(57)【要約】【課題】  冷却水を栓棒の先端部まで十分に行き届かせ、且つ栓棒の内部を一様に循環させることによって、蒸気発生に伴うウォーターハンマー等のリスクを低減させた水冷栓棒を提供する。【解決手段】  熔錬炉の側壁に設けたタップホールに挿入する円錐筒状の先端部２ａを有する円筒形状の栓棒２と、栓棒２内に中心軸を一致させて配置された冷却水供給管３とからなる水冷栓棒１であり、冷却水を冷却水供給管３の噴出口５から噴出して栓棒２との間の円環状隙間部６に循環させる。冷却水供給管３の噴出口面積Ｓ１：栓棒２の円環状隙間部６の断面積比Ｓ２が１：４〜１：６であって、且つ栓棒２の先端部２ａの長さＬが栓棒２の内直径Ｄの１.５〜２.５倍である。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熔錬炉の側壁に設けたタップホールから排出される熔体の流量を調節し又は排出を停止する際に用いる水冷栓棒であって、タップホールに挿入する円錐筒状の先端部を有する円筒形状の栓棒と、該栓棒内に中心軸を一致させて配置され、冷却水を先端の噴出口から噴出して栓棒との間の円環状隙間部に循環させる冷却水供給管とからなり、該冷却水供給管の噴出口面積Ｓ１と栓棒の円筒形状部における円環状隙間部の断面積比Ｓ２との比Ｓ１：Ｓ２が１：４〜１：６であって、且つ前記栓棒の先端部の長さＬが、該栓棒の円筒形状部での内直径Ｄの１.５〜２.５倍であることを特徴とする水冷栓棒。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熔錬炉の側壁に設けたタップホールに挿入されて、タップホールから排出される熔体の流量を調節したり、あるいは熔体の排出を停止したりする際に用いる水冷栓棒に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熔錬炉においては、タップホールから排出される熔体の流れを制御するために栓棒が使用されている。例えば、栓棒をタップホールに挿入する程度を変えることによって流体の流量を調節したり、あるいは栓棒を完全に挿入してタップホールを閉鎖することで熔体の排出を停止したりしている。
【０００３】
このような栓棒に関しては、例えば、特開昭６３−１６９４８８号公報には、栓棒の挿入動作を機械化することによって、タップ作業時の熔体飛散の危険を低減する方法が提案されている。また、特開２０００−０８０４２０号公報には、スラグを排出するのに適したスラグ抜き口の口径や、スラグ層厚の管理方法が提案されている。
【０００４】
一般に、栓棒の内部には冷却水を循環させ、高温の熔体と接する部分を冷却するようになっている。例えば、栓棒内に中心軸を一致させて冷却水供給管を配置した水冷栓棒では、冷却水供給管の後端側の入口から供給した冷却水を先端の噴出口から噴出させ、栓棒と冷却水供給管との間の円環状隙間部に循環させることにより栓棒を冷却して、出口から排水する構造になっている。
【０００５】
しかし、冷却水供給管の先端の噴出口から噴出した冷却水が一様に循環していない場合、冷却水の循環が十分でない箇所では、熔体によって冷却水が加熱されて蒸気が発生する。その結果、ウォーターハンマーが起こり、栓棒の一部が破裂する可能性や、タップ作業上での危険が生じる。そのため、水冷栓棒の内部では、冷却水が先端まで十分に行き届き、栓棒と冷却水供給管の間の円環状隙間部内を一様に循環していることが望まれている。
【０００６】
【特許文献１】特開昭６３−１６９４８８号公報
【特許文献２】特開２０００−０８０４２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記したように水冷栓棒の内部を循環する冷却水は、一様に循環していないと熔体によって加熱され、その箇所で蒸気が生じることによりウォーターハンマーが起こりやすくなるため、栓棒の一部が破裂したりタップ作業上の危険が生じたりすることがあった。
【０００８】
本発明は、このような従来の事情に鑑み、冷却水を栓棒の先端部まで十分に行き届かせ、且つ栓棒の内部を一様に循環させることによって、蒸気発生に伴うウォーターハンマー等のリスクを低減させた水冷栓棒を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明が提供する水冷栓棒は、熔錬炉の側壁に設けたタップホールから排出される熔体の流量を調節し又は排出を停止する際に用いる水冷栓棒であって、タップホールに挿入する円錐筒状の先端部を有する円筒形状の栓棒と、該栓棒内に中心軸を一致させて配置され、冷却水を先端の噴出口から噴出して栓棒との間の円環状隙間部に循環させる冷却水供給管とからなり、該冷却水供給管の噴出口面積Ｓ１と栓棒の円筒形状部における円環状隙間部の断面積比Ｓ２との比Ｓ１：Ｓ２が１：４〜１：６であって、且つ前記栓棒の先端部の長さＬが、該栓棒の円筒形状部での内直径Ｄの１.５〜２.５倍であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、冷却水が栓棒の先端部まで行き届く十分な流れを形成し、且つ栓棒内に冷却水を一様に循環させることができるので、加熱による蒸気の発生を抑えることができる。従って、ウォーターハンマーなどによる栓棒の破裂の可能性や、タップホールからの熔体排出作業時の危険性を低減させ、安全な操業を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の水冷栓棒は、内部で冷却水を循環して冷却させるため、二重構造となっている。即ち、図１に示すように、水冷栓棒１は、タップホールに挿入する円錐筒状の先端部２ａを有する円筒形状の栓棒２と、栓棒２内に中心軸を一致させて配置された冷却水供給管３とからなる。冷却水は冷却水供給管３の入口４から流入し、先端の噴出口５から噴出して、栓棒２と冷却水供給管３の間の円環状隙間部６を循環し、出口７から排出されるようになっている。
【００１２】
このような水冷栓棒１においては、冷却水供給管３の噴出口５の面積Ｓ１と栓棒２の円筒形状部における円環状隙間部６の断面積Ｓ２の比、即ちＳ１：Ｓ２を１：４〜１：６とすると共に、栓棒２の円錐筒状をなす先端部２ａの長さＬを、栓棒２の円筒形状部での内直径Ｄの１.５〜２.５倍とすることで、内部を流れる冷却水を栓棒２の先端部２ａまで行き届かせ、且つ栓棒２と冷却水供給管３の間の円環状隙間部６内を一様に循環させ得ることが分った。
【００１３】
上記断面積比Ｓ１：Ｓ２が１：４よりも小さいと、噴出口５の面積Ｓ１が相対的に大きくなるため、噴出口５から噴出した冷却水は十分な流速を持っておらず、先端部２ａで流れがゆるやかになって乱れが発生する。また、上記断面積比Ｓ１：Ｓ２が１：６を超えると、円環状隙間部６の断面積が相対的に大きくなるため、栓棒２と冷却水供給管３の間の円環状隙間部６で冷却水の流速が均一ではなくなり、偏流が生じる結果となる。
【００１４】
また、栓棒２の円錐筒状をなす先端部２ａの長さＬが、栓棒２の円筒形状部での内直径Ｄの１.５〜２.５倍となる範囲以外では、冷却水供給管３の噴出口５から噴出した水が先端部２ａにまで十分に行き届かなかったり、あるいは栓棒２と冷却水供給管３の間の円環状隙間部６で偏流が起こったりしやすくなる。
【実施例】
【００１５】
図１に示す水冷栓棒１の内部の冷却水を流体の対象として、数値シミュレーションにより定常解析した。図１に示す水冷栓棒１は、栓棒２と冷却水供給管３とからなり、冷却水供給管３の後端の入口４から流速８ｍ３／ｈの冷却水を供給し、噴出口５から噴出した冷却水は栓棒２の先端部２ａで折り返して、栓棒２と冷却水供給管３の間の円環状隙間部６を通り、後端側に設けた出口７から流出していく構造である。
【００１６】
［実施例１］
上記水冷栓棒１において、栓棒２の寸法は外径４９.５ｍｍ、全長６５０ｍｍとした。また、冷却水供給管３の噴出口５の面積Ｓ１と栓棒２の円筒形状部における円環状隙間部６の断面積Ｓ２の比、即ち断面積比Ｓ１：Ｓ２を１：２、１：４、１：６、１：８とした各ケースについて、得られた各解析モデルの流速ベクトル図を図２に示す。尚、上記各ケースでは、栓棒２の円筒形状部での内直径Ｄと栓棒２の先端部２ａの長さＬとの比Ｄ：Ｌを全て１：１.５とした。
【００１７】
図２の各解析モデルから、上記断面積比Ｓ１：Ｓ２が１：４及び１：６のケースについては、冷却水は共に安定した流れとなっており、噴出口５から噴出した冷却水が栓棒２の先端まで行き届く十分な流れが形成され、且つ栓棒２と冷却水供給管３の間の円環状隙間部６内を一様に循環していることが分る。また、この両ケースを比較すると、冷却水の流速が遅い領域が少ない分、上記断面積比Ｓ１：Ｓ２が１：６のケースの方がより望ましい。
【００１８】
一方、上記断面積比Ｓ１：Ｓ２が１：２のケースでは、冷却水供給管３の噴出口５から噴出した冷却水は流速が不十分なため、先端部２ａで流れがゆるやかになり且つ乱れが発生した。また、上記断面積比Ｓ１：Ｓ２が１：８のケースについては、冷却水はまっすぐ栓棒２の先端へ向かって流れていくが、栓棒２と冷却水供給管３の間の円環状隙間部６内で流速が均一でなくなり、偏流が生じる結果となった。
【００１９】
［実施例２］
上記水冷栓棒１において、実施例１と同じく栓棒２の寸法を外径４９.５ｍｍ、全長６５０ｍｍとし、栓棒２の円筒形状部での内直径Ｄと栓棒２の先端部２ａの長さＬとの比Ｄ：Ｌを１：１.５、１：２.５、１：３、及び１：４とした各ケースについて、得られた各解析モデルの流速ベクトル図を図３に示す。尚、上記各ケースでは、上記断面積比Ｓ１：Ｓ２を全て１：６とした。
【００２０】
図３の各解析モデルから、上記比Ｄ：Ｌが１：１.５及び１：２.５の各ケースで、栓棒２の先端まで冷却水の流れが行き届き、しかも栓棒２と冷却水供給管３の間の円環状隙間部６内を冷却水が均一な流速で循環することが分る。一方、上記比Ｄ：Ｌが１：３及び１：４の各ケースでは、冷却水供給管３の噴出口５から噴出した冷却水の流れが乱れ、栓棒２と冷却水供給管３の間の円環状隙間部６内で偏流が生じた。
【００２１】
上記した実施例１〜２の結果から、冷却水供給管の噴出口面積Ｓ１と栓棒の円筒形状部での円環状隙間部の断面積Ｓ２の比Ｓ１：Ｓ２が１：４〜１：６であって、且つ栓棒の円錐筒状をなす先端部の長さＬが栓棒の円筒形状部での内直径Ｄの１.５〜２.５倍である範囲が有効であり、且つ実用的な範囲であることが確認された。実際に、上記結果をもとに作製した水冷栓棒は、ウォーターハンマーによる破裂がなく、タップ作業中にノッキングのような振動も起こらない。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の冷却栓棒を示す概略の断面図である。
【図２】水冷栓棒の流体領域を対象とした解析モデルについて、冷却水供給管の噴出口面積Ｓ１：栓棒の円筒形状部での円環状隙間部の断面積比Ｓ２を１：２から１：８まで変化させて解析した４ケースの流速ベクトル図である。
【図３】水冷栓棒の流体領域を対象とした解析モデルについて、栓棒の円筒形状部での内直径Ｄと栓棒の先端部の長さＬとの比Ｄ：Ｌを１：１.５から１：４まで変化させて解析した４ケースの流速ベクトル図である。
【符号の説明】
【００２３】
１      水冷栓棒
２      栓棒
２ａ    先端部
３      冷却水供給管
４      入口
５      噴出口
６      円環状隙間部
７      出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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