JP4030115B2 - 底吹きガス吹込みプラグの構造 - Google Patents

Description

本発明は、溶鋼攪拌に用いる底吹きガス吹込みプラグの構造に関すものである。

従来から溶鋼攪拌に用いられている一般的な底吹きガス吹込みプラグの構造では、例えば、図２に示すような特許文献１に記載された載頭円錐形で、通気性を有する円形の多孔質耐火物１２を中心に、外周部はキャスタブルによる緻密質耐火物１３を配した物が使用されている。このようなガス吹込みプラグ１１を使用した場合、時として多孔質耐火物１２内にメタル、スラグなどの浸潤が深くなったり、あるいは、後工程で実施される酸素洗浄作業で浸潤したメタルなどが除去されない場合、多孔質耐火物１２先端部の目詰まり現象で、供給されるガスの吐出量が不足する原因となり、所定のガス流量を確保するまでに時間がかかるなどのトラブルが発生し、処理時間の延長にもつながり、不安定な操業状態が発生していた。

一方、特許文献２におけるガス吹込みプラグは、緻密質プラグ側面と外周鉄皮との間に０．０８〜０．３ｍｍの間隙を設け、この間隙よりガスを吹き込むことで、鉛や溶鋼などの浸透を防止し、ガス通気量を安定させるとともに、耐用性の向上も得られるとするものが開示されている。しかしながら、最初から外周鉄皮との間に間隙を設けることは、使用中の膨張差により当初設定された間隙より大きく開き、その間隙に溶鋼、メタルの侵入が発生し易くなることでガス供給が止まり操業に支障をきたす原因になっている。
特開平１０−２６５８３０号公報 特開平１０−１９５５２４号公報

本発明は、溶鋼攪拌に用いる底吹きガス吹き込みプラグのメタル、スラグなどの目詰まりが発生しても、ガス吐出圧力の上昇やガス流量不足、処理時間の延長などのトラブルを解消し安定操業に寄与するガス吹込みプラグの構造を提供することにある。

ガス吹込みプラグの形状において、内層部が多孔質耐火物で、外層部を緻密質耐火物とする理由は、通常多孔質耐火物からのガス吐出に対し、外層部に緻密質耐火物を設けることで、ガスリーク及び羽口の損傷を防止することである。また、外層部の割れ防止や作業性、あるいは多孔質耐火物の通気量を考えて、緻密質耐火物の外周縁から多孔質耐火物と緻密質耐火物との接合部までの幅は、ガス吹込みプラグの大きさにも関係するが、コア部分の強度の必要性から通常約５ｍｍ以上が望まれており、多孔質耐火物の外周となる接合部線の周長は円形であれば当然限られているため通気量確保が問題となっていた。

本発明は、一般的に使用されるガス吹込みプラグで、内層部の多孔質耐火物と外層部の緻密質耐火物とでは、材質的に緻密質耐火物の方が多孔質耐火物より熱膨張率が大きくなること利用し、それらが接合したガス吐出稼働面に形成される接合部で、前記内層部と外層部の耐火物の膨張差によって生じる間隙からも、一定のガス通気量が得られるとの知見に基づき、多孔質耐火物と緻密質耐火物との接合面が形成する接合部線の周長を長くすることでガス吐出量を補足するものである。

すなわち、本発明は、内層部を多孔質耐火物とし、外層部を緻密質耐火物としたガス吐出稼働面を形成する溶鋼攪拌用のガス吹込みプラグにおいて、前記多孔質耐火物と緻密質耐火物との接合部線を凹凸状に形成したことによる。

また、互いの接合部にスラグや溶鋼の侵入する余地を与えないためには、、多孔質耐火物および緻密質耐火物の１５００℃における熱間線膨張率（以下「熱膨張率」という。）をそれぞれが＋０．８〜＋１．０％と＋１．１〜＋２．０％の範囲とすることが好ましく、これにより常に十分なガス吹き込み量を補足できる。前記範囲を越えて熱膨張差が大き過ぎれば、間隙はより大きく開き、その間隙に溶鋼、メタルの侵入が発生し易くなることでガス供給が止まり操業に支障をきたす原因となる。また、熱膨張差の範囲が小さければ、間隙への溶鋼、メタルの侵入はないが、多孔質耐火物の先端部の目詰まり現象で、供給されるガスの吐出量が不足する原因となり、所定のガス流量を確保するまでに時間がかかるなどのトラブルが発生し、処理時間の延長にもつながり、不安定な操業状態が発生する。

本発明の、底吹きガス吹きプラグの構造により、多孔質耐火物の先端部にメタル、スラグなど目詰まりが発生しても、ガス圧を上げることなく、所定のガス流量を確保することが可能となり、攪拌処理不良率の発生を低下でき操業の安定化と溶鋼攪拌効果も向上した。

発明を実施するための最良の形態を実施例にて説明する。

図１（ａ−ｃ）は本発明の実施例で、各図面はガス吐出稼働面からみた平面図で、ガス吐出稼働面において多孔質耐火物と緻密質耐火物との接合により形成される接合部線の形状を分かりやすく表現したものである。１が稼働面側からみたガス吹込みプラグで、２は内層部の多孔質耐火物、３は外層部の緻密質耐火物、４が多孔質耐火物２と緻密質耐火物３の境界である凹凸状の接合部線である。

図２は側断面図（ａ）と平面図（ｂ）による従来のガス吹込みプラグ１１で、丸形の多孔質耐火物１２を、緻密質耐火物１３が囲み、１４は多孔質耐火物１２と緻密質耐火物１３が接合する境界部の接合部線を指す。１５はメタルケース、１６はガス供給パイプ、１７は羽口受けれんがである。

本発明のガス吹きテストにおいて、溶鋼金属の攪拌に用いるガスの必要量を３００（ｎｌ／ｍｉｎ）と設定した。処理不良率は、所定使用数量内でガス吹込みプラグに対するメタル、スラグなど目詰まりが発生し、ガス圧を上げなければ所定の時間内に、ガス吹込み処理ができなくなる発生率を示した。

なお、各例の多孔質耐火物はアルミナが９１質量％のハイアルミナ材質で熱膨張率１．０％のもの、緻密質耐火物はアルミナが８１質量％の不定形流し込み材からなり熱膨張率１．２％のものを使用した。

熱膨張率はコンパレーター式によりＪＩＳ Ｒ２２０７−７６の基準に従い１５００℃の状態で測定した数値である。

図１（ａ）は、接合部線を花形のような曲線による凹凸状の接合部線により形成したもので、必要なガス吐出量を維持する圧力は、０．６５〜０．４５ＭＰａである。周長２０７ｍｍの場合、従来形のガス吹込みプラグに対する接合部線の周長比は１．１、必要なガス吐出量を維持する圧力は０．６５ＭＰａであり、処理不良率は１０％であった。

図１（ｂ）は、接合部線を星形のように尖った凹凸状の接合部線により形成したもので、必要なガス吐出量を維持する圧力は、０．５５〜０．４０ＭＰａである。周長２２６ｍｍで従来形のガス吹込みに対する接合部線の周長比は１．２、必要なガス吐出量を維持する圧力は０．５５ＭＰａであり、処理不良率は７％以下であった。

図１（ｃ）は、接合部線を歯車のような凹凸状の接合部線により形成したものであり、周長２６８ｍｍの場合、従来形のガス吹込みに対する接合部線の周長比は１．４、必要なガス吐出量を維持する圧力は０．４０ＭＰａで、処理不良率は２％以下と好成績であった。

比較例
図２の、従来の円形多孔質耐火物の場合の周長比は１．０、必要なガス吐出量を維持する圧力は、０．７〜０．５０ＭＰａである。通常のプラグにおける多孔質耐火物の周長１８８ｍｍを１００、使用初期圧力は０．７ＭＰａを示し、処理不良率は１５％であった。

凹凸状の接合部線の位置は緻密質耐火物３の外周縁から多孔質耐火物２との接合部線までの間隔の多少によって、多孔質耐火物外周線の内側あるいは外側に設けることで接合面の周長を無理なく変化させることができる。なお、凹凸状の接合部線の形状は本実施例に限定されるものでなく、これらを変形した形状も当然実施可能である。

緻密質耐火物３は、通常不定形耐火物を用いて多孔質耐火物２の回りに鋳込むことにより得られるるが、予め成形した定形物による緻密質耐火物３に多孔質耐火物２を嵌合させることによっても得られる。

以上の様に、本発明品では低圧力でガスの安定供給が可能となり、攪拌処理不良率の発生を低減でき安定操業が可能となった。

本発明における底吹きガス吹込みプラグのガス吐出稼働面を示す平面図で、 （ａ）は多孔質耐火物を花形とした平面図、（ｂ）は多孔質耐火物を星形とした平面 図、（ｃ）は多孔質耐火物を歯車形とした平面図である。 従来のガス吹込みプラグを示す図で、 （ａ）は側断面図、（ｂ）は平面図である。

符号の説明

１、１１ ガス吹込みプラグ
２、１２ 多孔質耐火物
３、１３ 緻密質耐火物
４、 凹凸状の接合部線
１４ 円形の接合部線
１５ メタルケース
１６ ガス供給パイプ
１７ 羽口受けれんが

Claims (1)

1. 内層部を多孔質耐火物とし、外層部を緻密質耐火物としたガス吐出稼働面を形成する溶鋼攪拌用の底吹きガス吹込みプラグにおいて、
   前記多孔質耐火物と緻密質耐火物との接合部線を凹凸状に形成し、前記多孔質耐火物および緻密質耐火物の１５００℃における熱間線膨張率を、それぞれ＋０．８〜＋１．０％と＋１．１〜＋２．０％とした底吹きガス吹込みプラグの構造。

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