(57)【要約】【課題】ランス本体部の外表面への地金の付着を抑制することが可能な上吹きランス及び上吹きランスの被覆方法を提供すること。【解決手段】本発明に係る上吹きランスは、水冷式の上吹きランスであって、ランス本体部と、前記ランス本体部の先端に設けられたノズル部と、前記ランス本体部の外筒の少なくとも一部に対して設けられた、銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つを構成元素として含む被覆部と、を備える。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷式の上吹きランスであって、
ランス本体部と、
前記ランス本体部の先端に設けられたノズル部と、
前記ランス本体部の外筒の少なくとも一部に対して設けられた、銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つを構成元素として含む被覆部と、
を備える、上吹きランス。
【請求項２】
前記被覆部の表面における、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａは、３μｍ以下である、請求項１に記載の上吹きランス。
【請求項３】
前記被覆部は、前記外筒において、処理容器内に位置し得る表面の少なくとも一部に設けられる、請求項１又は２に記載の上吹きランス。
【請求項４】
前記被覆部は、処理容器内に位置し得る部分のうち、前記外筒に存在する少なくとも一部の溶接部を被覆するように設けられる、請求項１〜３の何れか１項に記載の上吹きランス。
【請求項５】
前記被覆部は、銅を用いて形成されており、前記被覆部の厚さが３００μｍ以上である、請求項１〜４の何れか１項に記載の上吹きランス。
【請求項６】
前記被覆部は、ニッケルを用いて形成されており、前記被覆部の厚さが１８０μｍ以上である、請求項１〜４の何れか１項に記載の上吹きランス。
【請求項７】
前記被覆部は、コバルトを用いて形成されており、前記被覆部の厚さが１１０μｍ以上である、請求項１〜４の何れか１項に記載の上吹きランス。
【請求項８】
ランス本体部と、前記ランス本体部の先端に設けられたノズル部と、を備える水冷式の上吹きランスの被覆方法であって、
前記ランス本体部の外筒の少なくとも一部を、銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つを構成元素として含む被覆材を用いて被覆する、上吹きランスの被覆方法。
【請求項９】
前記外筒の少なくとも一部は、被覆後の表面におけるＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａが３μｍ以下となるように被覆される、請求項８に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１０】
前記外筒の少なくとも一部は、前記被覆材を溶射、溶接肉盛、又は、めっきすることで被覆される、請求項８又は９に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１１】
前記外筒の少なくとも一部は、前記被覆材を溶射することで被覆され、
前記被覆材による被覆部位は、表面におけるＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａが３μｍ以下となるように、機械加工される、請求項１０に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１２】
前記被覆材による被覆部位は、前記外筒において、処理容器内に位置し得る表面の少なくとも一部である、請求項８〜１１の何れか１項に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１３】
前記被覆材による被覆部位は、処理容器内に位置し得る部分のうち、前記外筒に存在する少なくとも一部の溶接部である、請求項８〜１２の何れか１項に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１４】
前記被覆材として、銅を構成元素とする被覆材を用い、
前記被覆材は、最終的な厚さが３００μｍ以上となるように被覆される、請求項８〜１３の何れか１項に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１５】
前記被覆材として、ニッケルを構成元素とする被覆材を用い、
前記被覆材は、最終的な厚さが１８０μｍ以上となるように被覆される、請求項８〜１３の何れか１項に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１６】
前記被覆材として、コバルトを構成元素とする被覆材を用い、
前記被覆材は、最終的な厚さが１１０μｍ以上となるように被覆される、請求項８〜１３の何れか１項に記載の上吹きランスの被覆方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転炉等の処理容器内部にガスを供給する上吹きランスとその被覆方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
製鋼に使用される処理容器には転炉が使用されることが多く、転炉内部に挿入されるランスから供給される酸素ガスにより、転炉内の溶銑に含まれるリン及び炭素等の不純物が除去される。例えば、上吹きランスは、上部から転炉等の処理容器内に挿入して使用され、溶銑の上方から酸素ガスを吹き付けることで、不純物除去のための酸素を供給しつつ、溶銑を攪拌するという動力源としても作用し、重要な役割を有している。上吹きランスは、通常、鋼管製であることが多い。また、脱リン処理及び脱炭処理中の転炉内部は高温であるため、上吹きランスには、熱による損傷を防止するための冷却機構が設けられている。【０００３】
上吹きランスを使用する際に、上吹きランスからの酸素供給速度が大きい場合、又は、転炉等の処理容器内の溶銑が高速で攪拌される場合には、溶銑浴表面から溶銑が飛散するスプラッシュの発生が増大し、処理容器内壁への地金の付着が生じる。このとき、処理容器内壁だけでなく、処理容器内に挿入されている上吹きランスのランス外筒に対しても、地金が付着する。また、不純物除去の効率を上げようと溶銑とランスとの間隔を短くした場合には、ランス外筒に更に地金が付着しやすくなる。【０００４】
ランス外筒に地金が付着して大量に堆積すると、不純物を除去する吹錬工程終了後、上吹きランスを処理容器から取り出す際に、ランス外筒に堆積した地金が処理容器上部のランス通過口に引っ掛かり、上吹きランスを処理容器から取り出せなくなることがある。従来の上吹きランスは炭素鋼が用いられることが多く、スプラッシュにより、地金付着しやすい。そのため、頻繁に上吹きランスから地金を除去する作業を行わなければならず、作業工数が多くなってしまう。また、副孔ランスにおいては、地金によって副孔が塞がれてしまうと副孔からの酸素ジェットが偏流してしまい、ランスに副孔を設けることの効果が得られないだけでなく、副孔ランス自体が溶損し、寿命が低下する可能性がある。更に、ランス外筒に付着した地金は、スクラップとして回収されるため、製品歩留まりが低下する。【０００５】
また、上吹きランスには、ステンレス鋼が用いられることもあるが、ステンレス鋼に含まれるクロム（Ｃｒ）と、吹錬中で発生するＣＯガスとが反応し、ランス外筒の表面にクロム炭化物が生成する。生成したクロム炭化物は脆いため、クラックが発生し、上吹きランスが破壊する可能性がある。【０００６】
このような問題を解決するため、ランスへの地金の付着を防止する方法が開発されてきた。【０００７】
ランスへの地金の付着を防止する方法として、例えば、以下の特許文献１には、ランスの外筒の下半部を銅管とし、銅の高い熱伝導率を利用して、溶鋼が水冷された銅管に地金が融着することなく、容易に地金が剥離するランスが開示されている。【０００８】
以下の特許文献２には、水冷ジャケットを有する酸素ランスにおいて、ランス外筒の外面に平滑な表面研磨仕上げ加工を施すことで、伝熱係数を大きくし、付着した溶鋼が急冷されてランス表面に融着することを防ぐ酸素ランスが開示されている。【０００９】
以下の特許文献３には、鋼管製外筒表面と、銅製ノズル外表面とに鋳鉄の溶射層を設け、鋳鉄表面に析出するグラファイトにより地金の付着を阻害する転炉吹錬用ランスが開示されている。【００１０】
以下の特許文献４には、金属製錬用ランスにおいて、Ｃｏ基合金又はＮｉ基合金からなる金属成分とＴｉＮからなるセラミック成分とを含むサーメット被膜が、金属母材上に溶射により被覆形成されることで、溶融金属が付着しなくなり、かつ、被膜母材境界部において剥離を生じなくなる金属製錬用ランスが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開平１−１２９９２０号公報
【特許文献２】実開平３−１２０５４４号公報
【特許文献３】特開平４−  ８８１０９号公報
【特許文献４】特開平８−１９９２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、特許文献１に開示された、外筒の下半部を銅管としたランスは、銅管が鋼管よりも降伏応力が小さいため、銅管であるランスの下半部が変形し、十分なランス寿命が得られない可能性がある。【００１３】
また、特許文献２及び特許文献３に開示されたランスは、反応中に発生するＣＯガスにより表面が劣化して放射率が増加するため、ランス外筒の表面温度が上昇し、地金が付着しやすくなる可能性があり、十分な作業工数の低減効果が得られない可能性がある。【００１４】
更に、特許文献４の、サーメット被膜が金属母材上に被覆形成されたランスは、サーメット被膜の付着面において、母材に対し引張方向の熱応力が発生するため、サーメット被膜が剥離する場合がある。また、サーメット被膜の微細亀裂部分等への応力集中により、サーメット被膜が剥離する場合がある。そのため、サーメット被膜の剥離部分で地金が付着及び堆積し、十分なランス寿命及び作業工数の削減が得られない可能性がある。【００１５】
以上のように、従来のランスでは、ランス本体部の外表面への地金の堆積を抑制することは十分ではなく、メンテナンス作業の工数削減、ランスの長寿命化、歩留まり低下という観点で、未だ改善の余地がある。【００１６】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、ランス本体部の外表面への地金の付着をより一層抑制することが可能な、上吹きランス及び上吹きランスの被覆方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するために、本発明者が鋭意検討を行った結果、ランス本体部の外筒の少なくとも一部を、所定の金属を構成元素として含む被覆部で被覆することに着想し、かかる被覆部を設けることで、上記課題を解決可能であるとの知見を得ることができた。
かかる知見に基づき完成された本発明の要旨は、以下の通りである。【００１８】
（１）水冷式の上吹きランスであって、ランス本体部と、前記ランス本体部の先端に設けられたノズル部と、前記ランス本体部の外筒の少なくとも一部に対して設けられた、銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つを構成元素として含む被覆部と、を備える、上吹きランス。
（２）前記被覆部の表面における、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａは、３μｍ以下である、（１）に記載の上吹きランス。
（３）前記被覆部は、前記外筒において、処理容器内に位置し得る表面の少なくとも一部に設けられる、（１）又は（２）に記載の上吹きランス。
（４）前記被覆部は、処理容器内に位置し得る部分のうち、前記外筒に存在する少なくとも一部の溶接部を被覆するように設けられる、（１）〜（３）の何れか１つに記載の上吹きランス。
（５）前記被覆部は、銅を用いて形成されており、前記被覆部の厚さが３００μｍ以上である、（１）〜（４）の何れか１つに記載の上吹きランス。
（６）前記被覆部は、ニッケルを用いて形成されており、前記被覆部の厚さが１８０μｍ以上である、（１）〜（４）の何れか１つに記載の上吹きランス。
（７）前記被覆部は、コバルトを用いて形成されており、前記被覆部の厚さが１１０μｍ以上である、（１）〜（４）の何れか１つに記載の上吹きランス。
（８）ランス本体部と、前記ランス本体部の先端に設けられたノズル部と、を備える水冷式の上吹きランスの被覆方法であって、前記ランス本体部の外筒の少なくとも一部を、銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つを構成元素として含む被覆材を用いて被覆する、上吹きランスの被覆方法。
（９）前記外筒の少なくとも一部は、被覆後の表面におけるＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａが３μｍ以下となるように被覆される、（８）に記載の上吹きランスの被覆方法。
（１０）前記外筒の少なくとも一部は、前記被覆材を溶射、溶接肉盛、又は、めっきすることで被覆される、（８）又は（９）に記載の上吹きランスの被覆方法。
（１１）前記外筒の少なくとも一部は、前記被覆材を溶射することで被覆され、前記被覆材による被覆部位は、表面におけるＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａが３μｍ以下となるように、機械加工される、（１０）に記載の上吹きランスの被覆方法。
（１２）前記被覆材による被覆部位は、前記外筒において、処理容器内に位置し得る表面の少なくとも一部である、（８）〜（１１）の何れか１つに記載の上吹きランスの被覆方法。
（１３）前記被覆材による被覆部位は、処理容器内に位置し得る部分のうち、前記外筒に存在する少なくとも一部の溶接部である、（８）〜（１２）の何れか１つに記載の上吹きランスの被覆方法。
（１４）前記被覆材として、銅を構成元素とする被覆材を用い、前記被覆材は、最終的な厚さが３００μｍ以上となるように被覆される、（８）〜（１３）の何れか１つに記載の上吹きランスの被覆方法。
（１５）前記被覆材として、ニッケルを構成元素とする被覆材を用い、前記被覆材は、最終的な厚さが１８０μｍ以上となるように被覆される、（８）〜（１３）の何れか１つに記載の上吹きランスの被覆方法。
（１６）前記被覆材として、コバルトを構成元素とする被覆材を用い、
前記被覆材は、最終的な厚さが１１０μｍ以上となるように被覆される、（８）〜（１３）の何れか１つに記載の上吹きランスの被覆方法。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように本発明によれば、ランス本体部の外表面への地金の付着をより一層抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係る上吹きランス１００を用いる上吹き転炉設備の概略構成を示した概略説明図である。
【図２】同実施形態に係る上吹きランス１００の概略構成を示した説明図である。
【図３】同実施形態に係る上吹きランス１００の構成する部材を示した説明図である。
【図４】上吹きランス１００に地金７が付着した様子の一例を示した説明図である。
【図５】同実施形態に係る上吹きランス１００の第３の円筒部１３０近傍を模式的に示した模式図である。
【図６】被覆部１４０の素材として用い得る材質の熱伝導率を示したグラフ図である。
【図７】各材質の線膨張係数を示したグラフ図である。
【図８】第３の円筒部１３０の外表面にかかる熱応力を示したグラフ図である。
【図９】銅、鉄、ニッケル、コバルトの耐摩耗性を示したグラフ図である。
【図１０】被覆部１４０の厚さと被覆部１４０の表面の温度との関係を示したグラフ図である。
【図１１】被覆部１４０の厚さと熱応力との関係を示したグラフ図である。
【図１２】鋼管表面及び銅溶射鋼管表面における外筒の外表面温度と内表面温度とを示したグラフ図である。
【図１３】第３の円筒部１３０の外表面の各表面処理における地金手入れまでの吹錬数比を示したグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２２】
＜上吹き転炉設備の概要＞
以下に示す本発明の実施形態では、上吹きランスを用いる処理容器として、上吹き転炉を例に挙げて説明を行うものとする。まず、図１を参照して、上吹き転炉設備の概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係る上吹きランスを用いる上吹き転炉設備の構成を示した概略説明図である。
【００２３】
転炉設備は、外殻が鉄皮で構成され、その内部に耐火物が施工される転炉本体１０と、転炉本体１０の上部の炉口１２から転炉本体１０の内部に挿入され、転炉の上下方向に移動可能に設けられる上吹きランス１１と、を備える。転炉本体１０の炉口１２には、排ガスフード２０が接続されており、転炉本体１０内部のガスは、排ガスフード２０を通って排出される。排ガスフード２０には、転炉本体１０上方に、上吹きランス１１を転炉内部に挿入したり取出したりするためのランス通過口２２が設けられている。
【００２４】
製鋼工程において、転炉本体１０では、溶銑５に含まれる不純物を取り除く処理が行われる。転炉本体１０は、不純物を含有する溶銑５を収容する。転炉本体１０内の溶銑５は、炉口１２を通じて転炉本体１０の内部へ挿入された上吹きランス１１から吹き込まれる酸素ガス、並びに、炉口１２から装入されたスラグ原料及び精錬剤と反応し、溶銑５に含まれるリンや炭素等の不純物が溶銑５から除去される。この反応により、溶銑５から除去されたリンは、スラグ９を形成する。また、溶銑５に含有される炭素はＣＯガスとなり、ＣＯガスは酸素ガスと反応してＣＯ２ガスとなって、炉口１２から、排ガスフード２０を通じて炉外へ排出される。このとき発生したＣＯガスにより、上吹きランス１１の外筒表面は劣化する。また、スプラッシュにより、転炉本体１０の内壁や上吹きランス１１のランス本体部へ地金７が付着しやすくなる。
【００２５】
そこで、本実施形態に係る上吹きランスでは、以下で詳述するように、ランス本体部の外筒への地金７の付着を防止するような処理が実施される。これにより、上吹きランスへの地金７の付着及び堆積が抑制され、上吹きランスの手入れ等の作業負荷が軽減される。
【００２６】
＜上吹きランス１００の詳細説明＞
本実施形態に係る上吹きランス１００の構成を、図２及び図３を参照しながら、より詳細に説明する。図２は、本実施形態に係る上吹きランス１００の概略構成を示した説明図である。図３は、本実施形態に係る上吹きランス１００の構成する部材を示した説明図である。
【００２７】
本実施形態に係る上吹きランス１００は、水冷式ランスであり、図２に示すように、同軸上に配置された第１の円筒部１１０、第２の円筒部１２０及び第３の円筒部１３０と、主孔１０２と、を備える。更に、上吹きランスに１００は、第３の円筒部１３０の外表面の少なくとも一部に、被覆部１４０を有する。また、ランス本体部１５１を構成する第１の円筒部１１０、第２の円筒部１２０及び第３の円筒部１３０は、例えば炭素鋼やステンレス鋼等を用いて構成される。また、ノズル部１５３は、例えば銅を用いて構成される。以下では、図３に示すように、上吹きランス１００の第１の円筒部１１０、第２の円筒部１２０及び第３の円筒部１３０からなる部分を、ランス本体部１５１といい、主孔１０２を備え、かつランス本体部１５１の先端に設けられる部分を、ノズル部１５３という。また、第１の円筒部１１０、第２の円筒部１２０及び第３の円筒部１３０において、中心軸側の面を内表面とし、外部側の面を外表面として説明する。
【００２８】
第１の円筒部１１０は、上吹きランス１００の最内部に位置する中空部材である。第１の円筒部１１０は、上吹きランス１００の先端部の主孔１０２と連通しており、酸素供給源（図示せず。）から送入された酸素ガスは、主孔１０２から転炉本体１０の内部に供給される。
【００２９】
第２の円筒部１２０は、第１の円筒部１１０の外表面を覆う中空部材である。図２に示すように、第１の円筒部１１０の外表面と第２の円筒部１２０の内表面とによって、冷却媒体が流れる第１の空間Ｖ１が形成されている。冷却媒体としては、例えば水が用いられる。第１の空間Ｖ１は、上吹きランス１００の先端のノズル部１５３において、後述する第２の空間Ｖ２と連通している。
【００３０】
第１の円筒部１１０及び第２の円筒部１２０は、図３に示すように、ランス本体部１５１の内筒１５１ａを構成する。
【００３１】
第３の円筒部１３０は、第２の円筒部１２０の外表面を覆う中空部材であって、上吹きランス１００の最外部に位置する。すなわち、第２の円筒部１２０及び第３の円筒部１３０は、図３に示すように、ランス本体部１５１のうち、内筒１５１ａを覆う外筒１５１ｂを構成する。つまり、第３の円筒部１３０は、外筒１５１ｂの外面に相当する。第２の円筒部１２０の外表面と第３の円筒部１３０の内表面とによって、図２に示すように冷却媒体が流れる第２の空間Ｖ２が形成されている。上述したように、第２の空間Ｖ２は、ノズル部１５３において第１の空間Ｖ１と連通している。本実施形態に係る上吹きランス１００では、図２に示すように、冷却媒体は、上部側から第１の空間Ｖ１から流入されてノズル部１５３に向かって流れた後、ノズル部１５３において第１の空間Ｖ１から第２の空間Ｖ２へ流入し、第２の空間Ｖ２内を先端側から上部側へ向かって流れる。第１の空間Ｖ１及び第２の空間Ｖ２に冷却媒体を循環させることで、上吹きランス１００が冷却され、上吹きランス１００の溶損が防止される。
【００３２】
また、上吹きランス１００は、転炉本体１０の上方から挿入されるものであるため、挿入するのに十分な長さが必要である。吹錬を実施するのに十分な長さの上吹きランス１００とするため、第１の円筒部１１０、第２の円筒部１２０及び第３の円筒部１３０は、鋼管を溶接して製造されることがある。従って、第１の円筒部１１０、第２の円筒部１２０及び第３の円筒部１３０は、図４に示すような溶接部１３５（図２、図３では図示せず。）を有する場合がある。図４は、外筒１５１ｂ近傍を模式的に示した模式図であり、第３の円筒部１３０に存在する溶接部１３５に地金７が付着した様子を示している。
【００３３】
第３の円筒部１３０に存在する溶接部１３５は、図４に模式的に示したように、地金７の付着の起点となることが多い。そこで、本実施形態に係る上吹きランス１００では、詳細は後述するが、図５に示すように、転炉本体１０内に位置し得る少なくとも一部の溶接部１３５を覆うように、所定の金属元素を構成元素として含む被覆部１４０が設けられる。これにより、地金７の付着の起点となる溶接部１３５が地金７に露出している状態を解消することが可能となり、溶接部１３５への地金７の付着を抑制することができる。また、被覆部１４０は、地金７が付着しにくい金属元素を構成元素として有しているため、被覆部１４０自体への地金７を抑制することができる。また、被覆部１４０に地金７が付着したとしても、被覆部１４０に付着した地金７は、転炉本体１０内に脱落するようになる。
【００３４】
また、上吹きランス１００が副孔を備える副孔ランスである場合には、吹錬中にランス本体部１５１の外筒１５１ｂの外表面に地金７が付着し、副孔を塞ぐことが考えられる。しかしながら、図５に示すように、転炉本体１０内に位置し得る少なくとも一部の溶接部１３５を覆うように被覆部１４０が設けられることにより、吹錬終了後には、地金７はチャージ毎に転炉本体１０内に脱落する。これにより、副孔が塞がれた状態が持続することはない。その結果、副孔から排出される酸素ジェットに偏流が生じることもなく、上吹きランス１００の溶損も防止することができるため、上吹きランス１００自体の寿命を長くすることができる。
【００３５】
被覆部１４０は、上吹きランス１００の表面への地金７の付着が防止するために、第３の円筒部１３０の外表面の少なくとも一部に設けられる。そのため、被覆部１４０は、転炉本体１０に挿入される第３の円筒部１３０の外表面において、少なくとも溶接部１３５を覆うように設けられることが好ましい。また、被覆部１４０は、詳細は後述するが、銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つを構成元素として含む被覆材で形成される。
【００３６】
ランス本体部１５１の先端に溶接されているノズル部１５３は、熱伝導率の高い銅で形成されることが好ましい。ノズル部１５３が熱伝導率の高い銅で形成され、かつ、水等の冷却媒体により冷却されることで、ノズル部１５３は、抜熱されやすくなる。これにより、ノズル部１５３は高温となりにくい状態とすることができ、高温環境下においても溶融せず、上吹きランス１００の耐久性を高めることができる。このようなノズル部１５３は、冷却された状態が維持されていることから、吹錬中も地金は付着しにくい状態となっている。
【００３７】
主孔１０２は、上吹きランス１００の先端のノズル部１５３に形成された開口であり、周方向に１又は複数形成されている。主孔１０２によって第１の円筒部１１０の内部と外界とが連通し、第１の円筒部１１０を流れてきた酸素ガスは、主孔１０２を介して外界に放出される。主孔１０２から放出される酸素ガスは、例えば、転炉本体１０内の溶銑５に対して吹き付けられる。
【００３８】
ここまで、上吹きランス１００について詳細に説明した。なお、図２及び図３では、上吹きランス１００の酸素ガスを放出する部分として主孔１０２のみを記載したが、本発明はかかる例に限定されず、例えばランス本体部１５１の側面部に形成される副孔（図示せず。）を１又は複数備えていてもよい。
【００３９】
続いて、第３の円筒部１３０の外表面に形成される被覆部１４０について詳細に説明する。
【００４０】
＜被覆部１４０の詳細説明＞
（被覆部１４０の形成位置）
被覆部１４０は、上記したように、転炉本体１０の内部に挿入される第３の円筒部１３０の外表面の少なくとも一部に設けられる。より詳細には、かかる被覆部１４０は、転炉本体１０内に位置し得る、第３の円筒部１３０の外表面に存在する少なくとも一部の溶接部１３５を覆うように設けられることが好ましい。
【００４１】
本発明者は、地金７が付着した使用後の上吹きランス１００について観察したところ、地金７は、図４に模式的に示すように、第３の円筒部１３０に存在する溶接部１３５、及び、第３の円筒部１３０とノズル部１５３との間の溶接部１３５に存在する溶接部１３５に付着しやすいことを発見した。溶接部１３５で地金７が付着しやすい理由について、本発明者は次のように推察している。すなわち、第３の円筒部１３０の放射率εが０．７であるのに対し、溶接部１３５の放射率εは０．７から０．９に増加し、表面温度が上昇しやすくなる。その結果、溶接部１３５で地金７が付着しやすくなるものと推察している。
【００４２】
このように、地金７は、第３の円筒部１３０の溶接部１３５に付着しやすい。図４は、第３の円筒部１３０に存在する溶接部１３５に地金７が付着した様子を模式的に示した模式図である。図５に示すように、第３の円筒部１３０は、溶接部１３５を有しており、被覆部１４０は、溶接部１３５を覆うように形成されている。このように、被覆部１４０は、処理容器内に位置し得る部分のうち、第３の円筒部１３０に存在する溶接部１３５、並びに第３の円筒部１３０及びノズル部１５３の溶接部１３５の少なくともいずれかを被覆するように設けられることが好ましい。被覆部１４０が、上記のような位置に設けられることで、第３の円筒部１３０への地金７の付着を抑制することができる。
【００４３】
また、被覆部１４０が設けられる位置は、上記のような溶接部１３５に限定されるものではなく、第３の円筒部１３０の様々な位置に形成されうる。例えば、被覆部１４０は、第３の円筒部１３０に存在しうる亀裂等を被覆するように形成されてもよく、第３の円筒部１３０に存在する様々な補修部分を被覆するように形成されてもよい。また、被覆部１４０は、第３の円筒部１３０の全体を被覆するように形成されてもよい。更に、被覆部１４０は、ノズル部１５３の少なくとも一部に対して形成されてもよい。
【００４４】
（被覆部１４０の素材）
本発明者は、上吹きランス１００の長寿命化及びメンテナンス性について検討したところ、ランスを長寿命化し、メンテナンス作業の頻度を低減するような素材として、耐食性を有し、他の金属に比べて比較的安価である、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）を用いて、上吹きランス１００の表面を被覆することに想到した。
【００４５】
そこで、本発明者は、まず、上吹きランス１００の長寿命化に重要だと考えられる熱伝導率に着目した。熱伝導率が大きければ、上吹きランス１００の、第１の空間Ｖ１と第２の空間Ｖ２を流れる冷却媒体により、上吹きランス１００表面が急速に冷却され、地金７の溶着を防止することが可能であると考えられるからである。
【００４６】
図６に、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏ、及び上吹きランス１００の主構成材料であるＦｅ、並びに、上吹きランス１００の表面被覆に従来から使用されるサーメット及びＺｒＯ２の熱伝導率を示した。図６に示す熱伝導率は、文献値であり、例えば、「日本機械学会編、伝熱工学資料」に掲載されている値である。Ｃｕの熱伝導率は、約４００Ｗ／ｍＫであり、Ｎｉの熱伝導率は、９０Ｗ／ｍＫであり、Ｃｏの熱伝導率は、１００Ｗ／ｍＫである。これら元素の熱伝導率は、Ｆｅの熱伝導率（約４０Ｗ／ｍＫ）と比較して大きい値となっている。従って、Ｆｅよりも大きい熱伝導率を有する、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏのうち、少なくともいずれか一つを構成元素として含む被覆部１４０を形成することで、地金７の付着を抑制することが可能となる。特に、熱伝導率が大きいＣｕは、表面温度の上昇抑制による地金７の付着防止の効果が顕著に得られる。一方で、従来、ランスの被覆に用いられるサーメット及びＺｒＯ２は、Ｆｅと比較して熱伝導率が小さいため、温度上昇しやすく、表面温度上昇抑制による地金７の付着を低減する効果は小さいと考えられる。
【００４７】
続いて、本発明者は、吹錬中に第３の円筒部１３０に付着した地金７が、吹錬後に脱落する機構について検討したところ、地金７と第３の円筒部１３０の熱膨張が要因の１つであることに想到した。
【００４８】
吹錬中、上吹きランス１００は、第１の空間Ｖ１及び第２の空間Ｖ２を冷却媒体が循環することで冷却されているものの、第３の円筒部１３０の外表面の温度は１５０℃程度と高温であるため、熱膨張している。吹錬中において、地金７は、熱膨張している第３の円筒部１３０の外表面に付着していく。吹錬終了後、温度低下により第３の円筒部１３０及び被覆部１４０は収縮し、被覆部１４０と地金７との間に、空隙（以下、「エアギャップ」という。）が形成される。被覆部１４０が、地金７の線膨張係数よりも大きい線膨張係数を有する金属で構成されることで、収縮時に形成されるエアギャップはより大きくなる。その結果、吹錬終了後に、被覆部１４０の表面から地金７が脱落しやすくなると考えられる。そこで、本発明者は、吹錬中と吹錬後における温度の違いによる、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの線膨張係数について調査した。
【００４９】
図７に、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、サーメット、ＺｒＯ２（ジルコニア）の線膨張係数を示した。図７に示す線膨張係数は文献値であり、例えば、「日本機械学会編、伝熱工学資料」に掲載されている値、あるいは、メーカーが公表している値である。なお、一般に、物性値には、温度依存性が存在する。しかしながら、線膨張係数に関しては、温度依存性が低いことから、図７では、３００Ｋ（常温）における熱膨張係数を示している。
【００５０】
ここで、純鉄に近い地金７は、炭素鋼に近い物性値を有することから、炭素鋼の線膨張係数をＦｅの線膨張係数とみなすと、被覆部１４０は、地金７に近い成分であるＦｅの線膨張係数１．２×１０−６［／Ｋ］より大きい素材を用いて形成すればよい。かかる観点に基づき図７を参照すると、Ｆｅの線膨張係数よりも大きな線膨張係数を有している素材として、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏがあることがわかる。このように、エアギャップによる地金７の付着抑制という観点からも、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏが被覆部１４０に用いられる。特に、Ｃｕの線膨張係数は、Ｆｅの線膨張係数と比較して著しく大きいため、エアギャップを利用した地金７の付着の抑制に、より効果的である。一方で、サーメット及びジルコニアは、その線膨張係数がＦｅの線膨張係数よりも小さいため、エアギャップによる地金７の付着抑制効果は小さい。
【００５１】
更に、本発明者は、被覆部１４０は、繰り返し行われる転炉処理による温度変化が生じる場合であっても、第３の円筒部１３０から剥離しないようなものである必要があると考えた。そこで、本発明者は、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｃｏの熱応力について調査した。
【００５２】
図８に、銅溶射鋼管、サーメット溶射鋼管、ジルコニア溶射鋼管のそれぞれについて、鋼管温度を１５０℃としたときに鋼管に発生する熱応力を示した。図８に示した熱応力は、市販の伝熱解析アプリケーションを用いて伝熱解析を行い、溶射境界を挟む２つの物質（すなわち、鋼管と溶射材料）について、線膨張係数と上昇温度とを乗じた熱歪（線膨張係数×上昇温度）を計算し、この２つの物質の熱歪の差に弾性係数を乗じることで算出した。
【００５３】
図８では、熱応力が鋼管に対して引張応力となる場合を正の値で示し、熱応力が鋼管に対して圧縮応力となる場合を負の値として示している。銅溶射鋼管は、熱応力が約−９０ＭＰａであり、鋼管に対して圧縮応力となるため、高温状態で、銅の被膜の剥離は生じにくい。一方で、サーメット溶射鋼管では、鋼管に対し引張方向の熱応力が働くため、サーメットは鋼管から剥離しやすい。また、ジルコニア溶射鋼管は、被膜から鋼管に対して圧縮方向の熱応力が働くものの、ジルコニア被膜の微細亀裂に応力集中が起こることが多く、割れやすい。従って、例えば銅製の被覆部１４０の場合、被覆部１４０が剥離して第３の円筒部１３０の外表面が露出することは起こりにくく、被覆部１４０は剥離せずに地金７の付着を抑制するという効果を維持する。
【００５４】
図９は、銅又はニッケルを使用した被覆部１４０の厚さと、第３の円筒部１３０に発生する熱応力との関係を示したグラフ図である。熱応力は、被覆厚さを変数として伝熱解析を行い、上述した方法と同様の方法で求めた。図９に示すように、銅を使用した被覆部１４０の厚さが４０ｍｍのとき、熱応力は−１００ＭＰａ程度であり、また、ニッケルを使用した被覆部１４０の厚さが１０ｍｍのとき、熱応力は−５０ＭＰａ程度である。いずれについても、第３の円筒部１３０に対して発生する熱応力は、圧縮応力となる。従って、被覆部１４０の厚さが厚くなった場合でも、被覆部１４０の剥離は生じにくい。
【００５５】
上記より、本実施形態に係る被覆部１４０は、銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つを構成元素として含むものとする。具体的には、被覆部１４０は、銅、ニッケル、コバルトのいずれかが単体で用いられる場合に加えて、これらの元素で構成される合金が用いられる場合、及び銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つと、他の元素を少なくとも一つから構成される合金が用いられる場合を含むものとする。
【００５６】
また、第３の円筒部１３０の材質が炭素鋼である場合、吹錬中に発生するＣＯガスにより、表面が劣化し、放射率が増加して第３の円筒部１３０の表面温度が上昇しやすくなり、地金７が溶着することが考えられる。従って、被覆部１４０がＣＯガスにより劣化しにくい銅、ニッケル、コバルトで構成されることで、地金７の付着は抑制される。
【００５７】
（被覆部１４０の厚さ）
被覆部１４０の厚さは、溶銑５の処理で生じる摩耗の程度、被覆部１４０の表面温度、使用する上吹き転炉設備等に応じて設定することができる。
【００５８】
本発明者は、転炉による溶銑５の処理で生じるＣｕの摩耗について検討したところ、羽口の交換が必要となった３００チャージ処理後のＣｕの摩耗厚さは、３００μｍであることを確認した。従って、被覆部１４０の厚さは、被覆部１４０の寿命が羽口の寿命以上であればよい。例えば、Ｃｕを使用したときの被覆部１４０の厚さの下限は、３００μｍに設定することができる。Ｃｕを使用したときの被覆部１４０の厚さの上限は、コストの観点から、例えば、５００μｍであることが好ましい。このように、被覆部１４０の厚さの下限は、被覆部１４０の耐摩耗性と、羽口その他転炉を構成する装置の寿命等に応じて、設定することができる。
【００５９】
ここで、図１０に、Ｃｕの耐摩耗性に対する、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏの耐摩耗性の比を示した。図１０に示した耐摩耗比は、アブレッシブ試験を行い実験的に求めたものである。アブレッシブ試験の結果、Ｎｉの耐摩耗比は、１．６７であり、Ｃｏの耐摩耗比は、２．７３であった。従って、例えば、被覆部１４０にＮｉを使用したときは、被覆部１４０の厚さの下限は、Ｃｕを使用した場合の厚みの下限をもとに、３００μｍ÷１．６７≒１８０μｍに設定することができる。Ｎｉを使用したときの被覆部１４０の厚さの上限は、より好ましくは、２００μｍである。同様に、被覆部１４０にＣｏを使用したときは、被覆部１４０の厚さの下限は、Ｃｕを使用した場合の厚みの下限をもとに、３００μｍ÷２．７３≒１１０μｍに設定することができる。Ｃｏを使用したときの被覆部１４０の厚さの上限は、より好ましくは、１５０μｍである。
【００６０】
また、被覆部１４０の厚さは、厚いほど摩耗による第３の円筒部１３０の外表面の露出を抑制できる。しかしながら、被覆部１４０が過剰に厚くなると、冷却媒体から被覆部１４０の表面までの距離が長くなり、被覆部１４０の表面温度が上昇して、被覆部１４０に地金７が付着する可能性がある。また、地金７は、第３の円筒部の外表面の温度が１７５℃以上であると付着しやすい傾向がある。そこで、本発明者は、被覆部１４０の各厚さにおける温度を算出し、得られた結果を図１１に示した。外表面温度は、市販の伝熱解析アプリケーションを用いて伝熱解析を行うことで算出した。図１１は、被覆部１４０の厚さと被覆部１４０の表面温度との関係について示したグラフである。
【００６１】
図１１に示したように、Ｃｕを使用した被覆部１４０は、厚さが２５ｍｍにおいて１７５℃程度であり、また、Ｎｉを使用した被覆部１４０は、厚さ２ｍｍで１７５℃程度であった。すなわち、銅の厚さ２５ｍｍ以下、又は、ニッケルの厚さ２ｍｍ以下の範囲において、被覆部１４０の表面温度は、１７５℃以下であり、地金７の付着抑制に十分な効果を有する。従って、被覆部１４０の厚さは、転炉本体１０内の温度や、溶銑５と上吹きランス１００との距離、上吹きランス１００の、第１の空間Ｖ１と第２の空間Ｖ２を流れる冷却媒体の速度等、溶銑５の処理条件に応じて、被覆部１４０の表面温度が１７５℃以下となるように適宜設定すればよく、地金付着抑制という観点から、１７５℃以下となるように厚さを設定するとより好ましい。
【００６２】
また、被覆部１４０の厚さの上限は、転炉本体１０の炉口１２、及び、排ガスフード２０のランス通過口２２の大きさを考慮し、上吹きランス１００が転炉本体１０から取り出せるように設定すればよい。
【００６３】
また、本発明者は、被覆部１４０への地金７の付着をより確実に抑制すべく、様々な要因について更なる検証を行った。すると、被覆部１４０が設けられた上吹きランス１００を用いて実際に操業を行うなかで、被覆部１４０に地金７が付着する事例が見受けられた。そこで、被覆部１４０が設けられた使用前の上吹きランス１００と、使用後の上吹きランス１００について、使用前と使用後における被覆部１４０の表面粗さを、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａとして測定した。その結果、使用前の算術平均粗さＲａは、７〜８μｍ程度であり、使用後の算術平均粗さＲａは、７〜９μｍ程度であることが判明した。この結果から、本発明者は、被覆部１４０の表面における表面粗さによっては、被覆部１４０に地金７が付着する可能性があるのではないかと考えた。
【００６４】
そこで、様々な箇所での上吹き転炉設備を用いて更なる検証を行った結果、地金の付着が発生しなかった上吹き転炉設備では、上吹きランス１００における被覆部１４０の表面粗さが、算術平均粗さＲａで３μｍ以下であった一方で、地金の付着が発生した上吹き転炉設備では、上吹きランス１００における被覆部１４０の表面粗さが、算術平均粗さＲａで１５μｍであったことが判明した。かかる検証結果から、本発明者は、被覆部１４０の表面において、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａが３μｍ以下となることで、被覆部１４０への地金７の付着をより確実に抑制できるとの知見を得ることができた。
【００６５】
かかる知見に基づき、本実施形態に係る上吹きランス１００では、被覆部１４０の表面における、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａを、３μｍ以下とすることが好ましい。これにより、被覆部１４０への地金７の付着を、より確実に抑制することが可能となる。なお、被覆部１４０の表面での算術平均粗さＲａは、小さければ小さいほど好ましく、その下限値は、特に規定するものではない。
【００６６】
ここで、被覆部１４０の表面における算術平均粗さＲａは、上吹きランスにおける着目する被覆部１４０の表面を、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３に準拠した表面粗さ測定装置を用いて、上吹きランス１００の管軸方向あるいは管周方向に沿って測定することで、特定することができる。
【００６７】
以上、本実施形態に係る上吹きランス１００について、詳細に説明した。
【００６８】
（上吹きランス１００の被覆方法）
続いて、上吹きランス１００の被覆方法（より詳細には、被覆部１４０の形成方法）について説明する。
【００６９】
本実施形態に係る上吹きランスの被覆方法は、ランス本体部と、ランス本体部の先端に設けられたノズル部と、を備える水冷式の上吹きランスの被覆方法であり、ランス本体部の外筒の少なくとも一部を、銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つを構成元素として含む被覆材を用いて、被覆する。すなわち、本実施形態に係る上吹きランスの被覆方法では、上吹きランスにおける、第３の円筒部１３０の表面の少なくとも一部を、銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つを構成元素として含む被覆材を用いて、被覆する。かかる被覆方法により被覆部１４０を形成することで、ランス本体部の外表面への地金の付着を抑制することが可能となる。
【００７０】
また、先だって言及したように、第３の円筒部１３０の表面の少なくとも一部を被覆する際には、被覆後の表面におけるＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａが３μｍ以下となるように、第３の円筒部１３０の表面の少なくとも一部を被覆することが好ましい。これにより、被覆部１４０への地金７の付着を、より確実に抑制することが可能となる。
【００７１】
第３の円筒部１３０の表面を、銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つを構成元素として含む被覆材で被覆する方法については、特に限定されるものではなく、公知うの各種の被覆方法を適宜用いることが可能である。このような被覆方法として、例えば、溶射、溶接肉盛、めっき等といった施工方法を挙げることができる。
【００７２】
なお、被覆材による被覆部位の位置や、第３の円筒部１３０における被覆材の最終的な厚さについては、先だって説明した通りである。
【００７３】
溶射による被覆部１４０の形成方法の詳細については、第３の円筒部１３０の外表面の被覆対象箇所に対して、地金７の付着抑制効果が得られれば、特段限定されるものではない。例えば、上記のような被覆材を、被覆部１４０を形成したい第３の円筒部１３０の表面に対して、公知の溶射装置を用いて噴射すればよく、被覆設備の観点からも簡便に実施することが可能である。
【００７４】
ここで、被覆部１４０が形成される第３の円筒部１３０表面は、必要に応じて、清浄化、粗面化、マスキング、下地溶射等の前処理がされてもよい。清浄化は、溶剤、酸清浄剤、アルカリ清浄剤を用いたふき取り洗浄、浸漬洗浄、スプレー洗浄等の化学的清浄法や、ブラスト処理、超音波洗浄、高圧液噴射方法等の物理的清浄法で実施されてもよい。また、粗面化は、第３の円筒部１３０の外表面に対してブラスト処理等により行われてもよい。更に、必要に応じて第３の円筒部１３０表面の酸化防止や、被覆部１４０との密着性向上のために、Ｎｉ−Ａｌ合金等で下地溶射がされてもよい。
【００７５】
また、溶射によって被覆部１４０を形成する場合、被覆材によって被覆された部位は、表面における算術平均粗さＲａが３μｍ以下となるように、機械加工される（例えば、研磨加工又は研削加工等が施される）ことが好ましい。また、機械加工を実施するにあたっては、機械加工により除去される被覆材が存在することを考慮して、所望の最終厚さよりも厚くなるように被覆材を被覆しておくことが好ましい。
【００７６】
また、めっきによる被覆部１４０の形成方法の詳細については、第３の円筒部１３０の外表面の被覆対象箇所に対して、地金７の付着抑制効果が得られれば、特段限定されるものではなく、作業性や被覆用金属の種類等に応じて、溶融めっき、気相めっき、電気めっき、化学めっき等を適宜適用することができる。
【００７７】
また、溶接肉盛による被覆部１４０の形成方法の詳細については、第３の円筒部１３０の外表面の被覆対象箇所に対して、地金７の付着抑制効果が得られれば、特段限定されるものではなく、公知の各種の溶接肉盛法を適用することができる。
【００７８】
なお、上記のような溶射、めっき、溶接肉盛という施工方法のうち、溶射による形成方法を採用する場合、第３の円筒部１３０への熱影響をより少なくすることが可能となるため、全長に対する曲りの発生を抑制するという観点から、より好ましい。また、溶射による形成方法を用いることで、上記のような機械加工に耐えるような緻密な被覆状態をより簡便に実現することが可能となるため、溶射による形成方法は、作業性という観点からも好ましい。
【００７９】
以上、本実施形態に係る上吹きランスの被覆方法について、説明した。
【００８０】
（まとめ）
上記のように、本実施形態に係る上吹きランス及び上吹きランスの被覆方法では、ランス本体部１５１における第３の円筒部１３０の外表面が、銅、ニッケル、コバルトの少なくともいずれか一つを構成元素として含む被覆用金属で覆われた被覆部を有することで、第３の円筒部１３０への地金７の付着を抑制することができる。
【００８１】
また、第３の円筒部１３０に付着する地金７がチャージ毎に脱落するため、吹錬終了後にランス本体部１５１に付着した地金７を除去する地金手入れ工数を低減することができる。更に、上吹きランス１００への地金７の付着が防止されるため、歩留まりを改善することができる。
【実施例】
【００８２】
（実験例１）
第３の円筒部１３０の表面の少なくとも一部に対して、研磨した場合、銅を溶射した場合及びセラミックスを溶射した場合のそれぞれについて、地金手入れまでの吹錬数を調査した。かかる調査に先立ち、第３の円筒部１３０の外表面の温度は、外表面の状態によって大きく変化すると考えられるため、第３の円筒部１３０の外表面の放射率の違いによる表面温度を調査した。例えば、第３の円筒部１３０が、研磨仕上げされて光沢を有している場合、その放射率は小さいく、輻射による温度上昇は小さい。しかしながら、外表面が吹錬中の摩耗やＣＯガス等により劣化すると、放射率が大きくなって表面温度は高くなるため、地金７が溶着しやすくなると考えられる。【００８３】
図１２は、放射率による第３の円筒部１３０の温度の違いを示したグラフ図である。ここで、各温度は、市販の伝熱解析アプリケーションＦｌｕｅｎｔを用い、放射率εを変数とした伝熱解析により算出した。その結果、放射率εが０．７のときの第３の円筒部１３０の外表面の温度は、１５０℃となった。一方、放射率εが０．９のときの第３の円筒部１３０の外表面の温度は、約１７５℃となり、放射率が０．７である場合と比較して高温となった。また、銅を使用した被覆部１４０の温度は、放射率εが０．７のときの鋼管と同様、１５０℃であった。銅は、表面が劣化しにくく、また、吹錬中に発生するＣＯガスによる銅の劣化も生じにくいため、放射率は上昇しにくい。よって、被覆部１４０に銅を使用することで、地金７の付着が抑制されることが明らかとなった。また、ニッケル、コバルトについても銅と同様の劣化抑制効果があり、同様に計算することが可能である。【００８４】
従来の鋼管により製造された上吹きランス１００を用いた地金手入れまでの吹錬数を基準とし、上吹きランス１００の第３の円筒部１３０の外表面について、表面を研磨した場合、銅を溶射した場合及びセラミックスを溶射した場合のそれぞれについて、地金手入れまでの吹錬数の比を算出した。得られた結果を、図１３に示した。図１３は、従来の吹錬数を１として、規格化した数値で示している。表面研磨ランスは、バフ研磨を施したものであり、銅溶射ランスは、銅を溶射して厚さ３００μｍの被覆部１４０を施したものであり、セラミックス溶射ランスは、ジルコニアを溶射して厚さ３００μｍの被覆部１４０を施したものである。【００８５】
銅を使用した被覆部１４０を有する上吹きランス１００について、従来の上吹きランス１００と比較して、ランス本体部１５１に付着した地金７の手入れまでの吹錬数は１０倍となった。一方で、表面研磨した上吹きランス１００及び、セラミックス溶射により形成した被覆部１４０を有する上吹きランス１００について、吹錬数は、それぞれ２倍及び１．８倍となった。【００８６】
銅を使用した被覆部１４０は、表面研磨及びセラミックス溶射と比較して、著しい効果を有することが確認された。この原因として、表面研磨した上吹きランス１００は、吹錬を重ねるにつれて表面が劣化し、地金７が付着し、さらに吹錬数が多くなるにしたがって、付着した部分で地金７の堆積が促進されたと考えられる。また、セラミックス溶射により形成した被覆部１４０を有する上吹きランス１００は、応力集中により被覆部１４０が割れて剥離し、剥離部分に地金７が付着し、堆積が進行したと考えられる。銅を用いた被覆部１４０は劣化の進行が遅く、十分な地金７の付着抑制効果が得られた。被覆部１４０にニッケルもしくはコバルトを使用し、被覆部１４０の厚さをそれぞれ２００μｍ、及び１５０μｍとした場合の地金７の付着抑制効果は、銅を使用して厚さ３００μｍの被覆部１４０を形成させた場合の効果と同等であると考えられる。【００８７】
（実験例２）
実験例１で得られた知見を更に検証するために、本発明者は、一般的に用いられている炭素鋼のランス外筒を有する上吹きランスを用いて、各種条件を変更しながら、吹錬数比、及び、全長に対する曲りという観点から、検証を行った。【００８８】
ここで、被覆部を形成するための被覆材としては、Ｃｕを構成元素とする被覆材、Ｎｉを構成元素とする被覆材、Ｃｏを構成元素とする被覆材、セラミックスを用いた被覆材を準備した。また、被覆材の被覆方法として、溶射、溶接肉盛の何れかを用いることとした。【００８９】
溶射は、溶射部（すなわち、被覆部を形成する部位）を、機械加工により、形成する被覆部の厚みの分だけ研削し、その後、フレーム溶射で被覆材を溶射した。被覆材としては、銅を被覆する場合には、粉末銅を用い、ニッケルを被覆する場合には、粉末ニッケルを用い、コバルトを被覆する場合には、粉末コバルトを用い、セラミックスを被覆する場合には、粉末状のセラミックスを用いた。溶射後、得られた表面を平坦に研削した。【００９０】
溶接肉盛は、肉盛部を５００℃程度に予熱し、ＴＩＧ溶接機でＴＩＧ溶接棒（ＪＩＳ  Ｚ３３４１  ＹＣｕ）を溶かしながら溶接し、冷却後、表面を平坦に研削した。【００９１】
得られたそれぞれの上吹きランスについて、先だって説明した方法に則して、被覆部の算術平均粗さＲａを、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３に準拠したＴａｙｌｏｒＨｏｂｓｏｎ社製ＦｏｒｍＴａｌｙｓｕｒｆＳｅｒｉｅｓ５０ｍｍＩｎｔｒａ２を用いて、管軸方向に測定した。【００９２】
また、被覆方法の違いによる熱影響の違いを調べるために、曲りが全長に対して許容値（０．３％）以下となるか、という検証を行った。具体的には、以下のようにして得られたそれぞれの上吹きランスの曲りを測定し、得られた曲りの大きさと許容値との比較を行った。【００９３】
ここで、上記のような上吹きランスの曲りの計測手順は以下の通りである。
まず、目視で、曲りが大きい方向が測れるように上吹きランスを設置する。その後、目視で、曲りが凹んでいる方向から、上吹きランスの管軸方向に対して平行に糸を張り、ランス長さＬ０を測定する。また、中間の３点以上の位置で、糸からランスまでの距離を測定し、得られた３つ以上の距離のうち最大のものをＬ１とする。この場合に、着目する上吹きランスの曲りは、Ｌ１となる。得られた測定値Ｌ０、Ｌ１を用い、比率（Ｌ１／Ｌ０）を算出し、得られた比率をパーセント表記で表すこととした。【００９４】
得られた比率が許容値（０．３％）以下である場合には、評点「Ａ」と判定し、得られた曲りが許容値を超えた場合には、評点「Ｂ」と判定した。【００９５】
更に、得られたそれぞれの上吹きランスを、同一の上吹き転炉設備での操業に用いて、吹錬数比を算出した。吹錬数比は、被覆部を設けなかった比較例１の上吹きランスを用いた場合の地金手入れまでの吹錬数を基準とし、各上吹きランスにおける地金手入れまでの吹錬数を規格化した。【００９６】
地金手入れまでの吹錬数は、吹錬後、地金手入れが必要となる地金の重量が２トン以上となるか、又は、地金直径がランス直径の約１．１倍となるまでの吹錬数とした。【００９７】
得られた結果を、以下の表１にあわせて示した。【００９８】
【表１】
2019188352.tif 000003
【００９９】
上記表１から明らかなように、本発明に係る被覆部を設けた上吹きランス（実施例１〜実施例７）では、吹錬数比が顕著に向上した。これは、地金の付着が抑制された結果、上吹きランスの寿命が延びたためと考えられる。また、実施例１と実施例６、及び、実施例２と実施例７をそれぞれ比較すると明らかなように、被覆部の算術平均粗さＲａが３μｍ以下となることで、吹錬数比がより向上することが明らかとなった。更に、被覆方法として溶射を選択した場合には、溶接肉盛を選択した場合と比較して、全長に対する曲りが許容値以下となっており、溶射を用いることで、熱影響が抑制されることが確認された。【０１００】
一方、被覆材としてセラミックを用いた比較例２では、吹錬数比は１．１に過ぎず、地金の付着を防止することができなかった。【０１０１】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。【０１０２】
例えば、上記実施形態では、転炉設備の上吹きランスについて説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、本発明の上吹きランスは転炉設備以外にも適用可能であり、例えば溶融炉での溶融還元処理、トーピードカーにおける溶銑予備処理、真空炉を用いた二次精錬等で使用されるランスとして使用してもよい。また、上記実施形態では、上吹き転炉設備において、上方から溶銑に対して酸素を吹き付ける上吹きランスを例として説明したが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、溶銑に浸漬して使用される浸漬ランス等にも本技術は適用可能である。
【符号の説明】
【０１０３】
５    溶銑
７    地金
９    スラグ
１０    転炉本体
１２    炉口
２０    排ガスフード
２２    ランス通過口
１００    上吹きランス
１０２    主孔
１１０    第１の円筒部
１２０    第２の円筒部
１３０    第３の円筒部
１３５    溶接部
１４０    被覆部
１５１    ランス本体部
１５１ａ  内筒
１５１ｂ  外筒
１５３    ノズル部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年8月14日(2019.8.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水冷式の上吹きランスであって、
ランス本体部と、
前記ランス本体部の先端に設けられたノズル部と、
前記ランス本体部の外筒の少なくとも一部に対して設けられた、銅を構成元素として含む被覆部と、
を備える、上吹きランス。
【請求項２】
前記被覆部の表面における、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａは、３μｍ以下である、請求項１に記載の上吹きランス。
【請求項３】
前記被覆部は、前記外筒において、処理容器内に位置し得る表面の少なくとも一部に設けられる、請求項１又は２に記載の上吹きランス。
【請求項４】
前記被覆部は、処理容器内に位置し得る部分のうち、前記外筒に存在する少なくとも一部の溶接部を被覆するように設けられる、請求項１〜３の何れか１項に記載の上吹きランス。
【請求項５】
前記被覆部は、銅を用いて形成されており、前記被覆部の厚さが３００μｍ以上である、請求項１〜４の何れか１項に記載の上吹きランス。
【請求項６】
（削除）
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
ランス本体部と、前記ランス本体部の先端に設けられたノズル部と、を備える水冷式の上吹きランスの被覆方法であって、
前記ランス本体部の外筒の少なくとも一部を、銅を構成元素として含む被覆材を用いて被覆する、上吹きランスの被覆方法。
【請求項９】
前記外筒の少なくとも一部は、被覆後の表面におけるＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａが３μｍ以下となるように被覆される、請求項８に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１０】
前記外筒の少なくとも一部は、前記被覆材を溶射、溶接肉盛、又は、めっきすることで被覆される、請求項８又は９に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１１】
前記外筒の少なくとも一部は、前記被覆材を溶射することで被覆され、
前記被覆材による被覆部位は、表面におけるＪＩＳ  Ｂ０６０１：２０１３で規定された算術平均粗さＲａが３μｍ以下となるように、機械加工される、請求項１０に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１２】
前記被覆材による被覆部位は、前記外筒において、処理容器内に位置し得る表面の少なくとも一部である、請求項８〜１１の何れか１項に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１３】
前記被覆材による被覆部位は、処理容器内に位置し得る部分のうち、前記外筒に存在する少なくとも一部の溶接部である、請求項８〜１２の何れか１項に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１４】
前記被覆材として、銅を構成元素とする被覆材を用い、
前記被覆材は、最終的な厚さが３００μｍ以上となるように被覆される、請求項８〜１３の何れか１項に記載の上吹きランスの被覆方法。
【請求項１５】
（削除）
【請求項１６】
（削除）
【国際調査報告】
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