JP4274016B2 - 耐火物被覆ランスの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶銑予備処理、溶鋼処理等に使用される耐火物被覆ランスの製造方法に関する。

耐火物被覆ランスは、取鍋等の容器内に受け入れられた溶銑や溶鋼等の溶融金属に浸漬し、溶融金属の攪拌のためのガス、または、ガスと共に精錬剤のフラックスを溶融金属中に吹き込むために使用される。

耐火物被覆ランスから溶融金属中に吹き込まれたガスは溶融金属中で気泡となり、その気泡が溶融金属との比重差によって溶融金属中を上昇し、その途中で溶融金属を攪拌し、かつ溶融金属中の介在物を吸着する。また、耐火物被覆ランスから溶融金属中に吹き込まれた精錬用フラックスは、例えば溶銑中の硫黄、燐等の溶融金属中の不純物と反応した後、溶融金属表面に浮上することによって不純物を除去する。更に、溶融金属表面に浮上したフラックスは溶融金属表面を覆い、溶融金属の表面からの放熱防止および溶融金属中に浮遊している介在物の吸収等の機能を有している。

即ち、この種の耐火物被覆ランスは、一般に図５に示すように、ガス吹き込み用として溶融金属の攪拌および精錬を行うために使用される。図５に示すように取鍋１１に溶融金属１４を注入し、耐火物被覆ランス１３を用いて、攪拌のためのガスまたは精錬のためのガスおよびフラックスを吹き込んでいる。図５において、１６は気泡（バブリング）、１５はスラグを示す。一般に耐火物被覆ランスは図６に示すような構造からなっている。芯金と言われている金属管１７はその下端近傍にガス吹き込み口１７aを有している。その外側はキャスタブル耐火物１８で被覆している。ガスまたはガスとフラックスは、通常芯金の上端から送入される。耐火物被覆ランスは、一般には上述したような使用を間欠的に繰り返して行われる。
容器内での溶融金属の処理が完了すると、耐火物被覆ランスは溶融金属から取り出され、耐火物被覆ランス置場で放冷される。

しかし、耐火物被覆ランスの使用環境は苛酷であり、その寿命は短い。そのランスの寿命の短い原因の１つとして、１回の溶融金属の攪拌および精錬処理を行ってから、次の処理までの間に、待機時間という溶融金属に浸漬されない状態がある。溶融金属中に浸漬された後、例えば空気中に置かれると、耐火物被覆ランスには熱の変化が加わり、その際、芯金とキャスタブル耐火物との間の熱膨張差が大きく、これがランスの寿命を短くしている原因として挙げられる。
このような状況において、芯金と耐火物との間に物理的な歪みを生じ、耐火物の亀裂、剥離そして芯金の曲がりを生じる。

特開昭５９−１４５７１９号、特開昭５９−１４５７２０号、特開昭５９−１４５７２２号には、上述した問題の対策方法が開示されている。即ち、溶融金属の攪拌および精錬を行った後に耐火物被覆ランス内に常温、または常温以下で冷却用ガスとしてN２、空気、CO2、Ar等を吹き込み、または冷却水を流し込み、精錬処理後の耐火物被覆ランスの急激な温度変化を防止している。冷却水を流し込む場合は耐火物被覆ランスの吐出口に水回収装置が設置される。

しかしながら、耐火物被覆ランスは第５図に示すように、使用時はガス攪拌によって耐火物被覆ランスの吐出孔およびその吐出孔の近傍は溶融金属が激しく渦をまき、その流れによって吐出孔およびその周りのキャスタブル耐火物部分が磨耗され損傷する。そのため耐火物被覆ランスの芯金とキャスタブル耐火物のその他の部分が損傷せず、健全で使用可能な状態にあっても、吐出孔、吐出孔の周りの耐火物部分が磨耗損傷することにより、耐火物被覆ランスが全体として使用することが出来ない状態になるという問題がある。

この対策として、特開平２−１７９８１６には、流体通路を有するキャスタブル耐火物で被覆された芯金と、吐出孔を有する対磨耗性のプレキャストブロックからなり、それらの流体通路と吐出孔とが連通するように一体的に形成された耐火物被覆ランスが開示されている。即ち、吐出孔および吐出孔の周りの部分を耐摩耗性のプレキャストブロックで一体的に形成し、使用においてそれらの連通孔を通して流体を吐出するので、磨耗損傷の低下が期待される。

上述したように、ランス耐火物の溶損、芯金の曲り、耐火物の亀裂対策は、施工条件においては、添加水分、振動時間等を調整し、材料においては、材料成分、添加金属ファイバー量を調整することによって改善が期待される。
特開昭５９−１４５７１９号公報 特開昭５９−１４５７２０号公報 特開昭５９−１４５７２２号公報 特開平２−１７９８１６号公報

耐火物被覆ランスは、通常、横鋳込み施工によって製造される。枠内の中心部に所定の部位で芯金を支持しつつ配置し、耐火物材をその周りに流し込んで耐火物被覆ランスを施工する。耐火物材は、硬化剤、分散材を配合した耐火原料に、水を加えて混練し、型枠に流し込み芯金の周りを覆うようにし、数時間以上の養生を行って、耐火原料が固まった後、型枠を脱枠する。即ち、例えば３つの支点で芯金を支えながら、枠内に配置された芯金の周りに均一に耐火物材を流し込む。

このように耐火物被覆ランスの施工時に、横向きに芯金を置いて施工する場合には、通常、施工時の上下方向に芯金の自重によって芯金の上方向の耐火物と芯金の外表面との間には間隙ができる。その後、型枠を脱枠して、耐火物被覆ランスの乾燥を行うが、操作の都合上、乾燥時も施工時と同一方向において行っていた。
従って、ランス芯金の自重により、ランス施工時からランス乾燥時において、芯金の上側の耐火物に隙間が発生していた。従来、このような状態で耐火物被覆ランスは使用されていたが、使用状態によっては芯金の曲がり、耐火物の亀裂の発生の原因の１つになっていた。

従って、この発明の目的は、耐火物被覆ランスの芯金周辺の隙間の生成量をコントロールして、使用条件に対応して耐用性が向上できる耐火物被覆ランスの製造方法を提供することにある。

本発明者は、上述した従来技術の問題点を解決すべく鋭意研究を重ねた。その結果、型枠内に芯金を配置し、耐火物材料を流し込んで耐火物被覆ランスを施工する第１の段階、型枠を脱枠し、施工した耐火物被覆ランスを乾燥させる第２の段階において、基準面（施工時の芯金の中心軸に垂直な面）に関して、芯金の中心軸の周りに所定の角度だけ回転させて、施工時と異なる位置において乾燥を行うと、芯金の周りの所定の部分において、耐火物の疎な部分（即ち、間隙部分）と密な部分を形成することができることが判明した。更に、状況によって、芯金の回りに耐火物の組織の疎な部分を形成することができることが判明した。

この発明は、上記知見に基づいてなされたものであって、この発明の耐火物被覆ランスの製造方法の第１の態様は、型枠内において所定の部位で芯金を支えつつ芯金の周りに耐火材を流し込んで耐火物被覆ランスを形成する第１のステップと、形成された耐火物被覆ランスの前記型枠を取り外し乾燥する第２のステップとからなる耐火物被覆ランスの製造方法であって、前記芯金が前記第１のステップにおける位置と基準面（施工時の芯金の中心軸に垂直な面）が異なる位置において、前記第２のステップにおける乾燥を行う耐火物被覆ランスの製造方法である

この発明の耐火物被覆ランスの製造方法の第２の態様は、前記芯金の周りの前記耐火物の組織の密度が均一になる位置において、前記第２のステップにおける乾燥を行う、耐火物被覆ランスの製造方法である。

この発明の耐火物被覆ランスの製造方法の第３の態様は、前記芯金が前記第１のステップにおける位置と前記基準面に関して１８０°回転移動した位置において、前記乾燥が行われる、耐火物被覆ランスの製造方法である。

この発明の耐火物被覆ランスの製造方法の第４の態様は、前記芯金の周りの所望の部位において前記耐火物の組織が所望の密度になる位置において、前記第２のステップにおける乾燥を行う、耐火物被覆ランスの製造方法である。

この発明の耐火物被覆ランスの製造方法の第５の態様は、前記芯金が前記第１のステップにおける位置と前記基準面に関して４５から９０°の範囲内で回転移動した位置において、前記乾燥が行われる、耐火物被覆ランスの製造方法である。

この発明の耐火物被覆ランスの製造方法の第６の態様は、前記芯金が前記第１のステップにおける位置と前記基準面に関して９０超から１８０°の範囲内で回転移動した位置において、前記乾燥が行われる、耐火物被覆ランスの製造方法である。

上述したように、この発明の耐火物被覆ランスの製造方法によると、耐火物被覆ランスの施工および乾燥を、芯金の中心軸の周りに所望の角度回転させて行うので、芯金と芯金の周辺の耐火物との間にできる間隙の生成量を制御することができ、使用条件に対応して耐火物被覆ランスの耐用性を向上することができる。

この発明の耐火物被覆ランスの製造方法の態様を図面を参照しながら詳細に説明する。
この発明の耐火物被覆ランスの製造方法の１つの態様は、型枠内において所定の部位で芯金を支えつつ芯金の周りに耐火材を流し込んで耐火物被覆ランスを形成する第１のステップと、形成された耐火物被覆ランスの前記型枠を取り外し乾燥する第２のステップとからなる耐火物被覆ランスの製造方法であって、前記芯金が前記第１のステップにおける位置と基準面（施工時の芯金の中心軸に垂直な面）が異なる位置において、前記第２のステップにおける乾燥を行う耐火物被覆ランスの製造方法である。

即ち、芯金の周りの耐火物の組織の密度が均一になる位置において、第２のステップにおける乾燥を行ってもよい。更に、芯金の周りの所望の部位において耐火物の組織が所望の密度になる位置において、第２のステップにおける乾燥を行ってもよい。

図４は、この発明の耐火物被覆ランスの一例を示す部分縦断面図である。図４に示すように、芯金１の周りを耐火物２で被覆している。芯金１はその下端部にガス吹き込み口７aを備えている。攪拌用のガス、または精錬用のガスおよびフラックスは芯金１の上端から注入され、下端のガス吹き込み口７aから溶融金属の中に吹き込まれる。

耐火物は例えばアルミナ系キャスタブルを使用することができる。芯金は、例えば、鉄パイプを使用することができる。

図１は、この発明の耐火物被覆ランスの製造方法を説明する概略横断面図である。図１に示す耐火物被覆ランスの製造方法においては、型枠内において所定の部位で芯金を支えつつ芯金の周りに耐火材を流し込んで耐火物被覆ランスを形成する第１のステップと、形成された耐火物被覆ランスの型枠を取り外し乾燥する第２のステップとからなる耐火物被覆ランスの製造方法であって、芯金が第１のステップにおける位置と基準面が１８０°回転移動した位置において、乾燥が行われる。

即ち、図１ (a)は、施工後の耐火物被覆ランスの断面を示す図である。施工時に横向きに配置した状態で芯金１の自重によって、耐火物２の組織が芯金の上方向において疎になり、符号３で示すように隙間が形成される。他方、芯金の下方向においては、芯金によって押さえつけられて耐火物の組織が緻密になっている。図１（ｂ）は、乾燥後の耐火物被覆ランスの断面を示す図である。即ち、施工後、耐火物被覆ランスを、基準面（施工時の芯金の中心軸に垂直な面）から芯金の中心軸の周りに１８０°回転移動した位置において、乾燥を行った場合の耐火物被覆ランスの断面である。

図１(b)に示すように、施工時には、芯金の下に位置した部分が、乾燥時には芯金の上に位置し、図１(a)を参照して説明したように、芯金の自重によって、耐火物２の組織が芯金の上方向において疎（ポーラス状）になり、符号３’で示すように隙間が形成される。その結果、芯金の周囲に間隙部が均等に形成される。このように施工時と乾燥時に耐火物被覆ランスの位置を回転移動させることによって芯金の回りに均等に間隙部を生成すると、間隙部が熱を遮断して、芯金の温度が上昇するのを防ぎ、芯金の曲りを抑制すると共に耐火物の亀裂が生じにくくなり、割れが抑制できる。

図２は、この発明の他の耐火物被覆ランスの製造方法を説明する概略横断面図である。図２に示す耐火物被覆ランスの製造方法においては、型枠内において所定の部位で芯金を支えつつ芯金の周りに耐火材を流し込んで耐火物被覆ランスを形成する第１のステップと、形成された耐火物被覆ランスの型枠を取り外し乾燥する第２のステップとからなる耐火物被覆ランスの製造方法であって、芯金が第１のステップにおける位置と基準面が９０°回転移動した位置において、乾燥が行われる。

即ち、図２ (a)は、施工後の耐火物被覆ランスの断面を示す図である。施工時に横向きに配置した状態で芯金１の自重によって、耐火物２の組織が芯金の上方向において疎になり、符号３で示すように隙間が形成される。芯金の下方向においては、芯金によって押さえつけられて耐火物の組成が緻密になっている。図２（ｂ）は、乾燥後の耐火物被覆ランスの断面を示す図である。即ち、施工後、耐火物被覆ランスを、基準面（施工時の芯金の中心軸に垂直な面）から芯金の中心軸の周りに９０°回転移動した位置において、乾燥を行った場合の耐火物被覆ランスの断面である。

図２(b)に示すように、施工時には、芯金の下に位置した部分が芯金の横に移動し、間隙部が形成された部分の一部と新たな部分に、図２(a)を参照して説明したように、芯金の自重によって、耐火物２の組織が芯金の上方向において疎になり、符号３’で示すように隙間が形成される。その結果、芯金の周囲の概ね１/２の部分に間隙部が形成される。このように施工時と乾燥時に耐火物被覆ランスの位置を回転移動させることによって芯金の回りの概ね半分の部分に間隙部を生成すると、間隙部が形成されていない部分は、耐火物の組織が緻密になって、耐火物の強度が向上する。即ち、耐火物被覆ランスの所望の部位の耐火物の強度を高めることができる。一方で、間隙部を備えているので、間隙部の特性（即ち、間隙部は熱を遮断して、芯金の温度が上昇するのを防ぎ芯金の曲りを抑制すると共に耐火物の亀裂が生じにくくなり、割れが抑制できる）を合わせて利用することが出来る。

図３は、この発明の他の耐火物被覆ランスの製造方法を説明する概略横断面図である。図３に示す耐火物被覆ランスの製造方法においては、型枠内において所定の部位で芯金を支えつつ芯金の周りに耐火材を流し込んで耐火物被覆ランスを形成する第１のステップと、形成された耐火物被覆ランスの型枠を取り外し乾燥する第２のステップとからなる耐火物被覆ランスの製造方法であって、芯金が第１のステップにおける位置と基準面が４５°回転移動した位置において、乾燥が行われる。

即ち、図３ (a)は、施工後の耐火物被覆ランスの断面を示す図である。施工時に横向きに配置した状態で芯金１の自重によって、耐火物２の組織が芯金の上方向において疎になり、符号３で示すように隙間が形成される。芯金の下方向においては、芯金によって押さえつけられて耐火物の組織が緻密になっている。図３（ｂ）は、乾燥後の耐火物被覆ランスの断面を示す図である。即ち、施工後、耐火物被覆ランスを、基準面（施工時の芯金の中心軸に垂直な面）から芯金の中心軸の周りに４５°回転移動した位置において、乾燥を行った場合の耐火物被覆ランスの断面である。

図３(b)に示すように、施工時には、芯金の上に位置し間隙部が形成された部分が芯金の中心軸の周りに４５°回転移動し、間隙部が形成された部分の一部と新たな部分に、上述したように、芯金の自重によって、耐火物２の組織が芯金の上方向において疎（ポーラス状）になり、符号３’で示すように隙間が形成される。即ち、間隙部３と間隙部３’が重なり合って、形成される。その結果、芯金の周囲の概ね１/４の部分に間隙部が形成される。

このように施工時と乾燥時に耐火物被覆ランスの位置を回転移動させることによって芯金の回りの概ね１/４の部分に間隙部を生成すると、間隙部が形成されていない部分は、耐火物の組織が緻密になって、耐火物の強度が向上する。即ち、耐火物被覆ランスの所望の部位の耐火物の強度を高めることができる。一方で、間隙部を備えているので、間隙部の特性（即ち、間隙部は熱を遮断して、芯金の温度が上昇するのを防ぎ芯金の曲りを抑制すると共に耐火物の亀裂が生じにくくなり、割れが抑制できる）を合わせて利用することが出来る。この場合は、芯金の周りの耐火物の緻密な部分が図２を参照して説明した場合よりも多くなり、耐火物の緻密な部分を利用する場合に有利である。

上述したように、この発明によると、芯金と芯金の周辺の耐火物との間にできる間隙の生成量を制御して、数種類の耐火物被覆ランスを製造することができ、間隙部と緻密な組織の部分の割合に応じて、その特性を生かしながら使用することができる。

図１に示すように、施工後、耐火物被覆ランスを、基準面（施工時の芯金の中心軸に垂直な面）から芯金の中心軸の周りに１８０°回転移動した位置において、乾燥を行った。即ち、芯金の全周に間隙部を生成した。このように製造した耐火物被覆ランスを使用して溶銑予備処理を行ったところ、５０回の使用後も芯金の曲がりは生じなかった。従来の耐火物ランスを使用したところ、３０回の使用で曲がりが発生した。このように、間隙部を芯金の全周に生成すると間隙部が熱を遮断して、芯金の温度が上昇するのを防ぎ芯金の曲りを抑制すると共に耐火物の亀裂が生じにくくなり、割れの発生が抑制できた。

この発明によると、耐火物被覆ランスの施工および乾燥を、芯金の中心軸の周りに所望の角度回転させて行うので、芯金と芯金の周辺の耐火物との間にできる間隙の生成量を制御することができ、使用条件に対応して耐火物被覆ランスの耐用性を向上することができる耐火物被覆ランスの製造方法が提供され、産業上利用価値が高い。

図１は、この発明の耐火物被覆ランスの製造方法を説明する概略横断面図である。 図２は、この発明の他の耐火物被覆ランスの製造方法を説明する概略横断面図である。 図３は、この発明の他の耐火物被覆ランスの製造方法を説明する概略横断面図である。 図４は、この発明の耐火物被覆ランスの一例を示す部分縦断面図である。 図５は、従来の耐火物被覆ランスを使用して溶融金属の攪拌および精錬を行う方法を説明する概略断面図である。 図６は、従来の耐火物被覆ランスの構造を示す概略断面図である。

符号の説明

・ 芯金
・ 耐火物
３、３’．間隙部
・ 耐火物の緻密な組織の部分
７a．吐出孔

Claims (1)

1. 型枠内において芯金の周りに耐火材を流し込んで耐火物被覆ランスを形成する第１のステップと、
   形成された耐火物被覆ランスの前記型枠を取り外し乾燥する第２のステップとからなる耐火物被覆ランスの製造方法であって、
   前記芯金が前記第１のステップにおける位置と基準面（施工時の芯金の中心軸に垂直な面）が異なる位置において、前記第２のステップにおける乾燥を行う耐火物被覆ランスの製造方法。