JP2006070317A - ランスパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】耐溶損性を確保しつつ定形耐火物の割れを抑制できるランスパイプを提供する。
【解決手段】ランスパイプ１は、供給通路４となる孔をもつ棒状をなす芯金２と、芯金２の外周面を覆う耐火物３とを有する。耐火物３は、芯金２の外周側において芯金２の周方向において間隔を隔てて配置された複数個の定形耐火物５と、各定形耐火物５の間を埋めるキャスタブル層６とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明はガス及び溶湯処理剤のうちの少なくとも一方を金属溶湯に供給するランスパイプに関する。

特許文献１には、軸長方向の一部であるスラグライン付近の全域を覆うように定形耐火物を設けたランスパイプが開示されている。この定形耐火物は溶湯に直接接触するように外表面に露出している。このものによれば、耐溶損性を高めることができ、ランスパイプの耐久性を向上させることができる。また、特許文献２には、芯金の先端のガス吐出口の外周に、耐食性に富む円筒形状の耐火れんがが配置されたランスパイプが開示されている。
特開平８−２３２０１１号公報 特開平５−３９５２２号公報

上記した特許文献１に係る技術によれば、定形耐火物により耐溶損性を高めることができ、ランスパイプの耐久性を向上させることができる。しかしながらスラグラインの全域を定形耐火物が覆っている。定形耐火物は緻密で耐溶損性及び強度に優れているものの、使用条件が過酷であると、定形耐火物に割れが生じるおそれがある。更に、ランスパイプは（長さ寸法／径寸法）の比が大きいため、ランスパイプを水平方向に保持する保管時や搬送時においては、ランスパイプが重力等による弓形に反るように撓むおそれがある。この場合、ランスパイプに設けた定形耐火物は緻密であるが故に、応力が作用すると、定形耐火物に割れが生じるおそれがある。また、特許文献２に係る技術によれば、芯金の先端の円筒形状の耐火れんがが配置されているものの、耐火れんがは芯金の外周側に配置されているものではない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、耐溶損性を確保しつつ、定形耐火物の割れを抑制するのに有利なランスパイプを提供することを課題とする。

第１発明に係るランスパイプは、ガス及び溶湯処理剤のうちの少なくとも一方を金属溶湯に供給する供給通路となる孔をもつ棒状をなす芯金と、芯金の外周面を覆う耐火物とを有するランスパイプにおいて、耐火物は、芯金の外周側において芯金の周方向において間隔を隔てて配置された複数個の定形耐火物と、隣設する各定形耐火物の間を埋めるキャスタブル層とを備えていることを特徴とするものである。この場合、万一、定形耐火物に亀裂が生成されたとしても、芯金の周方向において定形耐火物は連続していないため、亀裂の成長が抑制される。

第２発明に係るランスパイプは、ガス及び溶湯処理剤のうちの少なくとも一方を金属溶湯に供給する供給通路となる孔をもつ棒状をなす芯金と、芯金の外周面を覆う耐火物とを有するランスパイプにおいて、耐火物は、芯金の外周側において芯金の周方向において間隔を隔てて配置された複数個の第１定形耐火物と、第１定形耐火物に対して芯金の軸長方向における位相をずらして配置された複数個の第２定形耐火物と、隣設する各第１定形耐火物の間、隣設する各第２定形耐火物の間を埋めるキャスタブル層とを備えていることを特徴とするものである。この場合、万一、第１定形耐火物または第２定形耐火物に亀裂が生成されたとしても、第１定形耐火物及び第２定形耐火物は芯金の周方向及び軸長方向において連続していないため、亀裂の成長が抑制される。

本発明によれば、定形耐火物に亀裂が生成されたとしても、定形耐火物は芯金の周方向あるいは芯金の軸長方向において連続していないため、亀裂の成長が抑制される。更に本発明によれば、定形耐火物は芯金の周方向において連続していないため、ランスパイプを水平方向に沿って保持する保管時、搬送時等において、ランスパイプに設けた定形耐火物の割れが抑制され、ランスパイプの信頼性の更なる向上が図られる。

以下、本発明の実施形態１について図１〜図５を参照しつつ具体的に説明する。図１はランスパイプ１を示す。ランスパイプ１は、酸素ガスを金属溶湯（例えば、ステンレス溶鋼等の合金鋼、溶鋼）に供給する金属を基材とする棒状をなす芯金２と、芯金２の外周面２０を覆う耐火物３とを有する。芯金２はパイプ状をなしており、鋼や合金鋼等の耐熱性を有する金属で形成されている。供給通路４は、芯金２の内部において芯金２の軸長方向に長くのびる孔４Ｘで形成された第１供給通路４ｆと、芯金２の径方向にのびるように後述の第２キャスタブル層６ｓに形成された複数の第２供給通路４ｓとで形成されている。耐火物３のうち、スラグラインの高さに相当する部位の外径Ｄ１は、溶損を抑えるべく、耐火物３の他の部位の外径よりも大きく設定されている。スラグラインＬは溶鋼等の金属溶湯の湯面に浮遊するスラグ付近の高さ位置をいう。

耐火物３は、芯金２の外周側において芯金２の軸長方向（矢印Ｐ方向）のうちのスラグラインＬの高さ位置において配置されたブロック状の複数個の第１定形耐火物５と、第１定形耐火物５に対して芯金２の軸長方向（矢印Ｐ方向）における位相をずらして配置されたブロック状の複数個の第２定形耐火物７と、第１定形耐火物５の間、第２定形耐火物７の間を埋める不定形耐火物であるキャスタブル層６とを備えている。キャスタブル層６は、耐火物と水とを主要成分とする流し込み成形材料を空間に流し込んで固化させて形成され、空間形状に相応する不定形の形状を有する耐火物をいう。『軸長方向において位相をずらして』とは、第１定形耐火物５の中心の位相と第２定形耐火物７の中心の位相とが芯金２の軸長方向においてずれているという意味である。

キャスタブル層６は、第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７を覆う第１キャスタブル層６ｆと、芯金２の先端部を覆う第２キャスタブル層６ｓとで形成されている。第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７と芯金２の外周面２０との間には、第１キャスタブル層６ｆが配置されている。なお、第１キャスタブル層６ｆ及び第２キャスタブル層６ｓは異なる材質で形成されていても良いし、同系材質とされていても良い。本実施形態では、第１キャスタブル層６ｆは、耐溶損性、耐スポーリング性を考慮し、アルミナ−マグネシア質材で形成されているが、これに限定されるものではない。第２キャスタブル層６ｓは、熱衝撃性、耐スポーリング性を考慮し、ハイアルミナ質材で形成されているが、これに限定されるものではない。

第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７は、展開図である図４に示すように、千鳥配列とされており、芯金２の軸長方向（矢印Ｐ方向）においても、芯金２の周方向（矢印Ｒ方向）においても間隔を隔てて配置されている。換言すると、図４に示すように、芯金２の軸長方向（矢印Ｐ方向）においても、芯金２の周方向（矢印Ｒ方向）においても実質的に重複していない。但し少し重複させる形態でも良い。

本実施形態によれば、図１から理解できるように、芯金２の軸長方向（矢印Ｐ方向）において、第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７のうちのいずれか一方、キャスタブル層６、第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７のうちのいずれか他方、キャスタブル層６の順に配置されている。また、図２から理解できるように、スラグラインＬでは、芯金２の周方向（矢印Ｒ方向）において第１定形耐火物５、キャスタブル層６、第１定形耐火物５、キャスタブル層６の順に配置されている。また、図３から理解できるようにスラグラインＬでは、芯金２の周方向（矢印Ｒ方向）において第２定形耐火物７、キャスタブル層６、第２定形耐火物７、キャスタブル層６の順に配置されている。このようにスラグラインＬでは、矢印Ｐ方向及び矢印Ｒ方向の双方において、定形耐火物とキャスタブル層とが交互に繰り返されている。なお、図２及び図３では複雑化を避けるためハッチングは省略されている。

第１定形耐火物５は、図１に示すように芯金２の中心軸芯Ｐ１に沿って延設された内壁面５０及び外壁面５１を有すると共に第１軸端面５２及び第２軸端面５３を有する。更に第１定形耐火物５は、芯金２の軸直角方向に沿った断面（図２）に示すように、ほぼ台形状をなしており、径方向外側に抜け出ることを抑制する傾斜面で形成された係合面５７を有する。外壁面５１は平坦状でも良いし、芯金２の軸芯を中心とする凸状の円弧の一部でも良い。図２に示すように、芯金２の周方向（矢印Ｒ方向）において、複数個の第１定形耐火物５は間隔を隔てて配置されている。具体的には、複数個の第１定形耐火物５は、芯金の周方向（矢印Ｒ方向）において約９０度位相をずらして間隔を隔てて配置されている。

第２定形耐火物７は、図１に示すように、芯金２の中心軸芯Ｐ１に沿って延設された内壁面７０及び外壁面７１を有すると共に第１軸端面７２及び第２軸端面７３を有する。更に第２定形耐火物７は、芯金２の軸直角方向に沿った断面（図３）において、ほぼ台形状をなしており、径方向外側に抜け出ることを抑制する傾斜面で形成された係合面７７を有する。図３に示すように、芯金２の周方向（矢印Ｒ方向）において、複数個の第２定形耐火物７は間隔を隔てて配置されている。具体的には、複数個の第２定形耐火物７は芯金２の周方向において約９０度位相をずらして間隔を隔てて配置されている。『周方向において位相をずらして』とは、周方向における第１定形耐火物５の中心の位相と、周方向における第２定形耐火物７の中心の位相とが芯金２の周方向においてずれているという意味である。

第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７は、例えば、液圧を加圧して成形する液圧成形品、または、機械的圧力を加圧して成形した成形品で形成できる。具体的には、冷間静水圧加工成形品（ＣＩＰ成形品，cold isostatic pressing）、熱間静水圧加工成形品（ＨＩＰ成形品,hot isostatic pressing）及び定形れんがのうちの少なくとも一種で形成されている。故に、第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７は、加圧工程を経ているためキャスタブル層６よりも緻密であり、高い強度及び高い耐溶損性をもつ。

図５に示すように、第１定形耐火物５の傾斜面で形成された係合面５７には、金属製（例えば鉄系）の固定部材２５が被着されている。固定部材２５は、第１定形耐火物５の内壁面５０を覆う被着部２７と、第１定形耐火物５の係合面５７の一部を覆うように径方向外方に突出することにより定形耐火物５の保持性を高める突出部２８と、被着部２７を芯金２の外周面２０に固定するために断面（図５）で芯金２の半径方向に沿って延設された連結腕として機能する連結部２９とを有する。固定部材２５の連結部２９は溶接または取付具等により芯金２の外周面２０に固定されている。これにより固定部材２５は定形耐火物５をランスパイプ１に固定する固定要素として機能できる。

第１定形耐火物５、第２定形耐火物７は同種、同サイズのものとされており、キャスタブル層６よりも耐溶損性が優れている耐火材料を主要成分としている。具体的には、第１キャスタブル層６ｆの材質にもよるが、第１定形耐火物５、第２定形耐火物７は、アルミナ−マグネシア質材、マグネシア−カーボン質材、アルミナ−マグネシア−カーボン質材、アルミナ−スピネル質材、アルミナ−スピネル−カーボン質材、アルミナ−マグネシア質材、アルミナ−カーボン質材、炭化珪素質材、マグネシア−クロム質材のうちのいずれか１種で形成されていることが好ましい。具体的には定形耐火物５，７はマグネシア−カーボン質材を主要成分として形成されている。

図２、図３示すように、スラグラインＬにおいて、第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７の内側には第１キャスタブル層６ｆが配置されている。

ランスパイプ１の製造時には、定形耐火物５，７を固定部材２５により芯金２の外周面２０の側に保持した状態で、耐火物材料と水と調整剤等を混合したスラリー状の流し込み成形材料を型枠内に流し込んで各第１定形耐火物５の間、各第２定形耐火物７の間を満たすように固化させ、キャスタブル層６が形成されている。固定部材２５はキャスタブル層６に埋設される。なお、第１定形耐火物５，第２定形耐火物７については、耐水性塗料が塗布されて耐水被膜が形成されている。これによりキャスタブル層６が成形される際、流し込み成形材料の水分が第１定形耐火物５に浸透することが抑制され、定形耐火物５，７の更なる長寿命化を図り得る。

さて、ランスパイプ１の使用時には、スラグを湯面に浮遊させた高温の溶鋼等の金属溶湯に縦方向に配置したランスパイプ１をこれの先端部１ｅから進入させる。定形耐火物５，７の高さ位置はほぼスラグラインＬに相当する。この状態で酸素ガスやアルゴンガス、または粉末状の溶湯処理剤が芯金２の供給通路４の第１供給通路４ｆを介して第２供給通路４ｓから溶鋼に吹き込まれ、溶鋼等の金属溶湯の温度調整、成分調整が行われる。ここで、定形耐火物５，７は加圧工程を経て形成されているため、気孔率がキャスタブル層６よりも少なく、第１キャスタブル層６ｆよりも緻密性、耐溶損性及び強度が高く、ランスパイプ１の寿命を延長させるのに有利となる。殊に、定形耐火物５，７が第１キャスタブル層６ｆよりも耐溶損性が優れている材料（例えばマグネシア−カーボン質材等）を主要成分としているときには、ランスパイプ１の寿命を効果的に延長させるのに有利となる。

また、傾斜面で形成された係合面５７を有する定形耐火物５の幅寸法Ｓ（図５参照）については、内壁面５０から外壁面５１に向かうにつれて増加している。このため、第１定形耐火物５の外壁面５１、第１キャスタブル層６ｆの外壁面が消耗して径寸法が小さくなるとき、芯金２の周長において、耐溶損性が高い第１定形耐火物５が占める割合が増加するため、消耗対策に有利である。第２定形耐火物７についても同様である。

また、ランスパイプ１を水平方向に沿って配置する保管時、搬送時等において、ランスパイプ１が重力等により反るように撓んだときであっても、第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７が軸長方向及び周方向に間隔を隔てて配置され、分散されているため、第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７に発生する歪み応力が緩和される。これにより亀裂の発生が防止され、仮に亀裂が発生したとしても、亀裂は他の定形耐火物には伝搬できず、亀裂の成長が抑制される。故にランスパイプ１の信頼性の更なる向上が図られる。

（他の実施形態）
他の実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図６に示す実施形態２によれば、第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７は千鳥状に配置され、且つ、ランスパイプ１の周方向（矢印Ｒ方向）において一部重複する。更に、図７に示す実施形態３によれば、第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７は千鳥状に配置され、且つ、ランスパイプ１の軸長方向（矢印Ｐ方向）において一部重複する。

上記した実施形態１では、第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７は、芯金２の周方向（矢印Ｒ方向）において約９０度位相をずらして配置されているが、９０度に限定されるものではなく、６０度でも、４５度でも、３０度でも、１２０度でも良い。上記した実施形態１では、第１定形耐火物５及び第２定形耐火物７が芯金２の軸長方向（矢印Ｐ方向）において並べられているが、これに限らず、第１定形耐火物５、第２定形耐火物７、第３定形耐火物が芯金２の軸長方向（矢印Ｐ方向）において並べられていても良い。第１定形耐火物５、第２定形耐火物７、第３定形耐火物は、芯金２の周方向（矢印Ｒ方向）において位相が異なるものである。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。

本発明は製鋼工場等のように溶鋼等の金属溶湯を取り扱う場所で使用されるランスパイプに利用することができる。

ランスパイプの断面図である。 ランスパイプの断面図（図１のII-II線に沿った断面図）である。 ランスパイプの断面図（図１のIII-III線に沿った断面図）である。 第１定形耐火物及び第２定形耐火物付近の展開図である。 定形耐火物を固定している構造を示す断面図である。 実施形態２に係り、第１定形耐火物及び第２定形耐火物付近の展開図である。 実施形態３に係り、第１定形耐火物及び第２定形耐火物付近の展開図である。

符号の説明

１はランスパイプ、２は芯金、３は耐火物、４は供給通路、５は第１定形耐火物、６はキャスタブル層、７は第２定形耐火物を示す。

Claims (5)

1. ガス及び溶湯処理剤のうちの少なくとも一方を金属溶湯に供給する供給通路となる孔をもつ棒状をなす芯金と、芯金の外周面を覆う耐火物とを有するランスパイプにおいて、耐火物は、芯金の外周側において芯金の周方向において間隔を隔てて配置された複数個の定形耐火物と、隣設する各定形耐火物の間を埋めるキャスタブル層とを備えていることを特徴とするランスパイプ。
2. ガス及び溶湯処理剤のうちの少なくとも一方を金属溶湯に供給する供給通路となる孔をもつ棒状をなす芯金と、芯金の外周面を覆う耐火物とを有するランスパイプにおいて、耐火物は、芯金の外周側において芯金の周方向において間隔を隔てて配置された複数個の第１定形耐火物と、第１定形耐火物に対して芯金の軸長方向における位相をずらして配置された複数個の第２定形耐火物と、隣設する各第１定形耐火物の間、隣設する各第２定形耐火物の間を埋めるキャスタブル層とを備えていることを特徴とするランスパイプ。
3. 請求項２において、第２定形耐火物は第１定形耐火物に対して芯金の周方向における位相をずらして配置されていることを特徴とするランスパイプ。
4. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、定形耐火物は、芯金の軸直角方向に沿った断面で、径方向外側に抜け出ることを抑制する係合面を有することを特徴とすることを特徴とするランスパイプ。
5. 請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項において、定形耐火物を芯金に保持する固定部材を有することを特徴とすることを特徴とするランスパイプ。

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