JP5546346B2 - 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。

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、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、耐火物層が脱落するおそれがある。この場合、芯体の損傷が促進され、ランスの耐久性および寿命には早期の限界がある。本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、芯体の損傷を抑制し、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するランスにおいて、芯体は長さ方向の途中に曲成部を有しており、曲成部の内壁面には、第１ガス通路の径内方向に突出する突出部を有するものであって、芯体のうち少なくとも曲成部の外周側には、前記耐火物層を形成する耐火材料と接触するメッシュ部材およびチェーン部材のうちの少なくとも１種からなり耐火材料の脱落を抑制する係合部材が配置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。芯体の外周側には、耐火物層を形成する耐火材料と接触するメッシュ部材およびチェーン部材のうちの少なくとも１種からなる係合部材が配置されている。係合部材は、耐火物層を形成する耐火材料と接触して係合する。このため、耐火物層が芯体から脱落することが抑制され、ランスの耐久性および寿命を更に高め得る。

本発明によれば、芯体のうち少なくとも曲成部の外周側には、耐火物層を形成する耐火材料と接触するメッシュ部材およびチェーン部材のうちの少なくとも１種からなる係合部材が配置されている。よって、耐火物層が芯体から脱落することが抑制され、ランスの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、メッシュ部材を展開した形態を示す展開図である。 実施形態１に係り、メッシュ部材を展開した他の形態を示す展開図である。 実施形態１に係り、メッシュ部材を展開した別の他の形態を示す展開図である。 実施形態１に係り、ランスの中心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、ランスの横断面図である。 実施形態３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３に係り、ランスの先端部の横断面図である。 実施形態３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４に係り、ランスの横断面図である。 実施形態５に係り、ランスの横断面図である。 実施形態６に係り、ランスの横断面図である。 実施形態７に係り、ランスの横断面図である。 実施形態８に係り、ランスの横断面図である。 実施形態９に係り、ランスの芯体にチェーン部材が巻回されている状態を示す図である。 実施形態１０に係り、ランスの芯体に巻回されたチェーン部材にメッシュ部材が巻回されている状態を示す図である。

ランスの芯体は、長さ方向の途中に曲成部を有するタイプが良い。メッシュ部材としては芯体のうち少なくとも曲成部の外周側に配置されている。メッシュ部材は例えば網状部材、多数の貫通孔がパンチ型により打ち抜かれたパンチングメタルが例示される。好ましくは、曲成部の内壁面には、第１ガス通路の径内方向に突出する突出部が設けられている。

好ましくは、メッシュ部材は、芯体の径外方向に突出する単数または複数の鍔部を有する。耐火物層を構成する耐火物は骨材を有することが好ましい。この場合、骨材（耐火材料）と機械的に係合して骨材（耐火材料）の脱落を抑制させるように、メッシュ部材の網目を形成することが好ましい。好ましくは、芯体は、第１ガス通路を形成する内パイプと、第２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。チェーン部材は、芯体の外周側にスパイラル状に巻回されていても良いし、非スパイラル状つまり円状に巻回されていても良いし、あるいは、芯体の長さ方向に沿って芯体の長さとほぼ平行に沿って延設されていても良い。係合部材は、芯体の外壁面に巻回されて保持されているか、あるいは、芯体の外壁面に突設されたブラケットに保持されていることが好ましい。

好ましくは、第１ガス通路に向けて突出する突出部が形成されている。この場合、第１ガス通路を流れる第１ガスが突出部に効率よく熱的に接触でき、過熱されがちの芯体の冷却性を第１ガスにより高め得、ひいては芯体の外周側のメッシュ部材等の係合部材も伝熱により冷却されるため、メッシュ部材等の係合部材の過熱抑制に貢献でき、係合部材の長寿命化に貢献でき、耐火物層の落下抑制に貢献できる。

（実施形態１）
図１〜図４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の外壁面側に被覆され少なくとも先端部が金属溶湯Ｍ（湯面Ｍ１）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。曲成部２００の内壁面のうち、相対的に下側には、複数個の堰状の突出部８が第１階の流れ方向に沿って直列に溶接または取付具等により配置されている。
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例示できる。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で形成されていることができる。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キャスタブル材料（耐火物）を芯体３の外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の傾斜部２ｒの下流側には溶接、ボルト等の取付具で係合部材１４が固定されている。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。係合部材１４はメッシュ部材９０の一部を溶接等で保持することが好ましい。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。

中心軸線Ｐ３に沿った断面を示す図１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、すなわち、中心軸線Ｐ３から遠ざかるように傾斜する傾斜部２ｒをもつ。傾斜部２ｒは、ランス１の先端部１２の端面１２ｆに向けて縮径方向に傾斜する。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等かの第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。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。
上記したように第１ガスが溶鋼等の金属溶湯に吹き込まれる。このとき、第１ガスに含まれている塵埃、小片等が芯体２の曲成部２００の外周側２００ｐ側の内壁面、傾斜部２ｒの内壁面に衝突すると、これら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。調整剤は、鉄粉等の廃棄物も含む意味である。この場合、調整剤等の物体が曲成部２００の外周側２００ｐ側の内壁面、傾斜部２ｒの内壁面に衝突摩擦し、当該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に示すように、芯体２の曲成部２００の外周側２００ｐ側の内壁面には、複数の堰状の突出部８が溶接または取付具等により、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いる。更に、芯体２の傾斜部２ｒの内壁面には、複数の堰状の突出部８Ｆが溶接または取付具等により、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いる。突出部８，８Ｆと第１ガスが熱的に接触し、第１ガスが突出部８，８Ｆを介して奪熱するため、芯体２の曲成部２００の過熱を抑制することができ、このため金属溶湯という高温環境で使用されるときであっても、曲成部２００（芯体２）および突出部８，８Ｆの過熱に起因する耐摩耗性の低下が抑制され、曲成部２００（芯体２）に内壁面における耐摩耗性が良好に確保される。
加えて、調整剤等の物体が第１ガスに含まれている濃度が高い場合には、調整剤等の物体が曲成部２００の外周側２００ｐ側の内壁面、傾斜部２ｒの内壁面に堆積される作用を期待できる。この場合、当該内壁面を覆って保護する保護層を形成し易くなる。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の曲成部２００の外周側２００ｐ側の内壁面、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。よって当該内壁面が摩耗することが抑制される。ひいては、曲成部２００および傾斜部２ｒの長寿命化および耐久性の向上を図り得る。なお、突出部８，８Ｆ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。但し、突出部８，８Ｆの材質は、ランスの使用温度において、芯体２の壁部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８，８Ｆの材質は、ランスの使用温度において、芯体２の曲成部２００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。
さて本実施形態によれば、図２に示すように、芯体２の外周側には、耐火物層３を形成する耐火材料であるキャスタブル材料と接触する係合部材として機能するメッシュ部材９０が配置されている。メッシュ部材９０は、例えば炭素鋼、合金鋼等の金属あるいはセラミックスで形成されており、芯体２の外周側に接触または接近しつつ巻回されている。この場合、メッシュ部材９０は、耐火物層３を形成する耐火材料であるキャスタブル材料と接触して機械的に係合する。このため、耐火物層３の脱落が抑えられる。
特に、芯体２の曲成部２００や傾斜部２ｒの外周側にメッシュ部材９０が配置されている場合には、曲成部２００や傾斜部２ｒにおける外周側の耐火物層部分の脱落が抑えられるため、曲成部２００や傾斜部２ｒを金属溶湯Ｍの高温から効果的に保護できる。ひいては、曲成部２００や傾斜部２ｒに設けられている突出部８，８Ｆの長寿命化に貢献できる。
図２に示すように、メッシュ部材９０を形成する第１線材９１および第２線材９２は、芯体２の長手方向に沿った仮想線ＬＷに対して、角度θ１およびθ２（例えば８０°以内、６０°以内）で傾斜していることが好ましい。この場合、メッシュ部材９０が、芯体２の長手方向に沿った仮想線ＬＷが延びる方向において伸縮することが期待できる。この場合、製造時におけるメッシュ部材９０の組み付け性が改善される。更に、使用時における加熱、使用後の冷却において耐火物層３が熱膨張、熱収縮するときであっても、メッシュ部材９０の変位の自由性を期待でき、耐火物層３に与える負荷が抑えられる。但し、場合によっては、図３に示すように、メッシュ部材９０を形成する第１線材９１は芯体２の長手方向に沿った仮想線ＬＷとほぼ平行に沿っており、第２線材９２は芯体２の仮想線ＬＷとほぼ直交する方向に沿っていても良い。図７に示すように、メッシュ部材９０は、六角形状等の多角形状を形成するような網状部材でも良い。或いは、三角形状、五角形状でも良い。更に、図示しないものの、メッシュ部材９０は、円形状を形成するような網状部材でも良い。メッシュ部材であれば、軽量で有り、且つ、耐火材料と係合する箇所を複数有することができる。第１ガス通路４を流れる第１ガスにより芯体２が冷却され、芯体２の外周側のメッシュ部材９０も冷却されるため、メッシュ部材９０の耐久性を高め得る利点が得られる。第１ガス通路４に向けて突出する突出部８，８Ｆが形成されているため、第１ガス通路４の第１ガスが突出部８，８Ｆに効率よく接触でき、第１ガスにより芯体２の冷却性を高め得、ひいては芯体２の外周側のメッシュ部材９０も伝熱により冷却されるため、メッシュ部材９０の過熱抑制に貢献できる。
耐火物層３を構成する耐火物は骨材を有することが好ましい。図２〜図４に示すように、メッシュ部材９０の網目開口９０ｃの寸法（最大寸法）は必要に応じて適宜設定できる。メッシュ部材９０の網目開口９０ｃの寸法（最大寸法）を相対表示で１００とすると、骨材の平均粒径を２０〜４００の範囲内、３０〜２００の範囲内、５０〜１０００の範囲内が例示される。この場合、キャスタブル材料の骨材がメッシュ部材９０の線材に係合する確率が向上し、骨材が芯体２の外周側から脱落することがメッシュ部材９０により抑えられ易いと考えられる。なお、骨材の平均粒径は、骨材の単純平均でも良いし、骨材の最頻度径でも良いし、あるいは、骨材の下限径と上限径との中間値でも良い。但し、場合によっては、メッシュ部材９０の網目開口９０ｃの寸法（最大寸法）ＷＭは、骨材の平均粒径と同程度、あるいは、大きい場合でも良い。この場合には、メッシュ部材９０と芯体２との間の領域においても、キャスタブル材料を流入させ易い。なお本実施形態によれば、図１に示すように、本実施形態によれば、突出部８，８Ｆ、曲成部２００、傾斜部２ｒが設けられているが、場合によっては突出部８，８Ｆ、曲成部２００、傾斜部２ｒが設けられていなくても良い。なお、メッシュ部材９０と芯体２の外周面との間には、耐火物層３の骨材が存在し得るものである。
横断面である図５に示すように、巻回前のメッシュ部材９０は、平シート形状である。平シート形状のメッシュ部材９０を曲成させつつ芯体２の外壁面に巻回できる。この場合、メッシュ部材９０の一端部９０ａ，他端部９０ｃを重ねても良いし、重ねてなくても良い。メッシュ部材９０の巻回性を確保するため、メッシュ部材９０に切り込みを適宜形成することが好ましい。メッシュ部材９０は、溶接部９８により芯体２の外壁面に周方向に沿って巻回された状態で固定されている。この場合、メッシュ部材９０を芯体２に対してほぼ同軸的に巻回しても良いし、同軸性がずれつつ巻回しても良い。
溶接部９８と共に、または、溶接部９８に代えて、ボルト、リベット等の取付具で、メッシュ部材９０を芯体２の外壁面に固定しても良い。このため耐火物層３が芯体２から脱落することが抑えられる。特に、芯体２の曲成部２００や傾斜部２ｒの外周側にメッシュ部材９０が配置されて、曲成部２００や傾斜部２ｒの外周側の耐火物層部分の脱落が抑えられる。このため、曲成部２００や傾斜部２ｒを金属溶湯Ｍの高温から効果的に保護できる。第１ガス通路４を流れる第１ガスと、第２ガス通路６を流れる第２ガスとにより芯体２が冷却され、芯体２の外周側のメッシュ部材９０も冷却されるため、メッシュ部材９０の耐久性を高め得る利点が得られる。第１ガス通路４を流れる第１ガスによって、芯体２の外周側のメッシュ部材９０も冷却されるため、メッシュ部材９０の耐久性を高め得る利点が得られる。但し本実形態においても、芯体２の外周側に第２ガス通路を形成する２重パイプ構造としても良い。この場合、芯体２の外周側のメッシュ部材９０も効果的に冷却されるため、メッシュ部材９０の耐久性を高め得る利点が得られる。

（実施形態２）
図６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６に示すように、芯体２に組み付けせれる前のメッシュ部材９０は、間隔を隔てて山状に曲成された複数個の鍔部９０ｔを有する。メッシュ部材９０は比較的剛性を有するため、鍔部９０ｔの山形状は維持される。このように予め複数個の鍔部９０ｔを有するメッシュ部材９０を芯体２の外壁面に周方向に沿って巻回し、溶接部９８により芯体２の外周壁に固定する。溶接部９８と共に、または、溶接部９８に代えて、ボルト等の取付具でメッシュ部材９０を芯体２の外壁面に固定しても良い。このため耐火物層３が芯体２から脱落することが抑えられる。特に、メッシュ部材９０において周方向に間隔を隔てて曲成された複数個の鍔部９０ｔが径外方向に向けて突出するため、耐火物層３が芯体２から脱落することが抑えられる。なお、鍔部９０ｔは斜め径外方向に向けて突出することにしても良い。鍔部９０ｔの径外端９０ｔｍと耐火物層３の外輪郭との間には、間隔ΔＷ１（図６参照）が形成されていることが好ましい。万一、耐火物層３の外周側の一部が脱落するときであっても、間隔ΔＷ１により鍔部９０ｔと金属溶湯との接触が抑えられ、鍔部９０ｔの過剰溶損が抑えられる。但し本実形態においても、芯体２の外周側に第２ガス通路を形成する２重パイプ構造としても良い。この場合、芯体２の外周側のメッシュ部材９０も効果的に冷却されるため、メッシュ部材９０の耐久性を高め得る利点が得られる。

（実施形態３）
図７〜図９は実施形態３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。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５２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は摩耗し易いため、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５２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の円錐形状の傾斜部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（半リング状または堰状としても良い）の突出部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、耐火物層３の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。ひいては外パイプ５２からの伝熱により突出部８Ｆも冷却されるため、突出部８Ｆの冷却が促進され、突出部８Ｆの過熱が防止され、保護性を高め得る。更に第２ガスにより外パイプ５２が冷却されるため、外パイプ５２の外壁面に巻回されているメッシュ部材９０も冷却され、メッシュ部材９０の過熱ができるだけ抑制され、メッシュ部材９０の耐久性および長寿命化を図り得る。図７に示すように、外パイプ５２のほぼ全長にわたり、メッシュ部材９０が配置されている。このため耐火物層３の脱落抑制に貢献できる。
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等の第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、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、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の突出部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。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。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の内壁面に突出部８Ｘが設けられているため、更に傾斜部２ｒには突出部８Ｆが設けられているため、複数の堰状の突出部８Ｘ，８Ｆと第１ガスとが熱的に接触して、突出部８Ｘ，８Ｆ、芯体２の曲成部２００の過熱を抑制するため、金属溶湯という高温環境で使用されるときであっても、曲成部２００（芯体２）および突出部８Ｘ，８Ｆの耐摩耗性が確保される。特に、直状管ではなく、第１ガスおよび第２ガスが接触する頻度が高い曲成部５１０の曲げ外周側の内壁面に突出部８Ｘが形成されている。また、第１ガス及び第２ガスが接触する頻度が高い傾斜部２ｒの内壁面に突出部８Ｆが形成されている。このため、複数の堰状の突出部８Ｘ，８Ｆと第１ガスとが熱的に接触し易くなり、突出部８Ｘ，８Ｆ、芯体２の曲成部２００の過熱を効率よく抑制でき、芯体２（曲成部２００，傾斜部２ｒを含む）および突出部８Ｘ，８Ｆの耐摩耗性が良好に確保される。なお一般的には金属は高温に過熱されると、硬度が低下して耐摩耗性が低下するものである。更に、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側に堆積され易くなることを期待できる。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。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。第１ガス通路４を流れる第１ガスと、第２ガス通路６を流れる第２ガスとにより芯体２が冷却され、芯体２の外周側のメッシュ部材９０も冷却されるため、メッシュ部材９０の耐久性を高め得る利点が得られる。

（実施形態４）
図１０は実施形態４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。芯体２の外パイプ５２の外周部にメッシュ部材９０が配置され、ボルト状の取付具７００により保持されている。取付具７００は、外パイプ５２に保持される軸部７０１と、メッシュ部材９０を係合するように軸部７０１よりも径大な頭部７０２とをもつ。メッシュ部材９０を頭部７０２に溶接等により固定できる。この場合、メッシュ部材９０を芯体２の外周面から浮上させることができ、耐火物層３の脱落抑制に効果的である。

（実施形態５）
図１１は実施形態５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。芯体２の外パイプ５２の外周部にメッシュ部材９０が配置され、溶接部９８またはボルト状の取付具により保持されている。図１１に示すように、メッシュ部材９０は、周方向に間隔を隔てて曲成された複数個の鍔部９０ｔを有する。鍔部９０ｔは、メッシュ部材９０において間隔を隔てて山状に曲成されて立起する複数個の立起部９０ｔ１と、立起部９０ｔ１の頂部において芯体２の外パイプ５２の周方向に沿って延設された鈎部９０ｔ２とをもつ。メッシュ部材９０は芯体２の外パイプ５２の外壁面に周方向に巻回され、溶接部９８により芯体２の外パイプ５２の外壁面に固定されている。このため耐火物層３が芯体２から脱落することが抑えられる。特に、メッシュ部材９０において間隔を隔てて山状に曲成された複数個の鍔部９０ｔが径外方向および周方向の双方に突出するため、耐火物層３が芯体２から脱落することが効果的に抑えられる。

（実施形態６）
図１２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。芯体２の外パイプ５２の外周部において、ブラケット９６が溶接またはボルトなどの取付具に複数個固定されている。ブラケット９６は、柱部９６０と、柱部９６０に外パイプ５２の周方向に延設された延設部９６１とをもつ。メッシュ部材９０がブラケット９６の延設部９６１に載せられた状態で溶接部９８によりブラケット９６の延設部９６１に固定されている。この場合、メッシュ部材９０を芯体２の外パイプ５２の外壁面から浮上させることができ、耐火物層３の脱落抑制に貢献できる。メッシュ部材９０の径内側にも、耐火物層３の耐火材料が装填されていることが好ましい。

（実施形態７）
図１３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。図１３に示すように、メッシュ部材９０は、間隔を隔てて曲成された複数個の鍔部９０ｔを有する。鍔部９０ｔは、メッシュ部材９０において間隔を隔てて外パイプ５２の径外方向に立起するように山状に曲成されている。メッシュ部材９０は芯体２の外パイプ５２の外壁面に周方向に巻回され、溶接またはボルト等の取付具により芯体２の外パイプ５２の外壁面に固定されている。このため耐火物層３が芯体２から脱落することが抑えられる。特に、メッシュ部材９０において間隔を隔てて山状に曲成された複数個の鍔部９０ｔが外パイプ５２の径外方向に放射方向に多数突出する。このため、耐火物層３が芯体２の外パイプ５２から脱落することが全周にわたり抑えられる。

（実施形態８）
図１４は実施形態８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に示すように、耐火物層３のうち中心軸線Ｐ３に対する上部３Ｕでは、鍔部９０ｔの数が少ない。耐火物層３のうち中心軸線Ｐ３に対する下部３Ｄでは、メッシュ部材９０の鍔部９０ｔの数が上部３Ｕに比較して少ない。従って、ランス１の横断面を示す図１４において、耐火物層３の下部３Ｄでは、メッシュ部材９０の配置密度が上部３Ｕに比較して多い。下部３Ｄでは重力の作用で亀裂の成長が促進され、耐火物層３が脱落するおそれが高いためである。殊に、芯体２のうち高熱からの保護性が特に要請される曲成部２００や傾斜部２ｒにおいて、図１４の構造を適用することが好ましい。耐火物層３の上部３Ｕにおいてメッシュ部材９０を巻回させているものの、鍔部９０ｔを廃止し、下部３Ｄにのみ鍔部９０ｔを配置させても良い。このように本実施形態によれば、係合部材としてのメッシュ部材９０の配置密度については、芯体２を横断する断面（図１４）において、芯体２の上部側よりも下部側が高く設定されており、即ち、耐火物層３の上部側よりも下部側が高く設定されている。

（実施形態９）
図１５は実施形態９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１５に示すように、芯体２のうち少なくとも曲成部２００の外周側には、金属（例えば炭素鋼または合金鋼製）製またはセラミックス製のチェーン部材９００が巻回されている。チェーン部材９００は、円、長円形状やＣリング等のリング体が連続して係合しているものである。チェーン部材９００としては、芯体２の外周側に溶接や取付具等で保持されていることが好ましいが、単に芯体２の外周側に巻回されているだけでも良い。チェーン部材９００は、耐火物層３の耐火材料と機械的に係合してこれの脱落を抑制させる。芯体２のうち曲成部２００については、係合部材としてのチェーン部材９００の存在確率（巻回確率）を、曲成部２００以外の他の部位よりも高めることができる。曲成部２００において耐火物層３の脱落抑制に効果的である。芯体のうち曲成部２００付近では、溶湯への吹き込まれるガスに含まれている調整剤等の物体との衝突により、芯体の壁の破れが発生し易い。このため耐火物層３の脱落をチェーン部材９００により抑制し、芯体のうち曲成部２００付近の過熱を抑制させ、過熱に起因する芯体の曲成部２００付近の耐摩耗性の低下を抑制させるためである。金属は高温になると、軟化して耐摩耗性が低下するためである。チェーン部材９００と芯体２の外壁面とが接近しているため、チェーン部材９００が金属製であれば、芯体２の内部をガスが通過するとき、チェーン部材９００の冷却性も確保される。チェーン部材９００を曲成部２００のみに巻回しても良い。曲成部２００の内壁面は、前述したように調整剤等の物体により摩耗し易く、劣化し易いため、曲成部２００付近の耐火物（キャスタブル材料）の脱落を抑制させ、曲成部２００自体の耐久性を向上させるためである。

（実施形態１０）
図１６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１６に示すように、チェーン部材９００にメッシュ部材９０を溶接等で適宜結合させることも好ましい。この場合、チェーン部材９００により、芯体２の外壁面からメッシュ部材９０を浮上させることができ、メッシュ部材９０と耐火物層３の外周側の脱落抑制に効果的である。

（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。芯体２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。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、これ限らず、一体成形品であっても良い。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。上記した実施形態のランスは曲成部を有するが、これに限らず、曲成部を有しておらず垂直方向にまっすぐに延びるタイプのランスに適用しても良いことは勿論である。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、３は耐火物層、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、９０はメッシュ部材（係合部材）、９０ｔは鍔部、９８は溶接部を示す。

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するランスにおいて、
   前記芯体は長さ方向の途中に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突出部を有するものであって、
   前記芯体のうち少なくとも前記曲成部の外周側には、前記耐火物層を形成する耐火材料と接触するメッシュ部材およびチェーン部材のうちの少なくとも１種からなり前記耐火材料の脱落を抑制する係合部材が配置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、前記係合部材の配置密度については、前記芯体を横断する断面において、前記芯体の上部側よりも下部側が高く設定されていることを特徴とするガス吹き込みランス。
3. 請求項１〜２のうちの一項において、前記係合部材は、前記芯体の外壁面に巻回されて保持されているか、あるいは、前記芯体の外壁面に突設されたブラケットに保持されていることを特徴とす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、第２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ことを特徴とするガス吹き込みランス。

Images