JP3713041B1 - 出湯口スリーブ - Google Patents

Abstract

【課題】溶鋼等の溶湯をスムーズに吐出させるのに有利な出湯口スリーブを提供する。
【解決手段】出湯口スリーブ２は出湯口３を有する。出湯口３は、金属溶湯が吐出される中央軸芯Ｐ１がストレート形状または実質的にストレート形状をなす出湯通路３１と、出湯通路３１の入口側に形成され溶湯が出湯通路３１に進入する入口開口３３と、出湯通路３１の出口側に形成され出湯通路３１の溶湯が吐出する出口開口３４とを備える。入口開口３３を形成する内壁面は、出湯通路３１の中央軸芯Ｐ１に沿った断面において、出湯通路３１に向かうにつれて内径が小さくなるように設定され出湯口３からの出湯時間の短縮を図る傾斜内壁面３５を有する。出湯通路３１の主内壁面３２は、入口開口３３の傾斜内壁面３５の傾斜角度θ１よりも中央軸芯Ｐ１に沿って延設されている。
【選択図】図３

Description

本発明は溶湯を吐出させるために転炉等に使用される出湯口スリーブに関する。

転炉には溶湯を円滑に流出するために出湯口スリーブが設けられている。この出湯口スリーブとして、出湯口の内径を入口開口から出口開口にかけて出湯口スリーブの全長にわたり次第に減少させるテーパを形成することにより、溶湯が出湯口の内壁面に沿って流れやすくし、溶湯の乱流を抑え、出湯口スリーブの内周壁面の損傷を抑えるものが知られている（特許文献１）。また出湯口スリーブとして、出湯口の横断面を花びらや星形の形状とすることにより、スラグと内周壁面との接触面積を増加させ、スラグ流速を低下させ、スラグの流出を抑えたものが知られている（特許文献２）。
特開平１１−２９３３２３号公報 特開平０８−３２５６２５号公報

産業界では、生産性を向上させるべく、溶鋼等の溶湯を更にスムーズに流出させ転炉などから吐出させる出湯時間を短縮させるのに有利な出湯口スリーブの開発が進められている。本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、溶鋼等の溶湯をスムーズに吐出させるのに有利な出湯口スリーブを提供することを課題とする。

本発明者は出湯口スリーブについて長年にわたり鋭意開発を進めている。そして、金属溶湯が吐出される中央軸芯がストレート形状または実質的にストレート形状をなす出湯通路と、出湯通路の入口側に形成され溶湯が出湯通路に進入する入口開口と、出湯通路の出口側に形成され出湯通路の溶湯が吐出する出口開口とを備える出湯口を有する出湯口スリーブにおいて、入口開口を形成する内壁面は、出湯通路の中央軸芯に沿った断面において、出湯通路に向かうにつれて内径が小さくなるように設定された傾斜内壁面を有すると共に、出湯通路の主内壁面は入口開口の傾斜内壁面の傾斜角度よりも中央軸芯に沿って延設されている構造とすれば、溶湯を出湯口からスムーズに流出させるのに有利な出湯口スリーブを提供できることを本発明者は知見し、試験で確認し、本発明を完成させた。そのメカニズムについては現段階では必ずしも明確ではないものの、出湯口スリーフの出湯口に流入する溶湯の流動抵抗が低減されるものと推定される。

即ち、本発明に係る出湯口スリーブは、金属溶湯が吐出される中央軸芯がストレート形状または実質的にストレート形状をなすと共に主内壁面で規定された出湯通路と、出湯通路の入口側に形成され溶湯が出湯通路に進入する入口開口と、出湯通路の出口側に形成され出湯通路の溶湯が吐出する出口開口とを備える出湯口を有する出湯口スリーブにおいて、入口開口を形成する内壁面は、出湯通路の中央軸芯に沿った断面において、出湯通路に向かうにつれて内径が小さくなるように設定され出湯口からの出湯時間の短縮を図る傾斜内壁面を有しており、且つ、出湯通路の主内壁面は、入口開口の傾斜内壁面の傾斜角度よりも中央軸芯に沿って延設されており、入口開口の傾斜内壁面は、前記断面において直線状または実質的に直線状に設定されていることを特徴とするものである。

傾斜内壁面は、断面において直線状または実質的に直線状に設定されている。この場合、溶鋼等の溶湯をスムーズに流出させるのに有利である。図４に例示するように、入口開口の傾斜内壁面により形成される拡開空間において、入口開口の軸端面に沿った延長線の寸法をＬ１とし、出湯通路の主内壁面に沿った延長線の寸法をＬ２とし、Ｌ１を１として相対表示したとき、Ｌ２は１〜１０、殊に２〜５に設定されていることが好ましい。この場合、溶鋼等の溶湯をスムーズに流出させるのに有利である。

本発明によれば、後述する試験例で示すように、溶鋼等の溶湯をスムーズに流出させるのに有利であり、出湯口からの出湯時間の短縮を図り得る出湯口スリーブを提供することができる。出湯スリーブからの出湯時間の短縮を図り得れば、生産性の向上を図り得る。

（実施形態１）
図１は転炉１を模式的に示す。転炉１は溶鋼等の金属溶湯を貯留する貯留室１ｎを有するものであり、筒形状の鉄皮１０と、鉄皮１０に内張された耐火物層１１と、脱炭等の精錬用の酸素等のガスを溶湯に吹き込むプラグ１２と、鉄皮１０の側部の上部側に設けられ溶湯を吐出させるための出湯口スリーブ２とをもつ。図２に示すように、出湯口スリーブ２は耐火物で形成された筒形状をなしており、注入材１５及び外周ブロック１６で保持されている。図３に示すように、出湯口スリーブ２は円筒形状をなしており、出湯口３及び外周壁面４を有する。出湯口３は金属溶湯が吐出されるものであり、中央軸芯Ｐ１がストレート形状または実質的にストレート形状をなす出湯通路３１と、出湯通路３１の入口側に形成され溶湯が出湯通路３１に進入する入口開口３３と、出湯通路３１の出口側に形成され出湯通路３１の溶湯が吐出する出口開口３４とを備えている。

図３は出湯通路３１の中央軸芯Ｐ１に沿った断面を示す。図３に示すように、出湯口スリーブ２の入口開口３３を形成する内壁面は、出湯通路３１の中央軸芯Ｐ１に沿った断面において、出湯通路３１に向かうにつれて内径が小さくなるように設定されている円錐面状の傾斜内壁面３５を有する。傾斜内壁面３５は上面部分３５１及び下面部分３５２をもつ。傾斜内壁面３５を規定する円錐面の頂点は中央軸芯Ｐ１上またはその近傍に位置している。更に、出湯通路３１の直円筒形状をなす主内壁面３２は、入口開口３３の傾斜内壁面３５の傾斜角度θ１よりも中央軸芯Ｐ１に沿って延設されている。つまり、出湯通路３１の主内壁面３２は、中央軸芯Ｐ１に対して平行またはほぼ平行に沿っており、直円筒形状または実質的に直円筒形状に延設されている。入口開口３３の傾斜内壁面３５は、断面（図３参照）において直線状または実質的に直線状に設定されており、円錐形状（ロート形状）とされている。この場合、入口開口３３から出湯通路３１に向かうにつれて溶湯の絞り性は、傾斜内壁面３５により連続的となる。ここで、図３において、出湯口スリーブ２の軸長ＬＡは１０００〜２０００ミリメートル、殊に１３００〜１８００ミリメートルに設定されており、出湯口スリーブ２の出湯通路３１の平均内径ＬＢは１００〜２５０ミリメートル、殊に１４０〜２００ミリメートルに設定されている。但しこれに限定されるものではない。

図４は入口開口３３の傾斜内壁面３５付近を示す。出湯口スリーブ２の肉厚については、図４に示すように、入口開口３３の軸端面３７と傾斜内壁面３５との交点Ｍ１を軸直角方向に沿って通る肉厚をＴ１とし、入口開口３３の傾斜内壁面３５と出湯通路３１の主内壁面３２との交点Ｍ２を軸直角方向に沿って通る肉厚をＴ２とするとき、Ｔ１を１とした相対表示したとき、Ｔ２は１．１〜２．０、殊に１．２〜１．４に設定されている。Ｌ１、Ｔ１、Ｔ２の関係については、Ｌ１／Ｔ１の比が大き過ぎると、肉厚Ｔ１が薄くなり、出湯口スリーブ２の入口開口３３の長寿命化には限界がある。またＬ１／Ｔ１の比が小さ過ぎると、Ｌｌが小さくなり過ぎ、入口開口３３の傾斜内壁面３５の効果が充分に得られず、溶湯時間の短縮化が損なわれるおそれがある。このためＬ１はＴ２の２／３以下、１／２以下とすることが好ましい。Ｔ１はＴ２の１／３以上、１／２以上とすることが好ましい。なおＬ１はＴ２の１／６以上、Ｔ１はＴ２の５／６以下とすることができる。

図４に示すように、入口開口３３の傾斜内壁面３５により形成される拡開空間５において、入口開口３３の軸端面３７に沿った延長線４０の寸法をＬ１（交点Ｍ１〜交点Ｍ３間）とし、出湯通路３１の主内壁面３２に沿った延長線４１の寸法をＬ２（交点Ｍ２〜交点Ｍ３間）とし、Ｌ１を１として相対表示したとき、Ｌ２（Ｌ２はＬ１以上）は１〜１５、１〜１０に設定されており、殊に２〜５に設定されている。溶湯の円滑流動性が確保される。なお延長線４０，４１の交点をＭ３とする。ここで、一例として、Ｌ１は１０〜３０ミリメートル、１０〜２８ミリメートル、殊に１５〜２０ミリメートルに設定することができる。Ｌ２は３０〜１００ミリメートル、殊に４０〜６０ミリメートルに設定することができる。Ｔ１は４０〜６０ミリメートル、殊に４５〜５５ミリメートルに設定することができ、Ｔ２は６０〜７５ミリメートル、殊に６５〜７０ミリメートルに設定することができる。但しこれに限定されるものではない。

本実施形態によれば、入口開口３３を形成する内壁面と異なり、図３に示すように、出口開口３４を形成する内壁面は、出湯通路３１の中央軸芯Ｐ１に沿った断面において、出湯通路３１に向かうにつれて内径が小さくなるように設定された傾斜内壁面３５を有していない。図５は出湯口スリーブ２の入口開口３３の断面図である。

出湯口スリーブ２の材質は特に限定されず、マグネシア系、マグネシア−カーボン系、アルミナ系、シリカ系、ムライト系等の公知の材料を適宜採用できる。

ところで、転炉１に貯留されている溶湯を出湯させるときには、転炉１を傾けて出湯口スリーブ２の出湯口３から溶湯（例えば１４５０〜１６００℃）を矢印Ｗ１方向（図２参照）に出湯させる。転炉１では出湯時間、殊に初期出湯時間を短縮させることが要請されている。出湯時間を短縮できれば、溶湯の温度維持に貢献でき、後工程で有利である。出湯時間は、操業時に転炉１に貯留されている溶湯を空にするまでの出湯時間をいう。

本実施形態によれば、入口開口３３を形成する内壁面には傾斜内壁面３５が形成されているため、出湯口スリーブ２の出湯口３から溶湯をスムーズに吐出させるのに有利となる。故に、チャージ回数が少ない初期において出湯時間を短縮させることができる。

（実施形態２）
図６は実施形態２を示す。本実施例形態は、実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図６は出湯通路３１の軸直角方向に沿った断面を示す。図６において、入口開口３３及び傾斜内壁面３５の軸芯Ｐ２は、出湯通路３１の中央軸芯Ｐ１に対してΔＡ１ぶん下方に変位している。従って入口開口３３付近において、出湯口スリーブ２の肉厚は上部２ｕで厚く、下部２ｄで薄くされている。使用条件によって入口開口３３の傾斜内壁面３５の上部３５ｕが溶損しやすいときに適する。また、修理のための補修材が下方に流動する場合に対処し易い。

（実施形態３）
図７は実施形態３を示す。本実施例形態は、実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。図７は出湯通路３１の軸直角方向に沿った断面を示す。図７において、入口開口３３の軸芯Ｐ２は、出湯通路３１の中央軸芯Ｐ１に対してΔＡ２ぶん上方に変位している。従って出湯口スリーブ２の肉厚は下部２ｄで厚く、上部２ｕで薄くされている。使用条件によって入口開口３３の傾斜内壁面３５の下部３５ｄが溶損しやすいときに適する。

（実施形態４）
図８は実施形態４を示す。本実施形態は、実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。この実施形態では、出湯通路３１は、軸直角方向に沿った断面において、入口開口３３と共に楕円形状または長円形状とされている。従って出湯口スリーブ２の肉厚は横部２ｓで厚く、上部２ｕ及び下部２ｄで薄くされている。

（実施形態５）
図９は実施形態５を示す。本実施形態は、実施形態１と基本的には同様の構成、同様の作用効果を有する。この実施形態では、出湯通路３１は、軸直角方向に沿った断面において、入口開口３３と共に楕円形状または長円形状とされている。従って出湯口スリーブ２の肉厚は上部２ｕ及び下部２ｄで厚く、横部２ｓで薄くされている。

(試験例)
図１０は操業時における試験例を示す。図１０において、横軸のheatsはチャージ回数を示し、縦軸は出湯時間（time）を示す。図１０（Ａ）（Ｂ）は比較形態品（ストレート形状）の試験結果を示す。比較形態に係る出湯口スリーブは実施形態品とサイズ及び材質は同様であるが、入口開口３３に傾斜内壁面３５を備えていない。図１０（Ｃ）（Ｄ）は実施形態品（入口開口３３がロート形状）の試験結果を示す。実施形態品は基本的には実施形態１に基づいており、入口開口３３が傾斜内壁面３５を備えており、図３において、出湯口スリーブ２の軸長ＬＡは１８００ミリメートル、出湯口スリーブ２の出湯通路３１の平均内径ＬＢは２００ミリメートルに設定されている。更に図４において、Ｌ１は１５ミリメートル、Ｌ２は５０ミリメートル、Ｔ１は４５ミリメートル、Ｔ２は６０ミリメートルに設定されている。材質は共にマグネシア−カーボン系である。図１０（Ａ）（Ｂ）に示す比較形態によれば、１〜３０チャージまでの初期段階を見ると、出湯時間は６分間以上かかる場合が多かった。

これに対して図１０（Ｃ）（Ｄ）に示す本実施形態によれば、１〜３０チャージまでは出湯時間が６分間未満である場合が多かった。このように本実施形態によれば、１〜３０チャージまでの初期の出湯時間を短縮させることができた。具体的には、１〜３０チャージまでの初期の出湯時間の平均を取ると、比較形態では５．９４分間であったが、実施形態では５．１９分間であった。このため実施形態では約０．７５分間（５．９４−５．１９）≒約４５秒の短縮を図り得る。この結果、転炉１内の溶湯の低温下を抑えつつ溶湯を連続鋳造ラインで使用することができる。なお、チャージ回数が増加すると、出湯口スリーブ２の出湯通路３１の主内壁面３２の溶損が激しくなり、出湯通路３１の内径が増加するため、出湯時間のばらつきが大きくなる。本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、例えば、Ｌ１、Ｌ２、Ｔ１、Ｔ２は上記した数値に限定されず、適宜変更できる等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。

転炉を模式的に示す断面図（ハッチングは一部省略）である。 転炉に取り付けられている出湯口スリーブ付近を模式的に示す断面図である。 出湯口スリーブの中央軸芯に沿った断面を示す断面図である。 出湯口スリーブの入口開口の傾斜内壁面付近の拡大断面図である。 出湯口スリーブの入口開口の断面図である。 実施形態２に係り、出湯口スリーブの入口開口の断面図である。 実施形態３に係り、出湯口スリーブの入口開口の断面図である。 実施形態４に係り、出湯口スリーブの入口開口の断面図である。 実施形態５に係り、出湯口スリーブの入口開口の断面図である。 図１０（Ａ）（Ｂ）は比較形態品（ストレート形状）の試験結果を示すグラフであり、図１０（Ｃ）（Ｄ）は実施形態品（入口開口がロート形状）の試験結果を示す。実施形態品は基本的には実施形態１に基づいており、入口開口が傾斜内壁面３５を備えてグラフである。

符号の説明

図中、２は出湯口スリーブ、３は出湯口、３１は出湯通路、３２は内壁面、３３は入口開口、３４は出口開口、３５は傾斜内壁面を示す。

Claims (5)

1. 金属溶湯が吐出される中央軸芯がストレート形状または実質的にストレート形状をなすと共に主内壁面で規定された出湯通路と、前記出湯通路の入口側に形成され溶湯が前記出湯通路に進入する入口開口と、前記出湯通路の出口側に形成され前記出湯通路の溶湯が吐出する出口開口とを備える出湯口を有する出湯口スリーブにおいて、
   前記入口開口を形成する内壁面は、前記出湯通路の中央軸芯に沿った断面において、前記出湯通路に向かうにつれて内径が小さくなるように設定され前記出湯口からの出湯時間の短縮を図る傾斜内壁面を有しており、且つ、
   前記出湯通路の主内壁面は、前記入口開口の前記傾斜内壁面の傾斜角度よりも前記中央軸芯に沿って延設されており、
   前記入口開口の前記傾斜内壁面は、前記断面において直線状または実質的に直線状に設定されていることを特徴とする出湯口スリーブ。
2. 請求項１において、前記入口開口の前記傾斜内壁面により形成される拡開空間において、前記入口開口の軸端面と前記傾斜内壁面との交点をＭ１とし、入口開口の傾斜内壁面と出湯通路の主内壁面との交点をＭ２とし、前記入口開口の軸端面に沿った延長線と、前記出湯通路の前記主内壁面に沿った延長線との交点をＭ３とするとき、
   前記入口開口の軸端面に沿った延長線の寸法のうち交点Ｍ１〜交点Ｍ３間をＬ１とし、前記出湯通路の主内壁面に沿った延長線の寸法のうち交点Ｍ２〜交点Ｍ３間をＬ２とし、Ｌ１を１として相対表示したとき、Ｌ２は１〜１０に設定されていることを特徴とする出湯口スリーブ。
3. 請求項１または２において、前記出口開口を形成する内壁面は、前記出湯通路の中央軸芯に沿った断面において、前記出湯通路に向かうにつれて内径が小さくなるように設定された傾斜内壁面を有していないことを特徴とする出湯口スリーブ。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記出湯通路の軸直角方向に沿った断面において、前記入口開口及び前記傾斜内壁面の軸芯Ｐ２は、前記出湯通路の中央軸芯Ｐ１に対して所定量ぶん下方に変位していることを特徴とする出湯口スリーブ。
5. 請求項１〜３のうちのいずれか一項において、前記出湯通路の軸直角方向に沿った断面において、前記入口開口の軸芯Ｐ２は、前記出湯通路の中央軸芯Ｐ１に対して所定量ぶん上方に変位していることを特徴とする出湯口スリーブ。

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