JP6082307B2 - 溶融金属漏出防止装置 - Google Patents

Description

本発明は、転炉、電気炉、取鍋、ＶＯＤ、ＶＡＤあるいはタンディッシュ等の溶融金属用容器に、その容器内の溶融金属中にガスを吹き込むためにガス吹込みノズルを設置した場合において、そのガス吹込みノズル部分からの溶融金属の外部への漏出を防止するための溶融金属漏出防止装置に関する。

例えば、鋼の二次精錬では取鍋内の溶鋼中へアルゴンガスを吹き込むために、取鍋の底にガス吹込みノズルとしてポーラスプラグが設置されている。

ポーラスプラグは円錐台の形状を有し、その下部には当該ポーラスプラグにガスを供給するためのガス供給管路として金属製のガス供給パイプが接続されている。また、ポーラスプラグの本体部分は連続した気孔を有する多孔質な耐火物あるいは貫通孔を設けた耐火物などで構成されている。

このようなポーラスプラグにおいて、ポーラスプラグが損耗して短くなった場合や、溶融金属の粘性が低い場合などには、ガス吹込みを行っていないときに、その気孔や貫通孔を通って溶融金属がガス供給パイプまで漏出してしまうことがある。この場合、ガス供給パイプを通って溶融金属が外部まで漏出する危険性がある。

そこで、ガス供給パイプを通っての溶融金属の漏出を防止するための装置として、特許文献１には、図４に示すように、ポーラスプラグ１００にガスを供給するガス供給管路としてのガス供給パイプ１０１内にくびれた横断面１０２を設け、このくびれた横断面１０２上に銅製の閉鎖体（栓体）１０３を上方に移動可能に設けた溶融金属漏出防止装置が開示されている。この溶融金属漏出防止装置によれば、溶融金属がガス供給パイプ１０１まで漏出してきた場合、その溶融金属が銅製の閉鎖体１０２との接触下で直ちに凝固するため、更なる漏出が防止されるとされている。

しかしながら、特許文献１の溶融金属漏出防止装置では、ガス吹込み時に閉鎖体１０３を持ち上げてガス流路を確保するため、高圧でガスを供給しなければならない。使用するガスが高圧になるとガス供給管路からのガスの漏れを防止するため、あるいは安全性の面から設備が大掛かりとなりコスト高になる。また、特許文献１の溶融金属漏出防止装置では、上述のガス圧力の面から閉鎖体１０３を大きくするには制約があり、閉鎖体１０３による溶融金属からの抜熱量を大きくすることが困難であるので、ガス供給パイプ１０１に漏出してくる溶融金属の量が多くなるとこれを凝固させることができず、ガス供給パイプ１０１が溶けてしまい溶融金属が外部へ漏出することがある。

特開昭６０−１１６７１１号公報

本発明が解決しようとする課題は、高圧でガスを供給する必要がなく、しかも比較的多くの溶融金属がガス供給管路に漏出してきても外部への漏出を防止することができる溶融金属漏出防止装置を提供することにある。

本発明の一観点によれば、溶融金属用容器に設置されたガス吹込みノズルにガスを供給するためのガス供給管路に配置される溶融金属漏出防止装置であって、内部に栓体配置空間を有する本体と、前記栓体配置空間内に配置された栓体とを有し、前記本体の上部に、前記栓体配置空間に通じるとともに、前記ガス供給管路の下流側のガス供給パイプに通じるガス排出孔を設け、前記本体の下部に、前記栓体配置空間に通じるとともに、前記ガス供給管路の上流側のガス導入パイプに通じるガス導入孔を設け、前記栓体は、前記栓体配置空間内に吊り具によって吊り下げられて配置され、前記吊り具の少なくとも一部は、溶融金属の温度以下の融点を有する低融点材料で形成され、前記吊り具の少なくとも一部が前記ガス排出孔から浸入してきた溶融金属によって溶融したときに、前記栓体が落下して前記ガス導入孔を閉塞する溶融金属漏出防止装置が提供される。

本発明によれば、栓体が、ガス供給管路の一部を構成する本体の栓体配置空間内に吊り下げられて配置されているため、ガス吹込み時にガスの圧力損失がほとんどなく高圧でガスを供給する必要がない。また、ガスの圧力損失を考慮する必要がないので栓体を大きくすることができ、溶融金属からの抜熱量を大きくすることができる。したがって、比較的多くの溶融金属がガス供給管路に漏出してきても外部への漏出を防止することができる。

本発明の溶融金属漏出防止装置の一実施例を示す縦断面図である。 図１の溶融金属漏出防止装置の使用状態を示す縦断面図である。 本発明の溶融金属漏出防止装置の他の実施例を示す縦断面図である。 従来の溶融金属漏出防止装置を示す縦断面図である。

以下、図面に示す実施例に基づき、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の溶融金属漏出防止装置の一実施例を示す縦断面図、図２は、その使用状態を示す縦断面図である。

図１の溶融金属漏出防止装置１０は、鋼製の本体２０と、この本体２０の内部に設けられた栓体配置空間２０ａ内に配置された鋼製の栓体３０とを備えてなる。この溶融金属漏出防止装置１０は、図２に示すようにポーラスプラグ５０にガスを供給するためのガス供給管路６０の途中に配置されている。

本体２０は、その上部にガス排出孔２０ｂを、下部にガス導入孔２０ｃをそれぞれ有しており、これらのガス排出孔２０ｂ及びガス導入孔２０ｃは栓体配置空間２０ａに通じている。この本体２０は、組み立てやすくするために基体２１と蓋体２２とで構成されており、基体２１に蓋体２２を螺合することで一体化され、その内部に栓体配置空間２０ａが形成される。

栓体配置空間２０ａは下部が逆円錐状になった空間であり、この栓体配置空間２０ａ内に、同様に下部が逆円錐状になった栓体３０が吊り具４０で吊り下げられて配置されている。栓体３０及び栓体配置空間２０ａの各下部の逆円錐状部分の傾斜面の傾斜角度は同じ角度になっており、ガス排出孔２０ｂ、栓体３０、及びガス導入孔２０ｃの中心軸は一致し、かつ栓体３０と本体２０との間に隙間が形成されるように構成されている。この隙間（栓体配置空間２０ａ）は、ガス排出孔２０ｂ及びガス導入孔２０ｃに通じており、上述のガス供給管路６０の一部を構成するガス流路２０ｄとなっている。

栓体３０の上部（上面）には、ガス排出孔２０ｂの直下に位置するように凹部３１が設けられ、この凹部３１の底面に吊り具４０の下端がろう付け（銀ロウ、融点約８００℃）によって接合されている。吊り具４０の上端は本体２０の上部（栓体配置空間２０ａの天井面）に通常のアーク溶接で溶接固定されている。この吊り具４０は鋼製で筒状の形状を有しており、その側面にはガス流路として４つの孔４１が設けられている。

図２を参照すると、取鍋７０の底の耐火物７１にポーラスプラグ５０が取り付けられている。そして、ポーラスプラグ５０にガスを供給するためのガス供給管路６０の下流側のガス供給パイプ６１を図１に示した溶融金属漏出防止装置１０の本体２０のガス排出孔２０ｂに螺合し、また、ガス供給管路６０の上流側のガス導入パイプ６２をガス導入孔２０ｃに螺合することで、溶融金属漏出防止装置１０がガス供給管路６０の一部をなすように取り付けられている。なお、溶融金属漏出防止装置１０の周囲には、常法により筒状の耐火物８１、８２が配置され、取鍋７０の底からバイオネット（図示していない）により押し付けることで、ポーラスプラグ５０を取鍋７０の底に固定することができる。

以上の構成において、ガス供給管路６０の上流側のガス導入パイプ６１にアルゴンガスなどのガスを導入することで、溶融金属漏出防止装置１０及びガス供給パイプ６１を介してポーラスプラグ５０にガスを供給し、そのガスを取鍋７０内の溶鋼中に吹き込む。このとき、溶融金属漏出防止装置１０においては、栓体３０は栓体配置空間２０ａ内に吊り下げられて配置されており、常にガス導入孔２０ｃからガス排出孔２０ｂまでガス流路２０ｄが確保されているため、圧力損失はほとんど発生しない。また、ポーラスプラグ５０が損耗してこれを交換する場合であっても、溶融金属漏出防止装置１０は取り外してポーラスプラグ５０のみを交換し、溶融金属漏出防止装置１０は繰り返して使用することができる。

一方、使用中に溶融金属がポーラスプラグ５０の気孔を通過してガス供給パイプ６１内に漏出してきた場合、その溶融金属はガス排出孔２０ｂから本体２０内に浸入し、直下の栓体３０上部の凹部３１に溜まり、吊り具４０下端のろう付け部４１を溶融する。その結果、栓体３０が吊り具４０から離れて落下する。そして、栓体３０の逆円錐状の下部の先端部分がガス導入孔２０ｃに入って栓をすることで、ガス導入孔２０ｃが閉塞する。更に本実施例では、栓体３０の逆円錐状の下部が、同様に逆円錐状の栓体配置空間２０ａの下部に嵌り込むので、図１においてガス流路２０ｄとして存在していた隙間がなくなり、ガス流路２０ｄが完全に遮断される。したがって、溶融金属はガス導入孔２０ｃまで流れ込むことなく、栓体３０と本体２０とによって冷却され凝固するため、溶融金属の外部への漏出を防止することができる。

ここで本発明では、吊り具４０が溶融金属と接触したときにその吊り具４０から栓体３０を落下させるために、吊り具４０の少なくとも一部を溶融金属の温度以下の融点を有する低融点材料で形成している。すなわち、その低融点材料で形成した部分が溶融金属により溶融し、その結果、栓体３０が吊り具４０から落下する。このような低融点材料としては、溶融金属が溶鋼の場合、鋼、鋳鉄、アルミニウム、銅、亜鉛、鉛、ハンダなどが挙げられ、これらの低融点材料で吊り具４０の少なくとも一部を形成する。例えば、図１の実施例のように吊り具４０を栓体３０に連結するときに、低融点材料を使用して接合することが可能である。なお、低融点材料で形成する部分は吊り具４０を栓体３０に連結する部分には限定されず他の部分であってもよい。また、吊り具４０全体を低融点材料で形成してもよい。この場合、その一部の断面積を他の部分より小さくしておけば、その断面積の小さい部分がより早く溶融し、吊り具４０から栓体３０を落下させやすい。

また、本実施例のように、栓体３０の上部にガス排出孔２０ｂの直下（真下）に位置するように凹部３１を形成し、この凹部３１の底面にろう付けによって吊り具４０の下端を接合することで、ガス排出孔２０ｂから浸入してきた溶融金属を凹部３１に集め、吊り具４０の溶融させたい部分であるろう付け部４１を優先して溶融金属に接触させることができるので、より早く栓体３０を落下させてガス導入孔２０を閉塞し、ガス流路２０ｄを遮断することができる。このように、吊り具４０の溶融させたい部分（低融点材料で形成した部分）は、凹部３１の底面との連結部分とすることが最も好ましいが、凹部３１内に位置するようにしておけば凹部３１に溜まった溶融金属で優先的に溶融するので、少なくとも吊り具４０の低融点材料で形成した部分は凹部３１内に位置するようにすることが好ましい。

また、本実施例では、栓体３０の中心軸がガス導入孔２０ｃの中心軸と一致しているので、栓体３０の落下により、ガス導入孔２０ｃを確実に閉塞できる。なお、栓体３０はガス導入孔５を閉塞するものであることから、その横断面の大きさはガス導入孔２０ｃの横断面の大きさより大きいことは当然である。

栓体３０を含めた溶融金属漏出防止装置１０の大きさは、漏出してくる溶融金属の量、比熱及び凝固点、栓体３０と本体２０に使用する材料の比熱と凝固点等を考慮して適宜決定されるものである。この点、本発明の溶融金属漏出防止装置１０は、栓体３０を吊り下げた構造になっていることから、栓体３０を大きくしても従来のように圧力損失が大きくならないため、任意の大きさとすることが可能であり、より確実に溶融金属の外部への漏出を防止することができる。栓体３０及び本体２０は、金属、耐火物、セラミックス、あるいはこれらの複合体などで形成することができる。

なお、本実施例において溶融金属漏出防止装置１０は、図２に示すように、取鍋７０の底に組み込まれるように配置したが、取鍋７０の底の下方に設けることも可能である。ただし、本発明の溶融金属漏出防止装置１０は、重力によって栓体３０が落下する仕組みになっているため、ガス排出孔２０ｂを上側にガス導入孔２０ｃを下側に配置して使用する必要がある。

図３は、本発明の溶融金属漏出防止装置の他の実施例を示す縦断面図である。この実施例は、栓体３０を吊り下げる吊り具としてアルミニウム製の雄ねじ９０を使用したものである。具体的には、本体２０の蓋体２２に２個のねじ貫入孔２２ａを設け、このねじ貫入孔２２ａにアルミニウム製の雄ねじ９０を貫入し、その先端部分を栓体３０の凹部３１底面に設けた雌ねじ部３２に螺合することで栓体３０を吊り下げている。雄ねじ部にはガスリークを防止するために、セラミックパッキンあるいは雄ねじの上部の空間にセラミック製のシール材を充填することができる。

この構成において、溶鋼がガス排出孔２０ｂから浸入してくると、低融点材料であるアルミニウムが溶融して栓体３０が落下し、ガス導入孔２０ｃを塞ぎ、本体２０と栓体３０と隙間のガス流路２０ｄも遮断されるため、溶鋼の外部への流出を防止することができる。

なお、本実施例では、栓体３０の凹部３１底面からガイド部３３を立ち上げ、このガイド部３３によって溶融金属を雌ねじ部３２（吊り具と凹部底面との連結部分）に案内するようにしているので、栓体３０をより早く落下させることができる。

１０ 溶融金属漏出防止装置
２０ 本体
２０ａ 栓体配置空間
２０ｂ ガス排出孔
２０ｃ ガス導入孔
２０ｄ ガス流路
２１ 基体
２２ 蓋体
２２ａ ねじ貫入孔
３０ 栓体
３１ 凹部
３２ 雌ねじ部
３３ ガイド部
４０ 吊り具
４１ ろう付け部
５０ ポーラスプラグ（ガス吹込みノズル）
６０ ガス供給管路
６１ ガス供給パイプ
６２ ガス導入パイプ
７０ 取鍋
７１ 取鍋の底の耐火物
７２ 鉄皮
８１、８２ 筒状の耐火物
９０ アルミニウム製の雄ねじ（吊り具）

Claims (3)

1. 溶融金属用容器に設置されたガス吹込みノズルにガスを供給するためのガス供給管路に配置される溶融金属漏出防止装置であって、
   内部に栓体配置空間を有する本体と、前記栓体配置空間内に配置された栓体とを有し、
   前記本体の上部に、前記栓体配置空間に通じるとともに、前記ガス供給管路の下流側のガス供給パイプに通じるガス排出孔を設け、
   前記本体の下部に、前記栓体配置空間に通じるとともに、前記ガス供給管路の上流側のガス導入パイプに通じるガス導入孔を設け、
   前記栓体は、前記栓体配置空間内に吊り具によって吊り下げられて配置され、
   前記吊り具の少なくとも一部は、溶融金属の温度以下の融点を有する低融点材料で形成され、
   前記吊り具の少なくとも一部が前記ガス排出孔から浸入してきた溶融金属によって溶融したときに、前記栓体が落下して前記ガス導入孔を閉塞する溶融金属漏出防止装置。
2. 前記栓体の上部に、前記ガス排出孔の直下に位置するように凹部を設け、この凹部に前記吊り具が連結され、前記凹部内に位置する前記吊り具の少なくとも一部が前記低融点材料で形成されている請求項１に記載の溶融金属漏出防止装置。
3. 前記吊り具が前記凹部の底面に連結され、前記吊り具のうち、少なくとも前記凹部との連結部分が前記低融点材料で形成されている請求項２に記載の溶融金属漏出防止装置。

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