JPH05171236A

JPH05171236A - 金属溶解炉羽口の保護部材

Info

Publication number: JPH05171236A
Application number: JP34073591A
Authority: JP
Inventors: Hiroaki Ishida; 博章石田; Hiroyuki Ikemiya; 洋行池宮; Masaru Ujisawa; 優宇治澤
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-12-24
Filing date: 1991-12-24
Publication date: 1993-07-09

Abstract

(57)【要約】【構成】金属溶解炉炉壁部の羽口および羽口周辺レンガ
の前面に取付ける碗状多孔質体の保護部材。保護部材は
内面に空間部を、さらに必要により取付金具あるいは貫
通孔を有する。【効果】羽口および羽口周辺レンガの局部溶損防止。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、スクラップ溶解炉、電
気炉等の金属溶解炉用羽口の保護部材に関する。詳述す
れば、金属溶解炉に収容された装入物にガスおよび／ま
たは粉体を吹き込む羽口の保護部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】金属溶解炉としてその代表例であるスク
ラップ溶解炉を例にとって以下説明する。

【０００３】現在、銑鉄はその大部分が高炉によって製
造されている。高炉製銑法そのものは、永年にわたる改
良が積み重ねられて銑鉄の大量生産技術としては極めて
優れたものとなっている。しかし、高炉製銑法は、鉄源
としては焼結鉱を、燃料（還元材）としては高品位のコ
ークスを使用するものであり、利用できる原燃料の制約
がある。また、近年の高炉は巨大化し、しかも一旦火入
れした後は停止、再起動が簡単にはできないため、鋼材
需要の変動に応じる柔軟性に乏しい。

【０００４】上記のような従来の高炉製銑法の問題点を
解消すべく、本発明者らは製鋼用の転炉に類似する筒型
炉を使用し、鉱石とスクラップとを鉄源として用いる新
しい製銑方法を発明した（特開平１−290711号公報参
照) 。

【０００５】本発明者らは、上記発明に続いて、この方
法に使用する炉の炉壁に設ける一次ないし二次羽口を、
セラミクス製とすることを特徴とする発明をなし、先に
特願平３−15134 号として出願した。しかし、この技術
では、羽口の曲りおよびそれによって生ずる炉壁レンガ
の局部溶損は防止できるものの、羽口周辺レンガが先に
溶損して相対的に炉内に突出した羽口そのものを、スク
ラップ装入の際の衝撃で割落させるという方法にとどま
っており、結果的に、炉壁および羽口の長寿命化が十分
達成されないという問題がある。

【０００６】また、本発明者らは、特願平３−68573 号
において、金属精錬炉の羽口および羽口周辺レンガの損
傷を防止するために有効な保護部材とその保護方法を提
案した。この発明の要旨は、いわば人工的な、いわゆる
マッシュルームを予め羽口の周辺に備えるというもので
あるが、主として直接溶湯と接する炉底に設けられる羽
口を対象としており、これをそのまま金属溶解炉の側壁
部の羽口に適用しようとすれば、マッシュルームの形状
などに種々問題がある。

【０００７】このように、特に金属溶解炉の側壁に設け
られる羽口と羽口周辺レンガの効果的な保護ないし溶損
防止法は、従来の技術では提供されていない。

【０００８】以下に、前記の問題点を図によって説明す
る。図５は、本発明で述べる転炉形式筒型の金属溶解炉
の一例を示す模式図である。この筒型炉１は図示のよう
に、炉上部に炉内ガスの排出と原料装入用の開口部２、
炉壁下部に支燃性ガス（Ｏ₂含有ガス) と必要に応じて
燃料を吹き込む一次羽口３、その上部炉壁に支燃性ガス
を吹き込む二次羽口４、炉底に出銑口５とスラグを排出
する排滓口10を備えている。この一次羽口と二次羽口
は、溶銑、スラグ９の溶湯面より上部に位置している。
さらに脱硫剤等を吹き込むための炉底羽口６を設けても
よい。この炉は製鋼用転炉のように傾動できるものであ
るのが望ましい。

【０００９】上記筒型炉１を用いて溶銑を製造するに
は、まず炉内下部にコークス充填層７を、その上にスク
ラップ８−２と鉄鉱石８−１の充填層８を形成させる。
そして下部のコークス層７に一次羽口３から支燃性ガス
（酸素含有ガス）を吹き込んで下記(1) 式の反応を生じ
させ、その反応熱によってコークス層７を高温に保つ。

【００１０】Ｃ＋1/2O₂→CO＋29,400kcal/kmol ・Ｃ・・・(1) 上記(1) 式で発生したCOは、スクラップと鉄鉱石の充填
層８で二次羽口４から吹き込まれる支燃性ガスと下記
(2) 式の反応（二次燃焼）を起こす。その反応熱はスク
ラップと鉄鉱石の加熱および溶融に利用される。

【００１１】 CO＋1/2O₂→CO₂＋67,590kcal/kmol ・CO ・・・(2) この反応で溶融した鉄鉱石（溶融酸化鉄）は下部のコー
クス層７に滴下して高温のコークスと下記(3) 式のより
反応してすみやかに還元される。

【００１２】 Fe₂O₃＋３Ｃ→２Fe＋３CO−108,090kcal/kmol・Fe₂O₃・・・(3) (1) 式および(3) 式で発生したCOはスクラップと鉄鉱石
の充填層８内で二次燃焼するために、それらの加熱と溶
融に有効に利用されて高い燃料効率が達成される。

【００１３】この方法で銑鉄を連続的に生産する場合に
は、スクラップと鉄鉱石の充填層８が軟化半溶融状態に
なった時点で、その半溶融層の上部に次回溶解用のコー
クス充填層を、さらにその上部にスクラップおよび鉄鉱
石を主体とする充填層を交互に形成し、排滓、出銑する
という操作を繰り返して行う。なお、上記の方法におい
て、炉の上部開口部から装入する鉱石は、通常の鉄鉱石
の外にMn、Cr、Mo、Niなどを多く含む鉱石またはこれら
の酸化物を使用することができる。また、これらの鉱石
類およびコークスとともに、珪石、石灰石、蛇紋岩、蛍
石などの副原料を装入することができる。

【００１４】鉄鉱石は、炉の上部開口部からだけでな
く、粉状鉱石を一次羽口および／または二次羽口から吹
き込むこともできる。一次羽口および二次羽口から吹き
込む支燃性ガスは、前記のとおりＯ₂含有ガスである
が、一次羽口からは支燃性ガスとともに、微粉炭や重
油、天然ガスなどの気体または液体の燃料を吹き込むの
が望ましい。

【００１５】ところで、上記の銑鉄製造装置において、
従来は、炉内保護部材のない羽口、すなわち図６に示す
ように金属製二重管で内管４ｂから支燃性ガス11を、内
管４ｂと外管４ａとの間から冷却用のガス、例えば窒素
（Ｎ₂)13をそれぞれ流す羽口４を採用していた。しか
し、これには次のような問題がある。即ち、図６(a) に
示すように炉壁耐火レンガ14が新しい状態では羽口先端
は炉内耐火レンガ表面14ａからわずかに炉内側に突出さ
せてあるが、図６(b) 、(c) に示すように炉を使用する
につれ炉壁耐火レンガ14が溶損し、相対的に羽口先端が
炉内へ突出した状態となる。特に上部にある二次羽口４
の場合、炉口からのスクラップ８−２の投入によりこの
羽口先端が衝撃を受け下方へ曲がる。このため、支燃性
ガス11を所定の方向へ吹き込めないばかりか、曲がりが
ひどい場合は炉壁耐火レンガ14に局部溶損14ｂを生ずる
事態さえ発生する。

【００１６】また、図６(d) に示すように、羽口前方直
近にスクラップ等の大型固型物があった場合、吹き込ま
れたガスは、これに当たって炉壁レンガに向かう方向に
反射し、上記と同様な局部溶損を発生させる。

【００１７】図７(a) は、前記先願発明のセラミック製
羽口の適用例を示す図である。図７(b) 、(c) に示すよ
うに、装入スクラップの衝撃で、突出した羽口部分その
ものを割落させて、羽口の曲がりを回避しようとするも
のであるが、この方法でも本質的に羽口および羽口周辺
の炉壁レンガの溶損を積極的に防止することができない
ことは明らかである。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、炉壁
耐火レンガが溶損して羽口先端が炉内に突出し、装入物
投入時の落下衝撃を受けた時の羽口曲損に起因する炉壁
の局部溶損防止および酸素ガスなどの支燃性ガス吹き込
み方向の安定化と均一分散化が可能となる金属溶解炉用
羽口の保護部材を提供することにある。

【００１９】また、羽口前方直近にスクラップなどの大
型固形物が存在したとき、羽口から吹き込んだ上記支燃
性ガスが、この固形物に当たって炉壁方向に反射し、炉
壁レンガを局部的に溶損することを防止する、しかも防
爆安全性に優れた羽口の保護部材を提供し、炉側壁部に
設けられる羽口および羽口周辺レンガの長寿命化および
操業の安定化を計ることにある。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、前記特願
平３−68573 号で提供した人工マッシュルームによる羽
口保護部材を、特に金属溶解炉の炉壁に設けられた羽口
に適用するため、種々検討を重ねた結果、羽口の構造に
応じた好適な保護部材の基本的な形状ならびにその好適
な使用方法があることを見出した。

【００２１】本発明の要旨は、下記の保護部材にある。

【００２２】(1) 金属溶解炉炉壁部の単管または多重管
羽口の前面に取付けて、羽口を保護する部材であって、
通気性の多孔質材料製の椀状体であることを特徴とする
金属溶解炉羽口の保護部材。

【００２３】(2) 中央部に羽口内管または中心管が嵌合
するための貫通孔を有する上記(1)記載の金属溶解炉羽
口の保護部材。

【００２４】(3) 通気性の多孔質材料製の椀状体と、そ
の椀状体を金属溶解炉炉壁に取付けるための取付金物か
らなる単管または多重管羽口を保護する部材であって、
この取付金物は中央部に羽口管が嵌合するための取付孔
を有し、この取付金物と前記碗状体との間に空間部が形
成されていることを特徴とする金属溶解炉羽口の保護部
材。

【００２５】(4) 前記椀状体の中央部に、羽口内管また
は中心管が嵌合するための貫通孔を有する上記(3) 記載
の金属溶解炉羽口の保護部材。

【００２６】

【作用】筒型炉の場合には、炉壁の上部および下部の一
次羽口および二次羽口 (以下、作用の説明では炉壁羽口
と記す) は、溶湯、例えば溶銑と直接接することは通常
の溶解操業中にはないため、炉底羽口のように、羽口か
ら吹き込まれた冷却ガスによる過冷却と周辺の熱とのバ
ランスで生ずる、マッシュルームといわれる凝固鉄によ
る羽口先端部と羽口周辺レンガの保護は期待できない。
したがって、筒型金属溶解炉の安定操業と炉寿命の延長
を確立するためには、炉壁羽口に対しては炉底羽口より
も、さらに積極的な保護のための方法を構ずる必要があ
るが、この場合でも、いわば人工マッシュルーム的な保
護部材は極めて有効である。しかし、この適用に当たっ
ては、ガス通気性多孔体でなければならないことは同様
であるが炉底羽口と異なる条件下にあるため、保護部材
および羽口はさらに次のような条件を満たすことが必須
である。

【００２７】(1) スクラップ等の投入衝撃を受けるた
め、金属性の材料で作られていることが望ましい。

【００２８】(2) また、同じ理由により、保護部材は炉
内に大きく突き出した形状 (例えば大きなきのこ状) よ
りも、平たい形状が望ましい。

【００２９】(3) スクラップ溶解の場合には、一般的に
はいわゆるソフトブローが望ましく、したがって、ガス
の過剰な突出速度を避け、均一なガス分散をはかって煉
瓦の局部溶損を防止するために、多孔質体の保護部材の
内面に、ヘッダーの役割を担う空間部を設ける必要があ
る。このため、保護部材の断面形状は、椀状体となる。

【００３０】(4) 二重管羽口の内管から含Ｏ₂支燃性ガ
スを、外管から燃料ガス (例えばプロパンなどの炭化水
素ガス) を吹き込む場合の防爆対策、および三重管羽口
の中心管から粉体を吹き込む場合のため、多孔質体保護
部材と羽口内管または中心管を嵌合・接続させなければ
ならず、したがって多孔質体には貫通孔を設ける必要性
もある。

【００３１】(5) 羽口の材料は、多孔質体保護部材の取
付けの簡便性および多孔質体保護部材と一体となって投
入物の衝撃を受けることなどから、金属製であることが
望ましい。

【００３２】図１〜４に望ましい実施態様を示す。

【００３３】図１(a) は、多孔質体保護部材の中心断面
図の例を示す。この保護部材15は、図示するように、炉
内レンガ表面14 aに対して空間部16を形成するように椀
状をなす。図1(b)および(c) は、正面図を示す例であ
り、この保護部材は、羽口および羽口周辺を覆う形状で
あれば、図示するような円形、矩形または多角形のよう
な形でもよく、その厚さは、約10mm程度で充分である。

【００３４】図２(a) は、椀状の多孔質体保護部材15の
中央部に、羽口内管と嵌合する貫通孔18と羽口との取付
金具17を有する保護部材の例である。図２(b) は、羽口
外管４a に燃料ガス22、同内管４b に支燃性ガス11を流
す二重管羽口に、図２(a) の保護部材を適用した取付例
を示す。保護部材15は、貫通孔18の周囲に取付けられた
取付金具17により、羽口内管４b と例えばネジ構造によ
って嵌合・接続され、一方炉壁レンガ表面14 aとは凹み
14 cとシール材14 dによって接続される。このような構
造により、燃料ガス22と支燃性ガス11は完全に分離され
て炉内に入り、防爆が達成されると共に、燃料ガス22
は、ヘッダーの役割を担う空間部16を経て多孔質保護部
材15を通過し炉内に均一分散される。二重管羽口の最外
径がφ17mm程度であれば、保護部材の外径、内径は、そ
れぞれφ100mm 、φ80mm程度、また空間部高さは30mm程
度が望ましい。

【００３５】図３(a) は、多孔質椀状保護部材15の、炉
壁14 aと接する底部にあって、この椀状体との間に空間
部16を形成する取付金物19を有し、その金物19の中央部
に羽口管が嵌合・接続される取付孔20を有する保護部材
の例である。図３(b) および図３(c) は、支燃性ガス11
と冷却用Ｎ₂ガス13または支燃性ガス11のみが吹き込ま
れる、防爆を考慮しなくてもよい場合の二重管または単
管羽口への取付例を示し、この場合の取付金物19の中央
部に設ける取付孔20は、羽口最外管と例えばネジ構造に
よって取付られる。この取付金物19は、炉壁面14 aに沿
ったガスのリークを完全に防止すると共にヘッダーの役
割を担う空間部16もまた完全に形成させる効果をもたな
ければならないため、通気性のない鉄板などの金属板で
構成される。図３(c) に示す単管羽口の場合、外径がφ
９mm程度であれば、保護部材の外径、内径はそれぞれφ
50mm、φ30mm程度、空間部高さは20mm程度が望ましい。
図４(a) は、保護部材15の底部の取付金物19、取付孔20
および貫通孔18、取付金具17を共に有する保護部材の例
を示す。図４(b) は、これを中心管４a に粉体21とキャ
リアーガス兼用としての冷却用Ｎ₂ガス13、内管４b に
支燃性ガス11、外管４c に燃料ガス22をそれぞれ流す三
重管羽口に適用した例を示す。この場合の取付は、外管
４c と底部取付金物19および内管４b と保護部材壁の取
付金具17の双方で行われる。燃料ガス22は、他のガスと
完全に分離され、爆発することなく炉内に均一分散し、
粉体も何ら支障なく炉内に吹き込むことができる。三重
管羽口の最外管径がφ30mm程度の場合、保護部材の外
径、内径はそれぞれφ150mm 、φ130mm 程度、空間部16
の高さは30mm程度が望ましい。

【００３６】以上のように、使用される羽口と吹き込ま
れるガスなどの種類によって保護部材の形状および取付
方法を適切に選択すれば安全性と共にその保護効果を高
くすることができる。

【００３７】本発明にかかる保護部材を構成する多孔質
体とは、基本的に金属であり、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
込むと比較的容易に多孔質体を製造することができ、安
価に保護部材を作製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
が、スクラップなどの投入衝撃が大きい上部の二次羽口
に対しても、金属質であるため十分耐えるものである。

【００３８】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0.5〜2.0 ％の鋼が
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。Ni、Ni−Cr合金鋼またはステンレス鋼のよう
な耐熱鋼でもよい。

【００３９】気孔率としては、気孔密度10〜100 個/c
m²、気孔径2.0mm 以下が好ましい。

【００４０】

【実施例】基本的に図５に示す構造の炉を用いて、表１
(1) 、表１(2) および表２に示す条件で溶解試験を実施
した。炉内直径は 1.5ｍ、炉底から炉口までの高さは
3.6ｍ、内容積は 6.0ｍ³である。一次羽口は炉底から
0.8ｍの高さの炉壁に90°間隔で４本、二次羽口は炉底
から 1.4ｍと 2.0ｍ高さの２段とし、炉壁に90°間隔で
各段４本、計８本それぞれ設置した。各羽口と保護部材
の形状は表２の通りである。保護部材は前記の鋼とセラ
ミックスフォームからなる気孔密度 20 〜30個/cm²、気
孔径 0.3 〜0.4mm の材質を使用した。

【００４１】鉄源としては、 0.4ｍ角、嵩比重 3.5t/m³
程度に揃えた鉄純度99％のスクラップと表３に示す組成
の粒径10mm程度の鉄鉱石および粒度100 メッシュの鉄鉱
石粉を使用した。燃料は、表４に示す組成の、粒径 20
〜70mmのコークスおよび粒度200 メッシュ以下の微粉炭
ならびに試験の一部ではプロパンガスをそれぞれ使用し
た。

【００４２】この条件で、連続的に１タッピング８トン
の溶銑を製造する操業を行った。その結果を保護部材の
相違および全く保護部材を使用しない比較例に区分して
表５に示す。

【００４３】表５から明らかなように、本発明の保護部
材を使用する方法によれば、いずれも羽口周辺レンガの
局部溶損は軽微であり、各羽口の平均溶損量は、保護部
材を使用しない比較例に対して約１／４に減少してい
る。なお、いずれの実施例でも操業後の保護部材は健全
な状態を維持していた。

【００４４】

【表１（１）】

【００４５】

【表１（２）】

【００４６】

【表２】

【００４７】

【表３】

【００４８】

【表４】

【００４９】

【表５】

【００５０】

【発明の効果】本発明の羽口および羽口周辺レンガの保
護部材を使用すれば、吹込ガスの均一分散と吹込材料の
所定方向を維持して炉内に供給でき、羽口周辺レンガの
局部溶損を回避することが可能である。さらに、羽口が
炉内に突出してスクラップ等の投入衝撃等を受けて生ず
る羽口曲りに起因する羽口周辺レンガの局部溶損も防止
できるため、炉全体の耐火物の寿命延長も達成すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の保護部材の中心断面図および正面図の
例である。

【図２】二重管羽口の場合の貫通孔を有する保護部材と
取付け方法の一例を示す断面図である。

【図３】単管羽口および二重管羽口の場合の貫通孔を有
しない保護部材と取付け方法の一例を示す図である。

【図４】三重管羽口で、外管に燃料ガス、内管に支燃性
ガス、中心管に粉体を使用する場合の貫通孔を有する保
護部材と取付け方法の一例を示す図である。

【図５】本発明の保護部材を用いる金属溶解炉の一例を
示す概略断面模式図である。

【図６】保護部材を使用しない場合の羽口周辺レンガの
局部溶損状況を示す模式図である。

【図７】セラミックス系材料の羽口を使用し、かつ保護
部材を使用しない場合の羽口周辺レンガの溶損と装入物
の衝撃による羽口の割落の状況を示す模式図である。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属溶解炉炉壁部の単管または多重管羽口
の前面に取付けて、羽口を保護する部材であって、通気
性の多孔質材料製の椀状体であることを特徴とする金属
溶解炉羽口の保護部材。
【請求項２】中央部に羽口内管または中心管が嵌合する
ための貫通孔を有する請求項１記載の金属溶解炉羽口の
保護部材。
【請求項３】通気性の多孔質材料製の椀状体と、その椀
状体を金属溶解炉炉壁に取付けるための取付金物からな
る単管または多重管羽口を保護する部材であって、この
取付金物は中央部に羽口管が嵌合するための取付孔を有
し、この取付金物と前記碗状体との間に空間部が形成さ
れていることを特徴とする金属溶解炉羽口の保護部材。
【請求項４】前記椀状体の中央部に、羽口内管または中
心管が嵌合するための貫通孔を有する請求項３記載の金
属溶解炉羽口の保護部材。