JP4897002B2 - ランスパイプ - Google Patents

Description

本発明は、ランスパイプに関するものであり、特に、芯金に曲がっている部分を有するランスパイプに関するものである。

ランスパイプは、製銑・製鋼工程などにおいて、溶銑や溶鋼等の溶融金属の撹拌、脱リン・脱炭素・脱珪・脱硫処理等の非金属成分の除去処理、成分調整、温度制御等のために、ガスや溶湯処理剤を溶融金属中に吹き込む長尺のパイプである。このランスパイプは、鋼等の金属製の管（芯金）と、芯金の外周面を被覆するように設けられる耐火物層とによって主に構成されている。このようなランスパイプとして、従来、芯金が直線状に伸びている直管タイプの他、芯金が途中で曲がっており、側面視が略Ｊ字形または略Ｌ字形のタイプ、いわゆる「Ｊランス」、「Ｌランス」と称されるランスパイプが使用されている（例えば、特許文献１参照）。

上記のＪランスやＬランスなど、芯金が曲がっているランスパイプを用いて、粉末など固体の溶湯処理剤を溶融金属に供給する場合、芯金が曲がっている部分の内周面に溶湯処理剤が衝突することとなる。そのため、溶湯処理剤の衝突を繰り返し受けることによって、芯金がその部分で損耗し、ランスパイプの耐用期聞か非常に短いという問題があった。

このような問題を解決するに当たり、単純に考えた場合は、金属製の芯金の内周面を肉盛り溶接することにより、曲がっている部分で芯金を厚くするという手段を想到し得る。しかしながら、芯金の内周面を肉盛り溶接することは、非常に手間がかかる作業であり、コストもかかるという問題があった。

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、芯金に曲がっている部分を有するランスパイプであって、粉末など固体の溶湯処理剤を導入しても芯金が損耗し難く、且つ、容易に製造することができるランスパイプの提供を、課題とするものである。

上記の課題を解決するため、本発明にかかるランスパイプは、「金属製で円管状の芯金、及び、該芯金の外周面を被覆する耐火物層を備え、ガス及び固体の溶湯処理剤を溶融金属に吹き込むための製銑、製鋼工程において用いられるランスパイプであって、前記芯金は、溶湯処理剤が吹き込まれる導入口から直線状に伸びる直管部、及び、該直管部から湾曲して延設される曲管部を備え、前記芯金の直管部の内周面、及び、前記曲管部の湾曲に対して外側となる方向の内周面から、前記芯金の内径の１／２０〜１／２の高さ突出している金属製の突片を具備し、前記突片は、前記直管部の前記曲管部側の端部において、前記曲管部の湾曲に対して外側となる方向の内周面から突出しており、更に、前記突片は、前記曲管部において複数が所定間隔で列設されていることを特徴とする」ものである。

「芯金」は、鋼や合金鋼等の金属で構成される管状の部材であり、「円管状」とは断面が円形または楕円形であることを指している。なお、芯金の材質や寸法は、対象とする溶融金属の処理量、処理温度、流通させる溶湯処理剤の種類や流量等により、適宜設定することができる。

「耐火物層」を構成する耐火材料の種類は特に限定されず、例えば、耐スポーリング性に優れるアルミナ−シリカ系、ハイアルミナ系、アルミナ−クロム系耐火材料や、耐熱衝撃性や耐食性に優れるアルミナ−マグネシア系耐火材料を使用することができる。また、一つのランスパイプに形成される耐火物層は、単一種類の耐火材料により構成されるものであっても、部分的に異なる種類の耐火材料が配されるものであっても構わない。更に、耐火物層は、キャスタブル耐火材料の泥しょうを固化、乾燥させたキャスタブル耐火物層であっても、加圧成形工程を経て形成された定形耐火物層であっても、両者を複合させた耐火物層であっても良い。

「固体の溶湯処理剤」としては、ＣａＯ、ＦｅＯ、Ｎａ_２ＣＯ_３、ＣａＦ_２等、粉末状、顆粒状、粒状、小塊状の処理剤を例示することができる。なお、本発明のランスパイプは固体の溶湯処理剤を溶融金属に供給するものであるが、固体の溶湯処理剤に加えて気体や液体を溶融金属に供給するものであっても良い。

「金属製の突片」は、鋼や合金鋼等の金属で形成することができ、材質は芯金と同一であっても相違していても良い。また、「芯金の内径」は、芯金が円形の場合は直径を指しており、芯金が楕円形の場合は、「突片」が突出している方向に伸びる仮想の直線が、芯金の内部空間を横切る長さを指している。

一般的に、ランスパイプは、芯金の直管部がほぼ鉛直となる状態、或いは、直管部が鉛直より少し傾けられた状態で溶融金属に浸漬される。そして、導入口から導入された溶湯処理剤は、直管部の内部空間を搬送移動され、曲管部の内周面に衝突した後、曲管部の内部空間を移動する。上記構成の本発明により、突片が直管部の内周面に設けられている場合は、突片が給湯処理剤の移動に対する抵抗となり、曲管部の内周面に溶湯処理剤が衝突する際の衝撃が低減される。これにより、溶湯処理剤の衝突による芯金の損耗を低減することができ、ランスパイプの耐用期間を長期化することができる。

また、曲管部において、溶湯処理剤の衝突によって芯金が損耗し易い部分は、曲管部の湾曲に対して外側となる方向の内周面である。そのため、上記構成により突片が曲管部に設けられている場合は、部分的ではあっても、損耗し易い部分で芯金が厚くなっているのと同様の構成となり、溶湯処理剤の衝突による芯金の損耗を低減することができる。また、溶湯処理剤の移動が突片によって妨げられることにより、突片の上流側に溶湯処理剤が溜まり易い。これにより、溜まった溶湯処理剤によって、損耗し易い部分で芯金の内周面が保護されるため、溶湯処理剤の衝突による損耗を低減することができる。

ここで、突片が突出している高さが低すぎる場合は上記の作用が十分に発揮されず、逆に、突片が高すぎる場合は芯金の詰まりにつながり溶融金属への溶湯処理剤の供給が阻害される。本発明では、突片が突出している高さを芯金の内径の１／２０〜１／２としたことにより、後述のように、上記の作用を十分に発揮させつつ、溶融金属に溶湯処理剤を問題なく供給することができる。なお、突片が突出している高さは芯金の内径の約１／６であれば、特に望ましい。

また、突片は芯金と同じく金属製であるため、溶接によって芯金の内周面に取り付けることができる。これにより、突片は芯金の内周面に強固に固着され脱落しにくいと共に、取り付ける作業も、芯金の内周面に沿って肉盛り溶接する場合と比べて極めて容易に行うことができる。

本発明にかかるランスパイプは、「前記突片は、前記直管部の前記曲管部側の端部において、前記曲管部の湾曲に対して外側となる方向の内周面に設けられている」ものとする。

曲管部において、曲管部の湾曲に対して外側となる方向の内周面のうち、溶湯処理剤の衝突によって最も損耗し易い部分は、芯金が曲がり始める部分、すなわち、直管部との境界付近である。本発明では、上記構成により、芯金が最も損耗し易い部分の直ぐ上流側である直管部端部に、突片が設けられる。これにより、溶湯処理剤はこの突片に当たって散乱し、最も芯金が損耗し易い部分は突片の陰となって、溶湯処理剤の衝突から守られる。その結果、溶湯処理剤の衝突による芯金の損耗を、有効に低減することができる。なお、突片が複数設けられる場合、他の突片は別の位置に設けることができる。

本発明にかかるランスパイプは、「前記突片は、前記曲管部において複数が所定間隔で列設されている」ものとする。

複数が所定間隔で列設された突片と突片の間には、突片の高さ分の深さを有する溝部が形成されることとなる。そのため、突片によって移動が妨げられた溶湯処理剤は、この溝部に溜まり易い。

従って、本発明によれば、曲管部の損耗し易い部分の内周面において、溝部に捕集された溶湯処理剤の層が形成される。これにより、溶湯処理剤の衝突によって損耗し易い部分が、溶湯処理剤自体によって保護される効果を高め、より有効に芯金の損耗を低減することができる。

以上のように、本発明の効果として、芯金に曲がっている部分を有するランスパイプであって、粉末など固体の溶湯処理剤を導入しても芯金が損耗し難く、且つ、容易に製造することができるランスパイプを、提供することができる。

本実施形態のランスパイプの縦断面図である。 図１におけるＡ範囲の拡大図である。 （ａ）Ｙ１−Ｙ１線端面図、（ｂ）Ｙ２−Ｙ２線端面図である。 実施例１のランスパイプを４ｃｈ使用後に、各突片の高さ、及び、その近傍での芯金の厚さを測定した結果を示すグラフである。 突片の形状に関して他の実施形態を示す横断面図である。 他の実施形態としてＬ字形のランスパイプを示す縦断面図である。

以下、本発明の一実施形態であるランスパイプの構成について、図１乃至図３に基づいて説明する。

本実施形態のランスパイプは１、金属製で円管状の芯金１０、及び、芯金１０の外周面を被覆する耐火物層２０を備え、固体の溶湯処理剤を溶融金属に供給するランスパイプであって、芯金１０は、溶湯処理剤が導入される導入口２１から直線状に伸びる直管部１１、及び、直管部１１から湾曲して延設される曲管部１２を備え、直管部１１の内周面、及び、曲管部１２において曲管部１２の湾曲に対して外側となる方向の内周面から、芯金１０の内径の１／２０〜１／２の高さ突出している複数の金属製の突片Ｐ１〜Ｐ９を具備している。

より詳細に説明すると、芯金１０は、鋼や合金鋼等の耐熱性を有する金属で、断面が略円形の長尺管状に形成されている。そして、本実施形態の芯金１０は、図１にＬ１で示した範囲の直管部１１、及び、Ｌ２で示した範囲の曲管部１２に加え、更に曲管部１２の直管部１１とは反対側の端部から延設された図示Ｌ３範囲の第二直管部１３を備えており、導入口２１から導入された溶湯処理剤は、第二直管部１３の開口部２２から溶融金属に供給される。

本実施形態のランスパイプは１、九つの突片Ｐ１〜Ｐ９を備えており、そのうち突片Ｐ２は直管部１１の曲管部１２側の端部に設けられ、突片Ｐ１は直管部１１において突片Ｐ２の近傍に設けられている。他の突片Ｐ３〜Ｐ９は、曲管部１２から第二直管部１３にかけて、所定間隔で列設されている。なお、以下では、突片Ｐ１〜Ｐ９を特に区別する必要がない場合は、突片Ｐと総称して説明する。

また、突片Ｐは金属製で、図３（ａ）に図２におけるＹ１−Ｙ１線端面図（突片Ｐ１）を示すように略かまぼこ型であり、かまぼこ型の湾曲面を芯金１０の内周面に当接させて、芯金１０に対して溶接されている。なお、突片Ｐは何れも同形であり、図２におけるＸ−Ｘ１線端面、Ｘ−Ｘ２線端面、Ｘ−Ｘ３線端面、Ｘ−Ｘ４線端面、Ｘ−Ｘ５線端面、及びＺ−Ｚ線端面は、それぞれの切断線を紙面左右方向とすれば、図３（ａ）と同一に表れる。また、突片Ｐはそれぞれ芯金１０の中心線Ｎに対して直交する方向に突出しており、本実施形態では突片が突出している高さｈは芯金１０の内径２ｒの約１／６に設定されている。

上記構成により、本実施形態のランスパイプ１によれば、曲管部１２の湾曲に対して外側となる方向の内周面において、芯金１０が最も損耗し易い部分であって、芯金１０が曲がり始める部分の直ぐ上流に突片Ｐ１及び突片Ｐ２が存在する。そのため、溶湯処理剤はこれらの突片Ｐ１，Ｐ２に当たって散乱するため、最も損耗し易い部分の芯金１０は溶湯処理剤の衝突から免れ易く、この部分での芯金１０の損耗を低減することができる。

加えて、直管部１１に設けられた突片Ｐ１，Ｐ２は、直管部１１を移動する溶湯処理剤に対して抵抗として作用する。これにより、曲管部１２の内周面に溶湯処理剤が衝突する際の衝撃が低減され、芯金１０の損耗を低減することができる。

また、曲管部１２においては、列設された突片Ｐ３〜Ｐ７によって移動を妨げられた溶湯処理剤が、これら複数の突片間に形成される溝部に堆積し易い。これにより、堆積した溶湯処理剤の層によって、損耗し易い部分で芯金１０の内周面が保護されるため、溶湯処理剤の衝突による損耗を低減することができる。

更に、突片Ｐは芯金１０と同じく金属製であるため、溶接によって芯金１０の内周面に強固かつ容易に取り付けることができる。

圧力配管用炭素鋼製で内径約５５ｍｍ、厚さ約４ｍｍの芯金に、同材質の突片を上記と同様の配置で九つ設けたランスパイプＳ１〜Ｓ４、及び、芯金の材質、内径、及び厚さはランスパイプＳ１〜Ｓ４と同一であるが突片を全く設けない従来のランスパイプＳ０を用いて、実際に溶融金属に粉末状の溶湯処理剤を供給する作業をそれぞれ同条件で行った。ここで、ランスパイプＳ１〜Ｓ４における突片の高さは、芯金の内径に対してそれぞれ約１／２０、１／６、１／２、３／５であり、一つのランスパイプにおいて九つの突片の高さは同一とした。結果を、表１にまとめて示す。

突片を有しない従来のランスパイプＳ０では、２ｃｈ（チャージ）使用後に、曲管部における芯金の損耗が激しく、芯金の厚さがほとんどゼロとなる部分が生じたため、その後の使用は不可能となった。ここで、最も損耗が著しかった部分は、本実施形態のランスパイプにおいて突片Ｐ２〜Ｐ４を設けた位置に相当する部分、すなわち、芯金が曲がり始める部分であった。また、突片の高さが芯金の内径の約１／２０であるランスパイプＳ１は３ｃｈ使用後に、芯金の損耗によってその後の使用は不可能となった。

一方、突片の高さが芯金の内径の約１／２であるランスパイプＳ４では３ｃｈ使用後に、突片の高さが芯金の内径の約３／５であるランスパイプＳ５では１ｃｈの使用で、芯金に詰まりが生じて溶湯処理剤の供給ができなくなった。

これに対し、突片の高さが芯金の内径の約１／６（約９ｍｍ）であるランスパイプＳ３は、芯金が損耗するまで７ｃｈの使用が可能であり、７ｃｈの使用後にも芯金に詰まりは生じていなかった。ここで、ランスパイプＳ３を４ｃｈ使用した後に、各突片の高さ、及び、その近傍での芯金の厚さを測定した結果を図４に示す。

図４から、最も上流側にある突片Ｐ１の損耗が最も大きく、その直ぐ下流側の突片Ｐ２及びＰ３はそれほど損耗していないことが分かる。これにより、突片Ｐ２及びＰ３の設けられた部分は、ランスパイプＳ０に関する結果から分かるように溶湯処理剤の衝突によって損耗しやすい部分であるにも関わらず、突片Ｐ１の影となって溶湯処理剤による衝撃から免れていると考えられた。また、突片Ｐ４から突片Ｐ６にかけては、突片Ｐ１ほどではないまでも損耗が見られ、突片Ｐ１では遮ることができなかった溶湯処理剤の衝撃を、この部分の突片で受けていると考えられた。そして、各突片の間の溝部では、芯金の厚さの減少は見られなかった。

上記の結果から、突片を設けることによって、芯金の損耗が有効に防止されていることが確認された。そして、突片の高さが芯金の内径の約１／２０〜１／２であれば、芯金に詰まりを生じることなく、実用的な処理回数である３ｃｈ以上の使用が可能であった。更に、突片の高さが芯金の内径の約１／６であれば、従来のランスパイプＳ０に比べて耐用期間を非常に長期化することができ、特に良好であった。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。

例えば、本実施形態では、突片Ｐがかまぼこ型であり、芯金１０の内部側に平坦な面を向けている場合を例示したが、これに限定されず、図５（ａ），（ｂ）に例示するように、芯金の内部側となる面が湾曲している形状の突片Ｑ，Ｒとすることができる。

また、上記では、突片を複数設ける場合を例示したが、突片は一つでも良い。この場合は、直管部の曲管部側の端部において、曲管部の湾曲に対して外側となる方向の内周面に設ければ、最も損耗を受けやすい部分に衝突する前に溶湯処理剤を散乱させることができ、好適である。

更に、芯金が単層構造の場合を図示して説明したが、二重構造の芯金を用い、内側の芯金に対して突片を設ける構成とすることもできる。更に、上記では曲管部を備えるランスパイプとしてＪ字形のものを例示したが、図６に示すように、Ｌ字形のランスパイプ２にも本発明を適用することができる。このランスパイプ２は金属製で円管状の芯金３０、及び、芯金３０の外周面を被覆する耐火物層２０を備えており、芯金３０は、範囲Ｍ１に相当する直管部３１、範囲Ｍ２に相当する曲管部３２、及び、範囲Ｍ３に相当する第二直管部３３から構成され、直管部３１と第二直管部３３とはほぼ直角を形成している。

１，２ ランスパイプ
１０，３０ 芯金
１１ 直管部（芯金１０）
１２ 曲管部（芯金１０）
１３ 第二直管部（芯金１０）
２０ 耐火物層
２１ 導入口
３１ 直管部（芯金３０）
３２ 曲管部（芯金３０）
３３ 第二直管部（芯金３０）

特開平９−２８７０１７号公報

Claims (2)

1. 金属製で円管状の芯金、及び、該芯金の外周面を被覆する耐火物層を備え、ガス及び固体の溶湯処理剤を溶融金属に吹き込むための製銑、製鋼工程において用いられるランスパイプであって、
   前記芯金は、溶湯処理剤が吹き込まれる導入口から直線状に伸びる直管部、及び、該直管部から湾曲して延設される曲管部を備え、
   前記芯金の直管部の内周面、及び、前記曲管部の湾曲に対して外側となる方向の内周面から、前記芯金の内径の１／２０〜１／２の高さ突出している金属製の突片を具備し、
   前記突片は、前記直管部の前記曲管部側の端部において、前記曲管部の湾曲に対して外側となる方向の内周面から突出しており、
   更に、前記突片は、前記曲管部において複数が所定間隔で列設されていることを特徴とするランスパイプ。
2. 前記芯金は、鋼製である請求項１記載のランスパイプ。

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