(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製外枠で囲んだ耐火物中に、複数本の小径金属パイプを装填してなる溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズルにおいて、
上記耐火物を通気性を有する多孔質材としたことを特徴とする溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズル。
【請求項２】
複数本の小径金属パイプを金属製外枠で囲んだ溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズルにおいて、
上記小径金属パイプを互いに外接させ、その集合体の周囲を上記金属製外枠で緊密に固定したことを特徴とする溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズル。
【請求項３】
上記小径金属パイプ中は活性ガス又は不活性ガスを通過させるガス導入管と、上記外枠と小径金属パイプの外周とが形成する間隙中は不活性ガス又は上記冷却ガスを通過させるガス導入管とを備えたことを特徴とする請求項２記載の溶融金属精錬用ガス吹込みノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶融金属精錬用容器に取付けるガス吹込みノズルの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冶金操業において、溶融金属等の精錬処理、脱ガス処理または撹拌のために、溶融金属精錬用容器の主として底部にガス吹込みノズルを設け、種々のガスを吹込むことが従来より一般に行なわれている。また、転炉等の精錬炉においても、炉の底部からガスを吹込む技術が近年確立し、盛んに利用されている。
【０００３】
ところで、それらのガス吹き込みに主として用いられるノズルとしては、非通気性の耐火物中に内径が０．１〜５ｍｍ程度の小径金属（例えばステンレス鋼）パイプを複数本装填したものが通常用いられ、大流量（０．２Ｎｍ３  ／ｍｉｎ．・ｔｏｎ）のガスを容器内の溶融金属に供給すると共に、吹込みガス量が零近くになっても容器内に開口している上記パイプの開口部が溶融金属により閉塞されたり、所謂湯差しないようになっている。このノズルは、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスを使用する場合には、十分な精錬効果を発揮し、何ら不都合が生じない。しかしながら、近年主として使用ガスの経済性を考慮し、二酸化炭素（ＣＯ２  ）、酸素を含む活性ガスの吹込みも行われるようになった。その結果、ノズル近傍の耐火物温度が高温となり、上記ノズルは、急激に損耗され、寿命が極めて短くなることが判明した。すなわち、ノズル本体の耐火物は、ＭｇＯ−Ｃ，ＭｇＯ−ＣａＯ−Ｃ系であるが、そのＣが活性ガスと反応し、耐火物を破損すると共に、上記金属パイプを溶損させるのである。
【０００４】
この対策としては、従来より２重管構造となっているガス吹き込みノズルが一般に使用されている。それは、内管より酸素、二酸化炭素等の活性ガス及び窒素、アルゴン等の不活性ガスを、外管内周面と内管外周面で構成する隙間からはプロパン、灯油等の冷却材や窒素、アルゴン等の不活性ガスを供給するようになっている。このノズルは、外管よりプロパンガス等の冷却剤を流し内管を直接冷却するので、溶損せずに内管より酸素等の活性ガスが吹き込める利点がある。
【０００５】
また、本出願人は、特開昭６０−２５１２１５号公報で、非通気性耐火物の中央部に活性ガス吹き込み用の金属パイプを配置し、該金属パイプの配置位置を囲むように、周囲の耐火物中に不活性ガス吹き込み用パイプを配置したノズルを開示した（図４参照）。
しかしながら、前記従来からある２重管構造の溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズルは（図５参照）、その内管の内径が通常１０ｍｍ以上と前記の非通気性耐火物からなるノズルに用いられている小径金属パイプに比べ大きく、内管開口部が溶融金属により閉塞されないようにするためにはその開口部を狭め、吹き込みガスの流量可変幅が前記非通気性耐火物からなるガス吹き込みノズルに比べ狭くならざるを得ない。特に、従来どおりの開口径では、吹き込みガス流量を零近くに絞ることはノズル保護の点から困難であった。
【０００６】
また、特開昭６０−２５１２１５号公報記載のノズルでは、耐火物の損耗が抑制でき、前記小径金属パイプより吹き込むガスの流量可変幅は変わらないが、酸素等の活性ガスを流す場合、小径金属パイプの冷却が今一歩であるため、小径金属パイプ溶損が不十分であった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情を鑑み、吹込みガスの流量可変幅は従来ノズルと同等であるが、ガス吹込み停止時に湯差しが生じず、且つ寿命及び製作費用の面で優れた溶融金属精錬用容器のガス吹込みノズルを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、耐火物を使用する場合には、従来から知られている所謂ポ−ラスプラグに着眼して多孔質耐火物の利用を考えた。また、耐火物を使用しない場合は、従来の二重管構造ノズルの内管より小径の金属パイプを使用することに着眼した。すなわち、本発明は、金属製外枠で囲んだ耐火物中に、複数本の小径金属パイプを装填してなる溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズルにおいて、上記耐火物を通気性を有する多孔質材としたことを特徴とする溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズルである。また、本発明は、複数本の小径金属パイプを金属製外枠で囲んだ溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズルにおいて、上記小径金属パイプを互いに外接させ、その集合体の周囲を上記金属製外枠で緊密に固定したことを特徴とする溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズルでもあり、さらに、上記小径金属パイプ中は活性ガス又は不活性ガスを通過させるガス導入管と、上記外枠と小径金属パイプの外周とが形成する間隙中は不活性ガス又は上記冷却ガスを通過させるガス導入管とを備えたことを特徴とする請求項２記載の溶融金属精錬用ガス吹込みノズルでもある。
【０００９】
この場合、通気性耐火物の材質は、通常のポーラスプラグに使用されるＡｌ２  Ｏ３  系又はＭｇＯ−Ｃ系の耐火材が良く、また耐火物中に通気性を持たせるには、所謂ポーラスプラグを製造する公知の方法を使用すれば良い。
【００１０】
【作用】
本発明では、金属製外枠で囲んだ耐火物中に、複数本の小径金属パイプを装填してなる溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズルにおいて、上記耐火物を通気性を有する多孔質材としたり、あるいは複数本の小径金属パイプを金属製外枠で囲んだ溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズルにおいて、上記小径金属パイプを互いに外接させ、その集合体の周囲を上記金属製外枠で緊密固定するようにしたので、従来ノズルのガス流量の大きな可変幅を維持した状態で、ノズルの寿命を大幅に延長することができるようになる。また、本発明では、上記多孔質材からなる通気性耐火物中を不活性ガス又は上記小径金属パイプの冷却ガスを通過させ、該小径金属パイプ中を不活性ガスまたは活性ガスを通過させるようにしたり、上記小径金属パイプ中は活性ガス又は不活性ガスを、上記外枠と小径金属パイプの外周とが形成する間隙中は不活性ガス又は上記冷却ガスを通過させるようにしたので、ガス流量が零近くでも前記小径金属パイプ１の開口部が溶融金属により閉塞されることはなく、上記効果の一層の促進が図れる。多孔性耐火物２中の微細な孔からは冷却剤、不活性ガスを流すことで、小径金属パイプ１に酸素等の活性ガスを流す場合でも冷却剤による抜熱効果のため小径金属パイプ１の溶損を抑制することができる。さらに、多孔性耐火物中の微細な孔は、その直径が小径金属パイプの内径に比べ小さく、溶融金属が差し込みにくいので、活性ガス、不活性ガスを大きな流量可変幅を持たせつつ供給できると共に、活性ガスを小径金属パイプ１より流した場合でも多孔性耐火物２中の微細な孔から冷却剤を流すことでノズルの溶損を抑制することができる。以下、図１〜３に基づき、本発明の内容を説明する。
【００１１】
図３は、製鋼工程で使用する所謂上底吹き転炉１３であり、上方には溶鋼１２に酸素を上吹きするランス１１、炉底には底吹きガスを吹込むノズル１４が複数個設けられている。本発明は、このノズル１４の構造に関するものであるが、その配設位置は底部に限るものではなく、又使用設備も転炉の他、取鍋等の所謂２次精錬容器であっても良い。
【００１２】
図１（ａ）は、本発明に係るノズル１４の開口部平面図であり、図１（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。活性ガス又は不活性ガスを供給するガス供給管４は、サージタンクの役目をする蓄気室５に連結されており、蓄気室５の上部には複数本の小径金属パイプ１が接続されている。また、それら小径金属パイプの周囲には多孔性耐火物２があり、前記小径金属パイプ１及び多孔性耐火物２を金属製の外枠３で囲む構造としたものである。さらに、多孔性耐火物の底部は、サージタンクの役目をする別の蓄気室７に連結され、この蓄気室７には前記小径金属パイプを冷却する冷却ガス又は不活性ガス９が、別のガス供給管８を介して溶融金属中に供給されるようになっている。このノズルの製作に際し、耐火物を多孔質とする方法は公知の技術を利用すれば良い。なお、各ガス供給管４、８を通過するガスが、不活性ガス又は活性ガス１０、及び冷却ガス又は不活性ガス９としてあるのは、底吹きガスとして不活性ガスのみを使用する精錬方法においても本発明に係るノズルの適用を配慮しているためである。
【００１３】
図２（ａ）は、図１と別の本発明に係るノズルの開口部平面図であり、図２（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。前記と同様に、活性ガス又は不活性ガス１０を供給するガス供給管４は、サージタンクの役目をする畜気室５に連結され、畜気室５の上部には複数本の小径金属パイプ１が接続されている。その小径金属パイプ１は、鉛直タイプであっても良いが、図２（ｂ）のように、開口部に近づくにつれ相互に外接するようになっている。そして、この小径金属パイプ１の集合体は、金属製の外枠３で周囲を囲み、緊密固定する構造になっているので、該外枠３と該金属パイプ１外周面との間の空隙開口部は該小径金属パイプ１の開口面積とほぼ同等となり、ガス吹込み停止しても湯差しが生じない状態で上記冷却ガス又は不活性ガス９の流路として利用できるのである。
【００１４】
【実施例】
製鋼工場の１８０トン／チャージの転炉に、図１に示した本発明に係る溶融金属精錬容器用ガス吹き込みノズル１４を８本装着し、小径金属パイプ１から酸素ガス、多孔質耐火物２中の微細な孔からは冷却ガスとしてプロパンガスを吹き込んだ。一方、従来の２重管ノズル（図５参照）で内管より酸素ガス、外管と内管の隙間より冷却ガスとしてプロパンガスを吹き込んだ。両者の使用結果をノズルの損耗速度として表１に比較する。なお、その際、１ノズル当りの吹き込みガス流量は０．２Ｎｍ３  ／ｍｉｎ．・ｔｏｎで、両者とも同一条件とした。
【００１５】
【表１】
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表１に示すように、本発明に係るノズルは、小径金属パイプ１より酸素ガスを吹き込んでも、従来の２重管ノズルに比べて損耗速度が小さいことがわかる。また、酸素供給能力は従来の２重管ノズルと同程度で、流量可変幅は            ０．０１  〜  ０．２  Ｎｍ３  ／ｍｉｎ．・ｔｏｎであった。なお、損耗速度は、従来ノズルでの値を１とした指標で表わした。
【００１６】
上記と同じ本発明に係るノズルを用い、小径金属パイプ１より窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガス、多孔質耐火物２中の微細な孔からも窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを供給した。その場合のノズル損耗速度を、従来のガス吹き込み用の主として非通気性耐火物からなるノズル（図４参照）の小径金属パイプから窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを供給した場合と比較して、表２に示す。この場合も、１ノズル当りの吹き込みガス流量は同一条件とした。
【００１７】
【表２】
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表２に示すように、本発明に係るノズルは、小径金属パイプ１及び隙間１８の両方から不活性ガスを供給した場合でも、ノズル損耗速度は従来ノズルに比べ小さいことがわかる。
【００１８】
次に、図２に示した本発明に係る別のノズルを用い、小径金属パイプから酸素ガス、外枠と該金属パイプ外周面との隙間１８から冷却ガスとしてプロパンガスを吹込んだ。その結果を従来の二重管ノズルでの結果と比較して表３に示す。
【００１９】
【表３】
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表３から明らかなように、図２の本発明に係るノズル１４でも従来の二重管ノズルよりも損耗速度が小さくなった。また、酸素供給能力の点でも従来のものに劣らなかった。
【００２０】
最後に、図２のノズルにおいて、小径金属パイプ及び上記隙間１８より窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを吹き込み、従来のガス吹込み用の主として非通気性耐火物からなるノズルを用いた場合と比較した。その結果は、表４に示すように、本発明のノズルが非常に優れていた。
【００２１】
【表４】
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なお、羽口への湯差しについては、その発生頻度が従来の約１／１０に低減した。
【００２２】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、酸素等の活性ガスを大きな流量可変幅を持たせ供給することができ、また、ガス吹込み停止時の湯差しが防止できるとともに、ノズルの損耗速度を従来２重管ノズルに比べ抑制することができるようになった。
【００２３】
また、窒素、アルゴンガス等の不活性ガスを流す場合においても、従来の主として非通気性耐火物からなる溶融金属容器用ガス吹き込みノズルに複数本の小径金属パイプから窒素、アルゴンガス等の不活性ガスを流した場合に比べ、ノズル損耗速度を抑制でき、かつ吹き込むガスの可変流量幅の面でも劣ることはなかった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズルを示す図であり、（ａ）はノズル開口部の平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ矢視図である。
【図２】本発明に係る溶融金属精錬容器用ガス吹込みノズルの別の例を示す図であり、（ａ）はノズル開口部の平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視図である。
【図３】本発明を上底吹き転炉に適用する概念を示す図である。
【図４】従来の非通気性耐火物からなるノズルの一例を示す図である。
【図５】従来の二重管ノズルの平断面の一例を示す図である。
【符号の説明】
１    小径金属パイプ
２    多孔質耐火物
３    外枠
４    ガス供給管
５    蓄気室
７    蓄気室
８    ガス供給管
９    冷却ガス又は不活性ガス
１０  活性又は不活性ガス
１１  ランス
１２  溶鋼
１３  転炉
１４  ガス吹き込みノズル
１５  非通気性耐火物
１６  外管
１７  内管
１８  隙間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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