JP5268034B2

JP5268034B2 - スライドゲートプレート及びその再生方法

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Publication number: JP5268034B2
Application number: JP2011000473A
Authority: JP
Inventors: 宏田中; 芳明田畑; 孝彦前田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-01-05
Filing date: 2011-01-05
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2025-03-30
Also published as: JP2011088214A

Description

本発明は、スライドゲートプレート及びその再生方法に関し、より詳しくは、溶融金属の排出制御に用いられる溶融金属量制御装置のスライドゲートプレート及びその再生方法に関する。

溶湯鍋の鍋底鉄皮の溶融金属排出口には溶融金属の流量を制御するための流量制御装置が取り付けられ、その流量制御装置の流量調整部分には図１０に例示するようなスライドゲートプレート１０１が取り付けられている。

スライドゲートプレート１０１は、耐火物からなる上部プレート１０２と下部プレート１０３から構成されている。上部及び下部プレート１０２，１０３にはそれぞれ溶融金属通過孔１０２ａ，１０３ａが形成され、さらに溶融金属通過孔１０２ａ，１０３ａの周囲には一面側に突出する突起１０２ｂ，１０３ｂが形成されている。

上部プレート１０２と下部プレート１０２，１０３は、互いに突起１０２ｂ，１０３ｂの無い面が接触するように重ね合わされて使用される。そして、重ね合わされた状態で下部プレート１０３を摺動させて上下の溶融金属通過孔１０２ａ，１０３ａの相対位置を調整することによってノズル（不図示）から供給される溶融金属の流量を制御している。

スライドゲートプレート１０１には、上部及び下部プレート１０２，１０３を相対的に摺動させる力だけでなく、上部及び下部プレート１０２，１０３の間からの溶融金属の漏れを防止するために互いを圧着させる力が加えられる。

ところで、上部及び下部プレート１０２，１０３の溶融金属通過孔１０２ａ，１０３ａには高温の溶融金属が接触することから、溶融金属通過孔１０２ａ，１０３ａ及びその周辺が熱を受けて損傷するために、スライドゲートプレート１０１は一定の使用時間が経過した後に破棄されるのが一般的である。

しかし、上部及び下部プレート１０２，１０３が受ける損傷は溶融金属と接する溶融金属通過孔１０２ａ，１０３ａ及びその周辺であり、それ以外の部分の損傷は少ない。

そこで、上部及び下部プレート１０２，１０３のうちの溶融金属通過孔１０２ａ，１０３ａ及びその周辺を部分的に交換して再利用することが下記の特許文献１〜３に記載されている。

特許文献１には、図１１に示すように、上部プレート１０２と下部プレート１０２，１０３に形成されていた溶融金属通過孔１０２ａ，１０３ａ及びその周辺を円筒状にくり抜いて円筒形の貫通孔１０４を形成し、この貫通孔１０４に環状交換レンガ（環状リング）１０５を挿入固定することが記載されている。この場合、貫通孔１０４は、図１０に示した突起１０２ａ，１０３ａよりも小径であり、くり抜いた後に残された突起１０２ａ、１０３ａは削り取られる。また、環状交換レンガ１０５の一端には、貫通孔１０４より大径の突起１０５ｂが形成され、その突起１０５ｂは、初期の上部及び下部プレート１０２，１０３の突起１０２ｂ，１０３ｂと同じ形状となっていて、その中央には溶融金属通過孔１０５ａが形成されている。

また、特許文献２には、図１２に示すように、上部及び下部プレート１０２，１０３の貫通孔１０４の直径を環状交換レンガ１０５の突起１０５ｂの直径より大きくし、さらに、貫通孔１０４の直径を厚さ方向に１段変化させて段差１０６を設け、併せて環状交換レンガ１０５の外周面にも段差を設けることが記載されている。これにより、貫通孔１０４内で環状交換レンガ１０５が厚み方向へずれることが防止される。

さらに、特許文献３には、図１３に示すように、特許文献２と同じように上部及び下部プレート１０２，１０３の貫通孔１０４の直径を環状交換レンガ１０５の突起１０５ｂの直径より大きくし、さらに、貫通孔１０４内面に一段の段差１０６を設けるとともに、その段差１０６の部分にテーパー面１０７を設けることが記載されている。このテーパー面１０７は、環状リング１０５が貫通孔１０４内でプレート摺動方向にずれなくするために設けられている。

特開平８−５７６３１号公報特開２００３−１８１６２６号公報特開平９−２２５６２８１号公報

溶湯鍋（不図示）から溶融金属の突出が開始し、さらにスライドゲートプレート１０１の開動作が開始した時に、溶融金属の圧力、即ち溶鋼圧力が下側の環状交換レンガ１０５に働くため、図１１に示すようなスライドゲートプレート１０１によれば、下側の円筒形の環状交換レンガ１０５が厚さ方向にズレ易くなる。これは、下側の環状交換レンガ１０５と下部プレート１０３を接合しているモルタルの強度が十分に得られないことが原因である。また、そのズレによって、図１１に示すように下側の環状交換レンガ１０５と上部プレート１０２の間に隙間Ｓが生じ、その隙間Ｓを通して溶融金属の漏れや、漏れた溶融金属によりプレートの摺動不能を引き起こす可能性がある。

これに対して、図１２に示すようなスライドゲートプレート１０１によれば、下部プレート１０３における環状交換レンガ１０５の厚み方向のズレは段差１０６によって生じにくくなる。しかし、十分な厚みのない下部プレート１０３の中で段差１０６を形成しているために、段差１０６より下のプレート強度が低下するので、環状交換レンガ１０５に溶鋼圧力が加わった時に肉厚の薄い領域、特に環状交換レンガ１０５の角が当たる部分に応力が集中してクラック１１０が生じ、環状交換レンガ１０５の損傷にともなってクラック１１０を通した溶鋼漏れが生じ易くなる。

また、図１３に示すようなスライドゲートプレート１０１においても、十分な厚みのない下部プレート１０３の中で段差１０６を形成しているために、段差１０６より下のプレート強度が低下するので、図１２と同様に肉厚の薄い領域にクラック１１０が生じて溶鋼漏れが発生しやすくなる。特に、段差１０６のうち面積の狭いテーパー面１０７に圧力が集中してしまうため、環状交換レンガ１０５に溶鋼圧力が加わった時に肉厚の薄い領域のうちテーパー面１０７の角が当たる部分に応力が集中してそこからクラック１１０が生じ、環状交換レンガ１０５の損傷にともなってクラック１１０を通じた溶鋼漏れが生じ易くなる。

なお、スライドゲートプレートは、数回の再利用が可能であるが、クラックが発生することにより再利用回数が減ることになる。

本発明の目的は、交換レンガの周囲からクラックが入り難いスライドゲートプレートとその製造方法を提供することにある。

上記の課題を解決するための本発明に係るスライドゲートプレートの再生方法は、プレートの母体レンガの溶融金属通過部を含む領域において厚さ方向に段差のない連続したテーパー面を内周に持つ貫通孔であって、前記貫通孔の内面のテーパー角θが、母体レンガの一面又は他面に垂直な線に対して０°よりも大きく、且つ４５°以下となるように形成し、厚さ方向に段差の無いテーパー面を外周に有して前記貫通孔に嵌め込まれる形状の本体部と、該本体部の狭域端から伸びる突起部と、該突起部及び前記本体部を貫通する溶融金属通過孔とを有する交換レンガを用意し、前記交換レンガの前記突起部を前記プレートの前記貫通孔の大口端から差し込んで小口端から突出させることにより前記交換レンガを前記貫通孔に嵌め込み、前記貫通孔に嵌め込まれた前記交換レンガの広域端を研磨する工程を有し、再生回数が増す毎に前記貫通孔の前記テーパー面のテーパー角を大きくすることを特徴とする。

本発明によればプレートと交換レンガの接合面は厚さ方向に段差の無い連続しているテーパー面となっている。従って、プレートの貫通孔の内面において、鋭角部分は存在せず、交換レンガを介してプレートに加わる力は貫通孔内壁のどの位置でもほぼ等しく、局所的に荷重が加わることが回避され、これによりプレートでのクラックの発生が抑制できる。

図１は、本発明の実施形態に係るスライドゲートプレートが組み込まれる溶融金属流量制御装置の概要構成図である。図２(a) 、(b) は、本発明の実施形態に係るスライドゲートプレートの初期状態を示す平面図及び断面図である。図３(a) 〜(c) は本発明の実施形態に係るスライドゲートプレートの再生工程を示す断面図である。図４は、本発明の実施形態に係る再生されたスライドゲートプレートを示す平面図である。図５は、本発明の実施形態に係る再生されたスライドゲートプレートの使用状態を示す断面図である。図６は、本発明の実施形態に係る再生されたスライドゲートプレートを構成する下部プレートの２回目以降の処理状態を示す断面図である。図７(a) 、(b) は、本発明の実施形態に係る再生されたスライドゲートプレートの別の例を示す平面図及び断面図である。図８は、本発明の実施形態に係る再生されたスライドゲートプレートのさらに別の例を示す平面図である。図９(a) 、(b) は、本発明の実施形態に係る再生されたスライドゲートプレートにおける貫通孔の他の例を示す断面図である。図１０は、溶融金属流量制御装置に組み込まれる一般的なスライドゲートプレートを示す断面図である。図１１は、第１の従来技術により再生されたスライドゲートプレートを示す断面図である。図１２は、第２の従来技術により再生されたスライドゲートプレートを示す断面図である。図１３は、第３の従来技術により再生されたスライドゲートプレートを示す断面図である。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係るスライドゲートプレートが組み込まれる溶融金属流量制御装置の概要構成図、図２(a) 、(b) は、初期のスライドゲートプレートの平面図及び断面図である。

図１において、溶湯鍋１の鍋底鉄皮２の溶融金属排出口３とその周辺には溶融金属の流量を制御するための溶融金属流量制御装置１０が取り付けられている。

溶融金属流量制御装置１０は、鍋底鉄皮２及びその下面のベース板４に形成された溶融金属排出口３に貫通して取り付けられる上部ノズル１１と、溶湯鍋１内で上部ノズル１１の外周に接続される羽口７と、ベース板４の下側に取り付けられ且つ上部ノズル１１を貫通させる孔を有する固定金具１２と、固定金具１２に固定され且つ上部ノズル１１の溶融金属通過孔１１ａに連通する別の溶融金属通過孔２２ａを有する上部プレート２２と、上部プレート２２の下に重なる下部プレート２３と、下部プレート２３を支持するスライド金枠１３と、下部プレート２３の溶融金属通過孔２３ａに連通する別の溶融金属通過孔１４ａを有する下部ノズル１４と、スライド金枠１３、スライドゲートプレート２１、下部ノズル１４等を支持するとともにそれらの部品の着脱時に開閉される開閉金枠１５と、下部プレート２３を横方向に摺動させる下部プレート摺動機構１６とを有し、さらにその他の部品を備えている。下部ノズル１４の下端は、溶融金属流量制御装置１０を下から覆う防熱カバー５を貫通して外部に露出されている。

下部プレート摺動機構１６は、連結ロッド１７、ベルクランク１８を介してスライド金枠１３を横方向に摺動させる駆動シリンダ１９を有しており、制御回路（不図示）によって駆動シリンダ１９を駆動することにより下部プレート２３と上部プレート２２のそれぞれの溶融金属通過孔２２ａ，２２ｂの相対位置を制御するものである。

上部プレート２２及び下部プレート２３はスライドゲートプレート２１を構成し、それぞれ図２(a) 、(b) に示すようにアルミナカーボン、アルミナジルコニウム等からなる母体レンガ２２ｂ，２３ｂと、その一面に形成された突起２２ｃ，２３ｃとを有し、突起２２ｃ，２３ｃと母体レンガ２２ｂ、２３ｂには厚さ方向に溶融金属通過孔２２ａ、２３ａが一体形成されている。

母体レンガ２２ｂ，２３ｂは、例えば、長さが約５００ｍｍ、幅が約２００ｍｍ、厚さが４５ｍｍ程度の大きさを有する。また、溶融金属通過孔２２ａ、２３ａの直径は例えば約８５ｍｍである。

上部プレート２２と下部プレート２３のうち突起２２ｃ，２３ｃの無い面は互いに摺動し合う摺動面となり、下部プレート２３を下部プレート摺動機構１６により摺動させることにより、互いの溶融金属通過孔２２ａ，２３ａの重なる面積が調整されてそれらの中を流れる溶融金属の流量を制御するように構成されている。

また、上部プレート２２の突起２２ｃは、上部ノズル１１の下端に形成された凹部に嵌め合わされる形状を有し、同様に、下部プレート２３の突起２３ｃは下部ノズル１４の上端に形成された凹部に嵌め合わされる形状を有している。これらによって上部プレート２２は上部ノズル１１と同じ位置に保持され、また、下部プレート２３は下部ノズル１４とともに移動することになる。

そして、上部プレート２２と下部プレート２３のそれぞれの溶融金属通過孔２２ａ，２３ａの少なくとも一部が重なった状態で、溶湯鍋１内から流された高温の溶融金属が上部ノズル１１、スライドゲートプレート２１、下部ノズル１４の各々の溶融金属通過孔１１ａ，２２ａ，２３ａ，１４ａ内を流れて下方の目標位置に供給される。このような溶融金属の流通時間の経過とともにスライドゲートプレート２１の溶融金属通過孔２２ａ，２３ａ及びその周辺が熱を受けて損傷する。

損傷を受けた上部プレート２２、下部プレート２３は再生されて再利用される。例えば、下部プレート２３は、図３(a) 〜(c) に示す工程を経て再生されて図４に示す平面図のようになる。なお、図３(a) 〜(c) は、図４のＩ−Ｉ線から見た断面を示している。

まず、図３(a) に示すように、下部プレート２３の溶融金属通過孔２３ａの内壁面は、溶融金属の通過により生じた損傷部２３ｘを有している。

次に、図３(b) に示すように、ドリル（不図示）などを用いて、下部プレート２３の母体レンガ２３ｂのうち突起２３ｃを含む領域に貫通孔２４を形成する。その貫通孔２４は内壁に厚さ方向に段差の無いテーパー面を有し、その平面形状は例えば円形となっている。

貫通孔２４の小口端２４ａは、初期の突起２３ｃが形成されていた側の面であってもよいし摺動面となっていた面でもよいが、初期の突起２３ｃが入り得る大きさである。さらに、貫通孔２４の内面のテーパー角θは、母体レンガ２３ｂの一面又は他面に垂直な線に対して例えば０°よりも大きく且つ４５°以下、好ましくは２０°以下となる。そのテーパー角θを４５°より大きくすれば、母体レンガ２３ｂの短辺方向で貫通孔２４と母体レンガ２３ｂの外縁との距離が短くなってその領域の断面積が減少して母体レンガ２３ｂの強度が低下するので好ましくない。また、テーパー角θが２０°以下であれば、貫通孔２４の小口端２４ａの周囲の母体レンガ２３ｂが脆くなりにくい。

この場合のテーパー角θは、ある部分のテーパー面の法線を通るように母体レンガ２３ｂの上面又は下面に対して垂直に貫通孔２４を切断した状態で現れる貫通孔２４の切断壁の角度である。

このような貫通孔２４を母体レンガ２３ｂに形成した後に、図３(c) に示すように、交換レンガ２５を貫通孔２４の大口端２４ｂ側から小口端２４ａに向けて嵌め込む。交換レンガ２５は、貫通孔２４と同じ形状及び大きさの本体部２５ａと、交換レンガ２５の狭域端２５ｃに形成されて貫通孔２４の小口端２４ａから外部に突出する突出部２５ｂとから構成される。その突出部２５ｂは初期の下部プレート２３の突起２３ｃと同じ形状及び大きさを有し、その突出部２５ｂの中央には本体部２５ａを厚さ方向に貫通する溶融金属通過孔２３ａが形成されている。その交換レンガ２５は、円錐形の先端を切断したような形状になっている。

交換レンガ２３ｂと貫通孔２４内壁はモルタルによって接着され、モルタルが乾燥した後に、貫通孔２４の大口端２４ｂから突出する交換レンガ２５の広域端２５ｄを研磨治具（不図示）を用いて研磨して、その広域端２５ｄ側の母体レンガ２５ｂの面を平坦化する。これにより研磨された面が新たな摺動面となる。

これにより下部プレート２３の再生工程が終了するが、同じような工程によって上部プレート２２も再生される。

以上のような再生されたスライドゲートプレート２１は、図５のように重ねられた状態で図１に示す溶融金属流量制御装置１０に組み込まれる。

スライドゲートプレート２１のうち下部プレート２３は、下部プレート摺動機構１６により位置が調整される。そして、下部プレート２３の溶融金属通過孔２３ａと上部プレート２２の溶融金属通過孔２２ａが重なる面積に応じて溶湯鍋１から供給される溶融金属の流量が調整される。

この場合、溶融金属が溶融金属通過孔２２ａ、２３ａ内を流れることにより下部プレート２３のうち交換レンガ２５にも荷重が加わるが、下部プレート２３の貫通孔２４と交換レンガ２５の接合面は厚さ方向に段差の無い連続したテーパー面となっている。従って、下部プレート２３ｂの貫通孔２４の内面において厚さ方向の鋭角部分は存在せず、交換レンガ２５を介して母体レンガ２３ｂに加わる力は貫通孔２４内壁のどの位置でもほぼ等しく、局所的に大きな圧力が加わることが回避される。

しかも、貫通孔２４のテーパー角θが０°より大きく４５°以下、例えば３°以下と小さくすると、母体レンガ２３ｂでは交換レンガ２５への荷重によってクラックが発生しやすい箇所も存在しないし、ここに嵌め込まれた交換レンガ２５が厚さ方向にずれることもない。

従って、上記の条件で再生された下部プレート２３、上部プレート２２は、新品のものと同様に溶湯漏れが生じにくくなる。

ところで、同じスライドゲートプレートを複数回再生させる場合には、その都度、貫通孔を広げることになる。本実施形態に係る貫通孔２４においては、図６に示すように、再生回数が増えるごとにテーパー角をθ1 からθ2 へと大きくすることにより、その内面を滑らかにすることができる。しかも、貫通孔２４内には段差が無いので、貫通孔２４の大口端２４ｂ側から研磨用ドリル等を入れて母体レンガ２３ｂを研磨又は研削してテーパー角θを大きくするだけでよく、再生処理の作業が容易である。

これに対して、図１１〜図１３に示す従来の再生方法による場合には、貫通孔の加工精度や位置ずれを防止するために再生回数が増えるごとに貫通孔を一回り大きくする必要があるので、本実施態よりも再生回数を多くすることは難しい。

上記の貫通孔２５の平面形状としては、図４に示すような円形に限られるものではなく、図７(a) に示すような菱形としてもよく、この場合にも図７(b) に示す断面のように厚さ方向に段差の無いテーパー面を内周壁に持つ貫通孔２４が母体レンガ２２ｂ，２３ｂに形成され、その貫通孔２４にはこれに形状を合わせたテーパー面を外周壁に持つ交換レンガ２５が嵌め込まれる。なお、貫通孔２４の平面形状としては、図８に示すように楕円形であってもよい。

次に、本実施形態のスライドゲートプレート２１のサンプルと、図１１、図１２、図１３に示した従来技術により再生されたスライドゲートプレート１０１のサンプルを作成して行った実験結果について説明する。なお、いずれのサンプルについても貫通孔２４，１０４及び交換レンガ２５，１０５の平面形状を図７(a),(b) に示したような菱形とした。

再生された各スライドゲートプレート２１，１０１は全長が５００ｍｍ、厚さが４５ｍｍ、溶融金属通過孔の径が８５ｍｍである。再生された各スライドゲートプレート２１，１０１は上部プレート２２，１０２と下部プレート２３，１０３を一対として各２０組用意した。また、再生されたスライドゲートプレート２１，１０１では、上部及び下部プレート２２，２３、１０２，１０３と交換レンガ２５、１０５の材料はアルミナカーボンであり、交換レンガ２５、１０５の接続にはモルタルを使用し、モルタルが乾燥した後に、上部及び下部プレート２２，２３、１０２，１０３の摺動面側を研磨した。

また、本実施例と従来技術に係るスライドゲートプレート２１，１０１は、再生前における鋳造のためのヒート回数がそれぞれ１２回であった。さらに、溶湯鍋１は３００トンの溶融金属を容れる大きさのものを使用した。

そして、表１に示すように、再生スライドゲートプレートの廃却基準を予め定めておいて、各スライドゲートプレート２１，１０１の再使用回数等を比較したところ表２に示す結果が得られた。なお、表２において示された値は２０組の各スライドゲートプレートのサンプルにおける平均値である。

表２によれば、再生されたスライドゲートプレートの使用回数（寿命）については本実施例に係るスライドゲートプレートが最も多いことがわかる。また、本実施例により再生されたスライドゲートプレートの廃却理由のうちで孔径拡大とエッジ溶損が９０％を占めており、これは上部又は下部プレート２２，２３の母体レンガが使用できない状態まで使い込まれたことを示している。

これにより、本実施形態のように上部又は下部プレートに厚さ方向に段差の無いテーパー面を有する貫通孔を形成することにより、安定した再使用が可能となり、製造コスト削減、資源削減が図れ、さらに再使用によっても新品とほぼ同じようにトラブルが無いことが明らかになった。

ところで、上記した本実施形態に係る貫通孔２４のテーパー面は、図８の断面に示すように、貫通孔２４の断面の両側壁において大口端２４ｂの縁と小口端２４ａの縁を結ぶ直線よりも貫通孔２４の内側に湾曲させてもよい。これによれば、貫通孔２４内では小口端に近づくほどテーパー面の接線が母体レンガ２３ｂの上面又は下面に対して垂直に近づくので、貫通孔２４の小口端２４ａの周囲での尖りが小さくなり交換レンガ２５の取り付け作業の際などに欠けにくくなる。

この場合、断面に示した貫通孔２４の両側壁において上端縁と下端縁を結ぶ直線のなす角度θは０°より大きくて４５°以下、好ましくは２０°以下である。

なお、上記した実施形態では、上部プレート２２と下部プレート２３を同じ方法で再生させているが、上部プレート２２については従来の方法で再生させたものを使用してもよい。

１：溶湯鍋１
２：溶融金属流量制御装置１０
１１：上部ノズル
１４：下部ノズル
２１：スライドゲートプレート
２２：上部プレート
２３：下部プレート
２４：貫通孔
２５：交換レンガ

Claims

プレートの母体レンガの溶融金属通過部を含む領域において厚さ方向に段差のない連続したテーパー面を内周に持つ貫通孔であって、前記貫通孔の内面のテーパー角θが、母体レンガの一面又は他面に垂直な線に対して０°よりも大きく、且つ４５°以下となるように形成し、
厚さ方向に段差の無いテーパー面を外周に有して前記貫通孔に嵌め込まれる形状の本体部と、該本体部の狭域端から伸びる突起部と、該突起部及び前記本体部を貫通する溶融金属通過孔とを有する交換レンガを用意し、
前記交換レンガの前記突起部を前記プレートの前記貫通孔の大口端から差し込んで小口端から突出させることにより前記交換レンガを前記貫通孔に嵌め込み、
前記貫通孔に嵌め込まれた前記交換レンガの広域端を研磨する工程を有し、
再生回数が増す毎に前記貫通孔の前記テーパー面のテーパー角を大きくすることを特徴とするスライドゲートプレートの再生方法。