JPS6045685B2 - 底吹用二重管羽口 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は銑鉄より鋼に精錬する転炉の鋼浴々面下に設置
したいわゆる金属製二重管羽口に関するものである。

銑鉄より鋼に精錬する転炉の精錬効率を向上させる方法
として、既に実用化されている純酸素底一′ ↓一曹−
１八ｎ゛Ｉ ＾ ｎｌ、ｎ１ιＫｒｃ＾ｋｎ、ノ１キι
一代ｍ０１ユ゛れている）の他に、従来の純酸素上吹転
炉（いわゆるＬ−Ｄ転炉）の鋼浴々面下、一般には炉底
に設置した別口より純酸素、炭酸ガス、あるいはこれら
の混合ガス、およびアルゴン、窒素等の不活性ガスを吹
込んで鋼浴の攪拌を強化することにより上吹転炉の精錬
反応効率を著しく向上させる種々の方法（これ等の方法
は一般に複合吹錬と呼はれる）が提案されているとは既
に公知である。

上述の底吹転炉及び複合吹錬に於ての最大の課”題は底
吹用別口の安定性と寿命であり、この解決なくしては実
用化は不可能である。底吹転炉及び複合吹錬に供される
二重管別口は第１図に示す如く内管と外管の二重管構造
となつており、これ等の夫々の金属管はステンレス鋼、
・銅あるいは軟鋼よりなり肉厚は通常２〜５ｍｍである
。

この二重管は第１図に示した周囲の別口レンガを貫通し
て設置される。この二重管の内管には純酸素、純酸素と
炭酸ガス、アルゴン、窒素等の混合ガスあるいは空気な
いしは炭酸ガス、アルコフッ、窒素等の単一ガスが吹込
まれる。本発明は底吹転炉および複合吹錬に用いられる
金属製二重管羽口のうち、特に外管に気体冷却剤を使用
するものの安定性の向上と寿命の大幅な延長を可能にす
る極めて有効な現実的な羽口を提供するものである。

二重管羽口の先端は非常に高温の溶鋼に直接接触し、吹
込ガスジェットによる激しい溶鋼の流れにさらされかつ
溶鋼からの激しい熱を受けているにもかかわらず、羽口
先端に多孔質地金の凝固したもの（いわゆるマツシユル
ーム）が付着して羽口先端及び周囲のレンガを溶損から
防止する。

つまりニ重管羽口は内管及び外管の吹込みガスによる羽
口自体の冷却と外管外被ガスによるマツシユルーム本体
の冷却により保護される。外管に吹込まれた冷却ガスは
マツシユルームの内部に存在するミクロボアを通つて溶
鋼中に吹込まれるが、外管外被ガスの冷却効果は上述の
マツシユルームの存在により著しく改善されると同時に
羽口近傍の激しい溶鋼流れに、羽口レンガが直接さらさ
れて溶損することを防止する効果がありマツシユルーム
の安定維持は羽口寿命に著しい影響を及ぼす。このマツ
シユルームが非常に高温の溶銅に直接接触しながら安定
維持するためには冷却ガスが羽口周上にほぼ均等に供給
されマツシユルーム自体を効果的に冷却することが不可
欠な条件てある。一方羽口自体は溶銅から、さらに吹込
ガスが反応性のある場合は溶鋼と吹込ガスとで生じる反
応熱等、極度の熱を直接に又マツシユルームを通じて間
接的に受けることになる。このような条件下において羽
口は吹込みガスとりわけ外管外被ガス．により直接冷却
される。この外管外被ガスの冷却において従来の羽口で
は必ずしも満足のいく冷却効果が得られていないのが実
情である。現に本発明等の実験によるなかで、内管の外
側に点溶接したスペーサーで内外管のギャップを確．保
した二重管羽口を用いて操業を行なつた結果では吹錬中
における内外管の圧力変動が大きく又ヒート間における
マツシユルームの形状及び大きさの変化が著しく、更に
羽口溶損速度が著しく大きくなり、実操業上きわめて問
題であることを確認・した。

この実験中の出鋼時の炉内観察によれば、内管に対しマ
ツシユルームが同心円を描いておらす偏心奇形化しやす
く、又ヒート間における変化が大きいのが観察された。
このことはマツシユルームの更新が激しく行なわれてい
ることを示している。このようにマツシユルームの更新
が激しく行なわれるつまソー度生成したマツシユルーム
の寿命が短かい時には、マツシユルームが更新される過
程で羽口先端近傍の羽口耐火物がマツシユルームで保護
されず、この間に溶損が著しく進行することが実際の操
業観察で確認された。

また、更に問題となる現象はマツシユルームが１一度小
さくなると、その後の長い期間にわたつてマツシユルー
ムの再生成が行なわれず、実質的に羽口が露出した状態
を継続する場合である。このような現象が継続する場合
には上述のマツシユルーム更新時に比して、羽口の溶損
は一層激しくなり時として、極度な溶損の進行つまり、
異常溶損を起こす。従つて底吹用羽口の安定、高寿命を
達成する為には、安定したマツシユルームを確保するこ
とが最も重要なことである。

そこで、操業中に上記の様なマツシユルームの異常が認
められた羽口を回収して種々の調査を行なつた結果外管
ガス通路を構成する内管と外管の間隙に地金が差し込み
、しかもこの地金の差し込みが円周上に均等に分散して
おらず部分的に片寄つていることを見い出した。

このことは外管外被ガスが外管の地金の差し込んだ閉塞
部分には流れず、地金の差し込んでいない開孔部のみか
ら流れ従つて外管外被ガスによる羽口先端の冷却に片寄
りが生じていることが発見された。この外管が閉塞し、
冷却が充分に確保されてない部分は溶鋼及び羽口より吐
出したガスと溶鋼との激しい発熱反応にさらされ、マツ
シユルームが溶解して縮少するとともに、時には上記閉
塞部分がある臨界温度以上に加熱され例えば内管吹込み
ガスである酸素で着火し、ここを起点として羽口先端が
燃焼してマツシユルームの脱落ないしは羽口の異常溶損
を生じることが判明した。

従つて、本発明の課題である羽口の安定を得る為の最も
基本的な問題点は外管への地金の差し込み、つまり閉塞
現象を解明し外管の円周上て極部的な冷却不足を生じな
い均等冷却を行なうことである。

これを実現する最も理想的な方法として、外管外被ガス
の通路となる内管と外管の間隙を小さくし、これによつ
て外管への地金の差し込みを実質的に無いように羽口先
端ての外管外被ガスの吐出圧力を高くすることが検討さ
れる。

然しながら、この方法は羽口が溶損するにつれて羽口先
端の位置が次第に下る為に、通常１メートル以上もある
羽口の損耗部長さについて、同一の外管断面を有するこ
とになり、羽口部の通過ガスの圧損が著しく大となり、
現実的な解決法ではない。このことは使用後に回収した
羽口の外管外被ガスの流量と圧力の関係より推定した、
外管の地金の差し込んでいない、有効な開孔部分が外管
の間隙に換算して高々０．２〜０．３７Ｔ０ｒＬと極め
て小さいことよりも確認される。この外管の見掛上の有
効な間隙０．２〜０．３？となつた羽口の使用中の外管
の圧力は５〜８ｋ９／Ｃｌｔと高く、これは溶鋼静圧の
約１．５ｋｇ／ｃ轟）ら考えて非常に高く、羽口先端の
吐出圧を高くしても外管への地金差し込みの完全な防止
は非常に困難であることが判つた。また、これ以上外管
圧力を高くすることは外管吹込みガスの元圧を著しく高
くし、設備保全、安全上の問題のみならず、羽口先端の
内管ガスと外管ガスの大巾な不均衡を生じ、外管ガスが
内管に逆流するなどの極めて危険な状態をもたらすこと
が、実験的にも確認された。

従つて、本発明の課題を実現するの現実的な方策は外管
への地金の差し込みを前提とするが、問題は、この地金
の差し込みを如何に制御するかにあることを知見するに
到つた。

従来の羽口は第１図に示す如く、内管１と外管２の間隙
を保つ為に複数本のリブ（通常３〜４本）４を設けてい
る。

この従来羽口構造の特徴は、内管１の外周側あるいは、
外管２の内周側に設けられたリブ４は、単に内管１と外
管２の間隙を保つ為のスペーサーとして機能している点
にあり、このことが、第１図に示した如き地金６の差し
込みを生じ、これまでに述べて来たような基本的な問題
の原因となつていた。これに対して、本発明者等は、羽
口構造と外管への地金差し込み挙動について、詳細かつ
広範な研究を行ない、下記の如き、極めて有効かつ簡便
な羽口構造を発明するに到つた。

つまり、第２図に示す如く、外管外被ガスの通路をリブ
個数と同じ数のセクションに仕切り、かつ各セクション
の羽口下部のガス入口部に於てスリットを設けて、各セ
クション間の均等分配化傾向を有することを特徴とする
羽口を発明した。

この羽口構造で重要な点は第一にリブ７の個数とリブ７
の巾である。このリブの個数とリブの巾は、第２図に示
した如く、後で述べる各セクションの均等分配化傾向に
よつて各セクションで多少の地金差し込みがあるが第２
図ａは本発明になる二重管羽口の先端部分縦断面図てあ
り、第２図ｂは第２図ａの羽口先端部平面図であり、７
は本発明におけるリブであり、８は同じく羽口先端外管
外被ガス通路開孔部を示す。第２図ｃは本発明になるリ
ブ７を設けた内管１の斜視図であり、９は前記外被ガス
通路の二重管羽口軸方向基端部に設けたスリットである
。各セクション間に少なくとも１個以上確保される外管
外被ガスの吐出する開孔部間の最大間隔を与えるもので
ある。この隣接するセクション間の開孔部間は両開孔部
を流れる外管外被ガスの開孔部での冷却が伝熱によつて
行なわれる断面となる。従つて、この伝熱によつて冷却
される両開孔部間の断面が例えば、内管１の吹込みガス
である酸素による燃焼に耐える為には、両開孔部間の許
容される最大値である。この両開孔部間の間隔はリブ７
の個数とリブ巾によつて与えられる。またリブ７の個数
とリブ巾は、リブが無い場合の内管１と外管２の間隙に
対する外管外被ガスの通路つまり外管有効断面積を与え
るものてある。内管１と外管２の間隙は、外管外被ガス
の冷却効果によつて異なる必要ガス流量によつて異なる
が、この間隙はリブ７によつて実質的に絞られ有効外管
断面積となるがこの絞り率は、洛セクションに少なくと
も１個以上の開孔部を確保して、円周上の充分な冷却を
維持するのに非常に重要な要因となるこが実験で確認さ
れた。これは先にも述べた如くセクションより吐出する
ガスの圧力のみでは説明できず羽口先端に放ける内管ガ
スと外管ガスの干渉作用、マツシユルーム更新時の羽口
先端の溶鋼への露出あるいは酸素の着火現象など、極め
て複雑な要因がからんでいることが考えられた。次ぎに
、上述のリブで仕切られた各セクションに少なくとも１
個以上の開孔部を確保するもう一つの重要な条件は各セ
クション間のガスの均等分配化の傾向である。

第２図に示したような各セクション間のガスの均等分配
は、図に示した如く羽口の下部で、リブ７で構成される
ガス流路入口にスリット９を設け、ここで圧損を臨界圧
力比までかければ各セクションは均等なガスの分配が行
なわれる。然しながら、この方法では、上述のリブ７の
下部（二重管の軸方向基端）に設けるスリット９は非常
に小さくなりガスの供給元圧が著しく高くなり先にも述
べた高圧の伴なう問題より現実的な解決法とはならない
。従つて、本発明では外管ガスの供給元圧を余り高くせ
ず、本発明の骨子となる各セクションに１個以上の開孔
部を確保する有効なスリット９の設計条件を種々詳細な
検討を行なつた。リブ下部のスリット９を少しづつ絞つ
て、羽口先端の各セクションの地金の差し込み状況と開
孔部の生成の関係を種々実験によつて調査した結果、各
セクションに少なくとも１個以上のガス通路開孔部を確
保する為のスリットの絞り率は、羽口先端の各セクショ
ンの地金の差し込み率と同等あるいはそれ以上で充分目
的が達成されることが判明した。このような条件はスリ
ット部断面積と羽口先端外管の各セクション開孔部断面
の相対差より判るように、スリット部圧損が比較的小さ
いのも拘らず、各セクションの均等分配化傾向を持たせ
るだけで、本発明の課題解決に充分であることが確認さ
れた。上に述べた、本発明の羽口構造の３つの基本条件
つまりリブ個数、リブによる外管ガス通路の絞り率及び
リブ下部のスリットによるリブ間ガス通路の絞り率は極
めて複雑な挙動を示す外管ガス通路への差し込みの制御
にかかわるものであり、上．記の本発明による羽口設計
の３条件は相互に関連し、全体としてバランスすること
が必要である。

そこで、上述の考え方に基づいて最適な設計条件を決定
する為、実際の操業炉で数多くの実験を行なつた。その
結果、羽口の基本設計条件として下．記の３条件によつ
て本発明の課題が解決されることを確認した。（１）
リブ個数ｄ：内管外径（Ｔｒｒｍ） （２） リブによる外管ガス通路絞り率 ３０〜７０％ （３） リブ根元スリットによるリブ間ガス通路絞り率
３０〜７０％この方法によつて製作さた二重管羽口を用
いることにより、羽口先端部では、各セクション毎にほ
ぼ同一の閉塞状態を保ちいづれかのセクションが他のセ
クションよにも閉塞した場合もそのセクション内の吐出
圧のみが他のセクションの吐出圧に比較して上昇し他の
セクション並に開孔部を拡げようとする作用がこの圧力
差によつて生じ常にｊ全セクションともほぼ同一の流量
と開孔面積が維持されようとする。

この方法によればセクション毎に流量が確保され必要以
上の冷却ガスを流すことなく羽口先端部の周上にほぼ均
等な冷却ガスを流すことができる。

上述した各条件における数値範囲が好ましいとしたのは
次の理由による。

リブ個数がπｄ／１５を下廻る場合はリブとリブの間隔
が広くなり、各セクションの開孔部が片寄ることによる
羽口先端での片寄つた冷却不足が生じ、またリブ個数が
πｄ／５を超える場合は、リブとリブの間隔が狭くなり
羽口先端周上での均等冷却の点かそれだけのリブ個数の
必要がなく更に加工も難しくなることによる。

また、リブによる外管ガス通路絞り（リブ幅による断面
の絞り）率の下限を３０％としたのは、３０％を下廻る
と開孔部間の間隔が許容される最大値を超えるため片寄
つた冷却不足が起こり始めることによるものであり、該
絞り率を７０％以下としたのは７０％を超えると、スリ
ットによる効果が期待できなくなることによる。

さらに、リブ根元スリットによるリブ間ガス通路絞り率
の下限を３０％としたのは、３０％を下廻ると羽口先端
での各セクション間に１個以上のガス通路開孔部が保証
されないことによるものであり該絞り率の上限を７０％
としたのは、７０％を超えると必要流量を流すための元
圧力を高くする必要があることによるものである。

次に本発明の実施例について説明する。

３２０トン転炉の炉底に底吹用二重管羽口を５本設け、
これ等羽口の内管より純酸素を、外管外被ガスとしてプ
ロパンを夫々吹込み、内管の酸素吹込み量が同時に吹込
み上吹ランスよりの酸素を含めた全酸素吹込み量の約６
％になるいわゆる純酸素上底吹き転炉て従来法と本発明
による方法とを比較する試験を行なつた。

尚鋼種構成はいずれの場合もほぼ同様で１００％連鋳向
溶鋼である。両者の試験期間の吹上温度の平均は約１６
５０′Ｃである。使用した羽口は内管外径が３０ｗ０ｎ
で、材質は内管、外管共にステンレス鋼で、吹込みガス
条件及び羽口レンガ材質は全く同じである。内外管のリ
ブは内管の外側を機械加工により溝を切り１０ケに仕切
り、谷部の幅を６．４Ｔｆｒ１ｎ１深さ１．０順山部の
幅を３．０Ｔｆ０ｎとした。

さらにリブをつけた最下端に谷部開孔面積に対し開孔部
面積比率が５０％になるように加工した。比較としての
従来法は上記加工のうちリブの最下端に加工を施してい
ないものてある。稼動中のマツシユルームの性状は従来
法では極度に小さい状態や偏心した状態がかなり長期間
継続しこの間羽口の溶損が進行することが羽口残存長さ
の測定により確認されているが、本発明による羽口を使
用した場合非常に安定した挙動をとり長期にわたる観察
でも内外管の圧力変動はほとんどなく、従つて羽口間の
溶損のばらつきも少なくかつ羽口の溶損も著しく改善さ
れた。

両法の羽口溶損状況を第１表に示したが、使用可能長１
００ｊに対する羽口寿命及び羽口の溶損係数より本発明
の効果は明らかである。又従来法ては溝切りだけの加工
のため製作上の精度の問題から羽口毎に圧力流量特性に
かなりのばらつきを生じ羽口間の溶損差を大きくしてい
たが、本発明の加工を行なうと各羽口の圧力流量特性が
ほぼ同一になる。

また従来の方法ではガスの流れを一本の配管から複数の
配管へ分岐する点において各羽口に均等な流量を流すた
めに臨界圧力比以上になるようなオリフィスを設置する
ものがあるが、本発明による羽口を使えば羽口先端ての
周上均等分配のみならず、羽口間の均等分配も同時に行
なえることになり、このオリフィスは不要で、かつガス
の元圧も最少限の上昇でおさえられる等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の羽口構造を示しａは羽口先端部近傍の縦
断面図、ｂは使用状態の一例を示す羽口先端平面図であ
、ｃは内管外壁に間隙保持部材（リブ）を設けた場合の
実施態様を示す内管の斜視図、第２図は本発明になる羽
口構造を示し、ａ′は羽口先端部近傍の縦断面図、ｂは
使用状態の一例を示す羽口先端平面図であり、ｃはリブ
付内管の一実施例を示す斜視図、ｄは第２図ｃ（７）Ａ
部詳細図である。 １：内管、２：外管、３：耐火物、４：従来の−リブ、
５：従来の外管外被ガス通路、６：従来の羽口先端外管
外被ガス通路の差し込み地金、７：本発明になるリブ、
８：本発明になるリブ羽口先端外管外被ガス通路の差し
込み地金、９：本発明になるリブ単一ガス流路のスリッ
ト部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 銑鉄より鋼に精錬する転炉の鋼浴々面下部位に設け
   た金属製二重管羽口において、内管外壁と該内管を囲繞
   して設けた外管内壁で形成される外管ガス流路に、間隙
   保持部材による外管ガス流路の絞り率が一定範囲内を維
   持するよう所要数を決定した間隙保持部材を設けると共
   に、前記内管外壁、外管内壁および一対の間隙保持部材
   で形成される単一ガス流路の二重管軸方向基端部に、該
   単一ガス流路断面より小断面に穿設されたガス流入開孔
   部を設けたことを特徴とする底吹用二重管羽口。