(57)【要約】【課題】溶湯の浮力による芯金の曲がり、及び、これに伴い耐火物層に生じた亀裂の直線状の伸展を抑制することができるランスパイプを提供する。【解決手段】ランスパイプ１は、ガス及び溶湯処理剤の少なくとも何れか一方を流通させる流通経路１１を有する管状の芯金１０と、芯金１０の外周面に軸長方向に沿って複数設けられた棒状の補強リブ２と、複数の補強リブ２に外接する環状の補強リング３と、芯金１０の外周面、補強リブ２、及び補強リング３を被覆する耐火物層４とを具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯に浸漬されるランスパイプであって、
ガス及び溶湯処理剤の少なくとも何れか一方を流通させる流通経路を有する管状の芯金と、
該芯金の外周面に軸長方向に沿って複数設けられた棒状の補強リブと、
複数の該補強リブに外接する環状の補強リングと、
前記芯金の外周面、前記補強リブ、及び前記補強リングを被覆する耐火物層と
を具備することを特徴とするランスパイプ。
【請求項２】
前記補強リブ及び前記補強リングは、それぞれ断面が略円形または略矩形に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のランスパイプ。
【請求項３】
前記補強リングは、少なくとも溶湯に浸漬される浸漬部に設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のランスパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ランスパイプに関するものであり、特に、溶湯中に浸漬され、ガスや溶湯処理剤を溶湯中に供給するランスパイプに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ランスパイプは、製銑・製鋼工程などにおいて、溶銑や溶鋼等の溶湯の撹拌、脱リン・脱炭素・脱珪・脱硫処理等の非金属成分の除去処理、成分調整、温度制御等のために、ガスや溶湯処理剤を溶湯中に吹き込む長尺のパイプである。このランスパイプは、鋼等の金属製の管（芯金）と、芯金の外周面を被覆するように設けられる耐火物層とによって主に構成されている。そして、溶湯に浸漬されると、溶湯より比重の小さいランスパイプは浮力を受け、曲げ応力が作用するため、千数百℃以上という極めて高温の溶湯によって加熱され軟化した芯金が、曲がってしまうことがある。
【０００３】
そこで、従来、図４（ａ）（ｂ）に例示するように、芯金１１０の外周面に軸長方向に沿って棒状の補強リブ１０２を設け、芯金１１０の外周面及び補強リブ１０２を被覆するように耐火物層１０４を設けたランスパイプ１００が使用されている。このような補強リブ１０２によって、芯金１１０の剛性が高められ、曲げ応力による変形が生じ難いものとなる。
【０００４】
上記の従来技術は、公然に実施されているものであり、出願人は、この従来技術が記載された文献を、本願出願時においては知見していない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような補強リブを設けても、充分に芯金の曲がりを防ぐことはできず、芯金の変形によって耐火物層に亀裂や剥離が生じてしまうことがあった。また、いったん亀裂が生じると、補強リブに沿って亀裂が直線状に伸展し易いものであった。更に、耐火物層の亀裂や剥離により、直接に溶湯に接した芯金が損傷を受け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、溶湯の浮力による芯金の曲がり、及び、これに伴い耐火物層に生じた亀裂の直線状の伸展を、抑制することができるランスパイプ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、本発明にかかるランスパイプは、「溶湯に浸漬されるランスパイプであって、ガス及び溶湯処理剤の少なくとも何れか一方を流通させる流通経路を有する管状の芯金と、該芯金の外周面に軸長方向に沿って複数設けられた棒状の補強リブと、複数の該補強リブに外接する環状の補強リングと、前記芯金の外周面、前記補強リブ、及び前記補強リングを被覆する耐火物層とを」具備している。
【０００８】
「溶湯処理剤」としては、ＣａＯ、ＦｅＯ、Ｎａ２ＣＯ３、ＣａＦ２等の粉体や、成分調整のための各種添加剤を例示することができる。また、「ガス」としては、溶湯内で酸化反応を行わせるための酸素ガスや、溶湯処理剤を搬送する媒体として、或いは溶湯の撹拌や温度制御等のために吹き込まれるアルゴン等の不活性ガスや窒素ガスを例示することができる。
【０００９】
「芯金」は、鋼や合金鋼等の金属で構成される管状の部材であり、例えば、断面を略円形や楕円形に形成することができる。なお、材質や寸法は、対象とする溶湯の処理量、処理温度、流通させる溶湯処理剤の種類や流量等により、適宜設定することができる。
【００１０】
「補強リブ」は、鋼や合金鋼等の金属で構成される棒状の部材であり、例えば、断面を略円形、楕円形、矩形、多角形状に形成することができる。また、中実であっても中空（管状）であっても良く、中実であれば剛性をより高いものにでき、中空であればランスパイプの軽量化を図ることができる。加えて、「補強リブ」は一つの芯金に対して、その外周面に軸長方向に沿って複数が設けられるものであり、例えば、芯金の一断面において、軸心に対して略等角度間隔の放射状となるように設けることができる、なお、「補強リブ」の材質や寸法は、対象とする溶湯の処理温度、芯金の寸法等により、適宜設定することができる。また、芯金の軸長方向に沿って設けられれば、芯金の全長に亘って設けられても、部分的に設けられても構わない。
【００１１】
「補強リング」は、鋼や合金鋼等の金属で構成される環状の部材であり、その内周に沿って、複数の補強リブに外接するように配される。また、「補強リング」の断面は、例えば、略円形、楕円形、矩形、多角形状とすることができ、中実であっても中空であっても良い。そして、例えば、複数の補強リングを、芯金の軸長方向に沿って所定間隔で設けることができるが、この場合、芯金の全長に亘って設けられるものであっても、部分的に設けられるものであっても良い。なお、芯金、補強リブ、及び補強リングを構成する材料は、同一であっても異なっていても構わない。
【００１２】
「耐火物層」を構成する耐火材料の種類は特に限定されず、例えば、耐スポーリング性に優れるアルミナ−シリカ系、ハイアルミナ系、アルミナ−クロム系耐火材料や、耐熱衝撃性や耐食性に優れるアルミナ−マグネシア系耐火材料を使用することができる。また、一つのランスパイプに形成される耐火物層は、単一種類の耐火材料により構成されるものであっても、部分的に異なる種類の耐火材料が配されるものであっても構わない。更に、耐火物層は、キャスタブル耐火材料の泥しょうを固化、乾燥させたキャスタブル耐火物層であっても、加圧成形工程を経て形成された定形耐火物層であっても、両者を複合させた耐火物層であっても良い。
【００１３】
上記の構成により、溶湯中にランスパイプが浸漬され、溶湯から受ける浮力によって芯金に曲げ応力が作用したとき、曲げの内側となる部分で圧縮応力が作用する補強リブと、曲げの外側となる部分で引張り応力が作用する補強リブとは、補強リングによって相互に連結されていることとなる。これにより、曲げによる圧縮応力と引張り応力とを、相殺する力が作用する。また、従来のランスパイプでは、ある方向への曲げに対しては、主に、その曲げの内側あるいは曲げの外側の補強リブによって、その曲げ応力に抗しなければならないのに対し、本発明では、補強リングによって相互に連結された複数の補強リブが、いわば協働して、曲げ応力に抗する構成となる。従って、本発明によれば、曲げ応力による芯金の変形が生じ難いものとなる。また、上記の従来品（図４参照）に比べて曲げに対する剛性が高いことにより、仮に芯金が曲がりかけて耐火物層に亀裂が生じたとしても、それ以上の変形が抑制され、亀裂の軸長方向に沿った直線的の伸展が抑制される。
【００１４】
加えて、補強リブと補強リングとの連結部の周辺や、芯金の外周面と補強リングとの間隙に、耐火物が充填されることにより、芯金と耐火物層との接合が強化される。すなわち、補強リングは、補強リブ同士を連結するのみならず、耐火物層を芯金に保持させるアンカー部材としても作用する。加えて、補強リングは、補強リブとの連結部以外では、芯金の外周面との間に耐火物層を介在させており、芯金の外周面とは接しない構成である。これにより、高温の溶湯によって加熱された芯金が膨張しても、補強リングはその膨張に追随し難く、芯金と耐火物層との接合状態を良好に保持することができる。
【００１５】
また、本発明にかかるランスパイプは、「前記補強リブ及び前記補強リングは、断面が略円形または略矩形に形成されている」ものとすることができる。
【００１６】
従って、本発明によれば、補強リブ及び補強リングを、断面が略円形または略矩形の棒状とすることにより、汎用的な材料を使用して補強リブ及び補強リングを構成させることができ、入手が容易な材料を使用してより安価にランスパイプを製造することが可能となる。更に、補強リブ及び補強リングの形状が複雑ではないため、芯金の外表面に対する取り付けや、補強リブと補強リングとを連結させる作業が、より簡易なものとなる。
【００１７】
更に、本発明にかかるランスパイプは、「前記補強リングは、少なくとも溶湯に浸漬される浸漬部に設けられる」ものとすることができる。
【００１８】
「浸漬部」は、ランスパイプのうち、溶湯中に浸漬させる部分であり、例えば、全長の１／２〜２／３の長さに相当する部分とすることができる。
【００１９】
従って、本発明によれば、ランスパイプが溶湯から浮力を受ける部分で、補強リブが補強リングによって連結されているため、浮力による芯金の曲がりを、より確実に抑制することができる。
【発明の効果】
【００２０】
以上のように、本発明の効果として、溶湯の浮力による芯金の曲がり、及び、これに伴い耐火物層に生じた亀裂の直線状の伸展を抑制することができるランスパイプを、提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の最良の一実施形態であるランスパイプについて、図１乃至図３に基づいて説明する。ここで、図１（ａ）は本実施形態のランスパイプの縦断面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、図１（ｃ）は補強リブ及び補強リングが設けられた芯金の側面図であり、図２（ａ）は対照例のランスパイプの縦断面図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、図２（ｃ）は補強リブが設けられた芯金の側面図であり、図３はランスパイプの使用状態を示す説明図である。なお、図１乃至図３は概略図であり、ランスパイプの各部の形状や寸法比を正確に表示したものではない。
【００２２】
本実施形態のランスパイプ１は、図１に示すように、ガス及び溶湯処理剤の少なくとも何れか一方を流通させる流通経路１１を有する管状の芯金１０と、芯金１０の外周面に軸長方向に沿って複数設けられた棒状の補強リブ２と、複数の補強リブ２に外接する環状の補強リング３と、芯金１０の外周面、補強リブ２、及び補強リング３を被覆する耐火物層４とを具備している。
【００２３】
より詳細に説明すると、芯金１０は、鋼や合金鋼等の耐熱性を有する金属で、断面が略円形の長尺の管状に形成されており、溶湯処理剤を流通させる流通経路１１が、管の中心に軸長方向に延びている。そして、図３に示すように、流通経路１１の上端に、溶湯処理剤を供給する供給装置（図示しない）と接続される導入口１１ｂが設けられていると共に、流通経路１１の下端には、溶湯２２中に溶湯処理剤を吐出するための吐出口１１ｃが設けられている。なお、図示では、流通経路１１がランスパイプ１の下端に開口して吐出口１１ｃを構成する場合を例示しているが、これに限定されず、流通経路１１の下端を閉端とし、流通経路１１から分岐するように複数の吐出口を設けても良い。
【００２４】
補強リブ２は、断面が略円形で中実の棒状の金属材料で構成され、図１（ｂ）に横断面を示したように、四つの補強リブ２が芯金１０の軸心に対して略等角度間隔で放射状に配されて、芯金１０の外周面に溶接されている。また、補強リング３は、断面が略矩形の中実の金属材料で構成され、その内周面が補強リブ２に外接するように、補強リブ２に溶接されている。加えて、補強リング３は、図１（ａ）及び図１（ｃ）に示すように、芯金１０の軸長方向に沿って複数が所定間隔で設けられている。なお、本実施形態では、補強リング３の間隔を約１５０ｍｍとしているが、これに限定されるものではない。また、本実施形態の補強リブ２及び補強リング３は、後述のように、溶湯２２に浸漬される浸漬部６（図３参照）の芯金１０に設けられている。
【００２５】
本実施形態の耐火物層４は、キャスタブル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た泥しょうを、補強リブ２及び補強リング３が設けられた芯金１０を中央に配した成形型に振動下で流し込み、固化させた後乾燥させて形成したキャスタブル耐火物層である。本実施形態では、キャスタブル耐火材料として、下記の組成のアルミナ−シリカ系耐火材料を使用している。なお、上記のように、耐火物層４を構成する耐火材料の種類は、これに限定されるものではなく、要求される特性に基づき適宜選択することができる。また、図１及び図３では、耐火物層４が芯金１０と同心の略円筒状に形成された場合を図示しているが、これに限定されるものではなく、耐火物層４の径方向の厚さが、部分的に異なる構成とすることもできる。例えば、溶湯２２への溶損分を考慮し、浸漬部６における耐火物層４を厚くすることができる。
【００２６】
＜キャスタブル耐火材料の組成＞
アルミナ    ９０重量部
シリカ        ７重量部
その他        ３重量部
【００２７】
上記のランスパイプ１は、図３に示すように、取鍋２１に収容された溶湯２２に、略鉛直方向に挿入される。そして、溶湯２２中にランスパイプ１が浸漬された状態で、導入口１１ｂに溶湯処理剤を導入すれば、流通経路１１及び吐出口１１ｃを介して、溶湯２２中に溶湯処理剤が吐出される。このとき、ランスパイプ１が溶湯２２に浸漬されている長さＬに相当する部分が浸漬部６であり、本実施形態では、全長の約１／２の長さを浸漬部６とし、この部分の芯金１０に、補強リブ２及び補強リング３が設けられている。
【００２８】
次に、上記の構成のランスパイプ１を用いて実際に溶湯の処理を行い、曲がりや亀裂の発生について、対照例と比較した結果について説明する。ここで、対照例のランスパイプ５０は、図２に示すように、補強リング３を具備しない以外は、寸法や耐火物層４を構成する耐火材料の組成等、全て本実施形態のランスパイプ１と同一の構成である。なお、図２中、本実施形態のランスパイプ１と同一の構成については、同一の符号を付している。
【００２９】
本実施形態のランスパイプ１及び対照例のランスパイプ５０を、図３を用いて上述したように、それぞれ取鍋２１に収容された溶鋼（溶湯２２）に浸漬させ、溶湯２２の液面にスラグを浮遊させた状態で、次の処理条件でアルゴンガスを吹き込み、ＬＦ（Ｌａｄｌｅ  Ｆｕｒｎａｃｅ）処理を行った。
＜処理条件＞
Ｃ／Ｓ＝３
溶鋼温度      １６５０℃
アルゴンガス  圧力：０．４９ＭＰａ、流量：５００リットル／ｍｉｎ
処理時間      ４５ｍｉｎ
【００３０】
その結果、本実施形態のランスパイプ１では、上記の条件による処理を１０回繰り返した後であっても、ランスパイプ１の曲がり及び耐火物層４における亀裂の発生は、観察されなかった。これに対し、対照例のランスパイプ５０では、処理を５回繰り返した段階で、耐火物層４に亀裂が発生し、更に軸長方向に沿って直線状に亀裂が伸展したため、処理を中止した。
【００３１】
以上のように、本実施形態のランスパイプ１によれば、溶湯２２から受ける浮力によって芯金１０に曲げ応力が作用したとき、曲げの内側となる部分で圧縮応力が作用している補強リブ２と、曲げの外側となる部分で引張り応力が作用している補強リブ２とが、補強リング３によって相互に連結されているため、圧縮応力と引張り応力とを相殺する作用が働くと共に、補強リング３によって相互に連結された複数の補強リブ２が、いわば協働して曲げ応力に抗することとなり、芯金１０が変形し難いものとなる。また、仮に芯金１０が曲がりかけて耐火物層４に亀裂が生じたとしても、それ以上の変形が抑制されるため、亀裂が軸長方向に沿って直線状に伸展することが抑制される。
【００３２】
加えて、アンカー部材としての役割を兼ね備える補強リング３によって、耐火物層４を芯金１０の外周面に強固に保持させることができる。
【００３３】
更に、中実の金属で構成された補強リブ２及び補強リング３は剛性が高く、芯金１０がより曲がり難いものとなっている。また、本実施形態の補強リブ２及び補強リング３は、断面がそれぞれ略円形及び略矩形であり、汎用的な金属材料を使用して構成させることができるため、材料の入手が容易で安価に製造することができる。加えて、補強リブ２及び補強リング３の形状が複雑ではないため、芯金１０に対する補強リブ２の取り付けや、補強リブ２と補強リング３を連結させる作業が簡易である。
【００３４】
また、補強リブ２を多数設けることとすれば、全体的な構成が複雑となって製造の手間やコストが嵩み、補強リブ２の本数が少ない場合には、補強リング３の取り付け状態が不安定となり易いと共に、補強リブ２が配されていない方向に曲げ応力が作用した場合に、芯金１０が曲がり易いものとなる。これに対し、本実施形態の補強リブ２は、四つが芯金１０の軸心に対して略等角度間隔で放射状に設けられているため、補強リブ２の本数を抑えつつ、補強リブ２に対する補強リング３の取り付け状態を安定させることができ、かつ、何れの方向に曲げ応力が作用しても、芯金１０が変形し難いものとなっている。なお、補強リブは、少なくとも三つを備えることにより、上記の効果を奏し得る。
【００３５】
加えて、補強リング３が、浸漬部６で補強リブ２同士を連結していることにより、溶湯２２から受ける浮力による芯金１０の曲がりを、より確実に抑制することができる。
【００３６】
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。
【００３７】
例えば、本実施形態では、取鍋に収容された溶湯に対して、略鉛直方向にランスパイプを挿入する場合を例示したが、これに限定されず、溶湯の液面に対して斜め上方から挿入されるランスパイプについても、本発明を適用することができる。また、本実施形態の構成に加え、耐火物層を芯金に保持させるためのＶ型やＹ型の周知のスタッド（アンカー部材）を、更に備える構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は本実施形態のランスパイプの縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、（ｃ）は補強リブ及び補強リングが設けられた芯金の側面図である。
【図２】（ａ）は対照例のランスパイプの縦断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面図であり、（ｃ）は補強リブが設けられた芯金の側面図である。
【図３】ランスパイプの使用状態を示す説明図である。
【図４】従来のランスパイプの横断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  ランスパイプ
２  補強リブ
３  補強リング
４  耐火物層
６  浸漬部
１０  芯金
１１  流通経路
１１ｂ  導入口
１１ｃ  吐出口
２２  溶湯
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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