JP4824969B2 - ノズル状耐火物の管理方法 - Google Patents

Description

本発明は、取鍋やタンディッシュに装着されるノズル状耐火物の減厚量に基づいてその寿命を管理するノズル状耐火物の管理方法に関するものである。

従来、転炉や電気炉で溶解精錬された溶鋼を一時的に貯留して例えば連続鋳造設備まで運搬する際に取鍋が使用されている。この取鍋に貯留された溶鋼はその底部に設けられたスライドプレートを開くことにより、取鍋内に配置された上部ノズルおよび取鍋底面から垂下された下部ノズルを通じて鋳型内に注入されるようになっている。

上部ノズルは、通常、耐火物を筒状に成形したものから構成されているが、溶鋼がその筒孔内を高圧で流れることによって、あるいは溶鋼排出後に異物を除去するため酸素で洗浄されることによってノズルの厚みは次第に減少していく。

上部ノズルにおいて減厚が拡大すると、上部ノズル内を流れる溶鋼流に乱れが生じたり、注入時間が変化して製品の品質に影響を及ぼすことにもなることから、上部ノズルは減厚の進行に応じて交換する必要がある。

ところが、上部ノズルの減厚程度は熟練経験者が目視で確認したり、或いは、厚みが既知のものを上部ノズル内に挿入して減厚量を推定しているのが現状である。

なお、転炉の内張り耐火物の寿命を判定する方法として、センサを炉体の内張り耐火物内に埋設して残厚を管理するものや、転炉外面に複数の音響センサを配置し、操業中に発生する音響信号を検出して損傷位置、損傷量を管理するものが知られている（例えば特許文献１参照）。ところが、上部ノズルにはセンサを埋設することができず、また、取鍋底部にインサートされて使用される構成上、音響信号を検出することもできないという事情がある。
特開平６−１３６４２６号公報

上部ノズルは取鍋に一度取り付けると有効残厚がある状態で複数回使用されるが、交換時期を判定する方法が確立されていない現状では上部ノズルの実際の減厚程度に拘わらず一定回数使用すると交換を行っていた。

しかしながら上記の管理方法では例えば酸素洗浄の影響でノズルの長さ方向に不均一な損傷が生じた場合に、将来、トラブルの原因になる局部的な減厚が見過ごされるという問題がある。

本発明は以上のような従来の上部ノズルの管理方法における課題を考慮してなされたものであり、ノズル状耐火物の交換基準を定め、ノズル状耐火物内面に局部的な減厚部分が発生した場合でも交換の要否を正確に判断することができるノズル状耐火物の管理方法を提供するものである。

本発明は、酸素洗浄が行われるノズル状耐火物の内面であって、酸素洗浄が行われる際に略水平姿勢となるノズル状耐火物筒孔の下側面、且つノズル奥行き方向に４３％を超える位置に管理部位を設定し、
揺動アームを備えた測定装置の係合部を、新しいノズル状耐火物における鉄皮穴部の穴縁に係合させて揺動アームの揺動支点を位置決めし、
上記管理部位に、ノズル状耐火物の筒孔内で揺動する揺動アームの先端に形成した測定子を接触させ、
ノズル状耐火物の外部に延設された揺動アーム後部の振れ量を測定した値を初期値Ｐとし、管理部位における減厚限界に至るときの設定値をＱとし、ノズル状耐火物が受鋼することのできる最大使用回数をＲとし、受鋼回数をｎとするとき、
受鋼回数がｎ回目であるときの上記ノズル状耐火物の管理値を下記式
管理値＝Ｐ＋ｎ×［（Ｑ−Ｐ）÷Ｒ］
によって求め、
上記ノズル状耐火物の酸素洗浄後に、そのノズル状耐火物における鉄皮穴部の穴縁に上記測定装置の係合部を係合させて揺動アームの揺動支点を再び位置決めし、
上記管理部位を測定子によって上記最大使用回数Ｒのうち少なくとも１回以上測定を行い、測定した値が管理値を超える場合にノズル状耐火物の交換要と判断し、管理値を超えない場合は継続使用可と判断するノズル状耐火物の管理方法である。

本発明は、ノズル状耐火物の使用限界を表す最大使用回数Ｒまでそのノズル状耐火物を継続して使用することができるかどうかを、測定したタイミングで推定することができるよう上記管理値を決めて判定することを特徴としている。したがって、受鋼し排鋼した後に管理部位を測定する回数としては、最大使用回数Ｒのうち少なくとも１回以上である必要がある。また、測定タイミングは、ボトムプレートとスライドプレートを交換するタイミングに合わせて測定することが好ましい。なぜなら、その交換時に上部ノズルが露出して測定子による測定可能な状態となるからである。例えば、最大使用回数Ｒが１２であるとき、受鋼回数ｎが４、８、１１回目となる時に測定を実施することができる。

なお、上記酸素洗浄は溶鋼排出後に必ず実施されるものであり、ノズル状耐火物の減厚が正常であって最大回数使用された場合には、ｎ＝Ｒとなる。また、設定値Ｑは計算によって求められる理論値である。

本発明において、上記測定子をノズル状耐火物の筒孔内で揺動する揺動アームの先端に形成し、測定子による測定は、ノズル状耐火物の外部に延設された揺動アーム後端部の振れ量を測定することによって行うことができる。

この場合は、熱間でノズル状耐火物の減厚量を測定することが可能になるため、現場にてノズル状耐火物の交換要否を判断することができるようになる。

本発明によれば、ノズル状耐火物の交換時期を正確に決定することができ、ノズル状耐火物の筒孔に局所的な損傷が発生した場合であっても交換の要否を正確に判定することができるという長所を有する。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の耐火ノズルの管理方法（以下、ノズル管理方法と略称する）によって管理される耐火物ノズルおよびそれを含むスライディングノズルの構成を示したものである。

同図において、１はボトムプレートを支持するための支持金具、２は取鍋底部の外装を形成している鉄皮、３は取鍋底部に配置される下部受けれんが、４は同じく上部受けれんがである。

５はこれらの受けれんがに挿入されるコーン形に成形されたアルミナカーボン質からなる上部ノズル（ノズル状耐火物）、６はボトムプレート、７は上部ノズル５と連通するように配置される下部ノズル（チェンジングノズル）、８は上部ノズル５と下部ノズル６との間に介設され、溶鋼流路を開閉するスライドプレート、９は下部ノズルケースである。

図２はノズル管理方法において減厚量の測定に使用される測定装置１０の構成を示したものであり、この測定装置１０は溶鋼が取鍋から排出され、下部ノズル７およびスライドプレート８がその取鍋から取り外された状態で取鍋底部の鉄皮穴２ａに装着されるようになっている。

測定装置１０は、本体部１１と、揺動アーム１２と、その揺動アームの振れ量を検出するダイヤルゲージ１３と、把手１４とから主として構成されている。

本体部１１は、上部ノズル５の筒穴内に挿入される筒部１１ａと、この筒部１１ａの挿入方向（矢印Ａ方向）における後端に接続される円板部１１ｂとを有し、この円板部１１ｂの中心に穿設された覗き窓としての貫通孔１１ｃを揺動アーム１２が貫通している。なお、筒部１１ａの筒軸方向長さＬ１は、測定装置１０を上部ノズル５内に装着した際に脱落しない程度の長さ、例えば１００ｍｍ程度に設定されている。

上記本体部１１は鉄製から構成することができるが、測定時における高温に耐え変形する虞れのない部材であれば鉄以外の例えばアルミニウム合金等で構成することができる。

本体部１１の材質をアルミニウム合金にした場合、軽量化が図れるため可搬性にも優れるという利点がある。なお、可搬性を考慮すると測定装置１０全体の重量は５ｋｇ以下とすることが好ましい。

また、上記貫通孔１１ｃは管理部位Ｄを確認するためのものでもあり、開口部の直径は４０〜１１０ｍｍの範囲で形成することが好ましい。４０ｍｍを下回ると管理部位Ｄに揺動アーム１２の接触子１２ａが接触していることを確認することができず、また、１１０ｍｍを上回ると取鍋内部から漏れる輻射熱で減厚量測定装置１０がダメージを受けるからである。

また、円板部１１ｂの外径は、鉄皮２の孔径よりも若干大きく形成されており、その外周部分には鉄皮２の穴縁２ａと係合するように階段状に形成された係合部１１ｄが形成されている。この係合部１１ｄは測定装置１０を鉄皮穴部２ａに挿入した際に揺動アーム１２の位置を一定の部位に位置決めする機能を有する。

揺動アーム１２は揺動支点Ｂを回転中心として上下方向に揺動することができ、揺動支点Ｂよりも前側は上部ノズル５内で矢印Ｃ方向に振れると、接触子１２ａを上部ノズル５の筒孔内壁の管理部位Ｄに接触させることができる。

なお、揺動アーム１２は本体部１１の水平面１１ｅに下縁１２ｂを当接させることにより水平に保持することができ、それにより、測定基準線Ｍに合わせることができるようになっている。

また、揺動支点Ｂを回転中心として揺動アーム１２の前側が矢印Ｃ方向に振れると、揺動アーム１２の後側アーム１２ｃは矢印Ｅ方向に振れる。一方、後側アーム１２ｃの上縁１２ｄにはダイヤルゲージ１３のスピンドル１３ａ先端の接触子１３ｂを接触させており、揺動アーム１２の振れ量をそのダイヤルゲージ１３のデジタル表示部から読み取ることができるようになっている。

〈 管理部位Ｄの決め方 〉
図３は酸素洗浄時における上部ノズル５の筒孔上側と筒孔下側の損傷を対比して示したものである。ただし、排鋼後に取鍋を横向に倒伏させることにより上部ノズル５の姿勢は略水平になっているものとする。

同図において、ノズル奥行き方向において筒孔下側において発生する損傷Ｈ１′〜Ｈ３′は筒孔上側に発生する損傷Ｈ１〜Ｈ３はよりも大きくなる傾向がある。これは、溶鋼排出後に上部ノズル５内を酸素で洗浄する際、取鍋が横向きになっていることから上部ノズル５の筒穴下側にスラグが発生しやすい状況にあり、スラグを除去した結果として筒孔下側が優先的に損傷すると考えられる。

また、筒孔下側の損傷Ｈ１′〜Ｈ３′は、ノズル奥行き方向に増加し４３％の位置を超えると飽和していく傾向がある。

そこで、本発明における管理部位Ｄは、揺動アーム１２の揺動支点Ｂから上部ノズル５の先端側に向けて略２００ｍｍの位置としている。本実施形態では長さ３２５ｍｍの上部ノズル５を使用しているため、上部ノズル５の底面から約６０％の位置を管理部位Ｄとしていることになる。

〈 減厚量の測定 〉
次に、上記測定装置１０を用いた減厚量の測定方法について説明する。
まず、測定者は揺動アーム１２を測定基準線Ｍに合わせる。
次いで、ダイヤルゲージ１３のゼロセットを行なう。

次いで、測定者は測定装置１０の把手１４を掴み、筒部１１ａを上部ノズル５の筒孔に挿入する。

筒部１１ａを挿入し続けると、円板部１１ｂが鉄皮穴２ａの縁部に当接する。このとき、円板部１１ｂの係合部１１ｄに形成されている段部がその周部と係合することにより、揺動アーム１２の揺動支点Ｂが鉄皮穴２ａの中心、すなわち測定基準線Ｍ上に位置決めされる。

次いで、揺動アーム１２における後側アーム１２ｄを静かに矢印Ｅ方向に押し上げ、揺動アーム１２先端側の接触子１２ａを管理部位Ｄに接触させる。

この状態でダイヤルゲージ１３の表示を読み取り、記録する。

揺動支点Ｂから前方の接触子１２ａまでを距離をＳ１とし、揺動支点Ｂから後方の接触子１３ｂ当接位置までの距離をＳ２とするとき、ダイヤルゲージ１３の表示部にはＳ２／Ｓ１の比率で揺動アーム１２の振れ量が表示される。

〈 減厚量に基づくノズルの管理 〉
次に上記揺動アーム１２によって測定された振れ量に基づいて上部ノズル５の耐用寿命を管理する方法について図４および図５を参照しながら説明する。

本発明のノズル管理方法は、上部ノズル５の使用回数を限定しつつも異常な損傷によってノズル残厚が１０ｍｍ以下にならないように、使用中の上部ノズル５の残厚を上記測定装置１０の測定値に基づいて監視するというものである。

（ 管理値の決め方 ）
１）新しい上部ノズル５の筒孔内面に揺動アーム１２の接触子１２ａを当接させ、その時のダイヤルゲージ１３の測定値（実測値）を初期値Ｐとして読み取る。

２）図４に示すように、上部ノズル５の断面輪郭線を図面に描き、この上部ノズル５に対して所定の位置に配置される揺動アーム１２の揺動支点Ｂを描き、この揺動支点Ｂを回転中心として振れる揺動アーム１２の各姿勢を描く。

各姿勢とは、Ｆ１：揺動アーム１２の姿勢が測定基準線Ｍ上にある状態、Ｆ２：同じく新しい上部ノズル５の筒孔内面に接触している状態、Ｆ３：同じく上部ノズル５の残厚が使用限界、具体的には１０ｍｍのものと接触している状態である。

３）次に、揺動アーム１２の姿勢がＦ２のときのダイヤルゲージ１３による実測値Ｓと図面から計算される理論測定値Ｓ′とを比較する。

例えば理論測定値Ｓ′が７．５ｍｍであるときの実測値Ｓの平均は６．０ｍｍであり、理論測定値Ｓ′は実測値Ｓよりも１．５ｍｍ程度大きい値となる。これは、上部ノズル５をセットした時のモルタル厚みが影響しているものと思われる。

一方、揺動アーム１２の姿勢がＦ３にある時の理論測定値Ｑ′は１５．５ｍｍであり、この値からＳ′／Ｓの比率に基づいて減厚限界に至るときの設定値Ｑを推定すると、Ｑは１４．０ｍｍになる。

そこでダイヤルゲージ１３による管理範囲を６．０〜１４．０ｍｍとすれば、上部ノズル５を新品の状態から限厚限界までの範囲で管理することができるようになる。

４）次に、上部ノズル５の最大使用回数Ｒを決定する。

上部ノズル５の最大使用回数Ｒはノズルの材質や酸素洗浄時の作業環境等によって決められるものである。

５）次に、上部ノズル５の損傷は酸素洗浄毎に一定であると仮定し、受鋼回数がｎ回目の時の管理値を下記式によって求める。
管理値＝Ｐ＋ｎ×（Ｑ−Ｐ）÷Ｒ

上記式は上部ノズル５が使用される毎の許容減厚量を示している。したがってダイヤルゲージ１３による測定値がその管理値を超えれば、たとえ受鋼回数ｎが最大使用回数Ｒに到達していなくとも交換しなければならないことになる。

〈 実施例 〉
例えば酸素洗浄を繰り返して１２回受鋼する（Ｒ＝１２）まで上部ノズル５を使用する場合、１２回受鋼後における上部ノズル５の管理部位Ｄの残厚を１０ｍｍ確保する必要がある。

まず最初に、新しい上部ノズル５の筒孔内面に接触子１２ａを接触させ、測定を行うことによりゲージ測定値としての初期値Ｐを求める。この場合の初期値Ｐは６．０であった。

また、上部ノズル５の残厚が１０ｍｍとなる時の理論測定値Ｑ′を図面上から計算する。

図面上で計算される理論測定値Ｑ′から上記した推定方法で減厚限界に至るときの設定値Ｑを１４．０に設定する。

次に、１２回受鋼する間に損傷が一定速度で進行すると仮定して、各酸素洗浄回数毎にゲージ測定値の管理値を決めた。

図５に示すグラフは横軸を酸素洗浄回数、縦軸をゲージ測定値としており、グラフ中に描かれている直線Ｇが上記管理値を示している。

したがって、上記グラフにおいて直線Ｇを上回るゲージ測定値（図中×印のグループに入るもの）となったものは損傷が通常以上に進行していることになり、使用不可と判断することができる。この場合は上部ノズル５を交換する。

これに対して直線Ｇをオーバーしないゲージ測定値（図中○印のグループに入るもの）となったものはさらに次回の受鋼に継続して使用することができる。

ただし、各酸素洗浄回数における×印および○印の数は、予め減厚量測定装置１０を用いてサンプリングしたデータを示している。

なお、例えば種々の改善を行うことにより最大使用回数Ｒを上記１２回に限らず、例えば１６回とすることもできる。この場合、直線Ｇの傾きは図５に示したものよりも小さくなる。

また、上記ダイヤルゲージ１３として、測定結果を信号出力する出力端子を備えたものを使用した場合には、測定結果を例えば管理室のコンピュータに対してワイヤレスまたはワイヤードで送信してその管理室で管理することもできる。

例えばノズル状耐火物毎にゲージ測定値の履歴を管理すれば、減厚の傾向についても把握することができるようになり、ノズル状耐火物の交換時期を予測することが可能になる。

また、上述した実施形態は取鍋を例に取り説明したが、これに限らず、タンディッシュ等の容器底部に配置されるノズル状耐火物の残厚を管理する場合にも適用することができる。

本発明が適用される取鍋底部のノズルを示す縦断面図である。 本発明のノズル管理に使用される測定装置の構成を示す側面図である。 上部ノズルの損傷速度をノズル筒孔上側と下側で比較したグラフである。 最小残厚時のゲージ測定値を計算するための図である。 減厚量を管理するためのグラフである。

符号の説明

１ 支持金具
２ 鉄皮
２ａ 鉄皮穴
３ 下部受けれんが
４ 上部受けれんが
５ 上部ノズル
６ ボトムプレート
７ 下部ノズル
８ スライドプレート
９ 下部ノズルケース
１０ 減厚量測定装置
１１ 本体部
１１ａ 筒部
１１ｂ 円板部
１１ｄ 係合部
１２ 揺動アーム
１２ａ 接触子
１３ ダイヤルゲージ
１４ 把手
Ｄ 管理部位
Ｍ 測定基準線

Claims (1)

1. 酸素洗浄が行われるノズル状耐火物の内面であって、酸素洗浄が行われる際に略水平姿勢となる上記ノズル状耐火物筒孔の下側面、且つノズル奥行き方向に４３％を超える位置に管理部位を設定し、
   揺動アームを備えた測定装置の係合部を、新しいノズル状耐火物における鉄皮穴部の穴縁に係合させて揺動アームの揺動支点を位置決めし、
   上記管理部位に、上記ノズル状耐火物の筒孔内で揺動する揺動アームの先端に形成した測定子を接触させ、
   上記ノズル状耐火物の外部に延設された上記揺動アーム後部の振れ量を測定した値を初期値Ｐとし、上記管理部位における減厚限界に至るときの設定値をＱとし、上記ノズル状耐火物が受鋼することのできる最大使用回数をＲとし、受鋼回数をｎとするとき、
   受鋼回数がｎ回目であるときの上記ノズル状耐火物の管理値を下記式
   管理値＝Ｐ＋ｎ×［（Ｑ−Ｐ）÷Ｒ］
   によって求め、
   上記ノズル状耐火物の酸素洗浄後に、そのノズル状耐火物における鉄皮穴部の穴縁に上記測定装置の係合部を係合させて揺動アームの揺動支点を再び位置決めし、
   上記管理部位を上記測定子によって上記最大使用回数Ｒのうち少なくとも１回以上測定を行い、測定した値が上記管理値を超える場合に上記ノズル状耐火物の交換要と判断し、上記管理値を超えない場合は継続使用可と判断することを特徴とするノズル状耐火物の管理方法。

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