特許 5982574 ガスパージ要素および対応するガス供給ライン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5982574

(24)【登録日】2016年8月5日

(45)【発行日】2016年8月31日

(54)【発明の名称】ガスパージ要素および対応するガス供給ライン

(51)【国際特許分類】

   C21C 7/072 20060101AFI20160818BHJP

   F27D 3/16 20060101ALI20160818BHJP

   C21C 5/48 20060101ALI20160818BHJP

【ＦＩ】

   C21C7/072 P

   F27D3/16 Z

   C21C5/48 D

【請求項の数】8

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2015-527843(P2015-527843)

(86)(22)【出願日】2013年8月7日

(65)【公表番号】特表2015-531828(P2015-531828A)

(43)【公表日】2015年11月5日

(86)【国際出願番号】EP2013066531

(87)【国際公開番号】WO2014032923

(87)【国際公開日】20140306

【審査請求日】2015年2月18日

(31)【優先権主張番号】12181902.3

(32)【優先日】2012年8月27日

(33)【優先権主張国】EP

(73)【特許権者】

【識別番号】503069193

【氏名又は名称】リフラクトリー・インテレクチュアル・プロパティー・ゲー・エム・ベー・ハー・ウント・コ・カーゲー

(74)【代理人】

【識別番号】100108453

【弁理士】

【氏名又は名称】村山 靖彦

(74)【代理人】

【識別番号】100064908

【弁理士】

【氏名又は名称】志賀 正武

(74)【代理人】

【識別番号】100089037

【弁理士】

【氏名又は名称】渡邊 隆

(74)【代理人】

【識別番号】100110364

【弁理士】

【氏名又は名称】実広 信哉

(72)【発明者】

【氏名】ベルント・トルマー

(72)【発明者】

【氏名】ミハエル・クリコヴィッチ

(72)【発明者】

【氏名】ローマン・クルプ

(72)【発明者】

【氏名】レオポルト・クナイス

【審査官】 池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】 オーストリア国特許発明第００３６５９５８（ＡＴ，Ｂ）

【文献】 特開平０２−１１８０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５１１２０２９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０５１９８１７９（ＵＳ，Ａ）

【文献】 仏国特許出願公開第０２４５１９４５（ＦＲ，Ａ１）

【文献】 特開２０１１−１９４４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０６７９７２３０（ＵＳ，Ｂ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２１Ｃ ７／０７２

Ｃ２１Ｃ ５／４８

Ｂ２２Ｄ ４１／００−４１／６２

Ｂ２２Ｄ １１／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス供給パイプおよびガスパージ要素（１０）を備える、冶金用途のためのガスパージ装置であって、
ａ）前記ガスパージ要素（１０）は、第１端部（１０ｕ）および第２端部（１０ｏ）を有する耐火性のセラミック本体（１０ｋ）を有する
ｂ）前記ガスパージ要素の取付位置において前記第２端部（１０ｏ）は、金属溶融物に接触する
ｃ）前記第１端部（１０ｕ）は、金属コート（１２）によって覆われ、ガス接続アダプタ（２０）が接続される開口部（１６）を有する
ｄ）前記ガス供給アダプタ（２０）を介して供給される処理ガスが、前記本体（１０ｋ）を通り流れ、かつ前記第２端部（１０ｏ）において前記本体（１０ｋ）から出るように、前記ガスパージ要素（１０）、前記本体（１０ｋ）、および前記ガス供給アダプタ（２０）が設計される
ｅ）前記ガス供給アダプタ（２０）は、金属コート（１２）に接続され、かつ前記ガス供給パイプ（３０）の対応するソケットまたは対応するプラグとの接続のために、当該ガス供給アダプタ（２０）の自由端部（２０．１）は押込み型接続のプラグまたはソケットとして設計される、および
ｆ）内ネジ（４２ｉ）を有する固定要素（４０）は、前記ガス供給アダプタ（２０）の前記自由端部（２０．１）における対応する外ネジとともにキャップナットにより前記押込み型接続を機械的に固定する
以上の特徴を有する、ガスパージ要素。

【請求項2】

前記ガス供給アダプタ（２０）は、前記金属コート（１２）との接続領域（２２）から前記セラミック本体（１０ｋ）から離れる方向に延在する、請求項１に記載のガスパージ装置。

【請求項3】

前記ガス供給アダプタ（２０）は、前記金属コート（１２）との接続領域（２２）から前記セラミック本体（１０ｋ）に向かって延在する、請求項１に記載のガスパージ装置。

【請求項4】

プラグとして設計される前記ガス供給アダプタ（２０）は、外側が以下の幾何学的な形：円錐、円錐台形、プリズムの１つを呈する、請求項１に記載のガスパージ装置。

【請求項5】

ソケットとして設計される前記ガス供給アダプタ（２０）は、外側が以下の幾何学的な形：ネガティブ円錐、ネガティブ円錐台形、ネガティブプリズムの１つを呈する、請求項１に記載のガスパージ装置。

【請求項6】

前記ガス供給アダプタ（２０）は、金属溶融物の浸潤に対する漏出保護を有する、請求項１に記載のガスパージ装置。

【請求項7】

前記ガス供給アダプタは、背圧バルブ（２６，２８）を有する、請求項１に記載のガスパージ装置。

【請求項8】

前記ガス供給アダプタ（２０）は、前記供給されるガスの流れ方向（Ｇ）において、２０ｃｍ未満の長さを有する、請求項１に記載のガスパージ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、冶金容器のガスパージ要素および対応するガス供給ラインに関する。

【背景技術】

【0002】

ガスパージプラグとも呼ばれるガスパージ要素は、処理すべき溶融物、特に冶金の溶融物へのガス（気体／固体の混合物にも適用できる）の吹き入れとして機能する。プロセスにおいて、ガス状の処理流体は、定方向の多孔性のガスパージプラグにおける対応するチャネル／スリットに沿って、およびランダムな多孔性のガスパージプラグにおける対応する不規則な穴容積に沿って導かれる。

【0003】

冶金容器の基部または壁におけるガスパージプラグの配置は、異なる方法で行うことができる。典型的なアセンブリにおいて、ガスパージプラグは、対応するウェルブロック内に配置される。外側では、ガスが供給される端部において、機構的な手段によってパージ要素が冶金容器に固定される。パージ要素の取り外し、または交換のために機構は開かれる。

【0004】

特許文献１によると、耐火性材料のリングは、この機構に属し、これは、ガスパージプラグのガス供給パイプを囲み、かつガスパージプラグの基部と半径方向に重なっている。

【0005】

このようなガスパージプラグ、および対応するアセンブリ装置は、過去正常に使用されてきた。しかし実際は、ガスパージ要素の取外し／取り付けのための労力が大きく、長時間かかり、費用が比較的多くかかる原因となるという課題がある。

【0006】

ガスが隣接する不燃性（耐火性）材料に拡散することを防ぐために、ガスパージプラグを金属シートでコートする設計が知られている。金属シートは、パージ要素の基部領域の特に円周に延在する。基部の金属シートは、開口部を有し、この開口部にガス接続パイプが接続され、基部金属シートから自由に突出している。このセグメントは、ガスパージプラグの「冷端部」と呼ばれる一方、ガスパージ要素の軸方向における逆端部は、「熱端部」と呼ばれる。ガスパージ要素の組み立て後、この端部は、処理されるべき熱い溶融物に機能的に接触する。ガスがガス接続パイプ、開口部および耐火性材料の定方向および／またはランダムな穴を介して溶融物に吹き込まれる。

【0007】

特許文献２は、金属ベースプレートおよびガス供給アダプタがないガスパージプラグを提案する。このガスパージプラグは、冷端部における自由開口部によって特徴付けられる。取付デバイスは、ガスパージプラグを取付位置に固定し、またガスパージプラグを通りガスを導くために、ガス接続要素として機能する。

【0008】

特許文献１によるガスパージプラグのような長いガス供給パイプがないため、特許文献２によるガスパージプラグは輸送および取り付けが容易である。しかし、特許文献２に記載のデバイスにおいて、ガス漏れを封止することは、事実上不可能である。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】欧州特許出願公開第０ １４８ ３３７号明細書

【特許文献2】独国特許第３８ ３３ ５０２号明細書

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

本発明の目的は、ガスパージプラグの取り付けまたはむしろ取り外しを簡単にし、かつガス漏れを最小にするための建設的に容易なオプションを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、以下の考えに基づいている：金属シートによって被覆されたガスパージプラグは、多くの利点を有する。高い取り付け精度を有し、ガス漏れを防ぎ、かつ輸送中でも丈夫である。後者は、ガス供給パイプに関して制限付きで有効である。

【0012】

これに関し、本発明の態様は、ガス供給パイプの長さを最小限に低減するものであり、短いガス供給アダプタを設計するものである。

【0013】

ガス源およびガスパージプラグの間のガス接続を提供するために、パイプ、アダプタ等の１または複数の要素をこのガス供給アダプタに接続することができる。

【0014】

本明細書において、さらなる発明的なアイディアは、押込み型（プラグ・アンド・ソケット）接続を設計するように、このような要素およびガス供給アダプタを互いに差込むことである。「押込み型接続」（プラグ・アンド・ソケット接続）は、所望の流れ、好ましくは損失のないガスの流れを達成するために、隣接する要素の対応するセグメントが互いに差し込まれることを意味する。一般的な専門用語によると、押込み型接続は、雄部品および雌部品を含む。特定の幾何学的形状は重要ではない。

【0015】

押込み型接続は、単に差し込むことによってガスの流れ方向において（ガス供給システムの）隣接するセグメントを互いに接続する可能性を提供する。この場合、押込み型接続は、略気密な接続を達成するために役立つ。この接続は、例えば押込み型接続の対応するセグメントが、それに対応して円錐形／円錐台形に設計され、互いに差し込まれるということによって実現可能である。

【0016】

したがって、押込み型接続は、隣接する要素（例えばパイプセグメント）の気密な接続のために主に機能し、任意のさらなる固定要素が、隣接するセグメントを差込み位置における所定の場所に機械的に確保／固定することができる。

【0017】

押込み型接続は、工具を必要とせず、接続される「ガスパイプ」の部品は、互いに簡単に差し込まれる（適合する）。これは、周囲が高温でさえも迅速に行われる。

【0018】

最も一般的な実施形態において、本発明は、以下の特徴を有する、冶金容器におけるガスパージ要素に関連する。
ａ）第１端部および第２端部を有するセラミック耐火性の本体
ｂ）ガスパージ要素に組立てられた状態において第２端部は、金属溶融物に接触する
ｃ）第１端部は、外側が金属コートによって覆われ、ガス供給アダプタが接続される開口部を有する
ｄ）ガス供給アダプタを介して供給される処理ガスが本体を通り流れ、かつ第２端部で本体から出るように、ガスパージ要素、本体、およびガス供給アダプタが設計される
ｅ）ガス供給アダプタは、金属コートに接続され、かつガス供給パイプの対応する雌部品、または対応する雄部品との接続のために、押込み型接続の雄または雌部品として設計される。

【0019】

ガスパージ要素の基部におけるガス供給アダプタは、アダプタ型により設計可能である。このアダプタは、既知のタイプのガス供給パイプとは異なる。アダプタは、より短くすることができ、かつ概してガス供給パイプのための接続点を提供することのみを目的としている。ガスは、必然的にこのアダプタを通り導かれるが、短い距離である。一実施形態によると、ガスの流れ方向におけるアダプタの長さは、＜２０ｃｍであり、＜１５ｃｍまたは＜１０ｃｍであることが多い。アダプタは、ガスパージ要素の基部に直接接続される。

【0020】

アダプタ／ガス供給アダプタは、基部金属シートから内向きにガスパージプラグのセラミック部分に、または逆に外向きに延在することができる。いずれの場合も、連続的なガス接続を作るために、対応するガス供給パイプは、その第２端部でガス供給アダプタに差し込まれる。

【0021】

一実施形態は、押込み型接続を介してガス供給パイプの第２端部およびガスパージ要素の基部領域におけるアダプタを接続すること、および意図されない取り外しに対して別の固定要素によって固定することを提案する。

【0022】

自由に突出するガス供給アダプタの場合、単純で、取り外し可能な固定は、図に示すように、対応する内ネジおよび外ネジ（キャップナットにより）を有するプラグ要素の対応する端部セグメントを設計することによって可能となる。

【0023】

ネジ接続の代わりに、ブラケット接続、またはバヨネットロックによりこの役割を達成することができる。

【0024】

接続部（ガス供給アダプタ／ガス供給パイプ）の上述のセグメントは、例えば、パイプセグメントまたはホースセグメントからなり、その内側断面は、ガスパージプラグとの接続部を通り、その後ガスパージプラグを通り供給されるガスの量に依存する。

【0025】

ガス供給アダプタまたはガス供給パイプは、金属溶融物の浸潤（浸透）に対する漏出保護を有することができる。この目的のために、関連するセグメントは、少なくとも部分的にコイル状、またはジグザグの形のガスチャネルを有することができる。

【0026】

したがって漏出保護は、（ガスの流れ方向において）ガスパージ要素の冷端部の前、または冷端部に配置される。漏出保護は、例えば上述のタイプの押込み型接続によってガス供給パイプまたはガス供給アダプタの対応するセグメントに接続される交換可能な要素として構成することができる。

【0027】

前述のように、互いに差し込まれる要素（特にパイプセグメント）が、プリズム、円錐、円錐台形、球、放物面のグループの対応する幾何学形状を有すように、押込み型接続を設計することができる。

【0028】

押込み型接続は、図の以下の説明に示されるように、ガスパージプラグから遠いセグメントの自由端部が最大断面積を有するように特に設計することができる。

【0029】

押込み型接続は、隣接する接続セグメントの迅速かつ確実なガス気密接続が可能であるが、固定要素は、接続部が再度外れることを防ぐ目的を有している。

【0030】

この場合、固定要素はまた、例えばガス供給パイプをガスパージプラグの方向に押しつけ、かつ差し込まれた位置に保持する圧力または保持デバイスとして設計することができる。

【0031】

さらに、ガス供給パイプのセグメントは、類似の方法で接続することができる。

【0032】

圧力／保持要素は、冶金容器の外側にスイベル式に取り付けられた取付デバイスの一部とすることができる。

【0033】

取付／取外しデバイスは、ガスパージ要素の挿入後、ガス供給アダプタに自由に回転することができるような寸法とすることができ、それによって取付要素は、開口部またはスリットを有し、それを通りガス供給アダプタ、および関連するガス供給パイプおよび固定要素を導くことができる。

【0034】

取付デバイスの設計によると、ガスアダプタ（接続）要素の長さは、ガスパージプラグの一部として選択される。

【0035】

本発明のさらなる特徴は、従属請求項の特徴および他の出願書類により明らかになるだろう。本発明は、以下のいくつかの実施形態に関して説明される。

【図面の簡単な説明】

【0036】

【図1】ガスパージプラグの第１実施形態を有する冶金容器の基部領域を通る縦断面図である。

【図2】個々の取付ステップを個別に示す、ガスパージプラグの第２実施形態を有する冶金容器の基部領域を通る縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0037】

図において、同一のまたは類似の要素には、同じ参照符号が付されている。

【0038】

参照符号１０は、外側金属シートコート（金属包絡部）１２と、中央開口部１６を有する金属シート基部１４とを有する円錐台形のガスパージプラグを示す。

【0039】

示された取付位置において、耐火性のセラミック本体は、多孔質セグメント１０ｐを有して前記開口部１６の上に延在し、そこを通り下のガスパージプラグ１０の冷端部１０ｕから上部の熱端部１０ｏ（不図示）までガスを矢印Ｇの方向に供給することができる。

【0040】

多孔質セグメント１０ｐの反対において、ガスパージプラグ１０のためのガス供給アダプタ２０が開口部１６の周りに延在する。軸方向ガスチャネル２６を有するガス供給アダプタ２０は、示された取付位置において、開口部１６から下方へ延在する。

【0041】

ガス供給アダプタ２０は、ガスパージ要素１０から離れた第１端部２０．１と、ガスパージ要素１０に隣接する第２端部２０．２とを有する。第２セグメント２０．２は、金属基部１４（溶接継ぎ目２２）に溶接される。

【0042】

第２端部２０．２の領域において、ガス供給アダプタ２０は、内部の断面積が変化し、ガスパージプラグ１０に面する部分は、大きな断面積を有する。このセグメントにおいて、本体２４は、緩く配置される。ガス圧力がない場合、記載されたようなガスチャネル２６の断面積が減少した肩部に載置される。ガス圧力下では、本体２４は、肩部から上昇し、かつガスパージプラグの方向へ移動する。本体２４の上に配置された固定ボルト２８は、本体２４が開口部１６をブロックすることを防ぐ。

【0043】

反対側の第１端部２０．１において、ガスチャネル２６は、円錐状に下方および外向きに拡大する（広がる）。この部分において、ガス供給パイプ３０の第２端部３０．２は、気密な方法で差し込まれる。この端部３０．２は、それに対応して円錐台形状（ノズル状）を呈し、かつそのテーパー状の端部は、上部にある。端部２０．１は、ソケットを形成し、端部３０．２は、押込み型接続のプラグを形成する。

【0044】

取付位置において、ガス供給パイプ３０は、ガス供給アダプタ２０の第１端部２０．１の少し下の外側に肩部３２を有する。チューブ状の、固定要素４０のリング状内側ヒール部４２は、肩部３２に対して載置される。固定要素４０は、ヒール部４２の上の領域において内ネジ４２ｉを有し、ガス供給アダプタ２０の第１端部２０．１の対応する外ネジ２０．１ａにねじ込まれ、第１端部の外側は円筒状である。ヒール部４２の下で、固定要素４０は、固定のための半径方向外側に広がるホイール４４までチューブ状で下方に延在する。

【0045】

この実施形態において、ガス供給アダプタ２０およびガス供給パイプ３０の接続は、軸方向に互いに差し込まれるセグメント２０．１，３０．２によって作られ、押込み型接続は、ゆるまない（開かない）ように固定要素４０を介して固定される。

【0046】

取付デバイス６０は、ヒンジ６２を介して対応する冶金容器の外側コート５０にスイベル式に取り付けられる。図１は、取付デバイスがリング状要素６４と共にガス供給アダプタ２０およびガス供給パイプ３０の第２端部３０．２に延在している取付位置を示す。リング状要素６４は、ハンドル６６を用いて示された位置において安定した外側コート５０に固定される。この場合、要素６４は、ガス供給アダプタ２０の第２端部２０．２を囲むノズル６８に接触する。ノズル６８は、ガスパージ要素１０の下の耐火性のライニングの一部である。ガス供給アダプタ２０の第１端部２０．１は、前記ノズル６８を越えて下方へ突出する。

【0047】

ガス供給パイプ３０がガス供給アダプタ２０に取り付けられて固定される前に、示された位置において取付デバイス６０を回転させることができるため、取り付けは簡単である。前記部品２０，３０の気密接続の前に、ガスパージプラグ１０は、しっかり配置される。接続部のガス供給アダプタ２０は、正確に調整されるため、ガス供給ライン３０との押込み型接続を非常に簡単、正確かつ迅速に行うことができる。ガス供給パイプ３０の長さは、任意である。ガス供給パイプ３０はまた、押込み型接続（または他の手段）によって気密な方法で接続することができる多数のセグメントから構成することができる。

【0048】

これは、図２による実施形態に対しても有効である。図１による実施形態とは主に以下の特徴が異なる。
− ガス供給アダプタ２０は、ガスパージプラグ１０の金属基部１４に接続される（ここでは溶接される）アダプタとして設計される。アダプタは、基部１４から下方へ１０ｍｍ突出し、かつこの端部（２０．１）において、図１によるガス供給アダプタ２０の第１端部２０．１と同様に設計される。同様にこれは、図２のガス供給アダプタ２０の第２端部２０．２に対しても有効である。言い換えれば、図２による例において、ガス接続アダプタ２０およびガス供給パイプ３０は、押込み型接続によって接続される。
− 図２によるガス供給パイプ３０は、（図１のような）端部（３０．１，３０．２）間のパイプとして設計されないが、厚肉円筒として設計され、同時に漏出保護のとして機能する。この場合、ガスチャネル２６は、第２端部３０．２および第１端部３０．１の間のコイルタイプ（または渦巻き）として設計される。金属溶融物がガスチャネル２６に入ると、外側に（コイルに沿って）半径方向に導かれるため、溶融物の経路は、長くなり、溶融物が凝固するまでより早く冷却することができる。これは、ほとんど知られていることであるため、ここではさらに説明しない。
− 図２によるガス供給パイプ３０の第１端部３０．１は、図１によるガス供給アダプタ２０の第１端部２０．１と同様に設計され、図１によるガス供給パイプ３０と同様に設計されるさらなるガス供給パイプ７０との接続に役立つ。
− 取付デバイス６０のリング状要素６４は、取付位置において、ガス供給パイプ３０の厚肉部の下面に直接接触する。
− 図２ａ〜図２ｄは、この実施形態の個々の取付ステップを示す。第一に、ガスパージプラグ１０（接続されたアダプタ２０と共に）が冶金容器の基部に取り付けられる（図２ａ）。
− 取付デバイス６０を開く。
− 漏出保護を含むガス供給パイプ３０がアダプタ２０に差し込まれて、共にねじ込まれる（図２ｂ）。その後、取付デバイスは、両方の部品２０，３０（図２ｃ）の上に回動され、部品３０が固定される。
− 最終ステップにおいて、さらなるガス供給パイプ７０の上端部７０．２がガス供給パイプ３０の下部セグメント３０．１に差し込まれて、２つの端部２０．１，３０．２と同様に、ネジ固定要素を介して固定される（図２ｄ）。

【符号の説明】

【0049】

１０ ガスパージ要素
１０ｕ 冷端部
１０ｏ 熱端部
１２ 外側金属シートコート
１４ 金属基部
１６ 開口部
２０ ガス供給アダプタ
２０．１ 第１端部
２０．２ 第２端部
２４ 本体
２６ ガスチャネル
２８ 固定ボルト
３０ ガス供給パイプ
３０．１ 第１端部
３０．２ 第２端部
３２ 肩部
４０ 固定要素
４２ ヒール部
４２ｉ 内ネジ
４４ ホイール
５０ 外側コート
６０ 取付デバイス
６４ リング状要素
７０ ガス供給パイプ

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図2c】

【図2d】