JP5412300B2 - ガス吹き込みランス - Google Patents

Description

本発明は溶鋼等の金属溶湯に酸素ガスやアルゴンガス等のガスを吹き込むガス吹き込みランスに関する。ランスは、金属溶湯に浸漬されつつその湯面に沿って延設されている部分をもつ構造でも良いし、あるいは、湯面に対してほぼ垂直方向に沿って金属溶湯に浸漬される構造でも良い。

ガス吹き込みランスは、長手方向に延びる芯体と、芯体に被覆され金属溶湯に浸漬または接近する耐火物層と、芯体および耐火物層のうちの少なくとも一方に設けられ酸素ガスやアルゴンガス等のガスを金属溶湯に向けて吹き出す第１ガス吹出口をもつ第１ガス通路とを有する（特許文献１，２）。一般的には、耐火物層は芯体を被覆するキャスタブル層で形成されている。上記したランスによれば、耐久性を更に向上させることが要請されている。

特開２００８−１２１０７２号公報 特開２００８−１０１２４４号公報

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、耐久性および寿命を更に高め得るのに有利なガス吹き込みランスを提供することを課題とする。

本発明に係るガス吹き込みランスは、長手方向に延びる芯体と、前記芯体に被覆され金属溶湯に浸漬または接近する耐火物層と、前記芯体および前記耐火物層のうちの少なくとも一方に設けられ第１ガスを金属溶湯に向けて吹き出す第１ガス吹出口をもつ第１ガス通路とを具備するランスにおいて、
前記芯体は前記第１ガス通路を形成するパイプ状の金属で構成され、所定断面形状の主要部と前記第１ガス吹出口を持ち前記主要部と異なる長円形の異形断面を持つ先端部と前記主要部と前記先端部との間にあり前記所定断面から前記異形断面に移行する傾斜部とからなり、
前記耐火物層は、前記先端部と前記傾斜部の外周面に嵌合保持されるよう前記先端部が挿通する異形孔を持つ円盤ブロック状の定形れんが部と、前記定形れんが部前記先端部前記傾斜部および前記主要部を被覆するキャスタブル層とからなり、
前記定形れんが部前記先端部及び前記傾斜部を覆う前記キャスタブル層の先端部分はアルミナーマグネシアーカーボン系の耐火物で形成されている、
ことを特徴とする。

ランスの使用時には、ランスの先端部分である定形れんが部、先端部及び傾斜部を覆うキャスタブル層の先端部分はアルミナーマグネシアーカーボン系の耐火物で形成されている先端キャスタブル層が金属溶湯に浸漬または接近された状態で、第１ガス吹出口から第１ガスが金属溶湯に吹き出される。キャスタブル層は、流動性をもつスラリー状の耐火物を乾燥固化させたものである。先端キャスタブル層は、アルミナ−マグネシア−カ−ボンで形成されているため、高い耐溶損性をもつ。ここで、カーボンは金属溶湯に対して濡れ性が低いため、金属溶湯との直接接触性を低下させることができる。更にカーボンは伝熱性が良いため、先端キャスタブル層における温度の局所的な過熱を抑制させるのに有利である。このようにアルミナ−マグネシア−カ−ボンで形成されている先端キャスタブル層は、高い耐溶損性をもち、耐久性および寿命を向上できる。

本発明によれば、耐溶損性を高め、耐久性および寿命を更に高め得るガス吹き込みランスを提供することができる。

基本形態に係り、ランスの先端部を金属溶湯に挿入しつつ第１ガスおよび第２ガスを金属溶湯に吹き込んでいる状態を示す断面図である。 基本形態に係り、ランスの先端キャスタブル層をこれの軸線に対して直交する方向に沿って切断した横断面図である。 基本形態に係り、ランスの先端キャスタブル層をこれの軸線方向に沿って切断した縦断面図である。 基本形態に係り、ランスの先端部を金属溶湯に挿入しつつ第１ガスおよび第２ガスを金属溶湯に吹き込んでいる状態を示す断面図である。 基本形態１に係り、ランスの先端キャスタブル層をこれの軸線に対して直交する方向に沿って切断した横断面図である。 基本形態１に係り、ランスの先端キャスタブル層をこれの軸線方向に沿って切断した縦断面図である。 実施形態２に係り、ランスの先端キャスタブル層をこれの軸線に対して直交する方向に沿って切断した横断面図である。 実施形態２に係り、ランスの先端キャスタブル層をこれの軸線方向に沿って切断した縦断面図である。 実施形態３に係り、ランスの先端キャスタブル層をこれの軸線方向に沿って切断した縦断面図である。 実施形態４に係り、ランスの先端キャスタブル層をこれの軸線方向に沿って切断した縦断面図である。

先端キャスタブル層はランスの先端を被覆しており、アルミナ−マグネシア−カ−ボン系で形成されている。アルミナは耐溶損性の向上に寄与できる。マグネシアは耐溶損性の向上、耐割れ性の向上に寄与できる。ここで、先端キャスタブル層の全体を１００％とするとき、質量％で、例えば、マグネシアは１〜５５％、殊に５〜４５％、１０〜３５％が挙げられ、カ−ボンは０．１〜１０％、殊に１〜６％、２〜５％にできる。残部はアルミナにできる。カーボンが上記値よりも低いと、金属溶湯との濡れ性が高くなり、耐溶損性が低下し、好ましくない。カーボンが上記値よりも高いと、アルミナやマグネシウムの割合が過剰に低下し、好ましくない。カーボンとしては、ピッチ、コークス、カーボンブラック、黒鉛が例示できる。

定形れんが部は焼成れんが、プレキャストブロック、プレキャストブロックを焼成させたもの、不焼成れんがで形成できる。定形れんが部が焼成工程を経ている場合には、その定形れんが部は、キャスタブル層よりも強度および耐熱性に優れている。このような定形れんが部がランスの先端部に先端キャスタブル層に被覆されつつ存在しているため、ランスのうち金属溶湯に浸漬または接近されるランス先端部の耐久性および寿命を更に一層高め得る。

芯体は第１ガス通路を形成するパイプ状の金属で構成され、所定断面形状の主要部と第１ガス吹出口を持ち主要部と異なる長円形の異形断面を持つ先端部と主要部と先端部との間にあり所定断面から異形断面に移行する傾斜部とからなる。定形れんが部は芯体の先端部と傾斜部の外周面に嵌合保持されるよう先端部が挿通する異形孔を持つ円盤ブロック状である。

吸熱作用を発揮できる第２ガス（例えばプロパンガス、メタンガス、エタンガス、ブタンガス等の炭化水素系のガス）を金属溶湯に向けて吹き出す第２ガス吹出口をもつ第２ガス通路がランスに設けられていることが好ましい。ここで、芯体の軸長方向において、第２ガス通路は先端キャスタブル層を通過することが好ましい。先端キャスタブル層はカーボンを含有しているため、先端キャスタブル層における伝熱性を高めことができる。この場合、吸熱作用を発揮できる第２ガスが第２ガス通路を流れて吸熱作用を発揮させれば、先端キャスタブル層に含まれている伝熱性が高いカーボンを介して、先端キャスタブル層を効果的に冷やすことができ、先端キャスタブル層の耐久性、長寿命化に一層貢献できる。

本発明の芯体は第１ガス通路をもつパイプ状の金属で構成され、所定断面形状の主要部と第１ガス吹出口を持ち主要部と異なる長円形の異形断面を持つ先端部と主要部と先端部との間にあり所定断面から異形断面に移行する傾斜部とからなっている。そして定形れんが部は芯体の先端部と傾斜部の外周面に嵌合保持されるよう先端部が挿通する異形孔を持つ円盤ブロック状である。そして定形れんが部は
芯体の先端部と傾斜部の外周面に嵌合保持されている。このため定形れんが部の回り止めを図り得、定形れんが部を芯体の先端部に安定的に保持できる。好ましくは、定形れんが部を芯体に保持する保持力を高める保持要素が設けられている。この場合、定形れんが部を芯体に安定的に保持できる。好ましくは、吸熱作用を発揮できる第２ガスを溶湯に向けて吹き出す第２ガス吹出口をもつ第２ガス通路が設けられており、芯体の軸長方向において、第２ガス通路は定形れんが部の位置を通過する。この場合、定形れんが部が冷却され、定形れんが部の過剰高温化が抑制され、定形れんが部の耐久性を向上できる。

（本発明のランスの前提となる基本形態）
図１〜図３は、本発明のランスの前提となる基本形態の概念を示す。この基本形態のガス吹き込みランス１は、溶鋼等の金属溶湯Ｍに酸素ガスまたはアルゴンガス（不活性ガス）等の第１ガスを吹き込むものである。ランス１は、長手方向に沿って延びる軸線Ｐ１を持つランス本体１１と、ランス本体１１の軸線Ｐ１に対して角度θで曲成されている軸線Ｐ２をもつ先端部１２とをもつ。ランス１は、長手方向に延びる金属（例えば鋼）製の芯体２と、芯体２の外周壁面側に被覆され少なくとも先端部が金属溶湯Ｍに浸漬される耐火物層３と、芯体２および耐火物層３のうちの少なくとも一方に設けられ第１ガスを金属溶湯Ｍに向けて吹き出す第１ガス吹出口４１をもつ第１ガス通路４とを有する。

第１ガスを吹き出す第１ガス吹出口４１は、ランス１の先端部１２の軸長方向に沿って湯面Ｍ１に沿って第１ガスを金属溶湯Ｍに向けて噴出させるものであり、先端部１２の軸長方向の端面１２ｆの中央域において開口する。場合によっては、第１ガス吹出口４１はランス１の先端部１２の外周面において開口していても良い。芯体２は、互いに同軸的に配置された金属（例えば鋼）製の内パイプ５１および金属（例えば鋼）製の外パイプ５２を有する。芯体２を構成する内パイプ５１の内周壁面は、軸長方向に沿って第１ガスが流れる第１ガス通路４を形成する。第１ガスは酸素を含むガス、空気またはアルゴンガスを採用できる。第１ガスが酸素を含むガスである場合には、取鍋等の容器に貯留されている金属溶湯Ｍに含まれる合金成分（例えばシリコン、炭素、マンガン、アルミニウム、リン、硫黄等）が酸化して酸化物が生成され、金属溶湯の組成が調整される。反応部分では酸化反応により金属溶湯は昇温される。第１ガスがアルゴンガスである場合には、取鍋等の容器に貯留されている金属溶湯Ｍがアルゴンガスにより攪拌される。第１ガス通路４の他端部側には、第１ガスを第１ガス通路４に供給する第１ガス供給口４３が形成されている。第１ガス供給口４３は第１ガス供給源４００に繋がる。

耐火物層３は、芯体２の外側部を被覆する耐火物で形成されたキャスタブル層３２を有する。キャスタブル層３２は、バインダ（無機系バインダまたは有機系バインダ）を含む流動性をもつスラリー状の耐火物を芯体３の外周壁面に被覆した状態で乾燥固化させたものである。キャスタブル層３２は、芯体２の長手方向において先端部１２以外の部位において芯体２の外周壁面に被覆された本キャスタブル層３２０と、軸長方向において本キャスタブル層３２０の先端側に位置する先端キャスタブル層３２２とを有する。

本キャスタブル層３２０の外周面３２０ｐは軸線Ｐ１，Ｐ２の回りを包囲する。先端キャスタブル層３２２の外周面３２２ｐは軸線Ｐ１，Ｐ２の回りを包囲する。本キャスタブル層３２０は耐溶性、コストなどを考慮して、例えばアルミナ系、または、アルミナ−シリカ系で形成されている。アルミナ−シリカ系の場合には、本キャスタブル層３２０の全体を１００％とするとき、質量％で、アルミナは３０〜９０％、殊に５０〜８０％にでき、シリカは１０〜７０％、殊に２０〜４０％にできる。但し、配合割合はこれらに限定されるものではない。

先端キャスタブル層３２２は、本キャスタブル層３２０よりも高い耐溶損性をもつことが好ましい。耐溶損性の確保を考慮すると、先端キャスタブル層３２２は、アルミナ−マグネシア−カーボン系の耐火物で形成されていることが好ましい。この場合、先端キャスタブル層の全体を１００質量％とするとき、アルミナは７０〜９５％、殊に８０〜９０％、マグネシアは１〜５０％、殊に３〜３０％、カ−ボンは０．５〜５％、殊に１〜３％にできる。カーボンが上記値よりも低いと、金属溶湯との濡れ性が高くなり、好ましくない。カーボンが上記値よりも高いと、伝熱性が過剰に高くなり、耐久性が低下するおそれがある。先端キャスタブル層３２２においてカーボンが含有されていると、カーボンが金属溶湯に対して濡れ性が低いため、高い耐溶損性を発揮でき、耐久性および寿命を向上できる。更に、カーボンは高い伝熱性を有するため、先端キャスタブル層３２２の均熱化に一層貢献でき、耐溶損性を一層高めるのに有利である。

本基本形態によれば、先端キャスタブル層３２２は例えば次のよう形成できる。一例として、粒径１０ｍｍ以下のアルミナ９０質量％、粒径５ｍｍ以下のマグネシア５質量％、カーボン（黒鉛）２質量％と、残部としてバインダとしてセメント（３質量％）を、ペレタイザーを用いて混合して骨材を製造することができる。この骨材に所定の水を混練した後、振動かけながら流し込みを行なうことができる。２４時間経過した後、脱枠して、３００℃×４８時間乾燥することができる。このようにして先端キャスタブル層３２２を形成できる。本キャスタブル層３２０は次のようにして形成できる。粒径１０ｍｍ以下のアルミナ７０質量％、粒径５ｍｍ以下のシリカ２５質量％、バインダとしてセメント５質量％を配合して所定の水を混練した後、振動かけながら流込みを行った。２４時間後脱枠して、３００℃×４８時間乾燥した。このようにして本キャスタブル層３２０を形成できる。

ここで、図２は芯体２の先端部１２の軸線Ｐ２に対して直角方向に沿って切断された横断面を示す。芯体２の先端部１２の横断面は、芯体２の先端部１２以外の部分に対して異なる異形状をなす異形状部２２を有する。外パイプ５２の縮径部分５２ｒは、芯体２の横断面において、偏平化された長円形状をなしており、長径ＤＬおよび短径ＤＳをもつ。このような異形状部２２により、溶湯Ｍに向けて第１ガス吹出口４１から噴出される第１ガスの流速の調整を期待できる。図１から理解できるように、芯体２の先端部２ｆは、ランス１の先端部１２の端面１２ｆから軸長方向において離れるにつれて（ランス１の基端側に向かうにつれて）拡径するように傾斜する偏平なほぼ円錐状の傾斜部２ｒをもつ。芯体２の先端部２ｆにおいて、第２ガス通路６１を流れる第２ガスが、傾斜部２ｒを構成する外パイプ５２の縮径部分５２ｒに衝突したり接触したりする度合いが高くなる。この場合、第２ガスの吸熱作用を外パイプ５２の縮径部分５２ｒに効率よく伝達できる効果を期待でき、異形状部２２，その外周側の先端キャスタブル層３２２，定形れんが部３１の長寿命化に貢献できる。また、断面長円形状または楕円形状の異形状部２２により、これが断面真円である場合に比較して、異形状部２２の表面積を増加でき、先端キャスタブル層３２２，定形れんが部３１への伝熱面積を増加でき、これらの長寿命化に更に貢献できる。異形状部２２が設けられているため、第１ガス供給口４３が断面真円である場合に比較して、第１ガス供給口４３の開口面積を調整でき、先端キャスタブル層３２２等の組成に合わせて第１ガス供給口４３からのガス吹き込み速度を調整できる。

本基本形態によれば、図３に示すように、冷却作用である吸熱作用を発揮できる第２ガスを溶湯Ｍに向けて吹き出す第２ガス吹出口６１をもつ第２ガス通路６がランス１の内部に設けられている。第２ガスはプロパンガスとされていることが好ましいが、冷却作用を発揮できるガスであれば何でも良い。更に、アルゴンガス等の不活性ガスとしても良い。プロパンガスは溶鋼等の高温の金属溶湯Ｍの熱の影響で熱分解されると、吸熱作用を果たし、その周囲を冷却させ、金属製の芯体２の先端部２ｆの先端キャスタブル層３２２付近を冷却させることが好ましい。吸熱のため冷却作用を発揮する第２ガスを吹き出す第２ガス吹出口６１は、第１ガス吹出口４１をリング状に包囲する。このため、第１ガス吹出口４１から吹き出される第１ガスが酸素ガスまたは酸素含有ガスである場合、酸素に起因する酸化反応に伴う第１ガス吹出口４１付近の過剰高温化現象を抑制させるのに貢献できる。図２に示すように、偏平化された第１ガス吹出口４１および第２ガス吹出口６１については短径方向が金属溶湯Ｍの深さ方向に沿っており、長径方向が湯面Ｍ１に沿っている。この場合、湯面Ｍ１に対して深さ寸法Ｈｘが確保される。よって第１ガス吹出口４１および第２ガス吹出口６１を金属溶湯Ｍの湯面Ｍ１内に浸漬させつつ、第１ガス吹出口４１および第２ガス吹出口６１からガスが吹き出すとき、湯面Ｍ１の過剰揺動を抑制させるのに貢献できる。第１ガス吹出口４１および第２ガス吹出口６１が深さ方向に短径となるように偏平化されているため、先端キャスタブル層３２２の厚さｔ１（先端キャスタブル層３２２のうち金属溶湯Ｍの深さ方向の厚さ）が増加するためである。

図３に示すように、第２ガス通路６は、内パイプ５１の外周壁面と外パイプ５２の内周壁面との間において芯体２の長手方向（軸線Ｐ１，Ｐ２が延びる方向）に沿って、第２ガスを通過させ得るように形成されている。第２ガス通路６は芯体２の軸線Ｐ１，Ｐ２の回りを１周するように周方向に沿って筒形状に形成されている。芯体２の長手方向において、第２ガス通路６は先端キャスタブル層３２２の設置位置Ｋ１を通過する。第２ガス通路６の第２ガス吹出口６１はランス１の先端部１２の端面１２ｆにおいて開口する。第２ガス通路６のうち金属溶湯Ｍと反対側の他端部側には、第２ガスを第２ガス通路６に供給する第２ガス供給口が形成されている。第２ガス供給口は第２ガス供給源６００に繋がる。この場合、第２ガス通路６を通過する第２ガスの吸熱反応により、先端キャスタブル層３２２の過剰高温化が抑制される。従って、先端キャスタブル層３２２の耐溶損性、耐久性および寿命が一層向上される。

本基本形態によれば、ランス１の使用時には、図１に示すように、ランス１の先端部１２が金属溶湯Ｍの内部に浸漬される。図１に示すように、一般的には、ランス１の先端部は金属溶湯Ｍの湯面Ｍ１とほぼ平行に維持されることが好ましい。この状態で、酸素ガスまたはアルゴンガスからなる第１ガスが第１ガス通路４に供給される。第１ガスは、ランス１の先端部１２の端面１２ｆの第１ガス吹出口４１から金属溶湯Ｍに向けて吹き出される。前述したように第１ガスは酸素ガスまたはアルゴンガスが好ましい。第１ガスが酸素ガスである場合には、金属溶湯Ｍに含まれる合金成分（例えばシリコン、炭素、マンガン、アルミニウム、リン、硫黄等）が酸化して酸化物が生成され、金属溶湯の組成が調整される。この場合も酸素ガスに起因する酸化反応（発熱反応）により、第１ガス吹出口４１付近が過熱され易いため、先端キャスタブル層３２２の耐溶損性が要請される。また、第１ガスがアルゴンガスである場合には、金属溶湯Ｍがアルゴンガスにより攪拌され、金属溶湯におけるスラグなどを浮上させる。

また本基本形態によれば、吸熱作用を発揮させる第２ガスが第２ガス通路６に供給され、第２ガスは第２ガス吹出口６１から金属溶湯Ｍに向けて吹き出される。第２ガスは高温の金属溶湯Ｍから受熱し、第２ガスの熱分解現象は、第２ガス通路６の第２ガス吹出口６１および先端キャスタブル層３２２付近において発生するように設定されていることがこのましい。このように吸熱作用を発揮できる第２ガスが金属溶湯Ｍの熱を受熱して熱分解されるため、第２ガス通路６の第２ガス吹出口６１および先端キャスタブル層３２２付近において吸熱作用が発生する。吸熱作用により金属製の内パイプ５１および外パイプ５２は冷却される。ひいては外パイプ５２の伝熱により先端キャスタブル層３２２の内周側も冷却されるため、先端キャスタブル層３２２の全体の冷却が促進される。これにより先端キャスタブル層３２２の耐溶損性および耐久性が一層向上され、先端キャスタブル層３２２の長寿命化を一層図り得る。先端キャスタブル層３２２を構成する耐火物に含まれているカーボンの損傷および劣化を良好に抑制できる。カーボンは高い伝熱性を有するため、第２ガスによる吸熱作用がカーボンに伝達されるためである。

図２に示すように、芯体２の先端部２ｆは偏平化されているため、先端部２ｆの横断面が真円形状である場合に比較して、先端部２ｆの表面積を増加できる。この場合、第２ガスの吸熱作用による冷却作用をランス２の先端部２ｆに効率よく及ぼすことができ、ひいては先端キャスタブル層３２２を効率よく冷却させることができる。金属製のパイプ５１，５２も伝熱性が良いため、吸熱作用を先端キャスタブル層３２２に良好に伝達できる。図３に示すように、芯体２の先端部２ｆには、係合部材１４が溶接または固定具等で固定されている。係合部材１４はスタッド棒材で形成されている。係合部材１４により先端キャスタブル層３２２の脱落が抑制される。上記したように芯体２の先端部２ｆは、ランス１の先端部１２の端面１２ｆから離れるにつれて拡径方向に傾斜する傾斜部２ｒをもつ。ここで、第２ガス通路６１を流れる第２ガスが、傾斜部２ｒを構成する外パイプ５２の縮径部分５２ｒに衝突したり接触したりする度合いが高くなる。この場合、第２ガスの吸熱作用を外パイプ５２の縮径部分５２ｒに効率よく伝達できる効果を期待でき、異形状部２２，その外周側の先端キャスタブル層３２２の長寿命化に貢献できる。また、断面長円形状または楕円形状の異形状部２２により、これが断面真円である場合に比較して、異形状部２２の表面積を増加でき、先端キャスタブル層３２２，定形れんが部３１への伝熱面積を増加でき、これらの長寿命化に更に貢献できる。

なお本基本形態によれば、第１ガス通路４を流れる第１ガスが脱硫剤および脱燐剤等の粉粒状の固形物を含有することがある。この場合、ランス１の曲成部１３（図１参照）において内パイプ５１の壁が摩滅するおそれがある。そこで、ランス１の曲成部１３（図１参照）において、上記した摩滅を抑えるべく、第１ガス通路４を形成する内パイプ５１の内周壁面のうち曲げ外周５１ｘ側には、複数の突起１３５が長手方向に沿って形成されている。

（本発明の実施形態１）
図４〜図６は本発明の実施形態１を示す。本実施形態は前記した基本形態と基本的には同様の構成および作用効果を有する。図４に示すように、耐火物層３は、金属溶湯Ｍに浸漬されるように芯体２の先端部２ｆに保持された定形れんが部３１と、少なくとも定形れんが部３１の外側を被覆するキャスタブル層３２とを有する。キャスタブル層３２は、芯体２の長手方向において先端部１２以外の部位において芯体２の外周壁面に被覆された本キャスタブル層３２０と、本キャスタブル層３２０の先端側の先端キャスタブル層３２２とを有する。定形れんが部３１の材質は特に限定されるものではなく、アルミナ−クロム系、アルミナ系、マグネシア系等を例示できる。定形れんが部３１の材質と先端キャスタブル層３２２の材質とは同一でも良いし、異なる材質でも良い。定形れんが部３１は焼成温度領域において焼成される焼成工程を経ているため、先端キャスタブル層３２２等のキャスタブル層３２よりも高い強度および高い耐溶損性をもつ。このため金属溶湯Ｍに対してランス１の先端部１２の耐久性を向上できる。

図４に示すように、本キャスタブル層３２０の外周面３２０ｐは、軸線Ｐ１，Ｐ２の回りを包囲する。先端キャスタブル層３２２の外周面３２２ｐは軸線Ｐ２の回りを包囲する。本キャスタブル層３２０はアルミナ、または、アルミナ−シリカ系で形成されているが、これに限定されるものではない。先端キャスタブル層３２２は、本キャスタブル層３２０よりも高い耐溶損性をもつことが好ましい。耐溶損性の確保を考慮すると、先端キャスタブル層３２２は、実施形態１と同様に、アルミナ−マグネシア−カーボン系で形成されている。この場合、カーボンが金属溶湯に対して濡れ性が低いため、高い耐溶損性を発揮でき、耐久性および寿命を向上できる。更に、カーボンは高い伝熱性を有するため、キャスタブル層３２の均熱化に貢献でき、耐溶損性を高めるのに有利である。

図６に示すように、定形れんが部３１は、芯体２の先端部２ｆの軸線Ｐ２回りを包囲する外周壁面３１１と、内周壁面３１２と、ランス１の先方に背向する第１軸端面３１３と、ランス１の先方に対面する第２軸端面３１４とをもつ。なお、図６から理解できるように、定形れんが部３１の外周壁面３１１は、軸長方向においてランス１の先端部１２の端面１２ｆに向かうにつれて外径が小さくなるような円錐面形状とされている。但し、外周壁面３１１は、ランス１の先端部１２の端面１２ｆから離れるにつれて外径が小さくなるようなほぼ円錐面形状とされていても良い。

ここで、図５は芯体２の先端部１２の軸線Ｐ２に対して直角方向に沿って切断された横断面を示す。図５に示すように、芯体２の先端部１２の横断面は、芯体２の先端部１２以外の部分に対して異なる異形状をなす異形状部２２を有する。異形状部２２は、芯体２の横断面において、偏平化された長円形状をなしており、長径ＤＬおよび短径ＤＳをもつ。定形れんが部３１の中央域には、芯体２の異形状部２２に嵌合される偏平化された異形孔３３０が形成されている。異形孔３３０は、芯体２の先端部１２の異形状部２２と同一形状、近似形状または相似形状をなす。

定形れんが部３１は円盤ブロック状をなしており、定形れんが部３１の偏平化された異形孔３３０は、芯体２の先端部２ｆに形成されている偏平化された異形状部２２の外周側に嵌合されて保持されている。この場合、ランスの製造時において、定形れんが部３１を芯体２の先端部２ｆに対して矢印Ｗ１方向（図６参照）に挿入する。定形れんが部３１の姿勢を確保する等のため、異形孔３３０の内壁面と異形状部２２の外周面との間には、モルタル等の耐火材料を装填することが好ましい。図６から理解できるように、芯体２の先端部２ｆは、ランス１の先端部１２の端面１２ｆから離れるにつれて拡径方向に傾斜する傾斜部２ｒをもつ。この場合、軸線Ｐ２が延びる方向において、芯体２の傾斜部２ｒにより定形れんが部３１が位置決めされる。従って、ランスの製造時において、定形れんが部３１から先端面１２ｆに至るまでの距離ＬＡ（図６参照）を正確に維持できる。異形状部２２が設けられているため、第１ガス供給口４３が断面真円である場合に比較して、第１ガス供給口４３の開口面積を調整でき、先端キャスタブル層３２２、定形れんが部３１等の組成に合わせて第１ガス供給口４３からのガス吹き込み速度を調整できる。

図５に示すように、定形れんが部３１の異形孔３３０は、横断面において偏平形状の長円形状をなしており、長径ＤＬおよび短径ＤＳをもつ。定形れんが部３１の異形孔３３０および芯体２の異形状部２２が互いに嵌合される。このため定形れんが部３１が位置決めされ、芯体２の軸線Ｐ２の回りで空転することが止められ、定形れんが部３１の回り止めが図られる。これによりリング形状をなす定形れんが部３１が芯体２の先端部２ｆの外周側に安定的に保持される。この場合、定形れんが部３１の耐久性を高めるのに貢献できる。芯体２の先端部２ｆに定形れんが部３１が保持されている状態で、先端キャスタブル層３２２を構成する流動性をもつキャスタブル材を被覆させて乾燥固化させ、先端キャスタブル層３２２を形成することが好ましい。

本実施形態においても、吸熱作用を発揮できる第２ガスを溶湯Ｍに向けて吹き出す第２ガス吹出口６１をもつ第２ガス通路６がランス１の内部に設けられている。第２ガスは熱分解されると吸熱作用を果たし、その周囲を冷却させ、芯体２の先端部２ｆ付近を冷却させる。第２ガス通路６は、内パイプ５１の外周壁面と外パイプ５２の内周壁面との間において芯体２の長手方向（軸線Ｐ１，Ｐ２が延びる方向）に沿って、第２ガスを通過させ得るように形成されている。第２ガス通路６は芯体２の軸線Ｐ１，Ｐ２の回りを１周するように周方向に沿って筒形状に形成されている。芯体２の長手方向において、第２ガス通路６は定形れんが部３１の設置位置Ｋ１を通過する。第２ガス通路６の第２ガス吹出口６１はランス１の先端部１２の端面１２ｆにおいて開口する。この場合、第２ガス通路６を通過する第２ガスの吸熱反応により、定形れんが部３１の過剰高温化が抑制される。従って、定形れんが部３１の耐久性および寿命が向上される。定形れんが部３１は同一材質のキャスタブル材よりも緻密性を有するため、緻密性に起因する伝熱性を期待でき、定形れんが部３１の耐久性を高め得る。

図６に示すように、芯体２の先端部２ｆは、ランス１の先端部１２の端面１２ｆから離れるにつれて拡径方向に傾斜する傾斜部２ｒをもつ。この場合、第２ガス通路６１を流れる第２ガスが、傾斜部２ｒを構成する外パイプ５２の縮径部分５２ｒに衝突したり接触したりする度合いが高くなる。この場合、第２ガスの吸熱作用を第２ガスを介して外パイプ５２の縮径部分５２ｒに効率よく伝達できる効果を期待でき、異形状部２２，その外周側の先端キャスタブル層３２２の長寿命化に貢献できる。また、断面長円形状または楕円形状の異形状部２２により、これが断面真円である場合に比較して、異形状部２２の表面積を増加でき、先端キャスタブル層３２２，定形れんが部３１への伝熱面積を増加でき、これらの長寿命化に更に貢献できる。

本実施形態によれば、ランス１の使用時には、図４に示すように、ランス１の先端部１２が金属溶湯Ｍの内部に浸漬される。図４に示すように、一般的には、ランス１の先端部は金属溶湯Ｍの湯面Ｍ１とほぼ平行に維持されることが好ましい。この状態で、酸素ガスまたはアルゴンガスからなる第１ガスが第１ガス通路４に供給される。第１ガスは、ランス１の先端部１２の端面１２ｆの第１ガス吹出口４１から金属溶湯Ｍに向けて吹き出される。前述したように第１ガスは酸素ガスまたはアルゴンガスが好ましい。第１ガスが酸素ガスである場合には、金属溶湯Ｍに含まれる合金成分（例えばシリコン、炭素、マンガン、アルミニウム、リン、硫黄等）が酸化して酸化物が生成され、金属溶湯の組成が調整される。この場合、酸化反応により金属溶湯のうち反応部位が高温化する。第１ガスがアルゴンガスである場合には、金属溶湯Ｍがアルゴンガスにより攪拌される。

また吸熱作用を発揮させる第２ガスが第２ガス通路６に供給され、第２ガスは第２ガス吹出口６１から金属溶湯Ｍに向けて吹き出される。第２ガスは高温の金属溶湯Ｍから受熱し、第２ガスの熱分解現象は先端キャスタブル層３２２，第２ガス通路６の異形状部２２および定形れんが部３１のうちの少なくとも一方付近において発生するように設定されている。このように第２ガスが金属溶湯Ｍの熱を受熱して熱分解されるため、第２ガス通路６の第２ガス吹出口６１付近において吸熱作用が発生する。吸熱作用により金属製の内パイプ５１および外パイプ５２は冷却される。ひいては伝熱材料でもある金属製の外パイプ５２の伝熱により定形れんが部３１の内周側も冷却されるため、定形れんが部３１の全体の冷却が促進される。これにより定形れんが部３１の耐久性が一層向上され、定形れんが部３１の長寿命化を図り得る。係合部材１４、これに関する溶接部または固定具等の冷却も促進される。芯体２の先端部２ｆには、定形れんが部３１の先方に位置するように係合部材１４が溶接または固定具等で固定されている。先端キャスタブル層３２２が金属溶湯Ｍによりかなり損傷した場合であっても、係合部材１４により定形れんが部３１がランス１の芯体２の先端部２ｆから脱落することが抑制される。

本実施形態によれば、前述したように、定形れんが部３１の偏平化された異形孔３３０は、芯体２の先端部２ｆに形成されている偏平化された異形状部２２の外周側に嵌合されている。異形状部２２および異形孔３３０の双方は偏平化されているため、定形れんが部３３０の外周壁面３１１の径方向の外径サイズを抑制させるのに貢献できる。更に先端キャスタブル層３２２の上部３２２ｕおよび下部３２２ｄの厚さｔ１を確保するのに貢献できる。

本実施形態によれば、図６に示すように、定形れんが部３１の軸長寸法Ｌとし、定形れんが部３１の外周壁面３１１の最大外径Ｄとすると、Ｌ／Ｄ＝０．１〜０．６の範囲内において設定されており、定見れんが部３１の軸長寸法はコンパト化されている。このように定形れんが部３１の軸長寸法Ｌは小さくされているため、定形れんが部３１のコンパクトに貢献できる。

（実施形態２）図７および図８は本発明の実施形態２を示す。図８に示すように、定形れんが部３１の軸長寸法Ｌとし、定形れんが部３１の外周壁面３１１の最大外径Ｄとすると、Ｌ／Ｄ＝０．７〜２．０の範囲内において設定できる。このように定形れんが部３１の軸長寸法Ｌは大きくされているため、定形れんが部３１の長寿命化に貢献でき、ひいてはランス１の耐久性および長寿命化に貢献できる。

（実施形態３）
図９は本発明の実施形態３を示す。図９に示すように、定形れんが部３１を芯体２の外周面に保持する保持力を高める保持要素７が設けられている。保持要素７により、定形れんが部３１を芯体２の先端部２ｆに安定的に保持できる。保持要素７は、芯体２の外パイプ５２に溶接または取付具で固定された複数の棒材７０を備える。棒材７０の長さ方向の一端部７０ｅは、芯体２の外パイプ５２の溶接または取付具で固定されている。棒材７０の長さ方向の他端部７０ｆは、定形れんが部３１の外周部に軸線Ｐ２回りで１周するように形成された凹状の係合部３３０に係合する金属製またはセラミックス製のリング形状の係合部材３３９に溶接または取付具で係止されて固定されている。これにより定形れんが部３１が芯体２の先端部２ｆの外周面に保持される保持力を高めることができる。よって、先端キャスタブル層３２２がかなり損傷したとしても、定形れんが部３１が芯体２の先端部２ｆから脱落することが抑制されている。更に、冷却作用を発揮するガスにより、保持要素７、係合部材１４、これに関する溶接部または固定具等の冷却も促進される。更に第２ガス通路６１を流れる第２ガスが、傾斜部２ｒを構成する外パイプ５２の縮径部分５２ｒに衝突したり接触したりする度合いが高くなる。この場合、第２ガスの冷却作用を外パイプ５２の縮径部分５２ｒに効率よく伝達できる効果を期待でき、異形状部２２，その外周側の先端キャスタブル層３２２および保持要素７の長寿命化に貢献できる。

（実施形態４）
図１０は本発明の実施形態４を示す。図１０に示すように、定形れんが部３１は軸線Ｐ２が延びる方向において二個（複数個）直列に並設されている。定形れんが部３１と芯体２の先端部２ｆとの間にはモルタル等の装填材料２ｗが装填されている。定形れんが部３１の保持性が高まる。

（その他）
本発明は上記し且つ図面に示した各実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。例えば、プロパンガス等の吸熱作用を発揮させる第２ガスを通過させる第２ガス通路６がランス１に設けられていなくても良い。芯体２の異形状部２２は偏平化構造とされているが、これに限らず、円筒パイプ構造でも良い。上記した記載から次の技術的思想も把握できる。
［付記項１］長手方向に延びる芯体と、前記芯体に被覆され金属溶湯に浸漬または接近する耐火物層と、前記芯体および前記耐火物層のうちの少なくとも一方に設けられ第１ガスを金属溶湯に向けて吹き出す第１ガス吹出口をもつ第１ガス通路とを具備するランスにおいて、前記耐火物層は、前記芯体のうち金属溶湯に浸漬または接近する側の先端部を、耐溶損性を高めた先端キャスタブル層で形成しているガス吹き込みランス。

１はランス、１１はランス本体、１２は先端部、２は芯体、２２は異形状部、３は耐火物層、３１は定形れんが部、３２はキャスタブル層、３２０は本キャスタブル層、３２２は先端キャスタブル層、４は第１ガス通路、４１は第１ガス吹出口、５１は内パイプ、５２は外パイプ、６は第２ガス通路、６１は第２ガス吹出口、７は保持要素、７０は棒材を示す。

Claims (3)

1. 長手方向に延びる芯体と、前記芯体に被覆され金属溶湯に浸漬または接近する耐火物層と、前記芯体および前記耐火物層のうちの少なくとも一方に設けられ第１ガスを金属溶湯に向けて吹き出す第１ガス吹出口をもつ第１ガス通路とを具備するランスにおいて、
   前記芯体は前記第１ガス通路を形成するパイプ状の金属で構成され、所定断面形状の主要部と前記第１ガス吹出口を持ち前記主要部と異なる長円形の異形断面を持つ先端部と前記主要部と前記先端部との間にあり前記所定断面から前記異形断面に移行する傾斜部とからなり、
   前記耐火物層は、前記先端部と前記傾斜部の外周面に嵌合保持されるよう前記先端部が挿通する異形孔を持つ円盤ブロック状の定形れんが部と、前記定形れんが部前記先端部前記傾斜部および前記主要部を被覆するキャスタブル層とからなり、
   前記定形れんが部前記先端部及び前記傾斜部を覆う前記キャスタブル層の先端部分はアルミナーマグネシアーカーボン系の耐火物で形成されている、
   ことを特徴とするガス吹き込みランス。
2. 請求項１において、前記定形れんが部を前記芯体に保持する保持力を高める保持要素が設けられているガス吹き込みランス。
3. 請求項１または２において、前記芯体は内パイプを有し、前記内パイプの先端開口が前記第１ガス吹出口を形成し前記内パイプの外周面側に吸熱作用を発揮できる第２ガスの第２ガス通路と第２ガス吹出口を形成するガス吹き込みランス。

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