(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属溶湯を脱ガスしつつ環流させる真空脱ガス装置の下部に装備される環流管であって、
縦形の溶湯通過孔を形成する厚肉筒形状をなす一体化されたアルミナ系プレキャストブロックで構成されており、
前記アルミナ系プレキャストブロックは、アルミナ−マグネシア系の厚肉筒状の本体と、該本体の内周面に一体的に積層されたアルミナ−シリカ系の筒状層とで構成されていることを特徴とする真空脱ガス装置用環流管。
【請求項２】
前記アルミナ系プレキャストブロックは、アルミナ系の原料に流動性促進材及びセメントを添加したキャスタブル材を鋳込み成形して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の真空脱ガス装置用環流管。
【請求項３】
前記流動性促進材は平均粒径が５μｍ以下のシリカ系またはアルミナ系の超微粉であることを特徴とする請求項１に記載の真空脱ガス装置用環流管。
【請求項４】
前記アルミナ系プレキャストブロックは、前記溶湯通過孔を形成する内壁面の上部が上方に向かうにつれて拡開する向きに傾斜した傾斜拡開部をもつことを特徴とする請求項１に記載の真空脱ガス装置用環流管。
【請求項５】
前記アルミナ系プレキャストブロックは内部に芯金または補強材をもつことを特徴とする請求項１に記載の真空脱ガス装置用環流管。
【請求項６】
前記アルミナ系プレキャストブロックにおいて、前記本体の組成は、重量比で、アルミナが７０〜９５％、マグネシアが５〜３０％とされており、前記筒状層の組成はアルミナが８５〜９５％、シリカが５〜１５％とされていることを特徴とする請求項１に記載の真空脱ガス装置用環流管。
【請求項７】
前記本体を形成するように配合したキャスタブル材を鋳込む操作と、前記筒状層を形成するように配合したキャスタブル材を鋳込む操作とを実行して形成されることを特徴とする請求項１に記載の真空脱ガス装置用環流管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は真空脱ガス装置用環流管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、溶鋼などの金属溶湯を真空室に吸引することにより、溶鋼などの金属溶湯を脱ガス処理する真空脱ガス装置が提供されている。真空脱ガス装置は、真空室を形成する鉄皮と、鉄皮の下部に２個並設された浸漬管と、各浸漬管の上部に配置された環流管とを備えている。溶鋼等の金属溶湯を脱ガス処理するにあたっては、取鍋の溶鋼などの金属溶湯に各浸漬管の下部を浸漬させた状態で、一方の浸漬管及び環流管を経て、溶鋼などの金属溶湯を真空室に吸引して脱ガスする。脱ガスされた溶鋼などの金属溶湯は、他方の環流管及び浸漬管を経て取鍋に戻る。この環流管は、従来より、図９に示すように、マグネシアークロム質の焼成れんが（以下、マグクロれんがとも称す）１００を多数個用い、モルタルを用いて円筒形状をなすように組み立てて構成されている。
【０００３】
この焼成マグクロれんが１００は、熱間強度が高いため、１００トン／ｍｉｎの速度で溶鋼等の金属溶湯が環流したとしても、摩耗を低減させ得る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記したマグクロれんが１００はプレス成形・焼成工程を経て製造されることから、プレス設備の関係上、その大きさは限られており、サイズが大きな環流管を一体成形型として製造することはできない。従って前述したように、５０〜１００個と多数のマグクロれんが１００を円筒形状に組み立てて環流管を構成することになる。
【０００５】
このような環流管では、マグクロれんが１００同士の接合部である目地の先行損傷が顕著に現われ易く、環流管の長寿命化は必ずしも充分ではない。そのため、吹きつけ材、圧入材といった不定形耐火物による大がかりな補修が必須である。
【０００６】
本発明は上記した実情に鑑みなされたものであり、長寿命化に有利な環流管を提供することを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る真空脱ガス装置用環流管は、金属溶湯を脱ガスしつつ環流させる真空脱ガス装置の下部に装備される環流管であって、
縦形の溶湯通過孔を形成する厚肉筒形状をなす一体化されたアルミナ系プレキャストブロックで構成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
このように厚肉筒形状をなす一体化されたアルミナ系プレキャストブロックで環流管が構成されているため、れんが同士間の目地をなくし得る。よって目地の先行損傷は防止される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の環流管に係るプレキャストブロックは、プレス成形ではなく、鋳込み成形で形成したブロックを意味する。アルミナ系プレキャストブロックは、耐スポーリング性を考慮してアルミナを基材として構成できるが、溶鋼などの金属溶湯に対する耐摩耗性、熱間強度等の一層の確保を考慮すれば、アルミナ−マグネシア系で構成することが好ましい。従って、アルミナ系プレキャストブロックの組成は、重量比でアルミナが７０〜９５％、マグネシアが５〜３０％にできる。殊に、重量比でアルミナが８５〜９５％、マグネシアが５〜１５％が好ましい。
【００１０】
上記したアルミナ系プレキャストブロックは、原料に流動性促進材及びセメントを添加したキャスタブル材を鋳込み成形して形成できる。成形後に乾燥することが好ましい。流動性促進材により鋳込み成形性が確保される。セメントにより焼成前のブロックのハンドリング強度が確保される。流動性促進材は、平均粒径が５μｍ以下のシリカ系またはアルミナ系の超微粉を採用でき、殊に平均粒径が１μｍ以下（０．０１〜１μｍ）の超微粉を採用できる。セメントはアルミナセメントやポルトランドセメント等を採用できる。流動性促進材やセメントの割合は適宜選択できるものの、原料、流動性促進材、セメント等を配合した混合材料を１００％としたとき、流動性促進材は耐食性及び熱間強度を考慮して重量比で０．５〜７％、殊に０．５〜５％にでき、同じくセメントも耐食性及び熱間強度を考慮して重量比で０．５〜１０％、殊に０．５〜３％にできる。
【００１１】
上記したアルミナ系プレキャストブロックは、溶湯通過孔を形成する内壁面の上部が上方に向かうにつれて拡開する向きに傾斜した傾斜拡開部をもつことができる。傾斜拡開部は、溶鋼などの金属溶湯の案内作用を奏する。傾斜拡開部は円弧状に拡径傾斜していても良いし、直線状に拡径傾斜していても良い。
【００１２】
また上記したアルミナ系プレキャストブロックは、アルミナ−マグネシア系の厚肉筒状の本体と、本体の内周面に一体的に積層されたアルミナ−シリカ系の筒状層とで構成されている。この形態によれば、溶鋼などの金属溶湯が接触する筒状層において、耐食性が優れているものの熱膨張が大きいマグネシアの量を抑えているため、筒状層の熱膨張を低めに抑え得、熱膨張に起因する熱スポーリングを抑えるのに有利である。上記した事情を考慮すれば、本体の組成としては重量比でアルミナが８５〜９５％、マグネシアが５〜１５％にでき、筒状層の組成としてはアルミナが８５〜９５％、シリカ５〜１５％にできる。シリカは粗粒、中粒、微粒、粉末のいずれの形態で添加しても良い。なお本体の肉厚を１００とすると、筒状層の肉厚は例えば１０〜３０にできる。
【００１３】
上記したアルミナ系プレキャストブロックの内部には芯金、補強材を埋設することができる。芯金は、アルミナ系プレキャストブロックの溶湯通過孔を１周する筒構造にできる。芯金の材質は例えば炭素鋼、ステンレス鋼を採用できる。補強材としてはファイバーを採用できる。ファイバーの平均長は例えば２０〜５０ｃｍを採用できる。ファイバーの材質としては、環流管の使用温度などの条件を考慮すると、ステンレス鋼等の高合金金属を採用できる。補強材の割合は、アルミナ系プレキャストブロックを１００％としたとき重量比で例えば２〜１０％にできる。
【００１４】
【実施例】
以下、本発明の第１参考例を具体的に説明する。
【００１５】
本参考例は、ＲＨ脱ガス装置とも呼ばれる真空脱ガス装置に使用される環流管に適用した例である。この環流管の断面図を図１に示す。図１に示すように、環流管Ｓ１を構成するアルミナ系プレキャストブロック１は、プレス成形工程を経ず、鋳込み成形を経て形成された一体成形品であり、縦方向に貫通する溶湯通過孔１０と、溶湯通過孔１０を形成する内壁面１１と、内壁面１１とほぼ同軸的な外壁面１２と、端面１３，１４とを備えている。下側の端面１４の外周部にはリング状の溝１ｐが形成されている。
【００１６】
プレキャストブロック１のサイズは、内径が約６０ｃｍ、外径が約１１０ｃｍ、高さが約１００ｃｍである。本実施例のプレキャストブロック１を構成する際の原料の配合を表１に示す。表１によれば、重量比でアルミナが９２％、マグネシアが５％、マイクロシリカが３％である。
【００１７】
【表１】
0003874388.tif 000002
【００１８】
ここで、超微粉であるマイクロシリカの粒径は０．０１〜１μｍ程度である。
上記した原料を混合した混合材料に重量比で水５％（重量部）を添加し、流動性をもつキャスタブル材を形成する。そして鋳込み枠に振動を加えながら、キャスタブル材を鋳込み枠に鋳込み成形する。
【００１９】
本参考例によれば、流動性促進材として機能する超微粉であるマイクロシリカが配合されているため、キャスタブル材の流動性が確保され、鋳込み成形が良好となる。その後、３００℃にて４８時間乾燥する。その後、脱枠してプレキャストブロック１とする。このプレキャストブロック１はアルミナセメントによる硬化作用により、良好なるハンドリング強度を備えている。
【００２０】
本参考例では原料の混練・鋳込み・脱枠の作業合計時間は約１時間であり、上記した従来技術で述べたマグクロれんがをモルタル付けにて組み立てる場合に比較して、実質の生産時間は約１／１０まで短縮でき、生産性の向上を図り得る。
【００２１】
このプレキャストブロック１を環流管Ｓ１として真空脱ガス装置に装備した形態を図２に示す。図２に示すように、真空脱ガス装置は、内張りれんが層２０をもつ円筒形状の鉄皮２１と、鉄皮２１の下部に設けた２個の浸漬管２２と、各浸漬管２２の上方に配置した環流管Ｓ１とを備えている。内張りれんが層２０で真空室Ａが形成される。鉄皮２１の下部には、径内方向に延設されたリング状のフランジ部２１ｃが形成されている。鉄皮２１のフランジ部２１ｃにプレキャストブロック１の溝１ｐを、モルタルを介在させた状態で載せることにより、環流管Ｓ１は、浸漬管２２の上方で位置決めされて配置されている。環流管Ｓ１には、これが変位せぬように内張りれんが層２０の下面が載せられている。なお、内張りれんが層２０と底れんが層は、不定形により施工される場合もある。
【００２２】
取鍋内の溶鋼Ｍ（一般的には１５００〜１６５０℃）を脱ガス処理するにあたっては、取鍋の溶鋼Ｍに各浸漬管２２の下部を浸漬させた状態で、真空室Ａを減圧する。これにより一方の浸漬管２２及び環流管Ｓ１を経て、溶鋼を矢印Ｂ１方向に吸引して脱ガス処理する。脱ガスされた溶鋼は、矢印Ｂ２方向へ移行し、他方の環流管Ｓ１及び浸漬管１を経て取鍋に戻る。このように環流管Ｓ１を実使用したところ、マグクロれんがを組み立てた構造の従来の環流管に比較して、目地がないため、環流管Ｓ１の長寿命化、耐久性の向上を図り得る。
【００２３】
（試験例）
真空脱ガス装置に使用される環流管によれば、溶鋼流による摩耗（=目地損傷）とスラグ浸透とが顕著になり易い。このため、環流管の材質としては、前述したようにアルミナが主体となり、更に、アルミナにマグネシア（ＭｇＯ）を適量添加した材質とすることが好ましい。このようにすれば、スピネル化により、熱間強度の向上とスラグ浸透の抑制とが効果的に図られる。しかしながらマグネシアが過剰に添加されると、環流管における熱間強度の低下を招くこともある。そこで本発明者は、アルミナーマグネシア系においてマグネシア（中粒）の添加量を適宜変化（重量比で０％,１０％，２０％，３０％，４０％，５０％）させて試験片（サイズ：２５×２５×１５０ｍｍ）を形成し、各試験片について熱間強度を試験した。試験はＪＩＳ−Ｒ２６５６に基づいた。試験片は、基本的には表１に示す組成に基づいた混合材料に水を添加したキャスタブル材を鋳込み成形し、上述したような条件で形成した。試験の結果を図３に示す。図３から理解できるように、マグネシアの過剰な添加は熱間強度の低下を招き易い。そのため環流管となるアルミナ系プレキャストブロックでは、基本的には、重量比でアルミナは７０〜９５％、マグネシアは５〜３０％が好ましい。
【００２４】
（第２参考例）
本発明の第２参考例を図４に示す。環流管Ｓ２の溶湯通過孔１０の上部の片側には、流線形状の傾斜拡開部３０が形成されている。傾斜拡開部３０のような異形部が設けられている場合であっても、超微粉であるマイクロシリカを原料に添加すれば、流動性が増加し、鋳込み成形が容易となる。傾斜拡開部３０を溶湯通過孔１０の上部に形成すれば、溶鋼流の案内作用が確保される。またコーナ部に代えて傾斜拡開部３０を形成しているため、表面層の剥離防止にも有利である。
【００２５】
（第１実施例）
本発明の第１実施例を図５に示す。溶湯通過孔１０を形成する内壁面１１は、初期の熱スポーリングが発生し易い。従って、内壁面１１は低熱膨張性であることが好ましい。従って本実施例によれば、環流管Ｓ３を構成するアルミナ系プレキャストブロック１は、アルミナ−マグネシア系の厚肉筒状の本体４０と、本体４０の内周面に一体的に積層されたアルミナ−シリカ系の筒状層４１とで構成されている。筒状層４１の厚みは約２０〜３０ｍｍである。
【００２６】
本実施例によれば、本体４０を形成するように配合したキャスタブル材を鋳込む操作と、筒状層４１を形成するように配合したキャスタブル材を鋳込む操作とをそれぞれ実行する。
【００２７】
本体４０の組成は、表１に示した場合と同様に、重量比でＡｌ２  Ｏ３  が約９２％、ＭｇＯが約５％、ＳｉＯ２  が約３％の組成をもつ。筒状層４１は重量比でＡｌ２  Ｏ３  が約８５％、ＳｉＯ２  が約１５％の組成をもつ。即ち、筒状層４１においては、Ａｌ２  Ｏ３  及びＭｇＯの量を減少し、粒状または微粉状のＳｉＯ２の量を増加し、これにより筒状層４１における熱膨張量を低めに抑えている。よって、溶湯通過孔１０を形成する筒状層４１は、耐熱スポーリング性が向上する。
【００２８】
（第３参考例）
本発明の第３参考例を図６に示す。本参考例によれば、環流管Ｓ４を構成するアルミナ系プレキャストブロック１は、アルミナ−マグネシア系の厚肉筒状の本体５０と、本体５０の上部に一体的に積層されたアルミナ−シリカ系の上筒状体５１とで構成されている。本体５０の組成は、表１に示す場合と同様に、重量比でＡｌ２  Ｏ３  が約９２％、ＭｇＯが約５％、ＳｉＯ２  が約３％程度の組成をもつ。上筒状体５１は重量比でＡｌ２  Ｏ３  が約８５％、ＳｉＯ２  が約１５％程度の組成をもつ。即ち上筒状体５１においては、Ａｌ２  Ｏ３  及びＭｇＯの量を減少し、粒状または微粉状のＳｉＯ２の量を増加し、上筒状体５１における熱膨張量を低めに抑えている。これにより上筒状体５１の耐熱スポーリング性が向上する。
【００２９】
（第４参考例）
本発明の第４参考例を図７に示す。本参考例によれば、環流管Ｓ５を構成するアルミナ系プレキャストブロック１の内部には、Ｖスタッド６０ａが固定された円筒形状の補強用の芯金６０が埋設されている。本参考例によれば、超微粉であるマイクロシリカにより流動性が確保されているため、芯金６０が配置されていても、鋳込み成形が容易である。本参考例によれば、芯金６０による補強効果により、アルミナ系プレキャストブロック１に亀裂が発生したときであっても、亀裂発生による浮き上がりを防止したり、亀裂の広がりによる溶湯の侵入を防止したりするのに有利である。
【００３０】
（第５参考例）
本発明の第５参考例を図８に示す。本参考例によれば、環流管Ｓ６を構成するアルミナ系プレキャストブロック１には、ステンレス鋼で形成されたファイバー状の補強材７０が埋設されて強化されている。補強材７０の平均長さは約４０ｍｍである。プレキャストブロック１を１００％としたとき、補強材７０は重量比で約３％である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明に係る真空脱ガス装置用環流管によれば、厚肉筒形状をなす一体化されたアルミナ系プレキャストブロックで構成されているため、目地をなくし得る。よって目地の先行損傷を防止できる。よって長寿命化、耐久性の向上に有利である。またアルミナ系プレキャストブロックで構成された環流管は、耐摩耗性、耐熱スポーリングの向上に有利である。
【００３２】
筒状層においては、Ａｌ２  Ｏ３  の量を減少し、ＳｉＯ２の量を増加し、これにより筒状層における熱膨張量を低めに抑えている。よって、溶湯通過孔を形成する筒状層は、耐熱スポーリング性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１参考例に係るアルミナ系プレキャストブロックの断面図である。
【図２】アルミナ系プレキャストブロックを環流管として真空脱ガス装置に装備した状態を示す要部の断面図である。
【図３】マグネシアの添加量と熱間強度との関係を示すグラフである。
【図４】第２参考例に係るアルミナ系プレキャストブロックの断面図である。
【図５】第１実施例に係るアルミナ系プレキャストブロックの断面図である。
【図６】第３参考例に係るアルミナ系プレキャストブロックの断面図である。
【図７】第４参考例に係るアルミナ系プレキャストブロックの断面図である。
【図８】第５参考例に係るアルミナ系プレキャストブロックの断面図である。
【図９】従来技術に係る環流管に用いられるブロックの斜視図である。
【符号の説明】
図中、１はプレキャストブロックを示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
0003874388.tif 000006
【図５】
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【図６】
0003874388.tif 000008
【図７】
0003874388.tif 000009
【図８】
0003874388.tif 000010
【図９】
0003874388.tif 000011