(57)【要約】【課題】酸素ガスの圧力損失を抑制しつつ酸素ガスの吹きつけ量を増加させることが可能な地金切りランスを提供する。【解決手段】有底円筒状に形成され、先端側の側壁１１に設けられた複数の開口１２から転炉１３内に酸素ガスを吹き付けて、炉口１４周辺に付着した地金を除去する地金切りランス１０において、側壁１１の内側であって側壁１１から距離を有する位置に軸心に沿って配置された酸素送出路１６と、一側が酸素送出路１６に連通し酸素送出路１６からの酸素ガスを他側に送る中間流路２２と、それぞれ一側が中間流路２２の他側に連通し、他側が各開口１２に連通する複数の酸素吐出孔２３とを備え、中間流路２２は、一側から他側に向かって、断面積が漸減している。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有底円筒状に形成され、先端側の側壁に設けられた複数の開口から転炉内に酸素ガスを吹き付けて、炉口周辺に付着した地金を除去する地金切りランスにおいて、
前記側壁の内側であって該側壁から距離を有する位置に軸心に沿って配置された酸素送出路と、一側が前記酸素送出路に連通し該酸素送出路からの酸素ガスを他側に送る中間流路と、それぞれ一側が前記中間流路の他側に連通し、他側が前記各開口に連通する複数の酸素吐出孔とを備え、前記中間流路は、一側から他側に向かって、断面積が漸減していることを特徴とする地金切りランス。
【請求項２】
前記複数の酸素吐出孔は周方向に配列され、前記中間流路は、一側から他側に向かって、断面の該地金切りランスの軸心方向長さが縮小していることを特徴とする請求項１記載の地金切りランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銑鉄を精錬する転炉の炉口周辺に付着した地金を酸素ガスの吹き付けによって溶断する地金切りランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉の操業中、ランスによって酸素ガスが吹き込まれる際に、溶鋼が飛散し炉口周辺に付着すると、その溶鋼は固まり地金として残りやすい。炉口周辺に付着した地金は、ランスによる酸素ガスの吹き込みの繰り返しにより成長することによって、原料の転炉内への供給や、溶鋼又はスラグの転炉からの排出の障害となる。また、肥大した地金が炉口周辺から剥離して落下すると、操業中の溶鋼の温度が急激に低下して操業条件が乱れたり、転炉の内側に設けられた耐火物を損傷させたりするおそれがある。
【０００３】
そのため、地金が大きく成長する前に地金を除去する必要がある。地金の除去には、有底円筒状の地金除去用のランス（以下、「地金切りランス」と言う）の先端側を炉口から炉内に挿入してランス先端付近の側壁に設けた吐出孔から酸素ガスを地金に吹き付ける方法があり、その具体例が特許文献１に記載されている。
ここで、地金は炉口周辺に不均一に付着しているため、地金切りランスから炉口全体に向けて酸素ガスを万遍なく噴出すると、炉口周辺で地金のない領域にある耐火物を損傷するおそれがある。この点、特許文献１に記載の地金切りランスは、酸素を噴出する複数の酸素吐出孔（酸素吐出口）を地金切りランスの周方向の所定領域に設けて、特定の方向のみに酸素ガスを噴出するようにしているので、耐火物の損傷を防止可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−６０７４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、各酸素吐出孔の径を大きくすることによって、酸素ガスの吹き付け量が増加するので、地金の除去効率の向上が期待できる。そのため、特許文献１に記載の地金切りランスを基に、各酸素吐出孔の径を大きくしようとしたところ、所定の吹き付け量を得るためには酸素ガスを地金切りランスに供給するポンプの能力を想定以上に増大させる必要があることが判明した。これは、酸素ガスに対して生じる圧力損失が大きいことによるものと考えられる。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたもので、酸素ガスの圧力損失を抑制しつつ酸素ガスの吹き付け量を増加させることが可能な地金切りランスを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る地金切りランスは、有底円筒状に形成され、先端側の側壁に設けられた複数の開口から転炉内に酸素ガスを吹き付けて、炉口周辺に付着した地金を除去する地金切りランスにおいて、前記側壁の内側であって該側壁から距離を有する位置に軸心に沿って配置された酸素送出路と、一側が前記酸素送出路に連通し該酸素送出路からの酸素ガスを他側に送る中間流路と、それぞれ一側が前記中間流路の他側に連通し、他側が前記各開口に連通する複数の酸素吐出孔とを備え、前記中間流路は、一側から他側に向かって、断面積が漸減している。
また、本発明に係る地金切りランスは、前記複数の酸素吐出孔が周方向に配列され、前記中間流路は、一側から他側に向かって、断面の該地金切りランスの軸心方向長さが縮小していてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る地金切りランスによれば、中間流路は一側から他側に向かって断面積が漸減しているので、酸素ガスの圧力損失を抑制しつつ酸素ガスの吹きつけ量を増加させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の一実施の形態に係る地金切りランスの説明図である。
【図２】同地金切りランスの縦断面図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、図２のＡ−Ａ断面図及びＢ−Ｂ断面図である。
【図４】（Ａ）は中間流路の平面図、（Ｂ）、（Ｃ）はそれぞれ、図４（Ａ）のＬ−Ｌ断面図及びＭ−Ｍ断面図である。
【図５】（Ａ）は本発明の比較例に係る地金切りランスの縦断面図、（Ｂ）は図５（Ａ）のＱ−Ｑ断面図である。
【図６】（Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ、本発明の一実施の形態及び比較例に係る地金切りランスの酸素ガスの流路の模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１、図２、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、本発明の一実施の形態に係る地金切りランス１０は、有底円筒状に形成され、先端側の側壁１１に設けられた複数の開口１２から転炉１３内に酸素ガスを吹き付けて、炉口１４周辺に付着した地金Ｐを除去する。以下、詳細に説明する。
【００１０】
地金切りランス１０は、図１、図２、図３（Ａ）に示すように、側壁１１の内側に、酸素送出路１６、冷却水往路１７及び冷却水復路１８が設けられている。側壁１１の内側には、図２、図３（Ａ）に示すように、地金切りランス１０の軸心方向に長い円筒状の仕切材１５と、地金切りランス１０の先端側で仕切材１５に連結された中底１５ａが設けられ、仕切材１５及び中底１５ａの内側に酸素送出路１６が設けられている。
【００１１】
酸素送出路１６は、断面中央（即ち、側壁１１から距離を有する位置）に位置し、地金切りランス１０の軸心に沿って配置され、地金切りランス１０の基端側から先端側に向かって酸素ガスを送る。酸素送出路１６の断面積は、酸素ガスの流れに沿って一定である。以下、地金切りランス１０の軸心、基端側及び先端側をそれぞれ、単に「軸心」、「基端側」及び「先端側」とも言う。なお、本実施の形態では、酸素送出路１６の断面積を酸素ガスの流れに沿って一定としたが、圧損を生じない程度に減少又は拡大していてもよい。
【００１２】
側壁１１の内側には、円筒状の仕切材１５ｂが仕切材１５を囲むように配置され、仕切材１５、１５ｂの間に冷却水往路１７が設けられ、仕切板１５ｂ及び側壁１１の間に冷却水復路１８が設けられている。
冷却水往路１７は、円筒状で、軸心に沿って設けられて、基端側から先端側に向かって冷却水を送る。
【００１３】
冷却水復路１８は、円筒状で冷却水往路１７を囲むように形成され、軸心に沿って設けられている。冷却水往路１７の先端側及び冷却水復路１８の先端側は連通しており、冷却水往路１７を通過した冷却水は、冷却水復路１８の先端側に流入し、冷却水復路１８の基端側に送られる。
地金切りランス１０の先端には、図２に示すように、側壁１１に連結された底板１９が設けられ、底板１９と中底１５ａの間には、冷却水往路１７及び冷却水復路１８に連通する底空間部２０が形成されている。
【００１４】
地金切りランス１０の内側の先端側には、図２、図３（Ｂ）に示すように、それぞれ一側が冷却水往路１７内に配され、他側が底空間部２０内に配された複数のＬ字状の管２１が間隔を空けて平行に設けられている。冷却水往路１７を流れる冷却水の一部は、各管２１の一側に流入し、各管２１を通って底空間部２０内に送られ、地金切りランス１０の先端側を冷却して、冷却水復路１８に流入する。
【００１５】
また、側壁１１の内側には、一側が酸素送出路１６の先端側に連続（連通）する中間流路２２と、それぞれ一端（一側）が中間流路２２の他端（他側）に連続する複数の酸素吐出孔２３が設けられている。中間流路２２は、酸素送出路１６に対し、地金切りランス１０の径方向外側に設けられている。各酸素吐出孔２３は、断面円形で、軸心が地金切りランス１０の径方向に配置され、他側が側壁１１に形成された各開口１２に連通している。本実施の形態では、複数の開口１２が、図３（Ｂ）に示すように、地金切りランス１０の周方向の所定範囲に間隔を空けて配列され、中間流路２２の他端の断面と各酸素吐出孔２３の一端の断面とは地金切りランス１０の軸心方向長さが等しい。
【００１６】
地金切りランス１０は、図１に示すように、先端側が転炉１３の炉口１４から転炉１３内に挿入され、鉛直に配置された状態で用いられ、図示しないポンプによって、酸素送出路１６の基端側に酸素ガスが供給される。酸素送出路１６の基端側に供給された酸素ガスは、酸素送出路１６及び中間流路２２を順に通過して、複数の酸素吐出孔２３に流入し、各開口１２から炉口１４周辺の転炉１３内壁に吹き付けられる。なお、図１において、Ｇは、酸素ガスの吹き付け方向を示す。
【００１７】
よって、中間流路２２は、酸素送出路１６からの酸素ガスを一側から他側に送って、酸素吐出孔２３に向かわせることとなる。そして、転炉１３内の炉口１４周辺に付着していた地金Ｐは、地金切りランス１０の複数の開口１２から吹き付けられる酸素ガスによって溶断される。
中間流路２２は、図２、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、一側（酸素送出路１６側）から他側（酸素吐出孔２３側）に向かって、断面積が漸減している。
【００１８】
ここで、中間流路２２の断面積とは、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、地金切りランス１０の軸心からの距離が等しい曲面（本実施の形態では、地金切りランス１０の軸心方向に見て円弧）で中間流路２２を切断した際の切断面の面積である。本実施の形態では、中間流路２２の断面は、一側から他側に向かって、断面の高さ（地金切りランス１０の軸心方向長さ）及び断面の幅（地金切りランス１０の周方向の長さ）がそれぞれ漸減する。
中間流路２２が一側から他側に向かって断面が漸減しているのは、酸素ガスに生じる圧力損失を抑制するためである。以下、その理由を、比較例と比較して説明する。
【００１９】
図５（Ａ）、（Ｂ）を参照して、比較例に係る地金切りランス３０について説明する。
地金切りランス３０は、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、側壁３１の内側に配された円筒状の仕切材３１ａと、仕切材３１ａに連結された中底３１ｂと、仕切材３１ａを囲むように配された円筒状の仕切板３１ｃが配置されている。
【００２０】
仕切材３１ａ及び中底３１ｂの内側に酸素送出路３２が形成され、仕切材３１ａと仕切材３１ｃの間に冷却水往路３３が形成され、仕切板３１ｃと側壁３１の間に冷却水復路３４が形成されている。そして、側壁１１の内側には、酸素送出路３２に連通する中間流路３５と、それぞれ一側が中間流路３５に連通した複数の酸素吐出孔３６とが設けられ、側壁３１には、それぞれ複数の酸素吐出孔３６の他側が連通した複数の開口３７が形成されている。
【００２１】
酸素送出路３２、冷却水往路３３及び冷却水復路３４は、それぞれ地金切りランス３０の軸心に沿って長く、酸素送出路３２の断面積は、酸素ガスの流れに沿って一定である。
中間流路３５は、一側が酸素送出路３２の先端側に連続し、他側が各酸素吐出孔３６の一側に連通しており、中間流路３５は、酸素ガスの流れに沿って断面積が拡大している。各酸素吐出孔３６は、他側が側壁３１を貫通して、側壁３１に開口３７を形成している。
地金切りランス３０は、先端側が転炉内に挿入され、鉛直に配置された状態で、酸素送出路３２の基端側に酸素ガスが供給される。酸素ガスは、酸素送出路３２、中間流路３５及び複数の酸素吐出孔３６を順に通過し、各開口３７から転炉内に吹き付けられる。
地金切りランス３０の先端に設けられた底板３８と酸素送出路３２の間には、底空間部３９が形成されており、側壁３１の内側には、冷却水の一部を底空間部３９内に送る複数のＬ字状の管４０が設けられている。
【００２２】
次に、地金切りランス１０、３０それぞれの酸素ガスの流路について検討する。
地金切りランス１０の酸素ガスの流路は、酸素送出路１６、中間流路２２及び複数の酸素吐出孔２３からなり、複数の酸素吐出孔２３全体を一つとして扱うと、当該流路は、模式的に、図６（Ａ）のように示すことができる。当該流路の断面積は、図６（Ａ）に示すように、酸素ガスの進行方向に沿って、酸素送出路１６で一定であり、酸素送出路１６から中間流路２２へ切り替わる箇所で小さくなり、中間流路２２で徐々に縮小し、中間流路２２から酸素吐出孔２３へ切り替わる箇所で縮小し、酸素吐出孔２３で一定である。流路の断面積が徐々に縮小する領域においては、流体に対し生じる圧力損失が無視できることが公知であるため、地金切りランス１０では、実質的に、酸素送出路１６から中間流路２２へ切り替わる箇所と、中間流路２２から酸素吐出孔２３へ切り替わる箇所と、開口１２から吹き出る箇所とでのみ、酸素ガスに圧力損失が生じることとなる。
【００２３】
地金切りランス３０の酸素ガスの流路は、酸素送出路３２、中間流路３５及び複数の酸素吐出孔３６からなり、複数の酸素吐出孔３６全体を一つとして扱うと、当該流路は、模式的に、図６（Ｂ）のように示すことができる。当該流路の断面積は、図６（Ｂ）に示すように、酸素ガスの進行方向に沿って、酸素送出路３２で一定であり、酸素送出路３２から中間流路３５へ切り替わる箇所で急激に小さくなり、中間流路３５で拡大し、中間流路３２から酸素吐出孔３６へ切り替わる箇所で縮小し、酸素吐出孔３６で一定である。
即ち、地金切りランス３０の酸素送出路１６から中間流路３５へ切り替わる箇所で断面積が一旦急縮小し、その後急拡大するというオリフィスと同様な構造となり大きな圧力損失を生じるため、酸素ガスに生じる圧力損失は、地金切りランス３０が地金切りランス１０より大きい。
図２、図３（Ａ）、（Ｂ）に示す本発明の地金切りランス１０と図５（Ａ）、（Ｂ）に示す地金切りランス３０とで損失係数を計算した結果、地金切りランス３０では損失係数ζ1＝２．３〜２．５であったのに対し、地金切りランス１０では損失係数ζ２=０．０４となり、１／６０程度の圧力損失の低減となった。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、中間流路は、一側（上流側）から他側（下流側）に向かって断面積が漸減していればよく、一側から他側に向かって断面の地金切りランスの軸心方向長さ（高さ）が縮小している必要はない。
また、酸素吐出孔は、地金切りランスの軸心方向同位置で周方向に配列されている必要はなく、例えば、地金切りランスの軸心方向に異なる位置に配されていてもよい。更に、酸素吐出孔は断面円形である必要はない。
【符号の説明】
【００２５】
１０：地金切りランス、１１：側壁、１２：開口、１３：転炉、１４：炉口、１５：仕切材、１５ａ：中底、１５ｂ：仕切材、１６：酸素送出路、１７：冷却水往路、１８：冷却水復路、１９：底板、２０：底空間部、２１：管、２２：中間流路、２３：酸素吐出孔、３０：地金切りランス、３１：側壁、３１ａ：仕切材、３１ｂ：中板、３１ｃ：仕切材、３２：酸素送出路、３３：冷却水往路、３４：冷却水復路、３５：中間流路、３６：酸素吐出孔、３７：開口、３８：底板、３９：底空間部、４０：管、Ｇ：酸素ガスの吹き付け方向、Ｐ：地金
【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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