JPS63503558A - 冶金ユニットにグナイト吹付けをするための方法および多ノズル羽口 - 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】 冶金ユニットにブナイト吹付けをするための方法および多ノズル羽口 技術分野 本発明は、鉄冶金に用いられる修理方法と手段に関し、特に冶金ユニットの裏張 にブナイト吹付け（ｇｕｎｉｔｌｎｇ）をするための方法と装置に関する。

本発明によるブナイト吹付は方法は、転炉のような円筒状冶金ユニットの裏張を 修理するために用いることができる。

さらに、本発明を、製鉄炉、加熱炉や他の炉の側壁のような冶金ユニットの裏張 の平らな面にブナイト吹付けをするために用いることもできる。

背景技術 今日、冶金ユニットの裏張りに施される被覆の品質に課せられた必要条件がより 厳しくなっている。

従来知られている、冶金ユニットの裏張にブナイト吹付けをする方法としては、 炭素質燃料と耐火粉末の混合物を酸素の流れで裏張に施す方法があり、その際そ の混合物はまた細かく粉砕されたペリクレースとコークスを約３：１の割合で含 む（」ｒ、“Ｏｇｎｅｕｐｏｒｙ　”　、１９８１Ｎα２．ＰＰ、３６−３９参 照）。コークス粒子が、１０００℃以上の温度にある裏張の表面に達すると、そ れらが酸素の流れの中で点火して燃焼して高温領域（１７００−１９００℃）を 形成し、その領域ではべりクレース粒子が可塑化状態に加熱されるので、裏張に 溶接されてその上に被覆を形成する。このようにして形成された被覆は、裏張耐 火物に強力に結合される。

ユニットを急速に加熱すると同様に、ユニットを突然に深く冷却したときでも、 被覆が裏張からはぎ取られ、ないしまたは分離されない。

コークス粒子の点火時間は、粒子の大きさにかかわらず、０．３秒以上であり、 裏張までの飛行時間は０．１秒より小さい。裏張の上にある滞溜時間（０，２秒 ）中、コークス粒子はべりクレース粒子の数層でおおわれる時間をもち、そして それらの点火後および隣接するペリクレース粒子の焼結後、１ｍ５關寸法の大き な大きさの空所または細孔が、コークス粒子の存在した個所に残される。そのよ うな被覆の多孔性は約３５％である。細孔がスラグで満たされ、被覆が劣化する 。その耐火性や耐スラグ性がそれぞれの寿命の減少と共に減少する。ピンの範囲 にある酸素転炉の裏張に施された約５０關の厚さのペリクレース被覆の寿命は、 約１０溶融サイクルである（摩滅の割合は５關／溶融サイクルである）。被覆の 抵抗の低いことが、裏張にブナイト吹付けをするこの方法の主な欠点である。

従来、耐火粉末、燃料および酸素をそれぞれ供給するための同心に取り付けられ た導管と、修理されつつある裏張の範囲に向かう方向に耐火粉末などを流出させ るための単一のノズルとを有する、転炉の裏張にブナイト吹付けをするための羽 口（米国特許第３８８３０７８号１９７５年）が知られている。耐火粉末の粒子 が出口で酸素噴流により連行される。燃料が点火して燃焼するので、火炎噴流が 形成され、その火炎噴流の中で耐火粒子が加熱されて可塑化状態で裏張の表面に 施され、その上に耐火被覆を形成する。

高密度の被覆（約１０％）と、基部耐火物へのかなり良い結合がブナイト吹付け により達成される。

しかしながら、火炎噴流が裏張に投射されているときに、裏張が破壊され、かつ 排ガスの流れが入射個所の周りに形成される。耐火粉末の細かい粒子が、裏張面 に火炎噴流が入射した個所で裏張面と接触しないで、ユニットを出る排ガスと共 に失われる。裏張面に対し直角に向けられた単一の噴流で裏張にブナイト吹付け をすることは、２０〜５０％にすぎない耐火粉末の低い施与能率に特徴がある（ ブナイト吹付けのためにユニットに供給される耐火粉末の重量に対する、所定の 範囲に溶接された被覆の重量の比）。それ故、上記の羽口は、耐火粉末の比較的 低い施与能率を特徴とする。

従来、まず固まりのコークスをユニットの底に置いて、それからそれを酸素噴流 で処理しながら、同時に補助酸素噴流で耐火粉末をユニット裏張へ供給する、冶 金ユニットにブナイト吹付けをする方法（１９８２年６月３０日官報魔２４に発 表されたソビエト連邦発明者証第９３９５６５号参照）が知られている。

ユニットの裏張は、ブナイト吹付けの前に１４００℃以上の温度にある。２０〜 ６０寵の固まり寸法のコークスがこの方法のために使用され、その際コークスの 一度分をユニットの底に置いて、そして固まりの表面温度が１０００℃以上に上 がるまでそこにとどまらせる。

この方法を実施するには、ユニットの底に置かれたコークスに酸素を供給するた めにおよび耐火粉末を補助酸素で供給するために羽目をユニットの中へ導入する 。ユニット底部に供給された酸素がコークスと反応して一酸化炭素を形成する。

その結果としての一酸化炭素（Ｃｏ）が、マグネサイト、ドロマイト、または石 炭のような粉末耐火物を帯びた、転炉裏張に向けられた補助酸素噴流で燃焼して ＣＯ２（二酸化炭素）を形成する。転炉へ供給される全酸素の半分以上がコーク スへ供給される。残りの酸素が残りのＣＯの完全燃焼のために裏張に向けられる 。ユニット底部の領域の温度は１３００〜１５００℃であり、裏張面の温度は１ ８００〜２０００℃である。

耐火粒子はそのような温度で可塑化する。耐火粒子が焼結されて、緻密な、強力 で耐火性の高い被覆になり、この被覆は裏張に強力に結合される。裏張に施され た耐火粉末は、（コークス、無煙炭などのような）燃焼する添加物を含まないの で、高密度の被覆が１０〜２０％の多孔性で形成される。この被覆は、酸素転濾 過程中起こる激しいスラグの攻撃状態の下で良好な性能を有する。そのような被 覆の摩滅率は、一つの溶融サイクルあたり１〜２ｉ＋ｍである。

同時に、首尾のよいブナイト吹付は方法にするために、酸素の完全な同化作用に 十分なコークスの量を転炉で利用できなければならない。従って、１０トンの最 大バッチのコークスを、７ｍの裏張直径を有する３５０トンの転炉に入れなけれ ばならない。ブナイト吹付けの初期段階中の転炉上のコークス層の厚さは、０． ３ｍにすぎない。コークス層を貫通する酸素の流れが炭素とほとんど完全に反応 し、ユニット底部から上昇するガス中のＣＯの濃度は約１００％である。初期段 階後、コークスが燃焼して一部がスラグに変換される（そのとき灰がその表面を おおう）ので、酸素とコークスの間の反応面が減少し、またコークスと同化され ない酸素がガス中に得られる。余剰の酸素が、転炉底部から上昇するガスと酸素 噴流の相互作用により形成された火炎噴流の温度を下げる。

ブナイト吹付は操作の終わりまでこのような温度減少があると、被覆の多孔性が ３０％およびそれ以上にさえ増加し、かつ被覆の摩滅率がいっそう高くなる。転 炉裏張の温度が１８００℃より低くなれば、耐火粉末が裏張に溶接されない。こ の期間中、転炉には３〜５トンの未反応のコークス炭素が残され、この材料は、 底部にしたたり落ちた、コークス灰と裏張りの溶融作用面の反応生成物の形態の スラグと共に、ブナイト吹付けが終わったときに転炉から排出される。約１５ト ンの耐火粉末が０．５時間のブナイト吹付は中、転炉裏張に施される。

コークスの部分は耐火粉末の２／３であり、これは、被覆を形成するのに十分な 温度の発達に必要なコークスの部分の約二倍である。それ故、上記の方法の欠点 は、ブナイト吹付は過程の終わりまでコークスの消費が大きいことと被覆の品質 が悪いことである。

従来、燃料と耐火粉末の粉末混合物および酸素を供給するための同軸に取り付け られた導管と、この混合物および酸素を修理されつつある裏張の範囲に向けて供 給するために導管の周囲に設けられたノズルとを収容する水冷ケーシングを含む 、冶金ユニット、特に転炉の裏張にブナイト吹付けをするための羽目（」ｒ、“ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇ”。

１９７７年、Ｎｏ、１２、ＰＰ、２５−２６参照）が知られている。この羽目は 、転炉の高さと直径の方向の被覆厚さを制御するために回転と往復運動機構を有 する。ノズルが導管の周壁にその端部に隣接して配置され、かつ転炉゛裏張の円 筒部分に向けられている。燃料が、ノズルを出た後酸素と混合され、裏張面によ り加熱され、点火して燃焼し、ユニットの裏張の高温領域を形成する。耐火粉末 が裏張面へ施され、そこで可塑化状態に加熱され、裏張りに溶接されかつ焼結さ れて、裏張りに強力に結合される被覆を形成する。火炎噴射が裏張りに入射する 範囲で裏張に粘着しなかった耐火粉末の粒子は、この範囲を出て転炉雰囲気に入 るガスと共に失われ、その雰囲気中で粒子が他の火炎噴流により連行されて再び 裏張りの方へ向けられ、そして他の範囲にわたるその表面へ施される。

耐火粒子を裏張へ溶接する可能性および耐火粉末の施与能率は、裏張に向けられ たノズルの数の増加と共に増加する。

５〜１０個のノズルを有する羽目が１３０トンの転炉にブナイト吹付けをするた めに用いられ、かつ２０個までのノズルが３５０トンの転炉にブナイト吹付けを するのに必要である。耐火粉末の施与能率は９０％までである。

しかしながら、粉末燃料が、裏張面に施された後成る時間（約０．　２秒）で点 火され、その間燃料粒子が耐火粒子と共に被覆に入ることに注目しなければなら ない。

従って、燃料の燃焼が、焼結された耐火粉末の層の下に起こり、燃え尽くした燃 料粒子に取って代わるように細孔が形成される。上記形式の羽口を用いて得られ た被覆の多孔性は３０％である。溶融サイクル中、冶金ユニット内のスラグが被 覆の細孔を充満し、被覆材料がスラグと反応して劣化する。すなわち、被覆の品 質と耐スラグ性がそこなわれ、かつ寿命が短くなる。５關の厚さの被覆の寿命は 、約１０溶融サイクルである。それ故、被覆の抵抗が低いことは、上記の羽口の 欠点である。

発明の開示 本発明の課題は、そのような酸素と燃料の供給技術を伴う冶金ユニットにブナイ ト吹付けをする方法および燃料消費を減少させながら被覆の寿命を長くすること ができるようなノズルの配置で前記方法を実施するための多ノズル羽目を提供す ることである。

この課題を解決するには、燃料と共に一酸化炭素を形成するために一部の酸素を 含む酸素噴流を底部範囲へ供給し、そして耐火粉末で修理されつつある裏張へ第 二部の酸素を供給することを含む、耐火材料で裏張りされた壁と底部を有する冶 金ユニットにブナイト吹付けをする方法において、本発明により、粉末の燃料を 、底部範囲の方に向けられた酸素噴流へ連続的に供給すればよい。

底部範囲の方に向けられた酸素噴流へ粉末燃料を連続的に供給することにより、 ユニットの壁に最大温度を与えることができ、その壁では耐火粉末が、ブナイト 吹付けと無関係に溶接されて焼結される。その結果、被覆のいっそう高い密度、 従って最大寿命が達成され、同時に燃料消費が相当に減少する。

この課題は、また次のようにしても解決される。すなわち、耐火粉末、燃料およ び酸素を供給するための同軸の導管を収容する水冷ケーシングを有し、かつ耐火 粉末、燃料および酸素を供給するためのノズルを有する、冶金ユニットにブナイ ト吹付けをするための多ノズル羽口において、本発明により、一群のノズルを羽 口の周壁に設けかつ酸素と耐火粉末を修理されつつある裏張範囲へ供給するよう に設計し、他の一部のノズルを羽口の端部側に設けかつ酸素と燃料を冶金ユニッ ト底部の範囲へ供給するように設計し、その際酸素を修理されつつある裏張へ供 給するためのノズルの横断面積の和が、酸素を冶金ユニット底部の範囲へ供給す るためのノズルの横断面積にほぼ等しいようにする。

羽目ノズルのそのような配置の結果として、冶金ユニットの底部の範囲へ供給さ れる粉末燃料が、冶金ユニット底部の範囲へ供給される酸素（−次酸素）と混合 され、ユニット底部の範囲で点火して完全に燃焼する。その結果として、−酸化 炭素（Ｃｏ）が形成され、この−酸化炭素は高温に加熱され、かつ冶金ユニット の内部空間を満たすために上方へ移動する。羽口の周壁に設けられたノズルから 逃げる酸素噴流（二次酸素）がこの−酸化炭素を完全に燃焼させて二酸化炭素（ ＣＯ２）になり、安定した高温火炎噴流を形成する。羽目の周壁に設けられたそ れぞれのノズルから逃げる耐火粉末の粒子がこの人炎噴流で可塑化状態に加熱さ れ、そして粒子が裏張面と接触する瞬間に修理されつつある裏張範囲に溶接され る。

その結果として、強くて緻密な被覆が裏張りの上に形成される。裏張の品質が高 いのは、燃料粒子が冶金ユニット底部の範囲で完全に燃え尽きるので、修理され つつある裏張に到達しないことの結果である。

修理されつつある裏張範囲へ酸素を供給するためのノズルの横断面積の和が、冶 金ユニットの底部の範囲へ酸素を供給するためのノズルの横断面積にほぼ等しい ので、一部の酸素（−次酸素）が酸素噴流でこの範囲へ供給されて、連続的に供 給される粉末燃料と一酸化炭素（ＣＯ）を形成する。第二部の酸素（二次酸素） が裏張範囲へ供給されて、結果として生じた一酸化炭素（ｃｏ）を完全燃焼させ て二酸化炭素（Ｃ０２）になる。このことは、燃料炭素燃焼反応に従って一酸化 炭素を形成するように一分子の炭素を燃焼させるには酸素分子の半分を必要とす ることにより説明される。結果として生じた一酸化炭素を完全燃焼させて二酸化 炭素にするために、半分の酸素分子も必要である。従って、供給される一次と二 次の酸素の流量は同一でなければならず、かつ各々が冶金ユニットに供給される 酸素流量の半分にほぼ等しくなければならない。この場合に、冶金ユニット内の 温度が最大′になり、かつ被覆の品質が可能な限りの最善になる。炭素が酸化し て一酸化炭素になる反応が余剰の酸素なしで起こるのに必要な量で粉末燃料が冶 金ユニット底部へ連続的に供給されて、燃料の一部が底部範囲の二酸化炭素の組 成物と不完全燃焼せずに燃焼することにより燃料粒子が転炉の円筒部分の雰囲気 中で利用できることになるので、燃料炭素が酸素と完全に反応し、かつブナイト 吹付けのための燃料消費が上記の方法の場合より低い。

図面の簡単な説明 第１図は本発明による多ノズル羽目の断面図、第２図は本発明による方法により ブナイト吹付は中、内部空間に本発明の羽口を有する転炉の概略縦断面図である 。

発明を実施するための最良の形態 多ノズル羽口１（第１図）は、共軸の導管、すなわち酸素供給用導管３、耐火粉 末を供給するための導管４、および燃料を供給するための導管５を収容する水冷 ケーシング２を有する。羽口１は、修理されつつある冶金ユニットの裏張りの範 囲へ酸素を供給するための四つのノズル６と、修理されつつある裏張範囲へ耐火 粉末を供給するための四つのノズル７を有する。この実施例では、耐火粉末を供 給するための各ノズル７が、酸素を供給するためのノズル６内に同軸に取り付け られている。しかしながら、これらのノズルを別な方法で、例えば一方を他方の 後に配置することができる。ノズル６と７は羽口１の周壁に設けられ、かつ冶金 ユニットで修理されつつある裏張面に向けられている。

二の実施例では、羽口１が、酸素を供給するための四つのノズル６と、修理され つつある裏張面の範囲へ耐火粉末を供給するための四つのノズル７を有するが、 これらのノズル６と７より多くても少なくてもよいことが理解されよう。それら の数は、修理すべき裏張の範囲の大きさに依存する。

さらに、羽口１は、冶金ユニットの底部の範囲へ酸素を供給するためのノズル８ と、冶金ユニットの底部の範囲へ粉末燃料を供給するためのノズル９とを有し、 このノズル９は、冶金ユニットの底部範囲へ酸素を供給するためのノズル８内に 同軸に取り付けられている。

羽口の他の実施例では、ノズル８と９を、例えば一方を他方に隣接して配置する ことができ、またそれの数は異なっていてもよい。

ノズル６、７．８および９は、導管３．４および５と連通している。

ノズル８と９は羽口１の端側に設けられ、かつ冶金ユニットの底部範囲に向けら れる。修理されつつある裏張面へ酸素を供給するためのノズル６の横断面積の和 は、冶金ユニットの底部範囲へ酸素を供給するためのノズル８の横断面積にほぼ 等しい。

羽口１は、冶金ユニットの内部に羽口の取付けを容品にするように設計された往 復運動機構１０（第２図）と、冶金ユニットの全円筒状部分を修理しなければな らない場合の回転機構１１とを有する。機構１０と１１は図面に概略的に示され ているが、上記の目的のために設計されたどんな適当な周知の型式のものでもよ い。

耐火材で裏張りされた壁１３と底部１４を有する転炉１２にブナイト吹付けをす る方法を実施するために、３０％までの灰分、１０％までの水分および０．１ａ ｍまでの粒度を有するコークス、無煙炭、石炭のような炭素質材料が使用される 。そのような燃料（この実施例では、コークス粉塵）がノズル９を介して転炉１ ２の底部１４の範囲へ連続的に供給される。コークス粉塵は、ノズル９の出口で 、ノズル８から逃げる一次酸素と混合し、点火されて燃焼する。燃料と一次酸素 の流量比は、ユニットの底部１４の範囲にあるすべての燃料が完全に燃焼して一 酸化炭素を形成するように選択される。粉末コークスの表面積が比較的大きいこ とと、燃焼領域の容積が大きい（３５０トン転炉の場合５Ｏ−１００ＴＩｌ）こ とのため、酸素がブナイト吹付けの始めから終わりまでコークスとほぼ完全に反 応する。約１５００℃のほぼ純粋な一酸化炭素を含むガスの流れが転炉１２の底 部１４から連続的に上昇する。

加熱された一酸化炭素は、耐火粉末を、例えば細かく粉砕されたベレクレースを 帯びた二次酸素噴流と共に吸い込まれて、完全に燃焼してＣＯ２になる。二次酸 素の流量は、−次酸素の流量に等しく維持される。このため、実質的に不完全燃 焼なしにかつ酸素が余剰にならずにＣＯが完全燃焼することになる。この設備に よれば、転炉１２の裏張に耐火粉末を加える領域にブナイト吹付は期間のいつで も火炎噴流の最大可能温度約２０００℃を得ることができる。耐火粒子の拡散過 程がそのような温度で最も活動的な仕方で起こり、また被覆が焼結されて最大可 能密度を達成する（ペリクレース被覆の多孔性は約１０％である）。

多ノズル羽目は次のように作用する。

金属が流出されかつスラグが約１４５０℃の裏張温度で排出された直後に、すり 減らされた裏張を有する転炉１２を直立位置にする。

往復運動機構１０を用いて、多ノズル羽口１をブナイト吹付けのために転炉１２ に導入する。それぞれの材料を導管３．４および５を通じてノズル６、７．８． ９へ供給して酸素、耐火粉末および粉末燃料をそれぞれ供給する。

第２図に示したように、コークス粉塵がノズル９から転炉１２の底部１４に向か う方向に逃がれ、ノズル８から逃げる一次酸素の噴流と共に連行され、転炉１２ の裏張により加熱され、転炉１２の底部１４の範囲で点火して燃焼し、−酸化炭 素（Ｃｏ）からなる−次火炎噴流を形成する。−酸化炭素が転炉１２の円筒部分 へ上昇し、そこで−酸化炭素は、ノズルから逃げる二次酸素の噴流と共に完全燃 焼してＣＯ２になり、そしてノズル７から逃げるペリクレース粉末と共に修理さ れつつある裏張面へ二次火炎噴流を形成するよう供給される。ペリクレース粒子 がこれらの火炎噴流で加熱されて可塑化状態になって、裏張に溶接されて、その 上に緻密な、強くて耐久性のある被覆を形成する。ブナイト吹付けされている範 囲の領域を出る、主としてＣＯ□からなるガスを転炉１２の煙突（図示省略）へ 排出してガス浄化系を通す。

転炉１２の直径と高さに沿った被覆の厚さは、機構１０と１１を用いて羽口を回 転させたり、上下させたりすることにより制御される。

冶金ユニットのブナイト吹付けについて従来技術と本発明の方法の比較試験を行 なったが、表１にその結果を示す。

表　１ 基礎的パラメータと試験結果Ｋｒ Ｎα　パラメータ　ブナイト吹付は法 従来技術　本発明 １、　耐火物（ペリクレース） 粉末消費、トン　１５．５　１５．１ ２、　燃料（コークス）消費、 トン　１０．３　５．７ ３、　酸素消費、ボ　１０２００　１０１１００４、　処理時間、分　約３０． １　２９．７５、　被覆厚さ、ｍｍ　５０　約５０ ６、　被覆寿命、溶融サイクル　２６３３７、　被覆摩滅、ｌｌｌ１／溶融サイ クル１．９５　１．５０８、　耐火物消費の単位当りの 燃料消費、トン／トン　０．６６４　０．３７７９、　転炉底部への燃料供給 用ノズルの直径、關　８０ １０、燃料供給ノズル横断面積、 Ｃシ　５０ １１、転炉底部への酸素供給 ノズルの直径　６６　１１０ １２、酸素供給ノズル横断面積、 關（転炉底部用）　３５　３５ １３、裏張への耐火物粉末供給 用ノズルの直径　３２３２ １４、耐火粉末供給用ノズルの数　１０１０１５、耐火粉末供給用ノズルの 全横断面積、ｃｄ　８０　８０ １６、裏張への酸素供給用ノズル の直径、關　５０５０ １７、裏張への酸素供給用ノズル の数　１０１０ １８、裏張への酸素供給用ノズル の全横断面積ｃｄ　３５　３５ この表から分かるように、本発明による方法と多ノズル羽口によれば、従来技術 に比較して被覆の寿命が約３０％長くなると共に、８０％以上も燃料消費が減少 する。

産業上の利用可能性 本発明は、冶金ユニットが熱いときにそのユニットの裏張を修理するために最も 能率的に使用できる。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. １．一部の酸素を含む酸素噴流を、燃料と共に一酸化炭素を形成するために底部 範囲（１４）へ供給し、かつ第二部の酸素を修理されつつある裏張へ耐火粉末へ 供給することを含む、耐火材料で裏張りされた壁（１３）と底部（１４）を有す る冶金ユニットにダナイト吹付けをする方法において、粉末燃料を、底部範囲（ １４）へ供給された酸素噴流へ連続的に供給することを特徴とする方法。
2. ２．耐火粉末、燃料および酸素をそれぞれ供給するための同軸の導管（４，５お よび３）を収容する水冷ケーシング（２）を有し、かつ耐火粉末、燃料および酸 素をそれぞれ供給するためのノズル（７，９，６および８）を有する、請求の範 囲第１項に記載の方法を実施するための冶金ユニットにダナイト吹付けをするた めの多ノズル羽口において、一群のノズル（６と７）が羽口（１）の周壁に設け られ、かつ修理されつつある裏張範囲へ酸素と耐火性粉末を供給するように設計 され、また他のノズル（８と９）が羽口（１）の端側に設けられ、かつ酸素と燃 料を冶金ユニットの底部範囲（１４）へ供給するように設計され、その際修理さ れつつある裏張範囲へ酸素を供給するためのノズル（６）の横断面積の和が、冶 金ユニットの底部範囲（１４）へ酸素を供給するためのノズル（８）の横断面積 にほぼ等しいことを特徴とする多ノズル羽口。