JP5546345B2 - ガス吹き込みランス - Google Patents

Description

本発明は先端部が溶鋼等の金属溶湯に浸漬された状態で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。

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される耐火物層と、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、ランスの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

ところで、上記したランスによれば、第１ガス通路の中心軸線に沿って切断した断面図において、第１ガス通路の第１ガス吹出口に向かうにつれて中心軸線に近づくように傾斜する傾斜部を有するものが提供されている。このものでは、傾斜部の内壁面が損傷し易い傾向があった。特に、溶鋼等の金属溶湯を処理する脱硫剤、脱燐剤、脱酸剤、鉄粉等の金属粉等の調整剤等といった粉状、粒状、ブロック状などの物体が第１ガスと共に金属溶湯に吹き込まれることがある。この場合、調整剤等の物体が傾斜部に衝突摩擦するおそれが高くなる。よって傾斜部の内壁面、あるいは、傾斜部に対向する壁部の内壁面が損傷するおそれが高くなる。傾斜部における損傷は、調整剤等の物体が傾斜部に衝突する頻度が高くなるためと推定される。また、傾斜部に対向する壁部における損傷は、調整剤等の物体が傾斜部で反射するためと推定される。本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、芯体の傾斜部、あるいは、傾斜部に対向する壁部における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を課題とする。

本発明に係るガス吹き込みランスは、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ガス通路を有する芯体と、芯体の外周部に被覆された耐火物層とを具備し先端部が金属溶湯に浸漬された状態で使用されるランスにおいて、芯体は、芯体の第１ガス通路の中心軸線に沿った断面において、第１ガス吹出口に向かうにつれて中心軸線に近づくように傾斜する傾斜部をもち、傾斜部と傾斜部に中心軸線を介して対向する壁部とのうちの少なくとも一方には、第１ガス通路の径内方向に突出する単数または複数の突出部が設けられていることを特徴とする。ここで、突出部は、傾斜部に設けられていても良いし、傾斜部に中心軸線を介して対向する壁部に設けられていても良いし、両者にもうけられていても良い。

ランスの使用時には、ランスの先端部が金属溶湯に浸漬された状態で、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。この場合、第１ガスに含有されている粉状、粒状、塵状、ブロック状の固形的な物体が芯体の傾斜部の内壁面に衝突すると、傾斜部の内壁面が損傷するおそれがある。あるいは、傾斜部に対向する壁部の内壁面に物体が衝突すると、傾斜部に対向する壁部の内壁面が損傷するおそれがある。特に、溶鋼等の金属溶湯を処理する脱硫剤、脱燐剤、脱酸剤、金属粉等の調整剤等の粉状、粒状、塵状、ブロック状等の物体が第１ガスと共に金属溶湯に吹き込まれるときがある。この場合、傾斜部は、第１ガス吹出口に向かうにつれて中心軸線に近づくように傾斜する。このため第１ガス通路を流れる第１ガスは傾斜部の内壁面に効率よく接触し、傾斜部を効率よく冷却させ、傾斜部の過熱を抑える。このように第１ガス通路を流れる第１ガスは、傾斜部の内壁面の突出部に効率よく接触し、突出部との熱交換により傾斜部を冷却させ、傾斜部の過熱を抑え、ひいては芯体の過熱を抑える。このため傾斜部の耐摩耗性の低下が抑制され、傾斜部の耐久性が向上し、傾斜部の破れが抑制される。金属は一般的には高温に過熱されると、耐摩耗性が低下する。

更に、第１ガスに含まれている調整剤等の物体の濃度が多い条件の場合には、傾斜部の内壁面に設けられた突出部が下部に設けられているときには、突出部による冷却促進がやや低下するものの、調整剤等の物体が傾斜部の内壁面に堆積されることが期待されることがある。この場合、傾斜部の内壁面の母材を保護する保護層を形成することが期待される。この結果、調整剤等の物体が傾斜部の内壁面の母材に直接衝突することが避けられる。よって、傾斜部の内壁面の母材が摩耗することが抑制される。仮に調整剤等の物体が硬質であっても、傾斜部の内壁面の母材が摩耗することが抑制される。ひいては、傾斜部、あるいは、傾斜部に対向する壁部における長寿命化および耐久性の向上を図り得る。

本発明によれば、芯体の傾斜部または傾斜部に対向する壁部における摩耗が抑制され、芯体における耐久性および寿命を更に高め得る。ひいては芯体における耐久性および寿命を更に高め得る。

実施形態１に係り、ランスの先端部を金属溶湯に挿入しつつ第１ガスを金属溶湯に吹き込んでいる状態を示す断面図である。 実施形態１に係り、ランスの先端部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１に係り、ランスの先端部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、リング体付近の要部を示す縦断面図である。 実施形態３に係り、リング体付近の要部を示す縦断面図である。 実施形態４に係り、リング体の各形態を示す図である。 実施形態５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。 実施形態５に係り、ランスの先端部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５に係り、ランスの先端部の軸線方向に沿って切断した縦断面図である。 実施形態６に係り、ランスを使用している状態を示す断面図である。 実施形態７に係り、ランスの傾斜部付近を示す断面図である。 実施形態８に係り、ランスの傾斜部付近を示す断面図である。 実施形態９に係り、ランスの傾斜部付近を示す断面図である。 実施形態１０に係り、ランスの第１ガス吹き出し口の形態を示す断面図である。

好ましくは、突出部はリング体で形成されており、リング体は、第１ガス通路の中心軸線の回りを１周するＯリング形状、第１ガス通路の中心軸線の回りを１／２周以上するＣリング形状、第１ガス通路の中心軸線の回りを螺旋状に巻回された螺旋リング形状のうちのいずれかをなしている。好ましくは、芯体は曲成部を有しており、曲成部には、前記第１ガス通路の径内方向に突出する第２突出部が設けられている。この場合、第１ガス通路を流れる第１ガスと第２突出部との熱的な接触が良好となり、第２突出部が設けられている曲成部の過熱を防止し、曲成部の過熱による軟化を抑え、曲成部の耐摩耗正を確保するのに貢献できる。更には、第２突出部が曲成部の下部に設けられているときには、調整剤等の物体が曲成部の内壁面に堆積することが期待され、曲成部の内壁面における長寿命化および耐久性の向上を更に図り得る。好ましくは、芯体は、第１ガス通路を形成する内パイプと、冷却用ガスを通過させる第２ガス通路を介して内パイプの外周側を覆う外パイプとを有する。

（実施形態１）
図１〜図３は、本発明を適用した実施形態１の概念を示す。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に対して所定の角度で曲成されている軸線Ｐ２をもつ先端部１２とをもつ。軸線Ｐ１，Ｐ２は芯体２の中心軸線Ｐ３を形成する。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。

芯体２は、エルボで形成された曲成部２００と、曲成部２００の一端２００ｆ側に溶接または取付具で連接された第１直管２１０と、曲成部２００の他端２００ｓ側に溶接または取付具で連接された第２直管２２０とを有する。曲成部２００は、曲げ内周２００ｉと曲げ外周２００ｐとを有する。曲成部２００、第１直管２１０、第２直管２２０は同じ金属または同種の金属で形成しても良い。あるいは、曲成部２００および第２直管２２０は金属溶湯に近くなるので、曲成部２００および／または第１直管２１０よりも耐熱性が良い金属で形成することができる。曲成部２００は摩耗しやすいため、第１直管２１０および／または第２直管２２０よりも耐摩耗性が良い材料で形成することもできる。

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の端面１２ｆにおいて開口する。芯体２を構成する内パイプ５１の内周壁面は、第１ガスが流れる第１ガス通路４を形成する。第１ガスは酸素ガスまたはアルゴンガスを採用できる。第１ガスが酸素ガスである場合には、溶鋼等の金属溶湯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。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。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の外周側を被覆するキャスタブル層３２を有する。キャスタブル層３２の材質は特に限定されるものではない。キャスタブル層３２は、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、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。芯体２に溶接などで固定された係合部材１４は先端キャスタブル層３２２に係合し、これの脱落を抑制させる。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Ｐ２の回りを包囲する。本キャスタブル層３２０は例えばアルミナ系、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、例えば、アルミナ−クロム系、アルミナ−カーボン系、マグネシア−カーボン系で形成されていることが好ましい。但しこれに限定されるものではない。アルミナ−カーボン系、マグネシア−カーボン系等のように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、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。

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。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。浸漬時において、短径ＤＳは金属溶湯Ｍの深さ方向に沿っており、長径ＤＬは金属溶湯Ｍの湯面Ｍ１にほぼ沿うことが好ましい。場合によっては、浸漬時において、長径ＤＬは金属溶湯Ｍの深さ方向に沿っており、短径ＤＳは金属溶湯Ｍは湯面Ｍ１に沿うことにしても良い。更に、第１ガス吹出口４１の断面形状が真円である場合に比較して、第１ガス吹出口４１の開口断面も長円や楕円などの異形状となり、第１ガス吹出口４１の開口断面積も調整できるため、第１ガス吹出口４１から吹き出す第１ガスの吹込速度の調整も期待される。なお、第１ガス吹出口４１の流路断面積は、これよりも上流の通路の流路断面積と同一でも良い、小さくても良いし、大きくても良い。

図３から理解できるように、芯体２の先端部２ｆは、中心軸線Ｐ３の延びる方向において、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。傾斜部２ｒは、これの断面を示す図３において、ランス１の先端部１２の端面１２ｆに向けて縮径方向（中心軸線Ｐ３に近づく方向）に傾斜する。傾斜部２ｒが形成されているため、第１ガスが第１ガス通路４を流れるとき、第１ガスが芯体２の傾斜部２ｒの内壁面に衝突したり接触したりする頻度が増加する。よって第１ガスによる冷却作用を芯体２の先端部２ｆに伝熱でき、長寿命化に貢献できる利点が挙げられる。

本実施形態によれば、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。この状態で、酸素ガスおよび／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、先端部１２の軸線Ｐ２に沿って金属溶湯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。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。酸化熱により反応部分が昇温され易い。

第１ガスが溶鋼等の金属溶湯に吹き込まれることがある。このとき、第１ガスに含まれている塵埃、小片、鉄粉等が芯体２の傾斜部２ｒの内壁面に衝突すると、芯体２の傾斜部２ｒの内壁面が損傷するおそれがある。特に、溶鋼等の金属溶湯を処理する脱硫剤や脱燐剤や金属粉（鉄粉）等の粉末状または固形状の調整剤等の物体が第１ガスと共に金属溶湯に吹き込まれるときがある。この場合、調整剤等の物体が芯体２の傾斜部２ｒの内壁面に衝突摩擦し、芯体２の傾斜部２ｒの内壁面が損傷するおそれがある。

そこで本実施形態によれば、図１、図２、図３に示すように、芯体２の傾斜部２ｒの内壁面には、複数の第１突出部８Ｆが溶接または取付具等により固定されて設けられている。第１突出部８Ｆは、第１ガス通路４の径内方向に突出しており、第１ガスが流れる方向において複数個直列に並設されており、第１ガスと接触する頻度が高い。このため傾斜部２ｒの過熱が防止され、傾斜部２ｒの過熱に起因する耐摩耗性の低下が抑制される。殊に、傾斜部２ｒは第１ガス吹出口４１に向かうにつれて中心軸線Ｐ２に接近するように傾斜しているため、第１ガスが円錐状の傾斜部２ｒに接触する頻度が高く、ひいては第１ガス通路４を流れる第１ガスと傾斜部２ｒの第１突出部８Ｆとが接触する頻度が高い。このため第１ガスによるガス冷却により芯体２の傾斜部２ｒの高温過熱が防止され、芯体２の傾斜部２ｒの高温過熱に起因する耐摩耗性の低下が抑制され、傾斜部２ｒの破れが抑制される。

更に、第１突出部８Ｆにより調整剤等の物体が傾斜部２ｒの内壁面に堆積され易くなることも期待できる。この結果、第１ガスに含まれている調整剤等の物体が芯体２の傾斜部２ｒの内壁面の母材に直接的に衝突することが抑制される効果も期待できる。よって、芯体２の傾斜部２ｒの内壁面が摩耗することが抑制される。調整剤等の物体が硬質であっても、傾斜部２ｒの内壁面の母材が摩耗することが抑制される。ひいては、傾斜部２ｒの長寿命化および耐久性の向上を図り得る。

殊に、図３に示すように、ランス１の使用時において、第１突出部８Ｆは芯体２の傾斜部２ｒの内壁面の下部に位置する。具体的には、第１突出部８Ｆは第１ガス通路４の中心軸線Ｐ３よりも下方に位置するように芯体２の傾斜部２ｒの内壁面の下部において位置する。このため、重力等の関係で、第１ガスに含まれている調整剤等の物体は、傾斜部２ｒの内壁面のうち下側の内壁面部分に堆積され易くなる。よって、特に、傾斜部２ｒの下側における長寿命化および耐久性の向上を図り得る。なお、第１突出部８Ｆの材質は特に限定されるものではなく、金属やセラミックスを例示できるが、溶接等による取付性を考慮すると、炭素鋼や合金鋼等の金属製が好ましい。

第１突出部８Ｆの材質は熱伝導性を考慮すると、金属が好ましい。殊に、ランスの使用温度において、芯体２の壁部２５０の材質よりも硬質であることが好ましい。この場合、合金鋼、焼入鋼、浸炭鋼、浸炭焼入鋼、セラミックスが例示される。場合によっては、第１突出部８Ｆの材質は、ランスの使用温度において、芯体２の材質と同程度の硬さでも良い。芯体２は、曲成部２００と第１直管２１０と第２直管２２０とを連結して形成されているが、これ限らず、一体成形品であっても良い。

（実施形態２）
図４は実施形態２を示す。本実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図４に示すように、芯体２の傾斜部２ｒの内壁面のうち中心軸線Ｐ３よりも下側の下部と、中心軸線Ｐ３の上側の上部および側方部には、中心軸線Ｐ３を少なくとも１周するように、熱伝導性が良い炭素鋼や合金鋼等の金属製の第１突出部８Ｆが、溶接または取付具等により固定されて設けられている。第１突出部８Ｆは、第１ガスが流れる方向（中心軸線Ｐ３が延びる方向）において複数個直列に並設されつつ、中心軸線Ｐ３回りの周方向においても配置されている。

図４から理解できるように、第１突出部８Ｆは、第１ガス通路４の径内方向に突出しており、第１ガスが流れる方向において複数個直列に並設されており、第１ガスと接触する頻度が高い。このため傾斜部２ｒの過熱が防止され、傾斜部２ｒの過熱に起因する耐摩耗性の低下が抑制される。殊に、傾斜部２ｒは第１ガス吹出口４１に向かうにつれて中心軸線Ｐ２に接近するように傾斜しているため、第１ガスと傾斜部２ｒとが接触する頻度が高い。ひいては第１ガス通路４を流れる第１ガスと傾斜部２ｒの第１突出部８Ｆとが熱的に接触する頻度が高い。このため第１ガスによるガス冷却により芯体２の傾斜部２ｒの高温過熱が抑制され、芯体２の傾斜部２ｒの高温過熱に起因する耐摩耗性の低下が抑制され、傾斜部２ｒの破れが抑制される。

更に、本実施形態によれば、第１突出部８Ｆにより調整剤等の物体が傾斜部２ｒの内壁面に堆積され易くなる効果も期待できる。この結果、第１ガスに含まれている調整剤等の物体が芯体２の傾斜部２ｒの内壁面の母材に衝突することが抑制される効果を期待できる。よって、芯体２の傾斜部２ｒの内壁面が過剰に摩耗することが抑制される。調整剤等の物体が硬質であっても、傾斜部２ｒの内壁面の母材が摩耗することが抑制される。ひいては、傾斜部２ｒの長寿命化および耐久性の向上を図り得る。

（実施形態３）
図５は実施形態３を示す。本実施形態は実施形態１，２と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図５に示すように、芯体２の傾斜部２ｒの内壁面の下部および上部には、第１突出部を構成するリング体８０が溶接または取付具等により固定されて設けられている。リング体８０は、第１ガス通路４の中心軸線Ｐ３の回りを少なくとも１周するＯリング形状をなす。第１突出部を構成するリング体８０は、第１ガスが流れる方向（中心軸線Ｐ３が延びる方向）において複数個直列に並設されている。リング体８０は、第１ガス通路４の径内方向に突出しており、第１ガスが流れる方向において複数個直列に並設されており、第１ガスと接触する頻度が高い。このため傾斜部２ｒの過熱が防止され、傾斜部２ｒの過熱に起因する耐摩耗性の低下が抑制される。殊に、傾斜部２ｒは第１ガス吹出口４１に向かうにつれて中心軸線Ｐ２に接近するように傾斜しているため、第１ガスと傾斜部２ｒのリング体８０とが熱的に接触する頻度が高い。このため第１ガスによるガス冷却により芯体２の傾斜部２ｒの高温過熱が抑制され、芯体２の傾斜部２ｒの高温過熱に起因する耐摩耗性の低下が抑制され、円錐状の傾斜部２ｒの破れが抑制される。

更に、リング体８０により調整剤等の物体が傾斜部２ｒの内壁面に堆積され易くなることが期待される。この結果、第１ガスに含まれている調整剤等の物体が芯体２の傾斜部２ｒの内壁面の母材に直接的に衝突することが抑制されることが期待される。よって、芯体２の傾斜部２ｒの内壁面が摩耗することが抑制される。調整剤等の物体が硬質であっても、傾斜部２ｒの内壁面の母材が摩耗することが抑制される。ひいては、傾斜部２ｒの長寿命化および耐久性の向上を図り得る。各リング体８０は中心軸線Ｐ３の回りを連続して延設されているため、各リング体８０と傾斜部２ｒの内壁面との着座面積および接合面積が増加し、リング体８０の取付強度が高められている。リング体８０の材質は、ランスの使用温度において、芯体２の壁部２５０の材質よりも硬質であることが好ましい。この場合、合金鋼、焼入鋼、浸炭鋼、浸炭焼入鋼、セラミックスが例示される。場合によっては、リング体８０の材質は、ランスの使用温度において、芯体２の材質と同程度の硬さでも良い。

（実施形態４）
図６は実施形態４を示す。図６（Ａ）は第１突出部を形成するセラミックスまたは金属（曲成部２００の材質よりも硬質であることが好ましい）製のリング体８０Ａを示す。図６（Ｂ）に示すリング体８０Ｂの内径および外径は互いに偏芯しており、リング体８０Ｂの下側における突出量ＨＲ１は、リング体８０Ｂの上側における突出量ＨＲ２よりも大きくされている。この場合、調整剤等の物体は傾斜部２ｒの下側に堆積され易くなる。よって、傾斜部２ｒの下側における長寿命化および耐久性の向上を更に高め得る。もちろん、傾斜部２ｒの上側における長寿命化および耐久性の向上をも高め得る。

図６（Ｃ）に示すリング体８０Ｃの内径および外径は互いに偏芯しており、リング体８０Ｃの下側における突出量ＨＲ１は大きくされている。リング体８０Ｃは、第１ガス通路４の中心軸線Ｐ３の回りを２／３周以上するＣリング形状とされている。図６（Ｄ）に示すリング体８０Ｄの内径および外径は偏芯しており、リング体８０Ｄの下側における突出量ＨＲ１は大きくされている。リング体８０Ｄは、第１ガス通路の中心軸線Ｐ３の回りを１／２周以上するＣリング形状とされている。図６（Ｅ）に示すリング体８０Ｅは円リング形状であり、リング体８０Ｅを形成する線材の断面形状は四角形状とされている。図６（Ｆ）に示すリング体８０Ｆを形成する線材の断面形状については、中心軸線Ｐ３よりも下側の断面積が相対的に大きく、中心軸線Ｐ３よりも上側の断面積が相対的に小さくされている。図６（Ｇ）に示すリング体８０Ｇは内周に複数の溝８００を有する。ガス通過性を確保しつつ、調整剤等の堆積作用が確保される。
図６（Ｈ）に示すリング体８０Ｈは、傾斜部２ｒで形成される円錐空間に整合するように、円錐形状をなしている。リング体８０Ｈは、芯体２の第１ガス通路４の中心軸線Ｐ３の回りを螺旋状に巻回する螺旋リング形状をなす。リング体８０Ｈを第１ガス通路４の中心軸線Ｐ３に沿って矢印Ｘ１方向に引っ張れば、リング体８０Ｈが縮径するため、傾斜部２ｒの円錐状の空間に挿入され易くなる。更に、その引張力を解除させれば、リング体８０Ｈが拡径するため、傾斜部２ｒの内壁面に接触して装着されて仮保持され易くなる。このように螺旋リング形状のリング体８０Ｈを傾斜部２ｒの内壁面に仮保持した状態で、溶接等によりリング体８０Ｈを傾斜部２ｒの内壁面に溶接させればよい。螺旋リング形状のリング体８０Ｈの円錐角度は、傾斜部２ｒの円錐角度に対応する角度とされていることが好ましい。
図６において、リング体８０Ａ，８０Ｂ，８０Ｃ，８０Ｄ，８０Ｅ，８０Ｆ，８０Ｇ，８０Ｈの材質は、ランスの使用温度において、芯体２の材質よりも硬質であることが好ましい。この場合、合金鋼、焼入鋼、浸炭鋼、浸炭焼入鋼、セラミックスが例示される。場合によっては、調整剤等の堆積作用を充分に期待できる限り、ランスの使用温度において、芯体２の材質と同程度の硬さでも良い。

（実施形態５）
図７〜図９は実施形態５を示す。本実施形態は実施形態１と基本ｃには同様の構成、同様の作用効果を有する。芯体２のうち第１ガス通路４に対面する円錐形状の傾斜部２ｒが設けられている。図７〜図９に示すように、芯体２は、内パイプ５１と、外パイプ５２と、内パイプ５１と外パイプ５２との間に形成された第２ガス通路６とを有する。内パイプ５１は、エルボで形成された曲成部５１０と、曲成部５１０の一端側に溶接または取付具で連接された第１直管５２０と、曲成部５１０の他端側に溶接または取付具で連接された第２直管５３０とを有する。曲成部５１０は、曲げ内周５１０ｉと曲げ外周５１０ｐとを有する。

図７に示すように、外パイプ６１は、エルボで形成された曲成部６１０と、曲成部６１０の一端側に溶接または取付具で連接された第１直管６２０と、曲成部６１０の他端側に溶接または取付具で連接された第２直管６３０とを有する。曲成部６１０は、曲げ内周６１０ｉと曲げ外周６１０ｐとを有する。内パイプ５１の曲成部５１０、第１直管５２０、第２直管５３０は同じ金属または同種の金属で形成しても良い。あるいは、曲成部５１０および第２直管５３０は金属溶湯の高温部分に近くなるので、第１直管５２０よりも耐熱性が良い金属で形成することができる。曲成部５１０は摩耗しやすいため、第１直管５２０および／または第２直管５３０よりも耐摩耗性が良い材料で形成することもできる。外パイプ６１の曲成部６１０についても同様である。

図７に示すように、芯体２の傾斜部２ｒの内壁面には、第１ガス通路４の中心軸線Ｐ３の回りを１周するリング状の第１突出部８Ｆが溶接または取付具等により固定されて直列に並設されている。これにより傾斜部２ｒの内壁面の耐久性を高め得る。

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。

図７において、第１ガスが金属溶湯に吹き込まれるとき、冷却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ガス通路６の第２ガス吹出口６１から金属溶湯Ｍに向けて吹き出される。冷却作用をもつ第２ガスが第２ガス通路６を流れるため、先端キャスタブル層３２２付近を冷却できる。この場合、第２ガス通路６の第２ガス吹出口６１付近における保護性を確保できる。更に、第２ガスの冷却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。ひいては内パイプ５１および外パイプ５２からの伝熱により突出部８Ｆ，後述する第２突出部８Ｘも冷却されるため、突出部８Ｆ，８Ｘの冷却が促進され、突出部８Ｆ，８Ｘの過熱が抑制され、これらの保護性を高め得る。

さてランス１の使用時において、図７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。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、先端部１２の軸線Ｐ２に沿って金属溶湯Ｍに向けて吹き出される。溶鋼等の金属溶湯を処理する脱硫剤、脱燐剤、脱酸剤等の粉末状または固形状の調整剤等の物体が第１ガスと共に金属溶湯に吹き込まれるとき、調整剤等の物体が芯体２の内パイプ５１の曲成部５１０の内壁面に衝突摩擦し、内パイプ５１の曲成部５１０の内壁面が損傷するおそれがある。

そこで本実施形態によれば、図７に示すように、芯体２の内パイプ５１の曲成部５１０の内壁面のうち曲げ外周５１０ｐ側には、複数個の第２突出部８Ｘが溶接または取付具等により固定されて設けられている。非リング形状の堰状をなす第２突出部８Ｘは、第１ガス通路４の中心軸線Ｐ３に対面しつつ、中心軸線Ｐ３の下側となるように設けられている。第２突出部８Ｘは、第１ガス通路４の中心軸線Ｐ３に沿って所定の間隔を隔てて直列に並設されている。第２突出部８Ｘは非リング形状に限定されず、リング形状としても良い。このように内パイプ５１の曲成部５１０の内壁面に第２突出部８Ｘが設けられているため、第１ガス通路４を流れる第１ガスと曲成部５１０の第２突出部８Ｘとの接触性が高まり、第１ガスとの熱交換により突出部８Ｘひいては曲成部５１０の過熱を抑制でき、曲成部５１０の過熱に起因する耐摩耗性の低下が抑制され、曲成部５１０の破れが抑制される。

更に本実施形態によれば、脱硫剤等の調整剤等の物体が曲成部５１０の内壁面のうち曲げ外周５１０ｐ側（ランスの使用時において、第１ガス通路４の中心軸線Ｐ３）に堆積され易くなる効果も期待できる。この結果、第１ガスに含まれている調整剤等の物体が内パイプ５１の曲成部５１０の内壁面の母材に衝突することが抑制される効果を期待できる。よって、芯体２の内パイプ５１の曲成部５１０の内壁面が摩耗することが抑制される。調整剤等の物体が硬質であっても、曲成部５１０の内壁面の母材が摩耗することが抑制される。ひいては、曲成部５１０の内壁面の長寿命化および耐久性の向上を図り得る。

殊に、図７に示すように、ランス１の使用時において、内パイプ５１の曲成部５１０の曲げ内周５１０ｉよりも、曲げ外周５１０ｐの内壁面は損傷しやすい傾向がある。この点本実施形態では、第１ガス通路４を流れる第１ガスは曲げ外周５１０ｐの内壁面に接触し易いため、曲げ外周５１０ｐの突出部８Ｘと効果的に熱交換して曲げ外周５１０ｐの過熱を抑制でき、過熱に起因する曲げ外周５１０ｐの耐摩耗性の低下が抑制される。更に、第２ガス通路６を流れる第２ガスは曲げ外周６１０ｐの内壁面に接触し易いため、曲げ外周６１０ｐと効果的に熱交換して曲げ外周６１０ｐの過熱を抑制でき、ひいては曲げ外周６１０ｐの内側に配置されている曲げ外周５１０ｐの内壁面における過熱に起因する耐摩耗性の低下が抑制される。

使用時には、図７に示すように、内パイプ５１の曲成部５１０の曲げ内周５１０ｉよりも、曲げ外周５１０ｐは下方に位置する。このため、重力等の関係で、調整剤等の物体は曲成部５１０の曲げ内周５１０ｉ側よりも、曲げ外周５１０ｐ側に堆積され易くなることを期待できる。よって、曲成部５１０の曲げ外周５１０ｐ側における長寿命化および耐久性の向上を図り得ることを期待できる。なお、内パイプ５１の曲成部５１０のうち第２突出部８Ｘが設けられている部分の内壁面における内径をＤＲとし（図７参照）、内径ＤＲを相対表示で１００とするとき、内パイプ５１の曲成部５１０の内壁面に対する第２突出部８Ｘの半径方向の突出量ＨＲとしては、第１ガスの通過性を確保しつつ調整剤等を堆積させる作用が得られる限り、特に限定されるものではないが、０．１〜３０の範囲、０．５〜２０の範囲、１〜１０の範囲、１．５〜５の範囲が例示される。但し、これらに限定されるものではない。但し、突出部８Ｆ，８Ｘの材質は、ランスの使用温度において、芯体２の内パイプ５１の材質よりも硬質であることが好ましい。この場合、合金鋼、焼入鋼、浸炭鋼、浸炭焼入鋼、セラミックスが例示される。場合によっては、ランスの使用温度において、芯体２の材質と同程度の硬さでも良い。

（実施形態６）
図１０は実施形態６を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。調整剤などの物体は、その材質、サイズなどによっては、遠心力等の影響で、第１ガス通路４内において曲げ外周５１０ｐの下流の領域では、曲げ外周５１０ｐに沿って流れるおそれがあると考えられる。そこで、図１０に示すように、内パイプ５１の曲成部５１０の曲げ外周５１０ｐよりも下流の領域においても、即ち、内パイプ５１の曲成部５１０の曲げ外周５１０ｐと傾斜部２ｒとの間の領域においても、換言すると、内パイプ５１の曲成部５１０の曲げ外周５１０ｐと第１ガス吹出口４１との間の領域においても、堰状をなす第３突出部８ＸＯが第１ガス通路４の径内方向に突出しつつ、間隔を隔てて直列に並設されている。この結果、内パイプ５１の曲成部５１０およびこの下流の領域における過熱を抑制するのに有利となり、過熱に起因する耐摩耗性の低下が抑制される。

更に、調整剤などの物体を第３突出部８ＸＯ間に堆積させることができる。この結果、内パイプ５１の曲成部５１０の曲げ外周５１０ｐと傾斜部２ｒとの間の領域においても、耐久性および長寿命化を図り得ることを期待できる。勿論、内パイプ５１の曲成部５１０の曲げ内周５１０ｉの下流の領域においても、即ち、内パイプ５１の曲成部５１０の曲げ内周５１０ｉと傾斜部２ｒとの間の領域においても、第３突出部８ＸＯが間隔を隔てて直列に並設されていても良い。なお、図１０に示す第３突出部８ＸＯについては、中心軸線Ｐ３の回りを巡るＯリング状またはＣリング形状のリング体としても良い。

（実施形態７）
図１１は実施形態７を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。第１ガス通路４の第１ガス吹出口４１は偏平化されている。ここで、パイプ状の芯体２は、第１ガス吹出口４１の上流において傾斜部２ｒａが中心軸線Ｐ３の上側において形成されている。この結果、パイプ状の芯体２は、第１ガス吹出口４１付近において偏平化されている。即ち、パイプ状の芯体２のうち第１ガス吹出口４１を形成する壁は、真円またはこれに酷似する円形状の下側の円弧壁２３０と、楕円状に形成された上側の偏平壁２４０とで形成されている。

第１ガス通路４を流れる第１ガスに含まれている調整剤などの物体は、上側の傾斜部２ｒａに衝突して反射するおそれがある。この場合、芯体２のうち、傾斜部２ｒａに中心軸線Ｐ３を介して対向する壁部２５０（傾斜部２ｒａよりも下側に位置する）が調整剤などの物体により摩耗する確率が増加する。そこで、図１１に示すように、芯体２のうち、傾斜部２ｒａに中心軸線Ｐ３を介して対向する壁部２５０に、複数（場合によっては単数でも良い）の突出部８Ｗが溶接または取付具等で固定されている。本実施形態によれば、図１１に示すように、芯体２の曲成部２００の内壁面においてリング状の複数個の突出部８Ｘ１が並設されている。第１ガス通路４を流れる第１ガスとの接触性が突出部８Ｗ，８Ｘ１により高くなるため、突出部８Ｗ，８Ｘ１が設けられている領域における過熱が抑制され、過熱に起因する耐摩耗性の低下が抑制される。更に堆積物による保護性も期待できる。突出部８Ｗ，８Ｘ１の材質は、ランスの使用温度において、芯体２の壁部２５０の材質よりも硬質であることが好ましい。場合によっては、突出部８Ｗ，８Ｘ１の材質は、ランスの使用温度において、芯体２の曲成部２００や壁部２５０の材質と同程度の硬さでも良い。

（実施形態８）
図１２（Ａ）（Ｂ）は実施形態８を示す。本実施形態は前記した図１１に示す実施形態７と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。図１２（Ａ）に示すように、第１ガス通路４の第１ガス吹出口４１は偏平化されている。ここで、パイプ状の芯体２は、第１ガス吹出口４１の上流において傾斜部２ｒａが形成されている。傾斜部２ｒａの内壁面付近に突出部８Ｆが並設されている。更に、芯体２のうち、傾斜部２ｒａに中心軸線Ｐ３を介して対向する壁部２５０においても、堰状等の複数の突出部８Ｗが溶接または取付具等で固定されている。本実施形態によれば、図１２（Ａ）に示すように、芯体２の曲成部２００の内壁面において、リング状の複数個の第２突出部８Ｘ１が並設されている。上記した突出部８Ｗは、芯体２の曲げ外周２００ｐから第１ガス吹出口４１に向けて複数個直列に並設されている。調整剤等の粉状、粒状等の物体は、遠心力を伴って曲げ外周２００ｐに沿って流れるおそれがあるためである。第１ガス通路４を流れる第１ガスとの接触性が突出部８Ｆ，８Ｗ，８Ｘ１により高くなるため、芯体２のうち突出部８Ｆ，８Ｗ，８Ｘ１が設けられている壁領域における過熱が抑制される。ひいては、過熱に起因する壁領域の耐摩耗性の低下が抑制される。更に突出部８Ｆ，８Ｗ，８Ｘ１に基づく堆積物による保護性も期待できる。突出部８Ｆ，８Ｗ，８Ｘ１の材質は、ランスの使用温度において、芯体２の壁部２５０の材質よりも硬質であることが好ましい。この場合、合金鋼、焼入鋼、浸炭鋼、浸炭焼入鋼、セラミックスが例示される。場合によっては、突出部８Ｗの材質は、ランスの使用温度において、芯体２の曲成部２００や壁部２５０の材質と同程度の硬さでも良い。図１２（Ｂ）に示す例では、芯体２のうち曲げ外周２００ｐよりも下流の壁領域においては、ほぼ全体にわたり、突出部８Ｆ，８Ｗが形成されている。この場合、芯体２のうち突出部８Ｆ，８Ｗ，８Ｘ１が設けられている壁領域(曲げ外周２００ｐよりも下流の壁領域)における過熱が抑制される。ひいては、過熱に起因する壁領域の耐摩耗性の低下が抑制される。なお、芯体２は１重構造として図示されているが、内パイプと外パイプと両者の間に第２ガス通路とを有する構造としても良い。

（実施形態９）
図１３は実施形態９を示す。本実施形態は前記した図９に示す実施形態５と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。図１３に示すように、芯体２を構成する内パイプ５１のうち傾斜部２ｒを構成する壁部分５１０ｒは、内パイプ５１の他の部位よりも硬質の材料で形成されている。具体的には、炭化物および窒化物のうちの少なくとも一方を生成させている炭素鋼または合金鋼で形成されている。炭化物としてはタングステン炭化物、モリブデン炭化物、バナジウム炭化物、クロム炭化物、チタン炭化物、シリコン炭化物、鉄炭化物が例示される。これらの炭化物や窒化物を面積比で０．１〜５０％、０．５〜４０％、１〜３０％が例示される。金属溶湯Ｍの種類によっては、壁部分５１０ｒを浸炭鋼、窒化鋼、浸炭焼入鋼、レーザビーム焼入鋼、高周波誘導電流で加熱して焼入鋼としても良い。内パイプ５１のうち傾斜部２ｒを構成する壁部分５１０ｒには、突出部８Ｆが設けられている。芯体２を流れる第１ガスおよび／または第２ガスの単位時間あたりの流量が多ければ、芯体２の過熱、各突出部の過熱が効率よく抑えられる。

（実施形態１０）
図１４は実施形態１０を示す。本実施形態は前記した各実施形態と基本的には同様の構成であり、同様の作用効果を有する。図１４（Ａ）では、芯体２に形成されている第１ガス吹出口４１は、水平方向に延びる横長形状とされている。耐火物層３を構成するキャスタブル層３２の上部３２ｕの肉厚をＷｕとし、下部３２ｄの肉厚をＷｄとすると、ＷｄはＷｕよりも大きくされている（Ｗｄ＞Ｗｕ）。耐火物層３のうち熱損傷を受けやすい下部３２ｄの耐久性および長寿命化に貢献できる。図１４（Ｂ）では、芯体２に形成されている第１ガス吹出口４１は、耐火物層３を構成するキャスタブル層３２の外輪郭は、水平方向に延びる横長形状とされている。耐火物層３を構成するキャスタブル層３２の上部３２ｕの肉厚をＷｕとし、下部３２ｄの肉厚をＷｄとし、側部３２ｓの肉厚をＷｓとすると、Ｗｄ，ＷｓはＷｕよりも大きくされている（Ｗｄ＞Ｗｕ，Ｗｓ＞Ｗｕ）。耐火物層３のうち熱損傷を受け易い下部３２ｄおよび側部３２ｓの耐久性および長寿命化に貢献できる。図１４（Ｃ）では、耐火物層３を構成するキャスタブル層３２の外輪郭は、横断面において、重力方向にのびる縦長の形状をなす。耐火物層３を構成するキャスタブル層３２の上部３２ｕの肉厚をＷｕとし、下部３２ｄの肉厚をＷｄとすると、ＷｄはＷｕよりも大きくされている（Ｗｄ＞Ｗｕ）。図１４（Ｄ）では、耐火物層３を構成するキャスタブル層３２の外輪郭は、横断面において縦長の形状をなす。耐火物層３を構成するキャスタブル層３２の上部３２ｕの肉厚をＷｕとし、下部３２ｄの肉厚をＷｄとすると、ＷｄはＷｕよりも大きくされている（Ｗｄ＞Ｗｕ）。図１４（Ｄ）では、芯体２に形成されている第１ガス吹出口４１は、水平方向に延びる横長なほぼ四角形状をなす。なお、芯体２は内パイプと外パイプとの二重パイプ構造としても良い。

（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。芯体２は、曲成部２００と第１直管２１０と第２直管２２０とを連結して形成されているが、これ限らず、一体成形品であっても良い。内パイプは曲成部と第１直管と第２直管とを連結して形成されているが、これ限らず、一体成形品であっても良い。外パイプは曲成部と第１直管と第２直管とを連結して形成されているが、これに限らず、一体成形品であっても良い。

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。第１ガス吹出口４１は真円形状、横方向に延びる楕円形状、横方に延びる長円形状でも良く、縦方向に延びる楕円形状、縦方に延びる長円形状でも良い。内パイプ５１の曲成部５１０は摩耗しやすいため、第１直管５２０および／または第２直管５３０よりも耐摩耗性が良い材料で形成することもできる。耐摩耗性が良い材料としては、炭化物、窒化物などの硬質相を母材に分散させた炭素鋼、合金鋼、焼入鋼等の金属材料、セラミックスで形成しても良い。芯体２の外周に被覆されている耐火物層３はキャスタブル層に限定されず、定形れんがを組み付けて形成しても良い。ランスは曲成部を有するものに限定されず、垂直方向に真っ直ぐ延設されたランス、斜め下方向に延設されたランスでも良い。なお、芯体は１重管構造として図示されている実施形態において、内パイプと外パイプと両者の間に第２ガス通路とを有する２重管構造としても良い。

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、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、８Ｆは突出部、８０はリング体を示す。

Claims (4)

1. 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ガス通路を有する芯体と、前記芯体の外周部に被覆された耐火物層とを具備し先端部が金属溶湯に浸漬された状態で使用されるランスにおいて、
   前記芯体の先端部は、前記芯体の前記第１ガス通路の中心軸線に沿った断面において、前記第１ガス吹出口に向かうにつれて前記中心軸線に近づくように傾斜する傾斜部をもち、前記傾斜部と前記傾斜部に中心軸線を介して対向する壁部とのうちの少なくとも一方には、前記第１ガス通路の径内方向に突出する単数または複数の突出部が設けられているガス吹き込みランス。
2. 請求項１において、前記突出部はリング体で形成されており、前記リング体は、前記第１ガス通路の前記中心軸線の回りを１周するＯリング形状、前記第１ガス通路の前記中心軸線の回りを１／２周以上するＣリング形状、前記第１ガス通路の前記中心軸線の回りを螺旋状に巻回された螺旋リング形状のうちのいずれかをなしていることを特徴とするガス吹き込みランス。
3. 請求項１または２において、前記芯体は曲成部を有しており、前記曲成部の内壁面には、前記第１ガス通路の径内方向に突出する第２突出部が設けられているガス吹き込みランス。
4. 請求項１〜３のうちの一項において、前記芯体は、前記第１ガス通路を形成する内パイプと、冷却用ガスを通過させる第２ガス通路を介して前記内パイプの外周側を覆う外パイプとを有するガス吹き込みランス。

Images