JP7045347B2

JP7045347B2 - 溶鋼処理用の浸漬管

Info

Publication number: JP7045347B2
Application number: JP2019092170A
Authority: JP
Inventors: 大介原; 裕介石川; 裕一郎村上
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2022-03-31
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: JP2020186445A

Description

本発明は、真空脱ガス装置等に用いられる溶鋼処理用の浸漬管に関するものである。

製鋼の二次精錬の工程においては、取鍋内の溶鋼に下端を浸漬させた状態で溶鋼を流通させる浸漬管が、真空脱ガス装置の下端に装着されて使用される。そして、そのような浸漬管としては、特許文献１の如く、鉛直軸に沿った円筒状の芯金と、その芯金の内側に複数の直方体状のレンガを多段に組み付けることによって形成された肉厚な円筒状のレンガ層（内側耐火物層）と、流動性を有する不定形耐火物（キャスタブル等）を固化させることによって芯金の外周に形成された肉厚な円筒状の不定形耐火物層とを備えたものが知られている。

また、特許文献１の浸漬管には、使用による加熱・冷却の繰り返しによって下端の不定形耐火物層が脱落して内部のレンガ層が脱落する事態を防止するため、内部のレンガ層背面に多数の凹部を設け、かつ、芯金の下端際の内側にフランジ状の支持金具が付設されている。かかる浸漬管は、上方に環流管を載置し、その環流管の下端に設けられた接合用フランジを、上端に設けられた接合用フランジに固着させることによって環流管を接続させた状態で、真空脱ガス装置の下端に装着されて使用される。

特開平１０－２５９４１５号公報

しかしながら、上記特許文献１の浸漬管は、使用時の熱負荷によって芯金の下端際が熱変形（熱膨張）してしまい、その結果、芯金に対して内部のレンガ層がずり落ちて、取鍋内から吸い上げられた溶湯（溶融した鉄）が環流管との接合面（すなわち、上端の接合用フランジと環流管の接合用フランジとの間）に入り込んでしまう（所謂、地金差しが生じる）、という不具合がある。すなわち、特許文献１の浸漬管は、内部のレンガ層背面に凹部を設けて不定形耐火物との接触面積を大きくし、不定形耐火物に対する接着力を上げる対策が講じられているものの、内部のレンガ層のずり落ち防止効果が不十分であった。

本発明の目的は、上記従来の浸漬管が有する問題点を解消し、使用時に芯金に対する内部のレンガ層（内側耐火物層）の脱落が起こらず、環流管との接合面に溶湯が浸入する事態（地金差し）が起こらない上、耐用寿命が長く長期間に亘って使用可能な浸漬管を提供することにある。

本発明の内、請求項１に記載された発明は、上端にフランジを設けた筒状の芯金と、レンガによって筒状に形成されており前記芯金の内側に設けられた内側耐火物層と、前記芯金の外側を覆うように設けられた不定形耐火物からなる外側耐火物層とを有する溶鋼処理用の浸漬管であって、前記内側耐火物層が、高さ方向に長尺な耐火レンガを周状に組み付けることによって円筒状に形成されているとともに、その内側耐火物層の外面に係合凹状部が形成されており、前記外側耐火物層を構成する不定形耐火物が、前記芯金と前記内側耐火物層との隙間から前記係合凹状部内に入り込み、その係合凹状部内に入り込んだ不定形耐火物と外側耐火物層を構成する不定形耐火物とが一体になっており、かつ、その不定形耐火物（すなわち、芯金の外側、および、芯金と内側耐火物との間にある不定形耐火物（係合凹状部内に入り込んだものも含む））が、５００℃において５ＭＰａ以上の曲げ強度を有するものであるとともに、前記係合凹状部の上下幅が３０ｍｍ以上５０ｍｍ未満であり、かつ、前記係合状凹部の深さが１０ｍｍ以上３０ｍｍ未満であることを特徴とするものである。なお、本発明における「５００℃における曲げ強度」は、ＪＩＳＲ２２１３の「耐火れんがの曲げ強さの試験方法」に準拠した方法によって測定することができる。また、本発明における外側耐火物層（すなわち、不定形耐火物層）の形成材料である、「５００℃において５ＭＰａ以上の曲げ強度を有する不定形耐火物」としては、セメントキャスタブル、低セメントキャスタブル、その他のキャスタブル等を好適に用いることができる。

請求項２に記載された発明は、請求項１に記載された発明において、前記係合凹状部が、前記内側耐火物層の外面に略水平に設けられた周状の係合溝であることを特徴とする。

請求項３に記載された発明は、請求項２に記載された発明において、前記芯金の下端から前記係合溝までの長さが２００ｍｍ以上５００ｍｍ未満に調整されていることを特徴とするものである。

請求項１に記載の浸漬管は、熱負荷によって芯金の下端際が開いてしまった場合でも、係合凹状部内に入り込んでいる不定形耐火物によって、内側耐火物（レンガ）が落下しないように保持されるため、環流管との接合面（すなわち、上端の接合用フランジと環流管の接合用フランジとの間）等へ溶湯が侵入する事態（所謂、地金差し）を阻止することができる。また、熱負荷によって芯金の下端際が開いてしまった場合でも内側耐火物が落下しないように保持されるため、長期間に亘って使用することができる。また、請求項１に記載の浸漬管は、不定形耐火物層を、５００℃において５ＭＰａ以上の曲げ強度を有する不定形耐火物で形成することで、内側耐火物を堅固に保持できるようになっている。さらに、請求項１に記載の浸漬管は、形合凹状部の大きさを、上下幅３０～５０ｍｍ、かつ、深さ１０～３０ｍｍと適正化することで、係合凹状部を起点とした内側耐火物へのクラックが発生しにくくなっている。

請求項２に記載の浸漬管は、係合凹状部が、内側耐火物層の外面に略水平に設けられた周状の係合溝であるため、それらの係合溝に入り込んでいる不定形耐火物による内側耐火物（レンガ）の保持力が高いので、内側耐火物が落下する事態をより効果的に防止することができる。

請求項３に記載の浸漬管は、芯金の下端から係合溝までの長さが所定の範囲内に調整されており、熱負荷によって芯金の下端際が開いてしまった場合でも、その影響が係合溝との不定形耐火物との係合部分まで及ばないので、フランジ同士の間等へ溶湯が侵入する事態をより高い精度で阻止することができる上、非常に長い期間に亘って使用することができる。

浸漬管を示す説明図（鉛直断面図）である。浸漬管を上から見た状態を示す説明図（平面図）である。浸漬管の使用状態を示す説明図（鉛直断面図）である。浸漬管の変更例を示す説明図（鉛直断面図）である。浸漬管の変更例を示す説明図（鉛直断面図）である。

以下、本発明に係る浸漬管の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
＜浸漬管の構造＞
図１は、本発明に係る浸漬管の一例を示したものであり、浸漬管１は、芯金３、内側耐火物層２、外側耐火物層６によって構成されている。芯金３は、厚さ約１５ｍｍの金属（鋼鉄）板によって筒状に形成されており、一定の直径（約８００ｍｍ）を有する定径部３ａが設けられている。そして、定径部３ａの高さが、約６００ｍｍになっている。

また、定径部３ａの上端には、扁平なドーナッツ状を有するフランジ（接合用フランジ）４が定径部３ａの外周よりも外側に突出するように固着（溶接）されている。さらに、定径部３ａの下端際の内周面には、落下抑止片３ｃが内側に突出するように設けられている（溶接されている）。そして、当該芯金３の内側には、内側耐火物層２が設けられている。

内側耐火物層２は、複数の耐火レンガ（マグネシアカーボン質材からなる耐火物）を組み付ける（モルタルによって固着させる）ことによって、肉厚な筒状に形成されており、一定の直径（内径＝約４００ｍｍ、外径＝約７５０ｍｍ）を有する定径部２ａが設けられている。そして、定径部２ａの高さが、約６５０ｍｍになっている。

図２は、浸漬管１を上から見た状態を示したものであり、定径部２ａは、高さ方向（上下方向）に長尺な（定径部２ａと同一の高さを有する）複数の略直方体状（正確には、水平断面が扇状である角柱状）の耐火レンガＢ，Ｂ・・を、上端位置および下端位置がずれないように、周状に組み付ける（モルタルによって固着させる）ことによって形成されている（図２参照）。そして、定径部２ａの外周には、係合凹状部として機能する３本の周状の係合溝５ａ～５ｃが刻設されており、それらの係合溝５ａ～５ｃの下端と定径部２ａの下端との長さが、それぞれ、２３０ｍｍ，３７０ｍｍ，５１０ｍｍになっている。３つの係合溝５ａ～５ｃは、同一の形状を有しており、鉛直断面が略矩形状（すなわち、表層際の上下幅と奥側の上下幅とが略同一な断面コ字状）であり、上下幅が約４０ｍｍになっており、深さ（表層から奥側までの長さ）が約２５ｍｍになっている。上記の如く形成された内側耐火物層２は、下端を芯金３の落下抑止片３ｃによって支持させた状態になっている。

一方、当該芯金３の外側には、外側耐火物層６が設けられている。外側耐火物層６は、流動性を有する不定形耐火物であるキャスタブル（セメントキャスタブル）を、芯金３を覆う型枠内に流し込んで（鋳込んで）固化乾燥させたものであり、肉厚で有底の円筒状になっている。なお、かかる不定形耐火物によって形成された外側耐火物層６は、５００℃において６Ｍｐａの曲げ強度を有している。当該外側耐火物層６は、芯金３の外周、芯金３の下端、および内側耐火物層２の下端を、厚肉状に覆った状態になっている。そして、芯金３の外周と外側耐火物層６の表層との厚みが約１１０ｍｍになっており、芯金３の下端と外側耐火物層６の底部の表層との厚みが約１３０ｍｍになっている。さらに、外側耐火物層６を構成しているキャスタブルが、芯金３と内側耐火物層２との空間に隙間なく充填されて、内側耐火物層２の定径部２ａに設けられた係合凹状部５である３本の周状の係合溝５ａ～５ｃ内に入り込んだ状態になっている。そして、芯金３と内側耐火物層２との隙間から係合溝５ａ～５ｃ内に入り込んだ不定形耐火物と外側耐火物層６を構成する不定形耐火物とが一体になっている（連続した状態になっている）。

＜浸漬管の使用方法＞
図３は、上記の如く構成された浸漬管１の使用方法の一例を示したものである。浸漬管１は、２個一対で、真空脱ガス装置Ｍの下端際に固着されている環流管Ｃに接続され、下端際の部分を取鍋１４内の溶湯（溶融させた鉄）Ｓに浸漬させた状態で使用される。そのように設置された２個の浸漬管１，１の内の片方（図３の左側の浸漬管１ａ）は、上昇管として機能し、他方（図３の右側の浸漬管１ｂ）は、下降管として機能する。そして、真空脱ガス装置Ｍにおいて、真空脱ガス装置Ｍの上部槽１２および下部槽１３を真空状態にし、配管を介して上昇管である浸漬管１ａに不活性ガス（アルゴンガス等）を吹き込むと、取鍋１４内の溶湯が、下部槽１３側に引き込まれて上昇管である浸漬管１ａの溶湯通路（内側耐火物層２の内部）を上昇し、その後、下降管である浸漬管１ｂの溶湯通路を下降して取鍋１４に戻って環流する。かかる環流の過程において、溶湯の脱ガスが行われて真空脱ガス装置Ｍの外部に排出される。

浸漬管１ａ，１ｂにおいては、上記の如く真空脱ガス装置Ｍに装着されて脱ガスを実施する際に、熱負荷によって芯金３の下端際が開いてしまう事態が起こり得るが、浸漬管１ａ，１ｂの内側耐火物層２の外面には、係合溝５ａ～５ｃが刻設されており、それらの係合溝５ａ～５ｃ内に、外側耐火物層６を構成する不定形耐火物（セメントキャスタブル）が入り込んで固化しており、外側耐火物層６に対して内側耐火物層２がずり落ちる事態（すなわち、芯金３に対して内側耐火物層２が落下する事態）が生じない。

＜浸漬管の効果＞
浸漬管１は、上記の如く、内側耐火物層２が、高さ方向に長尺な耐火レンガを周状に組み付けることによって円筒状に形成されているとともに、内側耐火物層２の外面に係合凹状部５（係合溝５ａ～５ｃ）が刻設されており、外側耐火物層６を構成する不定形耐火物（セメントキャスタブル）が、芯金３と内側耐火物層２との隙間から係合凹状部５内に入り込み、その係合凹状部５内に入り込んだ不定形耐火物と外側耐火物層６を構成する不定形耐火物とが一体になっているため、熱負荷によって芯金３の下端際が開いてしまった場合でも、係合凹状部５内に入り込んでいる不定形耐火物によって、内側耐火物層（耐火レンガ）２（すなわち、定径部２ａ）が落下しないように保持されるため、環流管Ｃとの接合面（すなわち、上端の接合用フランジ４と環流管Ｃの接合用フランジとの間）等へ溶湯が侵入する事態（所謂、地金差し）を阻止することができる。また、浸漬管１は、熱負荷によって芯金３の下端際が開いてしまった場合でも内側耐火物層２が落下しないように保持されるため、長期間に亘って使用することができる。また、浸漬管１は、不定形耐火物層（すなわち、外側耐火物層６を構成するもの、および、芯金３と内側耐火物層２との間に充填されたもの（係合凹状部５への侵入部分を含む））を５００℃において５ＭＰａ以上の曲げ強度を有する不定形耐火物で形成することで、内側耐火物を堅固に保持することが可能になっている。さらに、浸漬管１は、形合凹状部５の大きさを上下幅３０～５０ｍｍ、かつ、深さ１０～３０ｍｍとすることで、係合溝５ａ～５ｃを起点とした内側耐火物層２へのクラックが発生しにくくなっている。

また、浸漬管１は、係合凹状部５が内側耐火物層２の上側の部分の外面に略水平に設けられた周状の係合溝５ａ～５ｃであるため、それらの係合溝５ａ～５ｃに入り込んでいる不定形耐火物（キャスタブル）による内側耐火物層（耐火レンガ）２（すなわち、定径部２ａ）の保持力が高いので、内側耐火物層２が落下する事態をより効果的に防止することができる。

さらに、浸漬管１は、芯金３の下端から係合溝５ａ～５ｃまでの長さが所定の範囲内（すなわち、２００ｍｍ以上５００ｍｍ未満）に調整されているため、熱負荷によって芯金３の下端際が開いてしまった場合でも、その影響が係合溝５ａ～５ｃと不定形耐火物（キャスタブル）との係合部分まで及ばないので、環流管Ｃとの接合面等へ溶湯が侵入する事態（地金差し）をより高い精度で阻止することができる上、非常に長い期間に亘って使用することができる。

＜浸漬管の変更例＞
本発明に係る浸漬管は、上記した実施形態の態様に何ら限定されるものではなく、芯金、内側耐火物層、外側耐火物層の材質、形状、構造、大きさ等の構成を、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、必要に応じて適宜変更することができる。

たとえば、本発明に係る浸漬管は、上記実施形態の如く、不定形耐火物層をセメントの混合割合が５％を上回る通常のセメントキャスタブルによって形成したものに限定されず、不定形耐火物層をセメントの混合割合が５％以下の低セメントキャスタブルによって形成したものや、セメントキャスタブルや低セメントキャスタブル以外のキャスタブルによって形成したもの等に変更することも可能である。また、本発明に係る浸漬管は、上記実施形態の如く、不定形耐火物層を単一の種類の不定形耐火物によって形成したものに限定されず、たとえば、係合凹状部と接する部分を低セメントキャスタブルもしくはノンセメントキャスタブル等よって形成するとともに、それ以外の不定形耐火物層(芯金３の外周や芯金３の下端等)を通常のセメントキャスタブル等で形成したもの等とすることも可能である。なお、浸漬管の不定形耐火物層を、５００℃において５ＭＰａ以上の曲げ強度を有する不定形耐火物（ノンセメントキャスタブル、低セメントキャスタブル等）によって形成すると、内側耐火物層の脱落防止効果がより精度の高いものとなるので好ましく、５００℃において１０ＭＰａ以上の曲げ強度を有する不定形耐火物によって形成すると、より好ましい。一方、浸漬管の不定形耐火物層を、５００℃において２０ＭＰａを上回る曲げ強度を有する不定形耐火物によって形成すると、耐スポーリング性が低下し、昇温・降温時の温度差によって亀裂が生じ易くなるので好ましくない。

また、内側耐火物層は、上記実施形態の如く、マグネシアカーボン質材からなる耐火レンガを組み付けることによって形成したものに限定されず、マグネシアクロム質材からなる耐火レンガや炭化ケイ素質材からなる耐火レンガ等のマグネシアカーボン質材以外の各種の酸性耐火物，中性耐火物，塩基性耐火物からなる耐火レンガを組み付けることによって形成したもの等に変更することも可能である。なお、内側耐火物層を、マグネシアカーボン質材やマグネシアクロム質材を主成分とするの塩基性耐火物からなる耐火レンガを組み付けることによって形成したものとした場合には、内側耐火物層と不定形耐火物との固着強度がより高いものとなり、浸漬管の内側耐火物の脱落防止性能がより良好なものとなるので好ましい。

さらに、本発明に係る浸漬管は、上記実施形態の如く、内側耐火物層の下端面を平坦にするとともに、芯金の下端際に、落下抑止片を固着させたものに限定されず、内側耐火物層の保持力を向上させる目的で、内側耐火物層の下端面に規則的な凹凸を形成するとともに、芯金の下端際に、内側耐火物層の下端面の凹凸に合致する凹凸を形成した扁平なドーナッツ状の落下抑止片を固着させたもの等に変更することも可能である。

加えて、内側耐火物層の外周に設ける係合凹状部は、上記実施形態の如き、周状の係合溝に限定されず、単一あるいは複数の円柱状や角柱状の凹部等に変更することも可能である。また、内側耐火物層の外周に設ける係合凹状部を周状の係合溝とする場合でも、当該係合溝の形状は、上記実施形態の如き、断面が矩形状のものに限定されず、断面が台形状や逆台形状（所謂、アリ溝状）のものや、断面がＵ字状（横向きのＵ字状）のものに変更することも可能である。さらに、内側耐火物層の外周に断面が矩形状の周状の係合溝を設ける場合でも、当該係合溝の大きさは、上記実施形態の如き大きさ（上下幅＝４０ｍｍ×深さ（表層から奥側までの奥行き）＝２５ｍｍ）のものに限定されず、上下幅が３０～５０ｍｍとなり、かつ、深さが１０～３０ｍｍとなるように、必要に応じて適宜変更することができる。なお、上記実施形態の如く、内側耐火物層の外周に断面が略正方形状（すなわち、上下幅と深さとが略同一）の周状の係合溝を設けた場合には、係合溝の周囲にクラックが発生しにくくなる、というメリットがある。

また、本発明に係る浸漬管は、上記実施形態の如く、係合凹状部として３本の周状の係合溝を設けたものに限定されず、単一の周状の係合溝を設けたもの、図４の如く２本の周状の係合溝５ａ，５ｂを設けたものや、４本以上の周状の係合溝を設けたものに変更することも可能である。周状の係合溝の形状や本数は、内側耐火物層の重量等に応じて調整することが必要である。

周状の係合溝の上下幅が３０～５０ｍｍの範囲内であると、内側耐火物層の保持機能が良好なものとなるので好ましい。また、内側耐火物層の厚みが１００ｍｍ以下の場合には、周状の係合溝の深さ（奥行き）を１０～２０ｍｍの範囲内に調整するのが好ましく、内側耐火物層の厚みが１００ｍｍを上回る場合には、周状の係合溝の深さ（奥行き）を２０～３０ｍｍの範囲内に調整するのが好ましい。内側耐火物層の厚みが１００ｍｍ以下の場合に、２０ｍｍより深い周状の係合溝を設けると、溝自体が内側耐火物層のクラック発生の起点となり、内側耐火物層内部へ溶鋼が侵入する虞れがある。また、内側耐火物層の長さ（図４におけるｂ）が４００ｍｍ以下である場合には、周状の係合溝を２本刻設することによって、十分な内側耐火物層の保持機能を発現させることが可能となる。反対に、内側耐火物層の長さが４００ｍｍを上回る場合には、周状の係合溝を３本以上刻設することによって、十分な内側耐火物層の保持機能を発現させることが可能となる。

また、本発明に係る浸漬管は、上記実施形態の如く、芯金の下端から最下の係合溝の下端までの長さ（図４におけるａ）を２３０ｍｍに調整したものに限定されず、内側耐火物層の下端から最下の係合溝の下端までの長さを必要に応じて適宜変更することができる。芯金の下端から最下の係合溝の下端までの長さは、２００ｍｍ以上５００ｍｍ以下であると好ましく、２００ｍｍ未満であると、熱負荷によって芯金の下端際が開いてしまった場合の影響が係合溝の設置部分まで及び、係合溝内のキャスタブルが外れてしまう虞れが生じるので好ましくなく、芯金の下端から最下の係合溝の下端までの長さが５００ｍｍを上回ると、構造的に不経済となるので好ましくない。

また、本発明に係る浸漬管は、図５の如く、外側耐火物層６の保持強度を高めるために、芯金３の下側の外周にＶ字状やＹ字状の金属製スタッド（丸棒等をＶ字状やＹ字状に折り曲げたもの）１５，１５・・を固着（溶接あるいはボルト等による螺着）させたものや、熱負荷によって芯金３の下端際が開く事態を防止するために、芯金３の下端際の外周に単一あるいは複数の金属（丸棒等）製のリング体１６，１６・・を巻回させたもの等に変更することも可能である。

本発明に係る浸漬管は、上記の如く優れた効果を奏するものであるので、溶鋼を二次精錬する際に真空脱ガス装置に装着して上昇管あるいは下降管として機能させる部材等として好適に用いることができる。

１・・浸漬管
２・・内側耐火物層
３・・芯金
４・・フランジ
５ａ，５ｂ，５ｃ・・係合溝
６・・外側耐火物層
３ｃ・・落下抑止片
Ｍ・・真空脱ガス装置

Claims

上端にフランジを設けた筒状の芯金と、
レンガによって筒状に形成されており前記芯金の内側に設けられた内側耐火物層と、
前記芯金の外側を覆うように設けられた不定形耐火物からなる外側耐火物層とを有する溶鋼処理用の浸漬管であって、
前記内側耐火物層が、高さ方向に長尺な耐火レンガを周状に組み付けることによって円筒状に形成されているとともに、
その内側耐火物層の外面に係合凹状部が形成されており、前記外側耐火物層を構成する不定形耐火物が、前記芯金と前記内側耐火物層との隙間から前記係合凹状部内に入り込み、その係合凹状部内に入り込んだ不定形耐火物と外側耐火物層を構成する不定形耐火物とが一体になっており、かつ、
その不定形耐火物が、５００℃において５ＭＰａ以上の曲げ強度を有するものであるとともに、
前記係合凹状部の上下幅が３０ｍｍ以上５０ｍｍ未満であり、かつ、前記係合凹状部の深さが１０ｍｍ以上３０ｍｍ未満であることを特徴とする浸漬管。
前記係合凹状部が、前記内側耐火物層の外面に略水平に設けられた周状の係合溝であることを特徴とする請求項１に記載の溶鋼処理用の浸漬管。
前記芯金の下端から前記係合溝までの長さが２００ｍｍ以上５００ｍｍ未満に調整されていることを特徴とする請求項２に記載の溶鋼処理用の浸漬管。