(57)【要約】【課題】マスれんがにき裂が入る等の破壊が生じても、ガス吹込プラグにまで割れが到達しないようにし、ガス吹込みプラグから吹込みガスが漏れ、攪拌効果がなくなることを防ぐ。【解決手段】マスれんがと、前記マスれんがと一体に構成されるガス吹込みプラグであって、前記マスれんが内に金属部材が配設されていることを特徴とするマス一体型ガス吹込プラグである。前記金属部材が、ガス吹込みプラグの外側に円筒状に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のマス一体型ガス吹込プラグである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マスれんがと、前記マスれんがと一体に構成されるガス吹込みプラグであって、前記マスれんが内に金属部材が配設されていることを特徴とするマス一体型ガス吹込プラグ。
【請求項２】
前記金属部材が、ガス吹込みプラグの外側に円筒状に配設されていることを特徴とする請求項１に記載のマス一体型ガス吹込プラグ。
【請求項３】
前記金属部材は、マスれんがの外側に設けられた耐火れんが同士の接合面を延長した軸線に対し、上側の耐火れんがに位置する部分の寸法をａとし、下側の耐火れんがに位置する部分の寸法をｂとした場合に、ａとｂとの寸法がほぼ等しくなるように配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のマス一体型ガス吹込プラグ。
【請求項４】
前記金属部材は、マスれんがの外側に設けられた耐火れんが同士の接合面を延長した軸線上の耐火れんがの端面と前記金属部材との間の寸法をｃとし、ガス吹込みプラグ側面と前記金属部材との間の寸法をｄとした場合に、ｃとｄとの寸法がほぼ等しくなるように配設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のマス一体型ガス吹込プラグ。
【請求項５】
前記金属部材が、ステンレス鋼製のラス網、又はステンレス鋼製のエキスパンドメタルであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマス一体型ガス吹込プラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属等の溶体にガスを吹込むための、マスれんがと一体となったガス吹込用プラグに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術について、図５を用いて以下に説明する。溶融金属の精製過程等においては、ルツボや取鍋等の溶融金属容器内の溶体を撹拌するために、各種のガスが吹込まれる。例えば、図５に示したような断面のガス吹込みプラグ５３を溶融金属容器の底部に設け、ガス供給管５４を通してガスを溶融金属容器内部の溶体中に吹込むことが行われる。
【０００３】
ガス吹込みプラグ５３は、使用回数等の寿命を維持するために、マスれんが５５の中央部に一体となるように配置されている。マスれんが５５の上面は溶体に直接接し、マスれんが５５の底は、溶融金属容器の底部５７を形成している。また、マスれんが５５は、側面周囲が溶体に直接触れる耐火れんが５９と、耐火れんが５９の下側に位置する耐火れんが６１と炉底のキャスタブルれんが６３とに囲われるように設けられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述の溶融金属容器では、操業形態によって異なるが、例えば、１６００℃の溶体を受け入れたときには、ガス吹込みプラグ５３の上端面、マスれんが５５の上端面、及び耐火れんが５９の上端面は１６００℃の溶体に直接接触することになる。また、溶体を抜き去った後は、例えば、１２００℃程度に温度が降下する。再度、溶体を受け入れると１６００℃に温度上昇する。
【０００５】
このような操業形態では、加熱冷却が繰返される熱履歴により、耐火物のスポーリングが発生しやすい。また、例えば、耐火れんが５９、耐火れんが６１の材質等が異なることにより熱膨張率に差がある場合には、上記の温度差により、耐火れんがの伸び代、縮み代の寸法差が生じることになる。この、寸法差による歪に対しマスれんが５５は応力に耐えられず、亀裂が生じることがある。
【０００６】
マスれんが５５に亀裂が生じると、ガス吹込みプラグ５３の周囲に設けたステンレス製のメタルケース６３も破壊されることもある。メタルケース６３が破壊された場合には、ガス吹込みプラグ５３にまで割れが及ぶことになる。その場合には、ガス吹き込みプラグ５３から吹き込みガスが漏れ、攪拌効果がなくなることになる。例えば、電気炉操業例においては、マスれんがからガス吹込みプラグにいたる亀裂発生のために操業回数も１２〜３０チャージと大きく変動することも報告されている。
【０００７】
ガス吹込みプラグの破損を防ぐために、マスれんがに長さが２０〜４０ｍｍ、太さ０．２〜０．３ｍｍのステンレス鋼製ファイバを１〜３％添加する方法が記載されている。また、ガス吹込みプラグの側面鉄皮にＶ字スタッドを設けてマスれんがの強度を上げ、ガス吹込みプラグ５３が割れないようにする方法が記載されている。
【０００８】
ところが、マスれんが５５の強度を上げるのみでは充分に対応できない。その理由は、まず耐火れんが５９、耐火れんが６１の熱膨張率に差がある場合には、前述の説明のように温度差により寸法差が生じる。この寸法差による歪に対し、マスれんが５５が応力に耐えることができない場合には、マスレンガに亀裂が生じる。
【０００９】
従って、本発明ではマスれんがにき裂が入る等の破壊が生じても、ガス吹込プラグにまで割れが到達しないようにし、ガス吹込みプラグから吹込みガスが漏れ、攪拌効果がなくなることを防ぐことにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するために、本発明の第１の態様は、マスれんがと、前記マスれんがと一体に構成されるガス吹込みプラグであって、前記マスれんが内に金属部材が配設されていることを特徴とするマス一体型ガス吹込プラグである。
【００１１】
本発明の第２の態様は、前記金属部材が、ガス吹込みプラグの外側に円筒状に配設されていることを特徴とするマス一体型ガス吹込プラグである。
【００１２】
本発明の第３の態様は、前記金属部材は、マスれんがの外側に設けられた耐火れんが同士の接合面を延長した軸線に対し、上側の耐火れんがに位置する部分の寸法をａとし、下側の耐火れんがに位置する部分の寸法をｂとした場合に、ａとｂとの寸法がほぼ等しくなるように配設されていることを特徴とするマス一体型ガス吹込プラグである。
【００１３】
本発明の第４の態様は、前記金属部材は、マスれんがの外側に設けられた耐火れんが同士の接合面を延長した軸線上の耐火れんがの端面と前記金属部材との間の寸法をｃとし、ガス吹込みプラグ側面と前記金属部材との間の寸法をｄとした場合に、ｃとｄとの寸法がほぼ等しくなるように配設されていることを特徴とするマス一体型ガス吹込プラグである。
【００１４】
本発明の第５の態様は、前記金属部材が、ステンレス鋼製のラス網、又はステンレス鋼製のエキスパンドメタルであることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のマス一体型ガス吹込プラグである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、ガス吹込用プラグの周囲に、一体となるようにマスれんがを配し、かつ、マスれんが中にガス吹込み用プラグを取り巻くようにラス網を設けることにより、マスれんがの破壊を抑制することができる。また、ガス吹込み用プラグの寿命を延長することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１〜図４を用いて本発明の実施の形態について説明する。ガス吹込みプラグ３は、マスれんが５と一体になるように配置されている。マスれんが５の上面は溶体に直接接し、マスれんが５の底は、溶融金属容器の底部７を形成している。また、マスれんが５の周囲は、溶体と触れる耐火れんが９、耐火れんが９の下に位置する耐火れんが１１、及び、炉底のキャスタブルれんが１３に囲われて設けられている。
【００１７】
本発明は、マスれんが中に設けられたガス吹込みプラグの外側に、かつ前記マスれんが内に金属部材１５が配設されていることを特徴とするマス一体型ガス吹込みプラグである。本発明では、マスれんが５内に金属部材１５を挿入して設けたことに特徴がある。
【００１８】
本発明では、例えば図２に示したように金属部材は、ガス吹込みプラグの外側に円筒状に配設されていることを特徴とする。円筒状に配設することにより、マスれんが等にかかる負荷を均等にすることができる。また、施行が容易となる。
【００１９】
本発明では、金属部材は、マスれんがの外側に設けられた耐火れんが同士の接合面を延長した軸線に対し、上側の耐火れんがに位置する部分の寸法をａとし、下側の耐火れんがに位置する部分の寸法をｂとした場合に、ａとｂとの寸法がほぼ等しくなるように配設されていることを特徴とする。これを、図３を用いて説明する。図３は、金属部材１５を設けたガス吹込みプラグ３、マスれんが５、耐火れんが９、耐火れんが１１、キャスタブルれんが１３を組合わせた溶融金属容器底部の断面略図ある。
【００２０】
金属部材１５は、マスれんが５内に設けられている。金属部材１５は、耐火れんが９と耐火れんが１１との接合面３１を延長した軸線に対し、上側の耐火れんが９に対応する高さ（長さ）部分の寸法をａとし、下側の耐火れんが１１に対応する高さ（長さ）部分の寸法をｂとすると、ａとｂの寸法をほぼ等しくすることが望ましい。等しくする理由は、耐火れんが９、耐火れんが１１の応力が水平に伝わるとは限らないので、亀裂発生の位置が上下いずれかの方向にずれても効果を発揮できるよう配慮するためである。
【００２１】
ａ、ｂの寸法は、耐火れんが９、１１の厚みによって異なるが、ａ＋ｂの寸法が耐火れんが９、１１の厚みの合計の１／４以上とし、耐火れんが９、１１のどちらか厚みが薄い方の厚みの２倍以下とすることが望ましい。１／４未満では強度が不足し、２倍を超えると金属部材１５の上端とマスれんが５の上面との寸法が短くなるか、はみ出す恐れがある。同様に、金属部材１５の下端とマスれんが５の下面との寸法が短くなるか、はみ出す恐れがある。そうした場合には、やはり強度が不足する。
【００２２】
本発明では、前記金属部材は、マスれんがの外側に設けられた耐火れんが同士の接合面を延長した軸線上の耐火れんがの端面と前記金属部材との間の寸法をｃとし、ガス吹込みプラグ側面と前記金属部材との間の寸法をｄとした場合に、ｃとｄとの寸法がほぼ等しくなるように配設されていることを特徴とする。図４を用いて説明する。図４は、金属部材１５を設けたガス吹込みプラグ３、マスれんが５、耐火れんが９、耐火れんが１１、キャスタブルれんが１３を組合わせた溶融金属容器底部の断面図である。
【００２３】
金属部材１５は、マスれんが５内に設けられている。金属部材１５は、耐火れんが９と耐火れんが１１との接合面４７を延長した軸線上の耐火れんが９、１１との側面から金属部材までの寸法をｃとし、ガス吹込みプラグ３の側面から金属部材１５までの寸法をｄとすると、ｃとｄとの寸法がほぼ等しくなるように配置することが望ましい。ほぼ均等でない場合にはｃ部とｄ部のマスれんが強度がアンバランスとなるからである。
【００２４】
本発明では、金属部材としては、ステンレス銅製のラス網、又はステンレス鋼製のエキスバンドメタルを用いることが望ましい。ラス網は、例えば、ＪＩＳ−Ｇ４３０９に規定されているような、薄板等をダイヤモンド・メッシュ状に伸展したものである。
【００２５】
ラス網は、耐熱性を有していればいずれの材質でも良い。鉄等の種々の材質のものが使用できるが、ステンレス鋼を用いることが望ましい。理由は、耐酸化性、耐熱性が高いこと、又引張強度が高いためである。
【００２６】
ラス網はそれ自体構造的に伸縮が可能であり、れんがの膨脹を吸収することができる。ラス網は、また、厚みを変えることができる。れんがの種類に応じその膨脹量に合わせて、厚みと開き寸法を調整できる。
伸縮性のある金属部材として、エクスバンドメタルは容易に入手できる材料であるが、エクスバンドメタルのように伸縮性があればよく、例えば一定の厚みがある金網でもよい。
【００２７】
図２を用いて、マスれんが５内への金属部材１５の配設方法について説明する。金属部材１５を配設するには、マスれんが５を逆さに形成した型の中心部に、予め成形したガス吹込みプラグ３を配置し、ついでキャスタブル耐火物を、配設する金属部材１５の端まで充填する。次に、金属部材１５を所定の位置に設置して、ガス吹込みプラグの底部位置にまでキャスタブル耐火物を充填して、ガス吹込みプラグ３と一体となったマスれんが５を作製する。
【００２８】
ここで、マスれんが５はキャスタブル耐火物を用いて成形する。キャスタブル耐火物の材質は、例えばアルミナ系、アルミナーマグネシア系、アルミナーマグネシアーカーボン系を用いれば良いが特に限定する必要はない。マスれんが５とガス吹込みプラグ３とを一体とすることにより、ガス吹込みプラグ３とマスれんが５との目地もなくすことができるので、高耐食性を保持できる。
【００２９】
ガス吹込みプラグ３は、例えば、下層をスリット構造を備えた耐火物とし、上層はポーラス質耐火物が配置されている構造とすることができる。しかし、これに限定される必要はなく、上層と下層ともにポーラス質耐火物、又はスリット構造としても良い。
【００３０】
また、ガス吹込みプラグ３の外側周囲の全部又は一部を、金属ケースで覆っても良い。さらに、金属ケースで覆われた部分と、そうでない部分を包むようにキャスタブル耐火物を設けても良い。
【００３１】
マスれんがとガス吹込みプラグとの間に金属部材を挿入して築造することにより、３０チャージまでマスれんがのひび割れはほとんどなかった。これは、金属部材が有効に作用したものと推定された。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の１実施形態を示す断面図及び斜視図である。
【図２】本発明の１実施形態を示す断面図及び斜視図である。
【図３】本発明の１実施形態を示す断面図及び斜視図である。
【図４】本発明の１実施形態を示す断面図及び斜視図である。
【図５】従来例を示す略図である。
【符号の説明】
【００３３】
３    ガス吹込みプラグ
４    ガス供給管
５    マスれんが
７    底部
９    耐火れんが
１１    耐火れんが
１３    耐火れんが
１５    ラス網
３１    耐火れんが９、１１の接合部
３３    ラス網の寸法ａ
３５    ラス網の寸法ｂ
４１    ラス網の縦位置
４３    ラス網と耐火れんが９、１１との間の寸法ｃ
４５    ラス網とガス吹込みプラグの側面との間の寸法ｄ
４７    耐火れんが９、１１1の接合部
５３    ポーラス質耐火物
５５    マスれんが
５７    底部
５９    耐火れんが
６１    耐火れんが
６３    耐火れんが
【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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