JPH11217611A - 溶鉱炉送風羽口 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 羽口外面のＣｕ金属の温度を融点以上に過熱
させないようにして、羽口破損を防止し長期使用に耐え
ることができる溶鉱炉送風羽口の提供。 【解決手段】 胴体冷却室２、先部冷却室３を有するＣ
ｕ金属製の羽口本体１の溶鉱炉内に突出する部分の外周
面の全部又は最先端部を除く部分の少なくとも上半部
が、Ｃｕの融点及び溶鉱炉内の溶銑の温度の何れよりも
高い溶融温度の物質からなる外被層５で被覆され、さら
に外被層５の外側に、溶鉱炉内に挿入する際に受ける機
械的衝撃から保護するための金属製のジャケット４が装
着されて溶鉱炉送風羽口が構成される。外被層５が高純
度アルミナ等の耐溶銑滓性の高いセラミックスであり、
また、層の厚みが５〜１０mmである。また、羽口本体１
の外被層５に接する部分の外周面に、外被層５との接着
性を良くするためのスタッド７が設けられ、または浅い
凹凸面８が形成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、製鉄用高炉、非鉄
用高炉、キューポラ等の溶鉱炉の送風羽口に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶鉱炉（以下、高炉と称す）の送風羽口
（以下、羽口と称す）は、通常、炉腹と炉底の境界付近
に設置され、炉内に先端側の４００〜６００mm長の部分
が突出している場合が多い。そして、その先端部から冷
風或いは熱風を炉内に吹き込ませるようになっている。
熱風は最高温度１２５０℃に達し、羽口前方の火炎温度
は最高２４５０℃にもなる。さらに高炉内においては、
炉上部からは１５００℃以上の溶融した銑鉄とスラグが
滴下している状態にある。

【０００３】このような過酷な温度条件の下、羽口は原
形状を維持したまま熱風を送風し続けねばならないので
ある。従って、現在の技術では、羽口には耐熱温度が高
く、かつ熱伝導率の良い材質である純度の高い銅（Ｃ
ｕ）を用いるとともに、実公平3− 29310号公報によっ
ても公知の構造のように、本体内に冷却水の循環流路を
形成して高流速の水を該循環流路に通水し冷却するよう
にしている。

【０００４】しかしながら、羽口破損の問題は高炉誕生
以来の解決すべき課題とされていた。すなわち、羽口の
冷却方法が改善されるとそれに応じて高炉の操業条件が
より過酷になり、また、羽口の破損が惹起するという事
象の繰り返しであった。ここで高炉の羽口改良の歴史に
ついて以下、概略説明する。

【０００５】昭和初期において、平川氏は羽口破損の原
因を「溶銑と羽口の接触によるスーパーヒート（過
熱）」とし、その防止策として「羽口材料には、熱抵抗
（厚さ／熱伝導率）が大きく表面の滑らかな材料が良
い」ことから前記材料はアルミニウム（Ａｌ）で満足さ
れ、「Ａｌ羽口は、溶損防止のほか作業性（軽量）の点
でもＣｕより優れている」と報告した（「鉄と鋼」Vol.
16(1930)No.6,P.595参照）。しかしながら、Ａｌ羽口は
破損が頻発したため、昭和２０年代後半にはＣｕ羽口が
使用されるようになった。

【０００６】昭和３０年代後半以降、高炉操業が大型化
に対応するに至り、高圧操業、高温送風、重油吹き込
み、酸素富化が始まって、更に昭和５０年代後半から微
粉炭吹き込みが始まった。このような高負荷操業と共
に、送熱風温度の上昇、助燃材及び酸素吹き込みによる
羽口前温度の上昇、生産性向上に伴う溶銑滓の滴下量の
著しい増大などにより羽口に対する熱負荷が飛躍的に増
した結果、再び羽口破損が頻発するに至った。一旦、羽
口が破損すると、休風して取り替えなければならないた
めに減産量は大きく、しかも最悪の場合は大破による人
身事故の発生及び羽口冷却水の炉内浸入による炉操業の
不調、不能の恐れがあり、従って、羽口破損防止の必要
性から各種改良が行われてきたのである。

【０００７】ところで、羽口の破損には羽口胴体外面の
上部、両側部、下部の破損、先端の上部、両側部、下部
の破損、羽口胴体内面の破損の七つのタイプの破損があ
る。これらの破損に対して、最近の改良手段としては、
羽口本体内部に胴部冷却室（親羽口用）、先端前部冷
却室及び先端後部冷却室（何れも子羽口用）をそれぞれ
独立分離して設けた親子羽口構造（特公昭60− 55562号
公報参照）、羽口本体胴部から外側水冷室、旋回通路
を経て先端環状通路から内側水冷室を経て羽口本体胴部
からから排出される水の流れを形成し、特に羽口先端側
部における冷却水の速度を上昇させるスパイラル羽口構
造（特公昭51− 19802号公報参照）、羽口先端部の摩
耗を防止する硬化肉盛り構造（実開昭55−124446号公報
参照）、溶融温度を上げるための合金肉盛り構造（実
開平 4−131639号公報参照）、羽口内面の溶損・摩耗
防止のための内面セラミックライニング加工（特公平 6
− 60333号公報参照）等があり、現状では、それらの単
独あるいは組み合わせになる改良手段が採用されてい
る。

【０００８】その結果、内面セラミックライニング加工
によって羽口内面の破損は殆ど皆無に至っている。一
方、先端部の破損についても冷却水の高圧・高流速化と
肉盛り硬化によって破損頻度を大幅に減らすことが可能
となった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな改良手段によっても羽口胴体部の外面、特に外面上
部については破損頻度が減少するには至っていないのが
実情である。その理由は、炉内上方から滴下する１５０
０℃以上の溶銑の滴下粒が羽口胴体外面上部に直接落下
して、羽口を構成する材料であるＣｕに接触してこれを
溶融するからである。

【００１０】この場合、羽口直上から１５００℃以上の
溶銑滓が滴下したとしても、羽口胴体の上面がＣｕの融
点以上に過熱されなければ羽口は破損することがない
し、また、溶銑滓の液面が上昇してきて、１５００℃以
上の液体が羽口胴体の下面に接触した場合でも羽口胴体
がＣｕの融点以上に過熱されなければ羽口は破損するこ
とがないのは言うまでもないが、現状では、溶銑滓が直
接接触した場合でもその部分の羽口胴体の温度を融点以
下に保持できる冷却手段が確立していないために、依然
として羽口胴体部外面の破損頻度が高いのが問題であっ
た。

【００１１】本発明は、従来の羽口が有する上述する如
き問題点の解消を図るために成されたものであり、従っ
て、本発明の目的は、羽口外面のＣｕ金属の温度を融点
以上に過熱させないようにして、羽口破損を防止し長期
使用に耐えることができる溶鉱炉送風羽口を提供するこ
とにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため以下に述べる構成としたものである。即
ち、本発明における請求項１の発明は、胴体冷却室及び
先端冷却室を有するＣｕ金属製の羽口本体における溶鉱
炉内に突出する部分の外周面の全部又は最先端部を除く
部分の少なくとも上半部が、Ｃｕの融点及び溶鉱炉内の
溶銑の温度の何れよりも高い溶融温度の物質から形成さ
れる外被層で被覆されてなり、さらにこの外被層の外側
には、溶鉱炉内に挿入する際に受ける機械的衝撃から保
護するための金属製のジャケットが装着されてなる構成
としたことを特徴とする溶鉱炉送風羽口である。

【００１３】また、本発明における請求項２の発明は、
上記請求項１の発明に関して、前記外被層が耐溶銑滓性
の高いセラミックスであることを特徴とする。

【００１４】また、本発明における請求項３の発明は、
上記請求項２の発明に関して、前記外被層が高純度アル
ミナであることを特徴とする。

【００１５】また、本発明における請求項４の発明は、
上記請求項２又は３の発明に関して、前記外被層が５〜
１０mmの厚さであることを特徴とする。

【００１６】また、本発明における請求項５の発明は、
上記請求項１、２又は３の発明に関して、前記羽口本体
における外被層に接する部分の外周面に、該外被層との
接着性を良くするためのスタッドが散在して設けられる
ことを特徴とする。

【００１７】また、本発明における請求項６の発明は、
上記請求項１、２又は３の発明に関して、前記羽口本体
における外被層に接する部分の外周面に、該外被層との
接着性を良くするための浅い凹凸面が形成されることを
特徴とする。

【００１８】以上のような本発明によれば、高炉内に挿
入された羽口は、胴体冷却室及び先端冷却室に冷却水を
高圧、高流速で通水することによって、高温度下でも羽
口本体がＣｕの融点以下の比較的低温に保持されること
から決して溶損することがない。一方、冷却能力以上の
熱容量の溶融した溶銑滓が羽口に接触した場合には、直
接接触する部分が溶融温度の高い外被層であってＣｕ製
の本体部分が隔離されていることから、このＣｕ製の本
体部分を常に融点以下に保持することが可能であり、冷
却水による冷却作用と外被層による耐熱保護作用とが相
俟って羽口の破損を確実に防止できる。

【００１９】ところで、外被層を構成する物質としては
耐溶銑滓性の高いものでセラミックスが望ましい。例え
ば、請求項３の発明の通り、高純度アルミナで羽口本体
を被覆すれば、約２０００℃の高温度まで耐性がある。
また、この高純度アルミナは羽口本体のＣｕとは低融点
合金を形成しない点からも好ましい物質である。但し、
このセラミックス外被層で被覆した羽口の問題点は機械
的衝撃に対して脆弱なことであって、殊に、高炉内に羽
口を挿入する取付けの際に機械衝撃が加えられてセラミ
ックスが破損し易く、亀裂が入ったり、あるいは部分的
に剥落したりすることであり、これによって折角の耐熱
保護機能を失して内部のＣｕ層を短期間に溶損させるに
至るのである。

【００２０】これに対して、本発明では、外被層の外側
に金属製のジャケットを装着させた構成としているた
め、高炉内に挿入する際に受ける機械的衝撃を直接外被
層に及ぼさせることがなくなり、かくして外被層に対す
る耐衝撃保護機能は万全なものになる。なお、上記ジャ
ケットの材質はＣｕが望ましいが、羽口挿入時に不可避
とされる機械衝撃に耐える金属ならばＣｕ以外のもので
もよい。また、金属製のジャケットは、挿入後の操業中
において溶融などにより消失しても何ら差し支えないも
のである。

【００２１】本発明に関して、外被層及び金属製ジャケ
ットは、羽口本体の上半面だけに設けても良く、また、
装着時及び操業時における羽口本体下半面部の機械的、
熱的な破損が充分に危惧されるような場合には、高炉内
に突出する部分の外周面の全周に取付けることが望まし
い。

【００２２】更に本発明は、羽口本体における外被層に
接する部分の外周面にスタッドを散在して設け、又は浅
い凹凸面を形成してなる構成とすることを好ましい態様
とする。すなわち、このようにすることによって羽口本
体のＣｕ部と外被層との接着性が強固になり、従って、
操業中などの苛酷な使用条件下において外被層が剥がれ
ることがなくなって羽口の一層の長寿命化が図れるもの
である。

【００２３】図４には本発明の実施形態の例に係る羽口
の温度勾配線が重畳された部分示断面図が図示される
が、この図３を参照して、Ｃｕ製の羽口本体１のＣｕ部
（肉厚：２５mm）の熱伝導率を３００kcal/m hr deg 、
外被層５のアルミナ（肉厚：５mm）の熱伝導率を１．２
０kcal/m hr deg 、外側の金属製ジャケット４は消失し
たと仮定して、羽口冷却水温度を３０℃、通水速度を１
５m/s 、外被層５のアルミナ上に滴下した溶銑９の温度
を１６００℃として熱伝達の動態を計算すると、羽口本
体１のＣｕ部とアルミナからなる外被層５の境界温度は
３２℃となり、この結果から明らかな通り、本発明の実
施によって羽口の破損を確実に防止できる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を、添付図面を参照しながら具体的に説明する。

【００２５】図１（イ）には、本発明の第１の実施の形
態に係る羽口が断面図で示され、図１（ロ）には、前記
図１（イ）における丸囲み部Ａが拡大して示される。図
１（イ）に示される羽口は、胴体部１A （親羽口）と先
端部１B （子羽口）とからなる羽口本体１がＣｕ金属製
であって、所謂、収縮筒型と称される羽口に構成され
る。羽口本体１には、該羽口を冷却する冷却水の循環流
路が、胴体部１A の周方向に等区分して配設される複数
の胴体冷却室２と先端部１B の円環状を成す先端冷却室
３とを含んで形成され、循環流路における連通口等の構
造の詳細は図示しないが、例えば、冷却水は羽口本体１
の基部側（図１（イ）の右側）の給水口から一つ置きの
半数の胴体冷却室２に入り拡散前進しながら胴体部１A
約半部分を冷却し、次いで、この冷却水は連通口を通っ
て先端冷却室３に入り、ここを高圧・高流速で一巡して
先端部１B を冷却した後、別の連通口を通って残りの半
数の胴体冷却室２に入り拡散前進しながら胴体部１A 約
半部分を冷却して、羽口本体１の基部側の排水口から流
出するようになっていて、羽口本体１が高圧・高流速の
冷却水によって強力に冷却され、溶損が防止される。な
お、通常は冷却水の圧力が２０kg/cm²G 以上、流速が１
５m/s 以上とされている。

【００２６】Ｃｕ金属製の上記羽口本体１において、高
炉内に突出する部分の外周面には高純度セラミックス等
の例えばセラミックスから成る外被層５が被覆されてい
ると共に、更にそのこの外被層５の外側には、金属製の
ジャケット４が装着されていて、羽口の高炉内に突出す
る部分は内側からＣｕ層、外被層５、ジャケット４の３
層構造となっている。

【００２７】図１に示される実施形態は、高炉内に突出
する部分の外周面の最先端部を除く全面が外被層５によ
り被覆された例であるが、設置対象の高炉によっては、
前記外周面の下半部に対し高炉内の溶銑が直接接触しな
いような使用態様の場合もあるので、このようなときに
は外被層５を外周面の上半部にだけ被覆すればよく、ジ
ャケット４もこれに応じて外周面の上半部にだけ設けれ
ばよい。

【００２８】なお、外被層５及びジャケット４の取付け
手段としては、羽口本体１の胴体部外面に空隙約５〜１
０mmを保った状態で円筒状又は半円筒状の金属製、例え
ばＣｕ製のジャケット４を装着して、前記空隙内にセラ
ミックスをキャスター方式によって充填させるようにす
るのが好適な手段である。この場合、ジャケット４の一
端の下部側にセラミックスの注入口を取付け、他端の上
部側に圧抜き口を取り付けて前記注入口からセラミック
スを圧入し、前記圧抜き口から溢出するに至るまで圧入
することによって、セラミックスの充填を確実かつ容易
に行うことが可能である。このセラミックスとしては、
Ａｌ2 Ｏ3 ：７５％、ＳｉＣ：１７％、ＳｉＯ2 ：４％
の成分比になるセメント状の捏練体等が好適な例として
挙げられる。一方、ジャケット４の材質はＣｕが望まし
いが、羽口挿入時の機械衝撃に耐え得る金属ならば種類
を問わなく、そして、高炉の所定個所に取付けが終わっ
た後は、溶融によって原形を留めることなく消失するよ
うなものであっても差し支えない。

【００２９】また本実施形態では、図１（ロ）に示すよ
うに羽口本体１のＣｕ部と外被層５との接着性を良くす
るために、羽口本体１の胴体外面にスタッド７を散在し
て取付けた構造と成している。スタッド７は所謂、間柱
に似た作用を成すものであって、外被層５のセラミック
スとの接触面積を増大させる見地から、図示例ではＹ字
状に形成したＣｕ、Ｆｅ等の金属線を胴体外面に分散し
て立設させている。なお、この他に螺旋状の金属線等も
適用される。

【００３０】このような本実施形態は、さらに、耐火物
を材料とした鋳込み成型になるキャスタリング６を羽口
の内壁部に装着していて、羽口内面部の摩耗破損を防止
し得る耐熱・耐衝撃構造の羽口に形成している。

【００３１】図２（イ）には、本発明の第２の実施の形
態に係る羽口が断面図で示され、図２（ロ）には、前記
図２（イ）における丸囲み部Ｂが拡大して示される。図
２（イ）に示される第２の実施の形態に係る羽口は、前
記第１の実施の形態に類似していて、対応する各部材に
は同一の参照符号を付して詳細な説明は省略する。

【００３２】図示の第２の実施の形態に係る羽口は、収
縮筒型羽口と拡散筒型羽口とを組合せた、所謂、ラバー
ルノズル型の高炉羽口であって、基本的な構造及び送風
特性に関しては公知である。このようなラバールノズル
型の高炉羽口に対して、外被層５、ジャケット４及びキ
ャスタリング６が第１の実施の形態の場合と同じ構造に
基づいて取付けられており、従って、それらが齎す作用
・効果に関しても勿論、第１の実施の形態の場合と同等
に発揮されるものである。

【００３３】なお、第２の実施の形態においては、図２
（ロ）に示すように羽口本体１のＣｕ部と外被層５との
接着性を良くするために、羽口本体１の胴体外面を浅い
凹凸面８に形成した構造としている。なお、図示例は、
羽口の胴体外面に該軸線に交差する環状の浅溝を並列し
て凹設することにより凹凸面８に形成しているが、この
他にボタン型の凹凸を付し、又は市松模様の凹凸を付す
等各種の変形になる凹凸面８の加工が可能である。

【００３４】図３には、本発明の第３の実施の形態に係
る羽口が断面図で示される。この図３に示される第３の
実施の形態に係る羽口は、前記第２の実施の形態に類似
していて、対応する各部材には同一の参照符号を付して
詳細な説明は省略する。

【００３５】図示の第３の実施の形態は、ジャケット４
及び外被層５が、羽口本体１における溶鉱炉内に突出す
る部分における外周面の最先端部を含む全周面の少なく
とも上半部（図示のものは全部）に亘って設けられてい
る点を構成上の特徴としている。すなわち、第１及び第
２の各実施形態では、前記最先端部を除く部分の少なく
とも上半部にジャケット４及び外被層５を設けているの
に対して、更に最先端部の外周面にも外被層５を被覆さ
せるとともに、これに対応してジャケット４を設けてい
ることである。このようにすることによって、溶銑滓に
よる先端部の溶損も防止できる。なお、その他の構成
上、作用上に関しては前記第１及び第２の各実施形態の
ものと同じである。

【００３６】このように構成される各実施形態は、羽口
の胴体外面については、外被層５を設けたことによって
溶銑滓の滴下により生じる溶損が確実に防止され、ま
た、胴体内面については、キャスタリング６を設けたこ
とから微粉炭の衝突による摩耗破損が防止されるととも
に、キャスタリング６自体の断熱効果によって羽口本体
１の過熱が抑えられる。なお、第３の実施の形態の場合
は、最先端部が外被層５により被覆されていることか
ら、巻き込まれによる溶銑滓のＣｕ部への直接付着が防
がれて溶損が生じないだけでなく、レースウエイコーク
スによる羽口最先端部の摩耗も防止される。なお、第１
及び第２の実施形態の場合は、羽口最先端部に関して、
従来から実施されている硬化肉盛り手段、例えばＮｉ−
Ｃｒ層の肉盛りを施す手段を併用するなどによって羽口
最先端部の保護を図らせることが可能である。

【００３７】

【発明の効果】本発明は、以上説明したような形態で実
施され、以下に記載されるような効果を奏する。すなわ
ち本発明は、胴体冷却室及び先端冷却室を有するＣｕ金
属製の羽口本体における溶鉱炉内に突出する部分の外周
面の全部又は最先端部を除く部分の少なくとも上半部
が、Ｃｕの融点及び溶鉱炉内の溶銑の温度の何れよりも
高い溶融温度の物質から形成される外被層で被覆され、
さらにこの外被層の外側には、溶鉱炉内に挿入する際に
受ける機械的衝撃から保護するための金属製のジャケッ
トが装着されてなる構成であるから、前記各冷却室に通
水した冷却水による強力な冷却作用と高い溶融温度の物
質からなる外被層が機能する耐熱保護作用とが相俟つこ
とにより、溶鉱炉内での高温度に起因する羽口の破損を
防止して長寿命化が果たされる。

【００３８】殊に本発明は、溶鉱炉内において冷却能力
以上の熱容量の溶融した溶銑滓が羽口に接触するような
ことがあっても、Ｃｕ金属製の羽口本体に高溶融温度の
外被層が被覆されているので、Ｃｕ部分を溶融した溶銑
滓に接触させないで融点以下の低い温度に保持すること
が可能であり、従って、羽口の溶損を未然に防止するこ
とができる。また、外被層の外側に金属製のジャケット
を装着させた構成としているため、高炉内に挿入する際
に受ける機械的衝撃を直接外被層に及ぼさせることがな
くなり、かくして外被層に対する耐衝撃保護機能はより
万全なものとなり、外被層の本来の耐熱保護機能を初期
の設計通りに長期にかつ安定して発揮させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】（イ）は本発明の第１の実施の形態に係る羽口
の断面図、（ロ）は（イ）における丸囲み部Ａの拡大図
である。

【図２】（イ）は本発明の第２の実施の形態に係る羽口
の断面図、（ロ）は（イ）における丸囲み部Ｂの拡大図
である。

【図３】本発明の第３の実施の形態に係る羽口の断面図
である。

【図４】本発明の実施の形態例に係る羽口の温度勾配線
が重畳されてなる部分示断面図である。

【符号の説明】

１…羽口本体 １A …胴体部 １B …先
端部 ２…胴体冷却室 ３…先端冷却室 ４…金
属製のジャケット ５…外被層 ６…キャスタリング ７…ス
タッド ８…凹凸面 ９…溶銑

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 胴体冷却室及び先端冷却室を有するＣｕ
   金属製の羽口本体における溶鉱炉内に突出する部分の外
   周面の全部又は最先端部を除く部分の少なくとも上半部
   が、Ｃｕの融点及び溶鉱炉内の溶銑の温度の何れよりも
   高い溶融温度の物質から形成される外被層で被覆されて
   なり、さらにこの外被層の外側には、溶鉱炉内に挿入す
   る際に受ける機械的衝撃から保護するための金属製のジ
   ャケットが装着されてなることを特徴とする溶鉱炉送風
   羽口。
2. 【請求項２】 前記外被層が耐溶銑滓性の高いセラミッ
   クスである請求項１記載の溶鉱炉送風羽口。
3. 【請求項３】 前記外被層が高純度アルミナである請求
   項２記載の溶鉱炉送風羽口。
4. 【請求項４】 前記外被層が５〜１０mmの厚さである請
   求項２又は３に記載の溶鉱炉送風羽口。
5. 【請求項５】 前記羽口本体における外被層に接する部
   分の外周面に、該外被層との接着性を良くするためのス
   タッドが散在して設けられる請求項１、２又は３に記載
   の溶鉱炉送風羽口。
6. 【請求項６】 前記羽口本体における外被層に接する部
   分の外周面に、該外被層との接着性を良くするための浅
   い凹凸面が形成される請求項１、２又は３に記載の溶鉱
   炉送風羽口。