JP2008188639A - スライディングノズル装置、並びにこれに使用される下部ノズル及び下プレート - Google Patents

Abstract

【課題】下プレートと下部ノズルとの間の接合面間（目地部）の隙間の発生を防止するために弾性体を使用するスライディングノズル装置において、弾性体の寿命を長くできる構造を提供すること。
【解決手段】下部ノズル収納金枠３ｂに連結した下部ノズル収納筒４に下部ノズル５をバイオネット機構で締め付け保持するスライディングノズル装置において、下部ノズル収納筒４の外側に固定部４１を設け、この固定部４１を弾性体７２で押し付けながら下プレート収納金枠３ｂに連結手段７によって連結した
【選択図】図１

Description

本発明は、溶融金属の流量制御を行うためのスライディングノズル装置、並びにこれに使用される下部ノズル及び下プレートに関する。

スライディングノズル装置は、溶融金属の流量制御を正確に行うことができるため、各種の溶融金属容器に広く利用されている。このスライディングノズル装置には、一般的に２〜３枚のプレートを使用し、一番下の下プレートの下面には下部ノズルが接合している。

一般的には図６と図７に示すように、下部ノズル２０は、スライディングノズル装置１４の下プレート収納金枠１５に設けられた下部ノズル収納筒１６と、これにバイオネット機構１７で螺着する下部ノズルホルダー１３とにより締め付け固定されている。具体的には、下部ノズル収納筒１６の内面に螺旋溝１７が形成され、下部ノズルホルダー１３には螺旋溝１７に螺合する３個の突起１８が形成されている。そして、下部ノズル２０を装着する際には、下部ノズルホルダー１３に下部ノズル２０を収納した状態で、下部ノズルホルダー１３の３個の突起１８を下部ノズル収納筒１６の３条の螺旋溝１７に嵌入させて所定方向に回転させることで下部ノズルホルダー１３を下部ノズル収納筒１６へ螺着する。これにより、下部ノズルホルダー１３の上端面が下部ノズル２０の顎部を押し付けるため、下部ノズル２０を下プレートに強く押し付けることができる。

また、一般的に下プレートと下部ノズルの間の接合面間（目地部）にはモルタルやシール材等の目地材が充填され、隙間からのエアー吸い込みや溶融金属の漏れを防止している。しかしながら、繰り返し使用されると、接合面間の目地材が収縮したり、周囲の耐火物や金物の膨張収縮により、接合面間に隙間が発生することがある。すると、隙間からエアーを吸い込んだり、あるいは溶融金属が漏れる場合があり非常に危険である。さらに、隙間の発生により下部ノズル収納筒と下部ノズルホルダーとの接触部の拘束力がなくなるので、下部ノズルホルダーが緩んで下部ノズルとともに落下することもある。

これを防止するために、本願出願人は、先に特許文献１において、下部ノズルの顎部と下部ノズルホルダーの先端面との間に弾性リングを装着した接合面間の隙間防止構造を開示した。これにより、接合面間の目地材が収縮したり、周囲の耐火物や金物の膨張収縮による隙間が発生しても、弾性リングの付勢力により隙間の発生を防止することができる。しかしながら、この構造のものでは、下部ノズルからの力を弾性リングで直接受けるため、ロングノズル着脱時などに下部ノズルに外力がかかった際に、弾性リングにその反発力以上の力がかかれば、接合面間に隙間が発生する恐れがある。また、弾性リングの径が大きいため熱による歪を受けやすく、下部ノズルへの押し付け力が不均一になるので接合面間が開きやすくなるという問題もある。

さらに、本願出願人は、特許文献２において、下部ノズルホルダーをホルター本体とこのホルダー本体上に弾性体を介して装着した上部リングとから構成し、この上部リングとホルダー本体との上下方向の最小距離が弾性体の総たわみ量の１／４〜３／４である下部ノズルホルダーを開示した。これにより、弾性体の反発力以上の外力に対しても接合面が開く方へ動くことがなくなる。

しかしながら特許文献１あるいは特許文献２の構造においては、弾性体が下部ノズルに近い位置にあり、下部ノズルからの輻射熱をまともに受けるため使用中に弾性体が高温となり反発力の低下を招きやすく、そのため、下プレートと下部ノズルとの間の接合面間（目地部）の隙間の発生や下部ノズルホルダーの緩みの問題が完全に解決されたとは言いがたい。さらに、この緩みを防止するためには、弾性体を頻繁に交換しなければならないという問題もある。
特開平１０−５８１２４号公報 特開２００２−２８３０４６号

本発明が解決しようとする課題は、スライディングノズル装置において、下プレートと下部ノズルとの間の接合面間（目地部）の隙間の発生や下部ノズルホルダーの緩みを防止することにあり、具体的には、下プレートと下部ノズルとの間の接合面間（目地部）の隙間の発生を防止するために弾性体を使用するスライディングノズル装置において、弾性体の寿命を長くできる構造を提供することにある。

本発明のスライディングノズル装置は、下プレート収納金枠に連結した下部ノズル収納筒に下部ノズルをバイオネット機構で締め付け保持するスライディングノズル装置であって、下部ノズル収納筒の外側に固定部を設け、この固定部を弾性体で押し付けながら下プレート収納金枠に連結手段によって連結したことを特徴とするものである。

このスライディングノズル装置に使用する下部ノズルとしては、長手方向の中途に段差部があってその基端側が大径外周部となっており、この大径外周部の長さＬ１と下部ノズルの全長Ｌ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が１／５以上１／３以下であり、さらに下プレートとの接続部となる上端接続部の凹部深さが２０ｍｍ以下（０を含む）である下部ノズルを使用することが好ましい。

また、この下部ノズルと嵌合して使用される下プレートとしては、下部ノズルの上端接続部の凹部と嵌合する凸部の高さが２０ｍｍ以下（０を含む）である下プレートを使用することが好ましい。

本発明のスライディングノズル装置では、弾性体が下部ノズル収納筒の外側に配置されるので、下部ノズルからの輻射熱の影響が軽減され、弾性体が高温になることを防止することができる。したがって、弾性体の反発力低下を防止でき、安全な操業が可能となる。また、弾性体の寿命も長くなるため交換のための費用を削減できる。

さらに、下部ノズルホルダーの緩みを長期間安定して防止することができるので、使用中に下部ノズルホルダーが緩んだり落下したりすることによる漏鋼の危険性を軽減することができる。

また、下プレートと下部ノズルとの接合面間（目地部）の隙間の発生を長期間安定して抑制することができるので、接合面間への溶融金属の侵入を確実に防止することができる。

加えて、下プレートと下部ノズルとを嵌合するための凹凸部を小さくすることができるので、耐火物を軽量かつコンパクトにすることができる。

本発明の実施の形態を図面に示す実施例に基づき説明する。

図１は、本発明のスライディングノズル装置における下部ノズル収納筒とその周辺部であって、図３におけるＡ−Ａ断面を示す。図２は本発明のスライディングノズル装置における連結手段の拡大図、図３は本発明のスライディングノズル装置の底面図である。

図１において、スライディングノズル装置の下プレート２を固定保持する下プレート収納金枠３ｂに連結された下部ノズル収納筒４と、これにバイオネット機構で螺着する下部ノズルホルダー６とにより下部ノズル５が固定されている。なお、この図においては、下部ノズルホルダー６を締め付ける前の状態を示している。また、バイオネット機構については図示していないが、従来技術である図７と同じ構造になっている。そして下部ノズル５の上部の凹部５５は下プレート２の凸部２１にシール材５３を介して嵌合し、下プレート２の上面は上プレート１の下面に接している。また、上プレート１は上プレート収納金枠３ａに固定保持されている。

下部ノズル収納筒４の外側面には、固定部としてフランジ部４１が設けられている。そして連結手段７の連結ボルト７１は、弾性体としての皿バネ７２の中央の孔から、固定部としてのフランジ部４１に設けた固定部貫通孔４７を突き抜けて、先端の雄ネジ溝７９が下プレート収納金枠３ｂの雌ネジ孔３１に螺合している。この連結ボルト７１の締め付けによって皿バネ７２が圧縮されるため、フランジ部４１すなわち下部ノズル収納筒４は下プレート収納金枠３ｂに皿バネ７２の反発力によって押し付けられている。この実施例における連結手段７は、下部ノズル収納筒４が下プレート収納金枠３ｂに対して水平方向にずれないようにし、しかも弾性体としての皿バネ７２を保持する機能も有する。なお、連結手段としては、本実施例のボルト以外の手段を採用することも可能であり、例えば、弾性体の保持押圧手段と下部プレート収納金枠への連結手段とを別々に設置することもできる。

このような本発明の連結手段によれば、下部ノズルホルダー６締付け時の回転力よる下部ノズル収納筒４のずれを防止でき、もちろん使用時の下部ノズル５の水平方向のずれも防止することができる。また弾性体は、下部ノズル収納筒４の外側に位置しているため使用時には下部ノズル５からの輻射熱を低減でき、熱による劣化を低減することができる。

図２に示すように、本実施例の連結手段７は、筒体７３と、筒体７３の内部に収納される弾性体としての皿バネ７２と、筒体７３の下端側に配置され貫通孔７４を有する蓋７５と、蓋７５の下側から貫通孔７４、筒体７３、及びフランジ部４１を貫通して下プレート収納金枠の雌ネジ孔３１に螺合する連結ボルト７１とからなる。なお、本実施例では蓋７５は筒体７３と一体化しているが、蓋７５と筒体７３を分割することもできる。

連結ボルト７１の頭部７６の外径は蓋７５の貫通孔７４の内径より大きく、また締め付け器具が嵌合するための六角形の穴７７を有している。さらに連結ボルト７１には長手方向の中途に段差部７８があり、段差部７８から先端側は外径が小さくしかも雄ネジ溝７９を有し、段差部７８から頭部側の外径は雌ねじ孔３１より大きくなっている。そして連結ボルト７１は、その段差部７８から先端側が下プレート収納金枠３ｂの雌ねじ孔３１に螺合し、段差部７８が下プレート収納金枠３ｂの下面に接している。このように、連結ボルト７１の頭部７６とフランジ部４１との間に弾性体を配置し、連結ボルト７１をフランジ部４１を貫通して下プレート収納金枠３ｂに締結することで、弾性体の保持・押圧機能とフランジ部４１の下プレート収納金枠３ｂへの連結機能の両方の機能を得ることができるため、取り扱いが簡便でしかも全体がコンパクトになる。

弾性体としては皿バネ７２を１０個使用しており、これらの皿バネは連結ボルト７１の締め付け力によって圧縮された状態で、上端側の皿ネジはフランジ部４１に圧接し、下端側の皿ネジは蓋７５に圧接している。

筒体７３のフランジ部４１側の端面８０とフランジ部４１の表面４２との隙間は２ｍｍとなっている。この隙間の大きさは、連結ボルト７１の段差部７８の位置をあらかじめ設定しておくことでコントロールすることができる。そして、筒体の端面８０とフランジ部の表面４２との隙間の大きさは、０．５〜５ｍｍの範囲であれば十分である。さらにこの隙間は、皿バネ７２の総たわみ量の１／８〜３／４の範囲であることがより好ましい。１／８未満では、下部ノズル５の下プレート２への押し付け力が不十分であり、３／４を超えると内部応力が高く皿バネ７２のヘタリが早くなる。図２の実施例においては、たわみ量が０．８ｍｍの皿バネを１０個使用しており、総たわみ量が８ｍｍに対し使用時たわみ量が３．６ｍｍで約１／２である。ちなみに、本実施例においては最初の連結ボルトの締め付けで１．６ｍｍたわませ、隙間を２ｍｍ確保しているため、下部ノズルホルダーを最大に締め付けたときには総たわみ量は３．６ｍｍとなる。なお、弾性体としては、皿バネ７２のほか、コイルバネ等を使用することができる。

連結ボルト７１は締め付け力がトータルで５ｋＮ〜４０ｋＮの範囲で複数の連結ボルトがほぼ均等になるようにバランス良く締め付けることが好ましい。この締め付け力は、使用した弾性体のたわみ量と反発力から算出することができる。

図３は本発明のスライディングノズル装置の底面図であり、下部ノズル収納筒４をフランジ部４１と、そのフランジ部４１に設けた４つの連結手段７のボルト７１で下プレート収納金枠３ｂに連結固定している点以外は従来のスライディングノズル装置と同じである。

図４は、本発明のスライディングノズル装置の他の実施例の要部を示す正面図である。この実施例においては下部ノズル収納筒４ａの側面に設けた支持部４３ａに金属製の防熱板４４ａが取り付けられている。防熱板４４ａは、下部ノズル収納筒４ａが貫通するための円形の切り欠き４５ａを有している。防熱板４４ａは、厚さ３ｍｍのステンレス鋼板からなり、下部ノズル収納筒４ａの摺動方向の側面２ヶ所の対称位置に設けた支持部４３ａに固定ボルト４６ａで左右対称に２ヶ所ずつ計４ヶ所で固定されている。この防熱板４４ａによって、使用中にタンディッシュ等の溶融金属容器の表面からの輻射熱が弾性体に当ることを防止することができ、弾性体の劣化を抑制することができる。

一方、下部ノズルは使用時にはノズル孔を溶鋼が通過するために１５００℃近くになり、鋳造が終了すると数百度まで温度が低下する。図１において、下部ノズル５には長手方向中途に段差部５６があってその基端側が大径外周部５１となっており、この大径外周部５１の下端部（段差部５６）が下部ノズルホルダー６で支持されている。したがって、大径外周部５１の縦方向の膨張は下プレート２と下部ノズル５の間の目地部５２に影響を与える。下部ノズル５に使用される耐火物は、１５００℃の熱膨張率が１．０〜１．５％のものが多く、下部ノズル５と下プレート２の間の目地部５２には耐火物製のシール材５３が配置されているが、このシール材５３は、受熱時間が長くなるほど前記の膨張によって圧縮されクリープ変形するため厚みが小さくなっていく。すると、鋳造が終了してスライディングノズル装置が待機状態になったとき、下部ノズル５が冷却され収縮するため下部ノズル５と下プレート２間に隙間が発生し、ノズルホルダー６に緩みが発生する原因になる。さらに、当初のセット時には下部ノズル５と下プレート２との目地部５２の厚み管理が難しいため、目地部５２の厚みが厚くなった場合には、シール材５３の収縮量が大きくなるためより冷却時（待機時）の隙間が大きくなり、ノズルホルダー６はより緩みやすくなる。

このとき、大径外周部５１の長さが長いほどノズルホルダー６と下プレート２間の膨張量が大きくなりシール材５３をより大きな圧力で加圧する。このため大径外周部５１の長さＬ１は短い方が好ましい。ただし、短すぎるとノズルホルダー６からの応力に対する強度が不足し、大径外周部５１の支持部（段差部５６）付近からノズル孔５４にかけて亀裂が発生しやすくなる。このため下部ノズル５の大径外周部５１の長さＬ１と下部ノズル５の全長Ｌ２との比（Ｌ１／Ｌ２）は、１／５以上１／３以下であることがより好ましい。具体的には、下部ノズルの大きなものは全長が３００ｍｍ程度で、小さなものは１５０ｍｍあることから、大径外周部の長さＬ１は３０ｍｍ以上１００ｍｍ以下であることが好ましい。ここでＬ１は、図１に示すように、下部ノズルの上端面から大径外周部５１下の傾斜面（段差部５６）の中央部までの距離、Ｌ２は下部ノズル５の上端面から下端面までの距離である。なお、本実施例の下部ノズル５は外面をメタルケース５７で覆われ、メタルケース５７と耐火物との間にはシール材が充填されている。

一方、目地部５２の傾斜部においては、セット時の下部ノズル５のノズル孔中心軸と下プレート２のノズル孔中心軸とのずれによって、シール材５３の厚みにバラツキが発生しやすい。シール材５３が厚すぎると前述の理由から目地部５２に隙間が発生しやすくなる。隙間が発生すると下プレート２と下部ノズル５との接着力が低下するため、冷却時の収縮で接着面が外れる可能性もあり非常に危険である。したがって、この傾斜部はできるだけ少なくする方が好ましい。このため下部ノズル５の上端接続部の凹部５５の深さＤは２０ｍｍ以下であることが好ましい。下部ノズルの凹部５５の深さＤは０ｍｍとすることも可能である。

すなわち、下部ノズルの上端接続部の凹部５５の深さが２０ｍｍ以下（０を含む）で、しかも大径外周部５１の長さＬ１と下部ノズルの全長Ｌ２との比が１／５以上１／３以下である下部ノズルを使用することで、下部ノズル５と下プレート２間のシール性を高めることができる。

また、下部ノズル５の上側に配置される下プレート２には、下部ノズルの凹部５５と嵌合するように、下部ノズルの凹部５５の深さとほぼ同じ高さの凸部２１を形成することで、下部ノズル５と下プレート２間のシール性を高めることができる。ここで、ほぼ同じとしたのは、耐火物の製造時のバラツキを考慮したもので、具体的には、下部ノズルの凹部５５の深さＤ（ｍｍ）の±１０％以内である。

そして、このような下部ノズル５と下プレート２とを本発明のスライディングノズル装置に一対で使用することで、目地部５２のシール性をより高めると同時に下部ノズルホルダー６の緩みを防止する効果が得られる。また、下プレート２と下部ノズル５は、接合部間に隙間が発生しにくくなるため、従来よりも嵌合凹凸部を小さくすることができ、その結果小型軽量化することができる。さらに、下部ノズル収納筒４も小型化可能となり、全体的にコンパクト化を達成することができる。

なお、上述の下部ノズル５と下プレート２とは、これらを従来のスライディングノズル装置に一対で使用することでも、目地部のシール性を高めると同時にノズルホルダーのゆるみを防止する効果が得られる。

次に本発明における下部ノズルの取り付け方法を図１及び図５を参照して説明する。

まず、下部ノズル収納筒４を下プレート収納金枠３ｂに取り付けるために、連結手段７の連結ボルト７１を締め付ける。連結ボルト７１の段差部７８が下プレート収納金枠３ｂに当接することで、フランジ部４１と筒体７３との隙間が２ｍｍとなる。このときに、弾性体（皿バネ７２）のたわみ量が初期設定値として１．６ｍｍになり、所定の圧力で下部ノズル収納筒４を下プレート収納金枠３ｂに押圧した状態になる。

次に下部ノズルホルダー６に下部ノズル５を保持して、下部ノズル収納筒４に取り付ける。本発明において、下部ノズルホルダー６を下部ノズル収納筒４に取り付ける作業は、従来と同じようにハンマー等で下部ノズルホルダー６の取手を叩いて、下部ノズルホルダー６を回転させ、バイオネット機構により締め付けることで行う。下部ノズルホルダー６を回転させると下部ノズル５が下プレート２へ押し付けられるため、下部ノズル収納筒４が下がってくる。これによって下部ノズル５が下プレート２に圧接される。

図５は、下部ノズルホルダー６を締め付けた後の状態を示す断面図である。下部ノズル５が下プレート２へ押し付けられてくると、下部ノズル収納筒４が押し下げられるため皿バネ７２が圧縮されて下部ノズル収納筒４がプレート収納金枠３ｂから離れてくる。下部ノズルホルダー６をさらに強く締め付けると、皿バネ７２がさらに圧縮され、下部ノズル収納筒４と下プレート収納金枠３ｂとの間に隙間が生じ、筒体７３と下部ノズル収納筒４のフランジ部４１が接するため、皿バネ７２を過剰に締め付けることができなくなる。このとき、皿バネ７２は最初の状態からさらに２ｍｍ圧縮されたことになり、総たわみ量は、３．６ｍｍとなっている。

また、筒体７３と下部ノズル収納筒４のフランジ部４１が接する状態まで下部ノズルホルダー６を締め付けることで、下部ノズル５の押圧力の最大値を管理することもできる。これによって、下部ノズル５の過剰締め付け圧力によって下プレート２に悪影響が生じることを防止したり、あるいは目地部５２の厚みを管理することも可能である。

そして使用時に、もし下部ノズル５と下プレート２との間に隙間が発生しそうになっても、皿バネ７２の反発力によって隙間の発生を防止することができる。また皿バネ７２は、下部ノズル収納筒４の外側に位置しているため下部ノズル５からの輻射熱を低減でき、熱による劣化を低減することができる。

本発明のスライディングノズル装置における下部ノズル収納筒とその周辺部であって、図３におけるＡ−Ａ断面を示す。 本発明のスライディングノズル装置における連結手段の拡大図である。 本発明のスライディングノズル装置の底面図である。 本発明のスライディングノズル装置の他の実施例の要部を示す正面図である。 本発明のスライディングノズル装置において下部ノズルホルダーを締め付けた後の状態を示す断面図である。 従来のスライディングノズル装置における下部ノズルの取り付け状態を示す断面図である。 従来のスライディングノズル装置における下部ノズルの取り付け要領を示す。

符号の説明

１ 上プレート
２ 下プレート
２１ 凸部
３ａ 上プレート収納金枠
３ｂ 下プレート収納金枠
３１ 雌ネジ孔
４、４ａ 下部ノズル収納筒
４１、４１ａ フランジ部（固定部）
４２ フランジ部の表面
４３ａ 支持部
４４ａ 防熱版
４５ａ 切り欠き
４６ａ 固定ボルト
４７ 固定部貫通孔
５ 下部ノズル
５１ 大径外周部
５２ 目地部
５３ シール材
５４ ノズル孔
５５ 凹部
５６ 段差部
５７ メタルケース
６ 下部ノズルホルダー
７ 連結手段
７１ 連結ボルト
７２ 皿バネ（弾性体）
７３ 筒体
７４ 貫通孔
７５ 蓋
７６ 連結ボルトの頭部
７７ 穴
７８ 段差部
７９ 雄ネジ溝
８０ 筒体の端面

Claims (8)

1. 下プレート収納金枠に連結した下部ノズル収納筒に下部ノズルをバイオネット機構で締め付け保持するスライディングノズル装置であって、下部ノズル収納筒の外側に固定部を設け、この固定部を弾性体で押し付けながら下プレート収納金枠に連結手段によって連結したスライディングノズル装置。
2. 連結手段が連結ボルトを有し、連結ボルトの頭部と固定部との間に弾性体を配置した請求項１に記載のスライディングノズル装置。
3. 弾性体を筒体内部に収納し、筒体の下端側に貫通孔を有する蓋を配置し、連結ボルトは蓋の下側から貫通孔、筒体内の弾性体、及び固定部を貫通して下プレート収納金枠に螺合し、筒体と固定部との間に隙間を設けて固定部と下プレート収納金枠とを連結した請求項２に記載のスライディングノズル装置。
4. 連結ボルトは、長手方向の中途に段差部があってその先端側の外径が細くなっている請求項３に記載のスライディングノズル装置。
5. 下部ノズル収納筒の側面に支持部を設け、この支持部に、下部ノズル収納筒が貫入する切り欠きを有する金属板をほぼ水平に取り付けた請求項１から請求項４のいずれかに記載のスライディングノズル装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のスライディングノズル装置に使用される下部ノズルであって、長手方向の中途に段差部があってその基端側が大径外周部となっており、この大径外周部の長さＬ１と下部ノズルの全長Ｌ２との比（Ｌ１／Ｌ２）が１／５以上１／３以下であり、さらに下プレートとの接続部となる上端接続部の凹部深さが２０ｍｍ以下（０を含む）である下部ノズル。
7. 請求項６に記載の下部ノズルと嵌合して使用される下プレートであって、下部ノズルの上端接続部の凹部と嵌合する凸部の高さが２０ｍｍ以下（０を含む）である下プレート。
8. 請求項６に記載の下部ノズルと請求項７に記載の下プレートとを一対で使用したスライディングノズル装置。

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