(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同心の内管及び外管を有し、内管から酸素含有ガスを、内管と外管との間隙から炭化水素ガスを溶銑中に吹き込むための二重管構造のランス本体と、該ランス本体を保持するためのランスホルダーと、で構成される酸素ガス吹込み用浸漬ランスにおいて、
前記ランスホルダーの下端部には雌ねじが形成されていて、該雌ねじに脱着する雄ねじを有するアダプターがランスホルダーの下端部にねじを介して接合され、
該アダプターの下端部及び前記ランス本体の上端部にはそれぞれフランジが設けられ、これらのフランジを通るボルト及びボルトを固定するナットによってランス本体がランスホルダーに固定されるとともに、
フランジに配置される各々のボルトはランスホルダー側に設置された散水スプレーによって冷却されるように構成されており、
且つ、前記ランス本体には、前記フランジよりも下方側に、内管と外管との間隙に炭化水素ガスを供給するための、内管と外管との間隙に連通する炭化水素ガス導入管が設置されていて、内管と外管との間隙はランス本体の上端部で密閉されて、ランス本体の上端部は内管のみが開口し、前記ランスホルダーの内部を通って供給される酸素含有ガスが内管内に流入するように構成されていることを特徴とする、酸素ガス吹込み用浸漬ランス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、酸素含有ガスを溶銑中に吹き込んで行う脱珪処理や脱燐処理などの溶銑予備処理で使用される、内管と外管とを同心に有する二重管構造の酸素ガス吹込み用浸漬ランスに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、鋼材の高級化に伴う燐含有量低下対策、或いは製鋼プロセスの合理化を目的として、溶銑の脱燐処理が、転炉、混銑車（「トピードカー」ともいう）、溶銑鍋などにおいて広く行われている。また、この脱燐処理を効率的に行うために、脱燐処理の前に予め溶銑中の珪素を除去する脱珪処理も行われている。溶銑中の燐及び珪素は酸化反応によって除去されるので、溶銑の脱燐処理及び脱珪処理は、溶銑に酸素ガスや酸化鉄などの酸素源を供給し、酸素源によって溶銑中の燐或いは珪素を酸化除去させている。その際に、反応効率を高める或いは生成するスラグの組成を調整するために、生石灰などの媒溶剤も添加されている。
【０００３】
溶銑に酸素ガスを供給する方法としては、溶銑とは非接触の上吹きランスなどから酸素ガスを溶銑浴面に向けて吹き付ける方法（上吹き送酸法）と、溶銑中に浸漬させたランスや反応容器の底部に設けた羽口から、溶銑中に酸素ガスを直接吹き込む方法（吹き込み送酸法）との２種類に分類され、これらにはそれぞれの特徴があるが、混銑車の場合には、上吹き送酸法では反応効率が良くなく、吹き込み送酸法が採用されている。これは、混銑車の場合には、その容器形状が攪拌・混合されにくく、それに加えて溶銑の収容量に対して開口部が少なく、上吹き送酸法では所望する反応効率が得られないからである。
【０００４】
吹き込み送酸法で使用する浸漬ランスは、一般に、溶銑に浸漬されるランス本体と、このランス本体を保持するランスホルダーとで構成されており、ランス本体の溶銑への浸漬部では熱負荷が大きく、浸漬部は耐火物被覆層が施工されているとはいえ、耐火物の溶損が激しいことから、浸漬部が溶損されたランス本体を交換しながら操業が行われる。ランス本体の交換はオンラインの作業であり、ランス交換に長時間を要すると生産性の低下を招くことになり、従って、このランス本体の交換を迅速に行うべく、種々の手段が提案されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、ランスホルダーの下端部を下向きに縮径する雄側テーパー面に形成し、このテーパー面にシール用Ｏリングを配置するとともに、ランス本体の上端部を上向きに拡径する雌側テーパー面とし、該雌側テーパー面と前記雄側テーパー面とをシリンダーなどの力により圧着させて浸漬ランスを構成することが提案されている。特許文献１によれば、容易に且つ連結部のシールを確実にしてランス本体の交換作業ができるとしている。
【０００６】
また、特許文献２には、ランス本体の上端部を、ねじを介してランスホルダーに脱着するようにした浸漬ランスが開示されている。特許文献２によれば、複数個の支持ローラを介してランス本体を回転可能に保持させたままの状態で、ランス本体の先端をランスホルダーに当接させ、ランス本体を正回転または逆回転することにより、ランス本体とランスホルダーとの脱着が可能となり、ランス本体とランスホルダーとの接続作業の機械化、自動化が達成されるとしている。
【０００７】
ところで近年は、酸素ガス吹き込みの発熱に起因するランス本体先端部（ガス吐出部）での耐火物の溶損を防止するために、ランス本体を内管及び外管からなる二重管構造とし、内管から酸素含有ガスを吹き込むと同時に、内管と外管との間隙から炭化水素ガスを吹き込み、この炭化水素ガスの分解反応による吸熱を利用してランス本体を冷却する技術が行われている（例えば特許文献３を参照）。
【０００８】
ランス本体を二重管構造とすると、芯金の質量が増加するのみならず、胴径も太くなることから芯金を被覆する耐火物の質量も増加し、ランス本体の質量が大幅に増加する。このような質量の増大したランス本体を、特許文献１及び特許文献２に開示される方法によってランスホルダーに支持した場合には、以下の問題の発生する恐れがある。
【０００９】
即ち、溶銑への酸素ガス吹き込み時には、ランス本体は激しく振動し、特許文献１のようにランス本体とランスホルダーとを圧着させた場合には、質量の増加に伴って振動の加速度が増大し、この加速度によって圧着面が離れる恐れがある。
【００１０】
また、混銑車で使用するランス本体は先端部に曲がり部を有する形状が多く、つまり、ランス本体の重心が芯金の中心と一致せず、このような形状のランス本体を特許文献２のように芯金を中心として回転させるには、当然人力では無理であるのみならず、ねじを介して重量物を接合することから、ねじ山、特にランスホルダー側のねじ山を変形させないようにすることが必要であり、そのためにはランス本体とランスホルダーとの芯合わせを正確に行う必要があり、これにより作業時間が延長するという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平８−２９５９１８号公報
【特許文献２】特開平１０−１９５５２２号公報
【特許文献３】特開昭５８−２２１２１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、その下部が溶銑中に浸漬され、内管から酸素含有ガスを、内管と外管との間隙から炭化水素ガスを溶銑中に吹き込むための二重管構造のランス本体と、該ランス本体を保持するランスホルダーとで構成される酸素ガス吹込み用浸漬ランスにおいて、ランス本体とランスホルダーとを正確な芯合わせを必要とせずに連結でき、且つ、ランス本体とランスホルダーとの連結が強固であって操業中に分離することはなく、更に、連結部に溶銑の飛散などによる熱負荷があっても十分に熱負荷に耐えることのできる酸素ガス吹込み用浸漬ランスを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための本発明に係る酸素ガス吹込み用浸漬ランスは、同心の内管及び外管を有し、内管から酸素含有ガスを、内管と外管との間隙から炭化水素ガスを溶銑中に吹き込むための二重管構造のランス本体と、該ランス本体を保持するためのランスホルダーと、で構成される酸素ガス吹込み用浸漬ランスにおいて、前記ランスホルダーの下端部には雌ねじが形成されていて、該雌ねじに脱着する雄ねじを有するアダプターがランスホルダーの下端部にねじを介して接合され、該アダプターの下端部及び前記ランス本体の上端部にはそれぞれフランジが設けられ、これらのフランジを通るボルト及びボルトを固定するナットによってランス本体がランスホルダーに固定されるとともに、フランジに配置される各々のボルトはランスホルダー側に設置された散水スプレーによって冷却されるように構成されており、且つ、前記ランス本体には、前記フランジよりも下方側に、内管と外管との間隙に炭化水素ガスを供給するための、内管と外管との間隙に連通する炭化水素ガス導入管が設置されていて、内管と外管との間隙はランス本体の上端部で密閉されて、ランス本体の上端部は内管のみが開口し、前記ランスホルダーの内部を通って供給される酸素含有ガスが内管内に流入するように構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ランス本体とランスホルダーとを、ボルト及びナットを用いてフランジ構造により連結するので、ランス本体とランスホルダーとを正確な芯合わせを必要とせずに強固に連結でき、且つ、前記ボルトを冷却水の散水によって強制的に冷却するので、フランジ部及びボルトの熱変形が防止されるとともにボルトとナットとの焼き付きが防止され、円滑なランス本体の交換が実現される。また、飛散する溶銑によってボルトとナットとが溶着するなどして両者のフランジを切り離すことができなくなった場合には、ランスホルダーの下端部にねじを介して接合されるアダプターをランスホルダーから切り離すことができ、このような事態になった場合もランス本体の交換を円滑に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る酸素ガス吹込み用浸漬ランスを使用して溶銑の予備処理を実施する状況を示す概略図である。
【図２】本発明に係る酸素ガス吹込み用浸漬ランスでのランス本体とランスホルダーとの連結構造を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る酸素ガス吹込み用浸漬ランスを使用して溶銑の予備処理を実施する状況を示す概略図、図２は、本発明に係る酸素ガス吹込み用浸漬ランスでのランス本体とランスホルダーとの連結構造を示す概略断面図である。
【００１７】
先ず、図１を用いて、本発明に係る酸素ガス吹き込み用の浸漬ランス１の全体構成を説明する。図１に示すように、作業床９に設置されるレール（図示せず）上を走行するランス走行台車４の端部には回転軸７が設けられ、この回転軸７を介して傾動フレーム５が、傾動用油圧シリンダー６により傾動可能に配置されており、傾動フレーム５には、ランス昇降台車８が取り付けられている。ランス昇降台車８は、電動機とチェーンとの組み合わせなどの適宜の手段によって傾動フレーム５を上端から下端まで昇降可能であり且つ任意の位置で停止できるように構成されている。
【００１８】
このランス昇降台車８に、内部に酸素含有ガスの流路を有する円筒状のランスホルダー３が固定され、そして、ランスホルダー３の下端には、ランス本体２が取り付けられており、ランス本体２とランスホルダー３とで酸素ガス吹込み用の浸漬ランス１が構成されている。ランス本体２は、その下部が溶銑１１に浸漬され、その先端部から溶銑中に酸素ガスを吹き込むと同時に、炭化水素ガスを吹き込むためのものである。ランス本体２の表面には、耐火物被覆層２９が施工されている。
【００１９】
ランスホルダー３の上端部は、酸素含有ガス供給用フレキシブル管１３と接続されており、また、ランスホルダー３には、冷却水供給用フレキシブル管１５と接続する冷却水導入管２７が固定して取り付けられている。また、ランス本体２の上部側には、炭化水素ガス供給用フレキシブル管１４と接続する炭化水素ガス導入管２６が取り付けられている。
【００２０】
次に、図２を用いて、ランス本体２とランスホルダー３との連結構造を説明する。図２に示すように、円筒状つまり単管形状のランスホルダー３の下端部には、下向きに拡径するテーパー状の雌ねじ３ａが形成され、この雌ねじ３ａに脱着可能な、上向きに縮径するテーパー状の雄ねじ１６ａを有する円筒状のアダプター１６が、ランスホルダー３の下端部にねじを介して接合されている。このアダプター１６の下端にフランジ１７が形成されている。
【００２１】
一方、ランス本体２は、同心の内管１９と外管２０との二重管構造であり、ランス本体２の上端部には、外管２０の外周側に、内管１９及び外管２０を支持するための円筒状支持部材１８が配置され、この円筒状支持部材１８の上端部にフランジ２１が形成されている。内管１９と外管２０との間隙には、間隔を一定にするためのディスタンスピースが適宜の位置に設置されているが、図２では省略している。
【００２２】
アダプター１６に設けられたフランジ１７及び円筒状支持部材１８に設けられたフランジ２１の円周方向には、ボルト２２を通すための複数の孔（図２では９個）が等間隔で設けられ、それぞれの孔にボルト２２が挿入され、ボルト２２と、ボルト２２に嵌合するナット２３とによってフランジ１７とフランジ２１とが密着し、これによってランス本体２がランスホルダー３の下端部に連結されるように構成されている。尚、フランジ１７またはフランジ２１の接合面に円周方向の溝を設け、この溝にシール用のＯリングを配置することも可能である。
【００２３】
円筒状支持部材１８と内管１９の外面とは、それぞれ固定部材２４との接合面の気密性が確保された状態で固定部材２４によって接合されており、また、外管２０の上端部は、固定部材２４との接合面の気密性が確保された状態で固定部材２４と接合されている。即ち、内管１９と外管２０との間隙はランス本体２の上端部で密閉され、ランス本体２の上端部は内管１９のみが開口しており、ランスホルダー３の内部流路を通って供給される酸素含有ガスがアダプター１６を介して内管１９に流入するように構成されている。
【００２４】
即ち、酸素含有ガス供給用フレキシブル管１３から円筒状のランスホルダー３の内部流路に導入された酸素含有ガスは、ランスホルダー３の内部流路を通ってランス本体２の内管１９の内部に供給され、ランス本体２の内管１９を通り、ランス本体２の下端部で内管１９から溶銑中に吹き込まれるように構成されている。
【００２５】
ランス本体２には、フランジ２１よりも下方側に、円筒状支持部材１８を貫通し、内管１９と外管２０との間隙に連通する炭化水素ガス導入管２６が設置されている。炭化水素ガス導入管２６の他端は、管脱着用のカップリングなどによって炭化水素ガス供給用フレキシブル管１４と接続されており、炭化水素ガス供給用フレキシブル管１４から供給される炭化水素ガスが、炭化水素ガス導入管２６を介して内管１９と外管２０との間隙に導入され、ランス本体２の内管１９と外管２０との間隙を通り、ランス本体２の先端部で内管１９と外管２０との間隙から溶銑中に吹き込まれるように構成されている。
【００２６】
ランスホルダー３には、冷却水導入管２７が固定して取り付けられており、冷却水導入管２７は、ランスホルダー３の周囲に配置される環状の冷却水ヘッダー管２８に連結し、冷却水ヘッダー管２８には、それぞれのボルト２２のナット取り付け側に向けて冷却水を散水するための散水スプレー２５が設置されている。冷却水導入管２７の他端は管脱着用のカップリングなどによって冷却水供給用フレキシブル管１５と接続されており、冷却水供給用フレキシブル管１５から供給される冷却水が、冷却水導入管２７及び冷却水ヘッダー管２８を経由して散水スプレー２５から各ボルト２２のナット取り付け側に向けて散水されるように構成されている。
【００２７】
このようにして本発明に係る浸漬ランス１が構成されている。この浸漬ランス１を用いて、以下のようにして溶銑の予備処理、つまり、脱珪処理及び脱燐処理を実施する。尚、溶銑の脱珪処理及び脱燐処理は、ともに酸素ガスなどの酸素含有ガスを溶銑中に吹き込んで行う精錬であり、脱珪処理では主に溶銑中の珪素（Ｓｉ）を酸化除去することを目的とし、脱燐処理では溶銑中の燐（Ｐ）を酸化除去することを目的とするが、珪素の方が燐よりも酸素との親和力が強く、脱珪処理を施さずに脱燐処理を実施した場合には、先ず脱珪反応が起こり、溶銑中の珪素濃度が或る程度低下した後に脱燐反応が起こる。この場合は、正確には脱珪・脱燐処理と呼ぶべきであるが、本発明では脱燐処理と定義する。
【００２８】
このように、脱珪処理も脱燐処理も同様の処理方法であるので、ここでは、図１を参照して脱燐処理について説明する。但し、脱燐処理も脱珪処理も媒溶剤として生石灰を添加するが、生石灰は、脱燐処理では生成される燐酸化物を吸収する役割を担うのに対し、脱珪処理では生成するスラグの塩基度を調整する役割を担っており、脱燐処理では生石灰の添加を必須とするが、脱珪処理では生石灰の添加は必須ではなく、この点で両者は若干の違いがある。
【００２９】
ランス昇降台車８を回転軸７とは反対側の端部に位置させるとともに、傾動フレーム５を水平または適宜の傾斜角度に維持した状態で、クレーン（図示せず）などで吊り上げたランス本体２の上端部をランスホルダー３の下端部の直下に位置させ、フランジ１７とフランジ２１とを密着または接近させて、ボルト２２及びナット２３によってフランジ１７とフランジ２１とを連結させる。このようにして、ランス本体２をランスホルダー３に予め取り付ける。
【００３０】
集塵フード１２及び作業床９の直下に、溶銑１１を収容した混銑車１０を位置させ、且つ、ランス走行台車４及び傾動フレーム５を適宜の位置に設置し、散水スプレー２５から冷却水を散水するとともに、内管１９から酸素含有ガスを吹き込み、且つ内管１９と外管２０との間隙から炭化水素ガスを吹き込みながら、ランス昇降台車８を下降させてランス本体２を溶銑中に浸漬させる。酸素含有ガスとしては、酸素ガス、酸素ガスと不活性ガスとの混合ガス、空気などを使用し、炭化水素ガスとしては、プロパンガス、メタンガス、ブタンガスなどを使用する。
【００３１】
この場合に、内管１９からは、粉状の鉄鉱石などの固体酸素源を酸素含有ガスを搬送用ガスとして供給することができ、また、内管１９から粉状の生石灰を酸素含有ガスを搬送用ガスとして吹き込むことも可能である。
【００３２】
吹き込まれた酸素含有ガス中の酸素ガスと溶銑中の燐とが反応して燐が燐酸化物として酸化される。生成した燐酸化物は、内管１９から吹き込まれる生石灰、炉口から混銑車内に上置き添加される生石灰、或いは別の浸漬ランスから吹き込み添加される生石灰の少なくとも何れかと反応してスラグに吸収され、脱燐反応が進行する。吹き込まれる炭化水素ガスは分解して吸熱し、ランス本体２の先端部の溶損を抑制する。
【００３３】
溶銑中の燐濃度が目的とする値まで低減したなら、ランス昇降台車８を上昇させてランス本体２を溶銑１１から引き上げ、酸素含有ガス、炭化水素ガスの供給を停止して、脱燐処理を終了する。散水スプレー２５からの散水はタイマーなどにより所定時間が経過するまで継続する。脱燐処理を施した溶銑１１を収容する混銑車１０を払い出し、脱燐処理の施されていない溶銑１１を収容する別の混銑車１０を作業床９の直下に準備し、上記に沿って脱燐処理を繰り返し実施する。
【００３４】
脱燐処理を繰り返し実施することにより、ランス本体２の耐火物被覆層２９が溶損して使用に耐え切れなくなった時点で、ランス本体２をランスホルダー３に取り付けたときと逆の工程で使用済みのランス本体２を取り外し、新品のランス本体２を新たに取り付ける。使用済みのランス本体２を取り外す場合に、ボルト２２とナット２３とが溶着してフランジ１７とフランジ２１とを分離できなくなった場合には、アダプター１６を回転させ、アダプター１６とランスホルダー３とを分離し、別のアダプター１６をランスホルダー３に取り付けてランス交換を実施する。
【００３５】
以上説明したように、本発明によれば、ランス本体２とランスホルダー３とを、ボルト２２及びナット２３を用いてフランジ構造により連結するので、ランス本体２とランスホルダー３とを正確な芯合わせを必要とせずに強固に連結でき、且つ、ボルト２２を冷却水の散水によって強制的に冷却するので、フランジ１７及びボルト２２の熱変形が防止されるとともにボルト２２とナット２３との焼き付きが防止されて、円滑なランス本体２の交換が実現される。また、何らかの理由によりフランジ１７とフランジ２１とを切り離すことができなくなった場合には、アダプター１６をランスホルダー３から切り離すことができ、このような事態になった場合もランス本体２の交換を円滑に行うことが可能となる。
【００３６】
尚、上記説明では、ランス本体２は、ランス本体２の先端から酸素含有ガス及び炭化水素ガスを吹き込む構造であるが、ランス本体２の先端部近傍で流路を逆Ｔ字型に２つに分離して吹き込む構造としてもよく、また、ランス本体２の先端部に曲がり部を有さず、直線状としても構わない。また更に、上記説明では浸漬ランス１を溶銑１１に対して鉛直方向斜めに浸漬させているが、鉛直方向に浸漬させても構わない。
【符号の説明】
【００３７】
１  浸漬ランス
２  ランス本体
３  ランスホルダー
３ａ  雌ねじ
４  ランス走行台車
５  傾動フレーム
６  傾動用油圧シリンダー
７  回転軸
８  ランス昇降台車
９  作業床
１０  混銑車
１１  溶銑
１２  集塵フード
１３  酸素含有ガス供給用フレキシブル管
１４  炭化水素ガス供給用フレキシブル管
１５  冷却水供給用フレキシブル管
１６  アダプター
１６ａ  雄ねじ
１７  フランジ
１８  円筒状支持部材
１９  内管
２０  外管
２１  フランジ
２２  ボルト
２３  ナット
２４  固定部材
２５  散水スプレー
２６  炭化水素ガス導入管
２７  冷却水導入管
２８  冷却水ヘッダー管
２９  耐火物被覆層
【図１】
0005440321.tif 000002
【図２】
0005440321.tif 000003