JP6927420B2 - スライディングゲート - Google Patents

Description

本発明は、鋼等の溶融金属の連続鋳造における、レードルからタンディッシュあるいはタンディッシュからモールドへの溶融金属の注入過程において、溶融金属の流量を調整するスライディングゲートに関する。具体的には、スライディングゲートを利用して、溶融金属流を旋回させる方法に関する。
本願は、２０１８年４月１１日に、日本国に出願された特願２０１８−０７５９４７号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

鋼等の溶融金属の連続鋳造において、図１に示すように、レードル１４からタンディッシュ１５に溶融金属２１を注入し、さらにタンディッシュ１５から鋳型１６に溶融金属２１を注入する。それぞれの溶融金属２１の注入過程において、溶融金属２１の流量を調整するために、スライディングゲート１が用いられる。スライディングゲート１は、通常、２枚又は３枚のプレート２からなり、それぞれのプレート２には溶融金属２１が通過する流路孔６が設けられる。図１０、図１１は、スライディングゲート１が３枚のプレートからなる場合を示している。接触するプレート相互間で摺動が可能であり、３枚のプレートのうちの１枚は、摺動面３０に沿って移動可能に設けられ、スライド板４と呼ばれる。残り２枚のプレート２は、スライディングゲート１が取り付けられるレードル１４あるいはタンディッシュ１５に対して相対移動せず、固定板（上固定板３、下固定板５）と呼ばれる。スライド板４を摺動させることにより、隣接するプレート２（固定板）間の流路孔６の重なりである開口部の開口面積を調整し、これによって溶融金属２１の流量調整を行うとともに、スライディングゲート１の開閉を行うことができる。図１０は開口部が全開の場合、図１１は開口部が１／２開度の場合を示している。

レードル１４の底部に設けられたスライディングゲート１の下部には、ロングノズル１２等の注入管１１が設けられている。レードル１４のスライディングゲート１から流出した溶融金属２１は、タンディッシュ１５に注入する際に、注入管１１内部の流路を経由してタンディッシュ１５内に導かれる。また、タンディッシュ１５の底部に設けられたスライディングゲート１の下部には、浸漬ノズル１３等の注入管１１が設けられている。タンディッシュ１５のスライディングゲート１から流出した溶融金属２１は、鋳型１６内に注入する際に、注入管１１内部の流路を経由して鋳型１６内に導かれる。

レードル１４の底部のスライディングゲート１から流出する溶融金属２１は、スライディングゲート１を通過する時点で既に下流側に向けた流速を有しており、注入管１１中を落下する過程でさらに溶融金属２１の流速が増大する。タンディッシュ１５内に注がれた溶融金属２１は、タンディッシュ１５の底部を高速度で通過する流れを形成し、溶融金属２１中に含まれる非金属介在物がタンディッシュ１５内で十分に浮上分離する機会を得ることができず、非金属介在物が溶融金属２１とともに直接、鋳型１６内に流入することとなり、鋳片の品質低下の原因となる。

注入管１１内において溶融金属２１の流れを旋回させると、流動する溶融金属２１の運動エネルギーの一部を旋回流速に分配し、下方に向かう溶融金属２１の流速を低減することができる。これにより、注入管１１からタンディッシュ１５内に吐出する下方に向けた流れの最大流速が低下し、吐出流によるタンディッシュ１５内の流動の乱れを抑制できることが知られている。例えば、特許文献１には、レードルからタンディッシュへの注入に用いられるロングノズル内に旋回付与機構を設ける方法が開示されている。

タンディッシュ１５の底部のスライディングゲート１を経由して浸漬ノズル１３等の注入管１１から鋳型１６内に溶融金属２１を注入する際に、浸漬ノズル１３の内部の流路に非金属介在物が付着することが知られている。特許文献２においては、浸漬ノズル内流路のノズル狭窄や閉塞を低減するために、タンディッシュから鋳型への注入過程にある中間ノズルの形状を工夫し、浸漬ノズル内に旋回流を付与する方法が開示されている。

また、特許文献３には、タンディッシュから鋳型への注入に用いられる浸漬ノズルの内部に旋回付与機構（羽根）を設ける方法が開示されている。さらに、特許文献４には、スライディングゲートの流路に切り欠きを設けて溶鋼を旋回させる方法が開示されている。

日本国特開２００６−３４６６８８号公報 日本国特開平０７−３０３９４９号公報 日本国特開２０００−２３７８５２号公報 日本国特許第３６１５４３７号公報

特許文献１や特許文献４の方法は、壁面近傍の流れに限定的に旋回を付与するもので、得られる旋回が弱いことや、溝や切り欠きが溶損して旋回付与効果が維持できないことが問題であった。
特許文献２の方法は、旋回を付与する機構の形状が複雑で製造が困難であることが問題であった。
特許文献３の方法は、浸漬ノズル内の旋回付与機構およびその周囲が非金属介在物によって閉塞しやすいことが問題であった。

本発明は、このような従来技術の問題点を解消し、溶融金属を注入する注入管内において十分な強さの旋回流を、注入管上部に配設されたスライディングゲートの構造を工夫することにより、コンパクトかつ平易な機構で、流路の閉塞リスクを増すことなく付与することができる、スライディングゲートの提供を目的とする。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、後述する各態様を採用する。なお、本発明では、レードルからタンディッシュへ溶鋼を注入するロングノズル等の注入管、タンディッシュから鋳型内へ溶融金属を注入する浸漬ノズル等の注入管を、総称して単に「注入管」と呼ぶ。

本発明者は、注入管内の流路を流下する溶融金属に旋回方向の流速を付与して下流方向への流速を低減するにあたり、従来技術の問題点を解消する方法について考察と実験を重ねた。その際、流路の閉塞を防止する観点から、流路を二分する羽根のような構造物を流路内に内挿することは避けた。そして、注入管と、その上部に配設されたスライディングゲートを含めた既存の流路を構成する部分の中で、流路を急激に絞り激しい流れを付与しているスライディングゲートに注目し、その形状を工夫することによって、注入管内の溶融金属流に旋回を与えることとした。

その第１の理由は、スライディングゲート内で絞られた小断面かつ高速の流れを対象とすることによって、旋回付与機構がコンパクトに構成できることである。その第２の理由は、注入管の流路内において下降流に周方向流速を付与しようとすると、注入管内の流動が乱れ、注入管耐火物の損傷や非金属介在物の付着を促進する懸念がある。これに対し、元々激しい流れを生じているスライディングゲート内では新たに乱れが生じるリスクが少ないからである。また、スライディングゲートの複数枚のプレートに穿つ異なる方向の斜孔を組み合わせることにより、１個の部材では形成することが難しい複雑な流路構造を実現できるのである。

本発明は、かかる観点から考案されたものであり、スライディングゲートのプレートに穿つ流路孔の形状を工夫して旋回流を得るものである。本発明においては、流路閉塞や流路壁溶損を引き起こさないよう、個々の流路の断面形状を複雑にしないことに留意した。

即ち、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）本発明の一態様は、溶融金属が通過する流路孔が形成された複数枚のプレートを有し、前記複数枚のプレートのうちの少なくとも１枚のプレートが摺動可能なスライド板であり、前記溶融金属の流量調整に用いられるスライディングゲートであって、
前記複数枚のプレートのそれぞれにおける前記流路孔は、前記プレートの表面のうち、通過する前記溶融金属の上流側に位置する上流側表面に上流側表面開孔を形成し、下流側に位置する下流側表面に下流側表面開孔を形成し、前記上流側表面開孔の図形の重心から前記下流側表面開孔の図形の重心に向く方向を流路軸線方向としたとき、
前記複数枚のプレートの摺動面に垂直な下流方向である摺動面垂直下流方向と前記流路軸線方向との間の流路軸線傾斜角度αが５°以上７５°以下であり、
前記流路軸線方向を前記摺動面に投影した方向を摺動面流路軸線方向と呼び、前記スライディングゲートを閉とする際の前記スライド板の摺動方向を摺動閉方向と呼び、前記摺動閉方向に対し、前記摺動面流路軸線方向が、前記摺動面垂直下流方向に見て時計回りになす角度を±１８０度の範囲内である流路軸線回転角度θと呼び、前記流路軸線回転角度θが、互いに隣接する前記複数枚のプレート間で異なっており、前記複数枚のプレートの枚数を、１以上の整数Ｎを用いて合計でＮ枚とし、最も上流側にある前記プレートから数えてＮ枚目の前記プレートにかけて、前記複数枚のプレートの前記流路軸線回転角度θを順にθ₁、θ₂、・・・θ_Nとし、角度Δθ_ｎ＝θ_N−θ_N+1（ｎは１以上の整数でプレート枚数−１まで）としたとき、前記角度Δθ_ｎがいずれも１０°以上かつ１７０°未満、又は、前記角度Δθ_ｎがいずれも−１７０°超かつ−１０°以下である。
（２）上記（１）に記載のスライディングゲートにおいて、前記複数枚のプレートの合計枚数が２枚もしくは３枚であり、前記スライド板の枚数が１枚であってもよい。

本発明の上記態様によれば、溶融金属の流量調整に用いられるスライディングゲートにおいて、それぞれのプレートにおける流路孔の流路軸線方向と摺動面垂直下流方向との間の流路軸線傾斜角度αが５°以上７５°以下であり、流路軸線方向を摺動面に投影した摺動面流路軸線方向が、プレート相互間で相違し、下流に行くに従って時計回り方向あるいは反時計回り方向に変化する。この構成によれば、スライディングゲートの流路孔内で溶融金属が旋回流を形成する。そして、スライディングゲートの下流側の注入管内においても、溶融金属が旋回流を形成するため、従来のスライディングゲートと比較し、下流方向に向かう最大流速を抑制することが可能となる。

連続鋳造装置のレードル、タンディッシュ、鋳型とスライディングゲートの関係の一例を示す概念縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）は上固定板、（Ｂ）はスライド板、（Ｃ）は下固定板、のそれぞれ平面図である。（Ｄ）はスライディングゲートと注入管を組み合わせた正面図である。（Ｅ）は（Ｄ）のＥ−Ｅ矢視図であり、（Ｆ）は（Ａ）のＦ−Ｆ矢視断面図である。 同スライディングゲートを示す図であり、（Ａ）は（Ｄ）のＡ−Ａ矢視図、（Ｂ）は（Ｄ）のＢ−Ｂ矢視図、（Ｃ）は（Ｄ）のＣ−Ｃ矢視図、（Ｄ）はスライディングゲートと注入管を組み合わせた正面図、（Ｅ）は（Ｄ）のＥ−Ｅ矢視図である。 同スライディングゲート内における溶融金属の流れを示す図であり、（Ａ）は（Ｄ）のＡ−Ａ矢視図、（Ｂ）は（Ｄ）のＢ−Ｂ矢視図、（Ｃ）は（Ｄ）のＣ−Ｃ矢視図、（Ｄ）はスライディングゲートと注入管を組み合わせた正面図、（Ｅ）は（Ｄ）のＥ−Ｅ矢視図である。 上記実施形態に係るスライディングゲートの変形例を示す図であり、（Ａ）は上固定板、（Ｂ）はスライド板、（Ｃ）はスライディングゲートと注入管を組み合わせた正面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ矢視図、（Ｅ）は（Ａ）のＥ−Ｅ矢視断面図である。 上記実施形態に係るスライディングゲートの他の変形例を示す図であり、（Ａ）は（Ｃ）のＡ−Ａ矢視図、（Ｂ）は（Ｃ）のＢ−Ｂ矢視図、（Ｃ）はスライディングゲートと注入管を組み合わせた正面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ矢視図である。 上記実施形態に係るスライディングゲートのさらに他の変形例を示す図であって、同スライディングゲートに備わる上固定板の一例を示し、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は側面図、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ矢視断面図である。 比較例のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）は上固定板、（Ｂ）はスライド板、（Ｃ）はスライディングゲートと注入管を組み合わせた正面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ矢視図、（Ｅ）は（Ａ）のＥ−Ｅ矢視断面図である。 比較例のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）はＡ−Ａ矢視図、（Ｂ）はＢ−Ｂ矢視図、（Ｃ）はスライディングゲートと注入管を組み合わせた正面図、（Ｄ）は（Ｃ）のＤ−Ｄ矢視図である。 従来のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）は上固定板、（Ｂ）はスライド板、（Ｃ）は下固定板、のそれぞれ平面図である。（Ｄ）はスライディングゲートと注入管を組み合わせた正面図である。（Ｅ）は（Ｄ）のＥ−Ｅ矢視図、（Ｆ）は（Ａ）のＦ−Ｆ矢視断面図である。 従来のスライディングゲートを示す図であり、（Ａ）は（Ｄ）のＡ−Ａ矢視図、（Ｂ）は（Ｄ）のＢ−Ｂ矢視図、（Ｃ）は（Ｄ）のＣ−Ｃ矢視図、（Ｄ）はスライディングゲートと注入管を組み合わせた正面図、（Ｅ）は（Ｄ）のＥ−Ｅ矢視図である。

図１〜図１１に基づいて本発明の実施形態及びその変形例について説明する。なお、以下の説明において、従来技術と本実施形態及びその変形例との対応関係を明確に説明するために、同一の参照符号を用いている。しかし、参照番号が同一であっても、図１０及び図１１に関する説明は従来技術を示し、図１〜図９に関する説明は本発明の実施形態及びその変形例を示す。
鋼等の溶融金属の連続鋳造におけるレードル１４からタンディッシュ１５、あるいはタンディッシュ１５から鋳型１６への溶融金属２１の注入過程において、溶融金属２１の流量を調整する目的でスライディングゲート１が用いられる。２枚もしくは３枚のプレート２を重ねて構成されたスライディングゲート１において、各プレート２には流路孔６がそれぞれ設けられている。スライディングゲート１を構成する複数枚のプレートのうちのスライド板４を摺動させ、各プレート２の流路孔６間の重なりによってスライディングゲート１が「開」となっているとき、流路孔６の上流側から下流側に向けて溶融金属２１が流通する。プレート２の摺動面３０に垂直で下流方向に向かう方向（以下、摺動面垂直下流方向３２と称する）は、通常は、上から下に向かって鉛直下方に向いている。一方、水平連続鋳造の場合には、摺動面垂直下流方向３２は水平方向を向いている。以下では、基本的に、摺動面３０が水平であり、摺動面垂直下流方向３２が鉛直下方である場合を例にとって説明することとする。

プレート２の流路孔６は、従来構成の場合、図１０、図１１に示したように、通常はその内周形状が円筒形であり、円筒の軸線方向は摺動面垂直下流方向３２に平行に構成されている。これに対し、本実施形態では、図２〜図９に示すように、流路孔６の中心軸線の向く方向を、摺動面垂直下流方向３２からある角度を持った斜孔としている。さらに、本実施形態では、摺動面３０に投影した斜孔の方向を２枚ないしは３枚のプレート間で互いに異なった方向にしたものを適宜組み合わせている。この構成によって、スライディングゲート１及びその下流側の注入管１１内部の溶融金属流について、下流側に向かう流れのみでなく、周方向流速を付加して旋回流を形成する。

流路孔６の断面形状として、通常は軸線方向に垂直な断面が真円の円筒形状が用いられる。本実施形態のスライディングゲート１において、プレート２に形成される流路孔６は、円筒形状のみに限られるものではなく、また流路孔６の軸線方向についても、プレート２内において変化するものであってもかまわない。そこでまず、プレート２に形成された流路孔６の軸線を定義することとする。

まず先に、図１０によって、従来のスライディングゲート１の流路孔６について説明する。図１０のスライディングゲート１は、３枚のプレート２を有し、上流側から上固定板３、スライド板４、下固定板５からなる。各プレート２には、断面が真円の円筒形状であって、円筒の軸線方向が摺動面３０に対し垂直下流方向（以下、摺動面垂直下流方向３２と称する）に向いた流路孔６が形成されている。各プレート２の上流側表面を上流面７ｕ、下流側表面を下流面７ｄと呼ぶ。上流面７ｕにおいて流路孔６の内周面が形成する図形（上流側表面開孔）を上流開孔８ｕと呼ぶ。また、下流面７ｄにおいて流路孔６の内周面が形成する図形（下流側表面開孔）を下流開孔８ｄと呼ぶ。図１０に示す例では流路孔６の円筒形状の軸線が摺動面３０に対して垂直であるため、図１０の（Ａ）〜（Ｃ）に示す平面視においては、上流開孔８ｕと下流開孔８ｄとが重なっている。上流開孔８ｕ、下流開孔８ｄの形状をそれぞれ図形として見なすと、これら図形の重心を定義することができる。それぞれ、上流側表面開孔図形重心を上流開孔重心９ｕ、下流側表面開孔図形重心を下流開孔重心９ｄと呼ぶこととする。図１０に示す例では、上流開孔８ｕ、下流開孔８ｄともに図形形状が真円であるため、上流開孔重心９ｕ、下流開孔重心９ｄは真円図形の中心と一致している。次に、上流開孔重心９ｕと下流開孔重心９ｄを通過し、下流側に向く方向を、流路軸線方向１０と定義する。図１０に示す例では、流路軸線方向１０が摺動面垂直下流方向３２と同じ方向となる。図１０の（Ｆ）おいて、一点鎖線で描写した線が流路軸線方向１０である。

次に、図２によって、本実施形態のスライディングゲート１の流路孔６について説明する。図２のスライディングゲート１は、３枚のプレート２を有し、上流側から上固定板３、スライド板４、下固定板５からなる。各プレート２には、軸線方向断面が真円の円筒形状であって、円筒の軸線方向が摺動面垂直下流方向３２から傾いた方向となる流路孔６が形成されている。図２の（Ａ）及び（Ｆ）により、上固定板３を例にとって説明する。図２の（Ｆ）は、図２の（Ａ）のＦ−Ｆ矢視断面図である。流路孔６がなす円筒形状の軸線方向が摺動面垂直下流方向３２に対して傾いているため、図２の（Ａ）の平面視において上流開孔８ｕと、下流開孔８ｄとが異なった位置に描かれている。軸線方向断面が真円で、軸線方向が摺動面垂直下流方向３２から傾いた円筒形状であるため、上流開孔８ｕと下流開孔８ｄとはそれぞれ僅かに真円から外れた長円を形成している。ただし、図面上は便宜上、真円として描画している。上流開孔８ｕと下流開孔８ｄそれぞれの図形の重心を上流開孔重心９ｕ、下流開孔重心９ｄとして定めることができる。さらに、上流開孔重心９ｕと下流開孔重心９ｄとを通過して下流側に向くように、流路軸線方向１０を定めることができる。図２の（Ｆ）おいて、一点鎖線で描写した線が流路軸線方向１０である。図２に示す例では、流路軸線方向１０は、流路孔６を形成する、軸線方向断面が真円の円筒形状の軸線方向と一致している。ここにおいて、プレート２の摺動面３０に垂直な下流方向（摺動面垂直下流方向３２）と流路軸線方向１０とがなす角度を流路軸線傾斜角度αとおく。ここで、流路軸線方向を定めるのに円の中心ではなく開孔重心を用いているのは、開孔形状が真円でない場合にも普遍的に流路軸線方向を定義するためである。

図１０に示した従来技術の例では、上固定板３の下流開孔８ｄとスライド板４の上流開孔８ｕ、スライド板４の下流開孔８ｄと下固定板５の上流開孔８ｕが、それぞれ一致するように、スライド板４の摺動位置が定まっており、即ちスライディングゲート１は全開の状態である（図１０の（Ｄ）参照）。図１０に示すスライディングゲート１は、スライド板４を図の左方向に移動させることにより、スライディングゲート１の開度を全開状態から小さくすることができる。図１１は、図１０と同じスライディングゲート１について、開度を１／２とした状態を示している。スライド板４の位置をさらに図の左側に移動させることにより、スライディングゲート１を全閉とすることができる。
図２、図３に示す例でも同様である。図２は、スライディングゲート１が全開であり、上固定板３の下流開孔８ｄとスライド板４の上流開孔８ｕ、スライド板４の下流開孔８ｄと下固定板５の上流開孔８ｕが、それぞれ互いに一致するように、スライド板４の摺動位置が定まっている。図３は図２と同じスライディングゲート１について、スライディングゲート１の開度が１／２の状態を示している。スライディングゲート１を閉とするときにスライド板４を摺動する方向を、以下「摺動閉方向３３」と呼ぶ。

図２に示す本実施形態では、流路軸線方向１０が摺動面垂直下流方向３２に対して流路軸線傾斜角度αで傾いている。そのため、流路軸線方向１０を摺動面３０に投影した方向を摺動面流路軸線方向３１としたとき、摺動面流路軸線方向３１を定めることができる。図２の（Ａ）〜（Ｃ）、（Ｆ）のそれぞれにおいて、摺動面流路軸線方向３１を細線矢印で示している。なお、図２の（Ａ）〜（Ｃ）では、摺動面流路軸線方向３１が流路軸線方向１０と重なっている。また、図１０に示す例では、流路軸線方向１０が摺動面垂直下流方向３２を向いているため、図１０の（Ａ）〜（Ｃ）に示す平面視では、摺動面流路軸線方向３１が現れない。

次に、摺動面流路軸線方向３１と摺動閉方向３３との間の角度関係について定義する。摺動閉方向３３に対し、摺動面流路軸線方向３１が、摺動面垂直下流方向３２に見て時計回りになす角度を流路軸線回転角度θと呼ぶ。流路軸線回転角度θは、±１８０°の範囲内の角度として定義する。即ち、摺動面流路軸線方向３１が、摺動面垂直下流方向３２に見て時計回りに＋１８０°を超える角度（θ’）となったときには、「θ＝θ’−３６０°」として、角度θをマイナスの値として定める。角度θの下添え字として、最も上流側のプレート２のθをθ₁、その一つ下流側のプレート２のθをθ₂、さらに一つ下流側のプレート２のθをθ₃と順に番号を付ける。代表してθ_Nと表現するとき、Ｎは１以上の整数でスライディングゲート１のプレート枚数までの数値を意味する。図２に示す例では、上固定板３は角度θ₁＝−４５°、スライド板４は角度θ₂＝＋９０°、下固定板５は角度θ₃＝−１３５°となる。

さらに、スライディングゲート１において、相互に接する２枚のプレート２間の流路軸線回転角度θの関係について以下のように定義する。即ち、複数枚のプレート２の枚数を、１以上の整数Ｎを用いて合計でＮ枚とする。そして、最も上流側にあるプレート２から数えてＮ枚目の前記プレートにかけて、複数枚のプレート２の流路軸線回転角度θを順に、θ₁、θ₂、・・・θ_Nとする。そして、角度Δθ_n＝θ_N−θ_N+1（nは１以上の整数でプレート枚数−１まで）としてΔθ_nを定める。Δθ_nは、上記θ_Nと同様、±１８０度の範囲の角度として定義する。即ち、Δθ_nが＋１８０°を超える角度（Δθ_n’）となったときには、「Δθ_n＝Δθ_n’−３６０°」として、Δθ_nをマイナスの値として定める。また、Δθ_nが−１８０°未満の角度（Δθ_n’）となったときには、「Δθ_n＝Δθ_n’＋３６０°」として、Δθ_nをプラスの値として定める。これにより、Δθ_nは±１８０°の範囲内の数字となる。ここで、Δθ_nが０°超＋１８０°未満の場合には、上流から下流に向けて、流路軸線回転角度θ_Nが反時計回りに変化していることを示す。逆に、Δθ_nが−１８０°超０°未満の場合には、上流から下流に向けて、流路軸線回転角度θ_Nが時計回りに変化していることを示す。図２に示す例では、Δθ₁＝θ₁−θ₂＝−１３５°、Δθ₂’＝θ₂−θ₃＝２２５°であるからΔθ₂＝Δθ₂’−３６０°＝−１３５°となる。Δθ₁、Δθ₂いずれも−１８０〜０°の範囲内にあるので、流路軸線回転角度θが時計回りに変化していることを示す。

以上のような準備のもと、本実施形態のスライディングゲート１が具備すべき条件とその理由について説明する。

従来のスライディングゲート１においては、図１０、図１１に示したように、流路軸線方向１０が摺動面３０に垂直であり、即ち流路軸線傾斜角度αが０°であり、傾きを有していなかった。それに対して本実施形態は、流路軸線方向１０が摺動面垂直下流方向３２に対して傾いており、流路軸線傾斜角度αが０°ではないことを第１の特徴とする。流路軸線が摺動面垂直下流方向３２に対して傾いていることから、プレート内を流れる溶融金属は、摺動面垂直下流方向３２の速度成分のみならず、摺動面垂直下流方向３２に対して直角の速度成分（通常の連続鋳造であれば水平方向の速度成分）を有することとなる。本実施形態においては、流路軸線傾斜角度αが５°以上７５°以下である。角度αを５°以上とすることにより、溶融金属２１は十分な水平方向の速度成分を持つこととなり、下記に示すように注入管１１内における旋回流の形成を可能とする。角度αは、好ましくは１０°以上、より好ましくは１５°以上である。一方、角度αが大きすぎると流路孔６を形成する耐火物の強度確保や損耗抑制の観点から好ましくないので、角度αを７５°以下とする。角度αは、好ましくは６５°以下、より好ましくは５５°以下である。

連続鋳造中のスライディングゲート１の開口状況について、タンディッシュ１５内の湯面レベルが一定で、一定鋳造速度で鋳造を行っている定常状態においては、レードル１４の底部のスライディングゲート１、タンディッシュ１５の底部のスライディングゲート１のいずれも、スライディングゲート１の開口を全開（図１０参照）とするのではなく、開度を絞った状態（図１１参照）で鋳造が行えるよう、スライディングゲート１の開度選択が行われている。図１１はスライディングゲート１の開度が１／２である。この場合、スライディングゲート１の開口面積は、真円である流路孔６の開口面積の０．３１倍と計算される。定常の連続鋳造中において、このように絞られた小面積が開口面積となる結果、スライディングゲート１のスライド板４よりも下流側については、流路内を最大流速が大きな流れが流れていく状況となる。

図３は、図２に示す形状の本実施形態のスライディングゲート１（開度全開）の開度を変更し、開度を１／２としたときのスライディングゲート１を示している。図３の（Ａ）は（Ｄ）のＡ−Ａ矢視図であり、上固定板３の下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれており、スライド板４については上流開孔８ｕ（４）のみが同じく一部実線、一部破線で描かれている。図３の（Ｂ）は（Ｄ）のＢ−Ｂ矢視図であり、スライド板４の上流開孔８ｕが全部実線、下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれており、下固定板５の上流開孔８ｕが同じく一部実線、一部破線で、下流開孔８ｄが全部破線で描かれている。図３の（Ｃ）は（Ｄ）のＣ−Ｃ矢視図であり、下固定板５の上流開孔８ｕが全部実線、下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれている。
図３に示すように開度を１／２としたときの、スライディングゲート１の流路孔６内及び注入管１１内の溶融金属２１の流れについて、図４に基づいて説明を行う。図４において、図４の（Ａ）は（Ｄ）のＡ−Ａ矢視図であり、上固定板３の下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれており、スライド板４については上流開孔８ｕのみが同じく一部実線、一部破線で描かれている。図４の（Ｂ）は（Ｄ）のＢ−Ｂ矢視図であり、上固定板３の下流開孔８ｄ（３）の位置が２点鎖線で示され、スライド板４の上流開孔８ｕが全部実線、下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれており、下固定板５の上流開孔８ｕが同じく一部実線、一部破線で、下流開孔８ｄが全部破線で描かれている。図４の（Ｃ）は（Ｄ）のＣ−Ｃ矢視図であり、スライド板４の下流開孔８ｄ（４）の位置が２点鎖線で示され、下固定板５の上流開孔８ｕが全部実線、下流開孔８ｄが一部実線、一部破線で描かれている。また、溶融金属の流線１８が、図４の（Ａ）〜（Ｃ）には太線矢印で、（Ｄ）及び（Ｅ）には太破線矢印で示されている。

図２、図３のスライディングゲート１については、前述のように、隣接する流路軸線回転角度θ_Nの差Δθ_nは、Δθ₁＝Δθ₂＝−１３５°であって、いずれもΔθ_nが−１８０°超０°未満であるから、上流から下流に向けて、流路軸線回転角度θ_Nが時計回りに変化していることを示す。上固定板３の流路孔６内を流れる溶融金属流は、図４の（Ａ）に示すように、上固定板３の流路軸線方向１０に沿って流れる。上固定板３とスライド板４の接触面では、上固定板３の下流開孔８ｄ（図４の（Ｂ）の２点鎖線）とスライド板４の上流開孔８ｕ（図４（Ｂ）の実線）との重なり部（開口部）の小断面内を下流側に流下する。スライド板４の流路孔６内においては、上固定板３の下流開孔８ｄ（図４の（Ｂ）の２点鎖線）とスライド板４の上流開孔８ｕ（図４の（Ｂ）の実線）との重なり部（開口部）の小断面から流出した溶融金属流は、図４（Ｂ）に流線１８を示すように、スライド板４の流路孔６の内側壁面（円筒面）に沿った旋回流を形成し、下流側の、スライド板４の下流開孔８ｄ（図４の（Ｃ）の２点鎖線）と下固定板５の上流開孔８ｕ（図４の（Ｃ）の実線）との重なり部（開口部）の小断面から、さらに下固定板５の流路孔６内に流出する。下固定板５の流路孔６内では、図４の（Ｃ）に流線１８を示すように、下固定板５の流路孔６の内側壁面（円筒面）に沿った旋回流を形成し、そのまま、下流側の注入管１１内に流出し、図４の（Ｄ），（Ｅ）に示すように、流路１７内で流線１８は旋回流を維持したまま、注入管１１内を下流側に移動していく。

図１１に示すような従来のスライディングゲート１を用いた場合、スライディングゲート１の開口部から流出する際に溶融金属流が有している運動エネルギーのすべてが下流方向に向かう流速に費やされている。それに対して、図３に示すような本実施形態のスライディングゲート１を用いた場合、スライディングゲート１から流出する際に、溶融金属流の運動エネルギーは下流方向に向かう流速と旋回して注入管１１の内周面を旋回する旋回速度とに分散されるので、図１１に示す従来のスライディングゲート１と比較して、下流方向に向かう最大流速を抑制することが可能となる。その結果、注入管１１がロングノズル１２である場合、注入管１１の下端から溶融金属２１がタンディッシュ１５内の溶融金属２１に流出するに際しても、注入管１１内の旋回流に起因して、注入管１１の下端から半径方向に向かう流速成分が存在する結果、注入管１１の下端から下方向に向かう最大流速を抑制することができる。

スライディングゲート１の流路孔６内に旋回流を形成し、スライディングゲート１の下流側の注入管内においても旋回流を形成するための、互いに隣接するプレート２の流路軸線回転角度θ_N相互間の差である角度Δθ_nの条件について説明する。前述のように、Δθ_nは±１８０°の範囲内の角度として定義されている。ここにおいて、Δθ_n＝−１０°超かつ＋１０°未満の場合には、流路軸線回転角度θ_Nとθ_N+1の差異が小さすぎ、旋回流を形成できない。一方、Δθ_nが＋１７０°以上又は−１７０°以下の場合、Δθ_nの絶対値が大きすぎ、かえって旋回流の形成を阻害することとなる。スライディングゲート１が２枚のプレートを有する場合、Δθ₁のみが定義され、このΔθ₁が上記条件を満たしていればいい。スライディングゲート１が３枚以上のプレートを有する場合、Δθ₁に加え、Δθ₂、さらにはそれ以上のΔθ_nが定義される。そして、Δθ_nがいずれも１０°以上かつ１７０°未満、又は角度Δθ_nがいずれも−１７０°超かつ−１０°以下であることが必要である。これにより、プレート２の１枚目と２枚目の流路軸線方向１０が時計回りに変化するときには３枚目以降についても同じように時計回りに変化し、プレート２の１枚目と２枚目の流路軸線方向１０が反時計回りに変化するときには３枚目以降についても同じように反時計回りに変化するので、スライディングゲート１内で旋回流を有効に形成することが可能となる。Δθ_nのより好ましい範囲は、３０°以上、１６５°未満、又は−１６５°超、−３０°以下である。

スライディングゲート１を形成するプレート２の枚数は、２枚もしくは３枚であると好ましい。図２〜図４に示す例は、上述のとおり、プレート２の数が３枚の場合である。図５、図６は、プレート２の数が２枚であり、上流側から１枚目が上固定板３を構成し、２枚目がスライド板４を構成している。図５は開度が全開、図６は開度が１／２の場合である。α＝５１．９５°、θ₁＝−２６．５７°、θ₂＝＋２６．５７°であり、Δθ₁＝−５３．１４°であって、時計回りの旋回流を形成することができる。スライディングゲート１を形成するプレート２の枚数が２枚もしくは３枚であると好ましい理由は、スライディングゲート１の絞り機構発現には最低２枚のプレート２が必要であり、４枚以上のプレート２は流量調整に不要で、プレート２の枚数の増加に伴いコストが上昇するからである。

プレート２に形成する流路孔６については、図７に示すような形状の流路孔６とすることもできる。図７は上固定板３の一例を示す。プレート２の上流面７ｕから厚みの途中までは、流路孔６の形状は、断面真円の円筒形状であって、円筒の軸線が摺動面垂直下流方向３２に向いている。プレート２の下流面７ｄから厚みの途中までは、流路孔６の形状は、断面真円の円筒形状であって、円筒の軸線が摺動面垂直下流方向３２から傾斜して形成されている。プレート２の厚み途中において、上流面７ｕからの流路孔６と下流面７ｄからの流路孔６とが段差なく接続されている。このような形状の流路孔６を有するプレート２においても、図７の（Ｄ）に示すように、上流側表面開孔図形の重心（上流開孔重心９ｕ）から下流側表面開孔図形の重心（下流開孔重心９ｄ）に向く方向を流路軸線方向１０として定義することができる。

なお、以下に示す実施例および比較例では、スライディングゲート１を構成するプレート２の厚みは同一としたが、スライド板４が最も薄いなど、プレート２毎に厚みが異なっていても構わない。また、これらの実施例および比較例では、スライディングゲート１の各プレート２の入口および出口の流路孔形状は同じ大きさの円である例を示したが、これが楕円もしくは長円であっても、本発明の規定を満たす限りにおいては、旋回流を得ることが可能である。あるいはその開孔面積が各プレート２の入口および出口間で異なっていても構わない。

角度αについては、上固定板３の上部では０°、下部では３０°といった具合に、途中から角度を付与しても構わない。また、徐々に角度を変更することも可能である。角度αは、全てのプレート２で同一であっても異なっていても構わない。

以下に、実施例を示して本実施形態の内容を具体的に説明する。
図１は、溶融金属の連続鋳造機のレードル１４（取鍋）から鋳型１６（モールド）までの構成を示す。実施例では溶融金属２１として溶鋼を想定している。本実施形態は、例えばレードル１４のスライディングゲート１に適用すると、スライディングゲート１の下流側に接続した注入管１１（ロングノズル１２）内に旋回流を形成し、注入管１１の下端からタンディッシュ１５内の溶鋼中に吐出する吐出流の最大流速を低減し、タンディッシュ１５内の流動を整流化し非金属介在物の浮上除去を促進するなどの効果が期待できる。本実施例のスライディングゲート１の形状を以下に例示する。

ここで、３枚のプレート２を有するスライディングゲート１のプレート２を上から順に、上固定板３、スライド板４、下固定板５と呼ぶ。２枚のプレート２を有するスライディングゲート１の場合は、上から順に、上固定板３、スライド板４、と呼ぶ。

プレート２の摺動面３０に垂直な下流方向（摺動面垂直下流方向３２）と流路軸線方向１０とがなす流路軸線傾斜角度α、摺動面流路軸線方向３１が摺動面垂直下流方向３２に見て時計回りになす角度である流路軸線回転角度θ（±１８０度の範囲）について、最も上流側のプレート２から潤に、下添え字１、２（、３）を付している。流路軸線傾斜角度αについては、最も上流側のプレート２のαをα₁、その一つ下流側のプレート２のαをα₂、さらに一つ下流側のプレート２のαをα₃と順に番号を付ける。流路軸線回転角度θについては、最も上流側のプレート２のθをθ₁、その一つ下流側のプレートのθをθ₂、さらに一つ下流側のプレートのθをθ₃と順に番号を付ける。

レードル１４とタンディッシュ１５について、実機の１／１の水モデル実験機を用い、本発明の効果を確認した。スライディングゲート１の各プレート２の厚さは３５ｍｍ、プレート２に形成された流路孔６の形状は直径８０ｍｍの真円形状で流路軸線傾斜角度αと流路軸線回転角度θを所定の角度としたものを用いている。スライディングゲート１の下方に設ける注入管１１としてのロングノズル１２は、内径を１００ｍｍとし、ロングノズル１２の下端はタンディッシュ１５内の水浴中に浸漬している。レードル１４内の水面からスライディングゲート１位置までの高さは３ｍ、レードル１４底部のスライディングゲート１からタンディッシュ１５内の水面までの高さは１ｍ、スライディングゲート１のスライド板４の位置を調整して開度を３０ｍｍ（全開から５０ｍｍ閉）とし、タンディッシュ１５内の水面位置を一定高さに保持しつつ、スライディングゲート１から定常状態で水を流出させた。

ロングノズル１２の下端位置において、ロングノズル１２の下端からタンディッシュ１５内に流出する水の流れ方向別の流速を、レーザードップラー法によって計測した。ロングノズル１２の下端位置において、水平方向の流速が存在する場合には「旋回流評価結果」を「ＧＯＯＤ」に、水平方向の流速が存在しない場合には「ＢＡＤ」に表示した。

本発明例Ａ（表１および図２〜図４参照）では、３枚プレート式のスライディングゲート１の上固定板３にはθ₁＝−４５°の斜孔、スライド板４にはθ₂＝９０°の斜孔、下固定板５にはθ₃＝−１３５°の斜孔を穿っている。流路軸線傾斜角度α₁〜α₃は表１に示す。その組み合わせによって、スライディングゲート１が全開であっても絞られていても、溶融金属流に周方向流速を付与し、スライディングゲート１の下方に取り付けた注入管１１の流路１７内部に旋回流を形成することができる。旋回流評価結果はＧＯＯＤであった。
なお、本発明例Ａでは、上固定板３入口（上流開孔８ｕ）の真下に下固定板５出口（下流開孔８ｄ）が位置する。この場合、スライディングゲート１の３枚のプレート２を、図１０、図１１に示す従来例から、図２、図３に示す本発明例に交換するだけで、本発明の適用が可能である。

本発明例Ｂ（表１および図５、図６参照）では、２枚プレート式のスライディングゲート１の上固定板３にはθ₁＝−２６．５７°の斜孔、スライド板４にはθ₂＝２６．５７°の斜孔を穿っている。流路軸線傾斜角度α₁〜α₂は表１に示す。その組み合わせによって、スライディングゲート１が全開であっても絞っていても、溶融金属流に周方向流速を付与し、スライディングゲート１下方に取り付けた注入管１１の流路１７内部に旋回流を形成することができる。なお、本発明例Ｂでは、上固定板３入口（上流開孔８ｕ）の摺動軌跡の真下にスライド板４出口（下流開孔８ｄ）の摺動軌跡があるので、スライディングゲート金物の改造が最小限で済む。旋回流評価結果はＧＯＯＤであった。

比較例Ｃ（表１および図８、図９参照）は、本発明例Ｂに似た構成ではあるが、θ₁とθ₂との差が１８０°あるので、旋回が得られない例である。旋回流評価結果はＢＡＤであった。
比較例Ｄ（表１および図１０、図１１参照）は、流路軸線傾斜角度αが全て０°である通常のスライディングゲート１である。旋回流評価結果はＢＡＤであった。

本発明のスライディングゲートによれば、従来技術の問題点を解消し、溶融金属を注入する注入管内において十分な強さの旋回流を、コンパクトかつ平易な機構で、流路の閉塞リスクを増すことなく付与することができる。

１ スライディングゲート
２ プレート
３ 上固定板
４ スライド板
５ 下固定板
６ 流路孔
７ｕ 上流面（上流側表面）
７ｄ 下流面（下流側表面）
８ｕ 上流開孔（上流側表面開孔）
８ｄ 下流開孔（下流側表面開孔）
９ｕ 上流開孔重心（上流側表面開孔図形重心）
９ｄ 下流開孔重心（下流側表面海溝図面重心）
１０ 流路軸線方向
１１ 注入管
１２ ロングノズル
１３ 浸漬ノズル
１４ レードル
１５ タンディッシュ
１６ 鋳型
１７ 流路
１８ 流線
２１ 溶融金属
３０ 摺動面
３１ 摺動面流路軸線方向
３２ 摺動面垂直下流方向
３３ 摺動閉方向
α 流路軸線傾斜角度
θ 流路軸線回転角度

Claims (2)

1. 溶融金属が通過する流路孔が形成された複数枚のプレートを有し、前記複数枚のプレートのうちの少なくとも１枚のプレートが摺動可能なスライド板であり、前記溶融金属の流量調整に用いられるスライディングゲートであって、
   前記複数枚のプレートのそれぞれにおける前記流路孔は、前記プレートの表面のうち、通過する前記溶融金属の上流側に位置する上流側表面に上流側表面開孔を形成し、下流側に位置する下流側表面に下流側表面開孔を形成し、前記上流側表面開孔の図形の重心から前記下流側表面開孔の図形の重心に向く方向を流路軸線方向としたとき、
   前記複数枚のプレートの摺動面に垂直な下流方向である摺動面垂直下流方向と前記流路軸線方向との間の流路軸線傾斜角度αが５°以上７５°以下であり、
   前記流路軸線方向を前記摺動面に投影した方向を摺動面流路軸線方向と呼び、前記スライディングゲートを閉とする際の前記スライド板の摺動方向を摺動閉方向と呼び、前記摺動閉方向に対し、前記摺動面流路軸線方向が、前記摺動面垂直下流方向に見て時計回りになす角度を±１８０度の範囲内である流路軸線回転角度θと呼び、前記流路軸線回転角度θが、互いに隣接する前記複数枚のプレート間で異なっており、前記複数枚のプレートの枚数を、１以上の整数Ｎを用いて合計でＮ枚とし、最も上流側にある前記プレートから数えてＮ枚目の前記プレートにかけて、前記複数枚のプレートの前記流路軸線回転角度θを順にθ₁、θ₂、・・・θ_Nとし、角度Δθ_n＝θ_N−θ_N+1（ｎは１以上の整数でプレート枚数−１まで）としたとき、前記角度Δθ_nがいずれも１０°以上かつ１７０°未満、又は、前記角度Δθ_nがいずれも−１７０°超かつ−１０°以下である
   ことを特徴とする、スライディングゲート。
2. 前記複数枚のプレートの合計枚数が２枚もしくは３枚であり、前記スライド板の枚数が１枚であることを特徴とする、請求項１に記載のスライディングゲート。

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