(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉羽口内部に設置される円筒状の羽ロリングであって、
該羽口リングの軸方向に沿った中央付近において軸方向で羽口リングの厚さが減少するように連続的に厚さが変化し、前記中央付近において円周方向で対向する部分では軸方向で羽口リングの厚さが増加するように連続的に厚さが変化していることを特徴とする羽口リング。
【請求項２】
羽口リングの軸方向での一端付近において円周上の対向する位置で厚い部分と薄い部分とを有することを特徴とする請求項１に記載の羽口リング。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の羽口リングを、上部は送風入り側ほど薄く、送風出側ほど厚く、下部は送風入り側ほど厚く、送風出側ほど薄くなるように羽口内に設置したことを特徴とする羽口リングを設置した高炉羽口。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の羽口リングを、上部は送風入り側ほど厚く、送風出側ほど薄く、下部は送風入り側ほど薄く、送風出側ほど厚くなるように羽口内に設置したことを特徴とする羽口リングを設置した高炉羽口。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高炉において使用する羽口リングおよび羽ロリングを設置した高炉羽口に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉の羽口のほとんどは熱伝導率の良い銅で製作されている。高温の熱風が羽口を介して高炉内に供給され、さらに羽口先端部は炉内の高温雰囲気に直接さらされるため、この羽口は大きな熱衝撃を受ける。そこで、破損防止や延命を図るために、羽口内部に高流速の冷却水を流して強制的に冷却している。この冷却による羽口での熱損失抑制および吹き込み燃料のアッシュ成分による磨耗防止などの目的を兼ねて、従来、羽口内面には羽口リング（断熱リング）の装着が行われている。図８に、このような羽口リングの例を示す。羽口１の内面側に、羽口リング２ａが設置されている。３は水平線であり、４は羽口リング２の中心線である。この場合の送風角度は下向きａである。
【０００３】
羽口リングの断熱性を高めるために、リングの材質の開発が頻繁に行われてきた。さらに、減風および休風の際に羽口風速を調整できる羽ロリング構造の開発や羽ロリングを構成する耐火物が受ける衝撃緩和・保護方法の開発も行われている（例えば、特許文献１〜７参照。）。
【０００４】
また、従来、コークスの代替燃料として微粉炭や廃プラスチックなどの補助燃料がランスを介して羽口より熱風とともに炉内に供給されている。この補助燃料の燃焼によりガス量が増加するため、羽口内またはブローパイプ内で急激に流速が増大し、その結果送風圧力が上昇する。そこで、補助燃料を高速で、かつ分散されるように炉内に供給し、高炉内深くに吹き込んで燃焼させる方法としてラバール羽口が開発されている（例えば、特許文献８参照。）。
【０００５】
ラバール羽口の断面構造を図９に示す。ラバール羽口１１は、ブローパイプ１２の接続部付近から羽口先端１３に至る間の管内に縮径部１４を有しており、微粉炭吹き込みランス１５先端位置をその縮径部１４より下流側の末広部に臨ませて配置し、更に、羽口先端１３の内径側に曲率Ｒを形成している。従来、通常の羽口より安定して吹き込める微粉炭の吹き込み量は１５０ｋｇ／銑鉄ｔ程度であったが、このラバール羽口では２００ｋｇ／銑鉄ｔ乃至３００ｋｇ／銑鉄ｔ以上を安定して吹き込むことができるようになり、コークスの使用量を低減できるようになった。また、縮径部１４を設けたことで、縮径部１４を出た流れは高速の中心流と縮径部の下流側の末広部に沿った拡がりのある流れとでき、高炉深く深度のある且つ拡がりのあるレースウェイを形成できるようになった。さらに、曲率Ｒの形成により、羽口先端周辺部を出た微粉炭を含む熱風は羽口先端外側での渦流の発生が抑制されるため、高炉内部への熱風流れの乱れが減少でき安定したレースウェイを形成し、安定操業が可能となった。
【特許文献１】特公平６−６０３３３号公報
【特許文献２】特公平７−２６１３３号公報
【特許文献３】特公平７−１１３１２４号公報
【特許文献４】特開平９−２２７２１８号公報
【特許文献５】特開平９−２３５１６２号公報
【特許文献６】実公昭６０−２６１１７号公報
【特許文献７】特開平１０−８１９１０号公報
【特許文献８】特開２０００−１９２１２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
高炉の操業において、羽口を設置した後に操業条件に応じて羽口から吹き込まれる熱風の送風角度を変更することは困難である。上記のようにラバール羽口を用いることで、微粉炭の吹き込み量を増加させ、深度と拡がりのある、安定したレースウェイを形成できるという効果があるが、ラバール羽口を一度設置してしまうと操業中に羽口径や角度を変更することは不可能である。また、ラバール羽口は縮径部での圧力損失が大きいという問題もある。
【０００７】
したがって本発明の目的は、ラバール羽口を用いることなく、羽口リングを設置した通常の羽口を用いながら、熱風の送風角度を任意に設定して、微粉炭の吹き込み量の増加や、深度と拡がりのある安定したレースウェイの形成に寄与できる、羽口リングおよび羽口リングを設置した高炉羽口を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような課題を解決するための本発明の特徴は以下の通りである。
（１）、高炉羽口内部に設置される円筒状の羽ロリングであって、該羽口リングの一部において軸方向で羽口リングの厚さが減少するように連続的に厚さが変化し、前記羽口リングの一部と円周方向で対向する部分では軸方向で羽口リングの厚さが増加するように連続的に厚さが変化していることを特徴とする羽口リング。
（２）、羽口リングの軸方向での一端付近において円周上の対向する位置で厚い部分と薄い部分とを有することを特徴とする（１）に記載の羽口リング。
（３）、（１）または（２）に記載の羽口リングを、上部は送風入り側ほど薄く、送風出側ほど厚く、下部は送風入り側ほど厚く、送風出側ほど薄くなるように羽口内に設置したことを特徴とする羽口リングを設置した高炉羽口。
（４）、（１）または（２）に記載の羽口リングを、上部は送風入り側ほど厚く、送風出側ほど薄く、下部は送風入り側ほど薄く、送風出側ほど厚くなるように羽口内に設置したことを特徴とする羽口リングを設置した高炉羽口。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、高炉羽口への羽ロリングの設置のみで容易に且つ安価に送風角度を変更できる。これにより深度の大きいレースウェイの形成が可能となり、高炉内でコークスが受ける衝撃が低下し、さらに炉芯の縮小により炉下部の通気が良好になる。
【００１０】
また、炉内の通気性が向上すると、送風圧を低下させることができ、これにより羽口が受ける負荷が低減して、羽口の寿命が伸びるので、羽口のコストを低下させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
高炉羽口には、断熱、保護、径調整などを目的として羽口内部に羽ロリングが設置される。本発明の羽口リングは、羽口の断熱等を行いながら、羽口自体の交換をすることなく、羽口リングの設置のみで羽口からの送風角度の変更を可能とするものである。このために、通常は周方向および長さ方向で均一である羽口リングの厚さを、連続的に変化させるものであり、円筒状の羽ロリングであって、羽口リングの一部において軸方向で羽口リングの厚さが減少するように連続的に厚さが変化し、前記羽口リングの一部と円周方向で対向する部分では軸方向で羽口リングの厚さが増加するように連続的に厚さが変化しているものである。このように羽口リングの厚さを変化させることで、羽口リングの内側に円筒の軸方向とは異なる角度の通路を形成することができ、送風角度を軸方向から変更することができる。
【００１２】
羽口リングが上記のように軸方向で厚さが変化した構造であると、軸方向の端部において、円周上の対向する位置で厚い部分と薄い部分とを有することになる。
【００１３】
このような羽口リングを高炉羽口に設置する際には、例えば送風角度を現状よりも下向きにする場合、上部は高炉内側（送風出側）ほど厚く、反対に下部は高炉内側ほど薄くなるように高炉羽口内部に設置する。
【００１４】
また、送風角度を現状よりも上向きにする場合、下部は高炉内側ほど厚く、反対に上部は高炉内側ほど薄くなるように高炉羽口内部に設置する。
【００１５】
上記の羽口リングを羽口に設置する際、場合によっては、厚い部分が吹き込みランス設置の妨げになったり、羽口の内径を必要以上に狭くしたりする場合があるので、軸方向の端部の一部のみを薄くして、従来の羽口リングの厚さ程度とすることが好ましい。
【００１６】
図１を用いて、本発明の羽口リングおよび羽口リングを設置した高炉羽口の一実施形態を説明する。図１は羽口の断面図であり、熱風は紙面に向かって左から右の方向に吹き込まれ、左が炉外側、右が炉内側に相当する。羽口１の羽口リング２ｂは、送風角度を現状よりも下向きにする場合、上部は高炉内側ほど厚く、反対に下部は高炉内側ほど薄くなるように設計して羽ロに設置する。３は水平線、４は羽口リング２の厚さが均一な場合の中心線であり、従来の羽口リングであれば、送風角度は下向きａである。上部は高炉内側ほど厚く、下部は高炉内側ほど薄い羽口リング２ｂを設置した場合、羽口リング２ｂの中心線は５となり、送風角度は下向きｂとなる。図２は、高炉羽口設置前の羽口リング２ｂを炉内側から見た場合の概略図である。
【００１７】
羽口リング２ｂの長さ方向での両端部は、適宜角を丸める等の加工を行うことが好ましい。図１においては、微粉炭等の吹き込みランス６と羽口リング２ｂとが重ならない様に、羽口リング２ｂ上部の送風出口部分のみを薄くしている。すなわち、全体としては羽口リング２ｂの上部は送風出側ほど厚くなるようにして送風の方向を変化させるが、羽口リング２ｂ上部の送風出口部分の端部の厚さは、従来程度の厚さとすることが適当である。また、送風入口部分が広くなる様に、羽口リング２ｂ下部の送風入口部分のみは薄くすることが好ましい。すなわち、全体としては羽口リング２ｂの下部は送風入り側ほど厚くなるようにして送風の方向を変化させるが、羽口リング２ｂ下部の送風入口部分の端部の厚さは、従来程度の厚さとすることが適当である。
【００１８】
羽口リング２ｂの長さ方向での両端部を薄くする場合は、縮流部および縮流部より上流側での微粉炭の付着防止、また、縮流部で流速が最大になることより微粉炭を高炉炉深部へ吹き込めるようになる、という観点から、羽口内径が一番小さくなる部分７よりも下流側（送風出側寄り）に、吹き込みランス６の先端が位置することが好ましい。
【００１９】
送風角度を現状よりも上向きにする場合は、図１において羽口リング２ｂの上下を入れ替えたものを用いることで対応できる。
【００２０】
次に、羽口からの送風角度を変更した際の効果を確認するために、内容積５５００ｍ3の高炉の１／１０縮尺模型を用い、羽口角度とレースウェイ深度ならびに送風圧の関係を調べた結果を説明する。図３は実験装置の模式図であり、左が側面図、右が正面図である。炉２２は３９５×１２０×５００ｃｍであり、下から１８５ｃｍの位置に内径１０ｍｍ（肉厚２ｍｍ）の羽口を設置した。上部ホッパー２１から粒径３ｍｍのプラスチック粒子をコークスに見立てて炉２２内に供給し、下部から放出させ、羽口２３から熱風を吹き込み炉２２内にレースウェイ２４を形成させた。結果を図４、図５に示す。羽口角度は、下向きを負、上向きを正で示す。
【００２１】
図４に示すように、羽口角度が下向きに大きいほど送風圧が低くなることが分かる。また、図５に示すように、羽口角度が下向き２０°〜上向き２０°の範囲でレースウェイ深度が最大となることが分かる。したがって、羽口角度は下向きが望ましく、さらにレースウェイ深度の確保を考慮した場合、羽口角度が下向き２０°となる羽ロスリーブの設置が安定操業には最適であることが分かる。
【００２２】
したがって、羽口角度の調整ができることは、実操業上非常に効果的である。図１に示したような、本発明の羽口リングを装着した羽口を用いることで、従来の羽口角度（送風角度ａ：通常は３°〜９°の範囲で下向きに傾斜）を、さらに下向きに傾斜（送風角度ｂ）させた羽口を用いたのと同じ効果を得ることができる。すなわち、羽口リングの交換だけで、羽口の設置角度を変更するのと同じ効果を得ることができる。
【００２３】
羽口リングは、羽口自体は交換する必要が無く、休風時など任意の時期に羽口に設置することができるので、操業スケジュールに影響を与えることなく従来の羽口リングと交換して使用することができる。高炉内の円周バランスを均等にするために、本発明の羽口は高炉の全羽口に設置することが望ましい。または、円周方向で均等になるように配置することが望ましい。
【実施例１】
【００２４】
以下、本発明の実施例について説明する。
【００２５】
従来型の、厚さが均一な羽口リングを羽口に設置した、内容積５５００ｍ3の高炉において、コークス比は３７０ｋｇ／銑鉄ｔ、微粉炭吹き込み量は１１０ｋｇ／銑鉄ｔ、還元材比は４８０ｋｇ／銑鉄ｔの条件で操業を行った（従来例）。定期休風の際に、図１に示すのと同様の羽口リングを高炉の全羽口に設置して操業を行った（本発明例）。従来例における羽口リングの厚さは７〜１０ｍｍであり、送風角度は下向き８°であったが、本発明例において、高炉リングの厚さは薄い部分で７ｍｍ、もっとも厚い部分で２０ｍｍであり、送風角度は下向き１０°に設計したものを用いた。
【００２６】
高炉の通気抵抗（ＫL）と送風圧の測定を行った結果を図６、図７に示す。
【００２７】
従来例の操業と、本発明例の操業とを比較すると、本発明の適用により、通気抵抗および送風圧が低下することが分かる。また、送風圧の変動幅が小さくなり、操業が安定することが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施形態を示す羽口の断面図。
【図２】図１の羽口リングの正面図。
【図３】実験装置の模式図。
【図４】羽口角度と送風圧の関係を示すグラフ。
【図５】羽口角度とレースウェイ深度の関係を示すグラフ。
【図６】炉下部通気抵抗の測定結果を示すグラフ。
【図７】送風圧の測定結果を示すグラフ。
【図８】従来羽口の断面図。
【図９】ラバール羽口の断面図。
【符号の説明】
【００２９】
１    羽口
２（２ａ、２ｂ）    羽口リング
３    水平線
４    羽口リングの中心線
５    羽口リング２ｂの中心線
６    吹き込みランス
７    羽口内径が一番小さくなる部分
８    羽口内径
１１    ラバール羽口
１２    ブローパイプ
１３    羽口先端
１４    縮径部
１５    微粉炭吹き込みランス
２１    上部ホッパー
２２    炉
２３    羽口
２４    レースウェイ
ａ    送風角度
ｂ    送風角度
【図１】
0005262018.tif 000002
【図２】
0005262018.tif 000003
【図３】
0005262018.tif 000004
【図４】
0005262018.tif 000005
【図５】
0005262018.tif 000006
【図６】
0005262018.tif 000007
【図７】
0005262018.tif 000008
【図８】
0005262018.tif 000009
【図９】
0005262018.tif 000010