JP2024027652A - ガス吹き込みプラグ - Google Patents

Abstract

【課題】使用限界を目視可能であって、且つ使用限界前に吹き飛ぶことが抑制されるガス吹き込みプラグを提供すること。【解決手段】ガス吹き込みプラグ１は、溶融金属にガスを吹き込むガス吹き込みプラグであって、軸方向に延びる多孔質体２と、多孔質体２の外周に配される不定形耐火物９と、多孔質体２に接続されるガス管８を備える。軸方向において、多孔質体２を通過してガスを吹き込む先端部１１の側を第一側とし、先端部１１の反対側であって基端部１２の側を第二側とする。ガス管８は、基端部１２又は基端部１２に隣接する多孔質体２の外周に接続される。多孔質体２は、外周に棚部５が形成される。棚部５は、軸方向において第二側に偏った位置に形成される。棚部５には、多孔質体２の軸方向に延びる中心軸Ｃと交差する方向であって、第一側に面する棚面１５が形成される。【選択図】図１

Description

本発明は、使用限界を目視可能なガス吹き込むプラグに関する。

従来より、取鍋等の溶融金属容器の底部や側部の壁面に取り付けられ、所定のガス吹き込むプラグに関し、使用限界を目視可能な構成が提案されている。例えば、特許文献１によれば、取鍋等の溶融金属容器の底部や側部の壁面に取着して所定のガスを吹き込む耐火性のポーラスプラグの内部に、溶融金属容器が空状態下でポーラスプラグの溶損状況を検知可能に識別容易な矩形状、円形状、模様状等の幅がほぼ０．５～１０ｍｍ、深さがほぼ５～５０ｍｍの空間部を設けるとともに、空間部を設けた断面部の中央部に所定の大きさのガスプール部を設けたことを特徴とするガス吹込用ポーラスプラグが記載されている。

これによれば、たとえば、溶融金属容器の底部に上記のポーラスプラグを取着し、アルゴンガス等の不活性ガスを吹き込んで溶融金属を吹錬して所要の回数使用した結果、ポーラスプラグの上部の円錐状部が溶損し、下部の四角錐状部が表われた。その際、四角環状の空間部が表われ、空容器の未だ赤熱状態で、空間部のへこんだ部分が肉眼観察で影のように黒枠状となって見え、溶損が通気性耐火物の下部の四角錐状部に到達したことが明瞭に判別できたものである。従って、ポーラスプラグの溶損量の判断を誤まることなく、使用限界を肉眼で確認でき、ポーラスプラグの交換や溶融金属容器等の補修の時期を正確に判断できるものである、と記載されている。

実公平３－４３２２１

しかしながら、従来例では以下の課題がある。特許文献１に記載の通気性耐火物は、先端部から空間部に至るまで、連続的な円錐台形状、或いは角錐台形状である。特に、通気性耐火物は、先端部と空間部との間に段部があると、ガス供給側からのガスによる圧力によって、段部から先端部の間が吹き飛んでしまうという課題があった。

本発明の目的は、従来の課題を解決するもので、使用限界を目視可能であって、且つ使用限界前に吹き飛ぶことが抑制されるガス吹き込みプラグを提供することにある。

本発明の態様に係るガス吹き込みプラグは、溶融金属にガスを吹き込み、軸方向に延びる多孔質体と、前記多孔質体の外周に配される不定形耐火物と、前記多孔質体に接続されるガス管を備え、前記軸方向において、前記多孔質体を通過して前記ガスを吹き込む先端部の側を第一側とし、前記先端部の反対側であって基端部の側を第二側とし、前記ガス管は、前記基端部又は該基端部に隣接する前記多孔質体の外周に接続され、前記多孔質体は、外周に棚部を備え、前記棚部は、前記多孔質体の前記軸方向に延びる中心軸と交差する方向であって、前記第一側に面する棚面が形成され、前記軸方向において前記第二側に偏った位置に形成される。

これによれば、棚部は、多孔質体の第二側に偏った位置の外周に形成されるので、多孔質体がガス管から送られたガスによって第一側に向かう圧力を受けて移動しようとすると、不定形耐火物によってせき止められる。よって、多孔質体が第一側へ吹き飛ぶことが抑制される。また、多孔質体が溶損して棚部に達すると、形状の変化を目視確認できるので、多孔質体が終端部まで溶損する前に使用限界を確認することができる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、前記多孔質体の前記中心軸に垂直な断面が、前記先端部に隣接する第一断面と、前記棚部に対して前記第一側に隣接する第二断面とは、異なる形状でもよい。

この場合、ガス吹き込みプラグは、第一断面と第二断面とが異なる形状なので、多孔質体の第二断面が現れると使用限界に近づいたことを確認することができる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、前記多孔質体の前記中心軸に垂直な断面が、さらに前記先端部と前記棚部との間に、前記第一断面と前記第二断面とは異なる形状である第三断面を有してもよい。

この場合、ガス吹き込みプラグは、第一断面と第二断面との間に、異なる形状である第三断面を備えるので、多孔質体が溶損する進行具合を断面形状の変化で確認することができる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、前記棚面の前記第一側に消失材を備えてもよい。この場合、ガス吹き込みプラグは、棚部の第一側に消失材を備えるので、容器から溶融金属を取り出すときに、消失材が消失して空隙ができ、空隙に地金が貯留する。貯留した地金は、酸素洗浄時の高温下で白熱して発光する。よって、地金の発光を認識することで、第一多孔質体が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、前記多孔質体が外周から内側へ凹んで形成される凹部を備え、前記凹部は、前記軸方向において前記第二側へ偏った位置であって、前記第一側から前記第二側へ至る所定の領域に形成され、前記棚部は、前記凹部の一部であって、該凹部の前記第二側の端部に形成されてもよい。

この場合、ガス吹き込みプラグは、一部に棚部を形成する凹部を備えるので、多孔質体が第一側に向かう圧力を受けて移動しようとすると、凹部に充填された不定形耐火物によってせき止められる。よって、多孔質体が第一側へ吹き飛ぶことが抑制される。また、多孔質体の溶損が進んで先端部が凹部に達すると、多孔質体が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、前記凹部の内側であって、前記第一側から前記第二側に至る領域に消失材を備えてもよい。

この場合、ガス吹き込みプラグは、凹部の内側に消失材を備えるので、取鍋等から溶融金属が取り出され、ガス吹き込みプラグが酸素洗浄されるときに、消失材が消失してできた空隙に貯留された地金が発光する。よって、凹部における地金の発光を認識することで、多孔質体が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、前記多孔質体の前記中心軸に垂直な断面が、前記凹部と、前記凹部に対して前記第一側に隣接する部分とは、異なる形状であるか、又は相似形状でもよい。

この場合、ガス吹き込みプラグは、断面が変化することによって多孔質体の溶損が凹部にまで達したことを認識できるので、多孔質体が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、二つの前記多孔質体である、第一多孔質体と第二多孔質体を備え、前記第一多孔質体と前記第二多孔質体は、前記軸方向に沿って接続され、前記第一多孔質体は前記第二多孔質体に対して前記第一側にあり、前記ガス管は、前記第二多孔質体の前記基端部又は該基端部に隣接する該第二多孔質体の外周に接続され、前記第一多孔質体の気孔率は、前記第二多孔質体よりも小さく、前記棚部は、前記第一多孔質体に形成されてもよい。

この場合、ガス吹き込みプラグは、多孔質体が第一多孔質体と第二多孔質体を備え、棚部は気孔率が小さい第一多孔質体に形成される。よって、ガス管から送られたガスを多孔質体へ効率よく流通させ、溶融金属中に効率よく吹き込むことができる。また、棚部は気孔率が小さい第一多孔質体に形成されるので、気孔率が大きい第二多孔質体にまで溶損が達する前に使用限界を確認することができる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、前記消失材が前記多孔質体の外周に沿って備えられ、該消失材の外周の少なくとも一部が、前記軸方向に沿う方向において鋸刃状に形成されてもよい。

この場合、ガス吹き込みプラグは、消失材が鋸刃状に形成されるので、消失材が消失して形成される空隙も鋸刃状に形成される。空隙に流入して貯留された地金が容器の傾転時に流出しようとすると、鋸刃形状によって抵抗が発生し、地金は流出が抑制される。よって、空隙に貯留する地金の発光を認識することで、多孔質体が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、前記消失材が前記多孔質体の外周に沿って備えられ、前記棚面から前記第一側に向かって、径方向の厚みが徐々に小さくなるよう形成されてもよい。

この場合、ガス吹き込みプラグは、消失材が消失すると、多孔質体と不定形耐火物との間に空隙ができる。空隙は、径方向において第二側よりも第一側の厚みが小さくなる。地金が空隙に流入して貯留されたとき、地金が容器の傾転時に第一側へ向かって流出しようとすると、第一側である出口が第二側に比べて狭いため抵抗が発生し、地金の流出が抑制される。よって、空隙に貯留する地金の発光を認識することで、多孔質体が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、前記消失材が前記多孔質体の外周に沿って備えられ、前記棚面から前記第一側に向かって、径方向の厚みが均一に形成されてもよい。

この場合、ガス吹き込みプラグは、消失材が消失すると、多孔質体と不定形耐火物との間に空隙ができる。空隙は、径方向に均一の厚みであり、地金が流入して貯留される。貯留された地金が流出しようとすると、径方向に一定の厚みで形成される流路を通る必要があるので、抵抗が発生し、流出が抑制される。よって、地金の発光を認識することで、多孔質体が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、前記消失材が、前記棚面の全面を覆う第一部分と、前記第一部分に連続して形成され、前記棚面から前記第一側へ向かって前記多孔質体の外周に沿う第二部分を備え、前記第二部分は、前記棚部よりも径方向の内側に凹んで形成されてもよい。

この場合、ガス吹き込みプラグは、消失材が消失すると、多孔質体と不定形耐火物との間に空隙ができる。空隙は、棚面の全面を覆う第一部分に相当する部分と、多孔質体の外周に沿って棚部よりも径方向の内側に凹んで形成される第二部分に相当する部分に形成される。容器の傾転時に、第一部分に相当する部分に貯留された地金が第一側へ流出しようとすると、第二部分に相当する部分を通るため抵抗が生じて、地金は第一側への流出が抑制される。よって、ガス吹き込みプラグ１は、空隙に貯留する地金の発光を認識することで、多孔質体２が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、前記ガス吹き込みプラグは、前記消失材の径方向の厚みの少なくとも一部が０．１ｍｍから３ｍｍまでの範囲で形成されてもよい。この場合、消失材の厚みが０．１ｍｍから３ｍｍまでの範囲なので、消失材が消失後に流入して貯留される地金が薄くなり凝固しやすい。よって、ガス吹き込みプラグは、傾転しても地金の流出が抑制されるので、地金の発光を認識することで、多孔質体が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、前記ガス吹き込みプラグの前記消失材は、前記凹部における径方向の深さに対して、少なくとも一部が１／１５から３／１０までの厚みでもよい。この場合、消失材は凹部の深さに対して厚みが薄いので、消失材が消失後に流入して貯留される地金が薄くなり凝固しやすい。よって、ガス吹き込みプラグは、傾転しても地金の流出が抑制されるので、地金の発光を認識することで、多孔質体が使用限界に近づいたことを確認できる。

本発明の第一実施形態と第二実施形態のガス吹き込みプラグ１ａ、１ｂを示す断面図であり、（ａ）はガス管８が基端部１２に接続される例を示す全体図を示し、（ｂ）はガス管８が多孔質体２の外周に接続される例の部分説明図である。 第一実施形態のガス吹き込みプラグ１ａの多孔質体２ａを示す斜視図である。 ガス吹き込みプラグ１ａにおける図１のそれぞれの断面図であり、（ａ）は断面Ｉ－Ｉを示し、（ｂ）は断面ＩＩ－ＩＩを示し、（ｃ）は断面ＩＩＩ－ＩＩＩを示す。 第二実施形態のガス吹き込みプラグ１ｂの多孔質体２ｂを示す斜視図である。 ガス吹き込みプラグ１ｂにおける図１のそれぞれの断面図であり、（ａ）は断面Ｉ－Ｉを示し、（ｂ）は断面ＩＩＩ－ＩＩＩを示す。 図１におけるＡ部詳細図であり、消失材６ａを示す。 図１におけるＡ部詳細図であり、消失材６ｂを示す。 図１におけるＡ部詳細図であり、消失材６ｃを示す。 図１におけるＡ部詳細図であり、消失材６ｄを示す。 本発明の第三実施形態と第四実施形態のガス吹き込みプラグ１ｃ、１ｄを示す断面図である。 第三実施形態のガス吹き込みプラグ１ｃの多孔質体２ｃを示す斜視図である。 ガス吹き込みプラグ１ｃにおける図１０のそれぞれの断面図であり、（ａ）は断面ＩＶ－ＩＶを示し、（ｂ）は断面Ｖ－Ｖを示し、（ｃ）は断面ＶＩ－ＶＩを示す。 第四実施形態のガス吹き込みプラグ１ｄの多孔質体２ｄを示す斜視図である。 ガス吹き込みプラグ１ｄにおける図１０のそれぞれの断面図であり、（ａ）は断面ＩＶ－ＩＶを示し、（ｂ）は断面Ｖ－Ｖを示し、（ｃ）は断面ＶＩ－ＶＩを示す。 図１０におけるＢ部詳細図であり、消失材６ａを示す。 図１０におけるＢ部詳細図であり、消失材６ｂを示す。 図１０におけるＢ部詳細図であり、消失材６ｃを示す。 図１０におけるＢ部詳細図であり、消失材６ｄを示す。 本発明のガス吹き込みプラグ１において、多孔質体２が単独の場合を示す断面図である。 本発明のガス吹き込みプラグ１において、多孔質体２が溶損した状態を示す断面図である。 本発明のガス吹き込みプラグ１において、多孔質体２が溶損し、消失材６が消失して地金が流入し、発光する様子を示す断面図である。

以下、図面を参照し、本発明を具現化したガス吹き込みプラグ１を説明する。なお、発明を実施するための形態、及び参照する図面は、本発明が採用しうる技術的特徴を説明するために用いられるものである。本発明はこれらに限定されるものではない。図面に記載されている構成は、それのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例である。

＜全実施形態に共通の構成＞
本発明の態様に係るガス吹き込みプラグ１において、全実施形態に共通の構成を説明する。本発明に係るガス吹き込みプラグ１は、精錬プロセスにおいて、溶融金属の攪拌、或いは成分調整の目的でガスを吹き込むために、取鍋等の底部又は側面に設置される。例として図１及び図１０に示すように、溶融金属にガスを吹き込むガス吹き込みプラグ１は、軸方向に延びる多孔質体２と、多孔質体２の外周に配される不定形耐火物９と、多孔質体２に接続されるガス管８を備える。ガス吹き込みプラグ１は、鉄皮１０によって外殻が形成されて覆われる。

軸方向において、多孔質体２を通過してガスを吹き込む先端部１１の側を第一側とし、先端部１１の反対側であって基端部１２の側を第二側とする。ガス管８は、基端部１２又は基端部１２に隣接する多孔質体２の外周に接続される。図１（ａ）は、ガス管８が基端部１２に接続される例を示し、図１（ｂ）は、ガス管８が基端部１２に隣接する多孔質体２の外周に接続される例を示す。多孔質体２は、外周に棚部５が形成される。棚部５は、軸方向において第二側に偏った位置に形成される。棚部５には、多孔質体２の軸方向に延びる中心軸Ｃと交差する方向であって、第一側に面する棚面１５が形成される。

また、多孔質体２は、棚面１５の第一側に消失材６を備える。消失材６の具体的な構成は後述する。消失材６は、例としてロックウール等の可燃性物質を使用する。なお、可燃物質であれば他の材料でもよい。

図２０に示すように、多孔質体２はガス吹き込みプラグ１を使用するにつれて溶損し、先端部１１の位置は第一側から第二側へ向かって変化する。消失材６は、溶融金属の熱によって消失し、消失材６があった部分に空隙が生じる。図２１に示すように、多孔質体２が溶損し、先端部１１の位置が消失材６による空隙の位置に達すると、空隙に地金が侵入して貯留する。溶融金属排出後も貯留した地金は酸素洗浄時の高温下で白熱し、周辺の多孔質体２或いは不定形耐火物９よりも明るく発光する。なお、先端部１１の位置が移動するのは、使用によって多孔質体２が溶損する場合に加え、溶融金属を排出後に行う酸素洗浄によって実質的に多孔質体２が部分的に削られる場合がある。

また、図１及び図１０等に示すように、ガス吹き込みプラグ１は、例として二つの多孔質体２である、第一多孔質体３と第二多孔質体４を備える。第一多孔質体３と第二多孔質体４は、軸方向に沿って接続され、第一多孔質体３は第二多孔質体４に対して第一側にある。ガス管８は、第二多孔質体４の基端部１２又は基端部１２に隣接する第二多孔質体４の外周に接続される。第一多孔質体３の気孔率は、第二多孔質体４よりも小さく、棚部５は、第一多孔質体３に形成される。例として、第一多孔質体３は円錐台状の基材が使用され、第二多孔質体４は四角錐台状の基材が使用される。なお、第一多孔質体３は角錐台状の基材を使用してもよいし、第二多孔質体４は円錐台状の基材を使用してもよい。

なお、図１９に示す以外は、多孔質体２は第一多孔質体３と第二多孔質体４を備える例について説明しているが、図１９に示すように多孔質体２は一つでもよい。

＜各実施形態に共通の構成による効果＞
以上説明した各実施形態に共通の構成によれば、以下の効果を奏する。図１及び図１０に示すように、棚部５は、多孔質体２の第二側に偏った位置の外周に形成されるので、多孔質体２がガス管８から送られるガスによって第一側に向かう圧力を受けて移動しようとすると、不定形耐火物９によってせき止められる。よって、多孔質体２が第一側へ吹き飛ぶことが抑制される。また、多孔質体２が溶損して棚部５に達すると目視確認できるので、多孔質体２が終端部まで溶損する前に使用限界を確認することができる。

ガス吹き込みプラグ１は、溶融金属との接触、或いは溶融金属を排出後に行う酸素洗浄により損傷するため、適切な時期に交換を行う。図２０に示すように、使用していくと先端部１１の側から多孔質体２の溶損が進み、先端部１１の位置が第二側へ移動する。多孔質体２は、ガス管８から送られるガスによって第一側へ押し上げる圧力を受ける。従来は、多孔質体２の溶損が進むと重量が減少するため、第一側へ吹き飛ばされやすくなる。本発明に係るガス吹き込みプラグ１は、従来の課題を解決するものである。

また、ガス吹き込みプラグ１は、棚面１５の第一側に消失材６を備えるので、取鍋等の容器から溶融金属を取り出すときに、消失材６が消失してできた空隙に地金の一部が貯留する。貯留した地金は、酸素洗浄時の高温下で白熱して発光する。よって、ガス吹き込みプラグ１は、地金の発光を認識することで、多孔質体２が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、ガス吹き込みプラグ１は、多孔質体２が第一多孔質体３と第二多孔質体４を備え、棚部５は気孔率が小さい第一多孔質体３に形成される。よって、ガス管８から送られたガスを多孔質体２へ効率よく流通させ、溶融金属中に効率よく吹き込むことができる。また、棚部５は気孔率が小さい第一多孔質体３に形成されるので、気孔率が大きい第二多孔質体４にまで溶損が達する前に使用限界を確認することができる。

＜＜各実施形態の構成＞＞
次に、本発明の態様に係るガス吹き込みプラグ１の各実施形態に固有の構成を説明する。なお、すでに説明した共通の構成及び効果は説明を省略する。実施形態は、第一実施形態のガス吹き込みプラグ１ａから第五実施形態のガス吹き込みプラグ１ｅまでの五形態について説明する。このうち、第一実施形態のガス吹き込みプラグ１ａと第二実施形態のガス吹き込みプラグ１ｂからなる第一グループと、第三実施形態のガス吹き込みプラグ１ｃと第四実施形態のガス吹き込みプラグ１ｄからなる第二グループに分類できる。第五実施形態のガス吹き込みプラグ１ｅは、第一グループと第二グループの双方に共通する変形例である。

＜第一グループの構成＞
図１から図９までが第一グループを示す。第一グループのガス吹き込みプラグ１は、後述する第二グループのガス吹き込みプラグ１とは異なり、凹部７の形態をなさない状態で棚部５が形成される。消失材６は、棚部５の第一側であって、図６等に示すように領域Ｓの範囲内に取り付けられる。領域Ｓは、屈折線１３よりも第一側に形成される多孔質体２の外周面を、屈折線１３から棚部５に向かって延長させた仮想線と、屈折線１３から棚部５までに形成される多孔質体２の外周と、棚面１５によって囲われた領域である。屈折線１３は、多孔質体２の外周面が軸方向において屈折する境界線を示す。

図１、図２、及び図４に示すように、第一グループにおける多孔質体２の外周は、先端部１１と基端部１２との間の屈折線１３において、第一側と第二側との形態が異なる。例として、多孔質体２の基材は円錐台形状である。先端部１１から基端部１２に向かって外径寸法が増加し、屈折線１３から棚部５までの第二側は、外形寸法が一定である。第一実施形態のガス吹き込みプラグ１ａと第二実施形態のガス吹き込みプラグ１ｂにおいて、それぞれの屈折線１３から棚部５までの第二側の外形形状は後述する。

棚部５の外周は、先端部１１から屈折線１３までの傾斜線の延長線上に形成される。棚面１５は、屈折線１３から棚部５までの間で外径が広がった領域に形成される。例として、棚部５は、多孔質体２に使用する円錐台形状の基材に対し、屈折線１３から棚部５までの外周を削り取って形成される。よって、棚部５の外周は、屈折線１３と先端部１１との間の多孔質体２の外周と同様の傾斜角度である。

＜第一実施形態のガス吹き込みプラグ１ａの構成＞
図２及び図３を参照して、本発明の態様に係る第一実施形態のガス吹き込みプラグ１ａを説明する。図３（ａ）と図３（ｃ）に示すように、ガス吹き込みプラグ１ａは、多孔質体２ａである第一多孔質体３ａの中心軸Ｃに垂直な断面が、先端部１１に隣接する第一断面２１と、棚部５ａに対して第一側に隣接する第二断面２２とで異なる形状である。

また、図３（ｂ）に示すように、多孔質体２ａである第一多孔質体３ａの中心軸Ｃに垂直な断面は、さらに先端部１１と棚部５ａとの間に第一断面２１と第二断面２２とは、異なる形状である第三断面２３を有する。

図２に示すように、第一多孔質体３ａの外周は、屈折線１３から棚部５ａに至るまで中心軸Ｃに平行な四つの平面によって形成される。図３（ｃ）に示すように、棚部５ａの第一側に隣接する部分の第二断面２２は例として正方形である。なお、第二断面２２は多角形状、又はその他の形状でもよい。屈折線１３よりも第一側であって、先端部１１に隣接する第一断面２１は円形状である。なお、第一断面２１は楕円でもよい。さらに、屈折線１３と交差するように中心軸Ｃの垂直方向に切断したときの第三断面２３は、正方形に対して四隅がラウンドする形状である。なお、第一多孔質体３ａの外周は、屈折線１３から棚部５ａに至るまでは、少なくとも一つの平面が含まれればよい。平面が含まれることにより、第二断面２２と第三断面２３との形状は異なる。

＜第一実施形態のガス吹き込みプラグ１ａの構成による効果＞
以上説明した第一実施形態のガス吹き込みプラグ１ａによれば、以下の効果を奏する。図３に示すように、ガス吹き込みプラグ１ａは、第一断面２１と第二断面２２とが異なる形状なので、多孔質体２ａである第一多孔質体３ａの第二断面２２が現れると使用限界に近づいたことを確認することができる。

また、図３に示すように、ガス吹き込みプラグ１ａは、第一断面２１と第二断面２２との間に、異なる形状である第三断面２３を備えるので、多孔質体２ａである第一多孔質体３ａが溶損する進行具合を断面形状の変化で確認することができる。

＜第二実施形態のガス吹き込みプラグ１ｂの構成＞
次に、図４及び図５を参照して、第二実施形態のガス吹き込みプラグ１ｂを説明する。ガス吹き込みプラグ１ｂは、ガス吹き込みプラグ１ａに対して、第一多孔質体３ｂの屈折線１３と棚部５ｂとの間の外周形状が異なる。第一多孔質体３ｂは、屈折線１３と棚部５ｂとの間の外周形状が、中心軸Ｃを中心とする円筒面によって形成される。

棚部５ｂの外周形状は、ガス吹き込みプラグ１ａと同様である。棚面１５は、屈折線１３から棚部５ｂまでの間で外径が広がった領域に形成され、中心軸Ｃの周りに径方向に均等な範囲でリング状に形成される。

＜第二実施形態のガス吹き込みプラグ１ｂの構成による効果＞
以上説明した第二実施形態のガス吹き込みプラグ１ｂによれば、以下の効果を奏する。ガス吹き込みプラグ１ｂの棚面１５は、中心軸Ｃの周りに径方向に均等な範囲でリング状に形成される。よって、第一多孔質体３ｂが第一側に向かう圧力を受けて移動しようとすると、周方向において不定形耐火物９によって均等にせき止められ、第一側へ吹き飛ぶことがより抑制される。

＜第二グループの構成＞
次に、本発明の態様に係るガス吹き込みプラグ１の第二グループを説明する。図１０から図１８までが第二グループのガス吹き込みプラグ１を示す。第二グループのガス吹き込みプラグ１に共通の構成を説明する。第二グループのガス吹き込みプラグ１は、図１０等に示すように、多孔質体２が、外周から内側へ凹んで形成される凹部７を備える。凹部７は、軸方向において第二側へ偏った位置であって、第一側から第二側へ至る所定の領域に形成される。棚部５は、凹部７の一部であって、凹部７の第二側の端部に形成される。凹部７は、第一側に屈折線１３が第一側の境界線となって庇部１４が形成され、第二側に棚面１５が形成される。凹部７は、庇部１４と、棚面１５と、径方向の内側に凹んだ多孔質体２の外周によって形成される。

また、図１０等に示すように、ガス吹き込みプラグ１は、凹部７の内側であって、第一側から第二側に至る領域に消失材６を備える。

また、図１２及び図１４に示すように、多孔質体２の中心軸Ｃに垂直な断面は、凹部７と、凹部７に対して第一側に隣接する部分とは、異なる形状であるか、又は相似形状である。

また、すでに説明したように、第二グループのガス吹き込みプラグ１は、例として二つの多孔質体２である、第一多孔質体３と第二多孔質体４を備える。棚部５を含めた凹部７は、第一多孔質体３の第二側に偏って形成される。

＜第二グループの構成による効果＞
以上説明した第二グループのガス吹き込みプラグ１に共通の構成によれば、以下の効果を奏する。図１０に示すように、ガス吹き込みプラグ１は、一部に棚部５を形成する凹部７を備えるので、多孔質体２が第一側に向かう圧力を受けて移動しようとすると、凹部７に充填された不定形耐火物９によってせき止められる。よって、多孔質体２が第一側へ吹き飛ぶことが抑制される。また、多孔質体２の溶損が進んで先端部１１が凹部７に達すると、多孔質体２が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、図１０等に示すように、ガス吹き込みプラグ１は、凹部７の内側に消失材６を備えるので、取鍋等から溶融金属を取り出すとき、或いは酸素洗浄を行ったときに、消失材６が消失してできた空隙に地金の一部が貯留して発光する。よって、凹部７における地金の発光を認識することで、多孔質体２が使用限界に近づいたことを確認できる。

また、図１２及び図１４に示すように、ガス吹き込みプラグ１は、凹部７と、凹部７に対して第一側に隣接する部分とは異なる断面形状であるか、又は相似形状である。ガス吹き込みプラグ１は、断面が変化することによって多孔質体２の溶損が凹部７にまで達したことを認識できるので、多孔質体２が使用限界に近づいたことを確認できる。

＜第三実施形態のガス吹き込みプラグ１ｃの構成＞
次に、図１１及び図１２を参照して、本発明の態様に係る第三実施形態のガス吹き込みプラグ１ｃを説明する。図１１に示すように、ガス吹き込みプラグ１ｃの第一多孔質体３ｃは、凹部７ｃの内側が中心軸Ｃに平行な四つの平面によって形成される。図１２（ａ）及び図１２（ｃ）に示すように、第一多孔質体３ｃの中心軸Ｃに垂直な断面は、先端部１１に隣接する第一断面２１と、棚部５ｃに対して第一側に隣接する第二断面２２とは、異なる形状である。すなわち、第一断面２１は円形であり、第二断面２２は正方形である。

また、図１２（ｂ）及び図１２（ｃ）に示すように、第一多孔質体３ｃの中心軸Ｃに垂直な断面は、凹部７ｃの第二断面２２と、凹部７ｃに対して第一側に隣接する部分である第三断面２３とは、異なる形状である。すなわち、第三断面２３は円形であり、第二断面２２は正方形である。消失材６は、凹部７ｃの内側を形成する中心軸Ｃに平行な四つの平面周りに備えられる。なお、第二断面２２は正方形に限らず、多角形でもよいし、円形以外の他の形状でもよい。或いは、第二断面２２が円形であり、第三断面２３が円形以外の他の形状でもよい。

＜第三実施形態のガス吹き込みプラグ１ｃの構成による効果＞
以上説明した第三実施形態のガス吹き込みプラグ１ｃによれば、以下の効果を奏する。すでに説明した共通の効果に加え、ガス吹き込みプラグ１ｃは、第二断面２２と第三断面２３とが異なる形状なので、第一多孔質体３ｃが使用限界に近づいたことを断面形状の変化で確認できる。

＜第四実施形態のガス吹き込みプラグ１ｄの構成＞
次に、図１３及び図１４を参照して、本発明の態様に係る第四実施形態のガス吹き込みプラグ１ｄを説明する。図１３に示すように、ガス吹き込みプラグ１ｄは、凹部７ｄの内側が中心軸Ｃを中心とする円筒形状、又は円錐台形状に形成される。図１４（ａ）及び図１４（ｃ）に示すように、第一多孔質体３ｄの中心軸Ｃに垂直な断面は、先端部１１に隣接する第一断面２１と、棚部５ｄに対して第一側に隣接する第二断面２２とは、同一形状であって相似形状である。すなわち、第一断面２１と第二断面２２は円形である。

また、図１４（ｂ）及び図１４（ｃ）に示すように、第一多孔質体３ｄの中心軸Ｃに垂直な断面は、凹部７ｄの第二断面２２と、凹部７ｄに対して第一側に隣接する部分である第三断面２３とは、相似形状である。すなわち、第二断面２２と第三断面２３は円形であり、第二断面２２は第三断面２３よりも径が小さい。消失材６は、凹部７ｄの円筒面又は円錐台面の周りに備えられる。なお、第一断面２１、第二断面２２、及び第三断面２３は、円形に限らず楕円形、或いは多角形を含む他の形状でもよい。

＜第四実施形態のガス吹き込みプラグ１ｄの構成による効果＞
以上説明した第四実施形態のガス吹き込みプラグ１ｄによれば、以下の効果を奏する。すでに説明した共通の効果に加え、ガス吹き込みプラグ１ｄは、第二断面２２と第三断面２３とが相似形状なので、第一多孔質体３ｄの外径が急激に変化することで、溶損が凹部７ｄに達したことを確認できる。よって、第一多孔質体３ｄが使用限界に近づいたことを断面形状の大きさの変化で確認できる。また、凹部７ｄの内側は円筒面或いは円錐台面なので、第一多孔質体３ｄは、円錐台形状の基材から容易に凹部７ｄを加工ができる。

＜消失材６の各形態の説明＞
次に、消失材６について説明する。ガス吹き込みプラグ１は、棚部５の第一側に消失材６を備える。図６から図９までは、第一グループのガス吹き込みプラグ１における消失材６を示した図であり、図１５から図１８までは、第二グループのガス吹き込みプラグ１における消失材６を示した図である。以下、消失材６の各形態について説明する。

＜消失材６ａの構成と効果＞
図６及び図１５を参照して、消失材６ａについて説明する。消失材６ａは、第一多孔質体３の外周に沿って備えられ、消失材６ａの外周の少なくとも一部が、軸方向に沿う方向において鋸刃状に形成される。図６に示すように、第一グループのガス吹き込みプラグ１は、領域Ｓの範囲内において、消失材６ａが棚面１５から屈折線１３の途中まで鋸刃状の断面形状に形成される。また、図１５に示すように、第二グループのガス吹き込みプラグ１は、凹部７の範囲内において、消失材６ａが棚面１５から庇部１４までの間で鋸刃状の断面形状に形成される。

すでに説明したように、消失材６ａは溶融金属の熱によって消失し、第一多孔質体３と不定形耐火物９との間に空隙ができる。消失材６ａは鋸刃状に形成されるので、消失材６ａが消失して形成される空隙も断面形状が鋸刃状に形成される。ガス吹き込みプラグ１は、使用によって第一多孔質体３が溶損して先端部１１が消失材６ａによる空隙の位置に達すると、溶融金属が地金となって空隙に流入して貯留される。容器を傾転した際に地金が第一側へ向かって流出しようとすると、鋸刃形状によって抵抗が発生するので地金の流出が抑制される。よって、ガス吹き込みプラグ１は、地金の発光を認識することで、第一多孔質体３が使用限界に近づいたことを確認できる。

＜消失材６ｂの構成と効果＞
次に、図７及び図１６を参照して、消失材６ｂについて説明する。消失材６ｂは、第一多孔質体３の外周に沿って備えられ、棚面１５から第一側に向かって、径方向の厚みが徐々に小さくなるよう形成される。図７に示すように、第一グループのガス吹き込みプラグ１の消失材６ｂの外周は、領域Ｓの範囲内であって、棚面１５において棚部５の外周よりも内側に凹んだ位置から屈折線１３に向かって延びる線によって形成される。また、図１６に示すように、第二グループのガス吹き込みプラグ１の消失材６ｂは、凹部７の内側であって、棚面１５から庇部１４に向かって径方向の厚みが徐々に小さくなるよう形成される。

この場合、消失材６ｂが消失すると、第一多孔質体３と不定形耐火物９との間に空隙ができる。空隙は、径方向において第二側よりも第一側の厚みが小さくなる。地金が空隙に流入して貯留されたとき、容器を傾転した際に第一側へ向かって流出しようとすると、第一側である出口が第二側に比べて狭いため抵抗が発生して地金の流出が抑制される。よって、ガス吹き込みプラグ１は、地金の発光を認識することで、第一多孔質体３が使用限界に近づいたことを確認できる。

＜消失材６ｃの構成と効果＞
次に、図８及び図１７を参照して、消失材６ｃについて説明する。消失材６ｃは、第一多孔質体３の外周に沿って備えられ、棚面１５から第一側に向かって、径方向の厚みが均一に形成される。図８に示すように、第一グループのガス吹き込みプラグ１は、消失材６ｃが領域Ｓにおいて棚面１５から屈折線１３の途中まで径方向の厚みが均一に形成される。また、図１７に示すように、第二グループのガス吹き込みプラグ１は、消失材６ｃが凹部７の内側であって、棚面１５から庇部１４に向かって径方向の厚みが均一に形成される。

この場合、消失材６ｃが消失すると、第一多孔質体３と不定形耐火物９との間に空隙ができる。空隙は、棚面１５から第一側に向かって、径方向に均一の厚みである。地金が
空隙に流入して貯留され、貯留された地金が第一側へ向かって流出しようとすると、径方向に一定の厚みで形成される流路を通る必要があるので抵抗が発生し、流出が抑制される。特に、消失材６ｃの径方向の厚みが薄いと、地金流出のための流路が狭いため流出が抑制される。よって、ガス吹き込みプラグ１は、地金の発光を認識することで、第一多孔質体３が使用限界に近づいたことを確認できる。

＜消失材６ｄの構成と効果＞
次に、図９及び図１８を参照して、消失材６ｄについて説明する。消失材６ｄは、棚面１５の全面を覆う第一部分１６ａと、第一部分１６ａに連続して形成され、さらに棚面１５から第一側へ向かって第一多孔質体３の外周に沿う第二部分１６ｂを備える。第二部分１６ｂは、棚部５よりも径方向の内側に凹んで形成される。

図９に示すように、第一グループのガス吹き込みプラグ１は、消失材６ｄの第一部分１６ａが棚面１５の全面を覆う。さらに、第一部分１６ａに連続し、消失材６ｄの第二部分１６ｂが、領域Ｓの範囲内で第一多孔質体３の外周に沿って棚部５よりも径方向の内側に凹んで形成される。また、図１８に示すように、第二グループのガス吹き込みプラグ１は、消失材６ｄの第一部分１６ａが棚面１５の全面を覆う。さらに、第一部分１６ａに連続し、消失材６ｄの第二部分１６ｂが、凹部７の内部において第一多孔質体３の外周に沿って棚部５よりも径方向の内側に凹んで形成される。

消失材６ｄは、第一部分１６ａと第二部分１６ｂを含めて、同一材料によって一体で形成してもよいし、第一部分１６ａと第二部分１６ｂとを異なる材質で形成してもよい。例として、第一部分１６ａは鋼材を使用し、第二部分１６ｂはセラミックシートを使用してもよい。

この場合、消失材６ｄが消失すると、第一多孔質体３と不定形耐火物９との間に空隙ができる。空隙は、棚面１５の全面を覆う第一部分１６ａに相当する部分と、第一多孔質体３の外周に沿って棚部５よりも径方向の内側に凹む第二部分１６ｂに相当する部分に形成される。地金が空隙に流入すると、断面形状でＬ字状になって貯留される。第一部分１６ａに相当する部分に貯留された地金は、容器の傾転時に第一側へ流出しようとすると第二部分１６ｂに相当する部分の空隙を通る必要がある。第二部分１６ｂに相当する部分の空隙は狭いため、抵抗が生じて地金は第一側への流出が抑制される。よって、ガス吹き込みプラグ１は、地金の発光を認識することで、第一多孔質体３が使用限界に近づいたことを確認できる。

＜消失材６の径方向における厚みと効果＞
次に、消失材６の径方向における厚みを説明する。ここで説明する消失材６の厚みは、図６から図９、及び図１５から図１８までの例において適用可能である。消失材６は、径方向の厚みの少なくとも一部が０．１ｍｍから３ｍｍまでの範囲で形成されてもよい。この場合、消失材６の厚みの少なくとも一部が０．１ｍｍから３ｍｍまでの範囲なので、消失材６が消失後に流入して貯留される地金が薄くなり、多孔質体２からの冷却効果によって凝固しやすい。よって、ガス吹き込みプラグ１は、傾転しても地金の流出が抑制されるので、地金の発光を認識することで、多孔質体２が使用限界に近づいたことを確認できる。

なお、消失材６は径方向の厚みが３ｍｍを超えると、多孔質体２からの冷却効果が低減するため、地金の一部が液体状態のままとなる。よって、厚みは３ｍｍ以下が好ましい。また、多孔質体２の表面は、「ヘアークラック」と呼ばれるヒビが発生する場合がある。多孔質体２の耐用に影響するような内部まで進展している「キレツ(不良)」とは区別される。ヘアークラックは０．１ｍｍ程度のため、消失材６の径方向の厚みは、ヘアークラックと区別できるように０．１ｍｍ以上であることが望ましい。

また、消失材６の径方向における厚みは、少なくとも一部が、凹部７における径方向の深さに対して、１／１５０から３／１０までの厚みでもよい。この場合、消失材６は凹部７の深さに対して厚みが薄いので、消失材６が消失後に流入して貯留される地金が薄くなり凝固しやすい。よって、ガス吹き込みプラグ１は、傾転しても地金の流出が抑制されるので、地金の発光を認識することで、多孔質体２が使用限界に近づいたことを確認できる。

凹部７は、径方向の深さが１０ｍｍから１５ｍｍまでの深さで形成される。上述したように、消失材６の径方向の厚みは、少なくとも一部が０．１ｍｍ以上で３ｍｍ以下の範囲であることが望ましい。すると、消失材６の径方向の厚みは、凹部７の深さに換算すると、１／１５０から３／１０までの範囲である。

なお、消失材６の径方向の厚みは、製造上のばらつきを考慮して、１ｍｍから３ｍｍの間で形成される場合がある。この場合、消失材６の径方向の厚みは、凹部７の深さに換算すると、１／１５から１／３までの間である。さらに、消失材６の径方向の厚みを１ｍｍと想定すると、凹部７の深さに対して１／１５から１／１０までの範囲である。

１、１ａ、１ｂ、１ｃ、１ｄ、１ｅ ガス吹き込みプラグ
２、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ 多孔質体
３、３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄ 第一多孔質体
４ 第二多孔質体
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 棚部
６、６ａ、６ｂ、６ｃ、６ｄ 消失材
７、７ｃ、７ｄ 凹部
８ ガス管
９ 不定形耐火物
１１ 先端部
１２ 基端部
１５ 棚面
１６ａ 第一部分
１６ｂ 第二部分
２１ 第一断面
２２ 第二断面
２３ 第三断面
Ｃ 中心軸

Claims (14)

1. 溶融金属にガスを吹き込むガス吹き込みプラグであって、
   軸方向に延びる多孔質体と、
   前記多孔質体の外周に配される不定形耐火物と、
   前記多孔質体に接続されるガス管を備え、
   前記軸方向において、前記多孔質体を通過して前記ガスを吹き込む先端部の側を第一側とし、前記先端部の反対側であって基端部の側を第二側とし、
   前記ガス管は、前記基端部又は該基端部に隣接する前記多孔質体の外周に接続され、
   前記多孔質体は、外周に棚部を備え、
   前記棚部は、
   前記多孔質体の前記軸方向に延びる中心軸と交差する方向であって、前記第一側に面する棚面が形成され、
   前記軸方向において前記第二側に偏った位置に形成されるガス吹き込みプラグ。
2. 前記多孔質体の前記中心軸に垂直な断面は、
   前記先端部に隣接する第一断面と、前記棚部に対して前記第一側に隣接する第二断面とは、異なる形状である請求項１に記載のガス吹き込みプラグ。
3. 前記多孔質体の前記中心軸に垂直な断面は、さらに前記先端部と前記棚部との間に、前記第一断面と前記第二断面とは異なる形状である第三断面を有する請求項２に記載のガス吹き込みプラグ。
4. 前記棚面の前記第一側に消失材を備える請求項１に記載のガス吹き込みプラグ。
5. 前記多孔質体は、外周から内側へ凹んで形成される凹部を備え、
   前記凹部は、前記軸方向において前記第二側へ偏った位置であって、前記第一側から前記第二側へ至る所定の領域に形成され、
   前記棚部は、前記凹部の一部であって、該凹部の前記第二側の端部に形成される請求項１に記載のガス吹き込みプラグ。
6. 前記凹部の内側であって、前記第一側から前記第二側に至る領域に消失材を備える請求項５に記載のガス吹き込みプラグ。
7. 前記多孔質体の前記中心軸に垂直な断面は、
   前記凹部と、前記凹部に対して前記第一側に隣接する部分とは、異なる形状であるか、又は相似形状である請求項５又は６に記載のガス吹き込みプラグ。
8. 二つの前記多孔質体である、第一多孔質体と第二多孔質体を備え、
   前記第一多孔質体と前記第二多孔質体は、前記軸方向に沿って接続され、前記第一多孔質体は前記第二多孔質体に対して前記第一側にあり、
   前記ガス管は、前記第二多孔質体の前記基端部又は該基端部に隣接する該第二多孔質体の外周に接続され、
   前記第一多孔質体の気孔率は、前記第二多孔質体よりも小さく、
   前記棚部は、前記第一多孔質体に形成される請求項１又は５に記載のガス吹き込みプラグ。
9. 前記消失材は、
   前記多孔質体の外周に沿って備えられ、
   該消失材の外周の少なくとも一部が、前記軸方向に沿う方向において鋸刃状に形成される請求項４又は６に記載のガス吹き込みプラグ。
10. 前記消失材は、
    前記多孔質体の外周に沿って備えられ、
    前記棚面から前記第一側に向かって、径方向の厚みが徐々に小さくなるよう形成される請求項４又は６に記載のガス吹き込みプラグ。
11. 前記消失材は、
    前記多孔質体の外周に沿って備えられ、
    前記棚面から前記第一側に向かって、径方向の厚みが均一に形成される請求項４又は６に記載のガス吹き込みプラグ。
12. 前記消失材は、
    前記棚面の全面を覆う第一部分と、
    前記第一部分に連続して形成され、前記棚面から前記第一側へ向かって前記多孔質体の外周に沿う第二部分を備え、
    前記第二部分は、前記棚部よりも径方向の内側に凹んで形成される請求項４又は６に記載のガス吹き込みプラグ。
13. 前記消失材は、径方向の厚みの少なくとも一部が０．１ｍｍから３ｍｍまでの範囲で形成される請求項４又は６に記載のガス吹き込みプラグ。
14. 前記消失材は、
    前記凹部における径方向の深さに対して、少なくとも一部が１／１５から３／１０までの厚みである請求項６に記載のガス吹き込みプラグ。
    
    

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