(57)【要約】【課題】使用初期から使用末期に至るまで、大きなガス背圧調整を行うことなく、同じ流量のガスを吹き込むことができるポーラスプラグを提供すること。【解決手段】多孔質耐火物２から溶融金属容器内の溶融金属にガスを吹き込むポーラスプラグであって、多孔質耐火物が配置されたプラグ本体１は、その外郭形状が円錐台又は角錐台状であり、プラグ本体１の頂面において多孔質耐火物２が占める部分の面積に対して、プラグ本体１の頂面より下方であって使用限界位置までの任意の位置での水平断面において多孔質耐火物２が占める部分の面積が１倍以上２倍以下であることを特徴とする。【選択図】図１
2012215310.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質耐火物から溶融金属容器内の溶融金属にガスを吹き込むポーラスプラグであって、
前記多孔質耐火物が配置されたプラグ本体は、その外郭形状が円錐台又は角錐台状であり、
前記プラグ本体の頂面において多孔質耐火物が占める部分の面積に対して、前記プラグ本体の頂面より下方であって使用限界位置までの任意の位置での水平断面において多孔質耐火物が占める部分の面積が１倍以上２倍以下であるポーラスプラグ。
【請求項２】
前記プラグ本体の頂面が上に凸の球面状又は階段状であり、前記プラグ本体の頂面の基端位置での水平断面において多孔質耐火物が占める部分の面積に対して、前記プラグ本体の頂面より下方であって使用限界位置までの任意の位置での水平断面において多孔質耐火物が占める部分の面積が１倍以上２倍以下である請求項１に記載のポーラスプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属容器内の溶融金属にガスを吹き込むポーラスプラグに関する。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼等の溶融金属の温度調整、成分の均一化、非金属介在物の除去などを目的として、溶融金属容器内の溶融金属にアルゴンなどの不活性ガスを吹き込むことが行われている。これに使用されるポーラスプラグは、一般的に、多孔質耐火物の外周を緻密質耐火物で覆ってプラグ本体とし、このプラグ本体の外周面の下部及び底面を鉄皮で覆い、かつ、鉄皮の底面側にガス導入管を設けて構成され、取鍋等の溶融金属容器の底壁又は側壁にモルタルを介して装着され使用される。
【０００３】
このポーラスプラグのプラグ本体は、製造面、装着面及び安全面の有利さから、円錐台の形状とされるのが一般的で、その内部に配置される多孔質耐火物も円錐台の形状とされるのが一般的である（例えば特許文献１）。
【０００４】
しかし、このように多孔質耐火物を円錐台にすると、その高さ方向で、通気部となる多孔質耐火物の水平断面積が変化するため、先端から徐々に溶損すると通気量が多くなり、同じ通気量とするためには、ガスの背圧を調整する（低下させる）必要が生じてくる。特に、断面積がもっと小さい最上部（頂面）と断面積がもっとも大きい使用限界位置の断面積比は１対４程度であり、同じ通気量とするためには、その断面積比に応じてガスの背圧を大きく低下させる必要がある。このように、ガスの背圧を変化させることは、溶融金属に吹き込むガスの圧力を変化させることになり、これにより溶融金属の攪拌状態が変わり、溶融金属の成分や温度の均一化に悪影響を及ぼすことになる。また、通気部となる多孔質耐火物には、溶融金属により０．１〜０．３ＭＰａ程度の圧力が加わっていることから、ガスの背圧を低下させると、ガスが溶融金属に吹き込まれずに他のルートへ流れる、いわゆるリークが生じやすくなる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２５１７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明が解決しようとする課題は、使用初期から使用末期に至るまで、大きなガス背圧調整を行うことなく、同じ流量のガスを吹き込むことができるポーラスプラグを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、使用初期から使用末期に至るまで、通気部となる多孔質耐火物の水平断面積を大きく拡大させないことで上記課題を解決した。
【０００８】
すなわち、本発明のポーラスプラグは、多孔質耐火物から溶融金属容器内の溶融金属にガスを吹き込むポーラスプラグであって、前記多孔質耐火物が配置されたプラグ本体は、その外郭形状が円錐台又は角錐台状であり、前記プラグ本体の頂面において多孔質耐火物が占める部分の面積に対して、前記プラグ本体の頂面より下方であって使用限界位置までの任意の位置での水平断面において多孔質耐火物が占める部分の面積が１倍以上２倍以下であることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、プラグ本体において通気部となる多孔質耐火物が占める部分の面積が、使用初期に対して使用末期でも２倍の範囲内となるので、使用初期から使用末期に至るまで、大きなガス背圧調整を行うことなく、同じ流量のガスを吹き込むことができる。
【００１０】
また、プラグ本体は、その外郭形状が円錐台又は角錐台状を維持するようにしているので、プラグ本体に外方（下方）から高い圧力が作用したとしても、プラグ本体が鉄皮やモルタル等のキャスタブルから外れることもない。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明のポーラスプラグのプラグ本体の一例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は底面図である。
【図２】本発明のポーラスプラグのプラグ本体の他の例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は底面図である。
【図３】本発明のポーラスプラグのプラグ本体の他の例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は底面図である。
【図４】本発明のポーラスプラグのプラグ本体の他の例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は底面図である。
【図５】本発明のポーラスプラグのプラグ本体の他の例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は底面図である。
【図６】一定の流量でポーラスプラグからガス吹きを行った際の使用回数毎のガス背圧の変化を概念的に示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００１３】
図１は、本発明のポーラスプラグのプラグ本体の一例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は底面図である。
【００１４】
図１に示すプラグ本体１は、多孔質耐火物２からなり、円錐台状の外郭形状を有する。このプラグ本体１の外周面の下部及び底面を鉄皮で覆い、かつ、鉄皮の底面側にガス導入管を設けることで、ポーラスプラグが構成される。なお、多孔質耐火物２の外周を緻密質耐火物で覆ってプラグ本体としてもよい。
【００１５】
ここで、本発明のポーラスプラグは、通気部となる多孔質耐火物が配置され円錐台又は角錐台状のプラグ本体の頂面において多孔質耐火物が占める部分の面積Ａに対して、前記プラグ本体の頂面より下方であって使用限界位置までの任意の位置での水平断面において多孔質耐火物が占める部分の面積Ｂが１倍以上２倍以下、すなわち１≦面積Ｂ／面積Ａ≦２であることを要件とする。なお、「使用限界位置」とは、安全性を考慮してポーラスプラグの使用限界を定めた基準（位置）であり、下端から１００ｍｍ以上の位置に定められる場合が多く、この使用限界位置を超えてポーラスプラグが使用されることはないので、使用限界位置まで範囲において「１≦面積Ｂ／面積Ａ≦２」の要件を充足すればよい。
【００１６】
「１≦面積Ｂ／面積Ａ≦２」を要件とする理由は次のとおりである。通常、ポーラスプラグの通気性能は、通気部となる多孔質耐火物の断面積が２５００ｍｍ２程度であれば、２００Ｌ／ｍｉｎ（背圧：０．１ＭＰａ）程度である。しかし、ガス流量一定で断面積が仮に２倍となれば、背圧は、１／２の０．０５ＭＰａ程度となる。ガス吹きの管理は、ガス流量一定で背圧を管理することが一般的であり、ガスが所定の流量流れていない場合は、ガスの背圧を上げ、所定の流量でガスを吹くように制御することで不吹きを防止する。一方、ガスが所定の流量流れている場合は、適切にガスを吹いているものと判断し、背圧の制御は行わない。
【００１７】
本願発明者は、従来、制御対象ではなかった流量が維持された状態でも、ポーラスプラグの溶融金属と接する表面積が広がり、背圧が低下するといった、ガス吹きの様子が変化することに伴って、溶融金属の様子（対流など）も変化し、ひいては製品の品質に影響を与える恐れがあることを発見した。特に０．０５ＭＰａより背圧が低下すると、ポーラスプラグ（多孔質耐火物）から発生する気泡が小さくなり、溶融金属の攪拌、動きが悪くなることを水モデルで確認している。よって、攪拌効果が落ちてしまう。また、背圧が０．０５ＭＰａを下回ると、気泡の数や大きさの変動が大きくなる。したがって、背圧を０．０５ＭＰａより低下させないように、使用末期においても多孔質耐火物の断面積を一定範囲にする、すなわち「１≦面積Ｂ／面積Ａ≦２」とすることが重要である。
【００１８】
図１の例では「１≦面積Ｂ／面積Ａ≦２」の要件を充足するために、多孔質耐火物２の側面に切欠き部３を設け、使用末期における多孔質耐火物２の断面積の拡大を抑えている。なお、切欠き部３には緻密質耐火物（非通気性耐火物）を充填することもできる。
【００１９】
図２は、本発明のポーラスプラグのプラグ本体の他の例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は底面図である。図２に示すプラグ本体１は、多孔質耐火物２からなり、四角錐台状の外郭形状を有する。ただし、底面に向かうにつれて断面積が小さくなるように扁平させており、これにより「１≦面積Ｂ／面積Ａ≦２」の要件を充足するようにしている。
【００２０】
図３は、本発明のポーラスプラグのプラグ本体の他の例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は底面図である。図３に示すプラグ本体１は、多孔質耐火物２と、その両側面を覆う緻密質耐火物（非通気性耐火物）４とからなり、全体として円錐台状の外郭形状となるようにしている。これにより「１≦面積Ｂ／面積Ａ≦２」の要件を充足するようにしている。
【００２１】
図４は、本発明のポーラスプラグのプラグ本体の他の例を示し、（ａ）はその平面図、（ｂ）は縦断面図、（ｃ）は底面図である。図４に示すプラグ本体１は、円錐体状の緻密質耐火物（非通気性耐火物）４の外周を多孔質耐火物２で覆い、全体として円錐台状の外郭形状となるようにしている。これにより「１≦面積Ｂ／面積Ａ≦２」の要件を充足するようにしている。
【００２２】
図５は、本発明のポーラスプラグのプラグ本体の他の例を示し、（ａ）はその縦断面図、（ｂ）は底面図である。図５に示すプラグ本体１は、図１のプラグ本体の変形例で、プラグ本体１の頂面を上に凸の球面状としている。このようにプラグ本体１の頂面を上に凸の球面状とした場合における「面積Ａ」は、プラグ本体１の頂面の基端位置での水平断面において多孔質耐火物２が占める部分の面積とし、「１≦面積Ｂ／面積Ａ≦２」の要件を充足するようにする。
【００２３】
ここで、図５の例のようにプラグ本体１の頂面を上に凸の球面状にするのは、使用初期（１ｃｈ目）にガスの背圧が高くなるのを防止するためである。１ｃｈ目では、通気部となる多孔質耐火物の頂面に塵などが堆積して一部目詰まりしていくことが多く、所定の通気量を確保するには背圧を高くする必要がある。２ｃｈ目以降は、使用前に酸素洗浄されるため、目詰まりはなく実質的な表面積も増大するので、背圧は低くなる。したがって、同じ通気量を確保するために必要な背圧は、図６に概念的に示すように、１ｃｈ目と２ｃｈ目との間で大きく変化する。この背圧の変化を小さくするために、図５の例ではプラグ本体１の頂面を上に凸の球面状とし、使用初期（１ｃｈ目）における多孔質耐火物の頂面の面積を大きくすることで、背圧を抑えるようにしている。図５の例では、プラグ本体１の頂面を上に凸の球面状とすることで、平面状の頂面に比べ、使用初期（１ｃｈ目）における背圧を約２〜１０％程度低く抑えることができた。
【００２４】
なお、プラグ本体１の頂面を上に凸の球面状にする代わりに、プラグ本体１の頂面を上に凸の階段状にすることによっても、使用初期（１ｃｈ目）における多孔質耐火物の頂面の面積を大きくでき、背圧を抑えることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１  プラグ本体
２  多孔質耐火物
３  切欠き部
４  緻密質耐火物（非通気性耐火物）
【図１】
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【図２】
2012215310.tif 000004
【図３】
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【図４】
2012215310.tif 000006
【図５】
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【図６】
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