(57)【要約】  本発明は、第１端部におけるガス入口（いわゆる低温端）、第２端部におけるガス出口（いわゆる高温端）、及びこれら第１端部と第２端部との間に延在する周囲面を有する、耐火セラミック製ガスパージ用プラグに関する。
2015533938.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１端部（１０ｉ）におけるガス入口、第２端部（１０ｏ）におけるガス出口、及び前記第１端部（１０ｉ）と前記第２端部（１０ｏ）との間に延在する周面（１０ｐ）とを有する耐火性を有するセラミック製ガスパージ用プラグであって、
前記周面（１０ｐ）が金属外被（１２）によって少なくとも部分的に覆われているガスパージ用プラグにおいて、
前記金属外被（１２）が耐火性コーティングを特徴としており、該耐火性コーティングがその周面（１０ｐ）に沿って少なくとも部分的に延在していることを特徴とする、ガスパージ用プラグ。
【請求項２】
前記耐火性コーティング（２０）が＜２．５ｍｍの厚みを有することを特徴とする請求項１に記載のガスパージ用プラグ。
【請求項３】
前記耐火性コーティング（２０）が＜１．０ｍｍの厚みを有することを特徴とする請求項１に記載のガスパージ用プラグ。
【請求項４】
前記耐火性コーティング（２０）が＜０．５ｍｍの厚みを有することを特徴とする請求項１に記載のガスパージ用プラグ。
【請求項５】
前記耐火性コーティング（２０）が、前記金属コーティングの材料と８００℃を超える温度の下で反応し、よって１３００℃を超える融点を有する化合物を形成することを特徴とする請求項１に記載のガスパージ用プラグ。
【請求項６】
前記耐火性コーティング（２０）が、前記金属コーティングの材料と８００℃を超える温度の下で反応し、よって１３００℃を超える融点を有するスピネルを形成することを特徴とする請求項１に記載のガスパージ用プラグ。
【請求項７】
前記耐火性コーティング（２０）が、０．５ｍｍ未満の厚みを有するラッカーコートを備えることを特徴とする請求項１に記載のガスパージ用プラグ。
【請求項８】
前記ラッカーコートが樹脂ベースラッカーから成ることを特徴とする請求項７に記載のガスパージ用プラグ。
【請求項９】
前記耐火性コーティング（２０）が、前記ラッカーコーティングから突出する、離散した耐火性を有する粒子（２２）を備えることを特徴とする請求項７に記載のガスパージ用プラグ。
【請求項１０】
前記耐火性コーティング（２０）が、ＭｇＯ、Ａｌ２０３、Ｚｒ０２、スピネル、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＣを備える群の離散した耐火性を有する粒子を備えることを特徴とする請求項１に記載のガスパージ用プラグ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載のガスパージ用プラグを製造するプロセスであって、
ａ）前記ガスパージ用プラグの前記金属外被の外面の少なくとも一部上に液体ラッカーを適用して液体ラッカーコートを形成するステップと、
ｂ）耐火性を有する粒子を前記液体ラッカーコート中に適用するステップと、
ｃ）前記液体ラッカーコートを、前記液体ラッカーコートが前記耐火性を有する粒子とともに硬化した耐火コーティングを形成するまで乾燥するステップと、
を備えるプロセス。
【請求項１２】
前記ステップａ）が、前記金属外被の前記外面上に前記液体ラッカーをスプレーすることによって行われることを特徴とする請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１３】
前記ステップｂ）が、前記耐火性を有する粒子を前記液体ラッカーコート中にスプレーすることによって行われることを特徴とする請求項１１に記載のプロセス。
【請求項１４】
前記ステップｃ）が、５０℃を超える温度の下で行われることを特徴とする請求項１１に記載のプロセス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１端部におけるガス入口（いわゆる低温端）、第２端部におけるガス出口（いわゆる高温端）、及びこれら第１端部と第２端部との間に延在する周囲面を有する、耐火セラミック製ガスパージ用プラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
この一般的な設計のガスパージ用プラグは従来技術でよく知られており、取鍋（ドイツ語ではＰｆａｎｎｅ）、タンディッシュ（ドイツ語ではＶｅｒｔｅｉｌｅｒ）、又は転炉（ドイツ語ではＫｏｎｖｅｒｔｅｒ）のような金属学的溶融容器及び金属学的処理容器に長く使用されている。
【０００３】
このようなガスパージ用プラグの一般的な形状は、その使用に依存する。次の形状、すなわち円柱状、円錐台状、立方体状が最も一般的なものである。
【０００４】
低温端に導入されたガスは、高温端を介して隣接する溶融金属（金属溶融物）中に入る前に、プラグのセラミック部分を通じるか、又はそれに沿って流れることを余儀なくされる。
【０００５】
したがって、セラミック部分はランダムな小孔（ドイツ語ではｕｎｇｅｒｉｃｈｔｅｔｅ  Ｐｏｒｏｓｉｔａｔ）又は方向付けされた小孔（ドイツ語ではｇｅｒｉｃｈｔｅｔｅ  Ｐｏｒａｓｉｔａｔ）のいずれかを設けられる。ランダムな小孔は、耐火性セラミック基体のスポンジ状構造によって達成され、方向付けされた小孔は、事実上高密度のセラミック基体を貫通して延びるチャネル、スリット、孔、又はその種のものによって達成される。
【０００６】
この実施形態に限定されるわけではないが特にランダムな小孔の場合には、たとえパージ装置が通常は対応する金属学的容器の底部又は壁部に沿ったノズル受け煉瓦（ドイツ語ではＬｏｃｈｓｔｅｉｎ）中に、及び／又はセラミック製耐火性ライニング内に設置されているとしても、ガスがセラミック基体の周面を介して制御不能に拡散するリスクがある。
【０００７】
この理由によって、セラミック基体のセラミック部分の周面は、金属外被によって覆われており、金属外被はプラグを通じて搬送されるガスに対して不透過性であるが、これらプラグはいくつかの欠点を有している。
【０００８】
金属学的容器の底部又は壁部のライニング中又はノズル（ノズル受け煉瓦）中へのそのようなプラグの設置は、対応する２つの部分の間にモルタルを使用してプラグの固定された座部を達成することによって行われるが、モルタルは常に良好な状態で金属外被上に張り付くわけではなく、したがってそれぞれの部分間でモルタルがなくなったり不完全なモルタルの層が形成されたりする。
【０００９】
これら金属外被のまた別の欠点は、使用中の低下した耐火性である。この点に関して、金属外被は最も弱い部分である。すなわち金属外被が最も低い溶融点を有している。したがって、使用中に、すなわち典型的には１０００℃を大幅に上回る温度に達する厳しい温度負荷の下で、金属外被は徐々に崩壊する。
【００１０】
プラグの使用中の金属学的アタックはこの崩壊を悪化させる。パージ装置（ガスパージ用プラグ）が酸素吹込みランスによって洗浄される際に、温度は１３００℃以上に達し、金属外被の消耗の急速な増加と、プラグと周囲の耐火性材料との間の隙間の形成に関与する。
【００１１】
本発明の目的は、これら欠点を回避するとともに、厳しい条件下においてさえ長い使用寿命を有するすべての形状のガスパージ装置を提供することである。
【００１２】
本発明は、外側に金属外被を有するガスパージ用プラグの使用を維持し、それによってプラグを通じる望ましい進路にガスを導くとともに横方向へのガスの拡散を回避するが、金属外被の外表面上に薄い追加の層を適用する。
【００１３】
この層は少なくとも部分的に金属外被の表面を覆い、耐火性材料を備え、以下の特性と利点を示す。
‐金属外被の外表面に良好に付着する
‐金属外被を金属学的アタックから保護する
‐金属外被を過剰な熱から保護する
‐ノズル受け煉瓦、金属学的表面の壁部のライニング、又は底部のライニングの周囲の耐火性材料と調和する
‐熱の存在下で金属外被との化学反応を可能とし、よって金属外被の温度耐性を増加させる
‐金属外被の過剰な消耗を回避する
‐周囲の耐火性材料との化学反応を可能とし、よってこの材料の耐火性を改良する。
‐ノズル受け煉瓦上に露出した交換プラグに適用されるすべての修理用素材に対するより良い結合を提供する
【００１４】
その最も一般的な実施形態において、本発明は以下の特性を特徴づける耐火性セラミック製ガスパージ用プラグに関する。
‐第１端部におけるガス入口
‐第２端部におけるガス出口
‐第１端部と第２端部との間に延在する周面
‐この周面は少なくとも部分的に金属外被で覆われている
‐前記金属外被は耐火性コーティングを有し、この耐火性コーティングはその外面に沿って少なくとも部分的に延在している
【００１５】
以下に、この一般的な技術的概念の可能な変形と実施形態とが開示され、それらは技術的に道理にかなっており、かつ特に除外されていない限り、個別に、又は任意の組み合わせで具現化することができる。
【００１６】
耐火性コーティングはできる限り薄くあるべきであり、それによって良好な接着を可能にするとともに機械的摩擦による消耗を回避する。
【００１７】
様々な実施形態によれば、その薄さは＜２．５ｍｍ、＜１ｍｍ、もしくは＜０．５ｍｍであり、薄さは、金属外被の対応する表面区画に垂直な方向における層の厚みとして規定されている。これは、この「厚み」上に延びる個々の粒子（結晶粒）を除外しない。
【００１８】
接着剤（ラッカー）から突出する耐火性粒子を有する耐火性コーティングは、所定の粗さと、対応する容器のライニングの周囲の耐火材料との改善された集合という利点を有する。金属表面は、その最初の表面仕上げには関係なく、優れた物理的および化学的特性を有する薄いエメリー紙状の層で覆われている。
【００１９】
一実施形態によれば、耐火性層はその粒子サイズに依存して、ｃｍ２あたり５粒子、９粒子、２０粒子、２７粒子、又は３６粒子を最小とすることを特徴とすべきであり、それら粒子がベースの接着剤（ラッカー）から突出する。ｃｍ２当たりの粒子の最大数は、４００、３８０、３６１、２７０、２１５、１５５、又は８１に設定することができる。
【００２０】
耐火性を有する保護層が１．０ｍｍ未満、０．５ｍｍ未満、０．３ｍｍ未満、又は０．２ｍｍ未満の薄さを有するラッカーコートを備えるときに良好な結果を達成することができる。
【００２１】
ラッカーという用語は金属外被の外表面に付着し、好適な温度耐性を有するすべてのタイプの液状物質を含む。一例は、樹脂ベースのラッカー、例えばノボラック樹脂である。他の例は、ポリシロキサン、ケイ酸ナトリウム、フェノール樹脂、メラミン樹脂である。
【００２２】
このラッカーコートは離散した耐火性を有する粒子でドープされている、つまり耐火性コーティングは液体ラッカーと耐火性を有する粒子からなっており、耐火性を有する粒子はラッカーコートから突出することができる。言い換えると、ラッカーは、特に別々に適用された際の金属外被と耐火性を有する粒子との間の接着促進剤として機能する。
【００２３】
これが、保護層の全体的な厚みが、上述したような保護層から生じるすべての利点を有しつつ、非常に薄い理由である。
【００２４】
また、耐火性を有する粒子はラッカーとともに混合物として適用することもできる。
【００２５】
上記された利点は、保護カバーの耐火性構成物質の特定の選択によって強化することができる。離散した耐火性を有する粒子は、耐火性を有する酸化物、炭化物、窒化物、スピネルから生じ、ＭｇＯ、Ａｌ２Ｏ３、ＺｒＯ２、ＳｉＯ２、Ｃｒ２Ｏ３、ＳｉＣ、フォルステライト（Ｍ２Ｓ）、ムライト（Ａ３Ｓ２）、ＴｉＯ２、カルシウムアルミネイト、及びその他を備える。
【００２６】
金属外被（エンベロープ）の材料と８００℃以上の温度下で反応し、よって１３００℃を超える融点を有する化合物、例えば、（粒子からの）ＭｇＯ及び／又はＡｌ２Ｏ３並びに（金属外被からの）鉄酸化物から成る化合物を形成する耐火性コーティングによって、特定の利点を達成することができる。
【００２７】
さらなる実施形態によれば、耐火性コーティングは、金属外被（エンベロープ）の材料と８００℃以上の温度下で反応し、よって１３００℃を超える融点を有するスピネルを形成する物質を備える。このスピネルは、ＭｇＦｅスピネル又は（１７８０℃の融点を有する）ヘルシナイトのようなＡｌＦｅスピネルであってもよい。これは以下のさらなる利点を提供する。スピネルの形成中に、物質は膨張し、その周囲内のプラグの改善された固定をもたらす。
【００２８】
酸素用ランスの処理（洗浄）中のフラッシング（ｆｌａｓｈｉｎｇ）による金属外被の材料の溶融及び／又は消耗は、除外することはできなくとも少なくとも軽減される。
【００２９】
周囲の耐火性材料に対しても同じことが言え、より長い使用寿命が提供され、プラグと周囲の耐火性ライニングとの間の浸食が軽減されるか又は回避される。耐火性の低いモルタル、例えば既成のケイ酸ナトリウムモルタルの耐火性挙動もまた改善される。
【００３０】
本発明は、このようなガスパージ装置を製造するプロセスをさらに開示する。
【００３１】
このプロセスは、外側金属エンベロープ（外被）を備えるすべての形状の既知のパージ用プラグ（パージ装置）に端を発し、以下のステップを含む。
ａ）液体ラッカーを、ガスパージ用プラグの金属外被の外面の少なくとも一部上に適用し、液体ラッカーのコートを形成するステップ
ｂ）液体ラッカー中に耐火性を有する粒子を適用するステップ
ｃ）液体ラッカーが耐火性を有する粒子とともに硬化した耐火性コーティングを形成するまで、液体ラッカーを乾燥するステップ
【００３２】
液体層は耐火性を有する粒子のために金属外被の外面上に接着剤を提供する機能を有し、耐火性を有する粒子は上記ａ）のステップ後に、上記ラッカー層の上及び中に適用される。
【００３３】
代替的には、上記ステップａ）及びｂ）は一つに統合される、すなわち、金属外被上に適用されるラッカーは、すでに上記耐火性を有する粒子を含んでいる。
【００３４】
一般的には、ラッカー及び／又は耐火性を有する粒子は、それ自体は既知であるが他の目的のための以下の技術、スプレー、浸液、刷毛塗、浸漬のうちのいずれかによって適用することができ、以下にさらに記載されることはない。
【００３５】
両技術によって、耐火性を有する粒子はラッカー層上及びラッカー層中に突き出し、ラッカーが硬化するまでそこにとどまる。
【００３６】
樹脂ベースのラッカーの場合には、樹脂が、適用の後にそれ自体によって硬化するので、ステップｃ）において更なる援助は必要とされない。このステップは、保護カバーが堅固に金属コーティング上に付着するまで、例えば５０℃を超える、１００℃を超える、又は２５０℃を超えるような温度での焼き戻しのような熱処理によって加速することができる。
【００３７】
本発明が、図視によって示す添付の図による例によって以下に記載される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明によるガスパージ用プラグを長手方向断面で示す図である。
【図２】前記耐火性プラグの断面の平面図である。
【００３９】
プラグは、ランダムな小孔を有するセラミック製耐火性部品１０を備える。部品１０は金属外被１２によって被覆されており、この金属外被１２は部品１０の周面１０ｐを、その上端部１０ｕを除いて取り囲むとともに、その底部１０ｂを取り囲み、この底部１０ｂから下方に突出するガス供給パイプ１４中に続いている。
【００４０】
ガスは、供給パイプ部分１４を介して導入され、その第１端部１０ｉ、すなわちガス入口端を介し、部品１０を貫通し、この部品１０をその第２端部１０ｏ、すなわち出口端で出る。
【００４１】
実際にはセラミック部品１０と外被１２との間には隙間はない。これは両部品１０と１２との間のより良い区別のために示されているだけである。
【００４２】
部品１０の面１０ｐを取り囲む金属外被１２の部分１２ｐは耐火性層２０によって覆われており、この耐火性層２０は、ノボラック樹脂から成り、０．２ｍｍの厚みを有し、スプレーによって表面部分１２ｐに適用された。
【００４３】
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）からなる不揃いな形状の耐火性を有する粒子２２は、まだ粘着性を有する樹脂層上にスプレーされ、よってこの樹脂層に一体化された。粒子は０．５ｍｍのサイズ（直径）ｄ９０を有して耐火性コーティングの望ましい粗さを達成する（ｄ９０は、粒子の９０重量％が前記ｄ９０より小さいサイズを有することを意味する）。
【００４４】
樹脂の硬化の後、最小寸法０．２ｍｍを有するそれら粒子は依然として樹脂層から突出しており、耐火性層にエメリー紙様の外観を与えている。
【００４５】
これは図２からわかり、図２は、この耐火性コーティングの所定の部分の平面図である。
【００４６】
ガスパージ用プラグの使用中、すなわち温度負荷の下では、アルミナの粒子が金属外被１２からの鉄酸化物（Ｆｅ２＋）と反応し、ヘルシナイトスピネルを形成し、よって外被１２の熱耐性及び消耗耐性をその本来の状態におけるよりも高くする。
【符号の説明】
【００４７】
１０・・・セラミック製耐火性部品
１０ｉ・・・第１端部
１０ｏ・・・第２端部
１０ｐ・・・周面
１２・・・金属外被
２０・・・耐火性コーティング
２２・・・耐火性を有する粒子
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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