JP6347278B2 - スラブ連続鋳造用装置 - Google Patents

Description

本発明は、スラブ連続鋳造用装置に関し、特に、鋳造中に任意に溶融金属の吐出角度を変えて、スラブ用の鋳型内の溶融金属を旋回、撹拌するスラブ連続鋳造用装置に関する。

近年、鋼あるいは各種合金等の鋳塊（鋳片ともいう）を大量生産するには、溶融状態にある溶融金属を水冷された鋳型に連続的に注入するとともに、凝固した鋳塊を徐々に該鋳型から抜き出す、いわゆる「連続鋳造法」の使用が一般的である。

この連続鋳造によって、非金属介在物が少なく、かつ成分の偏析が少ない品質に優れた鋳塊を得るには、凝固途上にある溶融金属を適宜撹拌することが重要である。さらに、断面積が大きく、しかもその断面形状の縦横比が大きいスラブ（例えば、長辺壁の長さ÷短辺壁の長さの比が５以上）での溶融金属攪拌では、ブルームやビレットのような断面積が小さく、かつ断面形状がほぼ正方形の鋳片とは異なり、中心偏析や中心断面割れの発生ならびに加工性の悪化という問題が起こりやすく、溶融金属をより安定して撹拌することが求められている。

近年、浸漬ノズル等の高寿命化に伴い、浸漬ノズル等の使用寿命が複数鍋の鋳造に耐えられるようになり、異鋼種や冷却鋳型の幅の異なった鋳片を連続して鋳造することが可能になった。溶融金属を適宜撹拌する構成は従来から種々提案されているが、鋳型の幅や厚さの変更があったときの対応にはなお不十分であった。

本願出願人は、後掲の特許文献１において、浸漬ノズルをスライドノズル機構に連結する機構（以下、ノズル交換保持機構という。）を据え付けるプラットホーム（以下、ベースという。）を、浸漬ノズルとともに所定角度回動させる回動機構を設けたスラブ連続鋳造用装置を提案している。この構成によって、浸漬ノズルの下端の吐出口からの溶融金属の吐出方向を、長辺方向の目的とする方向に向けて保持することで旋回流を得るとともに、長辺の長さや厚みに対応した回動角を保持できることになる。

図１は特許文献１で開示されたスラブ連続鋳造装置の断面図であり、図２は底面図である。

従来のスラブ連続鋳造装置は、鋳型への溶融金属の流入量を調整するストッパー式流量調整機構と、当該ストッパー式流量調整機構からの溶融金属を鋳型に導く浸漬ノズルをストッパー式流量調整機構の下側で保持するとともに、使用済みの浸漬ノズルと、未使用の浸漬ノズルとを交換するノズル交換保持機構を備える。特許文献１が開示する装置も同様の構成を備えているが、特許文献１が開示する装置では、さらに、以下に説明するノズル回動機構を設けている。

公知のように、ストッパー式流量調整機構１０は、タンディッシュ１の底部（羽口）に設けられた上ノズル２のノズル孔に対してタンディッシュ１の溶鋼内に上方から挿入されたストッパー３を上下させることで、ストッパー３と上ノズル２との間の距離を変化させる。これによってストッパー３と上ノズル２との間を通過する溶融金属の流量を調整して、浸漬ノズル６に供給することができる。なお、図１の例では、上ノズル２と浸漬ノズル６との間に下ノズル４が配置されている構成を示しているが、下ノズル４を介在させることなく、上ノズル２の下端に浸漬ノズル６が直接配置される場合もある。

ノズル交換保持機構２０は、タンディッシュ１の下方で上ノズル２を支持するハウジング５の下側に配設されたベース１１に組み込まれる。

ベース１１は浸漬ノズル交換時の浸漬ノズル６の移動方向（以下、ノズル移動方向という。：図２の矢印方向）に直角な方向（以下、左右方向、あるいは左右という場合がある。）の両側の２つのピース１１ａ、１１ｂが連結片１１ｃで連結されて一体となって構成されている。当該左右のピース１１ａ、１１ｂの中央部は、浸漬ノズル６の交換時に、当該浸漬ノズル６の移動が可能であり、かつ、浸漬ノズル６の固定時（稼動時）に上述の下ノズル４との接続が可能な空間（以下、移動連結空間Ｄという。）になっている。当該移動連結空間Ｄの左右幅は浸漬ノズル６の上端のフランジ１５の左右幅に対応し、その内側にはノズル移動方向に沿ってスライドガイド１４が設けられるとともに、移動連結空間Ｄを介して、以下の構成で浸漬ノズル６の上端のフランジ１５が、下ノズル４の下面に押し付け保持される。

ベース１１の左右のピース１１ａ、１１ｂの下面であって移動連結空間Ｄの左右の両側には、ノズル移動方向に沿って、かつ、浸漬ノズル６のフランジ１５の下面に先端が位置するように、クランパーピン１６で複数のクランパー１３が支持されている。当該クランパー１３の後端には、ベース１１に取り付けられたコイルばね１２が設けられ、クランパー１３の先端が上方に付勢される。これによって、クランパー１３の先端で浸漬ノズル６のフランジ１５の下側が上方に付勢され、浸漬ノズル６の上端面が下ノズル４の下面と密着するようになっている。

また、このスラブ連続鋳造用装置は、ノズル交換保持機構２０によって使用済みの浸漬ノズル６ｅと未使用の浸漬ノズル６ｎを交換できるようになっている。ノズル交換保持機構２０によって、ノズル移動方向上流側のガイドレール１７から挿入された未使用の浸漬ノズル６ｎは、移動方向の下流側に向かって移動し、使用済みの浸漬ノズル６ｅを下流側のガイドレール１７に押し出すようになっている。このとき、ベース１１の連結片１１ｃは図１に示すように、浸漬ノズル６の移動と干渉しない構成となっている。

通常のスラブ連続鋳造用装置ではベース１１は、ハウジング５に固定された構成となっているが、本願が前提とする特許文献１が開示する装置では、回動機構によって所定角度の回動が許容されるようになっている。

すなわち、ベース１１はハウジング５に、支持ガイド２１と支持ガイドローラー２２とで浸漬ノズル６の中心軸Ｐを中心として回動可能に吊り下げられており、この状態でハウジング５に固定された駆動装置（油圧シリンダ）２３で駆動することによって、所定の角度回動することができる構成となっている。これによって、ノズル交換保持機構２０に保持された浸漬ノズル６も回動し、吐出孔からの溶融金属の吐出方向も状況に応じて変更できることになる。

特開２０１６−１３１９８２号公報

スラブ連続鋳造装置を上記特許文献１が開示する構成にすると、浸漬ノズル６の吐出方向は任意に変更することができる。そのとき、理想的には駆動装置２３の動きに正確に追随して吐出方向が変更されることが望ましい。しかしながら、浸漬ノズル６と下ノズル４はガスシール性を確保しつつ摺動するように設計されているので、ベース１１の回動時に摺動面で摩擦抵抗を受け、浸漬ノズル６は駆動方向とは逆の方向の応力を受けることになる。他方、浸漬ノズル６を交換するときに、円滑に未使用の浸漬ノズル６が左右のスライドガイド１４間（移動連結空間Ｄ）に挿入される必要があるところから、浸漬ノズル６は左右のスライドカイド１４の間で、若干のクリアランスを持っている。このクリアランスを小さくすると、浸漬ノズル６のフランジサイズの製造起因のばらつきなどによって、スライドガイド１４（ピース１１ａ、１１ｂ）の間に浸漬ノズル６を挿入できないなどの問題が発生する。

本発明は、上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、浸漬ノズルのスライドガイド間（移動連結空間Ｄ）への挿入をスムーズに行うことができ、かつ、吐出方向変更のための駆動装置の動きに正しく追随するための装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の技術的手段を採用している。まず、本発明は、タンディッシュから、ストッパー式流量調整機構と浸漬ノズルとを通じて溶融金属を鋳型に供給するスラブ連続鋳造用装置を前提としている。そして、本発明に係るスラブ連続鋳造用装置は、ベースと、ノズル交換保持機構と、回動機構と、固定機構とを備える。ベースは、ストッパー式流量調整機構と浸漬ノズルとの間に配置される。ノズル交換保持機構は、ノズル交換時に、ベースに設けられた移動連結空間を介して浸漬ノズルを移動するとともに、稼動時に、溶融金属の流路に配置された浸漬ノズルを上方に持ち上げて浸漬ノズルの連結性を保持する。回動機構は、ベースを回動させる。固定機構は、ノズル交換保持機構で溶融金属の流路に配置された浸漬ノズルを、移動連結空間におけるノズル交換時の浸漬ノズル移動方向と直角な方向に付勢し、移動連結空間の内壁に押し付けて固定する。

固定機構は、移動連結空間を構成するとともに対向して配置されたベースの２つのピースのうちの一方のピースに弾性材またはアクチュエータを配設し、当該弾性材またはアクチュエータで、移動連結空間に保持された浸漬ノズルのフランジの一方の側面を付勢し、他方の側面を他方のピースに圧接することで浸漬ノズルの位置を固定する構成を採用することができる。また、弾性材またはアクチュエータは、上述の２つのピースの両方に設けることもできる。

上述の弾性材またはアクチュエータの先端には浸漬ノズルの移動方向に平行な方向の固定部材が取り付けられ、当該固定部材が浸漬ノズルのフランジの一方の側面を圧接する構成を採用することができる。固定部材の浸漬ノズルとの当接面には、浸漬ノズルの移動方向の両端に、当該移動方向と直角方向に突出した突起を設け、さらに、当該突起は、移動方向上流側および下流側にテーパーが設けられた構成とすることができる。

固定機構の付勢力は、３００〜５０００Ｎであることが望ましい。

上記構成により、鋳込み中、浸漬ノズルの吐出方向を変更しようと、回動機構によって浸漬ノズルを所定角度回動したとき、浸漬ノズルは固定機構で固定されているため、意図する吐出方向に対し、吐出方向を変化させることができるようになる。

また、当該固定機構での押し付け力を、浸漬ノズル交換時に、固定部材が、押し付け方向とは逆の方向に逃げることができる程度の力（３００〜５０００Ｎ（３０〜５００ｋｇｆ））とすることによって、浸漬ノズルの交換が容易にできるようになる。

さらに、鋳造中に浸漬ノズルからの吐出流を特定の方向に任意に意図する方向に向けることができ、溶融金属に旋回流を与え、さらには、吐出孔への介在物の堆積による吐出角度の変化や、鋳型の厚さや幅の変更に際しても、適切な吐出角度を確保できる。

ストッパー式流量調整機構を備える従来のスラブ連続鋳造用装置の一例を示す断面図 ストッパー式流量調整機構を備える従来のスラブ連続鋳造用装置の一例を示す底面図 本発明の一実施形態におけるスラブ連続鋳造用装置の一例を示す断面図 本発明の一実施形態におけるスラブ連続鋳造用装置の一例を示す底面図 本発明の一実施形態における固定機構の一例を示す断面図 本発明の一実施形態における固定部材とスライドガイドの一例を示す断面図

図３は、本発明の一実施形態におけるスラブ連続鋳造用装置の一例を示す正面図であり、図４は底面図である。また、図５は、本発明の一実施形態における固定機構の一例を示す断面図である。

図１に示す従来技術では、支持ガイド２１と支持ガイドローラー２２によってノズル交換保持機構２０のベース１１をハウジング５に保持する構成としているが、本実施形態においては以下の構成としている。

すなわち、図３から図５に示すように、ベース１１の上端部に、周方向（浸漬ノズル６の中心軸Ｐを中心とする円の周方向）の全周にわたって半径方向の外側に突出する突出部２５が設けられる。ハウジング５の下面には、支持ガイド２１が、突出部２５に一部が噛み合う状態（支持ガイド２１の上面が突出部２５の下面を支持する状態）で固定される。そして、突出部２５の下面と支持ガイド２１の上面とが相互に摺動することでベース１１が回動可能になっている。従来と同様、ベース１１に対する回転力は、ハウジング５に固定された油圧シリンダー２３からレバー２７を介してベース１１に与えられる。

また、図３に示すように、ベース１１の中央上部の下ノズル４に被る部分の移動連結空間Ｄの左右方向の幅は、浸漬ノズル６のフランジ１５の幅より広くなっている。

続いて、本実施形態のスラブ連続鋳造用装置が備える固定機構３０について説明する。図３および図５に示すように、ノズル交換保持機構２０のプラットホームであるベース１１の左右２つのピース１１ａ、１１ｂの一方のピース１１ａの移動連結空間Ｄの内側（内壁）には、移動連結空間Ｄに向けてばね孔３３ａが、ノズル移動方向（図５の矢印方向）の上流側と下流側の２箇所に設けられている。当該ばね孔３３ａにはコイルばね３３が、ばね孔３３ａに内挿されたボルト３２（固定部材３１の足）に嵌挿される。当該２つのコイルばね３３にはノズル移動方向にわたって固定部材３１が配設される。図５に示すように、ボルト３２にコイルばね３３が嵌挿されて、固定部材３１が左右方向にある程度の幅を持って移動が可能なように動き代を持って装着される。これによって、固定部材３１は左右方向（ここでは、ベース１１の他方のピース１１ｂへ向かう方向）に付勢されていることになる。

一方、固定部材３１が装着された側に対向する側のベース１１のピース１１ｂの移動連結空間Ｄの内側（内壁）には、従来と同様スライドガイド１４がベース１１ｂと一体に形成される。これによって移動連結空間Ｄに浸漬ノズル６が挿入されると、固定部材３１が、当該浸漬ノズル６のフランジ１５の側面を、左右方向に、すなわち、対向する側のピース１１ｂの内側（内壁）のスライドガイド１４に圧接するようになっている。これによって、浸漬ノズル６の回動時には浸漬ノズル６は駆動装置２３の動きに応じた角度回動をすることになる。

また、浸漬ノズル交換時には、浸漬ノズル６はノズル交換用シリンダー２９により移動方向に押され、このとき、固定部材３１は浸漬ノズル６を、以下に開示するような適度な力で押さえているだけなので、押し付け方向とは逆の方向に逃げることができ、浸漬ノズル６の交換が容易にできるようになる。

固定部材の足であるボルト３２の数は、図５上は２本設けているが、１本または３本以上としてもかまわない。また、図５では、コイルばね３３を用いた場合を例示したが、コイルばね３３に限らず、板ばね、竹の子ばね、ねじりばねなどの任意の弾性材を利用しても良い。さらには、様々なアクチュエータを利用して固定部材３１を付勢してもかまわない。アクチュエータの例としては、油圧シリンダー、水圧シリンダー、空圧シリンダー、ソレノイドバルブなどを使用することができる。

固定機構３０によって浸漬ノズル６のフランジ１５を押し付ける押し付け力は、３００〜５０００Ｎ（３０〜５００ｋｇｆ）であることが好ましい。３００Ｎ未満では、吐出方向変更のための駆動装置２３がベース１１を回動させたとき、下ノズル４との摺動面で摩擦抵抗を受け、駆動方向とは逆の方向に働く応力に対向できず、浸漬ノズルを固定できなくなってしまうために好ましくない。５０００Ｎより大きいと、浸漬ノズル交換時に浸漬ノズル６をノズル移動方向に押しても、固定部材３１が逃げず、ノズル交換ができなくなってしまうため好ましくない。より好ましくは、１０００〜３０００Ｎである。

図６は固定部材３１の拡大図である。固定部材３１の上流側および下流側には、突起３７を設けることが好ましい。また、突起３７のさらに上流側、および下流側には、テーパー３７ａ、３７ｂを設けることが好ましい。このテーパー３７ａ、３７ｂによって、浸漬ノズル６の進入側（退出側）の固定部材３１とスライドガイド１４との間に広がりが設けられることになり、移動方向上流側から進入してくる（移動方向下流側に退出する）浸漬ノズル６のフランジ１５が固定部材３１とスライドガイド１４との間に円滑に進入する（退出する）ことになる。

固定部材３１の中心から見て内側の当接面３７ｃ（稼働時にフランジ１５と当接する面）は、浸漬ノズル６のフランジ１５の外周に沿うような形状とされ、浸漬ノズル交換時に浸漬ノズル６のフランジ１５の外周が当接面３７ｃに嵌り込んで浸漬ノズル６を強固に固定する。

固定部材３１の両端に設けられた突起３７は、ベース１１の回動時に浸漬ノズル６が移動方向にずれることを防止する効果もある。このため、突起３７と突起３７との間の距離は、浸漬ノズル６のフランジ１５の移動方向の長さに近い値とする。突起３７間の当接面３７ｃの形状は特に規定されないが、フランジ１５の外周の角がＲ面である場合はＲ面に沿った形が好ましく、また、Ｃ加工である場合はＣ加工に沿った形状とすることが好ましい。

突起３７の高さは、１〜５ｍｍとすることが好ましい。５ｍｍより大きいと、固定部材３１の逃げが大きくなりすぎて、浸漬ノズル６の交換がスムーズに行われなくなるため好ましくない。

未使用の浸漬ノズル６ｎをノズル交換保持機構２０のガイドレール１７にセットしたとき、スライドガイド１４のノズル移動方向の上流端と浸漬ノズル６のフランジ１５の下流端の間に若干のクリアランスがある方が、浸漬ノズル６のセットが容易となり、また浸漬ノズル６が移動しやすい。一方、稼動時に浸漬ノズル６が使用位置に保持された場合には、浸漬ノズル６の中心位置が所定の場所に位置されることが好ましく、これによって、浸漬ノズル６のフランジ１５は、固定部材３１によって、対向する側のスライドガイド１４に押し付けられて固定される。

以上のことから図６に拡大して示すように、スライドガイド１４は、中央部のフランジ１５との当接面１４ｃが若干移動連結空間Ｄ側に出っ張った形状となり、さらにスライドガイド１４の上流側と下流側にテーパーを設けることで、浸漬ノズル６の移動がスムーズになるように構成されている。

また、図５、図６に示すように、固定部材３１の移動ガイド孔３６をベース１１のピース１１ａに設け、固定部材３１には、移動ガイド孔３６が嵌り込む突起である移動ガイド３５を設け、固定部材３１が浸漬ノズル交換時の浸漬ノズル６の動きに引っ張られ、下流方向へ移動することを防ぐ構成とすることが好ましい。

以上の記述では、固定部材３１がベース１１の一方のピース１１ａに設けられた構成としているが、両方のピース１１ａ、１１ｂの移動連結空間Ｄに向かう側に設ける構成としてもよい。この場合、当然他方のピース１１ｂ側にもばね孔３３ａを設け、当該ばね孔３３ａにコイルばね３３を嵌挿し、当該コイルばね３３に固定部材３１が固定される構成とする。当然のことながらスライドガイド１４に代えて固定部材３１が設けられることになる。

以上説明したように、本発明によるスラブ連続鋳造用装置は、鋳造中（稼動時）に浸漬ノズルの吐出孔の方向を変更するときに、浸漬ノズルを強固に回動機構のプラットホームであるベースに固定できるので、正確な角度に方向変更ができ、鋳型の状況に応じて、溶融金属の攪拌を適性に行うことができるので、鋳片の品質を向上させることができる。

１ タンディッシュ
２ 上ノズル
３ ストッパー
４ 下ノズル
５ ハウジング
６ 浸漬ノズル
６ｅ 使用後の浸漬ノズル
６ｎ 未使用の浸漬ノズル
１０ ストッパー式流量調整機構
１１ ベース
１２ コイルばね
１３ クランパー
１４ スライドガイド
１５ 浸漬ノズルのフランジ
１６ クランパーピン
１７ ガイドレール
２０ ノズル交換保持機構
２１ 支持ガイド
２２ 支持ガイドローラー
２３ 駆動装置（油圧シリンダー）
２５ 突出部
２７ レバー
２９ ノズル交換用油圧シリンダー
３０ 固定機構
３１ 固定部材
３２ ボルト（固定部材の足）
３３ コイルばね
３５ 移動ガイド
３６ 移動ガイド孔
３７ 突起

Claims (6)

1. タンディッシュから、ストッパー式流量調整機構と浸漬ノズルとを通じて溶融金属を鋳型に供給するスラブ連続鋳造用装置であって、
   前記ストッパー式流量調整機構と前記浸漬ノズルとの間に配置されたベースと、
   ノズル交換時に、前記ベースに設けられた移動連結空間を介して浸漬ノズルを移動するとともに、稼動時に、前記溶融金属の流路に配置された浸漬ノズルを上方に持ち上げて浸漬ノズルの連結性を保持するノズル交換保持機構と、
   前記ベースを回動させる回動機構と、
   前記ノズル交換保持機構で前記流路に配置された浸漬ノズルを、前記移動連結空間におけるノズル交換時の浸漬ノズル移動方向と直角な方向に付勢し、前記移動連結空間の内壁に押し付けて固定する固定機構と、
   を備えたスラブ連続鋳造用装置。
2. 前記固定機構は、前記移動連結空間を構成するとともに対向して配置されたベースの２つのピースのうちの一方のピースに弾性材またはアクチュエータを配設し、当該弾性材またはアクチュエータで、前記移動連結空間に保持された浸漬ノズルのフランジの一方の側面を付勢し、他方の側面を他方のピースに圧接することで浸漬ノズルの位置を固定する請求項１に記載のスラブ連続鋳造用装置。
3. 前記固定機構は、前記移動連結空間を構成するとともに対向して配置されたベースの２つのピースの両方のピースに弾性材またはアクチュエータを配設し、当該弾性材またはアクチュエータで、移動連結空間に保持された浸漬ノズルのフランジの側面を両方から付勢することで浸漬ノズルの位置を固定する請求項１に記載のスラブ連続鋳造用装置。
4. 前記弾性材またはアクチュエータの先端には浸漬ノズルの移動方向に平行な方向の固定部材が取り付けられ、当該固定部材が浸漬ノズルのフランジの一方の側面を圧接する請求項２または３に記載のスラブ連続鋳造用装置。
5. 前記固定機構の付勢力が、３００〜５０００Ｎである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスラブ連続鋳造用装置。
6. 前記固定部材の浸漬ノズルとの当接面に、浸漬ノズルの移動方向の両端に、前記移動方向と直角方向に飛び出た突起を設け、さらに、当該突起は、移動方向上流側および下流側にテーパーが設けられている請求項４に記載のスラブ連続鋳造用装置。

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