(57)【要約】【課題】溶鋼を排出する際に渦の発生を軽減でき、しかも受鋼時に受ける負荷や熱スポーリングに対して耐用性の高い溶鋼用取鍋を提供すること。【解決手段】溶鋼を排出するための排出孔５を底に備える溶鋼用取鍋において、排出孔５の中心軸と側壁内面２ａとの最短距離Ｌを排出孔の最小内径Ｄに対して０．５Ｄ以上２Ｄ以下とした。【選択図】図１
2008221240.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼を排出するための排出孔を底に備える溶鋼用取鍋において、排出孔の中心軸と側壁内面との最短距離を排出孔の最小内径Ｄに対して０．５Ｄ以上２Ｄ以下としたことを特徴とする溶鋼用取鍋。
【請求項２】
溶鋼を排出するための排出孔を底に備える溶鋼用取鍋において、模擬壁を側壁内面に密着させて底面に設置し、排出孔の中心軸と模擬壁内面との最短距離を排出孔の最小内径Ｄに対して０．５Ｄ以上２Ｄ以下としたことを特徴とする溶鋼用取鍋。
【請求項３】
模擬壁の高さがＤ以上３Ｄ以下、最小幅が０．５Ｄ以上である請求項２に記載の溶鋼用取鍋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼を排出するための排出孔を底に備える溶鋼用取鍋に関し、とくに溶鋼を排出孔から排出する際に、溶鋼の渦が生じて浮遊しているスラグを巻き込みながら溶鋼が排出されるのを軽減する構造を持った溶鋼用取鍋に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶鋼用取鍋の底の排出孔から溶鋼を排出する際、とくにその後半時期においては、溶鋼は渦となって溶鋼用取鍋から排出される。この渦が生じた場合、溶鋼の上面に浮遊しているスラグを巻き込みながら溶鋼が排出されるため、排出された溶鋼にスラグが混入し清浄性が大きく損なわれることになる。
【０００３】
このような溶鋼へのスラグの混入を軽減して溶鋼の清浄性を確保するための方法として、溶鋼の残量がある程度の量以下になった段階で鋳造を止めて残鋼処理を行う方法があるが、大きな歩留まりロスが発生してしまうという問題がある。
【０００４】
これに対して、特許文献１には、垂直方向の軸線を有するノズルの上方にそらせ板を配置し、このそらせ板によって、ノズルを、液体（溶鋼）の表面から直接下方へ向かう流れから隔離するようにした流れ制御装置が開示されている。また、この流れ制御装置では、仕切りを、そらせ板をノズルから垂直方向に離隔するように配置し、この仕切りによって、液体の流れを案内しかつ制御するとともに、前記軸線を中心とした回転流を阻止しかつ液体がノズルに入る前に前記軸線へ向けてそらせ板の下を放射状に流れることができるようにしている。
【０００５】
また、特許文献２には、出湯用ノズルを配設するためのウエルブロックを構成する基部に、突起する壁（溶鋼渦発生防止用突起部）を設けることにより、出湯口付近における溶鋼の流動を抑えて溶鋼渦の発生を軽減し、ノロ等の溶鋼中への巻き込みによる溶鋼の混濁を避け、金属製品の品質低下を防ぐことができるようにした溶融金属用容器が開示されている。
【０００６】
しかし、上記特許文献１及び特許文献２の構造では、容器底面の排出孔周りに別個の構造体が設置されており、これらの構造体は容器の底面により支持されているのみであるため、受鋼時等の溶鋼流による強い曲げモーメント及び熱衝撃を受けたときに、強度が足りず破壊されてしまうおそれがある。
【０００７】
また、上記特許文献１及び特許文献２の構造では、容器の底面から上方に突出した部分が溶鋼により高温に晒されて過熱されるため、熱間強度が低下し、損耗する。しかも、溶鋼に晒された部分と比較的低温に保たれる容器底面との間に温度差が生じ、熱スポーリングが起こりやすい。
【０００８】
このように、上記特許文献１及び特許文献２の構造は、耐用性が悪く、実用的ではない。
【特許文献１】特表平８−５０２２０９号公報
【特許文献２】特開２０００−２１８３６２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする課題は、溶鋼を排出する際に渦の発生を軽減でき、しかも受鋼時に受ける負荷や熱スポーリングに対して耐用性の高い溶鋼用取鍋を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
溶鋼用取鍋において排出孔が中心付近にある場合、溶鋼排出にともなって発生する渦は排出孔を中心としてその外縁は側壁内面にまで達することができ、大きく強いものとなる。一方、排出孔が側壁近くにある場合、側壁が障害になっているため渦は排出孔を中心としたものより小さく弱いものとなる。このため、排出孔の位置は側壁に近いほど渦によるスラグの巻き込み量が少なくなると考えられる。溶鋼用取鍋は、通常内径が２ｍから４ｍ、一般的には３ｍ前後もあることから、排出孔の位置が渦の大きさに与える影響は極めて大きいと考えられる。
【００１１】
そこで、本発明者は、水モデル実験により、渦の強さと排出孔の位置との関係について調査した結果、排出孔が側壁に近いほど渦は弱く、そして、排出孔の中心軸と溶鋼用取鍋の側壁内面との最短距離が排出孔の最小内径Ｄに対して０．５Ｄ以上２Ｄ以下にすると渦が大幅に軽減されることを見出した。
【００１２】
すなわち、本発明は、溶鋼を排出するための排出孔を底に備える溶鋼用取鍋において、排出孔の中心軸と側壁内面との最短距離を排出孔の最小内径Ｄに対して０．５Ｄ以上２Ｄ以下としたことを特徴とするものである。
【００１３】
このような構成とすることで、溶鋼を排出する際の渦発生を軽減し、溶鋼にスラグを巻き込むことを激減させることができるとともに、渦発生軽減のために上記特許文献１及び特許文献２のような特別な構造体を必要としないので、溶鋼用取鍋の耐用性が低下することもない。
【００１４】
一方、設備的問題により、排出孔の中心軸と溶鋼用取鍋の側壁内面との最短距離を排出孔の最小内径Ｄに対して０．５Ｄ以上２Ｄ以下として排出孔を設置することができない場合がある。具体的には、スライディングノズル装置の取り付け位置、スライディングノズル装置の耐火物を交換するための作業スペースあるいは連続鋳造時のタンディッシュに対する溶鋼用取鍋の配置の関係等から、現在の溶鋼用取鍋において排出孔を側壁近くに設けるとこれらに支障を来たす場合が考えられる。
【００１５】
この場合には、溶鋼用取鍋の羽口れんがを含む底面に側壁内面と密着させて模擬壁を設置し、排出孔の中心軸と模擬壁内面との最短距離を排出孔の最小内径Ｄに対して０．５Ｄ以上２Ｄ以下とすることにより、溶鋼の渦を軽減し排出された溶鋼にスラグを巻き込むことを激減させることができる。ここで、模擬壁は、溶鋼用取鍋の底面のほかに側壁内面によっても支持されており、その形状も単純にできるため、受鋼時等の溶鋼流による強い曲げモーメント及び熱衝撃に対して十分な耐用性を持ち、溶鋼用取鍋の耐用性の低下は最小限に抑えられ、また施工性も良好である。
【００１６】
以上のように、本発明では、溶鋼用取鍋の排出孔を側壁（模擬壁）内面近くに配置するが、排出孔の中心軸と側壁（模擬壁）内面との最短距離が排出孔の最小内径Ｄに対して０．５Ｄ未満になると、排出孔の一部を側壁（模擬壁）が覆うことになり、溶鋼の排出が阻害されるので、前記最短距離の下限は０．５Ｄとした。なお、模擬壁内面とは、模擬壁の側面のうち排出孔側の面を言う。
【００１７】
また、溶鋼用取鍋の排出孔の中心軸と側壁（模擬壁）内面との最短距離の上限は、２Ｄとし、好ましくは１．５Ｄである。２Ｄより大きくなると、渦が強くなるためスラグの巻き込み量が多くなる。なお、Ｄは一般的に使用されている溶鋼用取鍋の排出孔の最小内径から、４０ｍｍ以上１２０ｍｍ以下の範囲が好ましい。
【００１８】
本発明で言う排出孔とは、溶鋼用取鍋の底に溶鋼を排出するために設ける貫通孔であり、通常は上ノズル（鋳造用ノズルあるいは注湯ノズル等とも呼ばれている）のノズル孔のことである。この上ノズルの下に流量制御手段としてプレートれんが取り付けられていることが多いが、プレートれんがのノズル孔は本発明の排出孔とは言わない。さらに上ノズルの排出孔は下流側に内径が縮小している場合があるが、本発明の最小内径Ｄは、この縮小している部分の内径の最も小さい部分のこととする。
【００１９】
また、溶鋼用取鍋の底面に模擬壁を設置する場合、模擬壁の高さはＤ以上３Ｄ以下、最小幅は０．５Ｄ以上とすることが好ましい。模擬壁の高さがＤ未満になると壁として機能せず渦が発生しやすくなり、３Ｄを超えると効果は変わらないが、模擬壁の体積が増加し溶鋼の受鋼量が減少してしまい、ロスが生じる。また最小幅が０．５Ｄ未満になると強度が弱くなり問題となる。ここで、模擬壁の高さとは、溶鋼用取鍋の底面を基準として模擬壁の実質的な頂部までの高さを言う。
【００２０】
模擬壁は、溶鋼用取鍋の底面から突出して設け溶鋼用取鍋の底面と側壁内面とに密着していれば、とくにその形状は限定されるものではなく、例えば、平面視が矩形、扇形、あるいは台形等にすることができる。また、模擬壁は、溶鋼用取鍋の耐火物をライニングする際に、不定形耐火物を流し込み施工することで同時に形成することもできる。また、ブロック状の耐火物を製造しておき、溶鋼用取鍋の底面と側壁との間に接着材としてのモルタル等を介して配置することもできる。
【００２１】
また、模擬壁は、側壁との密着部の長さが側壁の内周長さに対して１／５０以上１／２以下、より好ましくは１／３６以上１／３以下であれば模擬壁を支える強度は十分である。側壁との密着部の長さが側壁の内周長さの１／５０より小さい場合には強度が不十分となり倒れやすくなり、１／２を超えると模擬壁が大きくなり溶鋼用取鍋の容積が少なくなる。
【００２２】
さらに、模擬壁を設けることで排出孔を溶鋼用取鍋の底のより中心側に設けることができるため、スライディングノズル装置などの溶鋼流量制御装置を取り付けるためのスペースを確保することができ、既存の設備をそのまま使用することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明の溶鋼用取鍋によれば、排出孔から溶鋼を排出する際の渦の発生を軽減でき、溶鋼の上面に浮遊しているスラグを巻き込みながら溶鋼が排出されるのを軽減できる。しかも、溶鋼用取鍋の内部に複雑な構造体を設置する必要がないので、施工しやすく耐用性の面においても優れている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本発明の第１の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【００２６】
図１（ａ）及び図１（ｂ）において、鉄皮１の内側の底と側壁に耐火物２がライニングされている。取鍋の底には羽口れんが３が埋設され、羽口れんが３には上ノズル４が装着され、上ノズル４の内孔が溶鋼の排出孔５となっている。上ノズル４は羽口れんが３に対して着脱可能なようにモルタルを介して取鍋の下側から装着されている。この上ノズル４の下には図示しないが、溶鋼流量を制御するためのスライディングノズル装置が取り付けられている。
【００２７】
以上の構成において、図１（ｃ）に示す排出孔５の中心軸と側壁内面２ａとの最短距離Ｌが、排出孔５の最小内径Ｄに対して０．５Ｄ以上２Ｄ以下（好ましくは１．５以下）となるようにしている。
【００２８】
このように排出孔５の中心軸と側壁内面２ａとの最短距離Ｌを０．５Ｄ以上２Ｄ以下（好ましくは１．５以下）とすることによって、排出孔５から溶鋼を排出する際に、溶鋼の渦発生を軽減する効果が得られる。
【実施例２】
【００２９】
図２は、本発明の第２の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【００３０】
この実施例２においても、先の実施例１と同様に耐火物２がライニングされており、羽口れんが３及び上ノズル４が装着されている。
【００３１】
さらに、この実施例２では模擬壁６を側壁内面２ａに密着させて底面２ｂに設置しており、模擬壁６の排出孔５側の内面６ａは羽口れんが３の内壁の上部に位置している。模擬壁６は不定形耐火物のプレキャストブロックであり、底面２ｂとの間及び側壁内面２ａとの間にはモルタルを充填することで接合している。そして、この模擬壁６の内面６ａと排出孔５の中心軸との最短距離Ｌが排出孔５の最小内径Ｄに対して０．５Ｄ以上２Ｄ以下（好ましくは１．５Ｄ以下）となるようにしている。また、図２（ａ）に示すように、模擬壁６は排出孔５側から側壁内面２ａに向かってテーパ状に広がった扇型をしており、その最小幅Ｗは排出孔５の最小内径Ｄに対して０．５Ｄ以上としている。また、側壁内面２ａとの密着部の長さＳは、側壁の内周長さに対して１／３６以上１／３以下としている。
【００３２】
なお、溶鋼排出用の上ノズル４は取鍋下面側から挿入して設置・取り替えを行うので、模擬壁６を上ノズル４と接しないように（干渉しないように）設置すると上ノズル４の施工が容易となる。
【００３３】
この実施例２のように、排出孔５の中心軸と模擬壁内面６ａとの最短距離Ｌを０．５Ｄ以上２Ｄ以下（好ましくは１．５Ｄ以下）とすることによっても、排出孔５から溶鋼を排出する際に、溶鋼の渦発生を軽減する効果が得られる。そして模擬壁６は、側壁内面２ａに密着しているため、受鋼時の溶鋼流による衝撃や熱衝撃に十分耐えることができ、さらに側壁に熱が放散するために過熱による熱間強度の低下を軽減できるため、耐用性が向上する。
【実施例３】
【００３４】
図３は、本発明の第３の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【００３５】
この実施例３は、先の実施例２と同様に模擬壁６を設置したものであるが、図３（ｃ）に示すように、模擬壁６の排出孔５側の内面６ａが排出孔６の最小内径部分の内壁直上に位置している。すなわち、排出孔５の中心軸と模擬壁内面６ａとの最短距離Ｌは０．５Ｄである。
【００３６】
このように、模擬壁内面６ａを排出孔５に最大限に接近させることにより、より溶鋼の渦の発生を軽減する効果が得られる。
【００３７】
なお、図３（ｃ）では溶鋼排出用の上ノズル４のテーパ部上部から羽口れんが３上部の延長線上まで模擬壁６が設置されているが、この部分は空洞になっていてもよい。
【実施例４】
【００３８】
図４は、本発明の第４の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【００３９】
この実施例４は、先の実施例３と同様に模擬壁６を設置したものであるが、この実施例４の模擬壁６には、図４（ａ）に示すようにテーパがない。
【００４０】
模擬壁６をこのような形状にすることにより、模擬壁６と側壁内面２ａとの密着面積、すなわち模擬壁６を支持する面積が大きくなるので、受鋼時に受ける負荷や熱スポーリングに対して耐用性が向上するという効果が得られる。
【実施例５】
【００４１】
図５は、本発明の第５の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【００４２】
この実施例５は、先の実施例４と同様に模擬壁６を設置したものであるが、この実施例５の模擬壁６には、図５（ｂ）に示すように、模擬壁６上面から底面にかけてテーパが設けられている。
【００４３】
このように模擬壁６上面にテーパを設けることにより、先の実施例４に比べて溶鋼用取鍋の容積を大きくすることができるとともに、溶鋼流による模擬壁６の溶損が軽減される。また、溶鋼の渦の発生を軽減する効果に関しては排出孔５周りの模擬壁６の高さが重要となるため、実施例４と同様の効果が得られる。
【実施例６】
【００４４】
図６は、本発明の第６の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【００４５】
この実施例６は、先の実施例５と同様に模擬壁６を設置したものであり、実施例５の形状を縮小した模擬壁６を設置し、溶鋼用取鍋の容積をより大きくしたものである。
【実施例７】
【００４６】
この実施例は水モデル実験結果を示す。
【００４７】
図７は水モデル実験装置の模式図である。溶鋼用取鍋を想定した内径８４０ｍｍの容器７の底に、内径Ｄが２０ｍｍの排出孔５を設けた。この排出孔５の位置は、排出孔５の中心軸と容器の側壁内面７ａと最短距離Ｌが、４２０ｍｍ（２１Ｄ）、１６０ｍｍ（８Ｄ）、６０ｍｍ（３Ｄ）、４０ｍｍ（２Ｄ）、２６ｍｍ（１．３Ｄ）、１０ｍｍ（０．５Ｄ）の６箇所となるように設定した。この容器７に水を初期水位が６００ｍｍ（質量は約３３０ｋｇ）となるように入れ、さらに水面に比重の軽いビーズを３３００ｇ投入し浮遊させ、水：ビーズの質量比を約１００：１とした。
【００４８】
水モデル実験においては、６箇所の排出孔５のうち５箇所を塞ぎ、あらかじめ容器７内の水に旋回流を付与した後、１つの排出孔５から水を排出した。水が排出され水位が下がるにしたがって、水面のビーズ８が渦に巻き込まれ水に混入して排出される。この排出されたビーズ８の量とそのときの容器７内の水位を６箇所の排出孔５それぞれにおいて測定した。
【００４９】
また、模擬壁の効果を検討するために、図８に示すように模擬壁６を設置した。模擬壁６の高さＨは２０ｍｍとし、幅Ｗは４０ｍｍとした。また、排出孔４の中心軸と容器の側壁内面７ａとの最短距離Ｌ１は６０ｍｍ（３Ｄ）とし、排出孔４の中心軸と模擬壁内面６ａとの最短距離Ｌ２は１０ｍｍ（０．５Ｄ）とした。この模擬壁６を設置したものについても上記の測定方法と同様にビーズ８の量とそのときの容器７内の水位を測定した。
【００５０】
図９は上記の水モデル実験結果を示している。ビーズの排出量は、それぞれの水位になるまでに排出されたビーズの重量／容器に入れたビーズの全重量で示した。例えば、Ｌ＝２１Ｄの場合には、水位が２００ｍｍになったときに最初に入れたビーズのうち約２４％が排出され、さらに水位が１００ｍｍになったときには約９６％のビーズが排出されている。
【００５１】
容器の側壁内面７ａから排出孔５の中心軸までの最短距離Ｌが４２０ｍｍ（２１Ｄ）、すなわち排出孔５を容器７の中心に設けた場合、初期の段階から容器内に渦が発生してビーズを巻き込みながら水が排出されていることがわかる。また、容器の側壁内面から排出孔の中心軸までの最短距離Ｌが小さくなるにしたがってビーズの排出量が減少しており、前記最短距離Ｌが１０ｍｍ（０．５Ｄ）のときに最もビーズ排出量が少なくなっている。また、Ｌ＝８Ｄの場合、水位が２０ｍｍになったときに約８２％のビーズが排出されているが、Ｌ＝２Ｄの場合では約２４％、Ｌ＝１．３Ｄの場合には約１３％と大きく減少していることがわかる。また、発生する渦も非常に小さくなっている。つまり、溶鋼用取鍋においても、排出孔の位置をＬ＝２Ｄ以下、好ましくはＬ＝１．３Ｄ以下とすることでスラグの排出量が激減することがわかる。なお、この水モデル実験と実際の溶鋼中での挙動との相関性が高いことは、過去の多くの実験報告から証明されている。
【００５２】
また、図８のように模擬壁を設置した場合には、模擬壁のない場合（最短距離Ｌ＝６０ｍｍ（３Ｄ））よりもビーズ排出量は減少し、しかもＬ＝０．５Ｄの場合と非常に近い値になっており、模擬壁を設置することによる渦の抑制効果が現れている。
【００５３】
さらに、図１０には、水位が２０ｍｍになるまでに排出されたビーズの割合と前記最短距離Ｌとの関係を示す。この図１０から、Ｌが３Ｄから２Ｄになるときにビーズの排出量が大きく低下し、１．３Ｄになるときによりビーズの排出量が低下していることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明の第１の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【図２】本発明の第２の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【図３】本発明の第３の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【図４】本発明の第４の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【図５】本発明の第５の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【図６】本発明の第６の実施例を示し、（ａ）は溶鋼用取鍋の底の一部を示す平面図、（ｂ）は（ａ）におけるＡ−Ａ断面図、（ｃ）は（ａ）におけるＢ−Ｂ断面である。
【図７】水モデル実験装置の模式図である。
【図８】模擬壁を水モデル実験装置の模式図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
【図９】水モデル実験結果を示す。
【図１０】水モデル実験における容器の側壁内面から排出孔の中心軸までの最短距離Ｌとビーズ排出量との関係を示す。
【符号の説明】
【００５５】
１  鉄皮
２  耐火物
２ａ  側壁内面
２ｂ  底面
３  羽口れんが
４  上ノズル
５  排出孔
６  模擬壁
６ａ  模擬壁内面
７  容器
７ａ  側壁内面
８  ビーズ
【図１】
2008221240.tif 000003
【図２】
2008221240.tif 000004
【図３】
2008221240.tif 000005
【図４】
2008221240.tif 000006
【図５】
2008221240.tif 000007
【図６】
2008221240.tif 000008
【図７】
2008221240.tif 000009
【図８】
2008221240.tif 000010
【図９】
2008221240.tif 000011
【図１０】
2008221240.tif 000012