JP5340533B2

JP5340533B2 - ランスパイプ

Info

Publication number: JP5340533B2
Application number: JP2006306917A
Authority: JP
Inventors: 知美副田; 敬三荒巻
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 2006-11-13
Filing date: 2006-11-13
Publication date: 2013-11-13
Anticipated expiration: 2026-11-13
Also published as: JP2008121072A

Description

本発明は、ランスパイプに関するものであり、特に、溶湯中に浸漬され、ガスや溶湯処理剤を溶湯中に供給するランスパイプに関するものである。

ランスパイプは、製銑・製鋼工程などにおいて、溶銑や溶鋼等の溶湯の撹拌、脱リン・脱炭素・脱珪・脱硫処理等の非金属成分の除去処理、成分調整、温度制御等のために、ガスや溶湯処理剤を溶湯中に吹き込む長尺のパイプである。このランスパイプは、鋼等の金属製の長尺の管（芯金）と、芯金の外周面を被覆するように設けられる耐火物層とによって主に構成されている。そして、溶湯に浸漬されると、溶湯より比重の小さいランスパイプは浮力を受け、曲げ応力が作用するため、千数百℃以上という極めて高温の溶湯によって加熱され軟化した芯金が、曲がってしまうことがある。

そこで、従来、図６（ａ），（ｂ）に例示するように、芯金１１０の外周面に軸長方向に沿って、長尺棒状で断面略円形の補強リブ１０２や断面略矩形の補強リブ１０３を設け、芯金１１０の外周面及び補強リブ１０２，１０３を被覆するように耐火物層１０４を設けたランスパイプ１００が使用されている。このような補強リブ１０２，１０３によって、芯金１１０の剛性が高められ、曲げ応力による変形が生じ難いものとなる。

上記の従来技術は、公然に実施されているものであり、出願人は、この従来技術が記載された文献を、本願出願時においては知見していない。

しかしながら、上記のような補強リブを設けても、充分に芯金の曲がりを防ぐことはできず、芯金の変形によって耐火物層に亀裂や剥離が生じてしまうことがあった。また、いったん亀裂が生じると、補強リブに沿って亀裂が直線状に伸展し易いものであった。更に、耐火物層の亀裂や剥離により、直接に溶湯に接した芯金が損傷を受けるという問題があった。

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、溶湯から受ける浮力に起因する芯金の曲がり、及び、耐火物層の亀裂や剥離を抑制することができるランスパイプの提供を課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかるランスパイプは、「溶湯に浸漬されるランスパイプであって、ガス及び溶湯処理剤の少なくとも何れか一方を流通させる流通経路を有する長尺管状の芯金と、該芯金の内側面及び外周面に軸長方向に沿ってそれぞれ前記芯金の全長に亘り設けられた長尺の補強リブと、前記芯金の外周面を被覆する耐火物層とを具備し、前記芯金の内側面に設けられた前記補強リブは板状に形成され、対向する一対の側面がそれぞれ前記芯金の内側面に接合されており、前記芯金の内側面に設けられた前記補強リブと前記芯金の外周面に設けられた補強リブとは、前記芯金の軸心に対する角度位置で一致していない」ものである。

「溶湯処理剤」としては、ＣａＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＣａＦ_２等の粉体や、成分調整のための各種添加剤を例示することができる。また、「ガス」としては、溶湯内で酸化反応を行わせるための酸素ガスや、溶湯処理剤を搬送する媒体として、或いは溶湯の撹拌や温度制御等のために吹き込まれるアルゴン等の不活性ガスや窒素ガスを例示することができる。

「芯金」は、鋼や合金鋼等の金属で構成される長尺管状の部材であり、例えば、断面を略円形や楕円形に形成することができる。なお、材質や寸法は、対象とする溶湯の処理量、処理温度、流通させる溶湯処理剤の種類や流量等により、適宜設定することができる。

「補強リブ」は、鋼や合金鋼等の金属で構成され、例えば、断面を略円形、楕円形、矩形、多角形状の長尺に形成することができる。また、中実であっても中空（管状）であっても良く、中実であれば剛性をより高いものにでき、中空であればランスパイプの軽量化を図ることができる。更に、芯金の軸長方向に沿って、芯金の全長に亘って設けられる。

加えて、補強リブは一つの芯金に対して複数を設けることができ、例えば、一断面視において、芯金の軸心に対して略等角度間隔の放射状となるように設けることができる。なお、補強リブの材質や寸法は、対象とする溶湯の処理温度、芯金の寸法等により、適宜設定することができる。また、補強リブは溶接等により芯金に対して取付けられるものであっても、芯金と一体的に形成されるものであっても良い。

「耐火物層」を構成する耐火材料の種類は特に限定されず、例えば、耐スポーリング性に優れるアルミナ−シリカ系、ハイアルミナ系、アルミナ−クロム系耐火材料や、耐熱衝撃性や耐食性に優れるアルミナ−マグネシア系耐火材料を使用することができる。また、一つのランスパイプに形成される耐火物層は、単一種類の耐火材料により構成されるものであっても、部分的に異なる種類の耐火材料が配されるものであっても構わない。更に、耐火物層は、キャスタブル耐火材料の泥しょうを固化、乾燥させたキャスタブル耐火物層であっても、加圧成形工程を経て形成された定形耐火物層であっても、両者を複合させた耐火物層であっても良い。

上記の構成により、溶湯中にランスパイプが浸漬された際に、溶湯から受ける浮力によって芯金に作用する曲げ応力に対する芯金の剛性を高め、曲げ応力による変形を生じ難いものとする補強リブを、耐火物層とは無関係に設けることができる。すなわち、従来の補強リブは芯金の外周面に設けられ、その補強リブ及び芯金の外周面を被覆するように耐火物層が設けられるため、耐火物層の充填性を考慮すると、補強リブを数多く設けることはできなかった。これに対し、本発明では、補強リブが芯金の内側面に設けられ、耐火物層の成形とは無関係であるため、補強リブの数を増やすことが可能となり、芯金をより多方向から作用する曲げ応力に対して曲がり難いものとすることができる。

また、従来では、芯金の外周面に設けられる補強リブに沿って、耐火物層に直線状の亀裂が生じることがあった。これは、芯金の曲がりに起因すると共に、ランスパイプが極めて高温の溶湯中に浸漬された際、金属で構成される補強リブと耐火物層とでは、熱膨張率が大きく異なることにも起因していた。これに対し、芯金の内側面に設けられる本発明の補強リブは、耐火物層と接していないため、補強リブ及び耐火物層の熱膨張率の差異に起因する、耐火物層の直線状の亀裂の発生を回避することができる。

なお、芯金の内側面に設けられる本発明の補強リブと、芯金の外周面に設けられる補強リブとを併用する。これにより、芯金の外周面に設けられる補強リブの数を抑えても、芯金の内側面に設けられる補強リブによって、対抗できる曲げ応力の方向が補われ、多方向から作用する曲げ応力に対して剛性の高い芯金とすることができる。

また、上記のように、芯金の内側面に設けられる補強リブと芯金の外周面に設けられる補強リブとを併用する場合、芯金全体としての曲げ応力に対する剛性を従来品（図６参照）より高めることができるため、芯金の曲がりに起因する耐火物層の亀裂や剥離が抑制される。また、仮に芯金が曲がりかけて耐火物層に亀裂が生じたとしても、それ以上の変形が抑制され、補強リブに沿って直線状の亀裂が伸展する恐れを低減することができる。

「板状」の補強リブの厚さは、芯金のサイズ、対象とする溶湯の処理温度等により、適宜設定することができる。また、板状の補強リブは、一つ又は複数を設けることができ、複数を設ける場合は、例えば、一断面視において、互いに平行に或いは交差するように設けることができる。

上記の構成により、芯金の内部空間を横切るように板状の補強リブが設けられることとなる。これにより、その横切る方向に略等しい方向に作用する曲げ応力に対して、補強リブが「つっかい棒」のように作用することとなる。また、芯金において、曲げの外側となって引張り応力が作用する領域と、曲げの内側となって圧縮応力が作用する領域とが、板状の補強リブによって連結されていることとなり、引張り応力と圧縮応力とが相殺される。これにより、溶湯中に浸漬されたランスパイプが溶湯から受ける浮力によって、曲げ応力が作用した際の芯金の曲がりを、極めて有効に抑制することができる。また、芯金の曲がりに起因して生じる耐火物層の亀裂や剥離も、有効に抑制することができる。

また、補強リブは芯金の内部空間、すなわち流通経路を横切るように設けられるものであるが、長尺の「板状」であり、かつ、「軸長方向に沿って」設けられるものであるため、流通経路が塞がれることがなく、ガスや溶湯処理剤を流通させる間隙を充分に確保することができる。

また、本発明にかかるランスパイプは、「前記芯金の内側面に設けられた複数の前記補強リブの交差によって少なくとも一つの交差部が形成されている」ものとすることができる。

従って、本発明によれば、交差するように設けられた複数の板状の補強リブでは、それぞれが芯金の内部空間を横切る方向が異なっているため、複数の方向から作用する曲げ応力に対して、芯金が曲がり難いものとなる。また、芯金において曲げによる引張り応力が作用している領域及び圧縮応力が作用している領域を連結している補強リブと、曲げ応力がさほど作用していない領域同士を連結している補強リブとが、交差部で連結されていることにより、曲げ応力がさほど作用していない領域も曲げ応力を負担することとなる。これにより、芯金全体として曲げ応力に対する剛性がより高いものとなり、芯金を曲げ応力に対してより変形し難いものとすることができる。

「浸漬部」は、ランスパイプのうち溶湯中に浸漬させる部分であり、例えば、全長の１／２〜２／３の長さに相当する部分とすることができる。

従って、本発明によれば、ランスパイプが溶湯から浮力を受ける部分で、補強リブによって芯金の曲げ応力に対する剛性が高められるため、浮力によって作用する曲げ応力に起因する芯金の曲がりを、より確実に抑制することができる。

以上のように、本発明の効果として、溶湯から受ける浮力に起因する芯金の曲がり、及び、耐火物層の亀裂や剥離を抑制することができるランスパイプを、提供することができる。

以下、本発明の最良の一実施形態であるランスパイプについて、図１乃至図５に基づいて説明する。ここで、図１は本実施形態のランスパイプの使用状態を示す説明図であり、図２（ａ）は図１における要部のＸ視断面図であり、図２（ｂ）は図１のＸ視断面を斜視的に表した説明図であり、図３乃至図５は、他の実施形態の補強リブを説明する断面図である。なお、図２乃至図４では、芯金の内側面に設けられた補強リブを説明している。また、図１乃至図５は概略図であり、各構成の形状や寸法比を正確に表示したものではない。

本実施形態のランスパイプ１は、図１に示すように、取鍋２１に収容された溶湯２２に、略鉛直方向に挿入されるものであり、ガス及び溶湯処理剤の少なくとも何れか一方を流通させる流通経路１１を有する長尺管状の芯金１０と、芯金１０の外周面を被覆する耐火物層４と、後述の補強リブとを具備している。ここで、芯金１０は、鋼や合金鋼等の耐熱性を有する金属で、断面略円形の長尺の管状に形成されている。

耐火物層４は、キャスタブル耐火材料を水及び結合剤、硬化剤、分散剤等の調整剤と混合した泥しょうを、芯金１０を中央に配した成形型に振動下で流し込み、固化させた後乾燥させて形成したアルミナ−シリカ系キャスタブル耐火物層である。なお、耐火物層４を構成する耐火材料の種類は、これに限定されるものではなく、要求される特性に基づき適宜選択することができる。また、図１では、耐火物層４が芯金１０と同心の略円筒状に形成された場合を図示しているが、これに限定されるものではなく、耐火物層４の径方向の厚さが、部分的に異なる構成とすることもできる。例えば、溶湯２２への溶損分を考慮し、浸漬部６における耐火物層４を厚くすることができる。

流通経路１１は、長尺管状の芯金１０の中心に軸長方向に延びており、流通経路１１の上端に、ガス・溶湯処理剤を供給する供給装置（図示しない）と接続される導入口１１ｂが設けられていると共に、流通経路１１の下端には、溶湯２２中にガス・溶湯処理剤を吐出するための吐出口１１ｃが設けられている。なお、図示では、流通経路１１がランスパイプ１の下端に開口して吐出口１１ｃを構成する場合を例示しているが、これに限定されず、流通経路１１の下端を閉端とし、流通経路１１から分岐するように複数の吐出口を設けても良い。そして、溶湯２２中にランスパイプ１が浸漬された状態で、導入口１１ｂから溶湯処理剤等を導入すれば、流通経路１１及び吐出口１１ｃを介して、溶湯２２中に溶湯処理剤等が吐出される。このとき、ランスパイプ１が溶湯２２に浸漬されている長さＬに相当する部分が浸漬部６であり、本実施形態では、全長の約１／２の長さを浸漬部６としている。

次に、補強リブ２について、図１における要部（芯金及びその内部）のＸ視断面図である図２（ａ）、及び図１のＸ視断面を斜視的に表した説明図である図２（ｂ）を用いて説明する。補強リブ２は、金属材料で長尺の板状に形成され、長手方向を芯金１０の軸長方向に沿わせた状態で、対向する一対の側面がそれぞれ芯金１０の内側面に接合されている。また、本実施形態では、補強リブ２は二つ設けられ、その交差によって一つの交差部５が形成されている。なお、補強リブ２の側面と芯金１０の内側面との接合は、溶接等により行うことができる。

より詳細に説明すると、長尺板状の二つの補強リブ２は、それぞれ芯金１０の内径（直径）と略等しい幅を有し、芯金１０の軸心で互いに略直交して交差部５を形成している。このような構成により、それぞれの補強リブ２が、芯金１０の内部空間を横切る方向に略一致する方向に作用する曲げ応力に対して、「つっかい棒」のように作用する。また、芯金１０において曲げの外側となって引張り応力が作用する領域と、曲げの内側となって圧縮応力が作用する領域とが、補強リブ２によって連結されていることにより、圧縮応力と引張り応力とが相殺される。これにより、溶湯中に浸漬されたランスパイプ１が受ける浮力に起因する芯金１０の曲がりを、有効に抑制することができる。特に、本実施形態では、それぞれの補強リブ２が芯金１０の内部空間を横切る方向が異なっているため、異なる方向から作用する曲げ応力に対して芯金１０が曲がり難いものとなる。

また、芯金１０に曲げ応力が作用した際、芯金１０において曲げによる引張り応力が作用している領域及び圧縮応力が作用している領域を連結している補強リブ２と、曲げ応力がさほど作用していない領域同士を連結している補強リブ２とが、交差部５によって連結されているため、曲げ応力がさほど作用していない領域も曲げ応力を負担することとなる。これにより、芯金１０全体として曲げ応力に対する剛性がより高いものとなり、変形し難いものとなっている。

加えて、補強リブ２は板状であるため、芯金１０の内部空間を横切るように設けられるものであっても、流通経路１１が補強リブ２によって塞がれることがなく、流通経路１１を介して、ガスや溶湯処理剤を取鍋に供給することができる。

また、補強リブ２は数を増加させれば多方向から作用する曲げ応力に抗することができるが、構成が複雑となって製造し難いものとなり、逆に、補強リブ２の数が少なければ、構成が簡易で製造は容易であるが、対抗できる曲げ応力の方向が限定されてしまうこととなる。これに対し、本実施形態では、二つの補強リブ２を直交させる構成としたことにより、上記の相反する要請の調和が図られたものとなっている。

更に、補強リブ２は芯金１０の内側面に設けられるため、耐火物層４の成形の際の充填性を考慮することなく設けることができる。また、補強リブ２は、耐火物層４と接していないため、補強リブと耐火物層４との熱膨張率の差に起因して、耐火物層４に補強リブに沿った直線状の亀裂が生じるという、従来の問題を回避することができる。

なお、ランスパイプ１が大型で芯金１０の内径が大きい場合などは、更に補強リブ２の数を増やし、例えば、図３（ａ）に示すように、軸心に交差部５を形成する放射状の構成とし、或いは、図３（ｂ）のように格子状の構成とすることもできる。このような構成により、流通経路１１を確保しつつ芯金１０の曲げ剛性をより高めることができる。

また、例えば、図４（ａ）に示すように、幅が芯金１０の内径（直径）と略等しい一つの補強リブ２を、芯金１０の内部空間を軸心を通って横切るように設けることもできる。更に、図４（ｂ）に示すように、複数の補強リブ２を互いに平行に設けることができ、これにより、ある方向から作用する曲げ応力に対する芯金１０の剛性を、更に高めることができる。

或いは、図４（ｃ）に示すように、複数の補強リブ２を、芯金１０に内接する多角形を形成するように設けることができる。図示では、三つの補強リブ２によって三角形が構成されている場合を例示している。このような構成により、多方向から作用する曲げ応力に対して、芯金１０が曲がり難いものとなる。なお、内径がさほど大きくない芯金１０に対して、複数の補強リブ３を多方向に向けて設ける場合は、上記のように、交差部５が形成される構成の方が、補強リブ２と芯金１０の内側面との間の流通経路１１を大きく確保し易く、より好適である。

補強リブ３は芯金１０の内側面に設けられるため、耐火物層４の成形の際の充填性を考慮する必要なく、補強リブ３の数や形状を設定することができる。例えば、補強リブ３の数を増加させることもでき、より多方向から作用する曲げ応力に対して、曲がり難い芯金１０とすることができる。なお、かかる補強リブ３は、芯金１０と一体的に形成することも、別体の棒状部材を芯金１０の内側面に溶接等することにより形成することもできる。

更に、図５（ｃ）に位置関係を例示するように、芯金１０の内側面に設けられる補強リブ３と、芯金１０の外周面に設けられる補強リブ９とを併用し、補強リブ９及び補強リブ３が、芯金１０の軸心に対する角度位置で一致しない設定とする。これにより、外周面の補強リブ９の数を抑えつつ、対抗できる曲げ応力の作用する方向を内側面の補強リブ３によって補うことができ、芯金１０全体として、多方向から作用する曲げ応力に対する剛性を高めることができる。また、補強リブ３を併用することにより、外周面にのみに補強リブ９が設けられる従来の場合より、曲げ応力に対する剛性が高められているため、曲げ応力に起因して耐火物層４に発生する亀裂が抑制され、また、仮に亀裂が発生したとしても、芯金１０の更なる変形が抑制されることにより、外周面の補強リブ９に沿って耐火物層４の亀裂が直線状に伸展する恐れを低減することができる。

上記のような長尺板状の補強リブ２及び長尺棒状の補強リブ３の長手方向の長さは、芯金１０の全長とほぼ等しく設定し、芯金１０の全長に亘って設けられる。一方、補強リブ９は、長手方向の長さを芯金１０の全長とほぼ等しく設定し、芯金１０の全長に亘って設けられるものであっても、所定長さの補強リブ９が芯金１０の軸長方向に沿って部分的に設けられるものであっても、所定長さの補強リブ９が芯金１０の軸長方向に沿って複数箇所に設けられるものであっても良いが、少なくとも浸漬部６において設けられる。これにより、ランスパイプ１が溶湯２２から浮力を受ける部分において、芯金１０の曲げ剛性が高められ、浮力によって作用する曲げ応力に起因する芯金１０の曲がりを、より確実に抑制することができる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、取鍋に収容された溶湯に対して、略鉛直方向にランスパイプを挿入する場合を例示したが、これに限定されず、溶湯の液面に対して斜め上方から挿入されるランスパイプについても、本発明を適用することができる。また、本実施形態の構成に加え、耐火物層を芯金に保持させるためのＶ型やＹ型の周知のスタッド（アンカー部材）を、更に備える構成とすることもできる。

本実施形態のランスパイプの使用状態を示す説明図である。（ａ）は図１における要部のＸ視断面図あり、（ｂ）は図１のＸ視断面を斜視的に表した説明図である。他の実施形態の補強リブを説明する断面図である。他の実施形態の補強リブを説明する断面図である。他の実施形態の補強リブを説明する断面図である。従来のランスパイプの横断面図である。

符号の説明

１ランスパイプ
２，３補強リブ
４耐火物層
５交差部
６浸漬部
１０芯金
１１流通経路
２２溶湯

Claims

溶湯に浸漬されるランスパイプであって、
ガス及び溶湯処理剤の少なくとも何れか一方を流通させる流通経路を有する長尺管状の芯金と、
該芯金の内側面及び外周面に軸長方向に沿ってそれぞれ前記芯金の全長に亘り設けられた長尺の補強リブと、
前記芯金の外周面を被覆する耐火物層とを具備し、
前記芯金の内側面に設けられた前記補強リブは板状に形成され、対向する一対の側面がそれぞれ前記芯金の内側面に接合されており、
前記芯金の内側面に設けられた前記補強リブと前記芯金の外周面に設けられた補強リブとは、前記芯金の軸心に対する角度位置で一致していない
ことを特徴とするランスパイプ。
前記芯金の内側面に設けられた複数の前記補強リブの交差によって少なくとも一つの交差部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載のランスパイプ。