JP5397149B2 - 浸漬管 - Google Patents

Description

本発明は、真空脱ガス装置や簡易取鍋精錬装置等の溶鋼を処理する溶鋼処理装置に接続されて、下端を溶鋼中に浸漬させて使用する浸漬管に関する。

ＲＨ（Ruhrstahl-Heraus）、ＤＨ（Dortmunt-Horde）等の真空脱ガス装置では、取鍋に入れられた溶鋼を真空脱ガス装置側に吸い上げて脱ガスし、処理した溶鋼を取鍋側に戻すのに浸漬管が使用され、また、簡易取鍋精錬装置（Composition Ajustment by Sealed Argon Bubbling：CAS）では、浸漬管を介して取鍋中の溶鋼の成分調整を行うようにする。これらをはじめ、溶鋼を処理する溶鋼処理装置に接続される浸漬管は、少なくとも先端が溶鋼中に浸漬されるため、溶鋼流による作用やスラグによる溶損により消耗が進むと、溶鋼処理装置から外して新たな浸漬管に取り替える必要がある。

そこで、耐久性を高めて浸漬管の耐用寿命を延ばすための手段が種々検討されている。例えば、特許文献１には、フランジを有した円筒状の芯金の内側に定形れんが（マグネシア−クロム質れんが）を内張りし、芯金の外側には、耐蝕性の高い定形れんが（マグネシア−カーボン質れんが）を並べて、スラグによる溶損を抑えるようにした浸漬管が報告されている。また、特許文献２には、この特許文献１における芯金の外側を、カーボン含有耐火物を静水圧加圧成型した不焼成れんがにすることで、耐蝕性及び耐スポーリング性に優れた浸漬管を得るようにしている。

更に、浸漬管は、通常、溶鋼処理装置に固定されるフランジ側に比べて、取鍋中の溶鋼に浸漬される下端側の方が、熱膨張や収縮によって芯金との間に隙間を生じやすい。そこで、特許文献３では、芯金の外側にキャスタブル等の不定形耐火物を施工し、また、芯金の内側には、長さの異なる長尺定形れんがを芯金円周方向に交互に配置して下端面を凹凸にし、尚且つ、この下端面に不定形耐火物層を設けることで、芯金内側の長尺定形れんがと芯金外側の不定形耐火物との間での層間剥離を防止するようにした浸漬管が報告されている。また、特許文献４では、この特許文献３における芯金内側の長尺れんがの一部を、浸漬管の最下端位置にあわせるようにすることで、芯金を中心にした層間剥離を防止すると共に、下端面側に設けた不定形耐火物層と長尺れんがとの界面に生じる亀裂の進行を止めて、耐用性を向上させるようにした浸漬管が報告されている。

しかしながら、不定形耐火物と定形れんがとの境界や、定形れんが同士の目地が存在すると、繰り返しの使用によって目地開きが生じ、その部分に溶鋼が差し込み、芯金から不定形耐火物や定形れんがが脱落してしまったり、場合によっては芯金が溶損してしまうおそれがある。一方で、これまでに、キャスタブル等の不定形耐火物を鋳込み、フランジを有した芯金の周りを不定形耐火物で取り囲んで一体に形成した浸漬管も存在するが、芯金から不定形耐火物が脱落するのを防止するために、スタッドや金網が溶接された芯金を使用しなければならない。これは、上記特許文献１〜４の記載からも明らかなように、浸漬管の一部を不定形耐火物で形成する場合にも同じであり、また、静水圧加圧成型によって耐火物を施工する場合でも同様である（特許文献２の図３、図４等参照）。ところが、芯金に設けたスタッドが起点となって不定形耐火物等に亀裂が生じ、結果として、浸漬管の耐用寿命を延ばすことができない要因になるおそれがある。

特開平１０−６０５２０号公報 特開平１０−１４０２３０号公報 特開２０００−１０４１１３号公報 特開２００６−１０４５２０号公報

このような状況のもと、本発明者等は、不定形耐火物や定形れんがによる境界や目地を存在させずに、しかも、亀裂発生の起点になるおそれのあるスタッドの使用を避けることができる浸漬管について鋭意検討した結果、耐火物を静水圧加圧成型して浸漬管本体を一体に形成し、尚且つ、溶鋼処理装置側に接続するためのフランジを、連結手段によって浸漬管本体に連結することで、上記のような課題を全て解決できることを見出し、本発明を完成した。

したがって、本発明の目的は、溶鋼の差し込みや亀裂によって生じる耐火物の剥離、脱落等を防いで、耐用性に優れた浸漬管を提供することにある。

すなわち、本発明は、少なくとも先端が溶鋼中に浸漬される浸漬管本体と、浸漬管本体を溶鋼処理装置側に接続するためのフランジと、フランジと浸漬管本体とを連結する連結手段とを有して、浸漬管本体の全体が、耐火物を静水圧加圧成型して形成されていることを特徴とする浸漬管である。

本発明において、フランジと浸漬管本体とを連結する連結手段については、特に制限されるものではないが、好ましくは、下記の構成例を例示することができる。

すなわち、第一の構成例としては、フランジと浸漬管本体とを連結する連結手段が、フランジから延設されて、尚且つ、浸漬管本体の外周面に当接しながら、浸漬管本体が溶鋼処理装置とは反対側に脱落しないように保持する連結ホルダーである。

この連結ホルダーについては、浸漬管本体の外周面に当接して、浸漬管本体が脱落しないように保持することができるものであればよく、具体的には、連結ホルダーの内周面に、溶鋼処理装置の反対側に向かって漸次縮径した縮径部が設けられたものを挙げることができ、浸漬管本体の外周面に、この縮径部に嵌め合うテーパー部を設けておけば、フランジ側から挿入した浸漬管本体は、テーパー部によって連結ホルダーの縮径部に嵌め合い、浸漬管本体が溶鋼処理装置の反対側に抜け落ちることなく、フランジと浸漬管本体とを連結することができる。また、連結ホルダーの内周面に、位置決め段差を有する係止部が形成されたものを挙げることができ、浸漬管本体の外周面に、この係止部の位置決め段差に係止する位置決め段差を有する頚部を形成しておけば、上記と同様に、浸漬管本体が溶鋼処理装置の反対側に抜け落ちることなく、フランジと浸漬管本体とを連結することができる。そして、この第一の構成例のような連結手段によれば、芯金を一切使用せずに浸漬管本体を形成することができるため、亀裂発生のおそれを可及的に排除することができる。

また、第二の構成例としては、フランジと浸漬管本体とを連結する連結手段が、フランジに接続されて、尚且つ、耐火物中に埋設されて浸漬管本体と一体に静水圧加圧成型される芯金であって、この第二の構成例における芯金は、芯金を介して内側の耐火物と外側の耐火物との間で静水圧が伝達可能となる伝達径路を備える。

第二の構成例の芯金が備える伝達径路は特に制限されるものではないが、具体的には、以下のようなものを挙げることができる。すなわち、一端にフランジが接続される金属円筒体からなり、この金属円筒体の円筒体側面には、複数の開口部を有するようにして、この開口部を通じて、金属円筒体の内側の耐火物と外側の耐火物との間で静水圧が伝達可能となるようにすればよい。また、フランジの円周方向に沿って所定の隙間を有しながら垂下された複数の短冊状金属板からなり、これらの短冊状金属板間の隙間を通じて、フランジの円周方向に沿って垂下された短冊状金属板の内側の耐火物と外側の耐火物との間で静水圧が伝達可能となるようにすればよい。更には、短冊状金属板のかわりに、フランジから金属棒を垂下するようにしてもよく、更にまた、フランジの円周方向に沿って取り付けられた金属網を芯金として、金属網の網目を通じて、金属網を介して内側の耐火物と外側の耐火物との間で静水圧が伝達可能となるようにしてもよい。このような第二の構成例における芯金によれば、従来、芯金に溶接していたスタッド等を必要とせずに、芯金に対して浸漬管本体を固着することができて、芯金を介してフランジと浸漬管本体とを連結することができる。

また、第二の構成例においては、芯金からの浸漬管本体の脱落をより確実に防止する観点から、金属円筒体、短冊状金属板、金属棒、金属網等の芯金について、芯金を介して内側方向、外側方向、又は両方向に突出した球状突起を備えるようにしてもよい。また、同様の理由から、芯金を形成する金属円筒体、短冊状金属板、金属棒、金属網等について、溶鋼処理装置とは反対側に向かって漸次厚肉となるように形成してもよい。

上述した第一及び第二の構成例を含めて、本発明において、浸漬管本体は、耐火物を静水圧加圧成型（Cold Isostatic Press：C.I.P.）して、浸漬管本体を一体に形成する。静水圧加圧成型は、金型プレスによる一軸成型に比べて、無限多軸加圧となることから、均一な成型体を得ることができ、また、本発明では、浸漬管本体の全体を耐火物の静水圧加圧成型により形成するため、目地や耐火物の境界等を無くして、溶鋼の差し込み等のおそれを排除し、耐用性に優れた浸漬管を得ることができる。耐火物を静水圧加圧成型する際には、溶鋼の流路となる浸漬管本体の内周面を形成する内側に鋼製中子を入れ、浸漬管本体の外周面を形成する外側に所定の形状のゴム型等の型を配置して加圧成型すればよく、用いる型や、鋼製中子のほか、圧力保持時間、昇圧・降圧条件等については、適宜設定すればよい。また、ゴム型を直接加圧液中に入れて加圧する湿式法（Wet Bag Method）を採用してもよく、ゴム製の側壁等を介して加圧することによりゴム型等が直接加圧液に触れない乾式法（Dry Bag Method）を採用してもよい。

浸漬管本体を形成する耐火物については、特に制限されるものではなく、例えばマグネシア−カーボン質、スピネル−カーボン質、マグネシア−スピネル−カーボン質、ドロマイト−カーボン質、アルミナ−カーボン質、ジルコニア−カーボン質、アルミナ−炭化珪素−カーボン質、アルミナ−マグネシア−炭化珪素−カーボン質等を使用することができるが、好ましくは、ＭｇＯやＣａＯ等を含んだスラグ耐性に優れた塩基性耐火物を使用するのがよい。ＭｇＯやＣａＯは水と反応して体積膨張するため、不定形耐火物を鋳込んで形成するような場合には使用が困難であるが、本発明では、静水圧加圧成型により浸漬管本体を形成することから、体積膨張を伴わずに塩基性耐火物を使用することができて、耐用性に優れた浸漬管本体を得ることができる。

また、本発明において、フランジは、溶鋼処理装置側との接続が可能になるものであれば、特に制限されるものではないが、好ましくは、上述した第一及び第二の構成例のように、フランジと浸漬管本体とを連結する連結手段に応じて、フランジは連結手段と一体に形成するのがよい。

また、本発明における浸漬管は、ＲＨ、ＤＨ等の真空脱ガス装置、簡易取鍋精錬装置（CAS）など、溶鋼を処理する溶鋼処理装置に接続され、下端を取鍋等に入れられた溶鋼中に浸漬させて使用するものであり、従来の浸漬管と同様な方法で使用することができ、接続対象の処理装置や使用条件等については特に制限されるものではない。

本発明によれば、浸漬管本体が目地や耐火物の境界を有さないため、目地開きによる溶鋼の差し込みや、耐火物同士の界面付近での亀裂の発生等を防ぐことができる。また、従来の浸漬管で採用されるような芯金へのスタッド等の取り付けが不要となることから、亀裂発生の要因が排除される。そのため、本発明の浸漬管は耐用性に優れ、長期に亘っての使用が可能になる。

図１は、連結手段として連結ホルダーを用いた浸漬管の断面説明図である。 図２は、連結手段として連結ホルダーを用いた浸漬管の断面説明図である。 図３は、フランジを取り付けた芯金の様子を示す斜視説明図である。 図４は、連結手段として芯金を用いた浸漬管の断面説明図である。 図５は、フランジを取り付けた芯金の変形例を示す斜視説明図である。 図６は、フランジを取り付けた芯金の変形例を示す斜視説明図である。 図７は、変形例の芯金を用いた浸漬管の断面説明図である。

以下、添付図面に基づいて、本発明の好適な実施の形態を説明する。
先ず、図１及び図２に、フランジと浸漬管本体とを連結する連結手段として、第一の構成例の連結ホルダー３を用いた浸漬管５が示されている。すなわち、これらの浸漬管５は、少なくとも先端が図示外の溶鋼中に浸漬される浸漬管本体１と、浸漬管本体１を溶鋼処理装置６に接続するためのフランジ２と、フランジ２と浸漬管本体１とを連結する連結ホルダー３とを有し、連結ホルダー３は、フランジ２から延設されて、尚且つ、浸漬管本体１の外周面に当接しながら、浸漬管本体１が溶鋼処理装置６とは反対側に脱落しないように保持する。

このうち、図１の浸漬管５については、連結ホルダー３の内周面に、溶鋼処理装置６とは反対側に向かって漸次縮径した縮径部3aが設けられており、尚且つ、浸漬管本体１の外周面には、この縮径部3aに嵌め合うテーパー部1aが設けられている。そのため、図１の実施形態において、フランジ側から挿入した浸漬管本体１は、テーパー部1aが連結ホルダー３の縮径部3aに嵌め合うため、浸漬管本体１の先端を、溶鋼処理装置６とは反対側に位置する図示外の取鍋中の溶鋼に浸漬させても、浸漬管本体１が溶鋼中に脱落することがない。また、図２の浸漬管５は、連結ホルダー３の内周面に、位置決め段差を有する係止部3bが形成されており、尚且つ、浸漬管本体１の外周面には、この係止部3bの位置決め段差に係止する位置決め段差を有する頚部1bが形成されている。そのため、図２の実施形態における浸漬管５は、図１の場合と同様に、浸漬管本体１が溶鋼処理装置６と反対側に抜け落ちることなく、フランジ２と浸漬管本体１とが連結される。

そして、図１及び図２に示した実施形態において、浸漬管本体１は、それぞれの外周面が所定の形状となるようなゴム型を用い、また、溶鋼の流路となる浸漬管本体の内周面を形成するように、その中央には鋼製中子を収容して、これらによって形成される隙間にマグネシア−カーボン質耐火物等の耐火物を充填して、静水圧加圧成型機を用いて一体型構造となるように成型される。

したがって、図１及び図２に示した実施形態の浸漬管５は、芯金を使用せずに、尚且つ、目地や境界を形成せずに浸漬管本体１を得ることができるため、浸漬管本体１に亀裂が発生したり、耐火物の剥離や脱落等のおそれを可及的に排除することができる。

また、図３及び図４に、フランジと浸漬管本体とを連結する連結手段として、第二の構成例の芯金を用いた浸漬管５が示されている。すなわち、この実施形態における浸漬管５は、フランジ２と浸漬管本体１とを連結する連結手段が、フランジ２に接続され、尚且つ、耐火物中に埋設されて浸漬管本体１と一体に静水圧加圧成型される芯金４であり、この芯金４は、図３に示すように、一端にフランジ２が接続される金属円筒体4aからなり、尚且つ、円筒体側面には複数の開口部4bを有して、これらの開口部4bは、耐火物を静水圧加圧成型して浸漬管本体１を形成する際、芯金４を介して内側の耐火物と外側の耐火物との間で静水圧を伝達可能にする伝達径路の働きをする。

そして、図３及び図４に示した実施形態において、浸漬管本体１を形成する際に、芯金４を耐火物中に埋設して一体に静水圧加圧成型すればよく、従来、芯金に溶接していたスタッド等を必要とせずに、芯金４に対して浸漬管本体１を固着でき、芯金４を介してフランジ２と浸漬管本体１とを連結することができる。

第二の構成例における芯金については、例えば、図５に示すように、金属円筒体4aの円筒体側面に、内側方向及び外側方向に向かって、球状突起4cを突出させるようにしてもよい。また、図６に示すように、フランジ２の円周方向に沿って所定の間隔で短冊状金属板4dを垂下させ、これらの短冊状金属板4dによって形成された隙間4eを静水圧の伝達経路に利用するようにしてもよく、短冊状金属板4dのかわりに金属棒を用いるようにしてもよく、更には、金属網をフランジの円周方向に沿って取り付け、金属網の網目を静水圧の伝達経路に利用するようにしてもよい。更にまた、芯金からの浸漬管本体の脱落をより確実に防止する観点から、図７に示すように、芯金４は、溶鋼処理装置とは反対側に向かって漸次厚肉となるように形成してもよい。

したがって、図３〜図７に示した実施形態の浸漬管５では、亀裂の起点となるスタッド等を使用せずに、浸漬管本体１を芯金４と一体に形成することができるため、浸漬管本体１に亀裂が発生したり、耐火物の剥離や脱落等のおそれを可及的に排除することができる。

以下、実施例に基づいて、本発明をより具体的に説明する。

（実施例１）
１００ｔ用真空脱ガス装置に接続して使用する浸漬管を以下のようにして作製した。先ず、所定の内面形状を有するゴム型に鋼製中子を収容し、ゴム型と鋼製中子との間に形成された隙間にマグネシア−カーボン質耐火物を充填した。次いで、ゴム型ごと静水圧加圧成型機に入れ、静水圧１５００ｔで加圧して、図１に示されるような、内径φ４００ｍｍ、高さ６５２ｍｍであって、浸漬管上端側の外径φが９１０ｍｍ、浸漬管下端側外径φが８００ｍｍであり、尚且つ、浸漬管上端側から０ｍｍの位置から、浸漬管下端側に向かって漸次縮径し、深さ２００ｍｍ程度の地点で外径φが８００ｍｍとなるようなテーパー部1aを備えた浸漬管本体１を得た。

次に、外径φ９７０ｍｍ、内径φ６８０ｍｍ、及び厚さ６０ｍｍの鋼製フランジから延設されて、フランジ２からの高さが１４０ｍｍであり、尚且つ、フランジ２とは反対側に内径φ８００ｍｍの開口を有して、上記浸漬管本体１のテーパー部1aが嵌合する縮径部3aを内周面に有した鋼製の連結ホルダーを用意し、これに、上記で得た浸漬管本体１をフランジ側から挿入して、縮径部3aに浸漬管本体１のテーパー部1aを嵌め合わせて結合し、実施例１に係る浸漬管５を完成させた。

得られた浸漬管５について、フランジ２を介して１００ｔ用真空脱ガス装置に接続して、真空脱ガス処理を実施したところ、取鍋中の溶鋼に浸漬される浸漬管５の先端部を含めて、耐火物の脱落もなく、また、スラグやフラックスによる化学侵食による影響も殆んど確認されず、結果として、スタッドが溶接された芯金外側に不定形耐火物を施工し、尚且つ、内側には定形れんがを内張りした従来品と比べて、約１．５倍の寿命向上が達成できた。

（実施例２）
１００ｔ用真空脱ガス装置に接続して使用する浸漬管を以下のようにして作製した。先ず、図３に示されるように、厚さ２５ｍｍ、内径６９０ｍｍ、及び高さ５８０ｍｍの円筒形状からなる鋼製の芯金であって、尚且つ、円筒体側面に直径５０ｍｍの開口孔4bが隣接する中心間距離およそ１００ｍｍで千鳥配置に複数形成された円筒体4aの一端に、外径φ９７０ｍｍ、内径φ６８０ｍｍ、及び厚さ６０ｍｍの鋼製フランジ２を溶接した。

次いで、ゴム型に鋼製中子を収容し、ゴム型と鋼製中子との間に形成された隙間にマグネシア−カーボン質耐火物を充填し、更に、上記でフランジ２に溶接した円筒体4aを耐火物中に埋め込み、フランジが耐火物の外に露出した状態で、ゴム型ごと静水圧加圧成型機に入れ、静水圧１５００ｔで加圧して、図４に示されるような、実施例２に係る浸漬管５を完成させた。

得られた浸漬管５について、フランジ２を介して１００ｔ用真空脱ガス装置に接続して、真空脱ガス処理を実施したところ、取鍋中の溶鋼に浸漬される浸漬管５の先端部を含めて、耐火物の脱落もなく、また、外観上、浸漬管本体１には、直ちに交換が必要と判断されるような亀裂も確認されず、結果として、スタッドが溶接された芯金外側に不定形耐火物を施工し、尚且つ、内側には定形れんがを内張りした従来品と比べて、約１．５倍の寿命向上が達成できた。

１：浸漬管本体
1a：テーパー部
1b：頚部
２：フランジ
３：連結ホルダー（連結手段）
3a：縮径部
3b：係止部
４：芯金（連結手段）
4a：金属円筒体
4b：開口部
4c：球状突起
4d：短冊状金属板
4e：隙間
５：浸漬管
６：溶鋼処理装置

Claims (12)

1. 少なくとも先端が溶鋼中に浸漬される浸漬管本体と、浸漬管本体を溶鋼処理装置側に接続するためのフランジと、フランジと浸漬管本体とを連結する連結手段とを有して、浸漬管本体の全体が、耐火物を静水圧加圧成型して形成されていることを特徴とする浸漬管。
2. フランジと浸漬管本体とを連結する連結手段が、フランジから延設されて、尚且つ、浸漬管本体の外周面に当接しながら、浸漬管本体が溶鋼処理装置とは反対側に脱落しないように保持する連結ホルダーであることを特徴とする請求項１に記載の浸漬管。
3. 連結ホルダーの内周面には、溶鋼処理装置の反対側に向かって漸次縮径した縮径部が設けられており、また、浸漬管本体の外周面には、上記縮径部に嵌め合うテーパー部が設けられている請求項２に記載の浸漬管。
4. 連結ホルダーの内周面には、位置決め段差を有する係止部が形成されており、また、浸漬管本体の外周面には、上記係止部の位置決め段差に係止する位置決め段差を有する頚部が形成されている請求項２に記載の浸漬管。
5. フランジと浸漬管本体とを連結する連結手段が、フランジに接続されて、尚且つ、耐火物中に埋設されて浸漬管本体と一体に静水圧加圧成型される芯金であり、この芯金が、芯金を介して内側の耐火物と外側の耐火物との間で静水圧が伝達可能となる伝達径路を備えることを特徴とする請求項１に記載の浸漬管。
6. 芯金が、一端にフランジが接続される金属円筒体からなり、尚且つ、円筒体側面に複数の開口部を有して、これらの開口部が静水圧の伝達径路を形成する請求項５に記載の浸漬管。
7. 芯金が、フランジの円周方向に沿って所定の隙間を有しながら垂下された複数の短冊状金属板からなり、これらの短冊状金属板間の隙間が静水圧の伝達経路を形成する請求項５に記載の浸漬管。
8. 芯金が、フランジの円周方向に沿って所定の隙間を有しながら垂下された複数の金属棒からなり、これらの金属棒間の隙間が静水圧の伝達経路を形成する請求項５に記載の浸漬管。
9. 芯金が、フランジの円周方向に沿って取り付けられた金属網からなり、金属網の網目が静水圧の伝達経路を形成する請求項５に記載の浸漬管。
10. 芯金が、芯金を介して内側方向及び／又は外側方向に突出した球状突起を備える請求項５〜９のいずれかに記載の浸漬管。
11. 芯金が、溶鋼処理装置とは反対側に向かって漸次厚肉に形成される請求項５〜９のいずれかに記載の浸漬管。
12. 溶鋼処理装置が、真空脱ガス装置又は簡易取鍋精錬装置である請求項１〜１１のいずれかに記載の浸漬管。

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