(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯保持室を形成する耐火物層に埋設され溶湯保持室の溶湯にガスを吹き込む溶湯用吹込ポーラスプラグであって、溶湯にガスを吹き込む吹込通路をもつプラグ本体と、プラグ本体の外周面を包囲する筒状の鉄皮と、鉄皮の外周面に一体的に固定された補強部材と、耐火物層に接触するように鉄皮の外周面に被覆された筒状のキャスタブル層とで構成され、  補強部材は、鉄皮の外周面に沿ってプラグ本体の軸長方向に沿って延設された第１補強部材と、第１補強部材と鉄皮の外周面とをつなぐようにプラグ本体の半径方向に沿って延設された第２補強部材と、鉄皮の外周面に沿って周方向に１周するようにまたは弧状に延設された第３補強部材とを備えており、
補強部材を構成する第１補強部材、第２補強部材および第３補強部材は、キャスタブル層の内部に埋設されキャスタブル層を補強していることを特徴とする溶湯用吹込ポーラスプラグ。
【請求項２】
請求項１において、キャスタブル層の単位体積あたりに埋設されている第２補強部材または第３補強部材の本数は、溶湯に近い側が溶湯に遠い側よりも多くされていることを特徴とする溶湯用吹込ポーラスプラグ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶湯用吹込ポーラスプラグに関する。
【０００２】
【従来の技術】
取鍋等では、溶湯保持室を形成する耐火物層に埋設され溶湯保持室の溶湯にガスを吹き込む溶湯用吹込ポーラスプラグが使用されている。このものでは、吹込ポーラスプラグの寿命がくると、耐火物層から吹込ポーラスプラグを取り出して、新しいものに交換することにしている。この吹込ポーラスプラグは、溶湯にガスを吹き込む吹込通路をもつ耐火材料で形成されたプラグ本体と、プラグ本体の外周面を包囲する筒状の鉄皮とを有する。溶湯保持室を形成する耐火物層に鉄皮が直接的に接触した状態で、吹込ポーラスプラグが耐火物層に埋設されていると、溶湯の熱影響等を受けて吹込ポーラスプラグの鉄皮が耐火物層に固着するため、吹込ポーラスプラグの交換が困難となる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、溶湯にガスを吹き込む吹込通路をもつプラグ本体と、プラグ本体の外周面を包囲する筒状の鉄皮と、耐火物層に接触するように鉄皮の外周面に被覆された筒状のキャスタブル層とを備えた吹込ポーラスプラグが開発されている。キャスタブル層は流動可能なスラリー状の耐火物を鋳込んで固化させたものである。吹込ポーラスプラグの外周面がキャスタブル層で被覆されていると、耐火物層とポーラスプラグを被覆している鉄皮との固着が抑えられるため、交換時に、吹き込みポーラスプラグの引き抜きが容易となる。
【０００４】
しかしながら使用の際に高温の溶湯の熱の影響等を受けて、キャスタブル層に亀裂が生成することがある。キャスタブル層に亀裂が生成しこれが成長すると、キャスタブル層を構成している一部分が溶湯保持室の溶湯との比重差により溶湯中に飛び出てしまい、溶湯中に浮遊することがある。この場合には、吹込ポーラスプラグの寿命が短くなる。
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、耐火物層への鉄皮の固着の防止、キャスタブル層の強化、キャスタブル層の部分的な飛び出しの抑制を図り得る吹込ポーラスプラグを提供することを課題とするにある。
【０００６】
本発明に係る溶湯用吹込ポーラスプラグは、溶湯保持室を形成する耐火物層に埋設され溶湯保持室の溶湯にガスを吹き込む溶湯用吹込ポーラスプラグであって、溶湯にガスを吹き込む吹込通路をもつプラグ本体と、プラグ本体の外周面を包囲する筒状の鉄皮と、鉄皮の外周面に一体的に固定された補強部材と、耐火物層に接触するように鉄皮の外周面に被覆された筒状のキャスタブル層とで構成され、補強部材は、鉄皮の外周面に沿ってプラグ本体の軸長方向に沿って延設された第１補強部材と、第１補強部材と鉄皮の外周面とをつなぐようにプラグ本体の半径方向に沿って延設された第２補強部材と、鉄皮の外周面に沿って周方向に１周するようにまたは弧状に延設された第３補強部材とを備えており、補強部材を構成する第１補強部材、第２補強部材および第３補強部材は、キャスタブル層の内部に埋設されキャスタブル層を補強していることを特徴とするものである。
【０００７】
本発明に係る吹込ポーラスプラグによれば、プラグ本体の外周面を包囲する鉄皮が、溶湯保持室を形成する耐火物層に直接的に接触しておらず、鉄皮の外側に被覆された筒状のキャスタブル層が耐火物層に接触している。このため溶湯の温度の影響で鉄皮がキャスタブル層に固着したとしても、キャスタブル層と耐火物層との固着が抑えられる。よって、吹込ポーラスプラグの交換時に、溶湯保持室を形成する耐火物層に埋設されている吹込ポーラスプラグを耐火物層から容易に引き抜いて取り出すことができ、吹込ポーラスプラグの交換性が向上する。
【０００８】
換言すると、本発明に係る吹込ポーラスプラグによれば、鉄皮の外周面に補強部材が一体的に固定されている。補強部材は、鉄皮の外周面に沿ってプラグ本体の軸長方向に沿って延設された線材または棒材で構成された第１補強部材と、第１補強部材と鉄皮の外周面とをつなぐようにプラグ本体の半径方向に沿って延設された第２補強部材と、鉄皮の外周面に沿って周方向に１周するようにまたは弧状（Ｃ形状または逆Ｃ形状を含む）に延設された第３補強部材とを備えている。この補強部材を構成する第１補強部材、第２補強部材および第３補強部材は、キャスタブル層の内部に埋設され、キャスタブル層を補強している。このような本発明に係る吹込ポーラスプラグによれば、鉄皮の外周面に被覆されたキャスタブル層により、耐火物層と鉄皮との固着を抑えることができる。
【０００９】
更に溶湯保持室を形成する耐火物層から吹込ポーラスプラグを引き抜いて交換するときに、鉄皮だけが抜けてきたりすることがないように、キャスタブル層に強度をもたせることができる。
【００１０】
更に、鉄皮の外周面に固定された補強部材がキャスタブル層の内部に埋設されているため、使用の際にキャスタブル層に亀裂が発生したとしても、亀裂により分離されたキャスタブル層の部分が溶湯内に飛び出ることを抑制することができ、キャスタブル層の長寿命化を図り得、ひいては吹込ポーラスプラグの長寿命化を図り得る
亀裂により破損したキャスタブル層の部分が溶湯内に飛び出し易いのは、キャスタブル層のうち、溶湯に遠い側よりも溶湯に近い側である。これを考慮し、本発明に係る溶湯用吹込ポーラスプラグの好ましい形態によれば、キャスタブル層の単位体積あたりの補強部材の密度は、溶湯に近い側が溶湯に遠い側よりも大きく設定されている構成を採用することができる。これにより溶湯へのキャスタブル層の部分的な飛び出しを一層抑えることができる。
【００１１】
場合によっては、補強部材は、キャスタブル層との機械的係合性を高めるための多数の突起をもつことができる。突起は例えば針金を突起状に巻き付けて構成できる。また補強部材は、コイル状に巻回した針金で形成することもできる。
【００１２】
なお、プラグ本体に形成されている吹込通路は横断面でスリット形でも良く、円形状でも良く、他の形態でも良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、実施形態１を図１〜図３を参照して説明する。本実施形態に係る取鍋１は、有底円筒形状をなす容器で形成された取鍋鉄皮１１と、取鍋鉄皮１１の内面に被覆されたレンガを用いて構成された耐火物層１２とを備えている。耐火物層１２は溶湯保持室１６を形成している。耐火物層１２の底部の所定部位には、本実施形態に係る溶湯用吹込ポーラスプラグ５が一体的に埋設されている。溶湯用吹込ポーラスプラグ５は、溶湯保持室１６を形成する耐火物層１２に埋設され溶湯保持室１６の金属の溶湯Ｗ（一般的には炭素鋼、合金鋼）にガスを吹き込むものである。溶湯用吹込ポーラスプラグ５は、複数の吹込通路５９をもつプラグ本体５０と、プラグ本体５０の外周面を包囲する筒状の鉄皮５２と、鉄皮５２の外周面に一体的に固定された補強部材５３と、耐火物層１２に接触するように鉄皮５２の外周面に被覆された筒状のキャスタブル層５５とで構成されている。
【００１４】
キャスタブル層５５は、流動性をもつスラリー状の耐火材料（例えばアルミナ系）をプラグ本体５０の鉄皮５２の周りに鋳込んだ後に固化させたものである。プラグ本体５０は縦断面で上側が小径で下側が大径の円錐形状をなしており、溶湯保持室１６の溶湯に対面する平坦な上面５０ａと、底面５０ｂと、外周面５０ｃとをもつ。吹込通路５９は溶湯Ｗにガスを吹き込むためのものであり、横断面円形状をなしており、プラグ本体５０の中心軸芯に沿って延設されており、プラグ本体５０の上面５０ａで開口していると共に底面５０ｂで開口している。
【００１５】
鉄皮５２は、プラグ本体５０の外周面５０ｃに被覆されており、縦断面でプラグ本体５０と同軸的な円錐筒形状をなしている。鉄皮５２は厚みｔ１が０．５〜１．５ｍｍ程度、殊に１ｍｍ程度であり、耐熱性及び強度を兼ね備えた金属で形成されている。鉄皮５２を構成する金属としては、ステンレス鋼等の合金鋼、炭素鋼を例示できる。
【００１６】
キャスタブル層５５は、鉄皮５２の外周面を被覆する第１キャスタブル層５５ａと、プラグ本体５０の底面５０ｂに対面する第２キャスタブル層５５ｃとで構成されている。第１キャスタブル層５５ａは薄肉であり、これの厚みｔ２は１０〜３０ｍｍ程度、殊に１５〜２５ｍｍ程度とされている。プラグ本体５０の底面５０ｂには、浅い凹部５０ｍが形成されている。プラグ本体５０の底面５０ｂと第２キャスタブル層５５ｃとの間には、凹部５０ｍに対面するプール室５０ｒが形成されている。第２キャスタブル層５５ｃには金属製の吹込管５９が埋設されている。
【００１７】
図略のガス源から供給されたガスは吹込管５９、プール室５０ｒを経て、プラグ本体５０の吹込通路５９に吹き込まれ、吹込通路５９の上端開口５９ｙから溶湯保持室１６の溶湯Ｗに吹き出される。
【００１８】
鉄皮５２の外周面には補強部材５３が溶接で固定されている。補強部材５３の全体は、キャスタブル層５５に埋設されており、キャスタブル層５５を補強している。補強部材５３は、キャスタブル層５５の第１キャスタブル層５５ａの上部から下部にかけて埋設されている。補強部材５３は、耐熱性及び強度を兼ね備えた金属で構成されている。補強部材５３を構成する金属としては、ステンレス鋼などの合金鋼、炭素鋼を例示できるが、強度や耐食性等を考慮するとステンレス鋼が好ましい。
【００１９】
図２に示すように、補強部材５３の上部は、プラグ本体５０の上面５０ａ付近に到達している。補強部材５３の下部は、プラグ本体５０の底面５０ｂよりも下方に突出しており、第２キャスタブル層５５ｃ付近まで到達している。
【００２０】
図２，図３に示すように、補強部材５３は、鉄皮５２の外周面に沿って上下方向つまりプラグ本体５０の軸長方向に沿って延設された針金等の線材や棒材で構成された第１補強部材５３１と、第１補強部材５３と鉄皮５２の外周面とをつなぐようにプラグ本体５０の半径方向に突出する針金等の線材や棒材で構成された第２補強部材５３２と、鉄皮５２の外周面に沿って周方向に１周するように延設された針金の線材や棒材で構成された第３補強部材５３３とを備えている。補強部材５３は全体として円錐形状とされている。
【００２１】
吹込ポーラスプラグ５は、かなりの頻度で交換するものである。本実施形態においては図２に示すように、プラグ本体５０の外周面を包囲する鉄皮５２が耐火物層１２に直接的に接触しておらず、鉄皮５２の外側に被覆された筒状のキャスタブル層５５の外周面が耐火物層１２に接触している。このためキャスタブル層５５と取鍋１の耐火物層１２との固着は抑えられる。よって、取鍋１の耐火物層１２に既に装備されている吹込ポーラスプラグ５を交換する際に、吹込ポーラスプラグ５を取鍋１の耐火物層１２から引き抜いて容易に取り出すことができる。
【００２２】
使用の際には、図１に示すように、取鍋１の溶湯Ｗの湯面にスラグ４００を浮遊させると共に、溶湯Ｗの上方に複数の黒鉛電極５００を配置した状態でアーク放電を行い溶湯Ｗを加熱し、溶湯Ｗに対して取鍋精錬を行う。このとき溶湯Ｗの攪拌効果を高めるべく、不活性ガス等のガス（例えばアルゴンガス、窒素ガス等）をガス供給源６００から通路６０１を経てプラグ本体５０に吹き込み、更にこのガスを溶湯Ｗに吹き込み、バブリング処理を行う。
【００２３】
本実施形態においては、鉄皮５２の外周面に補強部材５３が一体的に固定されており、補強部材５３はキャスタブル層５５の内部に埋設され、キャスタブル層５５を補強している。従って、溶湯保持室１６を形成する耐火物層１２から吹込ポーラスプラグ５を引き抜いて交換するときに、鉄皮５２だけが抜けてきたりすることがないように、キャスタブル層５５に強度をもたせることができる。
【００２４】
また、取鍋１の使用回数が多くなるにつれてキャスタブル層５５に亀裂が発生して成長したとしても、キャスタブル層５５のうち亀裂が発生し成長したキャスタブル部分の結合保持性が補強部材５３により高められる。よって、亀裂が発生して成長したキャスタブル部分が取鍋１の溶湯保持室１６の溶湯Ｗ内に飛び出ることを抑制することができ、キャスタブル層５５の長寿命化を図り得る。よって吹込ポーラスプラグ５の長寿命化を図り得る。
【００２５】
一般的には、亀裂により破壊されたキャスタブル部分が溶湯Ｗ内に飛び出るのは、キャスタブル層５５のうち、溶湯Ｗに遠い側よりも、溶湯Ｗに対面しており溶湯Ｗに近い側である。このため本実施形態においては、キャスタブル層５５の単位体積あたりの補強部材５３の密度は、溶湯Ｗに近い側が溶湯Ｗに遠い側よりも大きく設定されている。これによりキャスタブル層５５のキャスタブル部分が取鍋１の溶湯Ｗ内に飛び出ることが一層抑制されている。具体的には、溶湯Ｗに近い側が溶湯Ｗに遠い側よりも、第２補強部材５３２の本数、第３補強部材５３３等の本数が増加している。
【００２６】
（他の実施形態）
図４（Ａ）は実施形態２の吹込ポーラスプラグ５Ｂの横断面を示す。図４（Ａ）に示すように、補強部材５３Ｂは鉄皮５２の外周面に溶接で固定されており、鉄皮５２の外周面に沿って上下方向つまりプラグ本体５０の軸長方向に沿って延設された針金等の線材や棒材で構成された第１補強部材５３１Ｂと、補強部材５３Ｂと鉄皮５２の外周面とをつなぐ針金の線材や棒材で構成された第２補強部材５３２Ｂと、鉄皮５２の外周面に沿って周方向に沿ってＣの字形状や逆Ｃの字形状（弧状）に延設された針金等の線材や棒材で構成された第３補強部材５３３Ｂとを備えている。この補強部材５３Ｂは全体として円錐形状とされており、キャスタブル層５５の内部に埋設されている。吹込通路５９Ｂは断面スリット形状とされている。
【００２７】
図４（Ｂ）は実施形態３の吹込ポーラスプラグ５Ｃの横断面を示す。図４（Ｂ）に示すように、補強部材５３Ｃは鉄皮５２の外周面に溶接で固定されており、鉄皮５２の外周面に沿って上下方向つまりプラグ本体５０の軸長方向に沿って延設された針金等の線材や棒材で構成された第１補強部材５３１Ｃと、補強部材５３Ｃと鉄皮５２の外周面とをつなぐ針金等の線材や棒材で構成された第２補強部材５３２Ｃと、鉄皮５２の外周面に沿って弧状の針金等の線材や棒材で構成された第３補強部材５３３Ｃとを備えている。第３補強部材５３３Ｃは、キャスタブル層５５との係合性を一層高めるための多数の小突起５３９をもつ。この補強部材５３Ｃは全体として円錐形状とされており、キャスタブル層５５に埋設されている。吹込通路５９Ｃはスリット形状のものと、円孔形状のものとが併せて形成されている。
【００２８】
図４（Ｃ）は参考形態１の吹込ポーラスプラグ５Ｄの横断面を示す。図４（Ｃ）に示すように、補強部材５３Ｄは鉄皮５２の外周面に溶接で固定されており、鉄皮５２の外周面に沿って上下方向つまりプラグ本体５０の軸長方向に沿って延設された針金等の線材や棒材で構成された第１補強部材５３Ｄを備えている。吹込通路５９Ｄはスリット形状とされている。
【００２９】
図４（Ｄ）は参考形態２の吹込ポーラスプラグ５Ｅの横断面を示す。図４（Ｄ）に示すように、補強部材５３Ｅはコイル状の針金等の線材や棒材を鉄皮５２の外周面に巻き付けつつ溶接で部分的に鉄皮５２に固定して構成されており、キャスタブル層５５に埋設されている。吹込通路５９Ｅは円孔形状とされている。
【００３０】
上記した各実施形態においても、キャスタブル層５５の単位体積あたりの補強部材５３Ｂ〜５３Ｅの密度は、溶湯Ｗに近い側が溶湯Ｗに遠い側よりも大きく設定することができる。
【００３１】
その他、本発明は上記し且つ図面に示した実施例のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で、必要に応じて適宜変更して実施できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】吹込ポーラスプラグを埋設した取鍋の断面図である。
【図２】取鍋に埋設された吹込ポーラスプラグ付近の縦断面図である。
【図３】吹込ポーラスプラグの横断面図である。
【図４】各実施形態および参考形態に係る吹込ポーラスプラグの横断面図である。
【符号の説明】
図中、１は取鍋、２は耐火物層、５は溶湯用吹込ポーラスプラグ、５０はプラグ本体、５２は鉄皮、５３は補強部材、５５はキャスタブル層を示す。
【図１】
0004443732.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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