JP7133948B2 - 羽口の設置構造 - Google Patents

Description

本発明は，溶融金属容器の底部から溶融金属を下方に排出するノズル又はプラグを囲繞するよう設置される羽口の設置構造に関する。

溶融金属容器の底部から溶融金属を下方に排出するために当該溶融金属容器の底部に設置されるノズルには，溶融金属の流量制御を行うための板状のスライディングノズル装置や浸漬ノズル，上ノズル等がある。

例えばスライディングノズル装置用の上プレートは，溶融金属容器底部の鉄皮に固定されており，その上部に設置される上ノズルは前記上プレートと溶融金属容器底部の鉄皮内側の耐火物層の一部であって上ノズルと直接接触する羽口との間に目地を介して設置される。
このような設置構造の上ノズルの下端と上プレートとの境界は，一定の厚さで密着した構造とされるが，使用中にこの目地部が離れてその間隔が拡大し．空隙を生じることがある。
また上ノズルと羽口との境界でも，この境界部分の目地部が離れてその間隔が拡大し，空隙を生じることがある。
このような空隙が生じると，その空隙に溶融金属が侵入し，ひいては溶融金属の漏出事故を発生させることがある。

このような上ノズルと上プレート又は羽口との境界部分における空隙形成を抑制するため，主として上ノズルに対策を講じることが試みられている。
例えば特許文献１には，「中空円錐台形上ノズルの外周面テーパー角を７°未満とし、スライディングゲート直上に位置する該上ノズルの下端外周に、タンディッシュあるいは取鍋などの溶融金属保持容器の下部外壁または耐火物に掛止する位置決め用突起部を設けたスライディングゲート用上ノズル」が開示されている（特許文献１の要約書参照）。
特許文献２には，「上部形状が截頭円錐形で下部が円筒形をなし、軸方向中心に溶融金属を通すノズル孔を有する上ノズル２０と，溶融金属容器の底部に設けられ前記上ノズル２０が下方から挿着されるノズル受け煉瓦とを有し、前記上ノズルの下部に摺動式流量制御装置（スライドバルブ）４が配設される鋳造用ノズル構造において，前記上ノズル２０の下端を除く外周面に凹部２１および／または凸部２４を形成した鋳造用ノズル構造」が開示されている（特許文献２の要約書参照）。

溶融金属容器内にガスを吹き込む，通電する等の目的で羽口内側に設置されるプラグにおいても前述の上ノズルと同様に羽口と鉄皮間に空隙を生じることがあり，溶融金属の漏出事故を惹き起こす危険性が高い。

特開平１１－２０７４５７号公報 特開２００２－３５９２６号公報

特許文献１では，「溶融金属保持容器の下部外壁または耐火物に掛止する位置決め用突起部」により，上ノズル自体が溶融金属容器の鉄皮等に対して上方向に移動することを抑制することができる。しかし，上ノズルは羽口との間では固定されておらず，また羽口を固定する機能もないので，羽口が上方向に移動する場合は上ノズルが羽口に対して相対的に移動可能となり，その間での空隙形成は避けられない。

この空隙形成のメカニズムを，図１７を参照しつつ説明する。
同図に示しているように，従来の羽口の設置構造において羽口２は溶融金属容器底部の鉄皮４には直接固定されていない。羽口２を含む溶融金属容器底部の耐火物ライニング層が熱その他の原因で溶融金属容器底部の鉄皮４から溶融金属容器内側方向すなわち上方向に移動する等により，羽口２もそれに連動して容易に溶融金属容器内側方向（上方向）に移動し，溶融金属容器底部の鉄皮４との間に空隙９が生じる。
一方，上ノズル１はその下方の構成物７（ここでは上プレートを例にしている）との間で移動可能となる。すなわち上ノズル１は，下方の構成物７との接触面積（目地部の面積）よりも羽口２との接触面積の方が大きく，また上ノズル１の上部にはスラグやスケールが羽口２に浸潤又は反応して強固に一体化した部分を生じることが多い。これらのため，上ノズル１は下方の構成物７から離れて羽口２と連動するように，上方向に移動し，下方の構成物７との間に空隙６を生じる。
なお，本発明者らは他の方法として，上ノズルを鉄皮外に位置する下方のスライディングノズル装置に金属部品で係止する構造を適用した。しかしこの場合，羽口と共に上ノズルが上昇して，前記金属部品が変形し，又は上ノズルの前記金属部品付近が破壊して，上ノズルと上プレートとの間の空隙の発生を防止することはできなかった。

特許文献２では，上ノズルの下端を除く外周面に設置された凹部又は凸部によって，モルタルとの間では上ノズルは相対的に移動しないし，凸部を備え且つその凸部が羽口の内面に食い込む形態であれば，上ノズルが羽口に対し上方に移動することを抑制することができる。しかし，前述の特許文献１，図５で述べたと同様に，特許文献２においても羽口を固定する機能はないので，羽口自体が上方向に移動する場合は上ノズルが羽口と連動して移動することとなり，上ノズルの下方に位置するプレート等との間での空隙形成は避けられない。

前述のような現象は，ノズルに限らずガス吹き込み用又は通電等の目的で，前述のノズルと同様に羽口内側に設置されるプラグにも発生することがある。

本発明が解決しようとする課題は，溶融金属容器の底部に設置されるノズル又はプラグとこのノズル又はプラグの下方に位置するプレート等との間，及びノズル又はプラグの上方ないしは外周側に位置する羽口との間に空隙を発生させない，羽口の設置構造を提供することにある。
ひいてはそれにより，空隙からの空気の巻き込みや溶融金属の漏出事故等の発生を防止することにある。

本発明は，次の１から６に記載の羽口の設置構造である。
１．溶融金属容器の底部から溶融金属を下方に排出するノズル又はプラグを囲繞するように設置される羽口の設置構造であって，前記羽口が前記溶融金属容器の内側方向へ移動することがないように，前記溶融金属容器の底部の鉄皮の内側に設置された接合部品により前記鉄皮に固定されており，前記接合部品の前記鉄皮との接合部分は，溶接構造，ネジの螺合構造，又は，前記鉄皮を貫通する孔の当該鉄皮外側孔周囲への当接構造のいずれか一種以上である，羽口の設置構造。
２．溶融金属容器の底部から溶融金属を下方に排出するノズル又はプラグを囲繞するように設置される羽口の設置構造であって，前記羽口が前記溶融金属容器の内側方向へ移動することがないように，前記溶融金属容器の底部の鉄皮の内側に設置された接合部品により前記鉄皮に固定されており，前記接合部品が前記羽口に接触する部分の少なくとも一部は，金属板若しくは金属ケース，又は無機材料若しくは炭素を主成分とするシートを介している，羽口の設置構造。
３．溶融金属容器の底部から溶融金属を下方に排出するノズル又はプラグを囲繞するように設置される羽口の設置構造であって，前記羽口が前記溶融金属容器の内側方向へ移動することがないように，前記溶融金属容器の底部の鉄皮の内側に設置された接合部品により前記鉄皮に固定されており，前記接合部品は複数の独立部品からなり，前記複数の独立部品相互はネジの螺合構造，引っかけ構造，嵌合構造，スライド構造又はバイオネット構造のいずれか一種以上により，一体化及び再分離が可能なように前記羽口と前記鉄皮間を接合している，羽口の設置構造。
４．前記接合部品による接合部分は，当該羽口外周を均一に分割するように少なくとも２ヶ所以上に分散して存在する，前記１から前記３のいずれかに記載の羽口の設置構造。
５．前記接合部品の少なくとも一部は外部に露出しないように覆われている，前記１から前記４のいずれかに記載の羽口の設置構造。
６．前記接合部品の上方又は周囲の少なくとも一部には，不定形耐火物が設置されている，前記１から前記５のいずれかに記載の羽口の設置構造。

特に，羽口の溶融金属容器内側（上方向）への移動及び鉄皮等との間への空隙発生の多くの原因となっている一般的な従来技術としての羽口周囲に設置されている耐火物層で羽口を挟み込む構造での固定方法に対し，本発明はこのような羽口周囲に設置されている耐火物層で羽口を挟み込む構造ではなく，羽口が接合部品により溶融金属容器底部の鉄皮に固定されるので，羽口が前記の羽口周囲に設置されている耐火物層の挙動に連動して溶融金属容器内側に移動することがない。
したがって，羽口の内孔側に設置された上ノズル等のノズル，又はプラグが，その下方に設置した上プレートや前記鉄皮外部との固定手段等から上方に移動することがなく，これら相互の間に空隙が生じることを防止することができ，ないしはノズル内孔への空気の巻き込みや溶融金属漏出事故等を防止することができる。

また，本発明によると，溶融金属容器の鉄皮に対し鉄製の接合部品を溶接する必要がなく，又は溶接する場合にも溶接を繰り返す必要がなく，その回数を最少化することができ，鉄皮の劣化等を大幅に抑制又は防止して鉄皮の損傷／破壊の危険を回避することができると共に，溶接と解体に要するメンテナンス時間や工程の短縮，コスト低減にも寄与することができる。

本発明の実施形態１を示す縦方向断面のイメージ図。 本発明の実施形態２を示す縦方向断面のイメージ図。 本発明の実施形態３を示す縦方向断面のイメージ図。 図３に示す本発明の実施形態３の変形例を示す縦方向断面のイメージ図。 本発明の実施形態４を示し，（ａ）は縦方向断面のイメージ図，（ｂ）は（ａ）のＡ部の変形例を示す縦方向断面のイメージ図。 本発明の実施形態５を示し，（ａ）は平面図（イメージ），（ｂ）は縦方向断面のイメージ図。 同上。 同上。 同上。 本発明の実施形態５を示す縦方向断面のイメージ図。 本発明の実施形態５を示す要部の平面図（イメージ）。 本発明の実施形態５を示す要部の縦方向断面のイメージ図。 接合部品を設置する部分の配置の例を示す平面図（イメージ）。 同上。 同上。 同上。 従来技術の問題が生じた際の構造を，上ノズルを例に示す縦方向断面図（イメージ）。

以下，本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

実施形態１を図１により説明する。
この実施形態１は，羽口２の一部に貫通孔を備えた横方向の凸状部を備え，溶融金属容器底部の鉄皮４には前記貫通孔に対応する位置にネジを切った穴（以下「ネジ穴」という。）を備え，羽口２は前記貫通孔と前記鉄皮４のネジ穴とに合致するネジ構造の接合部品（ボルト）３で鉄皮４に固定されている。

実施形態２を図２により説明する。
この実施形態２は，羽口２の少なくとも一部に下方向に拡大する部分を備え，貫通孔を備えた金属製の接合部品３（金属板又は金属ケース１２）を前記羽口２の拡大部を下方に拘束する（引っかける）ように設置し，溶融金属容器底部の鉄皮４にはネジ穴を備え，羽口２は前記接合部品３（金属板又は金属ケース１２）の貫通孔と前記鉄皮４のネジ穴とに合致する接合部品（ボルト）３で鉄皮４に固定されている。
またこの実施形態２では，接合部品３の上方又は周囲には，羽口設置及び固定後施工される不定形耐火物１１が設置されている。

実施形態３を図３により説明する。
この実施形態３は前述の実施形態１を基礎に，接合部品３と羽口２の間，又は接合部品３と羽口２の間及び接合部品３と鉄皮４の間に，金属板若しくは金属ケース１２，又は無機材料若しくは炭素を主成分とするシート１３を設置しており，これらを介して接合部品３により羽口２と鉄皮４が固定されている。

金属板若しくは金属ケース１２，又は無機材料若しくは炭素を主成分とするシート１３は，羽口２の接合部品３又は鉄皮４との接触部分を，これら介在物により局部的な応力集中等を緩和して破壊すること防止する。
金属板若しくは金属ケース１２の材質等は，操業時の当該部分の温度に応じて適宜選択すればよい。溶鋼又は溶銑容器では一般的な鉄又はステンレス製とすることができる。
無機材料若しくは炭素を主成分とするシート１３の材質等も，操業時の当該部分の温度に応じて適宜選択すればよい。溶鋼又は溶銑容器では一般的な生体溶解性又はいわゆるＲＣＦと呼ばれる無機材質から成るシート等，若しくは例えば黒鉛や炭素系繊維等の炭素を主成分とする材料等とすることができる。

金属板若しくは金属ケース１２又は無機材料若しくは炭素を主成分とするシート１３は，羽口の一部を囲繞する形態でも，ワッシャーのように途中に挟んで介在させてもよい。また，図４に示すように羽口２の接合部品３と接触する部分を含む広い範囲を金属ケース１２で覆い，この金属ケース１２の一部を接合部品３に接合させてもよい。

実施形態４を図５により説明する。
この実施形態４は前述の実施形態１を基礎に，接合部品３のネジ頭部に相当する部分に，このネジ頭部の少なくとも一部が外部に露出しないように被覆部品１４が設置されている。
この実施形態４においても図２の実施形態２と同様に，羽口２の接合部分の上方又は周囲に，羽口設置及び固定後に不定形耐火物を現場施工により設置することができる。これには，溶融金属容器底部の羽口上方又は周囲の耐火物層を隙間無く形成し得る等の利点がある。
前述の被覆部品１４のような覆いは，前述のような不定形耐火物を施工する場合は特に，ネジ頭部等の接合部品３を担持及び操作する部分周辺が，施工される耐火物に隙間無く直接充填されて固定されてしまって解体等が困難になることを防止するために設置される。このとき図５（ｂ）に示すように，羽口２や鉄皮４等の，接合部品３を設置する貫通孔部分上端に凹部を形成して接合部品頭部全体を囲繞することもできる。

実施形態５を図６～図１２により説明する。
この実施形態５は，羽口２の少なくとも一部に下方向に拡大する部分を備え，鉄皮４には前記羽口２の拡大部の外形と合致するように形成された接合部品３が，少なくとも羽口２がその間に密着してかつ装着されるように，羽口２の外周に相当する領域の少なくとも一方向が開放された間隙を有して一体的に又は分割して複数ヶ所に設置されている。そしてこの実施形態５では，この接合部品３の間隙に前記羽口２の拡大部をスライドさせて嵌合し，羽口２を固定する。

この接合部品３は鉄皮４に対し，溶接構造（図６），ネジの螺合構造（図７，図８，図９），又は，前記鉄皮を貫通する孔の当該鉄皮外側孔周囲への当接構造（すなわち鉄皮の溶融金属容器外面側から内面側を貫通する孔に設置するいわゆるリベット又はボルト・ナット等による当接構造，図１０）等のいずれか一種以上を適宜選択することができる。
なお，この貫通形式によるリベット又はボルト・ナット等による構造はこの実施形態５に限定されることなく，前述の各実施形態等にも適用することができる。

羽口２には金属板や金属ケース，又は前記のシート等を備えていてもよい。この場合，図７に示すように接合部品３と羽口の拡大部との間に，楔３Ｗを装着して固定を強化してもよい。

この実施形態５では，羽口２を円筒形とし，その少なくとも下方の一部に前記同様の拡大する部分を備え，その拡大部を接合部品３の間に配置した後羽口２を回転させて接合部品３に嵌装して羽口を固定することも可能である（いわゆるバイオネット構造，図８）。

羽口２には，これらスライド装着方式又は回転装着方式等では，羽口２と接合部品３との間に独立部品としてのホルダー３Ｈを装着することもできる（図９）。このホルダー３Ｈには少なくとも接合部品３と接合する部分に凸状部３ＨＣを備え，この凸状部３ＨＣをスライド又は回転により接合部品３に装着して，固定する（図１１，図１２）。特に，装着方向に向かって接合部品３と凸状部３ＨＣの間を縮小する，又は凸状部３ＨＣの厚さを縮小することで，漸次固定の強さを高めることができる。さらに解体時にはこの逆方向にスライド又は回転させることにより，容易に羽口２を取り外すことができる。
なお，このようなホルダー３Ｈ等を利用する形態は，スライド方式，バイオネット方式に限らず適用することができる。

図１３～図１６に，接合部品３を設置する部分の配置の例を示している。このように接合部品３（接合部品３による接合部分）は，羽口２外周を均一に分割するように少なくとも２ヶ所以上に分散して存在することが好ましい。

なお，溶融金属容器の鉄皮は基本的に長期間繰り返し使用されるものであり，その劣化は避ける必要がある。溶接を繰り返すことは，鉄皮の劣化，亀裂発生ないしは破断等の重大な損傷の原因ともなることから好ましくない。また，その解体及び溶接の繰り返し作業に多くの手間，時間，費用等がかかるので，生産性やコストの面からも好ましくない。
したがって，鉄皮への溶接構造を含む場合は，溶接と解体を繰り返さないように，前述のようにネジ構造，引っかけ構造，スライド構造，バイオネット構造等の，羽口との間に脱着可能な部品による固定を組み合わせることが好ましい。

１ 上ノズル
２ 羽口
３ 接合部品
３Ｆ 接合部品の鉄皮との接合部
３Ｈ 接合部品の内の一部品（中間に配置されるホルダー等の例）
３ＨＣ 前記ホルダーの例における，ホルダーの凸状部
３Ｗ 接合部品の内の一部品（中間に配置される楔等の例）
４ 溶融金属容器底部の鉄皮
５ 上ノズルと羽口間の目地部
６ 上ノズルと下方ノズル（この場合はプレート）間の目地部
６Ｓ 前記６に空隙が生じた際のその厚さ
７ 構成物（上プレートの例）
８ 内孔

Claims (6)

1. 溶融金属容器の底部から溶融金属を下方に排出するノズル又はプラグを囲繞するように設置される羽口の設置構造であって，前記羽口が前記溶融金属容器の内側方向へ移動することがないように，前記溶融金属容器の底部の鉄皮の内側に設置された接合部品により前記鉄皮に固定されており，前記接合部品の前記鉄皮との接合部分は，溶接構造，ネジの螺合構造，又は，前記鉄皮を貫通する孔の当該鉄皮外側孔周囲への当接構造のいずれか一種以上である，羽口の設置構造。
2. 溶融金属容器の底部から溶融金属を下方に排出するノズル又はプラグを囲繞するように設置される羽口の設置構造であって，前記羽口が前記溶融金属容器の内側方向へ移動することがないように，前記溶融金属容器の底部の鉄皮の内側に設置された接合部品により前記鉄皮に固定されており，前記接合部品が前記羽口に接触する部分の少なくとも一部は，金属板若しくは金属ケース，又は無機材料若しくは炭素を主成分とするシートを介している，羽口の設置構造。
3. 溶融金属容器の底部から溶融金属を下方に排出するノズル又はプラグを囲繞するように設置される羽口の設置構造であって，前記羽口が前記溶融金属容器の内側方向へ移動することがないように，前記溶融金属容器の底部の鉄皮の内側に設置された接合部品により前記鉄皮に固定されており，前記接合部品は複数の独立部品からなり，前記複数の独立部品相互はネジの螺合構造，引っかけ構造，嵌合構造，スライド構造又はバイオネット構造のいずれか一種以上により，一体化及び再分離が可能なように前記羽口と前記鉄皮間を接合している，羽口の設置構造。
4. 前記接合部品による接合部分は，当該羽口外周を均一に分割するように少なくとも２ヶ所以上に分散して存在する，請求項１から請求項３のいずれかに記載の羽口の設置構造。
5. 前記接合部品の少なくとも一部は外部に露出しないように覆われている，請求項１から請求項４のいずれかに記載の羽口の設置構造。
6. 前記接合部品の上方又は周囲の少なくとも一部には，不定形耐火物が設置されている，請求項１から請求項５のいずれかに記載の羽口の設置構造。

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