JPH08246020A - 転炉吹錬用ランスノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、転炉吹錬用ランスノズルに関し、
特に輻射熱によるランス先端部の吹錬用酸素吹出し孔の
熱変形を防止した転炉吹錬用ランスノズルを提供する。 【構成】 複数の吹錬用酸素吹出し孔と冷却水通路を有
し、熱伝導性に優れた金属からなるランスノズルにおい
て、気体酸素を高速にて噴出する前記吹錬用酸素吹出し
孔の円形断面を、偏平ないし楕円状に変形する応力に対
抗して前記吹錬用酸素吹出し孔の内壁を支承する補強材
が、前記吹錬用酸素吹出し孔の長さ方向に係着され延在
していることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、転炉吹錬用ランスノズ
ルに関し、特に輻射熱によるランス先端部の吹錬用酸素
吹出し孔の熱変形を防止した転炉吹錬用ランスノズルに
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、転炉吹錬用ランスノズルは、銅ま
たは銅合金からなるランスノズルとそれを冷却する冷却
用二重水管を締結一体化して使用されている。この際、
酸素ジェットを溶鋼面に吹きつける吹錬用酸素吹出し孔
の先端部は、輻射熱による熱変形を大きく受けることが
問題となっていた。

【０００３】従来のランスノズルとして、吹錬用酸素吹
出し孔が５孔よりなる例を図５および図６に示す。図５
では、酸素供給管３の先端部には、吹錬用酸素吹出し孔
５が複数設けられ、純酸素を気体酸素ジェット流１２と
して溶鋼面に吹きつける状況を示している。これらの図
で、吹錬用酸素吹出し孔５の周辺の冷却は、冷却水内管
２の通路から冷却水を供給し、導水孔７ａ、７ｂ、７ｃ
を通って吹錬用酸素吹出し孔５の外周部が冷却される。
同時に、受熱面６には大量な冷却水流を供給でき、そし
て、最終的には冷却水管１の通路を通り排出される構造
となっている。

【０００４】この際、図５に示すように、輻射熱等によ
って吹錬用酸素吹出し孔５の先端部は、繰り返し加熱、
冷却されるために変形部１３およびコーナー損傷部１４
が発生する。特に、変形部１３では吹錬用酸素吹出し孔
の形状は偏平ないし楕円状になり、気体酸素ジェット流
１２は、その噴出方向成分が屈折することになる。この
ため、溶鋼精錬時の安定した操業に支障をきたし、また
鉄分歩留りが低下することが問題となっている。この分
野の公知技術として、実開昭６３−６９１５２号には、
内部に冷却水路を形成したランスヘッドノズル取付け孔
を設け、かつ該取付け孔の周壁に取付け孔長手方向に対
し傾斜した複数の溝、若しくは孔を設けるとともに、該
取付け孔に所定の長さを有する中空のセラミックスノズ
ルを嵌挿した酸素吹き込み用ランスとして、旋回しなが
ら噴出する酸素流による遮蔽効果を付与した技術が開示
されている。しかし、従来のセラミックスの管は、使用
中の熱負荷により亀裂が発生し、酸素孔変形防止の効果
が不十分である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の吹錬用酸素吹出
し孔５の変形部１３およびコーナー損傷部１４の発生に
ついて、種々解析を進めた結果、変形は一定のパターン
によって生じることが明らかとなった。すなわち、輻射
熱等による加熱と吹錬終了時の待機による冷却の繰り返
しが、ランスノズルに残留圧縮歪みを発生し、これが加
熱冷却のサイクルとともに累積し加算され、変形が拡大
していく。初期の段階では、一端変形部１３は外側に膨
らみ、熱膨張差によって反対側の内側に収縮することが
繰り返され、最終的には初期形状から約１０ｍｍぐらい
の変形を残留した形状に変化することになる。

【０００６】この変形はマクロ的には、酸素ジェット流
１２の成分が内側に曲げられ、そのため全体としてのジ
ェット流が内側に曲げられ、噴出衝突経路が定常の位置
からずれることになる。このため、溶鋼面の酸素ジェッ
ト衝突位置である火点位置をずらしていまい、定常的な
操業に支障を来すことになる。本発明は、吹錬用酸素吹
出し孔における以上のような変形を防止することを目的
に、吹錬用酸素吹出し孔の補強材を検討し、吹錬のラン
スノズル一代での定常安定化を実現し、かつ寿命を延長
してその交換による時間的およびコスト的負担の軽減改
善をはかることを可能とする転炉吹錬用ランスノズルを
提供するものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を解
決するもので、その要旨とするところは、 （１）複数の吹錬用酸素吹出し孔と冷却水通路を有し、
熱伝導性に優れた金属からなるランスノズルにおいて、
気体酸素を高速にて噴出する前記吹錬用酸素吹出し孔の
円形断面を、偏平ないし楕円状に変形する応力に対抗し
て前記吹錬用酸素吹出し孔の内壁を支承する補強材を設
け、前記補強材が前記吹錬用酸素吹出し孔の長さ方向に
係着され延在していることを特徴とする転炉吹錬用ラン
スノズル。

【０００８】（２）前記補強材の支持板が、少なくとも
前記吹錬用酸素吹出し孔の直径長さの１枚、または前記
吹錬用酸素吹出し孔の内部で締結された半径長さの２枚
以上からなる（１）記載の転炉吹錬用ランスノズル。

【０００９】（３）前記補強材が、ステンレス鋼、銅ま
たは銅合金からなる（１）記載の転炉吹錬用ランスノズ
ル。

【００１０】（４）前記補強材の形状が、Ｉ型、三矢型
または十字型である（１）記載の転炉吹錬用ランスノズ
ルである。本発明の作用について、以下に説明する。

【００１１】

【作用】通常のランスノズルは溶鋼からの繰り返しの熱
負荷により図５の符号１３に示すような酸素孔全体がノ
ズル中心側に向かうような変形を生じる。この変形はノ
ズルの使用回数とともに進行し変形量が大きくなると酸
素ジェット流れが所定の特性を維持できなくなる。

【００１２】そこで冷却水流４の冷却水により冷却され
る吹錬用酸素吹出し孔の内壁で構成される孔空隙に、酸
素孔内壁にボルト等で固定された取付金具９で支持され
たリブ８を設ける。溶鋼からの輻射熱により吹錬用酸素
吹出し孔壁に発生する中心に向かう熱応力は、上記のリ
ブがない場合は吹錬用酸素吹出し孔壁そのものが全て受
け持つことになり孔全体の変形量も大となる。一方、吹
錬用酸素吹出し孔壁にリブ９を設けると、中心に向かう
熱応力は大部分リブで吸収され、孔壁に発生する応力は
減少し変形量も小となる。リブの断面は１図および図２
に示すような十字型でも、Ｉ字型および他の形状でもよ
い。また、リブの締結は溶接でもカシメ等の他の接合方
法でもよい。

【００１３】さらに、リブの数を増やすと変形に対する
進行度は減少するが、製作が複雑になる、酸素孔直径が
大となりランスノズル全体が大きくなる、といった問題
が生じ適性な範囲が存在する。本発明は吹錬用酸素吹出
し孔への熱応力を吸収するリブを設けることによって、
吹錬用酸素吹出し孔の変形を防止し、ランスの長寿命化
を実現する。本発明について、添付の実施例の図面によ
ってさらに詳述する。

【００１４】

【実施例】本発明の実施例として、酸素流量が６万Nm３
／hrの酸素孔が５孔のランスノズルについて、厚み１０
mm、ステンレス製の補強板を設けた。本実施例では、通
常の鋳造により作成したランスで酸素孔他を所定の寸法
に仕上げた後、ドリル加工により酸素孔内壁にタップ穴
をあけ、それにステンレス製のボルトを用いステンレス
製の取付金具９を取付けた。これに事前に組み立ててお
いた補強板８を酸素孔の外側から内側に向かって挿入
し、補強板上部にあけているタップ孔を用い前記の取付
金具に締結する。

【００１５】酸素孔の直径は、従来のノズルと同一断面
積となるように決めたノズルを実機に使用したところ、
従来１２０回の使用で変形量が１２mmであったものが、
１mm以下とすることができた。本実施例のリブ形状、材
質および吹錬用酸素吹出し孔の入側および出側直径をま
とめて、図３に示す。また、図３の各種リブについて、
リブを吹錬用酸素吹出し孔内に入れることによる、酸素
ジェット自体への影響を確認したところ、ランスノズル
を出たあとで、酸素ジェットは合体し従来ランスノズル
と同じ酸素流れになることも確認した。また変形量が従
来の交換が必要な基準になるまで使用したところ３倍以
上の寿命を有することを確認した。

【００１６】本発明の補強材としてのリブは、吹錬用酸
素吹出し孔の内壁に設けるものであり、従来の一般的な
補強または冷却促進用のリブとこの機能を異にするもの
である。このように吹錬用酸素吹出し孔の内部に設ける
と、酸素ジェット自体はリブによって、分割され、各セ
クションで対応した酸素ジェット流を発生する。その酸
素ジェット衝撃波をシャドウグラフにより可視化したも
のを、概要図として図４に示す。この図で正常なノズル
では、酸素ジェット流は単一の均一ジェットを形成する
が、上述の変形したノズルでは、ジェットは不均一とな
り、収束度が乱れていることがわかる。また、本発明例
として、十字型ノズルによるジェットの状況を調べた結
果では、ノズルからごく近距離では、分割したジェット
であるが、孔径の約５倍以上の距離ではそれらが混合
し、均一なる一本のジェット流を形成することが明らか
となった。このことは、転炉操業上は通常ノズルから溶
鋼面の距離が約１ｍであるため、補強材によるジェット
の分断の影響は全く問題ないことがわかる。

【００１７】また、リブ材料は上述のステンレス鋼、耐
熱鋼等の難酸化性材料が好ましい。これは酸素との反応
が起こるＡｌ等の酸化性材料は不適であり、耐熱性の優
れたセラミックス等も加熱冷却サイクルによる２５℃〜
４００℃の繰り返しであるため破壊が起こり使用に耐え
得ない。一方、リブ長さは、必ずしも吹錬用酸素吹出し
孔の全体長さに延在させる必要はなく、受熱面に近接し
た部分、少なくとも先端部から約５００ｍｍ位置にリブ
が延在しておれば十分にその補強効果が得られる。な
お、この先端部とは変形部に対応する、酸素出側の先端
から４０〜５０ｍｍ位置を意味するものである。さら
に、リブの厚みは余り厚いと酸素ジェット流の障害とな
るため、好ましくは約１０ｍｍであれば、その弊害も生
ずることもなく、操業上の支障とならない。

【００１８】

【発明の効果】以上の実施例からも明らかのように、本
発明は、酸素孔内部のリブにより吹錬用酸素吹出し孔に
発生する熱応力を減少させ、吹錬用酸素吹出し孔全体の
変形を防止でき、酸素ジェット流れを所定の流れに保つ
ことができる。また、吹錬用酸素吹出し孔の長期間使用
による変形の進行を少なくでき、ランスノズルの寿命延
長を図ることを可能とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る吹錬用酸素吹出し孔にリブを設け
た概要を示す図である。

【図２】本発明に係る吹錬用酸素吹出し孔に十字型リブ
を設けた概要を示す図である。

【図３】本実施例に係る各種リブを示す図である。

【図４】本発明に係る各種ノズル形状による酸素ジェッ
ト流を示す図である。

【図５】従来のランスノズルの概要を示す図である。

【図６】従来のランスノズルの図５のＡＡ矢視図であ
る。

【符号の説明】

１…冷却水外管 ２…冷却水内管 ３…酸素供給管 ４…冷却水流 ５…吹錬用酸素吹出し孔 ６…受熱面 ７ａ、７ｂ、７ｃ…導水孔 ８…リブ ９…取付金具 １０…リブ取付部 １１…冷却水通路 １２…酸素ジェット流 １３…変形部 １４…コーナー損傷部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数の吹錬用酸素吹出し孔と冷却水通路
   を有し、熱伝導性に優れた金属からなるランスノズルに
   おいて、気体酸素を高速にて噴出する該吹錬用酸素吹出
   し孔の円形断面を、偏平ないし楕円状に変形する応力に
   対抗して該吹錬用酸素吹出し孔の内壁を支承する補強材
   を設け、該補強材が該吹錬用酸素吹出し孔の長さ方向に
   係着され延在していることを特徴とする転炉吹錬用ラン
   スノズル。
2. 【請求項２】 前記補強材の支持板が、少なくとも該吹
   錬用酸素吹出し孔の直径長さの１枚、または該吹錬用酸
   素吹出し孔の内部で締結された半径長さの２枚以上から
   なる請求項１記載の転炉吹錬用ランスノズル。
3. 【請求項３】 前記補強材が、ステンレス鋼、銅または
   銅合金からなる請求項１記載の転炉吹錬用ランスノズ
   ル。
4. 【請求項４】 前記補強材の形状が、Ｉ型、三矢型また
   は十字型である請求項１記載の転炉吹錬用ランスノズ
   ル。