は、ラバル羽口の末広がり部の形状と
実質的に互いに補完し合う関係にある。
本発明に係るランス構成の主要な利点は、次の点にある
。即ち、所望の限界内で精錬用酸素の射出量を変えるこ
とにより任意の冶金上の要求に合うようにいつでも吹き
込む条件を調整することができ、かつ一方所定の最適速
度と形状をジェットに与えることが同時にできる可能性
を製鋼業者に提供することである。
添付図面を参照して、本発明を以下により詳細に説明す
る。
第1図は中央スロットル本体5の先端部を備えるラバル
羽口の断面を示している。中央スロットル本体5はラン
スヘッド部組立体の中央部に位置している。この組立体
はこれに加えて次のものを備えている。
ランスの上端の外側に、通常ランスが可動支持体に結合
されている場所の近くに、所要の精度と適当な限界内で
ガス入り口止力を変えることのできる調整弁、 ランスの下端部、即ち先端部に、処理される浴の表面に
推進するガスジェットの出口(図面の上部近<)、及び 半径方向に、単一の耐火性保護スリーブ又は管1に関し
外側に位置している同心の冷却水送出金属導管のいずれ
か。
これらの素子は、本発明の本旨に関係していないので図
示してない。
図示のラバル羽口は、ガスの流れ方向に見て収束部4を
有し、末広がり部2で終わる円筒形喉部3がそれに続い
ている。末広がり部と収束部の長さと形状は中央スロッ
トル本体5の先端部6の輪郭と位置の関数として構成さ
れ、その逆も成立する。円筒形喉部3の長さは極端に短
くできる。
中央スロットル本体5の下部は、第2図に示すように円
筒形銅製ハウジング7の上部に摺動自在に取り付けであ
る。ハウジング7はそれ自体デイスタンスピースを介し
て酸素送出ランス管lに強固に結合されている。作動装
置の助けでランスの軸線に沿って全スロットル本体5を
前後に動かすことができる。作動装置は、例えば線形ス
テップ・パイ・ステップモータを使うことができる。こ
の目的のため、モータに連結された位置決め円筒体13
に案内された押圧/引っ張り棒8に、例えばねじ8.1
によりスロットル本体5を結合する。インプットデータ
を計算し、押圧/引っ張り棒の再位置決めの信号を発信
する電子式制御器を介してこのモータを作動する。イン
プットデータには、実際の流量、所望の流量及び押圧/
引っ張り棒の実際の位置に関するデータがある。
羽口の収束部4の上流にある小室9は、0−リング10
により主導管を流れる酸素が侵入して来ないようになっ
ている。小室9は溝11を介して酸素導管の喉部3の区
域と連通している。溝11は中央スロットル本体5の特
殊形状の先端部6の面に小室9から軸線方向に延びてい
る。この構成により、作動装置はかなり低い動力ですむ
。特殊形状の先端部6の輪郭に沿って作用する低い圧力
はランスの出口の方に全中央スロットル本体を吸い込も
うとする。尚、低い圧力は先mlのどこの点での圧力で
あるかにより、及びランスの操作方法により変動する。
溝11により、点12に近接している所で発達している
低い圧力は空洞9の内部に進行する。
ランス接続口の近傍で、従来の末広がり部が、テーパの
付いた外壁2.1を介してガス流れの通常の膨張を制御
する。尚、末広がり部は通常ランス接続口の出口位置に
達している。この区域の上流に、新規な末広がり領域が
、ガスの膨張を誘発する特殊形状の先端部6と、好適に
は円筒形である外側管2.2とにより構成されている。
しかし、この管はガスの膨張エネルギーに主要な影響を
及ぼさない。中央スロットル本体5の先端部6の幾何学
的形状は収束部4の形状に依存している。この形状は、
計算によるか又は実験による試行かのいずれかにより、
流れの乱れが最小限に維持され、かつガスが進行するに
つれて加速されるように決定される。明らかに、中央ス
ロットル本体5の特別形状の先端部6が適当な形状を有
するなら、ガス膨張の主要な部分はこの先端86に沿っ
て起こり、それ故更に古典的末広がりB2,1はその重
要性を失い、かつその廃止は全く予想し得るものである
喉部が従来の羽口に使用されていたように、本発明に係
る喉部3は一定の断面を有する円筒形管の形状を有する
外側案内壁と更に中央スロっトル本体5の長手方向壁に
より形成される内側円筒形案内壁とにより構成されてい
る。喉部3の長さは中央スロットル本体の位置に依存し
、かつ決めにくい場合には収束部を末広がり部から分離
する単なる面にすることができる。
収束部4は、中央スロットル本体5の長手方向壁と羽口
の壁の外側収束形状面4.1により構成される内側円筒
形面によりその境界が定められる。
収束部の形状は先端部6の新規な末広がり形状部の形状
よりは重要でなく、かつ決めかねる場合円錐形でよい。
しかし、中央スロットル本体5の先端部6の形状と補完
し合う意味合いのある形状を有する特殊形状の壁部4.
1を予知しておくことは利点がある。
好適実施例では、羽口の軸線を通る平面と中央スロット
ル本体5の特殊形状先端部6が交差する形は放物線を描
き、その放物線は先端部の鋭い尖端の形に境界を形成し
、かつほぼ円形軌跡により中央スロットル部材の本体に
関連付けされている。
このような形状の主目的は乱れを生成する不連続性を回
避することである。
通常の運転方法はまず −ガス導管の弁の設定によりガ
ス源を任意の圧力に選定し、 −中央スロットル本体5
の先端部6の位置を調整してガスの流れを変化させる。
これにより、ジェットの爆出を伴うことなしに任意のマ
ツハ数にガスの流量を調整することができる。しかし、
条件を限定するために、多少通常の条件を変えることは
容易である。ガス源の圧力を低く選定し、かつ中央スロ
ットル本体5を最大限前に突き出したとき、従って主酸
素導管の中で実効断面積を最小に減じたとき、最も軟質
なガスジェットを得ることができる。他の制限条件は極
端に硬質のガスジェットである。ガス源を高い圧力に選
定し、中央スロットル本体5を最大限引き込み、従って
主酸素導管の喉部の実効断面積を最大にするとき、硬質
のガスジェットが得られる。
注意すべきことは、従来のラバル羽口を持つランスを軟
質ガスジェット又は硬質ガスジェット用のいずれかに設
計するとき、それらを設計する条件以外の他の吹き込み
条件が要求される精錬段階の使用には完全には適合しな
い。軟質ジェットを供給するランス構成でガスの加速を
実質的に増大することはできない。一方便質ジエツトを
予定しているランスでは、射出するガス量を任意に増加
することはできない。両方の場合において、ガス源の圧
力を増加すると、衝撃波の発生を引き起こし、衝撃波は
ガスの加速を阻害し、流れを制限する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、ラバル羽口と中央スロットル本体の特殊形状
先端部とを備える内側ガス送出管により形成されたガス
射出ランスの一部の好適実施例の断面図; 第2図は作動装置のハウジングを含む中央スロットル本
体全体の断面図である。 1・・・酸素吹き込みランス 2・・・末広がり部 2.1・・・テーパの付いた外壁 2.2・・・外側管     3・・・喉部4・・・収
束部      4.1・・・収束部5・・・中央スロ
ットル本体 6・・・先端部      7・・・ハウジング8・・
・押圧/引っ張り棒 8.1・・・ねじ 10・・・0−リング 12・・・デイスタンスピース 9・・・空洞、小室 11・・・溝

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、冶金用槽に入れてある溶融金属又は鉄合金の精錬に
    使用する酸素吹き込みランスであって、そのランスの端
    部にラバル羽口導管を備え、そのラバル羽口導管は、ガ
    ス流れの方向に収束部(4)の輪郭を構成しながら変化
    する断面を有し、喉部(3)とかつ出口近傍で末広がり
    部(2)とが前記収束部(4)に続き、並びにほぼ円筒
    形中央スロットル本体(5)は前記喉部(3)の区域で
    前記羽口の軸線に沿って可動である、酸素吹き込みラン
    スにおいて、末広がり区域は、内側酸素送出管(1)の
    ほぼ円筒形の壁と、ガスの膨張を確実にするように形状
    された前記中央スロットル本体(5)の突出先端部(6
    )により形成されている、ことを特徴とする酸素吹き込
    みランス。 2、前記先端部(6)は、前記中央スロットル本体(5
    )の軸線を通る平面と交差してできる曲線はその曲線の
    中央部に変曲点を有するように、形状されることを特徴
    とする請求項1に記載の酸素吹き込みランス。 3、前記中央スロットル本体(5)の軸線に直交する平
    面内で前記中央スロットル本体(5)の軸線に沿った前
    記先端部(6)の断面積の変化率は、前記中央スロット
    ル本体(5)の側に向かって減少し、中央部で大きく、
    かつ前記先端部(6)の先端に向かい減少する、ことを
    特徴とする請求項1又は2に記載の酸素吹き込みランス
    。 4、前記中央スロットル本体(5)の軸線を含む平面と
    前記先端部(6)との交差線は、ほぼ円形曲線により前
    記円筒形中央スロットル本体に連結される放物線を示す
    、ことを特徴とする請求項1から3のうちいずれか1項
    に記載の酸素吹き込みランス。 5、前記中央スロットル本体(5)の前記先端部(6)
    は交換可能であることを特徴とする請求項1に記載の酸
    素吹き込みランス。 6、前記中央スロットル本体(5)はこの中央スロット
    ル本体(5)の円筒形下端部を取り囲む空洞(9)の中
    を可動で、この空洞(9)は、収束部(4.1)の上流
    の主ガス導管を流れる流れからO−リング(10)によ
    り気密に分離されている、ことを特徴とする請求項1に
    記載の酸素吹き込みランス。 7、前記空洞(9)は前記中央スロットル本体(5)の
    前記先端部(6)の溝(11)によりガス流れと連通し
    ていることを特徴とする請求項6に記載の酸素吹き込み
    ランス。 8、前記特殊形状の先端部(6)及び前記収束部が前記
    羽口の軸線を通る平面と交差してできる曲線は少なくと
    も部分的に相互に相似している、ことを特徴とする請求
    項1から7のうちいずれか1項に記載の酸素吹き込みラ
    ンス。
JP1227637A 1988-09-28 1989-09-04 酸素吹き込みランス Expired - Lifetime JP2786266B2 (ja)

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