JP2012531310A - 注湯用ノズル - Google Patents

Abstract

注湯用ノズルは、中心長手軸Ｌを有する注湯用チャネル（１２）の下側部分を画定する細長い管状部分（１０）、及び、管状部分（１０）の反対側の表面（１８）と上記管状部分（１０）に隣接する区画（２０）との間にフロースルー開口部（１６）を備えるプレート状部分（１４）を有する。図２に見られるように、フロースルー開口部（１６）は注湯用チャネル（１２）の上側部分（１２ｏ）を画定する。上記表面（１８）と上記区画（２０）との間の周囲領域（２２）が、４つのセグメント、すなわち、互いに対向する２つの傾斜した支持面（２４）と、上記２つの別個の支持面（２４）の間で互いに対向するように平行して配置される２つの平坦な表面区画（２６）とを有する。各支持面（２４）は、図３で最も良く分かるように、注湯用チャネル（１２）の中心長手軸Ｌを基準に湾曲している。したがって、この湾曲は中心長手軸Ｌを基準にして凹となっており、また、これらの支持面（２４）が対向するように配置されていることを考慮すると、上記支持面は互いに反転して配置されていることになる。

Description

本発明は、取鍋のような（上側）冶金容器からタンディッシュなどの別の（下側）冶金容器へ熔融金属を移送する働きをする注湯用ノズルに関する。

金属鋳造時の過酷な状況（最大１，７００℃の温度、化学的侵食、冶金学的な侵食（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ａｔｔａｃｋ））を鑑みて、このような注湯用ノズルは、通常、高温抵抗性のセラミック耐熱材で作られる。

注湯用ノズルは、通常、中心長手軸を有する注湯用チャネル（ｐｏｕｒｉｎｇ ｃｈａｎｎｅｌ）の一部分を画定する細長い管状部分、ならびに、管状部分の反対側の表面と上記管状部分に隣接する区画との間にフロースルー開口部を備えるプレート状部分を有し、このフロースルー開口部は上記注湯用チャネルの第２の部分を画定する。

従来、上記上側冶金容器（例えば、取鍋）内に設置されるいわゆる「内側注湯用ノズル」として使用されるか又は冶金学的熔融物（ｍｅｔａｌｌｕｒｇｉｃａｌ ｍｅｌｔ）の流れ方向において上記内側注湯用ノズルに続く「外側注湯用ノズル」として使用されるかに関わらず、注湯用ノズルの一般的な設計はある程度同じである。この「外側注湯用ノズル」は「浸漬入口ノズル」として設計されてよい。これは、特に鋳造時に迅速に交換するための、「ノズル挿入装置及び／又はノズル除去装置のための注湯用ノズル」として設計されることが多い。

上記プレート状部分は、「内側注湯用ノズル」として使用される場合、通常、（熔融物の流れ方向の）下側端部に配置され、外側注湯用ノズルは、管交換装置として使用される場合はその反対側に配置される。

どちらの場合においても、ノズルを所望の位置に正確に保持するための手段が設けられる。従来知られているノズルは、上記プレート状部分の周囲領域に沿った支持面を備える。

特許文献１及び特許文献２によると、上記プレート状部分は、両側に、注湯用チャネルの中心長手軸に対して２０°から８０°の角度をなす２つの平坦な支持面を有する。

使用時、この注湯用ノズルのプレート状部分は、別の耐火性構成要素の対応するプレート状部分に面する定位置に保持される。この別の耐火性構成要素は、例えば、スライドゲートシステムの耐火性プレート構成要素であってよく、又は、対応する注湯用ノズルのプレート状部分であってよい。これらのプレート状部分は、注湯用チャネルに隣接する領域及び注湯用チャネルから最も離れた領域において種々のレベルで熱膨張を受ける。これにより、通常は平坦なプレート状部分が、注湯用チャネルの領域におけるより高い膨張レベルを受け入れるために曲げられる可能性がある。この効果により、注湯用ノズルのプレート状部分とこれらプレート状部分に対応する別の耐火性構成要素との間の接触面積が減少し、注湯用チャネルに外接する比較的小さい環状区画のみに限定されるようになる。これにより多くのリスクが発生する。１つには、プレート状領域全体にわたる膨張差（ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）により生じる熱機械的応力が、上記プレート状部分内で、ならびに／又は上記プレート状部分と隣接する管状部分との間の領域で、微小亀裂又は亀裂を拡大させる可能性がある。さらには、接触面積が減少することにより、耐火性構成要素間の密閉の程度が低下し、これが、溶融金属流に空気が侵入するのを可能する場合があり（これにより、酸化が起こり、鋳鋼の質が劣化する）、あるいは逆に、溶鋼の漏洩を引き起こす場合がある。

この点に関して、上記タイプのノズルの設計、安全性及び／又は使用法を向上させること及び最適化することが常に求められている。

通常、複数の押圧装置（プッシングシリンダ）が各支持面に作用している。これらの押圧装置は、それらのそれぞれの圧力がある程度互いに平行になるように、隣り合って（平行に）配置される。これらの押圧装置の各々は、支持面の対応する部分上にある程度等しい力を作用させる。しかし、これらの力は、接触面積が限定される箇所でありかつ熱機械的応力が最大となる箇所である、注湯用チャネルの周りのプレート状部分の領域の方を必ずしも向いているわけではない。この制限は、それぞれの支持面が平坦ではなく湾曲しているような、本発明の注湯用ノズルの設計によって克服される。

欧州特許第１２８９６９６号明細書 欧州特許第１５９０１１４号明細書

本発明は、プレート内の応力分布が改善され、押圧力を注湯用チャネルの周りの領域の方を向くように集中させる、言及したタイプの注湯用ノズルを提供する。

本発明は、従来技術による平坦な支持面を、注湯用チャネルの中心長手軸を基準にして湾曲した支持面を含む湾曲した支持面に置換する。これにより、圧力を耐熱材の方に向くように、より同心的（注湯用チャネルの中心長手軸に対して）に作用させることが可能となる。

本発明は、その最も広範な実施形態では、以下の特徴を含む注湯用ノズルに関する：
−細長い管状部分が、中心長手軸を有する注湯用チャネルの第１の部分を画定すること、
−プレート状部分が、管状部分の反対側の表面と上記管状部分に隣接する区画との間にフロースルー開口部を備えること、
−このフロースルー開口部が、注湯用チャネルの第２の部分を画定すること、
−上記表面と上記区画との間の周囲領域が２つの支持面を有すること、
−各支持面が、中心長手軸（Ｌ）の方向に対して垂直である仮想平面に沿って延在する少なくとも１つの湾曲を提供すること、
−上記複数の支持面が反対向きに配置されること。

支持面が反対側に配置されることにより、注湯用チャネルの中心長手軸を含む長手方向の仮想平面を中心に面対称（ｍｉｒｒｏｒ−ｉｎｖｅｒｔｅｄ）とすることができる注湯用ノズルのプレート状部分の設計が得られる。

好適な実施形態では、周囲領域は、２つの別個の支持面と、上記２つの別個の支持面の間に、互いに平行に配置される２つの平坦な表面区画とを有する。言い換えると、プレート状部分の周囲領域は以下のようになっている：一方の湾曲した支持面には１つの平坦な表面区画が連続しており、さらにそれに第２の湾曲した支持面が連続しており、その第２の湾曲した支持面にはやはり１つの平坦な表面区画が連続している。このプレート状部分は、通常、（上から見て）長方形／正方形形状である。対応する設計が添付図面に示されている。

支持面の上記湾曲は半径が一定であってよく、又は、支持面に沿って変化していてもよい。これにより、押圧装置からノズルのプレート状区画に向かうように半径方向の力を供給することができる。この湾曲に応じて、圧力は、もはや互いに平行して働くのではなく、収束するように働くようになる。

別の実施形態によると、上記２つの支持面は各々が、上記注湯用チャネルの中心長手軸に対して垂直である所定の断面において放物線に相当する湾曲を提供する。

上述の設計により、各々が仮想平面に沿った湾曲を特徴とする２つの支持面を備えるノズルが得られ、この仮想平面は、それぞれ、注湯用チャネルの中心長手軸の方向に対して垂直であるか又は傾斜している。この設計は、上記湾曲の半径Ｒ_２又はＲ_３がフロースルー開口部（ボア）の直径Ｄより大きく、例えば２倍以上、あるいは、３倍以上、５倍以上、又は１０倍以上である実施形態を含む。

別の実施形態によると、上記２つの支持面の各々は、注湯用チャネルの長手軸を含む仮想平面に沿って延在する湾曲をさらに提供してもよく、この湾曲は、管状部分の反対側の上記表面から上記管状部分に隣接する上記区画の方向に延在する。

上記第２のタイプの湾曲は、管状部分の反対側の端部と上記管状部分に隣接する上記区画との間で一定の半径を有していてよいが、通常は、その延在部分に沿って様々な半径を有する。

これには、前記第２の湾曲が管状部分の反対側のプレート状部分の一方の端部と上記管状部分に隣接する第２の端部との間で部分的にのみ延在する実施形態が含まれる。

その領域全体にわたって湾曲する及び／又はその一部分に沿って湾曲する上記支持面は、円筒、放物面、円錐、ドーム、トロイドといった幾何形状のうちの１つの部分的な表面（セグメント）に少なくとも部分的に相当する形状を提供してよい。

長手方向区画では、上記支持面の形状は、放物面、インボリュート面、楕円面といった幾何形状のうちの少なくとも１つに少なくとも部分的に相当していてよい。別法として、長手方向区画の支持面は直線状であってよい。

通常、上記プレート状部分は、上記管状部分に隣接する区画では、上記管状部分の反対側の端部よりも小さい断面積を有する。これにより、支持面に加えられる押圧力の一部分が個別に上方向（外側注湯用ノズルに向けて）又は下方向（内側注湯用ノズルに向けて）に方向付けられるような配置構成が得られる。言い換えると、押圧力は、それぞれのプレート状部分の対応する表面の方向にベクトル成分を有し、それにより、例えばスライドゲートバルブの摺動プレート又は第２のノズルの表面といったようなシステムの隣接する構成要素に対する上記表面の気密度が向上する。

加えて、支持面の湾曲が、すべての押圧装置に対して、注湯用チャネルの方向の上記ベクトル成分の一部を集中させることにより、使用時のプレート状部分の格差のある熱膨張により引き起こされる接触面積の減少により生じるリスクが最小となる。

上記注湯用ノズルはセラミック耐熱材で作られてよく、また、一部品（いわゆる、モノチューブ）として設計されてよい。注湯用ノズルは分離した部品で作られてもよく、分離した部品とは、その場合、共通の外側金属エンベロープ及び／又は結合剤（接着剤）により互いに固定される例えば管状部分及びプレート状部分である。

ノズル及び／又はその部品は等方性プレス（ｐｒｅｓｓｅｄ ｉｓｏｓｔａｔｉｃａｌｌｙ）されてよい。

本発明の別の特徴は、本明細書のその他の記述及び／又は従属クレームから得られる。

以下に概略的に示される添付図面に従って本発明をより詳細に説明する。

注湯用ノズルを示す三次元図である。 図１のノズルを示す長手方向断面図である。 押圧装置の領域（図２のＣ−Ｃ）の、図１、２のノズルを示す断面図である。 第２の実施形態を示す三次元図である。 図４のノズルを示す長手方向断面図である。 第３の実施形態を示す長手方向断面図である。

等しい部品又は同じ機能を有する部品は同じ参照符号で示される。

図１によると、注湯用ノズルは、中心長手軸Ｌを有する注湯用チャネル１２の下側部分を画定する細長い管状部分１０、及び、管状部分１０の反対側の表面１８と上記管状部分１０に隣接する区画２０との間にフロースルー開口部１６を備えるプレート状部分１４を有する。図２に見られるように、フロースルー開口部１６は、注湯用チャネル１２の上側部分１２ｏを画定する。

上記表面１８と上記区画２０との間の周囲領域２２が、４つのセグメント、すなわち、互いに対向する２つの傾斜した支持面２４と、上記２つの別個の支持面２４の間で互いに対向するように平行して配置される２つの平坦な表面区画２６とを有する。

各支持面２４は、図３で最も良く分かるように、注湯用チャネル１２の中心長手軸Ｌに対して湾曲している。したがって、この湾曲は中心長手軸Ｌに対して凹となっており、また、これらの支持面２４が対向するように配置されていることを考慮すると、上記支持面は互いに反転して配置されていることになる。

図２では、フロースルー開口部１６の直径がＤとして示され、対応する湾曲した支持面２４の半径がＲ_３として示されており、ここではＲ_３＞Ｄである。半径Ｒ_３は、注湯用チャネル１２の長手軸Ｌに対して傾斜した平面内にある。湾曲した支持面の半径Ｒ_４がこの図の長手方向断面に沿った設計を表している。

各支持面２４は、図２で最も良く分かるように、上記表面１８から上記区画２０に向かう方向に延在する追加の湾曲を提供する。上記追加の湾曲は、図２から分かるように、四分円弧の形状を有し、上記表面１８から所定の距離だけ離れて配置されている。

プレート状部分１４の周囲領域２２と管状部分１０の隣接する上側区画とは、金属エンベロープ２８によって囲まれており、この金属エンベロープ２８は、対応する表面区画上に焼きばめされるか、又はセメントで固定されている。

管状部分１０及びプレート状部分１４を備えた、示されているノズルは、一体構造のセラミック耐熱性本体（モノチューブ設計）を形成するように等方性プレスされており、その後、説明したように金属エンベロープ２８が取り付けられている。

これは外側ノズルとして使用されてよく（図１、２の向き）、又は、１８０°反転させることによりすなわち上下逆さまにすることにより内側ノズルとして使用されてよい。

図１及び３から分かるように、３つの押圧装置３０ｌ、３０ｍ及び３０ｒが、上記支持面２４の各々に沿って一列に配置されている。

押圧装置３０ｍは、矢印Ｐ_ｍで示されるその押圧力が注湯用チャネル１２の中心長手軸Ｌの方を向くように正確に方向付けされるように、配置される。

押圧装置３０ｍの両側にある押圧装置３０ｌ及び３０ｒは、プレート状部分１４を通じて支持面２４によって伝達されるそれらの対応する押圧力Ｐ_ｌ、Ｐ_ｒが、押圧力Ｐ_ｍに平行してではなく、中心長手軸Ｌを通らずに中心長手軸Ｌに向かってわずかに傾斜して働くように、配置される。

この配置構成は、プレート状部分１４のセラミック耐熱材に亀裂が形成されるリスクが軽減されつつ、固定を強化及び最適化すると同時に、対応するクランプ装置（図示せず）でノズルをセンタリングすることを最適化することを保証する。

図１及び２から分かるように、上記押圧装置３０ｌ、３０ｍ及び３０ｒは、さらに、かけられる押し付け力が表面１８の方向において垂直成分を有するように作用するように、配置される。

図４及び６には、２つの代替実施形態が示されている。

図４においては、ノズルの支持面２４は円錐台（ｆｒｕｓｔｏｃｏｎｅ）の一部分である。ノズルの長手断面が図５に示されている。この円錐台の平均半径はＲ_２である。図６の長手断面は図２の実施形態の支持面２４と同様の湾曲を示しているが、半径Ｒ_２は、注湯用チャネル１２の長手軸Ｌに対して垂直な仮想平面内にある。

１０ 細長い管状部分
１２ 注湯用チャネル
１４ プレート状部分
１６ フロースルー開口部
１８ 表面
２０ 区画
２２ 周囲領域
２４ 支持面
２６ 表面区画
３０ｌ、３０ｍ、３０ｒ 押圧装置

Claims (15)

1. ａ）細長い管状部分（１０）が、中心長手軸（Ｌ）を有する注湯用チャネル（１２）の第１の部分を（１２ｕ）を画定し、
   ｂ）プレート状部分（１４）が、前記管状部分（１０）とは反対側の表面（１８）と前記管状部分（１０）に隣接する区画（２０）との間にフロースルー開口部（１６）を備え、
   ｃ）前記フロースルー開口部（１６）が、前記注湯用チャネル（１２）の第２の部分（１２ｏ）を画定し、
   ｄ）前記表面（１８）と前記区画（２０）との間の周囲領域（２２）が２つの支持面（２４）を備え、
   ｅ）各支持面（２４）が、前記中心長手軸（Ｌ）の方向に垂直である仮想平面に沿って延在する少なくとも１つの湾曲を規定し、
   ｆ）前記支持面（２４）が反対向きに配置される、
   という特徴を有する注湯用ノズル。
2. 各支持面（２４）が、前記中心長手軸（Ｌ）を含む仮想平面に沿って延在する湾曲を規定する、請求項１に記載の注湯用ノズル。
3. ａ）２つの別個の支持面（２４）、及び、
   ｂ）前記２つの別個の支持面（２４）の間に、互いに平行に配置される２つの平坦な表面区画（２６）、
   を備える周囲領域（２２）を含む、請求項１に記載の注湯用ノズル。
4. 前記２つの支持面（２４）の各々が一定の半径の湾曲を規定する、請求項１に記載の注湯用ノズル。
5. 前記２つの支持面（２４）の各々が、前記注湯用チャネル（１２）の前記中心長手軸（Ｌ）の方向に対して垂直である所定の断面において放物線に相当する湾曲を規定する、請求項１に記載の注湯用ノズル。
6. 前記２つの支持面（２４）の各々が、前記注湯用チャネル（１２）の前記中心長手軸（Ｌ）の方向に対して垂直である仮想平面に沿って、前記フロースルー開口部（１６）の直径Ｄより少なくとも２倍大きい半径Ｒ_２を有する湾曲を規定する、請求項１に記載の注湯用ノズル。
7. 前記２つの支持面（２４）の各々が、前記注湯用チャネル（１２）の前記中心長手軸（Ｌ）を含む仮想平面に沿って延在する前記湾曲を規定し、この湾曲が、前記管状部分（１０）の反対側の前記表面（１８）から前記管状部分（１０）に隣接する前記区画（２０）の方向に延在し、それにより、前記支持面が漏斗形状の一部分となる、請求項１に記載の注湯用ノズル。
8. 前記湾曲が、前記管状部分（１０）の反対側の端部と前記管状部分（１０）に隣接する前記区画（２０）との間で半径が一定である、請求項７に記載の注湯用ノズル。
9. 前記湾曲が、前記管状部分（１０）の反対側の端部と前記管状部分（１０）に隣接する前記区画（２０）との間に部分的に延在する、請求項７に記載の注湯用ノズル。
10. 前記支持面（２４）の各々が、放物面、円錐、ドーム、円筒、トーラスといった幾何形状のうちの１つの部分的表面に相当する形状を規定する、請求項１又は２に記載の注湯用ノズル。
11. 前記支持面（２４）の各々が、前記注湯用ノズルの長手方向区画において、放物線、伸開線といった幾何形状のうちの少なくとも１つに相当する形状を規定する、請求項２に記載の注湯用ノズル。
12. 前記プレート状部分（１４）が、前記管状部分（１０）に隣接する前記区画（２０）では、前記管状部分（１０）の反対側の端部よりも小さい断面積を有する、請求項１に記載の注湯用ノズル。
13. セラミック耐熱材で作られ、一部品の一体構造として設計される、請求項１に記載の注湯用ノズル。
14. 前記プレート状部分（１４）及び前記管状部分（１０）が等方性プレスされる部分である、請求項１に記載の注湯用ノズル。
15. 金属エンベロープ（２８）によって少なくとも部分的に囲まれる、請求項１に記載の注湯用ノズル。

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