JP5614263B2

JP5614263B2 - 溶融金属容器に配設される溶湯ストッパーの地金付着防止方法、および地金付着防止可能な溶湯ストッパー

Info

Publication number: JP5614263B2
Application number: JP2010265120A
Authority: JP
Inventors: 石口　由紀男; 由紀男石口
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-11-29
Filing date: 2010-11-29
Publication date: 2014-10-29
Anticipated expiration: 2030-11-29
Also published as: JP2012117087A

Description

本発明は、溶融金属を収容する容器（以下、溶融金属容器という）から溶融金属を排出する際に溶融金属容器の出湯口から流出する溶融金属を塞き止める溶湯ストッパーの地金付着防止方法、および地金付着防止可能な溶湯ストッパーに関するものである。

溶融金属容器（たとえば転炉，取鍋等）には出湯口が設けられており、溶融金属容器から溶融金属（たとえば溶鋼等）を排出する際には、溶融金属容器を傾動させて出湯口を下方に向け、その出湯口から溶融金属を流出させる。その例として、特許文献１に開示される転炉内の溶鋼を出湯口から流出させる例を図２に断面図で示す。
以下に図２を参照して、転炉から溶鋼を排出する例について説明する。

転炉１内の溶鋼２を取鍋６へ排出するにあたって、転炉１を傾動させて出湯口４を下方に向けて、その出湯口４から溶鋼２を流出させる。転炉１を図２に示す姿勢で保持し続けると、溶鋼２が全て流出した後、スラグ３が取鍋６に排出されるので、有害な不純物が再溶解し、溶鋼が汚染されて成品の品質低下を来たすだけでなく、取鍋６の耐火物が溶損するという問題が生じる。したがって、スラグ３が排出される前に溶鋼２の流出を塞き止める必要があり、転炉１の外壁面には溶湯ストッパー５が配設されている。図２は、溶湯ストッパー５のストッパーヘッド８が出湯口４を開放する位置（以下、開放位置という）にある状態を示す。

その溶湯ストッパー５を詳しく説明するために、溶湯ストッパー５と出湯口４の近傍の詳細を図３に示す。
図３に示すように、溶湯ストッパー５は転炉１の鉄皮11に取り付けられ、シリンダー10によってアーム７が回動する構成になっている。図３中ではストッパーヘッド８が開放位置にある溶湯ストッパー５を実線で示す。

出湯口４から流出する溶鋼２を塞き止めるときには、シリンダー10を操作してアーム７を回動させ、出湯口４を閉塞する位置（以下、閉塞位置という）にストッパーヘッド８を移動させる。その例を図３中に破線で示す。つまり、ストッパーヘッド８は開放位置から閉塞位置へアーム７によって移動する。
ストッパーヘッド８を開放位置から閉塞位置へ移動させる際には、出湯口４から流出する溶鋼２がストッパーヘッド８の移動を妨げるので、ストッパーヘッド８の先端に噴射ノズル９を設けてＮ₂ガスを噴射する。そのＮ₂ガスはガス配管12を介して噴射ノズル９に供給される。噴射ノズル９からＮ₂ガスを噴射しながらストッパーヘッド８を開放位置から閉塞位置へ移動させることによって、ストッパーヘッド８は溶鋼２に鋳ぐるみにならずにすむ。

しかし、噴射ノズル９からＮ₂ガスを噴射することによって、図４に示すように、溶鋼２の飛沫15が火花となって飛散し、溶湯ストッパー５に付着した後、冷却されて凝固金属（いわゆる地金）16となる。溶湯ストッパー５のアーム７に地金16が付着して堆積すると、溶湯ストッパーカバー17のスリット状開口部と干渉して、開放位置から閉塞位置への移動に支障をきたす。とりわけストッパーヘッド８に地金16が付着すると、閉塞位置にて出湯口スリーブ18に衝突して、これを壊してしまうという問題が生じる。なお、シリンダー10のストロークエンドで、ストッパーヘッド８は出湯口スリーブ18のわずか手前で止まるように調整している。

そこで、溶湯ストッパーに地金が付着するのを防止する技術が検討されている。たとえば特許文献２には、溶湯ストッパーに離型剤を塗布して、地金の付着を防止する技術が開示されている。この技術では、離型剤を塗布する機器を転炉の周辺に配置する必要があり、地金飛散環境下に複雑な設備を設けることによる動作の不確実性は避けられず、メンテナンスに多大な労力を費やすという問題がある。

そのため、転炉の出湯口から流出する溶鋼を塞き止める際に、アーム並びに溶湯ストッパーに地金が付着するのを簡便な手段で防止する技術が求められている。

特開2007-113095号公報特許第3986612号公報

本発明は、溶融金属容器の出湯口から流出する溶融金属を塞き止める溶湯ストッパーに地金が付着するのを簡便な手段で防止する地金付着防止方法、および地金付着防止可能な溶湯ストッパーを提供することを目的とする。

発明者は、転炉に配設される溶湯ストッパーに地金が堆積する部位について調査検討した。その結果、出湯口から流出する溶鋼に直接曝されるストッパーヘッドの周縁部、およびＮ₂ガスの噴射によって飛散した溶鋼が付着して凝集しやすいアームの屈曲部内側に集中的に地金が堆積することを見出した。つまり溶鋼が付着しやすいこれらの部位にて、溶鋼が凝固する前に除去する、もしくは少量の付着段階で吹錬合間にたたき落とせるように、アームに強固に付着させないことが有効と分かった。

本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
本発明は、溶融金属容器の出湯口を閉塞してその出湯口から流出する溶融金属を塞き止める溶湯ストッパーに地金が付着するのを防止する地金付着防止方法において、出湯口を閉塞するストッパーヘッドの先端にＮ₂ガスを噴射する噴射ノズルを設け、ストッパーヘッドを開放位置から閉塞位置へ移動させるために回動可能に配設されるアーム内にＮ₂ガスを噴射ノズルに供給するガス流路を配設し、ストッパーヘッドの周縁部およびアームの屈曲部内側に設けた噴気孔からガス流路内のＮ₂ガスを噴出させる溶湯ストッパーの地金付着防止方法である。

本発明の溶湯ストッパーの地金付着防止方法においては、噴気孔の内径を各々６〜10mmとし、噴気孔から噴出するＮ₂ガスの総量をガス流路に供給するＮ₂ガスの流量に対して10〜15体積％とすることが好ましい。
また本発明は、溶融金属容器の出湯口を閉塞してその出湯口から流出する溶融金属を塞き止める溶湯ストッパーであって、出湯口を閉塞するストッパーヘッドと、ストッパーヘッドの先端に設けられてＮ₂ガスを噴射する噴射ノズルと、ストッパーヘッドを開放位置から閉塞位置へ移動させるために回動可能に配設されるアームと、アーム内に設けられて噴射ノズルにＮ₂ガスを供給するガス流路と、ストッパーヘッドの周縁部およびアームの屈曲部内側に設けられてガス流路内のＮ₂ガスを噴出する噴気孔と、を有する地金付着防止可能な溶湯ストッパーである。

本発明の溶湯ストッパーにおいては、噴気孔の内径を各々６〜10mmとし、噴気孔から噴出するＮ₂ガスの総量をガス流路に供給するＮ₂ガスの流量に対して10〜15体積％とすることが好ましい。

本発明によれば、ストッパーヘッドとアームを有する溶湯ストッパーを用いて、溶融金属容器の出湯口から流出する溶融金属を塞き止める際に、溶湯ストッパーに地金が付着するのを簡便な手段で防止することができる。

本発明を適用する溶湯ストッパーの例を模式的に示す断面図である。転炉内の溶鋼を出湯口から流出させる従来の例を模式的に示す断面図である。図２の溶湯ストッパーと出湯口の近傍を詳細に示す断面図である。図２の溶湯ストッパーに地金が付着する例を模式的に示す断面図である。

図１は、転炉に配設される溶湯ストッパーに本発明を適用する例を模式的に示す断面図である。ストッパーヘッド８の先端には噴射ノズル９が設けられており、アーム７内のガス流路13を介して供給されるＮ₂ガスを噴射ノズル９から噴射する構成になっている。本発明では、後述する噴気孔からＮ₂ガスを噴出するために、ガス流路13をアーム７内に設ける必要がある。なお、ストッパーヘッド８を開放位置から閉塞位置へ移動させるためのアーム７の回動機構は図示を省略する。

ストッパーヘッド８を開放位置から閉塞位置へ移動させる際には、転炉（図示せず）の出湯口から流出する溶鋼がストッパーヘッド８やアーム７を鋳ぐるみ、アーム７を動作させなくする、あるいは出湯口スリーブ18に衝突してこれを壊さないようにするために、噴射ノズル９からＮ₂ガスを噴射する。ところがＮ₂ガスを噴射することによってストッパーヘッド８と溶鋼との衝突は回避できるが、溶鋼の飛沫が火花となって飛散し溶湯ストッパー５に付着した後、凝固して地金となって堆積する。

地金は、出湯口から流出する溶鋼に直接曝されるストッパーヘッド８の周縁部、およびＮ₂ガスの噴射によって飛散した溶鋼が付着しやすいアーム７の屈曲部内側に集中的に堆積する。そこで、ストッパーヘッド８の周縁部、およびアーム７の屈曲部内側に噴気孔14を設ける。その噴気孔14からガス流路13内のＮ₂ガスを噴出することによって、付着した溶鋼を凝固する前に吹き飛ばして除去する。

付着した溶鋼の一部が除去されず残留して凝固しても、噴気孔14から噴出するＮ₂ガスによって浮き上がった状態で凝固するので、ストッパーヘッド８あるいはアーム７と地金との間に隙間が生じ、地金を機械的に掻き落す作業（以下、地金落し作業という）を別途行なうことによって、容易に地金を取り除くことができる。
噴気孔14から噴出するＮ₂ガスは、噴射ノズル９から噴射させるためにガス流路13に供給されるＮ₂ガスの一部が噴気孔14から噴出するものである。噴気孔14から噴出するＮ₂ガスの総量が、ガス流路13に供給されるＮ₂ガスの流量に対して10体積％未満では、付着した溶鋼を十分に吹き飛ばすことができない。一方、15体積％を超えると、噴射ノズル９から噴射されるＮ₂ガスが減少するので、ストッパーヘッド８を開放位置から閉塞位置へ移動させる際に、出湯口から流出する溶鋼の抵抗を緩和できず、ストッパーヘッド８の移動を妨げられる。したがって、噴気孔14から噴出するＮ₂ガスの総量は、ガス流路13に供給されるＮ₂ガスの流量に対して10〜15体積％の範囲内が好ましい。

また、噴気孔14から噴出するＮ₂ガスの圧力が15×10⁵Pa（＝15気圧）未満では、付着した溶鋼を十分に吹き飛ばすことができない。一方、20×10⁵Pa（＝20気圧）を超えると、噴気孔14から噴出するＮ₂ガスによって吹き飛ばされた溶鋼が広範囲に飛散して安全上の問題が生じる。したがって、噴気孔14から噴出するＮ₂ガスの圧力は15×10⁵Pa〜20×10⁵Paの範囲内が好ましい。

また、各々の噴気孔14の内径が６mm未満では、付着した溶鋼によって噴気孔14が閉塞し易くなるので、噴気孔14からＮ₂ガスを噴出させるのが困難になる。一方、10mmを超えると、こちらにＮ₂ガスを多く取られて、噴射ノズル９から噴出するＮ₂ガスの流速が低下するので、本来の出湯口閉塞の役割を果たし得なくなる。したがって、噴気孔14の内径は各々６〜10mmの範囲内が好ましい。

ここでは転炉内の溶鋼を出湯口から排出する例について説明したが、本発明は他の溶融金属をその溶融金属容器の出湯口から排出する場合にも適用できる。
以上に説明したように、溶湯ストッパーを用いて溶融金属容器の出湯口から流出する溶融金属を塞き止める際に、溶湯ストッパーに地金が付着するのを簡便な手段で防止することができる。

図１に示す本発明の溶湯ストッパー５を転炉に配設して操業を行なった。アーム７内のガス流路13の内径は80mmとし、ストッパーヘッド８の先端に設けた噴射ノズル９の内径は65mmとした。噴気孔14は、ストッパーヘッド８の周縁部に等間隔で８ケ所に設け、さらにアーム７の屈曲部、すなわちアーム７とストッパーヘッド８とが接続する部位およびアーム７が湾曲する部位の内側にそれぞれ１ケ所ずつ設けた。噴気孔14の内径は、いずれも６mmとした。合計10個の噴気孔14から噴出するＮ₂ガスの総量は、ガス流路13に供給されるＮ₂ガスの流量に対して10体積％であった。

このアーム７とストッパーヘッド８を有する溶湯ストッパー５を転炉に配設して3600チャージ稼働した。その間に地金落し作業を120回行なった。つまり、平均すると30チャージ毎に地金落し作業が１回発生した。また、地金落し作業１回あたりの所要時間は、平均３分であった。ただし、これは吹錬合間の作業であり、生産性阻害要因となっていない。
これに対して、従来は図３に示すような噴気孔を設けていない溶湯ストッパー５を使用していた。その操業実績のうち、最新の3600チャージ分のデータを平均すると、150チャージ毎に酸素トーチと削岩機を使用して地金落し作業を行なっていた。その地金落し作業１回あたりの所要時間は、平均60分であった。

したがって、本発明を適用することによって、地金落し作業は生産性阻害要因とならず、吹錬合間の作業でよいことが分かった。

溶融金属容器の出湯口から流出する溶融金属を塞き止める際に、溶湯ストッパーに地金が付着するのを簡便な手段で防止できるので、産業上格段の効果を奏する。

１転炉
２溶鋼
３スラグ
４出湯口
５溶湯ストッパー
６取鍋
７アーム
８ストッパーヘッド
９噴射ノズル
10 シリンダー
11 鉄皮
12 ガス配管
13 ガス流路
14 噴気孔
15 飛沫
16 地金
17 溶湯ストッパーカバー
18 出湯口スリーブ

Claims

溶融金属容器の出湯口を閉塞して該出湯口から流出する溶融金属を塞き止める溶湯ストッパーに地金が付着するのを防止する地金付着防止方法において、前記出湯口を閉塞するストッパーヘッドの先端にＮ₂ガスを噴射する噴射ノズルを設け、前記ストッパーヘッドを開放位置から閉塞位置へ移動させるために回動可能に配設されるアーム内に前記Ｎ₂ガスを前記噴射ノズルに供給するガス流路を配設し、前記ストッパーヘッドの周縁部および前記アームの屈曲部内側に設けた噴気孔から前記ガス流路内のＮ₂ガスを噴出させることを特徴とする溶湯ストッパーの地金付着防止方法。
前記噴気孔の内径を各々６〜10mmとし、前記噴気孔から噴出するＮ₂ガスの総量を前記ガス流路に供給するＮ₂ガスの流量に対して10〜15体積％とすることを特徴とする請求項１に記載の溶湯ストッパーの地金付着防止方法。
溶融金属容器の出湯口を閉塞して該出湯口から流出する溶融金属を塞き止める溶湯ストッパーであって、前記出湯口を閉塞するストッパーヘッドと、該ストッパーヘッドの先端に設けられてＮ₂ガスを噴射する噴射ノズルと、前記ストッパーヘッドを開放位置から閉塞位置へ移動させるために回動可能に配設されるアームと、該アーム内に設けられて前記噴射ノズルに前記Ｎ₂ガスを供給するガス流路と、前記ストッパーヘッドの周縁部および前記アームの屈曲部内側に設けられて前記ガス流路内の前記Ｎ₂ガスを噴出する噴気孔と、を有することを特徴とする地金付着防止可能な溶湯ストッパー。
前記噴気孔の内径を各々６〜10mmとし、前記噴気孔から噴出するＮ₂ガスの総量を前記ガス流路に供給するＮ₂ガスの流量に対して10〜15体積％とすることを特徴とする請求項３に記載の地金付着防止可能な溶湯ストッパー。