(57)【要約】 【課題】真空槽にランスを抜き差しする場合、これを遠隔で信頼性の高い制御をすることができる、真空脱ガス設備を提供する。【解決手段】真空槽１の貫通孔１ｂに、ボール弁３とグランドパッキン４とインフラートシール５が順番に配置され、ボール弁３とインフラートシール５との間の非常上昇待機位置Ｆを検出する非常上昇待機位置ＬＳ９が設置されている。ランス６下降の際、その先端が非常上昇待機位置Ｆに到達したところで、不活性ガスを吹き出すと共に、ボール弁３をランス６が通過自在になる位相に回転し、さらに、ガス吹込位置Ｄにまで下降して、酸素ガスを吹き出す。一方、酸素ガスを吹き出しを中止した後、不活性ガスを吹き出しながらランス６を上昇し、その先端が非常上昇待機位置Ｆに到達したところで、ボール弁３を貫通孔１ｂが閉塞される位相に回転すると共に、不活性ガスを吹き出しを停止する。【選択図】図１
2008240107.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部に配置された一方の浸漬管を経由して溶融金属が流入し、且つ、下部に配置された他方の浸漬管を経由して溶融金属が流出する真空槽と、
該真空槽の上蓋に形成された貫通孔を貫通して垂下され、前記真空槽に酸素ガスまたは不活性ガスを吹き込むランスと、
前記貫通孔を閉塞自在または前記上吹ランスが貫通自在なボール弁と、
該ボール弁の上方に設置され、前記貫通孔を開通自在または前記ランスを気密的に把持自在なインフラートシールと、
該ボール弁の下方に設置され、前記貫通孔に不活性ガスを吹き込むガス吹出ノズルと、
前記ランスの先端の位置を検出するランス位置検出手段と、
該ランス位置検出手段の検出結果が入力され、前記ランスの昇降または停止と、前記ランスからの酸素ガスまたは不活性ガスの吹き込みの開始または停止と、前記ボール弁の回転または停止と、前記インフラートシールへの流体の充填または抽出と、前記ガス吹出ノズルからの不活性ガスの吹き込みの開始または停止と、を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段が、前記ランスを前記真空槽に挿入する際、前記ランスの先端が前記インフラートシールの直上に到達した時点で、前記ボール弁に前記貫通孔を閉塞させて前記インフラートシールに前記貫通孔を開通させ、さらに、前記ランスの先端が前記ボール弁の直上に到達した時点で、前記インフラートシールに前記ランスを気密的に把持させて前記ボール弁に前記ランスが貫通自在になる位相に回転させ、
一方、前記ランスを前記真空槽から引き出す際、前記ランスの先端が前記ボール弁の直上に到達した時点で、前記ボール弁に前記貫通孔を閉塞させることを特徴とする真空脱ガス設備。
【請求項２】
前記制御手段が、前記ランスに酸素ガスまたは不活性ガスの吹き込みを開始させる際、該開始と同時にまたは前後して前記ガス吹出ノズルに不活性ガスの吹き込みを開始させることを特徴とする請求項１記載の真空脱ガス設備。
【請求項３】
前記制御手段が、前記ランスを前記真空槽から引き出す際、前記ランスの先端が前記ボール弁の直上に到達した時点で、前記ボール弁に前記貫通孔を閉塞させると共に、前記インフラートシールに前記貫通孔を開通させることを特徴とする請求項１または２記載の真空脱ガス設備。
【請求項４】
前記制御手段が、前記ランスの酸素ガスの吹き込みを停止した状態で、前記ランスの先端が前記真空槽内に位置する範囲で前記ランスを繰り返し昇降させることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の真空脱ガス設備。
【請求項５】
前記ボール弁と前記インフラートシールとの間に、前記ランスに気密的に当接するグランドパッキンが設置されることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の真空脱ガス設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は真空脱ガス設備、特に、酸素または不活性ガスを吹き込むためのランスを具備する真空脱ガス設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属の品質向上を図るため、溶融状態の金属を真空脱ガス設備に吸引して処理する技術が知られている。たとえば、製鉄所におけるステンレス鋼の製造において、真空脱ガス設備に吸引してＣＯガス分圧が低下した状態で、溶融状態のステンレス鋼に酸素を吹き付け、クロム（Ｃｒ）の酸化を抑制しながらの脱炭が行われている。
このとき、酸素を吹き出すためのランスは、真空槽に挿入され、また引き出されるため、ランスの挿入部にはランスの可動性を保証すると共に気密性を具備した構造が要求されていた。
そこで、前記可動性を保証するものとして、ランスの挿入部に地金付着防止用ガス吹出ノズルを設置する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、気密性を具備するものとして、ランスの挿入部にボール弁とインフラートシール（注入された液体によって膨張する中空弾性体）とを設けた発明が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００３】
【特許文献１】実公平６−３８１０８号公報（第２−３頁、図１）
【特許文献２】特開平１１−５０１２９号公報（第２−３頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記特許文献１または２に開示された発明は、ランスの昇降操作、特に真空槽の外から内への挿入については、現場で設備の動作や、ランスの挿入量（先端の位置に同じ）を検知するリミットスイッチの状態を確認しつつ行っており、全て自動で行うものではなかった。このため、特に、真空槽にランスの抜き差しを行う場合、遠隔（例えば指令室）から全て自動で行えないため、オペレータは毎回現場まで行き、設備を監視しながら機側にある操作盤を用いて操作を行うという問題があった。
また、操業によっては、ランスを真空槽内に挿入したまま、酸素ガスを吹き出さない場合があり、このような操業が継続するとランスに地金が付着することがあるため、時々ランスを手動で昇降させ、地金の固着を防止する必要があった。そして、かかる地金付着防止のための昇降操作は全て手動操作を行うしかなく、労力が必要なものであって、操作が煩雑であるという問題があった。
【０００５】
本発明は上記問題を解決するためのものであり、真空槽にランスを抜き差しする場合、これを遠隔で信頼性の高い制御をすることができ、また、地金付着防止のためにランスを昇降する場合、これを自動で行うことができる、真空脱ガス設備を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
（１）本発明に係る真空脱ガス設備は、下部に配置された一方の浸漬管を経由して溶融金属が流入し、且つ、下部に配置された他方の浸漬管を経由して溶融金属が流出する真空槽と、
該真空槽の上蓋に形成された貫通孔を貫通して垂下され、前記真空槽に酸素ガスまたは不活性ガスを吹き込むランスと、
前記貫通孔を閉塞自在または前記上吹ランスが貫通自在なボール弁と、
該ボール弁の上方に設置され、前記貫通孔を開通自在または前記ランスを気密的に把持自在なインフラートシールと、
該ボール弁の下方に設置され、前記貫通孔に不活性ガスを吹き込むガス吹出ノズルと、
前記ランスの先端の位置を検知するランス位置検知手段と、
該ランス位置検知手段の検知結果が入力され、前記ランスの昇降または停止と、前記ランスからの酸素ガスまたは不活性ガスの吹き込みの開始または停止と、前記ボール弁の回転または停止と、前記インフラートシールへの流体の充填または抽出と、前記ガス吹出ノズルからの不活性ガスの吹き込みの開始または停止と、を制御する制御手段と、
を有し、
前記制御手段が、前記ランスを前記真空槽に挿入する際、前記ランスの先端が前記インフラートシールの直上に到達した時点で、前記ボール弁に前記貫通孔を閉塞させて前記インフラートシールに前記貫通孔を開通させ、さらに、前記ランスの先端が前記ボール弁の直上に到達した時点で、前記インフラートシールに前記ランスを気密的に把持させて前記ボール弁に前記ランスが貫通自在になる位相に回転させ、
一方、前記ランスを前記真空槽から引き出す際、前記ランスの先端が前記ボール弁の直上に到達した時点で、前記ボール弁に前記貫通孔を閉塞させることを特徴とする。
【０００７】
（２）また、前記（１）において、前記制御手段が、前記ランスに酸素ガスまたは不活性ガスの吹き込みを開始させる際、該開始と同時にまたは前後して前記ガス吹出ノズルに不活性ガスの吹き込みを開始させることを特徴とする。
【０００８】
（３）また、前記（１）または（２）において、前記制御手段が、前記ランスを前記真空槽から引き出す際、前記ランスの先端が前記ボール弁の直上に到達した時点で、前記ボール弁に前記貫通孔を閉塞させると共に、前記インフラートシールに前記貫通孔を開通させることを特徴とする。
【０００９】
（４）また、前記（１）乃至（３）の何れかにおいて、前記制御手段が、前記ランスの酸素ガスの吹き込みを停止した状態で、前記ランスの先端が前記真空槽内に位置する範囲で前記ランスを繰り返し昇降させることを特徴とする。
【００１０】
（５）また、前記（１）乃至（４）の何れかにおいて、前記ボール弁と前記インフラートシールとの間に、前記ランスに気密的に当接するグランドパッキンが設置されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
（ｉ）したがって、真空脱ガス設備は、制御手段が、ランスの動きに合わせてインフラートシールおよびボール弁を開閉するから、全自動の操作によって、気密性が保証されると共に、ランスがインフラートシールおよびボール弁に衝突することがない。
（ｉｉ）また、ランスに酸素ガスまたは不活性ガスの吹き込みに並行して、ガス吹出ノズルが不活性ガスを吹き込むから、貫通孔への地金等の付着が防止され、ランスの可動性が保証される。
【００１２】
（ｉｉｉ）また、ボール弁が貫通孔を閉塞している状態で、インフラートシールが貫通孔を開通、すなわち、ランスの把持を弛めるから、インフラートシールの損傷が防止され、または軽度になる。
（ｉｖ）また、前記ランスの酸素ガスの吹き込みを停止した状態でも、ランスを繰り返し昇降させるから、貫通孔における可動性が保証される。
（ｖ）また、ボール弁とインフラートシールとの間にグランドパッキンが設置されるから、気密性がさらに向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［実施の形態：真空脱ガス設備］
図１は本発明の実施の形態に係る真空脱ガス設備を模式的に示す側面視の断面図である。図１において、真空脱ガス設備１００は、真空槽１の上蓋１ａに貫通孔１ｂが形成され、貫通孔１ｂを通過して、ランス６が図示しない昇降手段によって昇降するものである。そして、層内の真空を保つため、ボール弁３と、グランドパッキン４と、インフラートシール５が、順番に配置されている。
【００１４】
ボール弁３は、貫通孔１ｂを気密的に包囲するボール弁ケース３ａに回動自在に設置され、中央部にランス６が通過自在な通過孔３ｂが形成されている。そして、回動軸３ｃには図示しない回動手段が連結され、該回動手段は図示しない制御手段によって制御されるものである。すなわち、通過孔３ｂが鉛直方向を向いたとき、ランス６は通過孔３ｂを貫通自在であり、通過孔３ｂが水平方向を向いたとき、ボール弁３の外周面はボール弁ケース３ａの内周面に気密的に当接して貫通孔１ｂを閉塞する。
【００１５】
グランドパッキン４は筒状であって、外周面がパッキンケース４ａに気密的に当接し、中央にランス６が摺動しながら貫通する摺動孔（図示しない）が形成され、ランス６の外周面と摺動孔４ａの内周面とは略気密的に当接する。
【００１６】
インフラートシール５は、環状の中空弾性袋であって、図示しない流体注入手段によってガス等の流体が注入されると膨張するものである。したがって、ランス６がインフラートシール５を貫通した状態で、膨張させると、外周面は、シールケース５ａに気密的に当接し、内周面５ｂはランス６の外周面を気密的に把持する。
【００１７】
また、貫通孔１ｂには粉塵や地金の付着を防止するためのパージガス（窒素（Ｎ２）ガス、アルゴン（Ａｒ）ガス等）を吹き出すためのガスノズル２が設置されている。
【００１８】
さらに、ランス６の位置（正確には先端の位置）を検出するための位置検出用エンコーダ（以下「エンコーダ」と称す）７が設置され、タッチローラ（図示しない）がランス６の外面に当接して回転することによって位置を検出している。そして、エンコーダ７を補完するものとして、下下限リミットスイッチ（以下「下下限ＬＳ」と記載する）８と、非常上昇待機位置リミットスイッチ（以下「非常上昇待機位置ＬＳ」と記載する）９、上上限リミットスイッチ（以下「上上限ＬＳ」と記載する）１０と、がそれぞれ設置されている。
また、下下限ＬＳ８の下方に、ランス６が下下限ＬＳ８の検出位置である「下下限位置Ｂ」よりも下方に下降しないように強制停止させる下限メカストッパ（図示しない）が、最下限位置Ａに設置され、一方、上上限ＬＳ１０の上方に、ランス６が上上限ＬＳ１０の検出位置である「上上限位置Ｈ」よりも上方に上昇しないように強制停止させる上限メカストッパ（図示しない）が、最上限位置Ｉに設置されている。
【００１９】
なお、真空槽１の下部１ｃには一対の浸漬管１ｄ、１ｅが形成されている。したがって、浸漬管１ｄ、１ｅを溶鋼鍋２００に収容された溶鋼（溶融金属）Ｍに浸漬し、一方の浸漬管１ｄから不活性ガスを注入すると、当該不活性ガスのエジェクタ効果によって溶鋼Ｍは真空槽１内に吸引され、やがて、他方の浸漬管１ｅから溶鋼鍋２００に戻ることになる。また、真空槽１には、図示しない排気手段に接続された排気管が接続され、これを経由して排気され、図示しない原料投入手段に接続された原料投入管が接続され、これを経由して成分調整のための原料が投入される。
また、ランス６からは、溶融金属の品質調整のために所定のガス（たとえば、酸素ガス）が、真空槽１に吸引された溶融金属に向けて吹き出される。以下、ランス６から吹き出されるガスを「精錬ガス」と称する。
【００２０】
（制御手段）
図２は、図１に示す真空脱ガス設備における制御手段の構成を示す構成図である。図２において、オペレータの操作盤として中央指令室に中央操作盤２１が１面と、機側のランス孔が見える位置に現場操作盤４１が１面、設置されている。電気室にはランス昇降用の電動機（図示しない）を駆動するための制御盤３１と、シーケンサ盤３２と、が設置されている。
シーケンサ盤３２は、ランス６の位置情報に基づいて、ランス６の昇降（下降／停止／上昇）、ボール弁３の回転（開閉に同じ）、インフラートシール５の動作（流体の注入／注出）、ランス６からの吹き出すガスの種類の切替や吹き出し動作（開始／停止）、ガスノズル２の開閉（パージガスの吹き出しの開始／停止）、等を制御するものである。
また、機側にはランス孔監視のためのＩＴＶカメラ４２が設置され、これが捉えた映像が、指令室に設置されたランス孔監視ＴＶモニタ２２に映し出され、オペレータの目視によるチェックが可能になっている。
【００２１】
（制御方法）
図３および図４は、図１に示す真空脱ガス設備における制御手段における制御方法を説明するフローチャートおよび模式図である。
図３および図４において、制御方法は、
（Ｓ１）ランス６が槽外待機位置Ｇに停止している待機状態において、インフラートシール５には流体が充満しない状態（緩んでいる）で、ボール弁３は貫通孔１ｂを閉塞している。
（Ｓ２）ランス６を、その先端が非常上昇待機位置Ｆに到達するまで、下降する。この間、ランス６の外周面はグランドパッキン４の内周面に当接して摺動する。
（Ｓ３）ランス６の先端が非常上昇待機位置Ｆに到達した時点で、ボール弁３を回転して、通過孔３ｂが鉛直方向を向いた位相で回転停止すると共に、ランス６の先端から不活性ガス（たとえば、窒素、アルゴン等）を吹き出しを開始する。したがって、ランス６の外周面とグランドパッキン４の内周面との隙間を通過して真空槽１内に侵入する大気を遮蔽したり、あるいは最小にすることができる。
【００２２】
（Ｓ４）そこで、ランス６を通過孔３ｂを通過させて下降し、槽内待機位置Ｅに到達した時点で停止する。そして、インフラートシール５に流体が充満する（締める）。したがって、真空槽１はシールされ、外部からの大気の侵入は防止される。このとき、ガスノズル２からのパージガスの吹き出しを開始する。
（Ｓ５）そして、上吹処理（精錬処理に同じ）を行う場合は、ランス６をガス吹込位置Ｄにまで更に下降させ、吹き出しているガスを不活性ガスから酸素ガスに切り替え、吹込位置まで下降して酸素（精錬）ガスの吹き込みを開始する。
【００２３】
（Ｓ６）必要量の酸素ガスを吹き込んだ後、ランス６を槽内待機位置Ｅにまで上昇させる。そこで、ランス６から吹き出しているガスを酸素ガスから不活性ガスに切り替える。この間、ガスノズル２からのパージガスの吹き出しを継続する。なお、ランス６が昇降する際にはインフラートシール５を弛め（流体を抽出する）、ランス６が停止している間はインフラートシール５を締める（流体を充満する）。
（Ｓ７）ランス６を引き上げ、その先端が非常上昇待機位置Ｆに到達した時点で、ボール弁３を回転して、貫通孔１ｂを閉塞する（ボール弁３の外周面をボール弁ケース３ａの内周面に気密的に当接させる）。そこで、ランス６からの不活性ガスの吹き出しを停止する。
（Ｓ８）そして、ランス６を、その先端が槽外待機位置Ｇに到達するまで引き上げて停止する。
【００２４】
なお、真空脱ガス設備１００は、制御居手段が前記のような制御をするため、
（あ）オペレータの操作が容易である。
（い）ランス６の昇降時にインフラートシール５を確実に緩めているから、インフラートシール５の損傷が防止される。
（う）真空槽１の内部にランス６が入っている時間帯は、ランス６の先端から不活性ガス（窒素）または酸素（精錬）ガスが常時吹き出されているから、詰りが防止される。
（え）ランス６の先端がボール弁３に衝突しないように制御するとともに、ランス６がボール弁３の通過孔３ｂを通過している間は、ボール弁３の回転を停止するため、ランス６にボール弁３が噛み込むことが防止される。
（お）ランス６の先端がボール弁３とインフラートシール５との間（非常上昇待機位置）にあるときに、ボール弁３の開閉を確実に行うため、引抜時に真空槽１の内部の真空が保たれる。
【００２５】
表１は前記制御方法の内容を整理したものであって、手動モードによる操作を除き、自動で設備を動作させるために設けた操作を示している。なお、必要に応じて、各操作を組み合わせた機能を持たせることも可能である。
また、（い）については、ランス昇降モーターの駆動開始条件にインフラートシール５を緩めていることを条件に入れている。ただし、インフラートシール５を緩めるための電磁弁などの故障時と、ランス６からの冷却水の水漏れ等の緊急事態と、が重なった場合を考慮して、非常退避時において一定時間のうちにインフラートシール５が緩まなかった場合でもランスを上昇させる機能を持たせている。
【００２６】
また、（う）については、ランス６の下降時のボール弁３の開の段階で不活性ガスを流し始め、逆に上昇時はボール弁３の閉の段階で不活性ガスを止めている。
さらに、制御ミスによる設備破壊防止、という観点では最も重要な機能である（え）および（お）を満たすため、ランス６の位置（高さに同じ）検出用のエンコーダ７はアブソリュートタイプを選択し、制御設備の電源を切っても現在位置が分かるようにしている。
【００２７】
【表１】
2008240107.tif 000003
【００２８】
表２は前記制御方法において、エンコーダ７の位置検出異常が発生した場合の対応を示している。すなわち、表２に示すようにランス上昇時と下降時における、エンコーダ正常時と異常時それぞれのケース（合計４ケース）について、ランス６の停止タイミングとボール弁３の開閉条件を設けている。
【００２９】
【表２】
2008240107.tif 000004
【００３０】
図５は、図１に示す真空脱ガス設備におけるエンコーダの異常を検知する方法を示す模式図である。図３において、エンコーダ７が正常時は、非常上昇待機位置Ｆを検出するエンコーダ７の検出値と、非常上昇待機位置Ｆの検出値との「ＡＮＤ条件」が成立しない限りボール弁３の開閉は自動では行われない。したがって、ボール弁３がランス６に噛み込むことはない。
【００３１】
さらに、槽内待機位置Ｅにランス６がある状態で、上吹処理を実施しない場合、ランス６への地金付着防止対策として、１操作で所定の設定位置にまでランス６を下降後、再び槽内待機位置Ｅにまで戻す機能を設けている。
また、オペレータの操作なしでも、溶鋼鍋２００が真空槽１から外れた段階で、処理中に上吹を使用したかどうかを検知し、自動でこの操作をさせることも可能である。
【００３２】
以上のように、真空脱ガス設備１００は、ランス６の昇降、特に、真空槽１の内外へのランス６の抜き差し時に、現場操作盤４１まで往復する労力の削減が可能であり、また、一連の上吹操作を自動で行うことによる処理中の無駄時間の削減、および操作ミスによる操業・設備トラブルを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は以上であるから、真空槽へのランスの抜き差し操作を遠隔で、しかも高い信頼性でもって自動制御をすることができるから、各種溶融金属を処理する真空脱ガス設備としても広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態に係る真空脱ガス設備を模式的に示す側面視の断面図。
【図２】図１に示す真空脱ガス設備における制御手段の構成を示す構成図。
【図３】図１に示す真空脱ガス設備における制御方法を説明するフローチャート。
【図４】図１に示す真空脱ガス設備に制御方法を説明する模式図。
【図５】図１に示す真空脱ガス設備のエンコーダの異常検知方法を示す模式図。
【符号の説明】
【００３５】
１：真空槽、１ａ：上蓋、１ｂ：貫通孔、１ｃ：下部、１ｄ：浸漬管、１ｅ：浸漬管、２：ガスノズル、３：ボール弁、３ａ：ボール弁ケース、３ｂ：通過孔、３ｃ：回動軸、４：グランドパッキン、４ａ：パッキンケース、５：インフラートシール、５ａ：シールケース、５ｂ：内周面、６：ランス、７：エンコーダ、８：下下限ＬＳ、９：非常上昇待機位置ＬＳ、１０：上上限ＬＳ、２１：中央操作盤、２２：ランス孔監視ＴＶモニタ、３１：制御盤、３２：シーケンサ盤、４１：現場操作盤、４２：ランス孔監視カメラ、１００：真空脱ガス設備、２００：溶鋼鍋、Ａ：最下限位置、Ｂ：下下限位置、Ｄ：ガス吹込位置、Ｅ：槽内待機位置、Ｆ：非常上昇待機位置、Ｇ：槽外待機位置、Ｈ：上上限位置、Ｉ：最上限位置、Ｍ：溶鋼。
【図１】
2008240107.tif 000005
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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