JPH0282086A

JPH0282086A - 溶融金属排出用の渦防止器

Info

Publication number: JPH0282086A
Application number: JP1206577A
Authority: JP
Inventors: Robert J Koffron; ロバート　ジェイ　コフロン
Original assignee: Tetron Inc
Current assignee: Tetron Inc
Priority date: 1988-08-09
Filing date: 1989-08-09
Publication date: 1990-03-22
Anticipated expiration: 2015-04-17
Also published as: CA1316345C; JP3034881B2; US4871148A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】（産業上の利用分野）本発明は、−船釣に金属製造装置に関し、より詳細には
溶融金属を容器から移すときにスラグを溶融金属から分
離するための装置に関する。

（従来の技術）金属製造工程では、炉、取鍋又はタンデイシュのような
容器の排出ノズルを通る溶融金属の流れが、排出ノズル
の上方で溶融金属に渦を引き起こす。臨界高さにおいて
、渦エネルギーが渦を作り、それにより溶融金属の上に
載っているスラグ層がノズル内に吸引され、ノズルを通
って流し込まれている溶融金属と混合する。流し込んだ
金属の汚染を避けるために、排出ノズルへのスラグの導
入を防止する装置がいくつか知られている。そのような
装置を導入する前は、溶融金属が、渦の吸引作用により
スラグを排出ノズルの中へ下方に引き入れる個所より上
の高さにある間にノズルを閉じることによって、流し込
みを終了させることが必要であった。そのような手順で
は、多量の溶融金属が容器に捕捉され、金属の有効生産
高が減少する。

ラバト（Ｌａｂａｔｅ　）等の米国特許第４．４９４．
７３４号は、ストッパボディをねじ穴に向けて正確に配
置するように、ねじ穴と係合できるぶら下がり案内部材
を有するダートを開示している。この特許は、金属の渦
を引き起こすようになっているストッパボディの別の形
状を開示している。この特許は、渦巻いた金属及びスラ
グの視覚観察が、炉の取出しをいつ終了すべきかを指示
すると教えている。

スラグが排出ノズルを通って流れるのを制限するための
先に知られた装置の多くは、プラグの形態をなしており
、該プラグは、排出ノズル内に入ってノズルからのそれ
以上の流出を阻止する。例えば、ホファー（Ｈｏｆｅｒ
　）の米国特許第２、８１０．１６９号は、流し込み動
作中、配置できるように機械的に調節されるプラグ３だ
けでなくスラグ用のせき板の使用を開示している。しか
しながら、そのようなユニットは大型で作るのに費用が
かかり、また多数の部品が溶融金属の苛酷な環境条件に
さらされる。その結果、部品を修理又は交換する費用に
より金属製造の費用が大幅に増大する。

排出中にスラグと溶融金属を分離するための他の知られ
た装置は、溶融金属層中に自立するボディから成る。こ
のことは、溶融金属の比重とスラグ層の比重の間の比重
でボディを構成することによって達成される。そのよう
な一定密度をもつ１つの装置は球形ボディであり、この
ボディは、渦によってノズルに引き入れられ、ノズル内
に入ってそれ以上の流れを阻止する。しかしながら、そ
のような装置は取り出すのが困難か、そうでなければ不
可能であり、またしばしばノズルスリーブの交換を必要
とする。

ジュワー（Ｓｃｈｗｅｒ　）の米国特許第４．５２６．
３４９号は、環状の円板がスラグと鋼の界面のところで
スラグを分離させる比重を有する環状の円板を開示して
いる。しかしながら、この特許もまた、球形ボディを渦
の吸引によって排出ノズルに引き入れて流体の流れを遮
断するようになっている。この特許は、２つの別々の部
品が必要であると開示している。リングは排出ノズルの
上方に形成された渦の作用に逆らう一方、球は、スラグ
がまさに排出ノズルに入ろうとするときに流出を遮断す
るに過ぎない。その結果、前述した問題が生ずる。

渦の形成を防止するために特に開発された自己支持型の
装置が、本出願人による先の米国特許第４、６０１．４
１５号に開示されている。この特許は、溶融金属の渦運
動からエネルギーを引き出すために、長さに沿って渦の
形状にほぼ合致するように設計された、テーパ付の多角
形ボディを構成している。

先に知られたプラグ型のボディと異なり、この特許の渦
防止器は、渦と合致する形状によって自動向きをもつよ
うになっている。しかしながら、頂点を確実に下方に位
置決めするために、この特許はまた、耐火性のボディに
埋め込んだ重り装置を開示している。更に、この特許は
、ボディが排出ノズルに入ったときのふさぎの程度、即
ち絞り効果を調整するために、多角形断面の形状を変え
ることができると教えているが、渦防止器の形状を好ま
しい実施態様である四面体形状から変えると、ボディの
方向安定性に影響を及ぼすことがわかった。特に、溶融
金属槽内への設置中、又は溶融金属を排出している容器
の移動中、ボディが外的影響を受けるので、幾何学的な
釣り合いは頂点が下向きの望ましい配置を乱すことがあ
る。更に、芯のような別個の重り装置を使用することは
、渦防止器を作る複雑さを増大させるため、不評であっ
た。

（発明の概要）本発明は、重心を浮心の下で且つ頂点の近くに保つよう
に幾何学的に釣り合わされた正角錐形状を有する、均一
の鋳造可能な耐火性ボディでできた渦防止器を提供する
ことによって、上述した欠点を克服する。その結果、テ
ーパ付のボディは、耐火性ボディに重り芯を埋め込むの
に要する時間の浪費や労力を必要とすることなく、それ
自身で、溶融金属中で頂点を下方に向ける。更に、本発
明の所定の幾何学的釣合いをもってボディにテーパを均
一に付けることによって、ボディ成形金型を、ボディの
自動向き特性を保つ、重心と浮心の相対的位置に影響を
及ぼすことなく、部分的に又は完全に充填することがで
きる。

一般に、本発明の渦防止器は、均一の鋳造可能な耐火材
料でできたボディから成る。「均一」という用語は、材
料の完全な均質性を要求せず、ボディの比重を調整する
ために鋳造可能な耐火材料とむらなく混合されるショッ
ト、鋼繊維又は他の材料の混合物を含むことを理解すべ
きである。いずれにしても、均一な混合物の比重は、そ
れがスラグ層と溶融金属層の界面に浮力で支持されるよ
うに選択される。

ボディは実質的に正角錐形状を有する。ここで使用する
「正」という用語は、基部が長さ方向の軸線と実質的に
垂直で、それによりボディはどの垂直横断面も実質的に
変わらぬ形状をもち、そしてそのような各横断面がボデ
ィの長さ方向の軸線上に中心をもつことによって定義さ
れる意味として理解すべきである。更に、「角錐形状」
という用語は、基部が単純な又は複雑な多角形として、
あるいは円い即ち円形の形状として形成されているか否
かにかかわらず、基部から頂点に向かってテーパの付い
た任意のボディを意味する。テーパは好ましくはボディ
の長さに沿って一様である。

そのようなボディは一般に、排出ノズルの上方に渦を巻
いた溶融金属によって形成される渦の形状と合致する。

更に、ノズルを塞ぐか又は絞る目的に使用する、先に知
られたプラグやダートに対照したものとして、ボディは
渦防止器として形成されており、即ち、ボディは該ボデ
ィの周りの連続的な層流を防止するためのある装置を備
える。例えば、渦防止器の形は、正多角形の基部又は複
雑な多角形の基部から延びるような別々の、不連続な側
面を備え、そしてまた、ボディに沿って長さ方向に延び
る平面、凹部又は突起部を備える。

ボディの形状は更に、重心を浮心の下に保つために幾何
学的に釣り合うように構成される。上述したように正角
錐形状を有するボディでは、幾何学的な釣合いを、ボデ
ィの基部の最外点で描かれる円の直径として定義される
基部長さに関連して定義することができる。この場合、
基部長さに対するボディの長さ方向の高さ寸法の比は、
好ましくは０．５：ｌからｌ二１の範囲内である。最適
には、基部長さに対する長さ方向の高さの比が（２／２
：Ｉ、即ち長さ方向の高さが基部長さの約０．７０７倍
である。一定密度をもつ均一の鋳造可能な耐火性ボディ
のそのような構造的な関係により、重心は頂点の近くで
浮心の下に十分隔てられ、頂点を下方にしてボディを浮
力で支持する。勿論、基部長さは、ボディを排出ノズル
内に収容することができるように、ノズルの直径よりも
大きくなるように選択される。

かくして、本発明は、単一の混合物を金型に注入するこ
とによって容易に形成されるので、均一なボディを簡単
に作ることができる。それにもかかわらず、ボディは、
その頂点が溶融金属の容器の排出ノズルに向かって下方
に延びるように自動的に自己指向性をもつ。その結果、
渦防止器は、溶融金属の排出によって引き起こされる渦
巻き内に自動的に整合する。更に、本発明に従って構成
された渦防止器のボディは、渦を引き起こす渦巻きを遮
断するのに使用される側面、突起部、凹部又は他の形状
の数にかかわらず、重心と浮心の分離を保つ。その結果
、流し込み動作中、容器内でスラグ層と溶融金属を分離
しながら、ノズルを通る溶融金属の排出を中断するのに
必要な絞り比にかかわらず、渦防止ボディを構成するこ
とができる。

本発明は、図面全体を通じて同じ参照文字が同じ部分を
示す添付図面と関連して読んだとき、好ましい実施態様
の以下の詳細な説明を参照することによって、より明確
に理解されるであろう。

（実施例）まず第１図を参照すると、溶融金属用容器１０が示され
、この容器１０は排出ノズル１４をもっ底壁１２を有し
ている。容器１０は、溶融金属をノズルＩ４を通して排
出する炉、取鍋、タンデイシュ又は他の容器でよい。容
器の型式にかかわらず、容器ｌＯは溶融金属層１６を収
容しているものとして示されている。スラグ層１８は、
溶融金属Ｉ６の比重よりも小さな比重をもち、溶融金属
層１６の上に載っている。本発明による渦防止器２０が
、容器１０内のスラグ層１８と溶融金属層１６との界面
に支持されている。

今、第２図を参照すると、渦防止器２０は六角形の基部
２４をもつボディ２２から成る。基部の最外点、即ち六
角形の頂点は、基部に外接する円と交わる。この円の直
径はノズル開口　１５の直径よりも勿論大きく、それに
より、ボディの一部だけがノズル内に収容されるように
なる。炉内の苛酷な環境条件により、円の直径は、ボデ
ィの侵食が、基部の最外点の最大径をノズル開口の直径
以下まで減少させないように、ノズル開口１５の直径よ
りも十分に大きいのがよい。

ボディ２２は、基部から頂点２６に向かって下向きにテ
ーパしている。その結果、角錐形状は、ボディ２２の三
角形の側面２８の各々が頂点２Ｇに向かって実質的に同
じ傾斜でテーパするように、実質的に等辺等角である。

しかしながら、側面の傾斜を多少変更してもよい。

ボディを溶融金属１６内に支持したとき、角錐の重心３
４が浮心３６の下側に確実に延びることによって、頂点
２６を自動的に下方に向けることができる。本発明では
、この関係は、渦防止器の形状を幾何学的に釣り合わせ
ることによって確立され、それにより浮心と頂点２６の
間に別の重り装置を設ける必要性を除去する。重心はボ
ディの形状の関数であるのに対し、浮心は、ボディ形状
の関数であるとともに、溶融金属１６と均一な鋳造可能
な耐火物の相対的な比重の関数である。

特に、渦防止器２０のボディは、ボディの長さ方向の高
さ３０が外接円２５の直径の０．５〜１倍の範囲内であ
るように、幾何学的に釣り合わされている。最適には、
基部から頂点までの長さ方向の高さ３０は、基部長さの
ｆ２倍の１７２であり、即ち基部長さ３２の約０．７０
７倍であれば、絞りを邪魔するような、ノズル開口への
頂点の過度の侵入を許すことなく、十分な安定性を与え
る。ボディの最も狭い部分がノズル開口１５に入ること
ができる限り、番号３１で示すように、渦防止器のボデ
ィを実際の頂点の手前で截頭するのがよい。

しかしながら、基部長さ３２と高さ３０、の関係がやは
りあてはまる。

均一な耐火材料の好ましい一定密度は、ボディの比重が
金属の比重の約０．２９６倍よりも大きいとき、好まし
くはこれよりももっと大きいときに生じる。最小の数字
は、スラグ層のない場合に本発明が働（ものと期待され
る最小比重を表す。一般に、多量のスラグを伴うので、
上記もっと大きい関係が実際上重要である。

今、第４図を参照すると、渦防止器２０が示され、この
渦防止器２０は八角形の基部４４をもっボディ４２から
成る。第２図に示した実施態様と同様に、八角形の基部
４４の頂点は、基部に外接し且つノズル開口１５の直径
よりも大きな寸法に作られた直径をもつ円と交わる。更
に、ボディは、実質的に等辺等角の仕方により、頂点２
６に向かって下向きにテーパしている。第５図に示すよ
うに、均一な鋳造可能な耐火材料を、浮心３Ｇが頂点よ
り上の重心３４よりも上にあるように形作るために、長
さ方向の高さ３０は基部長さ３２に関して好ましい範囲
に限定される。

第６図は、渦防止器２０の正角錐ボディの他の変形例を
示す。図面に示すように、ボディ５２は実質的に円形の
基部５４を有する。しかしながら、第２図及び第４図に
それぞれ示したボディ２２及び４２の平らな側面と異な
り、渦を防止するための面には、耐火性のボディ５２の
側面に沿って延びる凹部５８が形成されている。円形の
基部５４の周囲は、第７図に示すように、第２図及び第
４図に関連して述べたのと同様に長さ方向の高さ３０に
関連した基部長さ３２をもつ。

第８図に示す実施態様は、実質的に円錐形のボディ６２
の周囲から外方に延びる突起部の形態の渦防止手段が設
けられていることを除き、第６図と同様である。ボディ
５２に示した凹部５８と同様に、突起部６８には基部か
ら頂点２６に向かってテーパが付けられるのがよい。変
形例として、ボディ５２の凹部５８と同様に、突起部６
８が、番号６７の二点鎖線で示すように、基部５４から
頂点２６まで−様な幅をなしていてもよい。更に、凹部
５８又は突起部６８は、基部から頂点まで長さ全体に沿
って延びているときに最も効果的であるが、番号６９の
二点鎖線で示すように、そのような凹部及び突起部をボ
ディの全長の手前で截頭してもよいことが理解される。

第９図に番号７１の二点鎖線で示した一定高さの突起部
で示すように、突起部又は凹部の幅及び深さの変更もま
た可能である。いずれにしても、たとえボディそれ自身
が截頭されていても、基部長さと長さ方向の高さとの関
係は、第９図に示すように先の実施態様と変わらない。

更に、渦防止面の組合せ、例えば凹部と突起部の組合せ
を、本発明の範囲から逸脱することなく望むように採用
することもできる。

他の例として、平らな側面をもっ凹部５９が第８図に番
号５９の二点鎖線で示しである。

前述した実施態様は単純な幾何学的形状をもつ基部を有
するが、本発明による渦防止器を作るのに複雑な幾何学
的形状を採用することができることも理解すべきである
。第１０図は複雑な多角形の基部７４を有する耐火性の
ボディ７４を開示している。特に、基部７４は、ボディ
７２の中心から外方に放射した、複数の単純な多角形状
を組み合わせている。四角形７５の交点が、「Ｖ」字状
に交わり且つ渦作用を防止する平面７６及び７７を形成
するとともに、Ｖ形の凹部の深さにより、ボディがノズ
ル開口１５に貫入すれば絞り効果を調節する。また″、
長さ方向の高さ３ｏに対する基部長さ３２の比は、第１
１図に示すように前述した実施態様と変わらない。

上述した実施態様の各々は、最初、渦防止器を鉤竿や調
節アーム等を用いて容器の中に導入するために、第３図
に示すようにボディに一部埋め込まれた簡単なリング３
８、又は他の輪状の支持部材を備えるのがよい。しかし
ながら、球形のボディをノズル１４の上の位置までシュ
ートや他の案内装置を転がり落とすことによって、ある
絞り用のボディを位置決めした。同じ方法で位置決めす
ることができる渦防止器２０を第１２図に示す。

実質的に球形のボディ８２が、球形構造体に同じ大きさ
と形をもつ凹部を切ることによって、渦防止面を備える
ように変形される。第１２図及び第１３図に示す変形例
は、正四面体と球の交わるところで球を截頭することに
よって形成されている。四面体の基部に外接する円は、
四面体の基部から頂点までの高さ寸法を決定するのに使
用する基部長さ３２を定義する。平らな側面８６は、頂
点２６に向かって下向きにテーパしており、ボディの転
がり能力を実質的に損なうことはない。

前述した実施態様におけるように、ボディ８２はやはり
、重心３４が浮心３６の下で且っボディ８２の頂点に向
かうように形成される。四面体の截頭関係で形成された
截頭法８２は、どの側面８４が幾何学的形状の基部とし
て位置決めされるかにかかわらず、この幾何学的な関係
を維持する。

更に、ほぼ球形のボディ８２に適用される表面の形が平
らである必要はなく、また第１２図に番号８６の二点鎖
線で示すように、基部８４から頂点１６に向かってテー
パをもつ凹部により、ボディを溶融金属中に形成された
渦の形状と合致させることが理解されるであろう。

いずれにしても、本発明による渦防止器２０は、周知の
仕方で、例えば、釣竿を支持輪３８に引っ掛けて、容器
ＩＯに入れた溶融金属層１６の中でノズル１４の上方に
位置決めすることによって、容易に位置決めされる。釣
竿を用いた手操作又は容器１０に加えられる外力にもか
かわらず、渦防止器２０は、溶融金属の渦エネルギーを
排出ノズル１４の上方で防止するように、その頂点が下
方に向けられたままである。変形例として、第１２図及
び第１３図に示す実施態様によれば、渦防止器を適当な
シュートに沿ってノズル開口１５の上方の位置まで転が
すことができる。

渦防止器を溶融金属層に導入する方法にかかわらず、渦
防止器の比重により、渦防止器はスラグ層１８と溶融金
属層１６の界面に支持される。更に、渦防止器２０の形
状は、排出ノズル１４の上方で溶融金属の渦運動に抗す
る慣性を与え、またスラグ層を引いて、ノズルを通って
流出する溶融金属と混合させるような渦吸引の形成を防
止する。

更に、渦防止器２０は、簡単に流し込むことができる均
一な材料で形成され、且つ重り芯の挿入や埋込みを必要
としないので、容易に作ることができる。

以上、本発明を説明したが、当業者には、請求の範囲に
明示した本発明の範囲及び精神を逸脱することなく多く
の修正が明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明により構成された渦防止器を入れた溶
融金属用容器の側面図である。第２図は、第１図に示す渦防止器の斜視図である。第３図は、第２図の線３−３にほぼ沿う断面図である。第４図は、本発明により構成された、変形渦防止器の平
面図である。第５図は、第４図の線５−５にほぼ沿う断面図である。第６図は、本発明による渦防止器の別の変形例の平面図
である。第７図は、第６図の線７−７にほぼ沿う断面図である。第８図は、本発明により構成された、他の変形渦防止器
の平面図である。第９図は、第８図の線９−９にほぼ沿う側面図である。第１Ｏ図は、本発明により構成された渦防止器の別の変
形例を示す平面図である。第１１図は、第１０図の線１１−１１にほぼ沿う側面図
である。第１２図は、本発明により構成された渦防止器の別の実
施例の平面図である。第１３図は、第１２図に示すボディの斜視図である。１６・・・溶融金属、２０・・・渦防止器、２２．４２．５２．７２．８２・・・ボディ、２５・・
・外接円、２６・・・頂点、２９．４４．５４．７４．８４・・・基部、０　・２　・４　・６　・８．８　・・長さ方向の高さ、・基部長さ、・浮心、・重心、９・・・凹部、・突起部。ＦＩＧ　８ＦＩＧ　１２ＦＩＧ　９

Claims

【特許請求の範囲】

（１）溶融金属の比重よりも小さな比重を有し、且つ重
心が重心の下で且つ頂点に向かうように幾何学的に釣り
合わされた正角錐形状を有する、均一の鋳造可能な耐火
性ボディから成り、それにより前記ボディは溶融金属中
に支持されたときに頂点を下にした位置に自動的に向く
、排出ノズルから流出する溶融金属の渦防止器。
（２）前記幾何学的釣合いは、基部長さに対する高さの
比が０．５：１から１：１の範囲内であり、ここで基部
長さは基部の最外縁部に外接する円の直径と定義される
、請求項（１）に記載の渦防止器。
（３）前記基部長さに対する高さの比が√２／２：１で
ある、請求項（２）に記載の渦防止器。
（４）前記ボディが、ほぼ円形の基部と、長さ方向の周
囲凹部を有する、請求項（１）に記載の渦防止器。
（５）前記ボディが、ほぼ円形の基部と、長さ方向の周
囲突起部を有する、請求項（１）に記載の渦防止器。
（６）前記ボディが複雑な多角形基部を備える、請求項
（１）に記載の渦防止器。
（７）前記基部が六角形である、請求項（１）に記載の
渦防止器。
（８）前記基部が八角形である、請求項（１）に記載の
渦防止器。
（９）前記ボディは、基部と、該基部から頂点までテー
パをもつ複数の面とを有する截頭球形のボディから成り
、前記テーパをもつ面は、前記重心が前記浮心の下で且
つ頂点に向かうように前記ボディを幾何学的に釣り合わ
せる、請求項（１）に記載の渦防止器。