(57)【要約】  このガス吹き込みノズルは、溶融金属に対してガスを吹き込むノズル本体を備え、側面視した場合に前記ノズル本体の長手方向に対して交差する方向に延在する凹部または凸部の少なくとも一方が、前記ノズル本体の外周面に設けられている。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属に対してガスを吹き込むノズル本体を備え、
側面視した場合に前記ノズル本体の長手方向に対して交差する方向に延在する凹部または凸部の少なくとも一方が、前記ノズル本体の外周面に設けられている
ことを特徴とするガス吹き込みノズル。
【請求項２】
少なくとも前記凹部が前記ノズル本体の前記外周面に設けられ；
側面視した場合に、前記凹部が、前記ノズル本体の前記長手方向に対して直交する方向に延在している；
ことを特徴とする請求項１に記載のガス吹き込みノズル。
【請求項３】
前記凹部内に設けられた、前記ノズル本体の融点よりも低い融点の充填材をさらに備える
ことを特徴とする請求項２に記載のガス吹き込みノズル。
【請求項４】
前記ノズル本体の前記外周面に、前記ノズル本体の前記長手方向に沿って延在する第２凹部がさらに設けられている
ことを特徴とする請求項２に記載のガス吹き込みノズル。
【請求項５】
前記凹部および前記第２凹部内に設けられた、前記ノズル本体の融点よりも低い融点の充填材をさらに備える
ことを特徴とする請求項４に記載のガス吹き込みノズル。
【請求項６】
少なくとも前記凸部が前記ノズル本体の前記外周面に設けられ；
側面視した場合に、前記凸部が、前記ノズル本体の前記長手方向に対して直交する方向に延在している；
ことを特徴とする請求項１に記載のガス吹き込みノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶解炉、転炉などの精錬炉、または精錬鍋において、その内部に貯留された溶融金属に対してガスを吹き込む際に用いられるガス吹き込みノズルに関する。
本願は、２０１６年２月２５日に日本に出願された特願２０１６−０３４２５７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
溶解炉、転炉などの精錬炉、または精錬鍋においては、その底部または側部から、その内部に貯留された溶融鉄浴に対してガスが吹き込まれ、溶融鉄浴が攪拌される。図８は、耐火物で構成された底壁３及び側壁２を有する転炉１に、従来の、２重管構造のノズル５を配置した状態を示す概略模式図である。なお、図８の矢印は、ノズル５から転炉１内に吹き込まれるガスの方向を表している。
図８に示すように、ノズル５は、転炉１の底壁３に、先端部が転炉１内に露出するように配置されると共に、転炉１内に貯留された溶融鉄浴６に対して酸素を吹き込む。そして、ノズル５から吹き込まれた酸素と、転炉１内の溶融鉄浴６の不純物（Ｐ、Ｓなど）とが反応することにより、溶融鉄浴６から不純物が除去される。ここで、ノズル５には耐熱性及び耐酸化性が求められることから、ノズル５の材質は、例えば、ＣｒまたはＮｉなどを多く含むステンレス鋼（ＳＵＳ）である。【０００３】
転炉１内へのガスの吹込みは高温の条件下で行われるため、転炉１の稼動に伴って、底壁３がその内面から溶解して損耗するとともに、転炉１内に露出したノズル５の先端部も溶解して損耗する。そこで、このようなノズル５の損耗を抑制するために、ノズル５を冷却しながら、転炉１内への酸素の吹き込みが行われる。具体的には、２重管構造のノズル５は、内側のノズルから転炉１内に酸素を吹き込むと同時に、外側のノズルから冷却ガスを吹き込む。
一方、転炉１を稼動させると、ノズル５の先端部に溶鉄が付着する。そして、上記のようにノズル５は冷却ガスによって冷却されるため、この溶鉄が凝固した凝固鉄７（以下、マッシュルーム（ａｃｃｒｅｔａｔｉｏｎ）とも称する）がノズル５の先端部に形成される。そして、このマッシュルーム７は、ノズル５への熱負荷を軽減する保護層としての役割を有し、ノズル５の損耗を抑制する。【０００４】
ここで、特許文献１〜３には、羽口の損耗を抑制する方法が提案されている。具体的には、特許文献１では、最外部の管状部外面に細管を配置することによって、管状部と細管の直接熱伝熱により、冷却効果を増大させる技術が提案されている。また、特許文献２では、２重管の外管内部に突起部を設けることにより、外管とガスの接触面積を増大させ、冷却効果を高める技術が提案されている。また、特許文献３では、マッシュルーム未形成時の熱負荷低減を狙って、ノズル先端部にガス通気性多孔質体を設置し、炉稼働初期（マッシュルーム未形成時期）における羽口損傷を防止し、羽口寿命を長くする技術が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２００６−２８３０５２号公報
【特許文献２】日本国特開２００７−２２４３９９号公報
【特許文献３】日本国特開平０４−３０４３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
マッシュルーム７は、上述のようにノズル５の熱負荷を軽減する保護層としての役割を有するが、本発明者らは、転炉１の稼動に伴ってノズル５からマッシュルーム７が剥離する現象に着目した。
具体的には、図８に示すように、従来のノズル５では、主にその外面５ａに溶鉄が付着してマッシュルーム７が形成されるが、外面５ａは平滑な曲面である。そのため、例えば、ガス吹き込み方向（図８の矢印方向）における、ノズル５に対するマッシュルーム７の剥離強度は、マッシュルーム７の内面とノズル５の外面５ａとの間の溶着力に依存する。一方で、ノズル５は、転炉１内に酸素及び冷却ガスを吹き込むため、高い内圧がかかる。よって、転炉１内に吹き込まれるガスにより、上記溶着力を超える外力がマッシュルーム７に作用した場合には、マッシュルーム７がノズル５から剥離することとなる。また、転炉１内に吹き込まれるガス以外にも、スクラップ装入時の機械的衝撃、または炉内温度変化に伴う熱衝撃等により、マッシュルーム７には種々の方向から外力が加わる。【０００７】
特に溶融鉄浴中のＣ濃度が高い条件においては、一般的に溶融鉄浴の温度が低く、溶融鉄浴の温度に対してノズルの溶融温度が高くなるため、マッシュルームは形成され易いものの、マッシュルーム及びノズル間の溶着が起こりにくい。そのため、このような条件下では、マッシュルーム及びノズル間の溶着力が弱く、マッシュルームの剥離が生じやすい。【０００８】
マッシュルームの剥離が生じると、マッシュルームの剥離が生じてから新たなマッシュルームが形成されるまでの間、マッシュルームによる熱負荷軽減効果を得ることができないため、ノズルへの熱負荷が高くなり、ノズルの損耗速度が増大する。すなわち、ノズルの損耗を抑制するためには、マッシュルームの剥離を抑制することが重要である。【０００９】
ここで、特許文献１に開示された技術では、細管付与によって冷却効果が増大し、マッシュルームの生成が促進されるが、図８で説明した理由と同様の理由によりマッシュルームの剥離を抑制することは難しい。また、特許文献２に開示された技術では、特許文献１と同様にマッシュルームの形成が促進されるものの、図８で説明した理由と同様の理由によりマッシュルームの剥離を抑制することは難しい。また、特許文献３に開示された技術は、マッシュルーム未形成時の熱負荷軽減を図ったものであり、マッシュルームが形成された後のマッシュルームの剥離を抑制するものではない。【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、溶融金属に対してガスを吹き込む際に、ノズルの損耗を抑制することが可能なガス吹込みノズルの提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は以下を採用する。
（１）本発明の一態様に係るガス吹込みノズルは、溶融金属に対してガスを吹き込むノズル本体を備え、側面視した場合に前記ノズル本体の長手方向に対して交差する方向に延在する凹部または凸部の少なくとも一方が、前記ノズル本体の外周面に設けられている。
（２）上記（１）に記載の態様において、以下のように構成してもよい：少なくとも前記凹部が前記ノズル本体の前記外周面に設けられ；側面視した場合に、前記凹部が、前記ノズル本体の前記長手方向に対して直交する方向に延在している。
（３）上記（２）に記載の態様において、前記凹部内に設けられた、前記ノズル本体の融点よりも低い融点の充填材をさらに備えていてもよい。
（４）上記（２）に記載の態様において、前記ノズル本体の前記外周面に、前記ノズル本体の前記長手方向に沿って延在する第２凹部がさらに設けられていてもよい。
（５）上記（４）に記載の態様において、前記凹部および前記第２凹部内に設けられた、前記ノズル本体の融点よりも低い融点の充填材をさらに備えていてもよい。
（６）上記（１）に記載の態様において、以下のように構成してもよい：少なくとも前記凸部が前記ノズル本体の前記外周面に設けられ；側面視した場合に、前記凸部が、前記ノズル本体の前記長手方向に対して直交する方向に延在している。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の上記各態様によれば、溶融金属に対してガスを吹き込む際に、ノズルの損耗を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１Ａ】本発明の一実施形態に係るガス吹き込みノズルを示す側面図である。
【図１Ｂ】上記ガス吹き込みノズルを示す図であって、図１ＡのＡ−Ａ線より見た平面図である。
【図１Ｃ】上記ガス吹き込みノズルを、その中心軸線を含む断面で見た場合の縦断面図である。
【図２】上記ガス吹き込みノズルを転炉に配置した状態を示す縦断面図である。
【図３Ａ】上記ガス吹き込みノズルにマッシュルームが形成された状態を示す側面図である。
【図３Ｂ】上記ガス吹き込みノズルにマッシュルームが形成された状態を示す図であって、上記ガス吹き込みノズルを、その中心軸線を含む断面で見た場合の縦断面図である。
【図４Ａ】上記ガス吹き込みノズルの第１変形例を示す側面図である。
【図４Ｂ】同変形例を示す縦断面図であって、マッシュルームが形成された状態を示す図である。
【図５】上記ガス吹き込みノズルの第２変形例を示す側面図である。
【図６】上記ガス吹き込みノズルの第３変形例を示す側面図である。
【図７】上記ガス吹き込みノズルの第４変形例を示す側面図である。
【図８】転炉を示す断面模式図であって、転炉に従来のノズルを配置した状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照しながら、本発明の一実施形態及び変形例について詳細に説明する。なお、各変形例の説明において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については同一符号を付すことにより、それらの重複説明を省略する。
【００１５】
図１Ａ〜図１Ｃは、本実施形態に係るガス吹き込みノズル１０を示す図である。なお、図１Ａは側面図であり、図１Ｂは図１ＡのＡ−Ａ線より見た平面図であり、図１Ｃはガス吹き込みノズル１０の中心軸線ＣＬを含む断面で見た場合の縦断面図である。
図１Ａ〜図１Ｃに示すように、ガス吹き込みノズル１０は、円筒状の内側ノズル１３、及びこの内側ノズル１３の周囲に同軸に配置された円筒状の外側ノズル１４から構成されたノズル本体１１を備えている。そして、ガス吹き込みノズル１０は、例えば、溶解炉、転炉などの精錬炉、または精錬鍋において、その内部に貯留された溶融金属に対してガスを吹き込む際に用いられる。
【００１６】
ノズル本体１１は、一方向に長くかつ、内側ノズル１３と外側ノズル１４とからなる２重管構造となっている。換言すれば、ノズル本体１１では、内側ノズル１３と外側ノズル１４とが同心円状に配置されており、内側ノズル１３の中心軸線及び外側ノズル１４の中心軸線が互いに一致している。なお、図１Ａ〜図１Ｃにおいて、符号ＣＬは、ノズル本体１１の中心軸線（内側ノズル１３及び外側ノズル１４の中心軸線）を表しており、中心軸線ＣＬの方向と、ノズル本体１１の長手方向とは一致している。
【００１７】
ノズル本体１１の材質は、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）である。なお、ノズル本体１１の材質は、上記のステンレス鋼に限られないが、耐熱性及び耐酸化性の観点から、ＣｒまたはＮｉの少なくとも一方を含有する鋼であることが好ましい。
【００１８】
ガス吹き込みノズル１０を例えば転炉に用いる場合、内側ノズル１３は、その内周面１３ａで囲まれた空間Ｓ１を通じて、溶鉄の不純物を除去するための酸素を転炉内の溶融鉄浴に吹き込む。一方、外側ノズル１４は、その内径が内側ノズル１３の外径よりも大きくなっており、外側ノズル１４の内周面１４ａと内側ノズル１３の外周面１３ｂとで囲まれた空間Ｓ２を通じて、ノズル本体１１を冷却するための冷却ガスを吹き込む。なお、ノズル本体１１のガス吹き込み方向（酸素及び冷却ガスを転炉内に吹き込む方向）は、中心軸線ＣＬ方向（長手方向）と一致している。
上記の冷却ガスとしては、例えば、窒素ガスおよびＡｒガスなどの不活性ガス、または、ＣＯ２ガスおよびプロパンガスなどの炭化水素ガスを使用することができる。
【００１９】
図１Ａ及び図１Ｃに示すように、外側ノズル１４の外周面１４ｂ（ノズル本体１１の外周面）には、外側ノズル１４の周方向に沿って延在する環状の凹部１６が設けられている。そして、凹部１６は、中心軸線ＣＬの方向に所定の間隔をあけて複数設けられている。なお、上記の「周方向」とは、ガス吹き込みノズル１０を側面視した場合に、ノズル本体１１の中心軸線ＣＬ方向（長手方向）に対して直交する方向を意味している。
凹部１６は、例えば、切削加工により外側ノズル１４の外周面に形成することができる。  
【００２０】
凹部１６は、外側ノズル１４の径方向外側を向く底面１６ａと、中心軸線ＣＬ方向に対して直交してかつ、互いに対向する一対の係止面１６ｂ及び１６ｃとを有している。
凹部１６の幅ｗ（一対の係止面１６ｂ及び１６ｃ間の距離）は、例えば２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。また、凹部１６の深さｄ（外側ノズル１４の外周面１４ｂと凹部１６の底面１６ａとの間の距離）は、例えば０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。なお、凹部１６の深さｄは、外側ノズル１４の肉厚ｔの１５％以上５０％以下（０．１５ｔ≦ｄ≦０．５０ｔ）とすることが好ましい。
【００２１】
図２は、ガス吹き込みノズル１０を転炉１に配置した状態を示す縦断面図であって、転炉１を稼動させる前の状態（すなわち、転炉１の初期状態）を示す図である。図２に示すように、ガス吹き込みノズル１０を転炉１に用いる場合、ガス吹き込みノズル１０は、複数の凹部１６のうち、最も先端側に位置する凹部１６が転炉１内に露出するように、転炉１の底壁３に配置される。なお、ガス吹き込みノズル１０は、転炉１の側壁２に配置してもよい。
【００２２】
ここで、ガス吹き込みノズル１０を転炉１に配置する際は、外側ノズル１４と転炉１の底壁３との間の隙間を埋めるために、例えばセメントペーストをこの隙間に流し込む。そのため、図２に示す状態では、外側ノズル１４と転炉１の底壁３との間に、セメントペーストが凝固したコンクリート８が形成されている。
【００２３】
そして、ガス吹き込みノズル１０は、上述のように、転炉１内に貯留された溶融鉄浴に対して、不純物を除去するための酸素を内側ノズル１３から吹き込むとともに、ノズル本体１１を冷却するための冷却ガスを外側ノズル１４から吹き込む。なお、図２において、矢印Ｆ１は酸素の吹き込み方向を表し、矢印Ｆ２は冷却ガスの吹き込み方向を表しており、これらＦ１及びＦ２の方向は互いに一致している。
【００２４】
図２に示す転炉１の初期状態から転炉１を稼動させると、転炉１内に貯留された溶鉄が、転炉１内に露出したガス吹き込みノズル１０の先端部の周囲に付着する。そして、ガス吹き込みノズル１０は冷却ガスによって冷却されているため、ガス吹き込みノズル１０の先端部の周囲に付着した溶鉄が凝固することにより、ガス吹き込みノズル１０の先端部にマッシュルームが形成される。
【００２５】
図３Ａ及び図３Ｂは、図２に示す状態から、所定時間、転炉１を稼動させた後のガス吹き込みノズル１０を示す図であって、ガス吹き込みノズル１０にマッシュルーム９０が形成された状態を示す図である。なお、図３Ａは、側面図であり、図３Ｂは、中心軸線ＣＬを含む断面で見た場合の縦断面図である。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、マッシュルーム９０は、外側ノズル１４の外周面１４ｂのうちの転炉１内に露出した部分と、外側ノズル１４及び内側ノズル１３の先端面（中心軸線ＣＬ方向における両端面のうち、転炉１内に露出した一端面）とを覆うとともに凹部１６内を埋めるように、ノズル本体１１の先端部に形成される。なお、ガス吹き込みノズル１０は、酸素及び冷却ガスを転炉１内に吹き込むため、マッシュルーム９０の上面には複数の孔９０ａが形成される。
【００２６】
このようにマッシュルーム９０は、凹部１６内を埋めるように形成されるので、凹部１６の一対の係止面１６ｂ及び１６ｃに当接して、これら一対の係止面１６ｂ及び１６ｃに係止される。そのため、例えば、ガス吹き込み方向（矢印Ｆ１及びＦ２の方向：図２参照）に沿ってマッシュルーム９０に外力が作用した場合、マッシュルーム９０は、凹部１６の係止面１６ｂに係止されているので、この外力に対抗することができる。また、上記のガス吹き込み方向に対して逆向きの方向（矢印Ｆ１及びＦ２の逆向きの方向）に沿ってマッシュルーム９０に外力が作用した場合、マッシュルーム９０は、凹部１６の係止面１６ｃに係止されているので、この外力にも対抗することができる。したがって、ガス吹き込みノズル１０からのマッシュルーム９０の剥離を抑制することができる。
【００２７】
ここで、転炉１の稼動を続けると、ガス吹き込みノズル１０のみならず、転炉１の底壁３及びコンクリート８（図２参照）もこれらの内面から溶解して損耗する。そのため、転炉１の稼動初期には転炉１内に露出していなかった、ガス吹き込みノズル１０の一部が、転炉１の稼動に伴って、転炉１内に露出することとなる。このような場合でも、ガス吹き込みノズル１０は、複数の凹部１６が中心軸線ＣＬ方向に沿って複数形成されているので、稼動後に露出した凹部１６内にもマッシュルーム９０を形成することができる。したがって、ガス吹き込みノズル１０を長期間にわたって使用できるので、ガス吹き込みノズル１０の交換頻度を低減することができる。
【００２８】
なお、処理温度の低い精錬炉または鉄浴式溶解炉などでは、処理末期の溶鉄温度は１３００〜１４５０℃程度であり、汎用的に使用されるステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）を材質に用いた場合のガス吹き込みノズル１０のノズル融点は１４００〜１４５０℃程度となる。そのため、このような条件下では、ガス吹き込みノズル１０のノズル融点は、溶鉄温度より高くなることがある。
ガス吹き込みノズル１０のノズル融点が溶鉄温度より高い場合、ガス吹き込みノズル１０の先端部にマッシュルーム９０が形成されるものの、ガス吹き込みノズル１０とマッシュルーム９０との間で溶着が起こりにくい。そのため、かかる場合にはガス吹き込みノズル１０およびマッシュルーム９０間の溶着力が低くなる。しかしながら、このような場合でも、ガス吹き込みノズル１０は、凹部１６によりマッシュルーム９０を係止するので、マッシュルーム９０の剥離を抑制することができる。
【００２９】
以上に説明した、本実施形態に係るガス吹き込みノズル１０によれば、外側ノズル１４の外周面１４ｂ（ノズル本体１１の外周面）に凹部１６を設けているので、ガス吹き込みノズル１０を転炉等に用いた場合において、マッシュルーム９０を凹部１６に係止させることができる。したがって、マッシュルームの剥離を抑制することができ、その結果、ガス吹き込みノズル１０の損耗を抑制することができる。
【００３０】
なお、本実施形態では、マッシュルーム９０が、内側ノズル１３の内周面１３ａ及び外周面１３ｂ、及び、外側ノズル１４の内周面１４ａに形成されない場合を示した（図３Ａ及び図３Ｂ参照）。ただし、転炉の稼動条件等によっては、マッシュルームが、内側ノズル１３の内周面１３ａ及び外周面１３ｂ、及び、外側ノズル１４の内周面１４ａにも形成される場合がある。かかる場合には、外側ノズル１４の外周面１４ｂだけでなく、内側ノズル１３の内周面１３ａ及び外周面１３ｂ、及び、外側ノズル１４の内周面１４ａにも凹部１６を設けることが好ましい。
【００３１】
［本実施形態の変形例］
図４Ａ及び図４Ｂは、本実施形態に係るガス吹き込みノズル１０の第１変形例であるガス吹き込みノズル２０を示す図である。なお、図４Ａは、ガス吹き込みノズル２０を示す側面図であり、図４Ｂは、ガス吹き込みノズル２０にマッシュルーム９５が形成された状態を示す縦断面図である。
本実施形態に係るガス吹き込みノズル１０では、外側ノズル１４の外周面１４ｂに凹部１６を設けた場合を示した。しかしながら、図４Ａ及び図４Ｂに示すように、外側ノズル１４の外周面１４ｂに、外側ノズル１４の周方向に沿って延在する環状の凸部２６を設けてもよい。この構成によれば、転炉等にガス吹き込みノズル２０を用いた場合に、マッシュルーム９５が凸部２６を覆うように形成される。そのため、マッシュルーム９５が凸部２６の一対の係止面２６ａ及び２６ｂに係止されるので、本実施形態と同様に、マッシュルーム９５の剥離を抑制することができる。
【００３２】
図５は、本実施形態に係るガス吹き込みノズル１０の第２変形例であるガス吹き込みノズル３０を示す側面図である。本実施形態に係るガス吹き込みノズル１０では、外側ノズル１４の外周面１４ｂに凹部１６を設けた場合を示した。しかしながら、図５に示すように、凹部１６に加えて、中心軸線ＣＬ方向（長手方向）に沿って延びる第２凹部３６を外側ノズル１４の外周面１４ｂに設けてもよい。この構成によれば、第２凹部３６内にもマッシュルームが形成され、このマッシュルームが第２凹部３６の一対の係止面３６ａにも係止される。そのため、ガス吹き込み方向のみならず、例えば、ガス吹き込みノズル３０の周方向に沿って、マッシュルームに外力が作用した場合であっても、マッシュルームの剥離を抑制することができる。なお、図５に示すように、第２凹部３６は複数設けられ、これら第２凹部３６が千鳥状に配置されていることが好ましい。
【００３３】
ここで、第２凹部３６の幅は、例えば２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。また、第２凹部３６の深さは、例えば０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。なお、第２凹部３６の深さは、外側ノズル１４の肉厚の１５％以上５０％以下の範囲内とすることが好ましい。
【００３４】
図６は、本実施形態に係るガス吹き込みノズル１０の第３変形例であるガス吹き込みノズル４０を示す側面図である。図６に示すように、ガス吹き込みノズル４０は、凹部１６内に設けられた充填材４６を備える点で、ガス吹き込みノズル１０と異なっている。充填材４６は、溶融鉄浴温度及びノズル本体１１の融点よりも低い融点の有機系の材料から構成されている。上記有機系の材料としては、ポリエチレンまたはポリスチレンなどのプラスチック系樹脂を例示することができる。
なお、充填材４６は、上記に限られず、例えば、溶融鉄浴温度及びノズル本体１１の融点よりも低い融点の低融点金属から構成されていてもよい。
【００３５】
ここで、ガス吹き込みノズル１０の場合、凹部１６が外側ノズル１４の外部に露出しているので、ガス吹き込みノズル１０を転炉等に設置する際に、補修材等により凹部１６が埋まられてしまう虞がある。しかしながら、ガス吹き込みノズル４０は、充填材４６を備えているので、補修材等が凹部１６を埋めてしまうことを回避することができる。そして、上述のように、充填材４６の融点は、溶融鉄浴の温度及びノズル本体１１の融点よりも低いので、転炉等を稼動させると、充填材４６は除去される（融点の低い有機物の場合は溶融除去され、低融点金属の場合は溶融除去または溶融鉄浴と合金化される）。そのため、転炉等の稼動後は、凹部１６が転炉内に露出するため、凹部１６は上述したマッシュルームを係止する機能を発揮することができる。
【００３６】
図７は、本実施形態に係るガス吹き込みノズル１０の第４変形例であるガス吹き込みノズル５０を示す側面図である。ガス吹き込みノズル５０は、凹部１６及び第２凹部３６に設けられた充填材４６を備える点で、図５に示すガス吹き込みノズル３０と異なっている。この構成によれば、図６に示すガス吹き込みノズル４０と同様に、補修材等が凹部１６及び第２凹部３６を埋めてしまうことを回避することができる。
【実施例】
【００３７】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。【００３８】
上記実施形態に係るガス吹き込みノズル１０を鉄浴式溶解炉の底壁に配置して、ガス吹き込みノズル１０の損耗速度を評価した。また、上記実施形態の第３変形例に係るガス吹き込みノズル３０を鉄浴式溶解炉の底壁に配置して、ガス吹き込みノズル３０の損耗速度を評価した。さらに、比較のため、凹部１６および第２凹部３６を設けないガス吹き込みノズル（すなわち、外側ノズルの外周面が平滑な曲面であるガス吹き込みノズル）についても同様にノズル損耗速度を評価した。
なお、鉄浴式溶解炉では、スクラップおよび酸化鉄が含有される原料を溶銑浴に投入し、溶解を行った。【００３９】
ガス吹き込みノズル１０及び３０の材質は、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）とした（すなわち、内側ノズル１３および外側ノズル１４の材質をともにステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）とした）。【００４０】
内側ノズル１３からは、窒素ガスをキャリアガスとして用いて微粉の石炭を流し、外側ノズル１４からは冷却ガスとして窒素ガスを流した。なお、溶鉄の温度は、処理後１４００〜１４５０℃に達した。そして、ノズル損耗速度を、ノズルの長さを定期的に測定することで評価した。具体的には、溶解終了後、ガスの吹き込みを止め、ノズル底部に設置した測定用の孔（溶解時はネジで閉めておき、測定時にネジを外して使用）から検測用の冶具（棒状のメジャー）を差し込み、ノズルの長さを測定した。
評価結果を以下の表1に示す。なお、表１に示す比較例及び実施例について、表１に示す条件以外の条件は、全て同じである。【００４１】
【表１】
2017145758.tif 000003
【００４２】
表１に示すように、実施例１〜４では、比較例１〜２と比較して、ノズルの損耗速度が低下した。すなわち、外側ノズル１４の外周面１４ｂに凹部１６を設けることにより、ノズルの損耗を抑制できることを確認できた。
さらに、実施例３〜４では、ノズルの損耗速度がさらに低下した。すなわち、凹部１６と第２凹部３６とを設けることにより、ノズルの損耗をさらに抑制できることを確認できた。【００４３】
以上、本発明の実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、本発明の範囲がこれらの実施形態のみに限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。上記実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。【００４４】
例えば、上記実施形態では、周方向に延在する凹部１６が外側ノズル１４の中心軸線ＣＬ方向に沿って複数形成される場合を示した。しかしながら、凹部１６を一つ形成してもよい。【００４５】
また、例えば、上記実施形態では、ノズル本体１１が２重管構造を有し（すなわち、ノズル本体１１が内側ノズル１３と外側ノズル１４とから構成され）、外側ノズル１４の外周面１４ｂに凹部１６が設けられる場合を示した。しかしながら、外側ノズル１４のみから構成されたノズル本体、すなわち、一つのノズルから構成されたノズル本体とし、その外周面に凹部１６を設けてもよい。また、同心円状に配置された３つのノズルから構成されたノズル本体、すなわち、３重管構造のノズル本体とし、上記３つのノズルのうち最も外側に位置するノズルの外周面に凹部１６を設けてもよい。
すなわち、ノズル本体が同心円状に配置された複数のノズルから構成される場合には、これら複数のノズルのうち、最も外側に位置するノズルの外周面に凹部１６を設ければよい。【００４６】
また、例えば、上記実施形態では、外側ノズル１４の外周面１４ｂに、周方向に延在する凹部１６を設ける場合、すなわち、外側ノズル１４の外周面１４ｂに、中心軸線ＣＬ方向（長手方向）に対して直交する方向に延在する凹部１６を設ける場合を示した。しかしながら、中心軸線ＣＬ方向に対して直交する方向のみに限られず、中心軸線ＣＬ方向に対して所定の角度（例えば、６０°以上９０°未満）で交差する方向に延在する凹部を設けてもよい。また、外側ノズル１４の外周面１４ｂに、中心軸線ＣＬ方向に沿って螺旋状の凹部を設けてもよい。
また、例えば、上記実施形態の変形例では、外側ノズル１４の外周面１４ｂに凹部１６及び第２凹部３６を設ける場合を示した（図５参照）。しかしながら、凹部１６を設けずに、第２凹部３６のみを設けてもよい。
ただし、上記実施形態に係るガス吹き込みノズル１０のように、外側ノズル１４の外周面１４ｂに、周方向に沿って延在する凹部１６を設ける場合、中心軸線ＣＬ方向に対して直交する係止面の面積を大きくすることができる。そのため、ガス吹き込みノズル１０では、マッシュルームに作用する、ガス吹き込み方向における外力に対して、マッシュルームの剥離を効果的に抑制することができる。よって、このような観点からは、外側ノズル１４の外周面１４ｂに、周方向に沿って延在する凹部１６を形成することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、溶融金属に対してガスを吹き込む際に、ノズルの損耗を抑制することが可能なガス吹込みノズルを提供することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０：  ガス吹き込みノズル
１１：  ノズル本体
１３：  内側ノズル
１４：  外側ノズル
１６：  凹部
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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