JP7510763B2

JP7510763B2 - ポーラスプラグ

Info

Publication number: JP7510763B2
Application number: JP2020010455A
Authority: JP
Inventors: 将史松尾; 公宏安井; 孝文今枝
Original assignee: TYK Corp
Current assignee: TYK Corp
Priority date: 2020-01-26
Filing date: 2020-01-26
Publication date: 2024-07-04
Anticipated expiration: 2040-01-26
Also published as: JP2021116453A

Description

本発明は、取鍋等の溶融金属容器の底壁に羽口耐火物を介して保持され、溶融金属にガスを吹き込むためのポーラスプラグに関する。

ポーラスプラグは、取鍋、タンディッシュ等の溶融金属容器の底壁の羽口耐火物に装着され、溶融金属にガスを吹き込むための通気性を有する多孔質耐火物であり、溶鋼の撹拌や溶鋼介在物の浮上、冶金反応の促進を目的に使用される。ポーラスプラグは、羽口耐火物含めた溶融金属容器の底部が交換基準の残寸になるまで、繰り返し交換されながら使用される。

ポーラスプラグ１００は、通常、図５（Ａ）に示すように、羽口耐火物２００により覆われて保護されている。ポーラスプラグ１００を保持する羽口耐火物２００は、上面が溶鋼等の高温の溶融溶湯に接触している。また、ガス吹き込みによる起因する金属溶湯の攪拌の流れにより、図５（Ｂ）に示すようにポーラスプラグ１００周囲部分の損耗が激しい。

羽口耐火物が損耗した状態でポーラスプラグ１００を交換すると、図５（Ｃ）に示すようにポーラスプラグ１００の先端部分が炉内に露出した状態となる。ポーラスプラグ１００が露出した状態で使用されると、１回の使用で羽口耐火物の残寸位置までポーラスプラグ１００が一気に損耗することが多い。そのため、ポーラスプラグ１００を交換した際に、羽口耐火物２００の損傷個所を補修する必要がある。

羽口耐火物２００の補修を行う際に、溶融金属容器を冷却してから行うと、溶融金属容器を構成する耐火物にスポーリングが発生する、冷却、再使用時の昇温に時間がかかる、などの問題があるため、溶融金属容器を冷却しない高温環境下で行うことが好ましい。

このような補修方法として、例えば、特許文献１には、作業者が、溶融金属容器の上部からアルミナ－シリカ系やシリカ－ジルコン系の粉体からなる補修材を収納した袋体を損傷個所へ落下させ、その落下衝撃力及び容器の保持熱エネルギーで圧着しつつ順次肉盛りする熱間補修方法が開示されている。

特開昭５７－１７２１８２号公報

上記補修方法によれば、鎖や鉄棒等を用いて羽口形成体を溶融金属容器の上部から設置し、補修後に取り除く必要がある。羽口形成体を正確に位置決めする必要があり、また、熱間での補修のため作業者の危険が伴う。一方、羽口形成体なしで羽口耐火物の補修を行うと、図５（Ｄ）に示すように、補修材３００がポーラスプラグ１００の上端を覆ってしまうことがある。この状態で補修材３００が焼結すると、ポーラスプラグ１００のガス吹込み口１００ａが閉塞して十分な通気量が得られなくなり、精錬時にガス吹きできないことがある。そこで、作業者は、ポーラスプラグ１００が閉塞しないように、損耗している羽口耐火物２００とポーラスプラグ１００との境界近傍を避けて補修材３００を投げ入れる傾向があり、羽口耐火物２００をポーラスプラグ１００を十分に保護できるように精度よく補修できないことがあった。

そこで、本発明では、簡単な作業で、ポーラスプラグを閉塞させることなく、高い精度で確実に羽口耐火物を補修することができるポーラスプラグを提供することを目的とする。

請求項１に記載の発明では、溶融金属容器の底壁に羽口耐火物を介して保持され、溶融金属にガスを吹き込むためのポーラスプラグであって、羽口耐火物に対し補修材を投入して行う羽口耐火物の熱間補修のときに補修材によるポーラスプラグのガス吹込み口の閉塞を防止するとともに、溶融金属との接触により溶解する蓋体を、溶融金属側の先端部に備え、前記蓋体は、溶融金属容器に装着したときに先端から外方に向かって傾斜する傾斜面を外周面の少なくとも一部に有している、という技術的手段を用いる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載のポーラスプラグにおいて、前記傾斜面は、円錐面状に形成されている、という技術的手段を用いる。

請求項３に記載の発明では、請求項１または請求項２に記載のポーラスプラグにおいて、前記蓋体は、先端部が、補修材を充填して補修する予定の領域の上端と同じ高さ、または、当該上端から突出するように設定されている、という技術的手段を用いる。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載のポーラスプラグにおいて、前記上端から突出する部位に、前記蓋体の内部に連通し通ガス試験を行うための通気孔が形成されている、という技術的手段を用いる。

本発明のポーラスプラグを用いると、羽口耐火物を補修するため、補修材を投入するときに、従来の補修方法のように羽口形成体を正確に位置決めして使用する必要がない。蓋体により補修材によるポーラスプラグの閉塞を防ぐことができるので、補修材を補修予定位置に向かって投入するという簡単な作業で、羽口耐火物を高い精度で確実に補修することができる。羽口耐火物を高い精度で確実に補修することにより、羽口耐火物によるポーラスプラグの保護効果を向上させることができるので、ポーラスプラグの寿命を延ばすことができる。

ポーラスプラグが装着された溶融金属容器の構造を示す縦断面説明図である。本発明のポーラスプラグの構造を示す縦断面説明図である。補修材による羽口耐火物の補修方法を示す説明図である。ポーラスプラグの蓋体の変更例を示す説明図である。従来のポーラスプラグを用いた溶融金属容器における補修材による羽口耐火物の補修方法を示す説明図である。

本発明のポーラスプラグ１は、図１に示すように、溶融金属容器２において溶融金属を貯留する溶湯保持室を構成する耐火物層２１の底部に設けられている羽口耐火物２２に嵌合されて保持されている。

ポーラスプラグ１は、アルゴンガス等のガスを、溶融金属容器２中の溶鋼等の溶融金属Ｗ中に供給し、ガス吹込み処理を行う。

羽口耐火物２２は、ポーラスプラグ１を保持するための保持孔２２ａを備えている。保持孔２２ａの内面は、ポーラスプラグ１の外周面１０ａの傾斜にあわせて縦断面で上側（溶融金属側）に向かって縮径する円錐面をなしている。

図２に示すように、ポーラスプラグ１は、鉄皮１０、キャスタブル耐火物１１、ポーラス質耐火物１２、終点判定用ポーラス質耐火物１３及び蓋体１４を備えている。ポーラスプラグ１は、縦断面で上側（溶融金属側）に向かって縮径する円錐台形状をなしている。

ポーラスプラグ１の下端にはガス供給管１５が接続されている。このポーラスプラグ１を用いて、溶融金属に対してガスの吹込操作を繰り返し行うと、ポーラスプラグ１の上端から徐々に損耗する。そして、ポーラス質耐火物１２が消耗して、終点判定用ポーラス質耐火物１３の上端が露出したところでポーラスプラグ１の交換基準の残寸と判断することができる。

鉄皮１０は、ステンレス鋼等の合金鋼や炭素鋼等により中空の円錐台形状に形成されており、ポーラスプラグ１の外周面を形成している。鉄皮１０の外周面１０ａは、上方（溶融金属側）に向かうにつれて外径が小さくなる円錐面に形成されている。

キャスタブル耐火物１１は、鉄皮１０に充填され、ポーラス質耐火物１２及び終点判定用ポーラス質耐火物１３を鉄皮１０内に保持する耐火物である。キャスタブル耐火物１１は、ポーラス質耐火物１２及び終点判定用ポーラス質耐火物１３を鉄皮１０内に配置した後、例えばアルミナ系のスラリー状の耐火材料を鋳込んだ後に固化させて形成されている。

ポーラス質耐火物１２は、通気性を有する、例えば、アルミナ－シリカ質、ハイアルミナ質、アルミナ－クロム質、アルミナ－マグネシア質、マグネシア－クロム質の多孔質耐火物により円錐台形状に形成されている。ポーラス質耐火物１２の上端面１２ａは溶融金属側に露出するように配置されており、ガス吹込み口として作用する。

終点判定用ポーラス質耐火物１３は、通気性を有する、例えば、アルミナ－シリカ質、ハイアルミナ質、アルミナ－クロム質、アルミナ－マグネシア質、マグネシア－クロム質の多孔質耐火物により形成されている。ポーラス質耐火物１２と同じ材質でも異なる材質でもよい。終点判定用ポーラス質耐火物１３は、ポーラス質耐火物１２の下部にガス供給管１５と連通するように配置されている。ポーラスプラグ１は、溶融金属へのガス吹き込みを行うと上端から徐々に損耗する。ポーラス質耐火物１２が消耗して、終点判定用ポーラス質耐火物１３の上端が露出したところで、交換時期を判断することができる。

蓋体１４は、補修材によるガス吹込み口（上端面１２ａ）の閉塞を防止するための部材であり、鉄皮１０の外周面１０ａの上端１０ｂ（溶融金属側）に溶接されて固定されている。蓋体１４は、溶融金属との接触により溶解する材料で形成されており、例えば、溶融金属が溶鋼のときには、ＳＳ材(ＳＳ４００など)、ＳＵＳ材(ＳＵＳ３０４など)や鉄皮１０に使われる材質から、鉄皮１０との溶接の相性を勘案して、適宜選択する。

本実施形態では、蓋体１４は、先端部１４ａから外方に向かって傾斜する傾斜面１４ｂとして、円錐面を備えた中空の円錐形状に形成されている。

蓋体１４には、ポーラスプラグ１の交換時に十分なガス流量が得られているかどうかを確認する通ガス試験を行うために通気孔１４ｃが貫通形成されている。本実施形態では、先端部１４ａ及び傾斜面１４ｂに形成されている。通気孔１４ｃの大きさ、数等は通ガス試験に必要なガス流量に合わせて設定される。

ポーラスプラグ１を用いたときの羽口耐火物２２の補修方法について説明する。図３は、ポーラスプラグ１及びポーラスプラグ１近傍の羽口耐火物２２を拡大した縦断面図である。

図３（Ａ）には、溶融金属により損耗した羽口耐火物２２に、交換するポーラスプラグ１を装着した状態を示す。補修材Ｒにより補修する補修予定位置、形状を点線で示している。ここでは、羽口耐火物２の初期の高さと同じ高さの補修ラインＬまで補修する場合について説明する。この補修ラインＬが、補修材Ｒを充填して補修する予定の領域の上端に相当する。羽口耐火物２２を十分に補修するには、羽口耐火物２２の初期の高さまで補修材Ｒを充填することが好ましい。

蓋体１４は、先端部１４ａ及び通気孔１４ｃが補修ラインＬより上方に位置するように形成されている。

次に、補修材Ｒを補修予定位置に向けて投入すると、図３（Ｂ）に示すように、補修材Ｒが補修予定位置に堆積される。ここで、補修材Ｒがポーラスプラグ１に衝突しても、蓋体１４の傾斜面１４ｂにより、補修材Ｒを有効にポーラスプラグ１の外方の補修予定位置へ案内することができるので、補修材Ｒがポーラスプラグ１に堆積してポーラスプラグ１を覆い、ポーラスプラグ１が閉塞することを防止することができる。

ここで、蓋体１４の先端部１４ａは補修ラインＬより上方に位置するように形成されているので、補修材Ｒを予定量を投入してもポーラスプラグ１が閉塞することがない。また、通気孔１４ｃが補修ラインＬより上方に位置するように形成されているので、通気孔１４ｃが補修材Ｒで閉塞することがなく、補修が終了した段階で精錬などの操業前に通ガス試験を行うことができる。

本発明のポーラスプラグ１を用いると、羽口耐火物２２を補修するため、補修材Ｒを投入するときに、従来の補修方法のように羽口形成体を正確に位置決めして使用する必要がない。蓋体１４により補修材Ｒによるポーラスプラグ１の閉塞を防ぐことができるので、補修材Ｒを補修予定位置に向かって投入するという簡単な作業で、羽口耐火物２２を高い精度で確実に補修することができる。また、補修後に目視により蓋体１４の先端部１４ａを視認できれば、閉塞のおそれがないと確認することもできる。

操業時には、図３（Ｃ）に示すように、蓋体１４は溶融金属に接触することにより溶解して消失する。これにより、補修材Ｒによりポーラスプラグ１が閉塞することがなく、十分なガス流量で溶融金属中にガス吹込みを行うことができる。ここで、蓋体１４の傾斜面１４ｂに沿って少量の補修材が残留しても、蓋体１４の消失により空洞ができ、ガス吹き込みによる衝撃や、溶融金属の流れによって、ポーラスプラグ１上方の残存部はすぐに損耗または剥離するため、ガス吹込みに影響を及ぼすことはない。

蓋体１４が、有効に補修材Ｒをポーラスプラグ１の外方の補修予定位置へ案内するためには、傾斜面１４ｂが円錐面であることが好ましい。

（変更例）
蓋体１４は、ポーラスプラグ１の閉塞を防ぐことをできれば、例えば図４に示すような各種形状を採用することができる。なお、各図において、蓋体１４の外形状を説明するために、他の構造は簡略化して示してある。図４（Ａ）－（Ｃ）に示すように、傾斜面１４ｂを半球面、円錐台、２段構造などにすることができる。また、図４（Ｄ）に示すように、傾斜面１４ｂを一部に備えた形状を採用することもできる。上記構造によれば、補修材Ｒを有効に補修予定位置へ案内することができる。図４（Ｅ）に示すように、傾斜面を有せず上端を封じた円筒状にすることもできる。この形状では、補修材Ｒが上端面の一部分に堆積する可能性があるが、操業時の蓋体１４の消失により堆積した補修材Ｒがポーラスプラグ１上方から欠落するため、ガス吹込みに影響を及ぼすことはない。図４（Ｆ）に示すように、先端部１４ａが補修ラインＬと同じ高さでもよい。この場合も、補修材Ｒが上端面に堆積する可能性があるが、操業時の蓋体１４の消失により堆積した補修材Ｒがポーラスプラグ１上方から欠落するため、ガス吹込みに影響を及ぼすことはない。

通ガス試験を行わない場合には、蓋体１４に通気孔１４ｃを設けなくてもよい。また、蓋体１４を中実体で構成することもできる。

蓋体１４以外の構成は、ポーラスプラグ１の構成に限定されるものではなく、公知の各種ポーラスプラグの構成を採用することができる。

（実施形態の効果）
本発明のポーラスプラグ１を用いると、羽口耐火物２を補修するため、補修材Ｒを投入するときに、従来の補修方法のように羽口形成体を正確に位置決めして使用する必要がない。蓋体１４により補修材Ｒによるポーラスプラグ１の閉塞を防ぐことができるので、補修材Ｒを補修予定位置に向かって投入するという簡単な作業で、羽口耐火物２２を高い精度で確実に補修することができる。羽口耐火物２２を高い精度で確実に補修することにより、羽口耐火物２２によるポーラスプラグ１の保護効果を向上させることができるので、ポーラスプラグ１の寿命を延ばすことができる。

以下に本発明を実施例によって説明する。但し本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

取鍋底部の羽口耐火物にポーラスプラグを取り付けて、初回を除く精錬作業の終了後、実施例及び比較例のポーラスプラグに交換して羽口耐火物を補修し、複数回の精錬作業後のポーラスプラグを評価した。実施例１は蓋体が円錐台形状であるポーラスプラグ、実施例２は蓋体が円錐形状であるポーラスプラグ、比較例は蓋体がない従来のポーラスプラグであり、各６本を試験に供した。

評価は、試験後のポーラスプラグを縦方向に切断して残寸を測定し、損耗速度及び有効回数を算出した。
損耗速度＝損耗量の和(mm)/使用回数の和(ch)
有効回数＝ポーラス質耐火物１２の縦方向長さ元寸（mm）/損耗速度（mm/ch）

実施例１、実施例２及び比較例の評価結果を表１にそれぞれ示す。

損耗速度は、比較例で１５．５ｍｍ／ｃｈであったのに対し、実施例１で１０．８ｍｍ／ｃｈ、実施例２で１０．３ｍｍ／ｃｈであった。本発明のポーラスプラグを使用すると損耗速度が小さくなった。また、蓋体の形状は、円錐台に比べて円錐の方が損耗速度が小さくなった。

有効使用回数は、比較例で８．４回であったのに対し、実施例１で１２．１回、実施例２で１２．７回であった。本発明のポーラスプラグを使用すると有効使用回数が増大した。また、蓋体の形状は、円錐台に比べて円錐の方が有効使用回数が増大した。

以上より、本発明のポーラスプラグ１を用いると、羽口耐火物２を高い精度で確実に補修することができ、ポーラスプラグ１の寿命を延ばすことができることが確認された。

１…ポーラスプラグ
１０…鉄皮
１０ａ…外周面
１０ｂ…上端
１１…キャスタブル耐火物
１２…ポーラス質耐火物
１２ａ…上端面
１３…終点判定用ポーラス質耐火物
１４…蓋体
１４ａ…先端部
１４ｂ…傾斜面
１４ｃ…通気孔
１５…ガス供給管
２…溶融金属容器
２１…耐火物層
２２…羽口耐火物
２２ａ…保持孔

Claims

溶融金属容器の底壁に羽口耐火物を介して保持され、溶融金属にガスを吹き込むためのポーラスプラグであって、
羽口耐火物に対し補修材を投入して行う羽口耐火物の熱間補修のときに補修材によるポーラスプラグのガス吹込み口の閉塞を防止するとともに、溶融金属との接触により溶解する蓋体を、溶融金属側の先端部に備え、
前記蓋体は、溶融金属容器に装着したときに先端から外方に向かって傾斜する傾斜面を外周面の少なくとも一部に有していることを特徴とするポーラスプラグ。
前記傾斜面は、円錐面状に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のポーラスプラグ。
前記蓋体は、先端部が、補修材を充填して補修する予定の領域の上端と同じ高さ、または、当該上端から突出するように設定されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のポーラスプラグ。
前記上端から突出する部位に、前記蓋体の内部に連通し通ガス試験を行うための通気孔が形成されていることを特徴とする請求項３に記載のポーラスプラグ。