JP4157186B2

JP4157186B2 - プレートれんが

Info

Publication number: JP4157186B2
Application number: JP04961398A
Authority: JP
Inventors: 有人溝部; 浩一晴気
Original assignee: Krosaki Harima Corp
Current assignee: Krosaki Harima Corp
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2018-03-02
Also published as: JPH11245019A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、取鍋やタンディッシュ等の溶融金属容器の底に取り付けられて溶鋼の流量を制御するスライディングノズル装置に使用するプレートれんがに関する。
【０００２】
【従来の技術】
スライディングノズル装置は、それぞれノズル孔を有する２枚または３枚のプレートれんがを重ねて相互に摺動することで、それぞれのノズル孔の摺り合わせ開閉によって溶鋼の流量を制御している。そしてこれらのプレートれんがはそれぞれの面間からの漏鋼を防止するために、上下からの通常約２〜１０トンにも及ぶ圧力で挟圧されている。
【０００３】
このプレートれんがは、高温における挟圧下の稼働によって損傷し易く、通常は３〜７回で新品と交換される。この交換作業は煩雑でありコストがかかり、安全面からも問題があり、プレートれんがの耐用寿命を延ばして交換頻度を少なくすることは重要な課題である。
【０００４】
プレートれんがの交換の原因である損傷の状態として、孔径拡大、ストローク部位の面摩耗、亀裂、ノズル孔エッジ部の欠け等を挙げることができる。
【０００５】
従来、この様なプレートれんがの損傷対策として、材質面からの改良の他に、実開昭５０−８３３１３号公報には、プレートれんがのノズル孔部あるいはその近傍に耐摩耗性れんがを装着し、特にストローク部位の面摩耗とノズル孔エッジ部の欠けの対策としたことが開示されているが、作業コストと材料コストの上昇に見合うほどの効果が得られていない。
【０００６】
一方、本願の出願人は、先に特願平９−２１５３３２号出願において、使用中のプレートれんがの温度分布をＦＥＭ解析により計算し、ノズル孔周囲は最も温度が高く、等温線は内孔周囲で同心円状になっており、ノズル孔に近いほど等温線の幅が狭く、温度差が大きいことを明らかにした。そして、この出願の明細書において、使用時はノズル孔周囲が熱膨張によってプレートれんがが厚み方向に膨張し、この膨張がプレートれんがの端の部分より大きいためプレートれんがは反って、ノズル孔周囲のみで接触するために、ノズル孔周囲に大きな圧縮応力が生じていることを説明し、この圧縮応力とれんがの反りのために、ストローク部位の面摩耗とノズル孔エッジ部の欠けが発生していると推定した。そしてさらに、プレートれんがの面摩耗とノズル孔のエッジ欠けを防止するために、摺動面にノズル孔を囲む凹面を設け、この凹面が深さがプレート厚みの０．１〜２％で、ノズル孔内孔面から２ｍｍ以上７０ｍｍ以内であるプレートれんがを開示した。このプレートれんがにより、従来に比べて面摩耗とノズル孔のエッジ欠けによる損傷は大幅に減少した。
【０００７】
また、通常、摺動面でのノズル孔エッジ部は、その摺動面に対する垂直断面形状が直角また直角に近い角度で形成されている。このため、ノズル孔エッジ部には、前記膨張による応力が集中するために、より一層欠けやすくなり、しかも摺動接触する相手プレートの摺動面を摩耗損傷させ易くもする。
【０００８】
さらに、３枚式プレートにおいて、ノズル孔を閉じる時にノズル孔内に溶鋼が残ることを防止するために、ノズル孔の摺動面側を拡大したプレートが特開平２−８９５５９号公報に開示されている。この例のように、ノズル孔を摺動面方向に拡大すると、エッジ部への応力集中は緩和されるが、シール性が悪くなったり、外部から空気を溶鋼中に巻き込み、隙間に溶鋼や介在物等を噛み込んで摺動不良になる問題がある。
【０００９】
プレートれんがのノズル孔は、図７に示すように、溶鋼の排出中は流量調整のための上下のプレートれんがのノズル孔ａとｂは完全に合致するのではなく、ずらした位置で微調整する。そして、溶鋼の排出中には、ノズル孔の拡大部の流心から離れた部分ｃは、溶鋼の流れが淀むために、周囲の耐火物ｄにより抜熱されて溶鋼が凝固しやすくなる。溶鋼が凝固した場合には、プレートの摺動時に摺動面との間に凝固した鋼を噛み込んで、摺動面を大きく損傷させることになる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明における課題は、スライディングノズル装置に使用するプレートれんがにおいて、使用時のノズル孔周囲の厚み方向の熱膨張によるノズル孔エッジ部の応力集中による摺動面の面摩耗とノズル孔エッジ部の欠けの発生を効果的に防止することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ＦＥＭ解析によるノズル孔周囲の温度分布計算結果をもとに、エッジ部に大きな応力が集中しているという知見の下で、プレートれんがのノズル孔の摺動面側のエッジ部を、摺動面から１ｍｍ以上５ｍｍ以下で、かつ、摺動面側でノズル孔内面から１ｍｍ以上５ｍｍ以下の狭い範囲で切り欠くことで、エッジ部の応力を緩和しかつ切り欠くことによる弊害を最小にした。すなわち、本発明は、実施例として示す各図を参照して、ノズル孔１の摺動面側のエッジ部の全周または摺動方向の両側に形成された切り欠き２を設けたプレートれんがであって、前記切り欠き２の大きさは、ノズル孔側では摺動面３から切り欠き上縁までの距離Ａが１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、摺動面側ではノズル孔内面４から切り欠き外縁までの距離Ｂが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、前記切り欠き２は、前記切り欠き上縁から前記切り欠き外縁に延びる直線で形成されていることを特徴とする。
【００１２】
ノズル孔の摺動面側のエッジ部の特定範囲に形成した切り欠きは、ノズル孔内を溶鋼が通過する際のノズル孔周囲の熱膨張による応力集中を緩和する。応力が大きくなるのは摺動時でしかも摺動方向側のノズル孔エッジ部である。したがって、この部分のみを切り欠くことでも効果は十分得られる。また、使用中の温度分布は、ノズル孔内を最高温度とし同心円状になっていることから、ノズル孔のエッジ部全周にわたって切り欠くことで、ノズル孔の周囲にわたって熱膨張による応力集中を緩和することができ、摺動面の摩耗やエッジ欠けの抑制により効果がある。
【００１３】
また、使用中のノズル孔周囲の等温線は、そのノズル孔の摺動面と平行な断面形状と相似形の円形でありノズル孔と同心である。したがって、ノズル孔の摺動面の切り欠きの外縁がノズル孔の断面形状と相似形でありノズル孔と同心になるように切り欠くことで、ノズル孔エッジ部の応力緩和効果はより大きくなる。
【００１４】
ノズル孔のエッジ部の切り欠きは、成形時に設けることもできるし、成形後に削って設けることができる。切り欠きは、平面でも、曲面でも特に問題ない。
【００１５】
本発明のプレートれんがは、切り欠きのない従来のプレートれんがと組み合わせて使用しても、あるいは本発明のプレート同士を組み合わせて使用しても、ストローク部位の面摩耗とノズル孔エッジ部の欠けの発生を効果的に防止することができる。また、切り欠きのないプレートれんがと組み合わせて使用することで、切り欠きのないプレートれんがの耐用性も向上する効果がある。
【００１６】
【発明の実施の形態】
実施例１
図１、図２及び図３は本発明の第１の実施例であり、図１はプレートれんが１０の断面図、図２は図１の底面図、図３は図２のノズル孔１を拡大した断面図である。
【００１７】
このプレートれんが１０は、全長４００ｍｍ、幅２００ｍｍ、厚み４０ｍｍで、直径６０ｍｍのノズル孔１を有し、このノズル孔１の摺動面側のエッジ部の狭い範囲に全周にわたって切り欠くことで切り欠き２を設けたものである。
【００１８】
切り欠き２の大きさは、図３に示すようにノズル孔側では摺動面３から切り欠き上縁までの距離Ａが１ｍｍ以上５ｍｍ以下の点であれば十分であり、好ましくは、２ｍｍ以上５ｍｍ以下である。１ｍｍ未満の場合には、製造管理に手間を要する問題があり、５ｍｍを越えると摺動面側の切り欠き２の角度が直角に近づくため応力が集中しやすくなる。また、摺動面側ではノズル孔内面４から切り欠き外縁までの距離Ｂは、１ｍｍ以上５ｍｍ以下が良く、１ｍｍ未満では、ノズル孔１のエッジ部の応力緩和効果が不十分であり、５ｍｍを越える場合には、使用中に切り欠いた部分で溶鋼が凝固してしまうことがあり、摺動時に凝固した鋼がプレート間に噛み込んで、摺動面により大きな損傷を与えてしまうことがある。そして、図２に示すように、ノズル孔の摺動面から見た切り欠き２の外縁の形状が、摺動面側から見たそのノズル孔１の断面形状と相似形の円形であり、且つ、ノズル孔１と同心である。
【００１９】
上記図１から図３に示す切り欠き２を有するプレートについて、切り欠き２の大きさを表１に示す本発明の規定範囲内で変化させて実際の溶鋼鍋で使用した場合の摺動面の状態を表１に示す。表２は本発明の規定範囲外の場合の比較例の結果を示す。
【００２０】
【表１】

【表２】

それぞれのプレートれんがを２枚セットで１０組を、実際の２８０ｔの溶鋼鍋で使用した。溶鋼排出後、毎回プレートの損傷状況を調べて損傷が激しくなった段階で使用を終え、次のプレートに交換してテストを行った。１０組の平均使用回数で評価した。また、２回使用後の平均的な損傷状況を表に記入した。
【００２１】
実施例の１〜５は、耐用回数は４回以上で耐用性に優れていた。これに対して、比較例の１はノズル内孔側の切り欠きが大きすぎるために、摺動面側のエッジ部の応力緩和が不十分となり、エッジ部が損傷し、低使用回数となった。比較例の２は、摺動面側の切り欠きが小さいため、摺動面側のエッジ部の応力緩和が不十分なため低使用回数となっている。比較例の３の場合には、摺動面側の切り欠きが大きすぎるために、摺動面に鋼を噛み込み損傷が激しくなった。
【００２２】
実施例２
図４は本発明の第７の実施例に係るプレートれんが２０のノズル孔１を拡大した断面の断面を示すもので、切り欠き２が中心方向に凸状の曲面になっている例である。切り欠き２の大きさは、摺動面３から切り欠きの上縁までの距離Ａが３ｍｍ、かつノズル孔内面４から切り欠きの外縁までの距離Ｂが４ｍｍで、ノズル孔の開口の全周にわたって形成されている。この場合も、実施例１の場合と同様の結果を得ることができた。
【００２３】
実施例３
図５は、本発明の第３の実施例に係るプレートれんが３０のノズル孔１を拡大した断面を示すもので、ノズル孔周囲の摺動面の切り欠き２の外側に凹面５を形成したものである。ノズル孔１の下端エッジに摺動面３からその上縁まで距離Ａが３ｍｍで、ノズル孔内面４から外側縁までの距離Ｂが４ｍｍの切り欠き２を形成している。その外側に形成した凹面５は、深さは摺動面から０．３ｍｍで、大きさは直径１００ｍｍでノズル孔１と同心の円形をしている。
【００２４】
実施例４
図６は本発明の他の実施例に係るプレートれんが４０を示すもので、摺動面側から見た底面図であり、ノズル孔１の下端エッジの摺動方向の両側に切り欠き２を形成した例を示す。このようにノズル孔の摺動方向側のみに切り欠き２を形成しても十分な効果が得られる。この場合には、幅の狭い方向に切り欠きを設けていないので、ガスを吹い込む危険性が少なくなる。
【００２５】
【発明の効果】
（１）プレートれんがのノズル孔の摺動面側のエッジ部を、ノズル孔側で摺動面から１ｍｍ以上５ｍｍ以下、かつ摺動面側でノズル孔内面から１ｍｍ以上５ｍｍ以下で切り欠いたことで、ストローク時の面摩耗とノズル孔エッジ部の欠けを軽減することができ、プレートれんがの耐用性が向上する。
【００２６】
（２）プレートれんがのノズル孔の摺動面側のエッジ部の全周にわたって切り欠いたことで、ノズル孔の全周にわたって熱膨張による応力集中を緩和することができ、摺動面の摩耗やエッジ欠けの抑制により効果がある。
【００２７】
（３）ノズル孔の摺動面における切り欠きの外縁の形状が、ノズル孔と同心とすることで、温度分布に応じた適切な位置でのエッジ部の応力を緩和することができるので、よりいっそうストローク部位の面摩耗とノズル孔エッジ部の欠けを軽減することができ、プレートれんがの耐用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示すもので、ノズル孔の断面を示す。
【図２】図１を平面から見た図を示す。
【図３】図１に示すノズル孔の拡大断面を示す。
【図４】本発明の第２の実施例をノズル孔の拡大断面によって示す。
【図５】本発明の第３の実施例をノズル孔の拡大断面によって示す。
【図６】本発明の第４の実施例を底面から見た図によって示す。
【図７】従来のノズル孔の問題点の説明図である。
【符号の説明】
１０，２０，３０，４０本発明に係るプレートれんが
１ノズル孔２切り欠き３摺動面４ノズル孔内面
５切り欠きの外側に形成した凹面
Ａ摺動面から切り欠き上縁までの距離
Ｂノズル孔内面から切り欠き外縁までの距離

Claims

ノズル孔１の摺動面側のエッジ部の全周または摺動方向の両側に形成された切り欠き２を設けたプレートれんがであって、
前記切り欠き２の大きさは、ノズル孔側では摺動面３から切り欠き上縁までの距離Ａが１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、摺動面側ではノズル孔内面４から切り欠き外縁までの距離Ｂが、１ｍｍ以上５ｍｍ以下であり、
前記切り欠き２は、前記切り欠き上縁から前記切り欠き外縁に延びる直線で形成されているプレートれんが。
前記切り欠き２の摺動面の外側にノズル孔１と同心の円形状の凹面５を形成した請求項１記載のプレートれんが。