JP6892063B2 - ガス吹き込み用プラグ - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属にガスを吹き込むガス吹き込み用プラグに関する。

従来から転炉や電気炉においては、精錬の促進或いは溶融金属（溶鋼）の撹拌等のために、炉の底部に埋め込まれたガス吹き込み用プラグにより、ガスの吹き込みが行われている。
ガス吹き込み用プラグは、たとえば、特許文献１に記載されている。
特許文献１には、カーボンおよび黒鉛を含有する耐火物中に複数本の金属製細管のガス吹き込み用貫通孔パイプ（パイプと称する）を内設したガス吹き込み用プラグが記載されている。

従来のガス吹き込み用プラグが埋め込まれた炉（例えば、電気炉）は、ガス吹き込み用プラグの周囲に炉底レンガを配置し、その周囲に粉末状の耐火原料よりなるスタンプ材が充填されている。そして、この電気炉にて金属を溶融した後に、炉を傾斜（傾転）して溶融金属を取り出している。そうすると、炉底に設けられたガス吹き込み用プラグも、炉の傾きに合わせて傾斜した状態となる。

炉とともにガス吹き込み用プラグが傾斜（傾転）すると、ガス吹き込み用プラグの周囲に配された炉底レンガがガス吹き込み用プラグを押し、パイプには相対的に横方向（パイプの径方向）の力が加わる。そうすると、パイプの下端部に応力が集中し、下端部でパイプが折れ曲がる。更に応力が加わると、パイプの下端部の溶接部に亀裂が発生（亀裂が進展）し、パイプが脱落していた。パイプに亀裂が発生したり、パイプが脱落したりすると、ガスリークが発生する。この結果、所望のガス吹き込みが困難となっていた。

特開平１０−２６５８２９号公報

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、組み付けられた炉が傾斜しても、吹き込まれるガスが流れるガス管に亀裂や脱落が発生することによるガスリークが発生することが抑えられたガス吹き込み用プラグを提供することを課題とする。

上記課題を解決する本発明のガス吹き込み用プラグは、耐火物のプラグ本体と、プラグ本体の下方に設けられたガス室を形成する金属製の基部と、プラグ本体を貫通して配され、下端がガス室と連通する金属製のガス管と、を有するガス吹き込み用プラグであって、ガス管は、基部と接合する下端に補強部を有することを特徴とする。

本発明のガス吹き込み用プラグは、プラグ本体を貫通して配され、かつその下端がガス室と連通する金属製のガス管が、基部と接合する下端に補強部を有する構成となっている。この構成によると、本発明のガス吹き込み用プラグが組み付けられた炉が傾斜（傾転）して、ガス管に相対的に横方向の応力が加わっても、補強部がガス管が曲がることが抑えられる。このため、ガス管が更に曲がることによって生じる、ガス管が基部から脱落することが抑えられ、ガスリークの発生が抑えられる。
本発明のガス吹き込み用プラグにおいて、補強部は、ガス管を厚肉化した部分であることが好ましい。この構成によると、補強部が厚肉化した部分よりなることで、簡単な構成で上記の効果を発揮できる。

本発明のガス吹き込み用プラグにおいて、ガス管が、細管よりなる管本体部と、管本体部がその軸心の中空部に位置するように、基部に一体に設けられた金属製の太管よりなる補強部と、からなることが好ましい。この構成によると、補強部が細管と同軸に配された太管よりなるため、上記の効果を発揮できる。

実施の形態１のガス吹き込み用プラグの断面図である。 実施の形態１のガス吹き込み用プラグのプラグ本体の上面図である。 実施の形態１のガス吹き込み用プラグのガス管の下端の部分拡大断面図である。 実施の形態１のガス吹き込み用プラグが組み付けられた電気炉の炉底の部分拡大断面図である。 実施の形態２のガス吹き込み用プラグの断面図である。 実施の形態２のガス吹き込み用プラグのガス管の下端の部分拡大断面図である。

以下、実施形態として本発明のガス吹き込み用プラグを、電気炉の炉底に設けられるガス吹き込み用プラグを用いて具体的に説明する。本形態において、上下方向は、ガス吹き込み用プラグが電気炉の炉底に設けられた場合の上下方向に該当し、上方側がガスが吹き出す方向の先端側に、下方側がガスが吹き出す方向の基端側に該当する。同様に、上方側が、金属溶湯に当接する当接面側となる。

［実施の形態１］
本形態のガス吹き込み用プラグ１（以下、プラグと称する）は、図１に断面を示すように、プラグ本体２、基部３、ガス管４を有する。

プラグ本体２は、上下方向に沿った断面が、上側が小で下側が大となる略台形形状をなしている。プラグ本体２の略台形形状は、電気炉に貯留する金属溶湯に対面する上面２１、上面２１に背向する下面２２、上面２１と下面２２とをつなぐ外周面２３とを有する。プラグ本体２は、下面２２から下方に凸となる凸部２４が形成されている。凸部２４は、基部３に嵌合する円柱状を有している。

プラグ本体２の外周面２３は、図２に上面図で示すように、４つの平面２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄが台形形状をなすように形成されている。平面２３ａの幅（図２で示す上面での外周での長さ）は、平面２３ｃの幅より短い。なお、本形態ではプラグ本体２の外周面２３は４つの平面２３ａ〜ｄから形成されているが、電気炉の炉底の形状によっては、一部の面が曲面をなしていてもよい。例えば、台形形状の上底と下底となる二つの平面２３ａ，２３ｃが曲面をなしていてもよい。この場合、それぞれの面は、電気炉の炉芯を中心とした円の円弧に沿うように形成されることが好ましい。
プラグ本体２の具体的な形状（サイズ）は限定されず、従来のプラグと同様な大きさとすることができる。

プラグ本体２は、耐火物より形成されている。プラグ本体２を形成する耐火物は限定されるものではなく、従来のプラグにおいて用いられている材質とすることができる。耐火物は、たとえば、高耐用のマグネシア・カーボン質の材質であることが好ましい。

基部３は、プラグ本体２の下端に設けられる。基部３は、プラグ本体２の凸部２４が上端に嵌入する円筒状の基部筒部３２、基部筒部３２の下部（下端部）を塞ぐ円盤３３、プラグ本体２の凸部２４の下面２４ａと当接した状態でありかつ円盤３３と間隔を隔てた位置で基部筒部３２を塞ぐ円盤３４を有する。基部筒部３２の中空部が二つの円盤３３，３４で塞がれ、その内部にガス室３１が形成される。
基部３は、円盤３３の中心にはプラグ本体２と同軸的に配置された取付け口３５が固設されている。取付け口３５は、プラグ１が金属溶湯に吹き込むガスを供給するガス供給源に接続されるパイプを有する。

基部３は、図１に示すように、基部筒部３２の上端にプラグ本体２の凸部２４が嵌入・固定され、その下方にガス室３１が形成（区画）される。基部３は、基部筒部３２を貫通するピン（図示せず）が凸部２４に挿入されることで、固定される。

基部３を形成する基部筒部３２、円盤３３，３４、取付け口３５等の部材の材質や具体的な形状（サイズ）は限定されず、従来のプラグと同様とすることができる。基部３を形成する部材の材質は、例えば、ステンレス鋼，鋼等の耐熱性の金属をあげることができる。本形態では、基部３を形成する基部筒部３２、円盤３３，３４、取付け口３５等の部材はいずれも耐熱性の金属製である。

ガス管４は、プラグ本体２を貫通して配された金属管よりなる。ガス管４は、ガス室３１と連通した状態で、下端が円盤３４に溶接により固定されている。ガス管４は、下端が円盤３４を貫通した状態で、円盤３４の下面において外周の全周にわたって溶接により固定されている。ガス管４の下端の端面は、円盤３４の下面と同一面上に位置していても、下方側に位置していても、いずれでもよい。ガス管４は、図２に示したように、上端がプラグ本体２の上面２１において開口している。
本形態のガス管４は、プラグ本体２を貫通する部分では、その外周に厚さが２ｍｍ以上のアルミナコーティング層（図示せず）を有する。このアルミナコーティング層は、断熱材や接着材、充填材として機能する。

ガス管４は、その太さや内径が限定されるものではないが、外径：３〜７ｍｍ、内径：１〜３ｍｍであることが好ましい。本形態では、外径：３．５ｍｍ、内径１．５ｍｍのステンレス鋼よりなるパイプと、外径：６ｍｍ、内径２ｍｍのステンレス鋼よりなるパイプを組み合わせて形成されている。

ガス管４の配列形態は限定されるものではない。本形態では、図２に示すように、所定の間隔を隔てた状態で、全体として６角形をなすように、ガス管４が配列している。形態は限定されるものではない。なお、６角形以外の多角形や円形状をなすようにガス管４を設けてもよい。

ガス管４は、図３に拡大断面図で示したように、下端のうち円盤３４を貫通している部分及び円盤３４から所定の長さ（具体的には３８ｍｍ）で突出した部分が厚肉化している。ガス管４の下端部の厚肉化している部分４１は、外径が６ｍｍとなっている。すなわち、厚肉化している部分４１は、それ以外の部分と比べてパイプの外径が１．７倍（１．５倍以上）となっている。厚肉化している部分４１は、その外径が一定に形成されている。
なお、ガス管４は、厚肉化している部分４１とそれ以外の部分とでパイプの内径は一定である。
本形態のプラグ１は、従来のプラグ１において用いられている付加部材（たとえば、温度を測定する熱電対）を設けていてもよい。
本形態のプラグ１は、電気炉５に組み付けられて使用される。電気炉５に組み付けられた状態の一例を以下に示す。

（電気炉）
電気炉５は、図４に底部の概略構造を示したように、鉄皮５１と、永久レンガ５２、炉底レンガ５３、スタンプ材５４、シーティングブロック５５を有する。電気炉５は、従来の電気炉と同様の炉を用いることができる。
鉄皮５１は、電気炉５の炉殻を形成する。鉄皮５１は、プラグ１の組付け位置に、取付け口３５が貫通する貫通孔５１１を有する。
永久レンガ５２は、鉄皮５１の上に配設される。永久レンガ５２と鉄皮５１の間にはモルタル等の耐熱性の接合材層（図示せず）が配設され、永久レンガ５２が鉄皮５１に固定される。

炉底レンガ５３は、永久レンガ５２の上に配設される。炉底レンガ５３は、その上面５３ａが、電気炉５に貯留する溶融金属に当接する。炉底レンガ５３は、炉底において、プラグ１の外周に沿って配設される。すなわち、炉底レンガ５３は、全体として環状をなすように複数が配列して配されている。環状の軸心部にプラグ１が配設する。炉底レンガ５３は、内周面５３ｂがプラグ本体２の外周面２３と当接可能な状態で配設（形成）されている。
スタンプ材５４は、永久レンガ５２の上に配設される。スタンプ材５４は、炉底レンガ５３の外周に配設される。スタンプ材５４は、粉末状の耐火原料のスタンプ材をスタンプ施工して形成される。

シーティングブロック５５は、鉄皮５１の上に配設される。シーティングブロック５５は、環状に配設した炉底レンガ５３の環の内部に位置するように配設される。シーティングブロック５５は、その上面５５ａにプラグ１の下端が挿入される凹部５５１が形成されている。シーティングブロック５５は、取付け口３５が貫通する貫通孔５５２を有する。
シーティングブロック５５の上面５５ａは、永久レンガ５２の上面と略一致するように設けられている。

図４に示したように、シーティングブロック５５の凹部５５１には、プラグ１の下端が挿入された状態で保持される。このとき、プラグ１の取付け口３５は、貫通孔５５２，５１１を貫通し、鉄皮５１の外部に突出する。

（本形態の作用効果）
本形態のプラグ１の作用効果を電気炉５の使用時の状態を用いて説明する。
電気炉５は、図４に示した状態、すなわち、プラグ１のガス管４が上下方向に伸びた状態で、溶融金属を貯留する。そして、電気炉５を傾斜（傾転）して溶融金属を取り出す。
電気炉５を傾斜（傾転）させると、炉底に設けられたプラグ１も、電気炉５の傾きに合わせて傾斜する。そうすると、図４に示したように、プラグ１の周囲に配された炉底レンガ５３（およびスタンプ材５４）および永久レンガ５２がプラグ１を押すこととなる。永久レンガ５２が、シーティングブロック５５を介して基部３を押圧し、炉底レンガ５３（およびスタンプ材５４）がプラグ本体２を押圧する。

シーティングブロック５５および鉄皮５１を貫通する取付け口３５により、基部３の位置ズレ（変形）が抑えられている。これに対し、プラグ本体２には、炉底レンガ５３（およびスタンプ材５４）からの応力がそのまま加わる。この結果、プラグ本体２の下端側、特にガス管４の下端部に応力が集中する。

本形態のプラグ１は、ガス管４が基部３と接合する下端部に、厚肉化している部分４１よりなる補強部を有している。この補強部（厚肉化している部分４１）により、ガス管４の下端部（厚肉化している部分４１）の強度が大きくなっている。この結果、プラグ本体２の下端側、特にガス管４の下端部に応力が集中しても、高い強度により、ガス管の変形（折れ曲がり）、亀裂の発生、亀裂の進展による脱落が抑えられる。

本形態のプラグ１は、ガス管４の下端部は、円盤３４の下面側で全周にわたって溶接される。この構成によると、溶接部（溶接長さ）が長くなり、ガス管４が円盤３４に強固に溶接固定される。さらに、ガス管４の下端部の溶接を開先溶接にすることで、ガス管４が円盤３４により強固に溶接固定される。つまり、よりガス管４の変形（折れ曲がり）、亀裂の発生、亀裂の進展による脱落が抑えられる。

本形態のプラグ１は、ガス管４の厚肉化している部分４１が、円盤３４の厚さ以上の長さで形成されている。換言すると、ガス管４の厚肉化している部分４１が、円盤３４から所定の長さで突出して形成されている。この構成によると、厚肉化している部分４１とそれ以外の部分の境界が、円盤３４の上面より上になる。この構成により、特にガス管４の下端部に応力が集中しても、高い強度により、ガス管の変形（折れ曲がり）、亀裂の発生、亀裂の進展による脱落が抑えられる。

［実施の形態２］
本形態のプラグ１は、図５に断面を示すように、プラグ本体２、基部３、ガス管６を有する。本形態のプラグ１は、ガス管６の構成が異なること以外は、上記した第１の形態と同様である。なお、本形態において特に言及しない構成は、上記した第１の形態と同様である。
本形態のプラグ１のガス管６は、細管６１と、太管６２とを有する。
細管６１は、管本体部に相当し、プラグ本体２を貫通して配された金属管よりなる。細管６１は、上端がプラグ本体２の上面２１において開口し、下端がガス室３１と連通している。

細管６１は、太管６２内に挿通可能な形状（太さ）であれば、その外径や内径が限定されるものではないが、外径：３〜７ｍｍ、内径：１〜３ｍｍであることが好ましい。

細管６１は、その外周面に厚さが２ｍｍ以上のアルミナコーティング層（図示せず）を有する。細管６１の太管６２から突出した部分では、アルミナコーティング層（図示せず）は、断熱材や接着材、充填材として機能する。細管６１は、図６に示すように、下端が円盤３４を貫通した状態で、円盤３４の下面において外周の全周にわたって太管６２と溶接により一体に固定されている。

太管６２は、細管６１と同軸に配される金属管よりなる。太管６２は、上端がプラグ本体２に埋設され、下端がガス室３１と連通した状態で、円盤３４の下面において外周の全周にわたって溶接（開先溶接）により固定されている。

太管６２は、細管６１が内部に挿通可能な形状（太さ）であれば、その内径や外径が限定されるものではないが、外径：１１〜１８ｍｍ、内径：３〜７ｍｍであることが好ましい。本形態では、外径：１３ｍｍ、内径３．６ｍｍのステンレス鋼よりなる太管６２としてのパイプと、外径：３．５ｍｍ、内径１．５ｍｍのステンレス鋼よりなる細管６１としてのパイプを組み合わせて形成されている。

太管６２の長さは、上端がプラグ本体２に埋設される長さであれば、限定されない。好ましくは、プラグ本体２の上面２１が溶融金属と当接して摩耗しても、上端が露出しない長さである。より好ましくは、細管６１の長さに対して２０％以下の長さである。更に好ましくは、円盤３４の下面からの長さが２５〜１００ｍｍである。円盤３４の下面からの長さが短くなりすぎると、太管６２を設けることの効果が発揮されにくくなる。

（本形態の作用効果）
本形態のプラグ１は、第１の形態と同様に電気炉に組み付けて利用することができる。
本形態のプラグ１は、ガス管６が同軸に配された細管６１と太管６２とを有する構成となっている。細管６１より太い太管６２が、補強部を形成している。この補強部（太管６２）により、ガス管６の下端部の強度が大きくなっている。この結果、プラグ本体２の下端側、特にガス管６の下端部に応力が集中しようとしても、高い強度により、ガス管６（特に細管６１）の変形（折れ曲がり）、亀裂の発生、亀裂の進展による脱落が抑えられる。

本形態のプラグ１は、太管６２がプラグ本体２を貫通しない構成となっている。この構成によると、上記の効果をより確実に発揮できる。太管６２がプラグ本体２を貫通すると、太管６２と細管６１とのすき間に溶融金属が入り込み、細管６１が溶融する。つまり、実質的に太管６２のみの構成となる。

本形態のプラグ１は、太管６２の内径が、細管６１の外径の０．１ｍｍ以上である。太管６２の内周面と細管６１の外周面の間に所定のすき間が形成されることで、細管６１の下端にかかる応力を抑制することができる。具体的には、太管６２と細管６１とのすき間が存在することで、太管６２や細管６１に横方向（径方向）の力が加わっても、この力が下端の溶接された部分に伝わらなくなっている。なお、太管６２の内周面と細管６１の外周面とが密着した状態（すき間がゼロｍｍ）となると、ガス管６が実質的に一本のガス管６となり、上記の効果が発揮されにくくなる。

１：ガス吹き込み用プラグ
２：プラグ本体
３：基部 ３１：ガス室
４，６：ガス管 ４１：厚肉化している部分
５：電気炉 ５１：鉄皮 ５２：永久レンガ
５３：炉底レンガ ５４：スタンプ材 ５５：シーティングブロック
６１：細管 ６２：太管

Claims (8)

1. 耐火物のプラグ本体と、
   前記プラグ本体の下方に設けられたガス室を形成する金属製の基部と、
   前記プラグ本体を貫通して配され、下端が前記ガス室と連通する金属製のガス管と、
   を有するガス吹き込み用プラグであって、
   前記ガス管は、前記基部と接合する前記下端に補強部を有することを特徴とするガス吹き込み用プラグ。
2. 前記補強部は、前記ガス管を厚肉化した部分である請求項１記載のガス吹き込み用プラグ。
3. 前記基部は、前記ガス室の上面を区画する金属板を有し、
   前記ガス管の前記下端は、前記金属板の下面側で全周にわたって溶接される請求項２記載のガス吹き込み用プラグ。
4. 前記ガス管の厚肉化した部分の太さは、前記ガス管の厚肉化していない部分の太さの１．５倍以上となるように形成されている請求項２〜３のいずれか１項に記載のガス吹き込み用プラグ。
5. 前記ガス管は、
   細管よりなる管本体部と、
   前記管本体部がその軸心の中空部に位置するように、前記基部に一体に設けられた金属製の太管よりなる前記補強部と、からなる請求項１記載のガス吹き込み用プラグ。
6. 前記太管は、前記プラグ本体を貫通しない請求項５記載のガス吹き込み用プラグ。
7. 前記太管の内径は、前記細管の外径の０．１ｍｍ以上大径である請求項５〜６のいずれか１項に記載のガス吹き込み用プラグ。
8. 傾転して利用される炉に用いられる請求項１〜７のいずれか１項に記載のガス吹き込み用プラグ。

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