转炉用一体型风口的制作方法

本发明涉及将在内管内填充有耐火物的双层金属管与风口耐火物一体化的转炉用一体型风口，其为用于向炼钢用的转炉内吹入气体而设置在转炉的炉底上的风口。

背景技术

在转炉的炉底上，作为用于吹入气体的耐火物设置有风口。根据使用目的，该风口存在有几个种类。例如，在以转炉内的钢液的搅拌为主要目的时，存在有在耐火物中埋设有多根金属细管的风口或使用了1根在内管内填充有耐火物的双层管金属管的风口等。

在此，“在内管内填充有耐火物的双层金属管”是指，在双层金属管的内侧的金属管(内管)内填充有耐火物，且内管和外侧的金属管(外管)的间隙(狭缝)构成气体通路的双层金属管。另外，在本说明书中，也将该“在内管内填充有耐火物的双层金属管”仅称为“双层金属管”。

作为在耐火物中埋设有多根金属细管的风口，将多根金属细管和耐火物一体成形的一体型风口已被实用化，由于向转炉的安装简单，因此现场的施工性优异。

另一方面，虽然在专利文献1及专利文献2中公开有使用了双层金属管的风口，但这些风口存在有下述问题，即，在现场施工时，必须将该双层金属管插入到转炉内施工的风口耐火物的通孔中，其后将双层金属管向铁皮固定，导致安装作业上非常花费时间精力。

此外，由于双层金属管在中心部(内管内)填充有耐火物，且在该内管内不流通气体，因此在使用时容易形成高温而熔化。因此，金属管的厚度减薄到1mm左右，以便即使熔化影响也会较小。这是因为在使用厚度大的双层金属管时，工作面侧的金属管在使用中会熔化而狭缝的宽度会扩大，因而会导致工作面的损耗加快。

当将这样的现有的双层金属管与风口耐火物一体成形时，由于金属管的厚度为1mm左右而较薄，因此金属管容易受成形时的压力而变形，而且难以将内管和外管的间隙(狭缝)均匀地确保在1mm前后，且根据情况还存在有压扁狭缝的情况。

另一方面，在专利文献3的风口结构上，环状风口是由轴心部和管体部构成，所述轴心部由内管和内管的内面侧的耐火物填充层构成，所述管体部隔着环状的间隙而被固定在该轴心部的外侧，而且，在该环状风口的周围，是与管体部密合来对风口耐火物进行施工的结构。此外，记述有使风口耐火物与内衬耐火物分离，并将风口耐火物和环状风口一体构成的内容。

如此，虽然在引用文献3的风口结构上，风口耐火物和环状风口被一体构成，但由于环状风口从风口耐火物突出，因此在向转炉内的施工时或搬运时，当把持突出的环状风口而提起或与物体相碰时，则存在有环状风口发生变形而导致环状的间隔(狭缝)被压扁的可能性。在狭缝被压扁时，则无法确保所需的气体流量，会导致给转炉的操作带来阻碍。

专利文献

专利文献1：日本专利第4765372号公报

专利文献2：日本专利第6011808号公报

专利文献3：日本特开2009-68099号公报

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是提供一种转炉用一体型风口，可在将1根双层金属管和风口耐火物一体化的转炉用一体型风口上，抑制因向转炉内的施工时或搬运时的双层金属管的变形或损伤而导致的气体流量的降低，而且结构简单。

根据本发明，提供有以下的转炉用一体型风口。

1.一种转炉用一体型风口，具备：

1根双层金属管，具有配置成同心圆状的内管和外管，且在内管内填充有耐火物；

风口耐火物，通过粘接材料将双层金属管固定在通孔中；

及金属壳体，具有覆盖风口耐火物的下端面且穿通双层金属管的底板和覆盖风口耐火物的下部侧面的侧板，被固定于风口耐火物，

其特征在于，

金属壳体的厚度为6mm以上20mm以下，长度为风口耐火物的全长的3％以上50％以下，

双层金属管的外管具有上部外管和下部外管，下部外管的厚度为3mm以上，厚度比上部外管的厚度更厚，该下部外管被焊接固定在金属壳体的底板上。

2.根据前述1所述的转炉用一体型风口，其特征在于，上部外管与下部外管一体化。

3.根据前述2所述的转炉用一体型风口，其特征在于，

上部外管与下部外管的边界部处于与金属壳体的底板的上面相同的高度位置或从金属壳体的底板的上面起向上方至风口耐火物的全长的40％为止的高度位置。

根据本发明的转炉用一体型风口，通过将覆盖风口耐火物的下端面及下部侧面的金属壳体的厚度及长度限制在规定的范围内，并且用上部外管和厚度比该上部外管更厚的下部外管来构成双层金属管的外管，且将该下部外管焊接固定在金属壳体的底板上，从而可在向转炉内的施工时或搬运时，抑制双层金属管发生变形或是发生损伤。由此，能够抑制因双层金属管的变形或损伤而导致的气体流量的降低，从而能够以稳定的流量吐出气体。而且，结构简单，向转炉的安装也简单，从而提高了作业效率。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式即转炉用一体型风口的示意纵剖视图。

图2是图1的A-A放大剖视图。

图3是图1的转炉用一体型风口上的金属壳体部分的放大纵剖视图。

图4是图1的转炉用一体型风口上的气体供给部的放大纵剖视图。

图5是本发明的另一实施方式即转炉用一体型风口上的金属壳体部分的放大纵剖视图。

图6是本发明的又一实施方式即转炉用一体型风口上的金属壳体部分的放大纵剖视图。

符号说明

1-转炉用一体型风口；2-风口耐火物；21-通孔；22-粘接材料；3-双层金属管；31-内管；32-外管；321-上部外管；322-下部外管；323-气体导入口；33-狭缝；34-突起；35-耐火物；36-边界部；4-金属壳体；41-底板；42-通孔；43-侧板；44-底板的上面；45-底板的下面；5-气体供给部；51-连结管；52-插口连结部。

具体实施方式

在图1中，用纵剖面来示意性表示了本发明的一个实施方式即转炉用一体型风口1的整体构成。此外，图2是图1的A-A放大剖视图，图3是该转炉用一体型风口1上的金属壳体4部分的放大纵剖视图。

如图1及图2所示，转炉用一体型风口1具备：风口耐火物2，俯视下为长方形，且除了金属壳体4部分以外，为四棱锥台；金属壳体4，被设置在风口耐火物2的下部；及双层金属管3，穿通风口耐火物2的通孔21及金属壳体4，而且被焊接固定在金属壳体4上。

双层金属管3通过厚度约1mm的粘接材料22而被固定在风口耐火物2的通孔21中。该双层金属管3的全长为1500mm。如图3所示，为了与金属壳体4嵌合，风口耐火物2的下部通过台阶而形成为1边的长度较小的四角柱。金属壳体4具有覆盖风口耐火物2的下端面的底板41和覆盖风口耐火物2的下部侧面的侧板43。在本实施方式中，侧板43被形成为方筒状，该方筒状的侧板43被焊接固定在长方形状的底板41的上面44上。虽然未图示，但金属壳体4和风口耐火物2的下部通过粘接材料而接合。此外，如图3所示，在金属壳体4的底板41的中央部上具有通孔42，双层金属管3穿通在该通孔42中，且该双层金属管3被焊接固定在底板41上。另外，在本实施方式中，构成金属壳体4的底板41及侧板43的厚度T为12mm，金属壳体4的长度L为50mm(相对于风口耐火物2的全长为5％)。

在此，双层金属管3及金属壳体4均为金属制，典型而言，为SS材料(一般结构用轧制钢材)、SC材料(机械结构用碳钢钢材)、STKM材料(机械结构用碳钢钢管)等钢材制或不锈钢材制。

风口耐火物2是全长为1000mm，上端面为短边100mm、长边150mm的长方形，与金属壳体4的侧板43的上端面接触的面上的水平截面为短边110mm、长边160mm的长方形，通孔21的内径为27mm，重量为50kg。

另外，虽然在本实施方式中，风口耐火物2的水平截面为长方形，但根据配置在周围的炉底砖的配置，也可以使用具有梯形、正方形、圆形、扇形等截面的风口耐火物。此外，风口耐火物2的全长可根据周围的炉底砖的长度来确定。

如图2所示，在风口耐火物2的通孔内21中，双层金属管3被配置成同心圆状，以便内侧的内管31和外侧的外管32的中心轴一致，且在内管31和外管32之间均等地形成有狭缝33。在本实施方式中，狭缝33的厚度为1mm，内管31的厚度为1.5mm。此外，在本实施方式中，为了使内管31和外管32的中心轴一致，而在内管31的外周，在周向上以均等的间隔设置有突起34。另外，内管31的外周的突起34可通过在内管31的外周的纵长方向(上下方向)上焊接金属制的线缆，或是以厚度较厚的内管为原材料将外周切入成槽状等来设置。

在内管31的内侧填充有耐火物35。此外，在外管32和风口耐火物2之间(通孔21)填充有粘接材料22。

如图3所示，双层金属管3的外管32由上部外管321和下部外管322构成，上部外管321的下端和下部外管322的上端通过焊接而接合且一体化。在本实施方式中，上部外管321和下部外管322的边界部36处于与金属壳体4的底板41的上面44相同的高度位置上。此外，在本实施方式中，上部外管321的厚度为1mm，下部外管322的厚度为5.5mm。但是，内管31和上部外管321的间隙及内管31和下部外管322的间隙即狭缝33的厚度相等。

图4为，在图1的转炉用一体型风口1上，向双层金属管3供气的气体供给部5的放大纵剖视图。如同图所示，在本实施方式中，作为气体供给部5，在双层金属管3的中途设置有连结管51，该连结管51具有稍微比双层金属管3(下部外管321)的外径更大的内径，且具备与气体配管(图示省略)的插口连结部52。另外，连结管51和下部外管321的间隙通过焊接而被密封。供给到插口连结部52的气体通过连结管51从设置在下部外管322和连结管51之间的气体导入口323而被导入到内管31和下部外管322的间隙即狭缝33内。

接下来，对本发明的一个实施方式即转炉用一体型风口1的制造方法进行说明。首先，风口耐火物2可通过将酚醛树脂等粘合剂添加到以氧化镁及鳞状石墨为主原料的耐火原材料配合物中并进行混炼，其后进行加压成形、热处理来得到。通孔21可通过在成形后将成形时埋设的芯轴拔出，或在热处理后进行钻孔加工来设置。双层金属管3可通过在其外面上涂布粘接材料22并插入通孔21而安装固定到通孔21中。金属壳体4可通过粘接材料而与风口耐火物2的下部接合。其后，通过将双层金属管3的下部外管322焊接固定在金属壳体4的底板41上，可制造转炉用一体型风口1。

在此，作为在双层金属管3和风口耐火物2之间及金属壳体4和风口耐火物2之间使用的粘接材料，可仅使用有机类粘接材料或无机类粘接材料，或在它们中添加耐火性粉末。作为具体例，可为丙烯酸树脂类、聚氨酯树脂类、环氧树脂类、酚醛树脂类、硅酸钠类、水泥类、硅溶胶类等粘接材料的1种或2种以上，或在它们中添加金属氧化物粉末或金属粉末等耐火性粉末。在本实施方式中，在双层金属管3和风口耐火物2之间使用了含有氧化镁粉末的酚醛树脂，在金属壳体4和风口耐火物2之间使用了环氧树脂类粘接材料。另外，通过将含有耐火性粉末的粘接材料作为双层金属管3和风口耐火物2之间的粘接材料，可抑制工作面的损耗。

如此，由于在本实施方式的转炉用一体型风口1的制造方法中，通过粘接材料将双层金属管3安装固定到加压成形后的风口耐火物2的通孔21中，因此即使使用了厚度较薄的双层金属管3，在转炉用一体型风口1的制造时，也不会产生双层金属管3的变形或狭缝的压扁。

在此，金属壳体4是为了在将转炉用一体型风口1吊起时或水平保持时，防止风口耐火物2错位而从金属壳体4脱落导致内部的双层金属管3发生变形而设置。因此，金属壳体4的厚度T需要能够在将转炉用一体型风口1吊起时或水平保持时保持风口耐火物2的程度的厚度，以便风口耐火物2不会错位，具体而言可为6mm以上20mm以下。在金属壳体4的厚度T小于6mm时，存在有风口耐火物发生错位而导致双层金属管3发生变形的情况，当超过20mm时则会因变重而难以搬运。

金属壳体4的长度L可根据风口耐火物2的长度而选择适当的长度，具体而言，可为风口耐火物2的全长的3％以上，优选5％以上。在金属壳体4的长度L小于风口耐火物2的全长的3％时，会导致风口耐火物2错位而双层金属管3变形，或是风口耐火物2容易掉落。虽然金属壳体2的长度L的上限也可以不受特别限制，但考虑到过长时则转炉用一体型风口1会变得过重而搬运性变差等因素，可为风口耐火物2的全长的50％以下，进一步而言，即使为风口耐火物2的全长的30％以下也足够。

此外，如图3所示，由于双层金属管3的下部外管322的厚度比上部外管321的厚度更大，因此即使把持双层金属管3并以水平状态吊起转炉用一体型风口1，也可抑制双层金属管3发生变形。下部外管322的厚度可为，根据所使用的风口耐火物2的大小，即使把持转炉用一体型风口1的双层金属管3并维持在水平状态，双层金属管3也不会发生变形程度的厚度，具体而言可为3mm以上。在下部外管322的厚度小于3mm时，存在有在转炉用一体型风口1的双层金属管3上施加有力时发生变形的情况。虽然不特别设置下部外管的厚度的上限，但由于如果厚度过厚，则转炉一体型风口会变重，因此在搬运上存在有问题时，可为10mm以下。

在本实施方式中，由于如上所述，上部外管321和下部外管322被焊接接合而一体化且形成1根金属管，因此能够向风口耐火物2及金属壳体4简单安装双层金属管3，从而提高了制造时的作业效率。而且，由于可通过加大下部外管322的外径来加大其厚度，且不会改变下部外管322和内管31的间隙(狭缝33)的厚度，因此与不与上部外管321一体化而分离的情况(后述的图6)相比，下部外管322的外径变小。如此，由于下部外管322的外径较小，因此还可以减小设置在下部外管322的下部的气体供给部5。因此，筑炉时的使用性优异。此外，也能够减轻整体的重量。

另一方面，由于可以使双层金属管3的上部外管321的厚度足够薄且无需加厚，因此即使在金属管(内管31及上部外管321)在使用中熔化而狭缝33的宽度扩大的情况下，也能够抑制工作面的损耗变快。并且，由于能够使金属管(内管31及上部外管321)的厚度足够小，因此能够将狭缝33的宽度维持在较小，从而能够抑制钢液向狭缝33内进入。

具体而言，内管31及上部外管321的厚度可为0.5mm以上3mm以下。在内管31及上部外管321的厚度小于0.5mm时，则会因制造时的搬运中的变形等而作业性变差，而当超过3mm时，则会在使用时容易熔化。

上部外管321与下部外管322的边界部36的高度位置优选为，像本实施方式那样与金属壳体4的底板41的上面44相同的高度位置，或从金属壳体4的底板41的上面44起向上方至风口耐火物2的全长的40％为止的高度位置，更优选为从金属壳体4的底板41的上面44起向上方至风口耐火物2的全长的10％为止的高度位置。

如此，通过使上部外管321与下部外管322的边界部36的高度位置处于与金属壳体4的底板41的上面44相同的高度位置或比金属壳体4的底板41的上面44更靠上方，从而可在把持双层金属管3来搬运时，进一步抑制双层金属管3发生弯曲。另外，虽然也可以不特别限制上部外管321与下部外管322的边界部36的高度位置的上限，但由于在从金属壳体4的底板41的上面44起向上方超过风口耐火物2的全长的40％的长度时，存在有因风口耐火物2在使用中发生损耗而与钢液接触的可能性，因此优选为至风口耐火物2的全长的40％为止的高度位置，更优选为至风口耐火物2的全长的10％为止的高度位置。

另外，在上部外管321与下部外管322的边界部36的高度位置处于比金属壳体4的底板41的下面45更靠下方的情况下，在把持双层金属管3并搬运时，双层金属管3发生弯曲的可能性升高。对于这一点，由于在本发明中下部外管321被焊接固定在金属壳体4的底板41上，因此上部外管321与下部外管322的边界部36的高度位置不会比金属壳体4的底板41的下面45更靠下方。

虽然可根据吹入的气体的流量和设置在转炉上的风口的数量等来适当确定双层金属管3的外径及狭缝33的厚度，但从风口砖的容易制造性和耐用性出发，进一步而言从容易确保气体的流量的观点出发，双层金属管3的外径可为20mm以上60mm以下，狭缝33的厚度可为0.5mm以上3mm以下。

此外，虽然可根据转炉的铁皮的厚度或气体配管的位置等来确定双层金属管3的从金属壳体4突出的部分的长度，但由于如果过长则容易发生变形，因此可优选为最大1000mm左右，最低200mm左右。

图5是本发明的另一实施方式即转炉用一体型风口上的金属壳体部分的放大纵剖视图。在该实施方式中，上部外管321与下部外管322的边界部36的高度位置处于从金属壳体4的底板41的上面44向上方20mm的高度位置(风口耐火物2的全长的2％)。与此相伴，风口耐火物2的通孔21为下侧扩大的台阶形状。另外，在该实施方式中，也与前边的实施方式相同，上部外管321和下部外管322通过焊接而接合且一体化。

图6是本发明的又一实施方式即转炉用一体型风口上的金属壳体部分的放大纵剖视图。在该实施方式中，双层金属管3的外管32的上部外管321和下部外管322分离而未一体化。即，下部外管322的上端面被焊接固定在金属壳体4的底板41的下面45上，且上部外管321穿入底板41的通孔42中，其穿入部的上部被焊接固定在底板41上。

实施例

表1中示出有在图1至图4所示的转炉用一体型风口的实施方式中，金属壳体4的厚度T、金属壳体4的长度L及双层金属管3的下部外管322的厚度为不同条件，且分别进行了转炉用一体型风口的搬运试验的结果。另外，金属壳体4的材质为SS400，且双层金属管3的材质为，内管31及上部外管321为SUS304，下部外管322为STKM。

在搬运试验中重复了5次下述操作，即，将从转炉用一体型风口的金属壳体4的底板41突出的双层金属配管3，用吊车将从金属壳体4的底板41起该突出部的全长的1/3的位置和后端部的2点保持成水平，维持水平状态并以约1秒钟吊起2m，而后以约2秒钟下降而返回原来位置的操作。其后，将转炉用一体型风口从吊车离开并置于水平台之上，使气体(空气)以0.1MPa的压力流过双层金属管3，并测定气体流量。而后，将实施例1的气体流量作为100，用指数来进行表示。该指数越大则气体流量越大，该指数95以上为合格。另外，搬运试验后的气体流量大是指，因搬运试验而导致的双层金属管3的变形或损伤较小。

表1

虽然实施例1至实施例3的金属壳体4的侧板43的厚度在本发明的范围内不同，但气体流量的指数为100～107，无双层金属管3的变形或损伤而良好。与此相反，比较例1的金属壳体4的侧板43的厚度为3mm，低于本发明的下限值(6mm)，而气体流量的指数则降低为65。这是因为，因搬运试验而双层金属管3发生损伤，导致一部分被压扁的原因。

虽然实施例4是金属壳体4的底板41的厚度为6mm的情况，但气体流量的指数为97，无双层金属管3的变形或损伤而良好。与此相反，比较例2的金属壳体4的底板41的厚度为3mm，低于本发明的下限值(6mm)，而气体流量的指数则降低为84。这是因为，因搬运试验而双层金属管3发生损伤，导致一部分被压扁的原因。

虽然实施例5至实施例8的金属壳体4的长度在本发明的范围内不同，但气体流量的指数为95～110，未观察到气体流量的大幅降低而良好。与此相反，比较例3的金属壳体4的长度为风口耐火物的全长的1％，低于本发明的下限值(3％)，而气体流量的指数则降低为67。这是因为，因搬运试验而双层金属管3发生损伤，导致一部分被压扁的原因。

虽然实施例9和实施例10的双层金属管3的下部外管322的厚度在本发明的范围内不同，但气体流量的指数为100和105而良好。与此相反，比较例4的双层金属管3的下部外管322的厚度为1.5mm，低于本发明的下限值(3mm)，而气体流量的指数则降低为88。这是因为，因搬运试验而双层金属管3发生损伤，导致一部分被压扁的原因。