(57)【要約】細長く延びる金属製支持コア（１０）、攪拌部及び固定部を備える少なくとも１個の撹拌歯状体、及び撹拌歯状体（１４）を細長く延びる金属製支持コアへ固定するため固定部と協働する固定手段から構成される、多段炉型溶鉱炉等の溶鉱炉用の撹拌アーム。固定部（４８）には細長く延びる金属製支持コアが軸方向に通過する貫通穴（５０）が設けられ、固定手段は撹拌歯状体（１４）を細長く延びる金属製支持コア（１０）へ固定するため貫通穴周囲で固定部と協働する。
2004535545.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長く延びる金属製支持コア、
攪拌部及び固定部を備える少なくとも１個の撹拌歯状体、
前記固定部と協働して前記少なくとも１個の撹拌歯状体を前記細長く延びる金属製支持コアへ固定する固定手段、から構成される溶鉱炉用の撹拌アームであって、
前記固定部には前記細長く延びる金属製支持コアが軸方向に通過する貫通穴が設けられていること、及び
前記固定手段は前記貫通穴周囲の前記固定部と協働して前記撹拌歯状体を前記細長く延びる金属製支持コアへ固定することを特徴とする前記撹拌アーム。
【請求項２】
前記貫通穴が長円形形状であることを特徴とする請求項１記載の撹拌アーム。
【請求項３】
前記撹拌歯状体が平らな板形状であることを特徴とする請求項１または２記載の撹拌アーム。
【請求項４】
前記撹拌歯状体がセラミックで製造されていることを特徴とする請求項３記載の撹拌アーム。
【請求項５】
前記固定部が第一材料から成り、また前記攪拌部が第二材料から成り、及び前記第一材料は前記第二材料よりも高い延性をもつことを特徴とする請求項４記載の撹拌アーム。
【請求項６】
前記第一材料が鋳鋼であり、また前記第二材料がセラミック材料であることを特徴とする請求項５記載の撹拌アーム。
【請求項７】
前記撹拌歯状体には鋳鋼から成るコアが含まれており、該コアは前記固定部及び前記攪拌部の上方へ延びており、及び前記攪拌部にはセラミックジャケットが設けられていることを特徴とする請求項１項ないし３項のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項８】
前記固定手段が、前記細長く延びる金属製支持コア上を滑動されかつ前記撹拌歯状体の固定部にある貫通穴と嵌合する歯状体支持スリーブを含むことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項９】
前記歯状体支持スリーブは数個の撹拌歯状体の貫通穴と嵌合することによってそれら撹拌歯状体を支持することを特徴とする請求項８記載の撹拌アーム。
【請求項１０】
前記歯状体支持スリーブが前記細長く延びる金属製支持体と形状嵌合をなすことを特徴とする請求項８または９記載の撹拌アーム。
【請求項１１】
前記歯状体支持スリーブが前記少なくとも１個の撹拌歯状体の貫通穴との形状嵌合をなすことを特徴とする請求項８ないし１０のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項１２】
前記歯状体支持スリーブの外側断面と前記貫通穴の双方がいずれも長円形形状であることを特徴とする請求項１１記載の撹拌アーム。
【請求項１３】
前記歯状体支持スリーブには、
内側金属製スリーブ及び外側金属製スリーブ、
前記内側金属製スリーブと前記外側金属製スリーブとの間にある断熱材料、及び
前記撹拌歯状体の固定部にある貫通穴の縁部によって嵌合される前記外側金属製スリーブ上の衝撃吸収緩衝層、が含まれていることを特徴とする請求項８ないし１１のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項１４】
前記外側管及び前記内側管が双方ともステンレススチール製であることを特徴とする請求項１２記載の撹拌アーム。
【請求項１５】
前記歯状体支持スリーブにはさらに、
前記外側金属製スリーブから前記衝撃吸収緩衝層を通って突き出している骨組素子、及び
前記衝撃吸収緩衝層上の鋳造可能な耐火材層が含まれ、前記少なくとも１個の撹拌歯状体の固定部が前記耐火材層中に埋め込まれていることを特徴とする請求項１３または１４記載の撹拌アーム。
【請求項１６】
前記歯状体支持スリーブが前記少なくとも１個の撹拌歯状体及び前記鋳造可能な耐火材層を含むプレハブユニットを形成し、及び前記プレハブユニットが前記細長く延びる金属製支持体上を滑動するように設計されていることを特徴とする請求項１５記載の撹拌アーム。
【請求項１７】
前記歯状体支持スリーブには金属製支持素子が含まれ、前記固定部が前記支持素子にもたれかかることを特徴とする請求項８ないし１６のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項１８】
前記金属製支持コアが互いに堅く固定された２つの隣接し合った外側管を含むことを特徴とする請求項１ないし１７のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項１９】
前記隣接し合った外側管が遠心力を利用して鋳造されたスチールパイプから製造されることを特徴とする請求項１７記載の撹拌アーム。
【請求項２０】
前記外側管のそれぞれには、その内部に冷却剤を流すための環状の間隙２４、２６との境界を形成するように該外側管中に配設された同軸内側管が含まれていることを特徴とする請求項１８または１９記載の撹拌アーム。
【請求項２１】
環状の冷却用間隙中に冷却剤のためのらせん状流路を形成するため該環状間隙中にワイヤを配設することを特徴とする請求項２０記載の撹拌アーム。
【請求項２２】
請求項１〜２１のいずれかにおいて請求された撹拌アームを少なくとも１台備える多段炉型溶鉱炉。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶鉱炉、特に多段炉型溶鉱炉用の撹拌アームに関する。
【背景技術】
【０００２】
多段炉型溶鉱炉には、縦に一直線に並ぶ炉室において縦に間隔を空けた複数の炉床によって仕切られた直立型円筒形状の溶鉱炉ハウジングが備えられている。前記炉室の中心には縦軸が延び、この縦軸は各炉室を突き通して延びている。各炉室には少なくとも１本の撹拌アームが固定され、この攪拌アームは該縦軸から炉床上を半径方向に外側へ延びている。かかる撹拌アームには撹拌歯状体が備えられていて、この歯状体は炉床上で処理される原料内部の下方まで延びている。縦軸の回転に伴って撹拌アームは各炉床において原料上を移動し、その際に前記撹拌歯状体は該原料中を耕すように進んで原料を混合する。前記撹拌歯状体の傾斜角次第で原料は縦軸へ向かって半径方向内側に移動し、あるいは縦軸から半径方向外側へと移動する。各炉床には、炉床の内側ゾーン（縦軸近接部）中、又は、外側ゾーン（前記円筒形状の溶鉱炉ハウジング近接部）中に交互に落下穴が設けられている。炉床の内側ゾーン上へ落ちた原料は、撹拌アームによってその炉床上を半径方向外側に移動される。この移動は、前記原料がその炉床の外側ゾーン中の落下穴を通って直下にある炉床の外側ゾーン上へ落ちるまで続けられる。この下方の炉床上において前記原料は該炉床の内側ゾーン中にある落下穴を通ってさらに次の炉床の内側ゾーン上へ落ちるまで撹拌アームによって半径方向内側へ移動される。このようにして、処理用原料は曲がりくねった通路に沿って溶鉱炉の縦に並ぶ炉室を通りながらゆっくりと移動される。
【０００３】
多段炉型溶鉱炉に回転炉型溶鉱炉、回転キルン型溶鉱炉、高炉等の他の固体原料処理溶鉱炉に優る大きな利点があることは事実である。縦に並ぶ炉室中で、炉ガス及び温度の制御を異ならせることによって溶鉱炉内部において極めて精密な処理制御を行うことが可能になる。多段炉型溶鉱炉の他の利点は、溶鉱炉を通過する全行程において処理済原料を混合状態に保持できること、及び溶鉱炉内部の制御された気体／固体原料の反対流（ｃｏｕｎｔｅｒ  ｆｌｏｗ）中における固体原料のプロセスガスへの極めて強力な曝露を確保できる性能にある。かかる利点にも拘わらず、１９世紀末における発明以来多段炉型溶鉱炉の実用化は固体原料処理分野においては極めて少ない例しか知られていない。このような多段炉型溶鉱炉に対する信頼性欠如の理由は、長期間にわたって多段炉型溶鉱炉が問題なく作動できる保証がなかったからである。
多段炉型溶鉱炉のなかで最も曝露を受ける素子は撹拌歯状体を備える撹拌アームである。これら撹拌アーム及び撹拌歯状体は、通常極めて腐食性である溶鉱炉内ガス中において厳しい温度と厳しい機械的圧迫を受ける。極めて初期の多段炉型溶鉱炉においては既に、撹拌アームには水またはガス冷却式の鋳鉄支持構造体が備えられ、また撹拌歯状体は交換可能な磨耗部品であると理解されていた。かかる交換可能な撹拌歯状体には通常その上部にあり継ぎ形式の係合素子が備えられている。この係合素子は、その上部が冷却式金属製支持構造体の下側にある対応溝と形状的にぴったり合う状態で嵌合するものである。
【０００４】
大きくデザインが改良された撹拌アームが１９６８年に米国特許３，４１９，２５４号において開示されている。この撹拌アームには鋳型鋳造によって得られる中空の鋳鉄コアが備えられている。このアームは中央のウェブによって２つの別々な冷却空気用通路に分割されている。前記アームの歯状体はセラミック材料で作られている。これら歯状体には、内側で向き合う１対のフック状連動素子が設けられた上部固定部が備えられている。この上部固定部は前記金属製コアの下側から横へ突き出す下部横形フランジ上へ緩く嵌合する大きさに作られている。前記撹拌アームと前記金属製コアとの間へ断熱性かつ衝撃吸収性をもつ隙間のない連結を与えるため、前記フック状構造と前記下部横形フランジとの間に繊維質の断熱材を挿入する。前記金属製コアの断熱を完全にするため、繊維質断熱体の内層を前記金属製コアの頂部上へ配置し、また外側固体断熱体を最終的に前記内側繊維質断熱体の頂部へ配置する。前記金属製コアにある突出部はカバーが金属製コアに対して縦方向へ移動することを防止している。これに代わる実施態様においては、複数のワイヤ状の尖端が金属製コアの側面及び頂部に沿って溶接されている。次いで、繊維質断熱材の１層が前記コアの頂部上へきちんと置かれるように該層を前記尖端上方において下方へと圧縮する。鋳造可能な断熱材は撹拌アーム外側上方で最終的に鋳造され、そこでワイヤ状の尖端によって適所に保持される。
【０００５】
公知の撹拌アームの第一の欠点は、それらのあり継ぎあるいはフック状固定部部分における歯状体の破損頻度がかなり高いことである。しかるに歯状体が１本でも折れると炉室の撹拌アームへ甚大な損傷が起こり得ることが理解されるであろう。何故なら、折れた攪拌棒部は残りの撹拌歯状体にとっては障害物であり、さらに別の歯状体の破損を生じたり、撹拌アーム全体の倒壊さえ起こす可能性があるからである。
公知の撹拌アームのさらに他の欠点は、それらアームの高温に対する防護が不十分なことである。公知撹拌アームの断熱性は種々の視点から見ると全く不十分である。例えば、最も高い熱負荷に晒される撹拌アーム下面の断熱性は最も乏しいことに気付くであろう。さらに、撹拌アームの断熱性が短期間の溶鉱炉の作動期間後には既に低下することが極めて頻繁に起こっている。撹拌アームの断熱性の精密な検査を行うためには該撹拌アームの取り外しが必要となるので、溶鉱炉オペレーターは通常撹拌アームの分解が必要となる次の熔鉱炉の重大な精密検査まで撹拌アームの断熱性を修理しないリスクを冒している。しかしその間にも、撹拌アームの無防護な金属製コアは設計された温度負荷に対する耐久性を超えるさらに高い温度負荷へと晒されている。
現在使用されている撹拌アームの更なる欠点はそれらの撹拌歯状体が耐水性に乏しいことである。実際、殆どの撹拌アームには腐食性の炉内ガス及び／または高い炉温度下で急速な摩耗を受ける鋳鉄製の撹拌歯状体が猶用いられている。セラミック製の撹拌アームであれば上記ガス下においてもより摩耗への耐久性が高いと思われるが、撹拌歯状体のような大きさのセラミック形状片の製造は猶かなりのコストを要することとなる。そのためセラミック製の撹拌歯状体は通常経済的理由から妥当化されない。さらに、セラミック製撹拌歯状体は極めて耐摩耗性ではあるが延性が低い欠点がある。すなわち特にそれら歯状体のあり継ぎあるいはフック状固定部部分がしばしば破損を受けるのである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の基礎を成す第一の技術的課題は、細長く延びる金属製支持コアと撹拌歯状体間の相互連結が改良された溶鉱炉用の撹拌アームを提供することである。かかる課題は請求項１項に請求されている撹拌アームによって達成される。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る溶鉱炉用撹拌アームは、細長く延びる金属製支持コアと、攪拌棒部と固定部を備える少なくとも１個の撹拌歯状体と、前記固定部と協働して前記少なくとも１個の撹拌歯状体を前記細長く延びる金属製支持コアへ固定する固定手段から構成される。本発明の重要な態様によれば、前記固定部にはあり継ぎあるいはフック状の固定素子は含まれないが、前記細長く延びる金属製コアが軸に沿ってその中を通過する貫通穴が含まれており、固定手段はこの貫通穴周囲の前記固定部と協働して前記撹拌歯状体を前記細長く延びる金属製支持コアへ固定している。これにより、前記撹拌歯状体の固定部には、撹拌歯状体の多くの破損の原因になると思われる応力の集中を起こす切り欠き部はもはや設けられていない。さらに、前記固定手段は前記貫通穴周囲の固定部全体と協働して撹拌歯状体を前記細長く延びる金属製コアへ固定することができる。かかる特徴により、あり継ぎあるいはフック状の固定素子を用いて固定される撹拌歯状体に較べて、前記固定部における応力のより良好な分散が達せられている。
【０００８】
本発明に係る前記固定部の他の有利な点は撹拌歯状体の形状を極めて単純化できることである。前記歯状体の形状は例えば長円形の貫通穴が設けられた平板形状でよい。単純形状である撹拌歯状体の直接の重要性は、たとえばそれを妥当なコストでセラミックを用いて製造できることである。結論として、本発明は優れた耐摩耗性をもち、かつ破損を受けることが従来技術の撹拌歯状体に較べてずっと少ない撹拌歯状体の提供を可能とするものである。
前記撹拌歯状体の厚さはその高さの全体に亘って一定であってもよい。しかしながら、撹拌歯状体の厚さは、撹拌歯状体における応力の分散をほぼ均質にできるようにその高さに亘って異なるようにしてもよい。かかる強度の一定な撹拌歯状体は、同じ応力へ抵抗するように設計された厚さの一定な撹拌歯状体よりも重量を軽くできると理解される。
単一材料で撹拌歯状体全体を製造する代わりに、第一材料から成る固定部と第二材料から成る攪拌部を備える撹拌歯状体を用いる着想も可能である。但しこの場合、前記第一材料は前記第二材料よりも延性が高いことが好ましい。かかる複合撹拌歯状体においては、前記固定部は破損に対する耐久性が優れる利点をもち（破損するのではなく塑性により変形する）、他方前記攪拌部は摩耗に対してより耐久性になる。前記第一材料としては例えば鋳鋼、また前記第二材料としてはセラミック材料を用いることができる。前記撹拌歯状体にはさらに、前記固定部と攪拌部上方へ延びかつ該攪拌部にセラミックジャケットが設けられた鋳鋼製のコアが含まれてもよい。
【０００９】
前記撹拌アームの好ましい実施態様においては、前記固定手段には前記細長く延びる金属製支持コアの外側を滑動しかつ前記撹拌歯状体の固定部中の貫通穴へ嵌合する歯状体支持スリーブが備えられている。前記歯状体支持スリーブは数個の撹拌歯状体へ嵌合することによってそれら歯状体を支持することが好ましい。前記スリーブは前記細長く延びる金属製支持体と形状的にぴったり合うことが有利である。特に、前記歯状体支持スリーブの外側断面と貫通穴が共に例えば長円形であれば、前記歯状体支持スリーブの前記細長く延びる金属製支持コア上での回転が妨げられる。前記歯状体支持スリーブは前記撹拌歯状体の貫通穴と形状的にぴったり合うことが有利である。
前記歯状体支持スリーブを断熱性にしてもよく、これにより前記撹拌歯状体の前記固定素子では遮られなかった熱から前記細長く延びる金属製支持コアを継続的に断熱することが可能になる。このように継続的に断熱された歯状体支持スリーブは熱的により有効であり、従来技術によるいずれの撹拌アームの断熱よりも脱落することが少なくなると理解される。さらに、撹拌アームの断熱性の精密検査にもはや撹拌アームの取り外しは必要でなく、断熱された歯状体支持スリーブを前記細長く延びる金属製支持コア上で単純に滑動させることによって、溶鉱炉外部から１回の作業で撹拌歯状体及び断熱材を取り替えることが可能である。
【００１０】
かかる歯状体支持スリーブの好ましい実施態様においては、内側金属製スリーブ及び外側金属製スリーブ、前記内側金属製スリーブと前記外側金属製スリーブの間にある断熱材、及び前記外側金属製スリーブ上の衝撃吸収緩衝層が含まれている。前記撹拌歯状体の固定部中の貫通穴の縁部が前記緩衝層に嵌合することにより、該縁部は機械的損傷から効率的に保護され、１個の撹拌歯状体へ加わる衝撃は前記緩衝層によって吸収され、他の歯状体支持スリーブ及び金属製支持コアへその衝撃が及ぶことはない。さらに、前記緩衝層は撹拌アームの断熱性をさらに向上させる役割をも果たす。前記外側管及び内側管の双方はステンレススチールで製造されることが推奨される。このようにステンレススチール製管を配設することにより腐食性ガスへの過剰な曝露に対する撹拌アームの効率よく途切れない被覆保護が形成される。
前記歯状体支持スリーブの好ましい実施態様においてはさらに、前記外側金属製スリーブから衝撃吸収緩衝層を通って突き出す骨組素子及び該衝撃吸収緩衝層上の鋳造可能な耐火性層がさらに含まれている。このような態様においては、撹拌歯状体の固定部は前記耐火材層中に埋め込まれている。このような歯状体支持スリーブを前記細長く延びる金属製支持体上を簡単に滑動するプレハブ（工場等で予め製作された）ユニットとして着想することは容易であることが理解されよう。
【００１１】
前記金属製支持コアの好ましい実施態様においては、堅く一緒に固定された２つの隣接された外側管が含まれている。これら隣接された外側管は遠心力を利用して鋳造されたスチールパイプで形成するのが有利である。これら金属製支持コアの外側管は、鋳型鋳造によって得られる従来技術の支持コアの場合には避けられない鋳造空隙及び他の鋳造上の欠陥が殆どない極めて均質な構造をもつ。結論として、前記金属製支持コアは、製造コストを低くすることが可能である上に、従来技術による撹拌アームのいずれか他の金属製支持コアほどには機械的破損や腐食を受けることがないものである。
【００１２】
撹拌アームの冷却の最適化のためには、外側管それぞれの管内に配設されそこで冷却剤を流すための環状の間隙を形成している同軸内側管が内蔵されていることが有利である。このようにして外側管の効率的かつ均質な冷却を行うことが確保されている。前記環状の冷却用間隙中にワイヤを単純に配置して前記環状の冷却用間隙中の冷却剤のためにらせん形の流路を形成することによって冷却効果を妥当なコストでさらに向上させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１Ａ及び１Ｂは本発明に従った細長く延びる撹拌アームの両端部を示す図である。この撹拌アームは多段炉型溶鉱炉中の縦軸によって支持されている。撹拌アームには、細長く延びる金属製支持コア１０（すなわち、炉床上を縦軸から半径方向外側に溶鉱炉壁部まで延びるようにその一端が固定フランジ１２の補助を受けて縦軸へ固定された、中空の片持ちビーム）が備えられている。この金属製支持コア１０の目的は、下方へ炉床上の原料中まで延びている半径方向に間隔を空けた撹拌歯状体１４１、１４２、１４３、１４４を支持することである。炉床溶鉱炉中で縦軸が回転するにつれて撹拌アームは各炉床上の原料上方を移動し、この際に撹拌歯状体１４１、１４２、１４３、１４４が炉床上の原料中を耕すように進む。撹拌アームの縦軸に対する撹拌歯状体１４の傾斜角（図４参照）によって、原料は前記縦軸に向かって半径方向内側にあるいは該縦軸から半径方向外側に移動される。
【００１４】
前記金属製支持コア１０には、互いに溶接され（特に図２参照）、その一端において前記固定フランジ１２へ溶接された（特に図１Ａ参照）２本の重なり合う外側管１６、１８が含まれている。これら外側管１６、１８のそれぞれは遠心力を利用して鋳造された１または２以上のスチール製パイプで作られていることが好ましい。前記遠心力利用により鋳造されたスチール製パイプは、型鋳造によって得られる従来技術の支持コアでは避けられなかった鋳造による空隙や他の鋳造上の欠陥が殆どない極めて均質な構造を持つものである。結論として、前記金属製支持コア１０は、製造コストを低くできる可能性があるのみならず、従来技術による撹拌アームのいずれか他の金属製支持コアほどには機械的破損や腐食を受けないものである。
前記外側管１６、１８のそれぞれには、該外側管１６、１８内に配設されて該外側管中にできる冷却剤を流すための環状の間隙２４、２６の境界を形成する同軸内側管２０、２２が内蔵されている。前記冷却剤のためのらせん状の流路が形成されるようにワイヤ２８、３０が前記環状間隙２４のそれぞれに配設されている。前記冷却剤は前記フランジ１２中の流入口３２及びデフレクター３４を備える流入室３３を通って上側管１６（図１Ａ参照）中の環状間隙２４中へ入り込み、該管１６の内壁に沿ったらせん状流路中を該管の閉じた前端まで運ばれる（図１Ｂ参照）。ここで前記冷却剤は連絡口３５を通って前記下側管１８中の環状間隙２６中を通過し、ここで冷却剤は前記管１８の内壁に沿ったらせん状流路中を通って前記フランジ１２中の流出口３９中へ冷却剤を逸らせるデフクター板３８を備える流出室３７まで運ばれる（図１Ａ参照）。殆どの場合において前記冷却剤は水であるが、特別な場合には水以外の冷却液を用いることもできる。
【００１５】
図３及び４は４個の撹拌歯状体１４１、１４２、１４３、１４４を支持する歯状体支持スリーブ４０を示す図である。４個の撹拌歯状体１４１、１４２、１４３、１４４が設置されているこの歯状体支持スリーブ４０は、前記細長く延びる金属製支持コア１０上を軸に沿って滑動されるプレハブユニットを構成している。図１Ａ及び図５には、前記歯状体支持スリーブ４０が前記細長く延びる金属製支持コア１０と係合した状態で示されている。かかる歯状体支持スリーブ４０は、前記細長く延びる金属製支持コア１０と実質的に同じ長さであっても良いが、１個の支持スリーブ４０のみが細長い金属性支持コア１０上に外嵌される。しかしながら、取り扱いの容易性を考慮して、前記歯状体支持スリーブ４０は数個の歯状体支持スリーブが次々と前記細長く伸びる金属製支持コア１０上を滑動するように細長く延びる金属製支持コア１０よりも通常は短くされている。歯状体支持スリーブ４０は当然撹拌歯状体１４を４個以上でも４個以下でも支持することが可能であること、及び単一の撹拌歯状体１４をもつ「歯状体」支持スリーブを着想できることを理解すべきである。
【００１６】
前記歯状体支持スリーブ４０の好ましい実施態様には、内側金属製スリーブ４２及び外側金属製スリーブ４４が含まれている。これらいずれのスリーブもステンレススチール製であることが好ましい。図５に示すように、前記内側金属製スリーブ４２は前記細長く延びる金属製支持コア１０と形状的にぴったり合う長円形の断面をもっている。良好な断熱性を与えるため、断熱材４６、好ましくは微孔性の断熱材が前記内側スチール管４２と前記外側金属製スリーブ４４との間に配設されている。
【００１７】
ここで前記撹拌歯状体１４の好ましい実施態様について図６及び７を参照して説明する。この撹拌歯状体１４は一方の端部が攪拌部４６を形成し他方の端部が固定部４８を形成する平らで細長いセラミック板から成っている。前記固定部には、丸くされたあるいは角の削がれた縁部５２によって範囲が定められた長円形形状の貫通穴５０が設けられている。この貫通穴５０はより詳細には、撹拌歯状体１４が歯状体支持スリーブ４０でその活動位置にある時は、該支持スリーブ４０の外面に形状的嵌合をなすものとされている。この歯状体支持スリーブ４０の外面は、前記外側金属製スリーブ４４を包む薄い衝撃吸収性緩衝層５４で形成されるのが有利である。要約すれば、前記細長く延びる金属製支持コア１０は前記固定部４８の貫通穴５０を通って軸に沿って通過し、前記歯状体支持スリーブ４０は前記撹拌歯状体１４を前記細長く延びる金属製支持コア１０へ固定するため貫通穴５０周囲の固定部と協働する。
前記撹拌歯状体１４の形状は中に貫通穴がある単純な板形状であるので、良好な耐熱性、耐腐食性さらに優れた耐摩損性を有するセラミック材料を用いても妥当なコストで製造可能である。もしくは、前記攪拌部４６のみセラミック材料で製造し、前記固定部４８は鋳鋼で製造してもよい。このような複合撹拌歯状体には、鋳鋼は一般的にセラミック材より延性が高いので過剰負荷条件下でも破損せずに塑性によって変形する傾向が強い利点がある。変形した撹拌歯状体は役に立たない可能性もあるが、少なくとも炉床へ落下することはない。もし落下すれば他の歯状体に対するリスクがある。複合撹拌歯状体において攪拌部４６と固定部４８との間の良好な連結を確保するため、該歯状体へ鋳鋼製のコアを設けることも可能である。このコアは攪拌部４６及び固定部４８の上方に延び、かつ攪拌部にはセラミック製ジャケット５５が設けられたものである。攪拌部４６を耐熱性、耐腐食性、耐摩耗性のあるいずれか他の材料で製造することも当然可能である。
【００１８】
再度図３及び図４を参照するが、４個の歯状体１４１、１４２、１４３、１４４の固定部４８は衝撃吸収緩衝層５４の周囲に鋳造された鋳造可能な耐火材６０の層中に埋め込まれている。前記耐火材６０が前記衝撃吸収緩衝層５４の周囲に鋳造される前にワイヤ様の骨組素子６２を前記外側金属製スリーブ４４へ溶接する。これら骨組素子は前記衝撃吸収緩衝層５４を通して突き出して前記耐火材６０を歯状体支持スリーブ４０へ固定している。このような方法で、撹拌歯状体１４１、１４２、１４３、１４４を歯状体支持スリーブ４０におけるそれらの作動位置へ確実に固定されることができる。ここで前記攪拌部に対する作用力は圧縮力として前記貫通穴５０の周囲の固定部４８を介して前記耐火材６０上へ、及び前記貫通穴５０の縁部５２及び前記衝撃吸収緩衝層５４を介して歯状体支持スリーブ４０へと伝達される。さらに、前記耐火材６０が衝撃吸収緩衝層５４の周囲に鋳造される前に金属製支持素子６４（図４参照）を前記外側金属製スリーブ４４へ溶接してもよい。この場合において、貫通穴５０周囲の固定部４８は、支持素子６４が撹拌歯状体１４から外側金属製スリーブ４４への作用力伝達の一助となるように前記支持素子６４を圧迫する。前記金属製支持素子６４はさらに、例え耐火材６０が破損あるいは落下しても撹拌歯状体がそれらの作動位置に保持されるように確保する機能も果たす。
【００１９】
図３及び４に示した歯状体支持スリーブ４０は、前記金属製支持コア１０上を滑動させることができる作業場において製造することができる。図１Ｂに示したように、前記金属製支持コア１０上を滑動された最後の歯状体支持スリーブ４０’の端部（破線で模式的に示す）はピン７０を用いて該金属製支持コア１０へ固定される。もし歯状体１４１、１４２、１４３、１４４あるいは前記耐火材６０が摩耗あるいは損傷を受けたならば、歯状体支持スリーブ４０を金属製支持コア１０から簡単に滑り外して新しいものと取り替えることができる。摩耗あるいは破損した歯状体支持スリーブ４０は作業場へ持ち帰って最適条件下で研ぎ直すことができる。歯状体支持スリーブ４０の交換は金属製支持コア１０を分解せずともあるいは溶鉱炉内に入らなくとも溶鉱炉の外側から溶鉱炉壁にある保全ドアを通して実施できる。図５において、符号７２’及び７２’’は金属製支持コア１０と歯状体支持スリーブ４０との間にある自由空間内に配置された取出し棒である。これら２本の取出し棒７２’、７２’’のそれぞれには、金属製支持コア１０上を滑動する第一歯状体支持スリーブ４０へ嵌合された一方の端部と、金属製支持コア１０上を滑動する最後の歯状体支持スリーブ４０’から外へ突き出る他方の端部が設けられている。これら端部によれば歯状体支持スリーブ４０を金属製支持コア１０から簡単に滑り外せる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１Ａ】本発明に従った撹拌アームの後端部の縦断面図である。
【図１Ｂ】Ａに示した撹拌アームの前端部の縦断面図である。
【図２】図１Ａに示した破線２−２に沿った断面図である。
【図３】図１に示した撹拌アームの歯状体支持スリーブの縦断面図である。
【図４】図３の歯状体支持スリーブの上面図である。
【図５】図１Ａに示した破線５−５に沿った断面図である。
【図６】撹拌アームの正面図である。
【図７】図６に示した撹拌歯状体の縦断面図である。
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年6月23日(2003.6.23)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
細長く延びる金属製支持コア（１０）、
攪拌部（４６）及び固定部（４８）を備える少なくとも１個の撹拌歯状体（１４）、
前記固定部（４８）と協働して前記少なくとも１個の撹拌歯状体（１４）を前記細長く延びる金属製支持コア（１０）へ固定する固定手段（４０）、から構成される溶鉱炉用の撹拌アームであって、
前記少なくとも１個の撹拌歯状体（１４）は板状であって、前記固定部（４８）は、前記細長く延びる金属製支持コア（１０）が軸方向に通過する貫通穴（５０）を含む前記板の一部によって形成されていること、及び
前記固定手段（４０）は前記貫通穴（５０）周囲の前記固定部（４８）と協働して前記撹拌歯状体（１４）を前記細長く延びる金属製支持コア（１０）へ固定することを特徴とする前記撹拌アーム。
【請求項２】
前記貫通穴（５０）が長円形形状であることを特徴とする請求項１記載の撹拌アーム。
【請求項３】
前記撹拌歯状体（１４）がセラミックで製造されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の撹拌アーム。
【請求項４】
前記固定部（４８）が第一材料から成り、また前記攪拌部（４６）が第二材料から成り、及び前記第一材料は前記第二材料よりも高い延性をもつことを特徴とする請求項３記載の撹拌アーム。
【請求項５】
前記第一材料が鋳鋼であり、また前記第二材料がセラミック材料であることを特徴とする請求項４記載の撹拌アーム。
【請求項６】
前記撹拌歯状体（１４）には鋳鋼から成るコアが含まれており、該コアは前記固定部（４８）及び前記攪拌部（４６）の上方へ延びており、及び前記攪拌部（４６）にはセラミックジャケットが設けられていることを特徴とする請求項１項ないし３項のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項７】
前記固定手段が、前記細長く延びる金属製支持コア（１０）上を滑動されかつ前記撹拌歯状体（１４）の固定部（４８）にある貫通穴（５０）と嵌合する歯状体支持スリーブ（４０）を含むことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項８】
前記歯状体支持スリーブ（４０）は数個の撹拌歯状体（１４）の貫通穴（５０）と嵌合することによってそれら撹拌歯状体（１４）を支持することを特徴とする請求項７記載の撹拌アーム。
【請求項９】
前記歯状体支持スリーブ（４０）が前記細長く延びる金属製支持コア（１０）と形状嵌合をなすことを特徴とする請求項７または８記載の撹拌アーム。
【請求項１０】
前記歯状体支持スリーブ（４０）が前記少なくとも１個の撹拌歯状体（１４）の貫通穴（５０）との形状嵌合をなすことを特徴とする請求項７ないし９のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項１１】
前記歯状体支持スリーブ（４０）の外側断面と前記貫通穴（５０）の双方がいずれも長円形形状であることを特徴とする請求項１０記載の撹拌アーム。
【請求項１２】
前記歯状体支持スリーブ（４０）には、
内側金属製スリーブ（４２）及び外側金属製スリーブ（４４）、
前記内側金属製スリーブ（４２）と前記外側金属製スリーブ（４４）との間にある断熱材料（４６）、及び
前記撹拌歯状体（１４）の固定部（４８）にある貫通穴（５０）の縁部（５２）によって嵌合される前記外側金属製スリーブ（４４）上の衝撃吸収緩衝層（５４）、が含まれていることを特徴とする請求項７ないし１１のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項１３】
前記内側金属製スリーブ（４２）及び前記外側金属製スリーブ（４４）が双方ともステンレススチール製であることを特徴とする請求項１２記載の撹拌アーム。
【請求項１４】
前記歯状体支持スリーブ（４０）にはさらに、
前記外側金属製スリーブ（４４）から前記衝撃吸収緩衝層を通って突き出している骨組素子（６２）、及び
前記衝撃吸収緩衝層（５４）上の鋳造可能な耐火材層（６０）が含まれ、前記少なくとも１個の撹拌歯状体（１４）の固定部（４８）が前記耐火材層（６０）中に埋め込まれていることを特徴とする請求項１２または１３記載の撹拌アーム。
【請求項１５】
前記歯状体支持スリーブ（４０）が前記少なくとも１個の撹拌歯状体（１４）及び前記鋳造可能な耐火材層（６０）を含むプレハブユニットを形成し、及び前記プレハブユニットが前記細長く延びる金属製支持コア（１０）上を滑動するように設計されていることを特徴とする請求項１４記載の撹拌アーム。
【請求項１６】
前記歯状体支持スリーブ（４０）には金属製支持素子（６４）が含まれ、前記固定部（４８）が前記支持素子（６４）にもたれかかることを特徴とする請求項７ないし１５のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項１７】
前記金属製支持コア（１０）が互いに堅く固定された２つの隣接し合った外側管（１６，１８）を含むことを特徴とする請求項１ないし１６のいずれかに記載の撹拌アーム。
【請求項１８】
前記隣接し合った外側管（１６，１８）が遠心力を利用して鋳造されたスチールパイプから製造されることを特徴とする請求項１７記載の撹拌アーム。
【請求項１９】
前記外側管（１６，１８）のそれぞれには、その内部に冷却剤を流すための環状の間隙（２４、２６）との境界を形成するように該外側管（１６，１８）中に配設された同軸内側管（２０，２２）が含まれていることを特徴とする請求項１７または１８記載の撹拌アーム。
【請求項２０】
環状の冷却用間隙中に冷却剤のためのらせん状流路を形成するため該環状間隙中にワイヤ（２８，３０）を配設することを特徴とする請求項１９記載の撹拌アーム。
【請求項２１】
請求項１〜２０のいずれかにおいて請求された撹拌アームを少なくとも１台備える多段炉型溶鉱炉。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
公知の撹拌アームの第一の欠点は、それらのあり継ぎあるいはフック状固定部部分における歯状体の破損頻度がかなり高いことである。しかるに歯状体が１本でも折れると炉室の撹拌アームへ甚大な損傷が起こり得ることが理解されるであろう。何故なら、折れた攪拌棒部は残りの撹拌歯状体にとっては障害物であり、さらに別の歯状体の破損を生じたり、撹拌アーム全体の倒壊さえ起こす可能性があるからである。
公知の撹拌アームのさらに他の欠点は、それらアームの高温に対する防護が不十分なことである。公知撹拌アームの断熱性は種々の視点から見ると全く不十分である。例えば、最も高い熱負荷に晒される撹拌アーム下面の断熱性は最も乏しいことに気付くであろう。さらに、撹拌アームの断熱性が短期間の溶鉱炉の作動期間後には既に低下することが極めて頻繁に起こっている。撹拌アームの断熱性の精密な検査を行うためには該撹拌アームの取り外しが必要となるので、溶鉱炉オペレーターは通常撹拌アームの分解が必要となる次の熔鉱炉の重大な精密検査まで撹拌アームの断熱性を修理しないリスクを冒している。しかしその間にも、撹拌アームの無防護な金属製コアは設計された温度負荷に対する耐久性を超えるさらに高い温度負荷へと晒されている。
現在使用されている撹拌アームの更なる欠点はそれらの撹拌歯状体が耐水性に乏しいことである。実際、殆どの撹拌アームには腐食性の炉内ガス及び／または高い炉温度下で急速な摩耗を受ける鋳鉄製の撹拌歯状体が猶用いられている。セラミック製の撹拌アームであれば上記ガス下においてもより摩耗への耐久性が高いと思われるが、撹拌歯状体のような大きさのセラミック形状片の製造は猶かなりのコストを要することとなる。そのためセラミック製の撹拌歯状体は通常経済的理由から妥当化されない。さらに、セラミック製撹拌歯状体は極めて耐摩耗性ではあるが延性が低い欠点がある。すなわち特にそれら歯状体のあり継ぎあるいはフック状固定部部分がしばしば破損を受けるのである。
更に別の撹拌歯状体構造が以下の文献に記載されている。
ＵＳ１，４６８，２１６は、固定部としての円筒状ハブと、撹拌部としての中空歯状体ブレードとからなる冷却型撹拌歯状体構造を開示している。前記中空歯状体は前記円筒状ハブと一体的に鋳造される。前記円筒状ハブは撹拌アームの細長い金属製支持コア上に端を接して集成されていて、それと連携して冷却媒体を中空歯状体に送る。
ＤＥ３８９３５５は、固定部として断面台形のスリーブと、このスリーブと一体になっていて、これの一側から突出する少なくとも一つの撹拌歯状体とを有する撹拌歯状体構造を開示している。この撹拌歯状体構造は耐酸性耐火材料からなる。
ＵＳ１，６８７，９３５は、撹拌歯状体の金属製支持コアの下方において、対応する形状の溝に係合するあり溝式の固定部を有する撹拌歯状体を開示している。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明の基礎を成す第一の技術的課題は、撹拌アームにおける撹拌歯状体をコスト的に有利に、かつ、耐破壊性があるように改良することにある。かかる課題は請求項１項に請求されている撹拌アームによって達成される。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明に係る溶鉱炉用撹拌アームは、細長く延びる金属製支持コアと、攪拌棒部と固定部を備える少なくとも１個の撹拌歯状体と、前記固定部と協働して前記少なくとも１個の撹拌歯状体を前記細長く延びる金属製支持コアへ固定する固定手段から構成される。本発明の重要な態様によれば、前記少なくとも一つの歯状体は板状であり、前記固定部にはあり継ぎ、フック、又はスリーブ状の固定素子は含まれないが、前記細長く延びる金属製コアが軸に沿ってその中を通過する貫通穴を含む歯状体板の一部によって固定部が単純に形成されている。固定手段はこの貫通穴周囲の前記固定部と協働して前記撹拌歯状体を前記細長く延びる金属製支持コアへ固定している。これにより、前記撹拌歯状体の固定部には、撹拌歯状体の多くの破損の原因になると思われる応力の集中を起こす切り欠き部はもはや設けられていない。さらに、前記固定手段は前記貫通穴周囲の固定部全体と協働して撹拌歯状体を前記細長く延びる金属製コアへ固定することができる。かかる特徴により、あり継ぎ、フック、又はスリーブ状の固定素子を用いて固定される撹拌歯状体に較べて、前記固定部における応力のより良好な分散が達せられている。




【国際調査報告】
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