JPH0953110A - 浸漬管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 浸漬管の安全性を確保しながら、かつ浸漬管
下部に配置された下部芯金部分を効率的に冷却して浸漬
管全体の耐用性を向上させる浸漬管を提供する。 【解決手段】 真空精錬炉１１の下部に取り付けられ、
冷却媒体により冷却される冷却芯金１５と冷却芯金１５
の下端に配置される下部芯金１６とを耐火物１８、１９
中に内蔵する浸漬管１２において、下部芯金１６が高熱
伝導性金属２８と低熱伝導性金属２９とを複合させてな
り、高熱伝導性金属２８が冷却芯金１５に接触して取り
付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼の脱ガス処理
又は成分調整を行うＤＨ、ＲＨ等の真空精錬炉に使用さ
れる浸漬管に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼の真空精錬を行うＤＨ、ＲＨ等の真
空精錬炉においては、溶鋼を保持する取鍋の上方に真空
精錬炉を配置して、該真空精錬炉の下部に取り付けられ
た浸漬管により取鍋中にある溶鋼を真空精錬炉に吸い上
げて、真空雰囲気下で溶鋼を脱ガスしあるいは溶鋼成分
を調整する処理等が行われている。これを例えば、図１
に基づいて説明すると真空精錬炉１１が溶鋼１４を保持
する取鍋１３の上方に配置され、真空精錬炉１１の下部
に浸漬管１２が取り付けられている。そして、浸漬管１
２は冷媒（冷却媒体）により冷却される冷却芯金１５、
該冷却芯金１５の下部に固定された冷却されていない鉄
製の下部芯金１６、及び冷却芯金１５と下部芯金１６と
を囲繞してこれを保護する耐火物１８、１９よりなる。
そして、真空精錬処理に際しては、浸漬管１２の下端部
を下降させて、浸漬管１２の下部を取鍋１３の溶鋼１４
中に浸漬する。この時、浸漬管１２の下部の外周、及び
内周の耐火物１９、１８は機械的な衝撃を直接的に受け
ると共に、溶鋼１４との接触によって局部的に加熱さ
れ、急激かつ不均一な温度変化による熱的な衝撃を受け
る。また、真空処理が終了して浸漬管１２が溶鋼１４か
ら引き上げられる時には、浸漬管１２の下部が急激に冷
やされて熱衝撃により損傷する。そしてこのような耐火
物の損耗、鉄製の下部芯金１６の高温でのクリープ変形
等により、耐火物あるいは耐火物の目地に地金が差し込
んで浸漬管１２が変形し、ついには下部芯金１６が溶損
され浸漬管自体の寿命が短くなると共に、冷却芯金１５
あるいは下部芯金１６を再利用することができなくな
る。

【０００３】そのために、鉄製の下部芯金１６の部分を
水、空気等による冷却媒体で冷却することにより、下部
芯金１６のクリープ変形を抑制し構造材としての強度を
保持すると共に、耐火物自体の高温下での損耗を防止す
る方法が知られている。このような冷却機構を備えた芯
金の構造を示すものとして例えば、特公平３−５０８０
４号公報には、図７に示すような浸漬管の冷却芯金１５
が開示されている。これを以下に説明すると、前記冷却
芯金１５においては、冷却芯金１５の上部に配置された
冷媒供給ヘッダー２２に空気、及び水の混合物からなる
冷媒が冷媒供給口２１から供給され、冷媒が内部円筒鉄
板２６と外部円筒鉄板２５との間に配置された冷媒供給
支管２４を通って上から下に移動する。そして冷媒供給
支管２４の下端から吐出する冷媒が芯金底板２７に衝突
して反転上昇し、この間に周囲の熱を奪って加熱された
冷媒が外部円筒鉄板２５の上部の冷媒放散口２３から放
出されるようになっている。しかし、前述のように機械
的及び熱的な衝撃が加わりやすい浸漬管の下部は、耐火
物が損耗あるいは脱落して冷却芯金１５まで溶鋼１４が
侵入するような場合には冷媒が溶鋼１４中に吹き込まれ
て、水蒸気爆発を生じたり、あるいは溶鋼成分を変動さ
せる等のトラブルが発生する。そこで、安全性及び品質
上の理由から冷媒による冷却を行わない非冷却型の鋼鉄
の円筒からなる下部芯金１６ａが溶接又はボルト、ナッ
トにより冷却芯金１５の下部に固定されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ように冷却芯金１５と非冷却型の下部芯金１６ａとを組
み合わせて用いる方法では、冷却芯金１５に対応する部
分の浸漬管の耐用性はその冷却効果により向上するもの
の、下部芯金１６ａから冷却芯金１５へ向かって移動す
る伝熱量が少ないために、非冷却型である下部芯金１６
ａの温度が冷却芯金１５に較べて２００〜３００℃程度
高くなり、下部芯金１６ａに熱膨張、及び荷重によるク
リープ変形が生じて浸漬管の全体の寿命を減少させる問
題点がある。

【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされた
もので、浸漬管の安全性を確保しながら、かつ浸漬管下
部に配置された下部芯金部分を効率的に冷却して浸漬管
全体の耐用性を向上させる浸漬管を提供することを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】前記目的に沿う請求項１
記載の浸漬管は、真空精錬炉の下部に取り付けられ、冷
却媒体により冷却される冷却芯金と該冷却芯金の下端に
配置される下部芯金とを耐火物中に内蔵する浸漬管にお
いて、前記下部芯金が高熱伝導性金属と低熱伝導性金属
とを複合させてなり、該高熱伝導性金属が前記冷却芯金
に接触するように取り付けられている。請求項２記載の
浸漬管は、請求項１記載の浸漬管において、前記下部芯
金の高熱伝導性金属が前記冷却芯金に対して突出して設
けられている。

【０００７】ここで、冷却媒体とは、空気、水等の気体
及び／又は液体からなる流動性の熱媒体をいう。下部芯
金とは、冷却媒体によって直接的に冷却されることのな
い、浸漬管としての構造的な強度を保持するための芯金
をいう。高熱伝導性金属とは、芯金の材料として一般に
用いられる鋼鉄、ステンレス等の低熱伝導性金属に較べ
て熱伝導率が少なくとも２倍以上大きいような金属又は
合金、例えば銅、銀、黄銅等をいう。前記熱伝導率が２
倍より小さい金属を鋼鉄、ステンレス等の低熱伝導性金
属と複合させて使用した場合には、両者の間に必要な温
度勾配が得られず伝熱量が不足するために、冷却芯金と
の接触による冷却の効果が充分に発揮しえない。また、
低熱伝導性金属とは、冷却芯金の材料として一般に用い
られる鋼鉄、ステンレス等の金属又は合金をいう。

【０００８】

【作用】請求項１及び２記載の浸漬管においては、下部
芯金が高熱伝導性金属と低熱伝導性金属とを複合させて
なり、該高熱伝導性金属が前記冷却芯金に接触して取り
付けられているので、浸漬管下部の耐火物から下部芯金
に流入する熱量が、高熱伝導性金属を経由して、上部の
冷却芯金に効率的に伝導される。特に、請求項２記載の
浸漬管においては、下部芯金の高熱伝導性金属が冷却芯
金に対して突出して設けられているので、有効な伝熱面
の面積を大きくできる。

【０００９】

【発明の効果】従って、請求項１及び２記載の浸漬管に
おいては、下部芯金に対応する部分の浸漬管の耐用性を
維持させると共に、浸漬管下部の芯金が損傷しても、冷
却媒体が溶鋼中に漏洩するようなことがなく、安全性を
確保しつつ、流動性の冷却媒体によって直接的に冷却さ
れることのない下部芯金の冷却を効率的に行って、下部
芯金及び全芯金を対照とした熱膨張、及び荷重によるク
リープ変形を防止して浸漬管の全体の寿命を向上させる
ことができる。特に、請求項２記載の浸漬管において
は、有効な伝熱面積が増加し浸漬管下部の冷却効果をさ
らに向上させることができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】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。ここに図１は真空精錬設備の説明
図、図２は本発明の第１の実施の形態に係る浸漬管の芯
金部分の側断面図、図３は同浸漬管の下部芯金の斜視
図、図４は本発明の第２の実施の形態に係る浸漬管の下
部芯金の斜視図、図５は浸漬管処理回数と下部芯金温度
との関係を示す図、図６は第２の実施の形態及び従来例
における浸漬管寿命の比較図である。

【００１１】本発明の第１の実施の形態に係る浸漬管１
２を適用する真空精錬設備１０は、図１に示すように溶
鋼１４を保持する取鍋１３、取鍋１３の上方に配置され
る真空精錬炉１１、及び真空精錬炉１１の下部に取り付
けられる浸漬管１２よりなる。

【００１２】そして、前記取鍋１３は、耐火物が内張り
された溶鋼容量約３００トンの鋼鉄製容器であり、転炉
あるいは電気炉等で精錬処理された溶鋼１４を保持す
る。なお、図１は説明の都合上、取鍋１３、真空精錬炉
１１の配列の概略を示すものであり、実際の寸法、及び
比率の大小関係を反映したものではない。前記真空精錬
炉１１は、図示しない真空ポンプにより炉内を排気する
ことにより、浸漬管１２を介して取鍋１３内の溶鋼１４
を炉内に吸い上げ、真空雰囲気下において溶鋼１４の脱
ガス、成分調整等を行う装置である。

【００１３】前記浸漬管１２は、冷媒（冷却媒体）によ
り冷却される冷却芯金１５、該冷却芯金１５の下部に固
定された下部芯金１６、及び冷却芯金１５と下部芯金１
６とを囲繞する耐火物１８、１９よりなる略円筒状の管
である。さらに前記冷却芯金１５は、冷却芯金１５の上
部がフランジ２０を介して真空精錬炉１１の下部にボル
ト、ナット等の係止具により固定されている。図２に示
すように冷却芯金１５は、冷媒供給ヘッダー２２、冷媒
供給口２１、内部円筒鉄板２６、外部円筒鉄板２５、冷
媒供給支管２４、及び芯金底板２７からなる。ここで、
冷却芯金１５の上部の冷媒供給ヘッダー２２に空気、及
び水の混合物からなる冷媒が冷媒供給口２１から供給さ
れ、冷媒が内部円筒鉄板２６と外部円筒鉄板２５との間
に配置された冷媒供給支管２４の中を通って上から下に
移動できるようになっている。そして冷媒供給支管２４
の下端から吐出する冷媒が芯金底板２７に衝突して、冷
媒供給支管２４の外側面に沿って上昇し、外部円筒鉄板
２５からの熱により加熱された冷媒が外部円筒鉄板２５
の上部の冷媒放散口２３から放出する構造になってい
る。

【００１４】前記下部芯金１６はボルト、ナット等の機
械的な締結手段、又は溶接手段により冷却芯金１５の下
部に接触して固定されている。そして、図２、図３に示
すように、下部芯金１６は、高熱伝導性金属の一例であ
る銅（熱伝導率：０．９４ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅ
ｇ）のロッド２８が、低熱伝導性金属の一例である鋼鉄
（熱伝導率：０．１２ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・ｄｅｇ）
の円筒２９の中に、その中心軸に平行に多数埋め込まれ
て形成される。銅のロッド２８の上端部は突出部３０と
なって鋼鉄の円筒２９から外側に突出するようになって
おり、突出部３０は前記冷却芯金１５の芯金底板２７を
貫通しており、冷却芯金１５及び突出部３０間の伝熱が
効率的に行えるようになっている。なお、冷却芯金１５
との接触部において、銅のロッド２８から冷却芯金１５
への必要な量の伝熱量が確保できるような場合には、特
に突出部３０を設けなくともよい。

【００１５】冷却芯金１５、及び下部芯金１６の内側部
に配置される耐火物１８はマグネシアクロム質等の耐火
れんがであり、これを各芯金１５、１６の内側部に沿っ
て必要に応じてモルタルを介して積層させることにより
浸漬管１２の内側部分の耐火物ライニングが施工されて
いる。一方、各芯金１５、１６の外側部に配置される耐
火物１９はアルミナ質、マグネシア質キャスタブル等か
らなる不定形耐火物であり、水等を加えて混合しスラリ
ー状あるいは練土状とした混合物を、冷却芯金１５、及
び下部芯金１６の周囲に配置した円筒状の型枠の中に必
要に応じて振動を加えながら流し込んで、これを硬化さ
せることにより冷却芯金１５、及び下部芯金１６の外側
部分の耐火物ライニングが形成されている。

【００１６】以上説明したような下部芯金１６が組み込
まれてなる真空精錬設備１０を用いて、実際の真空精錬
処理を行った結果を以下に述べる。図５は第１の実施の
形態に係る浸漬管１２の下部芯金１６（記号：●）、及
び従来例の鋼鉄の円筒からなる下部芯金１６ａ（記号：
○）とにおける温度を真空精錬処理回数毎に測定して比
較したグラフであるが、特に約１００回以降の真空精錬
処理では従来例に較べて下部芯金１６の温度を約１５０
℃低減することができることを示している。また、前述
した冷却の効果に加えて、浸漬管１２の下端の下部芯金
１６が損傷したような場合にも、冷却媒体が存在しない
ので、漏洩した冷却媒体が溶鋼１４中に吹き込まれて、
水蒸気爆発等の事故を発生させる恐れがなく、真空精錬
処理でのオペレータの心理的負担を軽減すると共に、耐
火物１８、１９を使用限度まで安全に使用することがで
きる。そして、本実施の形態においては冷却芯金１５の
みならず、下部芯金１６自体の機械的強度が保持され
て、耐火物１８、１９が下部芯金１６によって確実に拘
束、支持されるようになり、図６に示すように従来例に
おいて５５０回程度であった浸漬管１２の寿命を７５０
回に延長するという顕著な効果を得ることができた。な
お、記号（◎）は浸漬管寿命の各平均値を、線分の長さ
は寿命の範囲を示している。また、真空精錬処理中には
機械的衝撃あるいは耐火物１８、１９の損傷、及び熱負
荷により、耐火物１８、１９を支持する下部芯金１６に
過大な応力がその都度発生する。そして、該応力に対抗
する下部芯金１６の機械的強度は、芯金温度の上昇に伴
って急激に低下するので、必要な機械的強度を維持する
ために下部芯金１６を冷却することが効果的であること
が以上の結果から分かる。

【００１７】続いて、本発明の第２の実施の形態に係る
浸漬管１２について説明する。ここで、図４は円筒状を
なす下部芯金１７の斜視図であり、高熱伝導性金属であ
る銅の円筒２８ａの外側、及び内側には鋼鉄の円筒２９
ａが密着して配置されている。そして、銅の円筒２８ａ
の上端部が、冷却芯金１５の下端部である芯金底板２７
に接触するように固定されている。このとき鋼鉄の円筒
２９ａの上端部を冷却芯金１５の下端部に溶接等の手段
により接合して芯金自体の構造的な強度を保持する。従
って、このような下部芯金１７が組み込まれた浸漬管に
おいては、必要な構造的強度を有すると共に、鋼鉄の円
筒２９ａから銅の円筒２８ａに向かって熱が移動して、
さらにこの熱が下部芯金１７の上端に露出する銅の円筒
２８ａの部分を介して、上部に配置された冷却芯金１５
に移行する。このため浸漬管の周囲から下部芯金１７に
流入する熱量の有効な伝熱面積が大きく取れ、鋼鉄の円
筒２９ａの部分を効率的に冷却することができる。な
お、図４における銅の円筒２８ａの側面である伝熱面に
凹凸を形成することにより、伝熱面積をさらに大きくす
るようなことも可能であり、この場合にも前記第１の実
施の形態と同様に浸漬管の寿命を延長する効果が得られ
ると共に、高熱伝導性金属と低熱伝導性金属間の密着強
度の向上が図られる。

【００１８】以上、本発明の実施の形態を説明したが、
本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではな
く、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用
範囲である。例えば、本実施の形態においては、高熱伝
導性金属の形状を、ロッド（棒状）あるいは円筒状とし
て、これを低熱伝導性金属の中に配置して下部芯金を形
成したが、前記棒状の高熱伝導性金属を角柱、板状等と
し、あるいは円筒状を形成する高熱伝導性金属を円筒の
周方向に複数分割し、これを低熱伝導性金属中に埋め込
むようにしてもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】真空精錬設備の説明図である。

【図２】本発明の第１の実施の形態に係る浸漬管の芯金
部分の側断面図である。

【図３】同浸漬管の下部芯金の斜視図である。

【図４】本発明の第２の実施の形態に係る浸漬管の下部
芯金の斜視図である。

【図５】浸漬管処理回数と下部芯金温度との関係を示す
図である。

【図６】第２の実施の形態及び従来例における浸漬管寿
命の比較図である。

【図７】従来例における芯金の説明図である。

【符号の説明】

１０ 真空精錬設備 １１ 真空精錬炉 １２ 浸漬管 １３ 取鍋 １３ａ 耐火物 １４ 溶鋼 １５ 冷却芯金 １６ 下部芯金 １７ 下部芯金 １８ 耐火物 １８ａ 耐火物 １９ 耐火物 ２０ フランジ ２１ 冷媒供給口 ２２ 冷媒供給ヘッダー ２３ 冷媒放散口 ２４ 冷媒供給支管 ２５ 外部円筒鉄
板 ２６ 内部円筒鉄板 ２７ 芯金底板 ２８ 銅のロッド ２８ａ 銅の円筒 ２９ 鋼鉄の円筒 ２９ａ 鋼鉄の円
筒 ３０ 突出部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空精錬炉の下部に取り付けられ、冷却
   媒体により冷却される冷却芯金と該冷却芯金の下端に配
   置される下部芯金とを耐火物中に内蔵する浸漬管におい
   て、 前記下部芯金が高熱伝導性金属と低熱伝導性金属とを複
   合させてなり、該高熱伝導性金属が前記冷却芯金に接触
   して取り付けられていることを特徴とする浸漬管。
2. 【請求項２】 前記下部芯金の高熱伝導性金属が、前記
   冷却芯金に対して突出して設けられている請求項１記載
   の浸漬管。