(57)【要約】【課題】ＲＨ、ＤＨ等の真空脱ガス装置の浸漬管の浸漬部分の芯金の変形を小さくして芯金の変形等に伴う耐火物の破損を少なくし、浸漬管そのものの寿命を改善すること。【解決手段】  円筒状芯金２の外周側には、Ａｒガスの導入管５の下方位置に、円筒状芯金２ａを内管として、この内管２ａと適度の間隔を設けて設置した外管２ｂからなる二重管構造を形成し、二重管構造の間の一部に冷却用熱媒体を流通する冷却構造７を形成し、さらに、二重管構造に補強及び伝熱のための金属板１０，１１を設置し、伝熱のための充填材１２を充填する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
耐火物に覆われた円筒管状の芯金を有する真空脱ガス装置の浸漬管であって、前記円筒管状の芯金の少なくとも一部が内管と外管の二重管構造からなり、その二重管構造部分の一部に冷却用熱媒体を流通する冷却構造を形成した真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項２】
二重管構造を形成する内管と外管の間に、芯金の軸方向に長辺を有する金属板を設置した請求項１に記載の真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項３】
二重管構造を形成する内管と外管の間に、芯金の軸方向に長辺を有する金属板と共に円周方向に円環状をなす金属板を設置した請求項２に記載の真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項４】
耐火物に覆われた円筒管状の芯金を有する真空脱ガス装置の浸漬管であって、前記円筒管状の芯金の少なくとも一部が内管と外管の二重管構造からなり、前記内管と外管の間に、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有する高熱伝導性の充填材を装填した真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項５】
耐火物に覆われた円筒管状の芯金を有する真空脱ガス装置の浸漬管であって、前記円筒管状の芯金の少なくとも一部が内管と外管の二重管構造からなり、前記内管と外管との間に、各粒子が相互に結合しておらず、または、連続した固形物ではない構成物からなる充填材が連続した亀裂を生じることのない状態で装填されている真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項６】
耐火物に覆われた円筒管状の芯金を有する真空脱ガス装置の浸漬管であって、前記円筒管状の芯金の少なくとも一部が内管と外管の二重管構造からなり、その二重管構造部分の一部に冷却用熱媒体を流通する冷却構造を形成し、かつ、前記内管と外管の間に、充填材を装填した真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項７】
耐火物に覆われた円筒管状の芯金を有する真空脱ガス装置の浸漬管であって、前記円筒管状の芯金の少なくとも一部が内管と外管の二重管構造からなり、前記内管と外管の間に、芯金の軸方向に長辺を有する金属板を設置し、かつ、充填材を装填した真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項８】
二重管構造を形成する内管と外管の間に、芯金の軸方向に長辺を有する金属板と共に円周方向に円環状をなす金属板を設置し、かつ、充填材を装填した請求項７に記載の真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項９】
耐火物に覆われた円筒管状の芯金を有する真空脱ガス装置の浸漬管であって、前記円筒管状の芯金の少なくとも一部が内管と外管の二重管構造からなり、その二重管構造部分の一部に冷却用熱媒体を流通する冷却構造を形成し、前記内管と外管の間に、前記円筒管状芯金の軸方向に長辺を有する金属板を設置し、かつ、充填材を装填した真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項１０】
二重管構造を形成する内管と外管の間に、芯金の軸方向に長辺を有する金属板と共に円周方向に円環状をなす金属板を設置し、かつ、充填材を装填した請求項９に記載の真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項１１】
充填材が、５Ｗ／ｍ・Ｋ以上の高熱伝導率を有する高熱伝導性である、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９または請求項１０の中のいずれかに記載の真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項１２】
充填材が、各粒子が相互に結合しておらず、または連続した固形物ではない構成物からなり、連続した亀裂を生じることのない状態で装填されている請求項４、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０または請求項１１の中のいずれかに記載の真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項１３】
充填材が、耐火性材料、金属、または金属を含む耐火性材料からなる請求項４、請求項５、請求項６、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１０、請求項１１または請求項１２の中のいずれかに記載の真空脱ガス装置の浸漬管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は芯金冷却構造を有するＲＨ、ＤＨ等の真空脱ガス装置の浸漬管に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＲＨ、ＤＨ等の真空脱ガス装置には真空槽と取鍋との溶鋼環流経路であって取鍋の溶鋼に浸漬する部分に着脱可能な浸漬管が装着されている。
【０００３】
この浸漬管は、内部に円筒管状芯金を有し、その内外周に耐火物が設けられており、芯金はその一部にスタッド等の支持用金物等を有して耐火物を保持し、脱ガス槽内に外気が侵入することを防止する等の機能を有している。前記芯金の内外周に設けられた耐火物は、外周には不定形耐火物が、内周には煉瓦（定形耐火物）を使用することが多い。
【０００４】
この浸漬管は取鍋の溶鋼に浸漬され、溶鋼はこの浸漬管内を流通して真空槽に吸引及び環流されて脱ガスや成分調整が行われる。そのため、芯金は耐火物によって内外面を保護されているとはいえ、高温の溶鋼の影響を受けて１０００℃近くまで加熱される。このため、熱膨張による変形のみならず、耐火物重量と自重によるクリープ変形、溶鋼流やその浮力に起因する外力による変形等を起こすことになり、内周耐火物の目地が開いたり、外周キャスタブルに亀裂が生じたりし、目地や亀裂から地金やスラグが侵入し芯金が溶損することがある。
【０００５】
とくに、芯金の下端部は、溶鋼に浸漬されるので内外面や下端部から受熱し、円筒型構造体であるため、最も変形が大きく、その変形に起因する外周のキャスタブル等の不定形耐火物の亀裂発生ないし脱落も多い。このような局所的な損傷により、耐火物が均等に損耗した場合の浸漬管寿命が得られず溶鋼処理コスト増大、補修や突発交換による処理時間の低下もひき起こしている。
【０００６】
従来、芯金の変形を防止する手段として、芯金を補強したり、あるいは芯金を冷却することが行われている。
【０００７】
芯金の補強については、下記特許文献１及び特許文献２には上下方向に金属製のリブを設けることが、また、特許文献３には芯金下部外周を熱膨張率の低い金属製材料で覆った二重構造とすることが開示されている。しかし、この単に構造的に芯金を補強した浸漬管では、繰り返し使用される過程で、通常の芯金と同様に補強部材も１０００℃近くまで加熱されて著しい強度低下が起こるため、結局十分な補強効果が得られない欠点がある。
【０００８】
しかも、単なる二重構造にする場合にも、その内部に装填する耐火材には浸漬管外周部に使用される不定形耐火物を流用する等、それら材料は耐食性、耐スポール性を指向するに止まっており、このような耐火物では芯金の冷却効果は小さい。
【０００９】
芯金の冷却については、特許文献４には芯金全体を二重管構造にし、内部に冷却媒体を流通させることが、開示されている。また、特許文献５には芯金下端部に冷却ガス流通路を環状に設けることが開示されている。芯金を冷却すれば芯金の温度は５００℃程度まで低下させることができるため芯金の変形を防ぐことができるが、芯金を冷却した場合でも使用回数が増えるにしたがい浸漬管下端部の耐火物の残寸は薄くなり、亀裂も生じ易くなる。
【００１０】
そして、その亀裂を通じて侵入した溶鋼等により冷却構造部分が溶損、破損した場合には冷却媒体である気体や気水が溶鋼中に吹き出してしまい、爆発や冷却不能などの操業トラブルや品質上の問題をひき起こす。
【００１１】
さらには、冷却構造部分が破損した際に冷却媒体の供給を即時停止し上記トラブルを最小限に留めることができたとしても、もともと空洞である冷却構造部分では溶鋼が容易に広範囲の芯金を溶損するため耐火物の保持機能が大きく損なわれて芯金内外の耐火物が脱落し、浸漬管の使用止めを余儀なくされ、操業の継続は困難になるという問題がある。
【００１２】
さらに、下記特許文献６には、かかる芯金冷却構造において、溶鋼に浸漬する下端部分は冷却しない構造が開示されている。しかしながら、この場合、下端部を冷却しない構造にしているため、熱負荷の大きい芯金下端部分の温度を十分に下げることができず、芯金の変形とそれに伴う浸漬部分の耐火物の損傷を十分に防ぎ得ないという問題がある。
【００１３】
このように、下端部を冷却しない構造又は冷却構造を有しない従来の芯金構造では、冷却構造部分の損壊に起因する突発事故が無いものの、熱による芯金の膨張や変形等に起因する浸漬管下方の損傷が大きいばかりではなく、耐火物の亀裂を通して侵入した溶鋼等により芯金が溶損されることから、浸漬管寿命を延長するためには、大量の補修材による吹き付け補修等が必要になる。この大量の補修材を用いた補修による浸漬管の寿命延長は、材料費が多くなるだけでなく、施工時間や補修材の乾燥等により、操業コストが上昇し、生産性を低下させ、さらには、補修後の乾燥が不十分な場合には、残存する水分等が爆発事故や補修部位の破壊等を起こすこともある。
【特許文献１】特開平８−３１９５１１
【特許文献２】特開２０００−２９７３１６
【特許文献３】特開平９−１４３５３９
【特許文献４】特開昭５８−９６８１３
【特許文献５】特開平１１−２１６１７
【特許文献６】特開平１０−１７９２０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
この発明が解決しようとする課題は、ＲＨ、ＤＨ等の真空脱ガス装置の浸漬管の浸漬部分の芯金の変形や損傷を小さくして芯金の変形や損傷に伴う耐火物の破損を少なくし、さらに突発事故を防止することにより浸漬管そのものの寿命を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
この発明は、とくに変形の大きい下方部分の芯金を強化すること、溶鋼浸漬部分である下端部付近の冷却を冷却媒体の流通経路をもたない構造により強化すること、さらに耐火物等に連続した貫通亀裂を生じさせないことが、芯金の変形及び突発事故に起因する浸漬管寿命低下の改善に寄与するという考え方のもとで完成した。
【００１６】
すなわち、この発明は、耐火物に覆われた円筒管状の芯金を有する真空脱ガス装置の浸漬管であって、円筒管状の芯金の少なくとも一部が二重管構造からなり、その二重管構造の内管と外管の一部を冷却用熱媒体の流通路を有する冷却構造（以下、本発明では「冷却ボックス」ともいう）としたこと、補強と冷却効果を高める金属板を設置したこと、二重管内部には高熱伝導性や連続した亀裂を生じない性質のどちらか又は両方の性質を有する充填材を装填したことを特徴とする。
【００１７】
通常の一重の芯金の管構造の厚みを増大することもある程度の強化策になるが、これだけでは、耐火物に被覆された真空脱ガス装置の浸漬管の変形を防止するには十分ではない。この発明は、下方部分の芯金を二重構造とすることで強化したものであり、二重管構造にすることによって、強度を高め、歪み等を緩和する能力が大きくなり、浸漬管全体の変形や損傷を抑制することが可能となる。さらには、芯金の大幅な重量増加を抑制できるという利点もある。
【００１８】
二重管構造にすることは、機械力学的に外力に抗する剛性を高めるばかりではなく、二重管の一方の管の変形を他方に直接伝播させずに浸漬管全体としての変形を緩和することになる。そして、それらに止まらず、芯金の外周の不定形耐火物に生じた亀裂を二重管の外管でくい止め、芯金の全体構造が損傷されるのを防止する。
【００１９】
芯金の二重管構造は、芯金の全長に亘って形成してもよいが、加熱の程度が真空槽に近い上方部分とその下端が溶鋼に浸漬される下方部分とでは、加熱による変形量は大きく異なり、上方部分の変形量は下方部分に比べ極めて小さいことから、また、製造コスト、手間を考えると、溶鋼浸漬部分を二重管構造とするのがよい。
【００２０】
芯金を構成する円筒管体は一般的に普通鋼が使用され、厚みは数ｍｍ〜数十ｍｍの範囲まで様々であって、この発明では二重管を構成する内管と外管の材質は普通鋼、ステンレス鋼その他耐熱鋼が使用され、また厚みは６ｍｍ以上のものが使用されるが、耐火物の保持機能や芯金変形防止機能及び製造面での作り易さやコスト等の点から１２〜２５ｍｍの範囲で設定するのが好ましい。
【００２１】
二重管を構成する内管と外管との間隔は、上記冷却構造体の冷却特性、円周方向の熱伝達部分の面積の大きさ、さらには充填材の施工性、浸漬管の強度を決定づけるもので、浸漬管の大きさや冷却設備能力に応じて制約されるものの、１０ｍｍ〜１００ｍｍが好ましく、２５ｍｍ〜４５ｍｍがさらに好ましい。
【００２２】
その二重管の内管と外管の間の一部には、冷却用熱媒体を流通するための冷却構造体（冷却ボックス）が設置され、芯金の温度上昇あるいは軟化変形を抑制するための抜熱を行う。この冷却用熱媒体を流通する冷却構造（冷却ボックス）は、溶鋼処理中の破損等による冷却媒体の漏れが冷却機能低下を生じるだけでなく溶鋼吹き上げ等の事故を引き起こすため、損傷の生じやすい浸漬管下端部付近は避けて設置することが好ましい。
【００２３】
その冷却構造の設置範囲は、浸漬管の大きさや実使用時の損耗状況にもよるが、浸漬管の軸方向の二重管の上端から３０ｍｍないし２００ｍｍ程度の範囲で設定するのが好ましい。
【００２４】
冷却用熱媒体としては、Ａｒ等の不活性ガス、汽水等一般にＲＨ浸漬管冷却用として用いられているものでよいが、可能な限り冷却効果の高いものが好ましい。
【００２５】
二重管からなる冷却構造は、その冷却能を増大するために、平板状のほか、表面積を増大して伝熱効果を高めるために、波板状、凹凸状等の形状にするか、いわゆるフィンあるいはピン等の構造物を設置することが好ましい。
【００２６】
例えば、二重管の内管と外管の間には、芯金が受ける外力や発生する応力に対する抵抗性を増すための補強及び冷却ボックスへの熱伝導性を高めるために、冷却ボックスの下端及び内管と外管との間を連通する金属板を芯金下端まで設置し、さらに、円周方向に円環状をなす金属板と併用する。
【００２７】
さらに、この金属板は、補強と熱伝導性を重視すると、内管、外管及び冷却ボックスを切れ目無く連結することが好ましいが、外管から侵入した溶鋼等が当該金属板を溶融することで芯金内部までの侵入経路となり、芯金二重管の内管までをも侵食損傷することも考えられる。それを防止するためには、金属板は外管まで連続して存在させないで内管と外管の間の途中までとすることもできる。
【００２８】
金属板の材質は、円筒管状芯金と同じく普通鋼、ステンレス鋼その他の耐熱鋼が使用でき、厚みは特に制約はなく浸漬管の大きさや構造によっても異なるが、６〜２５ｍｍ、芯金の変形防止機能と経済性等の点から好ましくは１２〜１６ｍｍ、配置は、浸漬管軸方向の金属板は円周上に均等に好ましくは８〜４８箇所、さらに好ましくは１６箇所以上、円周方向の円環状の金属板は二重管上端から下端までの間に３箇所以上設置することが好ましい。二重管の下端部に設置する円環状の金属板は、二重管の内管と外管の間に設置する充填材の保持用の蓋としての機能を兼ねることもできる。
【００２９】
なお、これら金属板には、金属板設置作業や材料装填作業の作業性を考慮して穴等を設けることも可能であるが、補強と熱伝導性確保のためには、穴等の欠落部分は最小限に止めることが好ましい。
【００３０】
二重管構造の円筒管状芯金の内管と外管の間には、二重管外周と下方を冷却する充填材を単独又は、冷却ボックスの設置とともに装填した構造とすることができる。充填材としては、高熱伝導性の耐火性材料、金属又は金属を含む耐火性材料が使用できる。
【００３１】
これによって、冷却ボックスを形成した二重管の下方域を冷却するように機能させ、浸漬管下方の変形等を大幅に抑制する。さらには、浸漬管の下端部周辺の外周の不定形耐火物等及び内孔に設置した煉瓦（定形耐火物）の冷却にも機能する。また、外周の不定形耐火物及び内孔の煉瓦（定形耐火物）内部、二重管内部等に溶鋼やスラグが侵入した場合にも、これらの耐火物や芯金等の温度が低く保たれていることから、侵入した溶鋼やスラグの温度が急速に下がって高粘性化又は固化して浸漬管表面の浅い位置で止まるので、溶鋼等の浸漬管内部方向への侵入による芯金や耐火物支持金物等を損傷することを防ぐことができる。
【００３２】
充填材を配置する位置や範囲は、浸漬管の大きさや操業条件によって決定すればよい。即ち、円筒管状芯金の軸方向の範囲を、冷却ボックスから下方の全域とするか、さらに上方の冷却も強化したい場合には二重管の内管と外管の間の間隔を大きくして冷却ボックスの外周部分をも覆うように設定する等である。
【００３３】
充填材としては、冷却効果を高めるためにできるだけ熱伝導性の高い材質とする。芯金下端部分を、芯金や前記金属板が酸化その他の劣化や変質を生じ易くなる温度である９００℃程度以下にすることが望ましく、それを達成するために充填材は５Ｗ／ｍ・Ｋ以上、好ましくは１０Ｗ／ｍ・Ｋ以上、さらに好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有するものが望ましい。
【００３４】
尚、浸漬管や芯金の大きさ、構造、鋼材の種類、冷却方法等の設計条件の違いが芯金下端付近の抜熱効果の違いを来すこともあり、芯金下端付近の温度を所定の温度以下にするという目的を達成するために、この充填材に求められる熱伝導率の特性値は、上記範囲に限らず、それら設計条件に応じて変動することもあり得る。
【００３５】
高熱伝導性と耐火性を併せ持つ充填材としては、鱗状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛、黒鉛電極屑などの人造黒鉛を中心とする炭素系原料を使用し、必要に応じて他の耐火性材料を組み合わせてもよい。炭素系原料の添加比率は熱伝導性の点から２０質量％以上が好ましい。他の耐火性材料は炭化物、窒化物、硼化物、酸化物、あるいはこれらを組み合わせた耐火物等である。  
【００３６】
炭化物としては、ＭｇＯ−Ｃ煉瓦、Ａｌ２Ｏ３−Ｃ煉瓦、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＣ−Ｃ煉瓦、ＳＮプレート、ＡＧノズルなどの黒鉛等炭素系成分含有耐火物の破砕粒、Ｂ４Ｃ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＺｒＣ、ＶＣ、ＷＣ等、窒化物としてはＢＮ、ＡｌＮ、ＴｉＮ等、硼化物としてはＴｉＢ２、ＺｒＢ２等、酸化物としては天然ＭｇＯ、か焼ＭｇＯ、焼結ＭｇＯ、電融ＭｇＯ等のマグネシア質、天然ドロマイト、合成ドロマイト、電融ドロマイト等のＭｇＯ−ＣａＯ質、焼結スピネル、電融スピネル等のスピネル質、ジルコン、ジルコニア等のジルコニア質、ロー石、シャモット、ベントナイト等のアルミナ−シリカ質、ムライト、ボーキサイト、バン土頁岩、焼結アルミナ、電融アルミナ、仮焼アルミナ等のアルミナ質、珪石、珪砂、溶融シリカ等のシリカ質、クロム鉱、焼結マグクロ、電融マグクロ等のマグネシア−クロム質等である。
【００３７】
また副原料として鉄、鋼、ステンレス、アルミニウム等の金属ファイバーやカーボンファイバー、鉄、鋼、ステンレス、アルミニウム、マグネシウム、シリコン、フェロシリコン等の金属あるいはそれらの合金を、粉状、塊状、棒状等形状にかかわらず、熱伝導率向上を目的として添加してもよい。これらの金属あるいは合金の添加量については、耐火性低下防止の点から、上記の耐火性材料に対して３０質量％以下が好ましい。
【００３８】
充填材は、粉末の状態で装填してもよいし、バインダーを適量添加してラミング、吹き込み、流し込み等の方法で施工してもよい。使用するバインダーとしてはフェノール樹脂、フラン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂等の有機系、リン酸塩、珪酸塩等の無機系等が使用できる。バインダーの添加量は構成原料の比率により異なるが、多量添加すると組織が高気孔化し熱伝導性が損なわれるため、上記の耐火性材料に対し２５質量％以下で使用するのが好ましい。
【００３９】
さらに、各粒子及び構成物が相互に結合していないか、又は連続した固形物ではなく、連続した亀裂を生じることのない状態で充填材を装填する場合、即ち、粉体や粉末の状態又は極めて弱い結合状態で上記材料を装填する場合には、当該充填材中の構成材料個々が外力に対して自由に動くことができるので連続した又は貫通する亀裂が発生し難い。換言すると、構成材料が相互に接触していない空間部分を生じることなく存在している状態を保つことができる。そのため、浸漬管外周耐火物や二重管の外管の亀裂等損傷部位から溶鋼やスラグが侵入した場合に、その侵入した溶鋼やスラグをさらに内管の方向深部に進行させずに止めることができる。
【００４０】
また、機械的外力を広範囲に分散させて、芯金や耐火物を損傷し難くする機能をも果たすことができる。
【００４１】
充填材をこの形態に適合させるには、バインダーを極めて少量、例えば１０％以下、さらに好ましくは５％以下、又は全く添加しないことで調製することができる。  極めて弱い結合状態とは、保形性程度の強さで構成材料相互間を結合しており、外力に対し局部の破壊以外に亀裂を発生ないし伝播することがないような程度の結合状態を意味する。
【００４２】
因みに、ロー石、シャモット、ベントナイト等のアルミナ−シリカ質、珪石、珪砂、溶融シリカ等のシリカ質等は、これら自体は上記原料の中では低熱伝導性であるが、溶鋼やスラグ等の侵入時に、これら原料自体あるいはこれら原料とその他耐火性原料、無機系バインダーやスラグ成分等とが反応して粘調な低融物を生成し、溶鋼やスラグ等が浸漬管内部へ侵入することを防止することに有効である。
【００４３】
さらに、前記二重管内部に設置する金属板及び装填する高熱伝導性を有する耐火性材料との組合せにより、二重管外周部及び下方の温度上昇がいっそう抑制されるため、侵入した溶鋼等の温度が外管面又は二重管内で下がって高粘性化又は固化することによる二重管、特に内側の損傷の抑制、並びに外周部及び下端部の耐火物の耐食性及び耐摩耗性の向上をより強化することができる。
【発明の効果】
【００４４】
この発明によって、真空脱ガス装置の浸漬管の浸漬部分の芯金の膨張及び変形を抑制することができ、それらに伴う耐火物の脱落等の損傷を低減でき、耐火物の強度及び耐食性も向上させ、溶鋼やスラグの侵入を防止するとともに、浸漬管の寿命が向上する。また、耐火材の補修回数を低減でき、コスト低減、生産性の向上に寄与する。
【００４５】
さらに、冷却用熱媒体を流通する冷却構造が浸漬管下端付近にないこと、補修材量を抑制すること即ち乾燥にかかる時間も短縮することで、溶鋼吹き上げ等の突発事故に伴う交換を回避し、操業の安定化に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
この発明をＲＨ型の真空脱ガス装置の浸漬管に適用した実施例に基づいて説明する。
【実施例１】
【００４７】
図１は、この発明を適用したＲＨ型の真空脱ガス装置の浸漬管を示し、軸方向長さ約８００ｍｍ、フランジ径約１０００ｍｍ、耐火物を含む外径約１３００ｍｍの浸漬管の縦断面図である。図２は図１のＡ−Ａ線から見た断面図を、また、図３は図１の二重管部分の外面の展開図を示す。図４は、冷却構造部分（冷却ボックス）内部における放熱フィンの設置状態を示す図である。
【００４８】
図１と図２において、浸漬管は、真空槽の環流管との連結フランジ１と一体化した１６ｍｍ厚の円筒管状芯金２を有し、この円筒管状芯金２の浸漬管の内孔側は成形レンガ３が設けられ、また、円筒管状芯金２の浸漬管の外周面側と下端面には不定形耐火物層４が形成されている。４１は、不定形耐火物層４を保持するためのスタッドを示す。２ａは円筒管状芯金２の内、二重管構造部分の内管部分を示す。また２ｂは、円筒管状芯金２の外周側で、芯金下端から２５０ｍｍの範囲に、この内管２ａと３５ｍｍの間隔を設けて設置した二重管構造を形成する１２ｍｍ厚の外管を示す。
【００４９】
５は、浸漬管内の溶鋼を浮上させるために吹き込まれるＡｒガスの導入管を、６は本発明の冷却ボックスへのガスの導入管及び排出管を示す。
【００５０】
７は、この二重管構造の芯金下端から１６５ｍｍ〜２５０ｍｍの間に形成された冷却構造（冷却ボックス）であって、冷却用熱媒体が円周方向全体を循環するように冷却用熱媒体は導入口６ａから導入され、排出口６ｂから排出される。
【００５１】
この二重管構造の一部に形成された冷却構造７の内部には、冷却効果を上げるためにガスの導入管と排出管の間に隔壁８を設けるか、ガスの導入管と排出管の上下端に螺旋状の隔壁を設ける等の手段により、その管に冷却用熱媒体が冷却ボックス内全体を循環するようにする。
【００５２】
また、冷却構造７内部には、図４に示すように、冷却効率を高めるためのフィン９を冷却構造７内部の下端部分を中心に設けることが好ましい。
【００５３】
冷却構造７の下端から二重管構造の下端までの内管２ａと外管２ｂの間に、冷却構造７の下端部及び内管２ａと外管２ｂを連結した、円筒管状芯金の軸方向に長辺を有する金属板１０を設ける。この金属板１０は、ＳＳ４００材質、厚み１２ｍｍのものを全周に１６箇所均等に設置する。
【００５４】
この金属板１０は、浸漬管の軸方向と半径方向にかかる外力又は発生応力に対する抵抗性を向上すると共に下方からの熱伝導量を増加して下端部分の温度を低下することに寄与する。
【００５５】
さらに、この金属板１０と交差して、図３に示すように、格子状に円環状の金属板１１を内管２ａと外管２ｂを連結するように設置する。この円環状をなす金属板１１は、浸漬管の円周方向にかかる外力又は発生応力、即ち浸漬管の円形状の歪みをひき起こす力に対する抵抗性を向上させる。この金属板は、ＳＳ４００材質、厚み１２ｍｍのものを冷却構造７の下端から二重管下端までの軸方向の長さを均等に分割するように２箇所設置する。
【００５６】
１２は、二重管構造の円筒管状芯金の内管２ａと外管２ｂの間に装填した充填材を示す。
【表１】
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【００５７】
表１は、本発明に適用した充填材１２の特性を、一般的な外周用不定形耐火物層４を形成するアルミナ質と比較して、それぞれ実施例１〜４として示す。
【００５８】
上記二重管構造の円筒管状芯金の内管２ａと外管２ｂの間への装填方法としては、予め混練して泥漿等の形態にしたものを流し込む等の一般的な不定形耐火物の施工方法の他、以下の形態を採り得る。
【００５９】
その１
鱗状黒鉛、土状黒鉛等の天然黒鉛あるいは黒鉛電極屑などの人造黒鉛原料を主体とした耐火原料にバインダーを添加しないで振動ゴテ等により粉末状で装填する、又は適量の樹脂バインダーを添加してラミング施工する。
【００６０】
その２
カーボン煉瓦、マグネシアカーボン煉瓦などのカーボン含有定形煉瓦又はその破砕塊や粒を全体に分散させて、又は上下方向に配置し、隙間にモルタル又は、キャスタブル等の不定形耐火物あるいは上記の粉末あるいはラミング材等を装填する。
【００６１】
上記の各種材料には、粉状、粒状、塊状又はファイバー状等の金属を添加することも可能である。
【００６２】
この装填に際しては、浸漬管は、上下反対方向にすることが好ましい。この際、二重管の最下端部の金属板は、浸漬管製作途中及び使用時に充填材が流失又は漏出することを防止するための蓋としての機能をも兼ねる。
【００６３】
また、この充填材をむらなく装填するためには、円周方向に円環状をなす金属板１１は、充填材の装填作業後に設置することが好ましい。つまり、当該金属板１１の所定位置まで充填材を装填した後当該所定位置用の金属板を設置する、という手順を繰り返すことが好ましい。
【００６４】
表２は、表１に示す充填材を使用した際のシミュレーションによる諸特性値につき、従来技術の一般的な芯金構造とアルミナ質の外周用不定形耐火物を有する浸漬管と比較して示す。
【表２】
2005272933.tif 000004
【００６５】
このシミュレーションは、溶鋼温度を１６００℃、芯金その他の金属板の熱伝導率を４４Ｗ／ｍ・Ｋ、内周の煉瓦（定形耐火物）の熱伝導率を２．３Ｗ／ｍ・Ｋ、外周の不定形耐火物の熱伝導率を２．３Ｗ／ｍ・Ｋとした、定常法による熱計算に基づく。
【００６６】
浸漬管の半径方向にかかる機械的強度は、断面係数比で従来例１．２×１０-２ｍ３に対し本発明２．３×１０-２ｍ３と、約２倍に増大し、円周方向にかかる機械的強度は、断面比で従来例４×１０-３ｍ２に対し本発明７．８×１０-３ｍ２と、約２倍に増大しており、二重管下端部分の温度は、従来例１１１０℃に対し本発明６３０℃と大幅に低下している。
【００６７】
このシミュレーション結果の温度に於ける金属の変形は、熱膨張寸法で比較すると、芯金外周径で従来例１２．１ｍｍに対し本発明の実施例２では６．９ｍｍと大幅に縮小しており、下端部及び外周部の耐火物の割れを抑制することがわかる。
【００６８】
このような耐火物温度の低下は、耐食性の大幅な向上、熱間強度の増大、ひいては耐用性の向上と補修の減少をもたらす。
【実施例２】
【００６９】
図５は、本発明において、二重管内の金属板を外管まで連結しないで、金属板を二重管の途中までに止め、かつ冷却ボックスの外周部を含む二重管内の内管と外管の間全てに充填材１２を装填した場合の縦断面を示す。
【産業上の利用可能性】
【００７０】
本発明の真空脱ガス装置の浸漬管の構造は、ＲＨだけでなくＤＨその他の溶鋼に浸漬する、内部に芯金を有する構造をもつ窯炉に好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明による浸漬管の縦断面構造を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ線による断面を示す。
【図３】二重管構造内部を外面方向からみた展開図である。
【図４】冷却構造（冷却ボックス）内のフィンの設置例を示す。
【図５】本発明の浸漬管の第２の実施例の二重管部分の断面を示す。
【符号の説明】
【００７２】
１    連結フランジ
２    円筒管状芯金
２ａ  円筒管状芯金の二重管構造部分の内管部分
２ｂ  円筒管状芯金の二重管構造部分の外管部分
３    煉瓦（定形耐火物）層
４    不定形耐火物層    ４１  スタッド
５    環流用Ａｒガスの導入管  
６    冷却ボックス用ガス等の導入、排出管
６ａ  冷却ボックス用ガス等の導入管
６ｂ  冷却ボックス用ガス等の排出管
７    冷却媒体が流通する冷却構造（冷却ボックス）
８    冷却ボックス内のガスの導入管と排出管の間の隔壁
９  冷却ボックス内に設けた冷却効率を高めるためのフィン
１０  円筒管状芯金の軸方向に長辺を有する金属板
１１  円環状の金属板
１２  充填材
【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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【手続補正書】
【提出日】平成16年3月26日(2004.3.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２】
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