JP3824119B2 - ガス吹きプラグ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属溶湯にガスを吹込むガス吹きプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶鋼等の金属溶湯のトリベ処理においては、不活性ガス等のガスを金属溶湯に吹込むことにより、金属溶湯の攪拌性を高めたり、脱ガスや脱硫などが行われて、金属溶湯に対する処理が促進される。金属溶湯へのガス吹込みは、トリベの炉床に配置された多数のガス吹きプラグによって行われている。
【０００３】
従来より、ガス吹きプラグは、ＬＦ、ＶＯＤ、ＣＡＳ−ＯＢ等のトリベ処理において、吹込通路が多孔質れんがの開気孔であるポーラスプラグと、吹込通路が軸芯と平行なスリットをもつ緻密れんが製のスリットプラグとが多用されている。
両プラグを比較すると、耐用性とガス通気量の面でポーラスプラグよりスリットプラグの方が優れている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のスリットタイプのガス吹きプラグは、スリットの表面粗さを規定していないため、スリット内へ金属溶湯が浸入しやすく、吹出しガス量が低下すると共に耐用性を悪化し、浸入した金属溶湯が固まった地金によってスリットからひび割れを誘発するという問題があった。
【０００５】
スリット内への金属溶湯の浸入を阻止するには、スリットの厚みを小さくすればよいが、スリットの厚みを小さくすると、ガスの通気量が犠牲になる。
本発明は、スリットへの金属溶湯の浸入を防止し、ガスの通気量を確保したスリットタイプのガス吹きプラグを提供することを解決すべき課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく本発明の発明者等は種々検討を重ね、スリット内へ金属溶湯が浸入する現象を究明し、スリットを区画する内壁面の表面粗さに注目して種々の条件で調査を行った。その結果、スリットの内壁面の表面粗さによって金属溶湯の浸入が影響されることをつきとめ本発明を完成するに至った。
【０００７】
すなわち、本発明は、金属溶湯にガスを吹込む吹込通路として軸方向に延びるスリット通路をもつガス吹きプラグであって、前記スリット通路を区画する内壁面の表面粗さが、平均粗さが１．９〜３．７μｍの範囲であることを特徴とする。 前記スリット通路を区画する内壁面の表面粗さは、最大粗さが２６．５〜５９．２μｍの範囲であることが好ましい。
【０００８】
ここで、平均粗さとは、基準長さ分の前記断面曲線のうち波長の長い成分を除去して得られる粗さ曲線の算術平均である。
最大粗さとは、内壁面の断面曲線から基準長さをとり、この基準長さの範囲で最小谷底を結んだ仮想平滑面からの各山頂の高さを計測したものである。
【０００９】
【作用効果】
本発明のガス吹きプラグでは、スリット通路を区画する内壁面の表面平均粗さを上記値の範囲とすることにより、金属溶湯がスリット内壁面凹凸の凹部に浸入しスリット通路の軸方向深くへ金属溶湯が浸入するのが抑えられ、ガスの通気量を確保することができる。
【００１０】
スリット通路を区画する内壁面の表面粗さは、できるだけ凹凸に富んでいることが好ましい。凹凸に富んでいることにより、凹部に浸入する金属溶湯の量が多くなり、スリット通路の軸方向深くへ浸入する金属溶湯を一層抑えることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明のガス吹きプラグは、ガスを金属溶湯に吹込むことにより、金属溶湯に対する処理（脱ガス処理、脱炭処理、脱硫処理等）を促進するものであり、例えば転炉から連続鋳造へ金属溶湯を移送するトリベ処理に有効となる。
吹込通路としてのスリット通路の数は、特に限定されないが、一般的には複数本設けられている。複数本のスリット通路は、放射状あるいは円陣状等が考えられる。
【００１２】
スリット通路の幅は、１０mm程度、厚みは、０．２５mm程度が好ましい。この幅と厚みのスリット通路で上記表面粗さのとき、金属溶湯の浸入が阻止される割合が最も良いことが、ガス通気量と閉塞率（プラグ軸方向の所定深さでの目詰り率）の測定結果から明らかになった。
本発明のガス吹きプラグは、焼失板材をスリット通路形成材として用い、流動性をもつ緻密れんが、例えばハイアルミナ質キャスタブル耐火材を焼失板材の外側に流し込んで成形し、耐火材が固化後、加熱により焼失板材を焼失させるこにより形成できる。
【００１３】
焼失板材は、表面を平滑にした紙等の芯材と、該芯材の両面に接合された凹凸表皮材とから構成することができる。この凹凸表皮材の粗さを調整することにより、本発明の表面粗さが平均粗さで１．９〜３．７μｍの範囲、最大粗さで２６．５〜５９．２μｍの範囲のスリット通路を形成することができる。
凹凸表皮材は、薄膜の上に本発明の表面粗さを実現する粒子径の粒材を吹付けて構成することができる。また、芯材の表面に接着材を塗布し、その上に粒材を吹付けてもよい。この場合、薄膜も粒材も焼失材である。
【００１４】
【実施例】
次に本発明のガス吹きプラグの実施例を図１〜図４を参照しつつ説明する。ガス吹きプラグ１は、図１に示すように、円錐台形状の耐火物１０と、該耐火物１０を被覆する鉄皮１２とで構成されており、単体では耐火物１０の上面に吊下げ用の鉄製フック１３が取付けられている。
【００１５】
耐火物１０の下面にはガスプール部１４が形成されている。ガスプール部１４は、鉄皮１２に一体的に保持された底金１５と、底金１５の外縁と耐火物１０の下面との間に介装されたスペーサリング１６とで区画され、ガスプール部１４は、スペーサリング１６の厚み分の空間として形成されている。
底金１５には、導管１７が接続され、該導管１７には図示しないガス供給装置が接続される。
【００１６】
ところで、耐火物１０には、ガス吹きプラグ１の軸方向に形成されたスリット通路１８がその幅方向を放射状に整列して複数形成されている。スリット通路１８は、耐火物１０の下面から上面に貫通しており、その長さＬが耐火物１０の軸方向長さ２７０mmに等しく、また、図１のＡ−Ａ線断面を示す図２に示すように、その周方向の厚みｔが０．２５mm、幅ｗ（径方向の長さ）が１０mmとされている。 上記スリット通路１８は、該スリット通路１８を区画する内壁面の表面粗さが、平均粗さで２．３μm、最大粗さＲmax=３６．９μmに設定されている。ここで、最大粗さは、内壁面の断面曲線から基準長さをとり、この基準長さの範囲で最小谷底を結んだ仮想平滑面からの各山頂の高さを計測したものである。平均粗さは、基準長さ分の前記断面曲線のうち波長の長い成分を除去して得られる粗さ曲線の算術平均を計算したものである。
【００１７】
上記ガス吹きプラグは以下のように製作した。
耐火物１０はハイアルミナ質キャスタブルを用いた。具体的に、ＳｉＯ₂３重量％、Ａｌ₂Ｏ₃８９．５重量％、ＣａＯ１．５重量％、ＭｇＯ４．０重量％のものを用いた。
スリット通路１８の形成は、図３に示すように、表面を平滑にした紙からなる芯材１９と、該芯材１９の表面に最大粗さＲmax=３６．９μm以下、平均粗さがＲａ=２．３μmに設定された凹凸表皮材２０を貼設した焼失板材２１をスリット通路形成材として用いて行った。焼失板材２１は芯材１９及び凹凸表皮材２０の長さが２７０mmより長いものとした。芯材１９の厚みは０．２５mm、幅ｗは１０mmとした。
【００１８】
成形型への焼失板材２１のセットは、該焼失板材２１の端をフックで引っかけた状態で成形型内に吊下げた。この後、ハイアルミナ質キャスタブルの流体を成形型内に流し込んだ。この場合、焼失板材２１がよじれないように、該焼失板材２１を位置規制するため、成形型の底部で焼失板材の下端を固定した。
上記のように焼失板材２１が流動耐火物内に埋め込まれた成形型は、焼成工程により所定温度で加熱した。これにより、耐火物１０が形成されると共に、焼失板材２１が焼失して、表面粗さが本実施例の値のスリット通路１８を形成することができた。
【００１９】
更にスリット通路１８が形成された耐火物１０の外周に鉄皮１２を巻付け、耐火物１０の下面にスペーサリング１６を挟んで底金１５を設置し、底板１５と鉄皮１２の下端とを溶接して、本ガス吹きプラグ１を完成した。
次に上記ガス吹きプラグ１の性能を確認するため、供試品として、ポーラスプラグ（従来例）と、耐火材は本ガス吹きプラグ１の耐火材と同じ材質で、スリット通路１８の表面粗さを異ならせたもの２点を用意した。ポーラスプラグの表面粗さ（任意の断面での表面粗さ）は、最大粗さ１５．１μm以下、平均粗さ１．５μmである。スリット通路１８の表面粗さを異ならせた比較例１は、表面粗さが最大粗さ２６．５μm以下、平均粗さ１．９μmのものであり、比較例２は表面粗さが最大粗さ５９．２μm以下、平均粗さ３．７μm以上のものとした。なお、スリット通路１８の個数は各比較例１、２及び実施例共に１６個とした。
【００２０】
これらの各供試品を回転浸食炉に使用して以下の試験を行った。
（通気量試験）
図６は、各供試品の通気量試験の結果を示す。縦軸は、通気量であり、単位は毎分のガス量（リットルＬ）である。横軸は、導管１７から送るガスの圧力値を表し、単位はkg/cmである。
【００２１】
表１からわかるように、従来例のポーラスプラグでの測定結果をプロットとした□印の曲線は、圧力に比例して通気量が多くなっている。そして、従来例の測定結果に実施例（△印でプロット）のガス吹きプラグ１と、比較例１（○印でプロット）のものがほぼ等しくなっている。これに対し、表面粗さを実施例より大きくした比較例２（×印でプロット）のものも、圧力に比例して通気量は多くなっているが、その割合が小さい。すなわち、比較例２のものは、実施例やポーラスプラグ及び比較例１のものに対し通気量が少ない。
【００２２】
（閉塞率試験）
図７は各供試品の金属溶湯の浸入状態（閉塞率）試験の結果を示す。縦軸は、スリット通路１８の閉塞率を表し、単位は入力ガス量に対する吹き出しガス量の百分率％である。横軸は、金属溶湯と接触する耐火物１２の上面からの深さ（切断位置）を表す。単位はmmである。
【００２３】
閉塞率の測定は、金属溶湯が固化してスリット通路を塞ぐように付着した地金の状態をスリット通路を拡大した画像により、その面積の百分率を計算したものである。
表２からわかるように、従来例（□印でプロット）のポーラスプラグでの測定結果の曲線は、スリット通路が深くなるほど閉塞率が小さくなっている。耐火物１２の上面での閉塞率が１００％となっていても、この上面でに付着した地金は新たな金属溶湯によって除去されるので問題はない。
【００２４】
この従来例の閉塞率曲線に対し、比較例１（○印でプロット）のものは、切断位置が深くなる程閉塞率が小さくなる割合がポーラスプラグより急になっている。すなわち、スリットプラグとすることにより、閉塞率がポーラスプラグより改善されている。
そして、実施例（△印でプロット）のガス吹きプラグ１では、比較例１より更に閉塞率が小さくなる割合が急になっており、閉塞率が改善されることがわかる。 スリット通路の表面粗さが実施例より粗い比較例２（×印でプロット）のものでは、５〜１５mmの範囲の切断位置での閉塞率が実施例より良く、２０mmの切断位置で本実施例とほぼ同じである。
【００２５】
以上の試験結果より本発明のガス吹きプラグ１では、ポーラスプラグに対し実施例の表面粗さから比較例１の表面粗さの範囲が、通気量の点で良好であり、実施例の表面粗さから比較例２の表面粗さの範囲が、閉塞率の点で良好であることがわかった。
従って、スリット通路１８の内壁面における平均粗さが１．９〜３．７の範囲、最大粗さが２６．５〜５９．２μｍの範囲の表面粗のガス吹きプラグとすることにより、スリット通路１８の閉塞が抑えられ、ガスの通気量を確保することができた。これらのガス吹きプラグによれば、スリットプラグにより耐スポーリング性が良好であることが期待できる。
【００２６】
そして、特に実施例のガス吹きプラグでは、通気量及び閉塞率が共に良好であることがわかった。
本ガス吹きプラグ１は、ＬＦ、ＶＯＤ、ＣＡＳ−ＯＢ等のトリベの耐火壁に埋設して用いることができる。ガス吹きプラグ１からトリベ内に吹出すガスは、該トリベ内の加熱された金属溶湯に吹出し、金属溶湯を攪拌し、スラグと金属溶湯との反応性を高める。
【００２７】
本発明の第２実施例として、スリット通路は、図４に示すように、耐火物１０の周方向に幅方向を一致させたスリット通路２２を複数形成したものや、図５に示すように、該スリット通路２２と第１実施例と同様に放射状に配置したスリット通路１８とを併用してもよい。
このように放射状に配置したスリット通路１８と周方向に幅方向を一致させたスリット通路２２とを併用することにより、放射状だけのスリット通路１８や周方向だけのスリット通路２２から吹出す場合に比し、耐火物１０の上面からのガスの流れに変化をもたせることができ、攪拌性等の向上を期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明のガス吹きプラグを示す断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ線断面図である。
【図３】 スリット通路を形成するための焼失板材を示す図である。
【図４】 他の実施例に係るガス吹きプラグを示す断面図である。
【図５】 更に他の実施例に係るガス吹きプラグを示す断面図である。
【図６】 実施例の発明品と比較例の通気量試験の結果を示す図である。
【図７】 実施例の発明品と比較例の閉塞率量試験の結果を示す図である。
【符号の説明】
１…ガス吹きプラグ、１０…耐火物、１２…鉄皮、１４…ガスプール部、１７…導管、１８…スリット通路、１９…芯材、２０…凹凸表皮材、２１…焼失板材。

Claims (2)

1. 金属溶湯にガスを吹込む吹込通路として軸方向に延びるスリット通路をもつ緻密れんが製のガス吹きプラグであって、
   前記スリット通路を区画する内壁面の表面粗さは、平均粗さが１．９〜３．７μｍの範囲であることを特徴とするガス吹きプラグ。
2. 前記スリット通路を区画する内壁面の表面粗さは、最大粗さが２６．５〜５９．２μｍの範囲である請求項１記載のガス吹きプラグ。

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