JPH08269653A - 転炉吹錬用ランスノズルの製造方法 - Google Patents

転炉吹錬用ランスノズルの製造方法

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JPH08269653A
JPH08269653A JP9425495A JP9425495A JPH08269653A JP H08269653 A JPH08269653 A JP H08269653A JP 9425495 A JP9425495 A JP 9425495A JP 9425495 A JP9425495 A JP 9425495A JP H08269653 A JPH08269653 A JP H08269653A
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JP
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lance nozzle
casting
blowing
copper alloy
temp
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JP9425495A
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Chihiro Yamaji
千博 山地
Toshiro Aso
寿郎 麻生
Kenji Oyabu
賢二 大薮
Sanae Suzuki
早苗 鈴木
Koji Takeuchi
康二 竹内
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Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、鋳造ランスノズルの材質改善によ
る変形防止に関し、特に高温等圧処理によって鋳造欠陥
を除去する転炉吹錬用ランスノズルの製造方法を提供す
る。 【構成】 複数の吹錬用酸素吹出し孔と冷却水通路を有
し、熱伝導性に優れた金属からなるランスノズルの製造
において、銅または銅合金の溶湯を鋳型に鋳造し、得ら
れた鋳造品に温度:800〜1000℃、加圧力:10
00〜2000kg/cm3で、時間:1〜3hrの高温等方
圧処理を施し、その後切削加工をすることを特徴とす
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、鋳造ランスノズルの材
質改善による変形防止に関し、特に高温等圧処理によっ
て鋳造欠陥を除去する転炉吹錬用ランスノズルの製造方
法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の転炉吹錬用ランスノズルとして吹
錬用酸素吹出し孔が5孔の例として、図4および図5に
示す。これらの図において、複数の吹錬用酸素吹出し孔
12を有するランスノズル8は、冷却水外管9および内
管10および酸素供給管11と溶接にて一体化され使用
される。この時、銅または銅合金であるランスノズル8
は、鋼製の冷却水外管9および内管10および酸素供給
管11は、その各溶接部は、銅−鋼接合16、および鋼
−鋼接合17で締結される。
【0003】通常、このランスノズル8は、溶解および
鋳造により一体製造され、その後機械仕上げとして切削
加工によって製作される。これらの図で、吹錬用酸素吹
出し孔5の周辺の冷却は、冷却水内管10の通路から冷
却水を供給し、導水孔14a、14b、14cを通って
吹錬用酸素吹出し孔5の外周部が冷却される。同時に、
受熱面15には大量な冷却水流を供給でき、そして、最
終的には冷却水管9の通路を通り排出される構造となっ
ている。この酸素ジェットを溶鋼面に吹きつけるランス
ノズル8の吹錬用酸素吹出し孔12の先端部は、輻射熱
による熱変形および熱損傷を大きく受ける。
【0004】すなわち、輻射熱等によって吹錬用酸素吹
出し孔12の先端部は、繰り返し加熱、冷却されるため
に変形部18およびコーナー損傷部19が発生する。特
に、変形部18では吹錬用酸素吹出し孔の形状は偏平な
いし楕円状になり、気体酸素ジェット流は、その噴出方
向成分が屈折することになる。このため、溶鋼精錬時の
安定した操業に支障をきたし、また鉄分歩留りが低下す
ることが問題となっている。
【0005】この分野の公知技術として、特開昭51−
79632号公報には、純溶銅にリンを添加し、予備脱
酸後の残留リンを0.005〜0.025%にした後、
該残留リンの0.8〜1.2倍量のマグネシウムを添加
し、完全に脱酸すると同時に溶鋼中にMg3 2 を形
成、分散させて鋳造し製造するノズルの製造方法によっ
て、熱伝導度は従来と同じで、熱間強度、熱疲労特性を
高めることができ、ノズルの溶損、亀裂、変形を防止で
きる方法が開示されている。しかし、従来の鋳造方法で
は、欠陥の改善が十分でなく、ランスノズルの前記変形
を防止することはできない。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記の吹錬用酸素吹出
し孔12の変形部18およびコーナー損傷部19の発生
について、種々解析を進めた結果、変形は一定のパター
ンによって生じることが明らかとなった。すなわち、輻
射熱等による加熱と吹錬終了時の待機による冷却の繰り
返しが、ランスノズルに残留圧縮歪みを発生し、これが
加熱冷却のサイクルとともに累積し加算され、変形が拡
大していく。初期の段階では、一端変形部18は外側に
膨らみ、熱膨張差によって反対側の内側に収縮すること
が繰り返され、最終的には初期形状から約10mmぐら
いの変形を残留した形状に変化することになる。
【0007】この変形はマクロ的には、酸素ジェット流
の成分が内側に曲げられ、そのため全体としてのジェッ
ト流が内側に曲げられ、噴出衝突経路が定常の位置から
ずれることになる。このため、溶鋼面の酸素ジェット衝
突位置である火点位置をずらしていまい、定常的な操業
に支障を来すことになる。本発明は、吹錬用酸素吹出し
孔における以上のような変形およびコーナー部の損傷を
防止することを目的に、前記繰返し受ける熱変形に対し
て十分なる強度を有するための材質改善を、特に銅また
は銅合金鋳造品の鋳造欠陥の防止方法を検討し、耐熱変
形性に優れた転炉吹錬用ランスノズルを提供することで
ある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するもので、その要旨とするところは、 (1)複数の吹錬用酸素吹出し孔と冷却水通路を有し、
熱伝導性に優れた金属からなるランスノズルの製造にお
いて、銅を主成分とする溶湯を鋳型に鋳造し、得られた
鋳造品に温度:800〜1000℃、加圧力:1000
〜2000kg/cm3で、時間:1〜3hrの高温等方圧処
理を施し、その後切削加工をすることを特徴とする転炉
吹錬用ランスノズルの製造方法。
【0009】(2)複数の吹錬用酸素吹出し孔と冷却水
通路を有し、熱伝導性に優れた金属からなるランスノズ
ルの製造において、銅合金として、Zn、Pb、Sn、
Si、Al、Ni、Fe、Mnから選ばれる少なくとも
一種以上を含有する鋳造用銅合金の溶湯を、鋳型に鋳造
し、得られた鋳造品に温度:800〜1000℃、加圧
力:1000〜2000kg/cm3で、時間:1〜3hrの
高温等方圧処理を施し、その後切削加工をすることを特
徴とする転炉吹錬用ランスノズルの製造方法である。以
下、本発明の作用について説明する。
【0010】
【作用】通常の鋳造法によって製造されたランスノズル
には、材料溶解時や鋳型に鋳造時に発生する鋳造欠陥
(空隙)が存在する。その欠陥部位は周辺の金属が充填
されている場所に比し、空隙が存在するために熱伝導
率、強度が低い。一般に、この鋳造欠陥は、ほぼランス
ノズル全域に渡っており、鋳造欠陥がないものに比し平
均値では、より小さな熱伝導率、強度となる。本発明者
等は種々検討した結果、この鋳造欠陥は高温・高圧で処
理すれば消滅することを知見した。すなわち、鋳造銅ま
たは銅合金の軟化点近傍の温度まで上げ、所定の圧力を
かけ保持をし、鋳造銅または銅合金の塑性変形を発生さ
せ空隙の消滅をはかることができるとの結論に達した。
そのため、高温等方圧処理としてHIP処理の適用を行
った。本発明は、以上の処理により鋳造欠陥の減少を図
かることができた。
【0011】本発明の銅または銅合金の溶解は、一般に
重油および都市ガス燃焼炉、低周波および中周波誘導炉
で大気溶解されるため、溶解温度の上昇とともに水素ガ
ス溶解度は増大する。その後の冷却によって、このガス
は放出され気泡となり、欠陥を発生する。さらに、酸素
が吸収されると水素気泡に加えて水蒸気気泡も発生し、
欠陥が増大することになる。本発明では、この気泡に起
因する鋳造欠陥を高温等方圧処理によって、除去し無害
化するものである。高温等方圧処理の概要を図3に示
す。高温等方圧処理は、熱間等方加圧法(HIP)の装
置を利用して処理するもので、アルゴン等を圧力媒体と
して、上蓋1のガス導入口2から充填し、断熱層4を有
する高圧円筒3の内部を加圧する。ランスノズルの鋳造
品を処理材5として内部の載置台にセットし、ヒータ6
により、加熱しながら恒温状態で、ガス媒体により等方
圧を負荷して処理する。
【0012】本発明者等は、上記高温等方圧処理パター
ンについて、多数の銅または銅合金のランスノズルにつ
いて実験し検討した。その結果、処理条件を最適化し、
高温等方圧処理として鋳造欠陥の除去を目的とした処理
を実現した。その条件として、温度については800℃
未満では、高温等方圧処理による気泡の消滅の効果が得
られない。一方、1000℃超では、鋳造品の変形特性
が大きく影響し、製品形状が変化するため、800〜1
000℃に限定した。また、圧力については、1000
kg/cm3未満では、処理時間が長時間となり過ぎる。一
方、2000kg/cm3超では、その気泡除去効果が飽和す
るため、1000〜2000kg/cm3が好ましい。また、
処理時間については、温度と圧力に関連し、それらが定
常化した後の必要最低時間が決まる。すなわち、気泡の
原因である水素および水蒸気の熱拡散特性において、こ
れらが完全に除去されるには、処理品であるランスノズ
ル鋳造品の平均肉厚から必要処理時間が決定できる。ラ
ンスノズル気泡防止のため、本発明範囲が好ましい処理
時間の範囲である。
【0013】本発明の処理では、圧力媒体としてアルゴ
ンガスが好ましいが、窒素ガスを混入して使用すること
は、勿論可能である。以上の本発明の高温等方圧処理に
より、従来の転炉吹錬用ランスノズル特性の、熱伝導率
および材質強度は、特に表層近傍において約20%の向
上効果を示し、熱変形に対する強度は著しく向上する。
また、その後の切削等の機械加工においては、特に問題
なく従来の鋳造品と遜色ないことを確認した。以下に、
本発明について実施例に基づいてさらに詳述する。
【0014】
【実施例】本発明の実施例として、純銅の成分の溶湯を
鋳造し高温等方圧処理の有無での比較試験を実施した。
その際、ランスノズル外形φ350mm、高さ500mmで
5孔、直径60mmの多孔ランスノズルの製作を本発明に
より行った。本実施例の高温等方圧処理条件は、温度が
900℃で、圧力は1500kg/cm2 で、保持時間を2
hrとした。その結果として、鋳造組織の改善例を図1の
組織写真に示す。また、比較として従来のランスノズル
の組織写真を図2に示す。これらの図より、本発明の高
温等方圧処理により、鋳造欠陥は激減していることが判
る。この結果、使用回数が120回の段階においても本
発明品は吹錬用酸素吹出し孔の変形が認められなかった
が、比較材ランスノズルでは約10mmの変形が発生
し、交換の必要が生じた。
【0015】
【発明の効果】本発明によれば、転炉吹錬用ランスノズ
ルの鋳造による欠陥を、高温等方圧処理によって無害化
し、健全な金属組織が得られ、強度および熱伝導性等の
特性の向上がはかれ、転炉吹錬用ランスノズルの長期使
用においても、吹錬用酸素吹出し孔の変形等が発生しな
いため、操業の安定化および歩留り向上が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る高温等方圧処理をした純銅のラン
スノズルの金属組織写真である。
【図2】従来の純銅のランスノズルの金属組織写真であ
る。
【図3】本発明に係る高温等方圧処理装置の概要図であ
る。
【図4】従来のランスノズルの概要図である。
【図5】従来のランスノズルの概要図で、図4のAA矢
視図である。
【符号の説明】 1…上蓋 2…ガス導入口 3…高圧円筒 4…断熱層 5…処理材 6…ヒータ 7…下蓋 8…ランスノズル 9…冷却水外管 10…冷却水内管 11…酸素供給管 12…吹錬用酸素吹出し孔 13…冷却水流 14a、14b、14c…導水孔 15…受熱面 16、17…溶接部 18…変形部 19…コーナー損傷部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 早苗 千葉県君津市君津1番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内 (72)発明者 竹内 康二 千葉県君津市君津1番地 新日本製鐵株式 会社君津製鐵所内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 複数の吹錬用酸素吹出し孔と冷却水通路
    を有し、熱伝導性に優れた金属からなるランスノズルの
    製造において、銅を主成分とする溶湯を鋳型に鋳造し、
    得られた鋳造品に温度:800〜1000℃、加圧力:
    1000〜2000kg/cm3で、時間:1〜3hrの高温
    等方圧処理を施し、その後切削加工をすることを特徴と
    する転炉吹錬用ランスノズルの製造方法。
  2. 【請求項2】 複数の吹錬用酸素吹出し孔と冷却水通路
    を有し、熱伝導性に優れた金属からなるランスノズルの
    製造において、銅合金として、Zn、Pb、Sn、S
    i、Al、Ni、Fe、Mnから選ばれる少なくとも一
    種以上を含有する鋳造用銅合金の溶湯を、鋳型に鋳造
    し、得られた鋳造品に温度:800〜1000℃、加圧
    力:1000〜2000kg/cm3で、時間:1〜3hrの
    高温等方圧処理を施し、その後切削加工をすることを特
    徴とする転炉吹錬用ランスノズルの製造方法。
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