JP6394549B2 - 溶融金属収納容器注出口の予熱装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば製鋼における取鍋（タンディッシュとも称する）のような溶融金属収納容器の底部に設けられている溶融金属注出口の予熱装置に係り、特に容器内から落下する滓による詰まりを防止して、低コストで溶融金属収納容器の底部に設けられた溶融金属注出口の開口率を向上させることが可能な、溶融金属収納容器注出口の予熱装置に関する。

溶融金属を所定量処理する工程では、溶融金属を収納容器内で必要な時間保持した後、底部の注出口から溶融金属を注出し鋳造を実施する工程が行われている。

その際、この注出口には一般に詰め物として、詰め砂が使用されており、所定時間容器内に溶融金属を保持した後、開口時には水平方向に作動する摺動プレート（スライディングノズルとも称する）を移動させて詰め砂を注出口から溶融金属と共に落下排出して、溶融金属を容器から注出している（これを「自然開口」という）。この詰め砂としては、珪砂が一般的に使用されているが、詰め砂の種類、溶融金属温度、溶融金属の保持時間、および溶融金属容器の予熱時間等の諸条件により、詰め砂が焼結したり溶融金属表面上に浮上して、また、詰め砂に溶融金属が浸透したりして、その効果を充分に発揮できず、開口しないことがある。この場合は、酸素ランスを注出口に挿入して酸素で詰め砂および凝固した金属を酸化溶融して、容器内の溶融金属を機械的に注出させている（これを「酸素洗浄」という）。

その際、従来から、自然開口率を高めることが課題となっており、その１つの方法として、詰め砂を改良するための種々の提案がなされている。特許文献１では、詰め砂の珪砂の純度、不純物のＡｌ₂Ｏ₃の含有率、サイズ構成を規定し、過焼結を防止しつつ、溶鋼などの溶融金属の詰め砂への浸透を防止して高い自然開口率を得ようとしている。

また、特許文献２では、詰め砂としてクロム鉱石と珪砂または珪石と黒鉛との混合物を用い、各混合物の配合比、サイズ構成を規定して、溶融温度の高いクロム鉱石の間隙に珪砂または珪石のガラス状の接着層を介在させ、溶融金属（例えば、溶鋼）の詰め砂への浸透を防止して高い自然開口率を得ようとしている。

また、溶融金属を注出する際の改善方法として、特許文献３などの方法が具体的に、開示されている。特許文献３の方法は、ノズル部分の溶融金属を、電気ヒータ等で加温しながら注出することで、高い自然開口率を得ようとしている。

その他、高圧気体を用いたエダクタ（イジェクタとも称する）により、溶融金属収納容器内を加熱するバーナの排ガスを誘引して、注出口を加熱することで、自然開口率を向上させる方法として、特許文献４が開示されている。

また、タンディッシュの外側にある流体吐出装置に流体連通するパイプをタンディッシュの内部を通して浸漬ノズルの入口端から内部に配設して、タンディッシュを予熱し、タンディッシュ内部にある高温の排ガスを浸漬ノズル内に取込んで浸漬ノズルの内面を予熱する方法が特許文献５に開示されている。

また、タンディッシュノズルの周囲を予熱ボックスで囲い、イジェクタ等による吸引装置で吸引することで、タンディッシュ本体の予熱排ガスをタンディッシュノズルの内側に吸引して予熱させることが、特許文献６に開示されている。

特開昭６２−２４４５７０号公報 特開平６−７１４２４号公報 特開２０００−２１０７６１号公報 実開昭６４−１０３５９号公報 特開２０１４−１３６２４７号公報 特開昭６１−２１９４５２号公報

しかし、更に高い自然開口率を得るには、従来より行われている詰め砂を用いる特許文献１や２の方法では、開口率は１００％となり得ない。そのため、不開口時には、酸素ランスによる酸素洗浄を行う必要が生じる。酸素洗浄時には、溶融金属の注出される側の容器内に流出するＦｅＯを含むスラグが生成し、酸素源となり、溶融金属を酸化し、品質の劣化、歩留りの低下に繋がっていた。従って、他の方法を併用する必要がある。

また、溶融金属を注出する際の改善方法として開示されている特許文献３の方法は、溶融金属をノズルで加温しながら注出できるという長所が有る一方、電気ヒータを耐火物内に埋め込んでいる為、耐久性の問題と、故障時のメンテナンスに時間とコストを要するという欠点を有する。

また、特許文献５の方法は、タンディッシュの内部にパイプを通す必要があるため、やはり耐久性の問題と、故障時のメンテナンスに時間とコストを要するという欠点を有する。

また、従来は、詰め砂で溶融金属注出口を閉塞させる前に実施する保熱対策については、ほとんど開示されていない。

その他、特許文献６の方法は、注出口部分を充分に耐熱性のある耐火物等を使えば、耐久性の問題は回避可能であるが、実使用において、溶融金属収納容器内には、溶融金属とともに酸化等で発生する滓（ノロ）が付着しており、一見、空であると見られる溶融金属収納容器を加熱中でも、滓（ノロ）が剥離落下し、注出口下部に詰まる頻度が高く、有効な効果を発揮しないことが極めて多い。

本発明は、前述のような課題を解決するため、鋭意検討の結果なされたもので、容器内から落下する滓による詰まりを防止して、低コストで溶融金属収納容器の底部に設けられた溶融金属注出口の開口率を向上させることを課題とする。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、その要旨は次の通りである。

前述の通り、図１に例示するような溶融金属収納容器（例えば取鍋１０）の底部には、ノズル孔２０が形成された上部注出ノズル２２、スライディングノズル２４、及び下部注出ノズル２６が配設されており、例えばスライディングノズル２４と下部注出ノズル２６をスライディングノズル駆動機構２８により水平方向に移動させて取鍋１０内の溶鋼８の注出開始、停止、及び注入量を調整する機構が設けられている。従来から、このノズル孔２０には、溶融金属（例えば溶鋼８）を受けてから注出開始するまでの間に、ノズル孔２０内で溶融金属（溶鋼８）が凝固し閉塞するのを防止するために、溶融金属（溶鋼８）を受ける前にノズル孔２０に粒状耐火物からなる充填材（いわゆる詰め砂）が充填されている。この詰め砂が冷えすぎると、溶鋼注出前に近傍の溶鋼が固まり、自然開口しにくくなるため、事前に十分な温度まで加熱保温しておく必要がある。この場合の加熱温度は、発明者の調査の結果、図２に示す如く、上部注出ノズル内壁面の温度が約３００℃以上の際に良好な自然開口がなされることが判明している。図２において、回転鍋の空鍋時間は１５０分未満、保熱鍋・冷鍋の空鍋時間は１５０分以上である。

従来は、例えば特許文献４〜６に記載されているように、図３にスライディングノズル（ＳＮ）２４を閉じた状態を示す如く、取鍋１０の蓋１２の中央に保熱用の上部バーナ３０を配設し、取鍋１０を加熱していた。又、特許文献４及び６に記載されているように、図４及び図５にスライディングノズル２４を開いた状態を示す如く、下部注出ノズル２６の下端に誘引パイプ４０及びイジェクタ４２を接続し、イジェクタ４２に加えた圧縮空気により取鍋１０内の燃焼排ガスを誘引することで、注出ノズル部分に高温排ガスの流れを作り出し、注出ノズル内壁面の温度上昇を図っていた。ここで、図３〜図５においては、簡略化のため、スライディングノズル２４と下部注出ノズル２６を一体化して示している。

しかしながら、図６に示す如く、取鍋１０の内壁から剥離して落下してくる滓５０により、ノズル孔２０が詰まってしまい、例えイジェクタ４２を使用していても、注出口部分に高温排ガスの流れができず、後出図１１に示す「比較例：炉内輻射のみ」の状態となり、注出ノズル内壁面の温度上昇が、１０時間加熱しても約１５０℃程度と不十分であった。

そこで、本発明では、図４に示した蓋１２中央の上部バーナ３０に加え、溶融金属注出ノズルの下端に誘引パイプ４０及びイジェクタ４２を設置し、取鍋内燃焼排ガスを誘引することで、注出ノズル部分に高温排ガスの流れを作り出し、注出ノズル内壁面の温度上昇を図るだけでなく、取鍋１０内に付着した滓５０が誘引パイプ４０を閉塞しないような構造をとったものである。

即ち、本発明は、溶融金属収納容器上部に配設されたガスバーナと、前記溶融金属収納容器の溶融金属注出口の下方に接続された下部注出ノズルの底面にある接続口に接続された、イジェクタを付加した誘引パイプを具備し、前記ガスバーナによる加熱に伴い発生する高温排ガスを前記誘引パイプから誘引することにより、前記溶融金属注出口の内壁を予熱するようにされた溶融金属収納容器注出口の予熱装置であって、前記溶融金属収納容器内から落下する滓による前記誘引パイプの閉塞を防止する構造を有し、該溶融金属収納容器内から落下する滓による前記誘引パイプの閉塞を防止する構造を、前記誘引パイプの接続口の直上部に笠付きパイプを接合し、笠の側方により吸引するための流路を確保しつつ、上部から落下する滓を前記笠付きパイプの外側に溜めるものとすることにより、前記課題を解決するものである。

ここで、前記笠付きパイプの内径を、前記誘引パイプの接続口の口径と同等とすることができる。

本発明は、又、溶融金属収納容器上部に配設されたガスバーナと、前記溶融金属収納容器の溶融金属注出口の下方に接続された下部注出ノズルの側面にある接続口に接続された、イジェクタを付加した誘引パイプを具備し、前記ガスバーナによる加熱に伴い発生する高温排ガスを前記誘引パイプから誘引することにより、前記溶融金属注出口の内壁を予熱するようにされた溶融金属収納容器注出口の予熱装置であって、前記溶融金属収納容器内から落下する滓による前記誘引パイプの閉塞を防止する構造を有し、該溶融金属収納容器内から落下する滓による前記誘引パイプの閉塞を防止する構造を、前記下部注出ノズルを内側円筒の下端が底部と接合された２重円筒構造とし、前記内側円筒の外側により吸引するための流路を確保しつつ、上部から落下する滓を前記内側円筒の内側に溜めるものとすることにより、同様に前記課題を解決するものである。

ここで、前記内側円筒の内径を、前記下部注出ノズルの上部入口径と同等とすることができる。

本発明の予熱装置によれば、溶融金属収納容器内から落下する滓による詰まりを防止して、低コストで溶融金属収納容器の底部に設けられた溶融金属注出口の開口率を向上させることが可能となる。

取鍋下部に配設される溶融金属注出口の構成例を示す断面図 上部注出ノズル内壁面温度と自然開口の関係について示す図 従来の取鍋保熱装置の概要を示す断面図 本発明の取鍋予熱装置の概要を示す断面図 図４のＶ部拡大断面図 従来の取鍋予熱装置の下部注出ノズル形状の詳細を示す断面図 本発明の取鍋予熱装置の第１実施形態の下部注出ノズル形状の詳細を示す断面図 同じく操業時の（Ａ）断面図及び（Ｂ）底面図 同じく誘引パイプセット時の断面図 本発明の取鍋予熱装置の第２実施形態の下部注出ノズル形状の詳細を示す断面図 本発明による下部注出ノズル予熱の効果を説明するための、ノズル内流速別の予熱時間とノズル内壁面温度の相関を示す図 同じくノズル内平均排ガス流速とノズル内壁面温度の相関を示す図

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、本発明は以下の実施形態及び実施例に記載した内容により限定されるものではない。又、以下に記載した実施形態及び実施例における構成要件には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものが含まれる。更に、以下に記載した実施形態及び実施例で開示した構成要素は適宜組み合わせてもよいし、適宜選択して用いてもよい。

本発明の第１実施形態は、図７に示す如く、誘引パイプ４０の接続口２７が下部注出ノズル２６の底面にある場合に、該誘引パイプ４０の接続口２７の直上部に、接続口２７の口径Ａと概略同径Ｂの笠付きパイプ６０を接合し、笠の側方により吸引するための流路を確保しつつ、上部から落下する滓５０を前記笠付きパイプ６０の外側に溜めるようにしたものである。

この実施形態は、特に下部注出ノズル２６の配設高さに制限がない場合に有効である。

前記誘引パイプ４０の設置に際してさらに言及すると、溶融金属注出ノズル下側に位置するスライディングノズル（弁）２４の下部は、図８（操業時の（Ａ）断面図及び（Ｂ）底面図）に例示する如く、通常、レンズ交換式一眼レフカメラのレンズマウントと同様なバヨネット型で耐火物を取り付ける構造になっているものが多く、ワンタッチで取付取外しが可能になっていることが多い。そのため、既存設備の改造においても、図９（誘引パイプセット時の断面図）に例示する如く、誘引パイプ取付部をバヨネット型の構造にし、必要な時に随時取付取外しができる簡便な方法とすることで、取替え時間および手間の軽減を図ることができる。ここで、下部注出ノズル２６は、図８に示す如く、上段部２６Ａと下段部２６Ｂの２段構造とし、図９に示す如く、下段部２６Ｂに代えて、バヨネットのオス部分６２を使って、例えばノズルレンガでなるバヨネットのメス部分６４に押し当てることができる。

なお、下部注出ノズル２６と地面の間の寸法Ｌが小さい場合には、図１０に示す第２実施形態のように、下部注出ノズル２６の側方に誘引パイプ４０の接続口２７を設け、下部注出ノズル２６を２重円筒構造とし、内側円筒７０の下端を下部注出ノズル２６の底部と接合し、且つ、内側円筒７０の内径Ｃを下部注出ノズル２６の上部入口径Ｄと同等とし、前記内側円筒７０の外側により吸引するための流路を確保しつつ、上部から落下する滓５０を、前記内側円筒７０の外側に溜めるようにすることができる。

本実施形態は、下部注出ノズル２６の高さ寸法に制約がある場合に有効である。なお、この場合には、スライディングノズル２４のみを矢印Ｅに示す如く、水平方向に移動可能とすることができる。

このようにして、滓詰まりを起こすことなく取鍋内燃焼排ガスを誘引することで、注出口部分に高温排ガスの流れを作り出し、注出ノズル内壁面の温度上昇を改善することができる。

本発明によれば、図１１（ノズル内流速別予熱時間−ノズル内壁面温度の相関）及び図１２（ノズル内平均排ガス流速−ノズル内壁面温度の相関）に下部注出ノズル２６予熱の効果を示す如く、１０時間加熱で約４００℃にできることが確認できた。

なお、前記実施形態においては、本発明が、製鋼における取鍋注出口に適用されていたが、本発明の適用対象はこれに限定されず、製鋼における取鍋以外の溶融金属収納容器、あるいは製鋼以外の分野における溶融金属収納容器注出口にも同様に適用できる。

注出口を開くための手段も、スライディングノズルに限定されず、誘引パイプから誘引する手段も、圧縮空気を利用したイジェクタに限定されない。

８…溶鋼
１０…取鍋
２０…ノズル孔
２２…上部注出ノズル
２４…スライディングノズル（ＳＮ）
２６…下部注出ノズル
２８…スライディングノズル駆動機構
３０…上部バーナ
４０…誘引パイプ
４２…イジェクタ
５０…滓
６０…笠付きパイプ
７０…内側円筒

Claims (4)

1. 溶融金属収納容器上部に配設されたガスバーナと、
   前記溶融金属収納容器の溶融金属注出口の下方に接続された下部注出ノズルの底面にある接続口に接続された、イジェクタを付加した誘引パイプを具備し、
   前記ガスバーナによる加熱に伴い発生する高温排ガスを前記誘引パイプから誘引することにより、前記溶融金属注出口の内壁を予熱するようにされた溶融金属収納容器注出口の予熱装置であって、
   前記溶融金属収納容器内から落下する滓による前記誘引パイプの閉塞を防止する構造を有し、
   該溶融金属収納容器内から落下する滓による前記誘引パイプの閉塞を防止する構造が、前記誘引パイプの接続口の直上部に笠付きパイプを接合し、笠の側方により吸引するための流路を確保しつつ、上部から落下する滓を前記笠付きパイプの外側に溜めるものであることを特徴とする、溶融金属収納容器注出口の予熱装置。
2. 前記笠付きパイプの内径が、前記誘引パイプの接続口の口径と同等であることを特徴とした、請求項１に記載の溶融金属収納容器注出口の予熱装置。
3. 溶融金属収納容器上部に配設されたガスバーナと、
   前記溶融金属収納容器の溶融金属注出口の下方に接続された下部注出ノズルの側面にある接続口に接続された、イジェクタを付加した誘引パイプを具備し、
   前記ガスバーナによる加熱に伴い発生する高温排ガスを前記誘引パイプから誘引することにより、前記溶融金属注出口の内壁を予熱するようにされた溶融金属収納容器注出口の予熱装置であって、
   前記溶融金属収納容器内から落下する滓による前記誘引パイプの閉塞を防止する構造を有し、
   該溶融金属収納容器内から落下する滓による前記誘引パイプの閉塞を防止する構造が、前記下部注出ノズルを内側円筒の下端が底部と接合された２重円筒構造とし、前記内側円筒の外側により吸引するための流路を確保しつつ、上部から落下する滓を前記内側円筒の内側に溜めるものであることを特徴とする、溶融金属収納容器注出口の予熱装置。
4. 前記内側円筒の内径が、前記下部注出ノズルの上部入口径と同等であることを特徴とした、請求項３に記載の溶融金属収納容器注出口の予熱装置。