(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流体により冷却される補強板が外周面に設けられた芯金を有することを特徴とする浸漬管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、溶融金属精錬容器、特に真空脱ガス容器等で用いる浸漬管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在の溶融金属精錬プロセスにおいて、真空脱ガス設備は高級鋼製造に不可欠な設備となっている。ＲＨ、ＤＨなどを代表とするこの脱ガス設備は、真空槽の下端開口部を溶鋼中に浸漬したのち槽内を真空にし、溶鋼を吸い上げて精錬する。浸漬管はこれらの設備の下端に位置し、溶鋼中に浸漬される部位である。
【０００３】
浸漬管は、一般に内周がれんがあるいは不定形耐火物、外周が不定形耐火物で構成されている。これらの耐火物は芯金と呼ばれる金属製の円筒に対して、そこに設置された耐火物受け金物やスタッドによって保持されている。芯金は耐火物を安定して保持し、真空槽内に外気が侵入するのを防ぐ役割を担う大切な部分である。従って変形は極力防止しなければならない。
【０００４】
芯金の素材は一般に普通鋼であり、その機械的強度は５００℃以上において著しく低下する（機械工学便覧（機械材料編）改定５版  １９６８年日本機械学会刊）。従って、芯金の変形を防止するためには、その温度を５００℃未満に保たなければならない。ところが、耐火物の損耗によるライニング厚みの減少等が原因で、芯金の温度は５００℃以上に上昇する。そして、操業時の処理−非処理の工程間での温度変動、耐火物と芯金の膨張差により図４のような芯金１の変形が生じる。このため内周耐火物７が脱落したり、外周や下端の耐火物８に亀裂９、耐火物脱落１０、目地開き１１が生じ、これが浸漬管の寿命を律速している。
【０００５】
従来、このような問題を解決するために、いくつかの芯金冷却方法が示されている。例えば特開平５−３３１５２５号公報には、芯金変形を抑制するためにミストと特殊な冷却パイプを用いる冷却方法が、特開平６−１４５７６８号公報には、特殊な構造の芯金を用いた変形抑制方法が開示されている。また特開昭６１−２５３３１８号公報あるいは特開平３−３４０５３号公報には、二重円筒鉄板からなる芯金の外管と内管の間隙にガスを流して冷却する方法が示されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述のミストを用いる方法は、ミスト中の水分が少ないとはいえ、何らかの原因で冷却パイプが破れた場合などに、水蒸気爆発等の危険を伴う可能性を多分に含んでいる。一方、特殊な構造の芯金を用いた変形抑制方法は、特殊な芯金の製作に対して、コスト面で問題があるだけでなく、芯金が特殊構造を持つために、内張り耐火物の施工が非常に難しい。また二重円筒鉄板からなる芯金は製作が困難で高価であるなどの問題がある。
本発明の目的は、溶融金属精錬容器、特に真空脱ガス容器用として、変形の少ない芯金を有し、かつ高耐用の浸漬管を安価に提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段を鋭意研究した結果、以下の事を見い出した。すなわち本発明は、ガス流体により冷却される補強板を外周面に設けた芯金とすることで、芯金の変形を抑制し、それによって、浸漬管の寿命を延長するものである。
【０００８】
【作用】
以下、本発明を詳細に、図１、図２を参照しながら説明する。
図１は、本発明を芯金に適用した浸漬管の縦断面図と横断面図である。その構成は、芯金１とフランジ３にガス冷却補強板２を取り付けたものである。芯金１は操業中の熱負荷と内外周に施工された耐火物５からの熱応力によって、図４に示すように下端が外側に反ってらっぱ状に開くような変形をしようとする。ガス冷却補強板２は、芯金１の反りを防止するとともに、外側に開こうとする力を高剛性のフランジ３に伝えつつ受けとめ、芯金の変形を防止する。
【０００９】
ガス冷却補強板２は、芯金１に直接溶接等により固定されているので、冷却しない場合、その温度は芯金と同様に操業中は７００℃〜８００℃まで上昇する。しかし、普通鋼の機械的強度は５００℃以上においては著しく低下するので、補強板の温度が５００℃未満になるようにして強度を保つ必要ある。そこで、このガス冷却補強板２に、冷却ガス導入管４からガス流体を導入することによって冷却する。ガス冷却補強板２の素材としては、普通鋼を使用可能であるが、耐熱鋼やステンレス鋼も使用できる。
【００１０】
ガス冷却補強板２の内部には、冷却ガスが補強板全体を効果的に冷却することができるように、仕切り６を設ける。あるいは仕切り６のかわりに、冷却ガス導入管４のＩＮ側をガス冷却補強板２内部の底近くまで延長した構造としても良い。これらを芯金１およびフランジ３に溶接などの方法で固定する。構造は単純で、安価に製作できる。
【００１１】
図２は、前述のガス冷却補強板２の枚数を多くし、フランジ３への負荷をより分散させたものである。
冷却に用いるガス流体としては、空気、窒素、アルゴン、ヘリウム、二酸化炭素、炭化水素ガスなどがある。コストの面では空気と窒素が好ましい。
【００１２】
本発明の芯金１に耐火物５を施工する場合は、内周耐火物をれんが、外周耐火物を不定形耐火物としても、あるいは内外周共すべて不定形耐火物としても良い。不定形耐火物を施工する場合は、耐火物の脱落を防止するため、芯金１およびガス冷却補強板２表面にスタッドを付けることが望ましい。
【００１３】
本発明による浸漬管を用いれば、芯金の変形が少ないため、内周耐火物の脱落あるいは大亀裂発生が起こらず、長い寿命を実現することができる。しかも安価であるため、浸漬管の原単価を低く抑えることができる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の実施例を、図１、図２、図３を参照しながら説明する。
【００１５】
実施例１
処理能力３００ｔ／ｃｈの真空脱ガス装置の内径６００ｍｍの浸漬管の芯金に、本発明によるガス冷却補強板を設けた浸漬管を適用した。
８本のガス冷却補強板を芯金とフランジに等間隔に溶接して取付けた図１に示すような浸漬管を普通鋼で製作した。芯金の内周にはマグクロれんが、外周にはアルミナ質キャスタブルを施工した。冷却ガスとしては空気を使用し、流量は１０００Ｎｍ３  ／ｈｒとした。
【００１６】
比較のため、図３に示すような通常の構造の普通鋼製の芯金を用意し、同様に内周にマグクロれんが、外周にアルミナ質キャスタブルを施工したものも準備した。またもう一種の比較品として二重円筒鉄板の間隙に冷却ガスを流す方式の芯金も普通鋼で製作した。耐火物の施工方法は前記の二者と同じにした。また、この場合の冷却ガス流量は、本発明と同じ１０００Ｎｍ３  ／ｈｒとした。
【００１７】
これらの浸漬管を極低炭素鋼処理を中心とした操業に供した。その結果、図３のような従来構造の芯金を使用した場合に比べ、本発明のガス冷却補強板を有する浸漬管では内周耐火物の脱落あるいは大亀裂発生が激減し、従来構造で５０〜６０ｃｈの浸漬管寿命を、９０〜１１０ｃｈまで延長できた。また、変形による芯金下端での直径増加は、従来構造で５０〜６０ｍｍであったのに対して、本発明による浸漬管の場合は１０〜１５ｍｍと、大幅に変形が少なくなった。
【００１８】
一方、二重円筒鉄板式の芯金を有する浸漬管は９０〜１００ｃｈの寿命を呈し、本発明による浸漬管とほぼ同等の寿命となった。しかし芯金費用を含めた浸漬管の原単価は本発明によるものを１とすると、従来構造のもので１．５倍、二重円筒鉄板構造のもので１．３倍であり、本発明による浸漬管の経済的効果は大きい。
【００１９】
実施例２
実施例１の図１に代わり、図２に示す本発明のガス冷却補強板を有する芯金からなる浸漬管を適用した。
まず、１６枚のガス冷却補強板を芯金とフランジに等間隔に溶接して取付けた図２に示すような浸漬管を普通鋼で製作した。芯金の内周にはマグクロれんが、外周にはアルミナ質キャクタブルを施工した。冷却ガスとしては空気を使用し、流量は８００Ｎｍ３  ／ｈｒとした。
【００２０】
比較のため、実施例１と同様に、図３に示した通常の構造の普通鋼製の芯金を用意し、同様に内周にマグクロれんが、外周にアルミナ質キャスタブルを施工したものを準備した。
その結果、浸漬管寿命は９０〜１１０ｃｈと実施例１と同様の寿命まで延長でき、かつ空気の使用量を２００Ｎｍ３  ／ｈｒ削減できた。
【００２１】
実施例３
実施例２において、冷却ガスとして窒素を用いた。ガス流量は８００Ｎｍ３  ／ｈｒとした。その結果、浸漬管寿命は１００〜１１０ｃｈと、冷却ガスとして空気を用いた場合と同様の寿命となった。
【００２２】
【発明の効果】
本発明の浸漬管は比較的安価で、しかも効果的に芯金の変形を抑制することができるので、内周耐火物の脱落や大亀裂発生等を防止できる。これにより浸漬管の寿命を延長し、溶融金属精錬容器、特に真空脱ガス容器の耐用性を大幅に向上させ、炉材コストを大幅に下げることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ）：本発明のガス冷却補強板の概略を示す縦断面図である。
（Ｂ）：（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図２】（Ａ）：もう一つの本発明のガス冷却補強板の概略を示す縦断面図である。
（Ｂ）：（Ａ）のＡ−Ａ断面図である。
【図３】（Ａ）：従来の浸漬管の構造を示す縦断面図である。
（Ｂ）：（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】従来の浸漬管における損傷状況の概略を示す図である。
【符号の説明】
１  芯金
２  ガス冷却補強板
３  フランジ
４  冷却ガス導入管
５  耐火物
６  仕切り
７  内周耐火物
８  外周耐火物
９  亀裂
１０  耐火物脱落
１１  目地開き
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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