(57)【要約】【課題】羽口金物の冷却効果を高めることが可能な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、円筒状の外管と円筒中実状の内管とを有し、かつ外管の中心軸と内管の中心軸とを一致させて配置して外管と内管との間に環状の空間を設けるとともに、外管の内壁面に設けられかつ内管の外壁面に接触しない突起を有する底吹き羽口を使用する。【選択図】図１
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【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、円筒状の外管と円筒中実状の内管とを有し、かつ前記外管の中心軸と前記内管の中心軸とを一致させて配置して前記外管と前記内管との間に環状の空間を設けるとともに、前記外管の内壁面に設けられかつ前記内管の外壁面に接触しない突起を有することを特徴とする底吹き羽口。
【請求項２】
前記外管の内径が40mm以上であることを特徴とする請求項１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】
溶融金属を精錬する場合、攪拌による反応促進等の目的で溶融金属内へガスを吹き込むことがある。たとえば製鉄工程において転炉で銑鉄の脱炭を行なう場合のように、転炉の底からアルゴンや窒素等の不活性ガスを吹き込むことが行なわれている。
不活性ガスを吹き込む羽口には種々の形式が使用されているが、その一つに特許文献１に開示されているような、円筒を同心状に組み合わせ、内管の内部は耐火物等を充填しておき、内管と外管との間隙からガスを吹き込む形式（以下、環状羽口という）のものがある。この形式は、構造が簡単であり、多数の細管を合わせた細管集合型羽口と比べて、製作コストが比較的安価であるという利点がある。
【０００３】
一般に容器の底からガスを吹き込む場合に、羽口でガス流量を低減していくと、特に溶鋼等の1600℃以上の高温溶融金属を対象とした場合、溶鋼が羽口内へ逆流する湯差しと呼ばれる現象によって羽口が損耗する惧れがある。環状羽口の場合には、ガス流量がこの湯差し限界流量よりも大きいガス流量を流しているにも関わらず、外部からの熱負荷の大きい外管部が溶融し、損耗することがしばしばある。
【０００４】
これを回避するために、外管の肉厚を減少させて受熱面積を小さくする方法が考えられるが、強度との兼ね合いから肉厚減少量には限界があり、効果も小さい。
また環状羽口の内管と外管との間隙距離を小さくすることによって、同じガス流量でも線速度を増加させることで抜熱量を大きくするという方法も考えられるが、ガス流量を増加させたいときの上方弾力性が制限されてしまう。さらに内管と外管を組み合わせた羽口金物の製作上の寸法精度の面でも制約がある。しかも、ガスの線速度を過剰に増加させることは、羽口部分の保護に役立つとされている羽口上端部に付着する凝固鉄（いわゆるマッシュルーム）の生成を妨げる惧れがある。
【０００５】
このような羽口形状の工夫だけでなく、送給するガス中に、高温で分解して吸熱反応を生じる炭化水素等を混合するという方法も考えられるが、炭化水素を混合するためには新たな設備が必要であり、大きな投資課題となる。
【特許文献１】特開昭57-114623 号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は上記のような問題を解消し、羽口金物（すなわち外管と内管）の冷却効果を高めることが可能な底吹き羽口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】
【０００７】
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、円筒状の外管と円筒中実状の内管とを有し、かつ外管の中心軸と内管の中心軸とを一致させて配置して外管と内管との間に環状の空間を設けるとともに、外管の内壁面に設けられかつ内管の外壁面に接触しない突起を有する底吹き羽口である。
【０００８】
本発明の底吹き羽口においては、外管の内径が40mm以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、底吹き羽口の羽口金物の冷却効果を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の底吹き羽口の例を模式的に示す断面図である。本発明の底吹き羽口１は、内管２と外管３からなる２重管構造の周囲と内管２内部に耐火物５を配置したものである。以下に詳しく説明する。
底吹き羽口１の中心部には内管２が配設される。内管２の内部は耐火物である。
内管２の外側には外管３を配設する。内管２の中心軸と外管３の中心軸は一致し、かつ内管２の外径ｄ2と外管３の内径Ｄ1 は、Ｄ1＞ｄ2の関係を満足する。つまり内管２と外管３は同心の２重管構造をなし、内管２と外管３との間に環状の空間が形成される。この環状の空間が、ガスの流路となる。
【００１１】
外管３の内壁面に突起４を設ける。この突起４を設けることによって、外管３とガスの接触面積が増加し、冷却効果を高めることができる。
突起４は、ガスの流通を妨げることなく、外管３と冷却用ガスの接触面積を拡大するものである。したがって突起４の先端を内管２の外壁面に接触させず、突起４と内管２との間の空間および互いに隣り合う突起４の間の空間をガスの流路とする。
【００１２】
突起４の形状は特に限定しない。たとえば平板状（いわゆるフィン）の突起，半球状の突起，直方体の突起等のように、外管３とガスの接触面積を拡大する形状であれば良い。
突起４の個数は特に限定しない。ただし、均一な冷却効果を得るために、２個以上の突起４を均等に分散させることが好ましい。つまり、図１に示すような外管３の中心軸に垂直な断面においては、２個以上の突起４を等間隔で配置することが好ましい。また、外管３の中心軸に平行な断面（図示せず）においても、２個以上の突起４を等間隔で配置することが好ましい。
【００１３】
突起４の個数の上限値は特に限定しない。ガスの流通を妨げない範囲で、外管３や内管２の寸法に応じて設定すれば良い。
外管３の内径Ｄ1は、40mm以上とすることが好ましい。その理由は、外管３の内径を大きくすることによって、開口部（すなわち溶融金属に接触する部位）におけるガスの気泡の膨張を抑制でき、底吹き羽口の損耗を軽減できるからである。
【００１４】
以上に説明したように、外管３と内管２の環状の間隙よりガスを吹き込む構造を有する羽口金物の外管３の内壁面に突起４を設けることによって、外管３と冷却用ガスの接触面積を拡大し、冷却効果を高めることができる。
内管２は、外管３との間隙により外側の耐火物からの入熱を遮断されているので、温度上昇は抑制される。これに対して外管３は、その内壁面は冷却用ガスと接触するが、外壁面は高温の耐火物５と接触している。したがって外管３は、耐火物からの熱伝導によって温度が上昇しやすいので、内壁面に突起４を設けて冷却効果を高める。内管２の外壁面に突起を設けて良いが、冷却用ガスの流通を妨げる惧れがあるので、内管２に突起を設けない方が好ましい。
【実施例】
【００１５】
表１に示す７種類の底吹き羽口を作製した。発明例１〜５の底吹き羽口は、図１に示すような直方体（幅２mm，高さ1.8mm，全長にわたって設置）の突起４を外管３の内壁面に設けた。比較例１〜２の底吹き羽口では突起を設けなかった。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
まず発明例１の底吹き羽口を実験用転炉（容量５トン）に設置して、溶鋼の脱炭精錬を行なった。冷却用ガスとしてＮ2ガス（流量2.5Ｎｍ3／分）を内管２と外管３との間の環状の空間から溶鋼に吹き込んで脱炭精錬を行なった。
脱炭精錬を行なうにあたって、外管３の先端から50mmの位置の外壁面に熱電対を埋設し、溶鋼温度が1650℃に到達したときの外管３の温度を測定した。その結果は図２に示す通りである。つまり、後述する比較例１の測定値を指標（＝１）として、その指標に対して0.85であった。
【００１８】
次に、発明例２および比較例１の底吹き羽口を用いて、発明例１と同様に脱炭精錬を行なった。外管３の温度は図２に示す通りである。
さらに、発明例３の底吹き羽口を用いて、発明例１と同様に脱炭精錬を行ない、外管３の温度を測定した。その結果は図２に示す通りである。つまり、後述する比較例２の測定値を指標（＝１）として、その指標に対して0.86であった。
【００１９】
次いで、発明例４および比較例２の底吹き羽口を用いて、発明例１と同様に脱炭精錬を行なった。外管３の温度は図２に示す通りである。
図２から明らかなように、発明例１〜４は、比較例１〜２に比べて、いずれも外管３の温度が低かった。
なお、発明例５の底吹き羽口を用いて発明例１と同様に脱炭精錬を行なった結果については後述する。
【００２０】
また、脱炭精錬が終了した後、発明例１〜４と比較例１〜２の底吹き羽口を回収して、外管３の溶損量を測定した。その結果は図３に示す通りである。なお図３では、発明例１，２の溶損量は比較例１の測定値を指標（＝１）とした比率で示し、発明例３，４の溶損量は比較例２の測定値を指標（＝１）とした比率で示した。
図３から明らかなように、発明例１〜４は、比較例１〜２に比べて、いずれも外管３の溶損量が少なかった。
【００２１】
発明例５の底吹き羽口を、脱炭精錬が終了した後で回収して外管３の溶損量を測定した結果を図４に示す。なお図４では、発明例５の溶損量の測定値を指標（＝１）として、図３に示した発明例１〜４の溶損量を指標に対する比率で示した。図４から明らかなように、発明例５の溶損量は、発明例１〜４の約２倍であった。このデータは、外管３の内径が40mm未満の底吹き羽口は、冷却効果が減少することを示している。ただし、図３に示した比較例１の溶損量と比べると、発明例５の溶損量は0.11であり、発明例５の底吹き羽口において冷却効果が十分に発揮されたことが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の底吹き羽口の例を模式的に示す断面図である。
【図２】外管の温度を示すグラフである。
【図３】外管の溶損量を示すグラフである。
【図４】外管の溶損量を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１  底吹き羽口
２  内管
３  外管
４  突起
５  耐火物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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