JP6122371B2

JP6122371B2 - スライディングノズル装置

Info

Publication number: JP6122371B2
Application number: JP2013200144A
Authority: JP
Inventors: 信行横井; 俊洋今長谷
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 2013-09-26
Filing date: 2013-09-26
Publication date: 2017-04-26
Anticipated expiration: 2033-09-26
Also published as: JP2015066553A

Description

本発明は、溶鋼の流量を制御するスライディングノズル装置、特に金枠の移動（スライド）によって面圧を負荷又は解除する機構を有するスライディングノズル装置に関する。

スライディングノズル装置は、例えば取鍋の排出口部に取り付けられ、ノズル孔を有する上下２枚の耐火物製のプレートを重ねて面圧を負荷した状態で、その下プレートを上プレートに対して直線的に摺動させてノズル孔の開度を変化させることで溶鋼の流量を制御している。

このようなスライディングノズル装置は一般的に、上プレートを保持する固定金枠と、下プレートを保持し当該下プレートを上プレートに対して摺動させるために直線的にスライドするスライド金枠と、スライド金枠をスライド可能に保持する開閉金枠と、上下のプレート間に面圧を負荷するための弾性体と、スライド金枠を駆動するための駆動装置とを有する。この構成においてスライド金枠は高圧下で開閉金枠と接した状態でスライドするため、開閉金枠とは摺動部材で接触している。

また、面圧を負荷するための弾性体としては、一般的にコイルバネ等のバネが使用され、このバネを撓ませることで面圧を負荷する。バネを撓ませる方法には、手動でボルトを締める方法と、駆動装置によって金枠を移動（スライド）する方法が知られている。

特許文献１には、駆動装置によって金枠を移動してバネを撓ませる方法が開示されている。この特許文献１の方式では、金枠としての滑りユニットの側面に各２個、合計４個のローラを設けており、これらのローラが滑りケーシングの案内路を転動することで、滑りユニットが滑りケーシングの案内路に沿って移動する。そして、案内路が面圧を負荷するためのバネを弛緩させる高さだけ下がっている部分を有するので、滑りユニットを移動させることで、バネを撓ませて面圧を負荷したり、撓んだバネを弛緩させて面圧を解除したりすることができる。また、案内路の下がっている部分と他の部分との間は傾斜面で連続しているので、面圧の負荷時には面圧を連続的に増加させ、面圧の解除時には面圧を連続的に減少させることができる。

しかし、特許文献１の方式では、面圧を負荷するためのバネの圧力を４個のローラのみで受けているので、長期にわたる使用においてはローラの摩耗やローラ軸の歪みにより滑りユニットと滑りケーシングの平行度が確保できず、これらの滑りユニット及び滑りケーシングに保持されたプレート面間に隙間が発生しやすくなる。その結果、プレートの摩耗や損傷が増えるという問題が生じる。

そこで本発明者らは、このローラの摩耗やローラ軸の歪みに係る問題をなくすために、ローラを特許文献１の滑りケーシングと同様な案内路（摺動部材）に置き換えることを行ってみたが、摺動部材どうしの摺動でバネを撓ませるためには、駆動装置に大きな負荷が生じ、しかも局部的な圧力が掛かり、使用時に焼付きが発生する問題があることが判明した。

特表昭６３−５０１８５８号公報

本発明が解決しようとする課題は、金枠に設けた摺動部材どうしの摺動によって面圧を負荷又は解除する方式のスライディングノズル装置において、金枠をスライドさせる駆動装置の負荷を軽減し、局部的な圧力の発生を抑制し、使用時の焼付きの発生を防止できるようにすることにある。

本発明の一観点によれば、上プレートを保持する固定金枠と、下プレートを保持し当該下プレートを前記上プレートに対して摺動させるために直線的にスライドするスライド金枠と、前記上プレートと前記下プレートとの間に面圧を負荷するための弾性体と、前記固定金枠に取り付けられ、前記スライド金枠をスライド可能に保持する開閉金枠と、スライド金枠の駆動装置とを有し、前記スライド金枠及び前記開閉金枠は、前記スライド金枠のスライド方向中心線に対称にかつスライド方向と平行に配置された摺動部材をそれぞれ有し、前記それぞれの摺動部材の摺動接触面どうしが摺動接触するスライディングノズル装置であって、前記開閉金枠側の摺動部材及び前記スライド金枠側の摺動部材は、それぞれ前記スライド金枠側の凹部及び前記開閉金枠側の凹部に嵌合可能に設けられ、前記スライド金枠のスライドによって、前記開閉金枠側の摺動部材及び前記スライド金枠側の摺動部材が、それぞれ前記凹部へ嵌合したときに面圧が解除され、前記開閉金枠側の摺動部材及び前記スライド金枠側の摺動部材がそれぞれ前記摺動接触面どうしで接するときに面圧が負荷され、前記各摺動部材は、前記凹部の底面から前記摺動接触面にスライド方向に連続する傾斜面を有し、これらの傾斜面は同じ傾斜角度で同じ方向に設けられ、その傾斜角度が２５度以下、前記傾斜面と前記摺動接触面とが連続するコーナ部のＲが４０ｍｍ以上であるスライディングノズル装置が提供される。

本発明において、前記各摺動部材の表面のショア硬さＨｓは６０以上であることが好ましい。

本発明によれば、摺動部材の各傾斜面の傾斜角度が２５度以下、コーナ部のＲが４０ｍｍ以上であるので、摺動部材どうしが滑らかに摺動し、駆動装置の負荷を軽減できるとともに、局部的な圧力の発生を抑制し、使用時の焼付きの発生を防止できる。

本発明に係るスライディングノズル装置の一実施例を示す正面図である。図１のＡ−Ａ断面図である。図１のスライディングノズル装置の平面図である。図１のスライディング装置のオイルシリンダー側を上にして開閉金枠を開いた状態を示す斜視図である。図３のＢ−Ｂ方向断面を表し、（ａ）はスライド金枠が全開位置に位置した場合、（ｂ）はスライド金枠が全閉位置に位置した場合、（ｃ）はスライド金枠がプレート交換位置に位置した場合を示す。

以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明に係るスライディングノズル装置の一実施例を示す正面図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は平面図である。図４は図１のスライディング装置のオイルシリンダー側を上にして開閉金枠を開いた状態を示す斜視図である。
図１及び図２に示すように本発明に係るスライディングノズル装置１０は、取鍋等の溶融金属容器の底に取り付けられる固定金枠２０と、固定金枠２０に対してスライド可能かつ回動可能（開閉可能）に取り付けられたスライド金枠３０と、固定金枠２０に対して回動可能（開閉可能）に取り付けられた２つの開閉金枠４０とを備える。また、固定金枠２０には上プレート５０が、スライド金枠３０には下プレート６０が公知の固定方法によって保持固定されている。なお、上プレート５０の上に取り付けられる上ノズル及び下プレート６０の下に取り付けられる下部ノズルは省略している。

固定金枠２０は、図示していないが溶融金属容器の底の鉄皮にボルトなどを使用して取り付けられる。また、固定金枠２０にはスライド金枠３０を直線的にスライドさせるための駆動装置としてのオイルシリンダー７０が取り付けられている。

図２に示すようにスライド金枠３０は、その一端の連結部３１に設けた長孔３２に、固定金枠２０に設けたピン２１を貫入させることで固定金枠２０に連結されている。この連結によってスライド金枠３０は固定金枠２０に対して回動可能（開閉可能）、かつスライド方向にスライド可能となり、しかも長孔３２はスライド方向に対して垂直方向に長く形成されているので、この長孔３２の範囲でスライド方向に対して垂直方向に移動可能となっている。

また、図４に示すように、スライド金枠３０のプレート保持面とは反対側の面の長辺側の端部には、摺動部材３３がスライド金枠のスライド方向中心線（長手方向中心線）に対称かつスライド方向と平行に、片側に２個、合計４個突設されている。これらの摺動部材３３は、図１の使用状態で下面側に位置しスライド方向と平行な摺動接触面３３ａと傾斜面３３ｂとを有する。各傾斜面３３ｂは同じ傾斜角度で同じ方向に設けられている。ここで、摺動接触面とは、スライド金枠３０及び開閉金枠４０に設けた摺動部材３３、４６において、鋳造時に互いに接する面３３ａ、４６ａのことである。

なお、上述した片側２個の摺動部材３３は、図１の使用状態でスライド金枠のスライド方向の前後に位置するので、以下では前後の摺動部材３３といい、また前後の摺動部材３３の摺動接触面３３ａは前後の摺動接触面３３ａという。

図４に現れているように、前後の摺動部材３３は、ベース部３３ｃから摺動部材３３が突出した状態でベース部３３ｃを共有することにより一体化されており、前後の摺動接触面３３ａ間は凹部３４とされている。このように前後の摺動部材３３を一体化とすることで、取り付け精度が向上するメリットがある。使用中は２つの距離は常に一定に保つことができる。

図１〜図３を参照すると、開閉金枠４０はスライド金枠３０のスライド方向中心線に対して対称に２つ設けられており、それぞれ固定金枠２０に取り付けられている。開閉金枠４０は、門型アーム４１、バネボックス４２、面圧ガイド４８、及び摺動部材４６を備える。具体的には、固定金枠２０に設けたピン２２に対して門型アーム４１の基端部を回動可能に取り付け、門型アーム４１のアーム４１ａ間にバネボックス４２を配置し、このバネボックス４２に面圧ガイド４８を一体的に設けている。

バネボックス４２の内部には、スライド金枠２０のスライド方向に沿って並ぶ合計４つのコイルバネ４３と、これらのコイルバネ４３の下端に接触しバネボックス４２内をコイルバネの伸縮方向に移動可能なバネ押付け板４４とが配置されている。バネ押付け板４４は２本の連結ボルト４５を有しており、この２本の連結ボルト４５は両側の２本のコイルバネ４３及びバネボックス４２の孔をそれぞれ貫通して門型アーム４１の基端部に固定されている。また、門型アーム４１のアーム４１ａには図示していない切り欠きを設けており、この切り欠きにバネボックス４２の側面に設けた突起が連結ボルト４５の長手軸方向に移動可能に貫入している。したがって、バネボックス４２は連結ボルト４５の長手軸方向に移動可能になっている。そして門型アーム４１と共にバネボックス４２は固定金枠２０に対して回動可能になっている。

面圧ガイド４８はバネボックス４２に一体的に設けられているので、同様に連結ボルト４５の長手軸方向に移動可能である。具体的には面圧ガイド４８は、バネボックス４２からノズル孔方向に突設され、しかもスライド金枠３０のスライド方向に伸延している。そして、この面圧ガイド４８のスライド金枠３０側には摺動部材４６が突設されている。この摺動部材４６は、上述したスライド金枠３０の摺動部材３３と同様に、スライド金枠のスライド方向中心線（長手方向中心線）に対称かつスライド方向と平行に、片側に前後２個、合計４個突設されている。これらの摺動部材４６は、図１の使用状態で上面側に位置しスライド方向と平行な摺動接触面４６ａと傾斜面４６ｂとを有する。各傾斜面４６ｂは同じ傾斜角度で同じ方向に設けられている。また、前後の摺動部材４６は、スライド金枠３０の前後の摺動部材３３と同様に、ベース部４６ｃから摺動部材４６が突出した状態でベース部４６ｃを共有することにより一体化されており、前後の摺動接触面４６ａ間は凹部４７とされている。

図３を参照すると、オイルシリンダー７０のロッド７１の先端結合部７２は、スライド金枠３０の連結部３５に着脱可能に取り付けられている。オイルシリンダー７０本体は、固定金枠２０のオイルシリンダー取り付け部２３に着脱可能に取り付けられており、プレートの使用時と交換時とでストロークの異なるものが使用できるようになっている。本実施例では、ストロークの異なる２つのオイルシリンダーを使用することで、スライド金枠３０の可動範囲を変更し、面圧を負荷及び解除できるようになっている。なお、このようにオイルシリンダーを変更する代りに１つのオイルシリンダーのストロークを変更する公知の方法を採用することも可能である。

次に、図５により上述したスライド金枠３０側の摺動部材３３及び開閉金枠４０の面圧ガイド４８側の摺動部材４６と、上プレート５０及び下プレート６０との位置関係について説明する。図５は図３のＢ−Ｂ方向断面を表しており、（ａ）はスライド金枠３０が全開位置に位置した場合、（ｂ）はスライド金枠３０が全閉位置に位置した場合、（ｃ）はスライド金枠３０がプレート交換位置に位置した場合を示す。ここで、全開位置とは上プレート５０及び下プレート６０のノズル孔どうしが合致した位置、全閉位置とは使用時のスライド金枠３０の可動範囲で上プレート５０及び下プレート６０のノズル孔どうしの距離が最大になる位置、プレート交換位置とはスライド金枠３０側の摺動部材３３及び面圧ガイド４８側の摺動部材４６がそれぞれ凹部４７及び凹部３４へ嵌合可能な位置のことである。また、使用時のストロークとは、使用時のスライド金枠３０の可動範囲のことであり、全閉位置での上プレート５０及び下プレート６０のノズル孔の中心間の距離となる。なお、プレート交換位置にするためには、使用時よりもストロークの大きな駆動装置（オイルシリンダー）に交換しなければならない。

図５（ｂ）は、図５（ａ）の状態から、スライド金枠３０が右側（オイルシリンダー７０側）にスライドした状態である。このスライドの間は、スライド金枠３０側の摺動部材３３の摺動接触面３３ａと面圧ガイド４８側の摺動部材４６の摺動接触面４６ａとが接触し、面圧が負荷された状態である。鋳造中はこのストローク範囲で摺動する。

図５（ｃ）は、図５（ａ）の状態から、スライド金枠３０が左側（オイルシリンダー７０とは反対側）にスライドした状態である。この状態は、それぞれの摺動部材３３，４６が相対する凹部に嵌合して、面圧が解除された状態である。この図５（ｃ）の状態からスライド金枠３０が右側へスライドすると、面圧が負荷される。

次に、本発明のスライディング装置の動きについて説明する。

まず、プレート交換時には、図３においてスライド金枠３０の連結部３５からオイルシリンダー７０のロッドの先端結合部７２を外すとともに、オイルシリンダー取り付け部２３からオイルシリンダー７０を外してストロークの大きなオイルシリンダーへ交換する。

そしてスライド金枠３０を図５（ｂ）の全閉位置から（ａ）の全開位置を介して左側へスライドさせ、図５（ｃ）のプレート交換位置まで移動させる。そうすると、面圧ガイド４８側の摺動部材４６が固定金枠２０側に移動し、図２に示したバネボックス４２が固定金枠２０側に移動してコイルバネ４３の撓みがなくなり面圧が解除される。面圧が解除された状態では、図４に示すように２つの開閉金枠４０を開くことができ、さらにスライド金枠３０を開いて、上下のプレートを交換することができる。

プレートを交換した後は、スライド金枠３０と開閉金枠４０を閉じて、スライド金枠３０を図５（ｃ）のプレート交換位置から図５（ａ）の全開位置までスライドさせる。その結果、スライド金枠３０側の摺動部材３３と面圧ガイド４８側の摺動部材４６の摺動接触面３３ａ、４６ａどうしが接するようになり、図２に示したバネボックス４２が固定金枠２０とは反対側へ移動することでコイルバネ４３が撓み、面圧が掛かる。面圧が掛かった状態でストロークの小さなオイルシリンダーに交換する。これにより、使用時には面圧が解除されることなく安全に使用することができる。

ここで、図５（ｃ）の状態からスライド金枠３０を右側へスライドさせて面圧を負荷しようとすると、各摺動部材３３，４６は凹部の底面から摺動接触面３３ａ，４６ａに連続する傾斜面３３ｂ，４６ｂを有するから、最初は、傾斜面３３ｂ，４６ｂどうしで接触する。そこで本発明では、この面圧負荷時の摩擦抵抗を小さくして摺動部材３３，４６がスムーズに摺動できるようにするため、傾斜面３３ｂ，４６ｂの傾斜角度及び向きを全て同じとし、さらにその傾斜角度θ（図５（ｃ）参照）を２５度以下、好ましくは２０度以下とする。傾斜面３３ｂ，４６ｂの傾斜角度が２５度を超えると摺動時の抵抗が大きくなり摺動部材３３，４６の表面の損傷が大きくなる。傾斜角度θは小さい程、摺動時の抵抗が小さくなり摺動部材３３，４６の表面の損傷が小さくなるが、傾斜角度θが小さすぎると摺動部材３３，４６が長くなるため装置全体が大きくなり実用的でなくなるので、実用面からは傾斜角度θは１０度以上、好ましくは１４度以上とする。

また、同様に面圧負荷時の摩擦抵抗を少なくするために、本発明では傾斜面３３ｂ，４６ｂと摺動接触面３３ａ，４６ａとが連続するコーナ部Ｃ（図５（ｃ）参照）にＲを設け、このコーナ部ＣのＲを４０ｍｍ以上、好ましくは５０ｍｍ以上とする。コーナ部ＣのＲが４０ｍｍ未満では摺動時の抵抗が大きくなり摺動部材３３，４６の表面の損傷が大きくなる。また、コーナ部ＣのＲが大きくなると摩擦抵抗は少なくなるのでスムーズに摺動可能となるが、Ｒが大き過ぎると、その分、摺動部材３３，４６の摺動接触面３３ａ，４６ａが短くなり、所定の長さの摺動接触面３３ａ，４６ａを設けるためには、摺動部材３３，４６が長くなり装置が大きくなってしまう問題もある。したがって実用面からは、Ｒは１８０ｍｍ以下、好ましくは１５０ｍｍ以下である。

また、摺動時に摺動部材３３，４６の表面に損傷が発生することを軽減するには、摺動部材３３，４６の表面のショア硬さＨｓは６０以上であることが好ましく、より好ましくは７０以上である。

次に、摺動部材について傾斜面の傾斜角度θとコーナ部のＲを変えて摺動テストを行った結果を表１及び表２に示す。さらに、摺動部材の表面の硬さを変えて摺動テストを行った結果を表３に示す。なお、摺動部材の表面の硬さについては、炭素鋼製の摺動部材の熱処理条件を変更することによりショア硬さＨｓの異なるものを準備した。ショア硬さＨｓはＪＩＳ
Ｚ２２４６に規定の試験方法によって測定した。表１及び表２の摺動部材のショア硬さは８０とした。

摺動テストでは、摺動部材の表面をバーナで加熱し、３００℃に達した時点で表面に潤滑剤を塗布し、スライド金枠を１０往復し面圧の負荷・解除を行った後、摺動部材の表面傷の程度を評価した。また、摺動テスト中に摺動部材から発生する異音の程度も評価した。これらの表面傷及び異音については、「無」、「小」、「中」、「大」の４段階で評価した。なお、摺動部材の温度は表面温度計で測定した。総面圧は、面圧が完全に掛かった状態で６ｋＮとした。

表１において、実施例１〜実施例４は摺動部材の傾斜面の傾斜角度θが本発明の範囲内であり、摺動テスト中に摺動部材から発生する異音は「無」から「中」で、テスト後の摺動部材の表面傷は「無」か「小」であり良好であった。一方、摺動部材の傾斜面の傾斜角度θが本発明の上限値より大きい比較例１は摺動部材の表面に「中」程度の傷が発生し、テスト中も「中」程度の異音が発生した。また、比較例１よりも傾斜角度θを大きくした比較例２は、テスト後の摺動部材の表面傷の程度は「大」となり、テスト中も異音の程度も「大」となった。

表２において、実施例５〜実施例９は摺動部材のコーナ部のＲが本発明の範囲内であり、摺動テスト中に摺動部材から発生する異音は「無」から「中」で、テスト後の摺動部材の表面傷は「無」か「小」であり良好であった。一方、摺動部材のコーナのＲが本発明の下限値よりも小さな比較例３及び４は摺動部材の表面に「中」から「大」の傷が発生し、テスト中も「中」から「大」の異音が発生した。

表３において、実施例１０〜実施例１３は、摺動テスト時の摺動部材から発生する音は「無」か「小」であり、テスト後の摺動部材の表面の傷も「無」か「小」であり良好であった。摺動部材の表面のショア硬さＨｓが５０の実施例１４は摺動部材表面に中程度の異音が発生したが、テスト後の表面傷の程度は「小」であった。

次に、本発明の実施例３及び比較例１のスライディングノズル装置を実際に８０ｔの溶鋼の取鍋で使用した。実施例３は、３００回使用後も摺動接触面の損傷は小さく良好であったが、比較例１は、８０回の使用で摺動面の焼付きが発生し使用を中断した。

１０スライディングノズル装置
２０固定金枠
２１、２２ピン
２３オイルシリンダー取り付け部
３０スライド金枠
３１連結部
３２長孔
３３摺動部材
３３ａ摺動接触面
３３ｂ傾斜面
３３ｃベース部
３４凹部
３５連結部
４０開閉金枠
４１門型アーム
４１ａアーム
４２バネボックス
４３コイルバネ
４４バネ押付け板
４５連結ボルト
４６摺動部材
４６ａ摺動接触面
４６ｂ傾斜面
４６ｃベース部
４７凹部
４８面圧ガイド
５０上プレート
６０下プレート
７０オイルシリンダー
７１ロッド
７２先端結合部

Claims

上プレートを保持する固定金枠と、下プレートを保持し当該下プレートを前記上プレートに対して摺動させるために直線的にスライドするスライド金枠と、前記上プレートと前記下プレートとの間に面圧を負荷するための弾性体と、前記固定金枠に取り付けられ、前記スライド金枠をスライド可能に保持する開閉金枠と、スライド金枠の駆動装置とを有し、前記スライド金枠及び前記開閉金枠は、前記スライド金枠のスライド方向中心線に対称にかつスライド方向と平行に配置された摺動部材をそれぞれ有し、前記それぞれの摺動部材の摺動接触面どうしが摺動接触するスライディングノズル装置であって、
前記開閉金枠側の摺動部材及び前記スライド金枠側の摺動部材は、それぞれ前記スライド金枠側の凹部及び前記開閉金枠側の凹部に嵌合可能に設けられ、
前記スライド金枠のスライドによって、前記開閉金枠側の摺動部材及び前記スライド金枠側の摺動部材が、それぞれ前記凹部へ嵌合したときに面圧が解除され、前記開閉金枠側の摺動部材及び前記スライド金枠側の摺動部材がそれぞれ前記摺動接触面どうしで接するときに面圧が負荷され、
前記各摺動部材は、前記凹部の底面から前記摺動接触面にスライド方向に連続する傾斜面を有し、これらの傾斜面は同じ傾斜角度で同じ方向に設けられ、その傾斜角度が２５度以下、前記傾斜面と前記摺動接触面とが連続するコーナ部のＲが４０ｍｍ以上であるスライディングノズル装置。
前記各摺動部材の表面のショア硬さＨｓが６０以上である請求項１に記載のスライディングノズル装置。