(57)【要約】      （修正有）【課題】転炉金属溶湯をスムーズに流出ささせる出湯口スリーブを提供する。【解決手段】出湯口スリーブ２は、金属溶湯が吐出される出湯口２０を形成する内周壁面をもち、内周壁面に出湯口スリーブの全長の１／４以上に長さにわたり、２〜１２個の、深さ５〜３０mmの凹み部３が形成されている。凹み部３は出湯口２０の軸長方向に進行するにつれて旋回角度３０〜３６０度の螺旋状に形成されている。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属溶湯が吐出される出湯口を形成する内周壁面をもつ出湯口スリーブにおいて、内周壁面に形成された複数の凹み部をもち、凹み部は出湯口の軸長方向に進行するにつれて螺旋状に形成されていることを特徴とする出湯口スリーブ。
【請求項２】
請求項１において、周方向で凹み部の数は２〜１２個，凹み部の深さは５〜３０ｍｍに設定されていることを特徴とする出湯口スリーブ。
【請求項３】
請求項１または２において、出湯口スリーブの全長をＬとしたとき、凹み部が設けられている領域は出湯口スリーブの軸長方向において（１／４×Ｌ）以上とされていることを特徴とする出湯口スリーブ。
【請求項４】
請求項１〜３のうちのいずれか一項において、螺旋状の旋回角度は３０〜３６０度であることを特徴とする出湯口スリーブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶湯を吐出させるために転炉等に使用される出湯口スリーブに関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉には溶湯を円滑に流出するために出湯口スリーブが設けられている。この出湯口スリーブとして、出湯口の内径を入口から出口にかけて次第に減少させるテーパを形成することにより、溶湯が出湯口の内壁面に沿って流れやすくし、溶湯の乱流を抑え、出湯口スリーブの内周壁面の損傷を抑えるものが知られている（特許文献１）。また出湯口スリーブとして、出湯口の横断面を花びらや星形の形状とすることにより、スラグと内周壁面との接触面積を増加させ、スラグ流速を低下させ、スラグの流出を抑えたものが知られている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平１１−２９３３２３号公報
【特許文献２】特開平０８−３２５６２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
産業界では、溶湯を更にスムーズに流出させるのに有利な出湯口スリーブの開発が進められている。本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、溶湯をスムーズに流出させるのに有利な出湯口スリーブを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は出湯口スリーブについて長年にわたり鋭意開発を進めている。そして、内周壁面に複数の凹み部を形成し、その凹み部を出湯口の軸長方向に進行するにつれて螺旋状に形成すれば、溶湯を出湯口からスムーズに流出させるのに有利な出湯口スリーブを提供できることを本発明者は知見し、本発明を完成させた。メカニズムについては現段階では必ずしも明確ではないものの、出湯口スリーフの出湯口から吐出される溶湯の粘性抵抗が低減されるものと推定される。
【０００５】
本発明に係る出湯口スリーブは、金属溶湯が吐出される出湯口を形成する内周壁面をもつ出湯口スリーブにおいて、内周壁面に形成された複数の凹み部をもち、凹み部は出湯口の軸長方向に進行するにつれて螺旋状に形成されていることを特徴とする。
【０００６】
好ましくは、周方向における凹み部の数は製造性等を考慮して設定されるが２〜１２個とすることができ，凹み部の深さは５〜３０ｍｍに設定することができるが、これらに限定されるものではない。凹み部が過剰に深いと、溶損を誘発し易いし、過剰に浅いと、凹み部による効果を発生しにくい。凹み部は出湯口の内周壁面の全域に形成できる。また場合によっては、出湯口スリーブの全長をＬとしたとき、凹み部が形成されている領域としては、出湯口スリーブの軸長方向において（１／４×Ｌ）以上、（１／３×Ｌ）以上に形成することができる。但しこれに限定されるものではない。凹み部が形成されている面積が少ないと、凹み部による効果を発揮しにくい。好ましくは、凹み部の螺旋状の旋回角度としては螺旋の始端の周方向位相を０度とするとき、螺旋の終端の周方向位相を３０〜３６０度とすることができ、従って６０〜３００度、１００〜２００度等を例示できる。旋回角度が過小であるとストレート形状に近くなり、効果を発揮しにくい。旋回角度が過剰であると、溶湯の乱流化、内周壁面の溶損等を誘発しやすい。これらの事情を考慮して螺旋の旋回角度を設定することができる。螺旋の形態としては、出湯口の長さ方向に沿って滑らかに連続する螺旋としても良いし、または、螺旋軌跡の途中に切欠を形成した断続的な螺旋としても良いし、または、小さな段部を有するものの、全体的な基本形状が螺旋状であれば良い。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、溶湯をスムーズに流出させるのに有利な出湯口スリーブを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
（実施形態１）図１は転炉１を示す。転炉１は溶鋼等の金属溶湯を貯留する貯留室１ｎを有するものであり、筒形状の鉄皮１０と、鉄皮１０に内張された耐火物層１１と、脱炭等の精錬用の酸素等のガスを溶湯に吹き込むプラグ１２と、鉄皮１０の側部の上部側に設けられ溶湯を吐出させるための出湯口スリーブ２とをもつ。図２に示すように、出湯口スリーブ２は耐火物で形成された筒形状をなしており、注入材１５及び外周ブロック１６で保持されている。図３に示すように、出湯口スリーブ２は、溶鋼等の金属溶湯が吐出される出湯口２０を形成する内周壁面２１をもつ。出湯口２０は、これの軸心Ｐを通る中心線ａ１，ａ２をもつ。出湯口２０の内周壁面２１にはこれの周方向において複数の凹み部３がほぼ均等間隔で並設されている。使用前の状態で、凹み部３は、出湯口２０の軸心Ｐの回りの仮想円ＰＡの曲率半径Ｒ１よりも小さな曲率半径をもつ円弧状面で規定されている底面３ｃをもつ。図３に示すように、凹み部３の底面３ｃと仮想円ＰＡとで、断面で三日月形状をなす空間が形成されている。周方向において隣り合う凹み部３の境界には、径内方向に膨出する突部２３が形成されている。溶損を抑えるべく突部２３の壁面は滑らかにされている。なお図３に示すように複数の底面３ｃ及び複数の突部２３は、周方向において波形状とされている。
【０００９】
図３において、出湯口２０の軸心Ｐから凹み部３の底面３ｃの最深部までの距離をＲ２とするとき、相対表示でＲ１を１００とすると、Ｒ２は例えば１０３〜１６０、殊に１０５〜１４０とすることができる。本実施形態では凹み部３の数は６個、凹み部３の底面３ｃの最深部と仮想円ＰＡとの間隔ｈは５〜３０ｍｍ、殊に１０〜２０ｍｍに設定でき、凹み部３の幅ｓは５０〜２００ｍｍ、殊に７０〜１５０ｍｍに設定できるが、これらに限定されるものではなく、出湯口スリーブ２のサイズ等に応じて適宜設定できる。
【００１０】
出湯口スリーブ２の全長をＬとしたとき、本実施形態によれば凹み部３は全長にわたり形成されており、従って出湯口２０の内周壁面２１の全域に形成されている。内周壁面２１を展開した展開図である図５に示すように、凹み部３は出湯口２０の軸長方向に進行するにつれて、つまり出湯口２０の入口２４から出口２５に向かうにつれて螺旋状（スパイラル状）に形成されている。本実施形態では螺旋は連続的に且つ滑らかに形成されている。図６は出湯口２０内を入口２４側から撮影した写真を模写して示す。図６は斜視図的に撮影されているため、出湯口スリーブ２の入口２４よりも出口２５が小さく視認されているが、実際的には入口２４の開口面積と出口２５の開口面積とはほぼ同じであり、入口２４の端面開口形状と出口２５の端面開口形状とは対応するものである。凹み部３の螺旋状の旋回角度は１５０〜２００度程度とされている。つまり入口２４側の部位Ｗ１の周方向位相を０度と仮定すると、この部位Ｗ１が入口２４から出口２５に向けて螺旋に沿って進行した部位Ｗ２の周方向位相は１５０〜２００度程度に設定されている。このように螺旋角度であれば、内周壁面２１の溶損抑制に有利である。入口２４から出口２５を視認するとき、凹み部３の螺旋は時計の針の進行方向に沿って進行する形態とされている。なお、突部２３も螺旋形状とされている。出湯口スリーブ２の材質は特に限定されず、マグネシア系、マグネシア−カーボン系、アルミナ系、シリカ系、ムライト系等の公知の材料を適宜採用できる。
【００１１】
凹み部３の成形について様々な方法を採用できる。例えば、凹み部３は、出湯口２０を形成するための心金の外周面に雄ねじ形状に形成した螺旋状の膨出部により成形することができる。この場合、心金をこれの周方向に回しながら凹み部３と心金とを離型させることができる。また凹み部３の凹凸形状としては、焼失、加熱による融解、水等への溶解で消失する消失材料で形成することもできる。
【００１２】
転炉１に貯留されている溶湯を出湯させるときには、転炉１を傾けて出湯口２０から溶湯（例えば１４５０〜１６００℃）を出湯させる。転炉１では出湯時間、殊に初期出湯時間を短縮させることが要請されている。出湯時間を短縮できれば、溶湯の温度維持に貢献でき、後工程で有利である。出湯時間は、転炉１の溶湯を空にするまでの出湯時間をいう。初期出湯時間は、出湯口スリーブ２を転炉１に組付けた初期段階における出湯時間をいう。図７に示すように出湯口スリーブ２の組付直後から５〜１５チャージ以降は出湯時間は短縮されるが、それ以前は、つまり、チャージ回数が少ない初期においては出湯時間は比較的長い傾向がある。本実施形態によれば、螺旋状の凹み部３が形成されているため、出湯口２０から溶湯をスムーズに吐出させるのに有利となる。故に、チャージ回数が少ない初期において、初期出湯時間等の出湯時間を短縮させることができる。
【００１３】
図７において、特性線Ｋ１は比較例１に係り、内径２００ｍｍのストレート形状の出湯口をもつ出湯口スリーブを用いて鋼系の溶湯（一般的に１５００〜１６５０℃）を出湯させた結果を示す。特性線Ｋ２は比較例２に係り、内径を１０ｍｍ広げて２１０ｍｍとしたストレート形状の出湯口をもつ出湯口スリーブを用いた結果を示す。特性線Ｋ３は上記した本実施形態に係る出湯口スリーブ２（仮想円ＰＡの内径１９０ｍｍ、前記したｈ＝１０ｍｍ、ｓ＝１００ｍｍ）を用いた結果を示す。材質は共にマグネシア−カーボン系とした。図７に示すように本実施形態によれば、出湯口２０の口径が小さいにもかかわらず、初期出湯時間等の出湯時間を、口径が大きい比較例２と同程度に短縮させることができる。なお、比較例２のように出湯口２０の口径を広げると、溶湯を短時間に出湯させることができるが、出湯口スリーブ２の寿命が短くなる傾向がある。
【００１４】
（実施形態２）図８に示されている実施例形態２は、実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図８に示すように凹み部３は出湯口２０の軸長方向に進行するにつれて、つまり、入口２４から出口２５に向かうにつれて螺旋状に形成されている。凹み部３の螺旋は時計の針の進行方向と反対方向に沿って進行する形態とされている。
【００１５】
（実施形態３）図９（Ａ）〜（Ｆ）は螺旋状の凹み部３を設ける螺旋領域３Ｍの位置形態を示す。図９（Ａ）に示す形態では、螺旋領域３Ｍは入口２４側に形成されており、出湯口スリーブ２の全長をＬとしたとき、１／３×Ｌ程度の長さで設けられている。図９（Ｂ）に示す形態では、螺旋領域３Ｍは出口２５側に形成されており、１／３×Ｌ程度の長さで設けられている。図９（Ｃ）に示す形態では、螺旋領域３Ｍは入口２４側において２／３×Ｌ程度の長さで設けられている。図９（Ｄ）に示す形態では、螺旋領域３Ｍは出口２５側において２／３×Ｌ程度の長さで設けられている。図９（Ｅ）に示す形態では、螺旋領域３Ｍは軸長方向の中間域において２／３×Ｌ程度の長さで設けられている。図９（Ｆ）に示す形態では、螺旋領域３Ｍは入口２４側及び出口２５側に設けられており、中間域に設けられていない。
【００１６】
（実施形態４）図１０に示されている実施例形態４は、実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図１０に示すように、各凹み部３は底面３ｃ及び側面３ｄを有する。各凹み部３は、出湯口スリーブ２の軸長方向に進行するにつれて、つまり出湯口２０の入口２４から出口２５に向かうにつれて螺旋状（スパイラル状）に形成されている。螺旋は連続的に形成されている。図１０は斜視図的に撮影されているため、出湯口スリーブ２の入口２４よりも出口２５が小さく視認されているが、実際的には入口２４の開口面積と出口２５の開口面積とはほぼ同じであり、入口２４の端面開口形状と出口２５の端面開口形状とは対応するものである。
【００１７】
（実施形態５）図１１は実施形態５に係る出湯口スリーブ２の出湯口２０の展開図の一部を示す。この場合、凹み部３Ｂは、出湯口２０の内周壁面において出湯口２０の軸長方向（矢印ＰＢ方向）に進行する螺旋状に形成されている。つまり凹み部３Ｂは入口から出口に向かうにつれて基本的には螺旋的に変化している。この場合、凹み部３Ｂを形成する壁面は小さな段部３ｒを有するように段階的に形成されている。したがって凹み部３Ｂは出湯口２０の内周壁面において段部３ｒを形成しつつ、出湯口２０の軸長方向に進行するにつれて基本的には螺旋状に形成されている。なお、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、例えば、図３では凹み部３の底面３ｃは断面円弧状面とされているが、これに限定されず、直状面でも良い等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】転炉を模式的に示す断面図である。
【図２】転炉の出湯口スリーブ付近を模式的に示す断面図である。
【図３】出湯口スリーブの入口側を模式的に示す端面図である。
【図４】出湯口スリーブの軸長方向に沿った縦断面図である。
【図５】凹み部の展開図である。
【図６】出湯口スリーブの入口から内部を撮像した写真を模写して構成図である。
【図７】試験結果を示すグラフである。
【図８】他の実施形態に係り、出湯口スリーブの入口から内部を撮像した写真を模写して構成図である。
【図９】凹み部の形成位置を模式的に示す構成図である。
【図１０】他の実施形態に係り、出湯口スリーブの入口から内部を撮像した写真を模写して構成図である。
【図１１】他の実施形態に係り、凹み部を形成した出湯口スリーブの展開図である。
【符号の説明】
【００１９】
２は出湯口スリーブ、２０は出湯口、２１は内周壁面、３は凹み部、３ｃは底面、２４は入口、２５は出口を示す。
【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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