(57)【要約】【課題】溶融金属収納容器の底部に設けられた溶融金属注出孔の開孔率を容易かつ確実に向上させることが可能となる溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置を提案する。【解決手段】容器の開口上部に予熱用上部バーナ１２を有すると共に容器の底部に溶融金属注出孔２１を有する溶融金属収納容器１の予熱方法において、上部バーナ１２により溶融金属収納容器１の内壁面を予熱すると同時に、上部バーナ１２の加熱により発生する加熱溶融金属収納容器内１内の高温ガスを、溶融金属注出孔２１を介して外部へ誘引することにより、溶融金属注出孔２１を予熱する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器の開口上部に予熱用上部バーナを有すると共に容器の底部に溶融金属注出孔を有する溶融金属収納容器の予熱方法において、前記上部バーナにより溶融金属収納容器の内壁面を予熱すると同時に、前記上部バーナの加熱により発生する前記溶融金属収納容器内の高温ガスを、前記溶融金属注出孔を介して外部へ誘引することにより、前記溶融金属注出孔を予熱することを特徴とする溶融金属収納容器の予熱方法。
【請求項２】
前記高温ガスの外部への誘引を、前記溶融金属注出孔の下部に設けた誘引装置により行うことを特徴とする請求項１に記載の溶融金属収納容器の予熱方法。
【請求項３】
容器の開口上部に設けられた容器の内壁面予熱用上部バーナと、容器の底部に設けられた溶融金属注出孔と、を備える溶融金属収納容器の予熱装置において、前記上部バーナの加熱により発生する前記溶融金属収納容器内の高温ガスを、前記溶融金属注出孔を介して外部へ誘引することにより、前記溶融金属注出孔を予熱するための誘引装置を、前記溶融金属注出孔の下部に設けたことを特徴とする溶融金属収納容器の予熱装置。
【請求項４】
前記誘引装置は、前記溶融金属注出孔と連通してその下部に設けられた誘引パイプと、該誘引パイプの前記溶融金属注出孔と連通する側と反対側の端部に設けられたイジェクタとを備え、前記イジェクタを駆動することで、前記高温ガスを前記溶融金属注出孔および前記誘引パイプを介して外部へ強制的に誘引するものであることを特徴とする請求項３に記載の溶融金属収納容器の予熱装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、容器の開口上部に予熱用上部バーナを有すると共に容器の底部に溶融金属注出孔を有する溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融金属を鋳造する工程において、その溶融金属は、溶融金属収納容器（例えば、製鋼工場における取鍋）で所定の時間保持された後、該溶融金属収納容器の底部に設けられた溶融金属注出孔から注出されて、鋳造されるのが一般的である。
【０００３】
ところで、前記溶融金属収納容器内に溶融金属を注入するのに先立ち、前記溶融金属注出孔には一般に、詰め物、即ち詰め砂が充填される。それは、溶融金属注出孔に設けたスライディングノズルにより該溶融金属注出孔を塞いだ後、溶融金属注出孔に詰め砂を充填した後でなければ、溶融金属を溶融金属収納容器内に注入できないからである。そして、溶融金属をこの容器から注出（開孔時）する際には、溶融金属注出孔に設けられたスライディングノズルの摺動プレートを摺動させて、詰め砂を溶融金属注出孔から溶融金属と共に落下排出させることで、溶融金属を溶融金属収納容器から注出するようにしている（これを「自然開孔」という）。
【０００４】
従来から、溶融金属注出孔の自然開孔率を高めることが課題となっている。その課題を解決する１つの方法として、詰め砂自体を改良する方法があり、種々の提案がなされている（例えば、特許文献１参照）。この従来例では、詰め砂の珪砂の純度、不純物のＡｌ２Ｏ３の含有率、サイズ構成を規定し、過焼結を防止しつつ、溶鋼などの溶融金属の詰め砂への浸透を防止して高い自然開孔率を得ている。また、その他の従来技術としては、詰め砂としてクロム鉱石と珪砂または珪石と黒鉛との混合物を用い、各混合物の配合比、サイズ構成を規定して、溶融温度の高いクロム鉱石の間隙に珪砂または珪石のガラス状の接着層を介在させることにより、溶融金属（例えば、溶鋼）の詰め砂への浸透を防止して高い自然開孔率を得る方法も知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
さらに、溶融金属注出孔を介して溶融金属を注出する際に、前記詰め砂を使用せず、溶融金属注出孔を構成するノズル部分の溶融金属をノズル部分等に設けた電気ヒータ等で加温しながら注出することで、高い自然開孔率を得ようとする技術も知られている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−２４４５７０号公報
【特許文献２】特開平６−７１４２４号公報
【特許文献３】特開２０００−２１０７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、溶融金属注出孔のさらに高い自然開孔率を得るには、従来行われている特許文献１や特許文献２で示された詰め砂を用いる方法では、溶融金属注出孔の自然開孔率を１００％に近い値とすることは難しかった。そのため、溶融金属注出孔が自然開口しなかった場合には、塞がった溶融金属注出孔に対し酸素ランスによる酸素洗浄を行う必要があった。ただし、この酸素洗浄を行う場合は、溶融金属が注出される側の容器内にＦｅＯを含むスラグが流出し、これが酸素源となって溶融金属を酸化し、品質の劣化、歩留りの低下を招いていた。
【０００８】
また、溶融金属を注出する際の改善技術の１つとして開示されている特許文献３に開示の方法は、溶融金属注出孔内で溶融金属をノズルで加温しながら注出できるという長所があるものの、ノズルを構成する耐火物内に電気ヒータを埋め込んでいるため、耐久性の問題と、故障時のメンテナンスに時間とコストがかかるという欠点があった。
【０００９】
さらに、従来、溶融金属注出孔を詰め砂で充填する前に実施する予熱については、溶融金属収納容器の上部に設けた上部バーナにより溶融金属収納容器の内壁を加熱して予熱することしか知られていなかった。
【００１０】
そこで、本発明は、溶融金属収納容器の底部に設けられた溶融金属注出孔の自然開口率を向上させることが可能な溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置を提案することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
従来技術が抱えている前述の課題を解決し、前記の目的を実現するために鋭意研究した結果、発明者らは、次のような解決手段を見い出した。
【００１２】
即ち、本発明は、第１に、容器の開口上部に予熱用上部バーナを有すると共に容器の底部に溶融金属注出孔を有する溶融金属収納容器の予熱方法において、前記上部バーナにより溶融金属収納容器の内壁面を予熱すると同時に、前記上部バーナの加熱により発生する前記溶融金属収納容器内の高温ガスを、前記溶融金属注出孔を介して外部へ誘引することにより、前記溶融金属注出孔を予熱することを特徴とする溶融金属収納容器の予熱方法を提案する。
【００１３】
また、本発明は、第２に、容器の開口上部に設けられた容器の内壁面予熱用上部バーナと、容器の底部に設けられた溶融金属注出孔と、を備える溶融金属収納容器の予熱装置において、前記上部バーナの加熱により発生する前記溶融金属収納容器内の高温ガスを、前記溶融金属注出孔を介して外部へ誘引することにより、前記溶融金属注出孔を予熱するための誘引装置を、前記溶融金属注出孔の下部に設けたことを特徴とする溶融金属収納容器の予熱装置を提案する。
【００１４】
なお、前記のように構成される本発明に係る溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置においては、
（１）前記高温ガスの外部への誘引を、前記溶融金属注出孔の下部に設けた誘引装置により行うこと、
（２）前記誘引装置は、前記溶融金属注出孔と連通してその下部に設けられた誘引パイプと、該誘引パイプの前記溶融金属注出孔と連通する側と反対側の端部に設けられたイジェクタとを備え、前記イジェクタを駆動することで、前記高温ガスを前記溶融金属注出孔および前記誘引パイプを介して外部へ強制的に誘引するものであること、がより好ましい解決手段となるものと考えられる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の溶融金属収納容器の予熱方法によれば、上部バーナによる溶融金属収納容器（例えば、製鋼における取鍋）の内壁面の予熱と同時に、上部バーナの加熱により発生する溶融金属収納容器内の高温ガスを、溶融金属注出孔を介して外部へ誘引することで、溶融金属注出孔を予熱することにより、溶融金属収納容器内に収納された溶融金属を外部へ注出する際、溶融金属収納容器の底部に設けられた溶融金属注出孔の自然開口率を容易かつ確実に向上させることができる。
【００１６】
また、本発明の溶融金属収納容器の予熱装置によれば、上部バーナの加熱により発生する溶融金属収納容器内の高温ガスを、溶融金属注出孔を介して外部へ誘引することで、溶融金属注出孔を予熱するための誘引装置を、前記溶融金属注出孔の下部に設けているため、上記溶融金属収納容器の予熱方法を好適に実施することができ、溶融金属収納容器内に収納された溶融金属を外部へ注出する際、溶融金属収納容器の底部に設けられた溶融金属注出孔の自然開口率を容易かつ確実に向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の対象となる溶融金属収納容器の一例を説明する略線図である。
【図２】本発明の対象となる溶融金属収納容器における従来の予熱方法の一例を説明する略線図である。
【図３】溶融金属注出孔の内壁温度と溶融金属収納容器内の温度との相関を自然開孔との関係で示すグラフである。
【図４】本発明の溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置の一例を説明する略線図である。
【図５】溶融金属注出孔の内壁温度と溶融金属収納容器の予熱時間との相関を溶融金属注出孔内で誘引される高温ガスの流速との関係で示すグラフである。
【図６】溶融金属注出孔内で誘引される高温ガス流速と溶融金属注出孔の内壁温度との相関を溶融金属収納容器の予熱時間との関係で示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
＜本発明の適用対象となる溶融金属収納容器および溶融金属注出孔さらにはこれらの予熱方法について＞
まず、本発明の溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置を説明する前に、本発明の適用対象となる溶融金属収納容器および溶融金属注出孔さらにはこれらの予熱方法について、図１〜図３を用いて説明する。
【００１９】
図１（ａ）、（ｂ）はそれぞれ本発明の適用対象となる溶融金属収納容器の一例を説明する略線図である。図１（ａ）、（ｂ）に示す例において、溶融金属収納容器１（例えば、製鋼における取鍋やタンディッシュ）は、その開口上部に蓋１１を備えると共にその底部に溶融金属注出孔２１を備えている。
【００２０】
前記蓋１１は、その中央部に溶融金属収納容器１の内部、特に内壁面を加熱してこれを予熱するための上部バーナ１２を備えると共に、溶融金属収納容器１内に高温の燃焼ガスの流れを発生させるためのガス排出孔１３を備えている。
【００２１】
前記溶融金属注出孔２１の下部には、この溶融金属注出孔２１と連通する孔２２ａを有する固定プレート２２と、この固定プレート２２下にあってこれと相対的に移動（摺動）してスライディングノズルを構成する摺動プレート２３と、この摺動プレート２３の孔２３ａと連通する下ノズル２４と、を備えている。本例では、スライディングノズルを構成する固定プレート２２と摺動プレート２３とを利用して、固定プレート２２に対して摺動プレート２３をスライディングさせることで、固定プレート２２の孔２２ａと摺動プレート２３の孔２３ａとが連通する溶融金属注出状態（図１（ａ））と、固定プレート２２の孔２２ａと摺動プレート２３の孔２３ａとが連通しない溶融金属収納状態（図１（ｂ））と、をとることができる。
【００２２】
上述したように、図１（ａ）、（ｂ）に示す例においては、溶融金属収納容器１の底部に設けた溶融金属注出孔２１の下部の、スライディングノズルを構成する摺動プレート２３を固定プレート２２に対し移動させることで、溶融金属収納容器１内の溶融金属の注出開始、注出停止および注出量の調整をすることができる。
【００２３】
なお、図１（ａ）、（ｂ）に示した例では、溶融金属注出孔２１に直接固定プレート２２を設けているが、固定プレート２２の上部に上ノズル（図示せず）を形成し、その上ノズルを溶融金属注出孔２１に接続するよう構成することもできる。また、図１（ａ）、（ｂ）に示した例では、溶融金属注出孔２１、固定プレート２２の孔２２ａおよび摺動プレート２３の孔２３ａを黒く塗りつぶして記載しているが、これは、これらの部材をわかりやすくするためであり、塞がっていることを示すものではない。この黒く塗りつぶす記載は、図２および図４においても同じである。
【００２４】
図１（ａ）、（ｂ）に示す例において、溶融金属（例えば、溶鋼）を溶融金属収納容器１に受けてから溶融金属を注出開始するまでの間に、溶融金属注出孔２１内で溶融金属が凝固し閉塞するのを防止するために、溶融金属注出孔２１に粒状耐火物からなる充填材（詰め砂）が充填される。この詰め砂が冷えすぎると、溶融金属を溶融金属注出孔２１を介して注出する前に、溶融金属注出孔２１近傍の溶融金属が固まり、溶融金属注出孔２１が自然開孔し難くなるため、溶融金属注出孔２１を事前に充分な温度まで予熱している。
【００２５】
図２は、図１（ａ）、（ｂ）に示す溶融金属収納容器１における従来の予熱方法の一例を説明する略線図である。図２に示す例において、溶融金属注出孔２１を予熱するために、スライディングノズルを閉じた状態で、蓋１１の中央部に設けられた上部バーナ１２から溶融金属収納容器１内に高温ガスを導入し、蓋１１に設けたガス排出孔１３から溶融金属収納容器１内の高温ガスを外部へ排出することで、高温ガスの流れを発生している。この高温ガスの流れにより、溶融金属収納容器１内に設けた溶融金属注出孔２１を予熱している。
【００２６】
上記従来の上部バーナ１２による溶融金属収納容器１の予熱方法では、溶融金属収納容器１内で高温ガスの流れが発生するため、溶融金属収納容器１の内壁を充分に予熱することができる。しかしながら、スライディングノズルを閉じた状態であるため、溶融金属収納容器１内の高温ガスが溶融金属注出孔２１の部分までは到達し難く、溶融金属注出孔２１を充分に予熱することが困難であった。また、この予熱の際、スライディングノズルを開けて少しでも高温ガスを溶融金属注出孔２１と接触させようとすることも考えられるが、その場合でも、スライディングノズルを単に開けただけでは、容器内圧力も高くないため高温ガスが溶融金属注出孔２１内に進入する流れが発生し難く、やはり溶融金属注出孔２１を充分に予熱することは難しかった。
【００２７】
上述した溶融金属注出孔２１の予熱の効果を検討するために、溶融金属注出孔２１の内壁温度と自然開孔との関係を調べるため、回転鍋とバーナ鍋とに対し、溶融金属注出孔２１の予熱を溶融金属注出孔２１の内壁温度を変化させて実施し、それぞれの自然開孔の良否を検討した。ここで、回転鍋とは、鍋（容器）から処理済の溶融金属を抽出後、すぐに次の溶融金属を受入れ、常に循環使用しており保熱の必要がない鍋（容器）のことを言い、バーナ鍋とは、鍋（容器）から処理済の溶融金属を抽出後、次に溶融金属を受入れるまでに待機時間があるためにバーナで予熱している鍋（容器）のことを言う。
【００２８】
図３は溶融金属注出孔の内壁温度と溶融金属収納容器内の温度との相関を自然開孔との関係で示すグラフである。図３において、自然開孔の良否は、スライディングノズルを開としたとき溶融金属が溶融金属注出孔内を流れる場合を良と判断し、スライディングノズルを開としたとき溶融金属が溶融金属注出孔内を流れない場合を否と判断した。図３の結果から、この場合の予熱温度については、溶融金属注出孔２１の内壁面で略３００℃以上であれば、溶融金属注出孔２１の良好な自然開孔がなされることが判明してきた。
【００２９】
しかしながら、スライディングノズルを閉状態として上部バーナ１２のみによる炉内の予熱と同時に行う図２に示す従来の溶融金属注出孔２１の予熱では、後述する実施例で示す図５および図６に示す例からわかるように、溶融金属注出孔２１の内壁温度は２００℃程度にしかならず、上述したように良好な自然開孔のために必要な略３００℃以上の溶融金属注出孔２１の内壁温度を達成できないことがわかってきた。
【００３０】
＜本発明の溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置について＞
本発明は上述した発明者による従来の溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置に対する検討結果から得られたものである。以下、本発明の溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置について図４〜図６を用いて説明する。
【００３１】
図４は本発明の溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置の一例を説明する略線図である。図４に示す本発明の溶融金属収納容器において、図１（ａ）、（ｂ）で説明した溶融金属収納容器と同一の部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００３２】
図４に示す例において、本発明の溶融金属収納容器の予熱装置の特徴は、上部バーナ１２の加熱により発生する溶融金属収納容器１内の高温ガスを、溶融金属注出孔２１を介して外部へ誘引することで、溶融金属注出孔２１を予熱するための誘引装置３１を、溶融金属注出孔２１を構成する下ノズル２４の代わりに、溶融金属注出孔２１に設けた点にある。本例では、誘引装置３１を、溶融金属注出孔２１の摺動プレート２３と連通して、下ノズル２４の代わりに設けられた誘引パイプ３２と、誘引パイプ３２の溶融金属注出孔２１を構成する摺動プレート２３と連通する側と反対側の端部に設けられたイジェクタ３３と、から構成している。なお、イジェクタ３３としては、誘引パイプ３２内のガスを外部へ強制的に誘引する機能を有するものであればどのようなものでも使用することができ、一般的に市販されている圧空イジェクタを使用することができる。
【００３３】
なお、図４に示す例では、蓋１１にガス排出孔１３を設けたが、ガス排出孔１３を設けない構成をとることもできる。また、図４に示す例では、下ノズル２４を除いたが、下ノズル２４に誘引装置３１を装着することも可能である。
【００３４】
図４に示す溶融金属収納容器の予熱装置を用い、本発明の溶融金属収納容器の予熱方法を以下のようにして実施することができる。すなわち、図４に示す例において、溶融金属収納容器１の内壁面を上部バーナ１２により加熱して予熱すると同時に、上部バーナ１２の加熱により発生する溶融金属収納容器１内の高温ガスを、スライディングノズルを開状態として誘引装置３１を駆動することで溶融金属注出孔２１を介して外部へ誘引し、溶融金属注出孔２１を予熱することで、本発明の溶融金属収納容器の予熱方法を実施している。なお、本例では、誘引装置３１による高温ガスの外部への誘引を、イジェクタ３３を駆動することで、高温ガスを溶融金属注出孔２１および誘引パイプ３２を介して外部へ誘引することで実施している。
【００３５】
上述した本発明の溶融金属の予熱方法を実施した後は、スライディングノズルを閉状態とすると共に誘引装置３１を取り除いて下ノズル２４を装着し、従来と同様に、溶融金属を溶融金属収納容器１内に収納し、その後、スライディングノズルを開状態として溶融金属収納容器１内に収納した溶融金属を溶融金属注出孔２１を介して注出することができる。
【００３６】
なお、溶融金属注出孔２１の摺動プレート２３に対する誘引パイプ３２の設置について言及すると、この溶融金属注出孔２１を構成する摺動プレート２３の下部は、通常バヨネット型で下ノズル２４や耐火物に取り付ける構造になっているものが多く、下ノズル２４や耐火物をワンタッチで取り付け／取り外しが可能になっていることが多い。そのため、既存設備を改造するにあたり、誘引パイプ３２の取付部をバヨネット型の構造とする簡単な改造で、必要に応じて摺動プレート２３に対し随時取り付け／取り外しができる簡便な構造とすることができる。そのため、誘引パイプ３２と下ノズル２４との取り替えの時間や手間を軽減することができる。
【００３７】
上述した本発明の溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置では、溶融金属収納容器の予熱と同時に高温ガスを溶融金属注出孔２１内を通過させて溶融金属注出孔２１を予熱することで、溶融金属注出孔２１の内壁面の温度を略３００℃以上の溶融金属注出孔２１の良好な自然開孔に必要な温度にすることができ、充分に溶融金属収納容器の予熱を達成することができる。
【実施例】
【００３８】
（１）溶融金属注出孔内の予熱効果（予熱時間）について
同じ溶融金属収納容器を用いると共に同じ条件の上部バーナを使用して、上部バーナからの加熱のみの従来の予熱方法の例（改善前：炉内輻射のみ）と、上部バーナからの加熱に加えて溶融金属注出孔からの高温ガスの外部への誘引を併用した高温ガスの誘引速度が異なる本発明に係る２つの予熱方法の例（改善後：炉内輻射＋強制対流０．１ｍ／ｓ、改善後：炉内輻射＋強制対流１．１ｍ／ｓ）とについて、それぞれの溶融金属注出孔の内壁温度（℃）と予熱時間（ｈｒ）との関係を調査した。図５にその結果を示す。
【００３９】
図５に示す結果から、本発明の予熱方法を適用した２つの改善後の例は、予熱開始から約５ｈｒで溶融金属注出孔の内壁温度が３００℃に達するのに対し、従来の予熱方法を適用した改善前の例は、予熱時間を２０ｈｒとっても溶融金属注出孔の内壁温度が３００℃に達しないことがわかる。また、本発明の２つの改善後の例を比較することで、強制対流の流速の変化は溶融金属注出孔の内壁温度の上昇にそれほど関係しないことがわかる。
【００４０】
（２）溶融金属注出孔内の予熱の効果（高温ガスの流速）
同じ溶融金属収納容器を用いると共に同じ条件の上部バーナを使用して、予熱時間を１０ｈｒとした例（１０ｈｒ予熱）と予熱時間を２０ｈｒとした例（２０ｈｒ予熱）とについて、溶融金属注出孔内を通過する際の高温ガスの流速を変えて、それぞれの溶融金属注出孔の内壁温度を調査した。図６にその結果を示す。
【００４１】
図６に示す結果から、予熱時間を１０ｈｒとした例および２０ｈｒとした例とも、溶融金属注出孔内の高温ガスの流速を０．１ｍ／ｓ以上とすることで、溶融金属注出孔の内壁温度を３００℃以上にすることができることがわかる。また、いずれの例でも、流速が０．１ｍ／ｓ以上は、溶融金属注出孔の内壁温度が飽和していることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明に係る溶融金属収納容器の予熱方法および予熱装置によれば、バーナによる加熱と高温ガスを溶融金属注出孔を介して外部へ誘引することを併用することで、溶融金属収納容器の底部に設けられた溶融金属注出孔の開孔率を低コストで向上させることが可能となる。
【符号の説明】
【００４３】
１  溶融金属収納容器
１１  蓋
１２  上部バーナ
１３  ガス排出孔
２１  溶融金属注出孔
２２  固定プレート
２２ａ  孔
２３  摺動プレート
２３ａ  孔
２４  下ノズル
３１  誘引装置
３２  誘引パイプ
３３  イジェクタ
【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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【図６】
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