JP5546345B2 - ガス吹き込みランス - Google Patents
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Description
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。
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。
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(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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
Claims (4)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
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