JPH0639612B2 - 転炉炉底の羽口構造 - Google Patents

転炉炉底の羽口構造

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JPH0639612B2
JPH0639612B2 JP60105367A JP10536785A JPH0639612B2 JP H0639612 B2 JPH0639612 B2 JP H0639612B2 JP 60105367 A JP60105367 A JP 60105367A JP 10536785 A JP10536785 A JP 10536785A JP H0639612 B2 JPH0639612 B2 JP H0639612B2
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誠 横井
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川崎製鉄株式会社
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    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21CPROCESSING OF PIG-IRON, e.g. REFINING, MANUFACTURE OF WROUGHT-IRON OR STEEL; TREATMENT IN MOLTEN STATE OF FERROUS ALLOYS
    • C21C5/00Manufacture of carbon-steel, e.g. plain mild steel, medium carbon steel or cast steel or stainless steel
    • C21C5/28Manufacture of steel in the converter
    • C21C5/42Constructional features of converters
    • C21C5/46Details or accessories
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は転炉炉底の羽口構造に係り、特に炉底耐火物の
寿命を著しく延長できる羽口構造に関し、底吹き転炉、
上底吹き転炉を使用する製鋼分野に利用される。
〔従来の技術〕
戦後、製鋼炉としてはLD転炉で代表される純酸素上吹
き転炉が主流であった。ところが、1965年炭化水素系ガ
スをさや状にして酸素ガスを含む、いわゆる2重管羽口
の発明により底吹き転炉が溶鋼の強撹拌による炉内反応
の促進の点で注目され、上吹き法と底吹き法の併用によ
る複合吹錬転炉の技術が開発され、高生産性を上げるに
至っている。しかしなお、炉底耐火物の寿命の延長技術
が重要な問題となっている。
従来の同心2重管の炉底羽口を有する複合吹錬転炉の構
成と作用の概要を第3〜5図を参照して説明する。
転炉炉体2の中央部上方に酸素吹込み用ランス4が設け
られ、溶銑6Aの表面に酸素を吹込む。一方、炉底8に
は第4図に示す如き2重管羽口10が複数個設けられ、
内管12には通常酸素ガスを担体として生石灰などのフ
ラックス固体粉末14が吹込まれる。一方、内管12と
外管16との空隙には、炭化水素ガス、COガス、C
Oガス等の冷却用ガス18が吹込まれる。
炉体2に装入された溶銑6A中に含まれるC、P、S等
の不純分成分は、酸素吹込み用ランス4及び炉底羽口の
内管12から炉内に吹込まれる酸素、生石灰などのフラ
ックスによって除去され、所定の成分を有する溶鋼6B
に製錬される。
一方、炉底の2重管羽口10の外管16を通過して炉内
へ吹込まれる炭化水素ガス、COガス、COガス等1
8は、その吸熱反応によって炉内へ吹込まれた酸素ガス
と溶銑6Aとの反応による超高温の条件から羽口10お
よびその周囲の耐火物20を冷却することにより保護す
る作用を有している。
かくの如く、複合吹錬転炉は強撹拌による反応効率が高
く、従来の上吹き転炉に比し、短時間で所定の溶鋼を製
造することが可能であるほか、使用する副原料の原単位
も少いなど多くのすぐれた特性を有している。
しかしながら、この転炉は2重管羽口10の外管16を
通じて炉内へ吹込まれる炭化水素ガス等18の吸熱反応
によって、羽口10外周の耐火物20を冷却するもの
の、炭化水素ガス等の分解する場所が耐火物の表面近傍
であるため羽口10およびその周辺の耐火物20の冷却
には限界があり、第5図に示すような耐火物の損傷が発
生し寿命を短くし、炉底耐火物の損耗速度が転炉の他の
部位に比し著しく大であるという問題がある。
上記炉底耐火物の損傷の態様を第5図(A)、(B)、
(C)、(D)、(E)によって説明する。第5図
(A)は羽口10および耐火物20が正常な状態であ
る。第5図(B)は熱スポーリングによる羽口ノズル1
0の近傍の耐火物20中に発生する亀裂22を示してい
る。すなわち羽口ノズル10の周辺は約1700℃の高
温の溶鋼にさらされ、また出鋼後は外気にさらされ短時
間内に著しく温度差のあるヒートサイクルを受ける。そ
の際耐火物20の内部に大きな温度勾配を生じ、その結
果として熱応力が発生し亀裂22を生ずる。耐火物20
に亀裂が生じると容易に表面の剥離が生じ(C)に示す
如く耐火れんが20Aの脱落が生じる。かくの如き熱ス
ポーリングによる損傷は突然発生し、また剥離するれん
が層が大きいこともあり、れんが20Aの損耗を著しく
早めるばかりではなく、転炉操業に支障を来たすことも
ある。
第5図(D)は溶鋼による摩耗によって発生する羽口1
0周辺の耐火物20の損耗を模式的に示したものであ
る。すなわち、複合吹錬転炉においては、上部の酸素吹
込み用ランス4より溶鋼表面に噴出される酸素ジェット
のほかに、炉底羽口10から吹込まれる酸素ガスを坦体
とする生石灰等のフラックス固体の粉末14の噴出によ
り炉内溶鋼6が強撹拌され、その結果羽口10上部の耐
火物20が溶鋼6の激しい運動によって摩耗しそぎ取ら
れる。
第5図(E)は炉底羽口10の外管16によって圧送さ
れる炭化水素等の冷却用ガス18による冷却不足によっ
て生ずる羽口10の上部周辺れんがの大きな損耗状況を
示す模式図である。かかる大きな損傷が一旦発生する
と、羽口ノズル10は再使用が不可能となる。
このほか、羽口ノズル10およびその周辺耐火物20の
表面に、溶鋼6中に吹込まれた酸素ジェットの逆流現象
が起り、これも周辺耐火物20の損傷の一因であるとも
いわれている。
上記2重管羽口を有する複合吹錬転炉の炉底羽口周辺の
損耗に対して従来から種々の対策が考えられているが、
その代表的なものとして特開昭55−24948があ
る。これは通常の2重羽口と異なり、同心2重管の外側
に不活性ガスを噴出する3層目の流路を形成した3重管
方式であって、炭化水素系ガスの約500℃と約800
℃以上の2つの温度域にて起る熱分解による吸熱機構を
最外層に不活性ガスを流すことにより羽口周辺の耐火物
からの伝熱を有効に遮断することにより保護し、その吸
熱効果を発揮せしめると共に、著しい温度勾配の不同を
除去しれんがのスポーリングの原因を除去しようとする
ものであって、一応の効果を収めることができた。
しかし上記同心3重管方式においては、3層目の流路か
らの不活性ガス噴出部分と炉底耐火物と境界部分では、
ガス量の必要量が多いことから局所的な冷却作用が大き
く、そのため3重管羽口周辺の耐火物は、精練中にスポ
ーリングを起して脱落するという問題が残っていた。
〔発明が解決しようとする問題点〕
本発明の目的は、上記複合吹錬転炉の炉底における複数
組の同心多重管周辺の耐火物損傷等の従来技術の問題点
を解消し、該耐火物の損傷を起さない転炉炉底の効果的
な羽口構造を提供するにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の要旨とするところは次の如くである。すなわ
ち、転炉炉底を貫通して酸化性ガス、冷却用ガス、粉体
等を圧送する複数組の同心多重管を有して成る転炉炉底
の羽口構造において、前記多重管の外周耐火物中に該多
重管を取囲んで設けられ耐火物保護用ガスを供給する複
数個の内径2、5mm以下のステンレス製細孔管を有する
ことを特徴とする転炉炉底の羽口構造である。
第1図、第2図を参照して本発明による転炉炉底の羽口
構造を同心2重管の場合について説明する。
転炉炉底の鉄皮24の内側には炉内耐火物20が内張り
されている。この炉底には複数個の同心2重管羽口10
が設けられている。羽口10は内管12、外管16の同
心2重管が鉄皮24、耐火物20を貫通して設けられ炉
内に開孔している。内管12には酸素を坦体として生石
灰などのフラックス固体粉末14が吹込まれ、外管16
と内管12との流路には炭化水素ガス等の冷却用ガス1
8が吹込まれることは、従来の羽口と同様である。本発
明による羽口10Aには、外管16を取囲んで複数個の
金属製細孔管26が設けられていて、内管12、外管1
6と平行していずれも炉底内に開孔している。鉄皮24
の外側には金属製細孔管26への共通のタンク28が設
けられ、金属製細孔管26を通じて炉内へ吹込む不活性
ガス30を一時貯留する。金属製細孔管26はステンレ
ス鋼等の耐熱鋼が望ましく、吹込む不活性ガスとしては
、Ar等いずれでもよく、その他CO、COなど
でもよい。
ステンレス製細孔管26の設置目的は、羽口10A周辺
の耐火物20の冷却にあるので、その配置は第2図に示
す如く、羽口10Aを中心に同心円状に配列し、羽口1
0A周辺れんがの損傷程度に応じて2列、3列に拡大す
ることによって損傷の多い範囲を広い範囲に亘って保護
することができる。
上記の本発明の構成の大要を説明したが、以下実施例に
よって本発明者の実験結果と併せて更に詳細説明する。
〔実施例〕
250tの複合吹錬転炉において、第1〜2図に示す如
き羽口構造を炉底に設置した。
内管12および外管16より成る炉底羽口10Aを取囲
んで内径2mm、外径4mmのステンレス製細孔管26を炉
底羽口10Aの1本当り60本設けた。ステンレス製細
孔管26の各パイプの間隔は10〜30mmとし、炉底羽
口10Aの外面から150mmの位置まで第2図に示す如
く2列に同心円上に配列した。上記60本の細孔管26
に対して炉底羽口10Aの1個当り、すなわち60本の
細孔管261組当り2〜8kgG/cm2の圧力をかけ、0.
2〜1.5Nm3/minの不活性ガスArを流した。不活性
ガスはArのほか、N、その他CO、COガスを使
用することができる。羽口10A周囲の炉底れんが20
Aとしてマグネシア−黒鉛質れんがを使用したが、細孔
管26を埋設した周辺の温度は、炉中に溶鋼6Bが存在
する状態で細孔管26の稼動面先端より100mm深さの
測温結果で600〜800℃の低温を示した。これは細
孔管26を通ずる不活性ガスの抜熱による冷却の効果で
ある。次に本発明に使用する細孔管26の内径をどの範
囲にすべきかについて試験した結果について説明する。
先ず内径2mmのステンレス鋼管を使用し、ガス流量と背
圧との関係の経時変化を測定した。結果は第6図に示す
とおりである。すなわち、ガス流量は2Nm3/minから出
発し、徐々にガス流量を減少してほぼ0にした後、4分
間そのまま保持し、その後ガス圧力を4.6kgG/cm2
まで上げた時に再びガスが流れ出した。
次に内径2mmと4mmの細孔管26を使用し、パイプの内
径と開孔率との関係を調査した結果は第7図に示すとお
りである。ここで開効率とは細孔管26の稼動面から溶
滓のコーテイング層に打勝ってガスが出ている状態を肉
眼観察により確認された回数の比率である。第7図より
明らかな如く、細孔管26の内径が2.5mm以下であれ
ば開効率が80%以上と高く、ガスを一旦停止した後で
も再供給が可能であり、ガス流量を広い範囲に亘って制
御可能であることが判明した。従って本発明に使用する
細孔管26の内径は2.5mm以下に限定することとし
た。なお、細孔管26からのガスの流出が不要の場合に
は、ガス流を止めてもパイプ内径が小さいので、それ自
身の溶解により出口を閉鎖するので溶鋼6Bが細孔管2
6から漏洩する恐れがなく、ガスの一旦停止後でも吹錬
中であれば溶滓のコーテイング層に打勝って再供給が可
能である。本発明による細孔管26は上記の如き効果が
あるので、精錬する溶鋼に必要な条件、例えば鋼中の窒
素濃度等に従ってガス流量を調整することが可能である
等の大きな効果がある。
本発明者による上記実験終了後炉底羽口10Aおよび羽
口10A周辺の耐火れんが20の損傷状況を調整した結
果、第5図(D)、(E)で示した如き炉底羽口10の
溶損、もしくは第5図(B)、(C)にて示した如き熱
スポーリングによる耐火れんが20の亀裂は全く観察さ
れず、きわめて良好な炉内状況であった。
〔発明の効果〕
本発明は複数組の同心多重管を有する複合吹錬転炉の炉
底羽口構造において、該多重管の外周耐火物中に多重管
羽口を取囲んで不活性ガスを圧入する多数個の金属製細
孔管を設けた羽口構造であって、該金属製細孔管は好適
にはステンレス鋼管とし、その内径を2.5mm以下にす
ることにより次の効果を収めることができた。
(イ) ステンレス製細孔管内に不活性ガスを供給する
ことにより羽口周辺の耐火物を冷却し保護すると共に、
羽口周辺の熱応力の発生を防止することにより熱スポー
リングによる損傷を軽減することができた。
(ロ) ステンレス製細孔管の内径は2.5mm以下であ
るので不必要の場合は不活性ガスの圧入を停止しても、
それ自身の溶解により炉内開孔部を閉塞するので溶鋼の
漏洩するおそれがなく、転炉吹錬中ならば供給ガス圧力
を上げることによりガスの再供給ガ可能であり、冷却用
不活性ガスの流量制御を広い範囲に亘って行うことが可
能である。
(ハ) (ロ)の効果により転炉にて精錬する溶鋼に必要
な条件、例えば鋼中窒素濃度等に従って供給ガス量を調
整することが可能となった。
(ニ) 多重管羽口の損耗も減少し、実績では約10%
の損耗速度の減少が可能となった。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図は本発明による転炉炉底の羽口構造を示
し、第1図は模式縦断面図、第2図は横断面図、第3図
は複合吹錬転炉の構成を示す模式断面図、第4図は複合
吹錬転炉の従来の炉底羽口構造を示す部分拡大断面図、
第5図(A)、(B)、(C)、(D)、(E)は従来
の炉底羽口および周辺耐火物の損傷を示す模式断面図で
あって、(A)は正常状態、(B)は熱応力による亀裂
発生状況、(C)は亀裂からのれんがの脱落状況、
(D)は羽口ノズルの損耗状況、(E)は羽口ノズルの
大きな損耗状況を示し、第6図は本発明の実施例におけ
るステンレス製細孔管を通じる冷却用不活性ガスの流
量、背圧の経時変化を示す線図、第7図は本発明による
ステンレス製細孔管の内径の開孔率に及ぼす影響を示す
線図である。 6A……溶銑、6B……溶鋼 8……転炉炉底、10、10A……2重管羽口 12……内管、16……外管 18……冷却用ガス、20……炉底耐火物 24……転炉鉄皮、26……金属製細孔管 28……不活性ガスタンク、30……不活性ガス

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】転炉炉底を貫通して酸化性ガス、冷却用ガ
    ス、粉体等を圧送する複数組の同心多重管を有して成る
    転炉炉底の羽口構造において、前記多重管の外周耐火物
    中に該多重管を取囲んで設けられ耐火物保護用ガスを供
    給する複数個の内径2、5mm以下のステンレス製細孔管
    を有することを特徴とする転炉炉底の羽口構造。
JP60105367A 1985-05-17 1985-05-17 転炉炉底の羽口構造 Expired - Lifetime JPH0639612B2 (ja)

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