脱ガス装置の浸漬管
【課題】従来の浸漬管構造を大幅に変更することなく、非常に簡便に耐火物の長寿命化を図ることが可能な脱ガス装置の浸漬管を提供する。
【解決手段】筒状の芯金１１の内周側と外周側に、それぞれ内周側耐火物１２と外周側耐火物１３が設けられた脱ガス装置の浸漬管１０であり、内周側耐火物１２と芯金１１との間、及び外周側耐火物１３と芯金１１との間のいずれか一方又は双方に、厚みが１ｍｍ以上５ｍｍ以下で、かつ雰囲気温度５００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱材１６が配置されている。
【解決手段】筒状の芯金１１の内周側と外周側に、それぞれ内周側耐火物１２と外周側耐火物１３が設けられた脱ガス装置の浸漬管１０であり、内周側耐火物１２と芯金１１との間、及び外周側耐火物１３と芯金１１との間のいずれか一方又は双方に、厚みが１ｍｍ以上５ｍｍ以下で、かつ雰囲気温度５００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱材１６が配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄プロセスの溶製工程で使用される脱ガス装置の浸漬管に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉において一次精錬が終了した溶鋼は、脱炭のため、また水素や窒素などの溶存ガスの除去を目的として、真空脱ガス設備（単に脱ガス装置又は脱ガス設備ともいう）を用いた脱ガス処理が行われる。なお、脱ガス処理の方法には、例えば、ＤＨ（Ｄｏｒｔｍｕｎｔ−Ｈｏｒｄｅ）法やＲＨ（Ｒｕｈｒｓｔａｈｌ−Ｈｅｒａｕｓ）法等がある。
この脱ガス処理に用いる脱ガス設備は、真空脱ガス槽と、その下部に設けられた浸漬管を有している。なお、浸漬管は一般に、筒状となった芯金の内周側と外周側に耐火物が設けられた構成であり、脱ガス処理は、浸漬管の先端部（下端部）を取鍋内の溶鋼中に浸漬させ、この溶鋼を真空脱ガス槽内に吸い上げ、同時に還流することで行われている。
しかし、脱ガス処理は、上記したように、浸漬管の先端部を、取鍋内の溶鋼中に浸漬させた状態で行われるため、先端部（浸漬させた部分）の耐火物が損傷し、また芯金が熱で変形するため、浸漬管の長寿命化が図れなかった。
そこで、例えば、特許文献１には、筒状の芯金（芯管）と耐火物（耐火材）との間に、断熱モルタルを配置した浸漬管が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６８６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１で使用される断熱モルタルの熱伝導率を、特許文献１の図３から概算すると、概ね０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であって、断熱性が不十分であり、芯金の変形防止が図れない。
また、浸漬管の稼動に伴う受熱により、断熱モルタルの焼結が進行すると、その収縮が発生する。このため、断熱効果を向上させるために断熱モルタルの厚みを厚くした場合、断熱モルタルの収縮代に起因してウェア耐火物の背面側に生成する隙間が大きくなり、この結果、浸漬管の構造が不安定になって、煉瓦の目地開きや不定形耐火物（キャスタブル等）の亀裂といった問題が発生し、著しい場合には、ウェア耐火物の脱落が発生する恐れがある。
更に、浸漬管は、高温下で稼動させるため、断熱モルタルの収縮が進行して、熱伝導率が大幅に上昇することが考えられる。特に、浸漬管の使用（処理）回数の増加に伴い、断熱モルタルの焼結（焼き締まり）が進行して組織が緻密になると、断熱性の低下が顕著となることが考えられる。
この場合、高温に曝された芯金に熱変形（膨張）が発生し、この変形に追従できない煉瓦に目地開きが発生して、また不定形耐火物に亀裂が発生して、これらが浸漬管の寿命を律速する損傷となり、浸漬管の長寿命化を図ることができない恐れがある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来の浸漬管構造を大幅に変更することなく、非常に簡便に耐火物の長寿命化を図ることが可能な脱ガス装置の浸漬管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る脱ガス装置の浸漬管は、筒状の芯金の内周側と外周側に、それぞれ内周側耐火物と外周側耐火物が設けられた脱ガス装置の浸漬管において、
前記内周側耐火物と前記芯金との間、及び前記外周側耐火物と前記芯金との間のいずれか一方又は双方に、厚みが１ｍｍ以上５ｍｍ以下で、かつ雰囲気温度５００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱材が配置されている。
【０００７】
本発明に係る脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材は、微細多孔性であることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材が前記内周側耐火物と前記芯金との間に配置され、前記内周側耐火物を、気孔率が８体積％以上１５体積％以下のマグネシア−クロミア質の煉瓦で構成することで、断熱材を配置した効果がより顕著になる。
【０００９】
本発明に係る脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材が前記内周側耐火物と前記芯金との間に配置され、前記内周側耐火物を、１４００℃で３時間還元焼成した後のカーボン量が２質量％以上９質量％以下のマグネシア−カーボン質の煉瓦で構成することで、断熱材を配置した効果がより顕著になる。
【００１０】
本発明に係る脱ガス装置の浸漬管において、前記芯金の外周面に、隣り合う間隔を８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下にした複数のスタッドを設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る脱ガス装置の浸漬管は、芯金（特に、空冷芯金）と耐火物との間に断熱材を配置するので、耐火物の厚み方向、即ち稼動面（溶鋼接触面側）と背面（断熱材側）との間の温度勾配を緩やかにすることが可能になり、かつ、耐火物の急激な温度変化（抜熱による急冷）を軽減することが可能になる。これにより、耐火物のスポーリング損傷（剥離損傷）を軽減できるので、耐火物の寿命向上が可能になる。
特に、断熱材の熱伝導率を０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下とすることで、浸漬管の使用時（溶鋼への浸漬時）に周囲の溶鋼からの入熱を断熱により回避させ、芯金温度の低減が図れる。更に、断熱材の厚みを１ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることで、断熱材の断熱性を維持できると共に、断熱材の収縮による煉瓦の目地開きや不定形耐火物の亀裂発生を防止できる。
また、芯金を仮に空冷する場合でも、浸漬管は処理中の溶鋼内に浸漬させて使用するものであるため、溶鋼からの入熱が大きく芯金の温度が高温になり、芯金の熱膨張が煉瓦の目地開きや不定形耐火物の亀裂の発生原因となる。このため、開いた目地や亀裂を通して耐火物内へ地金が浸入し、芯金温度の更なる上昇を招くと共に、浸漬管の寿命を律速する損傷となり、浸漬管が低寿命となってしまう。そこで、芯金と耐火物との間に上記した断熱材を配置することで、芯金の変形が抑制され、耐火物の寿命延長が可能になる。
以上のことから、本発明の脱ガス装置の浸漬管は、従来の浸漬管構造を大幅に変更することなく、芯金近傍の断熱のみで、簡便に耐火物の長寿命化を図ることが可能である。
【００１２】
また、断熱材が微細多孔性である場合、所定の熱伝導率の断熱材を容易に入手できる。
【００１３】
そして、断熱材を内周側耐火物と芯金との間に配置した場合、断熱材によって内周側耐火物のスポーリング損傷を軽減できるため、内周側耐火物に、スポーリング損傷が発生し易い気孔率を低減させたマグネシア−クロミア質の煉瓦を使用できる。これにより、気孔率の低減によって内周側耐火物の耐溶損性を向上できるため、浸漬管の寿命を延ばすことが可能になる。
【００１４】
また、断熱材を内周側耐火物と芯金との間に配置した場合、断熱材によって内周側耐火物のスポーリング損傷を軽減できるため、内周側耐火物に、スポーリング損傷が発生し易いカーボン量を低減させたマグネシア−カーボン質の煉瓦を使用できる。これにより、カーボン量の低減によって内周側耐火物の耐溶損性を向上できるため、浸漬管の寿命を延ばすことが可能になる。
【００１５】
更に、芯金の外周面に、隣り合う間隔を８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下にした複数のスタッドを設けた場合、スタッドによる外周側耐火物の保持力不足や、スタッドを起点とした微細亀裂の発生数の低減が図れるため、浸漬管の寿命を延ばすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る脱ガス装置の浸漬管の部分正断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る脱ガス装置の浸漬管（以下、単に浸漬管ともいう）１０は、筒状の芯金１１の内周側に、ウェア耐火物である煉瓦（内周側耐火物の一例）１２が、また外周側に、ウェア耐火物である不定形耐火物（外周側耐火物の一例）１３が、それぞれ設けられたものであり、従来の浸漬管構造を大幅に変更することなく、簡便に耐火物の長寿命化が図れるものである。以下、詳しく説明する。
【００１８】
浸漬管１０は、真空（減圧）を利用した溶鋼の脱炭や脱ガスの精錬を目的として使用可能なものである。なお、浸漬管は、上記した脱炭や脱ガスの精錬に使用するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ＤＨ法やＲＨ法、更にはＣＡＳ（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｂｙ Ｓｅａｌｅｄ Ａｒｇｏｎ Ｂｕｂｂｌｉｎｇ）法等に使用するものでもよい。
【００１９】
浸漬管１０の芯金１１は、鉄製（金属製）の筒状となったものであり、その上端部が、真空脱ガス槽（図示しない）に接続され、その下端部には、内周側に配置される煉瓦１２を支持するための支持金物１４が固着されている。なお、芯金１１は、ここでは円筒状となっているが、筒状であれば特に限定されるものではない。
また、芯金１１は、その内部が外気から遮断された中空部１５を有する構造であり、芯金１１を内部から冷却できる構成（空冷可能な構成）となっているが、使用条件に応じて、例えば、中空部を有しない構成（中実板状）にすることもできる。
【００２０】
芯金１１の内周側には、前記したように、煉瓦（れんが）１２を設置しているが、浸漬管の使用用途に応じて、不定形耐火物を設置することもできる。また、芯金１１の外周側も、前記したように、主として不定形耐火物１３を使用することが多いが、不定形耐火物と煉瓦を組み合わせて使用する場合もあり得る。
この煉瓦１２の厚みは、例えば、７０〜３００ｍｍ程度、また不定形耐火物１３の厚みは、例えば、７０〜２００ｍｍ程度、である。
【００２１】
また、芯金１１を覆う煉瓦１２と不定形耐火物１３には、従来公知の耐火材を用いることができる。この耐火材には、例えば、マグネシア−クロミア質（マグネシア−クロム質、マグクロ質、ともいう）、マグネシア−カーボン質、アルミナ−クロミア質（アルミナ−クロム質ともいう）、アルミナ−カーボン質、アルミナ−マグネシア質、アルミナ−マグネシア−カーボン質、アルミナ−スピネル−カーボン質等がある。
なお、上記した煉瓦１２と不定形耐火物１３の内部に、ガス供給用配管をそれぞれ配設して、浸漬管１０の外気浸入防止用に用いられているパージ用Ａｒ（アルゴンガス）を、煉瓦１２内と不定形耐火物１３内に供給することもできる。
【００２２】
芯金１１の径方向内表面と煉瓦１２の径方向外表面との間、及び芯金１１の径方向外表面と不定形耐火物１３の径方向内表面との間には、断熱材１６が配置されている。これにより、断熱材１６の断熱効果により、また芯金１１が空冷される場合は芯金１１の冷却機能の維持効果により、熱による芯金１１の変形を抑制することが可能になり、煉瓦１２と不定形耐火物１３の寿命延長に寄与できる。
この断熱材１６は、芯金１１の内表面と外表面に直接配置されているが、断熱材１６が、芯金１１と煉瓦１２の間、また芯金１１と不定形耐火物１３の間に配置されていれば、これに限定されるものではない。例えば、断熱材１６が芯金１１に隣接配置（断熱機能を発揮可能な位置に配置）されていれば、芯金１１の表面に断熱材１６を固定（接着）するため、芯金１１と断熱材１６の間に、薄いモルタルのような耐火材（固着材）を設置することもできる。
【００２３】
なお、前記したように、芯金に不定形耐火物を設置する場合、この不定形耐火物を支持するために、例えば、芯金の外周部（外周面）に複数のスタッドを設置（植設）することが多いが、この場合、スタッドは、上記した断熱材を避けて設置する。
また、断熱材１６は、芯金１１の内周側と外周側の双方に設置しているが、内周側と外周側のいずれか一方のみ（特に、内周側のみ）に配置した場合でも、熱による芯金１１の変形をある程度抑制することが可能であり、煉瓦１２又は不定形耐火物１３の寿命延長に寄与可能である。しかし、上記したように、断熱材１６を芯金１１の内周側と外周側の双方に配置することが、より望ましい。
【００２４】
上記した複数のスタッドは、その隣り合う間隔を、例えば、３００〜４００ｍｍと広く設置すると、溶鋼から芯金への熱伝達を低減できるものの、芯金外周部の不定形耐火物の保持力が不足し、脱ガス処理時に、芯金外周部の不定形耐火物に微細な亀裂が入る場合がある。この微細な亀裂は、不定形耐火物の剥落などの欠陥に至らないものの、芯金の温度が高くなり、断熱効果が減少して、浸漬管の寿命を延ばしにくい場合がある。
一方、スタッドの間隔を、例えば、５０ｍｍと狭く設置すると、スタッドを介して溶鋼の熱が芯金に伝わり易くなり、スタッドを起点とする微細な亀裂の発生数が増加するため、断熱効果が減少し、浸漬管の寿命を延ばしにくい場合がある。
【００２５】
このため、隣り合うスタッドの間隔を、８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下程度の適切な間隔で設けることが望ましい。
なお、従来は、上記した間隔でスタッドを設けると、スタッドを介して溶鋼の熱が芯金に伝わり、浸漬管の寿命を延ばしにくかった。しかし、芯金と不定形耐火物の間に断熱材を設置することで、スタッドが設置されている領域では、溶鋼の熱が芯金に伝わるが、スタッドが設置されていない領域では、溶鋼の熱が断熱材の効果により断熱されるので、断熱効果は損なわれない。
【００２６】
前記した断熱材には、雰囲気温度５００℃における熱伝導率が、０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のものを使用する。
ここで、断熱材の熱伝導率を雰囲気温度５００℃で規定したのは、断熱材を設置する浸漬管の使用環境を考慮したことによる。また、熱伝導率を０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に規定したのは、溶鋼からの入熱を断熱により回避させ、浸漬管の芯金温度の低減を図る必要があるため、より低熱伝導性であることが望ましいことによる。
従って、雰囲気温度５００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の断熱材を使用したが、熱伝導率が０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、更には、０．０３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の断熱材を使用することが好ましい。
一方、上記した理由から、断熱材の熱伝導率の下限値については規定していないが、世の中に存在する低熱伝導性の断熱材を考慮すれば、例えば、０．０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【００２７】
使用する断熱材の種類は、上記した熱伝導率を備えていれば、特に限定されるものではないが、低熱伝導性であるセル構造の微細多孔性の断熱材がよい。
また、断熱材の厚みは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下にする。
断熱材の厚みの下限値を１ｍｍとしたのは、断熱材（特に、微細多孔性の断熱材）が、その断熱性を維持しつつ、製造が可能な厚みを考慮したことによる。一方、厚みの上限値を５ｍｍとしたのは、断熱材の収縮により、煉瓦の目地開き（目地切れ）や不定形耐火物の亀裂が発生することのない厚みを考慮したことによる。
従って、断熱材の厚みを１ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることで、浸漬管の稼動後半（断熱材の性能劣化後）の寿命を更に延長できると共に、突然の耐火物の剥離等による突発トラブルも回避できるが、下限を１．５ｍｍ、更には２ｍｍ、上限を４ｍｍ、更には３ｍｍとすることが好ましい。
【００２８】
以上に示した脱ガス装置の浸漬管１０は、その大きさ（規模）が特に限定されるものではないが、本発明の効果がより顕著になるのは、浸漬管１０の内径（煉瓦１２の内幅）を３００ｍｍ以上とした場合である。
浸漬管の内径が３００ｍｍ未満の場合、芯金の内周側に設けた耐火物が構造的に安定化して、具体的には、煉瓦に目地開きが発生しても、また不定形耐火物に亀裂が発生しても、浸漬管の内径が小さいため、目地や亀裂を介して隣り合う耐火物同士が浸漬管の周方向に競り合って、落下（剥離）しづらくなる。従って、浸漬管の寿命に起因するような、耐火物の目地開きや亀裂等の損傷が発生しづらくなる。
一方、上記した理由から、上限値については特に規定していないが、一般的には２５００ｍｍ程度といわれている。
【００２９】
続いて、本発明の一実施の形態に係る脱ガス装置の浸漬管１０を使用した脱ガス方法について説明する。
まず、図１に示すように、芯金１１と煉瓦１２及び不定形耐火物１３との間に、厚みが１ｍｍ以上５ｍｍ以下で、かつ雰囲気温度５００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱材１６を配置した浸漬管１０を準備する。そして、この浸漬管１０の先端部を、取鍋（図示しない）内の溶鋼に浸漬させ、脱ガス処理を行う。
【００３０】
一般的に、耐火物の寿命は、溶鋼やスラグ等から受ける摩耗や溶損により耐火物が損耗することに起因した耐火物の残存状態により決定される。しかし、それ以外にも、脱ガス装置の浸漬管に使用される耐火物の寿命は、浸漬管の芯金の熱変形による亀裂や剥離等の影響を大きく受け、それにより発生した亀裂や目地開きにより、耐火物の残存厚み以外の寿命の律速要因が存在する。
即ち、断熱の効果により、浸漬管の芯金の熱変形が防止されるため、断熱性の大小が、芯金の変形抑制、更には浸漬管の寿命を決定づける因子となる。更に、浸漬管の稼動後半では、受熱による収縮のため断熱材の断熱性が低下し、逆に、断熱材の収縮による空隙の大小に起因した亀裂が発生するため、断熱材の収縮が、浸漬管の寿命を決定する因子となる。
【００３１】
そこで、上記した浸漬管１０のように、芯金１１と煉瓦１２及び不定形耐火物１３との間に、熱伝導率を規定した断熱材１６を配置することで、断熱材１６の断熱性を維持し、芯金の変形を抑制でき、耐火物の寿命延長が可能になる。更に、断熱材１６の厚みを規定することで、浸漬管１０の稼動後半において、断熱材１６の断熱性を維持すると共に、煉瓦の目地開きや不定形耐火物の亀裂の発生を抑制でき、耐火物の寿命延長が可能になる。
従って、本発明の脱ガス装置の浸漬管を使用することで、従来の浸漬管構造を大幅に変更することなく、芯金近傍の断熱のみで、簡便に耐火物の長寿命化が図れる。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、ＤＨ法の脱ガス装置の浸漬管を用いた。なお、浸漬管の内周側のウェア耐火物（浸漬管内周側煉瓦）には、マグネシア−クロミア質（気孔率：８体積％以上２３体積％以下）の煉瓦を主として用いた以外に、マグネシア−カーボン質の煉瓦（１４００℃で３時間還元焼成後のカーボン量が２質量％以上１５質量％以下）も用いた。また、外周側の耐火物には、アルミナ−マグネシア質の不定形耐火物を使用した。更に、この煉瓦の厚みを２６０ｍｍとし、また不定形耐火物の厚みを１７５ｍｍとして、浸漬管の内径を２０００ｍｍとした。なお、上記した１４００℃で３時間還元焼成とは、マグネシア−カーボン質の煉瓦のカーボン量測定の際に常用される事前熱処理である。
【００３３】
浸漬管に使用した断熱材の種類、熱伝導率、及び厚みと、各条件での耐火物の損傷状況を、表１に示す。なお、表１中の浸漬管内周側煉瓦の欄に記載の「ＭｇＣｒ１」は、マグネシア−クロミアの材質で構成され、その気孔率を１６体積％以上２３体積％以下の範囲で変更した煉瓦を意味し、また「ＭｇＣｒ２」は、上記した材質で構成され、、その気孔率を８体積％以上１５体積％以下の範囲で変更した煉瓦を意味している。また、浸漬管内周側煉瓦の欄に記載の「ＭｇＣ１」は、マグネシア−カーボンの材質で構成され、１４００℃で３時間還元焼成後のカーボン量を１０質量％以上１５質量％以下の範囲で変更した煉瓦を意味し、また「ＭｇＣ２」は、上記した材質で構成され、、そのカーボン量が２質量％以上９質量％以下の範囲で変更した煉瓦を意味している。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１に記載の断熱材の種類で「ＷＤＳ」とは、Ｐｏｒｅｘｔｈｅｒｍ Ｄａｍｍｓｔｏｆｆｅ Ｇｍｂｈ社製の「Ｐｏｒｅｘｔｈｅｒｍ ＷＤＳ（登録商標）」であり、その材質は、ヒュームドシリカを主材とした微孔性成形体（微細多孔性の断熱材）である。また、「Ｃ．Ｆ．」とは、セラミックスファイバーを意味する。
上記断熱材は、図１に示した芯金の外周面と内周面の双方、並びに、芯金の内周面又は外周面の３通りで設置した。なお、芯金の外周側への不定形耐火物の施工には、芯金の外周面に設けた先側がＹ字状に分岐した複数のスタッドを用い、隣り合うスタッドの設置間隔を８０〜３００ｍｍの範囲で変更した。
【００３６】
そして、煉瓦の平均損耗速度とは、浸漬管の芯金の内周側に設置された煉瓦の１チャージあたりの損耗量である。この平均損耗速度は、芯金の内周側に設置された煉瓦の初回（稼動開始より８０〜１００チャージ後）の補修時に、芯金の内周側へ圧入した不定形耐火物の圧入量を測定することで、煉瓦の損耗量を求め、その結果より算出した。具体的には、浸漬管（脱ガス槽）内に、内径が一定の円筒状の中子をセットし、中子及び浸漬管の下端の隙間を塞いだ状態で、中子と煉瓦との間に浸漬管の高さまで不定形耐火物を圧入し、浸漬管の高さと測定した不定形耐火物の圧入量（体積）から補修厚みを求めた。
【００３７】
更に、評価は、損耗抑制の効果と稼動末期の欠陥の双方を含めた総合評価で行った。
なお、損耗抑制の効果は、煉瓦の耐用性を示す評価であり、煉瓦の平均損耗速度から得られた結果である。ここでは、平均損耗速度が１．０（ｍｍ／ｃｈ）以下を「◎」、１．０（ｍｍ／ｃｈ）超１．５（ｍｍ／ｃｈ）以下を「○」、１．５（ｍｍ／ｃｈ）超を「×」とした。
また、稼動末期の欠陥は、操業の安定性（突発トラブルの発生の有無）を示す評価であり、目地開きや亀裂発生の有無を目視による監視で行った。
【００３８】
実施例１、２は図１記載の通り、断熱材の配置位置を、それぞれ芯金の内周面と外周面の双方（両面）とし、断熱材として、熱伝導率と厚みを適正範囲内（熱伝導率：０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、厚み：１ｍｍ以上５ｍｍ以下）としたＷＤＳを使用した結果である（浸漬管内周側煉瓦：ＭｇＣｒ１）。
実施例１、２に示すように、断熱性を向上（熱伝導率を低下）させることにより、煉瓦の平均損耗速度の低減効果が得られることを確認できた。特に、実施例２に示すように、断熱材の厚みを適正範囲内で厚くすることにより、平均損耗速度の更なる低減効果が得られた（実施例１：１．１５ｍｍ／ｃｈ、実施例２：０．９８ｍｍ／ｃｈ）。
なお、実施例２では、断熱材の厚みを厚くすることで、実施例１よりも稼動末期で亀裂や目地開きが発生し易い状態となったが、断熱材の厚みを適正範囲内に調整したため、使用に支障はなかった（総合評価：○）。
【００３９】
実施例３、４と、実施例５〜１０は、それぞれ断熱材の配置位置を、芯金の内周面又は外周面（片面のみ）としたものである（浸漬管内周側煉瓦：ＭｇＣｒ１）。
芯金の内周面のみ又は外周面のみに断熱材を配置した場合は、芯金の内周面と外周面の両面に断熱材を配置した場合よりも、平均損耗速度は増加するが、断熱材を全く用いない場合（比較例４）と比較すると、平均損耗速度の低減効果が得られ、平均損耗速度が１．０（ｍｍ／ｃｈ）超１．５（ｍｍ／ｃｈ）以下の結果が得られた。また、断熱材を、芯金の内周面のみ又は外周面のみに配置した場合、いずれも断熱材を厚くすることにより、平均損耗速度の低減効果が得られた。しかし、断熱材は、芯金の外周面のみに配置した場合よりも、芯金の内周面のみに配置した場合の方が、平均損耗速度の低減効果が大きかった。
【００４０】
実施例７、８は、実施例１〜６と比較して、スタッドの間隔を８０ｍｍと狭くしたものである。また、実施例９、１０は、実施例１〜６と比較して、スタッドの間隔を３００ｍｍと広くしたものである（浸漬管内周側煉瓦：ＭｇＣｒ１）。
前記した程度の間隔の狭隘化では、比較例４に比べて問題となるような平均損耗速度の増加は認められず、寧ろ芯金の外周側の不定形耐火物への微細亀裂の発生を抑制して、断熱の効果を維持できたものと考えられる。ただし、隣り合うスタッドの間隔には最適値が存在し、本実験では、８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下が、最も好成績であった。
【００４１】
一方、比較例１〜３は、断熱材の熱伝導率と厚みのいずれか一方又は双方を、適正範囲外とした断熱材を使用した結果であり、比較例４は、芯金の内周面と外周面のいずれにも、断熱材を配置しなかった場合の結果である（浸漬管内周側煉瓦：ＭｇＣｒ１）。
まず、比較例１、３のように、断熱材の熱伝導率を高く（０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）超）設定した場合、煉瓦の平均損耗速度が上昇した。特に、比較例１に示すように、断熱材の熱伝導率を０．３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）まで高めることにより、平均損耗速度が大幅に上昇した（比較例１：２．００ｍｍ／ｃｈ、比較例３：１．９８ｍｍ／ｃｈ）。
また、比較例１、２のように、断熱材の厚みを厚く（８ｍｍ以上）設定した場合、おおよそ浸漬管の稼動末期の３００チャージ以降に、亀裂や目地開きといった耐火物の残存厚みに寄らない浸漬管の交換理由が発生することが確認された。そこで、浸漬管の稼動終了後に耐火物の解体調査を行ったところ、当初施工した断熱材はいずれも最大で５ｍｍ以上収縮していた。このため、この収縮で発生した耐火物と芯金の間の隙間が起因となって、煉瓦の目地開きや不定形耐火物の亀裂が発生したものと考えられる。
【００４２】
また、芯金の内周面と外周面のいずれにも断熱材を使用しなかった比較例４でも、平均損耗速度は、比較例１、３と同程度の１．９５（ｍｍ／ｃｈ）へ上昇した。
比較例４では、芯金の熱変形による亀裂及び目地開きは発生したものの、芯金との間の目地厚は、隙間に充填した耐火モルタル（１〜３ｍｍ程度）に相当する厚みのみであったため、その収縮に起因する亀裂や目地開きは、ほとんど発生しなかったものと推察できる。
【００４３】
以上のことから、比較例１、３は、いずれも煉瓦の損耗抑制の効果が得られず、また比較例１、２は、いずれも稼動末期に欠陥が発生した。
このように、比較例１は、煉瓦の損耗抑制の効果が得られず、しかも稼動末期に欠陥が発生したことから、総合評価を「×」とした。
また、比較例２は、煉瓦の損耗抑制の効果は得られたが、断熱材の厚みが厚過ぎて稼動末期に欠陥が発生し、これが浸漬管の使用に支障をきたしたため、総合評価を「×」とした。
更に、比較例３は、稼動末期の欠陥をなくすことはできたが、断熱材の熱伝導率が高過ぎて煉瓦の損耗抑制の効果が得られず、これが浸漬管の使用に支障をきたしたため、総合評価を「×」とした。
【００４４】
次に、実施例３の条件について、芯金の内周側のウェア耐火物であるマグネシア−クロミア質の煉瓦を、その気孔率が、１６体積％以上２３体積％以下の範囲で変更されたＭｇＣｒ１の煉瓦から、８体積％以上１５体積％以下の範囲で変更されたＭｇＣｒ２の煉瓦に変更した。この結果を実施例１１に示す。
一般に、煉瓦は、気孔率を下げると、耐溶損性は向上するものの、耐スポーリング性が悪化して煉瓦に亀裂が入り易くなる傾向がある。スポーリングは、煉瓦の稼動面側（溶鋼接触面側）と背面側の温度差によって発生する内部応力によって、その発生が説明されるが、本願発明のように、断熱材を配置することで、その温度差は軽減される。
従って、実施例３に比べて実施例１１は、スポーリングによる損耗が顕著となることなく、煉瓦の平均損耗速度を改善でき、稼動末期の欠陥の悪化は見られなかった。
【００４５】
また、芯金の内周側のウェア耐火物にマグネシア−カーボン質の煉瓦を用いた場合は、実施例１２に示すように、１４００℃で３時間還元焼成後のカーボン量（カーボン組成）を、スポーリングによる損耗が発生しにくい、１０質量％以上１５質量％以下の範囲で変更したとき、本願発明の効果により、平均損耗速度や稼動末期の欠陥で、良好な結果が得られた。
一方、実施例１３に示すように、１４００℃で３時間還元焼成後のカーボン量を、スポーリングによる損耗が発生し易い、２質量％以上９質量％以下の範囲で変更した場合、更にスポーリングが顕著とならない範囲で、平均損耗速度を改善でき、断熱材を配置しなければ発生し易くなる稼動末期の欠陥の悪化も見られなかった。
【００４６】
以上のことから、本発明の脱ガス装置の浸漬管を使用することで、従来の浸漬管構造を大幅に変更することなく、芯金近傍の断熱のみで、非常に簡便に耐火物の長寿命化が図れることを確認できた。
更に、断熱材の効果により、一般にはスポーリングが劣るものの、より高い耐溶損性を持つ低気孔率の緻密な耐火物煉瓦や低カーボン含有量の煉瓦を使用して、耐火物の寿命延長が図れることも確認できた。
【００４７】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の脱ガス装置の浸漬管を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１０：脱ガス装置の浸漬管、１１：芯金、１２：煉瓦（内周側耐火物）、１３：不定形耐火物（外周側耐火物）、１４：支持金物、１５：中空部、１６：断熱材
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製鉄プロセスの溶製工程で使用される脱ガス装置の浸漬管に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉において一次精錬が終了した溶鋼は、脱炭のため、また水素や窒素などの溶存ガスの除去を目的として、真空脱ガス設備（単に脱ガス装置又は脱ガス設備ともいう）を用いた脱ガス処理が行われる。なお、脱ガス処理の方法には、例えば、ＤＨ（Ｄｏｒｔｍｕｎｔ−Ｈｏｒｄｅ）法やＲＨ（Ｒｕｈｒｓｔａｈｌ−Ｈｅｒａｕｓ）法等がある。
この脱ガス処理に用いる脱ガス設備は、真空脱ガス槽と、その下部に設けられた浸漬管を有している。なお、浸漬管は一般に、筒状となった芯金の内周側と外周側に耐火物が設けられた構成であり、脱ガス処理は、浸漬管の先端部（下端部）を取鍋内の溶鋼中に浸漬させ、この溶鋼を真空脱ガス槽内に吸い上げ、同時に還流することで行われている。
しかし、脱ガス処理は、上記したように、浸漬管の先端部を、取鍋内の溶鋼中に浸漬させた状態で行われるため、先端部（浸漬させた部分）の耐火物が損傷し、また芯金が熱で変形するため、浸漬管の長寿命化が図れなかった。
そこで、例えば、特許文献１には、筒状の芯金（芯管）と耐火物（耐火材）との間に、断熱モルタルを配置した浸漬管が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６８６００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１で使用される断熱モルタルの熱伝導率を、特許文献１の図３から概算すると、概ね０．１Ｗ／（ｍ・Ｋ）程度であって、断熱性が不十分であり、芯金の変形防止が図れない。
また、浸漬管の稼動に伴う受熱により、断熱モルタルの焼結が進行すると、その収縮が発生する。このため、断熱効果を向上させるために断熱モルタルの厚みを厚くした場合、断熱モルタルの収縮代に起因してウェア耐火物の背面側に生成する隙間が大きくなり、この結果、浸漬管の構造が不安定になって、煉瓦の目地開きや不定形耐火物（キャスタブル等）の亀裂といった問題が発生し、著しい場合には、ウェア耐火物の脱落が発生する恐れがある。
更に、浸漬管は、高温下で稼動させるため、断熱モルタルの収縮が進行して、熱伝導率が大幅に上昇することが考えられる。特に、浸漬管の使用（処理）回数の増加に伴い、断熱モルタルの焼結（焼き締まり）が進行して組織が緻密になると、断熱性の低下が顕著となることが考えられる。
この場合、高温に曝された芯金に熱変形（膨張）が発生し、この変形に追従できない煉瓦に目地開きが発生して、また不定形耐火物に亀裂が発生して、これらが浸漬管の寿命を律速する損傷となり、浸漬管の長寿命化を図ることができない恐れがある。
【０００５】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、従来の浸漬管構造を大幅に変更することなく、非常に簡便に耐火物の長寿命化を図ることが可能な脱ガス装置の浸漬管を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的に沿う本発明に係る脱ガス装置の浸漬管は、筒状の芯金の内周側と外周側に、それぞれ内周側耐火物と外周側耐火物が設けられた脱ガス装置の浸漬管において、
前記内周側耐火物と前記芯金との間、及び前記外周側耐火物と前記芯金との間のいずれか一方又は双方に、厚みが１ｍｍ以上５ｍｍ以下で、かつ雰囲気温度５００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱材が配置されている。
【０００７】
本発明に係る脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材は、微細多孔性であることが好ましい。
【０００８】
本発明に係る脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材が前記内周側耐火物と前記芯金との間に配置され、前記内周側耐火物を、気孔率が８体積％以上１５体積％以下のマグネシア−クロミア質の煉瓦で構成することで、断熱材を配置した効果がより顕著になる。
【０００９】
本発明に係る脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材が前記内周側耐火物と前記芯金との間に配置され、前記内周側耐火物を、１４００℃で３時間還元焼成した後のカーボン量が２質量％以上９質量％以下のマグネシア−カーボン質の煉瓦で構成することで、断熱材を配置した効果がより顕著になる。
【００１０】
本発明に係る脱ガス装置の浸漬管において、前記芯金の外周面に、隣り合う間隔を８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下にした複数のスタッドを設けることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る脱ガス装置の浸漬管は、芯金（特に、空冷芯金）と耐火物との間に断熱材を配置するので、耐火物の厚み方向、即ち稼動面（溶鋼接触面側）と背面（断熱材側）との間の温度勾配を緩やかにすることが可能になり、かつ、耐火物の急激な温度変化（抜熱による急冷）を軽減することが可能になる。これにより、耐火物のスポーリング損傷（剥離損傷）を軽減できるので、耐火物の寿命向上が可能になる。
特に、断熱材の熱伝導率を０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下とすることで、浸漬管の使用時（溶鋼への浸漬時）に周囲の溶鋼からの入熱を断熱により回避させ、芯金温度の低減が図れる。更に、断熱材の厚みを１ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることで、断熱材の断熱性を維持できると共に、断熱材の収縮による煉瓦の目地開きや不定形耐火物の亀裂発生を防止できる。
また、芯金を仮に空冷する場合でも、浸漬管は処理中の溶鋼内に浸漬させて使用するものであるため、溶鋼からの入熱が大きく芯金の温度が高温になり、芯金の熱膨張が煉瓦の目地開きや不定形耐火物の亀裂の発生原因となる。このため、開いた目地や亀裂を通して耐火物内へ地金が浸入し、芯金温度の更なる上昇を招くと共に、浸漬管の寿命を律速する損傷となり、浸漬管が低寿命となってしまう。そこで、芯金と耐火物との間に上記した断熱材を配置することで、芯金の変形が抑制され、耐火物の寿命延長が可能になる。
以上のことから、本発明の脱ガス装置の浸漬管は、従来の浸漬管構造を大幅に変更することなく、芯金近傍の断熱のみで、簡便に耐火物の長寿命化を図ることが可能である。
【００１２】
また、断熱材が微細多孔性である場合、所定の熱伝導率の断熱材を容易に入手できる。
【００１３】
そして、断熱材を内周側耐火物と芯金との間に配置した場合、断熱材によって内周側耐火物のスポーリング損傷を軽減できるため、内周側耐火物に、スポーリング損傷が発生し易い気孔率を低減させたマグネシア−クロミア質の煉瓦を使用できる。これにより、気孔率の低減によって内周側耐火物の耐溶損性を向上できるため、浸漬管の寿命を延ばすことが可能になる。
【００１４】
また、断熱材を内周側耐火物と芯金との間に配置した場合、断熱材によって内周側耐火物のスポーリング損傷を軽減できるため、内周側耐火物に、スポーリング損傷が発生し易いカーボン量を低減させたマグネシア−カーボン質の煉瓦を使用できる。これにより、カーボン量の低減によって内周側耐火物の耐溶損性を向上できるため、浸漬管の寿命を延ばすことが可能になる。
【００１５】
更に、芯金の外周面に、隣り合う間隔を８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下にした複数のスタッドを設けた場合、スタッドによる外周側耐火物の保持力不足や、スタッドを起点とした微細亀裂の発生数の低減が図れるため、浸漬管の寿命を延ばすことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る脱ガス装置の浸漬管の部分正断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る脱ガス装置の浸漬管（以下、単に浸漬管ともいう）１０は、筒状の芯金１１の内周側に、ウェア耐火物である煉瓦（内周側耐火物の一例）１２が、また外周側に、ウェア耐火物である不定形耐火物（外周側耐火物の一例）１３が、それぞれ設けられたものであり、従来の浸漬管構造を大幅に変更することなく、簡便に耐火物の長寿命化が図れるものである。以下、詳しく説明する。
【００１８】
浸漬管１０は、真空（減圧）を利用した溶鋼の脱炭や脱ガスの精錬を目的として使用可能なものである。なお、浸漬管は、上記した脱炭や脱ガスの精錬に使用するものであれば、特に限定されるものではなく、例えば、ＤＨ法やＲＨ法、更にはＣＡＳ（Ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ Ａｄｊｕｓｔｍｅｎｔ ｂｙ Ｓｅａｌｅｄ Ａｒｇｏｎ Ｂｕｂｂｌｉｎｇ）法等に使用するものでもよい。
【００１９】
浸漬管１０の芯金１１は、鉄製（金属製）の筒状となったものであり、その上端部が、真空脱ガス槽（図示しない）に接続され、その下端部には、内周側に配置される煉瓦１２を支持するための支持金物１４が固着されている。なお、芯金１１は、ここでは円筒状となっているが、筒状であれば特に限定されるものではない。
また、芯金１１は、その内部が外気から遮断された中空部１５を有する構造であり、芯金１１を内部から冷却できる構成（空冷可能な構成）となっているが、使用条件に応じて、例えば、中空部を有しない構成（中実板状）にすることもできる。
【００２０】
芯金１１の内周側には、前記したように、煉瓦（れんが）１２を設置しているが、浸漬管の使用用途に応じて、不定形耐火物を設置することもできる。また、芯金１１の外周側も、前記したように、主として不定形耐火物１３を使用することが多いが、不定形耐火物と煉瓦を組み合わせて使用する場合もあり得る。
この煉瓦１２の厚みは、例えば、７０〜３００ｍｍ程度、また不定形耐火物１３の厚みは、例えば、７０〜２００ｍｍ程度、である。
【００２１】
また、芯金１１を覆う煉瓦１２と不定形耐火物１３には、従来公知の耐火材を用いることができる。この耐火材には、例えば、マグネシア−クロミア質（マグネシア−クロム質、マグクロ質、ともいう）、マグネシア−カーボン質、アルミナ−クロミア質（アルミナ−クロム質ともいう）、アルミナ−カーボン質、アルミナ−マグネシア質、アルミナ−マグネシア−カーボン質、アルミナ−スピネル−カーボン質等がある。
なお、上記した煉瓦１２と不定形耐火物１３の内部に、ガス供給用配管をそれぞれ配設して、浸漬管１０の外気浸入防止用に用いられているパージ用Ａｒ（アルゴンガス）を、煉瓦１２内と不定形耐火物１３内に供給することもできる。
【００２２】
芯金１１の径方向内表面と煉瓦１２の径方向外表面との間、及び芯金１１の径方向外表面と不定形耐火物１３の径方向内表面との間には、断熱材１６が配置されている。これにより、断熱材１６の断熱効果により、また芯金１１が空冷される場合は芯金１１の冷却機能の維持効果により、熱による芯金１１の変形を抑制することが可能になり、煉瓦１２と不定形耐火物１３の寿命延長に寄与できる。
この断熱材１６は、芯金１１の内表面と外表面に直接配置されているが、断熱材１６が、芯金１１と煉瓦１２の間、また芯金１１と不定形耐火物１３の間に配置されていれば、これに限定されるものではない。例えば、断熱材１６が芯金１１に隣接配置（断熱機能を発揮可能な位置に配置）されていれば、芯金１１の表面に断熱材１６を固定（接着）するため、芯金１１と断熱材１６の間に、薄いモルタルのような耐火材（固着材）を設置することもできる。
【００２３】
なお、前記したように、芯金に不定形耐火物を設置する場合、この不定形耐火物を支持するために、例えば、芯金の外周部（外周面）に複数のスタッドを設置（植設）することが多いが、この場合、スタッドは、上記した断熱材を避けて設置する。
また、断熱材１６は、芯金１１の内周側と外周側の双方に設置しているが、内周側と外周側のいずれか一方のみ（特に、内周側のみ）に配置した場合でも、熱による芯金１１の変形をある程度抑制することが可能であり、煉瓦１２又は不定形耐火物１３の寿命延長に寄与可能である。しかし、上記したように、断熱材１６を芯金１１の内周側と外周側の双方に配置することが、より望ましい。
【００２４】
上記した複数のスタッドは、その隣り合う間隔を、例えば、３００〜４００ｍｍと広く設置すると、溶鋼から芯金への熱伝達を低減できるものの、芯金外周部の不定形耐火物の保持力が不足し、脱ガス処理時に、芯金外周部の不定形耐火物に微細な亀裂が入る場合がある。この微細な亀裂は、不定形耐火物の剥落などの欠陥に至らないものの、芯金の温度が高くなり、断熱効果が減少して、浸漬管の寿命を延ばしにくい場合がある。
一方、スタッドの間隔を、例えば、５０ｍｍと狭く設置すると、スタッドを介して溶鋼の熱が芯金に伝わり易くなり、スタッドを起点とする微細な亀裂の発生数が増加するため、断熱効果が減少し、浸漬管の寿命を延ばしにくい場合がある。
【００２５】
このため、隣り合うスタッドの間隔を、８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下程度の適切な間隔で設けることが望ましい。
なお、従来は、上記した間隔でスタッドを設けると、スタッドを介して溶鋼の熱が芯金に伝わり、浸漬管の寿命を延ばしにくかった。しかし、芯金と不定形耐火物の間に断熱材を設置することで、スタッドが設置されている領域では、溶鋼の熱が芯金に伝わるが、スタッドが設置されていない領域では、溶鋼の熱が断熱材の効果により断熱されるので、断熱効果は損なわれない。
【００２６】
前記した断熱材には、雰囲気温度５００℃における熱伝導率が、０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下のものを使用する。
ここで、断熱材の熱伝導率を雰囲気温度５００℃で規定したのは、断熱材を設置する浸漬管の使用環境を考慮したことによる。また、熱伝導率を０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下に規定したのは、溶鋼からの入熱を断熱により回避させ、浸漬管の芯金温度の低減を図る必要があるため、より低熱伝導性であることが望ましいことによる。
従って、雰囲気温度５００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の断熱材を使用したが、熱伝導率が０．０４Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、更には、０．０３５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下の断熱材を使用することが好ましい。
一方、上記した理由から、断熱材の熱伝導率の下限値については規定していないが、世の中に存在する低熱伝導性の断熱材を考慮すれば、例えば、０．０１Ｗ／（ｍ・Ｋ）である。
【００２７】
使用する断熱材の種類は、上記した熱伝導率を備えていれば、特に限定されるものではないが、低熱伝導性であるセル構造の微細多孔性の断熱材がよい。
また、断熱材の厚みは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下にする。
断熱材の厚みの下限値を１ｍｍとしたのは、断熱材（特に、微細多孔性の断熱材）が、その断熱性を維持しつつ、製造が可能な厚みを考慮したことによる。一方、厚みの上限値を５ｍｍとしたのは、断熱材の収縮により、煉瓦の目地開き（目地切れ）や不定形耐火物の亀裂が発生することのない厚みを考慮したことによる。
従って、断熱材の厚みを１ｍｍ以上５ｍｍ以下とすることで、浸漬管の稼動後半（断熱材の性能劣化後）の寿命を更に延長できると共に、突然の耐火物の剥離等による突発トラブルも回避できるが、下限を１．５ｍｍ、更には２ｍｍ、上限を４ｍｍ、更には３ｍｍとすることが好ましい。
【００２８】
以上に示した脱ガス装置の浸漬管１０は、その大きさ（規模）が特に限定されるものではないが、本発明の効果がより顕著になるのは、浸漬管１０の内径（煉瓦１２の内幅）を３００ｍｍ以上とした場合である。
浸漬管の内径が３００ｍｍ未満の場合、芯金の内周側に設けた耐火物が構造的に安定化して、具体的には、煉瓦に目地開きが発生しても、また不定形耐火物に亀裂が発生しても、浸漬管の内径が小さいため、目地や亀裂を介して隣り合う耐火物同士が浸漬管の周方向に競り合って、落下（剥離）しづらくなる。従って、浸漬管の寿命に起因するような、耐火物の目地開きや亀裂等の損傷が発生しづらくなる。
一方、上記した理由から、上限値については特に規定していないが、一般的には２５００ｍｍ程度といわれている。
【００２９】
続いて、本発明の一実施の形態に係る脱ガス装置の浸漬管１０を使用した脱ガス方法について説明する。
まず、図１に示すように、芯金１１と煉瓦１２及び不定形耐火物１３との間に、厚みが１ｍｍ以上５ｍｍ以下で、かつ雰囲気温度５００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱材１６を配置した浸漬管１０を準備する。そして、この浸漬管１０の先端部を、取鍋（図示しない）内の溶鋼に浸漬させ、脱ガス処理を行う。
【００３０】
一般的に、耐火物の寿命は、溶鋼やスラグ等から受ける摩耗や溶損により耐火物が損耗することに起因した耐火物の残存状態により決定される。しかし、それ以外にも、脱ガス装置の浸漬管に使用される耐火物の寿命は、浸漬管の芯金の熱変形による亀裂や剥離等の影響を大きく受け、それにより発生した亀裂や目地開きにより、耐火物の残存厚み以外の寿命の律速要因が存在する。
即ち、断熱の効果により、浸漬管の芯金の熱変形が防止されるため、断熱性の大小が、芯金の変形抑制、更には浸漬管の寿命を決定づける因子となる。更に、浸漬管の稼動後半では、受熱による収縮のため断熱材の断熱性が低下し、逆に、断熱材の収縮による空隙の大小に起因した亀裂が発生するため、断熱材の収縮が、浸漬管の寿命を決定する因子となる。
【００３１】
そこで、上記した浸漬管１０のように、芯金１１と煉瓦１２及び不定形耐火物１３との間に、熱伝導率を規定した断熱材１６を配置することで、断熱材１６の断熱性を維持し、芯金の変形を抑制でき、耐火物の寿命延長が可能になる。更に、断熱材１６の厚みを規定することで、浸漬管１０の稼動後半において、断熱材１６の断熱性を維持すると共に、煉瓦の目地開きや不定形耐火物の亀裂の発生を抑制でき、耐火物の寿命延長が可能になる。
従って、本発明の脱ガス装置の浸漬管を使用することで、従来の浸漬管構造を大幅に変更することなく、芯金近傍の断熱のみで、簡便に耐火物の長寿命化が図れる。
【実施例】
【００３２】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
ここでは、ＤＨ法の脱ガス装置の浸漬管を用いた。なお、浸漬管の内周側のウェア耐火物（浸漬管内周側煉瓦）には、マグネシア−クロミア質（気孔率：８体積％以上２３体積％以下）の煉瓦を主として用いた以外に、マグネシア−カーボン質の煉瓦（１４００℃で３時間還元焼成後のカーボン量が２質量％以上１５質量％以下）も用いた。また、外周側の耐火物には、アルミナ−マグネシア質の不定形耐火物を使用した。更に、この煉瓦の厚みを２６０ｍｍとし、また不定形耐火物の厚みを１７５ｍｍとして、浸漬管の内径を２０００ｍｍとした。なお、上記した１４００℃で３時間還元焼成とは、マグネシア−カーボン質の煉瓦のカーボン量測定の際に常用される事前熱処理である。
【００３３】
浸漬管に使用した断熱材の種類、熱伝導率、及び厚みと、各条件での耐火物の損傷状況を、表１に示す。なお、表１中の浸漬管内周側煉瓦の欄に記載の「ＭｇＣｒ１」は、マグネシア−クロミアの材質で構成され、その気孔率を１６体積％以上２３体積％以下の範囲で変更した煉瓦を意味し、また「ＭｇＣｒ２」は、上記した材質で構成され、、その気孔率を８体積％以上１５体積％以下の範囲で変更した煉瓦を意味している。また、浸漬管内周側煉瓦の欄に記載の「ＭｇＣ１」は、マグネシア−カーボンの材質で構成され、１４００℃で３時間還元焼成後のカーボン量を１０質量％以上１５質量％以下の範囲で変更した煉瓦を意味し、また「ＭｇＣ２」は、上記した材質で構成され、、そのカーボン量が２質量％以上９質量％以下の範囲で変更した煉瓦を意味している。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１に記載の断熱材の種類で「ＷＤＳ」とは、Ｐｏｒｅｘｔｈｅｒｍ Ｄａｍｍｓｔｏｆｆｅ Ｇｍｂｈ社製の「Ｐｏｒｅｘｔｈｅｒｍ ＷＤＳ（登録商標）」であり、その材質は、ヒュームドシリカを主材とした微孔性成形体（微細多孔性の断熱材）である。また、「Ｃ．Ｆ．」とは、セラミックスファイバーを意味する。
上記断熱材は、図１に示した芯金の外周面と内周面の双方、並びに、芯金の内周面又は外周面の３通りで設置した。なお、芯金の外周側への不定形耐火物の施工には、芯金の外周面に設けた先側がＹ字状に分岐した複数のスタッドを用い、隣り合うスタッドの設置間隔を８０〜３００ｍｍの範囲で変更した。
【００３６】
そして、煉瓦の平均損耗速度とは、浸漬管の芯金の内周側に設置された煉瓦の１チャージあたりの損耗量である。この平均損耗速度は、芯金の内周側に設置された煉瓦の初回（稼動開始より８０〜１００チャージ後）の補修時に、芯金の内周側へ圧入した不定形耐火物の圧入量を測定することで、煉瓦の損耗量を求め、その結果より算出した。具体的には、浸漬管（脱ガス槽）内に、内径が一定の円筒状の中子をセットし、中子及び浸漬管の下端の隙間を塞いだ状態で、中子と煉瓦との間に浸漬管の高さまで不定形耐火物を圧入し、浸漬管の高さと測定した不定形耐火物の圧入量（体積）から補修厚みを求めた。
【００３７】
更に、評価は、損耗抑制の効果と稼動末期の欠陥の双方を含めた総合評価で行った。
なお、損耗抑制の効果は、煉瓦の耐用性を示す評価であり、煉瓦の平均損耗速度から得られた結果である。ここでは、平均損耗速度が１．０（ｍｍ／ｃｈ）以下を「◎」、１．０（ｍｍ／ｃｈ）超１．５（ｍｍ／ｃｈ）以下を「○」、１．５（ｍｍ／ｃｈ）超を「×」とした。
また、稼動末期の欠陥は、操業の安定性（突発トラブルの発生の有無）を示す評価であり、目地開きや亀裂発生の有無を目視による監視で行った。
【００３８】
実施例１、２は図１記載の通り、断熱材の配置位置を、それぞれ芯金の内周面と外周面の双方（両面）とし、断熱材として、熱伝導率と厚みを適正範囲内（熱伝導率：０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、厚み：１ｍｍ以上５ｍｍ以下）としたＷＤＳを使用した結果である（浸漬管内周側煉瓦：ＭｇＣｒ１）。
実施例１、２に示すように、断熱性を向上（熱伝導率を低下）させることにより、煉瓦の平均損耗速度の低減効果が得られることを確認できた。特に、実施例２に示すように、断熱材の厚みを適正範囲内で厚くすることにより、平均損耗速度の更なる低減効果が得られた（実施例１：１．１５ｍｍ／ｃｈ、実施例２：０．９８ｍｍ／ｃｈ）。
なお、実施例２では、断熱材の厚みを厚くすることで、実施例１よりも稼動末期で亀裂や目地開きが発生し易い状態となったが、断熱材の厚みを適正範囲内に調整したため、使用に支障はなかった（総合評価：○）。
【００３９】
実施例３、４と、実施例５〜１０は、それぞれ断熱材の配置位置を、芯金の内周面又は外周面（片面のみ）としたものである（浸漬管内周側煉瓦：ＭｇＣｒ１）。
芯金の内周面のみ又は外周面のみに断熱材を配置した場合は、芯金の内周面と外周面の両面に断熱材を配置した場合よりも、平均損耗速度は増加するが、断熱材を全く用いない場合（比較例４）と比較すると、平均損耗速度の低減効果が得られ、平均損耗速度が１．０（ｍｍ／ｃｈ）超１．５（ｍｍ／ｃｈ）以下の結果が得られた。また、断熱材を、芯金の内周面のみ又は外周面のみに配置した場合、いずれも断熱材を厚くすることにより、平均損耗速度の低減効果が得られた。しかし、断熱材は、芯金の外周面のみに配置した場合よりも、芯金の内周面のみに配置した場合の方が、平均損耗速度の低減効果が大きかった。
【００４０】
実施例７、８は、実施例１〜６と比較して、スタッドの間隔を８０ｍｍと狭くしたものである。また、実施例９、１０は、実施例１〜６と比較して、スタッドの間隔を３００ｍｍと広くしたものである（浸漬管内周側煉瓦：ＭｇＣｒ１）。
前記した程度の間隔の狭隘化では、比較例４に比べて問題となるような平均損耗速度の増加は認められず、寧ろ芯金の外周側の不定形耐火物への微細亀裂の発生を抑制して、断熱の効果を維持できたものと考えられる。ただし、隣り合うスタッドの間隔には最適値が存在し、本実験では、８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下が、最も好成績であった。
【００４１】
一方、比較例１〜３は、断熱材の熱伝導率と厚みのいずれか一方又は双方を、適正範囲外とした断熱材を使用した結果であり、比較例４は、芯金の内周面と外周面のいずれにも、断熱材を配置しなかった場合の結果である（浸漬管内周側煉瓦：ＭｇＣｒ１）。
まず、比較例１、３のように、断熱材の熱伝導率を高く（０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）超）設定した場合、煉瓦の平均損耗速度が上昇した。特に、比較例１に示すように、断熱材の熱伝導率を０．３０Ｗ／（ｍ・Ｋ）まで高めることにより、平均損耗速度が大幅に上昇した（比較例１：２．００ｍｍ／ｃｈ、比較例３：１．９８ｍｍ／ｃｈ）。
また、比較例１、２のように、断熱材の厚みを厚く（８ｍｍ以上）設定した場合、おおよそ浸漬管の稼動末期の３００チャージ以降に、亀裂や目地開きといった耐火物の残存厚みに寄らない浸漬管の交換理由が発生することが確認された。そこで、浸漬管の稼動終了後に耐火物の解体調査を行ったところ、当初施工した断熱材はいずれも最大で５ｍｍ以上収縮していた。このため、この収縮で発生した耐火物と芯金の間の隙間が起因となって、煉瓦の目地開きや不定形耐火物の亀裂が発生したものと考えられる。
【００４２】
また、芯金の内周面と外周面のいずれにも断熱材を使用しなかった比較例４でも、平均損耗速度は、比較例１、３と同程度の１．９５（ｍｍ／ｃｈ）へ上昇した。
比較例４では、芯金の熱変形による亀裂及び目地開きは発生したものの、芯金との間の目地厚は、隙間に充填した耐火モルタル（１〜３ｍｍ程度）に相当する厚みのみであったため、その収縮に起因する亀裂や目地開きは、ほとんど発生しなかったものと推察できる。
【００４３】
以上のことから、比較例１、３は、いずれも煉瓦の損耗抑制の効果が得られず、また比較例１、２は、いずれも稼動末期に欠陥が発生した。
このように、比較例１は、煉瓦の損耗抑制の効果が得られず、しかも稼動末期に欠陥が発生したことから、総合評価を「×」とした。
また、比較例２は、煉瓦の損耗抑制の効果は得られたが、断熱材の厚みが厚過ぎて稼動末期に欠陥が発生し、これが浸漬管の使用に支障をきたしたため、総合評価を「×」とした。
更に、比較例３は、稼動末期の欠陥をなくすことはできたが、断熱材の熱伝導率が高過ぎて煉瓦の損耗抑制の効果が得られず、これが浸漬管の使用に支障をきたしたため、総合評価を「×」とした。
【００４４】
次に、実施例３の条件について、芯金の内周側のウェア耐火物であるマグネシア−クロミア質の煉瓦を、その気孔率が、１６体積％以上２３体積％以下の範囲で変更されたＭｇＣｒ１の煉瓦から、８体積％以上１５体積％以下の範囲で変更されたＭｇＣｒ２の煉瓦に変更した。この結果を実施例１１に示す。
一般に、煉瓦は、気孔率を下げると、耐溶損性は向上するものの、耐スポーリング性が悪化して煉瓦に亀裂が入り易くなる傾向がある。スポーリングは、煉瓦の稼動面側（溶鋼接触面側）と背面側の温度差によって発生する内部応力によって、その発生が説明されるが、本願発明のように、断熱材を配置することで、その温度差は軽減される。
従って、実施例３に比べて実施例１１は、スポーリングによる損耗が顕著となることなく、煉瓦の平均損耗速度を改善でき、稼動末期の欠陥の悪化は見られなかった。
【００４５】
また、芯金の内周側のウェア耐火物にマグネシア−カーボン質の煉瓦を用いた場合は、実施例１２に示すように、１４００℃で３時間還元焼成後のカーボン量（カーボン組成）を、スポーリングによる損耗が発生しにくい、１０質量％以上１５質量％以下の範囲で変更したとき、本願発明の効果により、平均損耗速度や稼動末期の欠陥で、良好な結果が得られた。
一方、実施例１３に示すように、１４００℃で３時間還元焼成後のカーボン量を、スポーリングによる損耗が発生し易い、２質量％以上９質量％以下の範囲で変更した場合、更にスポーリングが顕著とならない範囲で、平均損耗速度を改善でき、断熱材を配置しなければ発生し易くなる稼動末期の欠陥の悪化も見られなかった。
【００４６】
以上のことから、本発明の脱ガス装置の浸漬管を使用することで、従来の浸漬管構造を大幅に変更することなく、芯金近傍の断熱のみで、非常に簡便に耐火物の長寿命化が図れることを確認できた。
更に、断熱材の効果により、一般にはスポーリングが劣るものの、より高い耐溶損性を持つ低気孔率の緻密な耐火物煉瓦や低カーボン含有量の煉瓦を使用して、耐火物の寿命延長が図れることも確認できた。
【００４７】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の脱ガス装置の浸漬管を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４８】
１０：脱ガス装置の浸漬管、１１：芯金、１２：煉瓦（内周側耐火物）、１３：不定形耐火物（外周側耐火物）、１４：支持金物、１５：中空部、１６：断熱材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒状の芯金の内周側と外周側に、それぞれ内周側耐火物と外周側耐火物が設けられた脱ガス装置の浸漬管において、
前記内周側耐火物と前記芯金との間、及び前記外周側耐火物と前記芯金との間のいずれか一方又は双方に、厚みが１ｍｍ以上５ｍｍ以下で、かつ雰囲気温度５００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱材が配置されたことを特徴とする脱ガス装置の浸漬管。
【請求項２】
請求項１記載の脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材は、微細多孔性であることを特徴とする脱ガス装置の浸漬管。
【請求項３】
請求項１又は２記載の脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材が前記内周側耐火物と前記芯金との間に配置され、前記内周側耐火物を、気孔率が８体積％以上１５体積％以下のマグネシア−クロミア質の煉瓦で構成したことを特徴とする脱ガス装置の浸漬管。
【請求項４】
請求項１又は２記載の脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材が前記内周側耐火物と前記芯金との間に配置され、前記内周側耐火物を、１４００℃で３時間還元焼成した後のカーボン量が２質量％以上９質量％以下のマグネシア−カーボン質の煉瓦で構成したことを特徴とする脱ガス装置の浸漬管。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の脱ガス装置の浸漬管において、前記芯金の外周面に、隣り合う間隔を８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下にした複数のスタッドを設けたことを特徴とする脱ガス装置の浸漬管。
【請求項１】
筒状の芯金の内周側と外周側に、それぞれ内周側耐火物と外周側耐火物が設けられた脱ガス装置の浸漬管において、
前記内周側耐火物と前記芯金との間、及び前記外周側耐火物と前記芯金との間のいずれか一方又は双方に、厚みが１ｍｍ以上５ｍｍ以下で、かつ雰囲気温度５００℃における熱伝導率が０．０５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下である断熱材が配置されたことを特徴とする脱ガス装置の浸漬管。
【請求項２】
請求項１記載の脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材は、微細多孔性であることを特徴とする脱ガス装置の浸漬管。
【請求項３】
請求項１又は２記載の脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材が前記内周側耐火物と前記芯金との間に配置され、前記内周側耐火物を、気孔率が８体積％以上１５体積％以下のマグネシア−クロミア質の煉瓦で構成したことを特徴とする脱ガス装置の浸漬管。
【請求項４】
請求項１又は２記載の脱ガス装置の浸漬管において、前記断熱材が前記内周側耐火物と前記芯金との間に配置され、前記内周側耐火物を、１４００℃で３時間還元焼成した後のカーボン量が２質量％以上９質量％以下のマグネシア−カーボン質の煉瓦で構成したことを特徴とする脱ガス装置の浸漬管。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の脱ガス装置の浸漬管において、前記芯金の外周面に、隣り合う間隔を８０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下にした複数のスタッドを設けたことを特徴とする脱ガス装置の浸漬管。
【図１】
【公開番号】特開２０１３−４７３７４（Ｐ２０１３−４７３７４Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−１１７８５２（Ｐ２０１２−１１７８５２）
【出願日】平成２４年５月２３日（２０１２．５．２３）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【出願人】（０００１７０７１６）黒崎播磨株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年５月２３日（２０１２．５．２３）
【出願人】（０００００６６５５）新日鐵住金株式会社 (6,474)
【出願人】（０００１７０７１６）黒崎播磨株式会社 (314)
【Ｆターム（参考）】
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