(57)【要約】【課題】環流管又は環流管から浸漬管の上部にかけて内孔縮小部を有する真空脱ガス装置において、内孔縮小部の損耗を低減すること。【解決手段】真空槽３の下部に環流管２を有し、この環流管３の下部に浸漬管１が接合されており、環流管２又は当該環流管２から浸漬管１の上部にかけて、内孔径Ｄ１が浸漬管１の本体の内孔径Ｄ２よりも小さくなっている内孔縮小部５を有する真空脱ガス装置において、浸漬管１の下端部に、この下端部の内孔径Ｄ３が内径縮小部５の内孔径Ｄ１以下となるように突出部１４を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空槽の下部に環流管を有し、この環流管の下部に浸漬管が接合されており、前記環流管又は当該環流管から前記浸漬管の上部にかけて、内孔径が前記浸漬管の本体の内孔径よりも小さくなっている内孔縮小部を有する真空脱ガス装置において、前記浸漬管の下端部に、この下端部の内孔径が前記内径縮小部の内孔径以下となるように突出部を設けている真空脱ガス装置。
【請求項２】
前記環流管又は当該環流管から前記浸漬管の上部にかけてスリーブを配置することで、前記内径縮小部を形成している請求項１に記載の真空脱ガス装置。
【請求項３】
前記浸漬管の下端部の内孔径が、前記内孔縮小部の内孔径に対して９６％以下である請求項１又は請求項２に記載の真空脱ガス装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の脱ガス、脱炭処理等に使用される真空脱ガス装置に関し、特にその浸漬管の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＲＨやＤＨなどの真空脱ガス装置において、溶鋼を真空槽に導く浸漬管及び環流管は内孔を溶鋼が通過するため、他の部位に比べて内孔にライニングされている耐火物の損耗が速い。
【０００３】
内孔の耐火物の損耗が進むと浸漬管は還流管との接合部であるフランジ部から取り外されて新品に交換されるが、環流管は真空槽と一体化しているために随時、補修しなければならない。補修としては、枠を内孔に設けて不定形耐火物を流し込む方法、不定形耐火物を直接内孔面へ吹き付け補修する方法、あるいは内孔にスリーブを装着する方法などが知られている。
【０００４】
例えば特許文献１には、損傷した環流管にスリーブを装入し、スリーブと損傷部位との間に不定形耐火物を充填する方法が開示されている。また、特許文献２では、損傷の原因が環流管に配置される多数のれんがの接合部の目地及び環流管と浸漬管との接合部にあるとし、環流管の内面から浸漬管の上部の内面をスリーブで構成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開昭６０−２１５７１２号公報
【特許文献２】特開平９−２４１７２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このように損傷した環流管を補修するために、環流管又は環流管から浸漬管の上部にかけてスリーブを配置したり、あるいは不定形耐火物などで補修した場合、その補修箇所にスリーブや不定形耐火物が存在することから、当該補修箇所の内孔径は浸漬管の本体の内孔径より小さくなる場合が多い（本明細書では、この内孔径が小さくなっている部分を「内孔縮小部」という。）。
【０００７】
しかし、この内孔縮小部があると、特にその部分において溶鋼流による損耗が発生しやすく、環流管や浸漬管の寿命をスリーブ等による内孔縮小部の損耗が左右することがある。
【０００８】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、環流管又は環流管から浸漬管の上部にかけて内孔縮小部を有する真空脱ガス装置において、内孔縮小部の損耗を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明者等は、上記課題の解決のために鋭意研究した結果、内孔縮小部の損耗の大きな要因は、浸漬管及び環流管内での溶鋼の上昇時に内孔縮小部表面の溶鋼流速が速くなることにあり、そして、内孔縮小部表面の溶鋼流速を低下させるためには、浸漬管の下端部の内孔径を小さくすることが有効であることを知見した。
【００１０】
すなわち本発明の一観点によれば、真空槽の下部に環流管を有し、この環流管の下部に浸漬管が接合されており、前記環流管又は当該環流管から前記浸漬管の上部にかけて、内孔径が前記浸漬管の本体の内孔径よりも小さくなっている内孔縮小部を有する真空脱ガス装置において、前記浸漬管の下端部に、この下端部の内孔径が前記内径縮小部の内孔径以下となるように突出部を設けている真空脱ガス装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、浸漬管の下端部に突出部を設け、その下端部の内孔径を内径縮小部の内孔径以下としたことで、内孔縮小部表面の溶鋼流速が低下する。これにより、内孔縮小部の損耗が大幅に低減され、環流管及び浸漬管の寿命、ひいては真空脱ガス装置の寿命を延長することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施例による真空脱ガス装置（ＲＨ脱ガス装置）の要部であって、上昇管側の真空槽から浸漬管にかけての縦断面図である。
【図２Ａ】内孔内の溶鋼の流速分布のシミュレーション計算を行ったモデル図である（ＣＡＳＥ１＝従来例）。
【図２Ｂ】内孔内の溶鋼の流速分布のシミュレーション計算を行ったモデル図である（ＣＡＳＥ２＝従来例）。
【図２Ｃ】内孔内の溶鋼の流速分布のシミュレーション計算を行ったモデル図である（ＣＡＳＥ３＝本発明例）。
【図３Ａ】図２Ａのモデルによる内孔内の溶鋼の流速分布のシミュレーション結果を示す。
【図３Ｂ】図２Ｂのモデルによる内孔内の溶鋼の流速分布のシミュレーション結果を示す。
【図３Ｃ】図２Ｃのモデルによる内孔内の溶鋼の流速分布のシミュレーション結果を示す。
【図４】図２Ａから図２Ｃのモデルにおいて浸漬管下端から高さ１０００ｍｍの水平断面位置でのそれぞれの内孔内での溶鋼の流速分布をプロットしたグラフである。
【図５】実際のＲＨ真空脱ガス装置で使用したときの浸漬管の寿命を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の実施の形態を説明する。
【００１４】
本発明の一実施例による真空脱ガス装置（ＲＨ脱ガス装置）の要部であって、上昇管側の真空槽から浸漬管にかけての縦断面図である。
【００１５】
図１において、真空槽３はその下部に還流管２を一体的に有し、還流管２部分も含めて鉄皮３２の内側が内張り耐火物３１でライニングされている。還流管２の下部には浸漬管１がフランジどうしのボルト接合によって着脱可能に接合されている。浸漬管１は金属製のフランジ１１とフランジ１１から下方に延びる円筒の芯金１２を有し、芯金１２の内周面、外周面、及び下端部が浸漬管用耐火物１３で覆われている。
【００１６】
還流管２及び浸漬管１は、溶鋼を通過させるために水平断面が円形をした内孔４を有し、還流管２の内孔４から浸漬管１の上部の内孔４にかけてスリーブ５が配置されている。このスリーブ５は一体成形された円筒状の耐火物からなり、スリーブ５と内張り耐火物３１との間及び浸漬管用耐火物１３との間はモルタル（図示省略）が充填されている。
【００１７】
スリーブ５は、その寿命を延長するために厚みを確保しており、その結果スリーブ５の内孔径が浸漬管１本体の内孔径よりも小さくなり、内孔縮小部となっている。
【００１８】
一方、浸漬管１の下端部には、内孔４の中心軸方向へ突出する突出部１４が円周方向に連続して一体的に設けられている。
【００１９】
ここで、スリーブ５の内孔径Ｄ１は２４０ｍｍ、浸漬管１の本体の内孔径Ｄ２は２７０ｍｍ、浸漬管１の下端部の内孔径Ｄ３は２３０ｍｍである。突出部１４は浸漬管１の下端から上に向けて６０ｍｍの高さで、かつ内孔４の中心に向けて２０ｍｍの長さで、全周にわたり設けている。
【００２０】
本実施例の浸漬管１においては、芯金１２の内周面に浸漬管用耐火物１３として定形耐火物がライニングされ、芯金１２の外周面と突出部１４を含む下端部には浸漬管用耐火物１３として不定形耐火物（キャスタブル耐火物）がライニングされている。つまり、突出部１４は浸漬管１の下部の耐火物と一体化しており、形枠内に不定形耐火物を流し込むことで形成されている。このように突出部１４は不定形耐火物で形成することで、浸漬管１の下端部の耐火物と一体化物となるので、繋ぎ目がなくなり脱落等の危険性を小さくすることができる。
【００２１】
次に流体力学によるシミュレーション計算を行った結果を示す。
【００２２】
図２Ａから図２Ｃに示すそれぞれのＲＨ脱ガス装置の浸漬管（上昇管）のモデルにおいて、内孔内の溶鋼の流速分布に関してシミュレーション計算を行った。
【００２３】
図２Ａは浸漬管の下端部の内孔径が浸漬管の本体の内孔径と同じ場合（ＣＡＳＥ１＝従来例）、図２Ｂは浸漬管の下端部の内孔径が拡大している場合（ＣＡＳＥ２＝従来例）、図２Ｃは浸漬管の下端部に下から６０ｍｍの高さで、かつ中心に向かって２０ｍｍの長さで、全周にわたり突出部を設けた場合（ＣＡＳＥ３＝本発明例）である。
【００２４】
図２Ａから図２Ｃにおいて、浸漬管の全長は１０００ｍｍ、浸漬管の本体の内孔径Ｄ２は２７０ｍｍ、スリーブの内孔径Ｄ１は２４０ｍｍで共通である。一方、浸漬管の下端部の内径Ｄ３は、図２Ａでは２７０ｍｍ、図２Ｂの浸漬管では４９０ｍｍ、図２Ｃの浸漬管では２３０ｍｍとした。なお、図２Ｃの浸漬管の下端部の内径Ｄ３はスリーブの内径Ｄ１の９６％になる。
【００２５】
シミュレーション計算においては、浸漬管内にＡｒガスを導入するためのガス導入孔を浸漬管下端から２８０ｍｍの位置に円周方向に沿って８個等間隔で設けることを前提とし、そのＡｒガス流量は合計で４０Ｎｍ３／ｈとした。
【００２６】
図３Ａから図３Ｃは、それぞれ図２Ａから図２Ｃのモデルにおける溶鋼の流速分布のシミュレーション結果を示す。図３Ａから図３Ｃにおいてそれぞれ左側の図は環流管から浸漬管までの内孔の断面を示し、右側の図は左側の図におけるスリーブの下部付近を拡大したものである。また、図４は、浸漬管下端から高さ１０００ｍｍの水平断面位置でのそれぞれの内孔内での溶鋼の流速分布をプロットしたグラフである。
【００２７】
図３Ａから図３Ｃのシミュレーション結果から、浸漬管の下端部の内孔径を小さくした図３Ｃでは、図３Ａ及び図３Ｂと比較してスリーブ表面の溶鋼の流速が低下していることがわかる。つまり、図３Ａや図３Ｂは、浸漬管の下端部の内孔径よりもスリーブの内孔径の方が小さくなっているため、スリーブ表面での溶鋼の流速が速くなっている。これに対して図３Ｃでは、浸漬管の下端部の内孔径をスリーブの内孔径よりも小さくしたことで、スリーブ表面の溶鋼の流速が速くなることを抑制できていることがわかる。このことは図４のグラフからも明らかである。
【００２８】
すなわち、環流管又は環流管から浸漬管の上部にかけて内孔縮小部（スリーブ）を有する真空脱ガス装置において、浸漬管の下端部の内孔径を内孔縮小部の内径以下とすることで、内孔縮小部の表面近傍における溶鋼の流速の上昇を抑制することができ、これにより溶鋼による損耗が低減すると考えられる。
【００２９】
浸漬管の下端部の内孔径は、内径縮小部の内孔径以下となっていれば上述の損耗抑制効果を得ることができるが、より好ましくは内径縮小部の内径に対して少なくとも９６％以下の内孔径にすることで、より顕著な損耗抑制効果が得られる。一方で、浸漬管の下端部の内孔径を小さくしすぎると溶鋼の流量が低下する。したがって、損耗抑制効果と溶鋼の流量確保とのバランスを考慮すると、溶鋼の処理時間などの操業条件によって異なるが、浸漬管の下端部の内孔径は、内径縮小部の内孔径の８５％以上９６％以下であることが好ましい。
【００３０】
上述のとおり、本発明においては浸漬管の下端部に突出部を設けることで、浸漬管の下端部の内孔径を小さくする。実際上、突出部は耐火物で形成する必要があり、高耐用性の耐火物で形成する場合にはその高さは５ｍｍ程度でも上述の内径縮小部表面の溶鋼の流速を低下する効果は得られるが、不定形耐火物で形成する場合には使用中に損耗したり剥離する可能性を考慮して少なくとも３０ｍｍ以上確保することがより好ましい。また、突出部の高さは、いくら高くなっても内径縮小部表面の溶鋼の流速を低下する効果は変わらないが、耐火物のコストが無駄になるため１００ｍｍ程度までが適当である。
【００３１】
なお、図１の実施例において突出部１４は、浸漬管１の下端部内周面の全周にわたって設けたが、浸漬管１の下端部内周面に部分的（断続的）に設けても、内径縮小部表面の溶鋼の流速を低下する効果は得られる。したがって、内径縮小部のうち特に損耗の大きな位置に対応させて、突出部を部分的に設けても良い。このように、突出部を部分的（断続的）に設けたときの、本発明でいう「浸漬管の下端部の内孔径」は、浸漬管１の下端部の各位置における内孔径の平均値とする。
【００３２】
図５は、実際のＲＨ真空脱ガス装置で使用したときの浸漬管の寿命を示す。使用Ｎｏ.１から６までは、図２Ａの従来例、使用Ｎｏ．７から１０までが図２Ｃの本発明例である。本発明により浸漬管の寿命を約２０％延ばすことができた。
【符号の説明】
【００３３】
１  浸漬管
１１  フランジ
１２  芯金
１３  浸漬管用耐火物
１４  突出部
２  環流管
３  真空槽
３１  内張り耐火物
３２  鉄皮  
４  内孔
５  スリーブ（内孔縮小部）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図５】
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【図３Ａ】
2015168860.tif 000008
【図３Ｂ】
2015168860.tif 000009
【図３Ｃ】
2015168860.tif 000010
【図４】
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