(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直管部と該直管部から湾曲して延設される曲管部とを有する金属製で円管状の芯金と該芯金の外周面を被覆する耐火物層とを備え、溶湯処理剤を溶融金属に供給するランスパイプであって、
前記曲管部の曲率半径が大きい外側表面のみに間隔を隔てて固設された複数個のスタッド及び前記芯金に巻着された網材とを具備し、複数個の前記スタッド及び前記網材は前記耐火物層に埋設されていることを特徴とするランスパイプ。
【請求項２】
前記網材は前記曲管部の外側表面に巻着されている請求項１に記載のランスパイプ。
【請求項３】
前記網材は前記直管部の前記曲管部と隣接する外側表面部分に巻着されている請求項１に記載のランスパイプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶鋼、溶鉄、溶融金属等の精錬処理工程で使用されるランすパイプに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属の溶湯中に、酸素やアルゴン等のガスやその他の溶湯処理剤を吹き込む中空管状のランスパイプが広く知られている。
【０００３】
ランスパイプは、金属製で長尺円管状の芯金と、該芯金の外周面を被覆する耐火物層（以下、キャスタブルと記す）とを備えている。ランスパイプは、直管状のものの他に、側面視が略Ｊ字型ないしＬ字型の曲管状のランスパイプも存在する。耐火物としては、アルミナ‐シリカ系低セメントキャスタブル等が用いられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述の曲管状のランスパイプは先端の湾曲した部分を金属溶湯に浸漬させて使用される。金属浴湯は高温なので、浴湯の熱がキャスタブルを介して芯金に伝導する。芯金の熱膨張率は前記キャスタブルと比較して大きいので、芯金は熱膨張しながらキャスタブルに応力を及ぼすと思われ、これによってキャスタブルに亀裂が発生すると考えられる。亀裂はランスパイプの使用中に、温度上昇に伴って更に拡大する。結果、キャスタブルが剥離、脱落し、芯金の温度は自身が溶融する程度にまで上昇し、ランスパイプは使用できなくなる。
【０００５】
そこで、ランスパイプの使用耐久性を高めるために、芯金等に網材を巻着させて該網材でキャスタブルを保持し、キャスタブルの剥離、脱落を防止する方法があった。
【０００６】
しかしながら、従来の網材によってもキャスタブルの剥離、脱落を完全に防止できず、耐久性の観点から不充分であるという問題点を有していた。
【０００７】
また、使用中のランスパイプは、酸素等のガスや浴湯処理剤吹込みによる反力作用や溶銑の振動等のさまざまな力を受ける。曲管状のランスパイプでは、浴湯中に浸漬された湾曲した曲管部分において係る力の影響を受け易く、しかも、曲管部分の曲率半径が大きい側の損傷が特に激しくなるという問題を有していた。
【０００８】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、更に高い耐久性を備えたランスパイプを提供し、しかも、生産性の効率向上との均衡の観点からも現実的に妥当なランスパイプを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、請求項１に係る本発明のランスパイプは、直管部と該直管部から湾曲して延設される曲管部とを有する金属製で円管状の芯金と該芯金の外周面を被覆する耐火物層とを備え、溶湯処理剤を溶融金属に供給するランスパイプであって、前記曲管部の曲率半径が大きい外側表面のみに間隔を隔てて固設された複数個のスタッド及び前記芯金に巻着された網材とを具備し、複数個の前記スタッド及び前記網材は前記耐火物層に埋設されているものである。
【００１０】
本発明のランスパイプは、芯金と耐火物層と複数個のスタッドとを備えている。この芯金は、直管部と該直管部から湾曲して延設される曲管部とを有する金属製で円管状である。曲管部はその先端側がノズルとなっているもの、先端側がさらにＬ字型のように直管状に伸びているもの等を含む。耐火物層は、アルミナ−シリカ系低セメントキャスタブル等で構成されている。これら芯金及び耐火物層は従来の側面視が略Ｊ字型ないしＬ字型の曲管状のランスパイプの芯金及び耐火物層と同一である。
【００１１】
スタッドは、略Ｖ字型、Ｙ字型、Ｔ字型等の基端部とこの基端部より延びかつ広がる先端部とを含む。スタッドの基端部が芯金に通常スポット溶接等されて固定されている。スタッドの先端部が耐火物層内に埋設されて一体化されている。
【００１２】
本発明のランスパイプは、複数個のスタッドが芯金の曲管部の曲率半径が大きい外側表面のみに間隔を隔てて固設されている。スタッドを数多く使用すると、ランスパイプの耐久性を高める効果は増大する、しかし、作業時間が長くなりコストも増大する。耐久性の増大とコストの増大の二律背反の面を考慮すると、スタッドは芯金の曲管部の曲率半径が大きい外側表面のみに設ける。
【００１３】
ランスパイプは、例えば、芯金と芯金固設されたスタッドとをキャスタブルで覆って耐火物層とし、耐火物層内に埋設するように成型して製造される。耐火物層の内部に埋設されるスタッドの先端部はアンカーとして働き耐火物層と一体化され、スタッドが耐火物層より抜けが防止される。
【００１４】
また、上述した通り、曲管状のランスパイプは、湾曲した曲管部分を溶融金属中に浸漬させて使用されており、実際、曲管部分の曲率半径が大きい側の損傷が特に激しくなることが知られているが、以下の原因が考えられる。
【００１５】
高温熱の溶融金属中では、金属よりなる芯金とシリカ等を成分とするキャスタブルで構成された耐火物層とでは、熱膨張率の差がより顕著にあらわれるが、まず、係る熱膨張率の差に起因するものがある。
【００１６】
例えば略Ｌ字型の芯金の曲管部は、曲率半径が大きい大径側の曲管部分と小さい小径側の曲管部分とより成り、大径側の方が小径側よりも弧長が長い分だけ軸方向に沿って長くなる。大径側も小径側も同一金属の芯金なので同一の線膨張率を有しており、大径側の方が、膨張前の長さが長い分だけ伸びて変化する実際の長さが長くなると考えられる。よって、芯金の熱膨張によって耐火物層に及ぼされる引張り応力は、大径側の方がより大きくなり得る。当該部分の耐火物層に亀裂が生じ易くなって、剥離、脱落を招き易くなる。
【００１７】
また、上記した大径側の方が、弧長が長い分だけ当該部分の芯金を被覆する耐火物層全体の体積、重量が大きい。更に、溶融金属容器の底に向かって耐火物層脱落するのを相殺する芯金の管壁が、内側と異なって大径側には存在しない。上述したガス等の吹込みによる溶銑の振動等による力の作用も相まって、大径側の方が小径の側よりも大きな重力が作用してしまうという原因も考えられる。
【００１８】
ここで、スタッドは、芯金の曲管部の曲率半径が大きい外側表面にのみ間隔を隔てて固設されているので、芯金の全長に亘ってスタッドを固設するよりも、該スタッドの芯金への溶接作業を省力化できる。しかもキャスタブルの剥離、脱落を最も招き易い部位について集中的に手当てしながら、耐久性能の担保も可能となる。
【００１９】
本発明のランスパイプにおいて、前記スタッドは前記曲管部の前記曲率半径が大きい外側表面にのみ固設されている。ここで、外側表面とは芯金の外周側の表面をいう。内側表面は芯金の内周表面をいう。また、曲率半径が大きいとは曲管部の遠心方向側をいう。
【００２０】
本発明によれば芯金の曲管部の曲率半径が大きい外側表面にのみにスタッドを溶接する最小限の作業を行うだけで、ランスパイプの当該部分のキャスタブルの剥離、脱落を効果的に防止できる。従って、耐久性をより高く求めつつもランスパイプの生産効率の向上が強く望まれる場合には、最も妥当なものを提供することができる。
【００２５】
本発明のランスパイプは、さらに前記スタッドが固設された前記曲管部の外側表面又は前記スタッドが固設された前記曲管部の外側表面および前記直管部の前記曲管部と隣接する外側表面部分には、網材が巻着されかつ前記耐火物層に埋設されているものである。網材は二次元的に延びているため、芯金の外側表面に巻きつける作業で芯金に固定できる。しかも広い面積を覆うことが出来る。さらに網材は、耐火物層内に一体化しやすいため耐火物層からの分離に対する抵抗力が大きい。
【００２６】
本発明によれば、ランスパイプの生産効率を求めつつもその耐久性向上が強く望まれる場合に、最も妥当なランスパイプを提供することができる。
【００２７】
前述したとおり、スタッドの先端部はアンカー作用を持ち、これに基づく係合作用により耐火物層の剥離、脱落を防止する。スタッドは、その複数個が間隔をおいて芯金に溶接されているので、不連続な溶接ポイントごとに脱落防止するものとなる。
【００２８】
ここで、不幸にもスタッドが固設されていない部分に亀裂が入った場合でも、各スタッドが金網等の網材を介して面状に連続しながら亀裂の拡大を抑制し、耐火物層の剥離、脱落を防止し、ランスパイプの耐用性を格段に向上させることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、生産性の効率向上と使用耐久性向上との均衡を現実的に妥当に考慮したうえで、信頼性の高いランスパイプを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】簡略に使用状態を示す実施形態１のランスパイプの断面図である。
【図２】図1のランスパイプにおいて曲管部を拡大した断面図である。
【図３】（ａ）図２のランスパイプのＹ１−Ｙ１線端面図、（ｂ）Ｙ２−Ｙ２線端面図である。
【図４】芯金の曲管部におけるスタッドと網材との係合を断面視において模式的に示す説明図である。
【図５】芯金の曲管部におけるスタッドと網材との係合をＸ方向視において模式的に示す説明図である。
【図６】第２実施形態のランスパイプについて、芯金に網材が巻着されてスタッドが固設される配置関係を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、第１実施形態のランスパイプＬ１について説明する。図１は、簡略に使用状態を示す実施形態１のランスパイプの断面図、図２は、図1のランスパイプにおいて曲管部を拡大した断面図、図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図２のランスパイプのＹ１−Ｙ１線、Ｙ２−Ｙ２線端面図、図４は、芯金の曲管部におけるスタッドと網材との係合を断面視において模式的に示す説明図である。
【００３２】
ランスパイプＬ１は直管部１２と該直管部１２から延設される曲管部１３とを有する略Ｌ字型をなしており、金属製で略Ｌ字型の長尺円管状の芯金２と、該芯金２の外側表面を被覆するキャスタブル３とを備えている。また、後述するとおり、芯金２の曲管部２３の大径外側表面２３１ａには複数のＹ字型のスタッド４１が固設され、外側表面２３１には金網５が巻着されている。
【００３３】
芯金２は、ガス等が導入される導入口２１から直線状に伸びる全長ｌ１の直管部２２と、直管部２２から湾曲して延設される曲管部２３とを備えている。該曲管部２３は、湾曲基端部分２３２からガスの吐出口となる先端吐出部分２３３に至る部分である。また、曲管部２３は、中心軸方向Ｈに沿った断面視において中心角θの円弧をなす円弧部分２３４と直線状の直長部分２３５（全長ｌ２２）とよりなる。なお、図１においては、円弧部分２３４の弧長を便宜的にｌ２1として記している。
【００３４】
芯金２の前記曲管部２３の外側表面２３１であって、その湾曲において円弧部分２３４の曲率半径が大きい側（ｒ１）の大径外側表面２３１ａには、複数のＹ字型のスタッド４１が取付けられている。該スタッド４１は、先端の両方の係止開腕部４１ａを半径方向外側に向け、取付基部４１ｂを前記大径外側表面２３１ａに溶接して取付けられている。また、複数の前記スタッド４１は、前記大径外側表面２３１ａの周方向に沿って３列をなし、軸方向Ｈに沿って芯金の２が湾曲し始める大径湾曲基端部分２３２ａから大径先端吐出部分２３３ａに至る部分に取付けられている。より詳しくは、ランスパイプＬ１の使用状態において鉛直方向真下に配置する部位に、前記湾曲基端部分２３２から少し湾曲が進んだ部分から、前記先端吐出部分２３３に至る少し手前部分にかけて、軸方向Ｈに沿って、所定の間隔を隔てて１列取付けられている。また、当該１列を中心にして、左右に中心角４５度程度の間隔を隔てて周方向に沿って２列取付けられており、合計３列をなす。
【００３５】
また、芯金２の曲管部２３の前記外側表面２３１には金網５が巻付けられている。その結果、前記スタッド４１が取付けられた前記大径外側表面２３１ａにおいては、溶接された各スタッド４１の係止開腕部４１ａの先端部分は、該金網５の鉄線５１と所々で係止している。
【００３６】
前記キャスタブル３はセラミック耐火物からなる。バインダ（無機系バインダまたは有機系バインダ）を含む流動性をもつスラリー状の耐火物で、芯金２の全長に亘ってその外側表面を被覆し、その状態で乾燥固化させたものである。
【００３７】
キャスタブル３は、前記曲管部２３の大径外側表面２３１ａにおいては、前記各スタッド４１とこれに係止する金網５とを埋込み、これらがキャスタブル３の外側に露出しないような充分な肉厚ｔを有している。しかも芯金２の全長に亘って均一な肉厚ｔを有しているので、ランスパイプＬは芯金２のほぼ相似大形に形成されている。また、前記キャスタブル３は、前記スタッド４１の前記係止開腕部４１ａの下側に形成されるアンカー部４１ｃ（芯金２の大径外側表面２３１ａに近接する部分）にも充填されている。
【００３８】
次に、第１の実施形態のランスパイプの使用状態について説明する。図１において、ランスパイプＬ１は、容器Ｎに収容された溶融金属Ｍの液中に、吐出口１４を有する曲管部１３を浸漬させて使用される。導入口１１からは図示しないガス等が吹き込まれる。「ガス」としては、溶融金属Ｍ中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、或いは溶融金属Ｍ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。吹き込まれたガスは、芯金２の中空部に形成される流通経路を経由して吐出口１４（先端吐出部分２３３）から溶融金属Ｍ中に吐出される。
【００３９】
ここで、使用中のランスパイプＬ１の溶融金属Ｍに浸漬されている曲管部１３は、ガス導入による反力作用や溶銑の振動等による力を大きく受ける部分である。当該曲管部１３には、芯金２の曲管部２３の前記外側表面２３１をキャスタブル３で覆った曲管被覆層３３が相当する。
【００４０】
また、キャスタブル３の曲管被覆層３３のうち大径に湾曲する側の大径外側表面被覆層３３１ａの下方には、該被覆層３３１ａが、剥離、脱落し、溶融金属Ｍの容器Ｎの底に向かって沈降しようとするのを相殺する芯金２の前記大径外側表面２３１ａを形成する管壁が存在しない。よって、前記振動等に起因して働く重力は、小径外側表面被覆層３３１ｂの場合よりも大きくなる。
【００４１】
また、芯金２の前記円弧部分２３４においては、大径円弧表面２３４ａの方が小径円弧表面２３４ｂよりも弧長が長い。これらの大径又は小径の各円弧表面２３４ａ、２３４ｂは、それぞれキャスタブル３の大径又は小径の各円弧表面被覆層３３４ａ、３３４ｂに覆われている。そして弧長の差異に起因して、大径側の被覆層３３４ａの方が体積、重量が大きくなる。よって、前記曲管被覆層３３のうち大径外側表面被覆層３３１ａには、小径外側表面被覆層３３１ｂよりも重力が大きく働く。
【００４２】
同時にガスの吹き出し中には、ガスが酸素の場合には、溶融金属Ｍに含まれる一部分の成分が酸化反応を起こして発熱し、ただでさえ高温の溶融金属Ｍの温度が更に上昇し、キャスタブル３を介して芯金２に伝熱され、キャスタブル３と芯金２とが、それぞれに異なる熱膨張率で膨張する。そして、芯金２の曲管部２３の前記大径又は小径の各円弧表面２３４ａ、２３４ｂの弧長の長短に起因して、大径外側表面２３１ａの方が、小径外側表面２３１ｂよりも、膨張前の元の弧長が長い分だけ膨張する（伸びる）実際の長さが長くなると考えられる。よって、曲管部２３が熱膨張によってキャスタブル３の曲管被覆層３３に及ぼす引張り応力は、更なる温度上昇に伴って膨張長さの差異が大きくなるにつれて、大径外側表面被覆層３３１ａの方がより大きくなり得るので、当該被覆層３３１ａに亀裂Ｃが生じ易くなると考えられる。
【００４３】
ここで芯金２の大径外側表面２３１ａには、複数のＹ字型のスタッド４１が所定の間隔を置いてそれぞれ溶接されている。該スタッド４１は、前記アンカー部４１ｃに充填されたキャスタブル３が大径外側表面２３１ａから剥離し、溶融金属Ｍ中に沈降しようとするのを、前記係止開腕部４１ａにて保持する。つまり、曲管被覆層３３の特に、大径外側表面被覆層３３１ａにおける前述した各スタッド４１の溶接ポイントごとの剥離、脱落が効果的に防止される（図４参照）。
【００４４】
また、各スタッド４１の係止開腕部４１ａの先端部分が前記金網５の鉄線５１と所々で係止しており、各スタッド４１は金網５を介して芯金２の前記大径側外側表面２３１ａの曲面に沿って連設されている。よって、前記大径外側表面２３１ａの曲面を被覆する大径外側表面被覆層３３１ａは、スタッド４１及び金網５によって面状に保持される（図５参照）。よって、それぞれの溶接ポイントから離れた部分に亀裂Ｃが生じかけてもその拡大が抑制されて、一層、剥離、脱落が効果的に防止され、ランスパイプＬ１の耐久性能向上を図れる。
【００４５】
ここで、上述したランスパイプＬ１は、上記のスタッド４１を溶接し、金網５を巻着した芯金２を型枠内に固定して、型枠内にキャスタブル耐火物を流し込む等の周知の施工方法で製造される。芯金２にスタッド４１を溶接する際には、前記曲管部２３の外側表面２３１において大径外側表面２３１ａにのみにスタッドを溶接する最小限の作業を行うだけよいので、生産効率が向上する。
【００４６】
なお、スタッド４１は、軸方向Ｈに沿って３列固設される形態について示したが、曲率半径が大きい（本実施形態ではｒ１）側の外側表面２３１ａに固設されていれば本第１の実施形態の範囲内で、列数に限られない。また、スタッドの係止開腕部４１ａが軸方向Ｈに沿って開腕する例を記載したが、これに限らず接線方向でもよく、また、軸方向Ｈに開腕するスタッドと、接線方向に開腕するものとの混合でもよく、この点については、後述する他の実施形態についても同様である。
【００４７】
次に、第２実施形態のランスパイプＬ２について説明する。図６は第２実施形態のランスパイプについて、芯金に網材が巻着されてスタッドが固設される配置関係を示す断面図である。なお、この実施形態の説明では、第１実施形態のランスパイプＬ１の各部分に対応する同一の部分については、同一の符号を付して説明する。また、スタッドは略Ｖ字形のもの（スタッド４２）について説明する。
【００４８】
第２実施形態のランスパイプＬ２は、第１実施形態のランスパイプＬ１と比較して、芯金２に対するスタッド４２の配置は同じで、金網５を巻付ける配置が異なる実施形態である。すなわち、金網５は、芯金２の前記曲管部２３の外側表面２３１でなく、前記直管部２２の外側表面にのみ巻着されている。
【００４９】
この構成によれば、使用中のランスパイプＬ２においてキャスタブルの剥離、脱落を最も招き易い部位（芯金２の大径外側表面２３１ａを覆うキャスタブルの大径外側表面被覆層３３１ａ）には、スタッド４２の配設により対策が講じられている。また、該スタッド４２の芯金２への溶接作業は最小限で済むので効率的に製造できる。
【００５０】
そして、金網５は、第１実施形態のように、必ずしも芯金２の前記外側表面２３１に巻付けなくともよい。第２実施形態では、スタッド４２が溶接されていない直管部２２の外側表面に巻着された形態を示した。該金網５は、剥離、脱落しそうな直管被覆層３２を保持する機能を有する。ランスパイプの製造時における芯金２への金網５の巻着作業は、溶接作業と比較すると容易である。よって、スタッドの溶接個所を増すよりは容易に、ランスパイプＬ２の全長に亘ってキャスタブルの剥離、脱落防止を図れる。
【符号の説明】
【００５９】
Ｌ１〜Ｌ５：ランスパイプ
２：芯金
２２：直管部
２２１：曲管部と隣接する外側表面
２３：曲管部
２３１：外側表面
２３１ａ：大径外側表面
３：キャスタブル
４１、４２：スタッド
４１ａ：係止開腕部
４１ｃ：アンカー部
【図１】
0006308787.tif 000002
【図２】
0006308787.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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