(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空引きされる容器内の溶融金属に添加材を添加する溶融金属の真空処理用添加材添加装置において、前記容器内の溶融金属に添加材を切出し、切出された添加材を排出する排出弁を備えた切出しフィーダが設けられると共に、ロードセルにより支持されてなる添加材用ホッパと、この添加材用ホッパに、添加材の投入口から第１伸縮手段を介して連通する遮断自在な添加材投入ラインと、前記切出しフィーダの切出し口側に配設される第２伸縮手段と、前記添加材用ホッパと前記容器とを自在に連通させる、可撓手段を有する均圧ラインとを備えたことを特徴とする溶融金属の真空処理用添加材添加装置。
【請求項２】
真空引きされる容器内の溶融金属に添加材を添加する溶融金属の真空処理用添加材添加装置において、前記容器内の溶融金属に添加材を切出し、切出された添加材を排出する排出弁を備えた切出しフィーダが設けられると共に、ロードセルにより支持されてなる添加材用ホッパと、この添加材用ホッパに、添加材の投入口から第１遮断手段、第１伸縮手段を介して連通する添加材投入ラインと、前記切出しフィーダの排出弁の下流側に配設される第２伸縮手段と、この第２伸縮手段から前記容器に連通する添加材添加シュートと、この添加材添加シュートの前記容器側に配設される第２遮断手段と、前記添加材用ホッパと前記容器との間に配設され、均圧弁が介装されると共に、可撓手段を有する均圧ラインとを備えたことを特徴とする溶融金属の真空処理用添加材添加装置。
【請求項３】
前記第１伸縮手段および第２伸縮手段は、伸縮自在な蛇腹状のフレキシブル管であることを特徴とする請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の溶融金属の真空処理用添加材添加装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、真空引きされる容器内の溶融金属に添加材を添加する溶融金属の真空処理用添加材添加装置に関し、より詳しくは、従来より高さが低い建屋に建設することができ、短時間のうちに添加材を溶鋼に添加することができ、しかも成分が均一な溶融金属の生産性の向上を可能ならしめるようにした溶融金属の真空処理用添加材添加装置の技術分野に属するものである。
【０００２】
【従来の技術】
周知のとおり、溶融金属が、例えば溶鋼である場合には、所望の合金成分を有し、かつ不純物の少ない清浄鋼を得るために、ＬＦ炉等を用いて、先ず溶鋼に合金金属元素等の成分調整材を添加して主たる成分調整を行う。次いで、脱ガス装置を用いて真空引きすることにより脱炭・脱ガスを行うと共に、さらにＦｅＳｉやＡｌ等の脱酸材の添加により脱酸を行って、最終的に均一な目標成分の溶鋼を製造している。かかる目標成分の溶鋼を製造するために、真空下の溶鋼に上記合金元素や脱酸材等の各種の添加材を添加するようにした添加材添加装置としては、例えば特開昭５７−９８２１号公報（従来例１；取鍋内への添加材等の添加方法）、特許第２５６４８５３号公報（従来例２；脱ガス槽の成分調整用添加材投入装置）等に開示されてなるものが公知である。
【０００３】
以下、上記従来例の概要構成を説明するが、上記従来例１と従来例２とは、ほぼ同等の構成であるから、脱ガス槽の成分調整用添加材投入装置を示す模式図の図５を参照しながら、上記従来例３に係る脱ガス槽の成分調整用添加材投入装置を例として説明すると、真空脱ガス槽５２の上方に設けられた添加材を投入する添加材投入装置２０は、４系統（図５においては２系統のみ図示されている。）の、後述する添加装置２１を有している。
【０００４】
この添加装置２１は、貯蔵ホッパ２２を備えており、この貯蔵ホッパ２２から適量の添加材が重量測定器を備えた秤量機（秤量ホッパに相当する。）２４に切出されると共に、秤量機（秤量ホッパ）２４により秤量された所定重量の添加材が添加ホッパ２６内に落下する。添加ホッパ２６内に落下した添加材は、上流側のシュート３８、添加材排出弁４２、遮断弁４４、下流側のシュート４６を経て、上部にガス排気管５６を備え、下部に取鍋５４内の溶鋼５３に浸漬される溶鋼吸込み用の上昇管および溶鋼吐出用の下降管を備えると共に、図示しない昇降装置で昇降される、いわゆるＲＨ脱ガス槽と呼ばれる脱ガス槽５２に投入されるようになっている。なお、昇降装置で取鍋が昇降される場合もある。
【０００５】
つまり、昇降装置で取鍋５４が上昇され、上昇管にアルゴンガスが吹き込まれると、取鍋５４内の溶鋼５３が上昇管を上昇し、脱ガス槽５２内に流入すると共に、下降管から取鍋５４内に吐出されるというように、溶鋼５３が取鍋５４と脱ガス槽５２との間で循環する。そして、ガス排気管５６からの真空引きにより、循環している溶鋼５３は脱ガス処理される。
【０００６】
一方、貯蔵ホッパ２２から秤量機２４に所定量の添加材を切出すと共に、アルゴンガス、窒素ガス若しくは空気の供給により添加ホッパ２６内の内圧が略大気圧になると、秤量機２４から添加ホッパ２６内に添加材を投入する。次いで、添加ホッパ２６内の内圧が脱ガス槽５２の内圧に一致するまで排気して脱ガス処理が終了した溶鋼５３に添加材を投入すると共に、上昇管へのアルゴンガスの供給により溶鋼５３を循環させて攪拌する。溶鋼５３の攪拌終了後には、シュート４６へのアルゴンガス、窒素ガス若しくは空気の供給により、脱ガス槽５２内の内圧を略大気圧にして溶鋼５３を取鍋５４内に戻すものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来例１または２の場合には、何れも、貯蔵ホッパ、秤量ホッパに相当する秤量機，添加ホッパの３段構成になっている。そのために、高さの高い建屋を建設しなければならないのに加えて、添加材を貯蔵ホッパまで運搬するベルトコンベヤ等の運搬機も長大にならざるを得ないから、添加材添加装置の建設費に関して経済的に不利になるという解決すべき課題がある。
【０００８】
また、上記従来例１または２の場合には、真空状態で添加材を正確に秤量するのが困難であるために、大気中において添加材を秤量し、次いで添加ホッパに投入した後、添加ホッパを含む系内を真空にするという工程を経る必要がある。
そのため、添加材の秤量を開始してから溶鋼に添加するまでに長時間（例えば、２〜３分）を要する。つまり、秤量後すぐに添加材を溶鋼に添加することができないので、例えばＶＯＤ，ＶＨＦ等のように、短時間に処理することが要求される製鋼設備等に対して、従来例に係る構成の成分調整用添加材投入装置（添加材添加装置）を採用することができなかった。
【０００９】
さらに、上記従来例１または２の場合には、清浄、かつ均一な目標成分の溶鋼を製造するために、成分調整工程、脱ガス工程、脱酸工程（ＳｉまたはＡｌの添加）の３工程を経る必要があり、溶鋼処理のさらなる生産性の向上が望めないという解決すべき課題もあった。
【００１０】
従って、本発明の目的は、従来例よりも高さが低い建屋内に建設することができ、また短時間のうちに真空引きされる容器内の溶融金属に添加材を添加することができ、しかも目標とする成分が均一な溶融金属の生産性の向上を可能ならしめる溶融金属の真空処理用添加材添加装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであって、従って上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る溶融金属の真空処理用添加材添加装置が採用した手段は、真空引きされる容器内の溶融金属に添加材を添加する溶融金属の真空処理用添加材添加装置において、前記容器内の溶融金属に添加材を切出し、切出された添加材を排出する排出弁を備えた切出しフィーダが設けられると共に、ロードセルにより支持されてなる添加材用ホッパと、この添加材用ホッパに、添加材の投入口から第１伸縮手段を介して連通する遮断自在な添加材投入ラインと、前記切出しフィーダの切出し口側に配設される第２伸縮手段と、前記添加材用ホッパと前記容器とを自在に連通させる、可撓手段を有する均圧ラインとを備えたことを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の請求項２に係る溶融金属の真空処理用添加材添加装置が採用した手段は、真空引きされる容器内の溶融金属に添加材を添加する溶融金属の真空処理用添加材添加装置において、前記容器内の溶融金属に添加材を切出し、切出された添加材を排出する排出弁を備えた切出しフィーダが設けられると共に、ロードセルにより支持されてなる添加材用ホッパと、この添加材用ホッパに、添加材の投入口から第１遮断手段、第１伸縮手段を介して連通する添加材投入ラインと、前記切出しフィーダの排出弁の下流側に配設される第２伸縮手段と、この第２伸縮手段から前記容器に連通する添加材添加シュートと、この添加材添加シュートの前記容器側に配設される第２遮断手段と、前記添加材用ホッパと前記容器との間に配設され、均圧弁が介装されると共に、可撓手段を有する均圧ラインとを備えたことを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の請求項３に係る溶融金属の真空処理用添加材添加装置が採用した手段は、請求項１または２のうちの何れか一つの項に記載の溶融金属の真空処理用添加材添加装置において、前記第１伸縮手段および第２伸縮手段は、伸縮自在な蛇腹状のフレキシブル管であることを特徴とするものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
発明者らは、添加材用ホッパに対して、添加材を貯蔵する機能、添加材を秤量する機能、ならびに所定量の添加材を切出す機能を付与すると共に、取鍋を真空容器として活用し得る構成にすれば、上記課題を解決し得ると考えて本発明をなしたものである。以下、本発明の実施の形態に係る溶融金属の真空処理用添加材添加装置を、真空引きされる真空取鍋（容器）を含むその全体構成説明図の図１と、その詳細構成説明図の図２とを順次参照しながら説明する。
【００１５】
即ち、図１および図２に示す符号１は、図示しない蒸気エゼクタにより真空蓋１０を介して真空引きされ、底部にアルゴンガス供給口１１ａを有する容器である真空取鍋１１内の溶融金属である溶鋼１２に、例えば合金鉄、ＦｅＳｉ、Ａｌ等の添加材を添加する真空処理用添加材添加装置である。この真空処理用添加材添加装置１は、所定量の添加材が切出される切出し口に排出弁５１を備えた切出しフィーダ５が設けられ、複数のロードセル４１により支持されてなる添加材用ホッパ４を備えている。なお、本実施の形態に係る真空処理用添加材添加装置１の場合には、図１および図２からよく理解されるように、添加材用ホッパ４が２個並列に配設されているが、添加材用ホッパ４は１個でもよく、また３個以上でもよいので、添加材用ホッパ４の配設数に限定されるものではない。
【００１６】
前記添加材用ホッパ４の上部の径方向の中央には、この添加材用ホッパ４の上方に設けられた添加材の投入口２から、上部遮断弁（第１遮断手段）３１が介装されると共に、この上部遮断弁３１の下側に、周知の蛇腹管からなる伸縮可能な上部フレキシブル管（第１伸縮手段）３２が介装されてなる添加材投入ライン３が連通している。また、切出しフィーダ５に設けられた排出弁５１の下側に、同じく蛇腹管からなる伸縮可能な下部フレキシブル管（第２伸縮手段）６１が介装されてなる添加材供給ライン６が接続されている。なお、図１および図２においては、上部フレキシブル管３２と下部フレキシブル管６１との太さは、何れも誇張して示してある。
【００１７】
そして、この添加材供給ライン６の下部フレキシブル管６１に、斜め配設されてなる、筒状の添加材添加シュート７の上端が接続されると共に、その下端は前記真空取鍋１１の上部開口を気密可能に閉蓋する真空蓋１０の上部に連通し、下部遮断弁（第２遮断手段）８１が介装されてなる垂直なシュート出口管８の上端が接続されている。勿論、前記シュート出口管８の上端には、他方の添加材用ホッパ４に設けられた切出しフィーダ５の切出し口から切出された添加材を真空取鍋１１に導く添加材添加シュート７の下端も接続されている。
【００１８】
さらに、前記添加材用ホッパ４と前記真空取鍋１１との間に、後述する構成になる均圧ライン９が連通している。この均圧ライン９は、前記真空蓋１０から添加材添加シュート７に連通し、均圧弁９２が介装されてなる下部均圧ライン９１と、この下部均圧ライン９１の前記添加材添加シュート７と均圧弁９２との間から前記添加材用ホッパ４に連通し、フレキシブルホース（可撓手段）９４が介装されてなる上部均圧ライン９３とから構成されている。
【００１９】
本実施の形態に係る真空処理用添加材添加装置１においては、上記のとおり、添加材用ホッパ４の上部の添加材投入ライン３に上部フレキシブル管３２が配設され、また添加材用ホッパ４に設けられた切出しフィーダ５の下部の添加材供給ライン６に下部フレキシブル管６１が配設されると共に、均圧ライン９の上部均圧ライン９３にフレキシブルホース９４が介装されている。従って、これらが添加材用ホッパ４に及ぼす作用力は近似的にバランスすることになるので、添加材用ホッパ４の上下移動に対する悪影響は極く僅かである。
【００２０】
そのため、本実施の形態に係る真空処理用添加材添加装置１では、上記従来例１または２のように秤量ホッパや添加ホッパを設ける必要がなく、貯蔵機能、秤量機能、添加機能を備えた１つの添加材用ホッパ４だけで済むから、上記従来例１または２の場合よりも高さが低い建屋を建設することが可能になるのに加えて、添加材を投入口２まで運搬する運搬機も小型にすることができるから、真空処理用添加材添加装置の建設費に関しては従来例よりも経済的に有利になるという効果がある。
【００２１】
【実施例】
以下、上記実施の形態に係る真空処置用添加材添加装置を用いて、真空取鍋内の溶鋼に添加材を添加した実施例を、図２と、秤量シーケンス説明図の図３と、従来の溶鋼製造工程説明図の図４（ａ）と、本発明の真空処置用添加材添加装置による溶鋼製造工程説明図の図４（ｂ）とを参照しながら説明する。
【００２２】
図２における左側の添加材用ホッパ４には、投入口２から２２５ｋｇの添加材であるＦｅＳｉが入れられると共に、右側の添加材用ホッパ４には４９ｋｇの添加材であるＡｌが入れられている。上部遮断弁３１は閉弁されており、真空取鍋１１の内圧は、６７Ｐａ（０．５Ｔｏｒｒ）になるように真空蓋１０を介して真空引きされる。そして、本実施の形態に係る真空処理用添加材添加装置１で添加材を添加するために用いられる秤量シーケンスは、均圧弁９２が開弁されてから０．１秒後に排出弁５１が開弁され、排出弁５１が開弁されてから５秒後に下部遮断弁８１が開弁されると共に、下部遮断弁８１が開弁されてから１２秒後に切出しフィーダ５が作動するように設定されている。
【００２３】
この秤量シーケンスを用いて、２２５ｋｇのＦｅＳｉが入れられている左側の添加材用ホッパ４から、溶鋼に１０ｋｇのＦｅＳｉを添加するように設定して添加材の添加試験を実施した。真空蓋１０を介して真空引きしているときに均圧弁９２を開弁すると、各遮断弁や配管の圧力損失により、上部フレキシブル管３２と下部フレキシブル管６１との真空度が異なり、下部フレキシブル管６１がより縮小するため、ＦｅＳｉが入れられている左側の添加材用ホッパ４内のＦｅＳｉの秤量値が２２５ｋｇから２３２ｋｇに増加した。この状態で、０．１秒後に中間遮断弁５１が開弁され、中間遮断弁５１が開弁されてから５秒後に下部遮断弁８１が開弁されると秤量値が２３２ｋｇから２４０ｋｇまで増加したが、時間経過により上部フレキシブル管３２と下部フレキシブル管６１との真空度差が少なくなり、１０秒後に２２８ｋｇで一定になった。
【００２４】
次いで、切出しフィーダ５の作動によって添加材用ホッパ４から７ｋｇのＦｅＳｉが切出され、秤量値が２２１ｋｇになると切出しフィーダ５が停止した。
切出しフィーダ５の停止後、落差によりさらに３ｋｇが添加され、秤量値は２１８ｋｇで一定になった。その後、系内を大気中に開放して大気圧状態に戻したところ、秤量値は２１５ｋｇであり、真空下において正確に１０ｋｇのＦｅＳｉを溶鋼１２に添加することができた。このようにしてＦｅＳｉが添加されると、アルゴンガス供給口１０ａから吹込まれるアルゴンガスにより真空取鍋１１内の溶鋼１２が攪拌される。
【００２５】
ところで、落差とは、作動停止信号が発せられてから停止するまでの間に切出しフィーダ４１から切出される添加材の重量のことであり、この落差は切出しフィーダ４１に固有のものである。そのため、添加する添加材の添加量は、切出しフィーダ５の作動中に切出される切出し量に、落差分の切出し量を加算した値になるものである。つまり、１０ｋｇのＦｅＳｉを添加するように設定する場合には、１０ｋｇ−３ｋｇ＝７ｋｇが設定されるものである。
【００２６】
なお、Ａｌが入れられている右側の添加材用ホッパ４については、溶鋼に２１ｋｇのＡｌを添加する設定で添加試験を実施したところ、図示省略しているが、溶鋼に１０ｋｇのＦｅＳｉを添加した場合とほぼ同様の秤量値変動を経て、真空下において正確に２１ｋｇのＡｌを添加することができた。
【００２７】
従来例によれば、添加材の秤量を開始してから溶鋼に添加するまで２〜３分を要していたのに対して、本発明に係る真空処理用添加材添加装置１によれば、以上の実施例から良く理解されるように、秤量を開始してから約２０秒程度で溶鋼に添加材を添加することができる。従って、短時間に処理することが要求される製鋼設備にとって極めて有用である。
【００２８】
また、従来例１または２によれば、図４（ａ）に示すように、均一な成分の溶鋼を製造するために、成分調整工程、脱ガス工程、脱酸工程（ＳｉまたはＡｌの添加）の３工程が必要であった。しかしながら、本発明に係る真空処理用添加材添加装置１によれば、図４（ｂ）に示すように、成分調整工程、脱ガス・脱酸工程の２工程でよく、均一な成分の溶鋼の製造所要時間を大幅に短縮することができるから、均一な成分の溶鋼の生産性の向上に大いに寄与することができるという極めて優れた効果がある。
【００２９】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１乃至３に係る溶融金属の真空処理用添加材添加装置によれば、上記従来例１または２のように秤量ホッパや添加ホッパを設ける必要がなく、貯蔵、秤量、添加機能を備えた１つの添加材用ホッパが設けられているだけの構成であるから、上記従来例１または２の場合よりも高さが低い建屋を建設すれば済むのに加えて、添加材を投入口まで運搬する運搬機も小型で済むから、溶融金属の真空処理用添加材添加装置の建設費に関して経済的に有利になるという効果がある。
【００３０】
また、従来例１または２では、添加材の秤量を開始してから添加するまで２〜３分を要していたのに対して、本発明の請求項１乃至３に係る溶融金属の真空処理用添加材添加装置によれば、容量後に系内を真空にする必要がなく、秤量を開始してから約２０秒程度で添加材を溶融金属に添加することができるから、短時間に処理することが要求される製鋼設備にとって極めて有用である。
【００３１】
また、従来例１または２によれば、清浄、かつ均一な目標成分の溶鋼を製造するのに成分調整工程、脱ガス工程、脱酸工程（ＳｉまたはＡｌの添加）の３工程が必要であったが、本発明請求項１乃至３に係る溶融金属の真空処理用添加材添加装置によれば、成分調整工程、脱ガス・脱酸工程の２工程でよく、目標とする成分の溶融金属の製造所要時間が大幅に短縮されから、溶融金属の生産性の向上にも大いに寄与することができるという優れた効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係り、真空引きされる真空容器を含む溶融金属の真空処理用添加材添加装置の全体構成説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る溶融金属の真空処理用添加材添加装置の詳細構成説明図である。
【図３】本発明に係り、秤量シーケンス説明図である。
【図４】図４（ａ）は従来の溶鋼製造工程説明図、図４（ｂ）は本発明の真空処置用添加材添加装置による溶鋼製造工程説明図である。
【図５】従来例３に係る脱ガス槽の成分調整用添加材投入装置を示す模式図である。
【符号の説明】
１…真空処理用添加材添加装置
２…投入口
３…添加材投入ライン，３１…上部遮断弁（第１遮断手段），３２…上部フレキシブル管（第１伸縮手段）
４…添加材用ホッパ，４１…ロードセル
５…切出しフィーダ，５１…排出弁
６…添加材供給ライン，６１…下部フレキシブル管（第２伸縮手段）
７…添加材添加シュート
８…シュート出口管，８１…下部遮断弁（第２遮断手段）
９…均圧ライン，９１…下部均圧ライン，９２…均圧弁，９３…上部均圧ライン，９４…フレキシブルホース（可撓手段）
１０…真空蓋
１１…真空取鍋
１２…溶鋼
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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