JP2009046755A - ガス吹込みプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】酸素洗浄を行い易いガス吹込みプラグを提供する。
【解決手段】製鋼プロセスにおいて溶融金属中にガスを吹込むガス吹込みプラグ１であって、少なくともガス透過性耐火物層１０を含むプラグ本体４と、ガス透過性耐火物層１０にガスを供給するガス供給管９と、プラグ本体４の溶融金属に接する側の端面であるプラグ端面３０に、互いに離隔して非直線状に配設された三以上の突部５とを具備する。また、突部５は、略単一円周上に略等角度間隔で配設されるものとすることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、製鋼プロセスにおいて溶融金属中にガスを吹込むために使用されるガス吹込みプラグに関するものである。

製鋼プロセスでは、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のために、ガス透過性の耐火物を用いたガス吹込みプラグを取鍋の底部等に取付け、アルゴンや窒素などのガスを溶融金属中に吹込む処理が行われる。このガス吹込みプラグは、多孔質の定形耐火物層により構成されたポーラスプラグと、緻密な不定形耐火物層にスリット状の空隙が形成されたスリットプラグとに大別され、多孔質層中の連通気孔や緻密質層中のスリット状の空隙がガスを流通させる経路となる。このようなガス流通経路は、一方で溶融金属が浸入する経路ともなるため、浸入した金属が冷えて固化することによって塞がれ、ガス透過性が損なわれることがある。

そこで、溶融金属を排出した後の高温状態で、ガス吹込みプラグに酸素を吹き付ける酸素洗浄が行われる。これは、酸素を吹き付けることにより、耐火物層中に浸入した金属を強制的に酸化させると共に、酸化反応に伴う大きな発熱によって耐火物層の表層を変質させるものであり、ガス吹込みプラグ内のガス流通経路を介してアルゴン等のガスを吹込みつつプラグの外部から酸素を吹き付けることによって酸化層及び変質層が吹き飛ばされ、新たな耐火物層面が露呈して、ガス透過性が回復する。

このような酸素洗浄を行い易くするために、従来、図８に示すように、溶融金属に接する側の端面に凹部１０１を形成し、この凹部１０１に溶融金属を溜めて酸素洗浄の際の火種とするガス吹込みプラグ１００が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

実公平７−２１５６１号公報

しかしながら、酸素洗浄を行い易くすることを意図した従来のガス吹込みプラグ１００では、凹部１０１に溜まった溶融金属が耐火物層１０２中に浸入し易く、かえって酸素洗浄の度合いが増し、酸素洗浄に時間を要すると共にガス吹込みプラグの損耗が大きくなるおそれがあった。

また、ガス吹込みプラグの酸素洗浄は、通常、取鍋から溶融金属を排出させた後、図９に示すように、ガス吹込みプラグ１１０が取り付けられた状態の取鍋Ｆを横倒しにし、ガス吹込みプラグ１１０の近傍までパイプＰの先端を近付けて酸素を噴出させることにより行われる。このとき、取鍋Ｆはまだ１４００〜１７００℃という極めて高温の状態にあるため、作業者は長いパイプＰを用いて、取鍋Ｆから離れた位置から酸素の吹き付け作業を行う。そのため、長いパイプＰがたわみ、ガス吹込みプラグ１１０に酸素を集中的に当てることが難しく、ガス吹込みプラグ１１０の周囲に配設されている羽口レンガ１１１等にも酸素を吹き付けてしまい、羽口レンガ１１１等が損耗するという問題があった。また、作業中、ガス吹込みプラグ１１０に的を絞った状態にパイプＰを保持することは、作業者にとって過大な負担であった。

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、酸素洗浄を行い易いガス吹込みプラグ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吹込みプラグは、「製鋼プロセスにおいて溶融金属中にガスを吹込むガス吹込みプラグであって、少なくともガス透過性耐火物層を含むプラグ本体と、前記ガス透過性耐火物層にガスを供給するガス供給管と、前記プラグ本体の溶融金属に接する側の端面であるプラグ端面に、互いに離隔して非直線状に配設された三以上の突部とを」具備している。

「プラグ本体」は、ガス透過性耐火物層のみで構成することもできるが、その他に、ガス透過性に乏しい耐火物層やガス透過性耐火物層を保護する層などを備えるものとすることもできる。また、「プラグ端面」はガス透過性耐火物層の端面のみに限定されず、プラグ本体がガス透過性耐火物層以外の構成を含む場合は、それらの構成も含めたプラグ本体の全体において、溶融金属と接することとなる側の端面を指している。

「ガス透過性耐火物層」としては、多孔質の定形耐火物層、不定形耐火材料を用いて形成された緻密質耐火物層にガス流通経路としてスリット状の空隙が形成された耐火物層、及び、両者を複合させた耐火物層を例示することができる。

ここで、ガス透過性耐火物層を構成させる耐火材料の種類は特に限定されず、例えば、アルミナ質、スピネル質、アルミナ−シリカ質、アルミナ−スピネル質、アルミナ−マグネシア質、アルミナ−カーボン質、マグネシア−カーボン質、アルミナ−クロム質、マグネシア−クロム質等の耐火材料を使用することができる。

「突部」の形状は特に限定されず、円柱状、四角柱状、側面が湾曲した柱状等とすることができる。また、プラグ端面に設けられた突部は溶融金属と接することとなるため、耐火材料で構成されることが望ましい。なお、突部は、ガス透過性耐火物層などのプラグ本体を構成する耐火物層の成形後に、これと一体化される構成であっても良いが、プラグ本体を構成する耐火物層と突部とが一体的に形成されるものとすれば、脱落し難い安定な突部となり好適である。例えば、突部の形状に対応した凹凸を有する型を用い、耐火材料を圧縮成形した後焼成して突部の形成された定形耐火物層とすることができる。或いは、同様の型にキャスタブル耐火材料の泥しょうを鋳込み成形することにより、突部の形成された不定形耐火物層とすることができる。或いは、定形耐火物層または不定形耐火物層の形成後に、切削加工等によって突部を形成することもできる。

本発明によれば、上記の構成により、プラグ端面に三以上の突部が非直線状に設けられているため、それらの突部の内方に空間が形成される。そして、その空間内に、酸素洗浄を行うために酸素を供給するパイプ（以下、単に「酸素パイプ」という）の先端を入れるよう操作することにより、突部でパイプの先端を支持させることができる。これにより、長い酸素パイプを離れた位置から操作しても、ガス吹込みプラグに集中的に酸素ガスを吹き付けることが容易となる。また、酸素パイプの先端が突部によって支持されるため、長いパイプがたわんでも酸素をガス吹込みプラグに当て易く、かつ、酸素ガスをガス吹込みプラグ向けて噴出させる状態を保持し易いものとなる。

ここで、酸素パイプの先端をガス吹込みプラグによって支持させるために、プラグ端面に凹部を形成することも想定し得る。しかしながら、その場合は上述のように、凹部に溶融金属が溜まり、ガス吹込みプラグの内部に金属が浸入し易いものとなる。これに対し、本発明では、三以上の突部が「互いに離隔して」設けられているため、突部間の間隙を介して溶融金属が流通することができ、プラグ端面上に溶融金属が滞留することを防止することができる。

本発明にかかるガス吹込みプラグは、「前記突部は、略単一円周上に略等角度間隔で配設されている」ものとすることができる。

上記の構成により、本発明によれば、三以上の突部が単一の円周上にほぼ位置することとなるため、通常は円管である酸素パイプを支持するために、より適したものとなる。また、三以上の突部が略等角度間隔に設けられているため、ガス吹込みプラグを取鍋へ取り付ける向きや、酸素洗浄の際に取鍋が倒される方向によらず、突部によって酸素パイプの先端を支持し易いものとなる。

本発明にかかるガス吹込みプラグは、「前記突部は、少なくとも内側面が前記プラグ端面の平面視において略円弧状に形成されている」ものとすることができる。

「内側面」は、非直線状に配された三以上の突部のそれぞれにおいて、プラグ端面の中心側を向いた側面を指している。また、「略円弧状」の円弧は、プラグ端面の中心を中心点とする円弧とすれば好適である。なお、内側面が平面視で円弧状であれば、外側面の形状は特に限定されないが、例えば外側面も内側面と同心の円弧状とし、平面視断面が扇形の柱状に突部を形成することができる。

上記の構成により、本発明によれば、通常は円管である酸素パイプの外周面に突部の円弧状の内側面が沿い易い。そのため、突部によって酸素パイプの先端を安定的に支持することができる。

本発明にかかるガス吹込みプラグは、「前記プラグ本体は、前記ガス透過性耐火物層の側周面を被覆するスリーブ層を更に具備し、前記突部は、少なくとも前記スリーブ層における前記プラグ端面に配設されている」ものとすることができる。

「スリーブ層」は、不定形耐火物層、緻密質の定形耐火物層、或いは、多孔質の定形耐火物層で構成させることができる。通常、ガス吹込みプラグを取鍋に取り付ける場合、取鍋の底の羽口レンガ（受けレンガ）に設けられた孔部に、ガス吹込みプラグが嵌め込まれるが、スリーブ層を設けることにより、ガス透過性耐火物層を保護しつつ羽口レンガに固定できると共に、羽口レンガの孔部の損傷が抑制される。

また、スリーブ層は、ガス透過性耐火物層の「側周面」を被覆する構成であるため、ガス透過性耐火物層において溶融金属側となる端面（以下、単に「ガス透過層端面」という）と、スリーブ層において溶融金属側となる端面（以下、単に「スリーブ層端面」とは同一面を構成する。すなわち、プラグ端面は、ガス透過層端面とスリーブ層端面とを含んで構成される。ここで、突部が「少なくとも前記スリーブ層における前記プラグ端面に」設けられる場合としては、全ての突部がスリーブ層端面に設けられる場合、スリーブ層端面に設けられた突部とガス透過層端面に設けられた突部との両方が存在する場合、単一の突部がスリーブ層端面とガス透過層端面との両方に跨るように位置する場合を例示することができる。

上記の構成により、本発明によれば、突部が主にスリーブ層端面に設けられるため、ガス透過層端面のうち突部によって占められる面積がない、または少ないものとなる。これにより、溶融金属中にガスを吹込む作用を奏するガス透過層端面の面積を確保し易いものとなる。また、突部を主にスリーブ層端面に設けることにより、突部に支持された酸素パイプから噴出するガスを、ガス透過層端面のうちの広い面積に当て易く、ガス透過性耐火物層を充分に酸素洗浄し易いものとなる。

また、突部をスリーブ層端面のみに設けた場合は、それぞれの突部はプラグ端面において外周近くに設けられることとなる。従って、この場合は突部によって形成される内方の空間が広いものとなり、離れた位置から酸素パイプの先端を突部に支持させる操作を、より容易に行うことができる。

以上のように、本発明の効果として、酸素洗浄を行い易いガス吹込みプラグを提供することができる。

以下、本発明の第一実施形態であるガス吹込みプラグについて、図１乃至図３に基づいて説明する。ここで、図１は第一実施形態のガス吹込みプラグの構成を示す平面図及び縦断面図であり、図２は突部に酸素パイプを支持させた状態を説明する説明図であり、図３は第一実施形態のガス吹込みプラグの他の例を示す平面図である。なお、図１（ｂ）は図１（ａ）平面図におけるＡ−Ａ線断面図であり、図１（ｄ）は図１（ｃ）平面図におけるＢ−Ｂ線断面図である。また、各図は概略図であり、ガス吹込みプラグの形状や寸法比を正確に表示したものではない。

第一実施形態のガス吹込みプラグ１は、製鋼プロセスにおいて溶融金属中にガスを吹込むガス吹込みプラグであって、少なくともガス透過性耐火物層１０を含むプラグ本体４と、ガス透過性耐火物層１０にガスを供給するガス供給管９と、プラグ本体４の溶融金属に接する側の端面であるプラグ端面３０に、互いに離隔して非直線状に配設された三以上の突部５とを具備している。

より詳細に説明すると、第一実施形態のプラグ本体４はガス透過性耐火物層１０のみによって構成され、ガス透過性耐火物層１０は略載頭円錐形状に形成されている。また、ガス透過性耐火物層１０においてプラグ端面３０とは反対側の端部である底部端部６は、ガスプール部７を介してガス供給管９と接続されている。更に、ガス透過性耐火物層１０の側周面は鉄皮８によって被覆され、この鉄皮８はガスプール部７を介して底部端部６をも被覆すると共にガス供給管９を支持し、ガス供給管９がガスプール部７に連通した状態を保持している。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、突部５はそれぞれ円柱状に三つが形成され、プラグ端面３０の中心と同心の単一円周上にほぼ等角度間隔で設けられている。これにより、取鍋を横倒しにして酸素洗浄を行う際は、図２（ａ）に模式的に例示するように、円管状の酸素パイプＰの先端（図示、二点鎖線）を突部５間の空間に位置させ、突部５によって支持することができる。なお、突部の高さは、例えば５〜２０ｍｍとすることができる。

また、突部５は、図１（ｃ）及び図１（ｄ）に示すように、内側面５ａ及び外側面５ｂが共に円弧状に形成された平面視断面扇形の柱状に形成することもできる。本例においても各突部５はプラグ端面３０の中心と同心の単一円周上に、ほぼ等角度間隔で設けられており、かつ、内側面５ａ及び外側面５ｂは、プラグ端面３０の中心を中心点とする円弧とされている。酸素洗浄を行う際は、図２（ｂ）に例示するように、突部５の円弧状の内側面５ａが酸素パイプＰの外周面に沿い易いため、突部５によって安定的に酸素パイプＰを支持することができる。

更に、突部５の数は三つに限定されず、例えば図３（ａ）に示すように、四つを設けることもできる。また、プラグ端面３０における突部５の位置も上記の例に限定されるものではなく、例えば図３（ｂ）に示すように、プラグ端面３０の外周に沿うように突部５を設けることができる。これにより、突部５の内方の空間が広くなり、酸素パイプの先端をこの空間内に入れて突部５に支持させる操作がし易いものとなる。また、酸素パイプの径が大きい場合にも、対応することができる。

次に、本発明の第二実施形態であるガス吹込みプラグ２について、図４乃至図７を用いて説明する。ここで、図４は第二実施形態のガス吹込みプラグ２の構成を示す平面図及び縦断面図であり、図５は第二実施形態のガス吹込みプラグ２の他の例を示す平面図であり、図６は第二実施形態のガス吹込みプラグ２の更に他の例を示す平面図及び縦断面図であり、図７は図６のガス吹込みプラグ２の製造方法を説明する説明図である。なお、図４（ｂ）は図４（ａ）平面図におけるＸ−Ｘ線断面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）平面図におけるＹ−Ｙ線断面図である。また、第一実施形態と同様の構成については詳細な説明は省略し、同一の符号を用いて説明する。

第二実施形態における第一実施形態との相違は、プラグ本体４がガス透過性耐火物層１０に加え、ガス透過性耐火物層１０の側周面を被覆するスリーブ層２０を具備している点である。より詳細には、図４（ａ），（ｂ）に示すように、スリーブ層２０は鉄皮８を介してガス透過性耐火物層１０の側周面を被覆しており、ガス透過性耐火物層１０の底部端部６も、ガスプール部７及び鉄皮８を介してスリーブ層２０によって被覆されている。図４では、図１（ｃ），（ｄ）を用いて説明したガス吹込みプラグ１が、更にスリーブ層２０を備えるガス吹込みプラグ２とされた場合を例示しているが、このように、スリーブ層２０を備える場合であっても突部５はガス透過層端面３１に設けることができる。

一方、図５（ａ），（ｂ）にそれぞれ平面図を示すように、突部５をスリーブ層端面３２のみに設けられる構成とすることもできる。ここで、図５（ａ）は円柱状の突部５を五つ設けた場合、図５（ｂ）は平面視断面が扇形の突部５を三つ設けた場合を例示している。このように、突部５をスリーブ層端面３２にのみ設けることにより、突部５の内方の空間がより広くなり、酸素パイプの先端をこの空間内に入れて突部５に支持させる操作がより容易なものとなる。加えて、突部５に支持された酸素パイプから噴出した酸素が、ガス透過層端面３１のほぼ全面に当たり易く、ガス透過性耐火物層１０を充分に酸素洗浄することができる。

更に、図６（ａ），（ｂ）に示すように、それぞれの突部５がガス透過層端面３１とスリーブ層端面３２との両方に位置するように設けることもできる。このようにすることにより、突部５の厚みを大きく設定することができ、仮に酸素洗浄の際に酸素パイプの先端が衝突した場合であっても、損傷し難い強固な構成とすることができる。

このようにガス透過層端面３１及びスリーブ層端面３２の両方に位置するように突部５が設けられたガス吹込みプラグ２は、例えば、次のように製造することができる。まず、突部５の形状に対応する凹凸を有する成形型Ｍに、突部５の高さに対応する深さまでキャスタブル耐火材料の泥しょうＣを流し込む（図７（ａ），（ｂ）参照）。次に、ガス供給管９及び鉄皮８が取り付けられたガス透過性耐火物層１０を成形型Ｍ内にセットし（図７（ｃ）参照）、更に泥しょうＣを流し込む（図７（ｄ）参照）。その後、乾燥させ脱型することにより、図６に示したガス吹込みプラグ２が得られる（図７（ｅ）参照）。

上記のように、第一実施形態のガス吹込みプラグ１及び第二実施形態のガス吹込みプラグ２によれば、酸素パイプの先端を突部５によって支持させることができるため、長いパイプがたわんでも酸素をガス吹込みプラグ１，２に集中的に当て易く、かつ、その状態を容易に保持することができる。

また、溶融金属は互いに離隔した突部５間の間隙を自由に流通できるため、プラグ端面３０上に溶融金属が滞留して溶融金属が浸入するというおそれを生じさせることなく、プラグ端面３０上に酸素パイプの先端を支持させる構成を設けることができる。

更に、何れの実施形態においても複数の突部５が単一円周上にほぼ等角度間隔で設けられているため、突部５による酸素パイプの支持に、方向性がないものとなっている。

また、突部５が平面視断面扇形に形成された場合は、酸素パイプが突部５の内側面５ａに安定的に支持される。

加えて、突部５をスリーブ層端面３２のみに設けた場合は、離れた位置から酸素パイプの先端を突部５に支持させる操作が容易なものとなると共に、ガス透過性端面３２に全面的に酸素を吹き付けることができ、ガス透過性耐火物層１０を充分に酸素洗浄し易いものとなる。

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、何れの実施形態でもガス透過性耐火物層が単一層の場合を図示したが、これに限定されず、ガス透過性の異なる複数のガス透過性耐火物層の複合層とすることもできる。

また、第二実施形態では、キャスタブル耐火材料を用いてスリーブ層を鋳込み成形する場合を例示したが、これに限定されず、多孔質や緻密質の定形耐火物層でスリーブ層を構成させることもできる。

更に、第二実施形態では、鉄皮をガス透過性耐火物層とスリーブ層との間に介在させる場合を例示したが、これに限定されず、ガス透過性耐火物層を直接スリーブ層で被覆し、更にその外側を鉄皮で被覆する構成とすることもできる。

第一実施形態のガス吹込みプラグの構成を示す平面図及び縦断面図である。 突部に酸素パイプを支持させた状態を説明する説明図である。 第一実施形態のガス吹込みプラグの他の例を示す平面図である。 第二実施形態のガス吹込みプラグの構成を示す平面図及び縦断面図である。 第二実施形態のガス吹込みプラグの他の例を示す平面図である。 第二実施形態のガス吹込みプラグの更に他の例を示す平面図及び縦断面図である。 図６のガス吹込みプラグの製造方法を説明する説明図である。 酸素洗浄を行い易くすることを意図した従来のガス吹込みプラグの構成を示す側面図である。 酸素洗浄について説明する説明図である。

符号の説明

１，２ ガス吹込みプラグ
４ プラグ本体
５ 突部
７ ガスプール部
８ 鉄皮
９ ガス供給管
１０ ガス透過性耐火物層（プラグ本体）
２０ スリーブ層（プラグ本体）
３０ プラグ端面
３１ ガス透過層端面（プラグ端面）
３２ スリーブ層端面（プラグ端面）

Claims (4)

1. 製鋼プロセスにおいて溶融金属中にガスを吹込むガス吹込みプラグであって、
   少なくともガス透過性耐火物層を含むプラグ本体と、
   前記ガス透過性耐火物層にガスを供給するガス供給管と、
   前記プラグ本体の溶融金属に接する側の端面であるプラグ端面に、互いに離隔して非直線状に配設された三以上の突部と
   を具備することを特徴とするガス吹込みプラグ。
2. 前記突部は、略単一円周上に略等角度間隔で配設されていることを特徴とする請求項１に記載のガス吹込みプラグ。
3. 前記突部は、少なくとも内側面が前記プラグ端面の平面視において略円弧状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス吹込みプラグ。
4. 前記プラグ本体は、前記ガス透過性耐火物層の側周面を被覆するスリーブ層を更に具備し、
   前記突部は、少なくとも前記スリーブ層における前記プラグ端面に配設されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一つに記載のガス吹込みプラグ。

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