JP5414051B2 - スライディングノズル装置及びこの装置に使用されるプレート - Google Patents

Description

本発明は、鋼の連続鋳造における取鍋やタンディシュのような容器から流出する溶鋼流を制御するために用いるスライディングノズル装置及びこの装置に使用されるプレートに関する。

スライディングノズル装置は、一般的に、複数の耐火物製のプレートと、これを固定保持するそれぞれの収納金枠と、収納金枠を駆動するための駆動装置と、プレートどうしを挟んで面間に圧力を掛ける圧力付与手段とからなる。そしてプレートを相対的にスライドさせ、ノズル孔を開閉することによって溶鋼流量を制御するもので、使用中はプレート間の隙間からの溶鋼の漏れを防止するために、プレートの面間に大きな圧力がかけられている。スライディングノズル装置においては、プレートはそれぞれ収納金枠に固定保持されている。通常、プレートはノズル孔を有するプレートれんがを主体とし、その側面が金属製のバンドで締め付けられているタイプあるいは、金属製の箱型のケースが装着されているタイプなどが一般的である。

スライディングノズル装置の一例としては、図７に示すように、上プレート７２および下プレート７５と、溶融金属用容器７１の底に設けられた上ノズルの下に設置されて上プレート７２を保持する固定金枠７３と、この固定金枠７３に対して開閉可能に設けた開閉金枠７４と、固定金枠７３と開閉金枠７４との間に設けた下プレート７５を保持するスライド金枠７６と、下プレート７５を上プレート７２に対して押圧する図示しない弾性体と、スライド金枠７６をスライドするための駆動装置７９とからなる。スライド金枠７６をスライドすることで上プレート７２と下プレート７５のそれぞれに形成されたノズル孔７７、７８の位置による開口の程度を調整して溶融金属の流量を調整するものである。また、上下のプレート７２，７５はそれぞれ収納金枠として固定金枠７３とスライド金枠７６に固定保持されている。さらに、３枚のプレートを使用するタイプ、下部ノズルと下部プレートが一体となったもの、下部プレートと浸漬ノズルが一体になったもの等もある。

これらのスライディングノズル装置において、プレートの収納金枠への固定手段として、縦押さえ方式と横押さえ方式がある。このうち、縦押さえ方式は、主としてプレートの直線的な摺動力に対するずれ防止を目的とするものである。しかしながらプレートは使用時に高温となり膨張するため、長手方向に圧縮する圧縮力となって作用し、プレートに長手方向に伸延する大きな亀裂が発生するおそれがある。また、使用時にはプレートの熱膨張に対して、押さえ装置は熱膨張せずに相対的に押圧力が上昇し、これによる亀裂の危険性が増加する。

この縦押さえの欠陥である長手方向の亀裂の発生を防止するために、例えば特許文献１では、前記の縦押さえと横押さえを同時に行う方法であり、横押さえはコッター方式で他方に押し付け力を与えている。これによって、縦方向の押しつけによる長手方向の亀裂発生を、幅方向の押しつけ力で抑え込み、ノズル孔からの長手方向への亀裂の発生を防止する効果があると考えられている。このように、通常、横押さえは、縦押さえだけの欠陥を補完するために縦押さえと併用される。

さらに、特許文献２では、湾曲した外周円を有する耐火板に適用した実施例であり、楕円もしくは長円形耐火板の周囲に配置された押さえ金具がそれぞれピンをもって相互にリンク結合されており、このリンク結合に引張力を加えることにより押さえ金具が耐火板を多方向から締め付け固定し得るようになっている。少数の引き装置で耐火板を多方向から締め付け固定でき、作業が簡便となり極めて短時間内にでき、従来装置のごとく多数方向の締付機構を必要としないため構造が簡単となり、また締付けを忘れる部分等を生ずるおそれがなくなる。また、締め付けが耐火板の全周にわたりほぼ均等に行われるので、従来方に比べ局部的な応力を低減することができる等の利点を有していると記載されている。
特開２０００−２３３２７４号公報 実開昭５６−１３１９６６号公報

特許文献１の方法は、縦と横との押し付け力のバランスが調整しにくいことがあり、亀裂を完全に抑えることができない。また、縦押さえのための締結手段と横押さえのための締結手段が独立で構成されておりプレートの着脱に手間を要する。

特許文献２の方法では、プレートの摺動力を一方側ではチェーン状の金具のみで受ける事になり、チェーン状の金具がゆるみ易く、プレート摺動力でずれる場合ある。チェーンがのびてしまうと、プレートれんががずれるため上部ノズルや下部ノズルとの接続部に隙間が発生し漏鋼の危険がある。さらに、上部ノズルや下部ノズルとの嵌合部で耐火物自体の割れが発生する可能性もある。

本発明が解決しようとする課題は、プレートを均一な力で押圧し固定することで使用時にノズル孔周りの亀裂の発生を抑制することであり、プレートの耐用性を向上することができるスライディングノズル装置とこれに使用されるプレートを提供することである。

本発明は、プレートとこのプレートを固定保持するプレート収納金枠を備えたスライディングノズル装置において、プレート収納金枠が、プレートの側面と接する縦押さえ面と横押さえ面の２つの押さえ面がそれぞれ離れて突設されしかもプレート収納金枠の長手方向中心軸に対して対称に配置され、それぞれプレートの摺動方向一端部を把持する２つの第１把持部と、第１把持部をそれぞれプレートの摺動面と平行面で回転可能に保持する移動ブロックと、プレートの摺動方向他端部を保持する固定ブロックと、移動ブロックによってプレートを固定ブロック方向に押し付ける押圧手段とを具備し、縦押さえ面とプレート収納金枠の長手方向中心軸との角度が６０度以上９０度以下、横押さえ面とプレート収納金枠の長手方向中心軸との角度が１度以上３０度以下であることを特徴とする。

本発明の把持部とその配置により、プレートの亀裂の発生を抑制することができるので、プレートの耐用性が向上する。

本発明を実施例により説明する。

図１に本発明のプレートとプレート収納金枠の平面図を示す。図１ではプレート収納金枠としてスライディングノズル装置に使用されるスライド金枠を示す。

図１において、収納金枠１は平面視が長矩形をしており、長矩形の底壁の周縁に摺動方向に対して前後に前壁１１と後壁１２と左右の横壁１３とを連設することによって形成されている。そして、収納金枠１のほぼ中央部にプレート２が４つの把持部３によって固定され、収納金枠１の長手方向の一端には駆動装置との連結部４を有している。この収納金枠１は、スライディングノズル装置内で矢印Ａ方向に摺動する。

プレート２は、平面視が８角形の４つの角部を切り落とした１２角形である。そして１２個の側面のうち８個の側面が４つの把持部３の８つの押さえ面で固定されている。図１のプレート２において摺動方向（矢印Ａ）と平行な２つの側面２１と摺動方向に直角な２つの側面２２以外の８つの側面が縦押さえ面３１と横押さえ面３２で固定されている。

把持部３は、プレートの摺動方向にノズル孔２３を挟んで前後に２個ずつしかも収納金枠１の長手方向中心軸Ｃに対して対称位置になるように収納金枠内に合計４個配置されている。この把持部３は、Ｌ字型をしており、そのほぼ中央部にプレートの摺動面と垂直方向に貫通孔を有し、この貫通孔に回転軸３３が挿入され、摺動面と平行面で回転自在に固定ブロック５または移動ブロック６に軸支されている。なお、図１においては、４つの把持部３は同じ形状をしている。

この把持部３は、少なくとも収納金枠の長手方向中心軸に対して互いに対称になる位置に２個使用し、他方は従来の一般的な保持機構とすることで縦方向の亀裂の抑制効果が十分得られる。またプレートの摺動方向に対してノズル孔を挟んで前後に２個づつしかもプレートの長手方向平行軸に対して対称位置になるように合計４個配置するとより縦方向の亀裂の抑制効果が高まる。

固定ブロック５は収納金枠１の長手方向中心軸Ｃに対して対称位置に２つ配置され、一端が収納金枠の前壁１１に固定ボルト５１で固定されており、他端は把持部３の回転軸３３を軸支している。

移動ブロック６は、平面視コの字型をしており、２つの把持部３の回転軸３３を両端部で保持し、後壁側には、押圧手段としての２本の締め付けボルト６１を備えている。後壁１２には、貫通孔を有し、この締め付けボルト６１が移動可能なように挿入され、後壁の両側にナット６２が締め付けボルト６１に螺合している。また移動ブロック６は収納金枠１の底壁１４に接している。そして締付けボルト６１のナット６２を回転することで締付けボルト６１が進退するため、移動ブロック６を進退することができる。その結果プレート２を着脱したり、把持部３をプレート２に押圧したりすることができる。

また、横壁１３と把持部３との間、及び横壁１３と移動ブロック６の間には１ｍｍ程度の隙間を設けている。なお、本実施例では、押圧手段としてボルト方式を使用しているが、例えば特開平７−１１６８２５号公報で開示されているカムによる押圧手段等、従来のプレートの着脱時に適用されている公知技術を採用することができる。

図２及び図１に示すように、把持部３には、プレート２を縦方向に押さえる縦押さえ面３１と横方向に押さえる横押さえ面３２との２つの面が突設されている。この実施例においては縦押さえ面３１と収納金枠の長手方向中心軸Ｃとの角度βは７０度、横押さえ面３２と収納金枠の長手方向中心軸Ｃとの角度γが１０度となっている。尚、図２においては、長手方向中心軸Ｃを平行移動して説明している。

この縦押さえ面３１と収納金枠の長手方向中心軸Ｃとの角度βは６０度以上９０度以下の角度を持つことが好ましい。９０度を超えるとプレートに応力が中央部に集中しやすくなるため縦亀裂が入りやすくなる。６０度未満の場合には押さえ力が不足し摺動時にプレートのずれが発生する場合がある。

また、横押さえ面３２と収納金枠の長手方向中心軸Ｃとの角度γは縦方向の亀裂の発生を抑制するためにプレートの長手方向中心軸に対して１度以上３０度以下の角度を有することが好ましい、１度未満では摺動方向とほぼ平行方向の締め付けになってしまうためプレートの中心側へ向う押し付け力が発生しにくい、３０度を越えるとはプレート内部への押し付け力が弱くなり縦亀裂防止効果が少なくなる。

把持部３は回転による応力緩和機能をより効果的に発揮するため、図２に示すように把持部に突設するそれぞれの押さえ面３１，３２と回転軸３３との間に間隔を設けて配置することが好ましい。このため、回転軸３３から縦押さえ面３１の端面との距離Ｘは２０〜１００ｍｍ、及び回転軸３３から横押さえ面３２の端面との距離Ｙは５０〜２００ｍｍであることがより好ましい。

把持部３はＬ字型をしているがその開き角度αは１００度以上１６０度以下の範囲であれば均等にプレートを固定することができる点からより好ましい。また回転軸３３の位置は特に限定されないが、コーナー部付近であればバランス良く保持することができる。

図３は、図１の実施例に使用されているプレート２を示す。このプレート２は平面視が８角形をしたプレートにおいて摺動方向と平行な対角線Ａとこの対角線Ａに対して直角に交わる対角線Ｂでそれぞれの対角線上の４つの角部を切断したような１２角形をしている。このプレートにおいては、この２つの対角線の長さの比Ａ／Ｂが２で、対角線Ａの中心で対角線Ｂが交わっている。

このプレート２は本発明のプレートの固定方法において、２つあるいは４つの把持部における縦押さえ面と横押さえ面とでプレートを押圧することができるので、プレートの縦方向の押さえ、縦方向の応力緩和、及び横方向からの押圧力を効果的に与えることができる。

このプレート２は８角形の４つの角をカットすることでよりコンパクトな形状となっているが、角をカットしない８角形でも問題なく使用することができる。また、角部をＲとすることも可能である。さらに、ノズル孔を２つ以上設けたプレートとすることもできる。

また、２つの対角線の長さの比を１．５以上とすることで、プレートの長手方向に十分な摺動範囲（ストローク）を確保することができる。１．５未満では必要なストロークを確保すると幅が広くなりすぎてプレートが大きくなり不経済となる。

更に、プレートの対角線Ｂが対角線Ａの中心、あるいは中心から±１０ｍｍ以内に位置する時に、プレートの形状が前後左右が対称形に近くなるため、８箇所の押さえ面による応力がより均等に分散されるため、より亀裂が発生しにくいプレートとなる。

図４に本発明に使用可能なプレートの実施例２と把持部の１例を示す。このプレート２ａの外形は、長手軸方向両側の曲率半径ｒが６５ｍｍの２本の曲線と、長手軸と垂直方向両側の曲率半径Ｒが３７０ｍｍの２本の曲線とそれぞれの曲線をつなぐ４本の短い直線とから構成されている。また、ノズル孔の内径Ｄは３５ｍｍである。そして２つの曲率半径Ｒの中心を通る直線Ｓ１は２つのプレートの曲率半径ｒの中心を通る直線Ｓ２の中心で直角に交わっている。また２つの曲率半径ｒの中心を通る直線Ｓ２はプレートの長手方向中心軸に一致する。また、把持部は長手軸方向両側の曲率半径ｒの曲線部分を縦押さえ面３１とそれ以外の部分を横押さえ面３２で押圧することもできる。

このように、プレートは、長手軸方向両側の曲率半径ｒの曲線と長手軸と垂直方向両側の曲率半径Ｒの曲線を含み、しかも長手軸方向両側の曲率半径をｒ、長手軸と垂直方向両側の曲率半径をＲ、プレートのノズル孔の直径をＤとすると、Ｄ＜ｒ＜３Ｄ、かつ３ｒ＜Ｒ＜８ｒとすることができる。そして曲率半径Ｒのそれぞれの中心を通る直線は、曲率半径ｒのそれぞれの中心を通る直線の中心に対して±２０ｍｍの範囲でほぼ直角に交わるような形状とすることができる。このような形状とすることで、長手軸方向両側の曲率半径ｒの曲線部分を縦押さえ面３１とそれ以外の部分を横押さえ面３２で押圧することができる。

プレートの長手軸方向両側の曲率半径ｒがノズル孔の直径Ｄ以下の場合には、プレートのノズル孔内面と側面との距離が小さくなるため強度が不足しノズル孔内面から側面へ伸展する亀裂が入りやすくなる。ｒが３Ｄ以上場合にはプレートが必要以上に大きくなりすぎ不経済である。

プレートの長手軸と垂直方向両側の曲率半径Ｒが３ｒ以下の場合には、プレートを摺動するための必要なストロークに対してプレートれんがの長さが小さくなりすぎ強度が不足し耐用性が悪くなる。Ｒが８ｒを以上とプレートが必要以上に大きくなりすぎ不経済である。

次に、プレートを収納金枠に固定するには、図１においてまず締付けボルトのナット６２を回転させると、移動ブロック６が連結部４側に移動し、把持部３が連結部に移動する。プレートを挿入し、ナット６１を締めることで把持部がプレートを押圧しプレートが保持固定される。プレートを取り外す時はナット６１を緩める。

次に、図５において、本発明の使用時のプレート２の縦亀裂抑制効果について説明する。図５において、収納金枠１を左側に移動すると、摺動接触するする相手のプレートとの摩擦力である矢印Ｆ方向の力を受ける。この力を２つの把持部３の縦押さえ面で受けるが、その力の一部は矢印Ｇの方向へ逃げることができる、そして回転軸３３を支点としたてこの原理により横押さえ面には矢印Ｈ方向の力が働く。

このため縦方向に発生する圧縮応力の一部は矢印Ｇの方向へ緩和され、しかも矢印Ｈ方向からプレートを両側面から圧縮する力がかかるためプレートの縦方向の亀裂を抑制することができる。つまり把持部が回転軸を持つことで、片方の押さえ面にかかる荷重を一方の押さえ面に分けることができる。

また同じように、使用中の熱膨張によってプレートが縦方向へ膨張した場合には、把持部の回転機構によって縦方向の圧縮応力を緩和し、しかもその一部を縦方向の亀裂を抑制するための横方向の押し付け力に変換することができる。

このようなメカニズムによりプレートの亀裂の発生を抑制することができ、プレートの耐用性が向上する。

図６は本発明の把持部の別実施例を示す。固定ブロック５は、金属製で、収納金枠１の壁に壁面との間に隙間５ａを有するように長手方向中心軸上で収納金枠１の壁に固定されている。そして両端に図１と同様に把持部３を回動自在に保持している。それぞれの把持部３には、縦押え面３１と横押さえ面３２とが形成されている。それぞれの把持部３も、収納金枠１の壁には接触しないように保持されている。

移動ブロック６は、金属製で、収納金枠１の壁面との間に隙間６ａを有するように長手方向中心軸上でボルト６ｃによってねじブロック６ｂに保持されている。また移動ブロック６は両端に固定ブロック５と同様に把持部３を回動自在に保持している。この移動ブロック６に保持されている把持部３は固定ブロック５に保持されている把持部３と同じものである。

ねじブロック６ｂは収納金枠１に固定されており、しかもボルト６cが螺合するための雌ねじ溝が形成された貫通孔を有している。ねじブロック６ｂの貫通孔の両側にはガイドが突設されており、移動ブロック６に嵌入している。

ボルト６ｃは、雄ねじ溝を有しておりねじブロック６ｂの貫通孔に螺合している。壁及び移動ブロック６の貫通孔には雌ねじ溝はなくボルト６ｃは回転自在に貫通している。ボルト６ｃの先端部には移動ブロック６を挟んで２つの鍔を有している。

ボルト６ｃを回転すると、ボルト６ｃが移動し、ボルト６ｃの２つの鍔のうちどちらか一方が移動ブロック６に当接することで移動ブロック６を移動することができる。つまりボルト６ｃを回転することで移動ブロック６が移動するので、プレート２を着脱することができる。

このプレート２の外形は、図４に示すｒ、Ｒ、Ｄと同様に、長手軸方向両側の曲率半径ｒが８０ｍｍの２本の曲線と、長手軸と垂直方向両側の曲率半径Ｒが６００ｍｍの２本の曲線とを含む線で構成されている。このプレートのノズ孔の内径Ｄは６０ｍｍである。

使用中の熱膨張によってプレートが膨張しても、その膨張力を受けて固定ブロックあるいは移動ブロックが反る事でプレートに発生する応力を吸収し、プレートの亀裂を防止することができる。固定ブロック及び移動ブロックと壁との間には隙間を有するため、固定ブロック及び移動ブロックが把持部からプレートの熱膨張力を受けて反ることができる。

プレート及びプレート収納金枠の実施例の平面図 図１における把持部の拡大図 実施例１のプレートの平面図 実施例２のプレートの平面図 応力緩和機構の説明図 実施例３のブロックの平面図 従来のスライディングノズル装置の一例を示す説明図

符号の説明

１ 収納金枠
１１ 前壁
１２ 後壁
１３ 横壁
１４ 底壁
２ プレート
２ａ プレート
２１ 摺動方向に平行な側面
２２ 摺動方向に直角な側面
２３ ノズル孔
３ 把持部
３１ 縦押さえ面
３２ 横押さえ面
３３ 回転軸
４ 連結部
５ 固定ブロック
５ａ：隙間
５１ 固定ボルト
６ 移動ブロック
６ａ：隙間
６ｂ：ねじブロック
６ｃ：ボルト
６１ 締め付けボルト
６２ ナット
７１ 溶融金属用容器
７２ 上プレート
７３ 固定金枠
７４ 開閉金枠
７５ 下プレート
７６ スライド金枠
７７ ノズル孔
７９ 駆動装置

Claims (8)

1. プレートとこのプレートを固定保持するプレート収納金枠を備えたスライディングノズル装置において、
   プレート収納金枠が、
   プレートの側面と接する縦押さえ面と横押さえ面の２つの押さえ面がそれぞれ離れて突設されしかもプレート収納金枠の長手方向中心軸に対して対称に配置され、それぞれプレートの摺動方向一端部を把持する２つの第１把持部と、
   第１把持部をそれぞれプレートの摺動面と平行面で回転可能に保持する移動ブロックと、
   プレートの摺動方向他端部を保持する固定ブロックと、
   移動ブロックによってプレートを固定ブロック方向に押し付ける押圧手段とを具備し、
   縦押さえ面とプレート収納金枠の長手方向中心軸との角度が６０度以上９０度以下、横押さえ面とプレート収納金枠の長手方向中心軸との角度が１度以上３０度以下であるスライディングノズル装置。
2. プレート収納金枠が、更に、プレートの側面と接する縦押さえ面と横押さえ面の２つの押さえ面がそれぞれ離れて突設されしかもプレート収納金枠の長手方向中心軸に対して対称に配置され、それぞれプレートの摺動方向他端部を把持する２つの第２把持部を具備し、
   第２把持部が、プレートの摺動面と平行面で回転可能に固定ブロックに保持されている請求項１に記載のスライディングノズル装置。
3. 固定ブロックは、プレート収納金枠の壁に壁面との間に隙間を有するように長手方向中心軸上でプレート収納金枠に固定され、移動ブロックは、プレート収納金枠の壁に壁面との間に隙間を有するように長手方向中心軸上でプレート収納金枠に移動可能に固定されている請求項２に記載のスライディングノズル装置。
4. プレートが、平面視が８角形をしており、摺動方向と平行な対角線とこの対角線Ａに垂直な対角線Ｂを有し、この２つの対角線の比Ａ／Ｂが１．５以上である請求項１または２に記載のスライディングノズル装置。
5. 請求項４のプレートにおいてこの対角線の上の頂点部をカットしたスライディングノズル装置。
6. プレートは、平面視の外形が長手軸方向両側の曲率半径ｒの曲線と長手軸と垂直方向両側の曲率半径Ｒの曲線とを含む線で構成され、しかもプレートのノズル孔の直径をＤとすると、Ｄ＜ｒ＜３Ｄ、かつ３ｒ＜Ｒ＜１０ｒとなる請求項１に記載のスライディングノズル装置。
7. 連続鋳造に使用される請求項４、５または６に記載のスライディングノズル装置。
8. 請求項４、５、６または７に記載のスライディングノズル装置に使用されるプレート。

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