(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高炉の出銑口から噴出する溶銑およびスラグが流入し、流れる高炉出銑樋であって、
上記溶銑及びスラグ流入位置より０．９ｍ下流までの樋幅を、０．３〜０．５ｍ、該流入位置より１．０〜２．５ｍ下流の樋幅を、０．６ｍ〜１．０ｍとしたことを特徴とする高炉出銑樋。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高炉出銑樋の形状に関し、特に、樋の側壁損耗を抑制し、その寿命延長を図る技術に係わる。
【０００２】
【従来の技術】
高炉の出銑樋は、出銑口より同時に排出される溶銑とスラグを、比重差で分離し、それぞれ混銑車等の溶銑容器やスラグ鍋等に注入するための機能を有する流路である。つまり、出銑口から噴出した溶銑やスラグは、放物線の軌跡を描いて空中を飛んだ後、上記出銑樋の中に、斜めの角度で流入する。その流入直後では、該スラグは、溶銑中に分散、懸濁しているが、やがて流れの進行につれ、溶銑との比重差で浮上する。その後、樋内では、浮上したスラグが溶銑の上に分離層を形成し、上部にスラグ流、下部に溶銑流が流れるようになる。
【０００３】
ところで、かかる樋の断面は、上部の幅が底部の幅より若干広く、台形状で、通常は上部が開放された所謂溝である（位置によっては、上蓋を備える）。そして、通過する溶銑やスラグが１３００℃以上の高温であるため、該樋の側面及び底は、耐火物（樋材ともいう）の内張りで保護してある。
この内張りのうち、溶銑層とスラグ層との境界位置に対応する部分には、通常、流れ方向に連らなったスラグラインと称する線状の損耗が見られる。原因は、溶銑とスラグの２相界面における所謂マランゴニ対流によって、スラグの境膜流中への耐火物成分の移動現象であると考えられている。したがって、その高さ位置での耐火物成分のスラグ相中への物質移動を抑制すれば、樋材の損耗の低減を図ることが可能である。
【０００４】
一方、樋の流れ方向に沿って耐火物を調べると、溶銑やスラグが樋へ流入する位置近傍での損耗が大きい。この原因は、今のところ明確に判明してはいないが、上記したスラグラインでの損耗機構から推定すると、溶銑やスラグの流入に際し、溶銑及びスラグの強い流れに当たった耐火物表面で、スラグ層への耐火物成分の物質移動が強化され耐火物の損耗を促進すると考えられる。従って、樋の流れ方向については、この溶銑やスラグの流入位置近傍での耐火物の損耗を低減すれば、樋の寿命延長が可能と考えられる。
【０００５】
例えば、特開平７−２３８３０６号公報は、空中飛行してきた溶銑やスラグが、樋へ流入した後、流入位置よりやや下流で、流れとして側壁に沿って這い上がることに起因して、スラグラインでの溶銑及びスラグ流動速度が大きくなることに着目し、耐火物の溶損を低減する技術を開示している。すなわち、図７に示すように、出銑時の溶銑３とスラグ４の界面より下方に相当する樋側壁位置に段差１を設け、その下方に溶銑３とスラグ４の界面部の流路幅より狭い溶銑の流通部を設けた断面形状の出銑樋２とすることで、耐火物の溶損を低減するのである。これは、上記した側壁を這い上がる溶銑３の流れが、該段差１の下方の側壁を上昇する時に、スラグ４との界面に相当する樋側壁５には直接接触しないようにしたものである。
【０００６】
しかしながら、実際の高炉操業では、溶銑とスラグとの界面高さは、溶銑及びスラグの流入量で異なるので、常時好適な位置に段差を設けることは難しく、一定の高さの段差によって溶銑流れを制限するには限界があった。また、耐火物を施工する際の中子の形状が複雑になるという欠点もあった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる事情を鑑み、高炉出銑樋の溶銑及びスラグの流入位置付近に段差を設けずに、樋側壁耐火物の損耗を低減させ、従来より出銑樋全体の寿命延長を図った高炉出銑樋を提供することを目的としいる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
発明者は、上記目的を達成するため、出銑樋の溶銑及びスラグの流入位置近傍の局部的損耗の原因が、この部位での溶銑及びスラグの流動によると考え、該出銑樋へ流入する溶銑及びスラグの流動状態を水モデル実験と数値流動解析モデル［ＦＬＵＥＮＴ．Ｉｎｃ製ＦＬＵＥＮＴ；有限要素法（コントロールボリューム法）を用いて解析すると共に、実際の高炉出銑樋を用いた試験研究を重ね、本発明を完成させた。
【０００９】
すなわち、本発明は、高炉の出銑口から噴出する溶銑およびスラグが流入し、流れる高炉出銑樋であって、上記溶銑及びスラグ流入位置より０．９ｍ下流までの樋幅を、０．３〜０．５ｍ、該流入位置より１．０〜２．５ｍ下流の樋幅を、０．６ｍ〜１．０ｍとしたことを特徴とする高炉出銑樋である。
【００１０】
この場合、該溶銑やスラグは、流束として飛行して来るので、該流束の中心で流入位置を判定する。
本発明では、高炉出銑樋の溶銑やスラグ流の流入位置近傍に、上記のような幅変化を持たせたので、溶銑やスラグの流速が抑えられるようになり、その位置近傍での耐火物の損耗が減少する。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に至る経緯をまじえて、実施の形態を説明する。
まず、発明者は、図１に示すような形状の樋において、溶銑やスラグの流入位置６近傍の流動を、上述の数値流動解析モデルを用いて計算した。その１例として、溶銑流入量６ｔｏｎ／ｍｉｎ、スラグ流入量２ｔｏｎ／ｍｉｎ、流入角度２１．８°、樋幅０．４３ｍ、溶銑流深さ０．２ｍの条件で計算した、樋内壁近傍の溶銑−スラグ界面高さでの溶銑及びスラグ流の流速分布を、図２に示す。図２によれば、流入位置から約１．２ｍ下流付近に、流速の最大値が見られると共に、流入位置から約０．５ｍ下流付近には、流れと逆方向の流速の最大値が現れることが明らかである。また、耐火物５の損耗を低減するには、これら流れの最大値をできるだけ低減させることが必要と考えた。なお、以後は、流れ進行方向への流れを直接流、逆方向への流れを循環流と呼ぶことにする。
【００１２】
次に、発明者は、上記の結果に基づき、樋形状（樋幅、溶銑深さ）、溶銑及びスラグの流入条件（溶銑流入量、スラグ流入量、流入角度）を種々変更して多数の解析を行った。その結果、樋側壁近傍の溶銑−スラグ界面では、流れ方向に直接流と循環流の最大流速が現れ、いずれの条件においても、直接流の流速が最大となる位置は、流入位置６から１〜２．５ｍ下流であり、循環流の流速が最大となる位置は、流入位置６から０．２〜０．９ｍ下流であることが判った。つまり、直接流と循環流が最大流速となる位置は、樋形状や、溶銑及びスラグの流入条件が変わっても、同一位置にならないことが判った。また、かかる流入位置６近傍の溶銑やスラグの流動傾向は、溶銑３やスラグ４の流入条件等によらずほぼ同様であったが、樋幅が変わると、直接流及び循環流の流速最大値だけが変化した。この樋幅に対する直接流及び循環流の流速最大値を、図３及び図４に示す。
【００１３】
図３によれば、直接流の流速は、樋幅が０．２〜０．６ｍの範囲内で最大値を示している。そこで、発明者は、直接流による耐火物５の損耗を抑えるには、樋幅を０．２ｍ以下、あるいは０．６ｍ以上とするのが好適と考えた。但し、樋幅が０．２ｍ以下というサイズは、実際に溶銑やスラグ流を通過させることを考慮すると、樋が深くなり過ぎ、不適である。よって、本発明では、直接流の流速を抑えるための樋幅を、０．６ｍ以上にすることが好適とした。
【００１４】
一方、図４によれば、循環流の流速は、樋幅が０．３ｍ〜０．５ｍの範囲内で極小となる。そこで、発明者は、循環流による樋の損耗を低減するには、樋幅を０．３〜０．５ｍにすることが好適と考えた。なお、図３及び図４では、直接流及び循環流の流速を共に極小にする樋幅が発見できなかったので、樋の長手方向で樋幅を変更して上記計算を継続したところ、それぞれの位置での樋幅は、直接流及び循環流の相互の流動状態には影響を及ぼさないことが判明した。すなわち、直接流の流速と循環流の流速の最大値が現れる位置での樋幅を、それぞれの流速が最小となるよう別々に設計すれば、直接流と循環流とを同時に抑制することが可能である。
【００１５】
従って、本発明では、循環流の流速に対しては、溶銑やスラグ流の流入位置から０．９ｍ下流までの樋幅を、０．３〜０．５ｍの範囲内にすることが望ましいとした。また、直接流の流速に対しては、上記流入位置から１〜２．５ｍ下流での樋幅は、狭いほど、あるいは広いほど良いが、狭路化によって他の部分での流速が増加して、底部などを損傷する危険を避けるために、本発明では、上記のように０．６ｍ以上にするのが望ましいとした。しかし、樋幅を大きくし過ぎると、放熱による溶銑やスラグの温度降下が問題となるので、樋幅に上限を定め、１ｍとした。
【００１６】
【実施例】
本発明に係る高炉出銑樋の使用効果（実施成績）を確認するため、従来の出銑樋との比較試験を行った。比較に用いた出銑樋は、図５に示すように、長手方向で幅０．６ｍと不変のものであり、本発明に係る出銑樋は、図６に示すように、溶銑やスラグの流入部から下流０．９ｍまでの樋幅が０．４３ｍで、該着地位置から１ｍ下流以降の樋幅が０．８ｍとした形状のものである。その際、本発明に係る出銑樋は、その狭路部に対応した中子を作成し、耐火物の流し込み施工で製作した。また、出銑時の平均出銑温度は１５０２℃、平均出銑量は３７０トン／時であり、該試験の実施成績は、樋を通過した溶銑量（通銑量）が３６１００ｔ、あるいは８０２００ｔに至った時に出銑を中止して、樋から残銑を抜き、溶銑及びスラグ流入部付近の樋側壁の損耗量を実測することで評価した。
【００１７】
試験結果を、表１に示す。表１より、通銑量が３６１００ｔの場合での樋側壁損耗量は、従来の幅０．６ｍの出銑樋では１２３ｍｍであり、本発明に係る狭路出銑樋では６５ｍｍである。また、通銑量が８０２００ｔの場合での樋側壁損耗量は、従来の幅０．６ｍの出銑樋で２８８ｍｍ、本発明に係る狭路出銑樋では１５２ｍｍである。従って、本発明に係る出銑樋の使用で、樋側壁の耐火物損耗が従来より大幅に抑制されることが明らかであろう。
【００１８】
【表１】
0003789984.tif 000002
【００１９】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、溶銑及びスラグの流入位置付近における樋内壁の耐火物損耗が低減され、出銑樋全体の寿命が従来より大幅に延長される。
【図面の簡単な説明】
【図１】数値流動解析に用いた出銑樋モデルの形状を示す図であり、（ａ）は平面、（ｂ）は側面である。
【図２】数値流動解析により求めた樋側壁近傍の溶銑−スラグ界面での流速分布を表わす図である。
【図３】数値流動解析により求めた樋側壁近傍の溶銑−スラグ界面での、直接流の流速最大値と樋幅との関係を示す図である。
【図４】数値流動解析により求めた樋側壁近傍の溶銑−スラグ界面での、循環流の流速最大値と樋幅との関係を示す図である。
【図５】従来の出銑樋形状（比較例）を示す平面図である。
【図６】本発明に係る出銑樋の形状（実施例）を示す平面図である。
【図７】従来から公知の側壁に段差を設けた高炉出銑樋の縦断面図である。
【符号の説明】
１    段差
２    出銑樋
３    溶銑
４    スラグ
５    樋側壁（耐火物）
６    流入位置
【図１】
0003789984.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
0003789984.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003789984.tif 000008
【図７】
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