(57)【要約】【課題】底吹き羽口に付着するマッシュルームを好適な寸法に維持してマッシュルームの保護効果を有効に活用することによって、耐用性を高めた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、外管の周囲の耐火物に細管を２本以上設け、外管の中心軸を中心とする円周上に細管の中心を配置する。【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、前記外管の周囲の耐火物に細管を２本以上設け、前記外管の中心軸を中心とする円周上に前記細管の中心を配置することを特徴とする底吹き羽口。
【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（たとえばアルゴンガス，窒素ガス等）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酸素ガス等、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損耗が容易に進行する。
また、溶融金属が底吹き羽口に接触する故に、底吹き羽口から吹き込まれる精錬用ガスによって溶融金属が冷却され、凝固物（いわゆるマッシュルーム）が底吹き羽口に付着する。このとき、底吹き羽口に設けられる精錬用ガスの吹き込み孔では、精錬用ガスが噴き出すことによってマッシュルームが微細なうちに除去される。したがってマッシュルームは精錬用ガスの吹き込み孔の周辺部に付着する。こうして付着したマッシュルームは底吹き羽口を保護する効果を有する（たとえば特許文献１参照）。
【０００４】
しかしマッシュルームが肥大すると、精錬用ガスの吹き込み孔に張り出して、精錬用ガスの吹き込みに支障を来たす。さらにマッシュルームが過剰に成長すると、圧力損失が大きくなり、マッシュルームに大きな力がかかることに加え、溶融金属の流動や精錬用ガスの吹き込み等の運動エネルギーが作用して、底吹き羽口からマッシュルームが剥離する。マッシュルームが剥離した底吹き羽口は、保護効果が損なわれるので、損耗が進行し易くなる。
【特許文献１】特開平11-181514号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記のような問題を解消し、底吹き羽口に付着するマッシュルームを好適な寸法に維持してマッシュルームの保護効果を有効に活用することによって、耐用性を高めた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】
【０００６】
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、外管の周囲の耐火物に細管を２本以上設け、外管の中心軸を中心とする円周上に細管の中心を配置する底吹き羽口である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、マッシュルームの保護効果を有効に活用し、底吹き羽口の損耗を防止して耐用性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】
【０００８】
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重管構造の周囲に耐火物５を配置し、その耐火物５に細管４を設けたものである。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の内部は精錬用ガスの流路となる。たとえば溶鋼の脱炭精錬では、精錬用ガスとしてＯ2ガスを用いる。
【０００９】
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。この環状の空間は、底吹き羽口を冷却するためのガス（以下、冷却用ガスという）の流路となる。たとえば溶鋼の脱炭精錬では、冷却用ガスとしてＣＨ4等の炭化水素ガスを用いる。
【００１０】
炭化水素ガスは高温の溶鋼に接触することによって分解する。その分解が吸熱反応であるから、底吹き羽口の冷却効果が得られる。
冷却用ガスが底吹き羽口の過剰な温度上昇を抑制することによって、底吹き羽口の損耗が軽減される。この冷却用ガスの冷却効果はマッシュルームの保護効果とは異なるものであり、冷却用ガスの冷却効果とマッシュルームの保護効果を併用することによって、底吹き羽口の耐用性を大幅に向上することができる。
【００１１】
ただしマッシュルームの保護効果のみで底吹き羽口の耐用性を十分に向上できるので、必ずしも冷却用ガスを使用する必要はない。内管２と外管３との間に環状の空間から、冷却用ガスの代わりに不活性ガスを吹き込んで、溶融金属を攪拌することによって精錬効率を高めることも可能である。
外管３の周囲には耐火物５が配設される。この耐火物５は、金属製の外管３の溶損を防止するためのものである。耐火物５には２本以上の細管４が設けられる。図１には６本の細管４を設ける例を示す。ただし本発明では、細管４の本数は６本に限定せず、２本以上（好ましくは４本以上）であれば良く、底吹き羽口１の寸法や耐火物５の厚さ等に応じて適宜設定する。
【００１２】
細管４は不活性ガス（たとえばArガス，Ｎ2ガス等）の流路となり、不活性ガスが細管４から溶融金属に吹き込まれることによって、溶融金属の攪拌が生じる。溶融金属の攪拌は精錬効率の向上に有効であり、かつ底吹き羽口１に接触する溶融金属が流動することによって、マッシュルームの成長を抑制する効果が得られる。
細管４の中心は、外管３の中心軸を中心とする円周上に等間隔で配置される。細管４を等間隔で配置することによって、マッシュルームが底吹き羽口１の上面に均等に分散して付着する。その結果、マッシュルームが局所的に肥大するのを抑制し、内管２，外管３，細管４を常に開孔して、溶融金属に精錬用ガス，冷却用ガス，不活性ガスを支障なく吹き込むことができる。
【００１３】
また、マッシュルームの成長を抑制することによって、底吹き羽口からマッシュルームが剥離するのを防止できる。
以上に説明した通り、底吹き羽口に付着するマッシュルームを好適な寸法に維持してマッシュルームの保護効果を有効に活用することによって、底吹き羽口の損耗を防止して耐用性を高めることができる。
【００１４】
なお、細管４の外面と外管３の外面との間隔Ｌ（すなわち細管４と外管３の間に位置する耐火物５の厚さ）は、特定の範囲に限定しない。ただし間隔Ｌと耐火物５中の骨材の粒径Ｐdが、Ｌ＜２×Ｐdを満足するような配置では、細管４と外管３の間の耐火物が脆弱になる。したがって間隔Ｌは、Ｌ≧２×Ｐdを満足する範囲に設定するのが好ましい。
【実施例】
【００１５】
［実施例１］
表１に示す６種類の底吹き羽口を、それぞれ４本ずつ作製した。底吹き羽口の外管と内管の寸法は全て同一であるが、発明例１〜４の底吹き羽口には図１に示すように直径２mmの細管４を設けたのに対して、比較例１〜２の底吹き羽口には細管４を設けなかった。ただし発明例１，２では細管４を４本ずつ設け，発明例３，４では８本ずつ設けた。
【００１６】
【表１】
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【００１７】
まず発明例１の底吹き羽口（４本）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。その際、精錬用ガスとしてＯ2ガスを内管２から溶鋼に吹き込み、冷却用ガスとしてＣＨ4ガスを内管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。その流量は表１に示す通りである。同時に不活性ガス（Ｎ2ガス，流量0.1ｍ3（標準状態）／分）を細管から吹き込んで溶鋼を攪拌した。
【００１８】
このようにして３チャージの脱炭精錬を行なった後、各底吹き羽口に付着したマッシュルームの大径と小径を測定して、その比率（＝小径／大径）を算出した。得られた計算値（４個）の最大値，最小値，平均値は図２に示す通りである。つまり発明例１ではマッシュルームの小径／大径の値は0.84〜１（平均0.91）であった。なお、小径／大径＝１は、真円であることを意味する。
【００１９】
また、マッシュルームの大径の測定値（４個）の最も大きい値（以下、最大径という）は図３に示す通りである。つまり、後述する比較例１の最大径を指標（＝１）として、その指標に対して0.72であった。
次に、発明例２の底吹き羽口（４本）を用いて、発明例１と同様に脱炭精錬を行なった。ただしＯ2ガスとＣＨ4ガスの流量は表１に示すように変更した。各底吹き羽口に付着したマッシュルームの小径／大径の分布を図２に示し、最大径を図３に示す。
【００２０】
次いで、発明例３の底吹き羽口（４本）を用いて、発明例１と同様に脱炭精錬を行ない、発明例４の底吹き羽口（４本）を用いて、発明例２と同様に脱炭精錬を行なった。
また、比較例１の底吹き羽口（４本）を用いて、細管からの不活性ガスの吹き込みを停止した以外は発明例１と同様に脱炭精錬を行なった。さらに、比較例２の底吹き羽口（４本）を用いて、細管４からの不活性ガスの吹き込みを停止した以外は発明例２と同様に脱炭精錬を行なった。
【００２１】
発明例３〜４，比較例１〜２のマッシュルームの小径／大径の分布を図２に示し、最大径を図３に示す。
図２および図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、いずれもマッシュルームの小径／大径のバラツキが小さく、かつ最大径も小さい。つまり、発明例の底吹き羽口に付着したマッシュルームは、成長が抑制され、形状が安定していることが確認された。
【００２２】
［実施例２］
図１に示すような底吹き羽口を６本作製した。ただし、内管２の内径ｄ1は37mm，外径ｄ2は41mmとし、外管３の内径Ｄ1は44mmとした。細管４は直径２mmとして12本設けた。この底吹き羽口を発明例５とする。
発明例５の底吹き羽口（６本）を転炉（容量180トン）に設置して、溶鋼の脱炭精錬を行なった。その際、精錬用ガスとしてＯ2ガスを内管２から溶鋼に吹き込み、冷却用ガスとしてＣＨ4ガスを内管２と外管３との間に環状の空間から溶鋼に吹き込んで脱炭精錬を行なった。Ｏ2ガスの流量は90ｍ3（標準状態）／分，ＣＨ4ガスの流量は７ｍ3（標準状態）／分とした。同時に不活性ガス（Ｎ2ガス，流量0.7ｍ3（標準状態）／分）を細管から吹き込んで溶鋼を攪拌した。このようにして、溶鋼の脱炭精錬を繰り返し行ない、各底吹き羽口を交換するまでのチャージ数を測定した。
【００２３】
一方、比較例３として、内管２と外管３の寸法は発明例５と同一であるが細管４を設けていない底吹き羽口を６本作製した。比較例３の底吹き羽口（６本）を転炉（容量180トン）に設置して、溶鋼の脱炭精錬を行なった。その際、細管４からの不活性ガスの吹き込みを停止した以外は発明例５と同様に、脱炭精錬を繰り返し行ない、各底吹き羽口を交換するまでのチャージ数を測定した。
【００２４】
発明例５と比較例３の底吹き羽口を交換するまでのチャージ数の測定値（各10〜15個）の平均値を、底吹き羽口の寿命として図４に示す。発明例５の寿命は、比較例３の寿命を指標（＝１）として、その指標に対して1.3であった。つまり発明例の底吹き羽口は、耐用性が向上していることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【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】マッシュルームの小径／大径を示すグラフである。
【図３】マッシュルームの最大径を示すグラフである。
【図４】底吹き羽口の寿命を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２６】
１  底吹き羽口
２  内管
３  外管
４  細管
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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