JP4021857B2 - Ｒｈ脱ガス装置浸漬管の冷却構造 - Google Patents
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Description
本発明は、浸漬管の芯金に沿って冷却通路を備えたＲＨ脱ガス装置の浸漬管に関する。
鋼の精錬法として、吸上式真空精錬法があり、ＲＨ法が用いられている。ＲＨ脱ガス炉（以下ＲＨと略す）の断面略図を図６に示した。ＲＨ１２１は、真空下で溶鋼１２５を還流させて、溶鋼に存在するＨ２ガスやＯ２ガス等の脱ガスを行う還流式脱ガスに用いる設備である。
ＲＨ１２１は、上部槽１３１、下部槽１２９、及び左右一対の浸漬管１２７とで構成されている。ＲＨ１２１の操業時には、浸漬管１２７を取鍋１２３の、例えば、溶鋼１２５中に浸漬し、左側の浸漬管（上昇管）からＡｒ又はＮ２ガス１３３を吹き込む。
すると、溶鋼１２５は、まず下部槽１２９内に流入して真空雰囲気と接触し、脱ガス処理されながら右の浸漬管（下降管）に向い、浸漬管（下降管）から取鍋１２３に戻る。この還流１３５を続けることで、溶鋼１２５の脱ガスが進行する。一方ガスは、真空脱ガス１３７として系外に排出される。
図５に従来の浸漬管の中心部正面断面図の略図を示した。浸漬管１０１は、外観がほぼ円筒状であり、芯金１０３の内側および外側を耐火物で覆った構造である。浸漬管１０１の芯金１０３の上端部外周には、浸漬管を真空に保ち、かつＲＨの下部槽に固定するために、厚めの鋼鉄製リング状部材が溶接固定されている。
芯金１０３の下側及び外側には、不定形耐物１０７が配設されている。芯金１０３の内側には、定型耐火物１０５が配設されている。また、定型耐火物１０５には、リフトガス導通管１０９を通すための孔が設けられている。リフトガス導通管１０９を通して取鍋溶鋼中にガスが吹き込まれる。
浸漬管１０１の剛性を維持する芯金１０３は、例えば、鋼材を用いて作製される。ところで、真空処理のたびに加熱と冷却が繰り返される。すると、芯金１０３の熱膨張と耐火物の熱膨張との差により、芯金は、次第に外側にラッパ状に変形する。
図４には、芯金１０３の下端部が変形した状態を示した。芯金１０３の変形により、芯金１０３を覆う不定形耐火物７にはき裂が生じる。き裂が生じると、き裂から溶鋼が浸入して芯金１０３を溶かして使用不能にいたらしめる。使用不能にいたらなくても、耐火物の剥離や脱落が生じるので、浸漬管１０１の寿命が著しく低下する。上述の問題点を解決し芯金の熱膨張による変形を防止するために、下記のような処置がとられてきた。
図３（ａ）には、芯金の外側下端部に、芯金の周囲に丸棒１１１を巻きつけて補強し変形を防止する方法が示されている。図３（ｂ）には、芯金１１３全体の厚みを増して剛性を上げ、変形を防止する方法が示されている。図３（ｃ）には、冷却管１１５を鉄皮に設けてガスまたは液体を用いて冷却して熱膨張を抑制する方法が示されている。図３（ｃ）の技術について、例えば、特開２００１−２７１１１６号公報には、芯金の外周面に断面が半円形または半角形状の樋状流路カバーを溶接固定して冷却通路とし、芯金を効率的に冷却する構造の浸漬管が示されている。
特開２００１−２７１１１６号公報
上記各従来技術については、以下のような問題点があった。図３（ａ）の技術については、溶湯が浸透した場合に、芯金周囲の丸棒１１１と接触して丸棒１１１を侵食する可能性がある。また、丸棒１１１から不定形耐火物への距離が短いので、丸棒１１１からき裂が発生する。
図３（ｂ）の技術については、厚みを増した芯金１１３を用いるため、剛性は上がるものの、加工の手間、費用の増加がある。
図３（ｃ）の技術については、芯金の外周面に断面が半円形または半角形状の冷却カバー１１５を溶接固定して設けるため、剛性は上がるものの、加工の手間、費用の増加がある。また、生じたき裂から溶鋼が浸入して冷却カバー１１５を損傷させて、冷却媒体の漏れを起こす可能性がある。
そこで、本発明の目的は、浸漬管芯金の冷却効率を高め、構造が簡単で施工の容易な浸漬管芯金の冷却用通路を提案することにある。
前記課題を解決するために本発明の第１の態様は、芯金を冷却するための冷却通路が芯金に沿って設けられた浸漬管であって、冷却ガスを通すための前記冷却通路が前記芯金の内側に断面形状が三日月型に設けられていることを特徴とするＲＨ脱ガス装置の浸漬管である。
本発明の第２の態様は、前記冷却通路は、芯金の下端部に、かつ芯金の周囲に一重又は二重以上に設けられていることを特徴とするＲＨ脱ガス装置の浸漬管である。
本発明の第３の態様は、前記冷却通路は、断面形状が三日月型になるように円筒形状のパイプを切断加工して、芯金に溶接固定して設けられていることを特徴とするＲＨ脱ガス装置の浸漬管である。
本発明の第４の態様は、前記冷却通路の断面は、三日月型に形成された空洞の底部内寸幅をａとし、高さをｂとしたとき、ｂ／ａが０．１から１未満であることを特徴とするＲＨ脱ガス装置の浸漬管である。
本発明の第５の態様は、前記冷却通路は、浸漬管に設けられたリフトガス用のパイプに接続されていることを特徴とするＲＨ脱ガス装置の浸漬管である。
芯金冷却能力が向上する結果、芯金の熱変形を抑制できるので、耐火物のき裂発生や脱落を防止でき、浸漬管の寿命を延長できる。
図１には、本発明に係る浸漬管の断面概略図を示した。なお、図には、浸漬管１の片側を省略して示した。浸漬管１は、外観が円筒状であり、芯金３の内側および外側を耐火物で覆った構造である。
図１（ａ）を参照して説明する。芯金３の上端部外周には、浸漬管を真空に保ち、かつＲＨの下部槽に固定するために、厚めの鋼鉄製リング状部材が溶接固定されている。芯金３の下側及び外側には、不定形耐火物７が配設されている。芯金３の内側には、定型耐火物５が配設されている。図示していないが、耐火物には、取鍋溶鋼中にリフトガスを吹き込むためのガス導通管を通す孔が設けられる。
本発明では、芯金３の内側に断面が三日月形状の冷却ガスを通すための冷却通路９が設けられることを特徴とする。浸漬管の芯金は、周囲からの熱によって外側に向けてラッパ状に変形して耐火材にき裂を発生せしめる。変形を防止するためには、芯金を冷却して耐火物との熱膨張差を小さくすれば良い。そのために、冷却媒体を通すための冷却通路を芯金に当接して設けられる。しかし、冷却通路を芯金の外側に設けた場合には、溶鋼等が耐火物に浸入した場合に冷却通路を損傷させる場合がある。そこで、冷却通路は芯金の内側に設けることとする。冷却通路を内側に設けることにより、溶鋼等による損傷を減らすことができる。
図２には、芯金３の内側に冷却通路９を設けた例を示した。冷却通路９は三日月型円弧状に形成されている。厚みを持った円弧内側空洞の底部内寸幅をａとし、高さをｂとしたとき、ｂ／ａを０．１以上から１未満とする。ｂ／ａが０．１未満の場合、円弧と芯金とで形成する断面積が小さくなり、等量の冷却ガス、例えばＡｒガスを流す場合、ガス圧を高める必要があり、コストアップの要因となる。
円筒パイプ状の鋼材を半割りに切断すると、ｂ／ａは切断代があるため１とはならない。ｂ／ａが１以上となると、１パイプから２個取りできず無駄である。そこで、ｂ／ａは１未満とする。
本発明では、冷却通路は、円筒形状のパイプを断面形状が三日月型になるように切断加工して、芯金に溶接固定して設けられていることを特徴とする。すなわち、円筒パイプ状の鋼材を、ｂ／ａを０．１から１の間にすることで１のパイプから２個取りでき、また、三日月型に形成された冷却通路は冷却通路の容積に比して芯金との接触面積が大きいため冷却効率が大きい。小さな、半割りパイプを多数並べる方法に比してより効果的である。
本発明では、冷却通路は芯金の下端部に、かつ芯金の周囲に一重又は二重以上に設けられている。芯金３の変形を抑制するには、冷却通路９を芯金３の内側下端部に設ける。冷却通路は下端部に一重に巻くように設けることで、芯金の変形を抑制することができる。ところで、浸漬管の設計事情により、芯金の変形部が長くなることが予想されるなど冷却通路を複数に設けることが必要な場合がある。そのような場合、冷却通路は二重以上設けることが望ましい。
本発明では、冷却ガスを通すための冷却通路は、浸漬管に設けられたリフトガス用のパイプに接続されている。図１（ｂ）には、芯金３に設けた冷却通路９に配設された冷却ガス配管１３を示した。冷却ガス配管１３は、浸漬管の外側から不定形耐火物７、および芯金３の内側を通して冷却通路９と連通される。冷却通路９は、芯金３の下端に設けるため、冷却ガス配管１３を芯金３の外側に配設すると、溶鋼等が浸入した場合冷却ガス配管が損傷する可能性がある。そのため、冷却ガス配管は、芯金３の内側に設けることが望ましい。
芯金を冷却した冷却ガスをリフトガス用に再利用する場合には、芯金の冷却配管とリフトガス用の配管とが接続される。冷却ガスはＡｒガス、窒素ガス等が用いられる。冷却ガスに、例えばＡｒガスを用いる場合、浸漬管に設けられたリフトガス用の配管に接続して、芯金の冷却およびリフトガス用として用いる。Ａｒガスを共用することでコストを削減できる。
溶鋼の浸入等により冷却通路が損耗してリフトガス配管へのＡｒガス供給が停止、または少なくなった場合には、ＲＨ処理後に浸漬管のリフトガスが出るトイヤーの外観が、通常はガスの通過によって冷却されて外観が黒色となるものの、黒色にならない場合がある。トイヤーの外観が黒色とならない場合には、冷却ガス配管等の損耗が予想されるので、次のＲＨ処理の前に対応処置が可能である。
実施の形態で説明した冷却通路を設けた芯金を備えた浸漬管を用いて実操業で試験した。冷却通路は芯金の下端部に一重に設けた。ただし、芯金冷却ガスはＡｒを単独に用いた。その結果、浸漬管の寿命は従来は１１０チャージだったものが、本発明例では１２５チャージまで延長できた。
実施例１と同様に試験を行った。ただし、芯金冷却ガスには、Ａｒガスを用い、リフトガス配管へのガスと共用させた。その結果、浸漬管の寿命は従来は１１０チャージだったものが、本発明例では１２５チャージまで延長できた。Ａｒガスを共用したために、実施例１に比べてガスの使用比率は９６となった。
本発明は、ＲＨ脱ガス装置だけでなく、ＤＨ脱ガス装置の浸漬管にも適用することができる。
１ 浸漬管
３ 芯金
５ 定型耐火物
７ 不定形耐火物
９ 冷却通路
１１ 定型耐火物
１０１ 浸漬管
１０３ 芯金
１０５ 定型耐火物
１０７ 不定形耐火物
１０９ リフトガス導通管
１１１ 丸棒
１１３ 芯金
１１５ 冷却管
１２１ ＲＨ
１２３ 取鍋
１２５ 溶鋼
１２７ 浸漬管
１２９ 下部槽
１３１ 上部槽
１３３ Ａｒ又はＮ２ガス
１３５ 還流方向
１３７ 真空ガス脱ガス方向
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Claims (5)
- 芯金を冷却するための冷却通路が芯金に沿って設けられた浸漬管であって、冷却ガスを通すための前記冷却通路が前記芯金の内側に断面形状が三日月型に設けられていることを特徴とするＲＨ脱ガス装置の浸漬管。
- 前記冷却通路は、芯金の下端部に、かつ芯金の周囲に一重又は二重以上に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のＲＨ脱ガス装置の浸漬管。
- 前記冷却通路は、断面形状が三日月型になるように円筒形状のパイプを切断加工して、芯金に溶接固定して設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載のＲＨ脱ガス装置の浸漬管。
- 前記冷却通路の断面は、三日月型に形成された空洞の底部内寸幅をａとし、高さをｂとしたとき、ｂ／ａが０．１から１未満であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のＲＨ脱ガス装置の浸漬管。
- 前記冷却通路は、浸漬管に設けられたリフトガス用のパイプに接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のＲＨ脱ガス装置の浸漬管。
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| JP2004033804A JP4021857B2 (ja) | 2004-02-10 | 2004-02-10 | Ｒｈ脱ガス装置浸漬管の冷却構造 |
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