JP2011144406A - ガス吹き込みランス - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性および長寿命化を更に図り得るガス吹き込みランスを提供する。
【解決手段】ガス吹き込みランスは、長手方向に延びる芯体２と、芯体２に被覆され金属溶湯Ｍに浸漬または接近する耐火物層３と、芯体２および耐火物層３のうちの少なくとも一方に設けられ第１ガスを溶湯に向けて吹き出す第１ガス吹出口４１をもつ第１ガス通路４とを有する。耐火物層３は、芯体２のうち金属溶湯に浸漬または接近する側の先端部２ｆに保持された定形れんが部３１と、少なくとも定形れんが部３１および芯体２を被覆するキャスタブル層３２とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は溶鋼等の金属溶湯に酸素ガスやアルゴンガス等のガスを吹き込むガス吹き込みランスに関する。

ガス吹き込みランスは、長手方向に延びる芯体と、芯体に被覆され金属溶湯に浸漬または接近する耐火物層と、芯体および耐火物層のうちの少なくとも一方に設けられ酸素ガスやアルゴンガス等のガスを金属溶湯に向けて吹き出す第１ガス吹出口をもつ第１ガス通路とを有する（特許文献１，２）。一般的には、耐火物層は芯体を被覆するキャスタブル層で形成されている。上記したランスによれば、耐久性を更に向上させることが要請されている。

特開２００８−１２１０７２号公報 特開２００８−１０１２４４号公報

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、耐久性および寿命を更に高め得るガス吹き込みランスを提供することを課題とする。

本発明に係るガス吹き込みランスは、長手方向に延びる芯体と、芯体に被覆され金属溶湯に浸漬または接近する耐火物層と、芯体および耐火物層のうちの少なくとも一方に設けられ第１ガスを金属溶湯に向けて吹き出す第１ガス吹出口をもつ第１ガス通路とを具備するランスにおいて、耐火物層は、芯体のうち金属溶湯に浸漬または接近する側の先端部に保持された定形れんが部と、少なくとも定形れんが部および芯体を被覆するキャスタブル層とを具備する。

ランスの使用時には、ランスの先端部は金属溶湯に浸漬または接近された状態で、第１ガス吹出口から第１ガスが金属溶湯に吹き出される。キャスタブル層は、流動性をもつスラリー状の耐火物を乾燥固化させたものである。定形れんが部は焼成工程を経ているため、一般的にはキャスタブル層よりも強度および耐熱性に優れている。このような定形れんが部がランスの先端部にキャスタブル層に被覆されつつ存在しているため、ランスのうち金属溶湯に浸漬または接近される先端部の耐久性および寿命を更に高め得る。

本発明によれば、耐久性および寿命を更に高め得るガス吹き込みランスを提供することができる。

実施形態１に係り、ランスの先端部を金属溶湯に挿入しつつ第１ガスおよび第２ガスを金属溶湯に吹き込んでいる状態を示す断面図である。 実施形態１に係り、ランスの先端部の軸線に対して直交する方向に沿って切断した横断面図である。 実施形態１に係り、ランスの先端部の軸線方向に沿って切断した縦断面図である。 実施形態２に係り、ランスの先端部の軸線に対して直交する方向に沿って切断した横断面図である。 実施形態２に係り、ランスの先端部の軸線方向に沿って切断した縦断面図である。 実施形態３に係り、ランスの先端部の軸線方向に沿って切断した縦断面図である。 実施形態４に係り、ランスの先端部の軸線方向に沿って切断した縦断面図である。

ガス吹き込みランスは、長手方向に延びる芯体と、芯体に被覆され金属溶湯に浸漬または接近する耐火物層と、芯体および耐火物層のうちの少なくとも一方に設けられ第１ガスを溶湯に向けて吹き出す第１ガス吹出口をもつ第１ガス通路とを有する。耐火物層は、金属溶湯に浸漬または接近するように芯体の先端部に保持された定形れんが部と、少なくとも定形れんが部を被覆するキャスタブル層とを有する。定形れんが部は焼成されているため、一般的にはキャスタブル層を形成するキャスタブル材よりも高い強度および高い耐溶損性をもつ。このためランスの先端部の耐久性および寿命を向上できる。

本発明の好ましい形態によれば、芯体は第１ガス通路をもつパイプ状をなしている。この場合、芯体の先端部の横断面は、芯体の先端部以外の部分に対して異なる異形状をなす異形状部を有する。この場合、定形れんが部は異形状部に嵌合されていることが好ましい。この場合、定形れんが部の回り止めを図り得、定形れんが部を芯体の先端部に安定的に保持できる。

好ましくは、定形れんが部を芯体に保持する保持力を高める保持要素が設けられている。この場合、定形れんが部を芯体に安定的に保持できる。好ましくは、吸熱作用（冷却作用）を発揮できる第２ガスを溶湯に向けて吹き出す第２ガス吹出口をもつ第２ガス通路が設けられており、芯体の軸長方向において、第２ガス通路は定形れんが部の位置を通過する。この場合、定形れんが部が冷却され、定形れんが部の過剰高温化が抑制され、定形れんが部の耐久性を向上できる。

（実施形態１）
図１〜図３は、本発明を適用した実施形態１の概念を示す。ガス吹き込みランス１は、溶鋼等の金属溶湯Ｍに酸素ガスまたはアルゴンガス等の第１ガスを吹き込むものである。ランス１は、長手方向に沿って延びる軸線Ｐ１を持つランス本体１１と、ランス本体１１の軸線Ｐ１に対して角度θで曲成されている軸線Ｐ２をもつ先端部１２とをもつ。ランス１は、長手方向に延びる金属（例えば鋼）製の芯体２と、芯体２の外周壁面側に被覆され少なくとも先端部が金属溶湯Ｍに浸漬される耐火物層３と、芯体２および耐火物層３のうちの少なくとも一方に設けられ第１ガスを金属溶湯Ｍに向けて吹き出す第１ガス吹出口４１をもつ第１ガス通路４とを有する。

第１ガスを吹き出す第１ガス吹出口４１は、ランス１の先端部１２の端面１２ｆにおいて開口する。芯体２は、互いに同軸的に配置された金属（例えば鋼）製の内パイプ５１および金属（例えば鋼）製の外パイプ５２を有する。芯体２を構成する内パイプ５１の内周壁面は、第１ガスが流れる第１ガス通路４を形成する。第１ガスは酸素ガスまたはアルゴンガスを採用できる。第１ガスが酸素ガスである場合には、金属溶湯Ｍに含まれる合金成分（例えばシリコン、炭素、マンガン、アルミニウム、リン、硫黄等）が酸化して酸化物が生成され、金属溶湯の組成が調整される。第１ガスがアルゴンガスである場合には、金属溶湯Ｍがアルゴンガスにより攪拌される。第１ガス通路４の他端部側には、第１ガスを第１ガス通路４に供給する第１ガス供給口が形成されている。第１ガス供給口は第１ガス供給源４００に繋がる。

耐火物層３は、金属溶湯Ｍに浸漬されるように芯体２の先端部２ｆに保持された定形れんが部３１と、少なくとも定形れんが部３１の外側を被覆するキャスタブル層３２とを有する。定形れんが部３１の材質は特に限定されるものではなく、アルミナ−クロム系、アルミナ系、マグネシア系等を例示できる。キャスタブル層３２は、流動性をもつスラリー状の耐火物を芯体３の外周壁面に被覆した状態で乾燥固化させたものである。定形れんが部３１の材質とキャスタブル層３２の材質とは同一でも良いし、異なる材質でも良い。

定形れんが部３１は焼成温度領域において焼成される焼成工程を経ているため、先端キャスタブル層３２２等のキャスタブル層３２よりも高い強度および高い耐溶損性をもつ。このため金属溶湯Ｍに対してランス１の先端部１２の耐久性を向上できる。キャスタブル層３２は、芯体２の長手方向において先端部１２以外の部位において芯体２の外周壁面に被覆された本キャスタブル層３２０と、本キャスタブル層３２０の先端側の先端キャスタブル層３２２とを有する。

本キャスタブル層３２０の外周面３２０ｐは軸線Ｐ１，Ｐ２の回りを包囲する。先端キャスタブル層３２２の外周面３２２ｐは軸線Ｐ１，Ｐ２の回りを包囲する。本キャスタブル層３２０は例えばアルミナ−シリカ系で形成されているが、これに限定されるものではない。先端キャスタブル層３２２は、本キャスタブル層３２０よりも高い耐溶損性をもつことが好ましい。耐溶損性の確保を考慮すると、先端キャスタブル層３２２は、例えば、アルミナ−クロム系、アルミナ−カーボン系、マグネシア−カーボン系で形成されていることが好ましい。但しこれに限定されるものではない。アルミナ−カーボン系、マグネシア−カーボン系等のようにカーボンが含有されていると、カーボンが金属溶湯に対して濡れ性が低いため、高い耐溶損性を発揮でき、耐久性および寿命を向上できる。更に、カーボンは高い伝熱性を有するため、キャスタブル層３２の均熱化に貢献でき、耐溶損性を高めるのに有利である。

定形れんが部３１は、芯体２の先端部２ｆの軸線Ｐ２回りを包囲する外周壁面３１１と、内周壁面３１２と、ランス１の先方に背向する第１軸端面３１３と、ランス１の先方に対面する第２軸端面３１４とをもつ。なお、図３から理解できるように、定形れんが部３１の外周壁面３１１は、ランス１の先端部１２の端面１２ｆに向かうにつれて外径が小さくなるような円錐面形状とされている。但し、外周壁面３１１は、ランス１の先端部１２の端面１２ｆから離れるにつれて外径が小さくなるような円錐面形状とされていても良い。定形れんが部３１は、焼成品、不焼成品、プレキャストブロック、プレキャストブロックを焼成したものでも良い。

ここで、図２は芯体２の先端部１２の軸線Ｐ２に対して直角方向に沿って切断された横断面を示す。芯体２の先端部１２の横断面は、芯体２の先端部１２以外の部分に対して異なる異形状をなす異形状部２２を有する。異形状部２２は、芯体２の横断面において、偏平化された長円形状をなしており、長径ＤＬおよび短径ＤＳをもつ。

定形れんが部３１の中央域には、芯体２の異形状部２２に嵌合される偏平化された異形孔３３０が形成されている。異形孔３３０は、芯体２の先端部１２の異形状部２２と同一形状、近似形状または相似形状をなす。浸漬時において、短径ＤＳは金属溶湯Ｍの深さ方向に沿っており、長径ＤＬは金属溶湯Ｍの湯面Ｍ１にほぼ沿う。このため湯面Ｍ１から芯体２の先端部２ｆまでの距離Ｈｘができるだけ確保され、湯面Ｍ１の過剰揺動が抑制される。場合によっては、浸漬時において、長径ＤＬは金属溶湯Ｍの深さ方向に沿っており、短径ＤＳは金属溶湯Ｍは湯面Ｍ１に沿うことにしても良い。更に、第１ガス吹出口４１の断面形状が真円である場合に比較して、第１ガス吹出口４１の開口断面も長円や楕円などの異形状となり、第１ガス吹出口４１の開口断面積も調整できるため、第１ガス吹出口４１から吹き出す第１ガスの吹込速度の調整も期待される。

定形れんが部３１は円盤ブロック状をなしており、定形れんが部３１の偏平化された異形孔３３０は、芯体２の先端部２ｆに形成されている偏平化された異形状部２２の外周側に嵌合されて保持されている。この場合、定形れんが部３１を芯体２の先端部２ｆに対して矢印Ｗ１方向（図３参照）に挿入する。定形れんが部３１の姿勢を確保する等のため、異形孔３３０の内壁面と異形状部２２の外周面との間には、モルタル等の耐火材料を装填することが好ましい。図３から理解できるように、芯体２の先端部２ｆは、ランス１の先端部１２の端面１２ｆから離れるにつれて拡径方向に傾斜する傾斜部２ｒをもつ。この場合、軸線Ｐ２が延びる方向において、芯体２の傾斜部２ｒにより定形れんが部３１が位置決めされる。更に傾斜部２ｒが形成されているため、冷却作用をもつ第２ガスが第２ガス通路６を流れるとき、第２ガスが外パイプ５２の傾斜部５２ｒに衝突したり接触したりする頻度が増加する。よって第２ガスによる冷却作用を外パイプ５２，先端キャスタブル層３２２，定形れんが部３１に伝熱でき、長寿命化に貢献できる利点が挙げられる。ここで、軸長方向において定形れんが部３１が外パイプ５２の傾斜部５２ｒ（第２ガスが接触する頻度が高い部分）に対向しているため、定形れんが部３１の冷却性および保護性を更に高め得る。

定形れんが部３１の異形孔３３０は、横断面において偏平形状の長円形状をなしており、長径ＤＬおよび短径ＤＳをもつ（図２参照）。定形れんが部３１の異形孔３３０および芯体２の異形状部２２が互いに嵌合される。このため定形れんが部３１が位置決めされ、芯体２の軸線Ｐ２の回りで空転することが止められ、定形れんが部３１の回り止めが図られる。これによりリング形状をなす定形れんが部３１が芯体２の先端部２ｆの外周側に安定的に保持される。この場合、定形れんが部３１の耐久性を高めるのに貢献できる。芯体２の先端部２ｆに定形れんが部３１が保持されている状態で、先端キャスタブル層３２２を構成する流動性をもつキャスタブル材を被覆させて乾燥固化させ、先端キャスタブル層３２２を形成することが好ましい。

冷却作用を発揮できる第２ガスを溶湯Ｍに向けて吹き出す第２ガス吹出口６１をもつ第２ガス通路６がランス１の内部に設けられている。第２ガスはプロパンガスとされていることが好ましいが、冷却作用を発揮できるガスであれば何でも良く、エタンガス、メタンガス等の炭化水素系ガスが挙げられ、アルゴンガス等の不活性ガスとしても良い。なお、プロパンガスは熱分解されると、吸熱作用（冷却作用）を果たし、その周囲を冷却させ、芯体２の先端部２ｆ付近を冷却させる。更に空気、アルゴンガス等の不活性ガスでも良い。吸熱作用（冷却作用）は、先端キャスタブル層３２２や定形れんが部３１の保護性を高めるためには、先端キャスタブル層３２２において発生することが好ましい。

第２ガス通路６は、内パイプ５１の外周壁面と外パイプ５２の内周壁面との間において芯体２の長手方向（軸線Ｐ１，Ｐ２が延びる方向）に沿って、第２ガスを通過させ得るように形成されている。第２ガス通路６は芯体２の軸線Ｐ１，Ｐ２の回りを１周するように周方向に沿って筒形状に形成されている。芯体２の長手方向において、第２ガス通路６は定形れんが部３１の設置位置Ｋ１を通過する。第２ガス通路６の第２ガス吹出口６１はランス１の先端部１２の端面１２ｆにおいて開口する。第２ガス通路６のうち金属溶湯Ｍと反対側の他端部側には、第２ガスを第２ガス通路６に供給する第２ガス供給口が形成されている。第２ガス供給口は第２ガス供給源６００に繋がる。この場合、第２ガス通路６を通過する第２ガスの吸熱反応により、定形れんが部３１の過剰高温化が抑制される。従って、定形れんが部３１の耐久性および寿命が向上される。定形れんが部３１は同一材質のキャスタブル材よりも緻密性を有するため、緻密性に起因する伝熱性を期待でき、定形れんが部３１の耐久性を高め得る。

本実施形態によれば、ランス１の使用時には、図１に示すように、ランス１の先端部１２が金属溶湯Ｍの内部に浸漬される。図１に示すように、浸漬時において、一般的には、ランス１の先端部は金属溶湯Ｍの湯面Ｍ１とほぼ平行に維持されることが好ましい。この状態で、酸素ガスまたはアルゴンガスからなる第１ガスが第１ガス通路４に供給される。第１ガスは、ランス１の先端部１２の端面１２ｆの第１ガス吹出口４１から、先端部１２の軸線Ｐ２に沿って金属溶湯Ｍに向けて吹き出される。前述したように第１ガスは酸素ガスまたはアルゴンガスが好ましい。第１ガスが酸素ガスである場合には、金属溶湯Ｍに含まれる合金成分（例えばシリコン、炭素、マンガン、アルミニウム、リン、硫黄等）が酸化して酸化物が生成され、金属溶湯の組成が調整される。第１ガスがアルゴンガスである場合には、金属溶湯Ｍがアルゴンガスにより攪拌される。酸化熱により反応部分が昇温され易い。また冷却作用を発揮させる第２ガスが第２ガス通路６に供給され、第２ガスは第２ガス吹出口６１から金属溶湯Ｍに向けて吹き出される。第２ガスは高温の金属溶湯Ｍから受熱し、第２ガスの熱分解現象は第２ガス通路６の第２ガス吹出口６１および定形れんが部３１のうちの少なくとも一方付近において発生するように設定されている。

このようにプロパンガスを主要成分とする第２ガスが金属溶湯Ｍの熱を受熱して熱分解されるため、先端キャスタブル層３２２付近、殊に、第２ガス通路６の第２ガス吹出口６１付近において吸熱作用（冷却作用）が発生する。冷却作用により金属製の内パイプ５１および外パイプ５２は冷却される。ひいては外パイプ５２からの伝熱により定形れんが部３１の内周側も冷却されるため、先端キャスタブル層３２２ばかりか、定形れんが部３１の全体の冷却が促進される。これにより定形れんが部３１の耐久性が一層向上され、定形れんが部３１の長寿命化を図り得る。

芯体２の先端部２ｆには、定形れんが部３１の先方に位置するようにストッパ１４が溶接または固定具等で固定されている。ストッパ１４はスタッド棒材で形成されている。先端キャスタブル層３２２が金属溶湯Ｍによりかなり損傷した場合であっても、ストッパ１４により定形れんが部３１がランス１の芯体２の先端部２ｆから脱落することが抑制される。第２ガスによりストッパ１４の冷却性も確保され、脱落防止効果が長期にわたり得られる。

本実施形態によれば、前述したように、定形れんが部３１の偏平化された異形孔３３０は、芯体２の先端部２ｆに形成されている偏平化された異形状部２２の外周側に嵌合されている。異形状部２２および異形孔３３０の双方は偏平化されているため、定形れんが部３３０の外周壁面３１１の径方向の外径サイズを抑制させるのに貢献できる。更に先端キャスタブル層３２２の厚さｔ１を確保するのに貢献できる。更に製造時において、定形れんが部３３０の空転が防止される。

なお本実施形態によれば、図１に示すように、ランス１の曲成部１３において、第１ガス通路４を形成する内パイプ５１の内周壁面には、複数の突起１３５が長手方向に沿って形成されている。突起１３５は芯体２の摩滅防止の役割を果たす。

本実施形態によれば、図３に示すように、定形れんが部３１の軸長寸法Ｌとし、定形れんが部３１の外周壁面３１１の最大外径Ｄとすると、Ｌ／Ｄ＝０．１〜０．５の範囲内において設定されており、定形れんが部３１の軸長寸法はコンパト化されている。このように定形れんが部３１の軸長寸法Ｌは小さくされているため、定形れんが部３１のコンパクトに貢献できる。

（実施形態２）
図４および図５は実施形態２を示す。図４に示すように、芯体２の先端部２ｆの横断面は、芯体２の先端部２ｆ以外の部分に対して異なる異形状をなす異形状部２２を有する。異形状部２２は、横断面において、偏平化された長円形状をなしており、長径ＤＬおよび短径ＤＳをもつ。この場合、定形れんが部３１は芯体２の異形状部２２の外周側に嵌合されている。定形れんが部３１は、芯体２の異形状部２２に嵌合される偏平化された異形孔３３０を有する。定形れんが部３１の異形孔は長径ＤＬおよび短径ＤＳをもつ。定形れんが部３１の異形孔３３０および芯体２の異形状部２２が互いに嵌合されるため、定形れんが部３１が芯体２の軸線Ｐ２の回りで回ることが止められ、定形れんが部３１の回り止めが図られる。これによりリング形状をなす定形れんが部３１が芯体２の先端部３ｆの外周側に安定的に保持される。この場合、定形れんが部３１の耐久性を高めるのに貢献できる。定形れんが部３１の軸長寸法Ｌとし、定形れんが部３１の外周壁面３１１の最大外径Ｄとすると、Ｌ／Ｄ＝０．７〜２．０の範囲内において設定できる。このように定形れんが部３１の軸長寸法Ｌは大きくされているため、定形れんが部３１の長寿命化に貢献でき、ひいてはランス１の耐久性および長寿命化に貢献できる。

（実施形態３）
図６は実施形態３を示す。図６に示すように、定形れんが部３１を芯体２の外周面に保持する保持力を高める保持要素７が設けられている。保持要素７により、定形れんが部３１を芯体２の先端部２ｆに安定的に保持できる。保持要素７は、芯体２の外パイプ５２に溶接または取付具で固定された複数の棒材７０を備える。棒材７０の長さ方向の一端部７０ｅは、芯体２の外パイプ５２の溶接または取付具で固定されている。棒材７０の長さ方向の他端部７０ｆは、定形れんが部３１の外周部に形成された凹状の係合部３３０に係合する係合部材３３９に溶接または取付具で係止されて固定されている。これにより定形れんが部３１が芯体２の先端部２ｆの外周面に保持される保持力を高めることができ、先端キャスタブル層３２２が損傷したとしても、定形れんが部３１が芯体２の先端部２ｆから脱落することが抑制されている。第２ガスの冷却性により保持要素７のさらなる長寿命化を図り得、定形れんが部３１の脱落防止性が良好に維持される。

（実施形態４）
図７は実施形態４を示す。図７に示すように、定形れんが部３１は軸線Ｐ２が延びる方向において二個（複数個）直列に配置されている。定形れんが部３１と芯体２の先端部２ｆとの間にはモルタル等の装填材料２ｗが装填されており、定形れんが部３１の保持性が高められている。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した各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。例えば、プロパンガス等の吸熱作用を発揮させる第２ガスを通過させる第２ガス通路６がランス１に設けられていなくても良い。芯体２の異形状部２２は偏平化構造とされているが、これに限らず、円筒パイプ構造でも良い。

１はランス、１１はランス本体、１２は先端部、２は芯体、２２は異形状部、３は耐火物層、３１は定形れんが部、３２はキャスタブル層、３３０は異形孔、４は第１ガス通路、４１は第１ガス吹出口、５１は内パイプ、５２は外パイプ、６は第２ガス通路、６１は第２ガス吹出口、７は保持要素、７０は棒材を示す。

Claims (4)

1. 長手方向に延びる芯体と、前記芯体に被覆され金属溶湯に浸漬または接近する耐火物層と、前記芯体および前記耐火物層のうちの少なくとも一方に設けられ第１ガスを金属溶湯に向けて吹き出す第１ガス吹出口をもつ第１ガス通路とを具備するランスにおいて、
   前記耐火物層は、前記芯体のうち金属溶湯に浸漬または接近する側の先端部に保持された定形れんが部と、少なくとも前記定形れんが部および前記芯体を被覆するキャスタブル層とを具備するガス吹き込みランス。
2. 請求項１において、前記芯体は前記第１ガス通路を形成するパイプ状をなしており、前記芯体の先端部の横断面は前記芯体の前記先端部以外の部分に対して異なる異形状をなす異形状部を有しており、前記定形れんが部は前記芯体の前記異形状部に嵌合されているガス吹き込みランス。
3. 請求項１または２において、前記定形れんが部を前記芯体に保持する保持力を高める保持要素が設けられているガス吹き込みランス。
4. 請求項１〜３のうちの一項において、吸熱作用を発揮できる第２ガスを金属溶湯に向けて吹き出す第２ガス吹出口をもつ第２ガス通路が前記ランスに設けられており、前記芯体の軸長方向において、前記第２ガス通路は前記定形れんが部の位置を通過するガス吹き込みランス。

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