WO2010143536A1 - ランスパイプ - Google Patents

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辰己 津山
周作 前原
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    • C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
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    • F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
    • F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
    • F27D3/16—Introducing a fluid jet or current into the charge
    • F27D2003/161—Introducing a fluid jet or current into the charge through a porous element

Definitions

  • the present invention relates to a lance pipe that introduces blown gas into molten aluminum.
  • a degassing process is performed in which a blowing gas such as nitrogen gas is introduced into the molten metal, and the hydrogen gas and impurities are blown into the gas bubbles. Has been done.
  • an L-shaped cylindrical lance pipe or the like is used.
  • a lance pipe for example, a metal tube body covered with a porous refractory material, or a tip surface portion immersed in a molten metal is made of an amorphous refractory containing alumina, magnesia and zirconia.
  • the material for the lance pipe is 2-10% by weight of clay, 1-8% by weight of alumina cement with an alumina content of 70% by weight or more, and the balance is made of a material containing a refractory aggregate.
  • a typical refractory composition in which 0.3 to 1.5% by weight of metallic aluminum having a particle size of 100 ⁇ m or less and a purity of 99% by weight or more is blended (see Patent Document 3 below).
  • the lance pipe Since the lance pipe is immersed in a high-temperature molten aluminum, it is required to have excellent heat resistance, corrosion resistance, thermal shock resistance (spalling resistance), and the like.
  • Conventional lance pipes are mainly made of ceramics or carbon, but ceramic materials are excellent in heat resistance and corrosion resistance. However, if they are immersed in molten metal without preheating, they are prone to cracking due to thermal shock.
  • the carbon material has a problem that it is weak in strength and easily damaged. In particular, the tip of the lance pipe was easily damaged. For this reason, the product life of the lance pipe is short, the frequency of replacement is high, and the cost is high.
  • an object of the present invention is to provide a lance pipe that can be used economically.
  • the lance pipe of the present invention is a lance pipe that introduces a gas blown into molten aluminum, and is provided with a detachable tip porous portion provided on the tip side of the gas introduction tube, and a material for the gas introduction tube with respect to the tip porous portion
  • the strength ratio is 20 to 500.
  • the gas introduction tube and the tip porous portion can be joined by an inorganic adhesive and / or screw processing.
  • silicon nitride ceramics As the material of the gas introduction pipe, silicon nitride ceramics, sialon ceramics, silicon carbide ceramics, silicon nitride bonded silicon carbide refractories can be used.
  • porous carbon having an average pore diameter of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m and a porosity of 30 to 50% can be used.
  • the gas introduction tube and the tip porous portion can be attached and detached, and the strength of the material of the tip porous portion is increased. It is possible to economically replace only the porous part.
  • the molten aluminum referred to in the present invention includes an aluminum alloy molten metal.
  • the lance pipe 1 has a shape in which a bottomed cylinder is L-shaped, and includes a gas introduction pipe 2 and a tip porous portion 3 joined thereto. ing.
  • the gas introduction pipe 2 is formed in a cylindrical shape and has a configuration in which a blown gas flows inside, and can blow the blown gas into the tip porous portion 3.
  • the tip porous portion 3 is formed in a cylindrical shape with both end faces closed, and each face is made porous, and the blown gas flowing in from the gas introduction pipe 2 permeates each face from the inside and passes through the molten metal. It is configured to be blown inside.
  • the gas introduction tube 2 has a material strength ratio (gas introduction tube strength / tip porous portion strength) to the tip porous portion 3 of 20 to 500, preferably 50 to 200. By making the material strength ratio within this range, the gas introduction tube 2 is not damaged when the tip porous portion 3 is removed. These strengths can be adjusted by selecting the material. The material strength can be measured according to a three-point bending strength test, JIS R2213.
  • the gas introduction tube 2 is preferably formed of ceramics or the like, and the tip porous portion 3 is preferably formed of porous carbon.
  • ceramics include silicon nitride ceramics, sialon ceramics, silicon carbide ceramics, and silicon nitride bonded silicon carbide refractories.
  • the tip porous portion 3 preferably has an average pore diameter of 20 ⁇ m to 200 ⁇ m and a porosity of 30 to 50%. By setting it within this range, the bubble discharge stability is improved.
  • the average pore diameter can be measured by a mercury porosimeter, and the porosity can be measured by the Archimedes method.
  • a screw thread of the screw portion 4 is formed on the outer peripheral surface, and a circular hole having a screw groove of the screw portion 4 is formed on the peripheral surface of the distal end porous portion 3.
  • the thickness of the gas introduction tube 2 is preferably 5 mm to 20 mm, and the thickness of the porous tip 3 is preferably 10 mm to 50 mm.
  • the gas introduction pipe 2 can be formed by cold isostatic pressing, compaction molding, extrusion molding, cast molding, or the like.
  • the tip porous portion 3 can be formed by cold isostatic pressing, press molding, extrusion molding, or the like. Can be formed.
  • the gas introduction pipe 2 is formed of a material stronger than the tip porous portion 3, and thus the gas introduction pipe 2 can be used repeatedly over a long period of time, and these are detachable.
  • the tip porous portion 3 that is easily damaged can be easily replaced.
  • the lance pipe shown in FIG. 1 or FIG. 2 is formed in an L shape, a T type in which a gas introduction pipe is connected in the vicinity of the middle of the tip porous portion or a gas in the tip porous portion in a straight line. It can also be formed in a straight type connected to the introduction pipe, or a square shape in which the porous end portion is connected to the gas introduction pipe at a predetermined angle.
  • the gas introduction pipes of Examples 1 to 3 and 7 and Comparative Examples 1 to 5 were prepared to have an inner diameter of 20 mm and a thickness of 10 mm. It was made of porous carbon with an inner diameter of 30 mm and a thickness of 15 mm.
  • the gas introduction pipes of Examples 4 to 6 and 8 to 11 were produced with an inner diameter of 20 mm and a thickness of 5 mm, and the tip porous part was made of porous carbon with an inner diameter of 25 mm and a thickness of 15 mm.
  • Screw processing was performed by lathe processing. When screw processing was not performed, it joined by inorganic adhesive or fitting.
  • the average pore diameter was measured with a mercury porosimeter.
  • test Using the lance pipes of Examples 1 to 11 and Comparative Examples 1 to 5, tests were conducted for breakage during tip replacement, aluminum corrosion resistance, gas leakage from the joint, and bubble release stability.
  • the lance pipe is immersed in molten aluminum at 750 ° C. for 1 week while flowing the blown gas, and after cooling to room temperature, the gas introduction part and the tip porous part are removed, and the gas introduction part is not damaged at that time. It was confirmed visually. The case where damage was not confirmed was evaluated as “ ⁇ ”, and the case where damage was confirmed was evaluated as “x”.

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Abstract

　経済的な使用が可能なランスパイプを提供する。　本発明のランスパイプ１は、アルミニウム溶湯に吹き込みガスを導入するものであり、ガス導入管２の先端側に先端多孔質部３を着脱可能に設けてあり、先端多孔質部３に対するガス導入管２の素材強度比を２０～５００にしたことを特徴とする。ガス導入管２と先端多孔質部３とにネジ部４を設けて、これらを接合することが好ましい。

Description

ランスパイプ
　本発明は、アルミニウム溶湯中に吹き込みガスを導入するランスパイプに関する。
　保持炉などでは、アルミニウム溶湯中の水素ガスや不純物などを除去するために、溶湯中に窒素ガスなどの吹き込みガスを導入し、水素ガスや不純物などを吹き込みガス気泡中に取り込み除去する脱ガス処理が行われている。
　アルミニウム溶湯中に吹き込みガスを導入するためには、例えば、Ｌ字型円筒状のランスパイプなどが用いられる。
　このようなランスパイプとしては、例えば、金属製の管本体を多孔質性耐火材で被覆したものや、金属溶湯に浸漬させる先端表面部を、アルミナ、マグネシア及びジルコニアを含む不定形耐火物で構成したものがある（下記特許文献１，２参照）。
　また、ランスパイプ用の材料としては、粘土を２～１０重量％と、アルミナ含有量が７０重量％以上のアルミナセメントを１～８重量％と、残部が耐火性骨材を含む材料からなる不定形耐火組成物に、外掛けで、粒径が１００μｍ以下で純度が９９重量％以上の金属アルミニウムを０．３～１．５重量％配合してなるものがある（下記特許文献３参照）。
特開２００８－７８４８号公報 特開平１１－２５６２２１号公報 特開２００２－２７４９６２号公報
　ランスパイプは、高温のアルミニウム溶湯中に浸漬させるものであるため、耐熱性や耐食性、耐熱衝撃（耐スポーリング）性などに優れていることが要求される。
　従来のランスパイプは、主にセラミックスやカーボンなどで形成されているが、セラミックス素材は、耐熱性や耐食性に優れているが、予熱なしで溶湯中に浸漬させると熱衝撃により割れやすいという問題があり、カーボン素材は、強度的に弱く破損しやすいという問題があった。特に、ランスパイプの先端部は破損しやすいものであった。
　このため、ランスパイプの製品寿命は短く、交換の頻度が多いものであり、コストのかかるものであった。
　そこで、本発明の目的は、経済的な使用が可能なランスパイプを提供することにある。
　本発明のランスパイプは、アルミニウム溶湯に吹き込みガスを導入するランスパイプにおいて、ガス導入管の先端側に設けた先端多孔質部を着脱可能に設けてあり、先端多孔質部に対するガス導入管の素材強度比を２０～５００にしたことを特徴とする。
　このガス導入管と先端多孔質部を無機接着剤及び／又はネジ加工で接合することができるようにするのが好ましい。
　ガス導入管の素材は、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、窒化珪素結合炭化珪素耐火物を用いることができる。
　先端多孔質部は、平均気孔径が２０μｍ～２００μｍ、かつ気孔率が３０～５０％である多孔質カーボンを用いることができる。
　本発明のランスパイプは、ガス導入管と先端多孔質部とを着脱可能とし、先端多孔質部の素材強度を強くしたため、破損しにくいガス導入管は長期間に亘り使用でき、破損しやすい先端多孔質部のみを交換して経済的にしようすることができる。
　なお、本発明でいう、アルミニウム溶湯は、アルミニウム合金溶湯を含むものである。
本発明のランスパイプの一実施形態を示した分解斜視図である。 図１のランスパイプの断面図である。
　以下、本発明のランスパイプの一実施形態を説明する。但し、本発明の範囲は、これに限定されるものではない。
　本発明の一実施形態のランスパイプ１は、図１又は２に示すように、有底円筒をＬ型にした形状としてあり、ガス導入管２と、それに接合した先端多孔質部３とを備えている。
　ガス導入管２は、円筒状に形成してあり、内部を吹き込みガスが流れる構成としてあり、先端多孔質部３に吹き込みガスを送り出すことができる。
　先端多孔質部３は、両端面を閉塞した円筒状に形成してあり、その各面を多孔質とし、ガス導入管２から流れ込んできた吹き込みガスが、内部から各面を透過して金属溶湯中に吹き込まれる構成としてある。
　ガス導入管２は、先端多孔質部３に対する素材強度比（ガス導入管強度／先端多孔質部強度）を２０～５００、好ましくは５０～２００にする。素材強度比をこの範囲にすることにより、先端多孔質部３を取り外す際、ガス導入管２が破損することがない。これら強度は、材質を選定によって調整することができる。
　素材強度は、３点曲げ強さ試験、ＪＩＳＲ２２１３に準じて測定することができる。
　ガス導入管２は、セラミックスなどで形成し、先端多孔質部３は、多孔質カーボンで形成することが好ましい。セラミックスとしては、窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、窒化珪素結合炭化珪素耐火物などを挙げることができる。
　先端多孔質部３は、平均気孔径を２０μｍ～２００μｍ、気孔率を３０～５０％にするのが好ましい。この範囲にすることにより、気泡の放出安定性が向上する。
　平均気孔径は、水銀ポロシメーターにて測定することができ、気孔率は、アルキメデス法にて測定することができる。
　ガス導入管２の先端側には、外周面にネジ部４のネジ山が形成してあり、先端多孔質部３の周面には、ネジ部４のネジ溝を有する円孔が形成してあり、これらを締結してガス導入管２と先端多孔質部３とを着脱可能に接合できるようにしてある。このようにネジ部を設けて接合できるようにすることにより、接合部からのガス漏れがなくなる。
　本実施形態では、ネジ部４でガス導入管２と先端多孔質部３と接合してあるが、アルミナ－シリカ系等からなる無機接着剤を用いた接合や嵌め合わせによる接合などでもよく、ネジ部による接合、無機接着剤による接合、嵌め合わせによる接合を適宜組み合わせて接合してもよい。
　ガス導入管２の厚みは、５ｍｍ～２０ｍｍが好ましく、先端多孔質部３の厚みは、１０ｍｍ～５０ｍｍが好ましい。
　ガス導入管２は、冷間静水圧成形、付き固め成形、押し出し成形、鋳込成形などで形成することができ、先端多孔質部３は、冷間静水圧成形、プレス成形、押し出し成形などで形成することができる。
　ランスパイプ１は、ガス導入管２を先端多孔質部３よりも強度のある素材で形成したため、ガス導入管２は、長期に亘り繰り返し使用することができ、また、これらを着脱可能に形成したため、破損しやすい先端多孔質部３を容易に交換することができる。
　なお、図１又は図２に示したランスパイプは、Ｌ型に形成してあるが、先端多孔質部の中間付近にガス導入管を連結したＴ型や、先端多孔質部を直線状にガス導入管に連結したストレート型や、先端多孔質部を所定の角度をもってガス導入管に連結したくの字型などに形成することもできる。
　以下、本発明を実施例に基づいて、より具体的に説明する。ただし、本発明の範囲は、この実施例に限定されるものではない。
　下記表１及び表２に記載されている素材を用いて、実施例１～３、７及び比較例１～５のガス導入管は、内径２０ｍｍ、厚み１０ｍｍに作製し、先端多孔質部は、多孔質カーボンで内径３０ｍｍ、厚み１５ｍｍに作製した。また、実施例４～６、８～１１のガス導入管は、内径２０ｍｍ、厚み５ｍｍに作製し、先端多孔質部は、多孔質カーボンで内径２５ｍｍ、厚み１５ｍｍに作製した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
（強度）
　強度は、３点曲げ強さ試験、ＪＩＳＲ２２１３に準じて測定した。
（接合）
　ネジ加工は、旋盤加工で行った。ネジ加工を施さない場合は、無機接着剤又は嵌め合わせで接合した。
（平均気孔径）
　平均気孔径は、水銀ポロシメーターで測定した。
（気孔率）
　気孔率は、アルキメデス法で測定した。
（試験）
　実施例１～１１及び比較例１～５のランスパイプを用いて、先端交換時の破損、アルミ耐食性、接合部からのガス漏れ、気泡放出安定性について試験を行った。
（先端交換時の破損）
　吹き込みガスを流しながら、ランスパイプを７５０℃のアルミニウム溶湯に１週間浸漬させて取り出し、常温に冷却した後、ガス導入部と先端多孔質部とを外し、その際にガス導入部に破損がないかを目視にて確認した。破損が確認されない場合を「○」、破損が確認された場合を「×」として評価した。
（アルミ耐食性）
　吹き込みガスを流しながら、ランスパイプを７５０℃のアルミニウム溶湯に１週間浸漬させて取り出し、常温に冷却することを３回繰り返し、折損がない場合を「○」、折損が発生した場合を「×」として評価した。
（接合部からのガス漏れ）
　ランスパイプを水槽内に浸漬させ、空気を２０Ｌ／ｍｉｎで送り込み、接合部からガスが漏れていないかを目視にて確認した。ガス漏れが確認されない場合を「○」、ガス漏れが確認された場合を「×」として評価した。
（気泡放出安定性）
　ランスパイプを水槽内に浸漬させ、空気を２０Ｌ／ｍｉｎで送り込み、気泡の放出具合を目視にて確認した。多孔質部全域から均一に気泡が放出された場合を「○」、気泡の放出にムラがある場合を「×」として評価した。
（総合評価）
　先端交換時の破損がなく、さらに、他の３評価項目中、２つ以上が○の場合を「◎」、先端交換時の破損がなく、さらに、他の３評価項目中、１つが○の場合を「○」、先端交換時の破損があり、さらに、他の３評価項目中、１つ以上が○の場合を「△」、先端交換時の破損があり、さらに、他の３評価項目の全てが×の場合を「×」として評価した。
（結果）
　実施例１～１１は、総合評価「◎」又は「○」であり、良好な結果であった。
　一方、比較例１～５は、総合評価「△」又は「×」であり、好ましくない結果であった。
　実施例１～１１の結果から、先端多孔質部に対するガス導入管の素材強度比が２５（実施例１～３）～４７５（実施例４）の範囲であれば、先端交換時にガス導入管の破損が見られないことが確認された。
　比較例１～５の結果から、該素材強度比が６又は５であるとガス導入管の破損が生ずることが確認された。
　これら結果から、先端多孔質部に対するガス導入管の素材強度比は、２０～５００の範囲であれば、先端交換時のガス導入管の破損が生じないものと思われる。

Claims (4)

  1. 　アルミニウム溶湯に吹き込みガスを導入するランスパイプにおいて、ガス導入管の先端側に先端多孔質部を着脱可能に設けてあり、先端多孔質部に対するガス導入管の素材強度比を２０～５００にしたランスパイプ。
  2. 　ガス導入管と先端多孔質部を無機接着剤及び／又はネジ加工により接合した請求項１に記載のランスパイプ。
  3. 　ガス導入管の素材に窒化珪素系セラミックス、サイアロン系セラミックス、炭化珪素系セラミックス、窒化珪素結合炭化珪素耐火物を用いた請求項１又は２に記載のランスパイプ。
  4. 　先端多孔質部に平均気孔径が２０μｍ～２００μｍ、かつ気孔率が３０～５０％である多孔質カーボンを用いた請求項１～３のいずれかに記載のランスパイプ。
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