JP2009041075A - ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ガス供給源から供給されたガスをガス吹込みプラグに供給しつつ、タンク内にガスを充分かつ速やかに充填することが可能なガス供給装置を提供する。
【解決手段】ガス供給装置１は、タンク４０と、上流側継手１１と下流側継手１５とを接続した主管路１０と、一端が主管路に第一接続部１２で接続され他端がタンクに接続された第一副管路２１と、一端が第二接続部１４で主管路に接続され他端が第一副管路に接続された第二副管路２２と、主管路のガスの流通を第一接続部から第二接続部に向かう方向に規制する第一逆止弁３１と、第一副管路のガスの流通を第一接続部からタンクに向かう方向に規制する第二逆止弁３２と、第二副管路のガスの流通をタンクから第二接続部に向かう方向に規制する第三逆止弁３３と、第一接続部より下流側で主管路におけるガスの流通抵抗を増加させる絞り抵抗管１３と、第二副管路２２に設けられた圧力調整弁５１とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ガス供給装置に関するものであり、特に、製鋼プロセスにおいて取鍋に取付けられたガス吹込みプラグにガスを供給するガス供給装置に関するものである。

製鋼プロセスでは、取鍋の底部等に取り付けられたガス吹込みプラグ（以下、単に「プラグ」と称することがある）を介して、アルゴンや窒素などのガスを取鍋に収容された溶融金属中に吹き込む処理が行われる。これにより、溶融金属の撹拌、温度調整、非金属成分の除去反応の促進等が行われる。ここで、プラグには、多孔質の定形耐火物層を有するポーラスプラグや、緻密な不定形耐火物層にスリット状の細孔が形成されたスリットプラグがあり、多孔質層の細孔やスリット状の細孔を介してガスが流通する。

一般的に上記の処理が終了すると、溶融金属を収容した取鍋は鋳造工程のために別の場所まで運搬され、取鍋から溶融金属が排出された後、残留した溶融金属等を取鍋から除去し洗浄する処理が行われる。その一連の処理の間、プラグはガス供給源と切り離されることとなるため、ガスが流通していない状態の細孔に溶融金属が浸入し易い。そのため、浸入した金属が冷えて固化することにより、プラグの細孔が塞がれ、プラグのガス透過性が損なわれてしまうという問題があった。

そこで、従来、取鍋に取り付けたタンクにガスを加圧状態で蓄えておき、ガス供給源と切り離されているときは、このタンクからプラグにガスを供給することが提案されている（例えば、特許文献１，特許文献２）。これらの発明は、プラグへのガスの供給に先立ってタンクへガスを充填する方式と（特許文献１）、プラグにガスを供給しつつタンクにガスを充填する方式（特許文献２）に大別される。

前者では、図５（ａ）に示すように、初期段階では三ポートバルブ５０１の切り替えにより、ガス供給源１００からタンク５０２にガスが流入する。そして、タンク５０２の圧力が予め設定された圧力に達すると、パイロット用配管５０３のパイロット作用により三ポートバルブ５０１が切り替えられ、ガス供給源１００から主配管５０４を介してガスが流通し、取鍋３００に取り付けられたプラグ２００にガスが供給される。その後、ガス供給源１００が主配管５０４から切り離されると、高圧側の入口が出口に接続されるシャトル弁５０５の切り替えによって、タンク５０２からプラグ２００にガスが供給される。一方、後者では、図５（ｂ）に示すように、ガス供給源１００から供給されたガスは、主配管６０１に流通すると同時に主配管６０１から分岐した副配管６０２をも流通可能であり、プラグ２００にガスを供給しながらタンク６０３にもガスを充填することができる。

両者の何れにおいても、ガス供給源が切り離されているときに、タンクに蓄えられたガスをプラグに供給することができるため、プラグの細孔に溶融金属が浸入することを抑止することができる。また、タンクは取鍋と共に移動させることができるため、工場内の処々にガス供給源を設ける必要がなく、タンクとその周辺の配管という簡易な構成で、継続してプラグにガスを供給することが可能となる。

特許第２８４４３２２号公報 特開２００３−２３９０１０号公報

しかしながら、取鍋に溶融金属を注入している間についても、プラグからガスを吹き出させてプラグへの溶融金属の浸入を防止したいという要請があり、プラグへのガスの供給に先立ってタンクへガスを充填する場合は（特許文献１）、まずタンクにガスが充填されて所定の圧力に達し、タンク側からプラグ側にガスの流路が切り替えられるまでは、取鍋への溶融金属の注入を開始することができず、効率の点で改善の余地があった。

一方、プラグへガスを供給しつつタンクにガスを充填可能な場合は（特許文献２）、ガス供給源からガスの供給を開始し、未だタンクにガスが充填されていない時点から、プラグからガスを吹き出させつつ取鍋に溶融金属を注入することが可能であるため、効率的である反面で、タンクにガスを充分に蓄えることができないおそれがあった。すなわち、ガス供給源の圧力とプラグを流通するガスの圧力との差に応じてタンクにガスが供給されるのであるが、プラグを流通するガスの圧力は、プラグのガス透過性や取鍋に収容された溶融金属から加えられる圧力に影響を受ける。そのため、プラグ方向にガスを流通させる主配管に主にガスが流通してしまい、タンクには充分なガスが充填されず、タンク内の圧力も低くとどまることがあった。その場合、ガス供給源が切り離された後に、タンクからプラグにガスを供給できる時間が短いものとなるため、上記の一連の処理が終了しない内にガス切れとなって、プラグの細孔に溶融金属が浸入し、プラグのガス透過性が悪化してガスの吹き込みに支障をきたしたり、繰り返し使用が可能な回数が少なくなることがあった。また、それを防ぐためには、処理の途中でタンクにガスを再充填する必要が生じ、煩雑であった。更に、主配管に主にガスが流通することにより、タンクに充分なガスが蓄えられえるまでに時間がかかるというおそれもあった。

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、ガス供給源から供給されたガスを加圧状態で蓄え、ガス供給源が切り離された際にガス吹込みプラグにガスを供給可能なガス供給装置であって、ガス供給源から供給されたガスをガス吹込みプラグに供給しつつ、タンク内にガスを充分かつ速やかに充填することが可能なガス供給装置の提供を、課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかるガス供給装置は、「ガス供給源から供給されたガスを加圧状態で蓄え、ガス供給源が切り離された際にガス吹込みプラグにガスを供給可能なガス供給装置であって、ガスを収容可能なタンクと、一端がガス供給源と接続可能な上流側継手と接続され、他端がガス吹込みプラグへガスを供給するプラグ用供給管と接続可能な下流側継手と接続された主管路と、一端が前記主管路に第一接続部で接続され、他端が前記タンクに接続された第一副管路と、一端が前記第一接続部と前記下流側継手との間の第二接続部で前記主管路に接続され、他端が前記第一副管路に接続された第二副管路と、前記主管路に設けられ、ガスの流通を前記第一接続部から前記第二接続部に向かう方向に規制する第一逆止弁と、前記第一副管路に設けられ、ガスの流通を前記第一接続部から前記タンクに向かう方向に規制する第二逆止弁と、前記第二副管路に設けられ、ガスの流通を前記タンクから前記第二接続部に向かう方向に規制する第三逆止弁と、前記第一接続部より下流側で前記主管路に設けられ、前記主管路におけるガスの流通抵抗を増加させる抵抗付与部と、前記第二副管路に設けられ、前記抵抗付与部より下流側で前記主管路を流通するガスの圧力より前記第二副管路を流通するガスの圧力を小とすることが可能な圧力調整弁とを」具備している。

「ガス」は、一般的にアルゴンや窒素などの不活性ガスが用いられる。

「抵抗付与部」としては、主管路の一部で管の内径を縮小させた構成、主管路の一部を蛇行させた構成、弁体の位置によりガスの流量を連続的に減少させる絞り弁を例示することができる。或いは、第一接続部と第二接続部との間で全長にわたり主管路の内径を縮小させることにより、この区間における主管路の全体で抵抗付与部を構成させることもできる。

「第二副管路」は、タンクから流出したガスを下流側で主管路に導入する構成であり、主管路と接続された端部とは反対側の端部は、第一副管路に接続させる。なお、「ガスの流通を第一接続部から前記タンクに向かう方向に規制する第二逆止弁」が第一副管路に設けられる位置は、第二副管路及び第一副管路の接続部と第一接続部との間となる。

上記の構成により、本発明によれば、抵抗付与部を設けたことにより、第一接続部より下流側で主管路におけるガスの流通に対する抵抗が増加させられているため、ガス供給源より供給されたガスのうち、第一接続部から更に主管路を経て下流側に向かうことなく、第一接続部から分岐している第一副管路に流入するガスの割合が増加する。そして、第二副管路に設けられた圧力調整弁によって、抵抗付与部より下流側で主管路を流通するガスの圧力より第二副管路を流通するガスの圧力の方が小さくなるように調整できるため、第一副管路に流入したガスは第二副管路側に流入することが抑止され、タンクに向かって流通する。これにより、第一副管路を介してタンクにガスが供給され易いものとなり、タンクを加圧しつつ充分かつ速やかにガスを充填することが可能となる。

また、本発明にかかるガス供給装置は、「前記抵抗付与部は、前記主管路の内径を縮小させた絞り抵抗管によって構成されている」ものとすることができる。

「絞り抵抗管」の絞りは、オリフィス絞りであってもチョーク絞りであっても良い。また、絞り抵抗管の数は一つに限定されず、複数個を直列に設けることもできる。

上記の構成により、本発明によれば、主管路を縮径させるという極めて簡易な構成により、主管路におけるガスの流通抵抗を増加させることができる。

本発明にかかるガス供給装置は、「前記第一副管路の内径は、第一接続部より下流側の前記主管路の内径以上である」ものとすることもできる。

「内径」は直径であっても半径であっても良いが、第一副管路の内径と主管路の内径とは、直径同士または半径同士で対比する。また、上記のように主管路の一部に抵抗付与部を設けた場合、「第一接続部より下流側の主管路の内径」は、抵抗付与部を除く主管路の内径を指している。

上記の構成により、本発明によれば、ガスをタンクに導く第一副管路の内径が、主管路の内径と同一またはそれより大であり、主管路には上記のように抵抗付与部が設けられているため、ガス供給源から上流側継手を介して供給されたガスは、主管路を経て下流側継手に向かう方向よりも、第一副管路を経てタンクに向かう方向に流通し易いものとなる。これにより、タンクへの充分かつ速やかなガスの充填を、より確実に行うことができる。

以上のように、本発明の効果として、ガス供給源から供給されたガスを加圧状態で蓄え、ガス供給源が切り離された際にガス吹込みプラグにガスを供給可能なガス供給装置であって、ガス供給源から供給されたガスをガス吹込みプラグに供給しつつ、タンク内にガスを充分かつ速やかに充填することが可能なガス供給装置を提供することができる。

以下、本発明の最良の一実施形態であるガス供給装置について、図１乃至図３に基づいて説明する。ここで、図１は本発明の一実施形態であるガス供給装置の構成を示す配管図であり、図２は図１のガス供給装置の使用状態及びガスの流れを説明する説明図であり、図３は他の実施形態のガス供給装置の構成を例示する説明図である。

本実施形態のガス供給装置１は、図１及び図２に示すように、ガスを収容可能なタンク４０と、一端がガス供給源１００と接続可能な上流側継手１１と接続され、他端がガス吹込みプラグ２００へガスを供給するプラグ用供給管２０５と接続可能な下流側継手１５と接続された主管路１０と、一端が主管路１０に第一接続部１２で接続され、他端がタンク４０に接続された第一副管路２１と、一端が第一接続部１２と下流側継手１５との間の第二接続部１４で主管路１０に接続され、他端が第一副管路２１に接続された第二副管路２２と、主管路１０に設けられガスの流通を第一接続部１２から第二接続部１４に向かう方向に規制する第一逆止弁３１と、第一副管路２１に設けられガスの流通を第一接続部１２からタンク４０に向かう方向に規制する第二逆止弁３２と、第二副管路２２に設けられガスの流通をタンク４０から第二接続部１４に向かう方向に規制する第三逆止弁３３と、第一接続部１２より下流側で主管路１０に設けられ、主管路１０におけるガスの流通抵抗を増加させる抵抗付与部と、第二副管路２２に設けられ、抵抗付与部１３より下流側で主管路１０を流通するガスの圧力より第二副管路２２を流通するガス圧の圧力を小とすることが可能な圧力調整弁５１とを具備している。

更に、本実施形態の抵抗付与部は、主管路１０の内径を縮小させた絞り抵抗管１３によって構成されている。加えて、本実施形態では、第一副管路２１の内径は主管路１０の内径以上に設定されている。具体的には、絞り抵抗管１３を除く主管路１０及び第一副管路２１は、呼び径２０Ａ（ＪＩＳ Ｇ３４５４）の管を用いて同径の設定とされ、絞り抵抗管１３は、呼び径１５Ａ（ＪＩＳ Ｇ３４５４）の管を用いて構成されている。

第二副管路２２は、第一副管路２１と第三接続部２３で接続されている。また、第二副管路２２には、第三接続部２３と第二接続部１４との間において圧力調整弁５１より下流側に流量調整弁５２が設けられており、圧力調整弁５１の上流側及び下流側には圧力計Ｐが、流量調整弁５２の上流側には流量計Ｆが設けられている。また、第一副管路２１において第三接続部２３よりタンク４０側にはリリーフ弁５９が設けられ、ガスの圧力が所定の値を超えた場合にガスが開放される構成となっている。なお、本実施形態では、ガス供給源１００の圧力１ＭＰａに対し、リリーフ弁５９の設定は０．９７ＭＰａとなっている。

次に、上記の構成のガス供給装置１の使用状態とガスの流れについて説明する。図２に示すように、ガス供給装置１の主管路１０は、下流側継手１５を介してプラグ用供給管２０５に接続される。ここで、プラグ用供給管２０５は、ガス吹込みプラグ２００（以下、単にプラグ２００と称する）の鉄皮２０１に支持され、プラグ２００を構成する耐火物層中の細孔とガスプール部を介して連通している。また、プラグ２００は、溶融金属３０１を収容する取鍋３００の底部に取り付けられている。

図２（ａ）に示すように、ガス供給源１００が上流側継手１１と接続されると、ガス供給源１００から供給されたガスは、図中に実線の矢印で示す方向に主管路１０を流通する。そして、第二副管路２２には第三逆止弁３３が設けられていることにより、第二接続部１４において主管路１０から第二副管路２２にガスが流入することが防止されているため、ガスは下流側継手１５を経てプラグ用供給管２０５に流入しプラグ２００に供給され、取鍋３００に収容された溶融金属３０１中に吹き込まれる。

上記のガスの流れと共に、ガス供給源１００から供給されたガスの一部は、図中に鎖線の矢印で示すように第一接続部１２から第一副管路２１に流入する。このとき、主管路１０では絞り抵抗管１３が配設されていることにより、ガスの流通に対する抵抗が増加させられているため、ガスは第一副管路２１に流入し易いものとなっている。加えて、本実施形態では第一副管路２１は主管路１０と同径の設定とされているため、主管路１０より第一副管路２１の方にガスが流入し易くなっている。そして、このとき、圧力調整弁５１によって、抵抗付与部１３より下流側で主管路１０を流通するガスの圧力より、第二副管路２２を流通するガスの圧力の方が小さくなるように調整される。そのため、ガスは第二接続部１４で主管路１０に合流することができないため、第一副管路２１に流入したガスが第二副管路２２側に流入することが抑止され、ガスはタンク４０に向かって流通する。これにより、効率的にタンク４０にガスを充填し、ガス供給源１００の圧力に近い高圧となるまで、充分かつ速やかにタンク４０内にガスを蓄えることができる。

取鍋３００が移動される場合など、図３（ｂ）に示すようにガス供給源１００が上流側継手１１から切り離されると、第一副管路２１においてタンク４０に向かう方向のガスの圧力が作用しなくなるため、タンク４０に蓄えられたガスはタンク４０から流出する。このとき、第一副管路２１には第二逆止弁３２が設けられており、第一接続部１２に向かう方向への流れが阻止されている。また、ガス供給源１００が切り離されていることにより主管路１０にもガスが流通しないため、第二副管路２２における圧力は圧力調整弁５１で減圧されてもなお主管路１０の圧力より高くなる。そのため、タンク４０から流出したガスは、図中に一点鎖線の矢印で示すように、第三接続部２３から第二副管路２２に流入し、更に第二接続部１４で主管路１０に流入する。このとき、第一逆止弁３１によって上流側に向かう流れが阻止されているため、ガスは下流側継手１５を経てプラグ用供給管２０５に流入しプラグ２００に供給される。

なお、ガス供給源１００が切り離されている状態でのプラグ２００へのガスの供給は、プラグ２００の細孔内への溶融金属３０１の浸入を抑止する目的で行われるため、プラグ２００に流通させるガスの圧力は溶融金属３０１を攪拌するためのガス吹き込み時ほど高圧である必要はなく、取鍋３００内に収容された溶融金属３０１から受ける圧力に抗し得る程度の圧力で足る。そこで、本実施形態では、高圧まで加圧されてタンク４０内に蓄えられたガスを、圧力調整弁５１及び流量調整弁５２で調整することにより、より長い時間タンク４０からプラグ２００にガスを供給することが可能な構成とされている。

上記のように、本実施形態のガス供給装置１によれば、絞り抵抗管１３を設けたことにより、主管路１０におけるガスの流通に対する抵抗が第一接続部１２より下流側で増加させられているため、上流側継手１１を介して主管路１０に流入したガスは、第一接続部１２から分岐している第一副管路２１に流通し易いものとなっている。加えて、本実施形態では、ガスをタンク４０に導く第一副管路２１の内径が、絞り抵抗管１３が設けられている主管路１０の内径と同径に設定されているため、ガスは主管路１０より第一副管路２１の方に流入し易いものとなっている。これにより、第一副管路２１を介してタンク４０に効率的かつ確実にガスを供給することができる。その結果、取鍋への溶融金属の注入時及び製錬時に、プラグ２００からガスを吹き出させながらタンク４０に充分かつ速やかにガスを蓄えることができ、ガス供給源１００が上流側継手１１から切り離された状態では、タンク４０からプラグ２００に長時間ガスを供給し、プラグ２００の細孔への溶融金属３０１の浸入を防止することができる。

しかも、本実施形態の抵抗付与部は、主管路１０を縮径させた絞り抵抗管１３という極めて簡易な構成であるため、メンテナンスの容易なガス供給装置１となると共に、コストを抑えてガス供給装置１を製造することが可能となる。

また、主管路１０にガスを流通させながらタンク４０にもガスを充填させる構成としては、図４に示すように、第二副管路２２の上流側の端部をタンク４０と接続し、ガス供給源１００が上流側継手１１に接続されてタンク４０にガスが供給されている間は、第二副管路２２に設けた開閉弁５０を閉じておく構成も想定し得る。これに対し、本実施形態では、第二副管路２２を第一副管路２１と接続させ、圧力調整弁５１に、ガス供給源１００が切り離された際にプラグに供給するガスの圧力を調整するという作用に加えて、ガス供給源１００が上流側継手１１に接続されている際に第一副管路２１から第二副管路２２へガスが流入することを抑止するという作用を兼ねさせている。これにより、開閉弁５０を設け、これを開閉するという操作を要することなく、図４の構成より極めて簡易な構成で、目的の作用を奏するものとなっている。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、上記の実施形態では、主管路と第一副管路の内径が同一である場合を例示したが、これに限定されず、主管路の内径より第一副管路の内径を大きく設定しても良い。その場合、図３に示すように、第一接続部より下流側の主管路を第一副管路より小径とし、第一接続部より上流側の主管路は第一副管路と同径またはそれ以上とすることができる。

本発明の一実施形態であるガス供給装置の構成を示す配管図である。 図１のガス供給装置の使用状態及びガスの流れを説明する説明図である。 他の実施形態のガス供給装置の構成を例示する説明図である。 本実施形態と対比した別発明の構成を示す説明図である。 従来のガス供給装置の構成を説明する説明図である。

符号の説明

１ ガス供給装置
１０ 主管路
１１ 上流側継手
１２ 第一接続部
１３ 絞り抵抗管（抵抗付与部）
１４ 第二接続部
１５ 下流側継手
２１ 第一副管路
２２ 第二副管路
２３ 第三接続部
３１ 第一逆止弁
３２ 第二逆止弁
３３ 第三逆止弁
４０ タンク
５１ 圧力調整弁
５２ 流量調整弁
５９ リリーフ弁
１００ ガス供給源
２００ プラグ（ガス吹込みプラグ）
２０５ プラグ用供給管

Claims (3)

1. ガス供給源から供給されたガスを加圧状態で蓄え、ガス供給源が切り離された際にガス吹込みプラグにガスを供給可能なガス供給装置であって、
   ガスを収容可能なタンクと、
   一端がガス供給源と接続可能な上流側継手と接続され、他端がガス吹込みプラグへガスを供給するプラグ用供給管と接続可能な下流側継手と接続された主管路と、
   一端が前記主管路に第一接続部で接続され、他端が前記タンクに接続された第一副管路と、
   一端が前記第一接続部と前記下流側継手との間の第二接続部で前記主管路に接続され、他端が前記第一副管路に接続された第二副管路と、
   前記主管路に設けられ、ガスの流通を前記第一接続部から前記第二接続部に向かう方向に規制する第一逆止弁と、
   前記第一副管路に設けられ、ガスの流通を前記第一接続部から前記タンクに向かう方向に規制する第二逆止弁と、
   前記第二副管路に設けられ、ガスの流通を前記タンクから前記第二接続部に向かう方向に規制する第三逆止弁と、
   前記第一接続部より下流側で前記主管路に設けられ、前記主管路におけるガスの流通抵抗を増加させる抵抗付与部と、
   前記第二副管路に設けられ、前記抵抗付与部より下流側で前記主管路を流通するガスの圧力より前記第二副管路を流通するガスの圧力を小とすることが可能な圧力調整弁と
   を具備することを特徴とするガス供給装置。
2. 前記抵抗付与部は、前記主管路の内径を縮小させた絞り抵抗管によって構成されていることを特徴とする請求項１に記載のガス供給装置。
3. 前記第一副管路の内径は、第一接続部より下流側の前記主管路の内径以上であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス供給装置。

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