真空脱ガス装置用浸漬管とその施工方法
【課題】真空脱ガス装置用浸漬管において、浸漬管下部の耐火物の溶損・脱落あるいは窒素ピックアップの原因となる外周不定形耐火物の亀裂を抑制すること。
【解決手段】上端にフランジ２を備えた円筒状芯金１の内周および外周を耐火物で覆ってなる真空脱ガス装置用浸漬管において、前記耐火物のうち少なくとも円筒状芯金１の外周耐火物を不定形耐火物５ａとし、且つこの外周不定形耐火物５ａに対し、その厚さ方向の外側近傍に、浸漬管の周方向にわたって金網７を埋設した。
【解決手段】上端にフランジ２を備えた円筒状芯金１の内周および外周を耐火物で覆ってなる真空脱ガス装置用浸漬管において、前記耐火物のうち少なくとも円筒状芯金１の外周耐火物を不定形耐火物５ａとし、且つこの外周不定形耐火物５ａに対し、その厚さ方向の外側近傍に、浸漬管の周方向にわたって金網７を埋設した。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、耐用性に優れた真空脱ガス装置用浸漬管とその施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼の非金属介在物の除去・成分調整等を行う真空脱ガス装置として、ＲＨ式あるいはＤＨ式の真空脱ガス装置が知られている。この真空脱ガス装置には、真空槽と取鍋との溶鋼環流経路となる浸漬管が装着されている。
【０００３】
浸漬管は円筒状芯金の内外周および下方を耐火物で覆ってなり、下方が取鍋中の溶鋼に浸漬して使用される。内孔に溶鋼が流通するため、真空脱ガス装置の中でも耐火物の損耗が特に著しい。耐火物の損耗が進行すると不定形耐火物よりなる吹付材あるいはパッチング材で補修される。補修が困難な状態になると、上端のフランジから取り外され、新規なものと交換される。
【０００４】
浸漬管は使用前に８００℃〜１０００℃程度の高温をもって予熱される。予熱せずに直接、溶鋼を通すと熱衝撃で耐火物に亀裂が生じ、耐用性が大きく低下するためである。この予熱は一般に真空槽に浸漬管を取り付けた状態で行われる。浸漬管主体の予熱と、真空槽と浸漬管とを同時に予熱する場合があるが、いずれの場合も、使用時に溶鋼が流通する内周面を主体に予熱する。
【０００５】
円筒状芯金の内周を覆う耐火物は耐火れんがよりなる定形耐火物の使用が一般的あるが、不定形耐火物の場合もある。一方、外周を覆う耐火物は、内周の場合のように迫圧での支持がないために、スタッド等の係止牽引金具での支持が容易な不定形耐火物が使用される。
【０００６】
浸漬管の予熱の際、外周不定形耐火物に亀裂が生じやすいという問題がある。亀裂は溶鋼の侵入で円筒状芯金やそれに立設するスタッドを溶損させ、浸漬管下部の耐火物の溶損あるいは脱落の原因となる。特に亀裂が浸漬管の下端面から内周部まで進展した場合には、亀裂にそって早期にＶ字状に大きく損傷し、円筒状芯金が溶損し、浸漬管の寿命は甚だしく短くなる。また、亀裂からの空気侵入が原因した窒素ピックアップによる溶鋼汚染を招く。
【０００７】
亀裂に対しては、吹付材やパッチング材等による補修が行われているが、補修材、補修工数を必要とし、さらに熱間で補修を強いられるために作業安全上も好ましくない。
【０００８】
そこで、外周の不定形耐火物に対する強度付与や亀裂抑制の手段として、例えば金属ファイバーの添加（特許文献１）、円筒状芯金に立設したスタッドへの金網（エクスパンドメタルを含む）の取り付け（特許文献２、３）が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１３１６３０号公報
【特許文献２】特開平１０−１４０２３０号公報
【特許文献３】特開平１０−２１９３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、金属ファイバーの添加は耐火物組織全体に金属ファイバーが介在することになり、亀裂抑制に十分な量の金属ファイバーを添加すると、耐火物の耐食性および熱間強度の低下の原因となる。一方、スタッドへの金網の取り付けは、スタッドがもつ耐火物支持作用の補強にとどまり、亀裂抑制には十分な効果が得られない。
【００１０】
この発明は、浸漬管下部の耐火物の溶損・脱落あるいは窒素ピックアップの原因となる外周不定形耐火物の亀裂を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、上端にフランジを備えた円筒状芯金の内周および外周を耐火物で覆ってなる真空脱ガス装置用浸漬管において、その特徴とするところは、前記耐火物のうち少なくとも円筒状芯金の外周耐火物を不定形耐火物とし、且つこの外周不定形耐火物に対し、その厚さ方向の外側近傍に、浸漬管の周方向にわたって金網を埋設したことにある。
【００１２】
また、その施工方法にあっては、上端にフランジを備えた円筒状芯金をフランジが下になるように倒置し、円筒状芯金外周の耐火物の施工においては、円筒状芯金の外周に設置した外周型枠の内周面上に金網を配置した後、円筒状芯金と外周型枠との間に不定形耐火物を流し込み、円筒状芯金内周の耐火物の施工においては、定形耐火物を積み付けるかあるいは円筒状芯金とその内周に設置した内周型枠とのに間に不定形耐火物を流し込み、前記の不定形耐火物が固化した後、前記型枠を取り外すことを特徴とする。
【００１３】
この発明により得られる浸漬管は、外周不定形耐火物の亀裂抑制にきわめて効果的である。その機構は以下の理由によるものと思われる。
【００１４】
浸漬管を予熱する目的は、浸漬管使用時の溶鋼による熱衝撃を緩和させるために、浸漬管の内周面を予め加熱することにある。一般にはガスバーナー炎を浸漬管の内孔に通すことで行われる。浸漬管の外周面は施工後の加熱乾燥を行っても、予熱は行わない。
【００１５】
浸漬管は予熱の際に内周側が高温加熱されると、耐火物内部には内周側から外周側へ温度勾配ができ、その温度差によって熱膨張差が生じる。外周耐火物は内周耐火物と違って外側が大気と接しているために、その温度勾配がきわめて大きくなる。
【００１６】
外周耐火物はこの温度勾配による熱膨張差で内周側には圧縮応力が、外周側には引っ張り応力が働く。一般に耐火物の特性は圧縮応力には強いが引っ張り応力に弱いため、予熱の際に外周側に生じるこの引っ張り応力が外周不定形耐火物に亀裂を発生させる。
【００１７】
この発明は、外周不定形耐火物の外周近傍に金網を埋設したことで、予熱時に受ける外周側の引っ張り応力を金網で繋止し、外周不定形耐火物の亀裂発生を抑制する。その結果、浸漬管の重要かつ特異な課題である、下部耐火物の溶損あるいは脱落の防止と窒素ピックアップの低減に優れた効果を発揮する。
【００１８】
従来技術において外周不定形耐火物への金網の内在は、円筒状芯金に立設したスタッドへの取り付けである。この発明のように外周不定形耐火物の外周近傍への埋設では無い。円筒状芯金に対する外周不定形耐火物の支持を強固にする効果はあっても、外周側の引っ張り応力に対する繋止の作用は無く、この発明の亀裂抑制の効果は得られない。
【００１９】
この発明において浸漬管の高さ方向に対する金網の埋設位置は、亀裂抑制の効果をより確実にするためには浸漬管の高さ方向全体が好ましい。浸漬管の耐火物の脱落は、主として浸漬管の下部に生じる。また、窒素ピックアップの原因となる空気は、浸漬管の円筒状芯金の下端部を迂回しての侵入のために、浸漬管下部の亀裂から侵入する。このため、浸漬管の高さ方向に対する金網の埋設位置は、少なくとも、亀裂抑制によって耐火物の脱落あるいは窒素ピックアップの防止に直接的に効果のある浸漬管下方に設けることが必要である。具体的には例えば浸漬管高さ方向の少なくとも下端から３分の１の領域に埋設する。
【００２０】
真空脱ガス装置の稼動は取鍋の溶鋼処理毎に上下動し、それに伴って浸漬管が溶鋼に対して浸漬と引き上げを繰り返すことで、浸漬管の外周にスラグが付着堆積する。スラグの付着が過度になると溶鋼鍋に浸漬管を十分に浸漬出来なくなる。また、ＲＨ式真空脱ガス装置の場合は浸漬管が並列して二本装着されているために、浸漬管同士がスラグで連結し、浸漬管の交換が困難となる。そのため、付着スラグをピッカー等の器具で適宜除去している。この発明では金網の位置が浸漬管の外周側ではあるが、不定形耐火物中に埋設していることから、スラグ除去の際に金網が剥がれることもない。
【００２１】
浸漬管の予熱は内周面の加熱で行われるが、その際の熱気の一部が浸漬管外周部の下端にも廻ることは避けられない。金網が露出している場合はこの熱気で熱軟化し、不定形耐火物の引っ張り応力を繋止する作用が損なわれる。また、熱膨張で金網が脱落する場合もある。この発明では金網が不定形耐火物に埋設されていることで、これらの問題もない。
【００２２】
浸漬管の施工に際しては、円筒状芯金外周の耐火物の施工において、外周型枠の内周面上に金網を配置した後、円筒状芯金と外周型枠との間に不定形耐火物を流し込むことで、外周不定形耐火物の厚さ方向の外側近傍の位置に、金網を正確かつ容易に埋設することができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明は予熱時の外周不定形耐火物の亀裂抑制にきわめて効果的である。そして、浸漬管の重要かつ特異な課題である、下部耐火物の損傷防止と窒素ピックアップの低減に優れた効果を発揮することができる。
【００２４】
浸漬管の施工に際しては、外周型枠の内周面上に金網を配置した後、円筒状芯金と外周型枠との間に不定形耐火物を流し込むことによって、外周不定形耐火物の厚さ方向の外側近傍の位置に、金網を正確かつ容易に埋設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
ＲＨ式真空脱ガス装置の浸漬管に適用したこの発明例を図面にもとづいて説明する。図１はその縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面である。
【００２６】
円筒状芯金１は金属製からなり、上端には浸漬管を真空槽下部に位置する環流管に着脱可能にするためのフランジ２を備える。円筒状芯金１の外周面には、外周不定形耐火物５ａを円筒状芯金１に強固に支持させるためにスタッド６が多数、立設する。スタッド６の形状は図のＶ字型に限らず、Ｙ型、Ｔ字型、網状等でもよい。
【００２７】
外周不定形耐火物５ａの材質は例えばアルミナ質、アルミナ−シリカ質、アルミナ−マグネシア質、アルミナ−スピネル質等である。適当量の結合剤、分散剤等を添加し、水を加えて混練し、流し込み施工される。また、必要により、本発明の効果を損なわない範囲で例えば耐火性原料に対して４質量％以下の金属ファイバーを添加してもよい。
【００２８】
ＲＨ型真空脱ガス装置の浸漬管には、上昇管と下降管とがある。上昇管としての浸漬管の場合、図には示していないが、溶鋼をガスリフトによって上昇させるために必要な不活性ガス管が内在されている場合がある。
【００２９】
円筒状芯金１の内周に設ける耐火物は定形耐火物、不定形耐火物を問わない。浸漬管の内周面は溶鋼流との接触で損耗が激しいため、組織強度が大きい定形耐火物３が好ましい。定形耐火物３の材質の具体例はマグネシア−クロミア質れんが、マグネシア−炭素質れんがが挙げられる。
【００３０】
定形耐火物３の支持のために、定形耐火物３の下方には受金具４ａが備えられている。同図の例では受金具４ａはピン状であり、円筒状芯金１を貫通し、基端部が溶接固定されている。定形耐火物３と円筒状芯金１との間隙は不定形耐火物５ｂ等で充填する。
【００３１】
外周不定形耐火物５ａに対し、その厚さ方向に対する金網７の埋設位置は、外周不定形耐火物５ａの厚さ方向の外側近傍とする。外周不定形耐火物の厚さ方向に対して、その中央あるいは円筒状芯金１側ではこの発明の効果が得られない。
【００３２】
予熱時に外周不定形耐火物５ａに負荷される引っ張り応力は、外側ほど大きく、また亀裂は外周面を起点に発生する。このため、金網７の埋設は可能な限り外周面に近い方が亀裂抑制に効果的である。より具体的には、外周不定形耐火物５ａの厚さ方向に対し、外周表面から５分の１以下の位置が好ましい。さらに好ましくは、外周不定形耐火物５ａの外周面と金網７の外側面とを実質的に同位置にした埋設である。
【００３３】
金網７は浸漬管の周方向にわたって埋設する。高さ方向に対しては、図では高さ全体に設けているが、亀裂発生が耐火物の脱落や窒素ガスのピックアップの原因に直結する、例えば浸漬管高さ方向の少なくとも下端から３分の１の領域に埋設してもよい。
【００３４】
図３は本発明例の他の浸漬管である。ここでは、円筒状芯金１の下部に相当する部分を不定形耐火物５ｃで覆った例である。前記した外周不定形耐火物５ａに埋設した金網７を下方に延長させることで、この下部不定形耐火物５ｃの外側近傍に対しても金網７を埋設させる。
【００３５】
本発明で使用する金網７の種類としては、甲金網、菱形金網、織金網、溶接金網、クリンプ金網、エクスパンドメタル等、一般的に入手可能なものを使用することができる。仕様は使用条件や浸漬管の大きさによって適宜決定する。具体的には予熱時の引っ張り応力に対する耐力、網目部分への不定形耐火物の充填性、および溶鋼へ浸漬後に金網が溶出した際の損耗厚みをできるだけ軽減するといった観点から決めればよい。線径は好ましくはφ１０ｍｍ以下、さらに好ましくはφ５ｍｍ以下であって、例えばφ１．８〜５ｍｍとする。金網の網目ピッチは好ましくは５ｍｍ〜３００ｍｍ、さらに好ましくは３０ｍｍ〜１００ｍｍである。
【００３６】
金網の材質は予熱中の温度範囲で引っ張り強度が低下しない材質であればよく、普通鋼、ステンレス鋼などの鋼材全般およびＡｌ、銅その他金属製のものが使用できる。経済面および強度から、普通鋼、ステンレス鋼が好ましい。
【００３７】
図４の縦断面図は、本発明例の浸漬管の好ましい施工方法を示したものである。上端にフランジ２を設けた円筒状芯金１をフランジ２が下になるように倒置し、浸漬管が上下逆の状態で施工する。
【００３８】
不定形耐火物５ａ、５ｂの施工は、円筒状芯金１の外周に設置した外周型枠８の内周面上に金網７を配設し、次いで円筒状芯金１と外周型枠８との間に不定形耐火物を流し込むことで行う。流し込む際には同図のようにコーン状分配器９を上端に載置し、その上方から不定形耐火物を流下させると、円筒状芯金１と外周型枠８との間の方向に効率的に不定形耐火物を投入することができる。また、不定形耐火物は振動を付与して充填率を向上させる。振動の付与方法には、例えば型枠を振動テーブルに載置、型枠への振動機の取り付け、棒状バイブレータの使用がある。
【００３９】
金網７は前記したように外型枠８の内周面上に配置したことで、浸漬管の周方向にそって、埋設深度を一定に保つことができる。また、外周不定形耐火物の亀裂抑制において最も効果的な埋設位置でもある、金網７の外側面が外周不定形耐火物の外周面と実質的に同位置にすることも容易である。
【００４０】
金網７を外型枠８の内周面上に密着して配置した場合、不定形耐火物は施工時に振動を付与されることで、金網７と外型枠８との間に入り込み、施工後は金網７は全体が不定形耐火物５ａに埋設した状態となる。また、金網７に深度をもって埋設するには、例えば金網７外周の随所に金属線突起を設け、金網７と外型枠８との間にスペース設けた状態で不定形耐火物を流し込む。
【００４１】
内周耐火物の施工は、定形耐火物を積み付けるかあるいは円筒状芯金とその内周に設置した内周型枠とに間に不定形耐火物を流し込むことで行う。同図の例は内周耐火物として定形耐火物３を使用した例のため、内周型枠を使用していない。
【００４２】
図には示していないが、円筒状芯金の下端部を不定形耐火物５ｃで覆った浸漬管の場合は、円筒状芯金の下端部にも不定形耐火物を流し込む（施工時は浸漬管を上下逆にしていることから、最上部に不定形耐火物を流し込む。）不定形耐火物５ａ、５ｂ、５ｃが固化した後は型枠を取り外して乾燥させる。
【実施例】
【００４３】
ＲＨ型真空脱ガス装置の浸漬管について、本発明実施例とその比較例を示す。各例とも、寸法は内径４００ｍｍ・外径９００ｍｍ・高さ７５０ｍｍ、内周耐火物はマグネシア−クロミア質れんが、外周耐火物は厚さ９５ｍｍのアルミナ−マグネシア質不定形耐火物とした。
【００４４】
施工は各例とも図４のとおり浸漬管を上下逆に倒置した状態で行った。円筒状芯金の内周はれんがを積み付け、外周は外周型枠を設けてこの外周型枠と円筒状芯金との間に混練後の不定形耐火物を棒状バイブレータにて振動を付与しつつ流し込んだ。円筒状芯金には外周面に多数のＶ字型スタッドを立設させた。
【００４５】
表１は各例における金網の埋設条件と、その試験結果である。実施例１〜３は、金網を外型枠の内側面全体に配置し、外周不定形耐火物を流し込んだ。このうち実施例１と２は、その施工において、金網を外周型枠の内周面上に接して配置した状態で外周不定形耐火物を流し込むことで、金網の外側面と外周不定形耐火物の外周面とが実質的に同位置となった。実施例３は金網の外側面の随所にスペーサーとなる金属線よりなる突起を設けることで、金網が外周不定形体耐火物の外周面から１０ｍｍの深度をもって位置させた。
【００４６】
比較例１は外周不定形耐火物に金網を埋設しない例である。比較例２は金網をスタッドに係止した例であり、金網の位置は外周不定形耐火物の厚さ方向のほぼ中央とした。
【００４７】
各例の浸漬管は、内面を酸素−ＬＰＧガスバーナーで１０００℃×３時間加熱し、外周不定形耐火物の亀裂発生状況を比較試験した。
【００４８】
実施例の浸漬管は、加熱開始後直後の亀裂発生状況は比較例と有意差が無かったが、３時間の加熱終了後においては、比較例では明瞭な大亀裂が発生していたのに対し、実施例では亀裂はいずれもヘアクラック程度であった。また、亀裂の面積比は、比較例１が１００に対し実施例はいずれも１以下であり、本発明の亀裂抑制の効果が顕著であることが確認される。また、この外周不定形耐火物に対するこの亀裂抑制効果は、浸漬管の重要課題の一つである、溶鋼への窒素ピックアップの低減に大きく貢献できる。
【００４９】
表に示していないが、実施例１と比較例１については実機試験を行った。いずれも吹付材、パッチング材等をもって補修しつつ使用した。その結果、浸漬管の耐用寿命は、下部不定形耐火物の損耗、脱落等が原因し、比較例１は６０〜７０回の使用であるのに対し、本発明実施例１は９０〜１００回であった。
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の適用例として、以上の説明ではＲＨ型真空脱ガス装置用浸漬管を挙げたが、ＤＨ型真空脱ガス装置用浸漬管にも適用できることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明例による浸漬管の縦断面構造を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す。
【図３】本発明例による他の浸漬管の縦断面構造を示す。
【図４】本発明による浸漬管の好ましい施工方法例を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１ 円筒状芯金
２ フランジ
３ 定形耐火物
４ａ、４ｂ 受金具
５ａ、５ｂ、５ｃ 不定形耐火物
６ スタッド
７ 金網
８ 外型枠
９ コーン状分配器
【技術分野】
【０００１】
この発明は、耐用性に優れた真空脱ガス装置用浸漬管とその施工方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼の非金属介在物の除去・成分調整等を行う真空脱ガス装置として、ＲＨ式あるいはＤＨ式の真空脱ガス装置が知られている。この真空脱ガス装置には、真空槽と取鍋との溶鋼環流経路となる浸漬管が装着されている。
【０００３】
浸漬管は円筒状芯金の内外周および下方を耐火物で覆ってなり、下方が取鍋中の溶鋼に浸漬して使用される。内孔に溶鋼が流通するため、真空脱ガス装置の中でも耐火物の損耗が特に著しい。耐火物の損耗が進行すると不定形耐火物よりなる吹付材あるいはパッチング材で補修される。補修が困難な状態になると、上端のフランジから取り外され、新規なものと交換される。
【０００４】
浸漬管は使用前に８００℃〜１０００℃程度の高温をもって予熱される。予熱せずに直接、溶鋼を通すと熱衝撃で耐火物に亀裂が生じ、耐用性が大きく低下するためである。この予熱は一般に真空槽に浸漬管を取り付けた状態で行われる。浸漬管主体の予熱と、真空槽と浸漬管とを同時に予熱する場合があるが、いずれの場合も、使用時に溶鋼が流通する内周面を主体に予熱する。
【０００５】
円筒状芯金の内周を覆う耐火物は耐火れんがよりなる定形耐火物の使用が一般的あるが、不定形耐火物の場合もある。一方、外周を覆う耐火物は、内周の場合のように迫圧での支持がないために、スタッド等の係止牽引金具での支持が容易な不定形耐火物が使用される。
【０００６】
浸漬管の予熱の際、外周不定形耐火物に亀裂が生じやすいという問題がある。亀裂は溶鋼の侵入で円筒状芯金やそれに立設するスタッドを溶損させ、浸漬管下部の耐火物の溶損あるいは脱落の原因となる。特に亀裂が浸漬管の下端面から内周部まで進展した場合には、亀裂にそって早期にＶ字状に大きく損傷し、円筒状芯金が溶損し、浸漬管の寿命は甚だしく短くなる。また、亀裂からの空気侵入が原因した窒素ピックアップによる溶鋼汚染を招く。
【０００７】
亀裂に対しては、吹付材やパッチング材等による補修が行われているが、補修材、補修工数を必要とし、さらに熱間で補修を強いられるために作業安全上も好ましくない。
【０００８】
そこで、外周の不定形耐火物に対する強度付与や亀裂抑制の手段として、例えば金属ファイバーの添加（特許文献１）、円筒状芯金に立設したスタッドへの金網（エクスパンドメタルを含む）の取り付け（特許文献２、３）が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１３１６３０号公報
【特許文献２】特開平１０−１４０２３０号公報
【特許文献３】特開平１０−２１９３４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、金属ファイバーの添加は耐火物組織全体に金属ファイバーが介在することになり、亀裂抑制に十分な量の金属ファイバーを添加すると、耐火物の耐食性および熱間強度の低下の原因となる。一方、スタッドへの金網の取り付けは、スタッドがもつ耐火物支持作用の補強にとどまり、亀裂抑制には十分な効果が得られない。
【００１０】
この発明は、浸漬管下部の耐火物の溶損・脱落あるいは窒素ピックアップの原因となる外周不定形耐火物の亀裂を抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明は、上端にフランジを備えた円筒状芯金の内周および外周を耐火物で覆ってなる真空脱ガス装置用浸漬管において、その特徴とするところは、前記耐火物のうち少なくとも円筒状芯金の外周耐火物を不定形耐火物とし、且つこの外周不定形耐火物に対し、その厚さ方向の外側近傍に、浸漬管の周方向にわたって金網を埋設したことにある。
【００１２】
また、その施工方法にあっては、上端にフランジを備えた円筒状芯金をフランジが下になるように倒置し、円筒状芯金外周の耐火物の施工においては、円筒状芯金の外周に設置した外周型枠の内周面上に金網を配置した後、円筒状芯金と外周型枠との間に不定形耐火物を流し込み、円筒状芯金内周の耐火物の施工においては、定形耐火物を積み付けるかあるいは円筒状芯金とその内周に設置した内周型枠とのに間に不定形耐火物を流し込み、前記の不定形耐火物が固化した後、前記型枠を取り外すことを特徴とする。
【００１３】
この発明により得られる浸漬管は、外周不定形耐火物の亀裂抑制にきわめて効果的である。その機構は以下の理由によるものと思われる。
【００１４】
浸漬管を予熱する目的は、浸漬管使用時の溶鋼による熱衝撃を緩和させるために、浸漬管の内周面を予め加熱することにある。一般にはガスバーナー炎を浸漬管の内孔に通すことで行われる。浸漬管の外周面は施工後の加熱乾燥を行っても、予熱は行わない。
【００１５】
浸漬管は予熱の際に内周側が高温加熱されると、耐火物内部には内周側から外周側へ温度勾配ができ、その温度差によって熱膨張差が生じる。外周耐火物は内周耐火物と違って外側が大気と接しているために、その温度勾配がきわめて大きくなる。
【００１６】
外周耐火物はこの温度勾配による熱膨張差で内周側には圧縮応力が、外周側には引っ張り応力が働く。一般に耐火物の特性は圧縮応力には強いが引っ張り応力に弱いため、予熱の際に外周側に生じるこの引っ張り応力が外周不定形耐火物に亀裂を発生させる。
【００１７】
この発明は、外周不定形耐火物の外周近傍に金網を埋設したことで、予熱時に受ける外周側の引っ張り応力を金網で繋止し、外周不定形耐火物の亀裂発生を抑制する。その結果、浸漬管の重要かつ特異な課題である、下部耐火物の溶損あるいは脱落の防止と窒素ピックアップの低減に優れた効果を発揮する。
【００１８】
従来技術において外周不定形耐火物への金網の内在は、円筒状芯金に立設したスタッドへの取り付けである。この発明のように外周不定形耐火物の外周近傍への埋設では無い。円筒状芯金に対する外周不定形耐火物の支持を強固にする効果はあっても、外周側の引っ張り応力に対する繋止の作用は無く、この発明の亀裂抑制の効果は得られない。
【００１９】
この発明において浸漬管の高さ方向に対する金網の埋設位置は、亀裂抑制の効果をより確実にするためには浸漬管の高さ方向全体が好ましい。浸漬管の耐火物の脱落は、主として浸漬管の下部に生じる。また、窒素ピックアップの原因となる空気は、浸漬管の円筒状芯金の下端部を迂回しての侵入のために、浸漬管下部の亀裂から侵入する。このため、浸漬管の高さ方向に対する金網の埋設位置は、少なくとも、亀裂抑制によって耐火物の脱落あるいは窒素ピックアップの防止に直接的に効果のある浸漬管下方に設けることが必要である。具体的には例えば浸漬管高さ方向の少なくとも下端から３分の１の領域に埋設する。
【００２０】
真空脱ガス装置の稼動は取鍋の溶鋼処理毎に上下動し、それに伴って浸漬管が溶鋼に対して浸漬と引き上げを繰り返すことで、浸漬管の外周にスラグが付着堆積する。スラグの付着が過度になると溶鋼鍋に浸漬管を十分に浸漬出来なくなる。また、ＲＨ式真空脱ガス装置の場合は浸漬管が並列して二本装着されているために、浸漬管同士がスラグで連結し、浸漬管の交換が困難となる。そのため、付着スラグをピッカー等の器具で適宜除去している。この発明では金網の位置が浸漬管の外周側ではあるが、不定形耐火物中に埋設していることから、スラグ除去の際に金網が剥がれることもない。
【００２１】
浸漬管の予熱は内周面の加熱で行われるが、その際の熱気の一部が浸漬管外周部の下端にも廻ることは避けられない。金網が露出している場合はこの熱気で熱軟化し、不定形耐火物の引っ張り応力を繋止する作用が損なわれる。また、熱膨張で金網が脱落する場合もある。この発明では金網が不定形耐火物に埋設されていることで、これらの問題もない。
【００２２】
浸漬管の施工に際しては、円筒状芯金外周の耐火物の施工において、外周型枠の内周面上に金網を配置した後、円筒状芯金と外周型枠との間に不定形耐火物を流し込むことで、外周不定形耐火物の厚さ方向の外側近傍の位置に、金網を正確かつ容易に埋設することができる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明は予熱時の外周不定形耐火物の亀裂抑制にきわめて効果的である。そして、浸漬管の重要かつ特異な課題である、下部耐火物の損傷防止と窒素ピックアップの低減に優れた効果を発揮することができる。
【００２４】
浸漬管の施工に際しては、外周型枠の内周面上に金網を配置した後、円筒状芯金と外周型枠との間に不定形耐火物を流し込むことによって、外周不定形耐火物の厚さ方向の外側近傍の位置に、金網を正確かつ容易に埋設することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
ＲＨ式真空脱ガス装置の浸漬管に適用したこの発明例を図面にもとづいて説明する。図１はその縦断面図、図２は図１のＡ−Ａ線断面である。
【００２６】
円筒状芯金１は金属製からなり、上端には浸漬管を真空槽下部に位置する環流管に着脱可能にするためのフランジ２を備える。円筒状芯金１の外周面には、外周不定形耐火物５ａを円筒状芯金１に強固に支持させるためにスタッド６が多数、立設する。スタッド６の形状は図のＶ字型に限らず、Ｙ型、Ｔ字型、網状等でもよい。
【００２７】
外周不定形耐火物５ａの材質は例えばアルミナ質、アルミナ−シリカ質、アルミナ−マグネシア質、アルミナ−スピネル質等である。適当量の結合剤、分散剤等を添加し、水を加えて混練し、流し込み施工される。また、必要により、本発明の効果を損なわない範囲で例えば耐火性原料に対して４質量％以下の金属ファイバーを添加してもよい。
【００２８】
ＲＨ型真空脱ガス装置の浸漬管には、上昇管と下降管とがある。上昇管としての浸漬管の場合、図には示していないが、溶鋼をガスリフトによって上昇させるために必要な不活性ガス管が内在されている場合がある。
【００２９】
円筒状芯金１の内周に設ける耐火物は定形耐火物、不定形耐火物を問わない。浸漬管の内周面は溶鋼流との接触で損耗が激しいため、組織強度が大きい定形耐火物３が好ましい。定形耐火物３の材質の具体例はマグネシア−クロミア質れんが、マグネシア−炭素質れんがが挙げられる。
【００３０】
定形耐火物３の支持のために、定形耐火物３の下方には受金具４ａが備えられている。同図の例では受金具４ａはピン状であり、円筒状芯金１を貫通し、基端部が溶接固定されている。定形耐火物３と円筒状芯金１との間隙は不定形耐火物５ｂ等で充填する。
【００３１】
外周不定形耐火物５ａに対し、その厚さ方向に対する金網７の埋設位置は、外周不定形耐火物５ａの厚さ方向の外側近傍とする。外周不定形耐火物の厚さ方向に対して、その中央あるいは円筒状芯金１側ではこの発明の効果が得られない。
【００３２】
予熱時に外周不定形耐火物５ａに負荷される引っ張り応力は、外側ほど大きく、また亀裂は外周面を起点に発生する。このため、金網７の埋設は可能な限り外周面に近い方が亀裂抑制に効果的である。より具体的には、外周不定形耐火物５ａの厚さ方向に対し、外周表面から５分の１以下の位置が好ましい。さらに好ましくは、外周不定形耐火物５ａの外周面と金網７の外側面とを実質的に同位置にした埋設である。
【００３３】
金網７は浸漬管の周方向にわたって埋設する。高さ方向に対しては、図では高さ全体に設けているが、亀裂発生が耐火物の脱落や窒素ガスのピックアップの原因に直結する、例えば浸漬管高さ方向の少なくとも下端から３分の１の領域に埋設してもよい。
【００３４】
図３は本発明例の他の浸漬管である。ここでは、円筒状芯金１の下部に相当する部分を不定形耐火物５ｃで覆った例である。前記した外周不定形耐火物５ａに埋設した金網７を下方に延長させることで、この下部不定形耐火物５ｃの外側近傍に対しても金網７を埋設させる。
【００３５】
本発明で使用する金網７の種類としては、甲金網、菱形金網、織金網、溶接金網、クリンプ金網、エクスパンドメタル等、一般的に入手可能なものを使用することができる。仕様は使用条件や浸漬管の大きさによって適宜決定する。具体的には予熱時の引っ張り応力に対する耐力、網目部分への不定形耐火物の充填性、および溶鋼へ浸漬後に金網が溶出した際の損耗厚みをできるだけ軽減するといった観点から決めればよい。線径は好ましくはφ１０ｍｍ以下、さらに好ましくはφ５ｍｍ以下であって、例えばφ１．８〜５ｍｍとする。金網の網目ピッチは好ましくは５ｍｍ〜３００ｍｍ、さらに好ましくは３０ｍｍ〜１００ｍｍである。
【００３６】
金網の材質は予熱中の温度範囲で引っ張り強度が低下しない材質であればよく、普通鋼、ステンレス鋼などの鋼材全般およびＡｌ、銅その他金属製のものが使用できる。経済面および強度から、普通鋼、ステンレス鋼が好ましい。
【００３７】
図４の縦断面図は、本発明例の浸漬管の好ましい施工方法を示したものである。上端にフランジ２を設けた円筒状芯金１をフランジ２が下になるように倒置し、浸漬管が上下逆の状態で施工する。
【００３８】
不定形耐火物５ａ、５ｂの施工は、円筒状芯金１の外周に設置した外周型枠８の内周面上に金網７を配設し、次いで円筒状芯金１と外周型枠８との間に不定形耐火物を流し込むことで行う。流し込む際には同図のようにコーン状分配器９を上端に載置し、その上方から不定形耐火物を流下させると、円筒状芯金１と外周型枠８との間の方向に効率的に不定形耐火物を投入することができる。また、不定形耐火物は振動を付与して充填率を向上させる。振動の付与方法には、例えば型枠を振動テーブルに載置、型枠への振動機の取り付け、棒状バイブレータの使用がある。
【００３９】
金網７は前記したように外型枠８の内周面上に配置したことで、浸漬管の周方向にそって、埋設深度を一定に保つことができる。また、外周不定形耐火物の亀裂抑制において最も効果的な埋設位置でもある、金網７の外側面が外周不定形耐火物の外周面と実質的に同位置にすることも容易である。
【００４０】
金網７を外型枠８の内周面上に密着して配置した場合、不定形耐火物は施工時に振動を付与されることで、金網７と外型枠８との間に入り込み、施工後は金網７は全体が不定形耐火物５ａに埋設した状態となる。また、金網７に深度をもって埋設するには、例えば金網７外周の随所に金属線突起を設け、金網７と外型枠８との間にスペース設けた状態で不定形耐火物を流し込む。
【００４１】
内周耐火物の施工は、定形耐火物を積み付けるかあるいは円筒状芯金とその内周に設置した内周型枠とに間に不定形耐火物を流し込むことで行う。同図の例は内周耐火物として定形耐火物３を使用した例のため、内周型枠を使用していない。
【００４２】
図には示していないが、円筒状芯金の下端部を不定形耐火物５ｃで覆った浸漬管の場合は、円筒状芯金の下端部にも不定形耐火物を流し込む（施工時は浸漬管を上下逆にしていることから、最上部に不定形耐火物を流し込む。）不定形耐火物５ａ、５ｂ、５ｃが固化した後は型枠を取り外して乾燥させる。
【実施例】
【００４３】
ＲＨ型真空脱ガス装置の浸漬管について、本発明実施例とその比較例を示す。各例とも、寸法は内径４００ｍｍ・外径９００ｍｍ・高さ７５０ｍｍ、内周耐火物はマグネシア−クロミア質れんが、外周耐火物は厚さ９５ｍｍのアルミナ−マグネシア質不定形耐火物とした。
【００４４】
施工は各例とも図４のとおり浸漬管を上下逆に倒置した状態で行った。円筒状芯金の内周はれんがを積み付け、外周は外周型枠を設けてこの外周型枠と円筒状芯金との間に混練後の不定形耐火物を棒状バイブレータにて振動を付与しつつ流し込んだ。円筒状芯金には外周面に多数のＶ字型スタッドを立設させた。
【００４５】
表１は各例における金網の埋設条件と、その試験結果である。実施例１〜３は、金網を外型枠の内側面全体に配置し、外周不定形耐火物を流し込んだ。このうち実施例１と２は、その施工において、金網を外周型枠の内周面上に接して配置した状態で外周不定形耐火物を流し込むことで、金網の外側面と外周不定形耐火物の外周面とが実質的に同位置となった。実施例３は金網の外側面の随所にスペーサーとなる金属線よりなる突起を設けることで、金網が外周不定形体耐火物の外周面から１０ｍｍの深度をもって位置させた。
【００４６】
比較例１は外周不定形耐火物に金網を埋設しない例である。比較例２は金網をスタッドに係止した例であり、金網の位置は外周不定形耐火物の厚さ方向のほぼ中央とした。
【００４７】
各例の浸漬管は、内面を酸素−ＬＰＧガスバーナーで１０００℃×３時間加熱し、外周不定形耐火物の亀裂発生状況を比較試験した。
【００４８】
実施例の浸漬管は、加熱開始後直後の亀裂発生状況は比較例と有意差が無かったが、３時間の加熱終了後においては、比較例では明瞭な大亀裂が発生していたのに対し、実施例では亀裂はいずれもヘアクラック程度であった。また、亀裂の面積比は、比較例１が１００に対し実施例はいずれも１以下であり、本発明の亀裂抑制の効果が顕著であることが確認される。また、この外周不定形耐火物に対するこの亀裂抑制効果は、浸漬管の重要課題の一つである、溶鋼への窒素ピックアップの低減に大きく貢献できる。
【００４９】
表に示していないが、実施例１と比較例１については実機試験を行った。いずれも吹付材、パッチング材等をもって補修しつつ使用した。その結果、浸漬管の耐用寿命は、下部不定形耐火物の損耗、脱落等が原因し、比較例１は６０〜７０回の使用であるのに対し、本発明実施例１は９０〜１００回であった。
【表１】
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明の適用例として、以上の説明ではＲＨ型真空脱ガス装置用浸漬管を挙げたが、ＤＨ型真空脱ガス装置用浸漬管にも適用できることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明例による浸漬管の縦断面構造を示す。
【図２】図１のＡ−Ａ断面を示す。
【図３】本発明例による他の浸漬管の縦断面構造を示す。
【図４】本発明による浸漬管の好ましい施工方法例を示す。
【符号の説明】
【００５２】
１ 円筒状芯金
２ フランジ
３ 定形耐火物
４ａ、４ｂ 受金具
５ａ、５ｂ、５ｃ 不定形耐火物
６ スタッド
７ 金網
８ 外型枠
９ コーン状分配器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上端にフランジを備えた円筒状芯金の内周および外周を耐火物で覆ってなる真空脱ガス装置用浸漬管において、前記耐火物のうち少なくとも円筒状芯金の外周耐火物を不定形耐火物とし、且つこの外周不定形耐火物に対し、その厚さ方向の外側近傍に、浸漬管の周方向にわたって金網を埋設した真空脱ガス装置用浸漬管。
【請求項２】
円筒状芯金の下端部を不定形耐火物で覆った請求項１記載の真空脱ガス装置用浸漬管。
【請求項３】
上端にフランジを備えた円筒状芯金をフランジが下になるように倒置し、円筒状芯金外周の耐火物の施工においては、円筒状芯金の外周に設置した外周型枠の内周面上に金網を配置した後、円筒状芯金と外周型枠との間に不定形耐火物を流し込み、円筒状芯金内周の耐火物の施工においては、定形耐火物を積み付けるかあるいは円筒状芯金とその内周に設置した内周型枠とのに間に不定形耐火物を流し込み、前記の不定形耐火物が固化した後、前記型枠を取り外すことを特徴とした真空脱ガス装置用浸漬管の施工方法。
【請求項１】
上端にフランジを備えた円筒状芯金の内周および外周を耐火物で覆ってなる真空脱ガス装置用浸漬管において、前記耐火物のうち少なくとも円筒状芯金の外周耐火物を不定形耐火物とし、且つこの外周不定形耐火物に対し、その厚さ方向の外側近傍に、浸漬管の周方向にわたって金網を埋設した真空脱ガス装置用浸漬管。
【請求項２】
円筒状芯金の下端部を不定形耐火物で覆った請求項１記載の真空脱ガス装置用浸漬管。
【請求項３】
上端にフランジを備えた円筒状芯金をフランジが下になるように倒置し、円筒状芯金外周の耐火物の施工においては、円筒状芯金の外周に設置した外周型枠の内周面上に金網を配置した後、円筒状芯金と外周型枠との間に不定形耐火物を流し込み、円筒状芯金内周の耐火物の施工においては、定形耐火物を積み付けるかあるいは円筒状芯金とその内周に設置した内周型枠とのに間に不定形耐火物を流し込み、前記の不定形耐火物が固化した後、前記型枠を取り外すことを特徴とした真空脱ガス装置用浸漬管の施工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−３０７２４９（Ｐ２００６−３０７２４９Ａ）
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１２８４０１（Ｐ２００５−１２８４０１）
【出願日】平成１７年４月２６日（２００５．４．２６）
【出願人】（０００１７０７１６）黒崎播磨株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１１月９日（２００６．１１．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年４月２６日（２００５．４．２６）
【出願人】（０００１７０７１６）黒崎播磨株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
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