(57)【要約】【課題】  溶融金属容器の下側の狭い空間内で酸素ランスを移動させて取鍋の出鋼口の位置に正確に挿入でき、詰め砂を落下させて開孔させることを可能とする方法及び装置の提供。【解決手段】  本体部の先端側を屈曲させた屈曲先端部を有するＬ字状の酸素ランスパイプを略水平面内に配置する待機ステップと、酸素ランスパイプを略水平面内で移動させる移動ステップと、本体部を略水平面内で移動させつつその長手軸の周囲で回転させて略鉛直面内に配置するとともにその先端口を出鋼口の近傍に位置させる仮移動ステップと、先端口を出鋼口に対向させる加熱位置に酸素ランスパイプを移動させる補正移動ステップと、先端口に着火させる着火ステップと、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させてこれを開孔させる方法であって、
本体部の先端側を屈曲させた屈曲先端部を有するＬ字状の酸素ランスパイプを略水平面内に配置する待機ステップと、
前記酸素ランスパイプを前記略水平面内で移動させる移動ステップと、
前記本体部を前記略水平面内で移動させつつその長手軸の周囲で回転させて略鉛直面内に配置するとともにその先端口を前記出鋼口の近傍に位置させる仮移動ステップと、
前記先端口を前記出鋼口に対向させる加熱位置に前記酸素ランスパイプを移動させる補正移動ステップと、
前記先端口に着火させる着火ステップと、を含むことを特徴とする溶融金属容器出鋼口の開孔方法。
【請求項２】
前記着火ステップは、前記酸素ランスパイプを少なくともその先端口を前記出鋼口の近傍から離間させた着火位置まで前記加熱位置から移動させるとともにこの移動動作を記憶させるステップと、前記先端口に着火させ火炎を与えるステップと、記憶した前記移動動作に基づいて前記加熱位置に前記酸素ランスパイプを移動させるステップと、前記先端口を前記詰め砂に近接させるように前記酸素ランスパイプを移動させるステップと、を含むことを特徴とする請求項１記載の溶融金属容器出鋼口の開孔方法。
【請求項３】
前記待機ステップは前記先端口に着火剤を与えるステップを含み、前記着火ステップは前記先端口を前記詰め砂に近接させるように前記酸素ランスパイプを移動させて前記先端口に着火させ火炎を与えるステップを含むことを特徴とする請求項１記載の溶融金属容器出鋼口の開孔方法。
【請求項４】
前記着火ステップは、前記先端口を前記詰め砂に対して揺動させるように前記酸素ランスパイプを移動させるステップを含むことを特徴とする請求項２又は３に記載の溶融金属容器出鋼口の開孔方法。
【請求項５】
溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させてこれを開孔させる装置であって、
本体部の先端側を屈曲させた屈曲先端部を有するＬ字状の酸素ランスパイプの後端側を把持する屈曲アームと、前記屈曲アームの動作を制御する制御部とを含み、
前記屈曲アームは前記酸素ランスパイプの把持部を前記溶融金属容器の前記底部近傍の三次元空間内の所定位置に移動させ得るとともに前記本体部をその長手軸の周囲で回転させ得て、
前記制御部は前記屈曲アームの動作を制御して、前記酸素ランスパイプを略水平面内に配置させ、前記酸素ランスパイプを前記略水平面内で移動させ、前記本体部を前記略水平面内で移動させつつその長手軸の周囲で回転させて略鉛直面内に配置するとともにその先端口を前記出鋼口の近傍に位置させ、前記先端口を前記出鋼口に対向させる加熱位置に前記酸素ランスパイプを移動させることを特徴とする溶融金属容器出鋼口の開孔装置。
【請求項６】
前記制御部は前記屈曲アームの動作を制御して、前記酸素ランスパイプを少なくともその先端口を前記出鋼口の近傍から離間させた着火位置まで前記加熱位置から移動させるとともにこの移動動作を記憶し、前記先端口に着火後、記憶した前記移動動作に基づいて前記加熱位置に前記酸素ランスパイプを移動させ、前記先端口を前記詰め砂に近接させるように前記酸素ランスパイプを移動させることを特徴とする請求項５記載の溶融金属容器出鋼口の開孔装置。
【請求項７】
前記制御部は前記屈曲アームの動作を制御して、前記先端口を前記詰め砂に対して揺動させるように前記酸素ランスパイプを移動させることを特徴とする請求項６記載の溶融金属容器出鋼口の開孔装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の開孔方法及び開孔装置に関し、特に、出鋼口にあらかじめ与えられている詰め砂を落下させてこれを開孔させる方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶解炉から鋳造設備まで溶鋼を運搬するための溶融金属容器として取鍋が使用されている。この取鍋の底部を貫通する貫通孔先端の出鋼口には、スライディングノズルやロータリーノズルなどが設けられて出鋼口を開閉自在としている。ここで、運搬中に貫通孔内部で溶鋼が固まってしまうと容器内部の溶鋼を取り出すことができなくなってしまう。そこで、あらかじめ該貫通孔を閉塞するように「詰め砂」を充填させておく。スライディングノズルの開動時には、溶鋼とともに詰め砂も落下して容器内部の溶鋼をその下部から取り出し得るのである。
【０００３】
例えば、特許文献１や２では、出鋼口の貫通孔内にスラグや地金が付着していたり上部黒鉛電極の脱落小片が入り込んでいるなど、これらが障害物となって詰め砂を十分に充填することが難しいことについて述べ、自動で詰め砂を該貫通孔に確実に充填するための詰め砂充填装置及びその確認のための装置を開示している。一方で、この「障害物」は詰め砂の除去における障害物にもなり得る。つまり、スライディングノズルを開動させても、取鍋底部の貫通孔の詰め砂が下に落下せず出鋼口を閉塞したままになってしまう場合があるのである。かかる現象は、上記したような詰め砂の充填の不完全な場合において、これに溶鋼が浸透し詰め砂を巻き込んで凝固したり、詰め砂を焼結させて固化させて起こるとされる。
【０００４】
詰め砂が貫通孔内で凝固したり焼結して塊となってしまった場合には、先端に火炎を与えた酸素ランスパイプ（以降、酸素ランスと称する。）を出鋼口に挿入し、詰め砂を加熱することで塊を解離させて落下しやすくして、出鋼口を開孔させていた。一方で、人手によって酸素ランスパイプを出鋼口に挿入してこれを開孔させる開孔作業は、厳重な安全管理を必要とする高温環境下での作業であるとともに作業に熟練を要するため、機械化が望まれた。
【０００５】
ここで、特許文献３では、溶鋼出湯後に出鋼口に残存した地金を除去するための酸素ランスを用いた該出鋼口の洗浄作業用機械装置について開示している。この洗浄作業も出鋼口から酸素ランスを挿入し残存地金を加熱し赤熱させた状態で溶削を行う作業であり、上記した詰め砂の加熱除去作業と類似する。ここでは消耗する酸素ランスを用いながらその消耗状況に応じて酸素ランス送り機構を制御するとともに、ガス洗浄を行うための吹管を偏心させて旋回を行う揺動機構を制御するとしている。なお、この洗浄作業は溶鋼出湯後の作業であることから取鍋の出鋼口を略水平に向けて作業を行うことができて、出向口の延長線上に酸素ランス送り機構のスライディング装置などを配置しているが、詰め砂の加熱除去作業では溶鋼の出湯があるためこのような装置配置を取り得ない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平７−４８５２号公報
【特許文献２】特開平７−１９７６０号公報
【特許文献３】特開平６−１８２５２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
詰め砂の加熱除去作業において、取鍋の底部にある出鋼口に対して、酸素ランスは上方に向けて下側から挿入させる必要がある。このとき、運搬容器としての取鍋の出鋼口の位置はその移動毎に変化し酸素ランスの挿入位置が一定しないとともに、取鍋とその下側で溶鋼を注湯される鋳型などの受湯容器との狭い空間に酸素ランスの移動を制限される。さらに、酸素ランスを移動させるための機械装置も取鍋および受湯容器に干渉しないような配置とする必要がある。
【０００８】
本発明はかかる状況に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、溶融金属容器の下側の狭い空間内で酸素ランスを移動させて取鍋の出鋼口の位置に正確に挿入でき、溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させて開孔させることを可能とする方法及び装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による溶融金属容器出鋼口の開孔方法は、溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させてこれを開孔させる方法であって、本体部の先端側を屈曲させた屈曲先端部を有するＬ字状の酸素ランスパイプを略水平面内に配置する待機ステップと、前記酸素ランスパイプを前記略水平面内で移動させる移動ステップと、前記本体部を前記略水平面内で移動させつつその長手軸の周囲で回転させて略鉛直面内に配置するとともにその先端口を前記出鋼口の近傍に位置させる仮移動ステップと、前記先端口を前記出鋼口に対向させる加熱位置に前記酸素ランスパイプを移動させる補正移動ステップと、前記先端口に着火させる着火ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１０】
かかる発明によれば、溶融金属容器の下側の狭い空間内で酸素ランスを移動させて取鍋の出鋼口の位置に正確に挿入でき、溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させて開孔させることができる。
【００１１】
上記した発明において、前記着火ステップは、前記酸素ランスパイプを少なくともその先端口を前記出鋼口の近傍から離間させた着火位置まで前記加熱位置から移動させるとともにこの移動動作を記憶させるステップと、前記先端口に着火させ火炎を与えるステップと、記憶した前記移動動作に基づいて前記加熱位置に前記酸素ランスパイプを移動させるステップと、前記先端口を前記詰め砂に近接させるように前記酸素ランスパイプを移動させるステップと、を含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、酸素ランスパイプへの着火を可能とする幅広い着火材を使用可能としつつ、溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させて開孔させることができる。
【００１２】
上記した発明において、前記待機ステップは前記先端口に着火剤を与えるステップを含み、前記着火ステップは前記先端口を前記詰め砂に近接させるように前記酸素ランスパイプを移動させて前記先端口に着火させ火炎を与えるステップを含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、詰め砂に近接させて発火する着火剤を用いることで、着火のための酸素ランスパイプの移動を省略できて、溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させて開孔させることができる。
【００１３】
上記した発明において、前記着火ステップは、前記先端口を前記詰め砂に対して揺動させるように前記酸素ランスパイプを移動させるステップを含むことを特徴としてもよい。かかる発明によれば、効率よく溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させて開孔させることができる。
【００１４】
また、本発明による溶融金属容器出鋼口の開孔装置は、溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させてこれを開孔させる装置であって、本体部の先端側を屈曲させた屈曲先端部を有するＬ字状の酸素ランスパイプの後端側を把持する屈曲アームと、前記屈曲アームの動作を制御する制御部とを含み、前記屈曲アームは前記酸素ランスパイプの把持部を前記溶融金属容器の前記底部近傍の三次元空間内の所定位置に移動させ得るとともに前記本体部をその長手軸の周囲で回転させ得て、前記制御部は前記屈曲アームの動作を制御して、前記酸素ランスパイプを略水平面内に配置させ、前記酸素ランスパイプを前記略水平面内で移動させ、前記本体部を前記略水平面内で移動させつつその長手軸の周囲で回転させて略鉛直面内に配置するとともにその先端口を前記出鋼口の近傍に位置させ、前記先端口を前記出鋼口に対向させる加熱位置に前記酸素ランスパイプを移動させることを特徴とする。
【００１５】
かかる発明によれば、溶融金属容器の下側の狭い空間内で酸素ランスを移動させて取鍋の出鋼口の位置に正確に挿入でき、溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させて開孔させることができる。
【００１６】
上記した発明において、前記制御部は前記屈曲アームの動作を制御して、前記酸素ランスパイプを少なくともその先端口を前記出鋼口の近傍から離間させた着火位置まで前記加熱位置から移動させるとともにこの移動動作を記憶し、前記先端口に着火後、記憶した前記移動動作に基づいて前記加熱位置に前記酸素ランスパイプを移動させ、前記先端口を前記詰め砂に近接させるように前記酸素ランスパイプを移動させることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、酸素ランスパイプへの着火を可能とするあらゆる着火材を使用可能としつつ、溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させて開孔させることができる。
【００１７】
上記した発明において、前記制御部は前記屈曲アームの動作を制御して、前記先端口を前記詰め砂に対して揺動させるように前記酸素ランスパイプを移動させることを特徴としてもよい。かかる発明によれば、効率よく溶融金属容器の底部に設けられた出鋼口の詰め砂を落下させて開孔させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明による開孔装置の正面図である。
【図２】本発明による開孔装置における酸素ランスの移動を示す斜視図である。
【図３】本発明による開孔方法のフロー図である。
【図４】本発明による開孔方法の要部のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明による１つの実施例としての開孔装置について、図１を用いて詳細を説明する。
【００２０】
図１に示すように、開孔装置１は支持台４に取り付けられる。ここで、支持台４は、溶鋼を内部に貯留する取鍋２と、溶鋼を取鍋２から注湯される鋳型３と、をそれぞれ支持する柱状の枠体である。開孔装置１は、支持台４に固定される基部１８と基部１８から懸下されるロボットアーム１０とその先端に取り付けられるＬ字状に先端を曲げられた酸素ランス１９とを含む。ここで、取鍋２は、底部にスライディングノズルなどによって開閉される出鋼口２１を設けられている。
【００２１】
ロボットアーム１０は、基部１８に対して鉛直軸Ｚの周りに回動可能な第１アーム１１と、第１アーム１１の先端で水平軸周りに回動可能な第２アーム１２と、第２アーム１２の先端で水平軸周りに回動可能な第３アーム１３とを備える。さらに、第３アーム１３の先端には、第３アームに対して水平軸周りで回動可能であるとともに、その先端に向けて延びる軸Ｘの周りで回転可能なチャック１４が備えられる。これらの回動及び回転の動作は図示しないモータやアクチュエータを介して図示しない制御部によって制御される。なお、制御部は所定のプログラムに従ってロボットアーム１０の各動作を制御できるとともに、図示しないジョイスティックなどの入力装置を用いたマニュアル操作によってもロボットアーム１０の動作を制御できる。これによって、ロボットアーム１０はチャック１４を取鍋２の下側且つ鋳型３の上側の所定空間内で任意の位置に移動可能とされる。
【００２２】
チャック１４はその先端に向けて延びる軸Ｘの方向に向けて酸素ランス１９の本体部１９ａを把持できるとともに、酸素ランス１９に酸素を供給できる。酸素ランス１９は燃焼用鋼管の内部に助燃材となる複数本の鋼棒を挿入された自己消耗型の酸素ランスであり、本体部１９ａとこれに対して略直角に屈曲した先端部１９ｂとでＬ字状を呈している。また、上記したように、チャック１４は第３アーム１３に対して水平軸周りで回動可能であるとともに軸Ｘ周りで酸素ランス１９を回転させることができる。故に、酸素ランス１９の本体部１９ａ及び先端部１９ｂを略水平面内に支持しつつ、水平面内で移動させることができる。
【００２３】
特に図２に示すように、酸素ランス１９はロボットアーム１０によって水平面内で配置した位置Ａ’から、鉛直軸Ｚを中心とした第１アームの回動や第２アーム及び第３アームの回動による水平方向の伸縮により、酸素ランス１９を水平面内において移動させることができる。さらに、先端口１９ｃを出鋼口２１の鉛直下方の近傍に位置させた位置Ａから、例えば、鉛直軸Ｚの周りの回動による本体部１９ａの水平面内での移動に併せて、軸Ｘの周りに先端部１９ｂを回転させることで、先端口１９ｃを略鉛直上向きに移動させることができ（点線参照）、さらに酸素ランス１９を鉛直面内に配置させる位置Ｂまで移動させることができる。すなわち、位置Ｂでは先端部１９ｂを鉛直方向に向けている。
【００２４】
次に、開孔装置１の使用方法について図３及び図４に沿って図２を併せて説明する。
【００２５】
開孔装置１は、取鍋２の出鋼口２１内において詰め砂が凝固や焼結により塊になってしまい、スライディングノズルを開位置にしても自然に落下せず、出鋼口２１を開孔させない場合に、塊となった詰め砂を解離させて落下させるために使用される。
【００２６】
図３に図２を併せて参照すると、まず、取鍋２の下側において酸素ランス１９を水平面内の待機位置Ａ’で待機させる（Ｓ１）。すなわち、本体部１９ａ及び先端部１９ｂの両者を水平面内に配置する。
【００２７】
次いで、酸素ランス１９を水平面内で移動させ、その先端口１９ｃを取鍋２の出鋼口２１（図１参照）の鉛直下方の近傍に配置する位置Ａまで移動させる（Ｓ２）。さらに、ロボットアーム１０によって酸素ランス１９を鉛直軸Ｚの周りに回動させて本体部１９ａを水平面内に移動させながら、先端部１９ｂを軸Ｘの周りに回転させる。これにより、先端口１９ｃを略鉛直上方に移動させながら酸素ランス１９を位置Ｂまで移動させて略鉛直面内に配置させるよう仮移動させる（Ｓ３）。このとき、先端口１９ｃが取鍋２の底や出鋼口２１の周囲に当接しそうなときは、当接させる前に停止させ、酸素ランス１９を完全な鉛直面内よりやや傾いた略鉛直面内に配置させる。これによって先端口１９ｃを出鋼口２１の近傍に位置させる。ここまでのロボットアーム１０はあらかじめ定めたプログラムによる自動制御によって動作させてもよいし、入力装置を用いたマニュアル操作によって動作させてもよい。
【００２８】
さらに、マニュアル操作によって、先端口１９ｃの位置を補正して出鋼口２１に対向させる加熱位置に移動させる（Ｓ４）。ここで、仮移動（Ｓ３）において、酸素ランス１９を鉛直面内よりやや傾いた位置に配置していた場合は、先端部１９ｂを鉛直上方に向くように移動させる。次いで、後述するように酸素ランス１９の先端口１９ｃに着火させて火炎を与える（Ｓ５）。
【００２９】
着火（Ｓ５）においては、図４を参照すると、まず、先端口１９ｃを出鋼口２１の近傍から離間させた位置、例えば位置Ａ’などの着火位置に酸素ランス１９を移動させる（Ｓ５−１）。このとき、制御部はこの移動動作を記憶し、後述するようにかかる移動を着火位置から逆方向にトレースできるようにしておく。この移動は、例えば本体部１９ａの水平面内での移動と先端部１９ｂの軸Ｘ周りの回転による移動の組み合わせによって先端口１９ｃを略鉛直下方に移動させた後に、酸素ランス１９を水平面内で位置Ａ’まで移動させるものであることが好ましい。
【００３０】
次に、酸素ランス１９に酸素を供給して先端口１９ｃを加熱して着火させ、火炎を付与する（Ｓ５−２）。特に、着火位置として、先端口１９ｃを鋳型３の開口部の上方から外側に配置させると、出湯される溶鋼の合金成分に着火剤による影響を与えないので着火剤を自由に選択できる。また、バーナ等の加熱手段によって先端口１９ｃを加熱して着火させてもよい。
【００３１】
次に、着火位置への移動（Ｓ５−１）で記憶した移動動作を逆方向にトレースして、火炎を与えられた酸素ランス１９を着火位置から出鋼口２１に対向させる加熱位置に再び移動させる（Ｓ５−３）。さらに先端口１９ｃを出鋼口２１内の詰め砂に近接させるように移動させる（Ｓ５−４）。
【００３２】
再び図３を参照すると、詰め砂１９を火炎によって加熱して溶削する（Ｓ６）。すなわち、溶削によって塊となった詰め砂を解離させて落下させる。これによって、出鋼口２１を開孔させて、溶鋼を鋳型３内に注湯することができる。特に、先端口１９ｃを出鋼口２１に対向した位置のまま酸素ランス１９を所定のパターンで移動させて効率よく溶削を進める。例えば、先端口１９ｃを上下方向や左右方向に揺動させ、あるいは出鋼口２１の内周に沿って円を描くように移動させるのである。
【００３３】
以上によれば、取鍋２の下側且つ鋳型３の上側の狭い空間内で酸素ランス１９を移動させて取鍋２出鋼口２１内に正確に挿入させることができて、出鋼口２１で塊となった詰め砂を落下させて開孔させることができる。特に、運搬容器としての取鍋２の位置はその移動毎に変化し、出鋼口２１の位置を一定させ得ないとともに、消耗型の酸素ランス１９の長さも作業の都度に異なり得るが、上記した開孔装置１によれば出鋼口２１に対向する正確な位置に酸素ランス１９を容易に移動させ得て、結果として効率良く作業を進行できる。また、開孔装置１は、上記したようにロボットアーム１０を用いて取鍋２や鋳型３に干渉しないように配置できる。
【００３４】
ところで、上記では、着火（Ｓ５）の際に、酸素ランス１９を着火位置へ移動させた（Ｓ５−１〜Ｓ５−４）が、これらの移動を省略する方法について図３に沿って図２を併せて説明する。
【００３５】
まず、待機位置Ａ’で待機（Ｓ１）させているときに酸素ランス１９の先端口１９ｃに着火剤を取り付けておく。この着火材は後述するように出鋼口２１内で燃焼させるため、鋳型３内に落下するなどして鋳込まれる溶鋼に混入する可能性があるので、溶鋼の合金の組成組成に影響を与えないもの、例えば残渣がスラグに吸収されるものなどが好ましい。
【００３６】
続いて、水平面内での移動（Ｓ２）、仮移動（Ｓ３）及び補正移動（Ｓ４）を上記と同様に行う。さらに、酸素ランス１９に酸素を供給しつつ、先端口１９ｃを出鋼口２１に挿入して詰め砂に近接させる。すると詰め砂の熱により着火剤が燃焼し、先端口１９ｃを加熱して火炎を与えて酸素ランス１９に着火させることができる（Ｓ５）。これに引き続いて、上記と同様に溶削を行うのである（Ｓ６）。
【００３７】
このように、着火剤については混入しても溶鋼の合金組成に影響を与えないものとの制限を要するものの、着火のための酸素ランス１９の移動を省略できて効率が良い。
【００３８】
ここまで本発明による代表的実施例及びこれに基づく改変例について説明したが、本発明は必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、ロボットアーム１０の機構を改変するなど、当業者であれば、本発明の主旨又は添付した特許請求の範囲を逸脱することなく、種々の代替実施例及び改変例を見出すことができるだろう。
【符号の説明】
【００３９】
１    開孔装置
２    取鍋
３    鋳型
１０  ロボットアーム
１９  酸素ランス
２１  出鋼口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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