JP2007332443A - ランスパイプ - Google Patents

Abstract

【課題】外周に亀裂の発生が抑えられたランスパイプを提供すること。
【解決手段】本発明のランスパイプ１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４となる孔をもつ棒状をなす芯体２０と、芯体２０の外周面２０ａに固定された係合体２１と、を有する芯金２と、芯金２の外周面を覆う耐火物３と、を有するランスパイプ１において、係合体２１は、芯体２０の軸方向の異なる位置で芯体２０に接合された複数の接合部２１０と、隣接した接合部２１０，２１０を接続するとともに芯体２０の外周面２０ａから間隔を隔てた位置に配置された非接合部２１１と、をもつことを特徴とする。本発明のランスパイプは、耐火物の損傷がおさえられたことで、耐熱衝撃性にすぐれた（耐火物の損傷が抑えられた）ランスパイプとなった。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガスや粉体等の溶湯処理剤を溶鋼等の金属溶湯に吹き込むランスパイプに関する。

従来より、製鉄用の溶銑又は溶鋼の攪拌並びに脱硫、脱燐及び脱珪等の精錬処理、更に成分調整又は温度制御等のために、ガスや粉体等の溶湯処理剤を金属溶湯に吹き込んでいる。溶湯処理剤の金属溶湯への導入は、溶湯処理剤を金属溶湯に供給する供給通路を内部に持つランスパイプが使用されている。そして、ランスパイプには、金属製の芯金の外周面を耐火物で被覆したものが用いられている。このランスパイプは、たとえば、特許文献１に開示されている。

従来のランスパイプでは、使用（溶鋼や溶銑等の溶湯への浸漬して、粉体やガスを溶湯に吹き込む）時に、溶湯の熱が耐火物を経て芯金にまで伝導する。そして、伝導した熱により、芯金が熱膨張を引き起こす。熱膨張が生じると、芯金は、その外周を被覆している耐火物に対して応力を付与する。耐火物に付与された応力は、耐火物に亀裂を発生させる。耐火物に発生した亀裂は、芯金からの耐火物の剥離、脱落を招く。耐火物が剥離、脱落すると、芯金が直接溶湯と接触するようになり、溶湯によりランスパイプ自身が損傷する。つまり、従来のランスパイプには、耐火物の剥離、脱落がランスパイプの寿命を低下させるという問題があった。

従来のランスパイプは、芯金の熱膨張に起因する耐火物の剥離、脱落を防ぐために、Ｖ字形やＹ字形のスタッドを芯金の外周面に溶接して固定していた。スタッドが芯金の外周面にもうけられたことにより、耐火物を保持することで、耐火物の剥離、脱落を抑えていた。

しかしながら、 このようなスタッドをもつランスパイプにおいては、芯金が熱膨張を生じると、芯金の軸方向の長さが変化する（伸びる）。芯金の軸方向の長さが変化すると、芯金の外周面に固定されたスタッド間の長さも変化する（伸びる）。つまり、熱膨張を生じたときにスタッド自身が軸方向の応力を耐火物に付与していた。この応力により、耐火物が引っ張られ、耐火物に亀裂が発生するという問題があった。亀裂が発生すると、この亀裂を起点として耐火物の剥離、脱落が生じる。
特開平８−２３２０１１号公報

本発明は上記実状に鑑みてなされたものであり、芯金の外周面を覆う耐火物に亀裂が発生しないランスパイプを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者らはランスパイプの芯金の外周面に耐火物を固定する方法について検討を重ねた結果本発明をなすに至った。

すなわち、本発明のランスパイプは、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体と、芯体の外周面に固定された係合体と、を有する芯金と、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、係合体は、芯体の軸方向の異なる位置で芯体に接合された複数の接合部と、隣接した接合部を接続するとともに芯体の外周面から間隔を隔てた位置に配置された非接合部と、をもつことを特徴とする。

本発明のランスパイプは、芯金と耐火物とを固定する係合体が、少なくとも芯金の軸方向にのびた状態で、接合部で接合され固定されている。このような構成となることで、ランスパイプが溶湯に浸漬して芯金が熱膨張を生じたときに、芯金の軸方向の長さが伸びを係合体が規制し、耐火物に応力が加わらなくなり、耐火物が損傷しなくなる。つまり、本発明のランスパイプは、耐熱衝撃性にすぐれた（耐火物の損傷が抑えられた）ランスパイプである。

以下、本発明の実施形態について図を参照しつつ具体的に説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態のランスパイプ１を図１〜２に示した。図２は、図１中のＩ−Ｉ線における断面図である。また、図３に、係合体２１が固定された部分の芯金２を示した。ランスパイプ１は、不活性ガスや溶湯処理剤を金属溶湯（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２０ａを覆う耐火物層３とを有する。

芯金２は、パイプ状の芯体２０と、芯体２０に固定された係合体２１と、から構成されている。芯体２０は、断面円形のパイプにより形成される。係合体２１は、線材をらせん状に巻回して成形した部材よりなり、芯体２０の軸方向に沿って芯体２０の外周面２０ａに溶接で接合され固定されている。係合体２１は、芯体２０の周方向で等間隔となるように４本が固定されている。係合体２１は、芯体２０と接合する接合部２１０と隣接した接合部２１０，２１０を接続するとともに芯体２０の外周面２０ａから間隔を隔てた位置に配置された非接合部２１１とをもつ。

芯金２を構成する材質については特に限定されるものではなく、従来から用いられている耐熱性金属を用いることができる。また、芯金２（芯体２０）の長さ及び径の大きさについても、処理する溶融金属の量、吹き込むガスの量等に応じて種々のものとすることができる。ここで、芯体２０と係合体２１を形成する材質は、同じ材質であっても、異なる材質であってもいずれでもよい。

ランスパイプ１内に区画される供給通路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。

耐火物層３は、芯金２の外周面を被覆するようにもうけられている。ここで、耐火物層３は、芯金２の芯体２０の外周面２０ａと係合体２１との間にも配置されている。耐火物層３は、ランスパイプ１が金属溶湯などの高熱に曝されたときに芯金２が溶融することを防止する。

耐火物層３を構成する材料は、耐熱性、耐溶損性をもつ材質であれば特に限定されるものではなく、従来から用いられている耐熱性セラミックスを用いることができ、たとえば、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−クロム質材等のセラミックスをあげることができる。また、耐火物層３の厚さについても、処理する溶融金属の材質や量などの条件に応じて適宜決定することができる。

本実施形態のランスパイプ１は、溶融金属の種類や温度、溶融金属に供給されるガスや溶湯処理剤の種類により使用条件が異なるため、大きさ等の外形については一概に決定できるものではない。たとえば、長さ；約３０００〜１００００ｍｍ、外径；約２００〜４００ｍｍの外形を有し、ランスパイプ１の中心に配設された芯金２の芯体２０は外径；４０〜８０ｍｍ、肉厚；約４．５〜１２．０ｍｍとすることができる。また、らせん状の係合体２１は、線材の太さ；１〜２０ｍｍ、らせん全体の外径；５０〜３５０ｍｍ、らせんのピッチ（芯体２０との接合部の間隔）；１０〜３０００ｍｍとすることができる。

本実施形態のランスパイプ１は、その製造方法が限定されるものではなく、従来公知の製造方法を用いて製造することができる。たとえば、以下に示した製造方法で製造することができる。

まず、耐熱性金属よりなり、第１供給通路４ｆと第２供給通路４ｓとを区画した芯体２０および線材をらせん状に成形してなる係合体２１を準備する。そして、芯体２０の外周面２０ａに係合体２１を溶接で接合して芯金２が製造できる。

つづいて、ランスパイプ１の耐火物層３の外周形状を形成できる成形型の内部に芯金２を配置する。芯金２が配置された成形型の内部に耐火物材料を投入し、固化させる。このとき、耐火物材料は、水と調整剤等を混合したスラリーを調整し、このスラリーを成形型の内部に流し込むことで、成形型の内部に投入された。

これにより、芯金２の外周面をすき間なく耐火物層３が被覆したランスパイプ１が製造できた。

（第２実施形態）
本実施形態は、芯金２の係合体２１の形状が異なる以外は、第１実施形態と同様な構成のランスパイプ１である。本実施形態のランスパイプの芯金２を図４に示した。

本実施形態のランスパイプ１の芯金２は、第１実施形態のときと同様にして製造されたらせん状の線材を芯体２０の外周面２０ａにらせん状にのびた状態で固定した係合体２１をもつ。つまり、らせん状の線材の中心軸が芯体２０の外周面にそってらせん状にのびた状態で固定された構成である。

本実施形態のランスパイプ１も、第１実施形態の時と同様にして製造することができる。

（第３実施形態）
本実施形態は、芯金２の係合体２１の形状が異なる以外は、第１実施形態と同様な構成のランスパイプ１である。本実施形態のランスパイプの芯金２を図５に示した。

本実施形態のランスパイプ１の芯金２は、第１実施形態のときと同様に波状に成形した線材を芯体２０の外周面２０ａに、波の振幅が芯体２０の径方向にそってのびた状態で固定した係合体２１をもつ。

本実施形態のランスパイプ１も、第１実施形態の時と同様にして製造することができる。

（比較形態）
本比較形態は、係合体２１に替えてＶ字状のスタッド２２をもつこと以外は、第１実施形態と同様な構成のランスパイプ１である。本比較形態のランスパイプ１を図６〜７に示した。図６は図１に対応した縦断面図であり、図７は図６のＩＩ−ＩＩ線における断面図である。本比較形態において、Ｖ字状のスタッド２２は、Ｖ字状の両端部２２１，２２１が径方向外方に向きかつ中央の折り返し部２２０が芯体２０の外周面２０ａに接合して設けられている。本比較形態は、折り返し部２２０が第１実施形態の接合部に対応し、両端部２２１，２２１が非接合部に対応している。

本比較形態のランスパイプ１は、従来公知の構成をもつランスパイプであり、従来公知の製造方法で製造することができる。

（評価）
本発明のランスパイプの評価として、第１実施形態および比較形態のランスパイプ１を実際の溶鋼処理設備に設置し、溶鋼に不活性ガスを吹き込む処理を行い、処理後のランスパイプ１を目視で確認して評価した。

ほぼ同一の条件で処理を行ったところ、比較例のランスパイプ１には、ランスパイプ１の外周面に、周方向にのびる亀裂が確認できた。また、ランスパイプ１の外周面に発生した亀裂に起因したと思われる耐火物層３の溶損も確認できた。しかしながら、同じ処理を行った後の第１実施形態のランスパイプ１には、亀裂および溶損が確認されなかった。

その後、第１実施形態のランスパイプ１を用いた処理を続行した。比較例のランスパイプ１の耐火物層３に亀裂が発生した処理回数の２倍の処理を行っても、第１実施形態のランスパイプ１には、亀裂および溶損が確認されなかった。

つまり、第１実施形態のランスパイプ１は、従来のランスパイプより、耐熱衝撃性にすぐれた長寿命のランスパイプとなっていることがわかる。なお、本発明のランスパイプが上記の効果を発揮する理由については以下のように推測している。

比較形態のランスパイプ１に発生した亀裂は、芯金２が熱膨張を生じたことに起因すると考えられる。具体的には、比較形態のランスパイプ１を不活性ガスを吹き込むために溶鋼（金属溶湯）に浸漬すると、耐火物層３を介して芯金２に溶鋼の高熱が伝導する。この高熱により芯金２が熱膨張し、軸方向の長さが伸びる。芯金２の軸方向の長さが伸びると、結果として、Ｖ字状のスタッド２２の間の距離も追従して長くなる。Ｖ字状のスタッド２２の間の距離が伸びると、耐火物層３には、Ｖ字状のスタッド２２に固定された部分に、Ｖ字状のスタッド２２により応力が付与されるようになる。つまり、耐火物層３には、軸方向に応力が加わる。そして、この応力により、耐火物層３に亀裂が発生する。

しかしながら、第１実施形態のランスパイプ１は、耐火物層３を芯金２に固定するための係合体２１が軸方向に伸びたらせん状を有している。係合体２１がこのような形状となることで、芯体２０が軸方向に伸びても、係合体２１も追従してのび、耐火物層３に加わる応力が大きくならない。これにより、耐火物層３の損傷（亀裂の発生）が抑えられる。

また、場合によっては、係合体２１が芯体２０の伸びを規制することとなり、変形量が小さくなり、耐火物層３に加わる応力が小さくなる。

さらに、係合体２１も変形するため、耐火物層３には、係合体２１の変形による応力もはたらき、結果として、芯金２の熱膨張に起因する応力の集中が抑えられ、耐火物層３の亀裂の発生が抑えられる。

第１実施形態のランスパイプの構成を示した縦断面図である。 第１実施形態のランスパイプの構成を示した横断面図である。 第１実施形態のランスパイプの芯金を示した図である。 第２実施形態のランスパイプの芯金を示した図である。 第３実施形態のランスパイプの芯金を示した図である。 比較形態のランスパイプの構成を示した縦断面図である。 比較形態のランスパイプの構成を示した横断面図である。

符号の説明

１：ランスパイプ
２：芯金 ２０：芯体
２１：係合体 ２１０：接合部
２１１：非接合部 ２２：スタッド
３：耐火物層
４：供給通路

Claims (4)

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体と、該芯体の外周面に固定された係合体と、を有する芯金と、
   該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、
   該係合体は、該芯体の軸方向の異なる位置で該芯体に接合された複数の接合部と、隣接した該接合部を接続するとともに該芯体の外周面から間隔を隔てた位置に配置された非接合部と、をもつことを特徴とするランスパイプ。
2. 前記係合体は、らせん状あるいは波状に成形してなる線状部材である請求項１記載のランスパイプ。
3. 前記係合体は、前記芯金の軸方向に沿ってのびる状態で固定された請求項２記載のランスパイプ。
4. 前記係合体は、前記芯金の外周面をらせん状にのびる状態で固定された請求項２記載のランスパイプ。

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