JPS5950111A - 金属製錬炉用羽口 - 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】 本発明は底吹転炉・上底吹転炉あるいｔｉＡＯＤ等の金
属ｊｊｌ！！練炉における製錬ガス吹込み用の羽目に関
し、特に羽口寿命の延長を目的とする。

従来、炉底４たはｉｌｌ　ｗ！面に羽口を備えた製練炉
でｔｉ（、この羽目自身または羽口近辺の耐火物σノ溶
損が太き〈、この部分が早く損耗ずるために炉底寿命が
短く、補修のためしばしば炉を停止せざるを得ないと云
う状況である。そのため、羽目の近辺のみを差し替えて
、全体としての炉寿命を延長すると云う方法を採ってい
るが、補修に比較的長時間を要し生産性を低下すること
、また取り替え時の施工誤差により溶損が助長されるな
どの間層がある。

羽口は、従来第１図に示すように、同心２重管となって
いるものが多く、内管からは０２または０２＋Ａｒまた
け０２＋　Ｎ，が吹き込まれ、内管と外管の間隙（クリ
アランス）からは羽口の保護を目的として、炭化水軍系
または００２．Ａｒ，　Ｎ２等の冷却ガスが吹き込寸れ
ている。

羽口の溶損は、この別口を判諌中急激に冷却すると同時
に、高温の溶融物が耐火物に接触するために大きな幅度
勾配を生じ、これに基づく耐火物の熱スポーリングが生
じ、それに伴って羽目が損耗すること、および羽口自体
が冷却不足となり、羽目の内管すたは外管が溶損し，そ
れＫ　ｆｆｆｘい周囲の耐火物の支えがケ〈なっていく
と云う二種類の溶（ｌが考えら１１．る。

そのために、羽口の溶損を防止することを目的として、
従来は熱伝導率の大きいＯｕりたは高融点材料であるス
テンレス鋼等が使用されるが、Ｃｕけ融点が低く冷却状
況が悪くなると溶損すること、また熱膨張率が大きく溶
融点に達しない寸でも、高温になるとり形（−１内外管
の間隙が不均一となり、冷却ガスが円１ｉ’ｉ＋方向で
不均一になり、溶損が助長されると云う間−ｒ、Ｉ（が
ある。一方、ステンレス鋼などの鉄系金属を使用した場
合ｄ：、融点は高いものの、熱伝導率が１１〜〈冷え難
いことと、０．のために酸化され易く、ｊη化により見
掛は上の融点が下がることから溶損を助長する傾向があ
る。

第２図に内管Ｃｕ、外管ステンレス鋼および内管・ステ
ンレス鋼、外管炭素鋼で構成された羽目について、各内
管および外管に熱電対を３個所埋込んで測温した結果に
基づいて、伝熱言ｔ　ｎ−した結果を示４−ｏなお側隠
の条件は、羽目周辺のれんがの月質はＭ　、０〜Ｇ、普
通銀の吹錬時に、約１０分経過後の測温である。図面か
ら明らかなように、外管と内管の間の隙間は冷却ガスで
冷９」１シているが、内管内を流れる０２・ｈｒ　−Ｎ
２なども非常な高速で流れているので大ｐｆｌ冷却能を
≠・つている。そのため内管にＯｕを用いた場合、熱伝
導率が高いため内管ガスが工〈冷却され、温度が低くは
なるが、Ｏｕ自体の融点が低いため溶融し易い傾向があ
る。

逆にステンレス鋼を使用した場合は、融点は高いが、熱
伝導率が低く内管の冷却が効かなかので、内管にＣｕを
使用した場合に比較（２て、羽口の溶損を逆により犬き
くすると云う欠、ｇ（ｊを有している。

しかしく罰は更に４００〜５００℃を越すと熱変形が太
きくなる欠点もあり、内管ど外管のクリアランスが不均
一となり、片減り現象を示す欠点もある。

しかしながら、外管に関して＆：ｊ、炭化水素ガス等の
分解吸収熱により冷却されでおり、羽口上端部ニハマッ
シュルーム（ポーラス状の凝固鉄）を形成して保護され
ているため、なるべく高ｈ１１（点のもの、即ち炭素鋼
、ステンレス（（′イで充分である。

オだ、羽目周辺の耐火物は急激に冷却すると熱スポー　
リングを起こすため、羽目自身を高温に保ち、耐火物の
熱変化を小さくすることが有利であるが、前記のように
、羽［］内管にＣｕを使用した場合は、充分に冷却する
必鮫がある。しかしれんがを冷却し禍ぎ２）と熱スポー
リングを引き起こし易く、また羽口内管にステンレス鋼
管を使用するが上外し、溶損が大きくなる欠点がある。

以上説明したよう１・τ、羽目を構成している材料の特
性と羽目周辺の耐火物のｌ［￥性では互に相反する性能
が要求されて層る。これらの要求を満たすためには、羽
口寸たけ耐火物の特性の変ったものを使用する必要があ
るが、現在ではそのような要・求を満足させる耐火物は
見出町ないが、羽目材料の特性の改善に可能性が残され
ていると思考きれる現状である。

本発明は上記の工うな間Ｗ１点を解、決するためになさ
れたものであって、羽目の゛構成材料に耐酸化性、高熱
伝導率、高温強度に富んだ好適材料を開発使用すること
によって、羽目寿命の延長の目的を達成するに至ったの
であって、その骨子は金属製練用同心２重管羽目の内管
を、Ｎ１もしくはＧＯまたはＮｉ　＋　Ｃｏを５０チ以
上と、残部にＦｅ・Ｏｒ・Ｗ−Ｔｉ　・Ｍｎ−Ｖ−Ｎｏ
　・Ｓｉ　・１ＪｂＯ内から選ばれた１種寸たは２種以
上を含有する金属寸たけ合金製とするもので、外管には
炭素鋼・ステンレス鋼を使用した溶融金屑の吹錬用羽口
を提供するものである。

以下、本発明の詳細について説明する。すなわち、羽口
利料に要求されるもσ）とし、て、外管は前記のように
高融点・耐熱変形性を有しているだけでよいが、内管は
高融点・耐熱ブ；形性以外に、特に制酸化性・高熱伝導
率を持たせることによって、□羽口の溶損を低減し、炉
底寿命を向−ヒさせることが出来る。本発明者らはこれ
らの点に′ついて種々検討し、研究・実験を重ねた結１
．１．、上記／ｌ’４ｒ性の総てを満たずものはないが
、それらの内いくつかの条件を満すものとして、Ｎｌ系
およびＣｏ系の金へ斗たＣ」、合金のあることを見出し
た。

：Ｔ１．１雀にｔｌ　ｉ系・Ｃｏ系・ステンレス外ｌ系
・Ｃｕ系の金属の物性値を示す。

Ｈｉ糸金朽Ｃ１Ｌ酬ｍ化性が高く、融点・熱伝導率も高
く、耐熱変形１イにもＣｕに較べれば優れていて、十１
１１の溶損を少々ぐすると共に、羽口の周囲に高１１、
八伝導率の耐火物を使用した場合、羽（」が高温になる
よう斤仁とがあって≠）溶４１ｉし卸く、また羽目自身
の平均？ｌ、ｉｔ　ＩＩ￥も高く保持できるため、羽口
周囲の耐火物の〕１４冷却も成る程度防ぎ、熱スポーリ
ングを少々〈Ａ′イ）ことによって、羽りの溶損の助長
を１（）Ｉぐζどが出来る。

（ｉｏ　系ｖ）全１４　ｆ　１ｉ１４１ＬＩ　（−タト
Ａ　Ｑ　ｌ’Ｊ、Ｎｉ系！、りも熱伝導率Ｖ１低いが高
温強１ハが太きいためＮ］糸１／ｉ’−比べ肉ｊ７をγ
：ｌｌ’　＜　ｔ、てＡ１伝導率のｆＪ’ｃ　ｌｈこと
をｒ山７２うことが出火；）と共に、ｊ［ｉ）１酔化性
に優れ、Ｎｉ系と同様に高１？ｌ＋ｒ点−Ｃあ１）、羽
］１の溶存７バ小きい。ンと同時ＩＦ　４゛ｌ　ｌ］　
ｒ′−（身を高洗１に（’１つことか出来るため、ｙ局
冷却ｔｈ−、ｔ　、；ニー羽１」周辺（１）＋ｉｉ＋ｌ
大物Ｕ）　、７．　：Ｉ：’−Ｉ＋　：／　’ｙモ防＜
−ことに、１〜す、羽［］の溶損を小さくず２・ことゲ
バ可能Ｋｆｚる。な、訃、にｏ金妨は高価で右べ）ため
、通常を」、”　ノ１（ｎ？１．１．テｔｉ　イｔ）　
Ｊｌ　７”イ４１゜次に前１．［−：第２図における内
１＠’　Ｇ　１１、外冴ステン１／ス鋼等で措成された
羽口の場合と同様に、内管および外管の温度を熱電対に
よって側温した結果に基づいて、金７７７％　Ｎｉ　（
Ｎｉ旧）、９チ以Ｉ−）とＣｏ系合金（Ｃｒ３０’ｉＡ
、Ｆ’０２０％−Ｃｏ５（１＃＋）について伝熱計算を
行なった結果を第３図に示Ａ−０ｆ官２図と同条件で伝
熱計ｎ、をした場合、Ｎｉ１．熱伝導率がＱｕい１比べ
て劣るが融点が高いため１．Ｌり艮〈内↑Ｗが残る。ネ
たＣｏ系合金は同一の肉厚で計算した場合、熱伝導率が
低いため、内管のｔｍ　ｒ＋ｖが」ユ別し、あまり良−
効果が得られなかったが、高温強度が太きいため、管の
肉１１を薄くすることが出来、この方法によって内管の
熱通過ｈ］を減じ、内管の平均温度を下げることが出来
る。これらのｌ時性によって内管をより、１そ〈残すこ
とができる。

また第２図の内管Ｏｕの場合と比較して外管の＠度は１
ｔｆｌ　＜、そのため羽［二］周囲の面ｊ大物への影響
も小さくなり、耐火物の熱スポーリングを少々ぐするこ
とも可能となる。

このように羽口内（’ｌ　”Ｊ　Ｑ；却ｔｅｌ１、羽に
Ｉ　Ｖ（−使用きれる材料の熱伝導率に太きく左右音〕
しでいく、。羽目内管をがｒれるガスの熱伝導率を（ｋ
ｃｈ　ｅ４２℃〕とした時、内管月料の熱伝導率をλ〔
ｋ０４ｋ　’！、／　７７１　ｈ　ｒ　Ｔ：　）、肉ｊ
ψをｄとすると、内１１丁が内管内を流れるガス（Ｖ。

〔Ｃ））ｌ’ｉ”：’ｆノ′）　：’）−７：、ｌ　ｉ
’％　ｂｔ　ｌＪ、次Ｃ’ｌ　Ｌ　ウＩｃ　壜’ｆ”）
　ｓ３’　ＪＬ　ル。

ｆｉ　（Ｔ、−’ｒ、）＝、　（Ｔ２−　Ｔ１）　＝＝
　Ｑ。

Ｔ１：内′へ内岩面痛、ｌ川（℃） ′１“２：内管外岩面湛兜〔℃〕 Ｑ、’、’？＋部かＣ）内管に入る熱ｒＪ　（ｋｃａ、
／！　４２　ｈｒ　Ｊ上式を＊ｆＡ簿１ぐると、 Ｔ２−＝：　（，４百）Ｑ、ト’ｒ。

となる。

この場合ｈ　、　’、１．’ｙ　（ｄ、　　’ｊ、：：
　テｐｙ　Ｑ、同時にＱもｔＨτ一定であると行えると
、ｄが小さいか入が大きいこと［、、Ｉ　ｌｉ、Ｔ２を
イ氏く１呆つこ、とができる。λけそれＰｔ’ｔの目′
占で決’ｉｉ−される１、それに対しｄｔ：ｔ。

高温時の面１熱強ｐ３−が太きけｆｌばτ貸〈すること
が出来、％が偏度’Ｊ’、、　ｔｔ’、＋　−つの指仲
となる。λの大きい材゛トドとしてに、Ｌ　＋４１．Ｃ
ｕがあるが、Ｃｕ１Ｊ、融点が低いため不適当で、寸だ
高温時の面重心強度が高いものとしてはＮ１系合金、Ｕ
Ｏ系合金、ステンレス鋼等があるが、スアンレスぐ＋！
　？ｚｔ剛酸剛性化性ること、１０００℃Ｊ’、を土で
ｒｔ：を強度が小７）い等のため、やはり不適当であり
、Ｎ１及びＮｉ系合金、ＣＯ系合金が有利である。

以上の知見から本発明者らｉＩ′ｊ：　８５　ｔｏｎ上
底吹き転炉を用いて同心２＠羽口の内ηにＮ１及びＣＯ
の含有量の異なる金属あるいに１、合金を用いて（第２
表内照）、羽１」の溶損について実験を行ない第４図に
示す結果が得られた。この実’１ｆｊＱでｔＪ、外管に
は炭素鋼鋼管５ＴＳ８８を用いた。

本実１倹で明Ｃ）かなように、従来羽目（内管Ｇｕ）の
図中斜糾部で示している損耗：１；に対して、　Ｎ１ま
たはＧＯを５　（ｌチ以上含有さ一田ることによって、
羽目の損耗速度を著しく小さく抑制することが出来、炉
底の耐用寿命を向上させど）ことが出来た。

すなわち本発明は、溶融金１．Ｆｊｉ浴中に製・ノ１ｊ
υスを吹き込４ｊ’ｐ　ｌ＋ｒＪ　心２重管羽１−１’
）　内’？ｖ（Ｃ、Ｎｉあ２＋イｉｔ、ＣＯま１こはＮ
ｉトＣｏを５０チ以上へ−７２して含イ１せしめた金（
１または合金を用い、残部にはＦｅ、　Ｏｒ。

Ｔｉ、　Ｍｎ、　Ｖ、　Ｍｏ、　Ｗ、　Ｓｉ、　Ｎｂの
高温強度を町与するのに４１効な金８を１種または２種
以上を添加することを特徴とするものである。なお高温
強度を極度に阻害しケげれば、上記金属以外の他種金Ｆ
Ｓある因は輿紳上随伴する不純物も許容できる。

υζに本発明の実施例について説明する。

Ｒ（ｌ　ｔｏｎ　ｊＹ、吹転炉羽目の構成旧料として、
２Ｊ２表に示す、にうな各種金属・合金を使用した羽目
を用いて操業を行なった結果を２Ｊ５図に示す、、なお
第２ジモには匁考までに６を示しておいた。

＼、 ６０ 上記実験例は同じ転炉をＩｌｌい、羽１］に第２表に示
す７Ｌ′＞なＡ　−Ｊ　（ｌＪ　ｌ　１１種類の＋１１
：：ｌ−Ｃ造られたものを使用した。またこの比較実１
〜′弓ては同心２爪管羽Ｌ］のφ件が変らないように、
内′１゛スの内径は等しいものとし、外管内管の間のク
リアランスは面積が同じようになるように決にしたー ％猶中の羽（−コの長さの測定ｒｉｏｔ、炉底の鉄皮側
から神を通し、羽］」自身の残長全複数回の吹Ω１！に
１回の測定を行なった。なお外賀’　ｌ−１１，；１点
の高い材質として、総べて一律１．・こ炭孝釧管ＳＴＳ
　８８を採用した。

従来の羽口Ａ、　＋７）損耗速１ｆ（゛は約１．５　ｒ
ｕｍ、／ｃ　ｈである。

この実Ｍ６例で従来の羽ＬｉＪ　Ａよ１）も良好であっ
た勢ものｌ、ｆ　＋＋・（ン・Ｉ）・（）・Ｈ・工のｏ
　）「ｉｉ句の羽口である。

Ｂ　ＩｊＩ払鮒導率も比較的昌ぐ融点／３　ｊ’ｌ”、
ｂため用耗速ｒｒｓが佇かったものと考えられる。Ｃ・
１〕・Ｇ・■（・工についてン、Ｊｌｌ、６〜伝導率Ｌ
／ｊ、獣いが高温強度が大きく、そのため肉厚を１１ｖ
くすることが出来て、内管のガノ、１′シ上で、）１却
が幼君的になったたｋ）に、損耗が小、＼〈：１．）で
いる１、）（：・Ｆ−Ｊの３神類の羽目については、従
来品Ａと化較してそｉ（’ｊｌに改；ζ；τれていない
。これらの材料はＦ、！系の合金てあって、熱伝導率が
悪いが強度は太きい。しかし１制幽化性が非常にＨ，ｉ
ｉｊ　（、かつ１．０　（ｌ　Ｏ℃以ヒで強１１（がお
らることが羽［］↑θ粍を早ｄ）る原因と斤っている・
また第５図でも明らかなように、本発明の１４１系・（
］０系の材１′８Ｆを内管にイー！用゛４゛ること（Ｆ
よって、従来羽目の損耗速度が約］、　、　５　ｙｎη
ｌ／ｃｈであるのに対し、約１　、ｎ　〜１．８ｍ、ｍ
／ｃ　ｈ　トするコトが出゛１′で、Ｉｒ５底寿命を２
０〜８０係向トさせることが７４３Σビニる。

なお本発明を同心２重管羽ＩＺＩで実昨した実施例につ
いて説明したが、３重管羽［」等θ′）多ｉｉ　’ｆｆ
　Ｃｌ）内管に用いても同等の効果が得られることは云
りすでもない。

以上に説明したことから、本発明は金１（ｑ製錬用炉の
底吹きまたＶま溝吹き用の同心２・ｈ哲羽「、」の内管
を、ＦＪ１′＋たけ（Ｅｏｉた？Ｊ：　Ｎｊ、　＋Ｃ０
１＝　！’ｉ　ｆｌ　％以上含有させろこと（よって、
羽目の溶損「［トを小さくし、炉底寿命を大＋ｊ＋　＋
ｈ−向干させることが出来、しかもＮｉ、（ｉｏの含有
歌が５０（支）未１色′でｔ、Ｊ従来品、！、りも劣る
ことが実証された。

なお本発明は、金属製疎炉で、底吹きまたは横吹きの羽
口軟線を行なうと同時に羽目？宣却を行な、っているら
の、７ｔ￥に０２を吹き込むもの１°ｌｉて吹転炉・−
に底吹転炉の羽１０以外にもＲＨ，ＡＯＤ等のガス吹込
み羽１］　ｉ／ｉ”：　Ｖｇ＋適用可能で、広い応用範
囲をイ「するもｑ）てあって、本発明の４１才／：）二
［“δ上の効果ＯτＬ極めて１′：ζ、いものでｆ）ζ
い ４［ンｌ　而）ｆ）ｒｌ　’ｌ′Ｉ”−、＃Ｉ？、明７
ｉ゛ｉ　ｌ南は同心２取管羽［１の縦断面説明ｊ〈シ１
、第２図は吹Ｐ１！中の従来羽口の内・外管の温度分布
を示すグーラフ、 π、３図Ｎ内′１〒にＮ１またはＧＯ系合金そし７て外
管に＋’ｌＴ’８３８を使用した羽口における吹錬中の
γ品度分イＩＩを示１グシフ、 第４　ｐ；＜目−１、Ｎｉ、Ｃつの含千骨と羽目撰耗速
Ｉ■との１４１１係る−・示す図面、 第５図は；ＩＪ　ＩＩ内ｐｉ？相賀に、【るチャージ口
銭と羽ｒ］　Ｊ：ｆｔ粁、（１１とのｐ’３係を示す図
１ｆｉ１である。

’　Ｐ’ｌ　’＋１．２−・・夕Ｌ　Ｗ　、ｐ、・・マ
ツシュルーム、４、・・内管の流動ガス、５・・外管の
１ｊｆＡ勤ガＸ、０・・・耐火・°吻、　　？・・・溶
鋼。

Ｑ’：ｐ　Ｍ’＋’　１．１冒Ｅｉｌ’ｉ人　　川崎製
鉄株式会右吊３１・１ ：”＋ｓ　４１ビ１ ↑ ５θ　　　　　　　　ｌθ０

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 】、　溶融金桟浴の岩面丁にあって、１代吠きまたｔ」
   ”横吹きで溶湯の攪拌咬たは製ｐ１１に供する製・陣用
   ガスあるし）は製錬用ガスと不活性ガスの混合ガスを流
   動させる内管と、炭化水素吟の冷却ガスを流動させる外
   管との同心２＠管羽口よりなる金属製錬用羽目にお−で
   、上記羽口の内管をＮ１・ＣＯの１種または２種を５０
   係１ソ、上、残部Ｆｅ　−Ｏｒ　−Ｗ−Ｔｉ　−Ｍｎ−
   Ｖ−Ｍａ　−８１・Ｎｂの１種または２１虫け一ヒを含
   有する金犀咬たけ合金とすることを特徴とする金属製錬
   用羽目。