JP3717159B2 - ガス吹込用ポーラスプラグ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属等の溶体に各種ガスを吹込むために設けるガス吹込用ポーラスプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶融金属、合金の精製過程や製鋼過程では、炉体内部のルツボや取鍋等の溶融金属容器内部の溶体を撹拌するために各種のガスを吹込むことが行われる。例えば図３に示したような断面のポーラスプラグ１を溶融金属容器の底部に設け、ガス供給管１５を通してポーラスプラグ１から溶融金属容器内の溶体中にガスを吹込む。
【０００３】
ところで、ポーラスプラグを用いて溶体中にガス吹込操作を繰り返し行うとポーラスプラグの上端から徐々に損耗する。例えば、１回の操業で５〜５０ｍｍ損耗すると言われている。ポーラスプラグの損耗状態は、操業終了時にポーラスプラグ部に酸素ガスを吹き付けてポーラスプラグに付着、あるいはポーラスプラグ中に浸透した金属等を溶融して洗い流すときに確認できる。そのため、損耗状態や交換時期が目視で判断できるように、ポーラスプラグの構造に工夫を凝らしている。
【０００４】
従来例の１として、図３に示したポーラスプラグ５０について説明する。中空円錐台形状の金属ケース５１内に充填されたキャスタブル耐火物５２の内側上部には、円錐台形状に形成されたポーラス質耐火物５３が配置され、下部には四角錐台形状に形成された終点判定用ポーラス質耐火物５４が配置されている。
【０００５】
下端にはガス供給管５５が接続されている。このポーラスプラグ５０を用いて溶体にガスを吹込操作を繰り返し行うと、ポーラスプラグ５０の上端から徐々に損耗する。そして、ポーラス質耐火物５３が消耗して、終点判定用ポーラス質耐火物５４の上端が露出したところでポーラスプラグの終点と判断されるのである。
【０００６】
従来例の２として、図４に示したガス吹込用ポーラスプラグ５０について説明する。中空円錐台形状の金属ケース５１内のポーラス質耐火物５３が充填された内側の下部には、埋め込まれるように円錐形状に形成された終点判定用キャスタブル耐火物５６が配置されている。
【０００７】
下端には、図示しないガス供給管が接続される。このポーラスプラグ５０を用いて溶体にガスを吹込操作を繰り返し行うと、ポーラスプラグ５０の上端から徐々に損耗し、ポーラス質耐火物５３が消耗して終点判定用キャスタブル耐火物５６が露出したところでポーラスプラグ５０の終点と判断されるのである。
【０００８】
従来例の３として、図５に示したガス吹込用ポーラスプラグ５０について説明する。図５（ａ）は、ポーラスプラグ５０の下部の平面断面図略図である。図５（ｂ）は、正面断面図略図である。中空円錐台形状の金属ケース５１内の上側には、円錐台形状に形成されたポーラス質耐火物５３を包むように円錐台形状上のキャスタブル耐火物５２が配置されており、下部には円錐台形状に形成され中心部に多数の円筒状パイプ５８を形成した多孔質れんが５７が配置されている。下端には図示しないガス供給管が接続される。
【０００９】
このポーラスプラグ５０を用いて溶体にガスを吹込操作を繰り返し行うと、ポーラス質耐火物５３とキャスタブル耐火物５２が損耗し、多孔質れんが５７が露出したところでポーラスプラグの終点と判断される。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
従来例１〜３に関しては、ポーラスプラグ５０の先端面に地金が付着してガスの吹込み流量不足になりやすいこと、また、付着した地金を酸素洗浄して除去するさい、耐火物が溶損するのでポーラスプラグの寿命が短くなる、という共通の問題点がある。従来例３のパイプを設けたポーラスプラグでは、終点に近くなると溶体が流入してパイプを閉塞させるので、ガスの吹込み流量不足だけでなく、ガス配管と底面鉄板を溶かして漏鋼の危険がある。
【００１１】
従って、本発明の目的は、溶体の浸入を低減して耐用寿命の延長を図るとともに、終点判定が確実になるようにしたポーラスプラグを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、ポーラス質耐火物と、前記ポーラス質耐火物の下側位置に配設されるスリット構造を備えた耐火物とで、構成されていることを特徴とするガス吹込用ポーラスプラグである。
【００１３】
本発明の第２の態様は、前記スリット構造を備えた耐火物は、幅が０．０８ｍｍ〜０．５ｍｍのスリットが、放射状、縦横状、または同心円状を含む任意形状に配列されて耐火物と一体に形成されたものであることを特徴とするガス吹込用ポーラスプラグである。
【００１４】
本発明の第３の態様は、前記ポーラス質耐火物の高さと、前記スリット構造を備えた耐火物の高さの比が、５：１〜１：５の間であることを特徴とするガス吹込用ポーラスプラグである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図１を用いて説明する。図１（ａ）はポーラスプラグ１のスリット構造を備える耐火物３のスリット７の横断面を示した略図である。図１（ｂ）はポーラスプラグ１の縦断面の略図である。
【００１６】
ポーラスプラグ１の中心上部には、円錐台形状に形成されたポーラス質耐火物２が配置されている。ポーラス質耐火物２の下側には、円形皿状空間のエアープール８を中心上端部と中心底部に備えたスリット構造を備えた耐火物３が配置されている。スリット構造を備えた耐火物３の下部には、底板鉄板９が設けられている。さらに、ガス吹込用ポーラスプラグ１の下側には、スリット構造を備えた耐火物３にガスを導通させるため、底板鉄板９を貫通してエアープール８に接続するガス供給管６が設けられている。
【００１７】
ポーラス質耐火物２と、スリット構造を備えた耐火物３との側面の全部又は一部は、金属ケース４で覆われている。さらに、金属ケースで覆われた部分とそうでない部分を包むようにキャスタブル耐火物５が設けられている。
【００１８】
ポーラス質耐火物２の形状は、操業に合わせて円錐台形状等、任意に選定できる。また、材質は広範囲に選択できる。例えば、高アルミナ質からマグネシア質まで広範囲に用いることができる。材質が広範囲に選択できることから、操業条件に最適の材料が選択できコスト面や寿命に大いに寄与する。
【００１９】
スリット構造を備えた耐火物３は、安定したガスを流すことができ、終点を確認するためのものである。形状は、上部のポーラス質耐火物と同一に形成しても良いが、例えば四角錐台形状とするなど、かならずしも同一形状とする必要はない。または、例えば、多角柱状の耐火物を複数並べて形成したものでも良い。
【００２０】
本発明でいうスリット構造を備えた耐火物とは、ガスを導通させるさいの圧力損失が小さくでき、ガスの通過しやすい構造を備えたものをいう。従って、たとえば、中空貫通円筒状や、一般にいうスリット構造を備えた耐火物であれば用いることができる。材質は、上部のポーラス質耐火物と同じくして良く、更に高耐食性の耐火物を用いても良い。
【００２１】
本実施の形態では、スリット構造を備えた耐火物３にはスリットを設ける。図１（ａ）、図１（ｂ）には、スリット構造を備えた耐火物３の上端のエアープール８から、下端のエアープール８にいたるスリット７を示した。本実施の形態のスリット７は、薄い短冊状に形成され開口部形状がほぼ長方形であり、スリット構造を備えた耐火物３の中心からほぼ放射状に配置されている。スリット７は、圧力損失を少なくし、ガスを流すさいに大流量を確保するためのものであり、スリットの形状やスリットの数を選定することで流量を調整することができる。
【００２２】
スリットの形状は、例えば、長方形状、多角形状、円形状、楕円形状等任意の形状が選択できる。スリットをスリット構造を備えた耐火物３に配置する場合、図１例には、スリットを放射状に配置した例を示したが、例えば、各スリットを縦横に配列させる、同心円状に配列させる等任意の形態を選択することができる。また、同一開口部形状とする必要はなく、開口部形状、大きさを任意としても良い。
【００２３】
スリットは、例えば、長方形であれば短辺の厚みが０．０８ｍｍ〜０．５ｍｍの可燃性材料、円形のスリットであれば直径が０．０８ｍｍ〜０．５ｍｍの可燃性材料を用いて、耐火物と一体に加圧成形、振動成形等の方法により成形し、スリット構造を備えた耐火物３とすることが望ましい。また、多角柱状に耐火材を多数並べた隙間等に上記形状のスリットを形成したものを用いても良い。形成されたスリットは、幅が０．０８ｍｍ〜０．５ｍｍのスリット複数が、耐火物と一体に形成されたものであることが望ましい。
【００２４】
本実施の形態では、ポーラス質耐火物２の高さと、スリット構造を備えた耐火物３の高さの比が、５：１〜１：５の間であることを特徴とする。これを、図１（ｂ）を用いて説明する。本発明では、ポーラス質耐火物の高さ１１をｈ１とし、スリット構造を備えた耐火物の高さ１２をｈ２とした場合、ｈ１：ｈ２が５：１〜１：５の間にあるあることが好ましい。この理由は、ｈ２が範囲を下回ると、スリット構造物３を下部に設けた効果、すなわち、ガスを流すさいの圧力損失を小さくするという効果、が小さくなるからである。
【００２５】
逆に、ｈ１が小さくてｈ２が大きく範囲を超える場合は、ｈ１のポーラス質耐火物２の長さが短くなって使用回数が少なくなること、また、ポーラス質耐火物２自体の形状が小さくなるため、スポーリングによる損耗も生じやすくなる。
【００２６】
本実施の形態では、ポーラス質耐火物２と、スリット構造を備えた耐火物３との側面の全部又は一部が金属ケースで覆われていることが望ましい。金属ケース４は、耐火物を充填してポーラスプラグの成形する際に用いたり、炉等に実際にセットする際に周囲の耐火物と接触して破損することを防止する役目があるが、ポーラスプラグの側面全周囲に設けても良く、スリット構造を備えた耐火物３を覆うように設けても良い。
【００２７】
また、金属ケースを用いないでガス吹込用ポーラスプラグ１を成形することは可能である。また、ガス吹込用ポーラスプラグ１は金属ケース４に装入せずに溶融金属容器の底部に配置されることもある。
【００２８】
スリットと一体に形成した耐火物３の上部、及び底部に設けられたエアープール８の役目について説明する。ガス供給管６から流入したガスは底部のエアープール８に流入する。流入したガスはエアープール８で広がり、主にスリット７を通して上昇する。
【００２９】
スリットと一体に形成した耐火物３の上端面に設けられたエアープール８の役目についても同様であり、主にスリット７を通して上昇したガスは上端のエアープール８に流入する。上端のエアープール８では、ガス広がり、上部のポーラス質耐火物２へと上昇する。なお、エアープール８は、円形皿状空間状に設けることが望ましいが、要は空間部を形成できる方法であればどのような手段を用いても良い。
【００３０】
本実施の形態では、ポーラス質耐火物２と、スリット構造を備えた耐火物３を包むようにキャスタブル耐火物５が設けられていることが望ましい。さらに、金属ケースで覆われたた部分とそうでない部分を包むようにキャスタブル耐火物５を設けることもできる。
【００３１】
キャスタブル耐火物５を設けることにより、ポーラス質耐火物２のガスは上面に優先的に流れるようになる。もし、ガスが側面から流れたとしても、このキャスタブル耐火物５で防ぐことができ、下方にガスが流れにくくなる。また、金属ケース４や底板鉄板９をキャスタブル耐火物５で全面覆うことにより、溶融金属が直接触れる箇所がガス吹込用ポーラスプラグ１の上端のみとなり、操業上安全である。
【００３２】
【実施例】
本発明の実施の形態で示したものと、従来例１、従来例２、および従来低３についてガスを流して同種の溶体を用いて試験した。試験に用いたポーラスプラグの高さはいずれも３００ｍｍである。ただし、本発明例では、ポーラス質耐火物の高さを１８０ｍｍとし、スリット構造を備えた耐火物については高さを１２０ｍｍとした。すなわち、ポーラス質耐火物とスリット構造を備えた耐火物との高さは３：２とした。また、スリット構造を備えた耐火物については幅が０．３ｍｍのスリットを放射状に多数に形成させた。ガスはＡｒガスを用い、元圧を２〜５ｋｇ／ｃｍ²試に変化させた。その結果を図２に示した。
【００３３】
図２の結果から、本発明品は圧力に対する流量が大きいことがわかる。また、本発明品はガス通路に地金の浸入がほとんどなく、酸素洗浄による地金の除去作業が著しく減少し、終点の判断が楽にできた。さらに、試験終了後にセットしたポーラスプラグスの損耗度をチェックしたところ、従来品に較べ本発明のものは損耗が少ないことがわかった。
【発明の効果】
本発明によれば、ガス吹込用ポーラスプラグの下部にスリット構造物を用いたことにより、ポーラス質耐火物は緻密な材料が選択できるので地金の湿潤が抑制される。また、ガス流量を高いままに維持でき、酸素洗浄による地金の除去作業が著しく減少してポーラスプラグの溶損が少なくなり、寿命を延長することができる。また、ポーラス質耐火物材質の選択範囲が広いので、プラグの製造コストを著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示す図である。
【図２】本願発明および従来例のガス圧と流量変化を示す図である。
【図３】従来例１を示す図である。
【図４】従来例２を示す図である。
【図５】従来例３を示す図である。
【符号の説明】
１ ガス吹込用ポーラスプラグ
２ ポーラス質耐火物
３ スリット構造を備えた耐火物
４ 金属ケース
５ キャスタブル耐火物
６ ガス供給管
７ スリット
８ エアープール
９ 底板鉄板
１１ ポーラス質耐火物部高さｈ１
１２ スリット構造を設けた耐火物部高さｈ２
５０ ガス吹込用ポーラスプラグ
５１ 金属ケース
５２ キャスタブル耐火物
５３ ポーラス質耐火物
５４ 終点判定用ポーラス質耐火物
５５ ガス配管
５６ 終点判定用キャスタブル耐火物
５７ 多孔質れんが
５８ ステンレス鋼製細管

Claims (3)

1. ポーラス質耐火物（２）と、前記ポーラス質耐火物の下側位置に配設されたエヤープール（８）と、該エヤープールの下側に配設されたスリット構造を備えた耐火物（３）と、該スリット構造を備えた耐火物の下側に配設された他のエヤープール（８）と、該エヤープール（８）にガスを供給する配管と、から構成されているガス吹込用ポーラスプラグ（１）であって、前記スリット構造を備えた耐火物（３）は、幅が０．０８ｍｍ〜０．５ｍｍのスリット（７）が、放射状、縦横状、または同心円状を含む形状に配列されて耐火物と一体に形成されたものであることを特徴とするガス吹込用ポーラスプラグ。
2. 前記ポーラス質耐火物（２）の高さ（ｈ１）と、前記スリット構造を備えた耐火物（３）の高さ（ｈ２）の比が、５：１〜１：５の間であることを特徴とする請求項１に記載のガス吹込用ポーラスプラグ。
3. 前記ポーラスプラグ（１）の側面の全部または一部が金属ケース（４）で覆われていることを特徴とする請求項１から２のいずれか１項に記載のガス吹込用ポーラスプラグ。

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