(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
炉内の溶融金属にガスを吹き込むための複数の金属細管を含んで、炭素含有耐火物で一体にプレス成型された羽口ブロックであって、
炉内に配置される該羽口ブロックのガス吹出面を上記金属細管の軸方向に沿った方向で且つ上記炉内側からみた平面である、平面視における羽口ブロックのガス吹出面において、
上記複数の金属細管の中心位置同士を結ぶ線分で囲まれる最大の領域を羽口存在領域と定義し、その羽口存在領域全体を含む最小の円を基準円と定義して、上記基準円と同心で且つ当該基準円の半径の２／３の半径の円の円周を境界として、上記羽口存在領域を、該２／３の半径の円の円周上を含む内側の内側羽口存在領域と該円周の外側の外側羽口存在領域の２つの領域に仮想的に区分し、
上記内側羽口存在領域の面積をＴＡｉ、外側羽口存在領域の面積をＴＡｏとし、
中心位置が上記内側存在領域に含まれる金属細管のガス流路断面積を合計した合計ガス流路断面積をＧＡｉ、中心位置が上記外側存在領域に含まれる金属細管のガス流路断面積を合計した合計ガス流路断面積をＧＡｏとした場合に、金属細管のガス流路断面積及び隣り合う金属細管の間隔のうち、少なくとも金属細管の間隔を調整することで、下記（１）式を満足することを特徴とする羽口ブロック。
０．１≦  （ＧＡｏ／ＴＡｏ）／（ＧＡｉ／ＴＡｉ）  ≦  ０．８
・・・（１）
【請求項２】
上記羽口存在領域の面積は、上記平面視における羽口ブロックのガス吹出面の面積の０．１５以上０．８以下の面積であることを特徴とする請求項１に記載の羽口ブロック。
【請求項３】
更に、下記（２）式及び（３）式を満足することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の羽口ブロック。
０．００４≦（ＧＡｏ／ＴＡｏ）≦  ０．０８      ・・・（２）
０．０１  ≦（ＧＡｉ／ＴＡｉ）≦  ０．１５      ・・・（３）
【請求項４】
上記複数の金属細管は、羽口ブロックの中心側に配置される内層の金属細管群と、その内層の金属細管群の外周を囲むようにして当該内層の金属細管群の外周側に配置される外層の金属細管群と、を備え、
上記内層の金属細管群と外層の金属細管群とは、内層の金属細管群を構成する金属細管における隣り合う金属細管の中心位置間の間隔の３倍以上の距離だけ離れ、且つ上記外層の金属細管群によるガス流路断面積は、上記内層の金属細管群によるガス流路断面積より小さいことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の羽口ブロック。
【請求項５】
上記複数の金属細管はいずれも、内径４ｍｍ以下の管径であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の羽口ブロック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上底吹き転炉など、溶融金属を精錬する炉内の溶融金属にガスを吹き込むためのノズルを構成する羽口ブロックに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属を精錬する場合、攪拌による反応促進等の目的で炉内にガスを吹き込むことがある。例えば、鉄鋼業の転炉において銑鉄の炭素を取り除く場合のように、容器の底からアルゴンや窒素などの不活性ガスを吹き込む場合がある。その羽口の一つの形式として鉄と鋼６８（１９８２）４、Ｓ２００には、耐火物中に複数のパイプを埋設した羽口ブロックの構造が開示されている。この構造の羽口はガス流量の下方弾力性に優れており、商業生産用の転炉に使用されている。
【０００３】
上記羽口を構成する、底吹き転炉の羽口ブロック（ノズル）は、例えば、特許文献１や特許文献２に記載のような構造となっている。この従来の羽口ブロック（ノズル）は、ガス流路を構成する複数のパイプが軸を上下に向けて耐火物内に埋設されて構成され、上記複数のパイプは、ガス吹出方向からみて（上方からみて）、羽口ブロックの中央を含む所定のガス吹出領域内に対し、等間隔若しくは略等間隔に配置されている。すなわち、従来の羽口ブロックにあっては、ガス吹出方向からみて、一つのガス吹出領域内に全てのガス流路が等間隔に配置されるように設定されているものが多い。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開昭５９−１５３８１８号公報
【特許文献２】実公昭６２-１７４６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、製造コスト低減から羽口ブロックの損耗速度の抑止が望まれる。また、精錬時間の短縮、スクラップの多量使用等の要求から底吹きガス流量を増加したい要求もあり、これに対応した羽口ブロックの損耗速度低減も望まれている。
本発明者らが、検討した結果、上記従来技術のように、一つのガス吹出領域内に対し複数のガス流路を等間隔に配置する構成では、ガス流量が増加するほど羽口ブロック内の温度勾配が大きくなって羽口ブロック内に発生する熱応力が増大するため、上記損耗速度が増大するといった課題があった。
本発明は、より損耗速度の低減を図ることが可能な羽口ブロックを提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のうち請求項１に記載した発明は、炉内の溶融金属にガスを吹き込むための複数の金属細管を含んで、炭素含有耐火物で一体にプレス成型された羽口ブロックであって、
炉内に配置される該羽口ブロックのガス吹出面を上記金属細管の軸方向に沿った方向で且つ上記炉内側からみた平面である、平面視における羽口ブロックのガス吹出面において、
上記複数の金属細管の中心位置同士を結ぶ線分で囲まれる最大の領域を羽口存在領域と定義し、その羽口存在領域全体を含む最小の円を基準円と定義して、上記基準円と同心で且つ当該基準円の半径の２／３の半径の円の円周を境界として、上記羽口存在領域を、該２／３の半径の円の円周上を含む内側の内側羽口存在領域と該円周の外側の外側羽口存在領域の２つの領域に仮想的に区分し、
上記内側羽口存在領域の面積をＴＡｉ、外側羽口存在領域の面積をＴＡｏとし、
中心位置が上記内側存在領域に含まれる金属細管のガス流路断面積を合計した合計ガス流路断面積をＧＡｉ、中心位置が上記外側存在領域に含まれる金属細管のガス流路断面積を合計した合計ガス流路断面積をＧＡｏとした場合に、金属細管のガス流路断面積及び隣り合う金属細管の間隔のうち、少なくとも金属細管の間隔を調整することで、下記（１）式を満足することを特徴とする。
０．１≦  （ＧＡｏ／ＴＡｏ）／（ＧＡｉ／ＴＡｉ）  ≦  ０．８
・・・（１）
ここで、上記「平面視における羽口ブロックのガス吹出面」は、羽口ブロックの炉内側（例えばガス吹出面から１ｃｍ以内）での上記金属細管群と垂直な断面と実質同じである。
【０００７】
次に、請求項２に記載した発明は、請求項１に記載した構成に対し、上記羽口存在領域の面積は、上記平面視における羽口ブロックのガス吹出面の面積の０．１５以上０．８以下の面積であることを特徴とする。
次に、請求項３に記載した発明は、請求項１又は請求項２に記載の構成に対し、更に、下記（２）式及び（３）式を満足することを特徴とする。
０．００４≦（ＧＡｏ／ＴＡｏ）≦  ０．０８      ・・・（２）
０．０１  ≦（ＧＡｉ／ＴＡｉ）≦  ０．１５      ・・・（３）
【０００８】
次に、請求項４に記載した発明は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の構成に対し、上記複数の金属細管は、羽口ブロックの中心側に配置される内層の金属細管群と、その内層の金属細管群の外周を囲むようにして当該内層の金属細管群の外周側に配置される外層の金属細管群と、を備え、
上記内層の金属細管群と外層の金属細管群とは、内層の金属細管群を構成する金属細管における隣り合う金属細管の中心位置間の間隔の３倍以上の距離だけ離れ、且つ上記外層の金属細管群によるガス流路断面積は、上記内層の金属細管群によるガス流路断面積より小さいことを特徴とする。
次に、請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の構成に対し、上記複数の金属細管は、内径４ｍｍ以下の管径であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、羽口存在領域を内側の領域と外側の領域とに区分して、それぞれの領域に占めるガス流路断面積比率の関係を規定して金属細管を配置したことで、羽口ブロック中央側から外周側に向かう方向（金属細管群に直交する断面）での羽口ブロック内の温度勾配を、従来よりもなだらかなものにすることが可能となる。
この結果、羽口ブロックの損耗速度をより低減することが出来るようになる。このことにより、例えばガス流量を従来よりも増加して操業することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】底吹き転炉を説明する概念図である。
【図２】羽口ブロック内のパイプ（ガス流路）を説明する図である。
【図３】従来のパイプ配置例を示す図である。
【図４】本発明に基づく実施形態に係るパイプの配置例を示す図である。
【図５】本発明に基づく実施形態に係る別のパイプの配置例を示す図である。
【図６】本実施形態の作用の一つを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明に係る実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態では、本発明の羽口ブロック１を採用する炉として上底吹き転炉を例に挙げて説明する。但し、本発明の羽口ブロック１は、上底吹き転炉以外の炉であっても、溶融金属にガスを吹き込む炉であれば適用可能である。
【００１２】
（構成）
上底吹き転炉では、上吹きランスから脱炭精錬用の酸素ガスを吹き込むと共に、図１に示すように、炉底に備えた羽口ブロック１から撹拌用ガスを吹込んで溶鉄５を撹拌しつつ脱炭精錬を行う。羽口ブロック１は、炉底の炉底煉瓦２に羽口受け煉瓦６を介して取付けられる。この羽口ブロック１は、通常は複数設置されるが、図１では１個に簡略化して模式的に示した。羽口ブロック１は、図２に示すように、炭素含有耐火物４を複数の金属細管３と共に直径０．２ｍ程度の円柱形あるいは円錐台形などの形状に、静水圧プレス等の方法で一体にプレス成型して構成され、該羽口ブロック１は、上記複数の金属細管３を通じて炉内の溶鉄５（溶融金属）に攪拌ガス（ＣＯ２，Ａｒ、Ｎ２等）を吹き込むために使用される。
【００１３】
上記複数の金属細管３を、それぞれ軸を上下に向けて配置されてガス流路を構成し、羽口ブロック１を構成する炭素含有耐火物４の上面（ガス吹出面）に開口してそれぞれ吹出口を構成する。上記各金属細管３の管径はそれぞれ、内径４ｍｍ以下、より望ましくは内径３ｍｍ以下のステンレス鋼製等の金属細管を使用すればよい。また金属細管３は、炭素含有耐火物４からの浸炭を防止する等の目的で、酸化物系の耐火材料でコーティングを施したものを用いても良い。なお、羽口ブロック１の上面であるガス吹出面は、精錬中は、炉内の溶鉄５に常に接触した状態となっている。
そして、本実施形態では、上記複数の金属細管３の上流側（下側）には、上記複数の金属細管３にガスを分配するための風箱７が、各羽口ブロック毎に羽口ブロックと一体に備えられている。その各羽口ブロックの風箱７はガス供給路に接続されている。
【００１４】
次に、上記複数の金属細管３（ガス流路）の配置若しくはガス流量の分布について説明する。
従来の羽口ブロック１にあっては、ガスの吹出方向（上方）からみて、例えば図３に示すように、炉内に配置されるガス吹出面（羽口ブロックの上面）において、中央側に１つの吹出領域を設定し、その吹出領域内に複数の金属細管３の開口を均等に配置している。
これに対し、本実施形態では、炉内に配置されるガス吹出面を、金属細管の軸方向に沿った方向で且つ上記炉内側からみた、つまり上方からみた平面（平面視での面）である、羽口ブロック１の上面に対し、次のようにして複数の金属細管の配置（分布）を規定する。
【００１５】
すなわち、図４に示すように、上記羽口ブロック１の上面において、上記複数の金属細管の中心位置同士を結ぶ線分で囲まれる最大の領域を羽口存在領域と定義する。ここで上記羽口存在領域は、その境界線１０上を含む当該境界線１０で囲まれる領域である。また、その羽口存在領域全体を含む最小の円を基準円８と定義する。上記基準円８と同心で且つ当該基準円８の半径の２／３の半径の円９で、上記羽口存在領域を、内側羽口存在領域と外側羽口存在領域の２つの領域に仮想的に区分する。そして、そして、内側羽口存在領域（円９内の円周上を含む領域）と外側羽口存在領域（円９より外側で境界線１０の内側の当該境界線１０上を含む領域）とで、各領域の面積に占めるガス流路断面積の比率を変更するように、上記内側羽口存在領域及び外側羽口存在領域にそれぞれ複数の金属細管３ａ、３ｂの開口を配置する。
【００１６】
本実施形態では、上記内側羽口存在領域の面積をＴＡｉ、外側羽口存在領域の面積をＴＡｏとし、また、中心位置が上記内側存在領域に含まれる金属細管のガス流路断面積を合計した合計ガス流路断面積をＧＡｉ、中心位置が上記外側存在領域に含まれる金属細管のガス流路断面積を合計した合計ガス流路断面積をＧＡｏとした場合に、ガス流路断面積率比（外側／内側）Ｈ（＝（ＧＡｏ／ＴＡｏ）／（ＧＡｉ／ＴＡｉ））が、下記（１）式を満足するように、複数の金属細管の配置を決定する。
なお、円９の円周上に中心位置が位置する金属細管は、内側羽口存在領域の金属細管とする。
０．１≦  Ｈ  ≦  ０．８
但し、Ｈ＝（ＧＡｏ／ＴＡｏ）／（ＧＡｉ／ＴＡｉ）
・・・（１）
なお、図３に示した従来例では、ガス流路断面積率比（外側／内側）Ｈは、１．７であった。
【００１７】
また、図４に示した本発明の実施形態では、内側羽口存在領域に配置される金属細管３ａの数は６１本で、図３に示した従来例の場合の中央部にある６１本の金属細管３と同じ配置であり、円９よりも外側、つまり外側羽口存在領域にある３０本の金属細管３０ｂの配置をより外側に変更して、外側のガス流路断面積率を減少することにより、上記ガス流路断面積率比（外側／内側）Ｈを、図３の場合の１．７から０．５７に減少している。
【００１８】
また本実施形態では、各羽口ブロック毎に、一つの風箱７に全ての金属細管を接続していることから、上述した外側羽口存在領域（円９と境界線１０との間の領域）と内側羽口存在領域（円９内の領域）の各合計ガス流路断面積に応じて、上記各領域から吹込まれるガス流量が分配されるようになる。従って、上記のように外側羽口存在領域（円９と境界線１０との間の領域）では、内側羽口存在領域（円９内の領域）に比べて面積当りのガス流路断面積が小さくなるようにしたことから、面積当りのガス流量についても、外側羽口存在領域（円９と境界線１０との間の領域）の方が内側羽口存在領域（円９内の領域）に比べて小さくなる。
【００１９】
また本実施形態では、上記羽口存在領域の面積（境界線１０で囲まれる領域の面積）は、平面視でのガス吹出面（羽口ブロック上面）の面積に対する比率（羽口存在領域面積率）が、０．１５以上０．８以下の範囲となるように設置するのが好ましい。図３示した従来例の場合、上記羽口存在領域面積率は０．１６であったが、図４に示した本発明の実施形態では、上記羽口存在領域面積率が図３に示した従来例の場合に比べて０．２８に増大している。もっとも、羽口存在領域を変更しないで領域内において、金属細管３ａ、３ｂの分布を調節する形態でも、本発明を満足するように実施できる。
【００２０】
複数の金属細管の配置について、更に、下記（２）式及び（３）式を満足することが好ましい。
０．００４≦（ＧＡｏ／ＴＡｏ）≦  ０．０８    ・・・（２）
０．０１  ≦（ＧＡｉ／ＴＡｉ）≦  ０．１５    ・・・（３）
（ＧＡｏ／ＴＡｏ）は、上記外側羽口存在領域（円９と境界線１０との間の領域）にその中心軸が含まれる上記金属細管３ｂの合計ガス流路断面積の、上記外側羽口存在領域（円９と境界線１０との間の領域）の面積に対する比率（外側のガス流路断面積率）である。
（ＧＡｉ／ＴＡｉ）は、上記内側羽口存在領域（円９内の領域）にその中心軸が含まれる上記金属細管３ａの合計ガス流路断面積の、上記内側羽口存在領域（円９内の領域）の面積に対する比率（内側のガス流路断面積率）である。
【００２１】
図４に示した本発明の実施形態では、上記外側のガス流路断面積率（ＧＡｏ／ＴＡｏ）を０．０２８に、また上記内側のガス流路断面積率（ＧＡｉ／ＴＡｉ）を０．０４９に調節している。図４に示した例のように金属細管の配置を調整する方法と共に、配置する金属細管の位置によって金属細管の内径を調節する方法によっても、本発明を実施するためのガス流路断面積率を調節することができる。
【００２２】
また本実施形態では、羽口ブロックとして、ガス吹き込み用の金属細管を含んだ、一様材質の炭素含有耐火物（マグネシア・カーボン煉瓦など）によって、円柱形あるいは円錐台形などの形状に一体にプレス成型されたものを用いた例で説明した。羽口ブロックは、さらにこの羽口ブロックを含むように大型煉瓦に成型して使用する場合もある。このような使用例であっても、初めに金属細管を含んで一体成型された部分のみが、本発明における羽口ブロックとして取り扱うものとする。さらにガス吹き込み用の金属細管を酸化物系の耐火材料でコーティングした後、これを含むように炭素含有耐火物で一体にプレス成型して羽口ブロックとしても良く、この場合も炭素含有耐火物で一体にプレス成型された羽口ブロックの範疇に含まれる。
【００２３】
また、上記内側羽口存在領域に存在する内側の金属細管群と外側羽口存在領域に上記内側の金属細管群の外周を囲むようにして存在する外側の金属細管群との間に、図５に示すように、羽口が存在しない領域を、次の関係を満たすように設定することも好適である。すなわち、上記内側羽口存在領域に位置する金属細管３ａつまり内側の金属細管群と、外側羽口存在領域の金属細管３ｂつまり外側の金属細管群との最短距離Ｌ１が、上記内側の金属細管群における隣り合う金属細管間の最小の中心位置間の間隔ΔＬの３倍以上となるように設定する。すなわち、内側羽口存在領域に配置された金属細管３ａと外側羽口存在領域に配置された金属細管３ｂとの一番近接している距離Ｌ１を、内側の金属細管群における隣り合う金属細管間の最小の中心位置間の間隔ΔＬの３倍以上の距離に設定する。例えば、羽口が存在しない領域の幅を、上記内側の金属細管群における隣り合う開口の中心位置間の間隔の３倍以上の幅とする。上記幅は、羽口ブロック１上面の中央を中心点とした放射方向（径方向）での距離である。
【００２４】
（作用その他について）
発明者らは、底吹き羽口の損耗は、羽口における熱応力による亀裂発生、伸展、剥離により進行していくと考え、羽口ブロック内の温度分布に着目した。
すなわち、羽口ブロックを構成する耐火物は、金属細管（ガス流路）と接触する部分はガス吹込みより冷却される一方、その他の部分では溶鉄からの受熱と隣の炉底煉瓦からの伝熱により高温になる。上記従来のような金属細管配置（図３参照）では、中央側に集中して金属細管３が配置されているため、中央側が冷却され、外周側が高温になる、この結果、従来の金属細管配置では、溶鉄に供給するガス流量を増加するほど、金属細管３近傍の冷却効果が大きくなると共に、図６（ａ）のように、ガス吹出の最外層の外周において溶鉄５の随伴流の流速も増大する結果、上記外周側の受熱も増大する。これによって、羽口ブロック１内の中央側から外周側に向かう方向での温度勾配が大きくなって熱応力が大きくなる。また、羽口ブロック近傍の煉瓦のスラグコーティングも剥離もしくは薄くなり、ますます煉瓦の稼動面（溶鉄との接触面）の受熱が大きくなる。
【００２５】
これに対し、発明者らは、上記のような熱応力を低減する方法について鋭意検討と実験を重ねた結果、羽口ブロック内の金属細管の存在領域を外側と内側の２領域に分け、外側と内側のガス流路断面積率の比を適正範囲とするように金属細管を配置することで、羽口ブロック内の温度勾配を減少させて熱応力を低減することによって、羽口損耗速度の増大を抑制しつつガス吹き込み速度の増大を図ることが可能であることを見出した。
【００２６】
すなわち、羽口存在領域全体（境界線１０で囲まれる領域）を含む最小の円（基準円８）と同心で半径が２／３の円９を境界として、外側羽口存在領域のガス流路断面積率を、内側ガス流路断面積率に比べて０．１以上０．８倍以下の範囲となるように抑えることで、外側羽口存在領域における吹き込みガスと羽口煉瓦間の伝熱面積を相対的に減少させて、外側羽口存在領域の羽口ブロックの冷却を緩和することができる。また外側羽口存在領域からのガス吹き込み速度も相対的に低減することから、図６（ｂ）に示すように、上記ガス吹出の最外層の外周における溶鉄の随伴流の流速の増大が抑えられることで、羽口ブロック上面の熱伝達率が低下して、羽口ブロックへの入熱が減少する。これらの効果により羽口ブロック内の温度勾配が低減して、発生する熱応力が低減する。
【００２７】
ここで、外側と内側のガス流路断面積率の比Ｈが０．８より大きいと、温度勾配の低減効果が小さく、羽口損耗の抑制効果が十分に得られない。また０．１よりも小さくなると、最外周の金属細管への熱負荷が大きくなり、先端部の軟化や溶融により羽口損耗速度が増大する。さらに、同じ全羽口存在領域からのガス吹き込み速度を増大する観点からは、外側の羽口存在領域にもある程度のガスを分配することが望ましい。このため、外側と内側のガス流路断面積率の比Ｈは０．１以上０．８以下が好適範囲であり、比Ｈは０．２以上０．６以下の範囲がより望ましい。
【００２８】
また、羽口ブロックのガス吹出面（羽口ブロックの上面１）に対する羽口存在領域の比率（羽口存在領域面積率）は、０．１５以上０．８以下の範囲が好適範囲であり、当該羽口存在領域面積率は０．２以上０．６以下の範囲がより望ましい。０．８倍より大きいと羽口ブロック側面と外周部の金属細管の間隔が小さすぎて、成型時に欠陥が発生するおそれがあり、使用原料の粒子径も制約を受けるおそれがある。また、羽口ブロック側面付近に熱応力が発生して、亀裂が内部に留まらずに側面に連通して破壊につながる確率が増大するため、羽口損耗速度が増大する問題も生じる。一方、０．１５倍より小さいと金属細管が中央部に密集しすぎて冷却を緩和する効果が小さく、羽口損耗の抑制効果が十分に得られない。
【００２９】
また外側羽口存在領域におけるガス流路断面積率（ＧＡｏ／ＴＡｏ）は、０．００４以上０．０８以下が好適範囲であり、０．０１以上０．０５以下の範囲がより望ましい。外側のガス流路断面積率（ＧＡｏ／ＴＡｏ）が０．０８より大きいと、温度勾配の低減効果が小さく、羽口損耗の抑制効果が十分に得られない。また０．００４よりも小さくなると、最外周の金属細管への熱負荷が大きくなり、先端部の軟化や溶融により羽口損耗速度が増大するからである。羽口存在領域一定の条件下でガス吹き込み速度を増大するためには、外側羽口存在領域にも上記の範囲内である程度のガス流路断面積を設けることが望ましい。また内側の羽口存在領域におけるガス流路断面積率（ＧＡｉ／ＴＡｉ）は、主に羽口ブロック当たりのガス吹き込み速度の目標値に応じて決めれば良いが、０．０１以上０．１５以下が好適範囲であり、０．０２以上０．１２以下の範囲がより望ましい。内側のガス流路断面積率（ＧＡｉ／ＴＡｉ）が０．１５より大きいと、羽口ブロック中央部の冷却が過剰となって大きな熱応力が発生するため、羽口損耗速度が増大する傾向があり、０．０１より小さいと必要なガス吹き込み速度を確保するためには多数の羽口ブロックを設置することが必要となって効率的でないからである。
【００３０】
以上のように、内側羽口存在領域に比べて相対的に外側羽口存在領域からのガス流量を抑えることで、上記ガス吹出の外層の外周における溶銑の随伴流の流速の増大を抑えることができ、内側羽口存在領域からのガス流量を増大しても、上記溶鉄の随伴流の流速への影響は小さい。
このとき、外側羽口存在領域に配置した複数の金属細管３ｂで、内側羽口存在領域を囲むように配置することで、最外周全周での随伴流の流速を低減することができる。この際、図４に示した本発明の実施形態は、金属細管の分布密度を内側羽口存在領域から外側羽口存在領域に向けてなだらかに変化させた場合の例であるが、図５のように内側の金属細管群と離間するように外側の金属細管群を配置しても同様の効果が得られる。
【００３１】
ここで、金属細管の総本数、各金属細管の直径は、要求される底吹きガス流量やガス圧力等により決まるが、必要に応じて金属細管を内層側に配置すれば良い。金属細管の内径については、ガス流量低下時の溶鉄の侵入を防止する観点から４ｍｍ以下とすることが望ましい。
【実施例１】
【００３２】
羽口ブロック１から吹き込むガスとして不活性ガスであるＮ２ガス或いはＡｒガスを用い、上記本実施形態に応じた金属細管配置とした実施例の羽口ブロックと、本発明外の金属細管配置である比較例の羽口ブロックとを、上底吹き転炉の炉底に設置して商用転炉実験（溶鉄量は２５０ｔｏｎ）を行った。
図３に示した従来の金属細管配置の場合を比較例１として、金属細管の配置及び内径を種々変更した実施例及び比較例について、羽口の平均損耗速度を測定して評価した。表１に各実施例及び比較例の主な条件と評価結果を示した。表１中に記載の合計ガス流路断面積比は、羽口ブロック当りの合計ガス流路断面積を比較例１の場合を基準とした比率で示したものである。なお羽口ブロックの形状は、全ての実施例及び比較例において等しく設定した。
【００３３】
実施例１〜８および比較例２、３は、羽口ブロック当りの合計ガス流路断面積を比較例１とほぼ等しくした例であり、転炉操業での羽口ブロック当りのガス吹き込み速度を比較例１の場合と等しくした。実施例９〜１１および比較例４〜６は、金属細管の内径を拡大して羽口ブロック当りの合計ガス流路断面積を比較例１の約２倍とした例であり、転炉操業での羽口ブロック当りのガス吹き込み速度を、精錬反応特性を向上するために比較例１の場合の約２倍とした。一般的に羽口損耗速度に及ぼすガス吹き込み速度の影響は大きいため、ガス吹き込み速度が同じ実施例及び比較例同士で比較して、本発明に基づく羽口ブロックによる羽口損耗速度の低減効果を評価した。
【００３４】
実施例６、７はそれぞれ図４、５の金属細管配置の例であり、実施例１〜５及び比較例２、３は図４よりも金属細管を配置する範囲をさらに広げて羽口存在領域面積率を０．５１以上０．５５以下の範囲とした例であり、羽口存在領域内での金属細管の分布を調整することにより、外側羽口存在領域におけるガス流路断面積率と内側羽口存在領域におけるガス流路断面積率とを変更している。また実施例１〜７及び比較例２、３では、管の内径と合計本数を比較例１と等しくしている。実施例８では、羽口存在領域を比較例１と等しくしたまま、金属細管の内径を拡大すると共に、外側羽口存在領域に属する金属細管本数を減少することによって、合計ガス流路断面積を比較例１とほぼ等しくしたまま、外側羽口存在領域におけるガス流路断面積率と内側羽口存在領域におけるガス流路断面積率とを変更している。
合計ガス流路断面積を比較例１の約２倍とした実施例９〜１１および比較例４〜６のうち、比較例４は比較例１と同じ図３に示した金属細管配置とした例であり、その他は、実施例６と同じ図４に示した羽口存在領域内で金属細管の配置を調整した例である。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
ここで、表１では、図３のように、羽口ブロック上面の１つの吹出領域に対して均一にパイプ３を配置した比較例１での損耗速度を１とした相対評価で、損耗速度比を記載している。
表１から分かるように、ガス流路面積率比（ＧＡｏ／ＴＡｏ）／（ＧＡｉ／ＴＡｉ）を本発明範囲に設定した実施例１〜８においては、比較例１〜３に比べて、損耗速度が２〜４割程度低減していることが分かる。またガス吹き込み速度を増大させた実施例９〜１１においても、比較例４〜６に比べて羽口損耗速度が３〜４割程度低減しており、約半分のガス吹き込み速度の比較例１と同程度の損耗速度となっていることから、本発明の羽口ブロックによる羽口損耗の抑制効果が、ガス吹き込み速度を増大させた場合にも有効であることが分かる。
【００３７】
なお、実施例１１の損耗速度度比が比較例１よりも若干高くなっているものの、これは精錬反応特性を向上するためにガス吹き込み速度を２倍に増大したことによるものであり、同じガス吹き込み速度で比較すれば、図３の金属細管配置からの損耗速度の低減効果は比較例２，３あるいは比較例５，６よりも大きい。実施例１１は、比較例１に近い損耗速度比に抑えながらガス吹き込み速度を増大出来ることを示している。なお、比較例１〜３においても設備能力向上の最高圧力に近い条件でガスを吹き込んでおり、同じ羽口ブロックでガス吹き込み速度を大幅に増大することは出来ない。また、実施例１１のガス吹き込み速度を比較例１に近づければ、実施例１１の損耗速度比は、比較例１よりも小さな値となる。
【符号の説明】
【００３８】
１     羽口ブロック
２     炉底煉瓦
３，３ａ、３ｂ       金属細管
４     炭素含有耐火物
５     溶鉄
６     羽口受け煉瓦
７     風箱
８     基準円
９     基準円と同心で半径が２／３の円
１０   羽口存在領域の境界線
【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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