JP4989422B2 - スラグ流出防止用プラグ - Google Patents

Description

本発明は製鋼工場において、溶鋼を転炉の出湯口から取鍋に排出する際に、溶鋼の表面に浮上しているスラグが流出しないように排出の初期に出湯口を封鎖するスラグ流出防止用プラグに関するものである。

転炉は上部側面に出湯口を備えており、吹錬を終えた後に転炉を傾斜させて内部の溶鋼をこの出湯口から取鍋に流出させる。しかし転炉内部の溶鋼の表面にはスラグが浮上しているため、転炉を傾斜させると先ずこのスラグが出湯口に達して流出することとなる。スラグ中にはＰ、Ｓその他の不純物が多量に含有されているため、スラグが鋼中に混入するとＰ濃度などが上昇して製品の品質低下を招くこととなる。そこで排出の初期に転炉の出湯口をプラグにより確実に封鎖し、転炉から取鍋へのスラグの流出を最小限にすることが望まれる。

この目的で、従来から鋳物製のスラグ流出防止用プラグが用いられていた。このスラグ流出防止用プラグは転炉の出湯口から挿入されるものであるが、鋳物製であるために重量が大きく取り扱いが容易でないこと、鋳物製であるために耐火物製の出湯口の内面に密着させにくく、スラグが洩れたりプラグが外れたりし易いこと、出湯を繰り返すと耐火物製の出湯口は次第に内径が拡大して行くため、サイズの異なるスラグ流出防止用プラグを準備しなければならないことなどの多くの問題があった。

このほか、丸太を円柱形に切削したものや、鉄板を丸めて溶接したものなどをスラグ流出防止用プラグとして用いる試みもなされたが、これらの硬質のプラグはやはり出湯口の内面に密着させにくく外れ易いこと、出湯を繰り返すと出湯口は次第に内径が拡大して行くため、サイズの異なるスラグ流出防止用プラグを準備しなければならないことなどの問題があった。

そこで特許文献１に示されるような、アルミシリケートと粘土とを主成分とするスラグ流出防止用プラグが開発され、実用化されている。この特許文献１のスラグ流出防止用プラグは、アルミシリケートと粘土とを主成分とする可塑性のプラグ本体の前端に漏斗状の端面板を、また後端にベース板を備えたものである。

このスラグ流出防止用プラグを出湯口の内部に挿入した上で、プラグ本体の中心孔を貫通して引張り鉤爪を漏斗状の端面板よりも内側まで挿入し、鉤爪により漏斗状の端面板を引き寄せて半径方向に膨出させ、出湯口を閉塞することができる。これにより排出の初期に出湯口を封鎖してスラグの流出を防止するが、続いて溶鋼が出湯口に到達するとスラグよりも溶鋼の比重ははるかに高いのでこのプラグ本体はその圧力により抜け出し、溶鋼の流出は妨げない。

この特許文献１のスラグ流出防止用プラグは鋳鉄製のプラグに比較して軽量であるうえに、出湯口の内面になじみ易く、また出湯口の内径が拡大しても対応できる利点があるため、実用に供されている。しかし、このスラグ流出防止用プラグは耐火物製の漏斗状の端面板や引張り鉤爪のような特殊な構造物を使用しているために、製作コストが非常に高いという問題がある。

また、特許文献１のスラグ流出防止用プラグのプラグ本体は、アルミシリケートと粘土のほかに一時バインダとしてのセルロースや永久バインダとしてのシリケート、潤滑剤としての鉱物油、可塑剤であるポリ電解質アルコール等の多くの副成分を含有するものであるためにやはりコストが高くなるうえ、長期保存すると水分の蒸発によってプラグ本体が硬化してしまい、引張り鉤爪を引いても半径方向に膨出しにくくなり、出湯口を完全に封止することができない場合があった。
特許第３２５２９０９号公報

従って本発明の目的は、特許文献１のスラグ流出防止用プラグの問題点を解決し、特殊な構造物や特殊な原料を使用せずに安価に製作することができ、長期間保存することができ、しかも軽量で出湯口の内面になじみ易く、また出湯口の内径が拡大しても対応できるスラグ流出防止用プラグを提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明のスラグ流出防止用プラグは、 プラグ挿入用冶具により転炉の出湯口に炉外側から挿入されるスラグ流出防止用プラグであって、耐火物を含有した粘土に対して５〜３０質量％の水を加えた材料を先細テーパ形状に成形したプラグ本体と、プラグ本体の外面を覆う乾燥防止用フィルムとからなり、プラグ本体の中心部に冶具挿入孔が形成されていることを特徴とするものである。

請求項２に記載のように、先細テーパ形状のプラグ本体が、転炉の出湯口と同径以下の先端径と、転炉の出湯口よりも大径の基部径とを有するものであることが好ましい。

また請求項３に記載のように、耐火物を含有した粘土に、さらに油分を混練してプラグ本体を構成することが好ましく、この場合に、請求項４に記載のように、プラグ本体を構成する耐火物を含有した粘土が、７０質量％以上の粘土と、３０質量％未満のシャモット系耐火物を含むものであることが好ましい。

また請求項５に記載のように、プラグ本体が、土練機により押出し成形された円柱体を切削して先細テーパ形状に成形されたものであることが好ましい。

また請求項６に記載のように、乾燥防止用フィルムがポリエチレン樹脂フィルムまたはポリプロピレン樹脂フィルムであることが好ましい。

さらに請求項７に記載のように、プラグ挿入用冶具が、棒の先端部にプラグ本体の基部側の底面を押圧する円板を備えるとともに、この円板の更に先端側にプラグ本体の冶具挿入孔に挿入される棒状部を備えたものであることが好ましい。

本発明のスラグ流出防止用プラグは、耐火物を含有した粘土に対して５〜３０質量％の水を加えた材料を先細テーパ形状に成形したプラグ本体と、プラグ本体の外面を覆う乾燥防止用フィルムとからなるもので、プラグ挿入用冶具により転炉の出湯口に炉外側から挿入して、転炉の出湯口を封止するものである。このため全体の構造が簡単で特殊な構造物や特殊な原料を使用せず、ごく安価に製作することができる。また、外面が乾燥防止用フィルムにより覆われているので乾燥しにくく長期間保存することができ、しかも軽量で出湯口の内面になじみ易く、また出湯口の内径が拡大しても対応できるから、多数のサイズのものを製作する必要がない。

請求項２の発明のように、先細テーパ形状のプラグ本体が、転炉の出湯口と同径以下の先端径と、転炉の出湯口よりも大径の基部径とを有するものとしておけば、出湯口への挿入作業が容易であるうえ、耐火物製の出湯口が摩耗して内径が拡大してきた場合にも、封止が可能である。

請求項３に記載のように、耐火物を含有した粘土に、さらに油分を混練してプラグ本体を構成するものとすれば、粘土による可塑性と、耐火物による耐火性によって、確実な封止が可能である。また水分と油分とは粘性調節のために有効である。これにより、多くの副成分を用いずに、転炉の出湯口の封止に必要とする可塑性を持たせることができる。

特に請求項４に記載のように、プラグ本体を構成する耐火物を含有した粘土が、７０質量％以上の粘土と３０質量％未満のシャモット系耐火物とを含むものとしておけば、安価な原料により封止に必要な特性を得ることができ、従来品よりも大幅なコストダウンが可能となる利点がある。

請求項５に記載のように、プラグ本体が土練機により押出し成形された円柱体を切削して先細テーパ形状に成形されたものとすれば、安価に製作することができるうえに、任意のテーパ形状に加工することができる。

請求項６に記載のように、乾燥防止用フィルムをポリエチレン樹脂フィルムまたはポリプロピレン樹脂フィルムとすれば、安価であるうえに、透湿性が低いので長期間にわたって乾燥を防止することができる。

請求項７に記載のように、プラグ挿入用冶具が、棒の先端部にプラグ本体の基部側の底面を押圧する円板を備えるとともに、この円板の更に先端側にプラグ本体の冶具挿入孔に挿入される棒状部を備えたものとしておけば、プラグ挿入用冶具の構造も簡素化することができ、取扱いも容易である。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の実施形態のスラグ流出防止用プラグを示す中央断面図であり、１はプラグ本体、２はプラグ本体１の外面を覆う乾燥防止用フィルムである。プラグ本体１は図示のように先細テーパ形状に成形されたものであり、その先端径ｄは図４以下に示される転炉３の出湯口４の内径と同径もしくはやや小径であり、その基部径Ｄは出湯口４の内径よりもやや大径としておくことが好ましい。プラグ本体１の中央部には、細径の冶具挿入孔５が形成されている。冶具挿入孔５は図１に示すように先端まで貫通させても、あるいは先端は封止して途中までの深さとしてもよい。

プラグ本体１は耐火物を含有した粘土から成るもので、粘土をそのまま使用することがコストダウンの観点からは最善であるが、セラミック粒子で構成された耐火物を含有すれば耐火性が向上して好ましい。尚、ここで粘土とは陶磁器用の原料土を用いる。

さらに耐火物を含有した粘土に対して５〜３０質量％の水を均一に添加、混練して適度の粘性と可塑性を与えるものとする。原料土の性状によっては、さらに粘性と可塑性を調整するために１０質量％以下の鉱物油あるいは植物油などの油分を添加してもよい。

好ましい実施形態においては、プラグ本体１を構成する耐火物を含有した粘土が、７０質量％以上の粘土と、３０質量％未満のシャモット系耐火物とからなる。粘土は粘性と可塑性を得るための基本的な成分であり単独でもある程度の耐火性を有するが、３０質量％未満のシャモット系耐火物を混合することによって耐火性をより向上させることができる。しかしその比率が３０質量％を越えるとスラグ流出防止用プラグに必要な粘性や可塑性が低下するのみならず、コストが上昇するので好ましくない。尚、シャモット系耐火物の粒子径は粘性と可塑性および耐火性とのバランスを保つため円相当直径が２ｍｍ以下であることが好ましい。

このような耐火物を含有した粘土は土練機から円柱状に押出され、適当寸法に切断されたうえ、ろくろのような回転台の上で先細テーパ形状に成形される。これらの一連の作業は陶磁器の技術分野において一般的に行なわれている作業であり、金型を必要とせずに任意のサイズ及び任意のテーパ形状に成形することが可能である。またこのときに冶具挿入孔５を形成することができる。なお土練機から中心孔を持つ円筒状に押出し成形することも可能であるから、その中心孔を冶具挿入孔５とすることもできる。

なお特許文献１に示されているように、スラグ流出防止用プラグを円柱状とすることが知られているが、その場合には転炉３の出湯口４の内部に挿入したのちに径方向に拡げる動作が不可欠となる。またそのためには、スラグ流出防止用の前端面を後方に引き寄せるための特殊な構造の冶具が必要となる。これに対してプラグ本発明のように先細テーパ形状に成形しておけば、プラグ挿入用冶具による単なる押し込み動作だけで、出湯口４を確実に封止することが可能となる。

成形されたプラグ本体１の乾燥を防止するために、その外面には乾燥防止用のフィルム２が被覆されている。この乾燥防止用のフィルム２としては、安価であって透湿性が低いポリエチレン樹脂フィルムまたはポリプロピレン樹脂フィルムを用いることができる。しかしその他の樹脂フィルムを用いてもよいことはいうまでもない。このようなフィルム２で覆われた本発明のプラグ本体１は、成形後、常温の室内で半年以上保存しても粘性や可塑性を維持しており、使用に支障がないことが確認されている。

本発明のスラグ流出防止用プラグは、図２に先端部を示したプラグ挿入用冶具６を用い、図３のように作業員が手動で持ち上げて転炉３の出湯口４の内部に挿入される。プラグ挿入用冶具６は、長い棒の先端部にプラグ本体１の基部側の底面を押圧する円板７を備えるとともに、この円板７の更に先端側にプラグ本体１の冶具挿入孔５に挿入される棒状部８を備えたものである。全体の長さは２〜５ｍ程度であり、短すぎると作業員が転炉に接近しなければならず、長すぎると先端が重いため操作が行いにくくなるから、適宜の長さに設定すればよい。円板７の直径はプラグ本体１の基部径とほぼ一致させておくことが好ましいが、多少大きくても小さくても差し支えない。

図４以下に本発明のスラグ流出防止用プラグの使用方法を示す。
図４は転炉３が直立した状態において、出湯口４の内部にスラグ流出防止用プラグが挿入された状態を示している。転炉３の内部には溶鋼１０とスラグ１１とがあるが、図４の状態ではスラグ１１の表面は出湯口４よりも低い位置にある。なお、高温の出湯口４に挿入されることによって乾燥防止用のフィルム２は溶融・焼失し、プラグ本体１のみが出湯口４に押し込まれた状態となる。プラグ本体１は適度の粘性や可塑性を備えているので、出湯口４の内面に密着している。

この状態から図５のように転炉３を傾動させて行くと出湯口４の位置が低下するので、溶鋼１０の表面に浮上しているスラグ１１が出湯口４に達する。しかしプラグ本体１が出湯口４を封止しているので、スラグ１１の流出は防止される。なおこのときプラグ本体１の冶具挿入孔５の内部にスラグ１１の一部が流入するが、直ちに凝固して冶具挿入孔５を封鎖するので、冶具挿入孔５からスラグ１１が流出することはない。またプラグ本体１のスラグ１１との接触部分は高温にさらされるが、プラグ本体１は耐火性を有するうえに高温により硬化するので、スラグ１１の流出は確実に阻止される。

更に転炉３を傾動させて行くと、図６のように溶鋼１０が出湯口４に達する。溶鋼１０はスラグ１１に比べて比重がはるかに大きいためにその溶鋼１０の圧力によってプラグ本体１は抜け落ちる。そして図７のように、スラグ１１が混入しない溶鋼１０のみが、出湯口４から取鍋に排出される。プラグ本体１は粘土質であってスラグ１１と同様の成分であるため、溶鋼中に落下しても直ちに浮上する。しかもその質量は溶鋼全体の質量に比較して非常に小さいので、溶鋼を汚染することはない。

このように、本発明のスラグ流出防止用プラグを用いれば、スラグ１１が混入しない溶鋼１０のみを取り出すことができる。しかも本発明のスラグ流出防止用プラグは安価に製作することができ、しかも軽量で出湯口の内面になじみ易く、出湯口の内径が拡大しても容易に対応することができるものである。またプラグ本体１の外周面が乾燥防止用のフィルム５で被覆されているので、室内において長期間保存することができる。
次に本発明の実施例を示す。

愛知県瀬戸地方から出土した陶土を原料土とした粘土７５質量部に２５質量部のシャモット質のセラミック粒子からなるシャモット系耐火物を混合して耐火物を含有する粘土となし、これにさらに水分を２５質量％混合したものを実施例１、前記粘土９５質量部に５質量部のシャモット質のセラミック粒子からなるシャモット系耐火物をを混合して耐火物を含有する粘土となし、これにさらに水分を２０質量％と植物油を５質量％混合して粘性と可塑性を調整したものを実施例２とした。尚、前述のシャモット質のセラミック粒子の円相当直径は１．８ｍｍ以下であった。これら実施例１，２を土練機に投入して外径が１３０ｍｍの円柱状に押出した。これを長さ２００ｍｍに切断し、先端径１２０ｍｍ、基部径１３０ｍｍのテーパ形状に切削加工した。成形後直ちに、その外面を乾燥防止用のポリエチレン樹脂フィルムで完全に覆った。

この実施例１，２によるスラグ流出防止用プラグを治具により転炉の出湯口に挿入し、封止した。転炉の出湯口の初期の内径は１３０ｍｍである。この封止作業を転炉による吹錬開始の２０分前に行い、出湯した。実施例１，２のいずれの場合もスラグは出湯口が目詰まりしたのではないかと疑われるほどに完全に遮断され、その後に溶湯が出湯口に到達した際に一気に抜け落ちた。このためスラグ流出防止の目的を完全に達成することが確認できた。

また本発明のスラグ流出防止用プラグは特許文献１に記載の従来品に比較してコストが１/２以下であり、６月以上の長期保存も可能であることが確認された。

なお、転炉の出湯口は摩耗して次第に径が大きくなるので、先端径１３０ｍｍ、基部径１４０ｍｍのスラグ流出防止用プラグを別に製作しておき、径の拡大に応じて使い分けることとした。

スラグ流出防止用プラグを示す断面図である。 プラグ挿入用冶具の先端部の説明図である。 使用状態を示す斜視図である。 転炉の出湯口に挿入した状態を示す断面図である。 スラグの流出を防止する状態を示す断面図である。 溶鋼の圧力によってスラグ流出防止用プラグが脱落した状態の断面図である。 溶鋼の流出状態を示す断面図である。

符号の説明

１ プラグ本体
２ 乾燥防止用フィルム
３ 転炉
４ 出湯口
５ 冶具挿入孔
６ プラグ挿入用冶具
７ 円板
８ 棒状部
１０ 溶鋼
１１ スラグ

Claims (7)

1. プラグ挿入用冶具により転炉の出湯口に炉外側から挿入されるスラグ流出防止用プラグであって、耐火物を含有した粘土に対して５〜３０質量％の水を加えた材料を先細テーパ形状に成形したプラグ本体と、プラグ本体の外面を覆う乾燥防止用フィルムとからなり、プラグ本体の中心部に冶具挿入孔が形成されていることを特徴とするスラグ流出防止用プラグ。
2. 先細テーパ形状のプラグ本体が、転炉の出湯口と同径以下の先端径と、転炉の出湯口よりも大径の基部径とを有するものであることを特徴とする請求項１記載のスラグ流出防止用プラグ。
3. 耐火物を含有した粘土に、さらに油分を混練してプラグ本体を構成することを特徴とする請求項１記載のスラグ流出防止用プラグ。
4. プラグ本体を構成する耐火物を含有した粘土が、７０質量％以上の粘土と、３０質量％未満のシャモット系耐火物を含むものであることを特徴とする請求項３記載のスラグ流出防止用プラグ。
5. プラグ本体が、土練機により押出し成形された円柱体を切削して先細テーパ形状に成形されたものであることを特徴とする請求項１記載のスラグ流出防止用プラグ。
6. 乾燥防止用フィルムが、ポリエチレン樹脂フィルムまたはポリプロピレン樹脂フィルムであることを特徴とする請求項１記載のスラグ流出防止用プラグ。
7. プラグ挿入用冶具が、棒の先端部にプラグ本体の基部側の底面を押圧する円板を備えるとともに、この円板の更に先端側にプラグ本体の冶具挿入孔に挿入される棒状部を備えたものであることを特徴とする請求項１記載のスラグ流出防止用プラグ。

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