JPH09296212A

JPH09296212A - ガス吹き込みランス

Info

Publication number: JPH09296212A
Application number: JP10936096A
Authority: JP
Inventors: Yoshikazu Miyagawa; 宮川義和; Mitsuaki Hisatsune; 久恒光昭; Tomio Mizuno; 水野富生
Original assignee: Harima Ceramic Co Ltd; Nippon Steel Corp
Current assignee: Harima Ceramic Co Ltd; Nippon Steel Corp
Priority date: 1996-04-30
Filing date: 1996-04-30
Publication date: 1997-11-18

Abstract

(57)【要約】【課題】溶銑鍋、混銑車などで行われる溶銑予備処理
あるいは真空脱ガス装置での浸漬管下方からのガス吹き
込みに使用されるランスにおいて、その耐用性を向上さ
せるための被覆耐火物の材質改善を図る。【解決手段】外周に多数のスタッドを設けたガス流通
管をキャスタブル耐火物で被覆して成るガス吹き込みラ
ンスにおいて、前記キャスタブル耐火物を、粒径２０ｍ
ｍ未満の耐火骨材１００ｗｔ％、および該耐火骨材１０
０ｗｔ％に対する外掛けで、炭素成分を３〜３５ｗｔ％
含有する粒径２０〜１００ｍｍの耐火物粗大粒子５〜５
０ｗｔ％と金属ファイバー１〜８ｗｔ％を配合してなる
キャスタブル耐火物としたことを特徴とするガス吹き込
みランスである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐用性に優れたガ
ス吹き込みランスに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶銑鍋、混銑車などで行われる溶銑予備
処理あるいは真空脱ガス装置でのガス吹き込みに使用さ
れるランスは、溶融金属中に浸漬した状態で使用される
ことから、外周が耐火物で被覆されている。

【０００３】溶銑予備処理で使用されるランスは、各種
のガスあるいは脱硫剤、脱リン剤、脱酸剤などを溶銑内
に吹き込む。その一般的な構造は、図１の断面図に示す
ように鋼管よりなるガス流通管（１）の外周をスタッド
（２）で支持された耐火物（３）で被覆して成る。ま
た、耐火物（３）の材質は施工性の面から、キャスタブ
ル耐火物が使用されている。

【０００４】一方、真空脱ガス装置で使用されるランス
は、浸漬管の下方から不活性ガスあるいはこの不活性ガ
スをキャリアーとして合金などの溶鋼成分調整剤を真空
槽内の溶鋼に吹き込む。この場合の不活性ガスは、溶鋼
を真空槽内に上昇させるガスリフトとしての役割をも有
している。

【０００５】ランスに被覆された耐火物は、溶融金属に
よる溶損作用に加え、ガスバブリングによる摩耗作用に
よって損耗される。また、ランスは溶融金属中への浸漬
と溶融金属中からの引上げを繰り返すため、その際に受
ける熱衝撃によるスポーリングによっても損耗される。

【０００６】そこで、これらの損耗作用に対抗する材質
として、例えば特開昭５９−２３２９７３号公報にて金
属ファイバー添加のアルミナ−マグネシア質キャスタブ
ル耐火物が提案されている。また、キャスタブル耐火物
の耐スポーリング性を向上させる技術として、例えば特
公平５−８７４７０号公報に記載されているように、耐
火物粗大粒子を添加することが知られている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ランスに被覆された耐
火物は、使用中の高温で焼結が進むにつれて収縮する
が、この収縮がスタッドによって拘束される。また、ガ
ス噴出に伴う激しい振動を受ける。耐火物はスタッドに
よるこの拘束下において、ガス噴出に伴う振動がスタッ
ドを介し伝播されるため、亀裂と剥離の発生が著しく、
しかも、この亀裂からの耐火物組織中への溶融金属・ス
ラグの侵入が、ランスの耐用寿命を著しく短いものにし
ている。

【０００８】本発明は、ガス吹き込みランスにおいて、
被覆耐火物の耐スポーリング性を向上させることで亀裂
と剥離を防止することを目的とする。

【０００９】

【課題点を解決するための手段】本発明は、外周に多数
のスタッドを設けたガス流通管をキャスタブル耐火物で
被覆して成るガス吹き込みランスにおいて、前記キャス
タブル耐火物を、粒径２０ｍｍ未満の耐火骨材１００ｗ
ｔ％、および該耐火骨材１００ｗｔ％に対する外掛け
で、炭素成分を３〜３５ｗｔ％含有する粒径２０〜１０
０ｍｍの耐火物粗大粒子５〜５０ｗｔ％と金属ファイバ
ー１〜８ｗｔ％を配合してなるキャスタブル耐火物とし
たことを特徴とするガス吹き込みランスである。

【００１０】また本発明は、外周に多数のスタッドを設
けたガス流通管をキャスタブル耐火物で被覆して成るガ
ス吹き込みランスにおいて、前記キャスタブル耐火物
を、粒径２０ｍｍ未満の耐火骨材１００ｗｔ％、および
該耐火骨材１００ｗｔ％に対する外掛けで、炭素成分を
３〜３５ｗｔ％含有する粒径２０〜１００ｍｍの耐火物
粗大粒子５〜５０ｗｔ％と炭素成分を含有しないかまた
は炭素成分を３ｗｔ％未満含有する粒径２０〜１００ｍ
ｍの耐火物粗大粒子２０ｗｔ％以下および金属ファイバ
ー１〜８ｗｔ％を配合し、かつ前記の耐火物粗大粒子の
合量が５０ｗｔ％以下であるキャスタブル耐火物とした
ことを特徴とするガス吹き込みランスである。

【００１１】従来、キャスタブル耐火物の耐スポーリン
グ性を目的として耐火物粗大粒子を配合することが知ら
れている。本発明では耐火物粗大粒子として、特定量の
炭素を含有したものを使用する。

【００１２】ランスは溶融金属中への浸漬と大気中での
冷却の繰り返しで使用されることから、耐火物はそれに
伴う呼吸現象によって、炭素成分を含有した材質の場
合、炭素成分の酸化が促進される。炭素成分が通常の耐
火粒子として配合されていると、炭素成分の酸化は耐火
組織をぜい弱化し、耐食性低下の原因となる。

【００１３】しかし、粒径が２０ｍｍ以上でしかも炭素
成分を３〜３５ｗｔ％含有した粗大粒子を配合した本発
明で使用する耐火物の場合、耐食性を低下させることな
く耐スポーリング性が向上し、ランスの耐用寿命が格段
に向上する。しかも耐火物粗大粒子が２０ｍｍ以上であ
ることから、この耐火物粗大粒子がスタッド効果をもつ
ため、その分スタッド設置数量を少なくすることができ
る。

【００１４】これらの効果は、次の理由によるものと考
えられる。

【００１５】ランス用耐火物が受けるスタッドの拘束
応力やガス噴出によるスタッドを介しての振動伝播が、
粗大粒子表面部の炭素成分の酸化で形成されたぜい弱層
によって緩和される。粗大粒子の配合とこの粗大粒子が
炭素成分を含有していることで、耐火物組織の使用中の
過焼結が防止される。これらが耐スポーリング性の向上
に作用する。

【００１６】炭素成分が粗大粒子内に含有されている
ために、酸化される炭素成分の割合が少なく、炭素成分
の酸化が耐食性を低下させることもない。

【００１７】後述する実施例２の配合組成のキャスタブ
ル耐火物において、耐火物粗大粒子中の炭素成分の割合
のみ変化させ、他は同実施例と同材質にしたキャスタブ
ル耐火物をランスに使用し、耐用性（ｍｍ／チャージ）
を測定した結果を図２のグラフに示す。このグラフの結
果から、耐火物粗大粒子中の炭素成分の割合が３〜３５
ｗｔ％の範囲において、耐用性に優れることが確認でき
る。

【００１８】粒径２０〜１００ｍｍの耐火物粗大粒子
を使用することで粗大粒子の周辺にマイクロクラックが
生成しガス流通管と耐火物との膨張差による縦・横亀裂
の発生を緩和しえる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明において、ガス流通管の外
周に設けるスタッドの形状は特に限定されない。図１に
示すＶ字型の他、例えばＹ字型、Ｔ字型などでもよい。
ガス流通管の外周に適当な間隔を設けて多数立設する。
また、ガス流通管はストレート型、図１に示すＴ字型、
真空脱ガス装置で使用されるＪ字型などがある。

【００２０】被覆耐火物は、鋳込みによって施工するキ
ャスタブル耐火物とする。型枠を用いてガス流通管の外
周に直接施工してもよいし、図には示していないがガス
流通管との間にセラミックウールなどの断熱材を介在し
て施工してもよい。

【００２１】耐火物の耐火骨材の種類とその割合は従来
材質と特に変わりない。例えば、アルミナ、アルミナ−
シリカ、シリカ、ジルコン、アルミナ−クロムなどの酸
性質または中性質、あるいは焼結または電融のマグネシ
ア、マグネシア−カルシア、ドロマイトなどの塩基性質
が使用できる。アルミナ、アルミナ−シリカあるいはシ
リカの具体例は、焼結アルミナ、電融アルミナ、シャモ
ット、ムライト、ばん土けつ岩、ボーキサイト、アンダ
ルサイト、シリマナイト、ろう石、けい石、コージェラ
イトなどである。

【００２２】耐火骨材の粒径は、２０ｍｍ未満、好まし
くは１０ｍｍ以下とし、この範囲内で密充填の耐火物組
織が得られるように、粗粒、中粒、微粒に調整する。微
粉部には常法どおり、アルミナ超微粉あるいはシリカ超
微粉を配合することが好ましい。

【００２３】本発明では、炭素成分３〜３５ｗｔ％含有
する粒径２０〜１００ｍｍの耐火物粗大粒子を、前記の
粒径２０ｍｍ未満の耐火骨材１００ｗｔ％に対する外掛
けで５〜５０ｗｔ％配合する。

【００２４】耐火物粗大粒子の製造は、例えば前記した
酸性質、中性質あるいは塩基性質の耐火骨材を粗粒、中
粒、微粒に粒度調整し、これに炭素成分を内掛けで３〜
３５ｗｔ％添加した配合物に適量の結合剤を添加し、成
形したものである。結合剤は、この成形を鋳込みで行う
場合はアルミナセメント、マグネシアセメントなどが好
ましく、加圧成形ではフェノール樹脂、ピッチなどが好
ましいまた、炭素成分の酸化防止剤として、耐火骨材１００ｗ
ｔ％に対する外掛けで、金属粉（Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇある
はその合金など）ガラス粉などを１〜５ｗｔ％程度、炭
化珪素を１〜２０ｗｔ％程度添加してもよい。

【００２５】この耐火物粗大粒子は、不焼成品、焼成
品、炉材使用後品のいずれでもよい。炉材使用後品の使
用は、経済性の面で好ましい。不焼成品では前記のとお
り成形した後、加熱乾燥したものとする。焼成品ではさ
らに１０００℃前後で焼成する。炉材使用後品では、炭
素成分を３〜３５ｗｔ％含む不焼成または焼成の炭素含
有耐火物の使用後品である。粒径は、粉砕によって２０
〜１００ｍｍの範囲に調整する。

【００２６】耐火物粗大粒子に含有させる炭素成分は、
りん状黒鉛、土状黒鉛、ピッチコークス、カーボンブラ
ック、電極屑、無煙炭などより選ばれる一種以上とす
る。結合剤にフェノール樹脂やピッチを使用した場合
は、少量であるが、これらの結合剤からの残炭からも供
給される。

【００２７】耐火物粗大粒子中に占める炭素成分の割合
は、３ｗｔ％未満では耐スポーリング性の効果が不十分
となり、３５ｗｔ％を超えると炭素の酸化が過多となっ
て耐食性が低下する。

【００２８】耐火物粗大粒子の粒径は、２０ｍｍ未満で
は耐スポーリング性の効果が得られず、１００ｍｍを超
えると施工時の流動性が低下して施工作業が困難とな
る。また、粒径２０ｍｍ未満の耐火骨材１００ｗｔ％に
対する耐火物粗大粒子の割合は、外掛けで５ｗｔ％未満
では耐スポーリング性の効果が不十分となり、５０ｗｔ
％を超えると施工体の強度が低下する。

【００２９】また、以上の炭素含有の耐火物粗大粒子を
粒径２０ｍｍ未満の耐火骨材１００ｗｔ％に対する外掛
けで５〜５０ｗｔ％配合しておれば、炭素成分を含有し
ないかまたは炭素成分を３ｗｔ％未満を含有する粒径２
０〜１００ｍｍの耐火物粗大粒子を併用して配合しても
よい。炭素成分を含有しないかまたは炭素成分を３ｗｔ
％未満を含有する耐火物粗大粒子の配合が多くなると、
前記炭素含有の耐火物粗大粒子がもつ耐スポーリング性
の効果が損なわれることから、２０ｗｔ％以下の割合に
することが必要である。

【００３０】炭素成分を含有しないかまたは炭素成分を
３ｗｔ％未満を含有するこの耐火物粗大粒子を併用する
場合、前記炭素含有の耐火物粗大粒子との合量が粒径２
０ｍｍ未満の耐火骨材１００ｗｔ％に対する外掛けで５
０ｗｔ％を超えると施工体の強度が低下して好ましくな
い。

【００３１】金属ファイバーの配合は従来材質と同様で
ある。金属ファイバーは、主として耐摩耗性を向上させ
る効果をもつ。また、耐火物組織に亀裂が生じても、そ
の亀裂の拡大防止あるいは亀裂部分からの剥離を防止す
る。その割合は、耐火骨材１００ｗｔ％に対する外掛け
で１ｗｔ％未満では前記の効果が得られず、８ｗｔ％を
超えると金属ファイバーは低融点物質であるために耐食
性が低下する。

【００３２】金属ファイバーの具体的な材質は、例えば
鉄、炭素鋼、ステンレス鋼などがある。耐熱性の面か
ら、中でもステンレス鋼が好ましい。

【００３３】結合剤、分散剤、乾燥促進剤（Ａｌ金属
粉、有機質ファイバーなど）、硬化促進剤などの添加
は、従来のキャスタブル耐火物の製造技術と同じであ
る。

【００３４】結合剤としては、アルミナセメント、マグ
ネシアセメントなどが好ましい。分散剤の具体例として
は、ヘキサメタリン酸ソーダ、トリポリリン酸ソーダ、
ポリアクリル酸ソーダなどである。有機質ファイバー
は、例えばビニロン（ホルマール未処理を含む）、ナイ
ロン、ポリエステル、ポリプロピレンなどである。

【００３５】施工は常法通り、外掛けで４〜１０重量％
程度の水分を添加して混練し、型枠を用いて鋳込みによ
って行う。鋳込みの際には充填性を向上させるため、型
枠などに振動を付与する。

【００３６】

【実施例】つぎに本発明実施例とその比較例をあげ、同
時にそれらの試験結果を示す。

【００３７】表１は、各例で使用した耐火物粗大粒子の
材質である。耐火物粗大粒子ＡおよびＣは、同表に示す
配合物に結合剤としてフェノール樹脂を添加し、混練、
加圧成形後、２５０℃で加熱乾燥し、さらに粉砕によっ
て粒径を調整した不焼成品である。耐火物粗大粒子Ｂお
よびＤは、同表に示す配合物を前記の耐火物粗大粒子Ａ
およびＣと同様にして混練、加圧成形、加熱乾燥したも
のを、さらに１０００℃にて還元焼成後、粉砕によって
粒径を調整した。耐火物粗大粒子Ｅは、同表に示す配合
物よりなる不焼成れんがの使用後品を粉砕し、粒径を調
整したものである。また、耐火物粗大粒子Ｆは、焼結ア
ルミナ原料を単に粉砕して粒径を調整したものである。

【００３８】表２は、各例の配合組成とその試験結果で
ある。以下に、その試験方法を示す。

【００３９】各例は、表２に示す配合物に施工水を添加
し、混練後、型枠に振動を付与しつつ鋳込み施工した。

【００４０】見掛気孔率：１１０℃で加熱後と１４００
℃で加熱後のそれぞれについて、ＪＩＳ＝Ｒ２２０５−
７４に準じて測定した。

【００４１】耐食性：回転侵食試験により溶銑・スラグ
による損耗速度を測定した。比較例１の溶損速度を１０
０とした指数で示し、数値が小さいほど耐食性に優れて
いる。

【００４２】残存線変化率：１４００℃で加熱後のもの
について、ＪＩＳ＝Ｒ２５５４−７６に準じて測定し
た。

【００４３】実機試験：実機試験では、多数のＶ字型ス
タッドを立設したガス流通管の外周に、型枠に振動を付
与した状態で鋳込み、養生、乾燥してガス吹き込みラン
スを得た。この場合、ガス流通管の直径１１４ｍｍ、耐
火物の被覆厚さは１３３ｍｍである。このランスを４５
０ｔ混銑車における溶銑予備処理に使用し、混銑車１０
チャージの処理後、損耗速度および亀裂の発生状況を測
定した。

【００４４】

【表１】

【００４５】

【表２】

【００４６】表２の試験結果が示すとおり、本発明実施
例の耐火物は過焼結されないために、見掛気孔率が１４
００℃加熱後においても大巾な低下は見られない。これ
は、耐火物粗大粒子の配合とその耐火物粗大粒子が炭素
含有材質であることに起因している。そして、この過焼
結の防止は耐スポーリング性に効果がある。

【００４７】本発明実施例の耐火物は耐食性に優れ、し
かも残存線変化率において、適度な残存膨脹を有してい
る。適度な残存膨脹はスタッドによる拘束応力を少なく
し、耐スポーリング性に効果がある。

【００４８】また、実機試験においては、本発明実施例
のランスが損耗速度が小さく、かつ亀裂の発生が少ない
ことが実証された。

【００４９】これに対し耐火物粗大粒子を配合しない比
較例１は、過焼結が進み、また残存線変化率が大巾な収
縮傾向に有り、実機試験においてその寿命はきわめて短
い。比較例２および比較例３は、炭素成分を含有しない
耐火物粗大粒子を配合した材質であり、前記比較例１に
比べると過焼結の程度、残存線変化率の収縮傾向ともに
少ないが、本発明実施例より耐用寿命が劣る。

【００５０】比較例４は、炭素成分を含有した耐火物粗
大粒子の粒径が本発明の限定範囲より小さく、耐スポー
リング性に劣るためか、実機試験において亀裂の発生が
多く、耐用寿命に劣る。

【００５１】炭素成分を含有した耐火物粗大粒子の配合
割合が多過ぎる比較例５と、炭素成分を含有した耐火物
粗大粒子と炭素成分を含有しない耐火物粗大粒子との合
量が多過ぎる比較例６は、施工時に十分な流動性が得ら
れず、施工体の強度不足を招き、耐用寿命が劣る。

【００５２】比較例７は、耐火物粗大粒子中の炭素成分
の割合が本発明範囲より多過ぎるため、粗大粒子表面部
の炭素成分の酸化で形成された脆弱層の範囲が大きくな
り、耐スポーリング性、耐用寿命ともに劣る。

【００５３】

【発明の効果】本発明が対象とする技術分野のガス吹き
込みランスは、溶融金属による溶損作用、ガスバブリン
グによる摩耗作用、さらには溶融金属中への浸漬と引上
げの繰り返しによる熱衝撃などその使用条件はきわめて
厳しい。しかも、被覆耐火物は使用中の高温で焼結が進
むにつれて収縮する際に、この収縮がスタッドによって
拘束された状態でガス噴出に伴う激しい振動を受けると
いう、他の耐火物の用途では見ることのできない特有か
つ厳しい使用条件下にさらされる。

【００５４】本発明は被覆耐火物について、以上に説明
したとおり、ガス吹き込みランスに見られる特有かつ過
酷な使用条件に対応した材質改善を図った結果、ガス吹
き込みランスの耐用寿命を格段に向上させたものであ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】ガス吹き込みランスの一般的な構造の部分断面
図である。

【図２】キャスタブル耐火物に配合した耐火物粗大粒子
中の炭素成分の割合と、これを被覆したガス吹き込みラ
ンスの耐用性との関係を示したグラフ。

【符号の説明】

１…ガス流通管２…スタッド３…被覆耐火物４…耐火物粗大粒子

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水野富生兵庫県高砂市荒井町新浜１丁目３番１号ハリマセラミック株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外周に多数のスタッドを設けたガス流通
管をキャスタブル耐火物で被覆して成るガス吹き込みラ
ンスにおいて、前記キャスタブル耐火物を、粒径２０ｍ
ｍ未満の耐火骨材１００ｗｔ％、および該耐火骨材１０
０ｗｔ％に対する外掛けで、炭素成分を３〜３５ｗｔ％
含有する粒径２０〜１００ｍｍの耐火物粗大粒子５〜５
０ｗｔ％と金属ファイバー１〜８ｗｔ％を配合してなる
キャスタブル耐火物としたことを特徴とするガス吹き込
みランス。
【請求項２】外周に多数のスタッドを設けたガス流通
管をキャスタブル耐火物で被覆して成るガス吹き込みラ
ンスにおいて、前記キャスタブル耐火物を、粒径２０ｍ
ｍ未満の耐火骨材１００ｗｔ％、および該耐火骨材１０
０ｗｔ％に対する外掛けで、炭素成分を３〜３５ｗｔ％
含有する粒径２０〜１００ｍｍの耐火物粗大粒子５〜５
０ｗｔ％と炭素成分を含有しないかまたは炭素成分を３
ｗｔ％未満含有する粒径２０〜１００ｍｍの耐火物粗大
粒子２０ｗｔ％以下および金属ファイバー１〜８ｗｔ％
を配合し、かつ前記の耐火物粗大粒子の合量が５０ｗｔ
％以下であるキャスタブル耐火物としたことを特徴とす
るガス吹き込みランス。
【請求項３】耐火物粗大粒子が不焼成品、焼成品また
は炉材使用後品である請求項１または２記載のガス吹き
込みランス。