JP4452586B2 - ランスパイプ - Google Patents

Description

本発明はガス及び溶湯処理剤のうちの少なくとも一方を金属溶湯に供給するランスパイプに関する。

特許文献１には、軸長方向の一部であるスラグライン付近に定形耐火物を設けたランスパイプが開示されている。この定形耐火物は高温の溶湯に直接接触するようにランスパイプの外表面に露出している。このものによれば、耐溶損性を高めることができ、ランスパイプの耐久性を向上させることができる。また特許文献２には、芯金の先端のガス吐出口の外周に、耐食性に富む円筒形状の耐火定形れんがが配置されたランスパイプが開示されている。
特開平８−２３２０１１号公報 特開平５−３９５２２号公報

上記した特許文献１に係る技術によれば、定形耐火物により耐溶損性を高めることができ、ランスパイプの耐久性を向上させることができる。しかしランスパイプは（長さ寸法／径寸法）の比が大きいため、保管時や搬送時には、ランスパイプが重力等により弓形に撓むことがある。この場合、定形耐火物は緻密であるが故に、撓みに起因する歪応力が作用すると、ランスパイプに設けた定形耐火物が割れるおそれがある。また、特許文献２に係る技術によれば、芯金の先端に円筒形状の耐火定形れんがが配置されているものの、耐火定形れんがは芯金の外周側に配置されているものではなく、更に、ランスパイプの保管時や搬送時における定形耐火物の割れを問題にしているものではない。

本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、耐溶損性を確保しつつ、搬送時等における定形耐火物の割れを抑制でき、信頼性の更なる向上を図り得るランスパイプを提供することを課題とする。

本発明に係るランスパイプは、ガス及び溶湯処理剤のうちの少なくとも一方を金属溶湯に供給する供給通路となる孔をもつ棒状をなす芯金と、芯金の外周面を覆う耐火物とを有するランスパイプにおいて、耐火物は、芯金の外周側において芯金の軸長方向のうちの少なくともスラグラインの高さ位置に配置された液圧加圧成形品及び定形れんがのうちの少なくとも一つで形成された定形耐火物と、芯金の外周面に鍔状に固定され定形耐火物の第１軸端面に被着され定形耐火物の内周面と芯金の外周面との間の空間に連通する透孔を有する第１固定部材と、芯金の外周面に鍔状に固定され定形耐火物の第２軸端面に被着され第１固定部材と、耐火材料と水とを含む流し込み可能な流し込み成形材料を流し込んで固化させて形成され第１固定部材、第２固定部材および定形耐火物の外周側を覆うキャスタブル層とを備えており、
定形耐火物はキャスタブル層よりも径方向の内周側に設けられており、
キャスタブル層を形成する流し込み成形材料の一部を透孔から、定形耐火物の内周面と芯金の外周面との間の空間に流し込んで固化して形成され、定形耐火物の内周面と芯金の外周面との間の空間を埋めると共に、定形耐火物よりも気孔率が高く、芯金及び定形耐火物の間における熱膨張差を吸収する熱膨張吸収層が設けられていることを特徴とするものである。

図４に模式的に示すように、ランスパイプ等の棒状部材１００が反るように撓んだとき、歪応力は、棒状部材１００の中央軸芯１０１で最も小さいものの、棒状部材１００の径方向ＲＡの外周面１０２側に向かうにつれて相対的に大きくなる。ここで、撓みに起因する曲げ内周では圧縮力Ｆ１が作用し、撓みに起因する曲げ外周では引張応力Ｆ２が作用する。従って、ランスパイプが重力等で反るように撓んだとき、歪応力は、ランスパイプの中央軸芯で最も小さいものの、ランスパイプの径方向ＲＡの外周側に向かうにつれて次第に増加する。

この点について本発明によれば、定形耐火物はキャスタブル層よりも径方向の内周側に設けられていることを特徴とする。このためランスパイプが重力等により反るように撓んだとき、定形耐火物が径方向外周側に設けられている場合に比較して、定形耐火物に作用する歪応力が抑制される。故に、ランスパイプの保管時、搬送時等において、ランスパイプに設けた定形耐火物の割れが抑制され、信頼性の更なる向上が図られる。なお、キャスタブル層は気孔率が定形耐火物よりも高く、ランスパイプが撓んだとしても定形耐火物に比較して割れにくい。

本発明によれば、ランスパイプが重力等により撓んだとき、定形耐火物がランスパイプの径方向外周側に設けられている場合に比較して、定形耐火物における歪応力の大きさを抑制できる。故に、ランスパイプの保管時、搬送時等において、ランスパイプに設けた定形耐火物の割れの発生、または、割れの成長が抑制され、ランスパイプの信頼性の更なる向上が図られる。

本発明によれば、芯金及び定形耐火物の間における熱膨張差を吸収する熱膨張吸収層が設けられている。このため高温の溶鋼等の金属溶湯の熱影響で芯金が径方向に膨張し、芯金及び定形耐火物の間における熱膨張差が発生したとしても、定形耐火物よりも気孔率が高い熱膨張吸収層により熱膨張差を吸収することができる。この意味においても定形耐火物の割れを抑制できる。従ってランスパイプの使用時において、定形耐火物の割れが抑制され、信頼性を更に高めることができる。

定形耐火物の熱膨張吸収層は、キャスタブル層を形成する流し込み成形材料の一部を透孔から空間に流し込んで固化して形成されており、定形耐火物の内周面と芯金の外周面との間の空間を埋める。

以下、本発明の実施形態１について図１〜図３を参照しつつ具体的に説明する。図１はランスパイプ１を示す。ランスパイプ１は、酸素ガスを金属溶湯（例えば、ステンレス溶鋼等の合金鋼、溶鋼）に供給する金属を基材とする長尺棒状をなす芯金２と、芯金２の外周面２０を同軸的に覆う耐火物３とを有する。芯金２はパイプ状をなしており、鋼や合金鋼等の耐熱性を有する金属で形成されている。供給通路４は、芯金２の内部において芯金２の軸長方向に長くのびる孔４Ｘで形成された第１供給通路４ｆと、第１供給通路４ｆの先端において芯金２の径方向にのびるように後述の第２キャスタブル層６ｓに形成された複数の第２供給通路４ｓとで形成されている。耐火物３のうち、スラグラインＬの高さに相当する部位の外径Ｄ１は、溶損を抑えるべく、耐火物３の他の部位の外径よりも大きく設定されている。スラグラインＬは溶鋼の湯面に浮遊するスラグ付近の高さ位置をいう。

耐火物３は、芯金２の外周側において芯金２の軸長方向のうちのスラグラインＬを覆うように配置された筒形状、特に円筒形状をなす定形耐火物５と、定形耐火物５の外周側を覆う不定形耐火物であるキャスタブル層６とを備えている。定形耐火物５は加圧工程を経て形成された所定の形状をもつ耐火物である。定形耐火物５は加圧工程を経ているため、キャスタブル層６よりも気孔率が少なく、緻密であり、一般的にはキャスタブル層６よりも強度及び耐溶損性に優れる。定形耐火物５は液圧を加圧した液圧成形品、または、機械的圧力を加圧した成形品で形成できる。定形耐火物５としては、具体的には、冷間静水圧加工成形品（ＣＩＰ成形品，cold isostatic pressing）、熱間静水圧加工成形品（ＨＩＰ成形品,hot isostatic pressing）及び定形れんがのうちの少なくとも一つで形成されていることが好ましい。冷間は常温領域を含む。熱間は加圧を行う液媒体によってもことなるが、加圧を行う液媒体が水である場合には、例えば４０〜１００℃程度、５０〜９５℃程度とすることができる。加圧に際しては、外周面５１から加圧力を加えることができる。定形耐火物５は、定形耐火物５の中心軸芯Ｐ１に沿って延設された内周面５０及び外周面５１を有すると共に第１軸端面５２及び第２軸端面５３を有する円筒形状をなしており、芯金２と同軸的またはほぼ同軸的とされている。

定形耐火物５の第１軸端面５２には第１固定部材２５が被着されている。定形耐火物５の第２軸端面５３には第２固定部材２６が被着されている。第１固定部材２５,第２固定部材２６は、第１軸端面５２,第２軸端面５３を覆う円板リング状の被着部２７と、被着部２７の外周から定形耐火物５の軸長方向に沿って突出することにより定形耐火物５の保持性を高める突出部２８とを有する。突出部２８は定形耐火物５の軸芯Ｐ１を１周するリング状をなしている。第１固定部材２５,第２固定部材２６は溶接または取付具等により芯金２の外周面２０に固定されおり、これにより第１固定部材２５及び第２固定部材２６は定形耐火物５をランスパイプ１の芯金２に固定する固定要素として機能できる。

キャスタブル層６は、耐火物と水とを主要成分とする流し込み成形材料を空間に流し込んで固化させて形成され、空間形状に相応する不定形の形状を有する耐火物をいう。キャスタブル層６は、定形耐火物５の外周面５１及び第１軸端面５２を覆う第１キャスタブル層６ｆと、定形耐火物５の第２軸端面５３を覆う第２キャスタブル層６ｓとで形成されている。第１キャスタブル層６ｆ及び第２キャスタブル層６ｓは異なる材質で形成しても良いし、同系材質とすることもできる。本実施形態では、第１キャスタブル層６ｆは、耐溶損性、耐スポーリング性を考慮し、アルミナ−マグネシア質材で形成されているが、これに限定されるものではない。ランスパイプ１の先端１ｅ側の第２キャスタブル層６ｓは、熱衝撃性、耐スポーリング性を考慮し、ハイアルミナ質材で形成されているが、これに限定されるものではない。

定形耐火物５はキャスタブル層６よりも耐溶損性が優れている耐火材料を主要成分としている。具体的には、キャスタブル層６の材質にもよるが、定形耐火物５は、マグネシア−カーボン質材、アルミナ−マグネシア−カーボン質材、アルミナ−スピネル質材、アルミナ−スピネル−カーボン質材、アルミナ−マグネシア質材、アルミナ−カーボン質材、炭化珪素質材、マグネシア−クロム質材のうちの少なくともいずれか１種で形成されていることが好ましい。具体的には定形耐火物５はマグネシア−カーボン質材を主要成分として形成できるが、但しこれに限定されるものではない。第１キャスタブル層６ｆのうち定形耐火物５の外周面５１に対面する部分の平均厚みをｔ１とし、定形耐火物５の平均厚みをｔ２とすると、（ｔ１／ｔ２）の値としては成形性、耐溶損性、コスト等を考慮して決定することができ、例えば、０．３〜３とすることができる。殊に０．５〜２．５、または、０．７〜１．５、または、０．８〜１．２とすることができる。

ランスパイプ１の製造時には、円筒形状をなす定形耐火物５の中央孔５４を芯金２にほぼ同軸的に挿通した状態で、耐火物材料と水と調整剤等を混合した流し込み成形材料を型枠内に流し込んで定形耐火物５の外周面５１を覆うように固化させ、キャスタブル層６が形成されている。第１キャスタブル層６ｆ及び第２キャスタブル層６ｓは、時間的に同時に流しこんでも良いし、時間的に分けて流しこんで成形しても良い。定形耐火物５の外周面５１、内周面５０、第１軸端面５２、第２軸端面５３については、耐水性塗料が塗布されて耐水被膜５５が形成されている。これによりキャスタブル層６が成形される際、流し込み成形材料の水分が定形耐火物５に浸透することが抑制され、定形耐火物５の更なる長寿命化を図り得る。

定形耐火物５の内周面５０と芯金２の外周面２０との間の空間２０Ｘを実質的に埋めるように、流し込み成形材料の一部が固定部材２５，２６の透孔２９から、空間２０Ｘに流れ込んで固化し、熱膨張吸収層２２が形成されている。熱膨張吸収層２２は定形耐火物５よりも気孔率が高く、芯金２及び定形耐火物５の間における熱膨張差を吸収することができる。熱膨張吸収層２２は定形耐火物５の軸長寸法のほぼ全域に形成されている。なお、場合によっては、空間２０Ｘの全体を埋めるのではなく、空間２０Ｘの全容積のうち１０〜９５％程度、３０〜８５％程度埋めることにしても良い。

さてランスパイプ１の使用時には、スラグを湯面に浮遊させた高温の溶鋼等の金属溶湯に、縦方向に配置したランスパイプ１を先端部１ｅから進入させる。定形耐火物５の高さ位置はほぼスラグラインＬに相当する。この状態で酸素ガスやアルゴンガス、または、必要に応じて粉末状の溶湯処理剤が芯金２の供給通路４の第１供給通路４ｆを介して第２供給通路４ｓから溶鋼に吹き込まれ、溶鋼の温度調整、成分調整が行われる。

定形耐火物５の内周面５０と芯金２の外周面２０との間には、芯金２及び定形耐火物５の間における熱膨張差を吸収する熱膨張吸収層２２が設けられている。このため高温の溶鋼の熱影響で芯金２が径方向に膨張し、芯金２及び定形耐火物５の間における熱膨張差が発生したとしても、熱膨張吸収層２２により熱膨張差を吸収することができる。この意味においても定形耐火物５の割れを抑制できる。従ってランスパイプ１の使用時において、定形耐火物５の割れが抑制され、信頼性を更に高めることができる。ここで、定形耐火物５は加圧工程を経て形成されているため、気孔率がキャスタブル層６よりも少なく、一般的には第１キャスタブル層６ｆよりも緻密性、耐溶損性及び強度が高いものである。従ってランスパイプ１の使用時に第１キャスタブル層６ｆが溶損により消耗し、ランスパイプ１の寿命が近づいたときであっても、耐溶損性が高い定形耐火物５が露出してくるため、ランスパイプ１の寿命を更に延長させることができ、ランスパイプ１の信頼性を高めることができる。殊に、定形耐火物５が第１キャスタブル層６ｆよりも耐溶損性が優れている材料（例えばマグネシア−カーボン質材等）を主要成分としているときには、ランスパイプ１の寿命を効果的に延長させることができる。

ところで、ランスパイプ１を水平方向に沿って配置する保管時、搬送時等において、ランスパイプ１が重力等により反るように撓むことがある。この場合、歪応力は、ランスパイプ１の径方向の内周側では相対的に小さく、ランスパイプ１の径方向の外周側では相対的に大きい。この点について本実施形態によれば、定形耐火物５はキャスタブル層６よりも径方向の内周側に設けられている。このためランスパイプ１が重力により撓んだとき、定形耐火物５が径方向の外周側に設けられている場合に比較して、定形耐火物５における歪応力が抑制される。故に、ランスパイプ１の保管時、搬送時等において、ランスパイプ１に設けた定形耐火物５に割れが発生することが抑制される。故にランスパイプ１の信頼性の更なる向上が図られる。

（他の実施形態）
他の実施形態は実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。以下、相違する部分を中心として説明する。図５は実施形態２を示す。この場合、定形耐火物５の外周面５１には凹または凸からなる係合部５８が形成されている。係合部５８により定形耐火物５の外周面５１と第１キャスタブル層６ｆとの係合性、密着性の向上を期待できる。図６は実施形態３を示す。この場合、定形耐火物５は複数に分割されており、ランスパイプ１の軸長方向において分割された円筒形状の第１定形耐火物５Ａと円筒形状の第２定形耐火物５Ｂとで形成されており、芯金２に同軸的またはほぼ同軸的に配置されている。万一、第１定形耐火物５Ａ及び第２定形耐火物５Ｂのうちの一方に亀裂が発生したとしても、他方に伝播することが抑制される。第１定形耐火物５Ａ及び第２定形耐火物５Ｂの間にはモルタル等の耐火物６ｍが装填されている。

図７は実施形態４を示す。この場合、定形耐火物５は、複数に分割されており、ランスパイプ１の径方向において分割された外周側の円筒形状の第１定形耐火物５Ａと、内周側の円筒形状の第２定形耐火物５Ｂとで形成されており、芯金２に同軸的またはほぼ同軸的に配置されている。万一、第１定形耐火物５Ａ及び第２定形耐火物５Ｂのうちの一方に亀裂が発生したとしても、他方に伝播することが抑制される。第１定形耐火物５Ａ及び第２定形耐火物５Ｂの間にはモルタル等の耐火物６ｐが装填されている。その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。

本発明は製鋼工場等のように溶鋼等の金属溶湯を処理する場所で使用されるランスパイプに利用することができる。

ランスパイプの断面図である。 固定部材で定形耐火物を芯金に保持している状態を示す断面図である。 固定部材の正面図である。 棒状部材が反るように撓んだときにおける応力形態を示す構成図である。 実施形態２に係り、ランスパイプの要部の断面図である。 実施形態３に係り、ランスパイプの要部の断面図である。 実施形態４に係り、ランスパイプの要部の断面図である。

１はランスパイプ、２は芯金、２２は熱膨張吸収層、３は耐火物、４は供給通路、５は定形耐火物、６はキャスタブル層を示す。

Claims (5)

1. ガス及び溶湯処理剤のうちの少なくとも一方を金属溶湯に供給する供給通路となる孔をもつ棒状をなす芯金と、芯金の外周面を覆う耐火物とを有するランスパイプにおいて、耐火物は、芯金の外周側において芯金の軸長方向のうちの少なくともスラグラインの高さ位置に配置された液圧加圧成形品及び定形れんがのうちの少なくとも一つで形成された定形耐火物と、芯金の外周面に鍔状に固定され定形耐火物の第１軸端面に被着され定形耐火物の内周面と芯金の外周面との間の空間に連通する透孔を有する第１固定部材と、芯金の外周面に鍔状に固定され定形耐火物の第２軸端面に被着され第２固定部材と、耐火材料と水とを含む流し込み可能な流し込み成形材料を流し込んで固化させて形成され第１固定部材、第２固定部材および定形耐火物の外周側を覆うキャスタブル層とを備えており、
   定形耐火物はキャスタブル層よりも径方向の内周側に設けられており、
   キャスタブル層を形成する流し込み成形材料の一部を透孔から、定形耐火物の内周面と芯金の外周面との間の空間に流し込んで固化して形成され、定形耐火物の内周面と芯金の外周面との間の空間を埋めると共に、定形耐火物よりも気孔率が高く、芯金及び定形耐火物の間における熱膨張差を吸収する熱膨張吸収層が設けられていることを特徴とするランスパイプ。
2. 請求項１において、定形耐火物の外壁面に耐水性塗料が塗布されて形成され、キャスタブル層の成形時においてキャスタブル層を形成する流し込み成形材料の水分が定形耐火物に浸透することを抑制する耐水被膜が定形耐火物とキャスタブル層との間に設けられていることを特徴とするランスパイプ。
3. 請求項１または請求項２においても、定形耐火物はキャスタブル層よりも耐溶損性が優れている耐火材料を主要成分としていることを特徴とするランスパイプ。
4. 請求項１〜請求項３のうちのいずれか一項において、キャスタブル層は、少なくとも定形耐火物の外周面を覆う第１キャスタブル層と、定形耐火物の下側の軸端面よりも下方に形成された第２キャスタブル層とで形成されていることを特徴とするランスパイプ。
5. 請求項１〜請求項４のうちのいずれか一項において、定形耐火物は、ランスパイプの径方向またはランスパイプの軸長方向において分割されていることを特徴とするランスパイプ。

Images