(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランス本体部の先端が、精錬用の気体を噴出するノズル孔を形成したランスチップと接続され、ランスチップが取り替え可能とされている水冷式の精錬用ランスであって、ランスチップとランス本体の先端部とがテーパ形状とされており、そのテーパ部の下記に示すランス本体テーパ角θ1 とランスチップテーパ角θ2 とがθ2 ＞θ1 の関係にあることを特徴とする精錬用ランス。
記
θ1 ＝ tan-1｛（Ｒmax −Ｒcon ）／Ｌ1 ｝
θ2 ＝ tan-1｛（Ｒcon −Ｒmin ）／Ｌ2 ｝
但し、Ｒmax ：ランス本体テーパ部上部半径（ランス本体テーパ部上部とは、半径が最大となり、その上部では一定の半径を有する円筒状となる位置をいう）
Ｒcon ：ランスチップ接続部半径
Ｒmin ：ランスチップテーパ部下部半径（ランスチップテーパ部下部とは、半径が最小となり、ランスの最先端となる位置をいう）
Ｌ1 ：ランス本体部テーパ長
Ｌ2 ：ランスチップのテーパ長
【請求項２】
前記ランス本体テーパ角θ1 が0.5 ゜以上1.5 ゜未満の角度であることを特徴とする請求項１に記載の精錬用ランス。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼の精錬に使用する気体を上吹するための、上昇および下降の可能な水冷式の精錬用ランス（以下、単にランスとも呼ぶ。）に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶鋼の精錬に使用するランスは、ランス中心部から気体を通し、その必要とする送気量に応じてノズル孔の数を決定し、ノズル孔から気体を溶鋼に対して噴射するものである。また、ランス本体は炉内の高温雰囲気にも耐え得るよう、ランス内部に冷却水を循環させ冷却している。そのため、従来はパイプ等を利用した３重管構造のものであり、中心部に気体を通し、外側２重管に冷却水を通して本体を冷却しており、ランスの形状は上部から下部までストレートな円柱形状であった。
【０００３】
しかしながら、従来のランスを使用して溶鋼の精錬を行った場合、溶鋼あるいはスラグがスプラッシュ（飛沫）となってランスに飛散するが、このスプラッシュの飛散量が少ない場合には、ランスの表面にスプラッシュが付着したとき、スプラッシュは冷却されて収縮し、その収縮する際に付着スプラッシュは剥離し落下するが、飛散量が多くなると、ランス表面にスプラッシュが付着する頻度が多くなり、剥離量を上回るスプラッシュ付着によってランス表面にスプラッシュが堆積してランスは肥大していく（以下、このランスに堆積したスプラッシュを付着スプラッシュまたは地金と呼ぶ。）。
【０００４】
その結果、付着スプラッシュによって肥大したランスはランス昇降口の孔径よりも大きくなり、精錬が終了してもランスを退避して上昇させることが不可能となる。
この状態で気体噴射を停止すると、ランスノズル孔内部にもスプラッシュが付着し、ノズル孔が詰まって以降の気体噴射が不可能となる。また、ランスに堆積した付着スプラッシュの塊を除去するために外力を加えると、ランスが変形もしくは損傷を受けることもあり、好ましくない。また、付着スプラッシュの除去作業では、除去しようとする位置からさらに上方からも付着スプラッシュの塊が落下して災害発生の可能性があり、安全上も好ましくない。
【０００５】
これを回避することの可能なランスとして、特開平9-279221号公報では、ランス先端部にテーパをつけた構造の精錬用ランスが開示されている。
ここで、特開平9-279221号公報においては、ランスのテーパ長が400mm 以上であり、かつ、テーパ角が1.5 ゜以上5.0 ゜以下のランスを適用することでランスへの付着スプラッシュの量を低減することができ、スプラッシュ除去作業を削減できることからランス寿命を大幅に向上することができたとしている。
【０００６】
すなわち、ランス先端部にテーパがついていると、ランス先端のノズル孔、もしくは、ランス先端に取り付けたランスチップに設けられたノズル孔から気体を溶鋼表面に噴出したとき、溶鋼表面から溶鋼あるいはスラグが多量のスプラッシュとなってランスに飛散したとしても、一時的にはランス表面に溶鋼あるいはスラグのスプラッシュが付着堆積しランスが肥大するが、そのランスに付着堆積した付着スプラッシュがランス内部の冷却水によって徐々に冷却され、収縮時に亀裂を生じて、剥離し易い状態となる。
【０００７】
このような状態となった付着スプラッシュは自重でランスから剥離落下するため、ランスは肥大することはなくなり、ランス上昇が不可となるトラブルを解消することができ、同時に付着スプラッシュを除去する作業も解消できる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、精錬用ランスは、通常、その最先端部のランスチップを交換可能として、それ以外のランス本体部を再利用することが行われる場合がある。これは、ランスの使用の特性上、ランス全体の中でその最先端部であるランスチップに最も負荷がかかり、ダメージを受けやすいためである。
【０００９】
本発明者らは、このランスチップ取付タイプのランスでは、取り替えができない従来の一体型ランスに比べて付着スプラッシュが成長しやすく、また、剥離性も悪いことを見出した。
さらに、このことは、ランス先端部のテーパ角には関係なく、テーパがない場合も含めて、テーパ角が同じであれば、ランスチップ取付タイプのランスの方が、一体型ランスに比べて付着スプラッシュが成長しやすく、また、剥離性も悪いという問題があった。
【００１０】
本発明は、このランスチップ取付タイプのランスでの問題点を解決し、ランス先端部の冷却機能を損なうことなく有効にランスへの付着スプラッシュの量を低減させ、付着スプラッシュ除去作業を削減することが可能な精錬用ランスを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、ランスチップ取付タイプのランスの方が、一体型ランスに比べて地金が成長しやすく、また、剥離性も悪いことについて鋭意研究を重ねた結果、ランスチップと本体部との接続部が起点となってスプラッシュが付着し始め、成長することを見出した。
【００１２】
そして、接続部の形状と付着スプラッシュの付着状況を詳細に調査した結果、この接続部の凹みがスプラッシュ付着の起点となり、成長していく原因となっていることを明らかにした。
つまり、この接続部の凹みをなくすことで、付着の起点を解消できるのである。
【００１３】
しかし、この接続部を含めたランス先端部のテーパを一定とする限り、接続部にはどうしても凹みが残ってしまう。これは、取り替えを容易にするため、接続方式はねじ込み式またははめ込み式となり、その接続の継ぎ目をなくすことができないからである。
また、ランスチップの長さを十分長くして、接続部をランス先端から十分にはなしてしまうことも考えられるが、これでは、ランスチップが大きくなってしまい、コストアップにつながる。
【００１４】
そのため、本発明者らは、鋭意研究の結果、ランス本体部のテーパ角θ1 とチップ部テーパ角θ2 がθ2 ＞θ1 となるようにして、接続部が凸状となるようにすればよいことに想到したのである。
以上の知見をベースとして、本発明においては、精錬用ランスを以下の構成とした。
【００１５】
すなわち、本発明は、ランス本体部の先端が、精錬用の気体を噴出するノズル孔を形成したランスチップと接続され、ランスチップが取り替え可能とされている水冷式の精錬用ランスであって、ランスチップとランス本体の先端部とがテーパ形状とされており、そのテーパ部の下記（１）式に示すランス本体テーパ角θ1 と下記（２）式に示すランスチップテーパ角θ2 とがθ2 ＞θ1 の関係にあることを特徴とする精錬用ランスによって上記課題を解決したのである。
【００１６】
θ1 ＝ tan-1｛（Ｒmax −Ｒcon ）／Ｌ1 ｝  …（１）
θ2 ＝ tan-1｛（Ｒcon −Ｒmin ）／Ｌ2 ｝  …（２）
但し、Ｒmax ：ランス本体テーパ部上部半径（ランス本体テーパ部上部とは、半径が最大となり、その上部では一定の半径を有する円筒状となる位置をいう。すなわち図１中に符号６で示す位置である。）
Ｒcon ：ランスチップ接続部半径
Ｒmin ：ランスチップテーパ部下部半径（ランスチップテーパ部下部とは、半径が最小となり、ランスの最先端となる位置をいう。すなわち図１中に符号５で示す位置である。）
Ｌ1 ：ランス本体部テーパ長
Ｌ2 ：ランスチップ部テーパ長
である。
【００１７】
また、前記本体部テーパ角θ1 は0.5 ゜以上1.5 ゜未満の角度としておくことが好適であることを見出したのである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明の精錬用ランスを図１に基づいて説明する。
精錬用ランス１は、３重管構造となっており、その中央は気体を溶鋼に噴射させる際気体を通過させる通気管２となっている。気体は、2a方向から導入され、ノズル孔３から2b方向に噴射される。ノズル孔３の数は、気体の噴出量等によって異なる。ランス先端には先端部の交換を可能とするためランスチップ４が取り付けられている。
【００１９】
３重管構造の外側２層は、冷却水の通水管10となっており、冷却水は内側の10a 方向から供給され、外側の10b 方向に流出し、最先端部のランスチップを含めたランス全体を冷却している。
ここで、ランス本体においては、以下の理由によってそのテーパ角は0.5 度以上1.5 度未満とすることが好適である。
【００２０】
つまり、テーパ角が0.5 ゜より小さいと、付着スプラッシュの自重での落下よりも、付着スプラッシュとランスの接触面での摩擦力が上回ることになるため、付着スプラッシュの剥離効果が認められなくなる。
そして、テーパ角が1.5 ゜以上であると、付着スプラッシュの剥離効果は認められるものの、ランスチップとの接続部の径が小さくなりすぎ、その結果、ランスチップの冷却水の通水部が狭くなりすぎ、冷却水の循環が悪くなり、ランスの冷却効果が低下するため、ランス変形、水漏れ等のトラブルを引き起こす。
【００２１】
本発明の精錬用ランスでは、その接続部（テーパ部ランスチップ接続部5a）を凸状とするため、本体部のテーパ角θ1 を0.5 度以上1.5 度未満とすることで、ランスチップのテーパ角θ2 をランス本体部のテーパ角θ1 よりも大きくすることができるのである。
テーパ角を大きくとることは、ランスの最先端が細くなりすぎ、冷却水の循環が阻害される懸念もあるが、本発明においては、テーパ角を大きくとるのはランスチップ部のみであり、本体部ではテーパ角をできるだけ小さくしているので、あらかじめランスチップ接続部の径を大きくとることができ、ランスチップ部で細くなりすぎて冷却水の循環が阻害されることはないのである。
【００２２】
本発明においては、ランスの先端部が先端のランスチップ４を含めて全体的にテーパ形状とされており、特に、ランスチップ部のテーパ角を本体部のテーパ角より大きくとるようにしたことが特徴である。
テーパは、ランス最先端のランスチップテーパ部下部５の位置（最小半径となる位置）からランス本体テーパ部上部６の位置（最大半径となり、それより上部では平行な円筒部となる位置）までの範囲において形成されており、途中のランスチップ接続部5aにおいてテーパ角を変化させ、凸部を設けるようにする。
【００２３】
そのランステーパ部８のうち、ランス本体テーパ部8aの長さをランス本体部テーパ長とする。そして、9aがランス本体テーパ角（θ1 ）である。そして、ランスチップテーパ部8bの長さをランスチップ部テーパ長とする。9bがランスチップテーパ角（θ2 ）である。ここで、本発明においては、テーパ角θ1 を、0.5 ゜以上1.5 ゜未満の範囲とすることが好適である。
【００２４】
図２は、上底吹き転炉に本発明の精錬用ランス１を適用した使用状況を示している。溶銑11を装入した転炉炉体12内にランス昇降口13を通して精錬用ランス１を下降させ、溶銑11に向けて精錬用の気体として酸素を噴射している。溶銑11は、転炉炉体12の底部にある底吹羽口15からも酸素を噴出させ撹拌されている。ここで、20は転炉本体12を覆うフードであり、21は煙道である。
【００２５】
溶銑11の上にはスラグ16が生成されており、これらの溶銑とスラグがノズル孔３から噴出する酸素によって飛散されスプラッシュ17となる。その結果、ランス先端の特にランスチップ接続部を起点としてスプラッシュが付着スプラッシュ18として付着し堆積するのである（図３参照）。
付着スプラッシュ18は、冷却するにつれて収縮し、図４に示すように亀裂19が発生する。本発明の精錬用ランスにおいては、この亀裂によって付着スプラッシュが剥離し自重で容易に落下することとなる。
【００２６】
【実施例】
本発明の精錬用ランスを溶鋼量 250ｔの上底吹転炉に適用した。比較例として、テーパ角θ1 、θ2 のいくつかの組み合わせのランスを用い、それぞれについて操業を行い、ランスの使用回数（チャージ数）による付着スプラッシュ（地金）の付着量の変化を調べた。
【００２７】
ここで、付着スプラッシュの付着量は、ランス重量として測定し、地金が付着していない初期状態のランスのランス重量との比をとり、ランス重量比として示している。ランス重量比は、１以上の値をとるが、１に近いほど地金の付着が少なく好ましい。
表１に本比較を行った各ランスについてテーパ角θ1 、θ2 の組み合わせを示す。ここで、タイプ3A、3Bのランスが、本発明のランスであり、タイプ２のランスが特開平9-279221号公報で開示されている従来のランスである。タイプ１のランスは、ランス本体よりランスチップのテーパ角が小さい、いわゆる逆テーパのランスであり、ランスチップの接続部は当然凹み部となっている。タイプ４のランスは、ランス本体はまっすぐであり、ランスチップのみにテーパを与える構造としている。ここで、ランスチップの長さは300mm とした。
【００２８】
【表１】
0004003313.tif 000002
【００２９】
図５に、ランス使用回数（チャージ回数）によるランス重量比の変化をグラフ化して示す。
図５から明らかなように、本発明のタイプ3A、3Bのランスでは、ランス重量比は若干増加するものの付着スプラッシュは操業中に脱落し、重量比はほぼ１近辺に安定している。これに対し、その他の３タイプのランス（タイプ１、２、４）はいずれも付着スプラッシュが堆積していき、使用を重ねるにつれランス重量比がだんだんと大きくなり、ついには吹錬の続行が不可能なレベルにまでなってしまうのである。
【００３０】
【発明の効果】
本発明の精錬用ランスを用いることで、溶鋼吹錬中にランスに付着し肥大した地金は容易に剥離し自然落下するため、地金除去作業の回数を大幅に低減することができ、作業性が著しく改善された。また、地金は、ほとんど自然剥離して落下するため、ランスに無理な外力を加える必要もなく、ランスが変形し破損することもなく、ランス寿命を大幅に向上させることができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の精錬用ランスの部分断面図である。
【図２】本発明の精錬用ランスを適用する転炉の断面図である。
【図３】吹錬中の精錬用ランスの状況を説明するための部分断面図である。
【図４】吹錬後の精錬用ランス先端部を示す模式図である。
【図５】ランス使用回数（チャージ回数）とランス重量比との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１    精錬用ランス
２    通気管
３    ノズル孔
４    ランスチップ
５    ランスチップテーパ部下部
5a    ランスチップ接続部
６    ランス本体テーパ部上部
７    ランス本体円筒部
８    ランステーパ部
8a    ランス本体テーパ部（ランス本体部テーパ長）
8b    ランスチップテーパ部（ランスチップ部テーパ長）
9a    ランス本体テーパ角（θ1 ）
9b    ランスチップテーパ角（θ2 ）
10    （冷却水の）通水管
11    溶鋼
12    転炉炉体
13    ランス昇降口
15    底吹羽口
16    スラグ
17    スプラッシュ（飛沫）
18    付着スプラッシュ
19    亀裂
20    フード
21    煙道
【図１】
0004003313.tif 000003
【図２】
0004003313.tif 000004
【図３】
0004003313.tif 000005
【図４】
0004003313.tif 000006
【図５】
0004003313.tif 000007