JPH11245017A - 底注ぎ式取鍋のストッパーノズル周辺の耐火構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 底注ぎ式取鍋のストッパーノズル周辺の耐火
性が高くないため耐用回数が少なく非能率であり、湯漏
れの危険性も懸念される。 【解決手段】 ストッパーノズル１の円錐面１１を内嵌
する嵌合孔４１を中心に具え、段差４２を以て取鍋の上
方向に向って縮径した外周面４３を有するノズル受けレ
ンガ４を配置し、さらに所定の厚さに亘り外周面から取
鍋の側壁レンガまでの底面を不定形耐火物で均等に搗き
固めて耐火層６を形成した構成とする。ノズル受けレン
ガは、嵌合孔から外周面までの最短距離がすべて等しい
上、嵌合孔の傾斜に基づく上下方向の肉厚不同も大幅に
縮小するので、隣接する耐火層の何れの部分に対しても
ほぼ同じ膨張・収縮で接して亀裂の発生や割れの伸張は
確実に軽減され耐用回数は格段に増加する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋳鋼、製鋼工場にお
ける鋳造時に使用する底注ぎ取鍋のストッパーノズル周
辺の構造に係る。

【０００２】

【従来の技術】図３は底注ぎ取鍋の全体を示す正面図
（Ａ）と側面図（Ｂ）であり、鉄板を曲げ加工と溶接成
形によって製作した取鍋本体２にストッパー装置１０を
取り付け、ストッパーノズルを閉止状態にして溶解炉か
ら受湯し、鋳型上へ取鍋を搬送してストッパーノズルを
開放して内部の溶湯を鋳造する。この場合、溶湯と一緒
に炉から排出され取鍋内で溶湯上面に分離浮上している
溶滓が鋳造時に溶湯中へ混入しないように、鋳型は底注
ぎ方式として取鍋底部から溶湯を注湯する形態とするこ
とが通常である。

【０００３】溶湯の適当な鋳造温度は鉄系の場合、１４
５０〜１５００℃が一般であるから、取鍋内面はこの高
熱に耐え得る耐火構造とすることは言うまでもない。具
体的には図３のように鋳造のために開閉する底面に上方
から昇降自在に吊支されるストッパーヘッド７が着脱自
在に当接するストッパーノズル１０１を取鍋底部に埋め
込み、通常は両者が密着して溶湯の流出を遮断するが、
ストッパーヘッド７が引き上げられてストッパーノズル
１０１との間に隙間が生じると、その隙間を通過して溶
湯が流出して鋳造される。このストッパーノズル１０１
を埋設した周辺の耐火構造を断面で示すと、図４のよう
に鉄板製の取鍋本体２の底面２１の上へ底敷きレンガ３
を敷き並べ、ストッパーノズル１０１を内嵌する位置に
セットしたノズル受けレンガ１０４を固定し、該ノズル
受けレンガ１０４の中に嵌合したストッパーノズル１０
１のノズル孔を取鍋本体の底面２１を貫通して穿孔した
注湯口２２と一致させる。この状態で耐火層３より上方
へ突出したノズル受けレンガ１０４の外周面が埋没する
厚さまで、底敷きレンガ３上へ不定形耐火物（たとえば
アルミナ粉体と粘結材）を搗き固めて耐火層１０６を形
成して取鍋本体２の側壁５に至る底面を造成し、溶湯の
高熱に耐え得る耐火内張り構造を形成するのである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図５は図４の従来技術
におけるストッパーノズル周辺の耐火構造だけを拡大し
て示した要部の断面図であり、図６と図７は図５の従来
技術において使用する一般的なノズル受けレンガ１０４
の２形態についての平面図（Ａ）と正面図（Ｂ）を示し
たものである。図５のように取鍋本体２の平面２１に注
湯口２２を穿孔し、この注湯口２２に連通するノズル孔
１１２を中央に貫通したストッパーノズル１０１を位置
決めし、ストッパーノズル１０１の外周の円錐面１１１
の傾斜とほぼ一致する逆勾配よりなる嵌合孔１４１を中
央に具えたノズル受けレンガ１０４がストッパーノズル
１０１を囲んで嵌合する。ノズル受けレンガ１０４は図
６、図７のように一般に角形または一辺が円弧面を含む
角形で製作するのが慣用化されており、この形態でノズ
ル受けレンガ１０４の外周面１４３を不定形耐火物で搗
き固めて耐火層１０６を形成する。しかしこの構造にお
いては、従来から種々の課題を誘発する要因が内在して
いるため耐火構造の欠陥による鋳造時のトラブルも発生
し、職場の安全上、あるいは鋳造品の品質上、もしくは
作業能率上、数々の憂慮すべき事態を呼び起こす懸念が
指摘されてきた。

【０００５】溶解炉から１５００℃近い高熱の溶湯を受
湯して鋳型直上まで搬送し、位置を合わせて注湯する。
１回の出湯で注湯できる鋳型の個数は一定でないが、受
湯した取鍋のストッパーノズルとストッパーヘッドとは
１回限りで取り替え、注湯時以外は両者が常に密着して
その間隙から溶湯が漏れ出して鋳型以外の場所へ流出し
ないようにすり合わせている。しかしこのストッパーノ
ズルを周囲から内嵌して支えるノズル受けレンガ１０４
は、取鍋の底面を形成する耐火層１０６と同様に受湯の
都度更新するのではなく、できるだけ損耗しないで耐火
の機能を維持して多数回繰り返し使用することが強く求
められる要件である。したがって取鍋内部の溶湯と直接
接する部分、特にストッパーノズル周辺のの耐用回数が
生産性や経済性、ひいては製造コストに及ぼす影響が極
めて大きいことは論を俟たない。

【０００６】しかしながら、ノズル受けレンガ１０４や
耐火層１０６が高熱の溶湯を受ける度に強熱されて膨張
し、注湯終了と共に冷却を繰り返す苛酷な熱サイクルに
曝されることは逃れられないから、如何に材料自体が信
頼性の高い耐火性を具えているとしても、物理的に到底
耐え難い限界がある。ノズル受けレンガ自体だけに着目
しても、図６に記入したように溶湯の通過する嵌合孔１
４１から外周面１４３に至る最短距離Ｐ1：Ｐ2では１：
１．７の差があり、嵌合孔１４１の傾斜に伴う上下方向
の肉厚差ｐ1：ｐ2も１：１．３に達する。一方、図７に
ついても図示したようにＱ1：Ｑ2の差が１：１．６と大
きく、上下面方向についてもｑ1：ｑ2は１：１．２５に
及び、この差は直接、部材が加熱されたときの熱膨張量
に比例するから、従来技術のノズル受けレンガでは受湯
毎に熱膨張量の差に比例した熱衝撃に襲われて生じた内
部応力がレンガを形成する機械的強度を超え、この破壊
力が材料の亀裂に繋がることは理の当然であると解釈さ
れる。

【０００７】形状によるマイナス面は、ノズル受けレン
ガ外周の耐火層の強度にも大きな影響を与える。耐火層
１０６は角形の外周面１４３と接してその位置によって
異なる熱応力を繰り返し受けるから、とくに角形のコー
ナー部分はエッジ作用となって応力が集中し、この部分
に亀裂が発生すると急速に伸張することは避け難い。ま
た不定形耐火物を搗き固めて耐火層を成形するときに
も、角形のコーナー部に添った周辺は締め固め難く、成
形後の強度自体が低くならざるを得ないから、急速な加
熱と冷却を繰り返す熱サイクルを受けると、亀裂や隙間
の発生する傾向が一段と昂進する。一旦、隙間が生じる
と、取鍋に受湯した後、この隙間を縫って溶湯が潜り込
みストレートに取鍋本体の底面にまで達する懸念が極め
て濃厚であり、取鍋からの湯漏れ事故の大半はこのよう
な原因によることは経験的に確かめられている。

【０００８】取鍋の底面を形成するスタンプ材やレンガ
の損傷を防止する従来技術としては、たとえば実公平２
−８５９７号では図８のように取鍋の側壁と底面外周の
コーナー部分の溶損が最も激しいので、底敷きレンガ２
０１の外周レンガを１つ置き、または２つ置き毎に底敷
きレンガより３０〜８０ｍｍ背高の長尺レンガ２０２を
配置し、取鍋の中心方向に傾斜して充填したスタンプ材
２０３で覆い埋設した構成を示している。この構成によ
ってコーナー部の溶損を防ぎ耐用回数の低下を解決した
と謳っているが、この考案の要旨は取鍋のコーナー部に
限定され、本発明が直面するストッパーノズル周辺の耐
火性の喪失と湯漏れ事故防止という課題に直接応えるも
のでないことは言うまでもない。

【０００９】本発明は以上の課題を解決するために、耐
火性を格段に向上して湯漏れ事故を顕著に減少させる底
注ぎ式取鍋のストッパーノズル周辺の耐火構造の提供を
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係る底注ぎ式取
鍋のストッパーノズル周辺の耐火構造は、昇降自在に吊
支されたストッパーヘッド７が当接する円錐台形状のス
トッパーノズル１を取鍋本体２の底面２１上に固定し、
該ストッパーノズル１の前記円錐面１１を内嵌する逆円
錐面よりなる嵌合孔４１を中心に具え、段差４２を以て
取鍋の上方向に向って縮径した外周面４３を有するノズ
ル受けレンガ４を配置し、さらに底面２１に敷き並べた
底敷きレンガ３からノズル受けレンガ４の頂面４４に至
る厚さに亘り前記外周面４３から取鍋の側壁レンガ５ま
での底面を不定形耐火物で均等に搗き固めて耐火層６を
形成したことを特徴とする。

【００１１】この構成によってノズル受けレンガ４は、
図２で例示するように嵌合孔４１から外周面４３までの
最短距離Ｒがすべて同一であるのみならず、段差４２を
もって上方に対して縮径しているから、嵌合孔４１の傾
斜に基づく上下方向の肉厚ｒの不同も大幅に吸収してど
の外周面から計っても熱膨張量はほぼ同じレベル内に収
まり、隣接する耐火層６の何れの部分に対してもほぼ同
じ膨張・収縮で接して亀裂の発生や割れの伸張は確実に
軽減される。

【００１２】またノズル受けレンガ４の外周面４３は、
どの断面についても円形であるから、隣接する耐火層を
搗き固めて形成するとき、ムラなく均等に締め固められ
た一定強度と密度を具えた底面を形成して、亀裂の発生
防止に強い抑止力を発揮する。また、上方に向って縮径
する段差４２を具えているから、仮に膨張・収縮の繰り
返しによって耐火層６とノズル受けレンガ４の外周面４
３との間に隙間が生じたとしても、この隙間から潜り込
んだ溶湯が耐火層６内に埋没した段差４２に衝き当って
進路を阻まれ、この位置で流れを渋滞させる抵抗帯を形
成するから、従来技術のようにストレートに外周面に添
って底面まで容易に到達することができないという作用
が顕われる。以上の特有の作用が相互に関連し合って発
現することにより、従来技術における課題は大幅に解決
することができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】図１は本発明の実施形態を示す縦
断正面図であり、図２はその中のノズル受けレンガ４だ
けの平面図（Ａ）と正面図（Ｂ）である。取鍋本体２自
体は従来技術ととくに変るところはないから図示は省略
し、図１に底面２１、該底面２１に穿孔した注湯口２２
だけを示す。取鍋本体２内に受湯した溶湯の鋳造は吊支
するストッパーヘッドを上昇してストッパーノズル１の
中央に貫通したノズル孔１２の内周曲面とストッパーヘ
ッド７の先端の外周曲面７１との密着を外し、溶湯をノ
ズル孔１２から流下させて行なう。ストッパーノズルの
外周面は上方に向けて縮径する円錐面１１で形成され、
取鍋本体２へは鉄板製のノズル抑え７２を底面２１の外
側から当てがいコッターピン７３を打ち込んで固定した
位置に支持する。底面２１の上面には底敷きレンガ３を
敷き並べて下地を形成し、底敷きレンガ３の上面にスト
ッパーノズル１を内嵌したノズル受けレンガ４を配置す
る。

【００１４】ノズル受けレンガ４は段差４２を以て上方
に縮径した段付きの円筒体からなり、内面側はストッパ
ーノズル１の円錐面１１と適合する逆勾配面よりなる嵌
合孔４１を具えてストッパーノズル１を嵌合する。寸法
関係を例示すれば、取鍋本体２の底面２１は厚さ１６ｍ
ｍの鉄板で成形され、厚さ３０ｍｍの、いわゆる半片レ
ンガを以て底敷きレンガ３としている。ストッパーノズ
ルの円錐面１１は底部で１５２ｍｍ、縮径した頂部で１
３０ｍｍの傾斜を形成してノズル受けレンガ４の嵌合孔
４１へ内嵌され、ノズル受けレンガ４の全高は１３０ｍ
ｍであり、頂面４４から高さ８０ｍｍの外周面に水平方
向で２５ｍｍの段差４２を設ける。この段差の設定によ
ってノズル受けレンガの肉厚の変動差は、図２に例示し
た通り、円周方向Ｒについては一定となり、上下方向の
肉厚差ｒ1／ｒ2は１：０．９となって熱膨張の総量の部
分差を大幅に縮小する。

【００１５】

【発明の効果】本発明は以上述べたようにノズル受けレ
ンガの形状を段付きの円筒体に改善したから、肉厚が何
れの位置においてもほぼ均等となり、急熱に伴う熱衝撃
も全周に亘って非常に狭小な範囲内に留まり、膨張収縮
の不均一のために発生する亀裂、割れを最小限に抑制す
る効果がある。また、角形のようなコーナー部がないか
ら、隣接する耐火層内に局部的な熱応力が集中し割れの
伸張に拍車を掛ける傾向にも歯止めを施す効果が働き、
たとえば従来は約２５回の使用によって寿命が尽き新品
と交換していた実績を、最低５０回は信頼して使用でき
るという成果も記録されている。

【００１６】一方、取鍋内張りの作業においても、不定
形耐火物を搗き固めて耐火層を形成する際、ノズル受け
レンガには角張ったコーナー部がなく接する境界面全周
が円形であるから、均等に搗き固めることができて強
度、密度が満遍なく強化され、段差４２を耐火層内に埋
設しているから、ノズル受けレンガ外周面と耐火層との
境界に隙間を生じても、溶湯は段差によって進路を遮ら
れ湯漏れが起こり難い効果が顕著である。何よりも出
鋼、受湯、搬送、鋳造の各工程において、取鍋の注湯口
から湯漏れが生じて作業員の火傷や設備の焼損など安全
上、重大な事故に繋がる原因を払拭する効果は他を以て
は換え難い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の要部を示す縦断正面図であ
る。

【図２】同形態のノズル受けレンガの平面図（Ａ）と正
面図（Ｂ）である。

【図３】底注ぎ式取鍋全体の正面図（Ａ）と側面図
（Ｂ）である。

【図４】従来技術を略示する全体の縦断正面図である。

【図５】従来技術の要部を示す縦断正面図である。

【図６】従来技術のノズル受けレンガの平面図（Ａ）と
正面図（Ｂ）である。

【図７】別の従来技術のノズル受けレンガの平面図
（Ａ）と正面図（Ｂ）である。

【図８】さらに別の従来技術の要部の断面図である。

【符号の説明】

１ ストッパーノズル ２ 取鍋本体 ３ 底敷きレンガ ４ ノズル受けレンガ ５ 側壁レンガ ６ 耐火層 ７ ストッパーヘッド 11 円錐面 12 ノズル孔 21 底面 22 注湯口 41 嵌合孔 42 段差 43 外周面 44 頂面

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 底注ぎ式取鍋のストッパーノズル周辺の
   耐火構造において、昇降自在に吊支されたストッパーヘ
   ッド７が当接する円錐台形状のストッパーノズル１を取
   鍋本体２の底面２１上に固定し、該ストッパーノズル１
   の前記円錐面１１を内嵌する逆円錐面よりなる嵌合孔４
   １を中心に具え、段差４２を以て取鍋の上方向に向って
   縮径した外周面４３を有するノズル受けレンガ４を配置
   し、さらに底面２１に敷き並べた底敷きレンガ３からノ
   ズル受けレンガ４の頂面４４に至る厚さに亘り前記外周
   面４３から取鍋の側壁レンガ５までの底面を不定形耐火
   物で均等に搗き固めて耐火層６を形成したことを特徴と
   する底注ぎ式取鍋のストッパーノズル周辺の耐火構造。