JP5393162B2 - 浸漬管 - Google Patents

Description

本発明は、ＲＨ真空脱ガス設備用の浸漬管に関する。

転炉において一次精錬が終了した溶鋼は、脱炭のため、又は水素や窒素などの溶存ガスの除去を目的として、真空脱ガス設備を用いた脱ガス処理が行われる。ＲＨ真空脱ガス設備では、真空脱ガス槽の底部に上昇用と下降用の２本の浸漬管を設け、真空脱ガス槽と取鍋との間で溶鋼を環流させることで反応面積を増やして脱ガス処理が行われる。具体的には、一方の浸漬管（上昇管）からアルゴン等の環流ガスを吹き込むことにより、環流ガスの浮上力を利用して、取鍋内の溶鋼を真空脱ガス槽内に流入させて脱ガスし、脱ガスされた溶鋼を他方の浸漬管（下降管）から取鍋へ流出させる処理を繰り返すことにより、溶鋼の脱ガス処理が行われる。

一般に、浸漬管は、円筒状の鉄製芯金と、芯金の内外両面を被覆する耐火物とから形成されている。浸漬管が繰り返し使用された場合、芯金は受熱により軟化変形し、下端部の耐火物支持力が低下する。下端部耐火物が欠落すると、芯金の溶損を引き起こすと共に、それが引き金となって真空シール性が損なわれるため、浸漬管の寿命の要因となる。

芯金の内外面を被覆する耐火物としては、従来、マグネシア・クロム質煉瓦やキャスタブルが主体であったが、近年、環境負荷の軽減の見地から脱クロム化が図られるようになり、マグネシア・カーボン質煉瓦が使われるようになってきている。特に、マグネシア・カーボン質煉瓦の場合、熱伝導率が高く、芯金の変形が大きくなる。

例えば特許文献１では、シール金物（芯金）の下方外周にガス流通路を環状に設け、シール金物の上方外周には、外部とガス流通路とに連通する冷却ガス吹込み管及び冷却ガス吹出し管を設け、ガス流通路を介してシール金物の下方部を冷却することにより、シール金物の下端部直径の拡大変形を抑制し、耐火物の剥離現象あるいは目地切れ、亀裂発生等を防止する技術が開示されている。

しかし、特許文献１に記載されている浸漬管の場合、芯金冷却専用の冷却構造が設けられているため、初期投資の増大や浸漬管コストが上昇するという問題がある。また、当該浸漬管の場合、断面コの字形の圧延鋼材を芯金外周下端部に溶接してガス流通路を形成するので、溶接箇所からガス漏れが発生しやすいという問題がある。

そこで、特許文献２では、内側部に配設された耐火物と、耐火物の外側に配置された芯金と、芯金の一方の表面に配設された環流ガス配管と、芯金及び環流ガス配管を覆う不定形耐火物とを備えたＲＨ脱ガス設備の浸漬管において、少なくとも環流ガス吹込み口より下側の芯金部分に環流ガス配管を配設し、配管内を流れる環流ガスによって、芯金の冷却を行うことを特徴とする発明が開示されている。当該発明では、浸漬管の環流ガス配管を、芯金の下部、即ち、吹込み口より下側の部分の芯金の表面に沿って配設することにより、芯金冷却専用の冷却装置を付帯させることなく、芯金の熱変形を抑制することが可能となる。

特開平１１−２１６１７号公報 特開２００５−２６４２６３号公報

しかしながら、特許文献２に記載された発明の場合、芯金下部の外面に水平方向に配設される環流ガス配管の数が場所によって異なり、もっとも少ない場所では１本となるため、芯金の冷却効果が場所により異なる問題がある。さらに環流ガス吹込み口が数カ所閉塞した場合も冷却効果が不均一となる。このため、芯金に温度差による歪が発生しやすく変形防止効果が不十分となる。また、多数の環流ガス配管を配設しなければならないので、施工に手間が掛かるという問題がある。さらにまた、環流ガス吹込み口ごとに別配管としているので、いずれかの環流ガス吹込み口が閉塞した場合、環流ガスの総吹込み量が低下するという問題がある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、芯金の熱変形を抑制することが可能で、しかも施工が容易な浸漬管を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、溶鋼を環流させるための環流ガスの送給路となる環流ガス配管が筒状の芯金の一方の面に配設された浸漬管において、前記環流ガス配管は、前記芯金の下部外周面に沿って配設される周方向配管と、前記周方向配管に環流ガスを送給する縦配管とを有し、溶鋼中に環流ガスを吹込む吹込みノズルに接続されるノズル配管が前記周方向配管から複数延出し、
前記周方向配管は、前記芯金を部分的に囲繞する不連続な複数の部分配管からなり、前記各部分配管に前記縦配管が接続されていることを特徴としている。
ここで、「縦配管」は、鉛直方向に配設される配管であるが、水平配管部分を部分的に有していてもよい。

本発明では、従来、吹込みノズルごとに配設されていた環流ガス配管を例えば１又は２〜４本の環流ガス配管に集約することで、施工性の向上を図っている。また、周方向配管の断面積はほぼ一定であるため、周方向配管の配設箇所による冷却効果の差は非常に小さく、芯金を均一に冷却することができる。さらに、本発明では、周方向配管から複数のノズル配管が延出しているので、いずれかの吹込みノズルが閉塞した場合でも、残りの吹込みノズルから吹込まれる環流ガス量が増大し、環流ガスの総吹込み量が低下せず、冷却効果に影響をほとんど与えない。

加えて、周方向配管を、芯金を部分的に囲繞する部分配管群として、環流ガスの送給と芯金の冷却を複数の系統に分割することにより、いずれかの部分配管系統が損傷した場合でも、残りの部分配管系統を利用して環流ガスを浸漬管内に送給することができる。

また、本発明に係る浸漬管では、前記周方向配管は、前記芯金の下端部外周面に沿って配設されていることを好適とする。あるいは、前記周方向配管を、上下２段配管とし、上側の周方向配管から複数の前記ノズル配管を下方に延出させると共に、下側の周方向配管から複数の前記ノズル配管を上方に延出させるようにしてもよい。
上記構成として芯金の下端部を効率的に冷却することにより、芯金の下端部直径の拡大変形を抑制し、下端部耐火物の欠落を防止することができる。

本発明に係る浸漬管では、環流ガス配管の一部が、芯金の下部外周面に沿って配設される周方向配管とし、芯金を均一に冷却できるため芯金下部の変形を抑制することができる。また、吹込みノズルに環流ガスを送給する複数のノズル配管が周方向配管から延出しているので、いずれかの吹込みノズルが閉塞した場合でも、残りの吹込みノズルから吹込まれる環流ガス量が増大し、環流ガスの総吹込み量が低下せず、冷却効果に影響をほとんど与えない。

本発明の第１の実施の形態に係る浸漬管の軸方向部分断面図である。 図１のＡ部拡大図である。 本発明の第１の実施の形態に係る浸漬管を構成する芯金外周面の展開図である。 本発明の第２の実施の形態に係る浸漬管を構成する芯金外周面の展開図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。

［第１の実施の形態］
本発明の第１の実施の形態に係る浸漬管１０の軸方向断面図を図１に示す。
浸漬管１０は、円筒状の芯金１１と、芯金１１の内周面を被覆する内面煉瓦１３と、芯金１１の外周面側を被覆すると共に浸漬管１０の下端部を形成するキャスタブル１６とから概略構成されている。また、芯金１１の外周面には、溶鋼を環流させるための環流ガスの送給路となる環流ガス配管２０が配設されている(図３参照)。

芯金１１は鉄製とされ、上縁部には、平板リング状のフランジ１２が真空脱ガス槽（図示省略）と接合するために設けられている。一方、芯金１１の下端部には、内面煉瓦１３を支持するための支持金物１７が固着されている。

内面煉瓦１３は、浸漬管１０の内周面となる側のほうが幅の狭くなったテーパ状の六面体からなり、芯金１１の内周面に沿って平面視して花弁状に配置される。内面煉瓦１３は上下２段に配置され、内面煉瓦１３の下端部は芯金１１に固着された支持金物１７で支持されている。また、内面煉瓦１３と芯金１１との間にはキャスタブル１６が充填され、下段に配置される内面煉瓦１３の背面上部には凹部１４を形成して、凹部１４内のキャスタブル１６で内面煉瓦１３を支持するようにしている。
一方、芯金１１の外周面はキャスタブル１６で被覆されている。

環流ガス配管２０は金属製（鋼製）とされ、図３に示すように、芯金１１の下端部外周面に沿って円周方向に配設される周方向配管２１と、周方向配管２１に環流ガスを送給する縦配管２２に集約されている。
周方向配管２１は、図２に示すように、３０ｍｍ×３０ｍｍの角形断面とされている。また、周方向配管２１は、不連続な４本の部分配管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄから構成されており、各部分配管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、両端面を塞いだ断面が角形のパイプを予め円弧状に曲げたものを芯金１１の外面に接するように溶接固定され、芯金１１を１／４周ずつラップしないように部分的に囲繞している。これらの部分配管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄは、芯金１１の下端面から２５０ｍｍ以内の位置に配置することで芯金１１下端部の変形をより効果的に抑制することができる。また、部分配管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄの厚さは２〜４ｍｍとすることで芯金１１のリブとしての変形抑制効果も加わる。
なお、これら部分配管は、ガスリークによる流量低下等を防止する点から２〜６本とし、これらは芯金１１の冷却効果の面から、ほぼ同一円周状に配置することがより好ましい。

部分配管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄにはそれぞれ縦配管２２が設けられており、４系統の縦配管２２を介して各部分配管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに環流ガスが送給される。なお、縦配管２２は、円形断面、角形断面のいずれでもよく、また図３に示すように水平配管部分を部分的に有していてもよい。

芯金１１の下端部には、溶鋼に環流ガスを吹込むための吹込みノズル２４が周方向に所定の間隔をあけて設置されている（図３参照）。各吹込みノズル２４には、周方向配管２１の上端面から上方に延出するノズル配管２３が接続され、吹込みノズル２４の先端部には、内面煉瓦１３を貫通するステンレス製のパイプ１９が装着されている（図２参照）。

環流ガスは、各縦配管２２を経由して部分配管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに送給される。部分配管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄに送給された環流ガスは、各部分配管２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄから上方に延出するノズル配管２３を介して各吹込みノズル２４に送給される。各吹込みノズル２４に送給された環流ガスは、吹込みノズル２４の先端部に装着されたパイプ１９を介して浸漬管１０内の溶鋼中に吹込まれる。

本実施の形態に係る浸漬管１０では、環流ガス配管２０が、芯金１１の下部外周面に沿って配設される周方向配管２１と、周方向配管２１に環流ガスを送給する縦配管２２に集約され、さらに周方向配管２１が角形断面とされているので、芯金１１及び周囲のキャスタブル１６との接触面積が拡大して冷却効果が増大し、芯金１１下部の変形を抑制することができる。また、吹込みノズル２４に環流ガスを送給する複数のノズル配管２３が周方向配管２１から延出しているので、いずれかの吹込みノズル２４が閉塞した場合でも、残りの吹込みノズル２４から吹込まれる環流ガス量が増大し、環流ガスの総吹込み量が低下することはない。

［第２の実施の形態］
本発明の第２の実施の形態に係る浸漬管３０を構成する芯金外周面の展開図を図４に示す。
本実施の形態に係る浸漬管３０では、周方向配管２１が、角形断面からなる上側周方向配管２５及び下側周方向配管２６の上下２段配管とされている。上側周方向配管２５及び下側周方向配管２６は、それぞれ不連続な２本の部分配管２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂから構成されており、各部分配管２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂは芯金１１の半分を囲繞している。部分配管２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂにはそれぞれ縦配管２２が設けられており、４系統の縦配管２２を介して各部分配管２５ａ、２５ｂ、２６ａ、２６ｂに環流ガスが送給される。

吹込みノズル２４は、上側周方向配管２５と下側周方向配管２６から等距離の位置に、周方向に所定の間隔をあけて配置されている。各吹込みノズル２４には、上側周方向配管２５から下方に、下側周方向配管２６から上方に、ノズル配管２３が交互に延出して接続されている。即ち、千鳥状にノズル配管２３が配置されている。

本実施の形態に係る浸漬管３０では、周方向配管２１を角形断面からなる上下２段配管として芯金１１の下部を二重に巻装しているので、芯金１１の冷却効果が倍増する。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、芯金の内周面は煉瓦で被覆しているが、キャスタブルでもよいし、あるいは外周面のキャスタブルを煉瓦としてもよい。勿論、周方向配管を分割せず、１本で芯金の全周を囲ってもよい。

１０：浸漬管、１１：芯金、１２：フランジ、１３：内面煉瓦、１４：凹部、１６：キャスタブル、１７：支持金物、１９：パイプ、２０：環流ガス配管、２１：周方向配管、２１ａ、２１ｂ、２１ｃ、２１ｄ：部分配管、２２：縦配管、２３：ノズル配管、２４：吹込みノズル、２５：上側周方向配管、２５ａ、２５ｂ：部分配管、２６：下側周方向配管、２６ａ、２６ｂ：部分配管、３０：浸漬管

Claims (3)

1. 溶鋼を環流させるための環流ガスの送給路となる環流ガス配管が筒状の芯金の一方の面に配設された浸漬管において、
   前記環流ガス配管は、前記芯金の下部外周面に沿って配設される周方向配管と、前記周方向配管に環流ガスを送給する縦配管とを有し、溶鋼中に環流ガスを吹込む吹込みノズルに接続されるノズル配管が前記周方向配管から複数延出し、
   前記周方向配管は、前記芯金を部分的に囲繞する不連続な複数の部分配管からなり、前記各部分配管に前記縦配管が接続されていることを特徴とする浸漬管。
2. 請求項１記載の浸漬管において、前記周方向配管は、前記芯金の下端部外周面に沿って配設されている浸漬管。
3. 請求項１記載の浸漬管において、前記周方向配管は、上下２段配管とされ、上側の周方向配管から複数の前記ノズル配管が下方に延出すると共に、下側の周方向配管から複数の前記ノズル配管が上方に延出している浸漬管。

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