JP2020504281A - 冶金容器の吐出口における寸法を検出する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

冶金容器の出口において変数を検出するための方法では、出口（５）における異なる変数を、排出チャネル（１２）を囲む少なくとも１つのコイル（６’、１１’、１３’）を用いて、及び／又は監視手段としての誘導加熱炉（１４）の誘導コイル（１５）を用いて、検出又は測定し、好適には、変数は、金属溶融物を注湯する際のスラグ部分、排出チャネルにおける耐火部品の摩耗状態、排出チャネルにおける固化した金属溶融物、流速及び／又は閉塞塊体に関する。その結果、評価後に、出口用閉鎖要素を作動でき、排出チャネルにおける金属の加熱を起動し、及び／又は排出チャネルの取換えを引き起す。このように、容器から金属溶融物を注湯する際の最適な運転を、簡単に達成でき、全注湯期間中に異常の発生を検出し、スラグの注湯を、注湯の終わりに、上手く防止できる。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の冶金容器の吐出口における寸法を検出する方法及び装置、及び請求項５に記載の装置に関する。

公開文献である特許文献１によると、溶融金属を収容するとりべからの溶融物流のスラグを早期に検出するための装置を開示しており、該装置では、コイルを設け、該コイルは、とりべ出口の下で注湯用吐出口を囲む。この検出コイルは、電流を発生させ、該電流を用いて、スラグによる流出金属溶融物の導電率の変化を、この検出コイルのインピーダンスの対応する変化によって表し、評価手段によって測定する。そのために、信号増幅を伴う回路を設け、該回路は、この検出コイル及び共振周波数を設定するための調整可能なコンデンサを含み、それによりこのコンデンサの存在による回路の容量性反応で、回路の誘導性反応を排除して、コイルの抵抗に応じてインピーダンスだけを残すようにする。

欧州特許第０３０６７９２−Ａ号

本発明の基本的な目的は、冶金容器の吐出口における寸法を検出する方法を、金属溶融物の鋳造で最適な利用可能となるように、また、全注湯工程中に、容器の完全な機能能力を保証するように改良することである。

本発明によると、この目的を、請求項１及び請求項５の特徴に従い、達成する。

本発明によるこの方法では、異なる変数を、吐出口にある少なくとも１つのコイルを用いて、及び／又は吐出口における異なる変数の監視装置としての誘導加熱炉の誘導コイルを用いて、検出又は測定し、該方法は、好適には、変数として、金属溶融物を注湯中のスラグ比率、注湯チャネルにおける耐火要素の摩耗程度、注湯チャネルにおける固化した金属溶融物、流速及び／又は閉塞材を含む。その結果、吐出口用閉鎖部材を起動でき、注湯チャネルにおける金属を加熱でき、及び／又は注湯チャネルを取換えできる。

従って、簡単な方法で、容器からの金属溶融物の注湯中に最適な運転を、全注湯期間を通して異常の発生を認識することによって、達成でき、その上、最後にスラグが注湯されるのを、上手く防止できる。

更に、注湯前若しくは後、又は溶解物が吐出口で固化した際に、どれくらいの固化した溶解物又は閉塞材が、吐出口内に含まれるかを、極めて単純に確認（ｅｓｔａｂｌｉｓｈ）できる。

同様に、吐出口を形成する耐火要素がどの程度まで摩耗しているか、及びどの時点で該耐火要素を交換しなければならないかを検出及び特定できる。

また、このように、吐出口の注湯チャネル内に溶融物を、溶融物の注湯前及び／又は中に、固化を防止するために、或いは注湯チャネルで固化した可能性がある金属及び／又はスラグを溶融できるように、十分な高温に常に保つこともできる。

その結果、注湯前でも、適所に摺動閉鎖部がある状態で、注湯チャネル内で固化した溶融物及び／又はスラグを、誘導コイルで溶融できる。従って、全注湯工程を、より確実に実行でき、それにより、より制御可能に実行でき、加えて、吐出口の耐火材を、より長く使用可能になる。よって、閉塞材の使用及び閉塞材の穿孔除去、又は固化した溶融物若しくはスラグを従来のランスで溶融することを、回避できる。

本発明では、誘導加熱炉を、吐出口を囲む誘導コイル及び組み込み冷却システムから構成することを提案する。これにより、運転時に加熱される際に、誘導コイル又は該コイルのフェライト支持体を、炉のレンガ又は外部被覆物及び摺動閉鎖部が加熱するのを防止する。

誘導コイルの熱出力を、出来るだけ損失させずに注湯チャネルに集中させるために、本発明は、誘導コイルを、フェライト材料の支持体に埋め込み、冷却システムは、支持体の周囲を囲む冷却室と共に、炉に向かう支持体の側壁と隣接する冷却室を備える。

誘導コイルの冷却システムの更なる利点として、閉鎖した摺動閉鎖部を有する炉の吐出口又は出鋼孔における溶融物又はスラグの意図的な固化を可能にもする点がある。これを、コイルを用いて、検出し、それに応じて示すことができる。例えば、これは、貫通破損（ｂｒｅａｋｔｈｒｏｕｇｈ）に対する防御手段として機能して、２つの注湯工程間で、確実に炉の安全な運転ができ、これは、例えば、吐出口が運転中に湯面より下に位置する場合、特定の冶金炉で重要となり得る。

内部ケーシングは、挿入部の領域に、硬層を備え、該硬層は、挿入部の内面を保護し、例えば、粘土材料又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる。このようにして、流出する溶融物又はスラグ又は酸化気体、例えば、空気が、挿入部を攻撃するのを防ぐ。また、この保護効果を、硬層を挿入部の域を超えて延在させることによって、内部ケーシング全体にまで拡大してもよい。

以下では、本発明について、例示的実施形態を用いて、図面を参照して、より詳細に説明する。

本発明による摺動閉鎖部、及び銅陽極炉の吐出口の部分断面図又は部分図である。 横座標による金属溶融物のスラグに対する混合率の関数として、コイルにおけるインピーダンスの電流、複素抵抗、及び複素角度に関する標準化曲線のグラフである。 装置と共に、本発明による銅陽極炉を、遠近法で示した図である。 図１による吐出口における誘導加熱炉の拡大概略断面図である。

図１は、冶金炉、好適には銅陽極炉１の吐出口５を示しており、該冶金炉は、外部鋼鉄被覆２及び耐火内張り３を含む。内張り３内に、この吐出口５を、径方向外方に向けて、排出口１２を有する有孔レンガと共に、形成する。

摺動閉鎖部１０を、排出口１２の閉鎖システムを吐出口５に配設するような、従来の方法で設計する。摺動閉鎖部１０は、炉の外側に取り付けるハウジング９を備え、該ハウジング９内に、少なくとも１枚の耐火閉鎖板６を挿入し、耐火閉鎖板６上に隣接する内部ケーシング１３を、着脱可能に取り付ける。この摺動閉鎖部１０は、図示したように、移動可能な耐火摺動板８を更に有し、該耐火摺動板８を、ユニット（詳述せず）内に保持し、上側の閉鎖板６に押圧し、該閉鎖板６に対して、摺動閉鎖部の開位置又は閉位置に移動できる。

吐出口５には、取外可能な誘導加熱炉１４を配置し、該誘導加熱炉１４は、ハウジング９の上方で内部ケーシング１３を囲む誘導コイル１５を有する。有利には、ハウジング９には、支持リング２３が割当てられており、該支持リング２３を、炉１の外部鋼鉄被覆２内に取り付けた保持板２’内に固定する。

銅陽極炉１の吐出口５における変数を検出する方法では、排出チャネル１２を囲む少なくとも１つのコイル、及び該コイルに導線によって接続する供給又は評価ユニットを用いて、そうした変数を測定及び評価することを提供する。従って、所定周波数を有する交流電流を、供給ユニットによって各コイル内で発生させ、吐出口５における変数に関するインピーダンスの変化、及び／又は誘導電流プロファイルを、この評価ユニットによって測定する。

本発明によると、有孔レンガ１１内、内部ケーシング１３内、環状挿入部３０内、摺動閉鎖部１０の閉鎖板６内のような、注湯チャネル１２を形成する耐火要素内に収容するこの少なくとも１つのコイル、及び／又は誘導加熱炉１４の排出チャネル１２を囲むこの誘導コイル１５を、使用し、該各コイルを用いて、少なくとも１つ、好適には、複数の変数を、吐出口において、金属溶融物を注湯中のスラグ比率、注湯チャネルの摩耗程度、注湯チャネルにおける固化した金属溶融物及び／又は閉塞材等を監視するために、検出又は測定する。更に、この監視によって、流速を特定できるだけでなく、特に、流出溶融物における気泡としての気体の包含についても査定できる。

評価に続いて、摺動閉鎖部１０を作動でき、注湯チャネル１２における金属の加熱、及び／又はこの注湯チャネル１２の取換えを、其々行うことができる。

図１では、誘導コイル１５に加えて、一例として、有孔レンガ１１内のコイル１１’、内部ケーシング１３内のコイル１３’、及び閉鎖板６内のコイル６’を、この監視プロセスのために可能な配置の例として、示している。本発明による方法では、誘導コイル１５のみ、又は好適には、加えて、誘導コイル６’、１１’、１３’の中１つのみを其々、吐出口５における異なる変数を検出するのに使用でき、該変数で、満足な結果を得られることは、自明である。ただし、誘導コイル１５を、加熱にも使用できる。

この各コイル６’、１１’、１３’を、図３に示すように、外部の供給又は評価ユニット３３と、誘導コイル１５に対する導線２６のように、導線３４によって接続する。

これらの導電性コイル６’、１１’、１３’は、其々、耐火部材６、１１、１３の通路を、有利には、同軸で囲み、１本の又は好適には複数本の巻線から形成する。該コイルは、耐火部材の外側を通る導線を備える。該コイルを、従って、適切な測定条件を得られる十分な数の巻線で構築する。

供給ユニットによってコイルで発生させる電圧、電流及び周波数に基づいて、インピーダンスの複素抵抗（Ｚ）、複素角度（φ）、及び／又は電流（Ｉ）を求める。

インピーダンス及び／又は誘導電流プロファイルに関する測定条件を、吐出口５における、溶融物中のスラグの比率又は摩耗に関する、様々な条件下で注湯前に、中に及び／又は後に特定し、較正基準値として保存し、該較正基準値を、注湯中及び／又は後の実際の測定値と比較し、重大さを、そうした値から導出する。

また、インピーダンスの測定状態も、吐出口の新たな条件下で注湯前、注湯中及び／又は注湯後に、及び吐出口のこの新たな条件下で金属だけの又はスラグだけの注湯中に特定でき、実際の値を、この初期条件で、比較及び評価する。

図２は、溶融物のスラグに対する混合率ｍの関数として、コイルのインピーダンスの電流［Ｉ］、複素抵抗［Ｚ］及び複素角度［φ］に関する、絶対数ではない、標準化曲線でグラフを示している。混合率ｍを、横座標に、０〜１００％の金属（銅）の比率を０〜１で、縦座標には、標準化した又は比率の値を、−１〜＋１で、示している。

複素抵抗［Ｚ］は、５０Ｈｚのコイルにおける交流電流の曲線３５に従い、金属の割合（ｍｅｔａｌ ｆｒａｃｔｉｏｎ）が減少するのに略比例して、増大するのが分かる。電流［Ｉ］の曲線３６及び複素角度［φ］の曲線３７は、ゼロ線に対して略対称的に走り、これらは、金属の比率が減少するのに従い変化し、初めは、極めて接近し、約８０％以上の金属割合で、曲線は、相対的により小幅な減少へと移り、ゼロに向かう。これは、流出する金属溶融物におけるスラグの比率を、インピーダンスから正確に特定できることを裏付けている。

本発明の範囲内で、少なくとも１つ、好適には様々な変数を監視するために、温度測定も、排出口１２の領域、及び／又は誘導加熱炉１４で行う。便宜上、少なくとも１個のセンサを、上記領域に設置し、導線を介して、評価ユニットに接続し、変数の特定に、又は基準値との比較に使用し、適当な差（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）が存在する場合、吐出口用閉鎖部材を作動でき、排出チャネルにある金属を加熱でき、及び／又は排出チャネルの取換えを開始できる。また、こうした吐出口５における温度に対する注目も、調整でき、又はインピーダンスの特定と比較でき、それにより補償を、測定値における誤差に対して行うことができる。

吐出口の排出チャネル１２における誘導コイル１５の加熱効果を最適化するために、好適にはグラファイト製又はグラファイトを含有する材料製の環状挿入部３０を、誘導コイル１５の領域にある内部ケーシング１３に設ける。有利には、挿入部３０は、絶縁層を裏側又は両正面側に備える。

内部ケーシング１３は、好適には粘土アルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）又は炭化ケイ素（ＳｉＣ）からなる硬層３１を、挿入部３０の領域に備え、該硬層３１を用いて、挿入部の内面を、流出する溶融物又はスラグ又は酸化気体、例えば空気等に対して保護する。硬層３１を、任意には、環状挿入部３０を超えて延在させてもよい。嵌合を容易にするために、内部ケーシング１３を、ハウジング９の及びスペーサリング２４の中心に配置し、外側から有孔レンガ１１に挿入する。

図３は、銅陽極炉１を、該炉の吐出口に摺動閉鎖部１０を嵌合させた状態で、示しており、該炉は、鋼鉄被覆２及び充填口４を有する炉ドラムを含む。特別な処理によって炉で精錬した銅溶融物を、次に、炉ドラムの周面上にある吐出口に嵌合する摺動閉鎖部１０を通して注湯する。

銅陽極炉１では、線２５を介して外部発電機２７、及び該発電機２７に接続する変圧器２８を、好適には、誘導加熱炉１４を運転するために吐出口に設ける。加えて、変圧器２８から誘導コイル１５に繋がるこの電力供給線２６だけでなく、冷却線も、設ける。また、発電機及び変圧器を、一体に形成して、炉に取着できる、又は炉から分離して配置できる。

更に、前述したように、各コイル６’、１１’、１３’を、導線３４によって外部供給又は評価ユニット３３に接続し、該ユニット３３によって、この検出を、本発明に従い、行う。また、コイル用供給ユニットを、発電機２７に統合することも可能である。

冷却ユニット２９と、給送及び戻り線２０、２１とを有する冷却システム１６を用いて、冷却剤を、誘導コイル１５及び誘導加熱炉１４の冷却室１８、１９に搬送する一方、他方で、十分な冷却能力を有する発電機２７及び変圧器２８に搬送する。

また、本発明は、吐出口が、該吐出口の端部に配設した摺動閉鎖部を備える、全ての冶金炉において、基本的に使用できる。

本発明による誘導加熱炉１４を、摺動閉鎖部の作動装置と協働して、手動で又は自動で起動させる。炉の種類又は構造によって、吐出口長に亘り分散した多数の誘導コイルを含むことができる。

図４から明白なように、誘導コイル１５を、フェライト材料製の支持体１７に埋め込む。支持体１７を、該支持体１７を囲む冷却室１８、１９と共に、支持板２３に嵌合する。更に、誘導加熱炉１４を、有利には、後壁及び側壁で絶縁層で包囲する。加えて、好適には銅材料製のスペーサリング２４を、この支持体１７と摺動閉鎖部１０との間に挿入する。このスペーサリング２４は、加えて、吐出口５において内部ケーシング１３を中心に配置するのに役立つ。ただし、２個の別々のリングを、設けてもよい。また、誘導コイル１５用の電力供給線及び冷却線等の、少なくとも１本の線２６を受容するための溝等を有する長手方向に走る線を、支持リング２３、保持板２’とハウジング９との間に、設ける。

ハウジング９を、支持リング２３又は保持板２’に取り付け、別個に嵌合でき、支持体１７、誘導コイル１５及び冷却室１８、１９を有する誘導加熱炉１４から、纏めて、及び内部ケーシング１３と共に取外しできる。

また、銅陽極炉の代わりに、例えば、有孔レンガ無しに数本の並置したパイプから構築した出鋼孔を有する銅転炉、自溶製錬炉、電気溶融炉、又は同様の冶金容器のような、摺動閉鎖部、又は類似の閉鎖装置を有する他の容器も提供できるであろう。

指定した変数を検出するための発明による方法は、銅転炉の出口として設けた吐出口に有利に適合する。少なくとも１つのコイルを、複数の並置したパイプ（出鋼口レンガ（ｔａｐｐｉｎｇ ｂｒｉｃｋ））の１本に、又は該パイプを囲む耐火要素としての中間スリーブに埋め込む。特定をインピーダンスによって行う場合、特に、耐火要素の摩耗程度を確認でき、出口における固化した金属溶融物及び／又は閉塞材及びそれらの状態を、単純な方法で確認でき、必要に応じて、測定を直ぐに行い、まず、摩耗した状態の耐火部材を交換し、次に、耐火部材の摩滅による、転炉における貫通破損の危険性を防止することができる。

本発明の範囲内で、別の閉鎖部材、例えば、差込閉鎖部（ｐｌｕｇ ｃｌｏｓｕｒｅ）を、摺動閉鎖部の代わりに、使用でき、該別の閉鎖部材を用いて、吐出口を、既知の方法で、容器の内側から、又は外側から、開閉できる。また、閉塞材を、外側から既知の方法で出口を閉鎖するための閉鎖部材として使用できる。例えば、酸化アルミニウムを含有し、変形可能なものが挙げられる。

例えば、タンディッシュを有する自走ノズルといった、閉鎖部材が無い出口では、コイルを耐火部材に埋め込むこともでき、本発明による方法を用いて、出口を形成する耐火部材の少なくとも摩耗状態を、特定できる。

Claims (15)

1. 冶金容器の吐出口における変数を検出するための方法であり、該方法では、排出口又は排出チャネル（１２）を囲む少なくとも１つのコイル、及び該コイルと導線（３４）によって接続した供給又は評価ユニット（３３）を、測定及び評価し、所定周波数を有する交流電流を、前記供給ユニットによって、前記各コイル内で発生させ、インピーダンス又は誘導電流の流れを、この評価ユニットによって、パラメータの変化から特定する方法であって、
   有孔レンガ（１１）内、１つ又は複数の内部ケーシング（１３）内、環状挿入部（３０）内、閉鎖板（６）、摺動閉鎖部（１０）等内のような、注湯チャネルを形成する耐火要素内に収容する前記少なくとも１つのコイル（６’、１１’、１３’）、又は誘導加熱炉（１４）の前記排出口又はチャネル（１２）を囲む前記誘導コイル（１５）を、使用し、該コイルを用いて、前記金属溶融物を注湯中のスラグの比率、前記注湯チャネルにおける耐火部品の摩耗程度、前記注湯チャネルにおける固化した金属溶融物又は閉塞材等の中の、前記少なくとも１つの、好適には異なる、前記吐出口（５）における変数を、検出又は測定すること、
   及び前記評価後、前記吐出口（５）用閉鎖部材を作動し、前記注湯チャネルにおける前記金属の加熱、又は前記注湯チャネルの取換えを行えることを特徴とする方法。
2. 前記溶融物におけるスラグの比率又は前記吐出口（５）におけるスラグの比率等の変数に関して様々な状態にある、注湯中又は注湯後の、前記インピーダンスの測定状態又は前記誘導電流の流れの測定状態を、確認又は特定し、注湯前、注湯中又は注湯後の前記実際の測定値と比較する較正基準値として保存し、前記値を、割当てることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記インピーダンスの変化を、前記コイルで発生した電圧、電流及び周波数に基づいて、前記供給ユニットによって特定し、前記インピーダンスの前記複素抵抗（Ｚ）、前記複素角度（φ）、及び／又は電流（Ｉ）を、前記評価ユニットによって特定することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記少なくとも１つの、好適には様々な変数を監視するために、温度測定を、前記排出チャネル（１２）及び／又は前記誘導加熱炉（１４）付近で更に行い、該測定値を、前記評価ユニット（３３）によって、前記変数を特定するために、参照し、又は目標値と比較し、差（ｄｅｖｉａｔｉｏｎ）がある場合には、前記吐出口（５）用閉鎖部材を作動させ、前記注湯チャネルにおける前記金属を、加熱する、及び／又は前記注湯チャネルを、取換えることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の方法。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の方法を実行するための、冶金容器、好適には、銅陽極炉（１）の前記吐出口に摺動閉鎖ユニットを有する装置であり、耐火閉鎖板（６、８）の他に、少なくとも１つの接続用耐火内部ケーシング（１３）を配設したハウジング（９）を含む装置であって、
   取外可能な誘導加熱炉（１４）を設け、該誘導加熱炉（１４）は、前記ハウジング（９）の外側、又は内部に、前記少なくとも１つの耐火内部ケーシング（１３）を少なくとも部分的に囲む少なくとも１つの誘導コイル（１５）を有し、該コイルを、導線を介して、供給又は評価ユニット（３３）に接続し、誘導コイル（１５）を、前記誘導加熱炉と共に加熱する、又は監視装置として、前記吐出口（５）における少なくとも１つの、好適には様々な変数を、前記評価ユニット（３３）によって検出又は測定できることを特徴とする装置。
6. 前記誘導加熱炉（１４）は、誘導コイル（１５）を備え、該誘導コイル（１５）は、これらの包囲冷却室（１８、１９）を有し、前記吐出口（５）を囲むことを特徴とする、請求項５に記載の摺動閉鎖ユニット。
7. 前記誘導コイル（１５）を、フェライト材料製の支持体（１７）に埋め込み、前記支持体（１７）の周囲を取り囲む冷却室（１８）、及び前記炉に向かう前記支持体の前記側壁に隣接する冷却室を備えることを特徴とする、請求項６に記載の摺動閉鎖ユニット。
8. 前記支持体（１７）を、該支持体を囲む前記冷却室（１８、１９）と共に、前記吐出口（５）に取付ける支持板（２３）に取外可能に嵌合し、前記支持体（１７）に対して支持するスペーサリング（２４）を、前記支持板と前記摺動閉鎖部（６）との間に挿入することを特徴とする、請求項７に記載の摺動閉鎖ユニット。
9. 前記誘導加熱炉（１４）の前記誘導コイル（１５）及び前記冷却室（１８、１９）に、冷却剤を冷却システム（１６）を用いて給送し、前記冷却システムは、前記炉付近に冷却ユニット（２９）を有することを特徴とする、請求項５〜請求項８のいずれかに記載の摺動閉鎖ユニット。
10. 炉の前記吐出口における前記溶融物又はスラグの固化を、前記誘導コイルの前記冷却システム（１６）で達成できることを特徴とする、請求項９に記載の摺動閉鎖ユニット。
11. 前記供給又は評価ユニット（３３）の他に、発電機（２７）及び変圧器（２８）を、前記誘導コイル（１５）に給電するために設けることを特徴とする、請求項５〜請求項１０の一項に記載の装置。
12. 注湯の終わりに前記吐出口に到達する前記スラグを、前記誘導コイル（１５）で検出でき、前記摺動閉鎖部（１０）を、自動的に閉鎖できることを特徴とする、請求項５〜請求項１１の一項に記載の装置。
13. 請求項１〜請求項４の一項による方法を実行するための、排出口を有する、冶金容器の前記吐出口用耐火部材であり、該耐火部材を、有孔レンガとして、内部ケーシング（１３）として、環状挿入部（３０）として、摺動閉鎖部（１０）の閉鎖板（６）として、又は同様なスリーブとして構築する耐火部材であって、
    少なくとも１つの導電性コイル（６’、１１’、１３’）を、前記排出口を囲む前記耐火部材に収容し、１本の又は好適には複数本の巻線から形成し、前記コイル内で交流電流を発生するために、導線を備える、又は導線と接続できることを特徴とする、耐火部材。
14. 前記コイル（６’、１１’、１３’）を、前記排出口と同軸に位置合せし、好適には、適切な測定条件を得るのに十分な数の巻線で構築することを特徴とする、請求項１３に記載の耐火部材。
15. 前記耐火部材は、銅陽極炉（１）又は銅転炉の吐出口（５）に適用できることを特徴とする、請求項１３又は請求項１４に記載の耐火部材。

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