(57)【要約】【課題】浸漬管の使用時において、熱膨張等の影響で芯金が径外方向に開く傾向を抑制させ、耐火物層に亀裂が発生することを抑制させるのに有利な真空脱ガス装置の浸漬管を提供する。【解決手段】浸漬管１は、芯金２と、縦向きの溶湯通路３０を形成するように芯金２の内周側、芯金２の外周側、および芯金２の下側に配置された筒状の耐火物層３とを備えている。芯金２は、耐火物層３の下部に埋設される埋設スタッド５を有する。埋設スタッド５は、芯金２の径内方向に指向する共に溶湯通路３０に向けて突設するように芯金２に固定されている。埋設スタッド５は、溶湯通路３０に向けて突設するように芯金２の径内方向に向けて芯金２に固定された棒状部材５０と、棒状部材５０の先端部に形成され耐火物層３と係合する係合部５３とを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空脱ガス装置に用いられる浸漬管であって、縦方向に沿った中心軸線の回りに巡らされた筒形状の芯金と、前記中心軸線を通過する縦向きの溶湯通路を形成する前記芯金の内周側、前記芯金の外周側、および前記芯金の下側に配置された筒状の耐火物層とを備えており、
前記芯金は、前記芯金の径内方向に指向すると共に前記溶湯通路に向けて突出するように前記芯金に固定され、かつ、前記耐火物層の下部に埋設されて前記耐火物層と係合する埋設スタッドを有していることを特徴とする真空脱ガス装置の浸漬管。
【請求項２】
前記埋設スタッドは、前記溶湯通路に向けて突出するように前記芯金の径内方向に向けて前記芯金に固定された棒状部材と、前記棒状部材の先端部に形成され前記耐火物層と係合するＶ形状またはＵ形状をなす係合部とを有する請求項１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】
本発明は真空脱ガス装置の浸漬管に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、真空脱ガス装置に用いられる浸漬管が提供されている（特許文献１）。この浸漬管は、縦方向に沿った中心軸線の回りに巡らされた筒形状をなす芯金と、中心軸線を通過する縦向きの溶湯通路を形成するように芯金に被覆された耐火物層とを備えている。
【０００３】
浸漬管は、使用時には、高温の溶湯が溶湯通路を通過するため、高温に晒される。更に、浸漬管は浸漬管の下方の溶湯から受熱するため、かかる意味においても、浸漬管は高温に晒される。このため、熱膨張等の影響で浸漬管の芯金の下端部が径外方向に開く傾向となる。この結果、芯金を被覆する耐火物層に亀裂が発生するおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２２６０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、熱膨張等の影響で芯金が径外方向に開く傾向を抑制させ、ひいては耐火物層に亀裂が発生することを抑制させ、耐火物層の長寿命化を図るのに有利な真空脱ガス装置の浸漬管を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、真空脱ガス装置に用いられる浸漬管であって、（ｉ）縦方向に沿った中心軸線の回りに巡らされた筒形状をなす芯金と、（ｉｉ）中心軸線を通過する縦向きの溶湯通路を形成する芯金の内周側、芯金の外周側、および芯金の下側に配置された筒状の耐火物層とを備えており、（ｉｉｉ）芯金は、前記芯金の径内方向に指向すると共に前記溶湯通路に向けて突出するように前記芯金に固定され、かつ、前記耐火物層の下部に埋設されて前記耐火物層と係合する埋設スタッドを有していることを特徴とする。この埋設スタッドは、溶湯通路に向けて突出するように芯金の径内方向に向けて芯金に固定された棒状部材と、棒状部材の先端部に形成され耐火物層と係合する係合部とを有するものが好ましい。
【０００７】
埋設スタッドは棒状部材と係合部とを有する。係合部は、Ｖ形状、Ｕ形状、またはＴ形状をなすことが好ましい。このため芯金の下部が外周側に開こうとする場合であっても、埋設スタッドの係合部が耐火物層に係合しているため、埋設スタッドが抵抗力を発揮する。従って、熱膨張等の影響で、芯金の下部が径外方向に開こうとする不具合が抑制される。
【０００８】
さらに、芯金の表面のうちの少なくとも一部表面に塗布モルタル層が積層されているのが好ましい。塗布モルタル層は芯金と耐火物層との間に挟持されている。塗布モルタル層は、芯金の表面に、こて、刷毛、スプレー等で塗布されて形成されているモルタルで構成されたものである。塗布モルタル層は、耐火物層とは異なる形成手段で形成され、かつ芯金の表面に直接形成されている。このため、使用中に耐火物を介して伝達される熱あるいは亀裂等も塗布モルタル層を介して芯金に伝達されることになり、それだけ芯金の損傷が抑制される。なを、塗布モルタル層はスタッドの表面に形成されても良い。
【０００９】
塗布モルタル層は耐熱補強繊維を含むものであることが望ましい。すなわち塗布モルタル層は繊維で補強された強度の高いものであるのが好ましい。これにより、耐火物に生じた亀裂が塗布モルタル層で止まる機能が高くなる。塗布モルタル層は断熱モルタルであるのが好ましい。すなわち、塗布モルタル層は、キャスタブルで形成された耐火物よりもより断熱性が高いことが好ましい。
【００１０】
さらには、塗布モルタル層の厚みは芯金の厚みよりも薄いものであるのが望ましい。塗布モルタル層の厚みを薄くできると、芯金や耐火物層の厚みが確保される。塗布モルタル層は芯金の表面のうちの少なくとも一部に形成されても、形成されている表面の芯金の部分の温度上昇等の損傷を抑制する。芯金の部分で最も温度上昇が高く損傷されやすいと思われる部分は、溶湯に浸漬される浸漬管の下方部分に埋設されている部分である。従って、塗布モルタル層は芯金の表面のうちの少なくとも下方部分に形成されるのが好ましい。
【００１１】
塗布モルタル層を質量比で１００％とするとき、塗布モルタル層は耐熱補強繊維を１〜３０％含むことが好ましい。耐熱補強繊維には、人造鉱物繊維、天然鉱物繊維、合成繊維等がある。人造鉱物繊維はガラス、岩石等を溶融し繊維状に加工したものであり、主に、グラスウール、ロックウール、スラグウール、ガラス長繊維等が挙げられる。ロックウールは主原料に岩石を用いるものをいい、耐熱性が良好である。スラグウールはスラグから作るものをいう。ガラス長繊維は、真っ直ぐな円柱状であり、直径が３〜２０マイクロメートルである。天然鉱物繊維は天然に産出する繊維状の鉱物であり、主に、ワラストナイト、セピオライト、アタパルジャイト等が挙げられる。ワラストナイトは、基本構造が無限の珪素−酸素鎖（ＳｉＯ３）であり、カルシウム・カチオンがこの長い鎖を繋いでおり、珪灰石（カルシウム珪酸塩）と呼ばれ、ＳｉＯ２およびＣａＯを主要成分としている。ワラストナイトは、形状は針状で、へき開性があり、耐熱性に優れており、熱膨張率が小さい。セピオライトはマグネシウム珪酸塩であり、微細孔をもつ。アタパルジャイトは基本的にはマグネシウム珪酸塩であり、マグネシウムがアルミニウムまたは鉄に置換したものである。アタパルジャイトは中空針状であり、耐熱性が良好である。
【００１２】
塗布モルタル層は、芯金の赤熱状態化等の損傷を抑制し、芯金の長寿命化、ひいては浸漬管または下部槽の長寿命化を図るのに有利である。すなわち、芯金に被覆された塗布モルタル層は、耐火物層と芯金とを離し、芯金の劣化を抑制でき、芯金の耐久性を高め、芯金を保護できる。このため耐火物層の材質選択の幅が広くなり、例えば耐火物層の材質を、高い断熱性をもつ耐火物材料よりも、高い耐食性をもつ耐火物材料を優先できる等が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、浸漬管の使用時において、熱膨張等の影響で芯金が径外方向に開く傾向があるとき、係合部をもつ埋設スタッドは抵抗体として機能することができる。この結果、浸漬管の使用時において、熱膨張等の影響で芯金が径外方向に開く傾向を抑制させ、耐火物層に亀裂が発生することを抑制させるのに有利となる。この結果、耐火物層の長寿命化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係り、浸漬管の断面図である。
【図２】実施形態２に係り、浸漬管の断面図である。
【図３】実施形態３に係り、浸漬管の断面図である。
【図４】実施形態４に係り、浸漬管の断面図である。
【図５】実施形態５に係り、浸漬管の断面図である。
【図６】実施形態６に係り、浸漬管の断面図である。
【図７】適用形態に係り、浸漬管が搭載された真空脱ガス装置の断面図である。
【図８】比較例に係り、浸漬管の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
（実施形態１）
図１は実施形態１の概念を示す。図１は中心軸線１ｐの右半分のみを図示しており、中心軸線１ｐの左半分は省略されているが、中心軸線１ｐを介して対称形状をなす。本実施形態は、真空脱ガス装置に用いられる浸漬管１に適用されている。浸漬管１は、縦方向に沿った中心軸線１ｐの回りに巡らされた筒形状をなす芯金２と、中心軸線１ｐを通過する縦向きの溶湯通路３０を形成する耐火物層３とを備えている。
【００１６】
耐火物層３は筒状をなしており、中心軸線１ｐを通過する縦向きの溶湯通路３０を形成するように芯金２の内周側、芯金２の外周側、および、芯金２の下側に配置されている。芯金２は、互いに同軸的な筒形状の内側芯金２０と筒形状の外側芯金２２と、内側芯金２０および外側芯金２２の上端部を溶接またはボルト締結等で固定するリング形状をなす固定フランジ部２４と、定形れんが層３１の下部を支えるように芯金２の内側芯金２０において径内方向に突設されたアーム状またはフランジ状の支持部２６とを備えている。なお、支持部２６は内側芯金２０の下端２０ｄよりも上方に位置する。
【００１７】
図１に示すように、芯金２は金属（例えば炭素鋼、合金鋼）で形成されている。芯金２は、耐火物層３の芯体として機能する。更に、浸漬管１の使用時（真空脱ガス処理時）には溶湯通路３０側は減圧される。このため、周方向に連続する金属で形成された芯金２は外気遮断性を有しており、浸漬管の外周側に存在する外気を溶湯通路３０側に吸い込むことを抑制する吸気抑制機能を有する。
【００１８】
従って、耐火物層３は、内側芯金２０の内周側に筒形状に配置された定形れんが層３１と、外側芯金２２の外周側に配置された外側耐火物層３２と、内側芯金２０および外側芯金２２の下部側に配置された底側耐火物層３３とを有する。底側耐火物層３３は下面３３ｄをもつ。
【００１９】
図１から理解できるように、定形れんが層３１の内周部３１ｉと底側耐火物層３３の内周部３３ｉとは、高温の溶湯（例えば溶鋼）が通過する溶湯通路３０を形成する。外側耐火物層３２は、流動性をもつキャスタブル材料を流しこんで乾燥固化させたキャスタブル層とされている。底側耐火物層３３は、流動性をもつキャスタブル材料を流しこんで乾燥固化させたキャスタブル層とされている。内側芯金２０と外側芯金２２との間にも、第２キャスタブル層３２０が装填されている。内側芯金２０の内周面と耐火れんが層３１の外周面との間にも、第３キャスタブル層３３０が装填されている。
【００２０】
図１に示すように、芯金２はＹ形の埋設スタッド５を有する。埋設スタッド５は、耐火物層３の底側耐火物層３３の下部に埋設されている。埋設スタッド５は、芯金２の径内方向（矢印Ｄ方向）に指向すると共に溶湯通路３０に向けて突出するように芯金２の外側芯金２２の下部に溶接またはボルト締結などにより固定されており、底側耐火物層３３の耐火物部分と係合するようにこの耐火物部分に埋設されている。
【００２１】
具体的には、図１に示すように、埋設スタッド５は金属製（例えば炭素鋼または合金鋼）であり、棒状部材５０と係合部５３とからなる。棒状部材５０は、筒形状をなす芯金２の径内方向（矢印Ｄ方向）に向けて指向すると共に溶湯通路３０に向けて突出するように、外側芯金２２の下部２２ｄに固定されている。係合部５３は、棒状部材５０の先端部（径内方向に向く端部）に形成されたＶ形状またはＵ形状をなすように係合子５３ａ，５３ｃを有する。棒状部材５０は所定の長さを有するため、埋設スタッド５の係合部５３を芯金２の内周部から内径方向に向けて離間させることができ、係合部５３を底側耐火物層３３の内周部３３ｉに近づけることができる。
【００２２】
図１は、中心軸線１ｐに沿った方向で切断した縦断面を示す。図１において係合子５３ａ，５３ｃは視認される。棒状部材５０は水平方向に沿って延びている。係合部５３は底側耐火物層３３に係合するため、芯金２が径外方向（矢印Ｆ方向）に広がろうとしても、その広がりを抑制できる。
【００２３】
なお図１に示すように、芯金２の外側芯金２２の外周部のほぼ全域には、Ｖスタッドからなる複数個の第２係合部５７が溶接等で固定されている。第２係合部５７は、外側耐火物層３２に埋設されており、その脱落を抑制する。埋設スタッド５は、中心軸線１ｐの回りを１周するように周方向において間隔を隔てて、芯金２の内周側において複数個配置されている。
【００２４】
以上説明したように本実施形態によれば、埋設スタッド５はＹ形状をなしており、芯金２の径内方向（矢印Ｄ方向）に指向する共に溶湯通路３０に向けて突出するように芯金２の外側芯金２２の下部に固定された棒状部材５０と、棒状部材５０の先端部（径内方向に向く端部）に形成されたＶ形状またはＵ形状をなす係合部５３とを有する。棒状部材５０は所定長さを有し、水平方向に沿って延びている。係合部５３は、底側耐火物層３３のうち芯金２よりも内周側に存在する耐火物部分３３ｘに係合して、抵抗体として機能する。このため、芯金２がこれらの径外方向（図１に示す矢印Ｆ方向）に広がろうとしても、その広がりを抑制できる。浸漬管１の使用時において、熱膨張等の影響で芯金２がこれらの径外方向（図１に示す矢印Ｆ方向）に開く傾向が抑制される。よって、耐火物層３、特に底側耐火物層３３に亀裂が発生することを抑制させるのに有利となる。なお係合部５３はＶ形状またはＵ形状に限定されず、Ｔ形状としても良い。
【００２５】
（寸法例）
図１に示すように、浸漬管１の高さ寸法をＡとする。定形れんが層３１の高さ寸法をＢとする。埋設スタッド５を固定する芯金２の内周部から、定形れんが層３１の内周部３１ｉまでの最短距離寸法をＣとする。埋設スタッド５の棒状部材５０から耐火物層３の底側耐火物層３３の下面３３ｄまでの最短距離をＥとする。また、埋設スタッド５の係合部５３の先端部５３ｅから底側耐火物層３３の内周部３３ｉまでの最短距離寸法をＬＢ、埋設スタッド５の長さをＬＡとする。
【００２６】
本発明者が各製鉄所で実験したところ、耐火物層３の底側耐火物層３３における亀裂を抑制するためには、一般的には、Ｅは５０ミリメートル以上確保することが好ましい。埋設スタッド５を固定する芯金２の内周部から底側耐火物層３３の内周部３３ｉまでの最短距離寸法（ＬＡ＋ＬＢ）を１００とした場合、ＬＡの長さ、すなわち、埋設スタッド５の長さは、４０〜８０、より好ましくは５０〜７０である。ＬＢの長さは、６０〜２０、より好ましくは５０〜３０である。更に、ＬＢ／Ｃが０．２未満のとき、耐火物層３に亀裂が形成され易かった。ＬＢ／Ｃが０．２〜０．６のとき、特に０．３〜０．５のとき、耐火物層３に亀裂が形成されにくかった。
【００２７】
図８は実施形態１と基本的には同サイズの比較例を示す。図８に示す比較例によれば、本発明に係る埋設スタッドが底側耐火物層３３に埋設されていないため、芯金２の下端部がこれの径外方向に開く方向（矢印Ｆ方向）に変形するため、耐火物層に亀裂ＭＡが発生することが往々にしてあった。
【００２８】
（実施形態２）
図２は実施形態２の概念を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。芯金２を構成する外側芯金２２の外周部のほぼ全域には、Ｖスタッドで形成された第２係合部５７が複数個固定されている。更に、芯金２を構成する外側芯金２２の下部には、第３係合部５８が固定されている。第３係合部５８は芯金２の周方向に沿って間隔を隔てて固定されている。更に、図２に示すように、Ｖ形状（Ｕ形状でも良い）のスタッドで形成された第３係合部５８は、外側芯金２２の下部２２ｄに下向きに固定されており、耐火物層３のうち外側耐火物層３２または底側耐火物層３３に埋設されている。また、第３係合部５８は、外側芯金２２の下部において中心軸線１ｐの回りの周方向において間隔を隔てて固定されている。埋設スタッド５の棒状部材５０の端部は、第３係合部５８に溶接またはボルト締結等で連結されている。
【００２９】
埋設スタッド５（長さ：ＬＡ）は、芯金２の径内方向（矢印Ｄ方向）に指向する共に溶湯通路３０に向けて突出する棒状部材５０と、棒状部材５０の先端部（径内方向に向く端部）に形成されたＶ形状またはＵ形状をなす係合部５３とを有する。埋設スタッド５は、中心軸線１ｐの回りを１周するように周方向において間隔（例えば１０〜４５°の範囲内）を隔てて複数個配置されている。
【００３０】
本実施形態によれば、埋設スタッド５は下側の第３係合部５８を介して外側芯金２２の下部に固定されているため、外側芯金２２の下端２２ｄから底側耐火物層３３の下面３３ｄまでの底側耐火物層３３の厚みＴａを確保しつつ、埋設スタッド５は底側耐火物層３３を補強できる。
【００３１】
（実施形態３）
図３は実施形態３の概念を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。内側芯金２０の下部には埋設スタッド５が溶接またはボルト締結などで固定されている。埋設スタッド５は、芯金２の径内方向（矢印Ｄ方向）に指向する共に溶湯通路３０に向けて水平方向に沿って突出するように内側芯金２０の下部２０ｄに固定された棒状部材５０と、棒状部材５０の先端部（径内方向に向く端部）に形成されたＶ形状またはＵ形状をなす係合部５３とを有する。埋設スタッド５は、中心軸線１ｐの回りを１周するように周方向において間隔（例えば１０〜４５°の範囲内）を隔てて複数個配置されている。
【００３２】
（実施形態４）
図４は実施形態４の概念を示す。本実施形態は芯金２を１重構造としたことで前記した実施形態１とは異なる。しかし基本的には本実施形態は実施形態１と同様の作用効果を有する。芯金２は１重構造とされているため、芯金の構造が単純になる。
【００３３】
芯金２の下部２ｄには、埋設スタッド５が溶接などで固定されている。埋設スタッド５は、芯金２の径内方向（矢印Ｄ方向）に指向する共に溶湯通路３０に向けて水平方向に沿って突出するように芯金２の下部に固定された第１棒状部材５０と、第１棒状部材５０の先端部（径内方向にく端部）に形成されたＶ形状またはＵ形状をなす第１係合部５３とを有する。
【００３４】
図４に示すように、第１係合部５３は、底側耐火物層３３を構成するキャスタブル層に係合している。
【００３５】
埋設スタッド５は、中心軸線１ｐの回りを１周するように周方向において間隔（例えば１０〜４５°の範囲内）を隔てて複数個配置されている。
【００３６】
（実施形態５）
図５は実施形態５の概念を示す。本実施形態は芯金２及びスタッド５，５７の表面に塗布モルタル層６を形成したことで実施形態４とは異なる。
【００３７】
塗布モルタル層６は、芯金の表面に、こて、刷毛、スプレー等で塗布されて形成されているモルタルで構成されたものである。塗布モルタル層６は、耐火物層３とは異なる形成手段で形成され、かつ芯金２の表面に直接形成されている。このため、使用中に耐火物層３を介して伝達される熱あるいは亀裂等も塗布モルタル層６を介して芯金２に伝達されることになり、それだけ芯金２の損傷が抑制される。同じことがスタッド５，５７にも言え、使用中に耐火物層３を介して伝達される熱あるいは亀裂等も塗布モルタル層６を介してスタッド５，５７に伝達されることになり、それだけスタッド５，５７の損傷が抑制される。
【００３８】
（実施形態６）
図６は実施形態６の概念を示す。本実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成および同様の作用効果を有する。芯金２は１重構造とされている。芯金２の下部２ｄには、第１埋設スタッド５Ｆが溶接などで固定されている。第１埋設スタッド５Ｆは、芯金２の径内方向（矢印Ｄ方向）に指向する共に溶湯通路３０に向けて水平方向に沿って突設するように芯金２の下部に固定された第１棒状部材５０Ｆと、第１棒状部材５０Ｆの先端部（径内方向に向く端部）に形成されたＶ形状またはＵ形状をなす第１係合部５３Ｆとを有する。
【００３９】
図６に示すように、第１係合部５３Ｆは、底側耐火物層３３を構成するキャスタブル層に係合している。第２埋設スタッド５Ｓは第１埋設スタッド５Ｆの下側に位置している。第１埋設スタッド５Ｆおよび第２埋設スタッド５Ｓは高さ方向において上下２段として配置されている。第２埋設スタッド５Ｓは、芯金２の径内方向（矢印Ｄ方向）に指向する共に溶湯通路３０に向けて水平方向に沿って突出するように芯金２の下部に固定された第２棒状部材５０Ｓと、第２棒状部材５０Ｓの先端部（径内方向に向く端部）に形成されたＶ形状またはＵ形状をなす第２係合部５３Ｓとを有する。第２係合部５３Ｓは、底側耐火物層３３を構成するキャスタブル層に係合している。第２棒状部材５０Ｓは角度θで曲成された曲成部５００を有しており、縦部５０１と横部５０２とを有するため、底側耐火物層３３の厚みを確保させるのに貢献できる。
【００４０】
第１埋設スタッド５Ｆおよび第２埋設スタッド５Ｓは、中心軸線１ｐの回りを１周するように周方向において間隔（例えば１０〜４５°の範囲内）を隔てて複数個配置されている。第1埋設スタッド５Ｆ及び第２埋設スタッド５Ｓは、中心軸線１ｐの回りを１周するように周方向において間隔を隔てて複数個配置されているが、第１埋設スタッド５Ｆの周方向位相と第２埋設スタッド５Ｓの周方向位相とは同一位相でも良いし、異なった位相でも良い。
【００４１】
（適用形態）
図７は適用形態を示す。この図に示すように、真空脱ガス装置は還流式であり、高真空状態に減圧される上部槽１００と、下部槽１１０と、２個一対の浸漬管１Ｒ，１Ｌとを有する。操業時には、浸漬管１Ｒ，１Ｌが取鍋にセットされる。この状態で、容器としての取鍋２００の溶湯２３０（溶鋼）は、一方の浸漬管１Ｌ（上昇管）の溶湯通路３０を上昇し、他方の浸漬管１Ｒ（下降管）の溶湯通路３０を下降して取鍋２００に戻るように溶湯２３０が還流される。このように浸漬管１Ｒ，１Ｌを介して取鍋２００内の溶湯を還流させることにより、取鍋２００内の溶湯の脱ガスが進行する。溶湯から排出されガスは矢印Ｗ方向に排出される。
【００４２】
（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態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適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００４３】
１は浸漬管、１ｐは中心軸線、２は芯金、２０は内側芯金、２２は外側芯金、３は耐火物層、３０は溶湯通路、３１は定形れんが層、３２は外側耐火物層、３３は底側耐火物層、５は埋設スタッド、５０は棒状部材、５３は係合部、５８は第３係合部、６は塗布モルタル層を示す。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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