(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状のランス本体の最内筒の内側に形成された精錬用気体供給路と、前記ランス本体の先端に前記精錬用気体供給路と接続されて設けられた精錬用ノズルと、前記ランス本体の最外筒の内側に設けられた冷却水路と、前記最外筒の外周面に前記ランス本体の高さ方向に１段または複数段設けられた複数の２次燃焼用ノズルと、前記ランス本体の前記冷却水路内に挿入されて配され、前記複数の２次燃焼用ノズルにそれぞれ接続された複数の２次燃焼用気体供給管とからなり、前記２次燃焼用気体供給管の途中に、熱膨脹を吸収するための伸縮機構が設けられていることを特徴とする精錬用ランス。
【請求項２】
筒状のランス本体の最内筒の内側に形成された精錬用気体供給路と、前記ランス本体の先端に前記精錬用気体供給路と接続されて設けられた精錬用ノズルと、前記ランス本体の最外筒の内側に設けられた冷却水路と、前記最外筒の外周面に前記ランス本体の高さ方向に１段または複数段設けられた複数の２次燃焼用ノズルと、前記ランス本体の前記冷却水路内に挿入されて配され、前記複数の２次燃焼用ノズルにそれぞれ接続された複数の２次燃焼用気体供給管とからなり、前記２次燃焼用気体供給管は、前記ランス本体の振動を吸収するための摺動機能を有する保持機構によって前記ランス本体に取付けられていることを特徴とする精錬用ランス。
【請求項３】
前記２次燃焼用気体供給管は、前記ランス本体の振動を吸収するための摺動機能を有する保持機構によって前記ランス本体に取付けられている請求項１記載の精錬用ランス。
【請求項４】
筒状のランス本体の最内筒の内側に形成された精錬用気体供給路と、前記ランス本体の先端に前記精錬用気体供給路と接続されて設けられた精錬用ノズルと、前記ランス本体の最外筒の内側に設けられた冷却水路と、前記最外筒の外周面に前記ランス本体の高さ方向に１段または複数段設けられた複数の２次燃焼用ノズルと、前記ランス本体の前記冷却水路内に挿入されて配された２次燃焼用気体供給管と、前記最外筒の内側の前記冷却水路内において前記最外筒の円周方向に設けられた、前記２次燃焼用気体供給管の先端が接続されている円環状の管からなる内管リングと、前記内管リングと前記複数の２次燃焼用ノズルとの間を連通する複数の接続管とからなることを特徴とする精錬用ランス。
【請求項５】
前記内管リングを、前記冷却水路内に設ける代わりに、前記最内筒の内側の前記精錬用気体供給路内に設けた請求項４記載の精錬用ランス。
【請求項６】
前記２次燃焼用気体供給管の途中に、熱膨脹を吸収するための伸縮機構が設けられている請求項４または５記載の精錬用ランス。
【請求項７】
前記２次燃焼用気体供給管は、前記ランス本体の振動を吸収するための摺動機能を有する保持機構によって前記ランス本体に取付けられている請求項４、５または６記載の精錬用ランス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、転炉、真空脱ガス槽、または、溶銑や溶鋼容器等のランスを使用する精錬施設において、精錬に伴って発生する飛散物が、ランス自身や、転炉、真空脱ガス槽、溶銑や溶鋼容器の内周面および炉口等へ付着するのを、精錬を実施しながら効率的且つ確実に防止することができる精錬用ランスに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
精錬用ランス（以下、「ランス」という）は、転炉、真空脱ガス槽、および、溶銑や溶鋼容器等（以下、「精錬炉」という）によって精錬を行う場合において、酸素、窒素、アルゴンガスまたは空気等の気体を溶銑や溶鋼等の溶融金属中に吹き込むための装置である。
【０００３】
例えば、純酸素上吹き転炉における精錬反応は、転炉の炉口から挿入されたランスから、高純度の酸素ガスを溶鋼の液面に噴射することにより進行する。そして、この精錬反応においては、酸素ガスを吹き付けることにより、酸素と溶鋼成分とが激しく反応し、転炉ガス（ＣＯガス）が大量に発生する。この転炉ガスは、燃料としての有効成分および顕熱を保有しており、排ガス回収装置によって回収される。転炉ガスが回収装置に導かれるときに、転炉ガスと共に多量の鉄塵が炉口を通過するので、高温の鉄塵が炉口に付着し凝固して地金が形成される。この地金は、炉口から転炉内に向かって成長し、転炉の炉壁を構成する耐火煉瓦をも覆うようになる。このような地金をベーレンという。そして、地金が発達してその厚さが所定値を超えると炉口からスクラップや溶銑等を挿入することが困難となると共に、炉口を通る転炉ガスの流速が上昇するために、スピッティングを助長するようになり、炉口に付着した地金の成長を更に促進するようになる。
【０００４】
ここで、精錬炉の内周面に付着する地金について説明する。図１８は、転炉の一例を示す斜視図、図１９は、平面図、図２０は、転炉内の地金の付着を模式的に説明する平面図である。転炉１による溶鋼の精錬時において、転炉１の内周面に付着する地金６は、精錬終了後に溶鋼または鋼滓（以下、「湯」という）を炉外に払い出す際に生じる湯流れおよび湯留まりによって洗い流されるため（以下、「洗い流し現象」という）、減耗し除去される。特に、炉体をトラニオンリング４によって保持されている円周方向でみると、転炉の出鋼口２側および鋼滓の排出口３側の内周面において、前記の洗い流し現象が顕著である。従って、図２０に示すように、洗い流し現象の少ない転炉１の傾動の軸となるトラニオン５側において地金残りが多くなる。また、ランスＣにも地金が付着する。
【０００５】
次に、ランスの外周面に付着する地金について検討する。ランス外周面に付着する地金は、ランスの長手方向において均一に付着しない。更に、精錬量、精錬時間および酸素量、副原料投入条件等の精錬条件により、付着の仕方もさまざまである。
【０００６】
このように、通常の転炉の操業において、炉体の内周面の地金付着量が多い位置と、ランス外周面の地金付着量の多い位置とは、炉軸方向（即ち、ランスの長手方向に同じ）において一致しない。更に、炉体の円周方向においても一致しない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明の目的は、上述の課題を解決し、精錬炉の精錬に伴って発生する飛散物によるランスおよび炉の内壁等への地金の付着を、精錬を実施しながら効率的に排除することができ、また、設備の損傷も少ない精錬用ランスを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、筒状のランス本体の最内筒の内側に形成された精錬用気体供給路と、前記ランス本体の先端に前記精錬用気体供給路と接続されて設けられた精錬用ノズルと、前記ランス本体の最外筒の内側に設けられた冷却水路と、前記最外筒の外周面に前記ランス本体の高さ方向に１段または複数段設けられた複数の２次燃焼用ノズルと、前記ランス本体の前記冷却水路内に挿入されて配され、前記複数の２次燃焼用ノズルにそれぞれ接続された複数の２次燃焼用気体供給管とからなり、前記２次燃焼用気体供給管の途中に、熱膨脹を吸収するための伸縮機構が設けられていることを特徴とする精錬用ランスである。
【０００９】
請求項２記載の発明は、筒状のランス本体の最内筒の内側に形成された精錬用気体供給路と、前記ランス本体の先端に前記精錬用気体供給路と接続されて設けられた精錬用ノズルと、前記ランス本体の最外筒の内側に設けられた冷却水路と、前記最外筒の外周面に前記ランス本体の高さ方向に１段または複数段設けられた複数の２次燃焼用ノズルと、前記ランス本体の前記冷却水路内に挿入されて配され、前記複数の２次燃焼用ノズルにそれぞれ接続された複数の２次燃焼用気体供給管とからなり、前記２次燃焼用気体供給管は、前記ランス本体の振動を吸収するための摺動機能を有する保持機構によって前記ランス本体に取付けられていることを特徴とする精錬用ランスである。
【００１０】
請求項３記載の発明は、前記２次燃焼用気体供給管は、前記ランス本体の振動を吸収するための摺動機能を有する保持機構によって前記ランス本体に取付けられていることを特徴とする請求項１記載の精錬用ランスである。
【００１１】
請求項４記載の発明は、筒状のランス本体の最内筒の内側に形成された精錬用気体供給路と、前記ランス本体の先端に前記精錬用気体供給路と接続されて設けられた精錬用ノズルと、前記ランス本体の最外筒の内側に設けられた冷却水路と、前記最外筒の外周面に前記ランス本体の高さ方向に１段または複数段設けられた複数の２次燃焼用ノズルと、前記ランス本体の前記冷却水路内に挿入されて配された２次燃焼用気体供給管と、前記最外筒の内側の前記冷却水路内において前記最外筒の円周方向に設けられた、前記２次燃焼用気体供給管の先端が接続されている円環状の管からなる内管リングと、前記内管リングと前記複数の２次燃焼用ノズルとの間を連通する複数の接続管とからなることを特徴とする精錬用ランスである。
【００１２】
請求項５記載の発明は、前記内管リングを、前記冷却水路内に設ける代わりに、前記最内筒の内側の前記精錬用気体供給路内に設けたことを特徴とする請求項４記載の精錬用ランスである。
請求項６記載の発明は、前記２次燃焼用気体供給管の途中に、熱膨脹を吸収するための伸縮機構が設けられていることを特徴とする請求項４または５記載の精錬用ランスである。
請求項７記載の発明は、前記２次燃焼用気体供給管は、前記ランス本体の振動を吸収するための摺動機能を有する保持機構によって前記ランス本体に取付けられていることを特徴とする請求項４、５または６記載の精錬用ランスである。
【００１３】
請求項１〜４記載の発明によれば、２次燃焼用気体供給管を最外筒の内側の冷却水路内に設けたことにより、２次燃焼用気体供給管の周囲の冷却水によって２次燃焼用気体供給管の伸びがあまり生じず、熱膨脹差による前記気体供給管の割れおよび歪の発生を抑えることができる。更に、請求項１、３、６記載の発明のように、２次燃焼用気体供給管の途中に割れおよび歪の発生を抑えるためのＯリングやラビリンス等の伸縮機構を設ければ、２次燃焼用気体供給管の損傷が防止される。また、請求項２、３、７記載の発明のように、２次燃焼用気体供給管を摺動機能を有する保持機構によってランス本体に取付けることにより、ランス本体の振動による前記供給管の損傷を防止することができる。
【００１４】
請求項４〜７記載の発明によれば、内管リングおよび接続管を設けることにより、２次燃焼用気体供給管の本数を請求項１〜３よりも減少することができ、その構造が単純となり、製造工程およびコストが減少する。また、請求項５〜７記載の発明のように、内管リングを最内筒の内側の精錬用気体供給路内に設けてもよく、ランスの構造に対応してその設置位置を変えることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、この発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
【００１６】
〔実施の形態１〕
図１は、この発明の実施の形態１に係る精錬用ランスを示す斜視図、図２は、この発明の実施の形態１に係る精錬用ランスの概略を説明する断面図、図３は、２次燃焼用気体供給管の伸縮機構を示す断面図、図４は、２次燃焼用気体供給管の伸縮機構および摺動機能を有する保持機構を備えるランスの部分断面図、図５は、２次燃焼用気体供給管の設置状況を示す斜視図である。図５においては、ランスの最外筒のみを示し、最内筒などの記載は省略している。
【００１７】
ランスＡは、円筒状のランス本体７の内側に形成された精錬用気体供給路８と、ランス本体７の先端に供給路８と接続されて設けられた精錬用ノズル９と、ランス本体７の最外筒１４の外周面に設けられた２次燃焼用ノズル１０とを備えている。
【００１８】
ランス本体７は、最内筒１１の内側の精錬用気体供給路８と、最内筒１１と最外筒１４との間に設けられた、中筒２１により区画された冷却水排水路１２とその外側の冷却水給水路１３とからなる三重管構造となっている。冷却水給水路１３から給水し、冷却水排水路１２から排水する冷却水路が形成され、冷却水２０が通過するようになっている。
【００１９】
最外筒１４の内側の冷却水給水路１３内には、冷却水供給管２４（図１参照）を介してランス本体７の上方から挿入された２次燃焼用気体供給管１７が複数配設されている。供給管１７の先端は、２次燃焼用ノズル１０の各々に接続されている。本実施の形態においては、２次燃焼用ノズル１０は、ランス本体７の最外筒１４の周方向に所定間隔をあけて複数設けられている（図１、図５参照）。２次燃焼用ノズル１０の各々または所定個数ごとに２次燃焼用気体供給管１７を接続し、２次燃焼用ノズル１０の配設位置に応じて２次燃焼用気体の供給量を制御することができる。
【００２０】
図４に示すように、２次燃焼用気体供給管１７の途中には、熱膨脹を吸収するための伸縮機構１５が設けられている。伸縮機構１５は、管状の接続部材１８と、接続部材１８の内周面側に取り付けられたＯリング１９を備える。Ｏリング１９を挟んで接続部材１８を２次燃焼用気体供給管１７の外側に嵌挿して固定する。Ｏリング１９は、供給管１７と接続部材１８との摺動部として機能し部材１８の熱膨脹を吸収する。２次燃焼用気体供給管１７の途中に伸縮機構１５を設けることにより、供給管１７の熱膨脹が吸収され、破壊が防止される。
【００２１】
図４に示すように、２次燃焼用気体供給管１７は、スライド機構１６によってランス本体７の最外筒１４の内側に取付けられている。スライド機構１６は、図６、図７に示すように、２次燃焼用気体供給管１７の外側に嵌め込まれたパイプガイド１６ａとガイド固定板１６ｂとからなり、ランス本体７の振動を吸収するための摺動機能を有する保持機構として作用する。
【００２２】
精錬を実施しながら、２次燃焼用ノズル１０から２次燃焼用気体の酸素を噴射することにより、転炉１の炉口や炉の内周面に付着する地金（ベーレン）およびランスの外周面に付着する地金が除去される。
【００２３】
図１では、２燃焼用ノズル１０は、高さ方向にＸ、Ｙ、Ｚの３段、そして、各段Ｘ、Ｙ、Ｚにおいて、円周方向に所定の複数個設けられているが、２次燃焼用ノズルの高さ方向の取付位置、即ち、段数、および、個数は、精錬操業の内容によって設計上変わるので、２次燃焼用気体供給管１７の数もそれに応じて本発明範囲内で適宜設計変更することができることは云うまでもない。
【００２４】
なお、精錬用気体供給路においては、精錬用気体（酸素等）の供給を不要とする場合がある。このときには、Ｎ２またはＡｒなどのガスを精錬用気体に代えて供給する。同様に、２次燃焼用気体供給管においても酸素の供給を不要とする場合には、Ｎ２またはＡｒなどのガスを遮断弁および流調弁の操作により酸素に代えて供給する。特に酸素の供給、開閉は炉内であり、発生する鉄塵によるノズル詰まりの防止上、即ち、ＡｒまたはＮ２等のガスへの切換えは非常に有効な手段である。
【００２５】
〔実施の形態２〕
図８は、この発明の実施の形態２に係る精錬用ランスの概略を説明する斜視図、図９は、２次燃焼用気体供給管、内管リングおよび接続管を説明する斜視図、図１０は、図９のＡ部を示す断面図、図１１は、内管リングの平面図、図１２は、図１１のＡ−Ａ線断面図、図１３は、図１２のＢ−Ｂ線断面図である。なお、図８においては、ランスの最外筒および内管リングのみを記載し、２次燃焼用気体供給管の記載を省略している。
【００２６】
本実施の形態２において、ランスＡは、実施の形態１と同様に、円筒状のランス本体７の内側に形成された精錬用気体供給路８と、ランス本体７の先端に供給路８と接続されて設けられた精錬用ノズル９と、ランス本体７の最外筒１４の外周面に設けられた２次燃焼用ノズル１０とを備えており、外観は図１と同じである。また、ランス本体７も、同様に、精錬用気体供給路８、冷却水排水路１２および冷却水給水路１３からなる三重管構造となっている。
【００２７】
最外筒１４の内側の冷却水給水路１３内には、冷却水供給管２４を介してランス本体７の上方から挿入された２次燃焼用気体供給管１７が配されている。
【００２８】
最外筒１４の内側の冷却水給水路１３内には、最外筒１４の円周方向に、円環状の管からなる内管リング２２が設けられている。内管リング２２は、最外筒１４に溶接されて設けられている。また、内管リング２２は、最外筒１４に一体鋳造されたものでもよい。２次燃焼用気体供給管１７の先端は、内管リング２２に接続されている。
【００２９】
内管リング２２には、複数の接続管２３が接続され、２次燃焼用ノズル１０のそれぞれと内管リング２２とは、接続管２３によってそれぞれ連通されている。
【００３０】
また、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様に、２次燃焼用気体供給管１７の途中に伸縮機構１５が設けられ、更に、供給管１７はスライド機構１６によってランス本体７の最外筒１４の内側に取付けられている。
【００３１】
図１４は、２次燃焼用気体供給管と内管リングとを交錯させない実施例１を示す一部断面斜視図である。例えば、図１に示すように、２燃焼用ノズル１０が高さ方向にＸ（上段＝３段目）、Ｙ（中段＝２段目）、Ｚ（下段＝１段目）の３段、そして、各段Ｘ、Ｙ、Ｚにおいて、円周方向に所定の複数個設けられている場合には、各段Ｘ、Ｙ、Ｚに対応する位置にそれぞれ内管リング２２を設ける。そして、２次燃焼用気体供給管１７を３本挿入し、１本ずつ各段の内管リング２２に接続する。３本の供給管１７は、円周方向に位相をずらして配されており、また、供給管１７は内管リング２２のやや内側に突出させて設けられている。供給管１７をこのように設けることにより、供給管１７が内管リング２２と交錯することはない。即ち、内管リング２２が供給管１７の設置の邪魔になることはない。
【００３２】
図１５は、２次燃焼用気体供給管と内管リングとを交錯させない実施例２を示す斜視図である。図１に示す場合において、２次燃焼用気体供給管１７を８本挿入し、８本の供給管１７は、円周方向に位相をずらして配し、Ｘ（上段＝３段目）の内管リング２２は１／４分割とし、４本の供給管１７を接続する。Ｙ（中段＝２段目）の内管リング２２は半割りとし、２本の供給管１７を接続する。Ｚ（下段＝１段目）の内管リング２２はリング状とし、２本の供給管１７を接続する。そして、２次燃焼用気体供給管１７は、内管リング２２の１／４分割および半割りの割れた隙間の中に配置する。この隙間に供給管１７の振れ止めを設けてもよい。
【００３３】
２次燃焼用気体（酸素）は、２次燃焼用気体供給管１７から内管リング２２を通り、ここから複数の接続管２３に分岐されてそれぞれの２次燃焼用ノズル１０から噴射され、地金（ベーレン）が除去される。
【００３４】
図１６は、接続管を螺旋状に配した実施例を説明する斜視図、図１７は、内管リングと接続管との接続部を示す断面図である。接続管２３を、図１６、図１７に示すように、螺旋状に取付けることにより、接続管２３の伸縮を上部の内管リング２２の回転によって吸収することができる。
【００３５】
なお、本発明に係る内管リング２２を、冷却水給水路１３内に設ける代わりに、最内筒１１の内側の精錬用気体供給路８内に設けてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、下記に示す有用な効果がもたらされる。
（１）２次燃焼用気体供給管を最外筒の内側の冷却水路内に設けたことにより、２次燃焼用気体供給管の周囲の冷却水の作用によって伸びがあまり生じず、熱膨脹差による２次燃焼用気体供給管の割れおよび歪の発生を抑えることができる。
（２）内管リングおよび接続管の設置により、２次燃焼用気体供給管の本数を減少することができ、その構造が単純となり、製造工程およびコストが減少する。
（３）２次燃焼用気体供給管の途中にＯリング等の伸縮機構を設けることにより、２次燃焼用気体供給管の割れおよび歪を防止することができる。
（４）２次燃焼用気体供給管を摺動機能を有する保持機構によってランス本体に取付けることにより、ランス本体の振動による２次燃焼用気体供給管の破壊を防止することができる。
（５）２次燃焼用ノズルの各々または所定個数ごとに２次燃焼用気体供給管を接続し、２次燃焼用ノズルの配設位置に応じて２次燃焼用気体の供給量を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１および２に係る精錬用ランスを示す斜視である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る精錬用ランスの概略を説明する断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る２次燃焼用気体供給管の伸縮機構を示す断面図である
【図４】この発明の実施の形態１に係る２次燃焼用気体供給管の伸縮機構および摺動機能を有する保持機構を備えるランスの部分断面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る２次燃焼用気体供給管の設置状況を示す斜視図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るスライド機構を示す側面断面図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係るスライド機構を示す正面断面図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係る精錬用ランスの概略を説明する斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係る２次燃焼用気体供給管、内管リングおよび接続管を説明する斜視図である。
【図１０】図９のＡ部を示す断面図である。
【図１１】この発明の実施の形態２に係る内管リングを説明する平面図である。
【図１２】図１１のＡ−Ａ線断面図である。
【図１３】図１２のＢ−Ｂ線断面図である。
【図１４】２次燃焼用気体供給管と内管リングとを交錯させない実施例１を示す一部断面斜視図である。
【図１５】２次燃焼用気体供給管と内管リングとを交錯させない実施例２を示す斜視図である。
【図１６】接続管を螺旋状に配した実施例を示す斜視図である。
【図１７】内管リングと接続管との接続部を示す断面図である。
【図１８】転炉の一例を示す斜視図である。
【図１９】転炉の一例を示す平面図である。
【図２０】転炉内の地金の付着を模式的に説明する平面図である。
【符号の説明】
Ａ、Ｃ  ランス
１  転炉
２  出鋼口
３  排出口
４  トラニオンリング
５  トラニオン
６  地金
７  ランス本体
８  精錬用気体供給路
９  精錬用ノズル
１０  ２次燃焼用ノズル
１１  最内筒
１２  冷却水排水路
１３  冷却水給水路
１４  最外筒
１５  伸縮機構
１６  スライド機構
１６ａ  パイプガイド
１６ｂ  ガイド固定板
１７  ２次燃焼用気体供給管
１８  接続部材
１９  Ｏリング
２０  冷却水
２１  中筒
２２  内管リング
２３  接続管
２４  冷却水供給管
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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