JPH04304307A - 精錬炉羽口の保護部材および保護方法 - Google Patents

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、製鋼転炉、溶融還元炉
などの金属精錬炉羽口の保護部材および保護方法に関す
る。詳述すれば、金属精錬炉に収容された溶融金属にガ
スおよび／　または粉体を吹き込む羽口の保護部材およ
び保護方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属精錬炉としてその代表例である転炉
を例にとって以下説明する。製鋼用転炉は、近年に至り
上吹酸素転炉に加えて底部からもガスを吹き込む底吹き
転炉が広く用いられるようになってきた。これによれば
炉底部より鋼浴を撹拌するガスを吹き込むことにより、
スラグと溶鋼の撹拌を充分に行い上部からの酸素ガスの
影響によりスラグ中に生成するＦｅＯ　量を減少させる
等の効果があり、それにより歩留の向上を計ることがで
きる。

【０００３】この溶鋼を撹拌するガスの供給口を羽口と
称し、これは通常、鋼製のパイプ構造となっている。常
に窒素ガスなどで冷却して溶損を防止しているが、酸素
または酸素を主体とした混合ガスを吹込むプロセスでは
底吹羽口の寿命を延ばす方法として上記ガスを吹き込む
管の外側に冷却用のガス通路を有するいわゆる２重管ま
たは３重管からなる多重管羽口が使用されている。羽口
の冷却は最も重要であって、いずれの構造であっても羽
口寿命の安定的な延長を図るためには十分な冷却を行わ
なければならない。

【０００４】このような多重管羽口の冷却ガスとしては
不活性ガスをはじめとして熱分解による吸熱量の大きな
プロパンガスが一般に使用されている。またプロパンガ
スの代わりに灯油やＣＯ２　ガスを使用するプロセスも
あるが、この場合も同様の分解反応に伴う吸熱反応を利
用して羽口を冷却している。図３は、溶鋼（１２００　
〜１６５０℃）　へ多重管羽口１０の２重管１２から酸
素ガスおよびプロパンガスを吹込んでいる様子を模式的
に示す概略説明図である。図中、外側のガス通路１４か
ら吹込まれるプロパンガスは通路内で一部分解吸熱する
とともに最終的分解生成物であるＨ２やＣは溶鋼中でＯ
２ガスと反応してＣＯ、Ｈ２Ｏ　ガスを生成し、溶鋼を
撹拌する。しかし、上記ガス生成反応は発熱反応である
ため、羽口出口近傍は非常に高温となり、溶損が生じや
すくなる。また、このようなガスが羽口出口近傍で生成
すると、バックアタックと称する泡の弾性によるたたき
現象で生ずる物理的な損傷が羽口や耐火物で起こる。

【０００５】一方、図４および図５に示すように、これ
らの冷却ガスが分解して生成したガスが溶鋼を過冷却す
ることにより羽口上方にマッシュルーム２０と言われる
凝固物を生成する。このマッシュルームが徐々に成長す
ることで羽口の保護、羽口周辺の耐火物の保護を行う。 すなわち、図４では外側ガス通路１４の出口近傍にまず
小さなマッシュルーム２０が生じ、次いでこれが図５に
示すような大きなマッシュルーム２０に成長してゆくの
である。 このようなマッシュルームができるまでは図３に示すよ
うなＣＯ、Ｈ２Ｏガス生成的のバックアタックにより羽
口周囲の耐火物には亀裂が発生したり、さらに熱応力が
加わったり、スラグ、メタル侵入層が生じたりして熱損
傷が起こり、その部分の耐火物は剥離して、図４に斜線
領域で示すような耐火物侵食領域が生成する。すなわち
、炉の稼動初期には羽口金物しかなくマッシュルームが
ない状態で溶湯を入れるために冷却ガスは羽口金物先端
部で分解し溶鋼と接触する部分においては供給された酸
素と反応することになる。

【０００６】Ｃ３Ｈ８　→　３Ｃ　＋　４Ｈ２　　　　
吸熱反応Ｃ　＋　１／２Ｏ２　　→　ＣＯ　　　　　発
熱反応Ｈ２　＋　１／２Ｏ２　→　Ｈ２Ｏ　　　　発熱
反応したがって、酸素の供給口である中心部はその上面
で高温ガスとなり、その結果羽口は焼損しやすくなる。 また、このようなガスが泡となって羽口先端から離れる
際、泡の弾性によってバックアタックが生じる。レンガ
面においてはマッシュルームの生成がないため、バック
アタックによる応力を直接受けることになる。また側面
、上面からの加熱および羽口部からの冷却とで大きな温
度勾配を生じ、レンガ面にはさらに熱的応力も加わるこ
とになる。これらの応力でレンガ面に亀裂が発生し、さ
らにこの亀裂の中にスラグメタルが侵入し、亀裂が進展
していくものと推定される。このとき小さなマッシュル
ームが生成しはじめたとしてもこのような亀裂で耐火物
は剥離し同時にマッシュルームは溶損または脱落する。 これらのくり返しにより羽口、周辺耐火物が損傷するが
、損傷くぼみがある程度の大きさになると溶鋼の停滞域
　（デッドゾーン）　ができ溶鋼対流による熱の供給が
減少し、図５に示すようにマッシュルーム２０は大きく
成長する。

【０００７】炉稼動初期の羽口、羽口周辺耐火物の損傷
を防止するためにはスラグメタルの侵入を防止し周辺レ
ンガをも含めた保護が必要である。一旦図５に示すよう
なマッシュルーム２０が生じてしまえば、そのような熱
損傷の心配はなく、羽口を長寿命化することができる。 しかし、それまでの羽口および周囲耐火物の損傷を回復
させることはできない。このように、羽口および羽口周
辺の耐火物の寿命はこのマッシュルーム生成により律速
されており健全なマッシュルームの速やかな生成方法が
羽口寿命の長期化には重要となっている。

【０００８】例えば特開昭６２−１０９９１８号公報に
示されている方法では、２重または３重管を用い、外側
の管からはプロパンガスとＣＯ２　ガスとの混合ガスを
供給し、炉内にマッシュルームを速やかに形成させよう
としている。 しかし、実操業においては、溶鋼を操業過程で冷却し、
通気性の凝固物であるマッシュルームを速やかに生成さ
せることは困難であり、特に炉の稼動初期における健全
なマッシュルームの生成がその羽口、羽口周辺耐火物の
寿命を大きく左右することから、ある程度の耐火物損傷
は止むを得ず、それに伴って羽口寿命の延長にも限界が
あると考えられてきた。さらにスクラップを溶解したり
、鉱石を還元して銑鉄を製造する場合等において、初期
に溶湯がない場合には特にマッシュルームの生成は困難
でかつ精錬初期過程での羽口損傷が大きい。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前述
の如く、従来法の欠点である精錬炉の炉底等に設置され
た多重管底吹羽口において炉稼動初期のマッシュルーム
未生成時期における羽口損傷を防止し羽口損傷量を微少
にし羽口寿命の長期化を可能にする底吹羽口の保護方法
およびそのための保護部材を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、かかる課
題を達成すべく種々検討を重ねた結果、金属精錬炉の炉
底部等に多重管羽口を設けて冷却を行う場合、その損傷
は炉の稼動初期のマッシュルーム未生成期および不安定
期に集中して見られることに着目し、予め人工的に形成
したマッシュルームを最初より設置することにより、羽
口保護を行うことで長寿命化をはかるとの着想に至った
。

【００１１】そこで、本発明者らが、実操業において生
成したマッシュルームの組成を調査した結果、炭素濃度
が０．４　〜２．０　％で層状になっており、このこと
から溶銑炭素濃度４．０　〜４．３　％に比べかなり低
い値となっていることが判った。すなわち、融点の低い
、つまり高炭素濃度領域ではマッシュルームは生成せず
、たとえ生成したとしても融点が低いためすぐに溶けて
しまい消滅してしまう。一方、溶鋼成分に近い低炭素濃
度では、融点が高く、したがってこのような低炭素濃度
のものが安定なマッシュルームとして残りやすくなって
いると思われる。 その後マッシュルームが成長すると最終的には冷却ガス
の冷却能と溶鋼等の熱によりバランスする大きさになる
。大きくなりすぎると受熱面積が大きくなりすぎて溶解
する。これを繰り返して、適当な大きさに落ち着くので
ある。このことから分かるように、ある一定期間のマッ
シュルーム未生成期間の存在は不可避であって、結局、
その期間中の耐火物、羽口の損傷も不可避である。

【００１２】したがって、この点についてさらに検討し
た結果、炉の稼動前に所定のマッシュルームに相当する
保護部材を予め羽口前面の周囲に付けておくことにより
初期損傷を防止できることが判明した。ここに、本発明
の要旨とするところは、金属精錬炉の多重管羽口の前面
に突出して取付けられる部材であって、全体がきのこ型
のガス通気性多孔質体から構成され、羽口中心口に対応
する箇所に貫通孔を備えたことを特徴とする金属精錬炉
羽口の保護部材である。

【００１３】また、別の面からは、本発明は、金属精錬
炉に収容された溶融金属にガスおよび／　または粉体を
吹き込む多重管羽口の保護方法であって、該多重管羽口
の周囲に該精錬炉内壁面より突出して上述の保護部材を
設けることを特徴とする精錬炉羽口の保護方法である。 本発明は、その好適態様によれば、予め酸素または粉体
が通過できるように中心部は開孔し、冷却ガスが通過す
る部分のみ多孔質羽口保護部材から構成したことを特徴
とする羽口保護部材または耐火物である。さらに別な面
からは、本発明は、溶融金属の精錬炉で炉の底部等から
ガス等を吹き込む多重管羽口において、予めガスが通過
可能な多孔質金属および／または耐火物を多重管羽口の
冷却部に炉底等のレンガ表面に突出させて付けておくこ
とを特徴とする炉の羽口保護方法である。

【００１４】

【作用】次に、添付図面を参照してさらに本発明を具体
的に説明する。図１は、本発明にかかる保護部材の１例
を略式で示す断面図であり、図２は羽口周囲に保護部材
を取付けた様子を示す略式説明図である。図中、全体が
きのこ型の本体３０は、いわゆる保護金物あるいはセラ
ミックスであって、ガス透過性となっている。中心には
貫通孔３２が設けられており、これは図２からよく分か
るように、多重管羽口の中心口３４に対応する位置に来
るようになっている。多重管羽口の中心口３４の周囲に
設けられた冷却ガス用のノズル口３６に対応する箇所に
は前述の多孔質体の本体３０がくるようになっている。 冷却用ガスはこのノズル口３６から出て多孔質本体３０
を経てから溶鋼中に放出される。このときの放出面積は
拡大しているため中心孔から酸素ガスと接触する機会は
少なくなり、分解生成物と酸素ガスとの急激な反応は阻
止される。

【００１５】本発明にかかる保護部材を構成する多孔質
体とは、金属または耐火物であり、機械的に小さな孔を
多数開けてもよいが、粉末冶金法による焼結体、さらに
は金属の場合には発泡金属のようなものがより好ましい
。また、繊維の中に気孔を有するセラミックス繊維の集
合体、すなわちセラミックスフォームを鋳型の中に入れ
、その上に金属を鋳込んで作成すると比較的容易に多孔
質体を製造することができ、安価に保護部材を作成する
ことが可能である。この場合には多孔質体は、金属とセ
ラミックスフォームからなる。

【００１６】また、金属成分としては自然のマッシュル
ームと同じく溶銑より低い炭素濃度０．５　〜３．５　
％の鉄、鋼が望ましく、その他は精錬に悪影響を及ぼさ
ない成分であればよい。鋳鉄等が望ましいが、ステンレ
ス鋼のような耐熱鋼でもよい。また、耐火物としてはＭ
ｇＯ　を主体とするマグカーボン、マグドロ、マグクロ
れんが等である。気孔率としては、気孔密度５　〜５０
個／ｃｍ２、気孔径＜０．６ｍｍ　が好ましい。本体３
０の形状は特に制限はなく、貫通孔３２を備え、冷却ガ
ス用ノズル口３６を覆う構造であれば、特定構造のもの
には制限されない。しかし、一般には図１に示すように
多孔質の本体３０内をガスがより均一に流れるためには
半円球状に近い形がよい。その他、断面が台形、矩形、
さらには円錐形であってもよい。

【００１７】図２に示すように、実際の操業に当たって
、底吹き羽口中心３４より撹拌用のガス（Ｏ２）を冷却
ガス用のノズル口３６よりプロパンガス等の冷却ガスを
吹込むと、冷却ガスであるプロパンガスは多孔質羽口保
護部材内で熱分解し、この多孔質体を冷却することによ
り多重管である羽口金物および周辺耐火物を保護する。 すなわち、本発明によれば、まず、プロパン等の冷却ガ
スの通気が可能でその分解による冷却が可能な多孔質体
から成る保護部材を羽口前面に取付ける。そのときの固
定手段は特定のものに制限されないが、例えば、図１に
示すように、気孔を設けた鋼　（Ｃ≦２％）　もしくは
耐火物またはそれらの混合物でもって多重管羽口の内管
４０、外管４２を構成し、その先端部に予めネジ加工を
施しておき、この多重管羽口の内・外管を炉内に突き出
して設けておき、これに同じくネジ加工した保護部材を
ネジ込んでもよい。このときは内管４０を取り囲むよう
に多孔質体に一種のガスの溜め４４を設けておくのが好
ましい。

【００１８】なお、本発明において用いる人工マッシュ
ルームに近似する構造を有する部材としていわゆるポー
ラスプラグというものがあるが（　例：　特開平３−７
４６９号公報）　、これはノズルの構造そのものであっ
て、本発明におけるようなノズル口およびその周辺の耐
火物保護用に用いられるものでもなく、そのような作用
効果を発揮するものでもない。次に、上底吹き転炉にお
ける２重管羽口での本発明の実施例について述べる。

【００１９】

【実施例】表１に示す精錬条件で底吹き２重管羽口２本
の内１本に図１に示す形状および寸法の本発明の保護部
材を事前に取付けてテストを実施した。保護部材の材質
は、重量％で、Ｃ：　１．６７　、Ｓｉ：　＜０．０１
、Ｐ：０．０５０　、Ｓ：０．００４　、Ｍｎ：０．３
０　、残部Ｆｅの金属をセラミックスフォーム中に鋳込
んだものであり、気孔径は０．１５〜０．３　ｍｍ、気
孔数は３５〜５０個／ｃｍ２　であった。

【００２０】その結果、従来のように保護部材を設けな
かった羽口においても３０チャージ後において直径１２
０　ｍｍ程度のマッシュルームが生成していたが、初期
の羽口長さに対し平均０．２８ｍｍ／ｃｈ　の損傷があ
った。しかし、本発明によれば、初期の羽口長さに対し
０．１９ｍｍ／ｃｈ　の損傷であり、かつ当初取付けた
保護部材は健全で羽口周辺レンガの損傷はほとんどない
。このように羽口損傷が０．２８ｍｍ／ｃｈ　から０．
１９ｍｍ／ｃｈ　に減少したことは周辺の耐火物に対す
る熱的負荷についても当然効果が大きいことであり、そ
の意義は大きい。なお、本例における出鋼時の炭素含有
量は０．０５％、温度は１６６０℃であった。以上、本
発明にかかる保護部材によって稼動初期の羽口を保護す
ることにより炉体炉底レンガの損傷を軽微に押さえる効
果がある。

【００２１】

【表１】

【００２２】

【発明の効果】本発明により簡便な手段でもって上底吹
き転炉法の重要な要素である底吹き羽口の寿命を延長す
ることが可能でそのコストメリットは大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる羽口保護部材の略式断面図であ
る。

【図２】本発明にかかる羽口保護部材を底吹き羽口前面
に取付けたときの様子の説明図である。

【図３】底吹き羽口からのガス吹き込みに様子の略式説
明図である。

【図４】底吹き羽口近傍の耐火物の損傷の様子の略式説
明図である。

【図５】羽口前面に形成されたいわゆるマッシュルーム
の略式説明図である。

【符号の説明】

３０　　本体 ３２　　貫通孔 ３４　　羽口中心口 ３６　　冷却ガス用のノズル口

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属精錬炉の多重管羽口の前面に突出
   して取付けられる部材であって、全体がガス通気性多孔
   質体から構成され、羽口中心口に対応する箇所に貫通孔
   を備えたことを特徴とする金属精錬炉羽口の保護部材。
2. 【請求項２】　　金属精錬炉に収容された溶融金属にガ
   スおよび／　または粉体を吹き込む多重管羽口の保護方
   法であって、該多重管羽口の前面に該精錬炉内壁面より
   突出して請求項１記載の保護部材を設けることを特徴と
   する精錬炉羽口の保護方法。