JP5790269B2 - 機械攪拌式脱硫装置 - Google Patents

Description

この発明は、攪拌子を溶銑中に浸漬させ、この攪拌子を回転させて溶銑と脱硫剤とを混合し、溶銑の脱硫処理を行う機械攪拌式脱硫装置に関するものである。

溶銑から鋼を製造するに当たり、鋼中の硫黄は鋼材の機械的特性を著しく劣化させるため、鋼中の硫黄含有量を低減させることを目的として、脱硫反応効率の高い溶銑段階で脱硫処理が施されている。この脱硫処理は、Ａｒガス等の不活性ガスのガス吹き込みによるガス攪拌方式、或いは、インペラ又はスターラ等の回転する攪拌子による機械攪拌方式によって、攪拌されている溶銑に脱硫剤を添加して行う方法が一般的である。特に、安価なＣａＯ系の脱硫剤を使用した場合でも高い脱硫効率が得られることから、近年は機械攪拌方式による脱硫方法が主流になっている。

この機械攪拌式脱硫装置の例として、特許文献１、２に開示された機械攪拌式脱硫装置がある。これらの機械攪拌式脱硫装置は、クレーンやウインチ等の昇降駆動装置で駆動されるワイヤロープを介して昇降する昇降体と、昇降体の昇降をガイドするための、複数の立設されたＨ型鋼等からなる固定枠とを主たる装置とするものである。昇降体は、回転駆動装置、減速機、回転軸及び攪拌子等を搭載して構成されている。昇降体に取り付けられた回転軸の下端の攪拌子を、溶銑鍋内の溶銑に浸漬し回転させて溶銑の脱硫処理を実施する。昇降体は、ワイヤロープによって固定枠に沿って上方に待避したり、又溶銑鍋に向けて降下したりする。

この昇降体の昇降は、昇降体に設けたローラが固定枠（ないし柱）に設けられたガイドレールに沿って転動することにより案内されている。ここでローラは、軸心方向を直交させる一対で一つの角を案内し、昇降体の鉛直方向の２箇所位置に、昇降体の平断面四角形の頂点を挟んで水平方向に４組、合計８組設置されていている。そして、前記ローラの一部は、バネ、油圧シリンダ、エアシリンダ、電動シリンダのいずれかによって、前記ガイドレール側に常時押しつけられている。

かくして、昇降体の下降により攪拌子を溶銑鍋の溶銑に浸漬させた状態で前記攪拌子を回転させ、以て脱硫作業を行うものであるが、この種の脱硫装置では、攪拌子の回転軸が上部でのみ支持された状態で昇降体に支持されている。このため、回転軸は片持ち状態で回転され攪拌することになるために、攪拌子や回転軸からなる回転体全体のアンバランスが発生して振動の発生につながる。アンバランスの原因には、回転子の羽根の損耗の不均一や回転軸の曲がりなどがあるが、これらのアンバランスを物理的に解消することは困難である。しかし、回転体に振動が発生すると、昇降体の振動になり、さらにこれをガイドするガイドレールや、これを支持する固定枠（ないし柱）が振動する。そして、この振動が脱硫装置の一部ないし全体の共振周波数域と一致すると、この振動がさらに激しくなり各種の架構や機械装置の破損に至るという不具合がある。

そこで回転体から、これが支持される昇降体に伝達された振動が、ガイドレール等に伝達されることを防止するために、前記特許文献１、２のものでは、ローラのバックアップ部分に皿バネを内蔵させたり、ガイドレールに対して昇降体をシリンダ装置で押しつけることが行われている。

特開２００５−４８２２６号公報 特開２００４−２５６８４８号公報

しかし、前記のように回転体のアンバランスや攪拌子の偏摩耗を皆無にすることは困難であるし、また限られた寸法制約の中で回転軸の曲げ剛性を高めたり固有振動数を回転周波数域から大きく外れた領域まで上昇させるのも限界がある。また、ローラに前記皿バネや各種シリンダ装置を介在させる手段においては各部の摩擦力によって振動を吸収するものであり、これによる振動抑制作用も十分なものではないという不具合がある。

そこでこの発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、脱硫処理中でも昇降体が昇降することを可能にしたまま、昇降体の振動を有効に抑制することを課題としている。

本発明の一態様の機械攪拌式脱硫装置は、上下方向に延びる複数の平行なガイドレールと、これらガイドレール間でこれらガイドレールに案内されて昇降する昇降体と、上下方向に延びて前記昇降体に回転可能に支持される回転軸と、前記回転軸の下端に装着されて溶銑を攪拌する攪拌子と、前記昇降体に支持されて前記回転軸を回転させる回転駆動装置と、前記昇降体を昇降させて前記攪拌子を溶銑内に出入りさせる昇降駆動装置とを備えた機械攪拌式脱硫装置において、前記各ガイドレールに沿って移動可能に当該ガイドレールに個別に転がり接触する複数のローラと、前記各ローラをそれぞれ対応する前記ガイドレールに個別に押し付けて前記昇降体に取付けられる複数の油圧シリンダと、前記複数の油圧シリンダのうちの前記ローラの取付け方向が相互に反対向きになることで対をなす２つの油圧シリンダの各ヘッド側間を絞りを介して連結する管路とを備えたことを特徴としている。

また、前記油圧シリンダの対を複数組用い、各対のシリンダは軸線を水平面内で相反する方向に設定するとよい。
また。前記昇降体の各角の外側に前記ガイドレールを配置し、前記矩形断面の前記ガイドレールの各辺に、それぞれ一対の前記油圧シリンダを配設するとよい。
さらに、前記油圧シリンダの対を複数組用い、各対のシリンダを、前記昇降体における相互に上下に離れた位置に配置するとよい。

上記のいずれの場合も、油圧シリンダは実質的に水平をなしている。

攪拌子や回転軸に発生した振動が昇降体に伝達されると、対の油圧シリンダの各ヘッド側は相互に増圧と減圧の位相が逆に表れて、相互間に圧油が出入りすることになる。これにより圧油が絞りを通過するために、この絞りによって圧油の動きに制動力が加わり、前記振動が減衰されるから、昇降体の前記振動が有効に抑制される。

一実施形態を示す機械攪拌式脱硫装置の概略を示す正面図。 図１のＡ−Ａ線における断面拡大図。 図１、２に示す油圧シリンダの模式図。 対をなす油圧シリンダの油圧回路図。 他の実施形態を示す機械攪拌式脱硫装置の図２に相当する平断面図。

図１〜図４はこの発明の一実施形態を示す図であり、平面正方形の各頂点に相当する位置にそれぞれ柱１が垂直に立設され、合計４本の各柱１にブラケット２を介して垂直なガイドレール３がそれぞれ支持されている。各ガイドレール３も平面正方形の各頂点に相当する位置にあってそれぞれが平断面正方形をなす。各ガイドレール３に囲まれた位置に、平断面を正方形にし且つ四周の４面が長方形をなす直方体状の昇降体４が配置され、この昇降体４には上部と下部に、いずれも水平に設置された各８個の油圧シリンダ５が取り付けられている。

各油圧シリンダ５のピストンロッド６の先端ブラケット６ａには水平なピン６ｂによりローラ７が垂直面内で回転自在に軸支されていて、各ローラ７がガイドレール３に押し付けられ転がり接触することにより、昇降体４がガイドレール３に沿って昇降案内されるようになっている。図中、符号６ｃは油圧シリンダ５のピストンを示す。
前記各柱１に囲まれた中央の地上又は床上には、溶銑８が内在する溶銑鍋９が搬送台車１０により搬送されてきて位置決めされており、また前記昇降体４には垂直な回転軸１２が軸受１３により回転自在に支持されている。回転軸１２の下端には攪拌子としてインペラ１４が装着され、また回転軸１２の上端は昇降体４内に装着された減速機１５を介して、同様に昇降体４内に設置された回転駆動装置としてのモータ１６の出力軸１６ａに接続されている。

また、昇降体４は、上端に設けたプーリ１７が、図示しない昇降駆動装置により巻き取り、巻き出し自在になっているワイヤロープ１８に吊られていて、これにより前記の昇降をするようになっている。そして、その下降時に、回転するインペラ１４が溶銑８内に入り込んで当該溶銑８を攪拌するようになっている。
ここで、前記油圧シリンダ５についてさらに説明すると、昇降体４の下部の８個の油圧シリンダ５は、図２に示すように、平面正方形をなす昇降体４の４つの各辺ごとに２個が１対になって配設されている。各辺において対をなす油圧シリンダ５は、シリンダロッド６先端のローラ７を相互に遠い側に向けて水平にすることにより、前記辺の両端の前記各ガイドレール３に個別に押し付けて転がり接触させて設置してある。

かくして、前記辺に沿って設置された各対の油圧シリンダ５がそれぞれ２つのガイドレール３の間で、これら平行なガイドレール３間を押し広げる方向に突っ張っている。そして油圧シリンダ５は昇降体４の上部においても同様に配設されているから、対の油圧シリンダ５によるこの突っ張りが昇降体４の四周で且つ上下において行われている。よって、昇降体４は４本の柱の間に確実に位置決めされている。

さらに、各対の油圧シリンダ５は、各ヘッド側５ａ間が絞りを介して連結されている。具体的には図４に示す通りである。すなわち、一対の油圧シリンダ５の各ヘッド側５ａ間はヘッド側管路２１により相互に連結されていて、このヘッド側管路２１には、前記絞りの具体例をなす可変絞り弁２１ａ，２１ｂが介在しており、これら可変絞り弁２１ａ，２１ｂには並列に逆止め弁２１ｃ、２１ｄが設けられている。また、ヘッド側管路２１における両可変絞り弁２１ａ，２１ｂ及び両逆止め弁２１ｃ，２１ｄと各ヘッド側５ａとの間では、逆止め弁２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄにより流路が規制されたチェック弁２２ｅが介在している。さらに、一対の油圧シリンダ５のロッド側５ｂ間はロッド側管路２３により相互に連結されている。

前記ヘッド側管路２１は、油圧源２４及びタンク２５に対して方向切換弁２６とパイロット操作の逆止め弁２７とを介して接続され、また前記ロッド側管路２３は、油圧源２４及びタンク２５に対して前記方向切換弁２６を介して接続されている。なお、油圧シリンダ５の各対について図４に示す油圧回路が採用されているものとし、方向切換弁２６以下の各回路が各対に対して組み込まれ、油圧ポンプ２４とタンク２５が各対に対して共用されており、通常は各対の方向切換弁２６が電磁的に同時に切換操作されるようになっている。

この機械攪拌式脱硫装置の動作を説明すると次の通りである。
昇降体４は図１のように上昇位置にあって、インペラ１４が実線で示されるように溶銑８の上方位置にあるときに、各油圧シリンダ５にはヘッド側５ａに圧油が供給される。これは図４における方向切換弁２６のスプールを同図において右に移動させることにより行い、両ヘッド側５ａが所定圧になったときに同方向切換弁２６を図示の中立位置に戻すと、両ヘッド側５ａは前記の所定圧に維持される。

この油圧シリンダ５によって各ローラ７は昇降体４の各辺の両端に位置する各ガイドレール３に押し付けられた状態になるから、昇降体４は４本のガイドレール３に案内されて昇降可能な状態になる。そこで図外の昇降駆動装置が作動してワイヤロープ１８を巻き出すことにより、昇降体４が自重により下降して、インペラ１４を図１に鎖線で示すように下方の溶銑８内に入れ、その高さに維持する。この状態でモータ１６を動作させてインペラ１４を回転させることにより、溶銑８とこれに添加された脱硫剤を攪拌して溶銑８の脱硫作業を行う。脱硫作業の終了後は、インペラ１４の回転を止めたうえでワイヤロープ１８を巻き取って昇降体４を上昇させ、以てインペラ１４を元の位置に戻す。

これまでの説明では、昇降体４の昇降時とインペラ１４の回転による脱硫作業時のいずれの状態でも、各油圧シリンダ５のヘッド側５ａには圧油を供給していて、ローラ７はガイドレール３に常時同一の圧力で押し付けられている。しかし、インペラ１４の回転による脱硫作業時と、昇降体４の昇降時との間で、脱硫作業時のヘッド側５ａの圧力を昇降時よりも高めるように制御することも可能である。これにより、脱硫作業時に昇降体４を強力にガイドレール３を介して柱１に支持させることができる。

ここで、インペラ１４の偏摩耗や回転軸１２の曲がりなどが原因で、脱硫作業時に昇降体４に水平方向の振動が発生すると、その振動のうちの、油圧シリンダ５の軸方向の振動がローラ７からピストンロッド６を経てピストン６ｃに伝達されて、同ピストン６ｃが進退する方向に振動することになる。対をなす油圧シリンダ５の軸方向の振動では、両油圧シリンダ５の各ピストン６ｃは同時に同一方向に往復振動する。例えば、図１の下段にある左右一対の油圧シリンダ５では、両油圧シリンダ５の各ピストンは同時に左右に振動する。

つまり、昇降体４が左右に振動すると、先ず、一方向への揺れで、対をなす両油圧シリンダ５では、図４において例えば左側の油圧シリンダ５のピストンロッド６が延び、且つ右側の油圧シリンダ５のピストンロッド６が縮み、続く反対方向への揺れで、逆に、右側の油圧シリンダ５のピストンロッド６が延び、且つ左側の油圧シリンダ５のピストンロッド６が縮む。前記振動が続く間にこの伸縮が繰り返されることになる。

すると、一対の油圧シリンダ５の間では、両方のヘッド側５ａの体積が交互に変化して圧油がヘッド側管路２１を介して交互に出入りすることになるが、ヘッド側管路２１には可変絞り弁２１ａ，２１ｂが介在しているため、圧油はこれらにおいて絞られて制動されて、その運動エネルギが減衰されることになる。つまり、図４において右側のヘッド側５ａから左側のヘッド側５ａに移動する圧油は可変絞り弁２１ａにより絞られ、逆に移動する圧油は可変絞り弁２１ｂにより絞られる。なお、このときロッド側５ｂどうしの間でも圧油の出入りはあるが、この実施形態ではロッド側管路２３には絞り弁は介在しないから、ロッド側５ｂどうしの間では絞りによる前記減衰はない。なお、ロッド側管路２３に絞り弁を介在させることも可能である。

また、図４の例では、ヘッド側管路２１においては可変絞り弁２１ａ，２１ｂと逆止め弁２１ｃ，２１ｄをバイパスして逆止め弁２２ａ，２２ｂ，２２ｃ，２２ｄとチェック弁２２ｅを備えた回路がある。このため、少なくともいずれかのヘッド側５ａで、チェック弁２２ｅにおいて設定された油圧を超えたときには、前記可変絞り弁２１ａ，２１ｂを経由することなく、チェック弁２２ｅを経由して両ヘッド側５ａ間で圧油が往復することになる。

昇降体４の水平方向の振動は、上下に各４対設置された油圧シリンダ５間において圧油の移動（振動）として捕捉され、これに基づく圧油の運動エネルギが可変絞り弁２１ａ，２１ｂにより減衰されるから、昇降体４の前記振動は減衰され、よって、インペラ１４による溶銑８等の攪拌効率が高くなる。発明者らの実験によれば、インペラの羽根の外径幅（耐火物部分）が１４００ｍｍで、回転軸の外径（耐火物部分）が６５０ｍｍの機械攪拌式脱硫装置を使用して、この実施形態と同様に油圧シリンダを絞りつきの油圧回路で結んだ。その結果、インペラと回転軸の振動限界を２０ｍｍ／ｓとして、従来例では最大回転数が１２０ｒｐｍだったところが、この実施形態においては同最大回転数が１５０ｒｐｍにまで延びたことが分かった。これは昇降体の振動が抑制された結果であると認められる。

なお、ローラ７をガイドレール７から引き離す必要のあるときには、方向切換弁２６のスプールを図４に示す位置から左に移動させて、圧油をロッド側管路２３に導入してロッド側５ａに供給する。このときにはロッド側管路２３の油圧によって逆止め弁２７を開放することでヘッド側管路２１の圧油は戻って、ヘッド側５ａの油圧は低下する。

この実施形態では、各油圧シリンダ５を水平に設置したが、必ずしも全くの水平である必要はない。つまり、この発明の実施形態は、昇降体４に発生す（伝達され）る水平方向の振動を対の油圧シリンダ５に入力させてヘッド側５ａの圧力変化を生じさせ、このヘッド側５ａ間の差圧により移動する圧油を絞って運動エネルギを減衰するものである。だから、水平方向の振動によりヘッド側５ａの圧力変化を発生することができれば、油圧シリンダ５は水平に対して傾きがあっても差し支えない。この程度の傾きがある油圧シリンダ５については、真に水平な場合を含めて実質的に水平であると言える。よって、この発明の一態様では、各油圧シリンダは、前記の課題を解決するための手段の項に記載したように、実質的に水平であると特定することも可能である。

図５は、この発明の別の実施形態を示すもので、同一平面における油圧シリンダ５の対を２対にした例である。ここでは昇降体４は図１、２のものと細部においては相違するものの、概略としては前記同様に平面正方形をなしている。そして、その４隅に外向きに油圧シリンダ５を設置し、相互に外向きで対角線上にある２つの油圧シリンダ５を対として合計２対にしている。このため、昇降体４の各対角線が各対の油圧シリンダ５の軸線になり、したがって２対の油圧シリンダ５の軸線は平面上で直交している。なお、昇降体４は平面長方形であってもよいが、その場合には２対の油圧シリンダの軸線が交差する角度は勿論直角ではない。さらに昇降体４の平面形状は、他の多角形や円形でもよい。そこに使用される油圧シリンダの対も、平面内の各方向の振動に対処するために複数の組とし且つ各組の軸線は交差するように設定される。

図５の実施形態では、同一平面において１本のガイドレール３に対して１基の油圧シリンダ５の割合になっているから、油圧シリンダ５の数は図１〜４に示した前記の実施形態より半減している。また１本のガイドレール３に対して同一平面で１個のローラ７が押し付けられているから、ローラ７がガイドレール３から脱輪しないように対策されている。具体的にはガイドレール３の表面に長手方向の溝を形成し、この溝にローラ７を係合しているが、他の構造のものにすることも可能である。なお、対をなす油圧シリンダ５間の油圧回路は図４のものと同一であり、さらに、ここに説明されない部分の構造と動作は前記の実施形態と同一である。

１ 柱
３ ガイドレール
４ 昇降体
５ 油圧シリンダ
５ａ ヘッド側
５ｂ ロッド側
６ ピストンロッド
７ ローラ
８ 溶銑
１２ 回転軸
１４ インペラ（攪拌子）
１６ モータ（回転駆動装置）
１８ ワイヤロープ
２１ ヘッド側管路
２１ａ，２１ｂ 可変絞り弁（絞り）
２３ ロッド側管路

Claims (4)

1. 上下方向に延びる複数の平行なガイドレールと、
   これらガイドレール間でこれらガイドレールに案内されて昇降する昇降体と、
   上下方向に延びて前記昇降体に回転可能に支持される回転軸と、
   前記回転軸の下端に装着されて溶銑を攪拌する攪拌子と、
   前記昇降体に支持されて前記回転軸を回転させる回転駆動装置と、
   前記昇降体を昇降させて前記攪拌子を溶銑内に出入りさせる昇降駆動装置と
   を備えた機械攪拌式脱硫装置において、
   前記各ガイドレールに沿って移動可能に当該ガイドレールに個別に転がり接触する複数のローラと、
   前記各ローラをそれぞれ対応する前記ガイドレールに個別に押し付けて前記昇降体に取付けられる複数の油圧シリンダと、
   前記複数の油圧シリンダのうちの前記ローラの取付け方向が相互に反対向きになることで対をなす２つの油圧シリンダの各ヘッド側間を絞りを介して連結する管路と
   を備えたことを特徴とする機械攪拌式脱硫装置。
2. 前記油圧シリンダの対を複数組用い、各対のシリンダは軸線を水平面内で相反する方向に設定したことを特徴とする請求項１に記載の機械攪拌式脱硫装置。
3. 前記昇降体の各角の外側に前記ガイドレールを配置し、前記矩形断面の前記ガイドレールの各辺に、それぞれ一対の前記油圧シリンダを配設したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の機械攪拌式脱硫装置。
4. 前記油圧シリンダの対を複数組用い、各対のシリンダを、前記昇降体における相互に上下に離れた位置に配置したことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の機械攪拌式脱硫装置。

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