JP6862657B2

JP6862657B2 - スライディングゲートプレート

Info

Publication number: JP6862657B2
Application number: JP2016016861A
Authority: JP
Inventors: 章伍 ▲高▼嶋; 吉一久保
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2016-02-01
Filing date: 2016-02-01
Publication date: 2021-04-21
Anticipated expiration: 2036-02-01
Also published as: JP2017136598A

Description

本発明は、特に、製鋼業において、取鍋やタンディッシュなどの溶融金属容器から溶鋼を排出するときの流量制御装置として使用されるスライディングノズル用のプレート耐火物に関するものである。以下、スライディングノズル用のプレート耐火物を、スライディングゲート（ＳＧ）プレートという。

前記流量制御装置として使用されるスライディングノズルは、２枚或いは３枚のＳＧプレートを組み合わせて使用される。近年では、このＳＧプレートの交換作業の作業負荷軽減、コスト低減のため、ＳＧプレートの軽量化すなわち薄型化・小型化が進んでいる。また、ＳＧプレートの再生・再使用化も進んでいる。

一方、ＳＧプレートは、鋳造完了後に、その摺動面の損傷状態を観察して次のチャージへの使用が可能か否かを判断するため、ゲートカセットを開けて点検する作業が行われる。

ＳＧプレートは、中央部に設けた孔を溶鋼が通過するため、前記孔の周辺部はＳＧプレートの外周部に比べて高温となって熱応力が発生している。

従って、点検作業時にゲートカセットを開けた時、ＳＧプレートに作用していた面圧が解放されるので、熱膨張によって拘束されていたＳＧプレートの孔の周辺部を押し上げる方向に力が働き、ＳＧプレートが反ることになる。

この反りはＳＧプレートの厚みが薄い程発生し易い傾向にあるため、鋳込み中にこの反りによって発生するＳＧプレート同士の接触面間の隙間から地金が侵入して漏鋼に繋がるおそれがある。

そこで、特許文献１では、ＳＧプレートの形状を工夫することで、ＳＧプレートに発生する反りを抑制することが可能なＳＧプレートが開示されている。

また、特許文献２では、ＳＧプレートのように拘束される形態で使用しても、反りの発生を抑制できるように、１０００℃以下の中間温度域での強度に優れた煉瓦が開示されている。

また、特許文献３では、ＳＧプレートを、溶鋼が通過する孔を設けた内挿体と、この内挿体の外周部を形成する外装体に分けて製造し、外装体に内挿体を嵌め込むことで一体の構造体となるＳＧプレートが開示されている。

この特許文献３に開示されたＳＧプレートでは、内挿体と外装体の隙間が応力緩和効果を果たすので、反りを抑制することが可能である。

しかしながら、特許文献１〜３で開示された技術では、特にＳＧプレートの厚みが薄い場合は、反りによって発生するＳＧプレート同士の接触面間の隙間からの地金差しを撲滅することができない。

さらに、特許文献３で開示されたＳＧプレートの場合、熱間での点検時に高温の内挿体が、熱膨張によって外装体の表面から浮き上がる場合がある。内挿体が外装体の表面から浮き上がった場合、次のチャージへの使用が不可能になる。

特許第４４５６３６３号公報特開２０００−２９００８０号公報特開２０１２−１２１０４９号公報

本発明が解決しようとする問題点は、特許文献１〜３で開示された技術では、特にＳＧプレートの厚みが薄い場合は、反りによって発生するＳＧプレート同士の接触面間の隙間からの地金差しを撲滅することができないという点である。さらに、特許文献３で開示されたＳＧプレートの場合、熱間での点検時に高温の内挿体が、熱膨張によって外装体の表面から浮き上がる場合があるという点である。

本発明は、ＳＧプレートの反りに起因するＳＧプレート同士の接触面間の隙間からの地金差しの抑制、及び熱間での点検時にも内挿体が外装体の表面から浮き上がるのを防止することを目的とするものである。

発明者らは、ＳＧプレートの製造方法と材質の両面から改善することで、ＳＧプレートの反りに起因するＳＧプレート同士の接触面間の隙間からの地金差しを抑制することを考えた。

ＳＧプレートの反りを抑制するには、原因となる発生応力を緩和することが有効である。発生応力の緩和には、ＳＧプレートの孔の周辺部分と外周部の間に隙間があれば良い。この隙間は、外装体と内挿体を別々に製造して組み合わせることで形成することができる。

しかしながら、内挿体が高温で外装体が比較的低温の場合、外装体との熱膨張差により内挿体の浮き上がりが発生する。そこで、内挿体の浮き上がりを抑制するため、外装体の熱膨張率を内挿体の熱膨張率よりも小さくすることを考えた。

本発明は、発明者らの上記考えに基づいてなされたもので、
溶鋼が通過する孔を中央部分に設けた内挿体と、この内挿体の外周に配置する外装体からなり、当該外装体に前記内挿体を嵌め込むことで一体の構造体としたＳＧプレートにおいて、
前記内挿体の外周面と、当該内挿体を嵌め込む前記外装体の内周面は、厚み方向に段差を設けない同じ形状で、前記内挿体の厚みｔと前記内挿体の長辺長さｂの比（厚みｔ／長辺長さｂ）が０．０４以上であり、かつ、前記外装体の熱膨張率が前記内挿体の熱膨張率よりも小さいことを最も主要な特徴としている。

本発明において、内挿体の、厚みｔ／長辺長さｂを０．０４以上とするのは、前記比が０．０４未満であると、ＳＧプレートの反りに対する強度が弱くなって反りが発生し、ＳＧプレート同士の接触面間の隙間から地金差しが発生するからである。内挿体の、厚みｔ／長辺長さｂの上限は特に規定されないが、スライディングノズルの設置スペースを考慮すると０．２０以下である。

また、外装体の熱膨張率を内挿体の熱膨張率よりも小さくするのは、このようにすることで外装体の熱膨張に起因する応力が緩和され、内挿体の浮き上がりが発生しなくなるからである。

上記本発明では、ＳＧプレートの反りに起因するＳＧプレート同士の接触面間の隙間からの地金差しを抑制でき、また、熱間での点検時にも内挿体が外装体の表面から浮き上がるのを防止することができる。

また、本発明においては、内挿体の長辺長さｂは、外装体の長辺長さａの５０〜７５％の範囲で、かつ、孔を含む内挿体の面積が、外装体に内挿体を嵌め込んで一体としたＳＧプレートの前記孔を含む面積の３０〜４５％の範囲とすることも主要な特徴である。

本発明において、内挿体の長辺長さｂを、外装体の長辺長さａの５０〜７５％とするのは、５０％未満であると、使用中、内挿体の外装体への嵌め込み部に溶鋼が定常的に接することになって、前記嵌め込み部から漏鋼するリスクがあるからである。一方、７５％より大きい場合は、外装体の強度が不足するからである。

また、孔を含む内挿体の面積を、外装体に内挿体を嵌め込んで一体としたＳＧプレートの前記孔を含む面積の３０〜４５％とするのは、内挿体の長辺長さｂを、外装体の長辺長さａの５０〜７５％とする場合と同じ理由である。

また、本発明においては、外装体の５００〜１０００℃における熱膨張率を７．５×１０^-6／℃未満とすることが望ましい。５００〜１０００℃における熱膨張率が７．５×１０^-6／℃以上であると、使用時に内挿体に加わる圧縮応力が大きくなって、内挿体の設置位置にずれが発生するからである。内挿体の設置位置にずれが発生すると、ＳＧプレート面間に隙間が生じ、漏鋼のリスクが高くなる。前記熱膨張率の下限値は特に規定されないが、現存する煉瓦を考慮すると、下限値は５．０×１０^-6／℃である。

本発明では、ＳＧプレートの反りに起因する地金差しを抑制することができ、また、熱間での点検時にも内挿体が外装体の表面から浮き上がるのを防止できるので、ＳＧプレートの寿命延長が図れるとともに、漏鋼を防止することもできる。

本発明のＳＧプレートを説明する斜視図である。３枚のＳＧプレートからなるスライディングノズルを説明する図である。

本発明では、ＳＧプレートの反りに起因する地金差しの抑制、及び内挿体の外装体表面からの浮き上がりを防止するという目的を、ＳＧプレートの製造方法と材質の両面から改善することで実現した。

以下、図２を用いて３枚のＳＧプレートからなるスライディングノズルを説明した後、図１を用いて本発明のＳＧプレートについて詳細に説明する。

１ａ〜１ｃは耐火煉瓦製のＳＧプレートであり、このうちのスライドさせるＳＧプレート（以下、スライドプレートという。）１ｂを両側から挟むように、固定のＳＧプレート（以下、固定プレートという）１ａ，１ｃが配置されている。これら固定プレート１ａ，１ｃに設けた孔１ａａ，１ｃａが、例えば取鍋２の底部に取り付けた底ノズル３の孔３ａと同軸芯となるように取付けられている。

そして、前記スライドプレート１ｂを駆動シリンダー（図示省略）で図１の紙面左右方向にスライドさせることで、固定プレート１ａ，１ｃに設けた孔１ａａ，１ｃａとスライドプレート１ｂに設けた孔１ｂａの位置を調節して溶鋼の通過面積を調整する。

なお、図２中の４は下流側の固定プレート１ｃに設けた孔１ｃａと同軸芯となるように取付けられた接続用ノズル、５はこの接続用ノズル４に取付けた接続用金物６によって保持したロングノズルである。

本発明は、前記固定プレート１ａ，１ｃ、スライドプレート１ｂとして使用するＳＧプレートに関するものであり、以下のような構成を採用している。

すなわち、本発明のＳＧプレート１１は、溶鋼が通過する孔１２ａを中央部分に設けた内挿体１２と、この内挿体１２の外周に配置する外装体１３からなり、例えば、プレス成型した外装体１３にプレス成型した内挿体１２を嵌め込むことで一体構造体としたものである。

そして、本発明では、内挿体１２の厚みｔと内挿体１２の長辺長さｂの比（厚みｔ／長辺長さｂ）が０．０４以上となるようにしている。加えて、外装体１３を形成する耐火煉瓦の熱膨張率が内挿体１２を形成する耐火煉瓦の熱膨張率よりも小さいもの、例えば５００〜１０００℃における熱膨張率が７．５×１０^-6／℃未満のものを使用している。

また、本発明では、内挿体１２の長辺長さｂは、外装体１３の長辺長さａの５０〜７５％の範囲となるようにすることが望ましい。また、溶鋼が通過する孔１２ａを含む内挿体１２の面積が、外装体１３に内挿体１２を嵌め込んで一体としたＳＧプレート１１の前記孔１２ａを含む面積の３０〜４５％の範囲とすることが望ましい。

上記構成の本発明では、ＳＧプレート１１の反りに起因する地金差しを抑制でき、また、内挿体１２が外装体１３の表面から浮き上がるのを防止できるので、ＳＧプレート１１の寿命延長が図れるとともに、漏鋼も防止することができる。

以下、本発明の効果を確認するために行った実験結果について説明する。
下記表１に本発明の実施例を、下記表２に本発明の参考例を、また下記表３に本発明の比較例を示す。下記表１〜３には、ＳＧプレートの材質、内挿体の厚みｔ／内挿体の長辺長さｂ、外装体の長辺長さａに対する内挿体の長辺長さｂの割合、外装体に内挿体を嵌め込んで一体としたＳＧプレートの孔を含む面積に対する前記孔を含む内挿体の面積の割合、外装体と内挿体の５００〜１０００℃における熱膨張率、内挿体、外装体がプレス成型品であるか否か、内挿体の外装体からの浮き上がりの有無、地金差し発生の有無などを示した。

実施例１〜３，５は請求項１〜３を全て満たす実施例、実施例４は請求項１，２を満たす実施例である。

実施例１〜３，５は、請求項１〜３を全て満たすので、ＳＧプレートの反りに起因するＳＧプレート同士の接触面間の隙間からの地金差しを抑制でき、また、熱間での点検時にも内挿体が外装体の表面から浮き上がるのを防止することができた。従って、内挿体の浮き上がりや地金差しの発生は全く発生しなかった。

また、実施例４は請求項１，２を満たすが請求項３を満たさないので、内挿体の設置位置に若干のずれが発生したが、内挿体の浮き上がりや地金差しの発生は発生しなかった。

一方、参考例１〜５は請求項１〜３で規定された構成の一部を満たさない参考例であり、参考例１は、外装体の長辺長さａに対する内挿体の長辺長さｂの割合が４９％、外装体の前記熱膨張率が７．７×10^-6／℃である点が請求項１，３で規定された構成を満たさないので、外装体への内挿体の嵌め込み部から若干の漏鋼が発生し、内挿体の設置位置に若干のずれが発生した。但し、内挿体の浮き上がりや地金差しの発生は発生しなかった。

また、参考例４も、外装体に内挿体を嵌め込んで一体としたＳＧプレートの孔を含む面積に対する前記孔を含む内挿体の面積の割合が４６％、外装体の前記熱膨張率が７．９×10^-6／℃である点が請求項１，３を満たさないので、外装体の強度が若干不足し、内挿体の設置位置に若干のずれが発生した。但し、内挿体の浮き上がりや地金差しの発生は発生しなかった。

また、参考例２は、外装体の長辺長さａに対する内挿体の長辺長さｂの割合が７６％である点が請求項１を満たさないので、外装体の強度が不足した。但し、内挿体の浮き上がりや地金差しの発生は発生しなかった。

また、参考例３は、外装体に内挿体を嵌め込んで一体としたＳＧプレートの孔を含む面積に対する前記孔を含む内挿体の面積の割合が２９％である点が請求項１を満たさないので、外装体への内挿体の嵌め込み部から若干の漏鋼が発生した。但し、内挿体の浮き上がりや地金差しの発生は発生しなかった。

また、参考例５は、外装体の長辺長さａに対する内挿体の長辺長さｂの割合が４５％である点が請求項１を満たさず、かつ、請求項２，３の構成も満たさないので、内挿体の浮き上がりや地金差しの発生は発生しなかったものの、外装体への内挿体の嵌め込み部からの若干の漏鋼が発生した。

一方、比較例１は、外装体の前記熱膨張率が内挿体の前記熱膨張率よりも低く、外装体の前記熱膨張率は７．３×１０^-6／℃で、請求項３を満たすが、内挿体の厚みｔ／長辺長さｂが０．０３で請求項１を満たさない。また、外装体の長辺長さａに対する内挿体の長辺長さｂの割合が４０％と請求項１を満たさない。従って、内挿体の浮き上がりや地金差しが発生した。

また、比較例２，３は、内挿体の厚みｔ／長辺長さｂは０．０７であるが、外装体の前記熱膨張率が内挿体の前記熱膨張率よりも大きく請求項１を満たさないのに加えて、外装体の前記熱膨張率が９．０×１０^-6／℃、８．４×１０^-6／℃と大きい。

また、比較例２は、外装体に内挿体を嵌め込んで一体としたＳＧプレートの孔を含む面積に対する前記孔を含む内挿体の面積の割合が２５％と請求項１を満たさない。一方、比較例３は、外装体の長辺長さａに対する内挿体の長辺長さｂの割合が８０％、外装体に内挿体を嵌め込んで一体としたＳＧプレートの孔を含む面積に対する前記孔を含む内挿体の面積の割合が５５％と請求項１を満たさない。

従って、比較例２，３は、どちらも地金差しは発生しなかったが、内挿体の浮き上がりが発生した。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

１１ＳＧプレート
１２内挿体
１２ａ孔
１３外装体

Claims

溶鋼が通過する孔を中央部分に設けた内挿体と、この内挿体の外周に配置する外装体からなり、当該外装体に前記内挿体を嵌め込むことで一体の構造体としたスライディングゲートプレートにおいて、
前記内挿体の外周面と、当該内挿体を嵌め込む前記外装体の内周面は、厚み方向に段差を設けない同じ形状で、前記内挿体の厚みｔと前記内挿体の長辺長さｂの比（厚みｔ／長辺長さｂ）が０．０４以上であり、かつ、前記外装体の熱膨張率が前記内挿体の熱膨張率よりも小さく、さらに、前記内挿体の長辺長さｂは、前記外装体の長辺長さａの５０〜７５％の範囲で、かつ、孔を含む前記内挿体の面積が、前記外装体に前記内挿体を嵌め込んで一体としたスライディングゲートプレートの前記孔を含む面積の３０〜４５％の範囲であることを特徴とするスライディングゲートプレート。
前記内挿体と外装体は、それぞれプレス成型した後に、外装体に内挿体を嵌め込んで一体としたものであることを特徴とする請求項１に記載のスライディングゲートプレート。
前記外装体の５００〜１０００℃における熱膨張率は７．５×１０ ^-6 ／℃未満であることを特徴とする請求項１又は２に記載のスライディングゲートプレート。