(57)【要約】【課題】内周れんがの寿命に悪影響を与えることなく冷却面積を広くすることが可能で、しかも内周れんがを芯金あるいは浸漬管の下端まで配置することが可能な浸漬管を提供する。【解決手段】円筒状の芯金３の内周側に内周れんが５を配置している真空脱ガス装置用の浸漬管１において、内周れんが５の外周面と芯金３の内周面との間であってしかも芯金３の下端から上方に芯金の長さの５０％までの範囲内に、二重円筒状であって、上壁、下壁、内壁、及び芯金で構成される冷却ボックス４を環状に設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の芯金の内周側にれんが（以下「内周れんが」という。）を配置している真空脱ガス装置用の浸漬管であって、内周れんがの外周面と芯金の内周面との間であってしかも芯金の下端から上方に芯金の長さの５０％までの範囲内に、二重円筒状であって、上壁、下壁、内壁、及び芯金で構成される冷却ボックスを環状に設けている浸漬管。
【請求項２】
冷却ボックスの内壁の外周面と芯金の内周面との間隔が６ｍｍ以上１４ｍｍ以下である請求項１に記載の浸漬管。
【請求項３】
冷却ボックスの下壁の下端の位置が、芯金の下端から上方へ７０ｍｍ以下の範囲内にある請求項１又は請求項２に記載の浸漬管。
【請求項４】
冷却ボックスの内壁の厚みが８ｍｍ以上１５ｍｍ以下である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の浸漬管。
【請求項５】
冷却ボックスの内壁に、内周れんがを保持するためのれんが受部を設けている請求項１から請求項４のいずれかに一項に記載の浸漬管。
【請求項６】
冷却ボックスは、内壁と芯金との間に上壁及び下壁が挟まれた構造をしており、上壁及び下壁が棒状の鋼材である請求項１から請求項５のいずれかに一項に記載の浸漬管。
【請求項７】
棒状の鋼材が丸鋼である請求項６に記載の浸漬管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の２次精錬で使用されるＲＨやＤＨ等の真空脱ガス装置に使用される浸漬管に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空脱ガス装置に使用される浸漬管は、通常、フランジ部と、フランジ部に取り付けられた円筒状の芯金と、この芯金の内周と外周にそれぞれ配置された耐火物とから構成されている。この耐火物は、溶鋼流の作用、溶鋼上に浮遊するスラグとの反応、熱サイクルによる亀裂の発生による剥落などによって消耗が著しく、使用を重ねて行くうちに、耐火物に亀裂等が生じ脱落する問題がある。
この脱落の大きな要因の一つは、熱歪によって芯金の下部が外側に広がることにあると考えられている。そこで、浸漬管において芯金下部の外側への広がりを抑制するための対策が従来から種々試みられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、芯金全体を二重構造として内部に冷却ガスが通過する冷却空間を設けた浸漬管が開示されている。しかし、この特許文献１の構造は、芯金と耐火物との間に生じる隙間を介しての大気吸引を防止するものであり、この構造では芯金全体が冷却されるため芯金下部の広がりによる耐火物の亀裂や脱落を抑制する効果は不十分である。
【０００４】
特許文献２には、芯金の下部外周にガス通路を環状に設ける構造が開示されているが、芯金の冷却効率が不十分な問題がある。すなわち、浸漬管は溶鋼に浸漬される際、外周の上部は外気に触れているため芯金下部の外周は内周と比べると温度が低いからである。さらに、浸漬管の外周には、外周側の耐火物として多くの場合不定形耐火物が配置され、しかも内周側の耐火物よりも小さな厚みで配置されている。さらに浸漬管の外周はスラグと接するため損傷が大きく亀裂も入りやい。このため、芯金の外周にガス通路を設けた場合にはガス通路が損傷しガスリークが発生しやすい問題もある。
【０００５】
そこで特許文献３には、芯金の下部内周を冷却するための冷却構造が開示されている。具体的には、芯金を冷却するための冷却通路が芯金に沿って設けられた浸漬管であって、冷却ガスを通すための前記冷却通路が前記芯金の内側に断面形状が三日月型に設けられている冷却構造が開示されている。また、この冷却構造において冷却通路は、円筒形状のパイプを断面形状が三日月型になるように切断加工して、芯金に溶接固定して設けられることも開示されている。
【０００６】
しかしながら、この特許文献３の冷却構造の場合、冷却通路が切断されたパイプによって形成されているため冷却通路中央の厚みが大きくなっている。このため、冷却通路が障害物となって内周れんがを芯金あるいは浸漬管の下端まで配置できない問題、又は内周れんがを芯金あるいは浸漬管の下端まで配置しようとすると、冷却通路中央の厚みを小さくするために冷却通路自体を小さくする必要があり、そうすると冷却面積が小さくなるため冷却効果が不十分となってしまう問題がある。さらに、冷却通路を内周れんがの外周面と芯金の内周面との間に配置しようとすると、内周れんがの厚みを小さくしなければならず、内周れんがの寿命が短くなる問題もある。
【０００７】
一方、特許文献４には、浸漬管下端部の脱落防止構造として、内周用定形耐火物層の下端を浸漬管の周方向に交互に長短構造とし、さらに、内周用定形耐火物層の最下端を構成する長尺定形耐火物の下端が浸漬管の最下端に位置し、かつ、内周用定形耐火物層の最下端以外を構成する短尺定形耐火物の下部から外周部に連続する不定形耐火物を配置した構造が開示されている。このような構造とすることで不定形耐火物の水平亀裂の進展が抑制され不定形耐火物の脱落が抑制されるとされている。
この特許文献４の構造により、水平亀裂の発生を抑制することはできるが、依然として不定形耐火物が脱落することもあり、さらなる改善が望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】実願平１−９３７８８号（実開平３−３４０５３号）のマイクロフィルム
【特許文献２】特開平１１−２１６１７号公報
【特許文献３】特開２００５−２２６０９２号公報
【特許文献４】特開２００６−１０４５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、円筒状の芯金の内周側にれんが（内周れんが）を配置している真空脱ガス装置用の浸漬管であって、内周れんがの寿命に悪影響を与えることなく冷却面積を広くすることが可能で、しかも内周れんがを芯金あるいは浸漬管の下端まで配置することが可能な浸漬管を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一観点によれば、次の浸漬管が提供される。
円筒状の芯金の内周側にれんが（以下「内周れんが」という。）を配置している真空脱ガス装置用の浸漬管であって、内周れんがの外周面と芯金の内周面との間であってしかも芯金の下端から上方に芯金の長さの５０％までの範囲内に、二重円筒状であって、上壁、下壁、内壁、及び芯金で構成される冷却ボックスを環状に設けている浸漬管。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、芯金の内周面と内周れんがの外周面との間に二重円筒状の冷却ボックスを設けていることで、内周れんがの厚みの減少を最小限にできるため内周れんがの寿命に悪影響を与えることがない。また、芯金の冷却面積を大きくできるため冷却効果を高めることができ、浸漬管の寿命が向上する。さらに、内周れんがを芯金あるいは浸漬管の下端まで配置することが可能となり、このような他の浸漬管下端部の脱落防止技術と本発明の脱落防止技術とを併用することで、浸漬管下端部の耐火物の脱落をより抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態である浸漬管の縦断面図。
【図２】図１の実施形態における冷却ボックスの拡大図。
【図３】本発明の他の実施形態である浸漬管の縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に、本発明の一実施形態である浸漬管を示している。
本実施形態の浸漬管１は、金属製のフランジ２と、このフランジ２に取り付けられた円筒状の金属製の芯金３と、この芯金３の下部内周面に環状に設けられた二重円筒状の冷却ボックス４と、芯金３の内周側に配置された内周れんが５（上段内周れんが５１及び下段内周れんが５２）と、芯金３の外周側に配置された不定形耐火物６とを有している。
【００１４】
冷却ボックス４は図２に示すように、下段内周れんが５２の外周面と芯金３の内周面との間に設けられ、この冷却ボックス４の下端面は芯金３の下端面と同じ位置になっている。すなわち、この冷却ボックス４の下端の位置は芯金３の下端と一致している。
【００１５】
この冷却ボックス４は、上壁４１、下壁４２、円筒状の内壁４３及び芯金３とで形成されており、その中には冷却媒体が通過するための空間４５が形成されている。また、上壁４１と下壁４２にはそれぞれ丸鋼が使用されており、これら丸鋼は円筒状の内壁４３と芯金４４との間に挟まれ、それぞれの接合部は溶接によって固定されている。
【００１６】
この冷却ボックス４の内壁４３の厚みは１２ｍｍ、上壁４１及び下壁４２の厚みはそれぞれ９ｍｍ、内壁４１の外周面と芯金３の内周面との間隔Ｄ（冷却ボックス４の空間４５の厚みＤ）は９ｍｍ、芯金３の厚みは１９ｍｍ、冷却ボックス４の幅Ｗは２００ｍｍ、芯金３の直径は８００ｍｍ、芯金３の長さは７００ｍｍである。ここで、芯金の長さとは、フランジ２の下端から芯金３の下端までの長さである。なお、以上の寸法関係よりこの冷却ボックス４は、芯金３の下端から上方に芯金３の長さの５０％までの範囲内、すなわち芯金３の下端から上方に３５０ｍｍまでの範囲内に設けられていることがわかる。具体的にはこの冷却ボックス４は、芯金３の下端から上方に芯金３の長さの約２９％（２００／７００×１００）の範囲内に設けられている。
【００１７】
この冷却ボックス４１には冷却媒体としての窒素を導入するための金属製の導入配管４４が接続されている。導入配管４４はその一端が冷却ボックス４の内壁４３に貫入して固定され、下段内周れんが５２の外周側の不定形耐火物６の中を通って、上段内周れんが５１との境界部近傍で芯金３を貫通して外周側に出て、さらに不定形耐火物６の中を通ってフランジ２の下にその他端が露出している。また図示していないが、窒素を排出するための同様な構造をした排出配管も他の位置に配置されている。なお、導入配管と排出配管はそれぞれ複数設けて冷却効率を高めることもできる。
【００１８】
芯金３の内周側には上下２段に各２０個のマグネシアカーボン質の内周れんが５１、５２が円筒状に配置され、これら内周れんが５１、５２と芯金３との間にはアルミナマグネシア系のキャスタブルである不定形耐火物６が配置されている。そして下段内周れんが５２の厚みＴは、冷却ボックス４と導入配管４４を配置するための隙間を確保するために上段内周れんが５１の厚みより２５ｍｍ小さい１４５ｍｍとしている。また、下段内周れんが５２は、それぞれ冷却ボックス４の内壁４３に設けられたれんが受部４６で保持されている。このれんが受部４６は内壁４３の内周面に溶接によって固定されており、下段内周れんが５２の外周面に設けられた凹部５３内の上部を受けることで下段内周れんが５２を保持している。なお、上段内周れんが５１の外周面と芯金３の内周面との間隔は２０ｍｍである。また、芯金３の外周及び下部には不定形耐火物６としてアルミナマグネシア系のキャスタブルが配置されているが、脱落防止のために芯金３に設けたスタッドは図面では省略している。
【００１９】
以上の構成を有する本実施形態の浸漬管１は、使用時には冷却媒体として導入配管４４に窒素を導入し冷却ボックス４中を窒素が通過して排出配管から窒素が排出されることで、芯金３の下部内周が冷却される。そして、芯金３の下部内周が冷却されるため芯金３の下部の開きが抑制されて、浸漬管下端部の耐火物の亀裂が減少し、耐火物の脱落を防止することができる。
【００２０】
また、本実施形態の浸漬管１は、冷却ボックス４を二重円筒構造としたことで、その冷却ボックス４１の厚みを小さくすることができるため、内周れんが５の外周面と芯金３の内周面との間に設けても、内周れんが５の厚みの減少を最小限にでき、内周れんがの寿命に悪影響を与えることなく冷却面積を広くすることができる。これにより、芯金３の下部内周の冷却効果を高めることができるため、芯金３の下部の開きが抑制されて浸漬管下端部の耐火物の亀裂を抑制することができる。
【００２１】
また、冷却ボックス４は内壁４３が円筒状をしているため、内壁４３の内周面の任意の位置にれんが受部４６を設けることができ、内周れんが５を配置する際の制約がなくなる。これにより、内周れんが５を芯金あるいは浸漬管の下端まで配置するという公知の浸漬管下端部の脱落防止構造を問題なく採用することができるため、浸漬管下端部の脱落をより確実に抑制することができ、浸漬管の寿命をさらに延ばすことができる。
【００２２】
ここで、冷却ボックス４の内壁４３は、れんが受部４６を設ける場合には強度が必要となるため厚くした方がよいが、厚くなり過ぎると内周れんが５の厚みＴが小さくなってしまうため、例えば内壁４３の厚みは８ｍｍ以上１５ｍｍ以下、好ましくは１０ｍｍ以上１４ｍｍ以下とすることができる。
【００２３】
また、冷却ボックス４の内壁４３の外周面と芯金３の内周面との間隔Ｄ（冷却ボックス４の空間４５の厚みＤ）は大きすぎると内周れんが５の厚みが小さくなり、小さすぎると冷却効果が小さくなるため、浸漬管や内周れんがの大きさに応じて適切な大きさとすればよいが、例えば６ｍｍ以上１４ｍｍ以下であれば十分な冷却効果が得られると共に、内周れんが５の厚みの減少を最小限にできる。
【００２４】
冷却ボックス４の上壁４１と下壁４２としては丸鋼を使用することができる。丸鋼は、ＪＩＳ規格などの規格品が市販され、その外径寸法は１ｍｍ単位で多くの種類が市販されているため、内壁４３の外周面と芯金３の内周面との間隔Ｄ（冷却ボックス４の空間４５の厚みＤ）を冷却ボックスの設計条件に応じてｍｍ単位で調整することができ、しかも低コストで入手できる。また芯金３の内径に合わせた曲げ加工も容易である。なお、丸鋼以外にも角鋼、半丸鋼などの棒状鋼材も同様に規格品があり外径寸法の種類も多いため使用することができる。
【００２５】
冷却ボックス４の製造方法としては、例えば、丸鋼などの棒状鋼材をその外径が芯金３の内径と同じになるように円形に加工した上壁用と下壁用の２つの円形の棒状鋼材と、外径が円形の棒状鋼材の内径と同じになるように形成した内壁用の円筒とを準備し、芯金の内周面の上壁と下壁のそれぞれの設置位置に２つの円形の棒状鋼材を溶接固定し、これら２つの棒状鋼材の内側に内壁用の円筒を溶接固定する方法がある。あるいは、内壁用の円筒の外周面に２つの円形の棒状鋼材を溶接固定した後に、これらを芯金の内周面に溶接固定することもできる。このように円形にした棒状鋼材と内壁用の円筒とをあらかじめ製作しておくことで、芯金内周面への溶接作業が精度よくしかも簡便に短時間で行うことができる。
【００２６】
一方、れんが受部４６は内壁用の円筒を芯金に取り付ける前でも、取り付けた後でもどちらでも設置することができる。また、冷却媒体の導入配管４４及び排出配管は、冷却ボックス４を芯金３に設けた後で取り付けることができるが、取り付け用の孔はあらかじめ内壁用の円筒に設けておくこともできる。
【００２７】
冷却ボックス４の幅Ｗは、例えば５０ｍｍ以上３５０ｍｍ以下の範囲であれば十分な冷却効果が得られ、浸漬管の下端部の脱落を抑制する効果が得られる。
また、冷却ボックス４を設ける範囲を芯金３の下端から上方に芯金３の長さの５０％までの範囲内とすることで、芯金３の下部内周を効果的に冷却することができる。
【００２８】
冷却ボックス４の下壁４２の下端の位置は、使用中の熱膨張による芯金３の下部の開きを効果的に防止する観点からは、芯金３の下端に近い位置がよく、好ましくは芯金下端から上方へ７０ｍｍ以下、より好ましくは芯金下端から上方へ３０ｍｍ以下、さらに好ましくは芯金下端から上方へ１５ｍｍ以下の位置とすることができ、この冷却ボックス４の下端の位置は芯金３の下端と一致していることが最も好ましい。
【００２９】
なお、本実施形態において冷却媒体の導入配管４４及び排出配管の一端は、内壁４３に貫通孔を設けて溶接固定しているが、同様に上壁４１あるいは芯金３に貫通孔を設けて溶接固定することもできる。
【００３０】
次に、図３に示す本発明の他の実施形態について説明する。
図３の浸漬管１は、図１の浸漬管と比較して下段内周れんが５２の下端面の位置が浸漬管の下端面からより上方に離れ、しかも冷却ボックス４にスタッド４７を設けた点が異なっている。このスタッド４７は基端部が冷却ボックス４の内壁４３の内周面に溶接で固定されており、各下段内周れんが５２の下部に各１個ずつ配置されている。このスタッド４７は、冷却ボックス４の内壁４３の任意の位置に取り付けることが可能である。
このように本発明によれば、芯金の下部内周面の任意の位置にスタッドを配置することが可能であり、このようなスタッドの配置などの公知の脱落防止技術も採用できるため、浸漬管下端部の脱落防止効果をより高めることができる。
【実施例】
【００３１】
図３に示す浸漬管において各部の寸法を変えたものを、実際のＲＨで使用した試験結果を表１に示す。
この試験では浸漬管を上昇管として使用した後に下降管として使用し、その合計の使用可能回数を評価した。この使用可能回数は、使用途中の浸漬管の下端部の亀裂や剥離の状態及び耐火物の溶損状態を目視によって観察し総合的に判断した。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
実施例１から実施例６は冷却ボックスの空間の厚みＤ（冷却ボックス４の内壁４３の外周面と芯金３の内周面との間隔Ｄ）が異なる場合であり、この空間の厚みが大きくなるに従い、下段内周れんがの厚みＴを小さくしているが、いずれの実施例も冷却ボックスを設けることで冷却ボックスを設けていない従来タイプである比較例２よりも使用可能回数が増え良好な結果となっている。なお、浸漬管の外観観察では下端部の亀裂や剥離は比較例２よりも小さくなり大幅に改善されおり、寿命の要因は、実施例１を除いて下段内周れんがの損耗によるものであった。
【００３４】
ここで、冷却ボックスの空間の厚みＤが１４ｍｍの実施例４は、冷却ボックスの空間の厚みＤが９ｍｍの実施例３と比較して下段内周れんがの厚みが５ｍｍ小さくなったため、使用可能回数がやや減少している。冷却ボックスの空間の厚みＤがさらに大きな実施例５及び実施例６も同様に使用可能回数が減少している。
【００３５】
一方、冷却ボックスの空間の厚みＤが３ｍｍの実施例１は使用可能回数が１３０回であるのに対して、冷却ボックスの空間の厚みＤが６ｍｍの実施例２では使用可能回数が１５２回であり、使用可能回数の差が大きくなっている。なお、実施例１の寿命の要因は下端部の亀裂及び剥離によるものであった。
【００３６】
実施例７及び実施例８は冷却ボックスの幅Ｗが異なり、芯金の長さに対する冷却ボックスの幅の割合が異なる場合であるが、いずれも本発明の範囲内（５０％以下）であり良好な結果となっている。
【００３７】
一方、比較例１は、冷却ボックスの幅Ｗが５００ｍｍと大きく、芯金の長さに対する冷却ボックスの幅の割合が７１％と本発明の範囲外であり、下端部の耐火物の剥離が大きくなって使用可能回数が減少している。
【符号の説明】
【００３８】
１  浸漬管
２  フランジ
３  芯金
４  冷却ボックス
４１  上壁
４２  下壁
４３  内壁
４４  導入配管
４５  空間
４６  れんが受部
４７  スタッド
５  内周れんが
５１  上段内周れんが
５２  下段内周れんが
５３  凹部
６  不定形耐火物
Ｗ  冷却ボックスの幅
Ｄ  冷却ボックスの内壁の外周面と芯金の内周面との間隔（冷却ボックスの空間の厚み）
Ｔ  下段内周れんがの厚み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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