(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋本体と、この取鍋本体の内側に配設された耐火物層と、を有し、前記取鍋本体の両側にトラニオン軸を備えた溶融金属用取鍋であって、
前記取鍋本体の前記トラニオン軸を含む水平断面が、
前記トラニオン軸を結ぶ軸線上に中心を持ち、曲率半径がＲ１であり、前記トラニオン軸と直交する部位を含む第１円弧と、
前記軸線に直交する中心軸上に中心を持ち、曲率半径がＲ２であり、前記中心軸と直交する部位を含む第２円弧と、
前記第１円弧と前記第２円弧とを結ぶ、最小曲率半径がＲ３ＭＩＮである曲線部と、
を備えた非円形形状とされており、
前記第１円弧の曲率半径Ｒ１、前記第２円弧の曲率半径Ｒ２、前記曲線部の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮが下記の（１）式から（３）式を満足することを特徴とする溶融金属用取鍋。
（１）式：０．４０１×Ｒ１＜Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ１
（２）式：０．４０１×Ｒ２＜Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ２
（３）式：Ｒ１≦Ｒ２
【請求項２】
前記耐火物層は、前記取鍋本体側に配設された第１耐火物層と、この第１耐火物層の内側に配設された第２耐火物層と、を備えており、
前記第１耐火物層は耐火レンガで構成され、前記第２耐火物層は不定形耐火物で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の溶融金属用取鍋。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、製鉄所等において溶銑や溶鋼等の溶融金属を保持する溶融金属用取鍋に関する。
本願は、２０１８年８月１４日に、日本に出願された特願２０１８−１５２６１９号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、製鐵所等においては、転炉やトーピードカーからの溶銑や溶鋼を、取鍋（溶融金属用取鍋）に保持して搬送している。
この溶融金属用取鍋においては、高温の溶融金属を保持するため、鉄製の取鍋本体と、この取鍋本体の内側に配設された耐火物層と、を備えた構造とされている。また、取鍋本体の幅方向の両側にトラニオン軸が設けられており、このトラニオン軸をクレーン等によって吊り上げられるとともに、トラニオン軸を中心に傾動可能な構成とされている。
従来、上述の溶融金属用取鍋としては、例えば特許文献１に示すように、取鍋本体の水平断面形状を円形状または楕円形状としたものが提案されている。【０００３】
上述の溶融金属用取鍋は、高温の溶融金属を保持するため、取鍋本体の内側に配設された耐火物層が熱劣化して亀裂等が生じる。このため、一定の使用回数に応じて耐火物層を定期的に補修する必要がある。
ここで、溶融金属用取鍋の鍋容積を大きくすることにより、耐火物層の補修作業までに取り扱う溶融金属量を増加させることができ、製造コストの低減を図ることが可能となる。【０００４】
溶融金属用取鍋の鍋容積を大きくするためには、取鍋本体の外形を大きくすることが考えられる。しかしながら、溶融金属用取鍋の外形を大きくした場合には、クレーン等の他の設備を溶融金属用取鍋の外形に対応させるために設備全体の大幅な改造が必要となるため、現実的ではない。
そこで、例えば、特許文献２においては、溶融金属用取鍋の外形を大きく変更することなく、鍋容積を拡大した溶融金属用取鍋が提案されている。この特許文献２に記載された溶融金属用取鍋においては、取鍋本体の水平断面形状を矩形形状に近似させることによって、鍋容積の拡大を図っている。また、水平断面を円弧で構成することで、角部における応力集中を抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】日本国特開２０００−２５６７２８号公報
【特許文献２】日本国特開２０１６−０５９９４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、最近では、さらなる製造コストの低減のため、溶融金属用取鍋においては、さらなる耐火物層の補修回数の低減が求められている。
ここで、特許文献２に記載された溶融金属用取鍋においては、水平断面を円弧で構成して角部の応力集中を抑制しているが、耐火物層への応力を十分に低減できておらず、耐火物層の補修回数が増加してしまうおそれがあった。また、最近では、溶融金属用取鍋の使用寿命の延長が求められており、取鍋本体への熱応力を低減して、取鍋本体の変形等を抑制する必要がある。【０００７】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、溶融金属用取鍋の鍋容積を拡大することができるとともに、溶融金属用取鍋に作用する熱応力を抑えて補修回数を低減することが可能な溶融金属用取鍋を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明に係る溶融金属用取鍋は、取鍋本体と、この取鍋本体の内側に配設された耐火物層と、を有し、前記取鍋本体の両側にトラニオン軸を備えた溶融金属用取鍋であって、前記取鍋本体の前記トラニオン軸を含む水平断面が、前記トラニオン軸を結ぶ軸線上に中心を持ち、曲率半径がＲ１であり、前記トラニオン軸と直交する部位を含む第１円弧と、前記軸線に直交する中心軸上に中心を持ち、曲率半径がＲ２であり、前記中心軸と直交する部位を含む第２円弧と、前記第１円弧と前記第２円弧とを結ぶ、最小曲率半径がＲ３ＭＩＮである曲線部と、を備えた非円形形状とされており、前記第１円弧の曲率半径Ｒ１、前記第２円弧の曲率半径Ｒ２、前記曲線部の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮが下記の（１）式から（３）式を満足することを特徴とする。
（１）式：０．４０１×Ｒ１＜Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ１
（２）式：０．４０１×Ｒ２＜Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ２
（３）式：Ｒ１≦Ｒ２  【０００９】
この構成の溶融金属用取鍋によれば、前記取鍋本体の前記トラニオン軸を含む水平断面が、前記トラニオン軸を結ぶ軸線上に中心を持ち、曲率半径がＲ１であり、前記トラニオン軸と直交する部位を含む第１円弧と、前記軸線に直交する中心軸上に中心を持ち、曲率半径がＲ２であり、前記中心軸と直交する部位を含む第２円弧と、前記第１円弧と前記第２円弧とを結ぶ、最小曲率半径がＲ３ＭＩＮである曲線部と、を備えた非円形形状とされており、前記曲線部の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮが、Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ１、Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ２とされているので、大きな曲率半径の第１円弧と第２円弧とが、曲率半径が小さな曲線部によって結ばれた形状となって水平断面が矩形状に近似し、水平断面が円形状をなす取鍋本体に対して、鍋容積を拡大することが可能となる。【００１０】
また、前記曲線部の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮが、０．４０１×Ｒ１＜Ｒ３ＭＩＮ、０．４０１×Ｒ２＜Ｒ３ＭＩＮを満足しているので、前記曲線部の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮが前記第１円弧と前記第２円弧の曲率半径に対して小さくなりすぎず、第１円弧と曲線部、第２円弧と曲線部の接続部における応力集中を抑制でき、取鍋本体の変形や耐火物層の劣化を抑制することができる。これにより、溶融金属用取鍋の耐火物補修回数を低減することが可能となる。
よって、溶融金属用取鍋の鍋容積を拡大することができるとともに、溶融金属用取鍋に作用する熱応力を抑えて補修回数を低減することができる。【００１１】
ここで、本発明の溶融金属用取鍋においては、前記耐火物層は、前記取鍋本体側に配設された第１耐火物層と、この第１耐火物層の内側に配設された第２耐火物層と、を備えており、前記第１耐火物層は耐火レンガで構成され、前記第２耐火物層は不定形耐火物で構成されていてもよい。
この場合、耐火物層に応力が作用して亀裂が生じても、耐火レンガで構成された第１耐火物にまで亀裂が伝播することを抑制でき、第１耐火物層のさらに内側に配設された第２耐火物層を補修すればよい。第２耐火物層は不定形耐火物で構成されているので、比較的容易に補修することができる。また、第２耐火物層に作用する熱応力を抑えることで補修コストをさらに削減することが可能となる。
【発明の効果】
【００１２】
上述のように、本発明によれば、溶融金属用取鍋の鍋容積を拡大することができるとともに、溶融金属用取鍋に作用する熱応力を抑えて補修回数を低減することが可能な溶融金属用取鍋を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態である溶融金属用取鍋の一例を示す側面説明図である。
【図２】本発明の実施形態である溶融金属用取鍋の一例を示す上面説明図である。
【図３】本発明の実施形態である溶融金属用取鍋の取鍋本体の水平断面形状を示す説明図である。
【図４】本発明の実施形態である溶融金属用取鍋における耐火物層の構造を示す説明図である。
【図５】実施例１の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１５】
本実施形態である溶融金属用取鍋１は、取鍋本体１０と、耐火物層２０と、を備えている。
取鍋本体１０は、その幅方向の両側にトラニオン軸１８，１８が設けられており、このトラニオン軸１８，１８を用いてクレーン等で搬送し、さらにトラニオン軸１８，１８を中心に傾動可能に構成されている。
【００１６】
そして、本実施形態においては、取鍋本体１０は、トラニオン軸１８を含む水平断面が、図３に示すように、非円形形状とされている。
具体的には、トラニオン軸１８，１８を結ぶ軸線Ｓ１上に中心を持ち、曲率半径がＲ１であり、トラニオン軸１８と直交する部位を含む第１円弧１１と、軸線Ｓ１に直交する中心軸Ｓ２上に中心を持ち、曲率半径がＲ２であり、中心軸Ｓ２と直交する部位を含む第２円弧１２と、第１円弧１１と第２円弧１２とを結ぶ、最小曲率半径がＲ３ＭＩＮである曲線部１３と、を備えた形状とされている。
なお、本実施形態においては、取鍋本体１０の水平断面の曲率半径Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３ＭＩＮは、取鍋本体１０の内壁面で測定したものとされている。
【００１７】
第１円弧１１は、トラニオン軸１８，１８を結ぶ軸線Ｓ１上に中心を有していることから、トラニオン軸１８，１８が配設された面が、上述の第１円弧１１となる。
また、第２円弧１２は、トラニオン軸１８，１８を結ぶ軸線Ｓ１に直交する中心軸Ｓ２上に中心を有していることから、第１円弧１１に対して直交する向きに形成されることになる。
そして、曲線部１３は、これら第１円弧１１と第２円弧１２とが交差する角部に配置される。
【００１８】
ここで、第１円弧１１の曲率半径Ｒ１、第２円弧１２の曲率半径Ｒ２、曲線部１３の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮが、下記の（１）式から（３）式を満足している。
（１）式：０．４０１×Ｒ１＜Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ１
（２）式：０．４０１×Ｒ２＜Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ２
（３）式：Ｒ１≦Ｒ２
【００１９】
上述のように、曲線部１３の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮが、第１円弧１１の曲率半径Ｒ１、第２円弧１２の曲率半径Ｒ２に対して、Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ１、及び、Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ２とされていることから、第１円弧１１と第２円弧１２との交差部（角部）が外方に突出し、矩形状に近似した形状となり、水平断面が円形状の取鍋本体に対して、外形を変化させることなく、容積を拡大させることが可能となる。
なお、容積を確保するためには、曲線部１３の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮの上限を、０．９×Ｒ１及び０．９×Ｒ２とすることが好ましい。
【００２０】
また、曲線部１３の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮが、第１円弧１１の曲率半径Ｒ１、第２円弧１２の曲率半径Ｒ２に対して、０．４０１×Ｒ１＜Ｒ３ＭＩＮ、及び、０．４０１×Ｒ２＜Ｒ３ＭＩＮとされている。すなわち、曲線部１３の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮの下限が規定されている。
このように、曲線部１３の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮの下限が規定されていることにより、第１円弧１１と曲線部１３、第２円弧１２と曲線部１３の接続部における応力集中を抑制することが可能となる。これにより、取鍋本体１０の変形や、耐火物層２０の劣化等を抑制することが可能となる。
【００２１】
なお、第１円弧１１と曲線部１３、第２円弧１２と曲線部１３の接続部における応力集中をさらに抑制するためには、曲線部１３の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮの下限を、０．４１×Ｒ１及び０．４１×Ｒ２とすることが好ましく、０．４２×Ｒ１及び０．４２×Ｒ２とすることがさらに好ましく、０．４５×Ｒ１及び０．４５×Ｒ２とすることがより好ましい。
【００２２】
また、本実施形態においては、耐火物層２０は、図４に示すように、取鍋本体１０側に配設された第１耐火物層２１と、この第１耐火物層２１の内側に配設された第２耐火物層２２と、を備えている。
ここで、本実施形態においては、第１耐火物層２１は、耐火レンガを積み上げて形成されている。また、第２耐火物層２２は、不定形耐火物で形成されている。なお、溶融金属の湯面が位置する領域には、溶損を抑制するために耐火レンガによって第２耐火物層２２を形成してもよい。
第１耐火物層２１の厚さｔ１と第２耐火物層２２の厚さｔ２の比ｔ２／ｔ１は１以上であることが好ましく、２以上であることがより好ましい。
【００２３】
そして、本実施形態である溶融金属用取鍋１においては、転炉やトーピードカーからの溶銑又は溶鋼を受け、天井クレーンのフックがトラニオン軸１８，１８に係止されて搬送され、トラニオン軸１８，１８を中心に傾動させることで、溶銑又は溶鋼を次工程の容器へと移送する。
このように、溶融金属用取鍋１は、高温の溶銑又は溶鋼が注入、排出されることで、過酷な熱応力が繰り返し作用することになる。
そして、取鍋本体１０の内側に配設された耐火物層２０に亀裂等が生じた場合には、耐火物層２０を補修して再度使用することになる。
【００２４】
以上のような構成とされた本実施形態である溶融金属用取鍋１によれば、取鍋本体１０のトラニオン軸１８を含む水平断面が、トラニオン軸１８，１８を結ぶ軸線Ｓ１上に中心を持ち、曲率半径がＲ１であり、トラニオン軸１８と直交する部位を含む第１円弧１１と、軸線Ｓ１に直交する中心軸Ｓ２上に中心を持ち、曲率半径がＲ２であり、中心軸Ｓ２と直交する部位を含む第２円弧１２と、第１円弧１１と第２円弧１２とを結ぶ、最小曲率半径がＲ３ＭＩＮである曲線部１３と、を備えた非円形形状とされており、曲線部１３の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮが、Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ１、Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ２とされているので、水平断面が矩形状に近似した形状となり、水平断面が円形状をなす取鍋本体に対して、鍋容積を拡大することが可能となる。
【００２５】
また、曲線部１３の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮが、０．４０１×Ｒ１＜Ｒ３ＭＩＮ、０．４０１×Ｒ２＜Ｒ３ＭＩＮとされているので、曲線部１３の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮが小さくなりすぎず、第１円弧１１と曲線部１３、第２円弧１２と曲線部１３の接続部における応力集中を抑制でき、取鍋本体１０の変形や耐火物層２０の劣化を抑制することができる。これにより、溶融金属用取鍋１の補修回数を低減することが可能となる。
【００２６】
さらに、本実施形態においては、耐火物層２０は、取鍋本体１０側に配設された第１耐火物層２１と、この第１耐火物層２１の内側に配設された第２耐火物層２２と、を備えており、第１耐火物層２１は耐火レンガで構成され、第２耐火物層２２は不定形耐火物で構成されている場合には、取鍋本体１０側に配設された第１耐火物層２１への応力集中を抑制することができ、第１耐火物層２１のさらなる寿命延長を図ることができる。また、耐火物層２０に応力が作用して亀裂が生じても耐火レンガで構成された第１耐火物層２１にまで亀裂が伝播することを抑制でき、第１耐火物層２１のさらに内側に配設された第２耐火物層２２を補修すればよい。第２耐火物層は不定形耐火物で構成されているので、比較的容易に補修することができ、補修コストをさらに削減することが可能となる。
【００２７】
以上、本発明の実施形態である溶融金属用取鍋について具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、本実施形態では、図１に示す構造のトラニオン軸を有する溶融金属用取鍋を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、他の構造のトラニオン軸を有するものであってもよい。
【００２８】
また、本実施形態では、溶銑及び溶鋼を保持して移送するものとして説明したが、これに限定されることはなく、他の溶融金属を取り扱うものとしてもよい。
さらに、本実施形態では、耐火物層を、第１耐火物層と第２耐火物層を有するものとして説明したが、これに限定されることはなく、１層の耐火物層を有するものであってもよし、３層以上の耐火物層を有するものであってもよい。
【実施例】
【００２９】
以下に、本発明の効果を確認すべく、実施した実験結果について説明する。【００３０】
＜実施例１＞
本発明例として、上述の実施形態に記載された溶融金属用取鍋を準備した。なお、第１円弧の曲率半径Ｒ１を４１７０ｍｍ、第２円弧の曲率半径Ｒ２を４１７０ｍｍ、曲線部の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮを１７００ｍｍとした。すなわち、０．４０１×Ｒ１＜Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ１，０．４０１×Ｒ２＜Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ２，Ｒ１≦Ｒ２を満足するものとした。
比較例として、第１円弧の曲率半径Ｒ１を４１７０ｍｍ、第２円弧の曲率半径Ｒ２を４１７０ｍｍ、曲線部の最小曲率半径Ｒ３ＭＩＮを１１５０ｍｍとした。すなわち、Ｒ３ＭＩＮ＜０．４０１×Ｒ１，Ｒ３ＭＩＮ＜０．４０１×Ｒ２の関係を有するものとした。【００３１】
本発明例と比較例の溶融金属用取鍋を使用し、使用後の耐火物層の残厚の最小値を測定した。図５に、本発明例と比較例の当初厚みを「１」とし、耐火物層の残厚の最小値との関係、および本発明の耐火物寿命をむかえる使用回数を１とした場合に、比較例において耐火物寿命をむかえる使用回数を相対値で示す。
図５に示すように、本発明例の溶融金属用取鍋は、比較例の溶融金属用取鍋に対して、使用後の耐火物層の残厚が厚く、使用寿命を延長可能であることが確認された。
また、本発明例の溶融金属用取鍋においては、水平断面が円形状の溶融金属用取鍋に比べて鍋容積を拡大することができた。【００３２】
＜実施例２＞
試験Ｎｏ．Ａ〜Ｈとして、トラニオン軸１８を含む水平断面において、トラニオン軸を結ぶ軸線上に中心を持ち、曲率半径がＲ１であり、前記トラニオン軸と直交する部位を含む第１円弧と、前記軸線に直交する中心軸上に中心を持ち、曲率半径がＲ２であり、前記中心軸と直交する部位を含む第２円弧と、前記第１円弧と前記第２円弧とを結ぶ、最小曲率半径がＲ３ＭＩＮである曲線部と、を備えた形状の溶融金属用取鍋を準備した。Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ＭＩＮの関係を表１に示す。また、第１耐火物層（耐火レンガ）の厚さｔ１と第２耐火物層（不定形耐火物）の厚さｔ２の比ｔ２／ｔ１を表１に示す。【００３３】
上述の溶融金属用取鍋を用いて溶鋼の移送を実施した。このときの取鍋の有効容積、使用回数、耐火物層の残厚の最小値、曲線部における耐火物層の亀裂の有無、を評価した。なお、各種評価は、試験Ａを基準（＝１）として、相対評価とした。評価結果を表１に示す。【００３４】
【表１】
0006892016.tif 000002
【００３５】
Ｒ３ＭＩＮ＝０．３×Ｒ１、Ｒ３ＭＩＮ＝０．３×Ｒ２とした試験Ｎｏ．Ｇ、及び、Ｒ３ＭＩＮ＝０．２５×Ｒ１、Ｒ３ＭＩＮ＝０．２５×Ｒ２とした試験Ｎｏ．Ｈにおいては、曲線部において耐火物層に亀裂が生じた。【００３６】
０．４０１×Ｒ１＜Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ１、０．４０１×Ｒ２＜Ｒ３ＭＩＮ＜Ｒ２を満足する試験Ｎｏ．Ｂ〜Ｆにおいては、水平断面が円形状をなす試験Ｎｏ．Ａに比べて有効容積が大きくなった。また、曲線部における耐火物層への亀裂の発生を抑制できた。
なお、Ｒ３ＭＩＮ＝０．４０１×Ｒ１及びＲ３ＭＩＮ＝０．４０１×Ｒ２としたＮｏＥとＮｏ．Ｆとを比較すると、第１耐火物層（耐火レンガ）の厚さｔ１と第２耐火物層（不定形耐火物）の厚さｔ２の比ｔ２／ｔ１を１としたＮｏ．Ｅは、ｔ２／ｔ１を０．５としたＮｏ．Ｆよりも、耐火物層の残厚が４０ｍｍに達するまでの耐火物の使用回数が多くなり、耐火物層の寿命延長を図ることができた。
【産業上の利用可能性】
【００３７】
本発明によれば、溶融金属用取鍋の鍋容積を拡大することができるとともに、溶融金属用取鍋に作用する熱応力を抑えて補修回数を低減することが可能な溶融金属用取鍋を提供することができる。
【符号の説明】
【００３８】
１  溶融金属用取鍋
１０  取鍋本体
１１  第１円弧
１２  第２円弧
１３  曲線部
１８  トラニオン軸
２０  耐火物層
２１  第１耐火物層
２２  第２耐火物層
【図１】
0006892016.tif 000003
【図２】
0006892016.tif 000004
【図３】
0006892016.tif 000005
【図４】
0006892016.tif 000006
【図５】
0006892016.tif 000007