(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶銑脱硫用のインペラの芯金とこの芯金のまわりの耐火物との間、および芯金に取り付けるアンカーとこのまわりの耐火物との間に、芯金およびアンカーとこれらの耐火物の熱衝撃による膨張差を吸収する微小空隙をそれぞれ設けるようにしたことを特徴とする脱硫用インペラ。
【請求項２】
脱硫用のインペラの芯金およびアンカーとこれらのまわりの耐火物との間にシート、テープ、塗料などの薄状形成材を配設して、高温時に消失してシート厚、テープ厚、塗料膜厚による熱衝撃の膨張差を吸収する微小空隙を設けるようにした請求項１に記載の脱硫用インペラ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、冶金分野における溶銑脱硫処理用に用いられる脱硫用インペラに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ＫＲ法による溶銑脱硫は、溶銑鍋に溶銑を入れて上方からインペラを浸漬させ、脱硫剤を投入しつつインペラを高速で回転させることにより、脱硫剤を溶銑中に懸濁させて効率よく脱硫を行う方法である。インペラの浸漬時間は、処理設備および処理条件によって多少変化するが、およそ１０〜１５分である。
【０００３】
一般にこのインペラ１は、図１のように鉄製の芯金２の上にアンカー３を取り付け、流し込み材を流し込み施工して製作する。インペラ１の耐火物４は、加熱冷却が繰り返されるため、耐熱スポーリング性に優れるアルミナ・シリカ・炭化珪素系の流し込み材が多く使用される。耐食性はあまり問題にならず、通常軸部５よりも羽根部６の耐火物４の表面剥離がインペラの寿命を決める。
【０００４】
これは、溶銑７への浸漬と放冷待機とが繰り返されるため大きな熱衝撃が加わって、特に形状が複雑な羽根部６で剥離が起こるためである。耐火物寿命を上げるために、より耐熱衝撃性の高い耐火物が使用されてきた。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、一日当たりの処理回数が多く（例えば１日に５０チャージ）なると、軸部の芯金から耐火物が剥がれ落ちて芯金が溶損し、インペラ先端部が脱落するという問題が発生した。この現象に対して高強度流し込み材を適用したが、これを防止するに至らなかった。
【０００６】
発明者らは、一日当たりの処理回数が多くなると、芯金から耐火物が剥がれ落ちて芯金が溶損し、インペラ先端部が脱落するという問題の原因について、次のように分析した。
（１）一日当たりの処理回数が多くなると、一つの処理と次の処理の間の間隔が短くなるために、冷却される時間が少なくなって、芯金温度が上昇する。
【０００７】
（２）芯金表面は、耐火物と接触しているため、境界部では両者の温度は同一であるが、耐火物に比べて芯金（鉄）の熱膨張係数は大きいために芯金の方の膨張量が大きくなり、耐火物に引張り応力がかかる。
（３）一日の処理量が少ない場合にも、ある程度芯金温度が上がり、同様な引っ張り応力が発生するが、応力が小さいために耐火物でその応力が吸収できたものと考えられる。
【０００８】
（４）耐火物は、圧縮応力には強いが、引張り応力には弱い性質があり、芯金温度が高くなり、芯金およびアンカーから受ける引張り応力が大きくなると、耐えきれずに亀裂が発生する。
（５）発生した亀裂に溶銑が浸透し、芯金およびアンカーを溶融し、ついには軸部耐火物を芯金から剥離脱落させ、損傷が著しい場合には先端部の羽根の脱落に至る。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる課題に鑑み、一日当たりの処理回数が多い条件下でも、安定して使用できることを目的とし、溶銑脱硫用のインペラの芯金とこの芯金のまわりの耐火物との間、および芯金に取り付けるアンカーとこのまわりの耐火物との間に、芯金およびアンカーとこれらの耐火物の熱衝撃による膨張差を吸収する微小空隙をそれぞれ設けるようにしたことを特徴とする脱硫用インペラを提供するものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の脱硫用インペラは、溶銑脱硫用のインペラの芯金とこの芯金のまわりの耐火物との間、および芯金に取り付けるアンカーとこのまわりの耐火物との間に、芯金およびアンカーとこれらの耐火物の熱衝撃による膨張差を適切に吸収する微小空隙をそれぞれ設けるようにしたことを特徴としている。
【００１１】
インペラ１の芯金２およびアンカー３と耐火物４の間に、高温時に消失するような消失材料８を設置することにより、図２のように使用前または使用中に芯金２及びアンカー３と耐火物４の間に微小空隙９、１０が生成し、この微小空隙９、１０によって芯金２と耐火物４との膨張差を吸収するようにするものである。
【００１２】
芯金２の径方向の膨張を考えた場合、芯金２の直径の膨張に比べて耐火物４の直径の膨張は小さい。芯金２と耐火物４の膨張差がこの微小空隙９、１０の厚さより大きくなると、耐火物４側に圧縮応力がかかる。
【００１３】
微小空隙９、１０の厚さは必ずしも膨張差よりも大きい必要はない。それは、一日当たりの処理回数が少ない場合にも膨張差が有るものの、それがインペラ先端部の脱落にはつながらないことから、ある程度の膨張差を吸収できるからである。
【００１４】
これらより、芯金直径をａとしたときに、高温時に消失する材料の軸部５での軸部芯金部における厚さｔｓは、０．２×１０-3ａ≦ｔｓ≦４×１０-3ａとすることが好ましい。０．２×１０-3ａより小さければ膨張分の吸収の効果が十分でない。一方、４×１０-3ａより大きい場合、微小空隙９が大きすぎて耐火物４と軸部５の芯金２の間に高温で隙間ができて、インペラ１の回転等により隙間を起因とした破壊が起こる可能性が高くなるために好ましくない。より好ましくは、０．４×１０-3 ａ≦ｔｓ≦２×１０-3ａである。
【００１５】
また、芯金直径をａとしたときに、高温時に消失する材料のアンカー３における厚さｔa は、０．６×１０-3ａ≦ｔａ≦８×１０-3ａとすることが望ましい。軸部芯金と耐火物４の間の隙間ｔｓよりも、アンカー３と耐火物４の間の隙間ｔａの方が大きいことが望ましい。これはインペラ１の軸を考えた場合、軸方向長さが径方向長さより大きいためである。軸方向の膨張差は、主としてアンカー３を通じて耐火物４に応力として伝達され、径方向の膨張差は主として芯金２から直接耐火物４に応力として伝達されるからである。
【００１６】
ｔａが０．６×１０-3ａより小さければ、軸方向の膨張分の吸収の効果が十分でない。一方、１２×１０-3ａより大きい場合、微小空隙１０が大きすぎて耐火物４とアンカー３の間に高温で隙間ができて、アンカー３の役目を果たすことができず、インペラ１の回転等により隙間を起因とした破壊が起こる可能性が高くなるために好ましくない。より好ましくは、１．２×１０-3ａ≦ｔa ≦６×１０-3ａである。
【００１７】
一方、羽根部６での羽根部芯金における厚さは、前述の軸部剥離とは直接的には関係しない。しかし、羽根部６でも同様な熱膨張差による応力が発生するのだから、これを抑制するためには同様な空隙を作ることがより好ましい。この部位での厚さは、アンカー３部での厚さｔａと同程度でよい。差があったとしても何ら問題はない。
【００１８】
一日の処理回数が多くなった場合、軸部にのみ著しい損傷が現れる理由は必ずしも明らかではないものの、使用中のインペラの観察から次のように考えられる。すなわち、使用中の羽根部の根元部には著しい地金の付着が認められる。これは、溶銑が耐火物によって冷却されて凝固したものと考えられる。軸部と同様な亀裂が発生したとしても、耐火物表面には地金がついており、そのために地金は浸透しないことになる。その結果、亀裂の発生が直接耐火物の寿命には影響しない。
【００１９】
しかし、羽根部の地金の付着の無い部分では、軸部と同様な地金浸透、耐火物剥離、芯金溶損等が起こるため、この部分でも同様な空隙を持たせることで、耐火物の損傷を抑制し、寿命を上げる効果が期待できる。
【００２０】
芯金およびアンカーと耐火物の間に高温時に消失するような消失材料には、各種の有機物が利用できる。高温で完全に消失する必要は必ずしも無く、多少の灰分、炭素等が残留したとしても、強度はなく応力を受けた際に簡単に破壊するような状態のもので有れば何ら差し支えない。
【００２１】
具体的には、材料の形態としては、繊維、テープ、布、塗料、膜等のシート状のものが利用できる。また、材質としては、各種のプラスチック、高分子、有機繊維等のものも利用できる。設置方法も特には限定されない。例えば、テープを巻き付ける、塗料を塗る、被膜をスプレーコーティングするなどの手段がとれる。
【００２２】
芯金およびアンカーに消失材料を設置後、不定形耐火物の流し込み材をその周囲に流し込み施工できる。この施工方法は特に限定されないが、型枠を設置して流し込み施工する方法が一般的である。この際、棒状バイブレータや型枠バイブレータを使用しても差し支えない。
【００２３】
【実施例】
ＫＲ法の脱硫インペラにおいて、芯金２およびアンカー３と耐火物４の間に高温時に消失するような材料８を設置した場合と、設置しない場合について損傷状態と寿命を比較した。インペラ１の大きさは軸部５で、芯金径ａ＝３００ｍｍ、耐火物外径６００ｍｍ、長さ１２００ｍｍである。その下側に羽根が４枚設置され、羽根は各３００×５００×１２０ｍｍの芯金２の上に耐火物４の外寸で４００×８５０×６００ｍｍの大きさである。芯金２にはアンカーが取り付けられている。
【００２４】
使用した耐火物４はアルミナ・シリカ・炭化珪素質の流し込み材であり、化学組成はAl2O3 が６５％、ＳｉＯ2 が２５％、ＳｉＣが１１％であった。実施例では芯金２およびアンカー３にプラスチックを塗布し、ｔｓ＝０．３ｍｍ＝１．０×１０-3ａ、ｔａ＝１．０ｍｍ＝３．３×１０-3ａとした。その上に、耐火物４を流し込み施工した。一方、比較例では、芯金およびアンカーの上に直接耐火物を流し込み施工した。
【００２５】
一日当たりの処理量が３０〜３３チャージで処理した場合、何れの場合も寿命は２２０〜２５０チャージであり、損傷状態も大きな変化はなかった。一方、一日当たりの処理量が４８〜５０チャージとなった場合、実施例の寿命は、２５０〜２６５チャージであり、寿命を決定する損傷は羽根部の欠損であった。しかし、比較例の場合寿命は１５０〜１６５チャージに低下し、寿命を決定する損傷は軸部の欠損による羽根部の脱落であった。このように、本発明の優位性が確認された。
【００２６】
なお、上記のように脱硫用のインペラの微小空隙は、脱硫処理時に消失するようにするのがエネルギーの節約がはかれて好ましいが、予め別途に高温に熱して消失することもできるものである。
【００２７】
【発明の効果】
以上のように本発明にあっては、溶銑脱硫用のインペラの芯金とこの芯金のまわりの耐火物との間、および芯金に取り付けるアンカーとこのまわりの耐火物との間に、芯金およびアンカーとこれらの耐火物の熱衝撃による膨張差を吸収する微小空隙をそれぞれ設けるようにしたので、ＫＲ法等の脱硫において１日当たりの処理数が多い場合にも、インペラの芯金やアンカー部での耐火物との膨張差を吸収でき、インペラの耐火物に亀裂が入って溶銑が浸透して耐火物が脱落するのを防止できて、インペラの耐久性を向上させることができる。
【００２８】
そして、脱硫用のインペラの芯金およびアンカーと耐火物との間にシート、テープ、塗料などの薄状形成材を配設して、高温時に消失してシート厚、テープ厚、塗料膜厚による熱衝撃の膨張差を吸収する微小空隙を設けるようにすることによって、脱硫用のインペラの芯金およびアンカーと耐火物との間に容易に均一な微小空隙を設けることができ、上記のように効果を挙げることができる。
【００２９】
なお、上記のように脱硫用のインペラの微小空隙は、脱硫処理時に消失するようにするのがエネルギーの節約がはかれて好ましいが、予め別途に高温に熱して消失することもできるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】脱硫用インペラの溶銑に浸漬させた状態の説明用断面図、
【図２】本発明の芯金、アンカー、耐火物部の拡大断面図。
【符号の説明】
１…インペラ    ２…芯金      ３…アンカー    ４…耐火物
５…軸部        ６…羽根部    ８…消失材料    ９、１０…微小間隙
【図１】
0003742001.tif 000002
【図２】
0003742001.tif 000003