JP5393231B2 - 浸漬管 - Google Patents

Description

本発明は、溶鋼の精錬に用いられる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。特に、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、反応面積を増やして脱ガス処理が行われている。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、筒状の芯金と、この芯金の内外表面を被覆する耐火物とで構成されており、この浸漬管の下部が、溶鋼中に直接浸漬されるため、下部耐火物の全面がスラグや溶鋼に接触している。
従来は、溶鋼中に浸漬される下部耐火物をキャスタブルで構成していたため、溶損が大きかった。このため、この下部耐火物が欠落し、芯金の溶損や、真空時のシール性の低下を招き、浸漬管の短寿命の原因となっていた。
そこで、溶鋼中に浸漬される下部耐火物の耐食性を向上させた浸漬管として、以下の技術が開示されている。

例えば、特許文献１には、芯金（支持円筒管）の下端に断面がほぼＬ字状のリング状金物を固着し、このリング状金物の底板に、懸吊れんがの下面に設けた埋設用穴に埋設したボルトにより、懸吊れんがを固着した浸漬管が開示されている。なお、リング状金物に懸吊れんがを固着した後は、埋設用穴にキャスタブル耐火物を充填し、埋設用穴を塞いでいる。
また、特許文献２には、芯金の下端に吊り金具を取付け、耐火材によって下端面部を形成したプレキャストブロックあるいはれんがからなる耐火材ブロックを、上記した吊り金具に取付けた浸漬管が開示されている。

実開平３−８５４５１号公報 実開平６−１０３５５号公報

しかしながら、前記従来の浸漬管には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
特許文献１に開示の浸漬管は、芯金の下端面よりも下側に、浸漬管内面に通じる水平方向の目地を有しているため、浸漬管の外周面から侵入した空気が、この目地を通って溶鋼中に侵入し易くなる問題がある。更に、懸吊れんがを取付けるためのリング状金物を、新たに準備する必要があり、材料コストが余計にかかる。また、リング状金物は、芯金に取付ける必要があるため、浸漬管の構成が複雑になると共に、製造時の作業性も悪くなる。そして、ボルトは、懸吊れんがに垂直状態に埋設されているため、例えば、浸漬管の使用に伴い、懸吊れんがとボルトの間に隙間が生じた場合には、懸吊れんがが落下する恐れがある。なお、懸吊れんがの落下を防止するため、ボルトの頭部をねじ部よりも大きく拡幅させることも考えられるが、この場合、埋設用穴の内幅を過剰に大きくする必要があり、その結果、埋設用穴を塞ぐキャスタブル耐火物の量も多くなり、溶損し易くなるという問題がある。

また、特許文献２には、係止部となる溝を形成した耐火物ブロックを、円筒状芯金の下端に設けた吊り金具に取付けた浸漬管が開示されている。耐火物ブロックに形成された溝部に不定形耐火物が充填されることにより、浸漬管の外周面から内周面に通じる水平目地は形成されない。しかし、不定形耐火物は耐火物ブロックに比較して強度が弱いため、浸漬管下端の耐火物ブロックに力が加わると、前記耐火物ブロックの上面に沿って外周面から内周面に通じる亀裂が容易に生じる。このため、上記した特許文献１に開示の浸漬管と同様、浸漬管の外周面から侵入した空気が、この亀裂を通って溶鋼中に侵入し易くなる問題がある。更に、吊り金具を新たに準備する必要があり、材料コストが余計にかかる。この吊り金具の形状は、Ｌ字状又は逆Ｔ字状となっており、これが耐火材ブロックの溝部に取付けられるため、溝部の形状をこれに対応した形状とする必要があり、加工コストがかかると共に、製造時の作業性も悪くなる。また、吊り金具を溶接によって芯金に取付ける必要があるため、浸漬管の構成が複雑になると共に、製造時の作業性も悪くなる。そして、吊り金具は、耐火材ブロックを吊り下げる構成となっているため、例えば、浸漬管の使用に伴い、耐火材ブロックに形成した係止部の内幅が、吊り金具の吊り下げ部の幅より大きくなった場合、また係止部が破損した場合には、耐火材ブロックが落下する恐れがある。更に、耐火材ブロックには、形成した係止部に吊り金具の吊り下げ部を挿入した後、余った隙間に不定形耐火物を充填するか、また鉄筋などを嵌入する場合もあるが、この小さな隙間への充填作業は作業性が悪く、また、充填状況によっては製品品質が安定しない恐れもある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、空気の侵入を防止することが可能で、しかも簡単な構成でスラグや溶鋼に浸漬する部分の耐溶損性を向上でき、これによって長寿命化が図れる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、本発明に係る浸漬管は、筒状の芯金の内外表面に耐火物を設けた真空脱ガス設備の浸漬管において、
少なくとも前記浸漬管の下端部をれんがとし、該れんがに、前記芯金が入る溝と、該芯金の厚み方向に形成された固定穴に連通する係止穴とを設け、前記芯金を前記れんがの溝に挿入し、該固定穴と前記係止穴に固定ピンを挿入し前記芯金と前記れんがとを固定している。

また、本発明に係る浸漬管において、前記芯金に形成された固定穴は貫通孔からなり、前記固定ピンを前記芯金の厚み方向両側に突出させてもよい。

そして、本発明に係る浸漬管において、前記固定ピンが挿入された前記係止穴に、更に前記れんがと同材質で構成される栓をすることが好ましい。

本発明に係る浸漬管は、下端部に配置するれんがに溝を形成し、この溝に芯金の下部を入れる構造となっているため、れんがの上面に形成される水平方向の目地を芯金の下端面より上方に位置させ、目地を芯金によって分断することができる。これにより、目地の部分からの空気の侵入を防止することができ、鋼の品質低下を防止することができる。また、少なくとも浸漬管の下端部にれんがを使用するので、その耐食性を向上でき、スラグや溶鋼による耐火物の溶損を抑制、更には防止できる。これにより、芯金の露出を防止できるため、芯金の溶損と真空時のシール性を維持でき、浸漬管の長寿命化を図ることができる。
また、れんがに、芯金の厚み方向に形成された固定穴に連通する係止穴を設け、固定穴と係止穴に固定ピンを挿入するので、大掛かりな加工を施すことなく、簡単な構成で、芯金にれんがを取付けることができる。これにより、製造コストの低減が図れると共に、製作時間の短縮も図れる。

また、本発明に係る浸漬管において、固定ピンを芯金の厚み方向両側に突出させた場合には、芯金の内外に配置されたれんがの重みを、固定ピンの両側で受けることができる。これにより、れんがの重みが、芯金を中心としてその両側に、ほぼ均等にかかるので、れんがの重みが固定ピンの一方側にのみかかった場合と比較して、芯金や固定ピンが変形することを抑制できる。

そして、本発明に係る浸漬管において、固定ピンが挿入された係止穴に栓をした場合には、固定ピンと溶鋼の接触を、簡単な構成で防止できる。

本発明の一実施の形態に係る浸漬管の下側の正断面図である。 図１のａ−ａ矢視断面図である。 （Ａ）、（Ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態に係る浸漬管の下端れんがの部分拡大平面図、部分拡大正断面図である。

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。
図１〜図３に示すように、本発明の一実施の形態に係る浸漬管１０は、筒状の芯金１１の内外表面（両面）に耐火物１２を設け、その下部を溶鋼中に浸漬させてＲＨ真空脱ガス設備（図示しない）に使用するものである。以下、詳しく説明する。

図１に示すように、浸漬管１０を構成する芯金１１は、その形状が円筒形状となっており、上部がリング状の金属製のフランジ１３の内面に溶接によって固定されている。この芯金１１の下部には、溝１４が形成された複数（例えば、２０〜４０個、ここでは３０個）の下端れんが１５が、芯金１１の下部を全周に渡って溝１４内に挿入させた状態で、不定形耐火物１６を介して円周方向にライニングされている。そして、下端れんが１５の上面でしかも芯金１１の内面側には、複数の上部れんが１７が、下端れんが１５と同様に、不定形耐火物１６を介してライニングされている。この下端れんが１５、不定形耐火物１６、及び上部れんが１７が、耐火物１２を構成している。

上記した下端れんが１５と上部れんが１７は、内周面となる側の方が外周面となる側と比べて幅の狭くなったテーパ状の六面体（平面視して台形）の形状をしており、その材質は、マグネシアカーボン（ＭｇＯ−Ｃ）材質のれんがで構成されているが、マグネシアクロム材質のれんがなど、他の材質で構成することも可能であり、これに限定されるものではない。また、不定形耐火物１６は、アルミナ材質系のキャスタブルで構成されているが、これに限定されるものではない。
これにより、浸漬管１０の下部が、下端れんが１５を芯金１１の周方向に円筒状にライニングして構成されるため、図２に示すように、浸漬管１０の少なくとも下端部が、放射状に分割された複数の下端れんが１５で構成されている。

下端れんが１５には、芯金１１の下部を下方から覆うため、その上端部が開口した溝１４が、下端れんが１５の厚み方向（芯金１１の半径方向）中央部に形成されている。この溝１４の底位置Ｄは、芯金１１の下端位置に応じて、下端れんが１５の底位置から下端れんが１５の高さＨの０．２倍以上０．５倍未満の範囲内に設定されている。また、溝１４の内幅Ｓは、芯金１１の厚みよりも広く、しかも流し込み施工される不定形耐火物１６の流動性を妨げない程度の広さ（例えば、４０ｍｍ以上１００ｍｍ以下程度）に設定されている。

図１、図２、図３（Ａ）、（Ｂ）に示すように、下端れんが１５の半径方向両側には、芯金１１の厚み方向に形成された貫通孔からなる固定穴１８に、溝１４を介して連通する係止穴１９が設けられている。
係止穴１９は、各下端れんが１５に、溝１４を挟んで内側と外側に１組ずつ設けられているが、２組以上の複数組ずつ設けてもよい。また、芯金１１に形成する固定穴１８は、係止穴１９の位置に対応させて（係止穴１９の数と同数）、芯金１１の下部周囲（芯金１１の下端から１０ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内）に等間隔に設けられている。
なお、固定穴１８と係止穴１９の内径（最大内幅）は、例えば、１０ｍｍ以上３０ｍｍ以下程度であれば、同一でもよく、また異なっていてもよい。

係止穴１９は、下端れんが１５の下端面に平行で、しかも下端れんが１５の厚み方向（芯金１１の半径方向）に、下端れんが１５の外表面から溝１４を突き抜けて、下端れんが１５の内表面側へ向けて形成されている。なお、係止穴は、下端れんが１５の下端面に対して、例えば、±３０度（好ましくは、±５度）の範囲内で傾斜させてもよい。
この係止穴１９の高さ位置は、芯金１１の下端位置よりも上方で、しかも下端れんが１５の底位置から下端れんが１５の高さＨの０．３倍以上０．９倍以下の範囲内に設定されている。

これにより、固定ピン２０を、下端れんが１５の外表面から係止穴１９へ挿入し、固定穴１８を挿通させ、下端れんが１５の内表面側の係止穴１９へ差し込むことができる。このように、固定穴１８と係止穴１９は、固定ピン２０が挿通できるように、その軸心が同一直線上に配置されているが、固定ピン２０が挿通できれば、ずれていてもよい。このため、固定ピン２０と固定穴１８との間、また固定ピン２０と係止穴１９の間に隙間が形成されてもよい。

固定ピン２０は、芯金１１の厚み方向両側に突出するので、下端れんが１５の重みを、芯金１１を中心としてその両側で、ほぼ均等に受けることができる。この固定ピン２０には、例えば、ステンレス製で、直径が１０〜２０ｍｍ程度、長さが溝１４の内幅より長く、かつ係止穴１９の全長Ｌよりも短い（下端れんが１５の外表面から突出しない）ものを使用できる。
なお、係止穴は、下端れんが１５の内表面から溝１４を突き抜けて、下端れんが１５の外表面側へ向けて形成してもよく、また溝１４を突き抜けることなく、外表面又は内表面から溝１４まで形成してもよい。ここで、係止穴を、溝１４を突き抜けることなく形成する場合には、芯金に形成する固定穴を貫通した孔とすることなく、有底の穴にしてもよい。

このようにして、係止穴１９へ固定ピン２０を挿入した後は、この係止穴１９へ更に、下端れんが１５と同一材質で構成される栓２１をする。ここで、この栓２１は、定形耐火物（れんが）と不定形耐火物のいずれで構成することもできるが、耐用性の面からは、定形耐火物がより好ましい。なお、栓を定形耐火物で構成する場合には、栓と係止穴との間に、モルタルやシール材等を介在させることで、隙間からの溶鋼の侵入を防止できる。また、栓を不定形耐火物で構成する場合には、下端れんがと同材質の栓を使用することがより好ましい。

本実施の形態では、マグネシアカーボン材質の円柱状のれんがを栓に使用した。なお、この栓及び前記した固定ピンは、マグネシア材質のモルタルを介して挿入している。
また、栓は、不定形耐火物製の充填材、スタンプ材、又はモルタル等を係止穴に充填することで構成してもよい。この場合には、使用前あるいは使用時の受熱により、不定形耐火物が硬化して耐用性に優れた耐火物となる。
なお、前記した不定形耐火物１６が固化した後は、芯金１１の外表面に等間隔で取付けられた図示しない複数のＹ字状のスタッド等により、不定形耐火物１６の芯金１１の外表面からの剥離が防止される。

続いて、本発明の一実施の形態に係る浸漬管１０の施工方法について説明する。
まず、係止穴１９が形成された複数の下端れんが１５を、芯金１１の下部に１つずつ、芯金１１の固定穴１８と係止穴１９に固定ピン２０を挿入しながら取付けてゆく。このとき、芯金１１の周方向に隣り合う下端れんが１５同士の接合面には、モルタルを使用してもよい。
栓２１を取付けた後、下端れんが１５の上部で芯金１１の内側に上部れんが１７をライニングしてゆく。これも、下端れんが１５の場合と同様、芯金１１の周方向に隣り合う上部れんが１７同士の接合面や、上部れんが１７と下端れんが１５との接合面に、モルタルを使用することができる。

その後、下端れんが１５の上部側に、円筒形の金枠（即ち、型枠）２２を設置して、この金枠２２とフランジ１３の下面との隙間、及び上部れんが１７と芯金１１との隙間から不定形耐火物１６を流し込み施工する。
そして、脱枠後、不定形耐火物１６を乾燥させることで、浸漬管１０が得られる。
この浸漬管１０の下部を溶鋼中に浸漬させ、ＲＨ真空脱ガス設備に使用する。なお、内周面の上部れんが１７と下端れんが１５とは、一体化してもよい。
以上に示したように、本発明の浸漬管１０は、シール性が高く、しかも簡単な構成でスラグや溶鋼に浸漬する部分の耐溶損性を向上できるので、これによって長寿命化が図れる。

以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、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、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の浸漬管を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
また、前記実施の形態においては、浸漬管を構成する芯金が、板材を筒状にして構成したものであるが、これに限定されるものではなく、芯金を中空状にして空冷室を設けてもよい。

溶鋼の精錬に用いられる真空脱ガス設備、特にＲＨ真空脱ガス設備に使用できる。

１０：浸漬管、１１：芯金、１２、：耐火物、１３：フランジ、１４：溝、１５：下端れんが、１６：不定形耐火物、１７：上部れんが、１８：固定穴、１９：係止穴、２０：固定ピン、２１：栓、２２：金枠

Claims (3)

1. 筒状の芯金の内外表面に耐火物を設けた真空脱ガス設備の浸漬管において、
   少なくとも前記浸漬管の下端部をれんがとし、該れんがに、前記芯金が入る溝と、該芯金の厚み方向に形成された固定穴に連通する係止穴とを設け、前記芯金を前記れんがの溝に挿入し、該固定穴と前記係止穴に固定ピンを挿入し前記芯金と前記れんがとを固定した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、前記芯金に形成された固定穴は貫通孔からなり、前記固定ピンを前記芯金の厚み方向両側に突出させた浸漬管。
3. 請求項１及び２のいずれか１項に記載の浸漬管において、前記固定ピンが挿入された前記係止穴に、更に前記れんがと同材質で構成される栓をした浸漬管。

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