JP4732586B2 - ストッパーロッド - Google Patents

Description

【０００１】
説明
本発明は新しいストッパーロッドに関するものであって、分配器又は鋳込み用とりべからの例えば鋼又は鋳鉄の注湯群の溶湯における流れを制御するためのストッパーロッドであり、より詳しくは吊り上げ機構への取り付け用手段を有する一体型ストッパーロッドに関する。特有な実施の形態において、ストッパーロッドは連続的な鋳込み作業の際、アルゴンガスのような不活性ガスを溶湯用容器に導入するための手段も有している。
【０００２】
そのようなストッパーロッド及びその使用法は従来技術において公知であって、特に米国特許第４９４６０８３号及び第５０２４４２２号が参照にされる。とりわけこれらの特許は吊り上げ機構に取り付け可能な一体型ストッパーロッドを開示していて、その一体型ストッパーロッドが細長い耐熱材料製本体と細長いメタルロッドとで構成されていて：ａ）細長い耐熱材料製本体がせん孔（borehole）を有していて、そのせん孔はストッパーロッド本体に対して同軸に配置されており、吊り上げ機構へストッパーロッドを取り付けるためのメタルロッドを固定的に受け入れるようになっている。耐熱材料製本体の軸方向せん孔が、環状シール面をもつ拡大部分を有していて、その拡大部分は耐熱材料製本体の上端部から離間している。メタルロッドの取り付け用手段は通常耐熱材料製本体における、拡大部分と下端部との間に配置されている。その下端部において、耐熱材料製本体はガスを溶湯用容器に導入するための手段を有していてもよい。
ｂ）細長いメタルロッドが、耐熱材料製本体に取り付けられていて、ロッドの下端部において耐熱材料製本体のせん孔と連通している軸方向せん孔を有している。そのロッドがカラーを有していて、そのカラーは耐熱材料製本体のせん孔における環状シール面に対面している環状シール面を担持していて、気密シールとなっている。ロッドの上端部が吊り上げ機構に取り付けられるようになっていて、その吊り上げ機構はストッパーロッドを分配器のような注湯群の内部へ垂直に移動することを可能にしている。
【０００３】
ストッパーロッドは必ずしもではないが通常、ロッドの上端部を介してガス供給ラインに接続されている。耐熱材料製本体への取り付け手段は、通常カラーとメタルロッドの下端部との間に配置されている。そのようなストッパーロッドの使用にあたって、ストッパーロッドに導入されたガスは、そのロッド下端部において、耐熱材料製本体の軸方向せん孔に向って流れる。耐熱材料製本体が、自身の下端部に有している、溶湯用容器にガスを導入するための手段のおかげで、ストッパーロッドは溶湯用容器へのガス導入が可能となる。ロッド及び耐熱材料製本体における、対面している環状シール面は、空気の流入と同様に多量の不活性ガスの流出を防止している。
【０００４】
この密封性をさらに改善するために、気密な環状ガスケットをこれらのシール面の間に取り付けることが提案された。米国特許第４９４６０８３号は例えば以下のことを示めしていて、約０．４mmの厚さの例えばグラファイトのような耐高温材料のガスケットが、ロッドと耐熱材料製本体とにおける、環状シール面の境界面に取り付ける場合、３bar までの圧力に耐えることが可能な密封性を提供する。
ドイツ国特許第４０４０１８９号（ＤＥ−Ｃ１−４０４０１８９）は細長い耐熱製の本体を具備するストッパーを開示していて、そのストッパーが、
ａ）軸方向せん孔及びメタルロッド取り付け用手段（ロック用ピン）と、
ｂ）メタルロッドと、
ｃ）ナットの作動を受けるシール用ガスケットを具備している、本体同様のスリーブとを有している。
本特許における装置において、ストッパーの上端部に対してナットを締めつけることにより、装着用ロッドがストッパー本体に取り付けられる場合、密封性を正しく保つか微調整する必要がある。装置は自己密封性がなく、ストッパーが最終温度になった際、人間の介在（ナットの締め付け）を必要とする。溶湯用容器上でのそのような操作は容易なものでなく、かつ非常に危険なものである。
【０００５】
シールは高品位の鋳込み用溶湯に欠くことのできないものである。第一に、注湯の際における溶湯の酸化の原因となる空気の流入を十分に防止することが必要である。その一方で、不活性ガス（不活性ガスがストッパーロッドを介して注入される場合）の流出を最小にすることが不可欠で、その不活性ガスの流出は無視することの出来ない生産コストの増大を招く。
この密封性とは別に、ストッパーロッドの吊り上げ機構への取り付けは出来るだけ強固であることも重要なことである。
【０００６】
現在使用されている装置は、しかしながらこれらの二つの観点に対して完全に満足する解答を提供していない。
発明者がこの点に関して調査したところでは、これらの問題は以下の事実によるものであることがわかっていて、ロッドと耐熱材料製本体とにおける、お互いに対面している環状シール面の間におけるシール用ガスケットが、全注湯操作にわたって圧縮状態に保持されていないという事実である。
【０００７】
シール用ガスケットにおける圧縮状態の消失は、少なくともその一部は、ストッパーリングを構成する種々の材料の熱膨脹係数の違いによるものと思われる。特にストッパーロッドの温度が注湯時に上昇する影響で、メタルロッドは耐熱材料製本体に対して著しく膨脹する。このメタルロッドの著しい膨脹が、ロッドと耐熱材料製本体とにおける、環状シール面の分離作用をもたらし、その結果シール用ガスケットの圧縮が減少し、あらん限りの有害な結果を招く。
【０００８】
本発明において、この問題はサポートロッドに以下の特別な手段を備えることにより改善されていて、その手段は、ストッパーロッドが高温になる場合、耐熱材料製本体の環状シール面に接触するシール用ガスケットの圧縮状態を維持することである。本特許出願に含まれるストッパーロッドは、シール用ガスケットの圧縮状態を維持する手段にもかかわらず、参照される米国特許第４９４６０８３号及び第５０２４４２２号に開示されたものと同様のものである。
本発明において、ストッパーロッドが高温になる場合、シール面の圧縮状態を維持する手段が、スリーブにより提供されていて、そのスリーブは自身の端部において開口している円筒の形状をしていて、メタルロッドに取り付けられている。
【０００９】
本発明は吊り上げ機構に取り付け可能な一体型ストッパーロッドに関するもので、その一体型ストッパーロッドが細長い耐熱材料製本体と細長いメタルロッドとスリーブとで構成されていて：
その細長い耐熱材料製本体が、
（ｉ）本体に対して同軸に配置されていて、吊り上げ機構へそのストッパーロッドの取り付けるためのメタルロッドを固定的に受け入れており、軸方向において本体の上端部から離間している環状シール面となっている拡大部分を有するせん孔と；
（ii）該メタルロッドの取り付け手段と；を有していて、
その細長いメタルロッドは、本体に係合されていて、ストッパーロッドを注湯群の内部へ垂直に移動するためにその細長いロッドメタルの上端部において吊り上げ機構に取り付けられるようになっており；
そのスリーブが自身の下端部において、本体のシール面と対面しているシール面を有していて、ストッパーロッドはメタルロッドに配置されたスリーブのブロック用手段を有しており、
ストッパーロッドにおいて、スリーブが、メタルロッドより大きな熱膨脹係数を有する材料で作られていて、注湯の際にストッパーロッドがもたらす温度の影響により、スリーブが伸長して少なくともメタルロッドの膨脹の影響を相殺することを特徴としている。
【００１１】
本発明における特有な実施の形態において、ストッパーロッドはガス供給ラインに接続されてもよい。従って、その細長い耐熱材料製本体が、溶湯用容器の内部にガスを導入するための手段を自身の下端部に有していて、メタルロッドは自身の下端部において、耐熱材料製本体と連通している軸方向せん孔を有している。
【００１３】
図１において、ストッパーロッド１が耐熱材料製の細長い本体２を具備していて、軸方向のせん孔３が本体の上端部４から下端部（図示されていない）に向けて伸長している。その下端部において耐熱材料製本体は、溶湯用容器に不活性ガスを注入する手段（図示されていない）を備えるか、又は備えていなくてもよい。
【００１４】
耐熱性材料製本体はメタルロッド６の取り付け用手段５も有している。メタルロッド６が、また軸方向のせん孔７を有していてもよくて、そのせん孔はメタルロッドの上端部８から下端部９に向けて貫通している。上端部８は不活性ガス供給用の受入れ継手（図示されていない）となっていてもよい。さらにメタルロッドの上端部８は、吊り上げ機構（図示されていない）に固定されるようになっている。アルゴンのような加圧ガスは、メタルロッド６の手段により耐熱性材料製本体の軸方向せん孔３に導入されてもよくて、さらに耐熱材料製本体の下端部を介して溶湯用容器に導びかれる。
【００１５】
耐熱性材料製本体２はシール面を形成する拡大部分１０を有している。二個のグラファイトガスケット（１１及び１１′）がこのシール面に係合していて、空気の流入又は不活性ガスの流出を防止している。スリーブ１２がメタルロッド６に取り付けられていて、ガスケット１１及び１１′を圧縮状態に維持している。スリーブの上部１３はワッシャー１４によりブロックされていて、ワッシャー自身はナット１５により保持されている。
好ましくは、ワッシャー１４が耐熱材料製本体２の上端部４に接触していて、アセンブリーの剛性を高めている。
【００１６】
スリーブ１２が、メタルロッド６より大きな熱膨脹係数を有する材料で構成されていて、かつ十分な長さを有しており、注湯の際にストッパーロッドがもたらす温度の影響で、スリーブはメタルロッドの下端に向けて十分に伸長し、少なくともメタルロッドの膨脹の影響を相殺している。
好ましくはスリーブの膨脹が、メタルロッドの膨脹を正確に相殺している。
【００１７】
図１に見られるように、スリーブの十分な長さを必要とする場合、スリーブ１２は耐熱材料製本体の上端部４から突出していてもよい。
この場合ワッシャー１４は肩１６を備えていて、その肩は、ワッシャー１４と耐熱材料製本体２との間における接触を確実なものにする一方で、スリーブ１２をブロックすることを可能にしている。
【００１８】
スリーブ１２は、メタルロッド６に取り付けられていて、メタルロッドと共に自由なアセンブリーを形成しており、回転するか、摺動するか、又は適切に摺動する。スリーブ１２の上端部１３がメタルロッド６に固定的に取り付けられたブロック用手段１４及び１５に適切に当接していて、スリーブ１２は膨脹の影響でそのブロック用手段と対向するだけ軸方向に引き延ばされる。
【００１９】
本発明における一つの実施の形態において、ブロック用手段は、参照にされる米国特許第４９４６０８３号及び第５０２４４２２号に開示されたものと同様のカラーを具備している。
【００２０】
スリーブ長さと同様にスリーブを構成する材料は、メタルロッド（通常１２．５μｍ・ｃ^-1のオーダーの熱膨脹係数を有する棒鋼から機械加工されている）及び耐熱材料製本体（通常３〜６μｍ・ｃ^-1の熱膨脹係数を有する静水圧圧縮成形により得られる耐熱材料で構成されている）を構成する、寸法及び材料の函数として選択される。
スリーブの長さと同様にスリーブを構成する材料は熱物理学の基本原理により容易に決定される。
【００２１】
このように第一近似で決定され、かつ一般に良い結果を得る値から始めて、試行錯誤により何の困難もなく装置の最適化が可能である。
【００２２】
本発明においてスリーブは、ストッパーロッドが注湯の際にさらされる高温に耐えることが可能な、熱膨脹係数の大きな材料で構成されている。たとえば、フリット化マグネシア（fritted magnesia）のような大きな熱膨脹係数を有する耐熱材料が使用されてもよい。この用途における好適な材料は、大きな熱膨脹係数を有し、かつ高い融点をもつ金属又は合金に見い出される。
【００２３】
一般に、鋼製ロッド材料の１．１倍から３倍の間の熱膨脹係数を有する材料が、スリーブ用に選択される。
メタルロッドが１２μｍ・ｃ^-1オーダーの熱膨脹係数を有する棒鋼から機械加工されている場合、ステンレス鋼（例えば１７．５μｍ・ｃ^-1オーダーの熱膨脹係数を有する）が特に適している。
【００２４】
耐熱材料製本体は、一般的に使用されているアルミナ、シリカ及びグラファイトをベースにした耐熱材料のような従来の耐熱材料で通常形成されている。典型的な成分は、例えば、重量百分率でＡｌ₂ Ｏ₃ ：５３％、ＳｉＯ₂ ：１３％、炭素：３１％及び例えばジルコニアＺｒＯ₂ のような他の物質：約３％である。
【００２５】
気密な環状ガスケット１１は、好ましくはシール面の間に配置されている。０．２mmから３０mmの間の厚さのグラファイト・ガスケットが通常使用されている。
本発明において、一個又はそれ以上の従来のガスケットが使用されている。一個（複数個）の環状ガスケットが、スリーブの下面と耐熱材料製本体シール面との間に配置されている。
各々９mmの二個のグラファイト・ガスケットが、スリーブの下面と耐熱材料製本体のシール面との間に配置されている場合、最もよい結果が観察されている。
【００２６】
本発明における好適な形態において、耐熱材料製本体２の拡大部分１０に形成されたシール面は、一個（複数個）のシール用ガスケット１１（及び１１′）と同様に平担である。この場合、一個（複数個）のガスケット１１（及び１１′）の非常に優れた圧縮状態の保持が得られるということが、実際に判っている。
一つの実施例として、静水圧圧縮成形により得られた耐熱材料製本体（熱膨脹係数：３．６μｍ・ｃ^-1）各々は９mmの厚さを有している。メタルロッドは、熱膨脹係数１２．５μｍ・ｃ^-1を有する棒鋼から機械加工されている。
熱膨脹係数１７．５μｍ・ｃ^-1を有するステンレス鋼のスリーブが使用されるなら、スリーブは約６１mmの長さを有するべきことが計算される。
【００２７】
本発明におけるもう一つの実施の形態において、ストッパーロッドが高温になる場合に、シール用ガスケットの圧縮状態を維持する手段は、耐熱材料製本体に対するメタルロッドの固定点を、シール面とメタルロッドの上端部との間に位置している点に配置することにより提供される。この場合、より重要なことは膨脹であって、ストッパーロッドが注湯の際にもたらす温度の影響にもとずくメタルロッドの伸長により、シール用ガスケットがさらに圧縮される。
【００２８】
本発明における特有な実施の形態において、ストッパーロッドはメタルロッドが耐熱材料製本体から外れることを防止するための手段も有している。このように、もし耐熱材料製本体に固定された、せん孔の内面に軸方向にねじ山を有する金属挿入部が、耐熱材料製本体に対するロッドの固定手段として使用される場合、ロッドは以下のことにより挿入状態から外れることを防止されていて、その一つはロッドに耐熱材料製本体から出た位置（the point of emergence）において、一対の平行平面を備えることによるものであり、もう一つはこれらの平行平面に耐熱材料製本体に固定的に接続された一体形フォークフランジ（integral forked flange）を支持することによるものである。この固定継手がシャフトに挿入されたピンにより実現されてもよくて、そのピンはフォークフランジを貫通しており、耐熱材料製本体の中へ伸長している。この場合本発明におけるワッシャーが、都合よくフォークフランジの役割をも果してもよい。
【００２９】
本発明における特有なもう一つの実施の形態において、ストッパーロッドの耐熱材料製本体は、比較的ガス通気性のない耐熱材料で少なくとも部分的に構成されている。極端な場合、耐熱材料製本体が少なくとも二つの異なる耐熱材料で構成されていて、第一部分は、比較的ガス通気性のない混合物で構成されていて、ほぼシール用ガスケットが配置された領域を取り囲んでおり、第二部分は溶湯に対して耐腐蝕性のある耐熱材料で構成されている。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は本発明による特有な実施の形態におけるストッパーロッド上端部の部分断面図である。

Claims (13)

1. 細長い耐熱材料製本体と細長いメタルロッドとスリーブとで構成されるストッパーロッドであって、（ａ）その細長い耐熱材料製本体（２）が、
   （ｉ）該本体（２）に対して同軸に配置されていて、吊り上げ機構へそのストッパーロッドを取り付けるためのメタルロッド（６）を固定的に受け入れており、軸方向において該本体（２）の上端部から離間している環状シール面となっている拡大部分（１０）を有するせん孔（３）と；
   （ii）該メタルロッド（６）の取り付け用手段（５）と；を有していて、
   （ｂ）その細長いメタルロッド（６）は、該本体（２）に係合されていて、該ストッパーロッド（１）を注湯群の内部へ垂直に移動するためにその細長いロッドメタルの上端部（８）において該吊り上げ機構に取り付けられるようになっており；（ｃ）そのスリーブ（１２）が自身の下端部において、該本体（２）の該シール面（１０）と対面しているシール面を有していて、該ストッパーロッドは該メタルロッド（６）に配置された該スリーブ（１２）のブロック用手段（１４，１５）を有しており、
   ストッパーロッドにおいて、該スリーブ（１２）が、該メタルロッド（６）より大きな熱膨脹係数を有する材料で作られていて、注湯の際に該ストッパーロッドがもたらす温度の影響により、該スリーブ（１２）が伸長して少なくとも該メタルロッド（６）の膨脹の影響を相殺することを特徴とするストッパーロッド。
2. 該本体（２）の該シール面（１０）に接触する、一個又はそれ以上の環状シール用ガスケット（１１，１１′）を有することを特徴とする、請求項１に記載のストッパーロッド。
3. 該一個又は複数の環状シール用ガスケット（１１，１１′）と該本体（２）の該シール面（１０）とが平担であることを特徴とする、請求項２に記載のストッパーロッド。
4. 該メタルロッド（６）が、自身の下端部（９）において該本体（２）の該せん孔（３）に連通している、軸方向のせん孔（７）を有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のストッパーロッド。
5. 該本体（２）が、自身の下端部において、溶湯用容器にガスを導通するための手段を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のストッパーロッド。
6. 該スリーブ（１２）が該本体（２）の該上端部（４）において突出していることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のストッパーロッド。
7. 該スリーブ（１２）が該メタルロッド（６）を構成している材料の１．１倍から３倍の間の熱膨脹係数を有する材料で形成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のストッパーロッド。
8. 該スリーブ（１２）がステンレス鋼で形成されていて、該メタルロッド（６）は鋼で形成されており、該本体（２）が静水圧圧縮成形により得られた耐熱材料から形成されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のストッパーロッド。
9. 該メタルロッド（６）における該スリーブ（１２）のブロック用手段がカラーを具備していることを特徴とする、請求項１〜８に記載のストッパーロッド。
10. 該メタルロッド（６）における該スリーブ（１２）のブロック用該手段は、該メタルロッド（６）に固定的に螺合され、かつ該スリーブ（１２）が当接しているナット（１５）であることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一項に記載のストッパーロッド。
11. 該メタルロッド（６）における該スリーブ（１２）のブロック用該手段が、また一個又はそれ以上のワッシャー（１４）を具備していることを特徴とする、請求項１０に記載のストッパーロッド。
12. 該ワッシャー（１４）は、該スリーブ（１２）が該本体（２）の端部（４）において突出可能なように内部肩を有していて、その一方で該ワッシャー（１４）が該本体（２）の該上端部（４）に接触していることを特徴とする、請求項１１に記載のストッパーロッド。
13. 該メタルロッド（６）の該本体（２）からの離脱を防止するための手段を具備していることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のストッパーロッド。

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