JPS6112968B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は溶融金属の精錬を目的として、溶融金
属中に酸素、窒素、アルゴン、塩素、四塩化炭素
またはこれらの混合気体、あるいは、これらと固
形精練剤との混合物を吹込むためのランスパイプ
に関するものである。

従来より、溶解炉、取鍋、混銑車、タンデイツ
シユあるいは保持炉の中の溶融金属に、気体また
は気体と固形物との混合物を吹込むための鋼管か
らなるランスパイプの消耗を少なくするために、
鋼管の外周に、または内面にも耐火物被覆を施し
たものが開発されており、鋼管または耐酸化被覆
を施した鋼管に金属フアイバーを混入せしめ機械
的強度・耐熱衝撃性を補強した耐火物を被覆した
もの（特開昭51−2606）、金属製パイプの内外面
に耐火粘土と煉瓦粉および耐火粘土とコークス粉
のそれぞれ混合物を一層または二層に被覆せしめ
たもの（特開昭51−3304）、先端部保護体の取付
に特徴を示し、その他の鋼管部に中空の成形耐火
物を被せたもの（実開昭51−117807）同じく先端
部に特徴をもたせ、鋼管のその他の外周部に支え
金を附して不定形耐火物を被覆せしせたもの（実
開昭52−80001）、ステンレス鋼製の網を円筒状に
して、鋼管外周部を被覆する耐火物に埋込んだも
の（特開昭50−128615）鋼管に石綿紙、アルミニ
ウム箔、ガラス布などからなる積層耐火強化材を
捲つけたもの（実公昭51−1286）、鋼管またはア
ルミニウム拡散浸透処理を施した鋼管の外周に石
綿紐、繩、綿ロープを適当なピツチで捲き、その
上に30〜200メツシユの粉粒状耐火物、耐火粘
土、けい酸アルカリからなる混練物を塗布して、
耐火物被覆鋼管としたもの（特公昭48−27045）
などがあり、それぞれ実績を挙げている。

しかしながら、これらは耐火物被覆層の耐熱衝
撃性が不足であつたり、それを補うために重量が
過大となつたり、過多の灼熱減量成分の気化のた
めに使用中に被覆耐火物が剥がれるなどの欠点か
ら免かれ得ていないのが現状である。

本発明はかゝる欠点を解消した、すなわち、軽
量で耐熱衝撃性に富み、灼熱減量の少ない、耐ス
ラグ性、溶銑、溶鋼、アルミニウム、アルミニウ
ム合金などの溶融金属に対する耐溶損性が優れ、
且つ、溶融金属中に気体を吹込むときに生ずる激
しい振動に基づく衝撃的な繰返し応力に耐えて、
繰返し使用が可能なランスパイプを提供するもの
である。

すなわち、本発明のランスパイプは鋼あるいは
セラミツクス製の管の外周に被覆すべき耐火物を
耐火繊維製の糸、紐、テープまたは布と粉粒状の
耐火性骨材と耐火性結合材から構成せしめるもの
で、これら三種類の材料が相互に作用し合つて上
述の優れた特性を得ているものである。すなわ
ち、耐火繊維あるいはそれと耐火性結合材との組
合せにおける耐火度と耐スラグ性の不足を、耐火
性骨材が補ない、耐火性骨材と耐火性結合材との
組合せにおける耐熱衝撃性と断熱性の不足を、耐
火繊維製の糸、紐、テープまたは布が補なつて、
高耐火度をもつ強靭な断熱層を形成せしめるので
あり、鋼管にあつては、その溶融温度以上の温度
の溶融金属への使用に耐えしめ、セラミツクス管
にあつては、熱衝撃を緩和せしめて溶融金属への
急激な浸漬に耐えしめるのである。

本発明に使用する耐火性骨材はアルミナ、シリ
カ、チタニア、ジルコニア、炭化けい素、炭化ほ
う素、窒化けい素、窒化ほう素、または、アルミ
ナ、シリカ、マグネシア、クロミア、イツトリ
ア、カルシア、リチア、チタニア、ジルコニア、
ハフニア、ランタノイド元素の酸化物を主成分と
して含有する天然または合成の結晶質あるいは非
晶質の１種または二種以上からなる粒度が−10メ
ツシユで、−200メツシユおよび48〜200メツシユ
を15重量％以上含む粒度分布を有するものであ
り、酸性で安定な耐火性結合材を使用するとき
は、−200メツシユの粒度の耐火性骨材としてアル
ミナゾルを使用することができる。同じく耐火性
結合材はシリカゾル、加水分解されたけい酸エチ
ル、水を分散媒とした耐火粘土の、分散媒を悉く
蒸発せしめ、且つ、1100K以上で灼熱したときの
残渣、すなわち、灼熱したときの固形分を５〜40
重量％含有するもの適する。しかして、耐火粘土
の場合は−200メツシユの耐火性骨材とも置換す
ることができ、また両者の配合比は耐火性骨材50
〜90重量％、残部を分散媒を含む耐火性結合材と
するものである。また、耐火繊維製の糸、紐、テ
ープまたは布はシリカとアルミナを主成分とする
繊維、シリカとアルミナを主成分としクロミアを
有効成分として含む繊維、シリカ繊維、アルミナ
繊維、窒化ほう素繊維、ジルコニア繊維、炭化け
い素繊維、炭化ほう素繊維、炭素繊維または黒鉛
繊維の一種または二種以上の混紡からなる自然状
態におけ直径または厚さが0.5〜15mmのもので、
被覆施工時の切断防止のために、有機繊維もしく
は金属線を混入せしめて引張り強さを補なつたも
のでもよく、布は織布、フエルトを問わず、また
多重層を形成させる場合は各層に異種・異形態の
ものを用いてもよい。しかして、こゝにおける耐
火性骨材の粒度分布は、三種類の材料の組合せに
よる前記相乗効果を与えるための要件であり、前
記耐火性結合材の存在により−200メツシユの粒
度の大部分は耐火繊維製の糸，紐，テープまたは
布を構成する単繊維に附着し、それより粗い粒子
はその間隙を埋める如く附着し、余剰分が細粒を
含んで外層を形成してその目的を達せしめるため
のものである。48メツシユより粗い粒子は外面を
覆う層の強化に有効であるが、含まなくてもよ
く、また、該粒度分布を構成するために、粒度に
より異種の耐火性骨材を用いてもよい。耐火性骨
材と耐火性結合材の配合を規制する重量比は、液
状である耐火性結合材を輸送媒体として、耐火繊
維製の糸，紐，テープまたは布、またはそれらか
らなる層に上述の如き耐火性骨材の浸入を可能と
すること、およびその表層附着量を適当とするた
めに両者を泥漿状乃至糊状混練物とする要件であ
る。しかして耐火性結合材に含まれる前記灼熱後
の固形分として表現した結合材の含有量は、シリ
カゾルまたは加水分解したエチルシリケートにお
いては、泥漿状乃至糊状に混練する場合は被覆層
を強固にするために含有量が高いほど良く、通
常、安定して得られる最高含有量は前者が30重量
％後者は40重量％であり、また前記被覆層をより
強固にするための含浸には、含浸せしめて効果を
生ずる最小５重量％の含浸のなし得る最大の10重
量％の範囲でなければならず、また耐火粘土では
水との混合で、泥漿状乃至糊状混合物とするため
に30〜40重量％が適する。かくしてなる管を被覆
する耐火物は、厚さが２mm未満では、使用時に消
耗速度を小ならしめる効果が薄く、15mmを超えて
も厚さの増加に対する効果の増加が認められず、
その厚さを実用的に得るための耐火繊維製の糸，
紐，テープまたは布の自然状態における（張力を
加えないときの）直径または厚さは0.5〜15mmで
ある。また前記耐火物の耐火度を1800K以上とし
たことは、第一に、該耐火物の結合は配合した耐
火性結合材の結合力によつてのみ与えんとするた
めのもので、耐火度の不足のために昇温によつて
生ずる新たな結合力の発生よる加熱・冷却中の該
耐火物の破損を防止するための限定であり、第二
には、適用する溶融金属が溶銑であるとき、その
温度は概ね1600Kであるが、それを覆うスラグ層
の接湯面は同じく1600Kで、しかも溶融スラグで
あるので、これによる溶損に耐えるためには、耐
火度は1800K以上であることを必要とし、第三
は、それが溶融アルミニウムまたはその合金であ
るとき、使用条件は塩素、塩化水素あるいは塩化
アルミニウムを含む900〜1000Kの溶湯への浸漬
であるので、それに耐える酸化物耐火物の耐火度
は同じく1800K以上でなければならないからであ
り、前述の三種類の材料はそれぞれに記載した成
分で構成されることによつて、それらが達せられ
る。

以上の材料において、耐火繊維および耐火性結
合材として、しばしば賞用され、前述の先行技術
資料にも使用されている。前者では石綿、後者で
はけい酸ソーダまたはけい酸カリは、前者におい
ては、それ自身が灼熱減量の少ない青石綿、それ
に加えてアルカリ族を含まないアモサイトは糸，
紐，テープまたは布に加工するとき、接着剤を主
成分とする有機物の過大の混合を必要とするの
で、灼熱減量が過大となり、後者は前記耐火繊維
および耐火性骨材への少量の混合によつてもそれ
らの耐火度を低下せしめるので、何れも本発明に
おいては使用できない。

かくの如き材料を用いてなる本願のランスパイ
プは既存の耐火性物質、すなわち、前記耐火性骨
材、耐火性結合材、耐火繊維製の糸，紐，テープ
または布が、前述の如く、互いがその長所を顕わ
して他の欠点を補う相乗作用効果を示すものであ
り、管材を溶融金属中にアルゴン、窒素などの不
活性気体を吹き込むときは鋼管（例えばJIS Ｇ
STK，SGP系）、酸素または酸素と不活性気体と
の混合気体を吹込むときは、少なくとも内面にア
ルミニウム、クロム、けい素、チタンまたはジル
コニウムを浸透拡散せしめた鋼管、あるいは、外
周にアルミニウム、クロム、けい素、チタンまた
はジルコニウムを浸透拡散せしめた鋼板または帯
鋼を巻きつけた鋼管、もしくは、以上のものの内
面にセラミツクス被覆を施した鋼管、塩素、四塩
化炭素またはこれらと不活性ガスとの混合ガスを
吹き込むときは少なくとも先端部に琺瑯処理で耐
塩素腐食性の補強を施した管とすることが本発明
をより有効にする実施態様であり、さらにセラミ
ツクス管を用いることによつて、上記用途を問う
ことなく使用を可能とすることができる。しかし
て、これらの管に前記耐火物を被覆せしめてなる
本発明のランスパイプの構成の第１は、耐火性骨
材と耐火性結合材とを泥漿状乃至糊状に混練し
て、予め管に捲かれた耐火繊維製の糸，紐，テー
プまたは布に含浸附着せしめた層を１層または２
層以上に施したもの、その第２は、耐火性骨材と
耐火性結合材とを泥漿状乃至糊状に混練して、予
め含浸・附着せしめた耐火繊維製の糸，紐，テー
プまたは布を管に捲きつけた層を１層または２層
以上に施したもの、その第３は自然乾燥せしめた
上記二者の最外部から、灼熱固形分５〜10重量％
のシリカゾルまたは加水分解されたけい酸エチル
含浸せしめたもの、また、その第４は管に耐火性
骨材と耐火性結合材とを泥漿状乃至糊状に混練し
て予め含浸・附着せしめた耐火繊維製の糸，紐，
テープまたは布を捲つけて、湿潤状態中に耐火性
骨材を附着せしめ、乾燥せしめた層を１層または
２層以上に施し、最終層に前記泥漿状乃至糊状混
練物を含浸・附着せしめてなるものであり、何れ
も自然乾燥してからの加熱乾燥により、耐火性結
合材のゲル化を完全になさしめて、該被覆層の機
械的強度を大とし、且つ、灼熱減量を小ならしめ
たものであり、耐火繊維製の糸または紐を用いて
多層を形成せしめるとき、層毎に捲き方を逆に
（右捲、左捲）するこは層間の間隙を増加せしめ
て、鋼管と被覆耐火物との膨張係数の差により発
生する応力を緩和するために有効であり、且つ、
施工においても自然である。しかして、これらに
基づいて前記混練物に綿状の耐火繊維、耐火繊維
製の糸，紐，テープまたは布の屑を混入せしめる
ことは、それらの過度の混入が被覆耐火物の耐火
度を落さない限り、耐火性骨材と做せるので、本
発明の範疇に属するものである。

以上の実施態様を含めた本発明のランスパイプ
は、前述の相互作用により、常温から使用温度以
上まで強靭性、耐火性、耐スラグ溶損性、断熱性
に富んだ被覆層を有するので、使用時に管の内部
を通る気体の冷却効果と相俟つて、鋼管において
はその融点より高い温度の鋼溶への浸漬に耐え、
また鋼管の先端部の琺瑯被覆処理により溶融アル
ミニウムおよびその合金への塩素の吹込みにも耐
え、セラミツクス管にあつては浸漬時にそれに加
わる熱衝撃が緩和されていずれも長時間乃至繰返
しの使用に耐え、また上述の構成に起因する軽量
のために、従来品と比較して良好な作業性を与え
るものである。

以下の本発明の実施例を示す。

実施例 １ 内外面にアルミニウムを0.3mm浸透拡散せしめ
た外径21.2mm、肉厚2.3mm、長さ5.5mmの鋼管（JIS
Ｇ STK41）の外周に、一端200mmを残して、合
成化学繊維で補強されたアルミナおよびシリカそ
れぞれおよそ50量％を主成分とする耐火繊維製
の、自然状態における直径が４mmの紐をおよそ
10kPaの張力の下で密に一重に捲きつけた。この
耐火繊維の層がおよそ3.5mmとなつた該管の外面
に蛙目粘土30部、28メツシユおよび48メツシユに
相当する粒度の焼結アルミナ粒それぞれ30部およ
び40部に40部の水を加えて混練した糊状混練物
を、その外面が平滑になる如く塗りつけて全耐火
物層の厚さを４mmとし自然乾燥した後、灼熱固形
分10重量％のシリカゾルを含浸させた。最終工程
においてのみ500K0.5hrの加熱乾燥を行なつたこ
のランスパイプは素材鋼管の重量6.1Kgに対して
重量増加が2.4Kgであり、これをJIS Ｇ SKT5を
溶製する30ton電弧炉の酸素吹精に、酸素流量
20Nm²／min、吹精時間10minの条件で使用し
た。該ランスパイプの平均消耗速度は僅か0.2
ｍ／mmであり、残りの半長部は、該電弧炉内にお
ける1850K以上の雰囲気および輻射熱に曝された
にも拘らず健全であり、次溶解の酸素吹精に使用
し得た。鋼管先端40mmが損耗して耐火物管を残し
た使用後の状態は、前記平均消耗速度が僅少であ
ることを頷かせた。また前記重量増加は作業の阻
害にならなかつた。

実施例 ２ 内面にのみアルミニウムを0.3mm拡散浸透せし
めた、実施例１に用いたものと同じ鋼管の外周に
一端200mmを残して鋼線で補強されたアルミナお
よそ60％、シリカおよそ40％を主成分とする耐火
繊維製の自然状態における直径が３mmの紐をおよ
そ20kPaの張力の下で、灼熱固形分30重量％の加
水分解されたけい酸エチル１重量部と、アルミナ
ゾル0.5重量部と、−325メツシユの微粉末アルミ
ナ３重量部とを混練した泥漿を入れた槽に逐次浸
漬させながら密に捲きつけ、直ちに48〜65メツシ
ユのアルミナ粒を振りかけ、自然乾燥して第一層
とし、振掛粒子を65〜200メツシユとした同様の
工程により第二層としてから前記泥漿を塗布し、
自然乾燥後500Kの加熱乾燥を行なつて、６mm厚
の耐火物被覆層を有するランスパイプとした。鋼
管に対して重量増加が4.2Kgであつたこのランス
パイプを、SUS304を溶製する30ton電弧炉の酸素
吹精に酸素流量25Nm²／min、吹精時間15minの
条件で使用し、実施例１におけると同様の結果と
観測状況を得た。

実施例 ３ 一端150mmの範囲の内外面に、粉砕した板ガラ
ス、氷晶石、長石を主成分とし、増粘剤を添加し
た融点およそ1250Kの混合物により１mm厚の琺瑯
皮膜を施した実施例１に用いたものと同じ鋼管
（長さ1.8ｍ）に、他端200mmを残し、第１層とし
て合成有機繊維で補強されたアルミナ、シリカそ
れぞれ50重量％を主成分とする自然状態における
直径が２mmの耐火繊維製の紐に、第２層として直
径１mmの炭化けい素繊維の糸に、灼熱固形分30重
量％のシリカゾルと、それぞれ−200メツシユを
30重量％、65〜100メツシユを40重量％、残部が
28〜65メツシユの粒度分布のシヤモツトおよび同
様の粒度分布の炭化けい素とを糊状に混練して含
浸・附着せしめて密に捲き、500Kで加熱乾燥せ
しめて３mm厚の耐火被覆層を有するランスパイプ
とした。このランスパイプを、塩素30容量％、窒
素70容量％からなる混合気体を保持炉中の900K
の溶融アルミニウム中に60／minの流量で2hv
（鋳込速度75Kg／min鋳込総重量9ton）吹込む条
件で使用した。冷却後の観察では鋼管先端部（琺
瑯処理部）にも溶損がなく再度の使用が可能であ
つた。

実施例 ４ 耐折損補強材として中空部に外径21.2mm、肉厚
2.3mm、長さ2.7ｍの鋼管（JIS Ｇ STK41）を挿
入し、部分的にアルミナセメントで接着せしめ
て、６本を連接せしめた外径32mm内厚4.5mm長さ
400mmのシヤモツト質セラミツクス管の外周全面
に炭化けい素維製の自然状態における直径が１mm
の紐をおよそ15kPaの張力の下で、シリカ換算分
15重量％のシリカゾル液１重量部と−325メツシ
ユの微粉末状のマグネシア、アルミナ、酸化クロ
ムからなる尖晶石3.5重量部とを混練したスラリ
ーを入れた槽に逐次浸漬しながら密に捲つけ、直
ちに−48メツシユの前記尖晶石粒を振りかけ乾燥
することを繰返して５層とし乾燥後前記スラリー
を浸透させた。500Kで加熱乾燥せしめたこのラ
ンスパイプを、混銑車中の1650〜1750Kの溶銑浴
に1.2ｍ浸漬して15mm、窒素ガスにより炭化カル
シウムを吹込む条件の脱硫操作に使用して、20回
以上の耐用回数を得た。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管の外周に、粒度が−10メツシユで、−200メ
   ツシユおよび48〜200メツシユをそれぞれ15重量
   ％以上含む粒度分布の耐火性骨材50〜90重量％
   と、その残部の、灼熱したときの固形分５〜40重
   量％を含むシリカゾル、加水分解されたけい酸エ
   チル、耐火粘度懸濁水の一種または二種以上から
   なる耐火性結合材とを含浸・附着した、自然状態
   における直径または厚さが0.5〜15mmの耐火繊維
   製の糸、紐、テープまたは布が捲かれてなる、厚
   さ２〜15mmの1800K以上の耐火度を有する耐火物
   を被覆したランスパイプ。 ２ 管を鋼管とする特許請求の範囲第１項に記載
   せるランスパイプ。 ３ 管をアルミニウム、クロム、けい素、チタン
   またはジルコニウムを浸透拡散せしめた鋼管とす
   る特許請求の範囲第１項に記載せるランスパイ
   プ。 ４ 管をその外周にアルミニウム、クロム、けい
   素、チタンまたはジルコニウムを浸透拡散せしめ
   た鋼板または帯鋼を巻きつけた鋼管とする特許請
   求の範囲第１項〜第３項のいずれかの項に記載の
   ランスパイプ。 ５ 管をその内面にセラミツクス被覆を施した鋼
   管とする特許請求の範囲第１項〜第４項のいずれ
   かに記載のランスパイプ。 ６ 管の気体吹出端近傍に琺瑯被覆処理を施こす
   か、または気体吹出端に琺瑯被覆処理を施した短
   管を取りつけた鋼管または浸透拡散処理鋼管とす
   る特許請求の範囲第１項〜第３項のいずれかの項
   に記載のランスパイプ。 ７ 管を1800K以上の耐火度と0.05mK／ｓ以上
   の熱衝撃低抗を有するセラミツクス管とする特許
   請求の範囲第１項に記載せるランスパイプ。