(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸漬ノズルを、そのフランジ部下面を両脇に並行して設けられた複数の鍵盤で支持し、使用済みの浸漬ノズルを新しい浸漬ノズルで水平方向に押し出して交換する浸漬ノズル交換装置において、浸漬ノズル交換時の浸漬ノズルの移動位置に応じてそのバネ体の撓み量を連続的に変化させ、同時にそれぞれの鍵盤に生じる浸漬ノズル押圧力を変化させる独立した押圧力付勢機構と、一部にテーパー面を形成したバネ体支持座面を有するスライドフレームとを装備したことを特徴とする浸漬ノズル交換装置。
【請求項２】
浸漬ノズルの交換作業において、新しい浸漬ノズルは、鍵盤からの押圧力が作用することなく、かつその接合面上方に一定空間を保って移動することを特徴とする請求の範囲１に記載の浸漬ノズル交換装置。
【請求項３】
請求の範囲１、または請求の範囲２に記載の浸漬ノズル交換装置に使用される浸漬ノズルであって、接合面中央部にシール材を保持するための深さ１．０〜１０ｍｍの凹面を有していることを特徴とする浸漬ノズル。
【請求項４】
請求の範囲１、または請求の範囲２に記載の浸漬ノズル交換装置に用いられる閉鎖用耐火板であって、浸漬ノズルのフランジ部厚みより厚く、少なくとも１２ｍｍの厚み差を有することを特徴とする閉鎖用耐火板。
【請求項５】
閉鎖用耐火板上面の押し出し方向に直角な両端部が少なくとも幅１０ｍｍ、深さ１２ｍｍにわたって窪んでいることを特徴とする請求の範囲４に記載の閉鎖用耐火板。
【請求項６】
鋳造作業の途中で浸漬ノズルの交換作業を行うことができる浸漬ノズルの交換装置に使用される浸漬ノズルであって、浸漬ノズルの首部をメタルケースで覆い、浸漬ノズルの溶鋼吐出口と同一方向のメタルケース表面上に、浸漬ノズル上端面から下方の少なくとも９５ｍｍの間隔をおいた位置とさらにその下方に少なくとも５０ｍｍの間隔をおいた位置との２ヶ所に、メタルケース円周方向の長さが少なくとも浸漬ノズルの内孔径の２／３以上の突起部を水平にかつ平行して設けたことを特徴とする浸漬ノズル。
【発明の詳細な説明】
技術分野
本発明は、溶融金属の連続鋳造に用いられる浸漬ノズルをその上部にある耐火物の接合面に押しつけ保持し、また鋳込み作業に支障を来すことなく浸漬ノズルを交換するための装置及びそれに使用される浸漬ノズルと閉鎖用耐火板に関するものである。
背景技術
従来、溶融金属の注入や鋳込みに際して、溶融金属の酸化防止、非金属介在物の巻き込み防止及び乱流、スプラッシュの発生を防止する目的として浸漬ノズルが用いられている。この浸漬ノズルは、内孔は流動する溶融金属に接し、外面は外気に触れるという厳しい条件で使用されるため、溶損、欠落あるいは折損などの損傷が多い。また溶鋼中のアルミナ等が浸漬ノズルの内孔壁に付着堆積して溶鋼流路を狭め、著しい場合は閉塞させて鋳造作業の中断を余儀なくさせる。そのため鋳込み時間が長く予定されている場合、その鋳込み途中で浸漬ノズルの交換が必要とされる。浸漬ノズルの一般的な交換方法は、例えば、一旦鋳造を中断させてタンディッシュを上昇した状態で古い浸漬ノズルを外し、新しい浸漬ノズルをセットし直した後、鋳造を再開するというものである。
しかしながら、最近、鋳造中断に起因する鋼の品質劣化や鋳造再開にまつわるトラブルを防ぐ目的で鋳造中に迅速に浸漬ノズルを交換できることが求められている。例えば、連続鋳造中にタンディッシュを上昇させることなく浸漬ノズルを迅速交換する装置として実用新案登録第３００９１１２号の例を図１１に示す。
この例では、使用中の浸漬ノズル５２をその両脇に配置された鍵盤列５１によって上方に付勢し、上ノズル５６の接合面５４に押圧した状態で保持しており、浸漬ノズル５２を交換するときは、新しい浸漬ノズル５２ａをシリンダー５７に連結したプッシャー５８で横方向に押し出すことによって使用中の浸漬ノズル５２と置き換える。このとき新しい浸漬ノズル５２ａは、上ノズル５６の接合面５４に押圧されたまま摺動するため、鋳造中であっても溶鋼を漏らすことなく瞬時に浸漬ノズルを交換することができる。
ただしこの例の交換装置では、上ノズルと浸漬ノズルとは耐火物の接合面同士で圧着されており、交換作業時の局部的な磨耗、使用中の熱膨張や製造時の面精度のバラツキなどによりこの接合面間に隙間が生じることがある。この隙間が生じると、隙間からの空気の吸い込みにより鋼の品質を低下させたり、隙間からの溶鋼の漏れの危険性もある。一般に浸漬ノズルの接合面には、このような問題を防ぎ、十分なシール性を確保する目的でシール材を介して接合するようにしている。しかしながらこの例の交換装置では、新しい浸漬ノズルは上ノズルに押圧されたまま摺動するため、浸漬ノズル上にセットしているシール材が上ノズルによって削ぎ落とされたりするため、シール材を適用することができない。
特公平２−４９１８４号に紹介されている浸漬ノズルの圧着保持装置は、浸漬ノズルの交換時、新しい浸漬ノズルがその上部耐火物の接合面と間隔をもって水平移動し、所定位置で垂直に押し上げられ圧着保持される。この装置においては、新しい浸漬ノズルの接合面上にシール材をあらかじめセットしておくことで、浸漬ノズルとその上部の耐火物との接合面間にシール材を介在させることができる。しかし、この装置では、浸漬ノズルは金枠一体構造の圧着保持部で支持されており、交換時には使用済み浸漬ノズルはまず圧着力を解除され下方に下げられる構造となっている。そのため、この装置を使用して鋳造中の浸漬ノズルの交換を行おうとする場合、上部の耐火物からの漏鋼やノズル孔周囲に垂れ下がった凝固地金の除去不能などが問題として懸念される。つまり上部のノズル孔の周囲に凝固地金が付着したままだと、新しい浸漬ノズルとの接合面に隙間が発生し、また接合面を大きく傷つけるなどして、たとえシール材があってもその機能が阻害され十分なシール性が得られなくなる。
さらに特開平１０−９９９４７号では、使用済み浸漬ノズルを新しい浸漬ノズルで押出し交換する装置において、新しい浸漬ノズルは所定位置に来るまでその上部の上ノズルの接合面と隙間を保って水平移動し、所定位置で圧着されるためシール材の使用ができる。しかし、この装置では浸漬ノズルへの圧着力の負荷は浸漬ノズルの側面中央の左右一ヶ所によるため、かつ浸漬ノズルは水平移動時に溶鋼の抵抗や浮力により傾きやすいため、圧着力が浸漬ノズル接合面上のシール材の全体に均等にかかり難く、シール性を阻害する問題がある。
発明の開示
本発明が解決しようとする課題は、鋳造中に迅速に浸漬ノズルを交換するための浸漬ノズル交換装置において、接合面へのシール材の使用を可能とし、かつ上ノズルからの漏鋼を防止し、ノズル孔周囲に生成した付着物や地金を切断できる機構であり、さらに接合面全体に均等に圧着力を負荷できる装置構成とすることで、浸漬ノズルとその上部の耐火物との接合面のより高いシール性を確保することである。
本発明の浸漬ノズル交換装置では、鋳造時は、浸漬ノズルフランジ部下面をその両脇に並行して設けられた複数の鍵盤で支持し、鍵盤から押圧力を作用して浸漬ノズルをその上部の耐火物に圧着接合しており、また浸漬ノズルの交換時は、使用済みの浸漬ノズルを新しい浸漬ノズルで水平方向に押し出して交換する浸漬ノズル交換装置において、浸漬ノズルフランジ部下面を支持する複数の鍵盤が、それぞれ独立した押圧力付勢機構を保有しており、浸漬ノズルの水平移動位置の変化に応じて、同時に水平移動するスライドフレームのその一部にテーパー面を有しその前後で高さ位置を異ならした水平面を持つバネ体支持座面でバネ体上部支持軸の当接高さ位置を変え、その個々のバネ体の撓み量を変え、その結果反発力を連続的に変化させることにより個々の鍵盤に生じる浸漬ノズル押圧力を変化させる。これにより浸漬ノズル交換の際、新しい浸漬ノズルが所定の位置に到達するまで、使用済み浸漬ノズルがその上部の耐火物接合面にできるだけ長い間押圧された状態にあるように押圧力を作用し続け、接合面からの漏鋼を防止し、また使用済み浸漬ノズルが押圧力を保った状態で摺動することによりノズル孔周りに付着した地金を上下の接合面で切断除去することを可能にした。
一方、新しい浸漬ノズルはその移動中は、浸漬ノズルを支持している鍵盤からは押圧力が作用されておらず鍵盤の上に載置されている状態にあり、浸漬ノズル接合面とその上部耐火物の接合面との間に一定空間を保有するように移動する。このため新しい浸漬ノズルの接合面にセットしているシール材が、その上部の耐火物接合面に接触することで落下したり、傷ついたりすることがないようにした。
さらに、本発明の浸漬ノズル交換装置では、複数の鍵盤が、押し出し方向の左右に相対して平行に並び、かつ浸漬ノズル押圧力が押し出し方向に均等間隔に作用するよう配置され、さらに、新しい浸漬ノズルが挿入側のガイドレールから押し込まれて鍵盤上にスムーズに乗り移れるよう、浸漬ノズルに当接する鍵盤の支持点が最上点にある時の鍵盤テーパー面下端がガイドレール滑走面より下に、最下点にある時の鍵盤テーパー面上端がガイドレール滑走面より上にあるように浸漬ノズル接触部にテーパー面を設けた鍵盤を有する。
本発明の浸漬ノズル交換装置に使用する浸漬ノズルは、その上端接合面中央部にシール材を保持するための深さ１．０〜１０ｍｍの凹面を有しており、この凹面があることにより、浸漬ノズルハンドリング中に少々傾いたとしてもシール材が落ちたり、そのセット位置がずれたりすることなく保持できる。
また、本発明の浸漬ノズル交換装置においては、鋳造終了時または鋳造中の何らかの問題発生により緊急的に溶鋼流を止める時に使用する閉鎖用耐火板を配置することができる。この閉鎖用耐火板の厚みを、浸漬ノズルのフランジ部厚みより厚く、その差が少なくとも１２ｍｍ有するように設定することにより、上部耐火物との間から漏鋼することのなきよう十分な押圧接合力を発揮し、そのノズル孔を塞ぐことができる。さらに、この閉鎖用耐火板の上面は、浸漬ノズルの姿勢制御用に設けられたボールプランジャーと干渉しないよう、押し出し方向に直角な両端部が少なくとも幅１０ｍｍ、深さ１２ｍｍにわたって窪んでいることを特徴とする。
鋳造途中に交換される浸漬ノズルは、通常、ハンドリングのための治具を用いる。浸漬ノズルは、交換装置への脱装着の際、その姿勢を変化させるためと、装置へセットされたときの溶鋼吐出口の方向を定めるために、ハンドリングの治具との間で方向が固定され、かつ強固に把持されねばならない。
そのため、浸漬ノズルは、その首部をメタルケースで覆い、浸漬ノズルの溶鋼吐出口と同一方向のメタルケース表面上に、浸漬ノズルの上端面から下方の少なくとも９５ｍｍの間隔をおいた位置とさらにその下方に少なくとも５０ｍｍの間隔をおいた位置との２ヶ所に、メタルケース円周方向の長さが少なくとも浸漬ノズルの内孔径の２／３以上の突起部を水平にかつ平行して設け、ハンドリング治具との安定した把持が実現できるようにその便宜を供している。
発明を実施するための最良の形態
本発明の浸漬ノズル交換装置、閉鎖用耐火板及び浸漬ノズルの代表的実施例を以下に図面を用いて説明する。
図１においては、連続鋳造設備において、溶鋼のモールド内への流量制御をストッパーれんがにて行っているタンディッシュ１の底部にベース板１２を取り付け、このベース板１２の下面に本発明の浸漬ノズル交換装置（以下本装置という）を取り付けている。本装置の本体部分は、保持金枠５、スライドフレーム１０、ガイド金枠２５及び浸漬ノズルを保持し押圧力を付与する鍵盤７、バネ体８及びバネ支持軸８ａ、８ｂとから構成される押圧力付勢機構６とで構成される。ガイド金枠２５の内部の上段にはスライドフレーム１０を駆動するのに用いられる油圧シリンダー９が設置され、その下段にはスライドフレーム１０の案内突起１０ｅが組み込まれている（図２参照）。
タンディッシュ１の底部には、溶鋼の排出孔を有する上ノズル４が装着され、その上方には溶鋼流量を制御するためのストッパーれんが（図示せず）が設けられ、上ノズル４下端面には浸漬ノズル２との接合面４ａが形成されている。本図は鋳造中の浸漬ノズル２の取付状態を示し、浸漬ノズル２はその上端面に上ノズル４との接合面２ａを有し、バネ体８で付勢された鍵盤７によってそのフランジ部２ｂ下面を支持されて上ノズル４に圧着接合されている。
図２は、本装置を下方から見た平面図であり、浸漬ノズル２の移動方向と直角方向の側面両脇に押圧力付勢機構６のうちの鍵盤７と、浸漬ノズル２の姿勢制御用のボールプランジャー３０と、スライドフレーム１０及びこれを駆動する油圧シリンダー９と、交換前、交換後の浸漬ノズル２が滑走、保持するガイドレール１４とのそれぞれの配置の状態を示している。鍵盤７は、浸漬ノズル２を挟む形で、この実施例では、各４個づつ左右に対向して平行に配置されている。各鍵盤７は、個別にバネ体を持ちその圧縮反発力を各鍵盤７に独立して付勢することができる。この鍵盤７は、押圧力の中心が上ノズルとの接合面の摺動方向に対し均等間隔に、かつ上ノズルとの接合面の重なり範囲内に分布するように配置される。ガイドレール１４は、この鍵盤列の左右延長線上に水平に配置されている。本図の左のプッシャー１０ｄ側が新しい浸漬ノズルを挿入する位置であり、作業者から見て手前（本図上側）のガイドレール１４は、奥の（本図下側）ガイドレール１４より約５０ｍｍほど短くなっている。これは、浸漬ノズル２をガイドレール１４にセットするときに奥の長い方にまず当接させて水平に移動することで両方のガイドレール１４に簡単にセットできるよう、案内の役目をもたせているためである。本図の右側のガイドレール１４は排出側であり、新しい浸漬ノズルに押し出された使用済み浸漬ノズルは全ての鍵盤７から外れて排出側のガイドレール１４上に乗り移り、この位置で回収される。ガイドレール１４の挿入側と排出側の上部には、ガイドレール１４上の浸漬ノズル２が溶鋼からの浮力や攪拌力によって浮き上がったり、傾いたりしないように、ボールプランジャー３０が各４個設けられている。このボールプランジャー３０は、浸漬ノズル２上面を状況によって押さえつけ、その移動がスムーズに行える、またその上方の装置本体部との干渉を防ぐ役目も持つ。
図３においては、図１による押圧力付勢機構６の断面図を示す。押圧力付勢機構６は、スライドフレーム１０のバネ体支持座面１０ａと、バネ体８と、上部バネ支持軸８ａ、下部バネ支持軸８ｂ、及び鍵盤７とで構成される。バネ体８はその上下面をバネ支持軸８ａ、８ｂで挟まれ、その一方端の上部バネ支持軸８ａ上端はスライドフレーム１０のバネ体支持座面１０ａに当接し、他端の下部バネ支持軸８ｂ下端は鍵盤７の後部に当接し、その自由長を規制されている。両支持軸８ａ、８ｂはバネ体８を挟んでスライド自由に組み立てられ、バネ体８の自由長の変化に追従する。鍵盤７の前部は浸漬ノズル２のフランジ部２ｂ下面を保持し、その側面は浸漬ノズル交換時に浸漬ノズル２が鍵盤７上に乗り移りやすいよう浸漬ノズル移動方向に向かってテーパー面を形成している。鍵盤７は、鍵盤軸７ａの回りに傾動することができ、本図では、バネ体８が所定量撓んだ状態を示し、その反発力が鍵盤７の後部に及ぼされ、鍵盤７の前部が上方に付勢されて、浸漬ノズル２は上ノズル４に対し圧着接合されている。
図４にはスライドフレーム１０を示す。スライドフレーム１０は、図１に示されるようにガイド金枠２５の内側のスライドフレーム摺動ガイド壁２５ａにその摺動ガイド１０ｂを案内される形で浸漬ノズル２の前後に水平移動する。スライドフレーム１０は、図３に示したバネ体８の上部バネ支持軸８ａと当接するバネ体支持座面部１０ａ、図１に示したガイド金枠２５の内側上段部に取り付けられている駆動用の油圧シリンダー９と連結し、さらにバネ体支持座面１０ａと摺動ガイド１０ｂとを連結するブラケット１０ｃ、摺動ガイド１０ｂ及び浸漬ノズルのフランジ部側面に当接して浸漬ノズルを押し出すプッシャー１０ｄから成る。プッシャー１０ｄは、新しい浸漬ノズルをガイドレール１４上にセットするときは上方向に回避するように、浸漬ノズルセット後は浸漬ノズルのフランジ部に当接するように、スライドフレーム本体に対して回動自由な姿勢が保たれるようピン結合されている。プッシャー１０ｄは、案内突起１０ｅをガイド金枠２５のガイド溝２５ｂ（図５参照）で案内されて、スライドフレーム１０の摺動位置に応じて自動的に回動させ、また水平姿勢を保って浸漬ノズルを移動させる機構となっている。バネ体支持座面１０ａは、高さの異なる水平面の間に水平面と連続したテーパー面を形成し、スライドフレーム１０（プッシャー１０ｄ）の移動につれてバネ体支持座面１０ａに当接する上部バネ支持軸８ａの上端の高さ方向位置を連続的に変化させ、下部バネ支持軸８ｂの下端が当接している鍵盤７の傾きと関連してバネ体８への圧縮力の負荷、解放、増減を行う役割をもつ。垂直方向に高い位置にあるバネ体支持座面１０ａに上部バネ支持軸８ａが当接する状態では、通常はバネ体８の圧縮力が解放され、低い位置に当接する状態ではバネ体８の圧縮力が負荷される。テーパー面ではスライドフレーム１０の移動につれ上部バネ支持軸８ａの当接位置が高さ方向に変化し、バネ体８の圧縮力が徐々に増加または減少する。
図５〜図１０は、浸漬ノズルの交換作業の手順を浸漬ノズルの移動状況ごとに説明しており、それぞれの図面の下段に、スライドフレームの動きに応じた新旧の浸漬ノズルの位置を示し、上段にその時のスライドフレームのバネ体支持座面位置に応じたバネ体への圧縮力の負荷状況および鍵盤の姿勢を示している。
図５は、鋳造作業を一時中断して新しい浸漬ノズルに交換する作業に移る直前の状態を示す。新しい浸漬ノズル２をガイドレール１４上にセットする時は、プッシャー１０ｄは上方位置に回動されており新しい浸漬ノズル２を水平方向からガイドレール１４上に乗せるのを妨げることはない。使用中の浸漬ノズル２には所定の押圧力が作用している。この時、スライドフレーム１０は油圧シリンダーの後退限の位置にあり、したがいバネ体支持座面１０ａの下方水平面で全てのバネ体８を受けており各バネ体８は所定撓み量だけ圧縮されその反発力がそれぞれ鍵盤７を介し浸漬ノズル２のフランジ部２ｂに作用している。本実施例では、浸漬ノズル２が上ノズル４に定常状態に圧着接合されているときの全８個の鍵盤による押し圧力はおよそ５００ｋｇである。
図６、図７は、交換作業の初期の状態を示す。新しい浸漬ノズル２をガイドレール１４上にセットの後、油圧シリンダーを操作することにより、スライドフレーム１０が動き出すとともにプッシャー１０ｄはその案内突起１０ｅがガイド金枠２５のガイド溝２５ｂに案内されて回動し水平になる。新しい浸漬ノズル２は使用済みの浸漬ノズル２とそれぞれフランジ部２ｂの側面で当接した状態でプッシャー１０ｄに押されて水平方向に移動する。新しい浸漬ノズル２が一番手前の鍵盤７の位置にさしかかると、まずフランジ部２ｂの前方側面の下部コーナー部が鍵盤７のテーパー面に当たりテーパー面を昇り、鍵盤７上面にフランジ部２ｂ下面が載りかかる状態になる。この時、一番手前の鍵盤７のバネ体８はバネ体支持座面１０ａが移動してそのテーパー面を経て圧縮力は徐々に減少しつつ、上方水平面では圧縮力が解放される。そのため鍵盤７は、浸漬ノズル２のフランジ部２ｂが鍵盤７のテーパー面を昇り鍵盤７上面に載る間に下方に下がり、圧縮力が解放される下限位置に到達する。その下限位置は、浸漬ノズル２の重量がバネ体８の弾性率から生じる反発力と比較して小さいため、バネ体支持座面１０ａの上方水平面位置とバネ体８の自由長とで決まることになる。したがい新しい浸漬ノズル２は使用済みの浸漬ノズル２の支持位置と比べて低い位置を押し進むことになり、その上部の上ノズル４の接合面と一定空間を保ちつつ所定位置に移動することができる。そのため新しい浸漬ノズル２の接合面にセットしているシール材は、浸漬ノズル移動中に上ノズル４に接触することなくセットされた状態のまま浸漬ノズル２上に保持されていることになる。また、この状態では、使用済みの浸漬ノズルは６個の鍵盤によって押し圧力が加えられており上ノズル４の接合面と十分なシール性が保たれている。
図８は、交換作業半ばの浸漬ノズルがその内孔径分だけ移動した状態を示す。使用済みの浸漬ノズル２が上ノズル４に押圧されたまま油圧シリンダーの十分な駆動力で水平移動することにより、鋳造中に上ノズル４と浸漬ノズル２のノズル孔内壁にわたってパイプ状に形成された地金やアルミナの付着堆積物は、切断されねばならない。つまり、浸漬ノズル２はその移動時に上ノズル４との接合面が離れることなく、またパイプを水平面できれいに切断できるに十分な垂直方向の押圧力と水平方向の駆動力を必要とする。この場合、十分な押圧力を確保するために、パイプ状の地金や付着物等の残留物を切断し終えるまでは浸漬ノズル２は十分な数の鍵盤７にて支持され、上ノズル４に対し押圧されていなければならない。本実施例では浸漬ノズル２のフランジ部２ｂに左右対象に４個づつ配置された鍵盤７のうち、半数の２個の圧縮力が解放された時点で残留物の切断を終えることができるよう鍵盤７が配置されている。逆にいえば、本実施例で用いられているバネ体８は半数の４個で十分な押し圧力を発揮できる弾性率を持ったものが選定されている。本実施例では、バネ体支持座面１０ａのテーパー面の高低差で圧縮力は付加、解放されるわけだが、圧縮力が解放される直前までのできるだけ長い時間、上ノズル４と浸漬ノズル２の接合面間に必要量の押圧力を作用させておく必要がある。さらに、できるだけコンパクトな装置を設計する必要もあり、そのため、バネ体支持座面１０ａの小さい高低差で圧縮力を負荷又は解除できるよう、また小さい圧縮量で高い反発力が発揮できるような性質を持つバネ体が選定されねばならない。この理由から、本発明の浸漬ノズル交換装置の押圧力付勢機構には、バネ体として、コイルスプリングを使用することが耐熱性の素材、耐用性、反発力の安定性の観点から好ましい。このコイルスプリングでは、その撓み量の割に圧縮力が大きい、つまり弾性率が大きいものを選ぶ必要があるが、その大きさとスペースの制約上の問題からと、反発力がなくなる自由長の長さに戻る寸前まで使用済み浸漬ノズルを上ノズル接合面へ押圧しておくに十分な反発力を発揮する必要性からあらかじめ所定撓み量を機械的にプリセットしておくことがさらに好ましい。
図９は、使用済み浸漬ノズル２が押し出され、ガイドレール１４上に乗り移り、新しい浸漬ノズル２は上ノズル４の真下の所定位置にて全ての鍵盤７によって支持されている。この状態では、各鍵盤７のバネ体８はバネ体支持座面１０ａの上方水平面で受け止められており、圧縮力は付加されていない。そのためプリセットされたバネ体８の自由長で定まる鍵盤位置で支持されており、浸漬ノズル２の上方には上ノズル４の接合面との間に所定の空間を保有しており、セットされたシール材はそのまま保持されている。このとき浸漬ノズル移動用の油圧シリンダーは前進限である。使用済みの浸漬ノズル２は、上ノズル４から押し出されるときは後端部は離れる直前まで鍵盤７によって押圧力が加えられており、またその接合面は、上ノズル４の接合面とは摺動しながらその前方面から次第に離れていくような動作でガイドレール１４上に乗り移っていくことになり、使用済みの浸漬ノズル２の接合面にセットされているシール材は、上ノズル４の接合面からうまく剥がされることになる。
図１０は、新しい浸漬ノズル２が、シール材を介して上ノズル４と押圧接合されている状態を示す。新しい浸漬ノズル２は油圧シリンダーの前進限で上ノズル４に対し真下の位置にくる。この状態から油圧シリンダーを後退させると、各鍵盤７のバネ体８の上部支持軸８ａと当接しているスライドフレーム１０のバネ体支持座面１０ａが、上方水平面からテーパー面を通って下方水平面に移るにしたがいバネ体８を圧縮し、その反発力を作用させる。油圧シリンダーの後退限では、全ての鍵盤７のバネ体８はバネ体支持座面１０ａの下方水平面で受け止められており、所定の反発力が鍵盤７に付加され、浸漬ノズル２を持ち上げて上ノズル４の接合面にシール材を介して押圧接合する。
この後、使用済み浸漬ノズル２は、モールド内から取り除かれ、鋳造作業が再開される。
図１１は、鍵盤テーパー面とガイドレール滑走面レベルとの関係を説明している。図１１の左側には上ノズルの下には何もセットされていない時の状態を示し、右側には閉鎖用耐火板がセットされている時の状態を示している。
浸漬ノズルの交換作業、または閉鎖用耐火板による鋳造停止作業において、浸漬ノズル、または閉鎖用耐火板の先端部が使用済み浸漬ノズルを押圧している一番手前の鍵盤７のテーパー面に当たり、そのテーパー面を登って鍵盤７上面に載り、同時にこの鍵盤７を押し下げることが求められる。使用済み浸漬ノズルのフランジ部を新しい浸漬ノズル、または閉鎖用耐火板が押し込んで移動するにつれて、二番目以降の鍵盤７に対しても同様な動きをとっていくため、本発明の鍵盤７の先端部には適当な勾配をもったテーパー面が設けられており、これら一連の動きがスムーズに行われるように配慮している。さらにこのテーパー面は、閉鎖用耐火板を取り外す作業、またはあらたに浸漬ノズルを交換装置にセットする作業のことを考えると、閉鎖用耐火板がセットされている時の鍵盤７の最下点位置においてテーパー面上端がガイドレール１４の滑走面レベルより上方にあり（図１１右側参照）、あるいは浸漬ノズル交換装置の使用開始時の上ノズル４の下には何もセットされていない時の鍵盤７の最上点位置においてテーパー面下端が滑走面レベルより下方にある（図１１左側参照）ように設けられる必要がある。
図１２は、浸漬ノズル２の挿入位置、排出位置の上部に設けられた弾性突起としてのボールプランジャー３０を示し、浸漬ノズル２の姿勢を制御する働きを説明する。図１２の上段には浸漬ノズルを交換する場合を示し、下段には閉鎖用耐火板を使用する場合を示す。
ガイドレール１４の挿入側と排出側では、ガイドレール１４上の浸漬ノズル２は溶鋼に浸漬しており溶鋼からの浮力や攪拌力によって浮き上がったり、傾いたりすることがある。浸漬ノズル２が浮き上がったり、傾いたりした場合、浸漬ノズル２の移動時において、ガイドレール１４から鍵盤７へ、また鍵盤７からガイドレール１４へ乗り移る際に支障を来たしたり、また上ノズル４と干渉することが懸念される。あるいは使用済み浸漬ノズル２をモールドから取り除く作業時において、装置本体部と干渉することがあり得る。このような問題を防ぐために浸漬ノズル２の挿入位置と排出位置の上方にボールプランジャー３０が各４個配置され、浸漬ノズル２の上面位置を規制してできるだけ垂直姿勢を保てるように配慮されている。図１２の下段に示すように閉鎖耐火板を使用する場合、上ノズル４の接合面に接触を保って移動せねばならずとくに水平姿勢を保つことが求められる。
挿入位置のボールプランジャー３０は、手前のものに比べ奥の方が１０ｍｍほど高く取り付けられている。これは浸漬ノズル２がガイドレール１４から鍵盤７へ乗り移る際の必然的な傾きを許容するためであり、しかし傾きすぎて上ノズル４の接合面へ接触することはないような高さに設定されている。排出位置のボールプランジャー３０は、上ノズル４の接合面よりやや上にそのボール先端が位置するように取付られている。押し出された使用済み浸漬ノズル２が浮力や攪拌力によって浮き上がったり、傾いたりしたとき、あるいは取り外すときに交換装置本体部との干渉を防ぐための浸漬ノズル２の上限位置を規制するためである。押し出された使用済み浸漬ノズル２は、鋳造作業の再開を急ぐこともあり、すぐにモールド内から取り除かれるべきである。
図１３は、本発明の浸漬ノズル交換装置に使用する浸漬ノズルを示す。
この浸漬ノズル２は、その上部にフランジ部２ｂを形成し、フランジ部２ｂ上面は上ノズルとの接合面２ａであり、かつ摺動面である水平面を有し、さらにシール材をセットするための凹部（凹面）２ｃをノズル孔芯を中心として円形状に設けている。この凹部２ｃの深さは、１．０〜１０ｍｍあり、浸漬ノズル２が少々傾いてもシール材がずり落ちることがない。シール材のずり落ちを防ぐためには凹部２ｃは深いほど好ましいが、シール材の性質上その厚みが増せばおのずとシール性を確保するための圧縮量も増えていくことになり、装置の機械的制約、バネ体の撓み量からその深さは１０ｍｍが限度である。一方、ずり落ちを防止するためには最低１．０ｍｍの深さが必要である。浸漬ノズル２のフランジ部２ｂからその首下にかけてメタルケース２ｄで覆われており、首下部分のメタルケース２ｄ外周面には円周方向、複数箇所に突起部２ｅが設けられており、例えば機械治具を用いて浸漬ノズル２をガイドレール上にセット、またはガイドレール上から取り外す際のハンドリング時の浸漬ノズルの姿勢の維持に便宜を供している。
より具体的に説明すると、鋳造作業途中で浸漬ノズル２を交換しようとする場合、新しい浸漬ノズル２は通常、高温に予熱されており、また溶鋼が満たされているモールド近くでの作業となるため、主に安全上の対策として、浸漬ノズル２を保持、ハンドリングするための治具を用いることが一般的である。この場合、浸漬ノズル２はモールドに近づくときは横向き姿勢であり、モールド内で縦向き姿勢に変化させる必要があり、かつ溶鋼からの浮力に打ち勝つようタイトに保持されておかねばならない。さらに、浸漬ノズル２は、その上部の耐火物（上ノズル）に対してセットされた状態において、その溶鋼吐出口２ｆの方向がモールド長辺方向と厳密に一致しなければならない。
つまり、浸漬ノズル２は、治具によって把持される際に、その姿勢を変化させたり、また溶鋼の浮力にも打ち勝つようにタイトに把持できるような構造をしておかねばならず、さらにその把持構造において、浸漬ノズル２の溶鋼吐出口２ｆの方向が自然と定まるように考慮されておくことが望ましい。
そのための一構造として浸漬ノズル２の上端面から首下部にかけてメタルケース２ｄで覆い、その溶鋼吐出口２ｆと同一方向のメタルケース２ｄ表面上に、浸漬ノズル２上端面から下方の少なくとも９５ｍｍの位置（突起部中心までの寸法）とさらにその下方に少なくとも５０ｍｍの間隔をおいた位置との２ヶ所に、メタルケース２ｄ円周方向の長さが少なくとも浸漬ノズル２の内孔径の２／３以上の突起部２ｅを水平にかつ平行して設けている。突起部２ｅの位置は、浸漬ノズル交換装置との取り合い上やモールドへの出し入れの取り合い上の制約から決まり、浸漬ノズル２上端面から１２０ｍｍの近傍を把持することが好ましく、かつ浸漬ノズル２の姿勢を変化自在にできるよう、かつ溶鋼浮力に対し打ち勝って姿勢を保てるようタイトに把持するためには、二つの突起部２ｅの間隔はその中心寸法において５０ｍｍ以上離して設けることが好ましい。この突起部２ｅは浸漬ノズル２が正しくセットされた位置において、その溶鋼吐出口２ｆ方向がモールド長辺方向と一致するようにハンドリング治具で把持するときの位置決めとして用いることができる。
図１４〜図１８は、閉鎖用耐火板を使用して上ノズルのノズル孔を閉鎖し鋳造作業を中止する作業状態を示す。
鋳造作業を終了するとき、あるいは鋳造中に流量制御が困難になる等のトラブルで鋳造を中断せざるを得ないときに、または上ノズル４のノズル孔をストッパーれんがで閉鎖できない場合、溶鋼流通孔を有しない閉鎖用耐火板２０を新しい浸漬ノズル２の代わりにセットし、図５〜図９と同様な要領で操作することによって上ノズル４のノズル孔下端を閉鎖し溶鋼の流出を止めることができる。
この一連の操作において閉鎖用耐火板２０の厚みは浸漬ノズル２のフランジ部２ｂの厚みより１２ｍｍ程厚くなっている。閉鎖用耐火板２０がプッシャー１０ｄで押されて最初の鍵盤７に乗り移ろうとするときは、浸漬ノズル交換時はその鍵盤７に対応するバネ体８の圧縮力が解放されるバネ体支持座面１０ａ位置にあるにもかかわらず、閉鎖用耐火板２０の厚みが厚いがために上ノズル４の接合面に押し付けられる形となり、鍵盤７位置をさらに押し下げ、つまりバネ体８を押し縮めて上ノズル４に押圧接合される状態で移動して所定位置に押し込まれる。閉鎖用耐火板２０の厚みを厚くすることによって、使用済みの浸漬ノズル２を押し出すと同時に溶鋼流出を止めるに十分な押圧力が確保される。したがい、閉鎖用耐火板２０を使用する場合、上ノズルのノズル孔を緊急的に閉鎖しなければならず、浸漬ノズル２を交換する場合と異なり、その移動中に上ノズル４の接合面に押圧された状態で摺動し、かつ接合面への押圧力が次第に増していき、閉鎖用耐火板２０が所定位置に到達したときは同時に所定押圧力５００ｋｇが付加される。閉鎖用耐火板２０のセット及び移動時においてボールプランジャー３０にその動きが遮られることのないようにその上面両端部は少なくとも幅１０ｍｍ、深さ１２ｍｍにわたって面取りされている。
図１９には、閉鎖用耐火板２０の形状を示す。図１３に示した浸漬ノズル同様に首部をメタルケース２０ｄで覆い、首下部分のメタルケース２０ｄ外周面には突起部２０ｅを設けている。
本発明の特徴を図１から図１９に基づいて説明してきたが、本発明の浸漬ノズル交換装置は、図１におけるタンディッシュ底に直接設置するほか溶鋼流量制御を行うスライディングノズル装置を介して設置することもできる。さらに本発明の浸漬ノズル交換装置に本発明の浸漬ノズルを適用するに際して、浸漬ノズルをハンドリングするための装置を別途準備することもできる。
以上のとおり本発明により、鋳造中に迅速に浸漬ノズルを交換するための浸漬ノズル交換装置において、接合面にシール材を適用することができ、かつノズル孔周囲に付着した地金などを切断することができ、さらに浸漬ノズルをその姿勢を保った状態で接合面全体に均等に圧着接合することができ、接合面のシール性を著しく高め、鋼の品質を安定させるとともに、浸漬ノズル交換作業時のトラブルを解消することができた。また、緊急時には閉鎖用耐火板を使用しての鋳造停止が可能であり、安全性が向上した。さらに、浸漬ノズルや閉鎖用耐火板に把持用突起部を設けることで治具を用いてのハンドリングが容易にかつ確実になった。
産業上の利用可能性
本発明は、浸漬ノズルとその上部の耐火物との接合面のより高いシール性を確保することができる浸漬ノズル交換装置及びそれに使用される浸漬ノズルと閉鎖用耐火板に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
図１は、本発明の浸漬ノズル交換装置をタンディッシュに直接設置したところの垂直断面図を示す。
図２は、本発明の浸漬ノズル交換装置を下方から見た平面図を示す。
図３は、浸漬ノズルを支持し、押圧力を付与するための鍵盤への押圧力付勢機構を説明する断面図を示す。
図４は、油圧シリンダーに連結され、他方で浸漬ノズルに当接してこれを押し滑らすためのスライドフレームを下方から見た斜視図を示す。
図５〜図１０は、浸漬ノズル交換作業を順次表わした説明図である。
図１１は、鍵盤先端部のテーパー面とガイドレール滑走面との高さ方向位置関係を示す。
図１２は、ボールプランジャーによる浸漬ノズルの姿勢制御機能の説明図を示す。
図１３は、本発明の浸漬ノズル交換装置に適用される浸漬ノズルの形状を示し、同図ａは平面図、同図ｂ、ｃは垂直断面図、同図ｄはｃのＡ−Ａ断面図である。
図１４〜図１８は、本発明の浸漬ノズル交換装置に閉鎖用耐火板を適用し、溶鋼流出孔を閉鎖する作業を順次表した説明図である。
図１９は、本発明の浸漬ノズル交換装置に使用される閉鎖用耐火板を示し、同図ａは平面図、同図ｂ、ｃは垂直断面図、同図ｄはｃのＢ−Ｂ断面図である。
図２０は、浸漬ノズル交換装置の従来例を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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