JP2004531396A - 溶融金属にガスを注入するための耐火性プラグもしくはレンガ - Google Patents

Abstract

本発明は、ｉ）溶融金属と接触する面（１１）を除いて、実質的に非多孔質体（９）内に実質的に入れられている多孔質耐火体（２）；ならびに
ii）ガス源から多孔質体（２）にガスを輸送するガス輸送手段（３，５）、を含む、溶融金属と接触する面（１１）により溶融金属にガスを注入するための固体多孔質耐火プラグもしくはレンガに関する。このプラグもしくはレンガは、非多孔質体（１１）が耐火材料から作製され、そして多孔質および非多孔質体（２，１１）が一緒にプレス加工されていることを特徴とする。このプラグもしくはレンガは溶融金属浴に小さな気泡を効率的に、そして確実に注入するのに使用されうる。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は溶融金属にガスを注入するための耐火性プラグもしくはレンガ、ならびに溶融金属にガスを注入するための耐火性プラグもしくはレンガの製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスは種々の目的のためにとりべ、ルツボもしくはタンディッシュのような容器中の溶融金属に注入されることが多い。たとえば、ガスは固化生成物の比較的冷たい底部領域を清浄化するために容器の底部に導入され得、たとえば容器が出口を有する底部注出入口の近辺からそれらの生成物を除去する。たとえば製鋼において、タンディッシュにおけるガス気泡の微細なカーテンのゆっくりした注入の使用は混入物除去を助け；その混入物は微細なガス気泡に引き寄せられ、溶融物を通って表面の上方に上昇し、そこではタンディッシュカバーの粉末もしくはフラックスにより従来のように捕捉される。さらにガスは洗浄のために、もしくは熱的にもしくは組成物に溶融物を均一化するために、または溶融物全体にわたって合金添加物を分散するのを助けるために、導入されうる。
【０００３】
通常、不活性ガスが用いられるが、反応性ガスも用いられ得、たとえば溶融組成物もしくはその成分が修飾を必要とするとき、還元もしくは酸化ガスである。たとえば、溶融アルミニウムもしくはアルミニウム合金のような溶融金属に、窒素、塩素、フレオン、六フッ化イオウ、アルゴン等のようなガスを注入し、水素ガス、非金属混入物およびアルカリ金属のような望ましくない成分を除去するのが通例である。溶融金属に添加される反応性ガスは望ましくない成分と化学的に反応して、それらを沈殿物、ドロス、または溶融物の残りから容易に分離されうる不活性ガス化合物のような形態にそれらを変換する。さらに、これらのガス（もしくはその他）はたとえば、鋼、銅、鉄、マグネシウムもしくはそれらの合金とともに使用されうる。
【０００４】
ガス注入操作を効率的に実行するために、ガスは、非常に多数の非常に小さい気泡の形態で、好ましくは受入部（recipient）の底部から、溶融金属に導入されるのが望ましい。ガス気泡の大きさが減少するにつれ、単位容積あたりの気泡の数は増加する。単位容積あたりの気泡の数およびその表面積の増加は予定の操作を実施するのに注入ガスが有効に利用される確率を増加させる。
【０００５】
従来のガス注入の提案は通常、床上に、しかし壁内にも、容器の耐火ライニングに固体多孔質プラグもしくはレンガを設けることを含んでいた。使用に際して、プラグもしくはレンガは気泡の形態でガスの流れを導入する。
【０００６】
たとえば、ガスを溶融金属に導入するための公知の方法は、多孔質セラミック体を有する溶融金属含有容器の部分（好ましくは容器の床）をライニングすることを含む。ガスはセラミック体の金属と接触する面から離れた位置で、多孔質体に導入される。セラミック体を通る通路において、ガスは数多くの小さい、曲がりくねった通路を進み、数多くの気泡が溶融金属に配給される。
【０００７】
通常、ガスをセラミック体に導入するための多岐管として作用する金属ケーシングは多孔質セラミック体を支持する。通常、そのケーシングは軟鋼（アルゴンもしくは窒素のような不活性もしくはわずかに反応性のガスとともに使用するために）もしくはインコネル（非常に反応性の塩素もしくはフレオンとともに使用するために）から作製される。組立てられたセラミック体／ケーシングは低セメントキャスタブルアルミナもしくはレンガのような耐火性材料により、上方面を除くすべての面で囲まれ、支持される。キャスタブルが使用されるとき、これは多孔質体のまわりにその場でキャストされうるか、または高温金属容器のライニング設置の間にその場に固定されるプリキャスト成分から形成されうる。ライニング材料は多孔質体の構造に対して「突合わせ」（”butt up”）している。
【０００８】
上述の構造についての問題は、ケーシングとセラミック体の間、ならびにケーシングと支持キャスタブル／レンガの間で有効なガスシールを維持するのが困難であることである。１つの困難は、金属ケーシングと耐火材料の熱膨張係数がかなり異なる；さらに金属ケーシングは、もし塩素が使用ガスであると攻撃に供される、ために部分的に生じる。もしクラックが進展すると（ここでは、「クラック」という用語は望ましくないガスもれを生じさせるガス分散装置における欠陥をいう）、ガスはクラックによりもれ、そして次のレンガおよび耐火サポートを通って大気に移行することが多い。５０cm以上の耐火材料を通ってのガス移行が可能である。この問題は、設計されたガス気泡表面を通るガスの流れへのガスもれの影響は著しく減少され得、気泡ブロックの有効性が減少され得るので、望ましくない。ある場合には、微細なガス気泡によるガス流れが停止し、大きな、有効でないガス気泡によるガス流れの制御されない方向に代わる。もしアルゴンが使用されると、比較的大きな費用が考慮されなければならない。この問題は、雰囲気への放出への塩素の有害な影響により塩素の場合に特に激しい。使用される精製ガスの種類をとわず、クラックが防止され、ガスもれが防止されることが重要である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
望ましくは、方法は溶融金属にガスを注入するのに利用され得、溶融金属に数多くの非常に小さい気泡を分散する目的を達成し、同時に、ガスもれを生じるガス分散装置のクラックを避ける。
【００１０】
さらに安価で容易に製造され得、そして現存する装置よりも小さい寸法を有し得るような装置が望ましい。さらにこのようなガス注入装置はタンディッシュ、とりべ、溶融容器等の現存装置とともに、現存装置の変更なしに、もしくはわずかに変更して、使用するのが望ましい。
【００１１】
さらに、この装置を溶融金属容器の現存耐火ライニングに注入するために、このようなガス注入装置が熱膨張の不適合の不利な化学反応を防止するためにまわりの耐火材料と適合するのが望ましい。
【００１２】
さらに、装置が特定の顧客の装置に適合するように、製造時にわずかな調節のみで広範囲の泡立ち条件（気泡の大きさ、容積、圧力等）に適合されうる装置を与えるのが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、ｉ）溶融金属と接触する面を除いて、実質的に非多孔質体内に実質的に入れられている多孔質耐火体；ならびに
ii）ガス源から多孔質体にガスを輸送するガス輸送手段、を含む、溶融金属と接触する面により溶融金属にガスを注入するための固体多孔質耐火プラグもしくはレンガであり、非多孔質体は耐火材料から作製され、そして多孔質および非多孔質体は一緒にプレス加工されている、ことを特徴とするプラグもしくはレンガに関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の形態において、ガス注入のためのプラグもしくはレンガはプラグ、レンガ、ブロック、ダム、タイル、バー等でありうる。上述のように、本発明のプラグもしくはレンガは溶融金属もしくはその合金にガス（反応性もしくは不活性）を注入するのに用いられうる。プラグもしくはレンガは少なくとも溶融金属と接触する面を有し、それによりガスが注入される。プラグもしくはレンガは、もちろん溶融金属と接触する面を除いて非多孔質体により実質的に囲まれた（たとえば包まれ、もしくは埋設される）多孔質耐火体を含む。それは溶融金属容器のライニングの部分を含まれ、もしくは形成することができる。
【００１５】
多孔質体はいかなる多孔質耐火材料でも作製されうる。実施には、使用される材料の性質は、該材料が要求される気孔率を有するかぎり重要ではない。通常、２０％より高い見掛け気孔率を有する材料が多孔質であると考えられる。適切な材料は、一般に、アルミナ、アルミナスピネル、マグネシア、もしくはマグネシアスピネル、またはそれらの組合せを含む。
【００１６】
さらに、プラグもしくはレンガはガス源から多孔質体にガスを輸送するためのガス輸送手段を含む。通常、ガス輸送手段は非多孔質体の側壁を通って伸びる導管を含む。この導管はたとえば金属もしくは耐火材料から作製されうる。導管は従来の耐火シール材料（モルタルもしくあセメント）によりその位置に固定され得、または非多孔質体内にプレス加工されうる。
【００１７】
従来のガス輸送手段が使用されうる。しかし、接続の密着性は特に監視されるべきであり、たとえばＷＯ０１／８３１３８に開示されるような特定の配置が特に好ましい。
【００１８】
さらに、ガス輸送手段はプレナムチャンバを含み、それによりガスは溶融金属と接触する面と少なくとも実質的に同等である多孔質体の面と接触し、その結果、ガスは多孔質体に十分に均一に分散され、ついで、実質的に全溶融金属と接触する面を通して溶融金属に泡立たせる、のが有利である。
【００１９】
ガスを溶融金属に注入するプラグもしくはレンガの種類は、たとえばＵＳＰ５，０５４，７４９；５，４２３，５２１；もしくは５，２１９，５１４により知られている。しかし、それらは上述の要件は満足しない。
【００２０】
本発明のプラグもしくはレンガは、非多孔質体は耐火材料から作製され、そして多孔質および非多孔質体は一緒にプレス加工されたことを特徴とする。上述のすべての要件はこのようなプラグもしくはレンガで充足される。
【００２１】
さらに、非多孔質材料の性質は、それが耐火材料であり、要求される気孔率を有する限り、重要ではない。通常２０％より低い見掛け気孔率を有する材料は非多孔質であると考えられる。
【００２２】
非多孔質体および多孔質体は同様な熱膨張係数を有する耐火材料から構成されるのが好ましい。これは熱サイクルの際のクラック形成を防止するのに役立つ。
【００２３】
本発明の使用により、内部多孔質体の粒度測定および透過性が注意深く、そして一貫して調節され、小さな一様に分布されたガス気泡流が多孔質体の溶融金属と接触する面から流れるように一様で微細な細孔構造を与える。この透過性は配合粒度測定変化により容易に調節され得、本発明によるプラグもしくはレンガは特定の個々の顧客の要求に適合するように製造されうる。
【００２４】
さらに、この方法ルートは、高マグネシア含有耐火物がマグネシアスピネルのような配合に使用されうる点で有利である。このような配合は、通常塩基性（マグネシア）にもとづく製鋼プラントタンディッシュライニングの組成に、もっと適合する。したがって化学的および熱的特性は非常に類似する。有利には、多孔質および非多孔質耐性体は組成物の５０％より多い、好ましくは８０％より多い、そしてもっと好ましくは９０％より多い高マグネシア含量を有する。
【００２５】
したがって、異なる粒度測定を有するが類似する材料は、多孔質および非多孔質体に使用されうる。このように、異なる粒度を有する高マグネシア含量材料から、本発明によるプラグもしくはレンガを製造することが可能である。
【００２６】
２つの耐火材料を一緒にプレス加工することにより、非多孔質体の自然な低透過性は他のガスもれ制限法に助けを求めることなくガスもれを防止する。一緒にプレス加工するもう1つの利点は、比較的低い全寸法を有する、ガス注入用プラグもしくはレンが、要求される程度のガス気泡を達成して、使用されうることである。これは、容器中、特にライニングでの輸送および設置時に、これらのプラグもしくはレンガの取扱いを助ける。
【００２７】
一緒にプレス加工することは、長方形、正方形、円もしくは卵形の形状に限定されず、一緒にプレス加工するのに適した、いかなる耐火物断面を製造するのにも使用されうる。たとえば、リング状の、一緒にプレス加工された部材が観察され得、それはタンディッシュの出口ポートを囲むように配置され、それにより穏やかに発生する気泡の包囲流を形成し、熱い液体金属は連続したキャスティング型に入る前にそこを通過しなければならない。
【００２８】
もう１つの態様によれば、本発明はガスを溶融金属に注入するためのプラグもしくはレンガの製造方法に関する。本発明によれば、この方法は次の段階：
１）多孔質および非多孔質体を構成する適切な量の耐火材料を、これらの多孔質および非多孔質体の所望の範囲を考慮して型に導入すること；
２）両方の耐火材料を同時に一緒にプレス加工すること；
３）ガス輸送手段を供給すること；ならびに
４）一緒にプレス加工された材料を熱処理すること、の段階、
を含む。好ましくは、デリミタ−(delimiter)がたとえば薄い（しかし、剛性の）プラスチックもしくは金属箔で製造され、耐火材料の導入前に型内に配置される。このデリミタ−は上部および下部の面のない円筒形（円形もしくは卵型底部を有する）、もしくは平行六面体のような形状であり得る。ついで多孔質体を形成する耐火材料はデリミタ−により形成される中央部分に導入され、そして非多孔質体を形成する耐火材料はデリミタ−と型壁の間に導入される。そしてデリミタ−は注意深く除去され、そして非多孔質体を形成するもう1つの量の材料が型に導入され溶融金属に接触する面に対向する面を形成する。ガス輸送手段を供給する段階は、一緒にプレス加工する段階の前もしくは後、または前および後の両方で実施されうる。本発明の好適な態様において、プレナムチャンバは、多孔質体を形成する材料の底部と非多孔質体を形成する材料の隣接面の間の接合点で、一続きの消費しうる材料を型に導入することにより形成される。
【００２９】
あるいは、もしくは加えて、外部ガス源に多孔質体（プレナムチャンバを通すか否かにかかわらず）に接続するために材料を一緒にプレス加工する前もしくは後に非多孔質を通して、孔が開けられるか、導管が配置されうる。熱処理段階はプラグもしくはレンガの完全さおよびそのガス気密性を向上させるように多孔質および非多孔質体の間にセラミック結合を発現させるのに十分な温度で実施されうる。プレナムチャンバを発生させるために配置される消費しうる材料（もし使用されれば）は熱処理段階時に除去されるのが有利である。この消費しうる材料は使用温度で燃え（ボール紙、紙）、もしくは溶融される（ワックス、合金）。通常、熱処理段階は８００〜１８００℃の温度で、２〜１２時間、一緒にプレス加工された材料を焼成することにある。
【００３０】
本発明は添付の図面によりさらに詳しく説明されるが、それらは本発明を例示する目的で提供されるにすぎず、その範囲を限定するものではない。図１および２は本発明の態様の断面図を示す。
【００３１】
両方の図は、溶融金属と接触する面（１１）を通って溶融金属にガスを注入するためのプラグもしくはレンガ（１）を示し、溶融金属と接触する面（１１）を除いて実質的に非多孔質体（９）により実質的に囲まれる多孔質体（２）を含む。さらに、図１および２に示されるように、ガス輸送手段はプラグもしくはレンガの壁（６）を通って伸び、そしてプレナムチャンバ（３）に接続される金属もしくは耐火導管（４）からなる。導管（４）は、従来のシールセメントもしくはモルタル（５）によりその場所に固定されるのが通常である。
【００３２】
有利には、徐々にテーパを形成された部分（７）は図１に示されるプレス加工段階時に、溶融金属と接触する面に向って創出される。このテーパの効果はプレス型の垂直面で非多孔質媒体に変形する多孔質体によりプレス作用時に創り出される。さらに、このテーパ形状は主なスポーリング作用からかぎを形成することにより多孔質体（２）を保護する。
【００３３】
本発明の一例によれば、使用される材料は次のとおりである：
【００３４】
【表１】

【００３５】
型に導入された後に、材料は可能な最良の圧密化および一緒にプレス加工される材料の統合を確実にする速度で機械的にプレスされた。熱処理段階はプレス体内の熱的破壊/クラッキングを避ける速度で、一緒にプレス加工された材料をゆっくりと１６００℃まで加熱し、そのプラグもしくはレンガを４時間、この温度のままとし、そしてゆっくりと冷却させることにより実施された。
【００３６】
次の特性が測定された：
【００３７】
【表２】

【００３８】
使用において、プラグもしくはレンガは確実に、そして一定して微細な気泡を注入した。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明のＩ態様の断面図である。
【図２】本発明のＩ態様の断面図である。

Claims (10)

1. ｉ）溶融金属と接触する面（１１）を除いて、実質的に非多孔質体（９）内に実質的に入れられている多孔質耐火体（２）；ならびに
   ii）ガス源から多孔質体（２）にガスを輸送するガス輸送手段（３，５）、を含む、溶融金属と接触する面（１１）により溶融金属にガスを注入するための固体多孔質耐火プラグもしくはレンガであり、非多孔質体（１１）は耐火材料から作製され、そして多孔質および非多孔質体（２，１１）は一緒にプレス加工されている、ことを特徴とするプラグもしくはレンガ。
2. ガス輸送手段（３，５）がプレナムチャンバ（３）を含むことを特徴とする請求項１記載のプラグもしくはレンガ。
3. 多孔質および非多孔質体が同様な熱膨張係数を有する耐火材料から構成されていることを特徴とする請求項１もしくは２記載のプラグもしくはレンガ。
4. 多孔質および非多孔質体が５０wt％より多い、好ましくは８０wt％より多い、マグネシア、マグネシアスピネル、アルミナもしくはアルミナスピネルから構成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか記載のプラグもしくはレンガ。
5. 非多孔質が５０wt％より多い、好ましくは８０wt％より多い、マグネシア、マグネシアスピネル、アルミナもしくはアルミナスピネルを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか記載のプラグもしくはレンガ。
6. 多孔質体（２）が溶融金属と接触する面に向ってテ−パ部分（７）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれか記載のプラグもしくはレンガ。
7. １）多孔質および非多孔質体を構成する適切な量の耐火材料を、これらの多孔質および非多孔質体の所望の範囲を考慮して型に導入すること；
   ２）両方の耐火材料を同時に一緒にプレス加工すること；
   ３）ガス輸送手段を供給すること；ならびに
   ４）一緒にプレス加工された材料を熱処理すること、の段階を含む、
   溶融金属と接触する面により溶融金属にガスを注入するための固体耐火性多孔質プラグもしくはレンガの製造方法。
8. ガス輸送手段がプレナムチャンバを含む請求項７記載の方法。
9. 段階（３）のガス輸送手段を供給することが、多孔質および非多孔質体の接触点で型に一続きの消費しうる材料を導入する段階を含むことを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 消費しうる材料がワックスを含むことを特徴とする請求項９記載の方法。