(57)【要約】【課題】多種類の成形型を必要とすることなく製造することができ管理も容易であって、かつ、多孔質耐火物層の気孔率の均一性が高いガス吹き込みプラグを提供する。【解決手段】溶融金属を収容する容器に取り付けられて溶融金属中にガスを吹き込むガス吹き込みプラグ１であって、多孔質耐火物層１１と、多孔質耐火物層の外周面を被覆する緻密質耐火物層１２とを具備し、多孔質耐火物層は、形状及び寸法が同一の多孔体ユニット２０が、ガス流通方向に沿って二以上積層された多孔質積層体３０を備える。【選択図】図１
2010242191.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を収容する容器に取り付けられて溶融金属中にガスを吹き込むガス吹き込みプラグであって、
多孔質耐火物層と、
該多孔質耐火物層の外周面を被覆する緻密質耐火物層とを具備し、
前記多孔質耐火物層は、形状及び寸法が同一の多孔体ユニットがガス流通方向に沿って二以上積層された多孔質積層体を備える
ことを特徴とするガス吹き込みプラグ。
【請求項２】
前記多孔質耐火物層は、
ガス流通方向の上流側で前記多孔質積層体に積層されていると共に、前記多孔体ユニットとはガス流通方向に直交する断面の形状または大きさが相違している異形多孔質体を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のガス吹き込みプラグ。
【請求項３】
前記多孔質耐火物層は、
ガス流通方向に直交する断面の形状または大きさが相違する複数種類の前記多孔体ユニットが、それぞれ二以上積層されて形成された複数の前記多孔質積層体を備える
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のガス吹き込みプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属中にガスを吹き込むために使用されるガス吹き込みプラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
製鋼プロセスでは、溶融金属の撹拌、温度調整、非金属成分の除去反応の促進等のために、アルゴンや窒素などのガスを溶融金属中に吹き込む処理が行われる。このようなガス吹き込み処理は、図６に示すように、取鍋など溶融金属Ｍを収容する容器９０の底部や側壁に取り付けられたガス吹き込みプラグ１００を介して行われる。ガス吹き込みプラグ１００としては、図７（ａ）に示すように、多孔質耐火物層１１１が緻密質耐火物層１１２で被覆されたポーラスプラグが多用されており、ガス供給源からガス導入管５５に供給されたガスは（図６における矢印参照）、多孔質耐火物層１１１内を流通して、その端面１１９から溶融金属Ｍ中に吹き込まれる。
【０００３】
ここで、多孔質耐火物層１１１には、図７（ｂ）に示すように、耐火材料６０を成形型７０に充填し、上パンチ７１及び下パンチ７２を用いて加圧成形して得た成形体を、焼成した多孔質耐火れんがが用いられるのが一般的である。ところが、上記のように加圧成形すると、軸方向に沿って気孔率が不揃いになり易い。具体的には、上パンチ７１及び下パンチ７２の近傍では気孔率が小さく、その中間部では気孔率が高くなる傾向がある。
【０００４】
そこで、出願人は、ガスが流通する方向に直交する方向に加圧を行うポーラスプラグの成形方法及び成形装置について、提案している（特許文献１参照）。これによれば、気孔率の均一性の高いポーラスプラグを製造することができる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、溶融金属を収容する容器には種々のものがあり、炉壁（底部や側壁）の厚さも様々である。例えば、一般的な取鍋として、炉壁の厚さが二百数十ミリメートルのものから五百数十ミリメートルのものまで使用されている。そのため、炉壁の厚さに対応して、ポーラスプラグの多孔質耐火物層の高さ（ガスが流通する方向の長さ）も種々であり、これらを製造するためには多種類の成形型が必要であるという問題があった。また、製造された多孔質耐火れんがについても、高さの異なる多種類を在庫として備えることになるため、物品点数が多く管理が煩雑であるという問題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、多種類の成形型を必要とすることなく製造することができ管理も容易であって、かつ、多孔質耐火物層の気孔率の均一性が高いガス吹き込みプラグの提供を、課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、本発明にかかるガス吹き込みプラグは、「溶融金属を収容する容器に取り付けられて溶融金属中にガスを吹き込むガス吹き込みプラグであって、多孔質耐火物層と、該多孔質耐火物層の外周面を被覆する緻密質耐火物層とを具備し、前記多孔質耐火物層は、形状及び寸法が同一の多孔体ユニットがガス流通方向に沿って二以上積層された多孔質積層体を備える」ものである。
【０００８】
「多孔質耐火物層」及び「緻密質耐火物層」の原料となる耐火材料は特に限定されず、例えば、アルミナ−シリカ質、ハイアルミナ質、アルミナ−クロム質、アルミナ−マグネシア質、マグネシア−クロム質等の耐火材料を使用することができる。また、多孔質耐火物層の外形は特に限定されないが、例えば、截頭円錐形、截頭角錐形、円柱形、四角柱形とすることができる。更に、多孔質耐火物層の外周面を被覆した状態の緻密質耐火物層の外形も限定されるものではないが、例えば、截頭円錐形、円柱形とすることができる。
【０００９】
上記構成により、積み重ねる多孔体ユニットの個数を変えることで、種々の高さの多孔質耐火物層を形成することができる。換言すれば、多孔体ユニットを成形するための成形型を備えるだけで、多孔質耐火物層の高さが相違する多種類のガス吹き込みプラグを製造することができる。これにより、本発明のガス吹き込みプラグは、多孔質耐火物層を成形するために必要となる成形型の種類数を低減して製造することができる。また、積み重ねる前の多孔体ユニットの状態で保管・管理すれば物品点数も少なくて済むため、在庫管理も極めて容易である。
【００１０】
加えて、多孔体ユニットの成形は、多孔質耐火物層全体を一度で成形する従来とは異なり、成形の単位となる体積が小さいため、加圧成形の際に圧力が加えられる方向によらず、気孔率の均一性が高い成形体を得ることができる。従って、気孔率の均一な多孔体ユニットを積み重ねることにより、全体的に気孔率が均一な多孔質耐火物層を得ることができる。これにより、本発明のガス吹き込みプラグは、多孔質耐火物層におけるガス透過性が均一である。また、使用に伴い溶融金属に接する側から多孔質耐火物層が損耗した場合に、多孔質耐火物層への溶融金属の浸入し易さが不均一となることを回避することができる。
【００１１】
本発明にかかるガス吹き込みプラグは、上記構成に加え、「前記多孔質耐火物層は、ガス流通方向の上流側で前記多孔質積層体に積層されていると共に、前記多孔体ユニットとはガス流通方向に直交する断面の形状または大きさが相違している異形多孔質体を備える」ものとすることができる。
【００１２】
「多孔体ユニットとはガス流通方向に直交する断面の形状または大きさが相違する」態様としては、多孔体ユニットの断面が円形で異形多孔質体の断面が四角形である場合のように両者の形状が異なる態様、多孔体ユニットの断面及び異形多孔質体の断面が共に円形である場合のように形状は同じであって、その大きさが異なる態様を例示することができる。
【００１３】
ガス吹き込みプラグの耐火物層は、使用に伴い溶融金属に接する側の端部から損耗するため、溶融金属がガス吹き込みプラグを介して漏出するという重大な事故を回避するためには、損耗が著しく進行する前に新しいガス吹き込みプラグに交換することが必要である。従来のガス吹き込みプラグの多孔質耐火物層は、図７を用いて例示したように、通常は截頭円錐形に形成されており、ガス吹き込みプラグを使用している現場では、多孔質耐火物層の断面積の変化により、新しいガス吹き込みプラグに交換する時期を判断することがある。すなわち、容器から溶融金属を排出した際、まだ赤熱している緻密質耐火物層の中に、ガスの流通により冷え易い多孔質耐火物層が暗色に見えるため、暗色部分の面積が所定以上に大きくなった際に、ガス吹き込みプラグの交換時期が到来したと判断するのである。
【００１４】
本発明では、形状及び寸法が同一な多孔体ユニットの積み重ねにより形成された多孔質積層体においては、損耗に伴う断面積の変化はない。しかしながら、ガス流通の上流側で、多孔質積層体とは断面の形状または大きさの相違する異形多孔質体が積層されているため、損耗によって異形多孔質体の断面が現れたときに、ガス吹き込みプラグの交換時期が到来したことを知ることができる。
【００１５】
本発明にかかるガス吹き込みプラグは、上記構成に加え、「前記多孔質耐火物層は、ガス流通方向に直交する断面の形状または大きさが相違する複数種類の前記多孔体ユニットがそれぞれ二以上積層されて形成された複数の前記多孔質積層体を備える」ものとすることができる。
【００１６】
上記構成の本発明によれば、断面の形状または大きさの異なる多孔体ユニットを複数種類備えることにより、多孔質耐火物層が緻密質耐火物層によって被覆された耐火物層全体の形状に、多孔質耐火物層の形状を合わせやすいものとなる。例えば、耐火物層全体が截頭円錐形の場合は、断面積の大きな多孔体ユニットを積層した多孔質積層体に、断面積の小さな多孔体ユニットを積層した多孔質積層体が積み重ねられた構成とする。このようにすることにより、截頭円錐形の拡径側で緻密質耐火物層が厚くなることに起因して、ガス吹き込みプラグ全体が重くなることを抑止することができる。また、断面の形状または大きさの異なる多孔体ユニットに切り替えられる位置を、新しいガス吹き込みプラグへ交換すべき高さ位置に合わせて設定することにより、上記と同様に、断面の形状または大きさの変化によって、ガス吹き込みプラグの交換時期の到来を知ることができる。
【００１７】
なお、上記構成とすることにより、多孔体ユニットを成形するための成形型の数、及び在庫管理すべき物品点数は増えることとなるが、それでも溶融金属を収容する容器の炉壁の厚さに応じて、多種類の多孔質耐火物層が必要であった従来に比べれば、その数を極めて少なく抑えることができる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明の効果として、多種類の成形型を必要とすることなく製造することができ管理も容易であって、かつ、多孔質耐火物層の気孔率の均一性が高いガス吹き込みプラグを、提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第一実施形態のガス吹き込みプラグの縦断面図である。
【図２】本発明の第二実施形態のガス吹き込みプラグの縦断面図である。
【図３】本発明の第三実施形態のガス吹き込みプラグの縦断面図である。
【図４】本発明の第四実施形態のガス吹き込みプラグの縦断面図である。
【図５】本発明の多孔体ユニットの他の実施形態を示す縦断面図である。
【図６】ガス吹き込みプラグの容器への取り付けの説明図である。
【図７】従来のガス吹き込みプラグの（ａ）縦断面図、（ｂ）多孔質耐火物層の成形方法の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の第一実施形態であるガス吹き込みプラグ１について説明する。本実施形態のガス吹き込みプラグ１は、溶融金属を収容する容器に取り付けられて溶融金属中にガスを吹き込むガス吹き込みプラグ１であって、図１に示すように、多孔質耐火物層１１と、多孔質耐火物層１１の外周面を被覆する緻密質耐火物層１２とを具備し、多孔質耐火物層１１は、形状及び寸法が同一の多孔体ユニット２０が、ガス流通方向に沿って二以上積層された多孔質積層体３０を備えている。
【００２１】
より詳細に説明すると、多孔体ユニット２０は高さの低い截頭円錐形であり、本実施形態では、複数の多孔体ユニット２０が積層されて形成された多孔質積層体３０のみによって、多孔質耐火物層１１が構成されている。また、多孔質耐火物層１１と、多孔質耐火物層１１の外周面を被覆している緻密質耐火物層１２とで構成された耐火物層１０も、ガス流通の上流側に拡径する截頭円錐形に形成されている。
【００２２】
耐火物層１０は、金属製のケーシング５１によって被覆されており、耐火物層１０の上流側の端面とケーシング５１との間にはガスプール部５２が設けられている。そして、ケーシング５１には、ガスプール部５２と連通するように中空のガス導入管５５が接続されている。かかる構成により、ガス供給源からガス導入管５５に供給されたガスは、ガスプール部５２で拡げられた後、多孔質耐火物層１１を流通し、下流側の端面１９から排出され溶融金属内に吹き込まれる。
【００２３】
上記構成の第一実施形態の耐火物層１０は、次のように製造することができる。まず、多孔体ユニット２０の元となる成形体を同一の成形型を用いて複数成形し、焼成して、複数の多孔体ユニット２０を製造しておく。次に、製造すべきガス吹き込みプラグの高さに応じて、複数の多孔体ユニット２０を積み重ねる。このとき、隣接する多孔体ユニット２０間に、接着剤層を設けることなく積み重ねる。なお、本実施形態では、それぞれの多孔体ユニット２０の拡径側の端面には、縮径側の端部を嵌め込むことができる凹部２８が形成されているため、各多孔体ユニット２０のずれを防止して安定的に積み上げることができる。
【００２４】
多孔体ユニット２０の積層により得られた多孔質積層体３０（多孔質耐火物層１１）を鋳込み型内に置き、その周囲に、耐火材料を水及び結合剤、硬化剤、分散剤等の調整剤と混合して調製した泥しょうを流し込み、固化、乾燥させる。これにより、複数の多孔体ユニット２０が接着されることなく積層された状態が、緻密質耐火物層１２によって保持され、多孔質耐火物層１１の外周面が緻密質耐火物層１２によって被覆された耐火物層１０が得られる。
【００２５】
上記構成の第一実施形態のガス吹き込みプラグ１によれば、積み重ねる多孔体ユニット２０の個数を変えることで、多孔質耐火物層１１の高さの異なる多種類のガス吹き込みプラグを製造することができる。これにより、成形型の数を低減して簡易にガス吹き込みプラグ１を製造することができる。また、ガス吹き込みプラグ１の製造に関して、保管・管理すべき物品点数を低減できるため、在庫管理も極めて容易となる。
【００２６】
また、多孔体ユニット２０の成形は、多孔質耐火物層１１全体を一度に成形する場合に比べて、成形の単位となる体積が小さいため、加圧成形の際に加えられる圧力の方向によらず、気孔率の均一な成形体を得ることができる。従って、多孔体ユニット２０の積層により、上流側から下流側まで気孔率が均一で、ガス透過性及び溶融金属の浸入に対する耐性にばらつきの少ない多孔質耐火物層１１を有する、ガス吹込みプラグ１を製造することができる。
【００２７】
次に、第二実施形態のガス吹き込みプラグ２について説明する。ガス吹き込みプラグ２は、図２に示すように、多孔質積層体３０（多孔質耐火物層１１）とガスプール部５２との間に、終点判定用耐火物１６が配されている点で第一実施形態と相違している。なお、第一実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００２８】
終点判定用耐火物１６は載頭四角錐形をしており、多孔質耐火れんが或いは緻密質耐火物層にスリットが形成されたスリット型耐火物で形成することができる。なお、スリット型耐火物は、例えば、不定形耐火材料を用いて所定形状に成形された成形体に、燃焼により焼失する線条の可燃性材料を貫通するように多数配しておき、その後燃焼させることにより製造することができる。
【００２９】
上記構成により、多孔質積層体３０の損耗により終点判定用耐火物１６が現れたとき、断面積の形状が円形から四角形に変化する。ここで、終点判定耐火物１６が多孔質耐火れんがであってもスリット型耐火物であっても、多孔質耐火物層３０と同様にガスの流通により冷え易いため、溶融金属を排出した際に赤熱している緻密質耐火物層１２の中で暗色に見える。従って、この暗色部分の形状が円形から四角形に変化することを利用して、新しいガス吹き込みプラグへの交換を行うべき時期を知ることができる。
【００３０】
第一実施形態及び第二実施形態は、一種類の多孔体ユニット２０による多孔質積層体３０のみによって多孔質耐火物層１１が構成されている例であったが、第三実施形態のガス吹き込みプラグ３のように、多孔質耐火物層１１が、ガス流通方向の上流側で多孔質積層体３０に積層されていると共に、多孔体ユニット２０とはガス流通方向に直交する断面の形状または大きさが相違している異形多孔質体１８を備えている構成とすることができる。具体的には、異形多孔質体１８は、多孔体ユニット２０より断面積の大きな截頭円錐形であり、多孔質積層体３０と終点判定用耐火物１６との間に配されている。なお、第一実施形態及び第二実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３１】
このような構成とすることにより、多孔質積層体３０の損耗により異形多孔質体１８が現れたとき、断面の形状は同じく円形ではあるが、断面積の大きさの相違によって、損耗が異形多孔質体１８まで至ったことを明確に知ることができる。これにより、終点判定用耐火物１６が現れる前に、まもなく新しいガス吹き込みプラグへの交換時期が到来することを知ることができる。
【００３２】
次に、第四実施形態のガス吹き込みプラグ４について説明する。ガス吹き込みプラグ４は、図４に示すように、多孔質耐火物層１１が、ガス流通方向に直交する断面の形状または大きさが相違する複数種類の多孔体ユニット２１，２２が、それぞれ二以上積層されて形成された複数の多孔質積層体３１，３２を備えているものである。具体的には、多孔質耐火物層１１は、第一多孔体ユニット２１の積層により形成された第一多孔質積層体３１と、これより上流側に設けられ、第二多孔体ユニット２２の積層により形成された第二多孔質積層体３２とで構成されている。そして、第一多孔体ユニット２１及び第二多孔体ユニット２２は共に截頭円錐形であるが、第二多孔体ユニット２２の方が第一多孔体ユニット２１より断面積が大きく設定されている。なお、第一実施形態乃至第三実施形態と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明は省略する。
【００３３】
このような構成により、耐火物層１０を截頭円錐形とする場合、第一実施形態のように一種類の多孔体ユニット２０で多孔質耐火物層１１を形成する場合に比べて、多孔質耐火物層１１の外形を耐火物層１０の外形に近付け易い。換言すれば、第四実施形態では第一実施形態の場合に比べ、多孔質耐火物層１１の外周面を被覆する緻密質耐火物層１２の厚さを、上流側において薄くすることができる。
【００３４】
ここで、緻密質耐火物層１２は多孔質耐火物層１１より比重が大きいため、同体積であれば緻密質耐火物層１２の割合が大きいほど、ガス吹き込みプラグ全体が重くなる。従って、第四実施形態の構成によれば、緻密質耐火物層１２の割合を低減することにより、ガス吹き込みプラグ４全体として軽量化することができ、ハンドリングの容易なものとすることができる。そして、多孔体ユニット２１，２２を製造するために成形型は二種類必要にはなるものの、それぞれを積層する数を変化させることにより、高さの異なる多種類のガス吹き込みプラグを製造することが可能となる。
【００３５】
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。
【００３６】
例えば、截頭円錐形の多孔体ユニット２０を積層して多孔質積層体３０を形成する場合を例示したが、図５に示すように、拡径部２５ａと縮径部２５ｂとを有し角部が鈍角となった多孔体ユニット２５を用いて、多孔質積層体３５を形成することができる。また、複数種類の多孔体ユニットを用いる第四実施形態として、第一多孔体ユニット２１と第二多孔体ユニット２２が共に截頭円錐形であり、断面の形状は共に等しく円形であるがその大きさが異なる場合を例示したが、これに限定されない。例えば、第一多孔体ユニットを載頭円錐形とし、第二多孔体ユニットを載頭四角錐形とすれば、ガス吹き込みプラグの交換時期を、多孔質耐火物層１１の断面形状が円形から四角形に変化することによって知ることが可能な構成とすることができる。
【符号の説明】
【００３７】
１，２，３，４  ガス吹き込みプラグ
１１  多孔質耐火物層
１２  緻密質耐火物層
１８  異形多孔質体
２０，２１，２２，２５  多孔体ユニット
３０，３１，３２，３５  多孔質積層体
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】特許第３９０９４５５号公報
【図１】
2010242191.tif 000003
【図２】
2010242191.tif 000004
【図３】
2010242191.tif 000005
【図４】
2010242191.tif 000006
【図５】
2010242191.tif 000007
【図６】
2010242191.tif 000008
【図７】
2010242191.tif 000009