JP7587491B2

JP7587491B2 - Lance Pipe

Info

Publication number: JP7587491B2
Application number: JP2021196623A
Authority: JP
Inventors: 智恵久保; 紘高大田
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 2021-12-03
Filing date: 2021-12-03
Publication date: 2024-11-20
Anticipated expiration: 2041-12-03
Also published as: JP2023082744A

Description

本発明は、溶融金属中にガス又はガスと共に処理剤を吹き込むためのランスパイプに関する。 The present invention relates to a lance pipe for injecting a gas or a treatment agent together with a gas into molten metal.

溶銑の予備処理、溶鋼の精錬、又は合金の製錬等のために、溶融金属中にガス又はガスと共に処理剤（以下、ガス等という）を吹き込むランスパイプが使用される（例えば特許文献１参照）。ランスパイプは、芯管と、芯管を覆う耐火物と、を備える。ランスパイプの下端部には、吐出孔が設けられる。芯管にガス等を導入すると、吐出孔から溶融金属中にガス等が吹き込まれる。 For the preliminary treatment of molten iron, the refining of molten steel, or the smelting of alloys, a lance pipe is used to inject gas or a treatment agent (hereinafter referred to as gas, etc.) together with gas into the molten metal (see, for example, Patent Document 1). The lance pipe comprises a core tube and a refractory material that covers the core tube. An outlet hole is provided at the lower end of the lance pipe. When gas, etc. is introduced into the core tube, the gas, etc. is injected into the molten metal from the outlet hole.

特開２００９－７９２５９号公報JP 2009-79259 A

しかしながら、従来のランスパイプにおいては、ランスパイプの吐出孔から溶融金属中にガス等を吹き込むとき、吐出孔へ溶融金属が浸入する場合があるという課題がある。吐出孔に溶融金属が浸入すると、溶融金属がガスにより冷却され凝固するため、吐出孔が少なくとも部分的に閉鎖して、ガス等の流量が低下してしまう。 However, conventional lance pipes have a problem in that when gas or the like is injected into the molten metal from the discharge hole of the lance pipe, the molten metal may penetrate the discharge hole. When the molten metal penetrates the discharge hole, it is cooled and solidified by the gas, causing the discharge hole to at least partially close, reducing the flow rate of the gas or the like.

本発明は上記課題を鑑みてなされたものであり、吐出孔に溶融金属が浸入するのを防止できるランスパイプを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above problems, and aims to provide a lance pipe that can prevent molten metal from entering the discharge hole.

上記課題を解決するために、本発明は、溶鋼処理、溶銑予備処理、又は合金の製錬に用いられ、芯管を耐火物で覆うランスパイプにおいて、吐出孔に向かって断面積が小さくなるレジューサと、前記芯管と前記レジューサとの間に設けられ、前記芯管よりも断面積が小さい直管と、を備え、前記直管に前記レジューサの大径部が直接連結されるランスパイプである。 In order to solve the above problems, the present invention provides a lance pipe used for molten steel processing, molten iron pretreatment, or alloy smelting, which has a core tube covered with refractory material , and which comprises a reducer whose cross-sectional area decreases toward a discharge hole, and a straight tube located between the core tube and the reducer and having a smaller cross-sectional area than the core tube, and the large diameter portion of the reducer is directly connected to the straight tube .

本発明によれば、芯管とレジューサとの間に直管を設けるので、レジューサの先端から吐出孔までの距離を短くすることができる。レジューサの先端から吐出孔までの距離を短くすると、ガス等の流速を速めるレジューサ効果によって、吐出孔における中心流速Ｕ_ｉと外側（内面近傍）流速Ｕ_Ｏの比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）が大きくなる（言い換えれば、差（Ｕ_ｉ－Ｕ_Ｏ）が小さくなる）。このため、吐出孔の断面変化点（吐出孔の出口）に渦流が発生するのを軽減でき、吐出孔に溶融金属が巻き込まれるのを防止できる。 According to the present invention, a straight pipe is provided between the core pipe and the reducer, so that the distance from the tip of the reducer to the discharge hole can be shortened. By shortening the distance from the tip of the reducer to the discharge hole, the ratio ( _Uo / _Ui ) of the central flow velocity _Ui to the outer (near the inner surface) flow velocity _Uo in the discharge hole increases due to the reducer effect that increases the flow velocity of gas, etc. (in other words, the difference ( _Ui - _Uo ) becomes smaller). Therefore, it is possible to reduce the generation of vortexes at the cross-sectional change point of the discharge hole (the outlet of the discharge hole), and to prevent the molten metal from being drawn into the discharge hole.

本実施形態のランスパイプの縦断面図である。FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of the lance pipe of the present embodiment. 図１のII部拡大図である。FIG. 2 is an enlarged view of part II in FIG. 図３（ａ）は比較例のランスパイプの断面図を示し、図３（ｂ）は比較例のランスパイプのシミュレーションの結果を示す。FIG. 3(a) shows a cross-sectional view of a lance pipe of a comparative example, and FIG. 3(b) shows the results of a simulation of the lance pipe of the comparative example. 図４（ａ）は実施例のランスパイプの断面図を示し、図４（ｂ）は実施例のランスパイプのシミュレーションの結果を示す。FIG. 4(a) shows a cross-sectional view of the lance pipe of the embodiment, and FIG. 4(b) shows the results of a simulation of the lance pipe of the embodiment. 図５（ａ）はレジューサの先端から吐出孔までの距離ｄ、吐出孔の直径Φ、流速比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）を表す模式図であり、図５（ｂ）はｄとＵ_Ｏ／Ｕ_ｉとの関係を表すグラフである。FIG. 5(a) is a schematic diagram showing the distance d from the tip of the reducer to the discharge hole, the diameter Φ of the discharge hole, and the flow rate ratio ( _Uo / _Ui ), and FIG. 5(b) is a graph showing the relationship between d and _Uo / _Ui .

以下、添付図面に基づいて、本発明の実施形態のランスパイプを詳細に説明する。ただし、本発明のランスパイプは種々の形態で具体化することができ、本明細書に記載される実施形態に限定されるものではない。本実施形態は、明細書の開示を十分にすることによって、当業者が発明を十分に理解できるようにする意図をもって提供されるものである。 The lance pipe of the present invention will be described in detail below with reference to the attached drawings. However, the lance pipe of the present invention can be embodied in various forms and is not limited to the embodiments described in this specification. This embodiment is provided with the intention of enabling those skilled in the art to fully understand the invention by fully disclosing the specification.

図１は本発明の一実施形態のランスパイプ１の縦断面図、図２は図１のII部拡大図を示す。本実施形態のランスパイプ１は、例えば溶鋼処理用のランスパイプ１であり、ＬＦ処理に代表される二次精錬や、連続鋳造前の温度調整等に使用される。本実施形態のランスパイプ１は、溶銑予備処理用のランスパイプ１として使用することもできるし、合金の製錬用のランスパイプ１として使用することもできる。ランスパイプ１から吹き込むガスの種類は限定されるものではなく、Ａｒ、Ｏ_２、Ｎ_２等のいずれでもよい。また、ランスパイプ１からガスと共に処理剤を吹き込んでもよい。 Fig. 1 shows a vertical cross-sectional view of a lance pipe 1 according to an embodiment of the present invention, and Fig. 2 shows an enlarged view of part II in Fig. 1. The lance pipe 1 of this embodiment is, for example, a lance pipe 1 for molten steel treatment, and is used for secondary refining, such as LF treatment, and temperature adjustment before continuous casting. The lance pipe 1 of this embodiment can be used as a lance pipe 1 for molten pig iron pretreatment, or as a lance pipe 1 for alloy smelting. The type of gas injected from the lance pipe 1 is not limited, and may be any of Ar, _O2 , _N2 , etc. Also, a treatment agent may be injected from the lance pipe 1 together with the gas.

図１に示すように、ランスパイプ１は、芯管２と、芯管２を覆う耐火物３と、を備える。芯管２は、上下方向に延びる。芯管２の内部には、ガス等が流れる通路２ａが形成される。芯管２の上端部には、接続用フランジ４が設けられる。芯管２は、例えば鋼管である。耐火物３は、例えばキャスタブル等である。芯管２には、耐火物３を保持するためのスタッド等の保持金物を取り付けてもよい。 As shown in FIG. 1, the lance pipe 1 includes a core tube 2 and a refractory material 3 that covers the core tube 2. The core tube 2 extends in the vertical direction. A passage 2a through which gas and the like flows is formed inside the core tube 2. A connection flange 4 is provided at the upper end of the core tube 2. The core tube 2 is, for example, a steel pipe. The refractory material 3 is, for example, castable. A retaining hardware such as a stud for retaining the refractory material 3 may be attached to the core tube 2.

図２に示すように、ランスパイプ１の下端部には、吐出孔７が設けられる。吐出孔７の構造（向き－孔数）は、水平－２孔である。吐出孔７の構造は、上記に限定されることはなく、様々に設定することができる。例えば、下向き－１孔、水平－１孔、斜め４５°－４孔等に設定することができる。 As shown in FIG. 2, a discharge hole 7 is provided at the lower end of the lance pipe 1. The structure (orientation-number of holes) of the discharge hole 7 is horizontal-2 holes. The structure of the discharge hole 7 is not limited to the above and can be set in various ways. For example, it can be set to downward-1 hole, horizontal-1 hole, 45°-4 holes, etc.

図２に示すように、芯管２の下端部には、直管８が連結される。直管８は、芯管２に対して直角方向に延びる。直管８は、その中心線が略直線状である。芯管２と直管８とは、溶接等の結合手段によって結合される。 As shown in FIG. 2, a straight pipe 8 is connected to the lower end of the core pipe 2. The straight pipe 8 extends perpendicular to the core pipe 2. The center line of the straight pipe 8 is substantially linear. The core pipe 2 and the straight pipe 8 are joined by a joining means such as welding.

直管８の断面積は、吐出孔７に向かって略一定である。直管８の断面積は、芯管２の断面積よりも小さい。直管８は、例えば鋼管である。直管８には、吐出孔７に向かって断面積が小さくなるレジューサを用いることもできる。 The cross-sectional area of the straight tube 8 is approximately constant toward the discharge hole 7. The cross-sectional area of the straight tube 8 is smaller than the cross-sectional area of the core tube 2. The straight tube 8 is, for example, a steel pipe. A reducer whose cross-sectional area decreases toward the discharge hole 7 can also be used for the straight tube 8.

直管８の先端部には、吐出孔７に向かって断面積が小さくなるレジューサ９が連結される。レジューサ９は、大径部９ａと小径部９ｂとを有する。直管８とレジューサ９の大径部９ａとは、溶接等の結合手段によって結合される。直管８とレジューサ９の大径部９ａとの間には、溶接を容易にするための金属製のリング状部材を介在させてもよい。レジューサ９は、例えば鋼製である。レジューサ９は、同心型でも偏心型でもよい。 A reducer 9, whose cross-sectional area decreases toward the discharge hole 7, is connected to the tip of the straight pipe 8. The reducer 9 has a large diameter portion 9a and a small diameter portion 9b. The straight pipe 8 and the large diameter portion 9a of the reducer 9 are connected by a connecting means such as welding. A metal ring-shaped member may be interposed between the straight pipe 8 and the large diameter portion 9a of the reducer 9 to facilitate welding. The reducer 9 is made of, for example, steel. The reducer 9 may be of either a concentric or eccentric type.

レジューサ９の小径部９ｂの先端から吐出孔７までの通路１１は、実質的に耐火物３によって形成される。吐出孔７は、通路１１の先端部に形成される。レジューサ９の小径部９ｂの先端と耐火物３との間には、金属製のリング状部材を介在させてもよい。実質的に耐火物によって形成されるとは、このような場合も含む。 The passage 11 from the tip of the small diameter portion 9b of the reducer 9 to the discharge hole 7 is substantially formed of the refractory material 3. The discharge hole 7 is formed at the tip of the passage 11. A metal ring-shaped member may be interposed between the tip of the small diameter portion 9b of the reducer 9 and the refractory material 3. "Substantially formed of refractory material" also includes such cases.

芯管２にガス等を導入すると、直管８を経由してレジューサ９にガス等が導入される。レジューサ９は、ガス等の流速を速める。流速が速められたガス等は、通路１１を経由して吐出孔７から溶融金属中に吹き込まれる。 When gas or the like is introduced into the core tube 2, the gas or the like is introduced into the reducer 9 via the straight tube 8. The reducer 9 increases the flow rate of the gas or the like. The gas or the like whose flow rate has been increased is blown into the molten metal from the discharge hole 7 via the passage 11.

本実施形態のランスパイプ１によれば、以下の効果を奏する。芯管２とレジューサ９との間に直管８を設けるので、レジューサ９の先端から吐出孔７までの距離を短くすることができる。レジューサ９の先端から吐出孔７までの距離を短くすると、ガス等の流速を速めるレジューサ効果によって、吐出孔７における中心流速Ｕ_ｉと外側（内面近傍）流速Ｕ_Ｏの比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）が大きくなる（言い換えれば、差（Ｕ_ｉ－Ｕ_Ｏ）が小さくなる）。このため、吐出孔７の断面変化点（吐出孔７の出口）に渦流が発生するのを防止でき、吐出孔７に溶融金属が巻き込まれるのを防止できる。 The lance pipe 1 of this embodiment has the following effects. Since the straight pipe 8 is provided between the core pipe 2 and the reducer 9, the distance from the tip of the reducer 9 to the discharge hole 7 can be shortened. When the distance from the tip of the reducer 9 to the discharge hole 7 is shortened, the ratio (U O /U i ) of the central flow velocity U _i to the outer (near the inner surface) flow velocity U _O at the discharge hole 7 increases due to the reducer effect that increases the flow velocity of the _gas , etc. (in other words, the difference (U _i _-U _O ) becomes smaller). Therefore, it is possible to prevent vortexes from occurring at the cross-sectional change point of the discharge hole 7 (the outlet of the discharge hole 7), and to prevent molten metal from being drawn into the discharge hole 7.

また、レジューサ９の小径部９ｂの先端から吐出孔７までの通路１１を実質的に耐火物３によって形成するので、レジューサ９の小径部９ｂの先端に直管を設ける必要が無くなり、直管に溶融金属が付着したり、直管が溶けたりするのを防止できる。 In addition, since the passage 11 from the tip of the small diameter portion 9b of the reducer 9 to the discharge hole 7 is essentially formed by the refractory material 3, there is no need to provide a straight pipe at the tip of the small diameter portion 9b of the reducer 9, and it is possible to prevent the molten metal from adhering to the straight pipe or the straight pipe from melting.

（比較例）
図３に示す比較例と図４に示す実施例とで溶融金属の挙動をシミュレーションした。図３に示す比較例では、図３（ａ）に示すように、芯管２にレジューサ９を連結し、レジューサ９に直管８を連結した。溶融金属には溶鋼を用い、ガスにはＡｒガスを用いた。ガス流量を８００Ｌ／ｍｉｎ、吐出孔７の直径Φを１０ｍｍ、レジューサ９の先端から吐出孔７までの距離ｄを７０ｍｍに設定した。 Comparative Example
The behavior of the molten metal was simulated in the comparative example shown in Fig. 3 and the embodiment shown in Fig. 4. In the comparative example shown in Fig. 3, as shown in Fig. 3(a), a reducer 9 was connected to the core tube 2, and a straight tube 8 was connected to the reducer 9. Molten steel was used as the molten metal, and Ar gas was used as the gas. The gas flow rate was set to 800 L/min, the diameter Φ of the discharge hole 7 was 10 mm, and the distance d from the tip of the reducer 9 to the discharge hole 7 was 70 mm.

図３（ｂ）は比較例のシミュレーション結果を示す。図３（ｂ）に示すように、吐出孔７の断面変化点に渦流１３が発生し、吐出孔７へ溶鋼が巻き込まれ、吐出孔７への溶鋼の浸入が確認された。比較例の中心流速Ｕ_ｉと外側流速Ｕ_Ｏの比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）は０．３２であった。なお、外側流速Ｕ_Ｏは、吐出孔７の直径Φ×０．９８の位置における流速である。 Figure 3(b) shows the simulation results of the comparative example. As shown in Figure 3(b), a vortex 13 was generated at the cross-sectional change point of the discharge hole 7, and the molten steel was entrained into the discharge hole 7, and it was confirmed that the molten steel penetrated into the discharge hole 7. The ratio ( _UO / _Ui ) of the central flow velocity _Ui to the outer flow velocity _UO in the comparative example was 0.32. The outer flow velocity _UO is the flow velocity at a position of the diameter Φ×0.98 of the discharge hole 7.

（実施例１）
図４に示す実施例では、図４（ａ）に示すように、芯管２に直管８を連結し、直管８にレジューサ９を連結した。芯管２とレジューサ９との間に直管８を設けているので、レジューサ９の先端から吐出孔７までの距離ｄは短く、３０ｍｍであった。これ以外は、比較例１と同一のパラメータを使用した。 Example 1
In the embodiment shown in Fig. 4, as shown in Fig. 4(a), a straight pipe 8 was connected to the core tube 2, and a reducer 9 was connected to the straight pipe 8. Since the straight pipe 8 was provided between the core tube 2 and the reducer 9, the distance d from the tip of the reducer 9 to the discharge hole 7 was short, being 30 mm. Other than this, the same parameters as those in Comparative Example 1 were used.

図４（ｂ）にシミュレーション結果を示す。図４（ｂ）に示すように、吐出孔７への溶鋼の浸入は確認されなかった。実施例の中心流速Ｕ_ｉと外側流速Ｕ_Ｏの比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）は０．４であった。 The simulation results are shown in Fig. 4(b). As shown in Fig. 4(b), intrusion of molten steel into the discharge hole 7 was not confirmed. The ratio ( _Uo / _Ui ) of the central flow velocity _Ui to the outer flow velocity _Uo in the example was 0.4.

レジューサ９の先端から吐出孔７までの距離を短くすることで、ガスの流速を速めるレジューサ効果によって、中心流速Ｕ_ｉと外側流速Ｕ_Ｏの比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）を０．４まで大きくすることができ、これにより、吐出孔７の断面変化点での渦流の発生を防止でき、吐出孔７に溶鋼が巻き込まれるのを防止できた。 By shortening the distance from the tip of the reducer 9 to the discharge hole 7, the reducer effect increases the gas flow rate, and the ratio ( _UO / _Ui ) of the central flow rate _Ui to the outer flow rate _UO can be increased to 0.4. This makes it possible to prevent vortexes from occurring at the cross-sectional change point of the discharge hole 7, and to prevent molten steel from being drawn into the discharge hole 7.

（実施例２）
図５（ｂ）に示すように、吐出孔７の直径Φを７ｍｍに設定した場合と１０ｍｍに設定した場合とで、レジューサ９の先端から吐出孔７までの距離ｄと流速比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）との関係を算出した。図５（ａ）はレジューサ９の先端から吐出孔７までの距離ｄ、吐出孔７の直径Φ、流速比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）を表す模式図である。 Example 2
As shown in Fig. 5(b), the relationship between the distance d from the tip of the reducer 9 to the discharge hole 7 and the flow rate ratio ( _Uo / _Ui ) was calculated when the diameter Φ of the discharge hole 7 was set to 7 mm and when it was set to 10 mm. Fig. 5(a) is a schematic diagram showing the distance d from the tip of the reducer 9 to the discharge hole 7, the diameter Φ of the discharge hole 7, and the flow rate ratio ( _Uo / _Ui ).

図５（ｂ）に示すように、Φが７ｍｍの場合でも１０ｍｍの場合でも、ｄが小さくなればなるほど、流速比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）が大きくなった。 As shown in FIG. 5(b), whether Φ is 7 mm or 10 mm, the smaller d becomes, the larger the flow velocity ratio (U _o /U _i ) becomes.

Φが１０ｍｍの場合、ｄが３０ｍｍ以下であると、流速比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）が０．４以上になった。 When Φ was 10 mm and d was 30 mm or less, the flow velocity ratio (U _o /U _i ) was 0.4 or more.

Φが７ｍｍの場合、ｄが７０ｍｍ以下であると、流速比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）が０．４以上になった。ｄが大きいと、耐火物３に亀裂が入るおそれがあるし、また流速比（Ｕ_Ｏ／Ｕ_ｉ）が大きければ大きいほど、吐出孔７への溶鋼の浸入をより確実に防止できるので、Φが７ｍｍの場合では、ｄを４０ｍｍ以下にするのが望ましい。 When Φ was 7 mm and d was 70 mm or less, the flow velocity ratio ( _UO / _Ui ) was 0.4 or more. If d was large, there was a risk of cracks occurring in the refractory 3, and the larger the flow velocity ratio ( _UO / _Ui ), the more reliably the molten steel could be prevented from penetrating the discharge hole 7. Therefore, when Φ was 7 mm, it is desirable to set d to 40 mm or less.

Claims

A lance pipe used in molten steel treatment, molten iron pretreatment, or alloy smelting, in which the core pipe is covered with a refractory material,
A reducer having a cross-sectional area that decreases toward a discharge hole;
a straight tube provided between the core tube and the reducer and having a smaller cross-sectional area than the core tube ,
A lance pipe in which the large diameter portion of the reducer is directly connected to the straight pipe .

2. The lance pipe according to claim 1, wherein a passage from a tip of the small diameter portion of the reducer to the discharge hole is formed by the refractory material.

2. The lance pipe according to claim 1, wherein a passage from a tip of the small diameter portion of the reducer to the discharge hole is formed by the refractory material with a metal ring-shaped member interposed between the tip of the small diameter portion of the reducer and the refractory material .