JP2021134401A - Gas blowing plug - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、溶融金属にガスを吹き込むガス吹き込み用プラグに関する。 The present invention relates to a gas blowing plug that blows gas into molten metal.
従来、転炉や電気炉において、冶金反応や精錬反応の促進、溶融金属(例えば、溶鋼)の攪拌を目的として、ガスが溶融金属に吹き込まれている。ガスの吹き込みは、炉の底部に埋め込まれたガス吹き込み用プラグを用いて行われる。ガス吹き込み用プラグは、ガスの吹き込みを安定して行うことができること(すなわち、安定したガス吹き性能)が求められている。
従来のガス吹き込み用プラグは、例えば、特許文献1〜2に記載されている。
Conventionally, in a converter or an electric furnace, gas is blown into a molten metal for the purpose of promoting a metallurgical reaction or a refining reaction and stirring a molten metal (for example, molten steel). The gas is blown using a gas blowing plug embedded in the bottom of the furnace. The gas blowing plug is required to be able to stably blow gas (that is, stable gas blowing performance).
Conventional gas blowing plugs are described in, for example,
特許文献1には、耐火物で形成されたノズル本体の底部に、内部に空洞を有しその底面にガス供給管が連接された密封風箱を設け、ノズル本体の縦方向に金属製小径単管ノズルを複数個埋設し、単管ノズルの下端を前記風箱に連通固定した底吹きノズルが記載されている。密封風箱は、ノズル本体の底部の形状に対応した外周形状をなしている。
In
特許文献2には、耐火物中に複数のガス吹き込み用細管を埋設した溶融金属炉用ガス吹き込みノズルにおいて、ガス吹き込み用細管がガス分配部に接続され、万一の溶融金属の流入に際して溶融金属を凝固してガス吹き込み用細管を閉塞できるように、溝状のガス吹き込み用流通路が形成されたガス分配部を有するガス吹き込みノズルが記載されている。本文献には、ガス分配部を耐火物中に埋設する具体的な製造方法が記載されておらず、特許文献1と同様の方法で製造することが推測される。
According to
従来の炉は、複数の炉底レンガを配設することで、炉の内周面を形成している。ガス吹き込み用プラグは、炉底レンガの間に埋め込まれる。ガス吹き込み用プラグの周囲(すなわち、ガス吹き込み用プラグと炉底レンガとの間)には、粉末状の耐火原料よりなるスタンプ材が充填されている。従来の炉(例えば、転炉や電気炉)では、炉を傾斜(傾転)させて溶融金属を炉の内部から外部に取り出している(流出させている)。 In the conventional furnace, the inner peripheral surface of the furnace is formed by arranging a plurality of bottom bricks. The gas blowing plug is embedded between the bottom bricks. The circumference of the gas blowing plug (that is, between the gas blowing plug and the bottom brick) is filled with a stamp material made of a powdery fireproof raw material. In a conventional furnace (for example, a converter or an electric furnace), the furnace is tilted (tilted) to take out (flow out) molten metal from the inside of the furnace to the outside.
炉を傾斜(傾転)させると、炉とともにガス吹き込み用プラグも傾斜(傾転)する。ガス吹き込み用プラグには、その周囲に配された炉底レンガのうち、上側に位置する炉底レンガの重さがかかる。すなわち、上側の炉底レンガが、ガス吹き込み用プラグを押す。そうすると、ガス吹き込み用プラグの耐火物や炉底レンガに位置ズレが生じ、両者の間にすき間が生じる。このすき間には、炉内の溶融金属が浸入する(「溶融金属が差し込む」とも称される)。 When the furnace is tilted (tilted), the gas blowing plug is also tilted (tilted) together with the furnace. Of the bottom bricks arranged around the plug for gas blowing, the weight of the bottom brick located on the upper side is applied. That is, the upper hearth brick pushes the gas blowing plug. Then, the refractory material of the gas blowing plug and the bottom brick will be misaligned, and a gap will be created between the two. The molten metal in the furnace penetrates into this gap (also called "molten metal inserts").
特に炉が電気炉である場合、転炉の場合と比較して、特別な材料(組成に特徴がある合金)や高温(100℃〜500℃程度高い温度)での処理を行うことが多い。そうすると、炉内の溶融金属の粘度が低くなることで流動性が高くなり、差し込みがより生じやすくなる。また、電気炉では、長時間での処理を行うことも多く、炉の内周面が低粘度の溶融金属に長時間接触し続けることとなり、結果として差し込みがより生じやすくなっていた。 In particular, when the furnace is an electric furnace, the treatment is often performed with a special material (alloy having a characteristic composition) or a high temperature (high temperature of about 100 ° C. to 500 ° C.) as compared with the case of a converter. Then, the viscosity of the molten metal in the furnace is lowered, so that the fluidity is increased and the insertion is more likely to occur. Further, in an electric furnace, the treatment is often performed for a long time, and the inner peripheral surface of the furnace keeps in contact with the low-viscosity molten metal for a long time, and as a result, insertion is more likely to occur.
ガス吹き込み用プラグと炉底レンガとの間に差し込んだ溶融金属は、ガス吹き込み用プラグと炉底レンガとの間に沿って下方に向けて流れ、溶融金属が密封風箱(あるいは、ガス分配部)に到達する。そして、差し込んだ溶融金属からの熱により、密封風箱を形成する部材(例えば、鉄皮)が変形(損傷)する。そうすると、密封風箱からガスが漏れるようになる。すなわち、ガスリークが発生する。ガスリークが発生すると、ガス吹き込み用プラグが必要な流量のガスを溶融金属に吹き出すことが困難になるという問題があった。 The molten metal inserted between the gas blowing plug and the bottom brick flows downward along between the gas blowing plug and the bottom brick, and the molten metal flows in the sealed air box (or gas distributor). ) Is reached. Then, the member (for example, the iron skin) forming the sealed air box is deformed (damaged) by the heat from the inserted molten metal. Then, gas will leak from the sealed air box. That is, a gas leak occurs. When a gas leak occurs, there is a problem that it becomes difficult for the gas blowing plug to blow out the required flow rate of gas to the molten metal.
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、炉で使用しているときに、ガス吹き込み用プラグの周囲に溶融金属が差し込んでガスリークが発生することが抑えられたガス吹き込み用プラグを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a gas blowing plug in which molten metal is prevented from being inserted around the gas blowing plug to cause a gas leak when used in a furnace. The task is to do.
上記課題を解決する本発明のガス吹き込み用プラグは、耐火物よりなるプラグ本体と、前記プラグ本体の下方に位置し、ガス室を形成する基部と、前記プラグ本体を上下方向に貫通して配され、下端が前記ガス室と連通するガス管と、を有するガス吹き込み用プラグであって、前記基部は、前記プラグ本体の下方に前記ガス室と、前記ガス室の外周に外側空間とを形成していることを特徴とする。 The gas blowing plug of the present invention that solves the above problems is arranged so as to penetrate the plug body made of a fireproof material, the base portion that is located below the plug body and forms a gas chamber, and the plug body in the vertical direction. A gas blowing plug having a gas pipe whose lower end communicates with the gas chamber, and the base portion forms the gas chamber below the plug body and an outer space on the outer periphery of the gas chamber. It is characterized by doing.
本発明のガス吹き込み用プラグは、ガス吹き込み用プラグのガス管から吹き出すガスが分配されるガス室の外側に外側空間が形成されている。溶融金属が差し込んで基部に到達しても、差し込んだ溶融金属は、外側空間に貯まる。この結果、本発明のガス吹き込み用プラグは、ガス室に溶融金属が到達することが抑えられ、ガス室が損傷してガスリークが発生することが抑えられる。 In the gas blowing plug of the present invention, an outer space is formed on the outside of the gas chamber in which the gas blown out from the gas pipe of the gas blowing plug is distributed. Even if the molten metal is inserted and reaches the base, the inserted molten metal is accumulated in the outer space. As a result, in the gas blowing plug of the present invention, it is possible to prevent the molten metal from reaching the gas chamber, and it is possible to prevent the gas chamber from being damaged and gas leakage from occurring.
本発明のガス吹き込み用プラグは、前記基部が、前記プラグ本体の下端面と当接して設けられ、前記ガス室及び前記外側空間の一部を区画する基部上部板部と、前記基部上部板部と同軸で間隔を隔てた位置に設けられ、前記外側空間の一部を区画する基部下部板部と、前記基部上部板部と前記基部下部板部とを接続して設けられ、前記外側空間の一部を区画する基部側面部と、前記側面部の内部であって前記基部上部板部及び前記基部下部板部と間隔を隔てた位置に設けられ、前記ガス室及び前記外側空間の一部を区画する基部中間板部と、前記基部上部板部と前記基部中間板部とを接続して設けられ、前記ガス室及び前記外側空間の一部を区画する基部中間側面部と、を有することが好ましい。この構成によると、本発明のガス吹き込み用プラグによる上記効果を確実に達成できる。 In the gas blowing plug of the present invention, the base portion is provided in contact with the lower end surface of the plug body, and the base upper plate portion that partitions a part of the gas chamber and the outer space, and the base upper plate portion. It is provided at a position coaxial with and spaced apart from the above, and is provided by connecting a base lower plate portion that partitions a part of the outer space, the base upper plate portion, and the base lower plate portion, and is provided in the outer space. A part of the gas chamber and the outer space is provided at a position separated from the base upper plate portion and the base lower plate portion inside the side surface portion and a base side surface portion for partitioning a part thereof. It may have a base intermediate plate portion for partitioning, a base intermediate side surface portion provided by connecting the base upper plate portion and the base intermediate plate portion, and partitioning the gas chamber and a part of the outer space. preferable. According to this configuration, the above-mentioned effect by the gas blowing plug of the present invention can be surely achieved.
以下、本発明のガス吹き込み用プラグを、実施の形態を用いて具体的に説明する。実施の形態は、電気炉の炉底に設けられるガス吹き込み用プラグである。本実施形態において、上下方向とは、ガス吹き込み用プラグが電気炉の炉底に設けられた場合の上下方向(鉛直方向、軸方向、ガス管をガスが流れる方向)に相当する。上方側が、金属溶湯に当接する当接面側となる。 Hereinafter, the gas blowing plug of the present invention will be specifically described with reference to embodiments. An embodiment is a gas blowing plug provided at the bottom of an electric furnace. In the present embodiment, the vertical direction corresponds to the vertical direction (vertical direction, axial direction, direction in which gas flows through the gas pipe) when the gas blowing plug is provided on the bottom of the electric furnace. The upper side is the contact surface side that comes into contact with the molten metal.
[実施形態1]
(ガス吹き込み用プラグ)
本形態のガス吹き込み用プラグ1(以下、本形態のプラグと称する)は、図1に軸方向での断面を示したように、プラグ本体2、基部3、ガス管4を有する。
(プラグ本体)
プラグ本体2は、その軸方向が上下方向に伸びる略角柱形状の部材である。プラグ本体2は、上方を向いた上面21、上面21に背向して形成された下面22、上面21と下面22とをつなぐ外周面23を有する。
上面21は、電気炉に貯留する金属溶湯が当接する面である。下面22は、下方を向いた面である。上面21及び下面22は、上下方向に垂直な面に沿って広がる。
[Embodiment 1]
(Plug for gas blowing)
The
(Plug body)
The
The
プラグ本体2は、下面22から下方に凸となる凸部24を下面22の中心に有する。凸部24は、基部3に嵌合する円柱形状を有する。凸部24の具体的な形状(サイズ、例えば、円柱の径や下面22からの突出量)は限定されず、基部3に組み付け可能な形状(サイズ)で形成されている。
The
プラグ本体2は、上下方向の下端部近傍に、外周面23から径方向外方に凸となる拡径部25を有する。拡径部25は、プラグ本体2の全周にわたって外周面23から拡径して形成されている。拡径部25は、その拡径量(すなわち、外周面23からの突出量)と上下方向の長さのそれぞれは限定されない。拡径部25は、予め決められた所定の長さで拡径して形成されている。プラグ本体2は、拡径部25が形成された部分(すなわち、下端部近傍)がその他の部分(例えば、上端部)よりも太い角柱形状をなしている。
The plug
プラグ本体2は、図2に上面図で示すように、上面21が方形(具体的には、正方形)をなしている。プラグ本体2の外周面23は、4つの平面23a、23b、23c、23dから形成されている。プラグ本体2は、拡径部25が形成されていない部分の断面形状(上下方向に垂直な断面での断面形状)が、上面21と同じ正方形をなしている。外周面23を形成する4つの平面23a、23b、23c、23dは、それぞれ上下方向を含む面に沿って広がっている。拡径部25も、上下方向に垂直な断面での断面形状が、正方形をなすように形成されている。
プラグ本体2の具体的な形状(サイズ)は限定されず、従来のプラグ本体と同様な大きさとすることができる。
As shown in the upper surface of FIG. 2, the
The specific shape (size) of the
プラグ本体2は、耐火物で形成されている。プラグ本体2を形成する耐火物の材料は限定されるものではなく、従来のプラグ本体の材料を用いることができる。耐火物は、高耐用のマグネシア・カーボン質の材料であることが好ましい。耐火物は、これらの材料の成形体(例えば、CIPでの成形体)であることが好ましい。
The
(基部)
基部3は、プラグ本体2の下部で、凸部24を嵌合する。基部3は、基部筒部32、基部下部板部33、基部上部板部34、基部中間筒部35、基部中間板部36、を有する。基部3は、ガス室31と外側空間38のそれぞれを区画する。
基部筒部32は、基部側面部に相当するものであり、プラグ本体2の凸部24が上端側に嵌入する円筒状を有する。基部筒部32は、凸部24の外周面と略一致する内周面を有する。基部筒部32は、外側空間38の一部を区画する。
(base)
The
The base
基部下部板部33は、基部下部板部に相当するものであり、基部筒部32の下部(具体的には、下端部)を塞ぐ板状(円板状)を有する。基部下部板部33は、外側空間38の一部を区画する。
基部上部板部34は、基部上部板部に相当するものであり、上面34aが凸部24の先端面(プラグ本体2の下端面)24aと当接した状態であり、かつ基部下部板部33と間隔を隔てた位置で、基部筒部32を塞ぐ板状(円板状)を有する。基部上部板部34は、ガス室31及び外側空間38の一部をそれぞれ区画する。
The base
The base
基部中間筒部35は、基部中間側面部に相当するものであり、基部上部板部34の下面34bに、その上端が固定した円筒状を有する。基部中間筒部35は、基部筒部32と軸心が一致した位置に設けられている。基部中間筒部35は、その径(内径及び外径)が、基部筒部32の内周形状より小さく形成されている。基部中間筒部35は、その下端部が、基部下部板部33と間隔を隔てた位置となるように形成されている。基部中間筒部35は、ガス室31及び外側空間38の一部をそれぞれ区画する。
The base
基部中間板部36は、基部中間板部に相当するものであり、基部中間筒部35の下部(下端部)を塞ぐ板状(円板状)を有する。基部中間板部36は、基部下部板部33及び基部上部板部34のそれぞれと間隔を隔てた位置に設けられている。
The base
基部3は、基部下部板部33の中心(軸心)のプラグ本体2と同軸となる位置に、取り付け口37が設けられている。取り付け口37は、プラグ1が金属溶湯に吹き込むガスを供給するガス供給源(図示せず)に接続されるパイプを有する。取り付け口37のパイプは、その上端が基部中間筒部35の中心(軸心)に、ガス室31に連通して設けられている(固定されている)。取り付け口37は、パイプが基部下部板部33の中心(軸心)を貫通して設けられている(基部下部板部33に固定されている)。
The
基部3は、図1に示すように、基部筒部32の上端にプラグ本体2の凸部24を嵌入・固定する。基部3は、嵌入した凸部24の下方にガス室31及び外側空間38を形成(区画)する。ガス室31は、基部上部板部34、基部中間筒部35及び基部中間板部36により区画される。外側空間38は、基部筒部32、基部下部板部33、基部上部板部34、基部中間筒部35及び基部中間板部36により区画される。外側空間38は、ガス室31の外側(外径側及び下方側)に形成されている。
基部3は、基部筒部32を外周面から軸心方向に貫通するピン(図示せず)の先端部が凸部24に挿入されることで、固定される。基部3と凸部24との間に、更に接合材を配していてもよい。
As shown in FIG. 1, the
The
基部3を形成する各部32〜37等の具体的な形状(サイズ)は限定されない。特に、基部筒部32、基部下部板部33及び基部上部板部34は、従来のプラグと同じ形状(サイズ)とすることが好ましい。基部筒部32、基部下部板部33及び基部上部板部34は、従来のプラグと同じ形状(サイズ)となると、基部3の外形が従来のプラグ1の形状(サイズ)と同じとなり、炉に特別な加工を施すことなく、本形態のプラグ1を従来のプラグに替えて使用することができる。つまり、炉への組み付けに要するコストの上昇を抑えることができる。
The specific shape (size) of each
基部3(の各部32〜37)の材料は限定されるものではないが、例えば、ステンレス鋼、鋼等の耐熱性の金属を用いることができる。本形態では、基部3を形成する基部筒部32、基部下部板部33、基部上部板部34、基部中間筒部35、基部中間板部36、取り付け口37等の部材はいずれも耐熱性の金属よりなる。本形態の基部3は、所定の形状の金属製の円板や円筒を溶接・接合して形成される。なお、ガス室31を区画する基部上部板部34と基部中間筒部35の溶接、及び基部中間板部36と基部中間筒部35の溶接は、基部中間筒部35の全周にわたってなされている。これにより、ガス室31の気密性を確保している(ガスリークを抑えている)。
The material of the base 3 (each
(ガス管)
ガス管4は、プラグ本体2を貫通する金属製のパイプ41よりなる。ガス管4は、図3に拡大断面図で示したように、パイプ41がガス室31と連通した状態で、パイプ41の下端が基部上部板部34に溶接で固定されている。パイプ41は、下端が基部上部板部34を貫通した状態で、基部上部板部34の下面34bにおいて外周の全周にわたって溶接により固定されている。パイプ41の下端の端面は、基部上部板部34の下面34bと同一平面に位置していても、下方側に位置していても、いずれでもよい。本形態のパイプ41は、上端がプラグ本体2の上面21と一致して形成されている。すなわち、パイプ41は、上端が上面21にて開口している。
(Gas pipe)
The
ガス管4は、パイプ41がプラグ本体2を貫通する部分では、その外周に厚さが2mm以上のアルミナコーティング層(図示せず)を有する。すなわち、パイプ41がプラグ本体2に対面する外周面には、アルミナコーティング層が形成されている。このアルミナコーティング層は、断熱材や接合材、充填材として機能する。
The
ガス管4のパイプ41は、その内径や外径が限定されるものではないが、外径:3〜7mm、内径:1〜3mmであることが好ましい。ガス管4は、例えば、外径:3.5mm、内径1.5mmのステンレス鋼よりなるパイプや、外径:6mm、内径2mmのステンレス鋼よりなるパイプ、を使用することができる。なお、パイプ41の径は、上端(プラグ本体2の上面21)での径である。
The inner diameter and outer diameter of the
ガス管4は、図4に拡大断面図で示したように、パイプ41の下端近傍の部分が厚肉化した厚肉部42を有している。厚肉部42は、パイプ41の下端のうち基部上部板部34を貫通している部分及び基部上部板部34から所定の長さ(具体的には、38mm)で突出した部分に形成されている。厚肉部42は、外径が6mmで一定となっている。厚肉部42は、それ以外の部分のパイプ41の外径(3.5mm)と比べてパイプの外径が1.7倍(1.5倍以上)となっている。
本形態のプラグ1は、厚肉部42の厚さ(パイプ41の肉厚)は、厚肉部42以外の部分での厚さの1.5倍以上であることが好ましい。
As shown in the enlarged cross-sectional view of FIG. 4, the
In the
なお、厚肉部42の上下方向での長さは、プラグ本体2に埋設される長さであれば、限定されない。プラグ本体2の上面21が溶融金属と当接して摩耗しても、厚肉部42の上端が露出しない長さであることが好ましい。パイプ41の長さに対して20%以下の長さであることがより好ましい。基部上部板部34の下面からの長さが25〜100mmであることが更に好ましい。基部上部板部34の下面からの長さが短くなりすぎると、厚肉部42を有することの効果が発揮されにくくなる。本形態の厚肉部42は、その上端がプラグ本体2の下面22より上方に位置している。
なお、ガス管4のパイプ41は、全長にわたって、内径は一定となっている。すなわち、ガス管4のパイプ41は、厚肉部42において外径が異なる以外は、全体として一定の径を持つパイプよりなる。
The length of the
The inner diameter of the
本形態のプラグ1は、複数のガス管4(パイプ41)を有する。複数のパイプ41を配設する形態は限定されるものではない。本形態では、図2に上面図で示すように、所定の領域(略6角形状の領域)内に複数のパイプ41が等間隔で配設されている。本形態では、複数のパイプ41が、それぞれ正三角形の頂点に位置した状態で配設されている。
所定の領域は、その形状がプラグ1の上下方向で一定であり、プラグ本体2の上面21での形状、又はガス管4のパイプ41が基部3に固定している部分の形状により決定できる。所定の領域は、プラグ本体2の上面21の中心に形成されている。所定の領域の外部には、ガス管4が配設されていない。すなわち、所定の領域の径方向外側や、プラグ本体2の外周面23の近傍には、ガス管4が配設されていない。
The
The shape of the predetermined region is constant in the vertical direction of the
複数のパイプ41が配設している所定の領域は、図5に示すように、略6角形状の外周形状での外径の最も長い部分の長さをL1とし、基部中間筒部35の内径の長さをZ1とし、外径の長さをZ2とし、基部筒部32の内径の長さをL2としたときに、1.5×L1<Z1、及びZ2<0.7×L2の関係を満たしている。L1の中心は、基部筒部32及び基部中間筒部35の軸心の延長線上に位置する。
As shown in FIG. 5, in the predetermined region where the plurality of
具体的には、L1:42.8mm、Z1:90mm、Z2:114mm、L2:186mmである。この場合、1.5×L1=64.2(=1.5×42.8)<Z1=114、Z2=114<0.7×L2=130.2(=0.7×186)となり、上記の関係を満たす。なお、L1、Z1、Z2、L2の値が上記の関係から外れると、プラグ1のガス吹き性能が低下しやすくなる。
Specifically, it is L1: 42.8 mm, Z1: 90 mm, Z2: 114 mm, and L2: 186 mm. In this case, 1.5 × L1 = 64.2 (= 1.5 × 42.8) <Z1 = 114, Z2 = 114 <0.7 × L2 = 130.2 (= 0.7 × 186). Satisfy the above relationship. If the values of L1, Z1, Z2, and L2 deviate from the above relationship, the gas blowing performance of the
詳しくは、1.5×L1≧Z1となる場合、所定の領域に対してガス室31の面積が小さくなる。ここで、ガス室31の面積は、基部上部板部34がガス室31に対面する面積を示す。ガス室31に供給されるガスは、取り付け口37の近傍(すなわち、軸心近傍)へは素早く、外周部近傍へは相対的に遅く、供給される。つまり、所定の領域の外周部近傍にガスが回りにくくなっている。ガス室31の面積が相対的に小さくなると、所定の領域のうち中心部近傍に設けられたパイプ41と、所定の領域のうち外周部近傍に設けられたパイプ41と、では吹き出すガスの流量に差が生じやすくなる。つまり、プラグ1のガス吹き性能が低下しやすくなる。
Specifically, when 1.5 × L1 ≧ Z1, the area of the
また、Z2≧0.7×L2となると、基部筒部32と基部中間筒部35との距離が近くなり、基部筒部32が差し込んだ溶融金属の熱の影響を受けやすくなる。つまり、基部筒部32が溶融金属の熱で損傷したときに、その熱が基部中間筒部35に伝達する。そして、基部中間筒部35も損傷し、ガス室31も損傷することとなる。つまり、基部筒部32と基部中間筒部35との距離が近くなると、プラグ1のガス吹き性能が低下しやすくなる。
Further, when Z2 ≧ 0.7 × L2, the distance between the
なお、所定の領域及びL1は、所定の領域の最外周に位置するパイプ41の内周面のうち、上面21で最も外側に位置する部分を結ぶ線で決定するものであるが、パイプ41の径が基部筒部32や基部中間筒部35に対して十分に細い場合は、図5に示すようにガス管4の中心を結ぶ線から決定できる。すなわち、L1は、所定の領域の最外周に位置する2本のパイプ41の中心間の距離とすることができる。本形態において、L2,Z1,Z2の値に基部筒部32や基部中間筒部35の径の値を用いているが、これらの値は、L1の伸びる方向での当該長さの値である。
The predetermined region and L1 are determined by a line connecting the outermost portions of the
本形態では、図2や図5に示したように、14本のパイプ41が所定の領域内に設けられている。このとき、隣接する2本のパイプ41の距離(図中に破線で示した正三角形の一辺の長さ)が、パイプ41(厚肉部42)の外径の2.8倍(2倍以上)となっている。
本形態のプラグ1は、従来のプラグ1において用いられている付加部材(例えば、温度を測定する熱電対)を設けていてもよい。
In this embodiment, as shown in FIGS. 2 and 5, 14
The
(電気炉)
本形態のプラグ1は、電気炉5に組み付けられる。電気炉5の構成を、図を用いて説明する。
電気炉5は、図6に底部の概略構造を示したように、鉄皮51、永久レンガ52、炉底レンガ53、スタンプ材54、シーティングブロック55を有する。電気炉5は、従来の電気炉と同様の構成の炉を用いることができる。
(Electric furnace)
The
As shown in FIG. 6, the
鉄皮51は、電気炉5の炉殻を形成する。鉄皮51は、炉底のプラグ1の組付け位置に、取り付け口37が貫通する貫通孔511を有する。
永久レンガ52は、鉄皮51の上に配設される。永久レンガ52と鉄皮51の間にはモルタル等から形成される耐熱性の接合材層(図示せず)が設けられている。接合材層は、永久レンガ52を鉄皮51に固定する。
The
The
炉底レンガ53は、永久レンガ52の上に配設される。炉底レンガ53は、その上面53aが電気炉5の内周面を形成する。炉底レンガ53の上面53aが、電気炉5内に貯留した溶融金属に当接する。炉底レンガ53は、炉底において、プラグ1の外周に沿って配設される。すなわち、プラグ1を中心に、その外周に全体として環状をなすように炉底レンガ53が設けられている。炉底レンガ53は、側面53b(環状に配された炉底レンガ53の内周面)がプラグ本体2の外周面23と当接可能な状態で形成及び配設されている。炉底レンガ53の側面53bは、対向するプラグ本体2の外周面23に対応した形状で形成されている。
スタンプ材54は、永久レンガ52の上、及び炉底レンガ53の外周に形成される。スタンプ材54は、粉末状の耐火原料をスタンプ施工(押し固め施工)して形成される。
The
The
シーティングブロック55は、鉄皮51の上に配設される。シーティングブロック55は、プラグ1の外周に配設した炉底レンガ53の環状の内部に位置するように形成されている。シーティングブロック55は、その上面55aにプラグ1の下端(具体的には、凸部24や基部3)が挿入(嵌入)される凹部551が形成されている。シーティングブロック55は、取り付け口37が貫通する貫通孔552を有する。貫通孔552は、鉄皮51の貫通孔511と連通する。
The
シーティングブロック55は、その上面55aが、永久レンガ52の上面52aと略一致する位置に設けられている。すなわち、シーティングブロック55の上面55aと、永久レンガ52の上面52aとは、平面をなすように同じ高さで形成されている。
The
図6に示したように、シーティングブロック55は、凹部551にプラグ1の凸部24や基部3が挿入された状態で、プラグ1を保持する。このとき、プラグ1の取り付け口37は、貫通孔552,511を貫通して鉄皮51の外部に突出し、図示しないガス供給源に接続する。
As shown in FIG. 6, the
(本形態の作用効果)
本形態のプラグ1の作用効果を電気炉5の使用時の状態を用いて説明する。
電気炉5は、炉底レンガ53の上面53aが接触する状態で、溶融金属を貯留する。取り付け口37と接続したガス供給源から、プラグ1にガスを供給する。ガス供給源から供給されるガスの種類や流速は限定されない。例えば、ガスとしては不活性ガスを、流速としては20〜60Nl/minで吹き出すように、ガス供給源から供給する。
供給されたガスは、取り付け口37のパイプを介してガス室31に流れ込む。そして、ガスは、ガス室31に充填される。このとき、ガス室31内のガスの圧力に部分的なムラが生じておらず、全体で均一なガス圧力となる。そして、ガスは、ガス室31に連通する複数のガス管4のパイプ41のそれぞれを通って、プラグ本体2の上面21から吹き出し、ガスが溶融金属に吹き込まれ、溶融金属が攪拌される。
(Action and effect of this form)
The operation and effect of the
The
The supplied gas flows into the
本形態のプラグ1は、外側空間38が、ガス室31の外周に、ガス室31を囲うように形成されている。この構成によると、ガス室31が基部3の外部からの熱の影響を受けることが抑えられる。本形態のプラグ1は、ガス室31を介してプラグ1から吹き出すガスの温度が上昇することを抑えることができる。具体的には、ガス室31の外側の外側空間38は、断熱層として機能する。そして、ガス供給源からガス室31に供給されたガスは、基部3が外部から熱を受けたとしても、その熱がガス室31に伝達されにくくなっている。さらに、この構成では、ガス室31の容量(ガスが充填する容量)が、従来のものより小容量となっている。ガス室31に供給されたガスは、ガス室31に貯まることなくパイプ41から排出する。つまり、ガス室31内のガスは、昇温する前にパイプ41から排出する。これらの結果、ガス室31でのガスの昇温が抑えられる。そうすると、プラグ1から吹き出すガスは加熱されておらず、パイプ41を通過するときにプラグ本体2を冷却する。この結果、本形態のプラグ1では、電気炉5に貯留する溶融金属の熱がプラグ1(プラグ本体2)を過熱することによる損傷を抑えることができる。
In the
電気炉5での溶融金属の処理が高温になったり、処理時間が長時間となったりすると、炉内の溶融金属の粘度が低くなることがある。低粘度の溶融金属は、プラグ本体2と炉底レンガ53の側面53bとの間に差し込みを生じ易い。
If the treatment of the molten metal in the
差し込んだ溶融金属は、まず、プラグ本体2の外周面23に沿って下方に向かって流れる。プラグ本体2の下端部には、外周面23から突出した拡径部25が形成されており、下方に流れてきた溶融金属は、この拡径部25によりその流れが阻害される。そして、溶融金属は、拡径部25の外周面を回り込むように更に流れる。すなわち、下方に流れる溶融金属が基部3に到達するまでの距離が長くなり、溶融金属が基部3に到達しにくくなっている。
The inserted molten metal first flows downward along the outer
そして、拡径部25の下方に流れ込んだ溶融金属は、基部3(の基部筒部32)に到達する場合がある。到達した溶融金属は、基部3の基部筒部32を加熱し、基部筒部32を変形(損傷)させる。基部筒部32が変形(損傷)して、その内部に溶融金属が侵入したとしても、本形態のプラグ1では溶融金属は外側空間38に流れ込み、外側空間38内にとどまる。このため、溶融金属が外側空間38内に浸入したとしても、ガス室31(基部中間筒部35及び基部中間板部36)に溶融金属が当接することが抑えられる。
Then, the molten metal that has flowed below the diameter-expanded
さらに、本形態のプラグ1では外側空間38がガス室31を流れるガスにより冷却されており、外側空間38内に浸入した溶融金属は、外側空間38内で凝固し、基部中間筒部35及び基部中間板部36へと向かう溶融金属の流れを阻害する。この点からも、ガス室31(基部中間筒部35及び基部中間板部36)に溶融金属が当接することが抑えられる。
Further, in the
以上のように、本形態のプラグ1は、基部3がプラグ本体2の下方にガス室31と、ガス室31の外周に外側空間38を形成していることで、溶融金属がガス室31(基部中間筒部35及び基部中間板部36)に到達することが抑えられ、ガス室31が熱変形(熱損傷)することが抑えられる。
また、本形態のプラグ1は、ガス管4が、1.5×L1<Z1、及びZ2<0.7×L2の関係を満たすように形成されている。この構成を有することで、より確実に、上記の効果を発揮できる。
As described above, in the
Further, the
[実施形態2]
本形態は、図7に断面図で示したように、外側空間38に断熱材39を配したこと以外は、実施形態1と同様な構成のプラグ1である。図7は、基部3の近傍の構成を断面図で示した。
断熱材39としては、耐熱性セラミックス、ファイバーの集積体を挙げることができる。
耐熱性セラミックスよりなる断熱材39は、図7に断面図で示したように、外側空間38に対応する形状にセラミックス(焼結体)を形成し、外側空間38内に配設されてなる。耐熱性セラミックスよりなる断熱材39は、所定の形状を有する一体の部材であっても、複数の小片を組み合わせて(好ましくは、接合して)形成された部材であっても、いずれでもよい。耐熱性セラミックスの材料は、差し込んだ溶融金属に対する反応性が低く、溶融金属の高温に対する耐熱性を有する材料であれば限定されるものではない。例えば、炉底レンガ53等と同じ材料を用いることができる。
[Embodiment 2]
This embodiment is a
Examples of the
As shown in the cross-sectional view of FIG. 7, the
ファイバーの集積体よりなる断熱材39は、外側空間38内の空間にファイバー(又はその集積体)を充填して形成できる。ファイバーとしては、溶融金属の温度に対する耐熱性を有する材料であればよく、ガラス繊維、セラミックス繊維、ロックウール等の市販の無機繊維を挙げることができる。ファイバーの集積体は、繊維状のファイバーの織布、不織布のいずれでもよい。
The
本形態のプラグ1は、実施形態1と同様の効果を発揮する。さらに、外側空間38内に溶融金属が流れ込んだとしても、溶融金属の熱がガス室31(基部中間筒部35)に伝熱することが断熱材39により規制される。この結果、基部3及びガス室31が熱変形(熱損傷)することがより抑えられる。すなわち、本形態によると、上記の効果をより確実に発揮できる。
The
[変形形態1]
上記の各形態では、複数のガス管4は、略六角形状の外形をもつ所定の領域内に設けられているが、所定の領域はこの形状に限定されない。例えば、正六角形状(図8)、正方形状(図9)、同心円状(図10)等の形状を挙げることができる。なお、図8〜図10は、図5と同様な断面を示した。これらの形態におけるL1も、図8〜図10に合わせて示した。ここで、所定の領域がこれらの形状をなしている場合、L1は、複数のガス管4が形成された領域に近似する円(例えば、内接円や外接円)の直径で代用してもよい。
さらに、基部筒部32や基部中間筒部35が円形以外の断面形状の場合、L2,Z1,Z2についても、同様に、基部筒部32や基部中間筒部35の近似円の直径で代用することができる。
本形態においても、上記の各形態と同様の効果を発揮できる。
[Deformation form 1]
In each of the above embodiments, the plurality of
Further, when the
Also in this embodiment, the same effects as those of the above-mentioned embodiments can be exhibited.
[変形形態2]
上記の各形態において、ガス管4は、パイプ41に厚肉部42が形成されているが、この構成に限定されない。上記の各形態に示すようにパイプ41の肉厚を変化させて厚肉部42を形成する以外に、異なる部材を組み合わせて厚肉部42に相当する部分を形成してもよい。
本形態のプラグ1のガス管4は、図11に示すように、細管43と、太管44とを有する。この構成では、太管44が形成されている部分が、上記の厚肉部42と同様に機能する。
細管43は、プラグ本体2を貫通して配された金属管よりなる。細管43は、上端がプラグ本体2の上面21で開口するように形成され、下端がガス室31と連通するように溶接固定されている。
[Deformation form 2]
In each of the above forms, the
As shown in FIG. 11, the
The
細管43は、その外周面に厚さが2mm以上のアルミナコーティング層(図示せず)を有する。細管43の太管44から突出した部分において、アルミナコーティング層(図示せず)は、断熱材や接着材、充填材として機能する。細管43は、図11に示すように、下端が基部上部板部34を貫通した状態で、基部上部板部34の下面において外周の全周にわたって太管44と溶接により一体に固定されている。
The
太管44は、細管43と同軸に配される金属管よりなる。太管44は、上端がプラグ本体2に埋設され、下端がガス室31と連通した状態で、基部上部板部34の下面において外周の全周にわたって溶接(開先溶接)により固定されている。
本形態のプラグ1は、ガス管4が基部3と接合する下端部に、太管44が配されている。この構成によると、太管44は、ガス管4の強度を高める。この結果、プラグ本体2の下端部、特にガス管4の下端部に応力が集中しても、高い強度により、ガス管4の変形(折れ曲がり)、亀裂の発生、ガス管4の抜けや外れの発生が抑えられる。なお、実施形態1のガス管4(厚肉部42を備えたパイプ41)も同様な効果を発揮する。
The
In the
[変形形態3]
上記の実施形態1では、基部上部板部34に接合する下端に厚肉部42を有するガス管4としてパイプ41を用いているが、ガス管4はこの構成に限定されない。
本形態でのガス管4は、厚肉部42を有していない、内径及び外径が一定の直管よりなる。
本形態のプラグ1は、ガス管4が直管であっても、実施形態1と同様な効果を発揮する。
[Deformation form 3]
In the first embodiment, the
The
The
[変形形態4]
上記の各形態では、プラグ本体2が正方形の上面21をもつ柱状をなしているが、プラグ本体2の形状はこの形状に限定されない。例えば、上面21が台形形状(図12)や、略扇形状(図13)の形状であってもよい。
図12に上面21を示した形態では、外周面23が4つの平面23a〜23dにより構成される。背向する1対の平面23a、23cは、周方向での長さが23a<23cとなっている。
図13に上面21を示した形態では、図12に示した形態において、更に、背向する1対の平面23a、23cに相当する面が湾曲面を形成している。
[Deformation form 4]
In each of the above forms, the
In the form in which the
In the form in which the
プラグ本体2がこれらの形状となると、プラグ1が組み付けられる炉の炉底が円形形状である場合、周方向や径方向で隣接する炉底レンガ53との間のすき間を小さくすることができる。
詳しくは、炉底が円形形状の場合、プラグ1及び炉底レンガ53等は、炉底にて周方向に沿って配設される。例えば図12に示される本形態のプラグ1は、平面23aが内径側に、平面23cが外径側に位置した状態で、周方向に沿って組み付けられる。2つの平面23a、23cは、径方向で隣接する炉底レンガ53とのすき間を小さくできる。また、2つの平面23b、23dは、径方向に沿って伸びる状態となり、周方向で隣接する炉底レンガ53とのすき間を小さくできる。すき間が小さくなると、溶融金属の差し込みがより生じにくくなる。
本形態のプラグ1は、上記の各形態と同様な効果を発揮する。
When the plug
Specifically, when the furnace bottom has a circular shape, the
The
1:ガス吹き込み用プラグ
2:プラグ本体
3:基部、31:ガス室、32:基部筒部、33:基部下部板部、34:基部上部板部、35:基部中間筒部、36:基部中間板部、37:取り付け口、38:外側空間、39:断熱材、
4:ガス管、41:パイプ、42:厚肉部、43:細管、44:太管、
5:電気炉、51:鉄皮、52:永久レンガ、53:炉底レンガ、54:スタンプ材、55:シーティングブロック
1: Gas blowing plug 2: Plug body 3: Base, 31: Gas chamber, 32: Base cylinder, 33: Base lower plate, 34: Base upper plate, 35: Base intermediate cylinder, 36: Base middle Plate part, 37: Mounting port, 38: Outer space, 39: Insulation material,
4: Gas pipe, 41: Pipe, 42: Thick part, 43: Thin pipe, 44: Thick pipe,
5: Electric furnace, 51: Iron leather, 52: Permanent brick, 53: Furnace bottom brick, 54: Stamp material, 55: Seating block
Claims (5)
前記プラグ本体の下方に位置し、ガス室を形成する基部と、
前記プラグ本体を上下方向に貫通して配され、下端が前記ガス室と連通するガス管と、
を有するガス吹き込み用プラグであって、
前記基部は、前記プラグ本体の下方に前記ガス室と、前記ガス室の外周に外側空間とを形成していることを特徴とするガス吹き込み用プラグ。 A plug body made of refractory and
A base located below the plug body and forming a gas chamber,
A gas pipe that penetrates the plug body in the vertical direction and communicates with the gas chamber at the lower end.
It is a gas blowing plug with
The base portion is a gas blowing plug, characterized in that a gas chamber is formed below the plug body and an outer space is formed on the outer periphery of the gas chamber.
前記プラグ本体の下端面と当接して設けられ、前記ガス室及び前記外側空間の一部を区画する基部上部板部と、
前記基部上部板部と同軸で間隔を隔てた位置に設けられ、前記外側空間の一部を区画する基部下部板部と、
前記基部上部板部と前記基部下部板部とを接続して設けられ、前記外側空間の一部を区画する基部側面部と、
前記側面部の内部であって前記基部上部板部及び前記基部下部板部と間隔を隔てた位置に設けられ、前記ガス室及び前記外側空間の一部を区画する基部中間板部と、
前記基部上部板部と前記基部中間板部とを接続して設けられ、前記ガス室及び前記外側空間の一部を区画する基部中間側面部と、
を有する請求項1記載のガス吹き込み用プラグ。 The base is
A base upper plate portion provided in contact with the lower end surface of the plug body and partitioning the gas chamber and a part of the outer space, and
A base lower plate portion that is provided at a position coaxially spaced from the base upper plate portion and that partitions a part of the outer space, and a base lower plate portion.
A base side surface portion provided by connecting the base upper plate portion and the base lower plate portion and partitioning a part of the outer space, and
A base intermediate plate portion inside the side surface portion, which is provided at a position separated from the base portion upper plate portion and the base portion lower plate portion to partition the gas chamber and a part of the outer space.
An intermediate side surface portion of a base portion provided by connecting the upper plate portion of the base portion and the intermediate plate portion of the base portion and partitioning a part of the gas chamber and the outer space.
The gas blowing plug according to claim 1.
前記基部中間側面部の内径の長さをZ1とし、
前記基部中間側面部の外径の長さをZ2とし、
前記基部側面部の内径の長さをL2としたときに、
1.5×L1<Z1、及びZ2<0.7×L2
の関係を満たす請求項3記載のガス吹き込み用プラグ。 In the outer shape of the region where the plurality of gas pipes are formed, the length of the longest portion is L1.
The length of the inner diameter of the intermediate side surface portion of the base portion is Z1.
The length of the outer diameter of the intermediate side surface portion of the base portion is Z2.
When the length of the inner diameter of the side surface of the base is L2,
1.5 x L1 <Z1 and Z2 <0.7 x L2
3. The gas blowing plug according to claim 3.
Priority Applications (1)
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JP2020032355A JP2021134401A (en) | 2020-02-27 | 2020-02-27 | Gas blowing plug |
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