(57)【要約】【課題】  優れた耐スポリーング性と攪拌力を有し、かつ精錬用ガスの吹き込み量を広範囲にわたって変更できる底吹き羽口を提供する。【解決手段】  溶融金属を収容して精錬する精錬用容器の底部に配設され、精錬用ガスを精錬用容器内へ吹き込む底吹き羽口であって、円柱状に成形した羽口耐火物に精錬用ガスの流路を細管状に成形して２本以上設け、羽口耐火物の上端面に流路を開口させ、羽口耐火物の中心軸を中心とする円周上に、流路の開口部の中心である開口中心点を等間隔で配置し、開口中心点を通る鉛直線と流路の中心軸とのなす傾斜角αを全ての開口中心点にて一定値とする。【選択図】        図１
2006274364.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を収容して精錬する精錬用容器の底部に配設され、精錬用ガスを前記精錬用容器内へ吹き込む底吹き羽口であって、円柱状に成形した羽口耐火物に前記精錬用ガスの流路を細管状に成形して２本以上設け、前記羽口耐火物の上端面に前記流路を開口させ、前記羽口耐火物の中心軸を中心とする円周上に、前記流路の開口部の中心である開口中心点を等間隔で配置し、前記開口中心点を通る鉛直線と前記流路の中心軸とのなす傾斜角αが全ての開口中心点にて10〜45°の範囲にあることを特徴とする底吹き羽口。
【請求項２】
前記開口中心点によって形成される円の前記開口中心点における接線と前記流路の中心軸とのなす角を水平面上に投影した捻り角βが全ての開口中心点にて前記接線に対して±10°以内であることを特徴とする請求項１に記載の底吹き羽口。
【請求項３】
前記開口中心点が配置される円周が、前記羽口耐火物の中心軸を中心として２ケ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の底吹き羽口。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属を収容して精錬する容器の底部に配設され、精錬用ガスを容器内の溶融金属に吹き込む羽口（以下、底吹き羽口という）に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属（たとえば溶鋼等）に精錬用ガスを供給して精錬するにあたって、
(a) 溶融金属の浴面の上方から精錬用ガスを高速で吹き付ける精錬方法、
(b) 溶融金属を収容する精錬用容器の底部から精錬用ガスを吹き込む精錬方法、
(c) 上記の (a)と(b) を併用する精錬方法
等が広く採用されている。精錬用ガスは、溶融金属を攪拌するための不活性ガス（たとえばArガス，Ｎ2 ガス等）のみならず、溶融金属が溶鋼である場合には脱炭反応を促進するためのＯ2 ガス等、種々のガスをその目的に応じて適宜選択して使用する。
【０００３】
上記の (b)あるいは (c)の精錬方法にて使用する底吹き羽口は、溶融金属を収容する精錬用容器（たとえば底吹き転炉，上底吹き転炉等）の底部に配設されるので、精錬の操業中は常に溶融金属に接触し、化学的あるいは物理的な侵食が容易に進行する。また、精錬が終了して溶融金属を排出したときに底吹き羽口は冷却され、再び溶融金属を精錬用容器に収容すれば、底吹き羽口の温度は急激に上昇する。このような熱衝撃を繰り返し受けることによって、底吹き羽口の物理的な侵食も進行する。
【０００４】
したがって底吹き羽口の耐用性を高めるためには、化学的な侵食の抑制（すなわち耐食性の改善），物理的な侵食の抑制（すなわち耐スポーリング性や耐摩耗性の改善）が要求される。そのため、底吹き羽口を構成する素材の成分のみならず底吹き羽口の構造についても種々の検討がなされている。
たとえば特許文献１には、管の内部が空洞の外管と、管の内部が中実の内管とを組み合わせた底吹き羽口が開示されている。この底吹き羽口は、中心軸を一致させて配置した外管と内管の間隙から精錬用ガスを吹き込むものである。しかしながら特許文献１では外管や内管の寸法については考慮されていない。そのため、外管と内管の間隙から吹き込まれた精錬用ガスが溶融金属中で気泡が過剰に大きくなった場合には、その気泡が底吹き羽口から離脱した後の空間に、周辺の溶融金属が充満することによって底吹き羽口に作用する衝撃が大きくなる。つまり特許文献１に開示された技術では耐スポリーング性の向上は期待できない。
【０００５】
また非特許文献１には、細管を多数組み合わせた羽口（以下、細管集合型羽口という）が開示されている。細管集合型羽口は、細管の内径と本数を適宜選択することによって、精錬用ガスの吹き込み量を変更できる。溶融金属の精錬工程の生産性向上あるいは成分の均一化を図る観点から、細管集合型羽口を介して吹き込まれる精錬用ガスの攪拌力を高めるためには、
(A) 細管の内径を拡大する、
(B) 細管の本数を増加する、
(C) 精錬用ガスの元圧を上昇させる、
(D) 精錬用容器に細管集合型羽口を多数配設する
等によって精錬用ガスの流量を増大させる必要がある。
【０００６】
一般に、精錬用容器（たとえば底吹き転炉，上底吹き転炉等）を用いて溶融金属（たとえば溶鋼等）の精錬を行なう場合には、精錬中は精錬用容器を正立させるので、底吹き羽口は溶鋼の浴面の下方に位置する。ところが溶鋼を装入または排出する際には、精錬用容器を傾動させるので、底吹き羽口は露出する。そのため精錬用ガスの吹き込み量は、小流量から大流量まで広範囲にわたって変更させる必要がある。
【０００７】
ところが上記の (A)では、細管の圧力損失が減少するので、精錬用ガスの流量を増大させることは可能であるが、漏鋼を防止するために精錬用ガス流量の下限値を上昇せざるを得ない。したがって、精錬用ガス流量の変更可能な範囲が狭くなる。
上記の (B)では、細管の内径が変更されないので、細管１本あたりの精錬用ガス流量の下限値は一定であるが、細管の本数が増加することによって、細管集合型羽口としての精錬用ガス流量の下限値は上昇する。したがって、精錬用ガス流量の変更可能な範囲が狭くなる。
【０００８】
上記の (C)では、精錬用ガスを送風する配管，ポンプやダンパー等の大幅な設備改造が必要であり、高額の設備投資を要するばかりでなく、工事のために設備稼働を長期間休止しなければならない。
上記の (D)では、 (C)と同様に、精錬用ガスを送風する配管，ポンプやダンパー等の大幅な設備改造が必要である。しかも精錬用容器の炉底構造も変更しなければならないので、一層高額の費用を要する。
【特許文献１】特開昭57-114623 号公報
【非特許文献１】川崎製鉄技報17(1985)4,357-364
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は上記のような問題を解消し、優れた耐スポリーング性と攪拌力を有し、かつ精錬用ガスの吹き込み量を広範囲にわたって変更できる底吹き羽口を提供することを目的とする。また本発明の底吹き羽口は、既存の精錬用容器や周辺機器の大幅な改造を必要とせずに使用できる。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、溶融金属を収容して精錬する精錬用容器の底部に配設され、精錬用ガスを精錬用容器内へ吹き込む底吹き羽口であって、円柱状に成形した羽口耐火物に精錬用ガスの流路を細管状に成形して２本以上設け、羽口耐火物の上端面に流路を開口させ、羽口耐火物の中心軸を中心とする円周上に、流路の開口部の中心である開口中心点を等間隔で配置し、開口中心点を通る鉛直線と流路の中心軸とのなす傾斜角αが全ての開口中心点にて10〜45°の範囲にある底吹き羽口である。
【００１１】
本発明の底吹き羽口は、開口中心点によって形成される円の開口中心点における接線と流路の中心軸とのなす角を水平面上に投影した捻り角βが、全ての開口中心点にて接線に対して±10°以内であることが好ましい。さらに開口中心点が配置される円周が、羽口耐火物の中心軸を中心として２ケ以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、底吹き羽口の耐スポリーング性と攪拌力を向上するとともに、精錬用ガスの吹き込み量を広範囲にわたって変更することが可能である。しかも本発明の底吹き羽口を使用する際には、既存の精錬用容器や周辺機器の大幅な改造を必要としないので、設備投資を低く抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の底吹き羽口の上端面の例を模式的に示す斜視図である。なお、底吹き羽口は底吹き転炉等の精錬用容器の底部に配設（すなわち炉底耐火物に埋設）されるが、図１では底吹き羽口の周辺の炉底耐火物は図示を省略する。
図１に示すように、本発明の底吹き羽口では、円柱状の羽口耐火物１に細管状の精錬用ガスの流路２を設け、底吹き羽口の上端面にその流路２を開口させる。流路２は、羽口耐火物１内に２本以上設ける。なお図１には流路２を６本設ける例を示す。これらの流路２の開口部の中心Cp（以下、開口中心点という）は、羽口耐火物１の中心軸CL1 を中心とする円CAの円周上に等間隔で配置される。
【００１４】
図２は、図１中の任意の流路２の開口部近傍を拡大して示す側面図である。流路２の中心軸CL2 と開口中心点Cpを通る鉛直線とのなす角α（以下、傾斜角という）は、全ての開口中心点において10〜45°とする。
図３は、本発明の底吹き羽口から精錬用容器内の溶融金属へ精錬用ガスを吹き込む例を模式的に示す断面図である。底吹き羽口は、その上端面が精錬用容器の上面に露出するように配設される。精錬用ガス４は、底吹き羽口の下部から供給され、流路２内を通って開口部から気泡4aとなって溶融金属３へ吹き込まれる。流路２は、各開口中心点Cpにて、鉛直線に対して一定の傾斜角αで傾斜しているので、溶融金属３へ吹き込まれた精錬用ガス４の気泡4aは旋回流SEを形成する。したがって、本発明の底吹き羽口を用いて精錬用ガス４を吹き込むことによって、溶融金属３を十分に攪拌できる。
【００１５】
既に説明した通り、本発明の底吹き羽口では、円柱状の羽口耐火物１に２本以上の精錬用ガスの流路２を設ける。流路２の本数や内径は、精錬用容器の寸法，溶融金属の種類あるいは精錬用ガスの吹き込み量等に応じて適宜設定する。
なお、傾斜角αが10°未満では、溶融金属３の旋回流SEが生じない。一方、傾斜角αが45°を超えると、羽口出口で膨張性気泡による叩き損耗が大きくなるので、開口部の欠損が生じやすくなる。したがって傾斜角αは10〜45°の範囲内を満足するのが好ましい。
【００１６】
また流路２の中心軸CL2 は、開口中心点Cpが配置される円周CAの接線方向であることが好ましい。ただし図４に示すように、円CAの開口中心点Cpにおける接線CBと流路２の中心軸CL2 とのなす角を水平面（すなわち平面図）上に投影した角β（以下、捻り角という）が±10°以内とすることもできる。ここでは、図４において接線CBの下側に設定する捻り角βをプラス，接線CBの上側に設定する捻り角βをマイナスとして説明する。捻り角βがプラス10°を超えると、流路２から吹き込まれた精錬用ガス４が円CA内で干渉して、旋回流SEが形成されない。一方、捻り角βがマイナス10°を超えると、流路２から吹き込まれた精錬用ガス４が精錬用容器の側壁（図示せず）の方向に放散されるので、旋回流SEが形成されない。つまり溶融金属３の旋回流SEを形成するために、捻り角βは±10°以内とするのが好ましい。
【００１７】
また、図１には開口中心点Cpによって形成される円CAが１ケの例を示したが、円CAを２ケ以上形成しても良い。図５には、円CAを２ケ形成する例を示す。これらの円CA1 ，CA2 は、いずれも羽口耐火物１の中心軸CL1 を中心とする同心円である。
このようにして本発明の底吹き羽口は、耐スポーリング性と攪拌力を向上できる。しかも、精錬用ガス４の流路２の本数や内径を好適範囲内を満足する数値に設定することによって、精錬用ガスの吹き込み量を小流量から大流量まで広範囲にわたって変更することが可能である。また本発明の底吹き羽口の寸法（すなわち外径，高さ等）を従来の羽口と同一にすれば、既存の精錬用容器や周辺機器を使用できる。
【実施例】
【００１８】
直径500mm の実験用容器の底部に底吹き羽口を配設した。底吹き羽口は、流路２を図５に示すように配置したものを使用した。羽口耐火物１の外径は120mm とし、流路２の内径は１mmとした。流路２の本数は合計30本とし、円CA1 に20本を等間隔で配置し、円CA2 に10本を等間隔で配置した。各流路２の開口中心点Cpにおける傾斜角αは一定とし、そのα値が０°，５°，10°，20°，30°，45°，60°の７種類の底吹き羽口を使用した。捻れ角βは±０°とした。
【００１９】
この実験用容器にイオン交換水（いわゆる純水）を深さ500mm まで収容し、底吹き羽口の下部から空気を供給（流量： 0.8ｍ3 （標準状態）／分）し、流路２を介してイオン交換水に吹き込んだ。実験用容器内のイオン交換水に空気を吹き込みながら、水面の中央に塩化カリウム水溶液（濃度：１質量％）を10cm3 滴下した。
このときの電気伝導度の推移を測定した。センサーの位置は、実験用容器の底部の壁面近傍に設置した。塩化カリウム水溶液の滴下により、イオン交換水の電気伝導度は上昇し、充分時間が経過した後に一定値になる。この電気伝導度の推移において、塩化カリウム水溶液の滴下を開始してから、最終的に到達する電気伝導度の±５％以内の値に電気伝導度が上昇するまでの時間を均一混合時間とした。
【００２０】
均一混合時間の測定は、傾斜角αを変更した７種類の底吹き羽口毎に３回ずつ行ない、その平均値を計算した。傾斜角αと均一混合時間の平均値との関係を図６に示す。ただし図６では、均一混合時間を攪拌指数として示す。攪拌指数とは、傾斜角α＝０°の底吹き羽口の均一混合時間の平均値を基準値（＝１）として、相対的に評価する指標である。つまり攪拌指数が小さいほど、均一混合時間が短い（すなわち攪拌力が強い）ことを示す。図６から明らかなように、傾斜角αが10°以上の範囲で攪拌指数が減少している。
【００２１】
次に、底吹き羽口を配設した試験転炉（容量５ton ）に溶鋼を収容して、精錬を行ない、Mnの歩留りと底吹き羽口の損耗量を調査した。底吹き羽口は、流路２を図１に示すように配置したものを使用した。ただし試験転炉で用いた底吹き羽口では、流路２の本数は10本とし、円CAに10本を等間隔で配置した。流路２の内径は２mmとした。各流路２の開口中心点Cpにおける傾斜角αは一定とし、そのα値が０°，10°，20°，60°の３種類の底吹き羽口を使用した。捻れ角βは±０°とした。
【００２２】
この試験転炉に溶鋼を５ton 収容し、底吹き羽口の下部からＮ2 ガスを供給（流量： 1.0ｍ3 （標準状態）／分）し、流路２を介して溶鋼に吹き込んだ。試験転炉内の溶鋼にＮ2 ガスを吹き込みながら、溶鋼の浴面にMn鉱石を 100kg投入した。Mn鉱石を投入した後、15分経過したときにＮ2 ガスの吹き込みを停止した。溶鋼の温度は1650℃であった。
Ｎ2 ガスの吹き込みを停止した後の溶鋼のMn含有量（質量％）を測定し、溶鋼量（＝５ton ）と吹錬前後の鋼中のMn含有量から溶鋼中のMn量（kg）を算出し、さらに下記の式でMn歩留りを算出した。
【００２３】
Mn歩留り（％）＝100 ×ＭSTEEL ／ＭORE 
ＭSTEEL ：溶鋼中のMn量（kg）
ＭORE   ：Mn鉱石中のMn量（kg）
傾斜角αとMn歩留りとの関係を図７に示す。ただし図７では、Mn歩留りを歩留り指数として示す。歩留り指数とは、傾斜角α＝０°のMn歩留りを基準値（＝１）として、相対的に評価する指標である。つまり歩留り指数が大きいほど、攪拌力が強いことを示す。図７から明らかなように、傾斜角αが10°以上の範囲で歩留り指数が増加している。
【００２４】
また、Ｎ2 ガスの吹き込みを停止した後、試験転炉から溶鋼を排出し、底吹き羽口を回収して、底吹き羽口の長さ（mm）を測定した。Ｎ2 ガスの吹き込みを開始する前に予め測定した長さと、吹き込みを停止した後で測定した長さとの差を求めて、その数値を底吹き羽口の損耗量とした。傾斜角αと底吹き羽口の損耗量との関係を図８に示す。ただし図８では、底吹き羽口の損耗量を損耗指数として示す。損耗指数とは、傾斜角α＝０°の損耗量を基準値（＝１）として、相対的に評価する指標である。つまり損耗指数が大きいほど、損耗量が多いことを示す。図８から明らかなように、傾斜角αが45°以下の範囲で、損耗指数が減少した。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の底吹き羽口の上端面の例を模式的に示す斜視図である。
【図２】図１中の流路の開口部近傍を拡大して示す側面図である。
【図３】本発明の底吹き羽口から精錬用容器内の溶融金属へ精錬用ガスを吹き込む例を模式的に示す断面図である。
【図４】図１中の流路の開口部近傍を拡大して示す平面図である。
【図５】本発明の底吹き羽口の上端面の他の例を模式的に示す平面図である。
【図６】傾斜角αと攪拌指数との関係を示すグラフである。
【図７】傾斜角αと歩留り指数との関係を示すグラフである。
【図８】傾斜角αと損耗指数との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１  羽口耐火物
２  精錬用ガスの流路
３  溶融金属
４  精錬用ガス
4a  気泡
５  炉底耐火物
SE  旋回流
CL1 羽口耐火物の中心軸
CL2 流路の中心軸
Cp  開口中心点
CA  開口中心点で形成される円
CB  開口中心点で形成される円の接線
【図１】
2006274364.tif 000003
【図２】
2006274364.tif 000004
【図３】
2006274364.tif 000005
【図４】
2006274364.tif 000006
【図５】
2006274364.tif 000007
【図６】
2006274364.tif 000008
【図７】
2006274364.tif 000009
【図８】
2006274364.tif 000010