JP6826142B2 - ランスパイプ - Google Patents

Description

この発明は、ランスパイプに関する。

製鉄所の精錬工程では、溶銑や溶鋼中に撹拌ガスや各種処理剤を吹き込むためにランスパイプが使用される。特許文献１の図１に示すように、精錬用のランスパイプは、撹拌ガスや各種処理剤の通り道となる芯金の上端にあるフランジをボルト止めすることでランスホルダに接続する。ランスパイプは、インジェクションランス装置から吊り下げられ、溶銑や溶鋼内に浸漬される。また、ランスパイプには、ランスパイプの芯金とフランジとの接合部分を補強する補強リブが設けられている。

特開２０１１−２０８１９０号公報

しかしながら、ランスパイプは、溶銑や溶鋼への撹拌ガス等の吹込みの反動、又は溶銑等の撹拌流によって激しく振動する。このため、図１０に示すように、ランスパイプ１１０の補強リブ１１３の先端１１３ａがランスパイプ１１０の振動の支点となって、ランスパイプの芯金１１２に集中的な応力がかかってしまう。また、溶銑等から受ける浮力の影響によっても、芯金１１２と補強リブ１１３の先端１１３ａとが接合する部分への応力の集中がより助長される。従って、補強リブ１１３の先端１１３ａ付近の箇所Ａで芯金１１２が折損しやすくなってしまうという問題があった。

この発明は、このような問題を解決するためになされ、芯金の折損を防止することができるランスパイプを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係るランスパイプは、一端に噴出口が形成される芯金と、芯金の他端に設けられるフランジと、芯金とフランジとの接合部分に取り付けられる少なくとも１つの補強リブとを備え、少なくとも１つの補強リブの噴出口側の端部には、芯金に固定されない非固定領域が設けられる。

また、この発明に係るランスパイプの補強リブの非固定領域と芯金の外周との間には間隙を設けてもよく、この間隙は、０．００５ｍｍ〜２ｍｍであってもよい。
また、より好ましくは、補強リブの非固定領域と芯金の外周との間の間隙は、０．００５ｍｍ〜１ｍｍであってもよい。

さらに、補強リブは、芯金に固定される固定領域を有しており、補強リブの固定領域は、補強リブの全長の５０％〜９５％であってもよい。
また、より好ましくは、補強リブの固定領域は、補強リブの全長の７５％〜９０％であってもよい。

この発明に係るランスパイプによれば、芯金の折損を防止することができる。

この発明の実施の形態に係るランスパイプの使用例を示す図である。 図１に示すランスパイプの全体構造を示す断面図である。 図２に示すランスパイプの第一補強リブ及び第二補強リブが設けられている箇所を拡大して表した側面図である。 図２に示すランスパイプの第一補強リブ及び第二補強リブが設けられている箇所を拡大して表した上面図である。 図２に示すランスパイプを切断線Ｖ−Ｖで切断した形状を示す断面図である。 図２に示すランスパイプを切断線ＶＩ−ＶＩで切断した形状を示す断面図である。 図７（ａ）〜（ｅ）は、この発明の別の実施の形態に係るランスパイプの第一補強リブの形状を示す拡大図である。 図８（ａ），（ｂ）は、この発明の別の実施の形態に係るランスパイプの補強リブの配置を示す拡大図である。 この発明の別の実施の形態に係るランスパイプの使用例を示す図である。 従来の例に係るランスパイプの補強リブが設けられている箇所を表した側面図である。

以下、この発明の実施の形態について添付図面に基づいて説明する。
まず、ランスパイプ１０を混銑車１で使用する例について、図１を用いて説明する。
ランスパイプ１０は、混銑車１の中の溶銑５に挿入され、浸漬される。ランスパイプ１０は、上端に設けられたフランジ１１を介してランスホルダ２０にボルト止めによって取り付けられている。また、ランスホルダ２０には、昇降レール２１が取り付けられる。従って、昇降レール２１によって、混銑車１の中でのランスパイプ１０の位置を調整することができる。ランスパイプ１０は撹拌ガスを溶銑５に吹き込み、吹き込みの反動と溶銑５からの浮力によって、主に振動方向Ｖに振動する。
なお、ランスパイプ１０が溶銑５に吹き込むものは、撹拌ガスに限定されず、各種の処理剤であってもよい。

次に、ランスパイプ１０の詳細な構造について、図２〜６を用いて説明する。
図２に示すように、ランスパイプ１０は、筒形状の芯金１２を有している。芯金１２の内部には、撹拌ガスが流通する。芯金１２の一端には、撹拌ガスが吹き出す噴出口１２ａが形成されている。芯金１２の噴出口１２ａ側の端部は屈曲している。また、芯金１２の他端には、フランジ１１が設けられる。また、芯金１２のうち溶銑５に浸漬する部分は、耐火物１４に被覆されている。
なお、以下の説明において、芯金１２に対して噴出口１２ａが設けられている側を下側とし、フランジ１１が設けられている側を上側とする。

図２〜５に示すように、フランジ１１と芯金１２との接合部分には、フランジ１１に隣接して、一対の第一補強リブ１３ａ及び一対の第二補強リブ１３ｂが設けられる。ここで、図５に示すように、一対の第一補強リブ１３ａ及び一対の第二補強リブ１３ｂの各々は、芯金１２の外周に対して、径方向外側に突出するように取り付けられている。また、図３及び４に示すように、第一補強リブ１３ａ及び第二補強リブ１３ｂはフランジ１１に対して直交して設けられている。また、第一補強リブ１３ａ及び第二補強リブ１３ｂは、各々、下側に向かって細くなる略三角形状の板材である。また、第一補強リブ１３ａの長手方向の長さは２８０ｍｍである。一方、第二補強リブ１３ｂの長手方向の長さは２５０ｍｍである。従って、第一補強リブ１３ａの下端１３ａａは、第二補強リブ１３ｂの下端１３ｂａよりも、下側に向かって３０ｍｍ突出する。なお、第一補強リブ１３ａの下端１３ａａは、芯金１２を被覆する耐火物１４の上端１４ａよりも上側に位置している。

また、図５に示すように、一対の第一補強リブ１３ａは、互いに、芯金１２の外周の１８０°異なる位置に設けられている。そして、一対の第一補強リブ１３ａは、ランスパイプ１０の振動方向Ｖに沿って配置される。さらに、一対の第二補強リブ１３ｂも、互いに、芯金１２の外周の１８０°異なる位置に設けられている。第一補強リブ１３ａと第二補強リブ１３ｂとは、各々、９０°の間隔を置いて位置をずらし、芯金１２の外周に交互に配置されている。

図３及び４に示すように、第一補強リブ１３ａの下端１３ａａの近傍の部分、すなわち第二補強リブ１３ｂの下端１３ｂａに対して下側に突出している部分は、芯金１２の外周に直接固定されていない。ここで、第一補強リブ１３ａが芯金１２の外周に溶接によって直接固定されている部分を、第一補強リブ１３ａの固定領域Ｘ１とする。また、芯金１２の外周に溶接によって直接固定されていない、第一補強リブ１３ａの下端１３ａａの近傍の部分を、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２とする。ここで、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２の長さは、３０ｍｍである。
なお、第二補強リブ１３ｂは、ほぼ全長に亘って、芯金１２の外周に溶接されている。

図３〜５に示すように、第一補強リブ１３ａの固定領域Ｘ１と芯金１２との接合部分には隅肉溶接部１５が形成される。また、第二補強リブ１３ｂと芯金１２との接合部分にも、同様に、隅肉溶接部１５が形成される。ここで、第一補強リブ１３ａの固定領域Ｘ１は、第一補強リブ１３ａの全長の約９０％を占めている。

また、図３及び図６に示すように、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２と芯金１２の外周との間には、間隙Ｇが設けられている。第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２と芯金１２との間の間隙Ｇは、０．１ｍｍである。この実施の形態においては、第一補強リブ１３ａを芯金１２より０．１ｍｍ浮かせた状態で固定領域Ｘ１の範囲だけ溶接した。図６では省略しているが、固定領域Ｘ１の範囲では第一補強リブ１３ａと芯金１２の一部の領域は隅肉溶接部１５に溶け込んだ後に凝固しており、隅肉溶接部１５と第一補強リブ１３ａとの境界は、厳密には溶接前の第一補強リブ１３ａの鋼材の内部にまで入り込んでいる。

以上より、この実施の形態に係るランスパイプ１０では、第一補強リブ１３ａ及び第二補強リブ１３ｂのうち、第一補強リブ１３ａの下端１３ａａの近傍に非固定領域Ｘ２が設けられている。これにより、芯金１２において、第一補強リブ１３ａの下端１３ａａの近傍にかかるべき応力が分散される。すなわち、ランスパイプ１０が大きく振動する場合も、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２と芯金１２とがランスパイプ１０の長手方向に互いに直接拘束されていないため、第一補強リブ１３ａの下端１３ａａが振動の支点となってしまって芯金１２の特定の箇所に応力が集中してしまうことが防止される。かつ、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２が芯金１２の振動を制限するので、第一補強リブ１３ａの固定領域Ｘ１と非固定領域Ｘ２との境界の固定領域Ｘ１の溶接端部にかかる振動による応力も、非固定領域Ｘ２が無い場合に比べて減少する。
また、一般に、固定領域Ｘ１のような溶接部には、溶接時の熱履歴に伴う膨張及び収縮によって残留応力が生じるおそれがあり、リブのような板状部材の端部の溶接個所では、板状部材の側面の溶接個所と異なり、端面側からも加熱を受けて溶接金属の溶け込みが端面側にも回り込むように生じ易いので、特に残留応力が大きくなるおそれがある。これに対して、第一補強リブ１３ａの固定領域Ｘ１と非固定領域Ｘ２との境界の固定領域Ｘ１の溶接端部では、溶接時に非固定領域Ｘ２が存在することで端面からの加熱や溶接金属の溶け込みが防止されるので、残留応力の増大が防止される。
従って、ランスパイプ１０の芯金１２の折損や破損を防止することができる。
また、芯金１２とフランジ１１との接合部分に第一補強リブ１３ａ及び第二補強リブ１３ｂが設けられていることにより、ランスパイプ１０の振動を抑制する効果も得ることができる。
さらに、非固定領域Ｘ２と芯金１２の外周との間に間隙Ｇが設けられていることにより、第一補強リブ１３ａの下端１３ａａが振動の支点となってしまって芯金１２の特定の箇所に応力が集中してしまうことが防止される。

また、この実施の形態において、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２と芯金１２との間の間隙Ｇは、０．１ｍｍだが、これに限定されず、間隙Ｇは、２ｍｍ以下、より好ましくは０．００５〜２ｍｍの範囲の長さであればよい。すなわち、間隙Ｇが２ｍｍを超えた場合、第一補強リブ１３ａがランスパイプ１０の振動を抑制する効果が低くなってしまうとともに、隅肉溶接時に第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２が冷却材となって溶接端部近傍の残留応力を低減する効果も低下する傾向となる。また、間隙Ｇが０．００５ｍｍ以上であれば、第一補強リブ１３ａの下端１３ａａ付近で芯金１２に集中的かかる応力を充分に分散させることができる。なお、間隙Ｇとして、より好ましい範囲は、０．００５〜１ｍｍの範囲である。間隙Ｇが、０．００５〜１ｍｍの範囲内にあることにより、第一補強リブ１３ａは、ランスパイプ１０の振動をより効果的に抑制するとともに、芯金１２にかかる応力も十分に分散される。

また、この実施の形態において、第一補強リブ１３ａの固定領域Ｘ１は、第一補強リブ１３ａの全長の約９０％の長さであるが、これに限定されず、第一補強リブ１３ａの固定領域Ｘ１は、第一補強リブ１３ａの全長の５０〜９５％を占めていればよい。すなわち、固定領域Ｘ１の長さが第一補強リブ１３ａの全長の５０％よりも短くなった場合、第一補強リブ１３ａがランスパイプ１０の振動を抑制する効果が低くなってしまう。また、固定領域Ｘ１の長さが第一補強リブ１３ａの全長の９５％よりも長くなった場合、第一補強リブ１３ａの下端１３ａａ付近で芯金１２にかかる応力を充分に分散させることができない。なお、固定領域Ｘ１の長さとしてより好ましい範囲は、７５〜９０％の範囲である。固定領域Ｘ１の長さが、第一補強リブ１３ａの全長の７５〜９０％であることにより、第一補強リブ１３ａは、ランスパイプ１０の振動をより効果的に抑制するとともに、芯金１２にかかる応力も十分に分散される。
また、非固定領域Ｘ２の長さは、溶接による残留応力を低減するためには、隅肉溶接部１５の幅（隅肉溶接部１５の直角三角形状の断面形状の最大径）以上、より好ましくは隅肉溶接部１５の幅の２倍であることが好ましく、１５ｍｍ以上、より好ましくは３０ｍｍ以上とすることが好適である。

また、この実施の形態に限らず、図７（ａ）に示すように、第一補強リブ１３ａの固定領域Ｘ１と芯金１２との間にスペーサ１６を設け、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２と芯金１２との間の間隙Ｇをより確実に確保することもできる。

また、図７（ｂ）〜７（ｅ）に示すように、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２と芯金１２との間の間隙Ｇを確保するために、非固定領域Ｘ２に切欠き部を設けてもよい。
具体的には、図７（ｂ）に示すように、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２を芯金１２の長手方向に対して平行に切り欠いて、長方形状の切欠き部２３を形成してもよい。また、図７（ｃ）に示すように、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２を芯金１２の長手方向に対して斜め方向に切り欠いて、三角形状の切欠き部３３を形成してもよい。また、図７（ｄ）に示すように、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２を、湾曲したアーチ状に斜めに切り欠いて、切欠き部４３を形成してもよい。さらに、図７（ｅ）に示すように、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２を、階段状に切り欠いて、切欠き部５３を形成してもよい。
図７（ｃ）〜７（ｅ）において、第一補強リブ１３ａの非固定領域Ｘ２と芯金１２との間の間隙Ｇは、非固定領域Ｘ２の全長にわたって０．００５〜２ｍｍの範囲の長さであればよい。
なお、図７（ｂ）〜７（ｅ）において、切欠き部２３，３３，４３，５３の始点２３ａ，３３ａ，４３ａ，５３ａは、溶接された固定領域Ｘ１に設けられている。

また、図８（ａ）及び８（ｂ）に示すように、芯金１２に取り付けられる４個の補強リブの全てに、非固定領域Ｘ２及び芯金１２との間の間隙Ｇを設けてもよい。なお、図８（ａ）に示す４個の補強リブ６３の各々は、ランスパイプ１０の振動方向Ｖに対してθ１＝４５°ずれた位置に配置されている。また、図８（ｂ）に示す４個の補強リブ７３の各々は、ランスパイプ１０の振動方向Ｖに対してθ２＝３０°ずれた位置に配置されている。すなわち、ランスパイプ１０の振動方向Ｖに対応する位置に、フランジ１１の取付ボルトや配管等が設けられている場合でも、振動方向Ｖを基準にして４５°以内の範囲に、間隙Ｇを有する補強リブを配置することで、応力分散の効果を充分に得ることができる。

また、図９に示す使用例のように、別の実施の形態に係るランスパイプ７０は、取鍋７１の中の溶銑５に挿入され、浸漬される。このランスパイプ７０は、直線形状をなし、先端部の噴出口７２を介して径方向外側に向かって、撹拌ガスを噴出させる。ランスパイプ７０は、全方位に振動するおそれがあるため、芯金との間で間隙Ｇが設けられる補強リブを、ランスパイプ１１０の全周に亘って等間隔で設置することが望ましい。

１０，７０ ランスパイプ、１１ フランジ、１２ 芯金、１２ａ 噴出口、１３ａ 第一補強リブ、１３ｂ 第二補強リブ、Ｇ 間隙、Ｘ１ 固定領域、Ｘ２ 非固定領域。

Claims (5)

1. 一端に噴出口が形成される芯金と、
   前記芯金の他端に設けられるフランジと、
   前記芯金と前記フランジとの接合部分に取り付けられる少なくとも１つの補強リブとを備え、
   少なくとも１つの前記補強リブの前記噴出口側の端部には、前記芯金に固定されない非固定領域が設けられる、ランスパイプ。
2. 前記補強リブの前記非固定領域と前記芯金の外周との間には間隙が設けられ、前記間隙は、０．００５ｍｍ〜２ｍｍである、請求項１に記載のランスパイプ。
3. 前記補強リブの前記非固定領域と前記芯金の外周との間の前記間隙は、０．００５ｍｍ〜１ｍｍである、請求項２に記載のランスパイプ。
4. 前記補強リブは、前記芯金に固定される固定領域を有しており、前記補強リブの前記固定領域は、前記補強リブの全長の５０％〜９５％を占める、請求項１〜３のいずれか一項に記載のランスパイプ。
5. 前記補強リブの前記固定領域は、前記補強リブの全長の７５％〜９０％を占める、請求項４に記載のランスパイプ。

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