(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ランスの外管と中管の間の、羽口先端部の多孔の酸素孔が開口する曲面（受熱面）の背後の冷却水路内で、全ての酸素孔の中心軸を通る円錐面より外側でかつ全ての酸素孔に共通の外接円錐面より内側の冷却水路内に、流線に沿いながら、冷却水路を分割するように、ランスの上下方向に曲線状あるいはランスの上下方向に直線状のリブを設置することを特徴とする製鋼用多孔ランス羽口。
【請求項２】
前記冷却水流路の分割数が、３から５であることを特徴とする請求項１記載の製鋼用多孔ランス羽口。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転炉吹錬等に使用される製鋼用多孔ランス羽口に関し、特に製鋼用多孔ランス羽口の受熱面を冷却する冷却水路の構造の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転炉吹錬用ランス羽口は、高温の溶鋼面から１．５から４．０メートルの至近距離で、高圧酸素を溶鋼に向かって噴出させるために使用される。そのため、羽口は、溶鋼から激しい輻射熱を受け、さらには、地金も付着するため、著しい熱負荷を受ける。そこで、一般的に、ランス羽口は外管と中管と内管の３重管構造となっており、内管の中を高圧酸素が流れ、内管と中管の間を冷却水がランス先端に向かって流れ、ランス先端部で中管と外管の間に流れが移動し、ランス先端部の溶鋼に面した受熱面の内側を冷却し、中管と外管の間を上昇して冷却水が戻るようになっている。ここで、酸素孔が多孔の場合は、受熱面の冷却において、中管と外管の間の冷却水路には酸素孔の壁があるため、流れの淀みが発生し十分に冷却できない問題があった。そこで、多くの改良案が出されてきた。例えば、（１）先端部の内面と中管との間隙を狭くし、受熱面の冷却水の線速度を１８ｍ／sec 以上にするもの（特開平３−２２９８１４号公報）
（２）淀み無く一方向に流れを形成するもの（特開昭４８−１０３４０５号公報）
（３）冷却水の吹き出し孔を別に非対称に設け、羽口中心部で渦巻を発生させるもの（特開平１−３１２０２３号公報）
（４）酸素孔先端部にそって冷却用導水口を複数個設置するもの（特開昭６１−１５９１１号公報）
（５）互いに反対方向に冷却水が旋回するようにし、流れの干渉を防止するもの（特開昭５３−９０１０９号公報）
などがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平３−２２９８１４号公報および特開昭４８−１０３４０５号公報の発明では酸素孔の背面の淀み領域がなくならないため、十分な冷却ができず、特開平１−３１２０２３号公報および特開昭６１−１５９１１号公報および特開昭５３−９０１０９号公報の発明では構造が複雑であり、製造コストが高くなるという問題がある。そのため、酸素孔が多孔の場合は、受熱面の冷却において、中管と外管の間の冷却水路内の酸素孔の壁の存在に起因する流れの淀みをなくし、十分に冷却する冷却水路を安価に実現することは困難であった。
【０００４】
そこで、本発明は、酸素孔が多孔の場合、受熱面の冷却において、中管と外管の間の冷却水路内の酸素孔の壁の存在に起因する流れの淀みをなくし、十分に冷却する冷却水路を安価に実現できる製鋼用多孔ランス羽口を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するために、本発明は、ランスの外管と中管の間の、羽口先端部の多孔の酸素孔が開口する曲面（受熱面）の背後の冷却水路内で、全ての酸素孔の中心軸を通る円錐面より外側でかつ全ての酸素孔に共通の外接円錐面より内側の冷却水路内に、流線に沿いながら、冷却水路を分割するように、ランスの上下方向に曲線状あるいはランスの上下方向に直線状のリブを設置することを特徴とする。また、前記冷却水流路の分割数が、３から５であることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明において、酸素孔が５つである製鋼用多孔ランス羽口について図面を参照しながら説明する。図１は、酸素孔が５つである製鋼用多孔ランス羽口の縦断面図および受熱面８に沿った中管４と外管６の間の冷却水９の流路の横断面図である。ランス羽口は、外管６と中管４と内管２の３重管構造となっており、内管２の中は、高圧酸素が流れる酸素通路１になっている。内管２と中管４の間を供給冷却水３が羽口先端の受熱面８に向かって流れ、羽口先端部で中管４と外管６の間に流れ９が移動し、ランス先端部の溶鋼に面した、受熱面８の内側を冷却し、中管４と外管６の間を冷却水９が戻る様になっている。図２は、従来の羽口１１と本発明の羽口１２を併記した証明図である。図２で、リブ１６がない従来のランス羽口においては、酸素孔７が多孔の場合は、受熱面８の冷却において、中管４と外管６の間の冷却水路に酸素孔７の壁があるため、流れの淀み１０が発生し、十分に冷却できなかった。
【０００７】
問題となっている流れの淀み１０をなくすため、１２の領域に示す通り、ランスの外管６と中管４の間で、羽口先端部の酸素孔７が開口する曲面（受熱面８）の背後の冷却水路内で、全ての酸素孔の中心軸を通る円錐面１４より外側でかつ全ての酸素孔７に共通の外接円錐面１５より内側の冷却水路内に、流線に沿いながら、冷却水路を分割するように、ランスの上下方向に曲線状あるいはランスの上下方向に直線状のリブを設置する。
【０００８】
ここで流路の分割数は圧損の増加及び生産効率を考慮すると、３から５が好ましい。
具体的な形態として、例えば流路を３等分割する方法は、リブの始点Ｂを酸素孔７との距離ＡＢおよびＡ′Ｂ′とリブの始点間距離ＢＢ′が（１）式を満たし、かつ２つの酸素孔７の間を２等分する面に対して面対称となるようにとり、リブの終点Ｃ，Ｃ′を、各酸素孔の外接円錐面１５の一部ＦＣＣ′Ｆ′上に（２）式を満たすように、かつ２つの酸素孔７の間を２等分する面に対して面対称となるようにとっている。なお、点Ｆは、酸素孔７と円錐面１５の図２の断面上の交点である。
【０００９】
ＡＢ＝ＢＢ′＝Ｂ′Ａ′                      （１）
ＦＣ＝ＣＣ′＝Ｃ′Ｆ′                      （２）
なおリブの始点Ｂと終点Ｃは２つの円錐面１４，１５の間にあって（３）式を満たすものとする。なお、点Ｄ，Ｇは、２つの酸素孔７の壁により最も狭められた冷却水路の中心点及び端点であり、点Ｅは、点Ｄとランス中心を通る直線と円錐面１５との交点である。
【００１０】
０．１×ＤＥ≦ＢＣ≦ＤＥ                （３）
このランス羽口の効果を前記図２および図３を用いて説明する。前述のごとく、図２には従来の羽口１１と本発明の羽口１３の流速分布も比較して併記している。酸素孔７と酸素孔７の間の断面ＤＧでは断面積が小さいため、流速は大きくよどみの問題はない。一方、その下流の断面ＥＦ″では断面積が急速に増加するため、従来の羽口では流速が急激に減少するだけでなく、Ｆ″の側では大きく流速が減少する。一方、本発明ではリブにより流速分布が均等化されるので、図２の本発明羽口１３のＥ′Ｆ′のように流速分布のむらがなくなる。またリブをランスの外管と中管の間で、羽口先端部の酸素孔が開口する曲面（受熱面）の背後の冷却水路内で、全ての酸素孔の中心軸を通る円錐面より外側でかつ全ての酸素孔に共通の外接円錐面より内側の冷却水路内に、流線に沿いながら、冷却水路を分割するように、ランスの上下方向に設置しているのでリブの後方に発生する流れの淀みも解消されている。
【００１１】
図３は、従来法と本発明とを適用した場合における図２のＥＦ″，Ｅ′Ｆ′断面における流速分布を比較したものである。従来法ではＥＣ間では流速が速く、ＣＦ間では遅くなっていたが、リブにより流れが分配され、ほぼ均等な流れが実現されている。
以上により、ランス羽口酸素孔が多孔の場合、受熱面の冷却において、中管と外管の間の冷却水路内の酸素孔の壁の存在に起因する流れの淀みをなくし、十分に冷却できる冷却水路を安価に提供できる。
【００１２】
【実施例】
以下、図２，３図を参照しながら、本発明の水路を単に分割した実施例について具体的に説明する。使用したランス羽口の直径は０．６ｍで酸素孔は５孔である。それぞれの酸素孔の直径は０．２ｍであり同心円１４の直径は０．３ｍである。冷却水は図２の中心部で秒速２０ｍで流れている。この場合、従来法では、流速が秒速５ｍ以下となる部分（図２の流れの淀み１０）が酸素孔７の外側で発生する。ここで図２においてリブにより水路を３分割する場合の形状を（４）〜（７）式で決定した。
【００１３】
ＡＢ＝Ｂ′Ａ′        ＝０．０３５〔ｍ〕          （４）
ＢＢ′                ＝０．０３  〔ｍ〕          （５）
ＦＣ＝ＣＣ′＝Ｃ′Ｆ′＝０．１７〔ｍ〕            （６）
ＢＣ＝０．２×ＤＥ    ＝０．０２〔ｍ〕            （７）
このランス羽口を使用すると、受熱面の冷却において、中管と外管の間の冷却水路内の酸素孔の壁の存在に起因する流速が秒速５ｍ以下となる流れの淀みがなくなり、十分に冷却できた。また、十分に冷却可能であるため、溶鋼からの輻射熱や地金付着による著しい熱負荷に起因する損傷も減少し、羽口の交換周期も図４に示すように従来の１００回から２５０回に延命している。
【００１４】
同じ上記図面を参照しながら、本発明の水路を等分割したものの実施例について具体的に説明する。ここで分割数は同様に３分割とし、図２においてリブの形状を（８）〜（１０）式で決定した。
ＡＢ＝ＢＢ′＝Ｂ′Ａ′＝０．０３〔ｍ〕            （８）
ＦＣ＝ＣＣ′＝Ｃ′Ｆ′＝０．１７〔ｍ〕            （９）
ＢＣ＝０．３×ＤＥ    ＝０．０３〔ｍ〕            （１０）
このランス羽口を使用すると、受熱面の冷却において、中管と外管の間の酸素孔の存在に起因する流速が秒速５ｍ以下となる流れの淀みがなくなり、十分に冷却できた。また、十分に冷却可能であるため、溶鋼からの輻射熱や地金付着による著しい熱負荷に起因する損傷も減少し、羽口の交換周期も図４に示すように従来の１００回から２５０回に延命することがわかった。
【００１５】
【発明の効果】
本発明の製鋼用多孔ランス羽口を用いれば、酸素孔が多孔の場合、受熱面の冷却において、中管と外管の間の冷却水路内の酸素孔の壁の存在に起因する流れの淀みをなくし、十分に冷却する冷却水路を安価に提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る酸素孔が５つである製鋼用多孔ランス羽口の（ａ）縦断面図および（ｂ）横断面図である。
【図２】本発明に係る羽口と従来羽口との流速分布の相違の説明図である。
【図３】本発明による流速分布の位置別を従来法との比較で示す図である。
【図４】本発明の効果を従来法との比較で示す図である。
【符号の説明】
１…酸素通路
２…内管
３…供給冷却水
４…中管
５…もどり冷却水
６…外管
７…酸素孔
８…受熱面
９…冷却水流れ方向
１０…流れの淀み
１１…従来羽口（部分）および流速分布
１２…本発明羽口（部分）
１３…本発明羽口における流速分布
１４…全ての酸素孔７の中心軸を通る円錐面
１５…全ての酸素孔７に共通の外接円錐面
１６…リブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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