JP5087937B2 - 耐火物被覆ランス及びその補修方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属などの高温溶融体中にガスや粉体などを吹き込むために使用される耐火物被覆ランスに関する。

金属の精錬工程において、取鍋などの容器内に入れられた溶融金属中に撹拌用ガスや粉状の精錬剤（＋キャリアス）などを吹き込むための手段として、耐火物被覆ランスが用いられている。例えば、鉄鋼製造プロセスでは、溶銑予備処理である脱珪処理や脱燐処理などにおいて、そのような耐火物被覆ランスが用いられる。
耐火物被覆ランスは、先端にノズルを有するランス芯金（金属管）の外側を耐火物で被覆した構造を有しており、通常、ランス芯金の外側には耐火物の脱落防止用のスタッドが設けられている。また、耐火物としては、通常、キャスタブル耐火物が用いられる。

この耐火物被覆ランス（以下、単に「ランス」という）は、通常、その下部側を溶融金属（例えば、溶銑や溶鋼）中に浸漬した状態で使用され、撹拌用ガスや粉状の精錬剤（＋キャリアガス）は、ランス芯金の上端からその内部に導入され、先端（下端）のノズルから溶融金属中に吹き込まれる。ランスは、このような使用形態で繰り返し使用される。

ランスを上記のように使用した場合、溶融金属などの高温溶融体と接するランス下部側の耐火物の損耗（溶損）が激しい。特に、溶融金属の精錬工程では、多くの場合、容器内の溶融金属表面上にスラグが存在するが、このスラグとランスの耐火物とが反応し、その部分の耐火物が優先的に溶損することが多い。そのためランス芯金や他の耐火物部分はあまり損耗せず、健全で使用可能な状態にあっても、スラグライン部（スラグと接触する部分）やそれよりも下部側の耐火物部分が損耗することにより、ランスが全体として使用することができない状態になる。

この対策として、被覆耐火物を有効利用するために、健全な耐火物部分を残し、損耗した耐火物部分のみを解体して、新たな耐火物を継ぎ足し施工することが行われているが、損耗部分の解体時の衝撃により健全部分の耐火物が脱落したり、損耗部分と健全部分は一体の耐火物であるために、解体時に損耗部分に生じた亀裂が健全部分に伝播することにより、健全部分が脱落する現象が発生し、継ぎ足しの効果が得られないことが多い。

従来、ランスの被覆耐火物の脱落を防止するために、ランス芯金に特定の形態でスタッドを設ける技術が特許文献１に示されている。また、ランスの被覆耐火物の亀裂発生に起因した脱落を防止するために、ランス芯金にスタッドに代えて亀裂発生防止用の特別な部材を設ける技術が特許文献２に示されている。
一方、耐火物の一部が損耗したランスの補修方法としては、ランス下部側の耐火物が損耗した場合、ランスを切断して長手方向で２分割し、ランス上部側の芯金と予め製作しておいたランス下部側の芯金とを溶接して接合し、しかる後、溶接部の芯金の外周に耐火物を施工するようにしたランスの補修方法が、特許文献３に示されている。

特開平１０−２８７９１３号公報 特開平１０−２８００２８号公報 特開２００２−６０８３０号公報

しかし、特許文献１，２のような耐火物の脱落防止技術を適用したとしても、耐火物の損耗部分を解体する際の衝撃や亀裂の発生には十分対応できず、耐火物の脱落を適切に防止することは難しい。
また、特許文献３の補修方法は、ランス芯金の切断や溶接が必要であるため、作業が煩雑で補修コストも高くなる難点がある。

したがって本発明の目的は、耐火物の損耗部分を、健全部分の脱落などの問題を生じることなく適切且つ経済的に補修することが可能な耐火物被覆ランスを提供することにある。
また、本発明の他の目的は、そのような耐火物被覆ランスの補修を適切且つ経済的に行うことができる補修方法を提供することにある。

上記課題解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
［1］先端にノズル（１０）を有する長手方向が一体構造のランス芯金（１）の外側を耐火物（２）で被覆した構造を有し、ランス下部側を溶融金属に浸漬した状態で使用される耐火物被覆ランスにおいて、
ランス芯金長手方向の少なくとも１箇所に、前記耐火物（２）をランス芯金周方向で仕切るフランジ状の仕切り板（３）を、前記耐火物（２）内に突出するように設けたことを特徴とする耐火物被覆ランス。
［2］上記［1］の耐火物被覆ランスにおいて、少なくともスラグライン部を含むランス下部側とランス上部側の境界位置に仕切り板（３）を設けたことを特徴とする耐火物被覆ランス。

［3］上記［1］又は［2］の耐火物被覆ランスにおいて、仕切り板（３）の外周部が耐火物（２）で覆われていることを特徴とする耐火物被覆ランス。
［4］上記［3］の耐火物被覆ランスにおいて、仕切り板（３）は、耐火物厚みの５０％以上、１００％未満を分断するものであることを特徴とする耐火物被覆ランス。
［5］上記［1］〜［4］のいずれかの耐火物被覆ランスにおいて、耐火物（２）は、ランス芯金長手方向で連続体であることを特徴とする耐火物被覆ランス。
［6］上記［1］〜［5］のいずれかの耐火物被覆ランスにおいて、仕切り板（３）は、ランス芯金（１）との間に隙間（４）を有することを特徴とする耐火物被覆ランス。
［7］上記［6］の耐火物被覆ランスにおいて、仕切り板（３）は、仕切り板本体を構成するリング板（３０）と、ランス芯金周方向に適当な間隔で配置され、前記リング板（３０）をランス芯金（１）に対して支持する複数の支持部材（３１）で構成され、
前記リング板（３０）は、ランス芯金外面との間で周方向に隙間（４）を形成するようにしてランス芯金（１）に外装された状態で、前記複数の支持部材（３１）によりランス芯金（１）に支持されることを特徴とする耐火物被覆ランス。
［8］上記［7］の耐火物被覆ランスにおいて、各支持部材（３１）は、ランス芯金長手方向に沿って配置され、ランス芯金（１）の外面に固定された細長の板材からなり、該支持部材（３１）はランス曲損防止の補強材を兼ねることを特徴とする耐火物被覆ランス。
［9］上記［1］〜［8］のいずれかの耐火物被覆ランスを１回以上使用した後、仕切り板（３）で仕切られた一方の領域の耐火物（２）を解体し、しかる後、当該領域に新たなキャスタブル耐火物を施工することを特徴とする耐火物被覆ランスの補修方法。
［10］上記［9］の補修方法において、仕切り板（３）で仕切られた一方の領域の耐火物（２）を、圧壊することにより解体することを特徴とする耐火物被覆ランスの補修方法。

本発明の耐火物被覆ランスは、仕切り板によって耐火物がランス長手方向で分断されているため、仕切り板で仕切られた一方の領域の耐火物が損耗したために、その領域の耐火物部分（損耗部分）を解体する際に、他方の領域の耐火物部分（健全部分）に衝撃が伝わりにくく、また、解体する損耗部分に生じた亀裂が健全部分に伝播することがないので、健全部分の耐火物の脱落などを適切に防止しつつ、耐火物の継足しによる耐火物被覆ランスの補修を安定的に行うことができる。
また、本発明の補修方法によれば、上記のような安定的な補修を行うことができ、特に、損耗部分の耐火物を圧壊作用で解体することにより、健全部分の耐火物への衝撃の伝播をより少なくし、さらに安定的な補修を行うことができる。

図１〜図３は本発明の耐火物被覆ランス（以下、単に「ランス」という）の一実施形態を示すもので、図１は耐火物を断面した状態で示す側面図、図２はランス芯金の側面図、図３は図２中のIII−III線に沿う断面図である。なお、図２は、図１に対してランス芯金長手方向を縮尺してある。
本実施形態は、鉄鋼製造プロセスの溶銑予備処理（例えば、溶銑の脱珪処理、脱燐処理、脱硫処理など）に使用されるランスである。

このランスは、ガスや精錬剤（粉体）を通すための金属管などからなるランス芯金１の外側を耐火物２で被覆した構造を有する。
前記ランス芯金１は、先端（下端）にノズル１０を有し、後端（上端）からガスや精錬剤などが導入されるようになっている。また、通常、ランス芯金１の外側には耐火物２の脱落を防止するためのスタッド（図示せず）が多数設けられている。また、ランス芯金１の上端側には、ランス昇降装置に取り付けるためのフランジ５が設けられている。このランス芯金１は、通常、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼などで構成される。
前記耐火物２としては、通常、キャスタブル耐火物が用いられる。このキャスタブル耐火物としては、高アルミナ質、アルミナ−シリカ質などのような使用可能な適宜な材質のものを用いればよい。

以上のようなランスの基本構造において、ランス芯金１の長手方向の途中には、耐火物２をランス芯金周方向で仕切るフランジ状の仕切り板３が設けられている。
ランスを実際に使用した場合にスラグと接触するスラグライン部（ＳＬ部）を図１に示す。さきに述べたように、このスラグライン部を含めたランス下部側は、スラグや溶銑中に浸漬されるため受熱量が多く、耐火物２の損耗は激しいが、そのなかでも、スラグライン部の耐火物２はスラグと接触して反応することにより、特に溶損を生じやすい部分である。これに対して、スラグライン部よりも上方の耐火物部分は、基本的に高温溶融体（スラグ、溶銑）と接触しないため溶損は僅かである。このため本実施形態では、前記仕切り板３はこのスラグライン部を含むランス下部側とランス上部側の境界位置、より具体的には、高温溶融体と接触しないスラグライン部直上位置に設けられている。

仕切り板３は、耐火物２を厚み方向で完全に分断するものである必要はないが、耐火物厚みの相当部分を分断するものであることが好ましい。仕切り板３の外周部は、耐火物２の外面とほぼ面一か若しくは耐火物２の外面から突出させることもできるが、仕切り板３の外周部が耐火物２の外面から突出するような構造では、耐火物を施工する際の型枠のセットが煩雑になる。また、仕切り板３の一部が耐火物２の外側に露出した構造では、ランスの使用中に仕切り板３が酸化して寿命が低下し、繰り返し使用に耐えられなくなるおそれがある。このため、仕切り板３は、その外周部が耐火物２の外側に露出せず、耐火物２で覆われた構造（すなわち、仕切り板全体が耐火物２中に埋め込まれた構造）とすることが好ましい。この場合、耐火物２の外面からの仕切り板３の外周部の深さは、例えば、１０〜３０ｍｍ程度とすることができる。

また、仕切り板３が分断する耐火物厚みが小さくなると、亀裂の伝播を防止するなどの機能が低下するため、仕切り板３は耐火物厚みの３０％以上、望ましくは５０％以上を分断するものであることが好ましい。また、上述したように仕切り板３の外周部は耐火物２の外側に露出しないこと、すなわち、仕切り板３は耐火物厚みの１００％未満を分断するものであることが好ましい。
仕切り板３は、ランス芯金１と同様、通常、ステンレス鋼、合金鋼、炭素鋼などで構成され、通常、溶接でランス芯金１に固定される。

本実施形態の仕切り板３は、仕切り板本体を構成するリング板３０とこれをランス芯金１に対して支持する複数の支持部材３１で構成されている。各支持部材３１は、ランス芯金長手方向に沿って配置され、ランス芯金１の外面に固定（通常、溶接で固定）された細長の板材であり、このような支持部材３１がランス芯金周方向に適当な間隔で複数配置されている。なお、これらの支持部材３１（リブ）は、ランス曲損防止の補強材としても機能する。
前記リング板３０は、リング内周径がランス芯金１の外径よりも十分に大きく、且つリング外周径が施工後の耐火物２の外径よりも小さく構成されている。このリング板３０は、ランス芯金１（外面）との間で周方向に隙間４を形成するようにしてランス芯金１に外装された状態で、前記各支持部材３１の一端に固定（通常、溶接で固定）されることで支持され、仕切り板３が構成される。したがって、この仕切り板３はランス芯金１との間に適度な隙間４を有する。

この隙間４を設けることにより、製造時における耐火物の充填性を確保できるとともに、ランス使用時の熱で仕切り板３に歪みが生じるのを抑えることができる。このような隙間４を設けることにより、仕切り板３で仕切られる耐火物２は、当該隙間４の部分では一体に繋がっていることになるが、仕切り板３によって耐火物２の外面側を含めた厚み方向の相当部分（耐火物厚みの３０％以上、好ましくは５０％以上）を分断しているので、問題はない。
なお、前記仕切り板３はランス芯金１長手方向の複数箇所に設けてもよい。

以上のようなランスでは、仕切り板３によって耐火物２がランス長手方向で分断されているため、ランス下部側領域Ａの耐火物２が損耗したためにこれを解体する場合、ランス上部側領域Ｂの耐火物２（健全部分）に衝撃が伝わりにくく、また、解体の際にランス下部側領域Ａの耐火物２に生じた亀裂がランス上部側領域Ｂの耐火物２に伝播することがないので、ランス上部側領域Ｂの健全な耐火物２を脱落を生じさせることなく、安定して残すことができる。この結果、ランス補修時の耐火物施工量が減少し、高いコスト削減効果が得られる。具体的には、耐火物残し施工の比率（＝補修したランスのうちランス上部側の耐火物を残存させることができたランス本数／補修したランス本数）を４０％から８０％に向上させ、ランニングコストを２０％程度も低減させることができる。

次に、本発明のランス補修方法を図４に基づいて説明する。図４は、本発明の補修方法の一実施形態を示すもので、耐火物の一部を解体した後の耐火物被覆ランスを、耐火物を断面した状態で示す説明図である。
上述したようなランスを１回以上使用し、仕切り板３で仕切られたランス下部側領域Ａの耐火物２が補修を要するような損耗（溶損）を生じた場合、その耐火物２を図４に示すように解体し、しかる後、その領域に新たにキャスタブル耐火物を施工し、耐火物２を形成する。この部分的なキャスタブル耐火物の施工は、従来行われている方法と同じでよい。すなわち、型枠内にランス芯金１を固定し、型枠内にキャスタブル耐火物を流し込む等の方法で施工すればよい。
また、仕切り板３をランス芯金長手方向の複数箇所に設けることで、耐火物２がランス長手方向で３領域以上に仕切られている場合にも、耐火物２が補修を要するような損耗を生じた領域のみを解体し、その部分に新たな耐火物を施工すればよい。

上記のような損耗した耐火物の解体方法としては、耐火物２を圧壊（圧砕）することにより解体する方法が特に好ましい。このように耐火物２を圧壊作用で解体することにより、健全部分の耐火物２への衝撃の伝播をより少なくし、さらに安定的な補修を行うことができる。耐火物２を圧壊（圧砕）するための手段としては、例えば、ニブラと呼ばれる圧砕用重機などを用いることができる。このニブラとは、コンクリート破砕などで汎用されている重機であり、ショベルの先端に大型のハサミ状の圧砕刃を有し、この圧砕刃で対象物を挟んで圧砕するものである。本発明で使用するニブラとしては、ランス芯金１を破損させることなく外側の耐火物２のみを圧砕にするために、圧砕刃が耐火物２を挟み込むための凹状部を有するものなどが好ましい。
なお、耐火物２の圧壊（圧砕）手段としては、上記ニブラに限らず、適宜な手段を用いることができる。

本発明の耐火物被覆ランスの一実施形態を示すもので、耐火物を断面した状態で示す側面図 図１の実施形態におけるランス芯金の側面図 図２中のIII−III線に沿う断面図 本発明の補修方法の一実施形態を示すもので、耐火物の一部を解体した後の耐火物被覆ランスを、耐火物を断面した状態で示す説明図

符号の説明

１ ランス芯金
２ 耐火物
３ 仕切り板
４ 隙間
５ フランジ
１０ ノズル
３０ リング板
３１ 支持部材

Claims (10)

1. 先端にノズル（１０）を有する長手方向が一体構造のランス芯金（１）の外側を耐火物（２）で被覆した構造を有し、ランス下部側を溶融金属に浸漬した状態で使用される耐火物被覆ランスにおいて、
   ランス芯金長手方向の少なくとも１箇所に、前記耐火物（２）をランス芯金周方向で仕切るフランジ状の仕切り板（３）を、前記耐火物（２）内に突出するように設けたことを特徴とする耐火物被覆ランス。
2. 少なくともスラグライン部を含むランス下部側とランス上部側の境界位置に仕切り板（３）を設けたことを特徴とする請求項１に記載の耐火物被覆ランス。
3. 仕切り板（３）の外周部が耐火物（２）で覆われていることを特徴とする請求項１又は２に記載の耐火物被覆ランス。
4. 仕切り板（３）は、耐火物厚みの５０％以上、１００％未満を分断するものであることを特徴とする請求項３に記載の耐火物被覆ランス。
5. 耐火物（２）は、ランス芯金長手方向で連続体であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の耐火物被覆ランス。
6. 仕切り板（３）は、ランス芯金（１）との間に隙間（４）を有することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の耐火物被覆ランス。
7. 仕切り板（３）は、仕切り板本体を構成するリング板（３０）と、ランス芯金周方向に適当な間隔で配置され、前記リング板（３０）をランス芯金（１）に対して支持する複数の支持部材（３１）で構成され、
   前記リング板（３０）は、ランス芯金外面との間で周方向に隙間（４）を形成するようにしてランス芯金（１）に外装された状態で、前記複数の支持部材（３１）によりランス芯金（１）に支持されることを特徴とする請求項６に記載の耐火物被覆ランス。
8. 各支持部材（３１）は、ランス芯金長手方向に沿って配置され、ランス芯金（１）の外面に固定された細長の板材からなり、該支持部材（３１）はランス曲損防止の補強材を兼ねることを特徴とする請求項７に記載の耐火物被覆ランス。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載の耐火物被覆ランスを１回以上使用した後、仕切り板（３）で仕切られた一方の領域の耐火物（２）を解体し、しかる後、当該領域に新たなキャスタブル耐火物を施工することを特徴とする耐火物被覆ランスの補修方法。
10. 仕切り板（３）で仕切られた一方の領域の耐火物（２）を、圧壊することにより解体することを特徴とする請求項９に記載の耐火物被覆ランスの補修方法。

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