JPH08283822A - 精錬用底吹き羽口の保護方法 - Google Patents

精錬用底吹き羽口の保護方法

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JPH08283822A
JPH08283822A JP10800195A JP10800195A JPH08283822A JP H08283822 A JPH08283822 A JP H08283822A JP 10800195 A JP10800195 A JP 10800195A JP 10800195 A JP10800195 A JP 10800195A JP H08283822 A JPH08283822 A JP H08283822A
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Keita Nakagawa
敬太 中川
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【目的】羽口部に適正マッシュルームを形成して、羽口
ならびに羽口近傍の耐火物の寿命延長を図る。 【構成】中心部に位置する芯体の外側内管に、外管を内
管との間に適当な隙間を開けて嵌挿固定し、リング状の
ガス吐出流路を形成してなるガス吹込みノズルを有する
精錬用底吹き羽口の保護方法において、底吹きガス流量
に基づいて、下記(1),(2),(3)式による受熱
指数値が20〜40となる内管および外管の内外径を選
択する。 受熱指数=受熱速度/抜熱速度(1)式 受熱速度=D0 2−(D1 2−d0 2)(2)式 抜熱速度=(0.13×D1×V0.8)/(D1 2−d0 2
2(3)式 ただし、D0:外管の外径(mm)、D1:外管の内径
(mm)、d0:内管の外径(mm)、d1:内管の内径
(mm)、V:ガス流量(Nm3/hr)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、溶銑および溶鋼の撹
拌を目的とする精錬炉等の金属溶湯容器のN2、CO2
Arガス等を吹込む底吹き羽口の保護方法に関する。
【0002】
【従来の技術】金属溶湯を精錬、保温、貯蔵、運搬等の
目的で収納する容器としては、種々のタイプのものがあ
る。例えば、精錬炉としては、LD転炉のほか、LF
炉、VAD炉、AOD炉、STB炉、RH真空装置、K
R真空装置等が知られている。精錬炉以外の容器として
は、取鍋、混銑炉、混銑車、タンディッシュ等が知られ
ている。これらの容器は、常に、あるいは時として撹拌
を行う必要の生じることがあり、機械撹拌方式やガス撹
拌方式が採用されている。このうち、ガス撹拌方式を採
用する場合は、一般に単管、二重管およびSA(Sin
gle Annular)羽口等の金属パイプを用いる
方法と、MHP(Multi Hole Dlug)、
PE(Permeable Element)、多孔ノ
ズル等の耐火物を用いる方法とに区分される(日本鉄鋼
協会、第100、101回西山記念技術講座:「撹拌を
利用した最近の製鋼技術の動向」より)。
【0003】上記金属溶湯容器の底部羽口から不活性ガ
ス吹込みによるガス撹拌においては、図5に示すとお
り、炉底耐火物1近傍の溶湯2は底部羽口3吹込まれた
ガス4による一次的冷却作用を受けて羽口3上部で固化
し、マッシュルーム5と呼称される地金の塊を形成す
る。そしてマッシュルーム5内には、細いガス抜き道6
が形成され、吹込みガス4はこのガス抜き道6を通って
溶湯2中に噴出し、気泡となって上昇してゆく。しか
し、このマッシュルーム5の状態如何によっては、ガス
抜き道6が十分に形成されず、かなりの頻度で閉塞を生
じることがあって、ガスの安定吹込みが達成できない場
合がある。また、金属溶湯容器のガス撹拌においては、
上記の問題以外に溶湯内に噴射されたガスジェットの挙
動、特に噴射直後の下向流による底叩き(バックアタッ
ク)が大きく、図6に示すとおり、羽口3ばかりでなく
羽口3近傍の炉底耐火物1の溶損や亀裂が激しいという
問題点を有している。
【0004】上記金属溶湯容器のガス撹拌用の羽口の溶
損を防止する方法としては、溶融金属中に精錬または撹
拌のための流体を吹込むべく設けられる羽口において、
その断面の内周長と、その内周断面積に等しい面積を有
する円の周長との比が1.07以上とした羽口(特公昭
56−52100号公報)、金属溶湯容器の底部ないし
側壁に設けられるガス吹込みノズルであって、中心部に
位置する芯体の外側に、外管を該芯体との間に適当な間
隔を開けて嵌挿固定し、リング状のガス吐出流路を形成
させたノズル(特開昭57−114623号公報)等が
提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記特公昭56−52
100号公報に開示の羽口は、バックアタックの発生抑
制による衝撃低下によって羽口の溶損を防止するもの
で、マッシュルームの形成により羽口ならびに羽口近傍
の耐火物の寿命延長を図るものではない。また、特開昭
57−114623号公報に開示のノズルは、中心部に
位置する芯体の外側に、外管を該芯体との間に適当な間
隔を開けて嵌挿固定し、リング状のガス吐出流路を形成
させることによって、マッシュルームをポーラス化し、
マッシュルームでの圧損を低下ならびにバックアタック
の発生抑制を図るものであるが、外管と芯体との間の間
隔については特定されておらず、僅かに実施例にノズル
の背圧と外管と芯体との間の間隔と吹込み時のノズル閉
塞との関係が示されているのみである。
【0006】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、操業可能なガス吹込み圧力範囲で、羽口部に適
正なマッシュルームを形成させることによって、羽口な
らびに羽口近傍の耐火物の寿命延長を図ることができる
精錬用底吹き羽口の保護方法を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく精錬用底吹き羽口形状とマッシュルーム形
成状況の定量化について、種々試験研究を行った。その
結果、底吹きガスによる冷却は、羽口の溶損防止には必
要であるが、底吹きガスの冷却により発生する底部耐火
物内の熱応力はスポーリング抑制には有害である。ま
た、本来底吹きガス量は、精錬特性により決定されるた
め、羽口ならびに羽口近傍の耐火物の寿命延長とは相反
する因子の整合が要求される。また、底吹き羽口部への
マッシュルームの形成は、マッシュルームの形成量が大
きくなると、マッシュルームでの圧損量が大きくなり、
吹込み可能ガス流量域が狭くなるが、羽口溶損抑制効果
が大きくなる。一方、マッシュルームの形成量が小さい
と、マッシュルームでの圧損量が小さくなり、吹込み可
能ガス流量域が広くなるが、羽口溶損抑制効果が小さく
なる。
【0008】すなわち、マッシュルームの形成量は、大
きいほど羽口保護効果があると考えられるが、マッシュ
ルームによる圧損増加によって、吹込みガス流量が制限
されるため、操業可能な範囲でマッシュルームを形成す
る必要がある。さらに、試験研究を進めた結果、マッシ
ュルームの生成量は、羽口形状による熱バランスにより
制御可能であることを究明し、この発明に到達した。
【0009】すなわちこの発明は、中心部に位置する芯
体の外側内管に、外管を前記内管との間に適当な隙間を
開けて嵌挿固定し、リング状のガス吐出流路を形成して
なるガス吹込みノズルを有する精錬用底吹き羽口の保護
方法において、底吹きガス流量に基づいて、下記(1)
式による受熱指数、すなわち、下記(2)式により求め
た受熱速度を下記(3)式により求めた抜熱速度で除し
て求めた値が20〜40となる内管および外管の内外径
を選択することを特徴とする精錬用底吹き羽口の保護方
法である。 受熱指数=受熱速度/抜熱速度 (1)式 受熱速度=D0 2−(D1 2−d0 2) (2)式 抜熱速度=(0.13×D1×V0.8)/(D1 2−d0 22 (3)式 ただし、D0:外管の外径(mm)、D1:外管の内径
(mm)、d0:内管の外径(mm)、d1:内管の内径
(mm)、V:ガス流量(Nm3/hr)
【0010】
【作用】マッシュルームの生成は、羽口の熱バランス、
すなわち、溶鋼からの受熱と吹込みガスによる冷却の影
響を受けるため、羽口形状による熱バランスの変化を定
量化するため、前記(1)式による受熱指数、すなわ
ち、前記(2)式により求めた受熱速度を前記(3)式
により求めた抜熱速度で除して求めた値をマッシュルー
ム形成の指標とした。なお、受熱速度は、スリット部を
除く羽口断面積とし、抜熱速度はガスによる対流抜熱速
度とした。そして、受熱指数でマッシュルーム圧損量を
整理した結果、図1に示すとおり、マッシュルームの形
成量は、羽口形状による熱バランスにより制御可能であ
ることが判明した。また、受熱指数を20未満では、マ
ッシュルームの圧損量(kg/cm2)が大きくなり過
ぎ、十分な溶鋼撹拌が不可能である。したがって、操業
可能なマッシュルーム圧損範囲内で受熱指数を低下さ
せ、適正なマッシュルームを形成させれば、羽口金物は
直接溶鋼と接触することなく、ガス吹込みが可能とな
り、羽口の溶損を抑制することができる。
【0011】この発明においては、底吹きガス流量に基
づいて、前記(1)式による受熱指数、すなわち、前記
(2)式により求めた受熱速度を前記(3)式により求
めた抜熱速度で除して求めた値が20〜40となる内管
および外管の内外径を選択することによって、適正なマ
ッシュルームが形成され、羽口金物は直接溶鋼と接触す
ることなく、ガス吹込みが可能となり、羽口金物の溶損
を抑制することができる。
【0012】
【実施例】
実施例1 150Ton/チャージ、19チャージ/日、吹錬時間
25分、出鋼温度1675℃、底吹き羽口数箱型4個の
上底吹き転炉を用い、受熱指数が21、33、46の中
心部に位置する芯体の外側内管に、外管を前記内管との
間に適当な隙間を開けて嵌挿固定し、リング状のガス吐
出流路を底部に形成してなる試験羽口を用い、4個の底
吹き試験羽口からのN2、CO2の吹込み量は、吹錬中M
ax350Nm3/hr、非吹錬中50Nm3/hr、上
吹き酸素量は、吹錬初期が5〜10Nm3/Ton、吹
錬中期が20〜25Nm3/Ton、吹錬末期が40〜
45Nm3/Tonで吹込んで精錬した場合において、
吹錬初期、吹錬中期、吹錬末期および排滓期におけるマ
ッシュルームの抵抗を測定した。その結果を図2に示
す。なお、4個の試験羽口からのN2、CO2の吹込み量
は、吹錬中Max350Nm3/hr、非吹錬中は50
Nm3/hr一定とした。
【0013】図2に示すとおり、受熱指数が小さいほど
マッシュルームによるガス抵抗は大きく、大きなマッシ
ュルームが形成されていると推定された。また、各羽口
に形成されたマッシュルームは、吹錬初期から吹錬末期
にかけて成長し、最末期に溶解して排滓期に最低とな
る。各羽口の受熱指数による排滓期でのマッシュルーム
圧損量と各羽口のガス流量との関係を調査した。その結
果を図3に示す。図3に示すとおり、受熱指数46の羽
口と比較して、受熱指数33の羽口ではマッシュルーム
圧損量が約1.5倍、受熱指数21の羽口では約4倍に
増加している。また、転炉補修時に採取した羽口マッシ
ュルームは、受熱指数が小さいほどマッシュルームの形
成量が大きいことを目視により確認した。
【0014】実施例2 前記実施例1の転炉を用い、受熱指数21、33、46
および105の中心部に位置する芯体の外側内管に、外
管を前記内管との間に適当な隙間を開けて嵌挿固定し、
リング状のガス吐出流路を底部に形成してなる試験羽口
を用い、実施例1と同条件で精錬を行い、転炉内のレー
ザー方式による羽口の溶損状況を測定した。その結果を
図4に示す。また、羽口の影響のない炉底部の溶損速度
指数をAとして図4に示す。図4に示すとおり、受熱指
数20〜40の羽口を用いることによって、羽口影響の
ない炉底部の溶損速度指数Aとほぼ同じ溶損速度指数に
抑制することができることを示している。
【0015】
【発明の効果】以上述べたとおり、この発明方法によれ
ば、羽口に形成するマッシュルーム形成量を、羽口形状
による熱バランス、すなわち受熱速度を抜熱速度で除し
た値、すなわち受熱指数で制御することによって、適正
なマッシュルームを形成でき、羽口からのガス流量範囲
に制限を加えることなく、羽口の溶損を抑制して長寿命
化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】受熱指数とマッシュルームの圧損量との関係を
示すグラフである。
【図2】羽口の受熱指数と吹錬初期、吹錬中期、吹錬末
期、排滓期におけるマッシュルームの抵抗の変化を示す
グラフである。
【図3】羽口の受熱指数とガス流量とマッシュルームの
圧損量との関係を示すグラフである。
【図4】羽口の受熱指数と溶損速度との関係を示すグラ
フである。
【図5】羽口に形成されたマッシュルームを示す概略断
面図である。
【図6】羽口ならびに羽口近傍の耐火物の溶損状況を示
す概略断面図である。
【符号の説明】
1 炉底耐火物 2 溶湯 3 羽口 4 ガス 5 マッシュルーム 6 ガス抜き道

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 中心部に位置する芯体の外側内管に、外
    管を前記内管との間に適当な隙間を開けて嵌挿固定し、
    リング状のガス吐出流路を形成してなるガス吹込みノズ
    ルを有する精錬用底吹き羽口の保護方法において、底吹
    きガス流量に基づいて、下記(1)式による受熱指数、
    すなわち、下記(2)式により求めた受熱速度を下記
    (3)式により求めた抜熱速度で除して求めた値が20
    〜40となる内管および外管の内外径を選択することを
    特徴とする精錬用底吹き羽口の保護方法。 受熱指数=受熱速度/抜熱速度 (1)式 受熱速度=D0 2−(D1 2−d0 2) (2)式 抜熱速度=(0.13×D1×V0.8)/(D1 2−d0 22 (3)式 ただし、D0:外管の外径(mm)、D1:外管の内径
    (mm)、d0:内管の外径(mm)、d1:内管の内径
    (mm)、V:ガス流量(Nm3/hr)
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