(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼中にガスを吹き込んで環流させることにより脱ガスを行なう溶鋼環流式脱ガス設備において、脱ガス槽の底部中心位置に下降用の環流管を設置し、この環流管を中心としてこの中心から所要距離離間しかつその周辺に２本以上の上昇用の環流管を配設し、
前記上昇用の環流管はその内周が前記脱ガス槽の側壁耐火物ライニングの内周面に外接する位置に配設されており、
前記上昇用の環流管と下降用の環流管との断面積が、上昇用環流管の総断面積をＳｕ、下降用環流管の断面積をＳｄとするときＳｕ≦Ｓｄとされており、
前記脱ガス槽の側壁耐火物ライニングが前記上昇用環流管の内周が外接する位置から上方へはストレートとされ、内周方向は凹凸を有しない平滑面とされている
ことを特徴とする溶鋼環流式脱ガス設備構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶鋼環流式脱ガス設備構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
溶鋼を減圧雰囲気を利用して脱ガス処理を行なう真空脱ガス法は、脱炭、脱水素、脱酸のみならず、非金属介在物の減少、成分調整による品質の向上を可能とし、なかでもＲＨ法は大容量の脱ガス処理に適合するものとして広く使用されている（例えば実開昭６２−３６０５４号、特開昭５２−６８８１１号、特開平１−１９８４１８号の各公報参照）。
【０００３】
上記ＲＨ法と称される脱ガス設備は、上記公報にもみられるように図１０（Ａ）、（Ｂ）を参照すると脱ガス槽１の底部１ａに２本の環流管２1 ，２2 およびこれに接続された浸漬管３，３を有し、これら浸漬管３，３を図１１のように取鍋等の溶融金属容器４内に浸漬し、脱ガス槽１を真空にして一方の環流管２1 に繋がる浸漬管３からＡｒガスを吹き込んで溶鋼を脱ガス槽１内に流入飛散させることにより脱ガスを行なうようになされたもので、脱ガスされた溶鋼は自重により他方の環流管２2 、浸漬管３を通じて容器４内に排出される。
【０００４】
従来の上記脱ガス設備としては、一般に前記図１０（Ａ），（Ｂ）に示したように脱ガス槽１の底部１ａに２本の環流管２1 ，２2 が該槽１の中心Ｏに対し直径線上対称位置に設けられており、これら環流管２1 ，２2 の内周の前記中心Ｏから最も離間した位置の上方部の脱ガス槽１の耐火物ライニング５は溶鋼の流動にさらされて先行損傷するため他よりも内方に張り出すように厚く形成されてオーバーハング状に構成されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかして上記従来の技術では、前述の脱ガス処理を行なったとき耐火物ライニング５はスラグによる溶損、溶鋼流による摩耗、スポーリング等によって損傷が進むため、前述のように厚く形成されているが、この場合には図１３〜図１６に示すように溶鋼の上昇する側の環流管２1 から下降側の環流管２2 へ向けて流れる溶鋼６と側壁耐火物ライニング５との間にスラグ溜り７ができ、このスラグ溜り７に溜るスラグによって耐火物ライニング５が強い溶損を受けやすいうえ、この耐火物ライニング５のオーバーハング部分で溶鋼流に渦流９，９が発生し、これにより耐火物ライニング５の摩耗が著しい。
【０００６】
また上昇側の環流管２1 では、溶鋼上昇のためのガスが吹き込まれるので激しい流動が発生し、図１５、図１６に示すようにオーバーハング状に張り出している耐火物ライニング５に溶鋼流が激突してその耐火物の損傷が大きく、特に近年では精錬処理の需要の増大のため環流速度を高める要求からガスの吹き込み量も多くなり、そのため耐火物の損傷度合いも一層大きくなる傾向にある。
【０００７】
さらに精錬処理用として酸素を脱ガス槽１の真上または側部から槽内に吹き込む場合、図１２に示すように脱ガス槽１の底部敷の中央部１ａに向かってランスパイプ８により酸素が吹き込まれるが、この酸素による急激な発熱により図１７に示すように底部敷の中央部１ａが異常損傷することが起こる。
【０００８】
一方、脱ガス槽１の側壁耐火物ライニング５の炉内面に加わる溶鋼の圧力分布（炉内面に垂直方向の力）および剪断力分布（炉内面に沿う方向の力）をみると、図１８に圧力分布を、図１９に剪断力分布を示すように、上昇側の環流管２1 側の端部１ｂ部分の圧力が高く、かつその圧力の加わる領域が広く、剪断力は中央部から両側部にかけて広い範囲に及び、著しく高いものとなっていた。
【０００９】
本発明は上記従来の技術における問題点に着目し、これを改善することを課題としてなされたもので、第１の課題は、溶鋼を効率よく脱ガス処理し、単純な構成により耐用性の高い溶鋼環流式脱ガス設備を提供することであり、第２の課題は、脱ガス、低炭素鋼、清浄鋼、成分の微調整、スラグ精錬等の溶鋼処理において適正な環流速度、環流量を得ることにある。さらに第３の課題は、脱ガス槽の耐火物のスラグによる溶損、溶鋼による摩耗損傷、スポーリング損傷を低減するようにしたことにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する手段として本発明は、溶鋼中にガスを吹き込んで環流させることにより脱ガスを行なう溶鋼環流式脱ガス設備において、脱ガス槽の底部中心位置に下降用の環流管を設置し、この環流管を中心としてこの中心から所要距離離間しかつその周辺に２本以上の上昇用の環流管を配設したことを特徴とする。
【００１１】
こうしたことにより、スラグが脱ガス槽の内周の耐火物ライニングに接しない中央部に集まり、その結果、耐火物ライニングのスラグ溶損が防がれ、耐用性が高められ、また上昇用の環流管が下降用の環流管の周りに複数本設置されることにより、上昇用環流管１本当りの溶鋼量を減少させることができるので上昇用環流管および脱ガス槽の側壁耐火物ライニングの下方部の溶鋼流による摩耗が低減される。また酸素吹きを行なった場合には、脱ガス槽の底部中央には下降用環流管が位置するので炉底耐火物がなく、底部敷の異常溶損がない。
【００１２】
前記上昇用の環流管は、その内周を前記脱ガス槽の耐火物ライニングの内周面に外接する位置に配設することが溶鋼の流れをスムーズとし、耐火物ライニング部分の損傷を少なくするうえで好ましい。
【００１３】
また、前記上昇用の環流管と下降用の環流管との断面積を、上昇用環流管の総断面積をＳｕ、下降用環流管の断面積をＳｄとするときＳｕ≦Ｓｄとすることが環流量を増加させることができるので望ましい。
【００１４】
さらに前記脱ガス槽の耐火物ライニングを前記上昇用環流管の内周が外接する位置から上方へはストレートとし、内周方向は凹凸を有しない平滑面とすることにより溶鋼の流れをスムーズとし、耐火物ライニングの溶鋼摩耗損傷を低減することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態における脱ガス槽１０の縦断面図を示し、図２は平面図を示すもので、脱ガス槽１０の底部１１の中心Ｏと同心位置に下降用の環流管１２が設けられ、この環流管１２を中心としてその周辺に３本の上昇用の環流管１３，１３，１３が同心円上に等角配置（１２０°間隔）として設けられている。
【００１６】
上記上昇用の環流管１３，１３，１３は、その内周が前記脱ガス槽１０の内面を構成する耐火物ライニング１４（ウエア耐火物）の内周面に外接する位置とされている。
【００１７】
これら環流管１２および１３，１３，１３の水平断面形状は図示のように真円形とすることが最も構成しやすいので好ましいが、他に楕円形等、耐火物構造に適した形状を選択することは任意である。また上昇用環流管１３，１３，１３の配置は、前記のように下降用環流管１２に対し等距離離間しかつ円周方向等角配置とすることが構成上好ましいが、これ以外の配置構成を選択することは任意である。
【００１８】
上記の構成法により、溶鋼の環流時に図３に示すようにスラグ１５が脱ガス槽１０の中央に集まり、脱ガス槽１０の耐火物ライニング１４に接することがないので耐火物ライニング１４のスラグ溶損がない。また上昇用の環流管１３，１３，１３は下降用の環流管１２の周りに配設されていることにより、溶鋼中へのガスの吹き込みを各環流管１３，１３，１３に分散して行なうことができ、その結果上昇用環流管１３，１３，１３の１本当りの溶鋼流の流量を減少させることができることに併せ、溶鋼流が図４のように周辺から中央に向かって流れることになり、これらにより上昇用環流管１３，１３，１３および脱ガス槽１０の耐火物ライニング１４下部の溶鋼による摩耗が低減される。
【００１９】
さらに酸素吹きを行なう場合も、脱ガス槽１０の底部１１の中央には下降用の環流管１２が位置しているので、底部敷が異常溶損することがない。
【００２０】
前記脱ガス槽１０の底部１１の中央部に設けられる下降用の環流管１２と、その周辺に周方向に等角配置として設けられる上昇用の環流管１３，１３，１３との断面積を、下降用の環流管１２の断面積をＳｄとし、上昇用の環流管１３の総断面積をＳｕとするとき、Ｓｕ≦Ｓｄとされている。
【００２１】
上記の関係とすることにより環流量を増大させるうえで好ましく、そのガス吹き込み量と環流量との水モデルによる実験結果を図５、図６に示している。すなわち上昇用の環流管１３の内径をｂ、下降用の環流管１２の内径をＢとするとき、ｂ寸法を２０ｍｍに一定とし、Ｂ寸法を２０ｍｍ、３４ｍｍ、５０ｍｍの３種によりガスの吹き込み量を変えたときの結果である。この結果からも下降用の環流管１２の内径を上昇用の環流管１３の内径より大きくすることにより環流量を増大させ得ることが明らかとなっている。
【００２２】
前記脱ガス槽１０の内面を構成する耐火物ライニング１４（ウエア煉瓦）は、前記上昇用の環流管１３，１３，１３の内周が外接する位置から上方へはストレートな面とされ、周方向へは凹凸を有しない平滑面とされている。
【００２３】
上記の構成は、上昇用の環流管１３，１３，１３を下降用の環流管１２を中心としてその周囲に配設したことと相俟って溶鋼の流れが前記図４のように脱ガス槽１０の周辺から中央に向けての流れとなり、脱ガス槽１０の耐火物ライニング１４に溶鋼流が激突することがなく、またオーバーハング部分が存在しないので溶鋼流に渦流を生じず、これらの相乗作用により耐火物ライニング１４の摩耗や損傷の発生が低減する。
【００２４】
また側壁部の耐火物ライニング１４の内面１４ａについては、溶鋼の圧力分布は図７に示すように上昇用の環流管１３，１３，１３上部の部位１４ｂの限られた範囲に「中」程度の圧力が掛る程度であり、また剪断力分布についても図８（Ａ）に示すように表面の極く一部に高い剪断力が発生するのみであり、これらにより前記内面１４ａの部位１４ｂの耐火物に加わるストレスは従来の図１８、図１９に示したものに比べ格段に小さいものとなっている。すなわち側壁耐火物ライニング１４は溶鋼による剪断力および圧力のストレスが小さく、侵食損傷、溶鋼による摩耗損傷が抑制される。
【００２５】
図９（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の形態例を列記するもので、図９（Ａ）は上昇用の環流管１３，１３を２本とし、下降用の環流管１２を間にしてその直径線上対称位置に設ける場合、図９（Ｂ）は前述の実施形態（上昇用の環流管１３が３本の場合）であり、図９（Ｃ）は上昇用の環流管１３が同心円上に等角配置（９０°間隔）に４本とした場合を示す。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、脱ガス槽の底部中央に下降用の環流管を設置し、その周辺に複数本の上昇用環流管を配置したことにより、上昇する溶鋼流およびスラグは脱ガス槽の耐火物ライニングに不必要に接しずに中央部へ集まり、その結果耐火物ライニングがスラグや溶鋼流により損耗を受けることを著しく低減することができる。
【００２７】
また上昇用環流管を下降用環流管の周りに複数本設置したことにより、環流管１本当りの溶鋼量を減少することができ、上昇用の環流管および脱ガス槽の耐火物ライニングの下方部の溶鋼による摩耗を低減することが可能となる。
【００２８】
また、溶鋼の環流量を増大させることができ、大量処理に際し特に有効である。また請求項４によれば、前述のように溶鋼流が中央へ集まることと相俟って流れをスムーズにし、耐火物ライニングを厚くせずとも溶鋼摩耗損傷を防ぐことができ、耐用性を高めることができる。また耐火物重量を従来より軽減することができるので、施工時の作業負荷も軽減され、さらに高耐用性と相俟って運用コストの削減も図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す縦断面図。
【図２】同、平面図。
【図３】同、溶鋼の流れおよびスラグ溜りの状況を示す縦断面図。
【図４】同、平面図。
【図５】実験モデルの説明図。
【図６】実験によるガス吹き込み量と環流量との関係を示すグラフ。
【図７】本発明における脱ガス槽の側壁部内面の圧力分布を示し、（Ａ）は（Ｂ）の白矢視図。
【図８】同、剪断力を示し、（Ａ）は（Ｂ）の白矢視図。
【図９】（Ａ）〜（Ｃ）は上昇用環流管の本数および配置例を示す平面図。
【図１０】従来の技術を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は平面図。
【図１１】従来の技術による使用上の不具合いを示す断面図。
【図１２】酸素吹きを行なう場合の形態を示す断面図。
【図１３】図１０（Ａ）による溶鋼の流れおよびスラグ溜りの状況を示す説明図。
【図１４】同、平面図。
【図１５】図１０（Ａ）による溶鋼流の状況を示す断面図。
【図１６】図１５における溶鋼流による耐火物ライニングの損耗状況を示す断面図。
【図１７】従来の技術において酸素吹きによる不具合いを示す断面図。
【図１８】従来の脱ガス槽側壁内面部の圧力分布を示し、（Ａ）は（Ｂ）の白矢視図。
【図１９】同、剪断応力分布を示し、（Ａ）は（Ｂ）の白矢視図。
【符号の説明】
１、１０  脱ガス槽
１ａ  底部
２1 、２2   環流管
３  浸漬管
４  溶融金属容器
５  耐火物ライニング
８  ランスパイプ
１１  底部
１２  下降用環流管
１３  上昇用環流管
１４  耐火物ライニング
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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