(57)【要約】【課題】高温環境下で使用される場合においても、非常時にスライディングノズルを確実に作動させることができるスライディングノズルの非常用駆動装置を提供する。【解決手段】溶鋼容器の底部に設けられたスライディングノズルを作動させる駆動力を供給する駆動源と、該駆動源からの駆動力を上記スライディングノズルに伝達する伝達手段を有するスライディングノズル駆動装置における非常用駆動装置であって、上記非常用駆動装置は、非常用駆動源と、非常時にのみ上記非常用駆動源の駆動力を上記伝達手段に連結するエアクラッチからなり、上記エアクラッチのシリンダとピストン間のシール材に、フッ素樹脂製リングを用いてなることを特徴とするスライディングノズルの非常用駆動装置。【選択図】図５
2014240080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼容器の底部に配設されたスライディングノズルを作動する駆動力を供給する駆動源と、該駆動源の駆動力を上記スライディングノズルに伝達する伝達手段を有するスライディングノズル駆動装置における非常用駆動装置であって、
該非常用駆動装置は、非常用駆動源と、非常時にのみ上記非常用駆動源の駆動力を上記伝達手段に伝達するエアクラッチからなり、
該エアクラッチのシリンダとピストン間のシール材に、フッ素樹脂製リングを用いてなることを特徴とするスライディングノズルの非常用駆動装置。
【請求項２】
上記フッ素樹脂製リングは、伸縮可能に分割されてなるもの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ノズルの非常用駆動装置。
【請求項３】
上記フッ素樹脂製リングは、金属製リングおよび／またはゴム製リングでエアクラッチのシリンダ摺動面に圧着されてなることを特徴とする請求項１または２に記載のスライディングノズルの非常用駆動装置。
【請求項４】
上記フッ素樹脂製リングは、伸縮可能に分割されてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスライディングノズルの非常用駆動装置。
【請求項５】
上記エアクラッチのシリンダ摺動面は、クロムめっき処理が施されてなることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスライディングノズルの非常用駆動装置。
【請求項６】
上記非常用駆動源は、エアモータであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスライディングノズルの非常用駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取鍋等、溶鋼容器からの溶鋼の流出量を制御するスライディングノズルを作動させる駆動装置に関し、特に、高温での使用環境下においても非常時にスライディングノズルを確実に作動させることができるスライディングノズルの非常用駆動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼を収容する容器、例えば取鍋や連続鋳造のタンディッシュ等から流出する溶鋼量を制御する装置として、スライディングノズル（以降、「ＳＮ」とも略記する）が広く用いられている。このＳＮは、一般に、上ノズルと、２枚または３枚の耐火物製プレートと、下ノズルおよび上記耐火物製プレートを摺動させる駆動装置とから構成されている。上記駆動装置は、ＳＮが上プレートと下プレートの２枚からなる場合は、上プレートに対して、下プレートと下ノズルを摺動させ、また、上プレート、摺動プレートおよび下プレートの３枚からなる場合は、上・下プレートに対して、摺動プレートを摺動させることによって、スライディングノズルの開度を調整し、容器から排出される溶鋼の流量を制御している。
【０００３】
図１は、一例として、取鍋の底部に配設された３枚のプレートからなるスライディングノズルを示したものである。溶鋼を収納する取鍋１の底部には、スライディングノズル２が設けられており、上記スライディングノズルは、上ノズル３を有する上プレート２ａ、下ノズル４を有する下プレート２ｂおよび上プレート２ａと下プレート２ｂ間に挟まれた摺動プレート２ｃからなり、摺動プレート２ｃは、アーム５およびベルクランク６を介して、駆動装置７に連結されている。そして、取鍋１から流出する溶鋼の流量制御は、駆動装置７により供給される駆動力により、ベルクランク６およびアーム５を介して、摺動プレート２ｃを上プレート２ａおよび下プレート２ｂに対して摺動させ、ノズル穴の開度を調整することにより行われる。
【０００４】
駆動装置７は、図２に示すように、スライディングノズル２を作動させる駆動力を供給する駆動源８と、該駆動源８に連結され、駆動力をスライディングノズル２に伝達するシリンダ９からなる。上記シリンダ９としては、油圧シリンダまたは電動シリンダが一般的である。油圧シリンダは、スライディングノズルの停止位置の制御を精度よく行えるため、ノズル穴の開度制御を細かく行える利点がある。しかし、駆動源は、取鍋からの高温の輻射熱に常時曝されているため、設備メンテナンス上および安全上の観点から、現在では、高温雰囲気下での作動保証が確実な電動シリンダが主に用いられている。なお、電動シリンダの場合、駆動源８とシリンダ９の間に、減速機１０や、過剰なトルク負荷から駆動源８を保護するためのクラッチ１１が設けられているのが一般的であり、本発明では、上記シリンダの他に、クラッチや減速機を含めて「伝達手段」という。
【０００５】
しかし、電動シリンダを用いる場合、駆動源８への電源供給がストップしたり、駆動源８内外における配線が断線したりしたときには、スライディングノズル２を作動することができなくなる。そこで、従来、駆動源８の減速機が連結されていない方に、非常用駆動源を設けることで、非常時における駆動力を確保することが行われている。例えば、特許文献１には、電動機の回転軸に連結されたエアモータの如き非常用駆動源を設けておき、なんらかの原因により、電気系統に故障が生じて電動機が回転できなくなったときは、非常用駆動源を作動させて電動機を強制的に回転させる技術が開示されている。また、特許文献２には、スライディングノズルの駆動用電動機の減速機が連結されていない方の軸を延長し、その先端に傘歯車を設け、該傘歯車に係合する外挿駆動装置を設けて、外部から非常用の駆動力を伝達する技術が開示されている。
【０００６】
また、例えば、駆動源（電動機）に接続したクラッチが摩擦クラッチの場合、劣化やゆるみ等で摩擦クラッチの滑りトルク設定が不適切になっているときには、非常用駆動源で、電動機の回転軸を回転させようとしても、クラッチの連結が遮断されてしまい、スライディングノズルを作動できない。また、電動機のベアリングが破損したり、回転軸が破損したりして、機械的に回転不能となったときにも、非常用駆動源による駆動力を伝達手段に供給できず、スライディングノズルを作動できないおそれもある。そこで、上記のような場合でも、スライディングノズルを確実に動作させることができる非常用駆動装置が特許文献３に提案されている。この技術は、図３に示したように、駆動源８に接続したクラッチ１１の回転軸の反駆動源側に、非常用駆動源１２としてエアモータを設置するとともに、該非常用駆動源１２の駆動力を、非常時にのみ伝達手段９に伝達可能とする非常用クラッチ１３を設けて、非常用駆動力をスライディングノズル２に確実に供給しようとするものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０８−２８１４１７号公報
【特許文献２】実開昭５９−０８５６６６号公報
【特許文献３】特開２０１３−０７５３０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、溶鋼容器（取鍋）の底部に配設されたスライディングノズルは、取鍋の表面温度が３００℃近い高温となることから、取鍋からの輻射熱で駆動装置自体も２００℃近くまで加熱される。そのため、上記特許文献３に開示の技術を適用してもなお、非常時にスライディングノズルを作動することができない事態に陥ることがある。
【０００９】
本発明は、従来技術が抱える上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高温環境下で使用される場合においても、非常時にスライディングノズルを確実に作動させることができるスライディングノズルの非常用駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
発明者らは、上記課題の解決に向けて鋭意検討を重ねた。その結果、特許文献３に開示の従来技術における作動不良は、主に、非常時に非常用駆動源の駆動力をシリンダ等に伝達するための非常用クラッチのシール部品が、高温による劣化により固着し、非常用クラッチが作動不能となることにより引き起こされていること、したがって、上記作動不良を防止するには、上記シール部品を耐熱性に優れたものに切り替えることが有効であることを見出し、本発明を開発するに至った。
【００１１】
すなわち、本発明は、溶鋼容器の底部に設けられたスライディングノズルを作動させる駆動力を供給する駆動源と、該駆動源からの駆動力を上記スライディングノズルに伝達する伝達手段を有するスライディングノズル駆動装置における非常用駆動装置であって、上記非常用駆動装置は、非常用駆動源と、非常時にのみ上記非常用駆動源の駆動力を上記伝達手段に連結するエアクラッチからなり、上記エアクラッチのシリンダとピストン間のシール材に、フッ素樹脂製リングを用いてなることを特徴とするスライディングノズルの非常用駆動装置である。
【００１２】
本発明のスライディングノズルの非常用駆動装置における上記フッ素樹脂製リングは、伸縮可能に分割されてなるものであることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明のスライディングノズルの非常用駆動装置における上記フッ素樹脂製リングは、金属製リングおよび／またはゴム製リングでエアクラッチのシリンダ摺動面に圧着されてなることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明のスライディングノズルの非常用駆動装置における上記フッ素樹脂製リングは、伸縮可能に分割されてなることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明のスライディングノズルの非常用駆動装置における上記エアクラッチのシリンダ摺動面は、クロムめっき処理が施されてなることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明のスライディングノズルの非常用駆動装置における上記非常用駆動源は、エアモータであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、高温に曝される使用環境下においても、非常用駆動源の駆動力を確実にスライディングノズルに伝達し、作動させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】取鍋底部に設置された３枚プレートからなるスライディングノズルを説明する図である。
【図２】従来のスライディングノズルの駆動装置を説明する図である。
【図３】特許文献３に開示されたスライディングノズルの駆動装置の概要を説明する図である。
【図４】従来技術のエアクラッチの動作を説明する図である。
【図５】従来技術のエアクラッチと本発明のエアクラッチにおける摺動部分を対比して説明する図である。
【図６】本発明のエアクラッチの摺動部分に用いるフッ素樹脂製リングと圧縮バネを説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
前述した図３に示した特許文献３のスライディングノズル駆動装置は、スライディングノズルを作動させる駆動力を供給する駆動源８と、該駆動源８の駆動力をシリンダ９に伝達する減速機１０と、該減速機１０と駆動源８との間に配設され、非常時には接続を遮断可能なクラッチ１１とを有し、さらに上記クラッチ１１の回転軸の反駆動源側には、非常時に、非常用クラッチ１３を介して連結可能な非常用駆動源１２を有している。
【００２０】
そして、上記スライディングノズル駆動装置において、非常時には、上記クラッチ１１の連結を遮断し、非常用クラッチ１３を連結させることにより、非常用駆動源１２の駆動力を、減速機１０を介してシリンダ９に付与し、スライディングノズル２を作動させる構造となっている。なお、上記非常用駆動源１２としては、エアモータや電動モータを使用することができるが、電源が必要なくても駆動力を確保する必要があることから、エアモータを用いることが好ましい。
【００２１】
上記非常用クラッチ１３は、図４に示すような構造のエア駆動のクラッチ（以下、「エアクラッチ」と称する）が用いられている。このエアクラッチは、通常時には、図４（ａ）のように、内蔵された円筒状コイルばね１３ａにより非常用駆動源１２（エアモータ）の回転軸１２ａと減速機の回転軸１０ａとが切り離されている。一方、非常時には、図４（ｂ）のように、圧縮空気供給口１３ｂからシリンダ１３ｃの内部に圧縮空気を供給し、シリンダ１３ｃ内部の圧力を上昇させてピストン１３ｄを移動させ、円筒状コイルばね１３ａを押し縮めると同時に、エアモータの回転軸１２ａを減速機の回転軸１０ａ側に伸張させて係合させる。これにより、非常時には、非常用駆動源１２からの駆動力を、減速機１０を介してシリンダ９に伝達し、スライディングノズル２を作動させることが可能となる。
【００２２】
ここで、上記シリンダ１３ｃとピストン１３ｄとの間のシール構造について説明する。
図４に示したエアクラッチのシリンダ１３ｃは、シリンダ外筒１３ｃ１とシリンダ内筒１３ｃ２の２重構造となっており、シリンダ外筒１２３１とシリンダ内筒１３ｃ２の間を、円筒状のシリンダ１３ｄが移動する構造となっている。そして、上記ピストン１３ｄの外周面、すなわち、シリンダ外筒１３ｃ１の内周面と対向する面、および、上記ピストン１３ｄの内周面、すなわち、シリンダ内筒１３ｃ２の外周面と対向する面には、図５（ａ）に示したように、溝１４が形成されており、該溝１４には、ゴム製のＯリング１５を装着され、該Ｏリング１５の弾性を利用して、シリンダ１３ｃとピストン１３ｄとの間のシール性を確保している。
【００２３】
先述したように、駆動装置７は、取鍋からの輻射熱で２００℃近い高温となるため、上記Ｏリングには、従来、耐熱性のフッ素ゴム製のものが使用されていた。しかし、フッ素ゴムといえども、高温長時間の使用によって熱硬化を起こして弾力性を失い、シール性を保持できなくなったり、シリンダ面に固着して摺動したりすることができなくなる。また、上記駆動装置７は、粉塵の多い環境下で使用されることから、シリンダ内部に微細な異物が入り込み、摺動面に傷を発生させて潤滑性をより悪化させる。そこで、それらの問題を防止するため、上記Ｏリングには、従来から耐熱性のグリースを塗布しているが、上記グリースも、高温長時間の使用により固化し、却って、摺動性を悪化させる原因となる。そのため、従来の駆動装置では、定期的に点検や部品交換を行っているものの、異常時に非常用クラッチを確実に作動させることは容易ではないという問題があった。
【００２４】
そこで、発明者らは、上記問題点を解決するべく、検討を重ねた結果、上記フッ素ゴム製Ｏリングに代えて、より耐熱性に優れ、かつ、自己潤滑性を有するフッ素樹脂製のリングを用いることに想到した。上記フッ素樹脂は、フッ素ゴムよりも耐熱性に優れているだけでなく、自己潤滑性を有するため、従来のゴム製Ｏリングのように、グリースを塗布する必要がないからである。なお、上記フッ素樹脂としては、フッ素と炭素のみで構成されるＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）が好ましく、例えば、デュポン社のテフロン（登録商標）等を好適に用いることができる。
【００２５】
図５（ｂ）は、本発明に係る、シリンダ１３ｃとピストン１３ｄとの間のシール構造を示したものであり、シリンダ１３ｂとピストン１３ｃとの間の気密性を確保するために、図５（ａ）に示したＯリング１５に代えて、フッ素樹脂製のリング１６を装着した状態を示している。しかし、上記フッ素樹脂製のリング１６は、フッ素ゴムのような弾性を有していないため、それのみでは、十分なシール性を確保することはできない。
【００２６】
そこで、本発明では、円筒状ピストン１３ｄの外周面側に設けた溝１４には、フッ素樹脂製リング１６を、図６（ａ）に示したように相欠き状に２分割して円周方向に伸張可能として溝１４に装着するとともに、そのリングの内側に、図６（ｂ）に示した割リング状の圧縮バネ１７を嵌め込むことで、上記フッ素樹脂製リング１６をシリンダ外筒１３ｃ１の内周面に圧着し、一方、円筒状ピストン１３ｄの内周面側に設けた溝１４には、同じく、フッ素樹脂製リング１６を、図６（ｃ）に示したように相欠き状に２分割して円周方向に縮長可能として溝１４に装着するとともに、そのリングの外側に、従来技術で用いていたゴム製のＯリング１５を嵌め込み、上記Ｏリング１５の弾性を利用して上記フッ素樹脂製リング１６をシリンダ内筒１３ｃ２の外周面に圧着する構造とした。
【００２７】
ここで、円筒状ピストン１３ｄの内周面に設けた溝１４において、フッ素樹脂製リング１６を圧着させるために、従来技術と同様のゴム製のＯリング１５を用いる理由は、シリンダ内筒１３ｃ２は、シリンダ外筒１３ｃ１と比較して、取鍋からの輻射熱による温度上昇が小さいため、従来のＯリングでも劣化が小さく、定期的交換で十分保守できるからである。ただし、上記耐熱ゴム製のＯリングを用いず、割リング状の圧縮バネ１７を用いてもよいことは勿論である。
【００２８】
なお、フッ素樹脂製リング１６と圧縮バネ１７の組み合わせでは、ゴム製Ｏリング１５のような圧着力を得ることが難しく、気密保持性という点では若干劣る傾向にある。この問題は、シリンダ内部に高圧空気を連続して供給し続けることでクリアできるが、より気密性を高めるため、図５（ｂ）のように、ピストン１３ｄの外周面側に設けたフッ素樹脂製リングを装着する溝１４を２本あるいはそれ以上としてもよい。
【００２９】
なお、本発明のエアクラッチには、上記フッ素樹脂製リング１６を用いることに加えて、ピストン１３ｄと摺動するシリンダ外筒１３ｃ１の内周面およびシリンダ内筒１３ｃ２の外周面には、硬質クロムメッキを施すことが好ましい。硬質クロムメッキを施すことで、粉塵等の異物侵入による傷の発生を軽減できるとともに、表面粗さが小さくすることができるので、フッ素樹脂製リングとの潤滑性をより向上することができる。
【００３０】
ただし、前述したように、フッ素樹脂製リングは、フッ素ゴムのような弾力性を有していないため、気密性という点では、若干劣る傾向があるが、高圧空気を連続して供給し続けることで、実用上問題ない気密性を得ることが可能である。なお、より確実に気密性を高めるためには、従来のゴム製Ｏリングの場合は溝数が１本であるのを（図５参照）、図６に示すように、フッ素樹脂製リングの場合は２本にするようにしてもよい。
【００３１】
なお、本発明の上記非常用駆動装置に関する説明は、非常用駆動装置の駆動力を、伝達手段の減速機に伝達する構造としているが、本来の駆動装置の駆動源やクラッチに伝達するようにしてもよい。
【実施例】
【００３２】
本発明のスライディングノズルの非常用駆動装置を、取鍋に設置したスライディングノズルの駆動装置に設置し、その設置前後１年間における非常時の作動不良率を比較した。その結果、本発明の非常用駆動装置を設置することにより、スライディングノズルの作動不良率を皆無にすることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明に関する上記説明は、取鍋用のスライディングノズルの場合を例にとって説明しているが、本発明の技術は、上記取鍋用のスライディングノズルに限定されるものではなく、他の溶鋼容器の高温環境下で使用されるクラッチ等のシール機構としても好適に用いることができる。また、溶鋼以外の溶融金属の容器に適用することもできる。
【符号の説明】
【００３４】
１：溶鋼容器（取鍋）                  ２：スライディングノズル
２ａ：上プレート                      ２ｂ：下プレート
２ｃ：摺動プレート                    ３：上ノズル
４：下ノズル                          ５：アーム
６：ベルクランク                      ７：駆動装置
８：駆動源（電動モータ）              ９：シリンダ（駆動力伝達手段）
１０：減速機                          １１：クラッチ
１２：非常用駆動源（エアモータ）      １３：非常用クラッチ（エアクラッチ）
１３ａ：円筒状バネ                    １３ｂ：高圧空気供給口
１３ｃ：シリンダ                      １３ｃ１：シリンダ外筒
１３ｃ２：シリンダ内筒                １３ｄ：ピストン
１３ｅ：玉軸受                        １４：溝
１５：ゴム製Ｏリング                  １６：フッ素樹脂製リング
１７：圧縮用バネ
【図１】
2014240080.tif 000003
【図２】
2014240080.tif 000004
【図３】
2014240080.tif 000005
【図４】
2014240080.tif 000006
【図５】
2014240080.tif 000007
【図６】
2014240080.tif 000008