JP6398512B2 - 溶融金属用取鍋 - Google Patents

Description

本発明は、転炉やトーピードカーからの溶銑や溶鋼を受ける溶融金属用取鍋に関するものである。

製鉄工場において、転炉やトーピードカーからの溶銑、溶鋼を受ける溶融金属用取鍋としては、鍋容積が１００トン以上の大型の取鍋が用いられている。この溶融金属用取鍋は、鉄皮の内面が耐火物で内張りされ、幅方向の両側にトラニオン軸を備えた構造を持つ。このような溶融金属用取鍋は、天井走行レードルクレーンによって吊り上げられ、トラニオン軸を中心として傾動できるようになっている。

溶融金属用取鍋は１１００℃を超える高温の溶融金属を注入したり排出したりするため、鉄皮に大きな熱応力が繰り返して加わり、熱変形するおそれがある。そこで水平断面を円形として、熱応力に対する強度を高めた溶融金属用取鍋が古くから用いられてきた。また特許文献１や非特許文献１等に示されるように、水平断面を楕円形としたものも用いられている。

このような従来の水平断面が円形や楕円形の溶融金属用取鍋は、熱応力に対する強度の点では十分である。しかしその反面、長軸と短軸を２辺とする矩形に較べて、断面積が小さく、断面円形の場合の断面積は外径寸法が同一の正方形の断面積の７８％程度となり、従って鍋容積もそれに見合って小さくなっている。

そこで鍋容積を拡大したい場合には、先ず溶融金属用取鍋の外径寸法（幅、長さ、高さ）の拡大が考えられる。しかし高さの変更は、溶融金属用取鍋が転炉と干渉するおそれが生ずるため、工場の地面を掘り下げたり、溶融金属用取鍋を吊り上げるレードルクレーンのフックの改造を行ったりしなければならず、大幅なコストを要する。

また、幅（トラニオン軸方向の寸法）を拡大すると、レードルクレーンのハンガースパンの拡大や、鍋受け台車の拡幅が必要となるため、やはり大幅なコストを要する。このため鍋容積を拡大したい場合には、幅を一定としたまま長さを拡大した楕円形状とせざるを得なかったのであるが、水平断面形状を長楕円形とするに従って熱変形を生じ易くなるため、長さの拡大には限界があった。

理論的には、水平断面を正方形とすれば、外径寸法を拡大することなく最大の鍋容積が得られることとなる。しかし四角形とするとコーナー部分に非常に大きい応力が作用するので、外部補強リング（トラニオンリング）を巨大化しなければならないうえ、内張りする耐火物のコーナー部にも無理が生じ易くなり、実用性に乏しい。

特開２０００−２５６７２８号公報

IRON AND STEEL ENGNEER, MARCH, 1952 LS‐4

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、幅、長さ、高さ等の外径寸法を拡大することなく、鍋容積を拡大することができる実用性に優れた溶融金属用取鍋を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の溶融金属用取鍋は、製鉄工場において転炉やトーピードカーからの銑鉄、溶銑を受ける鍋容積が２５０〜５００トンの溶融金属用取鍋であって、耐火物で内張りされ、両側にトラニオン軸を備え、その水平断面が、トラニオン軸を結ぶ軸線上に中心を持ち、曲率半径がＲ２であり、かつ前記中心が、前記トラニオン軸を結ぶ軸線に直交する中心軸線を線対称軸線として長辺側円弧の反対側に存在する長編側円弧と、前記軸線に直交する中心軸線上に中心を持ち、曲率半径がＲ３であり、かつ前記中心が、前記中心軸線に直交するトラニオン軸を結ぶ軸線を線対称軸線として短辺側円弧の反対側に存在する短辺側円弧と、これらの両円弧を結び、中心が前記長辺側円弧の中心と前記短辺側円弧の中心が存在しないトラニオン軸を結ぶ軸線とトラニオン軸を結ぶ軸線に直交する中心軸線で囲まれた範囲に存在し、曲率半径が１１５０ｍｍ以上のＲ１の角部円弧とから構成された非円形形状であり、かつ、Ｒ１＜Ｒ２、Ｒ１＜Ｒ３、Ｒ２≦Ｒ３であることを特徴とするものである。

なお請求項２に記載したように、長さがＡで曲率半径Ｒ２が４１７０ｍｍ〜無限大の前記長辺側円弧と、長さがＢでその曲率半径Ｒ３が４１７０ｍｍ〜無限大の前記短辺側円弧との間を、曲率半径がＲ１の角部円弧により接続した非円形形状であり、かつ、Ａ≦４Ｒ１、Ｂ≦４Ｒ１である形状とすることも可能である。

本発明の溶融金属用取鍋は、従来の水平断面が楕円形のものに比較して水平断面が四角形に近付いており、幅、長さ、高さ等の外径寸法を拡大することなく、鍋容積を拡大することができる。しかも各部分が円弧により構成されているために熱応力による変形が生じにくく、耐火物の内張りにも無理がない。よって鍋容積を拡大した実用性に優れた溶融金属用取鍋とすることができる。

本発明の第１の実施形態を示す水平断面図である。 本発明の第１の実施形態を示す縦断面図である。 現在使用されている溶融金属用取鍋である。 本発明の第２の実施形態を示す水平断平面図である。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図１、図２は、本発明の第１の実施形態の溶融金属用取鍋を示す断面図である。この溶融金属用取鍋は従来と同様に、鉄皮１の内側に耐火物２を内張りし、幅方向の両側にトラニオン軸３，３を備えた構造である。しかし図１に示されるように、本発明の溶融金属用取鍋は、その水平断面が基本的に３種類の円弧Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３を組み合わせた非円形形状となっている。なお、本明細書において「水平断面」は液面付近の水平断面を意味するものであり、上端面形状とほぼ同一である。

円弧Ｒ２は曲率半径がＲ２の長辺側円弧である。図１に示すように、その中心Ｏ２は、両側のトラニオン軸３、３を結ぶ軸線４上にあり、かつ中心Ｏ２は、トラニオン軸３、３を結ぶ軸線４に直交する中心軸線５を線対称軸線として、長辺側円弧の反対側に存在する。なお左右対称形状であるため、円弧Ｒ２は左右両側にある。円弧Ｒ３は曲率半径がＲ３の短辺側円弧であり、その中心Ｏ３は前記軸線４に直交する中心軸線５上にある。かつ中心Ｏ３は、中心軸線５に直交するトラニオン軸を結ぶ軸線４を線対称軸線として、短辺側円弧の反対側に存在する。軸線４の上下に対称形状であるため、円弧Ｒ３は上下両側にある。円弧Ｒ１は曲率半径がＲ１の角部円弧であり、上記したＲ２、Ｒ３の両円弧間を滑らかに結ぶものである。その中心は長辺側円弧の中心Ｏ２と短辺側円弧の中心Ｏ３が存在しないトラニオン軸を結ぶ軸線４とトラニオン軸を結ぶ軸線４に直交する中心軸線５で囲まれた範囲に存在し、曲率半径は１１５０ｍｍ以上である。円弧Ｒ１は４か所にある。なお前記したように鉄皮１には耐火物２が内張りされており、上記した曲率半径は何れも耐火物２の外面形状、すなわち鉄皮１の内面形状を表現している。このように本発明の溶融金属用取鍋は、その水平断面が基本的に３種類の円弧Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３により構成されているが、円弧Ｒ１による接続部付近に第４の円弧部分が存在しても差し支えない。

これらの円弧は、Ｒ１＜Ｒ２、Ｒ１＜Ｒ３、Ｒ２≦Ｒ３の関係を持つものとする。これらの関係を成立させることにより、本発明の溶融金属用取鍋は円や楕円よりも角張った形状となり、外径寸法を同一としたままで断面積を増加させることができ、従って鍋容積も拡大される。

またこの形状は全周が円弧Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３により構成されているため、熱応力による変形が生じ難い。本発明者はこの形状の溶融金属用取鍋について応力解析を行なったが、従来の溶融金属用取鍋に比較して荷重による応力及び熱応力とも、顕著な増加は見られなかった。また内張りされる耐火物２はブロック状のレンガを積み上げた構造であるが、鉄皮１の内面が円弧形状であるためにアーチ構造となり、周方向の応力が掛かり脱落しにくい利点がある。

以下に具体例を挙げて説明すると、図３は現在使用されている溶融金属用取鍋であり、上下の２つの円弧と、その間を結ぶ直線とから構成された形状である。その幅は４８６８ｍｍ、長さは５２６６ｍｍ、高さは４６７６ｍｍであって、その鍋容積は２７０トンである。なおこれらのサイズは全て外径最大寸法（ただしトラニオン軸を除く）である。

これに対して図１に示した第１の実施形態の溶融金属用取鍋は、Ｒ２＝４１７０ｍｍ、Ｒ３＝４１７０ｍｍ、Ｒ１＝１１５０ｍｍであり、その幅は４８６８ｍｍ、長さは５２６６ｍｍ、高さは４６７６ｍｍであって、外径寸法は図３に示したものと完全に同一である。しかしその鍋容積は２９０トンであり、従来よりも２０トン（７．４％）増加させることができた。なお、Ｒ２＝４１７０ｍｍ、Ｒ３＝４１７０ｍｍとしたままでＲ１を１６７０ｍｍと大きくした場合には、鍋容積が２８６トンとなり、従来よりも１６トン（５.９％）増加させることができた。いずれも応力解析の結果、応力上の問題はないことが確認されている。変形については従来よりも０.０５％程度の増大が認められたが、この程度の変形であれば図２に示すトラニオンリング８の形状変更により十分対応可能であることが確認されている。

図４は本発明の第２の実施形態の溶融金属用取鍋を示す断面図である。この溶融金属用取鍋は請求項２に記載のもので、Ｒ２とＲ３を４１７０ｍｍ〜無限大とした長さＡの直線状の長辺６と、長さＢの直線状の短辺７としたものである。これらの長辺６と短辺７の間は曲率半径がＲ１の角部円弧により接続され、非円形形状となっている。このように直線状の長辺６と短辺７を組み込んだ場合、Ａ≦４Ｒ１、Ｂ≦４Ｒ１とする。Ａ，Ｂが４Ｒ１を超えると、全体形状が長方形に近くなり、コーナー部の応力が過大となるので好ましくない。

具体例を挙げると、長辺６の長さＡを２８８０ｍｍ、短辺７の長さＢを３３００ｍｍ、Ｒ１＝を７９０ｍｍとした場合、その鍋容積は３３０トンとなり、従来よりも６０トン増加させることができた。尚、使用したレードルクレーンの吊り下げ能力は最大５００トンであった。

以上に説明したように、本発明によれば、溶融金属用取鍋の幅、長さ、高さ等の外径寸法を拡大することなく、鍋容積を拡大することができる。この拡大後の鍋自体質量と鍋容積（鍋内溶鋼質量）の合計質量がレードルクレーンの吊上げ最大質量未満であれば、クレーン能力・構造、天井走行クレーンランウェイ補強、建屋自体の構造補強等の大幅な設備改造は不要である。しかも本発明の溶融金属用取鍋は水平断面を構成する各部分が円弧により構成されているために発生する熱応力が小さく、従って熱応力による変形も生じにくく、耐火物の内張りにも無理がない等の利点がある。

なお、上記した実施形態では鍋容積が２７０トンの現状品をベースとして改造する場合について説明したが、溶融金属用取鍋の鍋容積はこれに限定されないことはいうまでもない。すなわち、溶融金属用取鍋の鍋容積は２５０〜３００トンのものが通常であるが、最大級のものでは５００トンに達する。またビレット等の小断面の鋳片を製造する鉄鋼工場では、鍋容積が６０〜９０トン程度のものが用いられている。本発明は鍋容積の大小にかかわらず適用することができる。

１ 鉄皮
２ 耐火物
３ トラニオン軸
４ 軸線
５ 軸線と直交する中心軸線
６ 長辺
７ 短辺
８ トラニオンリング

Claims (2)

1. 製鉄工場において転炉やトーピードカーからの銑鉄、溶銑を受ける鍋容積が２５０〜５００トンの溶融金属用取鍋であって、耐火物で内張りされ、両側にトラニオン軸を備え、その水平断面が、トラニオン軸を結ぶ軸線上に中心を持ち、曲率半径がＲ２であり、かつ前記中心が、前記トラニオン軸を結ぶ軸線に直交する中心軸線を線対称軸線として長辺側円弧の反対側に存在する長編側円弧と、前記軸線に直交する中心軸線上に中心を持ち、曲率半径がＲ３であり、かつ前記中心が、前記中心軸線に直交するトラニオン軸を結ぶ軸線を線対称軸線として短辺側円弧の反対側に存在する短辺側円弧と、これらの両円弧を結び、中心が前記長辺側円弧の中心と前記短辺側円弧の中心が存在しないトラニオン軸を結ぶ軸線とトラニオン軸を結ぶ軸線に直交する中心軸線で囲まれた範囲に存在し、曲率半径が１１５０ｍｍ以上のＲ１の角部円弧とから構成された非円形形状であり、
   かつ、Ｒ１＜Ｒ２、Ｒ１＜Ｒ３、Ｒ２≦Ｒ３であることを特徴とする溶融金属用取鍋。
2. 長さがＡで曲率半径Ｒ２が４１７０ｍｍ〜無限大の前記長辺側円弧と、長さがＢでその曲率半径Ｒ３が４１７０ｍｍ〜無限大の前記短辺側円弧との間を、曲率半径がＲ１の角部円弧により接続した非円形形状であり、
   かつ、Ａ≦４Ｒ１、Ｂ≦４Ｒ１であることを特徴とする請求項１記載の溶融金属用取鍋。

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