JP5711269B2 - ガスパージング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスを、場合によっては細かく分散した固体と組み合わせて、冶金溶融金属内に吹き込むために、例えば冶金溶解容器（転炉、取鍋、タンディッシュ）において用いられるようなガス洗浄装置に関する。

このようなガス洗浄装置の様々な型についての概要は、非特許文献１に記載されている。当該文献によると、例えばいわゆるスリットプラグ（Ｆｕｇｅｎｓｐｕｅｌｅｒ）「無指向性孔隙」を有するポーラスプラグ（Ｓｐｕｅｌｓｔｅｉｎｅ）、及び「指向性孔隙」を有するポーラスプラグが区別される。

スリットプラグの場合、ガスの供給は、例えば高密度セラミック体と周囲の金属外被との間の環状間隙を通じて行われる。

一般的に、いわゆる「指向性孔隙」を有するガスパージング装置（ガスポーラスプラグ）は、耐火性のセラミック体から構成されており、当該セラミック体内では、（流れ断面が小さい）複数の流路が、ガスパージング装置の軸方向に延在している。ガスは一方の端部に供給され、流路を通過し、他方の端部において、流路から溶融金属内に放出される。当該流路がガスパージング装置の軸方向との関連で、斜め及び／又はコイル状に延在している実施形態が知られてはいるものの、指向性孔隙を有するガスポーラスプラグを通るガスの経路は、可能な限り直線的であり、ガス洗浄装置の軸方向にあることもしばしばである。

いわゆる「無指向性孔隙」を有するガスポーラスプラグの場合、耐火性セラミック体は、高い開放孔隙率を有する。すなわち、ガスはこの物体を、特定の流路に沿って貫流するのではなく、ガス流入側端部からガス排出側端部に向かって、孔から孔へと流れる。しかしながら、また、この流れの経路も、ガスパージング装置の略軸方向に延在している。

以下で、「ガスパージング装置の軸方向」と言った場合、ガスが洗浄装置を貫流する主要方向を意味している。円柱形又は円錐形のガスポーラスプラグの場合、当該軸方向は、ガスパージング装置の中央長手軸と同一である。

上述したガスパージング装置の実施形態の組合せは、同様に先行技術に属する（特許文献１）。特に、指向性孔隙を有するガスポーラスプラグの場合は、流路に沿って、溶融金属がガスポーラスプラグ内に侵入する危険が生じる。同様のことは、スリットプラグにも当てはまる。溶融金属の侵入を制止するために、様々な措置が提案されている。その一つは、いわゆる侵入防止装置（Ｄｕｒｃｈｂｒｕｃｈｓｉｃｈｅｒｕｎｇ）である。それによって、侵入する溶融金属は、意図的に除去及び／又は凍結される。

ずっと以前から維持された実施形態は、特許文献２から明らかである。確実な欠点は、侵入防止装置は、ガスポーラスプラグに対する追加的部材を意味することにある。

独国特許発明第３７１６３８８号明細書 欧州特許第０１０５８６８号明細書

「ラデックスルントシャウ」（Ｒａｄｅｘ−Ｒｕｎｄｓｃｈａｕ）、１９８７年、ｐ．２８８−３０２

本発明の課題は、高い安全基準を満たすと共に、溶融金属の侵入を確実に防止する、同属のガスパージング装置を提供することにある。

本発明の基本思想は、直接並んで延在しても良いが、ガスの供給は別個に行われるような、少なくとも２つのパージ領域を有するガスパージング装置を形成することにある。さらなる発明思想は、１つのパージ領域に供給されたパージガスを利用して、同時に、さらなるパージ領域に配設されたガス導管を冷却することにある。この冷却は、ガスパージング装置の通常運転においては必要がない。しかしながら、当該冷却によって、溶融金属が当該ガス導管に侵入した場合に、溶融金属を凍結し、それによって溶融金属のさらなる侵入とガスパージング装置の破損とを防止する可能性が生じる。さらに本発明が認識していることには、この安全性の特徴は、該当するガス導管の冷却されたセグメントが、ガスパージング装置の軸方向から逸脱する方向付けを有しているときにのみ、確実に得られる。当該セグメントの方向付けは、ガス導管の主要方向（ガスパージング装置の軸方向）に対して略垂直であると良い。

最も一般的な実施形態において、本発明は、第１のガス導管によってガスを供給される第１のパージ領域と、第２のガス導管によってガスを供給される第２のパージ領域とを有するガスパージング装置に関する。第１及び第２の洗浄領域は、ガスパージング装置の軸方向において延在しており、第１のガス導管は、ガスパージング装置の軸方向に対して９０°±４５°の角度で延在するセグメントを有していると共に、当該セグメントが第２のガス導管を通じて供給されたガスによって周囲をパージされるように配置されている。

溶融金属がガスパージング装置内に侵入する限りにおいて、溶融金属の流れ方向は、ガスパージング装置の軸方向に基本的に一致する。遅くとも、第１のガス導管の冷却されたセグメントの領域において、大きく方向転換が行われ、それによって、流速が遅くなる。パージガスを用いた当該セグメントの冷却によって、侵入した溶融金属の粘性が急速に増大し、さらなる溶融金属の流れは停止する。

流速の減少、及び、前記セグメントと前記冷却ガスとの間の接触表面の増大は、対応するセグメントが多かれ少なかれ、ガスパージング装置の軸方向に対して直角（垂直）に延在し、可能な限り長い場合に最適化できる。

この目的のために、第１のガス導管のセグメントは、環状の形態又は環状の一部の形態を有していても良い。別の実施形態においては、第１のガス導管の当該セグメントはメアンダー状に形成される。

第１のガス導管の、該当する冷却対象セグメントを、第２のガス分配室を通過するように導くことが可能である。第２のガス分配室には、第２のガス導管が合流しており、第２のガス分配室からは、第２のパージ領域が延在している。当該実施形態においては、第２のガス分配室は複数の機能を果たしている。すなわち、一方では、第２のガス分配室は、第２のガス導管を通じて供給されたガスの分配に用いられ、それゆえに、当該ガスが第２のパージ領域に導入される前における、圧力比の平均化に資する。他方では、ガス分配室の体積は、第１のガス導管の冷却されるべきセグメントを受容するために用いられるので、当該セグメントは、全ての側において、冷却ガスによって周囲をパージされ得る。

冷却効果としたがって、ガスパージング装置の安全性とは、第２のガス分配室が、第１のパージ領域に直接流体的に接続されていない場合に増大する。これは例えば、冷却されるべきセグメントを除いて、第１のガス導管が第２のガス分配室に対して密閉されることによって実現する。

これは例えば、該当するガス導管と隣接する部材との間に、１つ又は複数のシールを設けることによって実現する。

第１のガス導管の冷却されるべきセグメントは、ガス導管の一直線に並ぶセグメント間に延在しても良い。言い換えると、ガス導管の第１の多かれ少なかれ直線状のガス供給側の端部には、例えば環状又はメアンダー状に類似した設計の前記セグメントが、ガス導管のガス流入側端部と並んで延在するガス導管のさらなるガス排出側のセグメントに合流する構成で接続される。

第１のガス導管を通じて供給されたガスは、第１のガス分配室に流入可能である。第１のガス分配室からは、第１のパージ領域が延在している。これは自明のことながら、第１のガス導管の他の実施形態にも同様に当てはまる。

第１のパージ領域は、第２のパージ領域と同様に、耐火性セラミック材料から構成され、指向性孔隙又は無指向性孔隙を有することが可能である。指向性孔隙を有する第１のパージ領域と、無指向性孔隙を有する第２のパージ領域とを形成することもできる。同様に、両方のパージ領域が、それぞれ指向性又は無指向性孔隙を有していても良い。本発明に係るガスパージング装置は、２つより多くのパージ領域を有するように形成され得る。さらなるパージ領域は、第１及び第２のパージ領域のためのガス導管を通じて供給を受けるか、又は、さらなるパージ領域に、別個のガス導管を通じて、ガス及び／又はガス固体混合物を供給することが可能である。

各パージ領域の配置は、基本的には重要ではない。しかしながら、第２のパージ領域が第１のパージ領域を同心円状に包囲する場合には、コンパクトな実施形態が得られる。このとき例えば、指向性孔隙を有する、軸方向に延在する中心の第１のパージ領域が形成され、無指向性孔隙を有する、多かれ少なかれ円柱状の第２のパージ領域によって包囲され得る。両方のパージ領域には、ガス流入側端部において、それぞれ配設されたガス分配室を通じて、ガスが供給される。本発明によると、ガス導管はガス分配室を通って延在しており、さらなるガス導管を通じてそこに噴出するガスによって冷却される。

本発明のさらなる特徴は、下位請求項の特徴と、その他の出願書類とから明らかになる。

以下、本発明を様々な実施例を用いて詳細に説明する。このとき、それぞれの図には以下が示される。

本発明に係るガスパージング装置の第１の実施形態を、縦断面で、線Ｘ−Ｘに沿って示した図である。 ガスパージング装置の第２の実施形態を縦断面で示した図である。

図中、同じ又は同じ作用の部材は、同じ参照符号を用いて示されている。

図１に係るガスパージング装置は、円柱形を有している。当該装置は同様に、円錐形に形成しても良い。中央長手軸Ｍ−Ｍと同心円状に、第１の円柱状パージ領域１０が設けられており、当該パージ領域に沿って、多数のスリット状流路１２は、ガス流入側端部１０ｕからガス排出側端部１０ｏに延在している。第１のパージ領域１０の下方には、第１のガス分配室１４が配置されている。

第１のパージ領域１０と同心円状に、当該パージ領域を包囲して、いわゆる無指向性孔隙を有する第２のパージ領域２０が延在している。この第２のパージ領域２０の耐火性材料もやはり、ガス流入側端部２０ｕからガス排出側端部２０ｏに延在している。環状かつ円柱状の第２のパージ領域２０の下方には、第２のガス分配室２４が延在している。

ガスパージング装置は、周囲を、金属外被３０によって囲まれている。当該金属外被は、底部３２に移行する。当該底部は、同時に、ガス分配室１４、２４のための下側境界壁を形成する。当該ガス分配室は、金属円柱３４によって互いに分離している。

第２のガス分配室２４には、第２のガス導管２６が合流しており、この第２のガス導管は、対応して（気密に）底部３２を通って延在し、第２のパージ領域２０の下側端部２０ｕに対して間隔を有して終端しているので、当該ガスは、第２のガス分配室２４内で分散され、そこから第２のパージ領域２０の開放孔隙に導入され得る。当該ガスは、第２のパージ領域２０を（図では、下から上へ、すなわちガスパージング装置の軸方向において）、２０ｏにおいてガスパージング装置を離れるまで貫流する。

第１のガス導管１６もやはり、第２のガス分配室２４に合流している。この第１のガス導管も、（気密に）底部３２を通るが、その後さらに連続的に、第２のガス分配室２４内で半円状に延在する。このセグメントは参照符号１６ｔで示されている。第１のガス導管は、それに続いて、分離壁３４への方向におけるさらなるセグメント１６ｚによって、当該分離壁を（気密に）通過し、第１のガス分配室１４に合流している。

導管１６を通じて供給されたガスは、まずガスパージング装置の軸方向に流れた後、１６ｕで方向を転換され、さらに、それまでの流れ方向に対して略垂直に、第２のガス分配室２４を、第１のガス分配室１４内のガスが排出される前に貫流し、そこで分配され、第１のパージ領域１０の流路１２を通って、ガス流入側端部１０ｕからガス排出側端部１０ｏまで、このパージ領域１０を貫流した後、当該パージ領域を離れる。

記載された配置から明らかなことに、第２のガス導管２６を通じて供給されたガスは、第１のガス導管１６、特に第２のガス分配室２４内のセグメント１６ｔの周りを流れて、これらを冷却する。

これによって、ガス流路１２を通って侵入する溶融金属を、領域１６ｔ、１６ｚにおいて、ガス導管２６を通じて供給されたガスを用いて冷却及び凍結し、その結果、溶融金属の侵入を制止することが可能になる。セグメント１６ｔ、１６ｚは、一体的な侵入防止機能を有する。

同じ原理が図２に示された実施形態にも適用される。ここでは、第２のガス導管１６は、環状セグメントとは異なる方法で第２のガス分配室２４を通過する。セグメント１６ｔは、むしろ直線的に第２のガス分配室２４と分離壁３４とを通って、第１のガス分配室１４内に至るように延在しており、第１のガス分配室の上には、指向性孔隙を有する第１のパージ領域１０が接続されている。

両方の実施形態において重要なのは、冷却されるべきセグメント１６ｔが、ガスパージング装置の軸方向に対して９０°±４５°の角度で延在しているということである。当該軸方向は、ガスの本流の方向に相当する方向、すなわち、ガスパージング装置の中央長手軸Ｍ−Ｍに対して略平行な方向として定義されている。表現を変えるならば、パージ領域１０、２０のガス流入側セグメント１０ｕ、２０ｕと、ガス排出側セグメント１０ｏ、２０ｏとの間の方向である。

１０ 第１のパージ領域
１０ｏ、２０ｏ ガス排出側端部
１０ｕ、２０ｏ ガス流入側端部
１２ 流路
１４ 第１のガス分配室
１６ 第１のガス導管
１６ｔ、１６ｚ セグメント
２０ 第２のパージ領域
２４ 第２のガス分配室
２６ 第２のガス導管
３０ 金属外被
３２ 底部
３４ 分離壁
Ｍ−Ｍ 中央長手軸

Claims (8)

1. ａ）第１のガス導管（１６）によってガスが供給される第１のパージ領域（１０）、
   ｂ）前記第１のガス導管（１６）は第１のガス分配室（１４）に合流し、前記第１のガス分配室からは前記第１のパージ領域（１０）が延在すること、
   ｃ）第２のガス導管（２６）によってガスが供給される第２のパージ領域（２０）、
   ｄ）前記第２のガス導管（２６）は第２のガス分配室（２４）に合流し、前記第２のガス分配室からは前記第２のパージ領域（２０）が延在すること、
   ｅ）第１及び第２のパージ領域（１０、２０）は、前記ガスパージング装置の軸方向に延在すること、及び、
   ｆ）前記第１のガス導管（１６）は、ガスパージング装置の軸方向に対して９０°±４５°の角度で延在するセグメント（１６ｔ）を有すると共に、前記セグメント（１６ｔ）は第２のガス分配室（２４）を通って前記第１のガス分配室（１４）に導かれており、これによって、前記第２のガス分配室内に配置された前記セグメント（１６ｔ）が、前記第２のガス導管（２６）を通じて前記第２のガス分配室内に供給されたガスによって周囲をパージされること、
   を特徴とするガスパージング装置。
2. 前記第２のガス分配室（２４）は、前記第１のパージ領域（１０）に直接流体的に接続されていないことを特徴とする請求項１に記載のガスパージング装置。
3. 前記第１のガス導管（１６）の前記セグメント（１６ｔ）は、環の形態又は環の一部の形態を有していることを特徴とする請求項１に記載のガスパージング装置。
4. 前記第１のガス導管（１６）の前記セグメント（１６ｔ）は、メアンダー状に形成されることを特徴とする請求項１に記載のガスパージング装置。
5. 前記第１のガス導管（１６）の前記セグメント（１６ｔ）は、前記セグメント（１６ｔ）が延在する面において前記第１のガス導管（１６）の一直線に並ぶ部分間に延在していることを特徴とする請求項１に記載のガスパージング装置。
6. 前記第１のパージ領域（１０）は、耐火性セラミック材料から構成されており、指向性及び／又は無指向性孔隙を有することを特徴とする請求項１に記載のガスパージング装置。
7. 前記第２のパージ領域（２０）は、耐火性セラミック材料から構成されており、指向性及び／又は無指向性孔隙を有することを特徴とする請求項１に記載のガスパージング装置。
8. 前記第２のパージ領域（２０）は、前記第１のパージ領域（１０）を同心円状に包囲することを特徴とする請求項１に記載のガスパージング装置。

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