(57)【要約】【課題】処理容器に発生するスプラッシュの塊に起因する種々の問題を少なくとも許容可能な範囲にまで軽減可能な、溶湯の処理容器用の水冷蓋を提供する。【解決手段】溶湯の処理容器用の水冷蓋１０が、ドーム状に形成されており、フランジ１２の内径Ｄに対する当該水冷蓋１０の内側のフランジ下面からの高さｈの比ｈ／Ｄが少なくとも０．２に設定されている。水冷蓋１０の内壁１４は、溝および切り目を有さず実質的に滑らかに形成されており、内壁１４の外側には冷却チャネル１５が設けられている。冷却チャネル１５は、内壁１４の表面温度を３５０℃以下の温度に維持する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶湯の処理容器（１）に用いられる水冷蓋（１０）であって、
前記処理容器（１）は、液状金属、特には鋼を、特に、大気圧下または真空下で固体物もしくはガスの吹込みまたは誘導攪拌によって処理するためのものであり、溶湯の処理容器用の水冷蓋において、
ドーム状に形成されており、
フランジ（１２）の内径（Ｄ）に対する、当該水冷蓋（１０）の内側のフランジ下面からの高さ（ｈ）の比が少なくとも０．２であり、
当該水冷蓋（１０）の内壁（１４）が、溝および切り目を有さず実質的に滑らかに形成されており、
前記内壁（１４）の外側には冷却チャネル（１５）が設けられており、
前記冷却チャネル（１５）は、前記内壁（１４）の表面温度を３５０℃以下の温度に維持することを特徴とする、溶湯の処理容器用の水冷蓋。
【請求項２】
請求項１において、前記水冷蓋（１０）は中心部に開口（１１）を有しており、当該開口（１１）を介して、処理用のランスが、前記処理容器（１）および当該水冷蓋（１０）の前記内壁（１４）によって形成される空間に導入されることを特徴とする、溶湯の処理容器用の水冷蓋。
【請求項３】
請求項１または２において、当該水冷蓋（１０）の前記内壁（１４）が鋼板で構成されていることを特徴とする、溶湯の処理容器用の水冷蓋。
【請求項４】
請求項１または２において、当該水冷蓋（１０）の前記内壁（１４）が銅で構成されていることを特徴とする、溶湯の処理容器用の水冷蓋。
【請求項５】
請求項１または２において、当該水冷蓋（１０）の前記内壁（１４）が、一部または全体に銅めっきが施された鋼板で構成されていることを特徴とする、溶湯の処理容器用の水冷蓋。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一項において、少なくとも２つの構成品で構成されており、前記フランジ（１２）が当該構成品のうちの１つであることを特徴とする、溶湯の処理容器用の水冷蓋。
【請求項７】
請求項３において、前記鋼板で構成された内壁（１４）に、銅で構成された１つ以上の冷却要素（１７）が取り付けられていることを特徴とする、溶湯の処理容器用の水冷蓋。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか一項において、前記内壁（１４）に耐火物が内張りされている、溶湯の処理容器用の水冷蓋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
耐火物が内張りされた処理容器、例えば、搬送取鍋や鋳造取鍋での溶融金属（溶湯）または溶鋼の処理中には、溶融金属とスラグ、または溶融金属と不活性ガスもしくは反応性ガスとの間で激しい反応が生じ、溶融金属やスラグが処理容器の縁を越えて大量に放出されてしまう可能性がある。環境空気に開放されて大気圧に曝される処理容器、真空下の閉じた処理容器のいずれの場合も、溶融金属またはスラグの処理中のそのような放出は望ましくない。なぜなら、処理容器の周辺環境および処理容器自体の大規模な汚染に加えて、溶融金属およびスラグの制御不能な損失が伴うからである。
【０００２】
これらの理由から、溶融金属またはスラグの処理過程時には、処理容器を覆う蓋が使用される。このような蓋は、少なくとも一部がセラミック材のコーティングで構成された、シンプルで無冷却のものが多い。しかしながら、そのような蓋は、セラミック材が溶融金属またはスラグと反応することで寿命低下したり、セラミック材がある程度剥離するので、その剥離したセラミック成分によって溶融金属およびスラグの組成に悪影響を引き起こしたりする可能性がある。
【０００３】
一方で、水冷式の蓋構造も知られている。大半の水冷式の蓋構造は、互いに重なり合って溶接された複数の鋼管またはボイラー管で構成されているので、多数の凹所（溝状の空間）を有する。これらの凹所に溶融金属やスラグのスプラッシュ（飛沫）が入り込むと、これにさらなるスプラッシュが付着蓄積する可能性があり、極端な場合には、管を水冷しているにもかかわらず、互いに付着・部分融合した溶融金属およびスラグのスプラッシュ塊（ドーム）が成長する。このため、長期間にわたって、例えば５０〜８０トンの溶鋼を処理した場合、塊の重量は容易に数トンに達し得る。この塊の形状によっては、蓋を取り外すのが困難になったり、塊の一部に亀裂が生じて溶湯に落下することで望ましくない反応が生じ、処理容器内の温度バランスに支障をきたしたりする可能性がある。
【０００４】
また、処理容器の搬送時に、蓋に付着した溶融金属およびスラグのスプラッシュ塊が蓋と一緒に持ち上げられた際、または処理容器の搬送後に、その塊が不意に落下する可能性がある。他にも不都合が生じ得るが、この事象は特に危険である。
【０００５】
この場合、蓋に付着して残った溶融金属およびスラグのスプラッシュは、以降の溶湯処理で落下して溶湯を制御不能に汚染する恐れがあるので、次の使用時の前に除去したほうが望ましい。
【０００６】
また、蓋を取り外した際に、処理容器に溶融金属およびスラグのスプラッシュ塊が残っている場合もあり、そのような場合、溶湯の処理を続けるには塊をまず除去しなければならないので、当該処理が遅延する。また、他に問題がないとしても、除去に時間がかかると、処理容器内の温度推移に悪影響が生じる。したがって、処理容器または処理対象物を再加熱できない場合には、スプラッシュ塊の残留は望ましくない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上の先行技術を踏まえて、本発明の目的は、上述の問題が全く生じないかまたは上述の問題を小規模の許容可能な範囲にまで軽減可能な、処理容器内の溶融金属およびスラグを覆う水冷蓋を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１に記載の構成を備える水冷蓋によって達成される。
【０００９】
本発明にかかる水冷蓋は、液状金属（溶湯）の処理容器に用いられる水冷式の蓋であり、前記処理容器は、特には鋼を、周囲雰囲気または真空下で不活性ガスもしくは反応性ガスの吹込み、および／または内部の溶湯の誘導攪拌もしくは誘導加熱によって、かつ、任意で、固体物（例えば、添加剤）の投入（例えば、吹込み）も行って処理するためのものであり、特に、耐火物が内張りされている。本発明にかかる水冷蓋は以下の特徴を備える：
・  当該水冷蓋の形状はドーム状であり、ベース部のフランジの内径に対する高さの比が少なくとも０．２であり、
・  当該水冷蓋の、溶湯に面する内側の表面が、溝および切り目を実質的に有さず滑らかであり、
・  当該水冷蓋の外側には冷却水が流れる冷却チャネルが取り付けられており、前記溶湯に面する内側の表面の表面温度を３５０℃以下の温度に維持可能である。
【００１０】
本発明にかかる水冷蓋の有利な改良形態は、従属請求項に記載されている。特許請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明の範疇に含まれる。
【００１１】
処理容器に収容された溶湯内または溶湯の上方に、処理（例えば、吹込み）用のランスを導入できるように、水冷蓋を、中心部に開口を有するものとしてもよい。
【００１２】
水冷蓋は、鋼板で構成されたものとしてもよく、例えば、皿状（凹状）の構造または溶接金属板構造である。この場合、好ましくは、水冷蓋は、壁厚が３ｍｍから１０ｍｍであり、かつ、前記冷却チャネルが所望の数および構造で当該水冷蓋に溶接されている。
【００１３】
また、水冷蓋を鋼板で構成されたものとし、この水冷蓋の内側に、熱伝導率が鋼よりも大きい材料（例えば、銅）で構成された１つ以上の冷却要素を取り付けてもよい。これにより、金属−スラグの塊（ドーム）の形成をさらに妨げるかまたは防止することができる。
【００１４】
一変形例として、上述の水冷蓋に銅板を使用してもよく、好ましくは、前記冷却チャネルは、管の形態で当該銅板に半田付けされる。
【００１５】
また、水冷蓋の内壁を鋼板で構成されたものとし、当該内壁を、一部または全体に層厚２ｍｍから６ｍｍの銅めっきまたは熱伝導率が鋼よりも大きい他の材料のめっきが施されたものとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明にかかる水冷蓋の平面図である。
【図２】図１の水冷蓋の側面図である。
【図３】図１の水冷蓋の平面ＩＩＩ−ＩＩＩの方向の断面図である。
【図４】図１の水冷蓋の平面ＩＶ−ＩＶの方向の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明のさらなる利点、特徴および詳細は、特に好ましい例示的な実施形態についての以下の説明および図面から明らかになる。
【００１８】
図面に、溶接鋼構造の本発明にかかる水冷蓋１０を示す。水冷蓋１０は、溶湯およびスラグと、任意で、添加剤とを収容する処理容器１（詳細には説明しない）を覆うものである。好ましくは、処理容器１は、耐火物の内張り（ライニング）（図示せず）を有している。この内張りは、好ましくは、処理容器１の内壁１４の内側全面に施される。
【００１９】
水冷蓋１０は、処理用のランス、例えば、ブローランスまたはジェットランスが導入される開口１１が、中心部に設けられている。水冷蓋１０は、水冷されたフランジ１２で、処理容器１の上側に接している。
【００２０】
水冷蓋１０は、少なくとも内側が、軸心を通る縦断面でドーム状である。ドーム状の形状とは、水冷蓋１０のフランジ１２の領域における内径Ｄ（図４）が、フランジ１２から離れた側における内径ｄ（図４）よりも大きいことを意味する。本発明において、水冷蓋１０のフランジ１２の領域における内径Ｄに対する当該水冷蓋１０の内面のフランジ下面からの高さｈ（図４）の比ｈ／Ｄは少なくとも０．２である。
【００２１】
水冷蓋１０は、水冷された覆い板１３を備えている。また、図面には、水冷蓋１０の内壁１４（図３、図４）の外側から溶接されて当該内壁１４に動作可能に接続された冷却チャネル１５が示されている。任意で、水冷蓋１０の内壁１４には、水冷式の冷却要素１７が追加で設けられてもよく、好ましくは、当該冷却要素１７は銅で構成されている。
【００２２】
水冷されたフランジ１２、覆い板１３、冷却チャネル１５および冷却要素１７は、冷却水を供給したり排出したりする冷却水導管１８によって接続されている。好ましくは、水冷蓋１０の冷却のための全ての構成要素は、当該水冷蓋１０の内壁１４の内側が３５０℃以下の温度になるように構成または形成されている。
【００２３】
水冷蓋１０の内壁１４は、少なくとも実質的に滑らかに、すなわち、溝、切り目などが存在しないように構成されるのが重要である。
【００２４】
水冷蓋１０の内壁１４は、鋼で構成されたものであっても、銅で構成されたものであっても、または一部もしくは全体に銅めっきが施された鋼板で構成されたものであってもよい。また、水冷蓋１０は、少なくとも２つの構成品で構成されており、好ましくは、フランジ１２が当該少なくとも２つの構成品のうちの１つであり、ドーム状の本体とその開口部の周縁部を形成するフランジ１２とで構成される。
【符号の説明】
【００２５】
１      処理容器
１０    水冷蓋
１２    水冷蓋のフランジ
１４    水冷蓋の内壁
１５    冷却チャネル
Ｄ      水冷蓋のフランジの内径
ｈ      水冷蓋の内側の高さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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