JP6606477B2 - ガス供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス供給装置に関する。

従来、溶融金属（金属溶湯）の取り扱いに取鍋が使用されている。取鍋は、取鍋中の溶融金属にガスを吹き込むガス吹き込みプラグ（以下、プラグとも称する。）が設けられている。プラグは、アルゴンや窒素などのガスを取鍋に収容された溶融金属中に吹き込む。これにより、溶融金属の撹拌、温度調整、非金属成分の除去反応の促進等が行われる。プラグには、多孔質の定形耐火物層を有するポーラスプラグや、緻密な不定形耐火物層にスリット状の細孔が形成されたスリットプラグがあり、多孔質層の細孔やスリット状の細孔を介してガスが流通する。

そして、ガス吹き込み処理後に取鍋の移動を行う場合、ガスの配管の接続を外して移動する。このとき、移動時にガス吹き込み用プラグの細孔の内部に溶融金属が入りこみ、その後に再度使用しようとしても、プラグ内のガス流路が入り込んだ金属により閉塞している。このため、取鍋の再使用前に細孔に入り込んだ金属を除去する必要があった。

この問題に対し、ガスを加圧状態で蓄えた蓄圧ボンベ（以下、ボンベとも称する。）を取鍋に取り付けておき、ガスの配管がガス供給源と切り離されているときは、このボンベからプラグにガスを供給するガス供給装置が特許文献１に提案されている。

特許文献１には、蓄圧ボンベと、ガス供給源とプラグとを接続する主管路と、主管路と蓄圧ボンベとを接続する第一副管路と、第一副管路と主管路とを接続する第二副管路と、各管路に設けられた第１〜第３逆止弁と、主管路におけるガスの流通抵抗を増加させる抵抗付与部と、蓄圧ボンベから第二副管路に流通するガスの圧力を調節する圧力調整弁とを備えたガス供給装置が記載されている。このガス供給装置は、ガス供給源から供給されたガスをガス吹き込みプラグに供給しつつ、蓄圧ボンベ内にガスを十分かつ速やかに充填することができる。

特開２００９−４１０７５号公報

しかしながら、従来のガス供給装置でも、ボンベとプラグに同時に流れる構成となっており、蓄圧ボンベに十分な量のガスを蓄えることができないという問題があった。より詳しくは、プラグから吹き出すガスは、溶融金属の撹拌等に用いられるため、多量のガスが要求される。このため、ボンベに十分なガスが供給されず、その結果としてボンベに蓄えられるガス量が不十分となる。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、ボンベに十分なガスを蓄えることができるガス供給装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するために本発明者らはガス供給装置の構成について検討を重ねた結果本発明を完成した。

本発明の第１のガス供給装置は、取鍋内に収容された溶鋼の精錬時にガスの供給を受けるガス受け口を有し、取鍋に取り付けられたガス吹き込みプラグにガスを供給する主ガス流路と、ガス受け口から供給されたガスを吸排気口を介して受けてガスを蓄える蓄圧ボンベと、蓄圧ボンベの吸排気口からガス吹きプラグに任意のガス量のガスを供給するガス調整手段と、を持つ副ガス流路と、主ガス流路に設けられ、ガスの供給開始直後には蓄圧ボンベに吸排気口を介してガスを流入し、蓄圧ボンベに流入するガスの圧力が、蓄圧ボンベに蓄えられるガス量から決定した所定の圧力以上の場合に、主ガス流路よりガス吹き込みプラグにガスを送るように自動で動作する圧力調整弁と、副ガス流路に設けられ、蓄圧ボンベがガスを蓄える場合には閉じ、蓄圧ボンベに蓄えられたガスを任意のガス量で吸排気口を介してガス吹き込みプラグに流す場合に開く制御バルブと、を有するガス制御部と、を有することを特徴とする。

本発明のガス供給装置は、ガス制御部によるガスの供給開始直後のような蓄圧ボンベにガスが十分にたまっていない場合に、蓄圧ボンベにガスを流入し、蓄圧ボンベにガスを蓄える。そして、蓄圧ボンベに流入するガスの圧力が所定の圧力以上の場合になると、蓄圧ボンベにガスが十分に蓄えられた状態となる。そうすると、ガス制御部が、主ガス流路を用いてガス吹き込みプラグにガスを送る。このとき、蓄圧ボンベにガスが十分に蓄えられた状態で、ガス吹き込みプラグにガスが送られる。

以上のように、本発明のガス供給装置は、ガスの圧力が所定の圧力以上となり蓄圧ボンベにガスが十分に貯まった状態で、主ガス流路にガスを送ることから、外部からのガスの供給が終了しても、プラグにガスを供給できる。

実施形態１のガス供給装置の構成を示す構成図である。 実施形態１のガス供給装置におけるガスの流れを示す構成図である。 実施形態１のガス供給装置におけるガスの流れを示す構成図である。 実施形態１のガス供給装置におけるガスの流れを示す構成図である。 実施形態２のガス供給装置の構成を示す構成図である。

以下、実施形態を用いて本発明を具体的に説明する。なお、この実施形態は本発明を具体的に実施する１つの形態であり、本発明をこれらの形態のみに限定するものではない。なお、以下の実施形態において上流及び下流とは、ガスの流れ方向での上流及び下流を示す。

［実施形態１］
本形態のガス供給装置１は、図１にその構成を示したように、金属溶湯の一種である溶鋼Ｍの精錬に用いられる取鍋５に組み付けられて使用する供給装置であり、主ガス流路２、副ガス流路３及びガス制御部４を有する。本形態のガス供給装置１は、各ガス流路２，３が内部をガスが流れる配管により形成され、ガス制御部４が配管を流れるガスを制御する圧力制御バルブ等の制御装置により形成される。

本形態のガス供給装置１で流れるガスは、限定されるものではなく、従来の取鍋で溶鋼Ｍ（金属溶湯）に供給されるガスを用いることができる。このガスとしては、アルゴンや窒素などの不活性ガスを挙げることができる。

主ガス流路２は、取鍋５内に収容された溶鋼Ｍの精錬時にガスの供給を受けるガス受け口２１を有し、取鍋５に取り付けられたガス吹き込みプラグ６にガスを供給する。

主ガス流路２は、内部をガスが流れる管路を形成する主配管２０と、主配管２０の一方の端部であり、外部のガス供給源と接続し、ガス供給源からのガスが供給されるガス受け口２１と、ガス供給源からのガスが排出するガス排出口２２と、を有する。すなわち、主ガス流路２は、主配管２０の上流側の端部にガス受け口２１が、下流側の端部にガス排出口２２が形成されている。

主配管２０は、内部をガスが流れることができる管であれば、その材質や径は限定されない。ガス受け口２１及びガス排出口２２についても、それぞれガスを供給、排出できる構成であれば限定されない。ガス受け口２１は、外部のガス源（図示せず）又はガス源に連通する配管と接続可能に形成されている。ガス排出口２２は、プラグ６又はプラグ６に接続する配管に接続可能に形成されている。

主ガス流路２は、上流から下流にガスが流れる。具体的には、主配管２０に逆止弁２３をもうけることで、ガスの流れが上流から下流方向のみに規制される。逆止弁２３は、ガスの逆流を規制できる構成であれば、具体的な構成は限定されない。

副ガス流路３は、ガス受け口２１より ガスの供給を受けてガスを蓄える蓄圧ボンベ７と蓄圧ボンベ７からプラグ６に任意のガス量のガスを供給するガス調整手段を持つ。

副ガス流路３は、内部をガスが流れる第１副配管３０と第２副配管３４を有する。第１副配管３０及び第２副配管３４は、主配管２０と同様に、内部をガスが流れることができる配管よりなる。第１副配管３０及び第２副配管３４においても、その材質や径は限定されず、主配管２０と同じ径（内径）の管よりなることが好ましい。

第１副配管３０は、その一方の端部（上流側の端部）が主配管２０と接続してガスが供給される接続部３１となり、他方の端部（下流側の端部）が蓄圧ボンベ７と接続する接続部３２となる。接続部３１は、主配管２０で、逆止弁２３の上流側に接続する。第１副配管３０には、上流から下流にガスを流し、下流から上流にガスが流れることを規制する逆止弁３３が取り付けられている。逆止弁３３は、逆止弁２３と同様に、ガスの逆流を規制できる構成であれば、具体的な構成は限定されない。

第２副配管３４は、蓄圧ボンベ７からのガスをプラグ６に流す。第２副配管３４は、その一方の端部（上流側の端部）が第１副配管３０と接続して、蓄圧ボンベ７からのガスが供給される接続部３５となる。第２副配管３４の他方の端部（下流側の端部）は、主ガス流路２の主配管２０と接続する接続部３６となる。接続部３５は、第１副配管３０の逆止弁３３の下流側に接続する。接続部３６は、主配管２０の逆止弁２３の下流側に接続する。

第２副配管３４は、その管路を流れるガスを制御する制御バルブ３７が取り付けられている。

制御バルブ３７は、第２副配管３４を流れるガスを調整する。制御バルブ３７を調整することで、第２副配管３４に任意のガス量のガスを流すことができる。制御バルブ３７は、プラグ６に任意のガス量のガスを供給するガス調整手段に該当する。制御バルブ３７は、第２副配管３４を流れるガスを調整することができる装置であれば、具体的な構成は限定されない。例えば、流量を無段階に制御するバルブであるニードルバルブを挙げることができる。任意のガス量とは、プラグ６に供給されたときに、後述のようにガスが流れる孔に溶融金属が浸入しなくなるガス量（プラグ６の閉塞を防止するガス量）であることが好ましい。任意のガス量は、予め決定しておいた所定のガス量としてもよい。

蓄圧ボンベ７は、第１副配管３０の接続部３２が接続する。蓄圧ボンベ７は、第１副配管３０を流れるガスが流れ込み、そのガスを蓄える。蓄圧ボンベ７は、第２副配管３４を介してプラグ６に向かって流れるガス（任意のガス量のガス）を供給する。すなわち、蓄圧ボンベ７が蓄えたガスは、その後、プラグ６に任意のガス量のガスとして供給される。

蓄圧ボンベ７は、ガスを貯留・供給できる構成であれば、具体的な構成は限定されない。蓄圧ボンベ７は、従来の取鍋に用いられている蓄圧ボンベを用いることができる。

ガス制御部４は、主ガス流路２に設けられ、蓄圧ボンベ７に流入するガスの圧力が所定の圧力以上の場合に、主ガス流路２よりガス吹き込みプラグ６にガスを送る。本形態のガス制御部４は、主ガス流路２から蓄圧ボンベ７（副ガス流路３）にガスを送ることができる（具体的には、ガスの流れを切り替えることができる）バルブ４０を有する。本形態では、ガス制御部４としてバルブ４０を用いているが、同様の作用を発揮する部材としてもよい。

なお、ガス制御部４における流入するガスの圧力は、その決定方法が限定されるものではない。例えば、流入するガスの圧力が所定の圧力以上で動作する装置、ガス受け口２１に供給されるガスの圧力と蓄圧ボンベ７にガスが流入する時間から算出する方法、等を挙げることができる。

また、所定の圧力についても、具体的な圧力の値は限定されるものではない。例えば、蓄圧ボンベ７に蓄えられるガス量から決定できる。ガス量は、ガスの圧力と蓄圧ボンベ７の容積から決定できる。詳しくは、本形態のガス供給装置１は、後述のように蓄圧ボンベ７からプラグ６に任意のガス量のガスを流す。蓄圧ボンベ７に蓄えられるガスが少ないと、任意のガス量のガスを流すことができる時間が短くなる。任意のガス量のガスを流し終わると、溶鋼Ｍによるプラグ６の閉塞が生じやすくなる。一方、蓄圧ボンベ７に蓄えられるガス量が十分な量となることで、このような不具合が発生し難くなる。このように、所定の圧力は、ガス供給装置１の具体的な構成から任意に設定できる。

バルブ４０は、主ガス流路２の主配管２０で接続部３１と逆止弁２３との間に設けられる。バルブ４０は、主配管２０を流れるガス（ガス量）を調整する。バルブ４０を開くと、主ガス流路２の主配管２０をガスが流れる。このとき、バルブ４０を開いた状態では、ガスの流通を規制しないことが好ましい。バルブ４０を閉じる（又は絞る）と、主ガス流路２の主配管２０をガスが流れなくなり（又は流れるガスが減少し）、接続部３１から副ガス流路３（第１副配管３０）をガスが流れる（又は流れるガスが増加する）。

バルブ４０は、制御バルブ３７と同様に、ガス（ガス流量）を調整することができる装置であれば具体的な構成は限定されず、ニードルバルブや、所定圧で自動に開くリリーフバルブを挙げることができる。

取鍋５は、溶鋼Ｍ（金属溶湯）を収容できるよう上部が開放した略槽状の取鍋本体５０を有している。取鍋本体５０はその構成が限定されるものではなく、従来の取鍋と同様の構成とすることができる。例えば、強度を確保するため金属などから構成された外殻と、その内部に配された耐熱材料からなる溶湯収容部と、を備える二重構造とした構成のものを挙げることができる。

取鍋本体５０は、その上端の周縁の一部に、溶鋼Ｍの表面に分離したスラグ（溶湯）を取り出すための注ぎ口が形成されている。取鍋本体５０の側面の両端には、取鍋本体５０を回動自在に支持するための支軸が設けられており、支軸を介して取鍋本体５０を傾斜させることにより、注ぎ口から溶鋼やスラグを注ぎ出すことができる。

取鍋本体５０の槽状の底部（取鍋本体５０の槽状のくぼんだ底部）には、ガス供給装置１からのガスを吹き込むためのプラグ６及び溶湯を取り出す開閉弁（図示せず）が設けられている。

（本形態の動作）
本形態のガス供給装置１の動作を、図２〜図４を用いて、より具体的に説明する。

まず、本形態のガス供給装置１が固定した取鍋５に溶鋼Ｍを収容する。そして、ガス受け口２１からガスが供給される。このとき、ガス制御部４のバルブ４０は、閉塞している。副ガス流路３の制御バルブ３７も閉塞している。これらのバルブの状態から、ガス受け口２１から供給したガスは、図２中の矢印で示したように、副ガス流路３の第１副配管３０を通って蓄圧ボンベ７に流れる。そして、蓄圧ボンベ７にガスが蓄えられる。

ガス受け口２１からガスの供給が開始したときには、蓄圧ボンベ７にガスが蓄えられておらず、蓄圧ボンベ７に流入するガスの圧力は所定の圧力より低い。そして、ガスの供給が続くと、蓄圧ボンベ７に蓄えられるガスが増加し、蓄圧ボンベ７に流入するガスの圧力も増加する。

そして、蓄圧ボンベ７に流入するガスの圧力が増加して所定の圧力を超えると、ガス制御部４により、ガス受け口２１からガスが主ガス流路２からプラグ６にガスを送る。具体的には、ガス制御部４のバルブ４０が開状態となる。バルブ４０が開状態となると、図３中矢印で示したように、主ガス流路２の管路２０をガスが流れる。このとき、開状態のバルブ４０は、ガスの流れを規制しない。管路２０を流れるガスは、ガス排出口２２を介してプラグ６に供給され、プラグ６から取鍋５に収容した溶鋼Ｍに吹き込まれ、精錬等が行われる。

このとき、蓄圧ボンベ７に蓄えられたガスは、副ガス流路３の第１副配管３０を逆流しようとしても、逆止弁３３により規制される。また、副ガス流路３の制御バルブ３７も閉塞しているため、蓄圧ボンベ７にガスが蓄えられた状態が維持される。

その後、精錬等が終了した場合や取鍋５を移動する場合、ガス供給装置１のガス受け口２１の、ガスを供給するための外部のガス源との接続を取り外す。このとき、ガス制御部４のバルブ４０は閉塞しておく。

そして、制御バルブ３７を開くことで、図４に示したように、第２副配管３４に任意のガス量のガスを流す。第２副配管３４を流れた任意のガス量のガスは、接続部３６，主配管２０を通り、ガス排出口２２を介してプラグ６に供給され、プラグ６から取鍋５に収容した溶鋼Ｍに吹き込まれる。

蓄圧ボンベ７に蓄えられたガスが、プラグ６から任意のガス量で吹き出すことで、プラグ６のガスが流通する孔に溶融金属が浸入することがなく、プラグ６のガス透過性が悪化してガスの吹き込みに支障をきたすことや、繰り返し使用が可能な回数が少なくなることが防止できる。

［本形態の効果］
（第１の効果）
本形態のガス供給装置１は、取鍋５内に収容された溶鋼Ｍの精錬時にガスの供給を受けるガス受け口２１を有し、取鍋５に取り付けられたプラグ６にガスを供給する主ガス流路２と、ガス受け口２１より ガスの供給を受けてガスを蓄える蓄圧ボンベ７と、蓄圧ボンベ７からプラグ６に任意のガス量のガスを供給する制御バルブ３７（ガス調整手段）を持つ副ガス流路３と、主ガス流路２に設けられ、蓄圧ボンベ７に流入するガスの圧力が所定の圧力以上の場合に、主ガス流路２よりプラグ６にガスを送るガス制御部４と、を有する。

本形態のガス供給装置１は、この構成を備えることで、蓄圧ボンベ７が十分なガスを蓄えた状態で、ガス受け口２１から供給されたガスをプラグ６に送り、溶鋼Ｍの精錬のための吹き込みを行うことができる。

より詳しくは、本形態のガス供給装置１は、ガス受け口２１にガスの供給が開始する場合には、蓄圧ボンベ７にガスが蓄えられておらず、蓄圧ボンベ７に流入するガスの圧力が所定の圧力未満となる。この場合、ガス制御部４（バルブ４０）は、蓄圧ボンベ７にガスを流す。そして、流入するガスの圧力が所定の圧力となるまで、ガスを蓄える。

そして、蓄圧ボンベ７に流入するガスの圧力が所定の圧力以上となると、ガス制御部４（バルブ４０）は、主ガス流路２よりガス吹き込みプラグ６にガスを送る。これにより、取鍋５に貯留する溶鋼Ｍに十分な量のガスを送ることができる。このとき、蓄圧ボンベ７に十分なガスが蓄えられた状態が維持される。

このように、本形態のガス供給装置１は、蓄圧ボンベ７が十分なガスを蓄えた状態で、ガス受け口２１より供給されたガスをプラグ６に送ることができる効果を発揮する。

（第２の効果）
本形態のガス供給装置１は、ガス制御部４が、主ガス流路２（主配管２０）に設けられた圧力調節弁（バルブ４０）を有する。

この構成を有することで、バルブ４０の開放・遮断を切り替える（又は開閉量を調整する）ことで、主ガス流路２（主配管２０）を流れるガスを確実に制御できる。

［実施形態２］
本形態のガス供給装置１は、実施形態１のガス制御装置に、更に、フィルタ２４及び着脱可能な圧力センサ３８，３９を設けた構成を有する。本形態のガス供給装置１の構成を、図５に示した。なお、本形態のガス供給装置１の特に言及しない構成は、実施形態１と同様である。

フィルタ２４は、主配管２０のガス受け口２１の直下流部に設けられ、ガスに含まれる異物（不純物）を除去する。フィルタ２４を設けることで、不純物による配管の目詰まりを抑えることができる。本形態では、フィルタ２４をガス受け口２１の直下流部に設けているが、これ以外の場所に設けても良い。例えば、各配管２０，３０，３４にそれぞれ設けてもよい。また、これらの複数の場所に設ける構成としても良い。

圧力センサ３８は、第２副配管３４の接続部３５と制御バルブ３７の間に設けられる。すなわち、制御バルブ３７の直上流部に設けられる。圧力センサ３８は、第２副配管３４を流れるガスの圧力であって、制御バルブ３７の上流部での圧力を測定する。更に、本形態では、蓄圧ボンベ７に流入するガスの圧力も測定できる。

圧力センサ３９は、第２副配管３４の制御バルブ３７の直下流部に設けられる。圧力センサ３９は、第２副配管３４を流れるガスの圧力を測定する。

圧力センサ３８を有することで、蓄圧ボンベ７に流入するガスの圧力を直接測定でき、ガス制御部４（バルブ４０）での制御を確実に行うことができる。

また、圧力センサ３８，３９を有することで、蓄圧ボンベ７からプラグ６に供給される任意のガス量のガスの制御を確実に行うことができる。なお、二つの圧力センサ３８，３９の測定結果の差から、任意のガス量のガスの圧力を検知することができる。

圧力センサ３８，３９は、接続する管路のガスの圧力を測定できるセンサであれば、具体的な構成が限定されるものではない。

本形態のガス供給装置１においても、実施形態１の場合と同様に動作することから、同様の効果を発揮できる。

［その他の形態］
上記の各形態のガス供給装置１は、従来のガス供給装置１が備える部材を更に有していても良い。

例えば、取鍋本体５０の外殻とガス供給装置１との間、ガス供給装置１を構成するそれぞれの部材、に断熱材を配することができる。断熱材を配することで、取鍋本体５０の熱がガス供給装置１を過熱することを防止する。断熱材は、過熱を抑える部材を用いることができ、耐熱樹脂や多孔質の焼成材など断熱効果の高い材質から形成することができる。

この変形形態においても、上記の各形態と同様な効果を発揮できる。

１：ガス供給装置
２：主ガス流路 ２０：主配管 ２１：ガス受け口
２２：ガス排出口 ２３：逆止弁 ２４：フィルタ
３：副ガス流路 ３０：第１副配管 ３１，３２：接続部
３３：逆止弁 ３４：第２副配管 ３５，３６：接続部
３７：制御バルブ ３８，３９：圧力センサ
４：ガス制御部 ４０：バルブ
５：取鍋 ５０：取鍋本体
６：ガス吹き込みプラグ
７：蓄圧ボンベ

Claims (2)

1. 取鍋内に収容された溶鋼の精錬時にガスの供給を受けるガス受け口を有し、該取鍋に取り付けられたガス吹き込みプラグにガスを供給する主ガス流路と、
   該ガス受け口から供給されたガスを吸排気口を介して受けてガスを蓄える蓄圧ボンベと、該蓄圧ボンベの該吸排気口から該ガス吹き込みプラグに任意のガス量のガスを供給するガス調整手段と、を持つ副ガス流路と、
   該主ガス流路に設けられ、ガスの供給開始直後には該蓄圧ボンベに該吸排気口を介してガスを流入し、該蓄圧ボンベに流入するガスの圧力が、該蓄圧ボンベに蓄えられるガス量から決定した所定の圧力以上の場合に、該主ガス流路より該ガス吹き込みプラグにガスを送るように自動で動作する圧力調整弁と、該副ガス流路に設けられ、該蓄圧ボンベが該ガスを蓄える場合には閉じ、該蓄圧ボンベに蓄えられたガスを該任意のガス量で該吸排気口を介して該ガス吹き込みプラグに流す場合に開く制御バルブと、を有するガス制御部と、
   を有することを特徴とするガス供給装置。
2. 前記副ガス流路の前記蓄圧ボンベと前記ガス受け口の間には、ガスの逆流を規制する逆止弁が設けられている請求項１記載のガス供給装置。

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