JPH0639613B2

JPH0639613B2 - 底吹き羽口

Info

Publication number: JPH0639613B2
Application number: JP16013189A
Authority: JP
Inventors: 哲始沼田; 眞人飯山
Original assignee: 日本鋼管株式会社
Priority date: 1989-06-22
Filing date: 1989-06-22
Publication date: 1994-05-25
Anticipated expiration: 2009-05-25
Also published as: JPH0324219A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、転炉底吹きなどに用いられるMHP方式の底吹
き羽口に関する。

〔従来の技術および解決しようとする課題〕

例えば、転炉操業においては、ランスから酸素を吹付け
て吹錬を行ないつつ、転炉内の溶湯の撹拌力を向上させ
るため、炉底の底吹き羽口から撹拌ガスを溶湯に吹込む
いわゆる複合吹錬が行なわれている。

特開昭５８−０５８２１８号公報には転炉底吹きに用い
られる底吹き羽口が記載されている。底吹き羽口のガス
吹込み通路は単管または二重管で形成され、溶鋼を更に
撹拌するためにガス圧を高めると、羽口周辺の内張り耐
火物が激しく溶損するという難点があった。

そこで、最近では羽口周辺の内張り耐火物の溶損を抑え
つつ、ガス圧を高めることができるマルチホールプラグ
方式の底吹き羽口（以下、単にMHPという）が用いられ
ている。

ここで、MHPとは耐火物内にガス溜部（風箱）を埋設
し、ガス溜部に多数のガス吹込み通路を連通させた底吹
き羽口であり、ガス溜部における背圧によって、多重の
撹拌ガスや冷却ガスなどを高圧で転炉内溶鋼に吹込みで
きるものをいう。このMHPは従来の羽口と同様に転炉の
底部に設置され、転炉内の溶鋼と直接接触する面（以
下、稼働面という）を有している。また、転炉傾動時に
は、稼働面はスラグにも接触する。このため、MHPを形
成する耐火物（以下、ガス吹込みレンガという）の気孔
内に溶鋼やスラグ（以下、スラグ等という）が浸入し易
く、MHPは浸食および溶損を起し易すかった。

また、特に稼働面は激しく撹拌されている溶鋼流と直接
接触するため、溶鋼による物理的な摩耗が激しかった。

さらに、上述のガス供給管は、MHP本体の中央周辺部を
貫通して設けられているが、この供給管にガスを通気す
ると、その冷却作用により供給管を中心として放射状に
負の熱勾配が生じ、熱的スポーリングを起し易すかっ
た。それとは別に、稼働面側とその背面（すなわち、鉄
皮側）間にも熱勾配が生じるため、熱的スポーリングが
非常に起り易かった。

これらの理由から、MHPの寿命は２０００〜２３００Ｃ
Ｈ（約６７０〜７６０時間）であり、MHPの交換および
その周囲の補修を頻繁に行わなければならなかった。こ
のため、転炉の稼働率が低下し、製造コストが高くなる
という問題点があった。

上記問題点を解決するために種々の研究が為され、マグ
ネシア・ドロマイト質レンガ、マグネシア・クロム質レ
ンガなどの酸化物系耐火物、およびマグネシア・カーボ
ン質レンガ、マグネシア・カルシア・カーボン質レンガ
などの含炭素系耐火物で形成されたMHPが開発された。

しかしながら、酸化物系耐火物で形成されたMHPは耐浸
食性は優れているものの、耐熱的スポーリング性が不十
分であった。また、一般に、酸化物系耐火物は多孔質で
あるためスラグが浸入しやすく、浸食や溶損が起り易
く、それに伴って構造的スポーリングを起すという欠点
があった。

含炭素系耐火物で形成されたMHPは、酸化物系耐火物で
形成されたMHPより優れた耐熱的スポーリング性を有し
ているものの、未だ満足できる耐熱的スポーリング性は
得られておらず、ステンレス鋼性の撹拌ガス供給管の周
囲に厚さ１５乃至２０mmの断熱層を設ける必要があり、
MHPの内部構造が複雑になるという欠点があった。

加えて、含炭素系耐火物は含有炭素が酸化されてしま
い、耐火物自体が劣化し損壊してしまうという欠点があ
った。

なお、上記いずれの耐火物も多孔質であるため、溶鋼流
による摩耗を十分に防止することは不可能だった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、耐スラ
グ浸食性、耐スポーリング性、および耐摩耗性に優れた
耐火物で形成されたMHP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〕

本発明の目的は、ガス供給管に連通されたガス溜部と、
前記ガス溜部に連通し、溶湯容器内に開口する多数のガ
ス吹込み通路が形成されたガス吹込みレンガと、これら
を包容するように形成された外装レンガとを有し、前記
ガス吹込みレンガが、耐火物の重量に対して金属を１〜
１００重量％の範囲内で種々の割合に含浸させた金属含
浸耐火レンガからなることを特徴とする底吹き羽口によ
って達成される。

さらに、前記ガス吹込みレンガが、ガス吹込み通路の開
口側の領域で、耐火物の重量に対して金属を１〜５０重
量％の範囲の割合で含浸させ、ガス溜部側の領域で耐火
物に対して金属を３０〜１００重量％の範囲の割合で含
浸させた金属含浸耐火レンガからなることを特徴とする
底吹き羽口によって達成される。

なお、本発明の底吹き羽口は、転炉における燃焼ガス供
給用あるいは撹拌ガス供給用の羽口としてのみならず、
高炉などにも同様に用いることができる。

〔作用〕

本発明の底吹き羽口は、その稼働面に金属含浸耐火物で
形成された耐火レンガを適用したものである。金属含浸
耐火物は、耐火物多孔体に金属を含浸させたものであ
り、その見掛け気孔率を通常の耐火物の見掛け気孔率よ
り小さくすることができる。したがって、スラグの浸入
によって生じる浸食や溶損を防ぐことができ、このため
耐構造的スポーリング性が向上する。

また、金属を含浸させることによって耐火物の熱伝導性
が向上するので熱分散性が良くなり、耐火物内外に温度
差が生じ難いので、熱膨脹差による歪みも生じ難い。こ
のため、耐熱的スポーリング性が向上する。

さらに、金属を含浸させることによって耐火物密度が高
くなり耐摩耗性が向上する。

このように、本発明に係わる底吹き羽口は、耐スラグ浸
食性、耐スポーリング性および耐摩耗性に優れているの
で、長期間の操業が可能となる。

〔実施例〕

以下、図面を参照しながら、本発明に係わる一実施例を
説明する。

第１図は、本発明に係わる底吹き羽口の縦断面図であ
る。

底吹き羽口１は、ガス供給管５を有するガス溜部２と、
多数のガス吹込み通路４を有する金属含浸耐火レンガ３
と、これらの外側を取囲むように形成された外装レンガ
７とを具備するものである。

金属含浸耐火レンガ３は耐火物多孔体に金属を含浸させ
たものであり、耐火物多孔体には、マグネシア質レン
ガ、マグネシア・クロム質レンガ、マグネシア・スピネ
ル質レンガ、アルミナ質レンガ、またはスピネル質レン
ガなどの焼成耐火物レンガを用いることをできる。

含浸させる金属は、ステンレス鋼、クロム、ニッケル、
アルミニウム、および鉄など、どのような金属でもよい
が、特にNi−Cr合金が好ましい。これらの金属はそれぞ
れ単独で、または組合せて前記耐火物多孔体に含浸させ
ることができる。

前記金属の含浸量は、耐火物多孔体の重量に対して約１
〜１００重量％の範囲内で、所望の効果が得られるよう
に適宜選択する。特に、稼働面側の金属含浸量を約１〜
５０重量％にし、ガス溜部側の金属含浸量を３０〜１０
０重量％にするのが好ましい。ここで、稼働面側とは稼
働面からガス溜部までの間の約2/3の部分を言い、ガス
溜部側とはガス溜部上面から稼働面までの間の約1/3の
部分のことを言う。

稼働面側において前記範囲内の金属含浸量が好ましいと
した理由は、稼働面側では耐浸食性や耐スポーリング性
などの性質が特に要求されるので、これらの性質を向上
させるためには最低でも約１重量％の金属含浸量が必要
であり、且つ耐火物の耐食性および耐スポーリング性を
維持しつつ含浸し得る最大量が約５０重量％だからであ
る。また、ガス溜部側において前記範囲内の金属含浸量
が好ましいとした理由は、ガス溜部上面は耐火部材３と
ガス溜部２とが溶接されるため、この溶接を容易に行う
ためには、最低でも約３０重量％の金属含浸量が必要で
あるからである。

なお、金属含浸量１００重量％とは金属のみで形成され
ていることを意味しており、耐火部材３とガス溜部２と
の溶接を容易に行うためには、耐火部材３の下面（すな
わち、ガス溜部２との接触面）は金属のみで形成されて
いるのが特に好ましい。

この金属含浸耐火レンガ３には、内径０．５〜５mmのガ
ス吹込み通路４が多数穿孔されている。ここで特筆すべ
きことは、金属含浸耐火レンガ３は優れた耐火物特性を
有している、ガス吹込み通路４にステンレス鋼管を用い
る必要がなく、単なる貫通孔で十分であるということで
ある。このように、ガス吹込み通路４ステンレス鋼管を
用いる必要がないため、MHPの内部構造をできる限り単
純にすることができる。

ガス溜部２は、ステンレス鋼で形成されたガス収容容器
である。このガス溜部２はガス供給管５を有しており、
このガス供給管５はガス管６と接続している。通常、ガ
ス供給管には、ステンレス鋼管が用いられている。撹拌
ガスや冷却ガスなどのガスは、ガス管６およびガス供給
管５を介してガス溜部２に収容される。ガス溜部２に収
容されたガスは、ガス吹込み通路４を介して転炉内に噴
射される。一般に、撹拌ガスには酸素ガス、アルゴンガ
ス、窒素ガス、または二酸化炭素ガスなどが用いられ、
冷却ガスには天然ガス、ブタンガス、またはプロパンガ
スなどの炭化水素ガスが用いられる。

このようにして構成されたMHPを、従来の羽口と同様
に、転炉等の底部に設置する。通常、MHPは転炉等の垂
直中心軸に対して平行に取付けるが、より良い撹拌効率
を得るために傾斜させて取付けることもできる。転炉に
溶鉄が装入されたら、撹拌ガス等をガス吹込み通路を介
して炉内の溶鋼に吹込む。撹拌ガスなどの供給は、ガス
供給手段（図示せず）によって行なわれる。ガスが供給
される際のガス圧は、所望の撹拌状態が得られるように
適宜調節すればよい。しかし、溶鉄が羽口稼働面を浸漬
している場合、ガス吹込み通路への溶鋼浸入を防止する
ために、溶鋼の静圧よりも大きいガス圧を印加する必要
がある。

本発明の底吹き羽口の製造方法は特に限定されないが、
例えば以下の方法を用いることができる。

まず初めに、前記耐火物レンガの耐火性原料およびバイ
ンダー等を金型に充填して圧力を印加し、矩形型の耐火
物レンガを製造する。耐火物原料を金型に充填する際
に、所望の見掛け気孔率を得るために、所定の焼成で焼
失する繊維（例えば、麻や綿糸など）を適量添加する。
繊維を添加する際、ある部分の繊維添加量を多くし、他
の部分の繊維添加量を少なくすることによって、一体の
耐火物多孔体内で異なった見掛け気孔率を有する部分を
作ることができる。また、添加する繊維の径を変化させ
ることによって行うこともできる。

このように一体の耐火物多孔体であって異なった見掛け
気孔率を有する部分を持つ耐火物多孔体を得ることによ
り、一体の金属含浸耐火物であって異なった金属含浸量
を有する金属含浸耐火物多孔体を得ることができるので
ある。

所望の見掛け気孔率に調節された耐火物多孔体を、約１
４００〜１７００℃に予熱し脱気する。次いで、所望の
溶融金属に浸漬し、圧力（３〜９kg/cm²）を印加する。

このようにして、耐火物多孔体に金属を含浸させた金属
含浸耐火レンガを製造することができる。例えば、見掛
け気孔率が４０容積％に調節され、縦が１０cmで、横が
１３cmで、高さが１２０cmである耐火物多孔体に約４５
重量％のNiを含浸させることができる。また、見掛け気
孔率が３０容積％に調節され、縦が５cmで、横が５cm
で、高さが９０cmである耐火物多孔体に約３６重量％の
Ni−Crを含浸させることができる。

このようにして製造された金属含浸耐火レンガに多数の
細孔を穿孔し、ガス供給通路４を形成することによっ
て、金属含浸耐火レンガ３を製造することができる。

得られた金属含浸耐火レンガ３をステンレス鋼製のガス
溜部２の上面と溶接する。溶接する手段は従来の方法に
よる。金属含浸耐火レンガ３の金属含浸量は、特にガス
溜部と溶接される耐火物領域において高く調製されてい
るので、溶接を容易且つ確実に行うことができる。

ガス溜部２が溶接された金属含浸耐火レンガ３を、マグ
ネシア・クロム質等の前記耐火物原料と共に羽口成形用
金型に装入し、圧力（１００〜１０００kg/cm²）を印加
して羽口成形体を得る。但し、金属含浸体のみで形成さ
れたものでもよい。

得られた羽口成形体は、研磨加工などによって所望の形
状に整形される。

以下、金属含浸耐火レンガ３の種々の耐火物試験の結果
について説明する。

耐浸食性上述した方法により、マグネシア・クロム質耐火物原料
を成形し耐火物多孔体を得、この耐火物多孔体重量に対
して、金属含浸量を０〜８０重量％の範囲内で変化させ
て５０Ni−５０Crを含浸させ、種々の金属含浸量を有す
る金属含浸耐火レンガを得た。

この金属含浸耐火レンガを溶鋼およびスラグに１０時間
暴露して、スラグによる浸食の程度（以下、浸食指数と
いう）を調べた。

なお、比較耐火レンガとして、金属を含浸させていない
マグネシア・クロム質耐火レンガも同様にスラグ等に暴
露し、スラグによる浸食を調べた。この結果を第２図に
示した。ここで、浸食指数とは、前記比較耐火レンガの
浸食の程度を基準（100）として、５０Ni−５０Crを含
浸させた金属含浸耐火レンガの浸食の程度を表わしたも
のである。すなわち、浸食指数が１００未満のときは、
５０Ni−５０Crを含浸させたことにより浸食が抑制され
たことを示す。

第２図から明らかな通り、５０Ni−５０Crを含浸させる
ことにより、スラグ等による浸食が抑制された。

耐熱的スポーリング性耐スポール性上述した方法により、マグネシア質耐火物原料を成形し
耐火物多孔体を得、この耐火物多孔体重量に対して、Al
を２０重量％および４０重量％含浸させ、金属含浸耐火
レンガを製造した。この金属含浸耐火レンガをそれぞれ
所定の温度（100℃ごと）まで加熱し、その後水中で急
冷して強度を測定した。得られた各々の強度を、加熱急
冷前の強度で除して強度指数を算出した。この強度指数
と急冷温度差（ΔＴ）との関係を第３図に示した。ここ
で、白三角はAlを４０重量％含浸させた金属含浸耐火レ
ンガの結果を、黒丸はAlを２０重量％含浸させた金属含
浸耐火レンガの結果を示している。なお、白丸は比較耐
火レンガであるマグネシア質耐火レンガの結果を示して
いる。

第３図によると、比較耐火レンガは温度差が約１００℃
になると強度の低下が認められる。これに対し、Alを２
０重量％含浸させた金属含浸耐火レンガは温度差が約３
００℃まで、また４０重量％含浸させた金属含浸耐火レ
ンガは温度差が約７００℃までは、室温時と同等の強度
を有することがわかった。

曲げ強度試験上述の方法で、マグネシア質耐火レンガにFeを１５重量
％および３０重量％含浸させた金属含浸耐火レンガを製
造した。この金属含浸耐火レンガを徐々に加熱し、耐火
物温度が２００℃上昇することに曲げ強度を測定した。
この曲げ強度と加熱温度との関係を第４図に示した。こ
の図において、白三角はFeを３０重量％含浸させた金属
含浸耐火レンガの結果を、黒丸はFeを１５重量％含浸さ
せた金属含浸耐火レンガの結果を示している。なお、白
丸は比較耐火レンガであるマグネシア質耐火レンガの結
果を示している。

第４図から明らかな通り、比較耐火レンガの曲げ強度と
比べ、Feを含浸させた金属含浸耐火レンガの曲げ強度は
高いことがわかった。

以上、本発明の底吹き羽口に用いられる金属含浸耐火レ
ンガは、スラグ等による浸食を低減させることができ
る。また、従来の耐火レンガと比べ高温時における強度
および曲げ強度の低下が抑制されるので耐スポーリング
性および耐摩耗性が向上する。したがって、この金属含
浸耐火レンガを稼働面に取付けることによって、本発明
の底吹き羽口の耐浸食性および耐スポーリングが向上す
ることが期待できる。

以下、金属含浸耐火レンガを具備した底吹き羽口（MH
P）を実際に製造し、転炉に用いた実施例を挙げる。

（実施例１）上述した方法より縦３０cm×横４０cm×高さ６０cmのマ
グネシア質耐火物成形体を製造した。この耐火物成形体
の見掛け気孔率は、稼働面から約４０cmまでの部分が２
０容積％、その他の部分が５０容積％に調節されてい
る。

この耐火物多孔体を１６００℃に予熱し、ステンレス溶
湯に浸漬した。次いで、４．０kg/cm²の圧力を印加し、
稼働面から約４０cmまでの部分にステンレスが２９重量
％、その他の部分にはステンレスが５２重量％含浸した
金属含浸耐火レンガを製造した。その後、内径０．５mm
のガス供給通路を穿孔し、金属含浸耐火レンガの金属含
浸量が多い面をガス溜部（ステンレス製）に溶接した。
これをマグネシア-カーボン質耐火物原料と共に羽口用
金型に装入し、1000kg/cm²の圧力を印加してMHPを製造
した。

得られたMHPを転炉底部に設置し、その寿命を測定し
た。MHPの寿命は３５cm損耗したとき終了したと判断し
た。

このMHPの寿命は、７００時間であった。

（実施例２）上述した方法より、縦５０cm×横５０cm×高さ６０cmの
マグネシア・クロム質耐火物成形体を製造した。この耐
火物成形体の見掛け気孔率は、稼働面から約４０cmまで
の部分が３０容積％、その他の部分が６０容積％に調節
されている。

この耐火物多孔体を１５００℃に予熱し、Fe−Cr溶湯に
浸漬した。次いで、７．０kg/cm²の圧力を印加し、稼働
面から約４０cmまでの部分にFe−Crが３８重量％、その
他の部分にはF-Crが５７重量％含浸した金属含浸耐火レ
ンガを製造した。その後、内径１．０mmのガス供給通路
を穿孔し、金属含浸耐火レンガの金属含浸量が多い面を
ガス溜部（ステンレス製）に溶接しMHPを製造した。

得られたMHPを転炉炉底部に設置し寿命を測定した。こ
のMHPの寿命は６５０時間であった。

（比較例）マグネシア−カーボン質耐火物の原料を内径１．０mmの
ステンレス管と風箱の囲りに充填し、2000kg/cm²の圧力
を印加し、５０φ×６０cmのMHPを製造した。このMHPの
見掛け気孔率は、５．０vol％である。

得られたMHPを転炉底部に設置し、その寿命を測定し
た。

このMHPの寿命は、４００時間であった。

上述の通り、本発明の底吹き羽口の寿命は従来の底吹き
羽口と比べて延長されていることがわかった。これは、
稼働面に金属含浸耐火レンガを適用することにより、耐
浸食性、耐スポーリング性、および耐摩耗性が総合的に
向上するためである。

〔発明の効果〕

本発明によれば、スラグによる浸食が低減され且つ耐ス
ポーリング性に優れた底吹き羽口が提供される。本発明
の底吹き羽口は長期操業が可能であり、この底吹き羽口
を用いることにより転炉などの稼働率を挙げることがで
きるので、製造コストを小さくすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に係る底吹き羽口を示す縦
断面図。第２図ないし第４図は、本発明の実施例の効果を示した
グラフ図。１……底吹き羽口（MHP）、２……ガス溜部、３……金
属含浸耐火レンガ、４……ガス吹込み通路。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ガス供給管に連通されたガス溜部と、前記
ガス溜部に連通し、溶湯容器内に開口する多数のガス吹
込み通路が形成されたガス吹込みレンガと、これらを包
含するように形成された外装レンガとを有し、少なくと
も前記ガス吹込みレンガが、耐火物の重量に対して金属
を１〜１００重量％の範囲内で種々の割合に含浸させた
金属含浸耐火レンガからなることを特徴とする底吹き羽
口。
【請求項２】前記ガス吹込みレンガが、ガス吹込み通路
の開口側の領域で、耐火物の重量に対して金属を１〜５
０重量％の範囲の割合で含浸させ、ガス溜部側の領域で
耐火物に対して金属を３０〜１００重量％の範囲の割合
で含浸させた金属含浸耐火レンガからなることを特徴と
する請求項１記載の底吹き羽口。