JP7146109B2 - タップ穴プラグガン - Google Patents

Description

本発明は、プラグ材を受け入れる材料チャンバと、タップ穴に配置されるマウスピースとを備え、マウスピースが材料チャンバに、または材料チャンバに配置されるノズル部に、ロック解除可能な接続装置によって接続されるタップ穴プラグガンに関する。

上記のような種類のタップ穴プラグガンは、銑鉄を製造するための高炉や、非鉄金属や合金鉄などを製錬するための低炉のような還元炉や溶解炉のタップ開口を塞ぐために用いられる。タップ穴プラグガンのマウスピースから炉のタップ穴開口に注入されたプラグ材が硬化するまで、プラグ中に、タップ穴プラグガンは回動装置を用いて炉の前面に大きな力で押し付けられ、その接触圧力が維持される。

タップ穴プラグガンを動作させるため、プラグ材が、一般的には円筒形の空間であるタップ穴プラグガンの材料チャンバに入れられ、プラグ用ピストンによって材料チャンバからタップ穴プラグガンのマウスピースを介してタップ穴開口に注入される。材料チャンバとマウスピースの間には、材料チャンバとマウスピースの間の移行領域でタップ穴プラグガンの直径が小さくなるように、接続装置によって材料チャンバに交換可能に接続された一般に円錐状のノズル部を配置できる。接続装置は、ノズル部からマウスピースへの部分の直径が大幅に小さくなるために射出時に大きな力が作用する。接続装置が満たすべき２つの本質的な要件は、ノズル部の交換のために接続装置を容易に取り外すことができ、かつ、取り外しの可能性を損なわずに、射出時に作用する力を確実に吸収できる程度に十分に安定していることである。

ロック解除可能な他の接続装置をノズル部とマウスピースの間に設けることもでき、さらに、材料チャンバの直径が比較的小さい小型のタップ穴プラグガンの場合は、ロック解除可能な接続装置によってマウスピースを材料チャンバに直接に、つまりノズル部を介さずに接続することも可能である。

特許文献１は、フランジ接続により材料チャンバに接続されるノズル部を有するタップ穴プラグガンを開示している。公知のタップ穴プラグガンでは、ノズル部とマウスピースとの間に他のフランジ接続部が設けられている。フランジ接続では、ノズル部が材料チャンバに、そしてノズル部がマウスピースに射出方向と直角の接続面で接続され、材料チャンバとノズル部、及びノズル部とマウスピースに配置された対向する２つのフランジが、タップ穴プラグガンの周方向の全域に配置され且つ射出方向と平行に延びる接続ボルトにより接続されることで、フランジ接続が実現される。接続ボルトは射出方向と平行に延びるため、その数とサイズを、接続面におけるタップ穴プラグガンのシール性を損なわずに射出力をボルトによって安全に伝えることができ、しかもボルト接続部の部品に不具合が生じるおそれのないようにする必要がある。

国際公開第２０１１／０８８９０５４号

フランジ接続を実現するためにタップ穴プラグガンの周方向の全域に配置されるボルト接続部が多いと、ノズル部またはマウスピースを交換する際またはタップ穴プラグガンをメンテナンスする際に、材料チャンバまたはノズル部の吐出開口にアクセスするためにマウスピースの一時的な取り外しのみを必要とする、対応する量の取り付け作業が必要になる。

したがって、本発明の目的は、マウスピースと材料チャンバとの間またはマウスピースとノズル部との間に形成される接続装置を備えるとともに、前記接続装置により、機械的な接続の信頼性を高めることを可能にしながら、比較的少ない取り付け作業でマウスピースの交換またはタップ穴プラグガンのメンテナンスを可能にするタップ穴プラグガンを提案することである。

前記目的を達成するために、本発明に係るタップ穴プラグガンは、請求項１の特徴を有する。

本発明によれば、接続装置は、マウスピースと材料チャンバとの間またはマウスピースとノズル部との間のヒンジ結合構造として実現され、ヒンジ結合構造は、ノズル部の結合プレート構造をマウスピースの結合プレート構造に接続し且つ結合プレート構造への接続部から取り外し可能な結合ボルトをそれぞれが有する対向する２つのヒンジ結合部を有する。結合ボルトは、少なくとも断面が結合軸の方向にくさび状のくさび部を有し、各ヒンジ結合部の結合プレートには、結合ボルトのくさび部を受け入れる結合アイレットの枠部が設けられ、前記枠部は結合軸の方向にくさび状である。

マウスピースを材料チャンバに、またはノズル部に取り外し可能に接続するために、この構成のヒンジ結合構造を用いることにより、結合ボルトを外すことによる簡単な取り外しが可能になる。また、メンテナンス時には、結合ボルトの一方だけを取り外すことも可能であり、この場合、対向するヒンジ結合部のどちらを開閉のためにマウスピースを旋回させる旋回支持部として機能させるかを選択できることになる。本発明に係るヒンジ結合構造では、対向するヒンジ結合部の構成を同一にすることができる。

さらに、結合ボルトのくさび部と、結合プレートの結合アイレットに設けられた対応するくさび状の枠部分との相互作用により、ノズル部とマウスピースの対向する軸方向端部の間で軸方向のシール力を得ることができる。

ノズル部の結合プレート構造が、それぞれ、垂直方向に距離を置いて配置された２つの結合プレートを有し、その間にマウスピースの結合プレートがヒンジ結合部を実現するように配置され、前記結合プレートがくさび形の枠部を備える結合アイレットを有する場合、ヒンジ結合構造を特に信頼性の高い構成にすることが可能となる。

ノズル部及びマウスピースの対向する軸方向接続縁部の間に、軸方向の係合装置を形成して、ノズル部とマウスピースの定められた径方向の相対的な位置合わせを、ヒンジ結合構造から独立して事前に行うことが好ましい。

係合装置が、一方の接続縁部に形成された環状ウェブであって他方の接続縁部に形成された相補関係の環状溝に係合する環状ウェブを有すると、径方向の同時シールが可能になる。

環状ウェブは、切頭錐体状の断面形状を有し、軸方向のシール力と径方向のシール力を同時に得ることができることが好ましい。

図１は、材料チャンバとマウスピースとの間に配置されたノズル部を有するタップ穴プラグガンの斜視図である。 図２は、マウスピースをノズル部から取り外した状態で図１のタップ穴プラグガンを示す図である。 図３は、図１に示すタップ穴プラグガンの部分側面図である。 図４は、図３に示すタップ穴プラグガンの縦断面図である。 図５は、材料チャンバの下部に軸方向の接続突起が形成された材料チャンバの斜視図図である。 図６は、ノズル部が接続突起の上の取り付け位置に配置された状態で図５の材料チャンバを示す図である。 図７は、マウスピースがヒンジ結合構造により接続された状態で図１のノズル部を示す図である。 図８は、図７のマウスピースを取り付け段階で示す図である。 図９は、図８に示すマウスピースの側面図である。 図１０は、図７及び図８のヒンジ結合構造を、ヒンジ結合部を中心にしてマウスピースを回した状態で示す図である。 図１１は、図４に示すタップ穴プラグガンの底面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態を、図面を参照してより詳細に説明する。

図１は、タップ穴プラグガン２０をその本質的な構成要素により示す図であり、タップ穴プラグガン２０は、特に図４に示すように、中空の円筒として構成された材料チャンバ２１を備える。材料チャンバ２１は、充填口（図示せず）により材料チャンバ２１に充填されて材料チャンバ２１内でガイドされるピストン２２によって材料チャンバ２１内で圧縮されるプラグ材を受け入れるよう機能し、プラグ材は、ノズル部２３を介して材料チャンバ２１に接続されたマウスピース２４から炉設備（図示せず）のタップ穴に排出される。マウスピース２４は、タップ穴プラグガン２０のこの実施形態では、ノズル部２３から独立している。

ノズル部２３により、材料チャンバ２１からマウスピース２４への移行領域に必要な、タップ穴プラグガン２０の内径の縮小が可能にされており、この目的のために切頭錐体形状とされ、特にこの例示的な実施形態では先が斜めに切り取られたような切頭錐体形状とされている。特に図４から理解できるように、ピストン２２によってプラグ材に加えられる圧縮力から生じる大きな軸力は、タップ穴プラグガン２０が動作しているときに材料チャンバ２１内でプラグ材が圧縮される間に、材料チャンバ２１とノズル部２３との間に形成された接続装置２５に作用する。図６に示すように、接続装置２５は、材料チャンバ２１のチャンバ壁２７の軸方向接続縁部２６に設けられた軸方向接続突起２８と、材料チャンバ２１とノズル部２３とを嵌合接続するためにノズル部２３のノズル壁２９の軸方向接続縁部５４に設けられた接続突起３０とを有する。

特に図５及び図６を組み合わせると明らかなように、ノズル部２３の接続突起３０がノズル部２３の上部３１に形成されるとともに材料チャンバ２１の接続突起２８が材料チャンバ２１の下部３２に形成されていて、ノズル部２３の接続突起３０が材料チャンバ２１に形成された接続突起２８の上に載り、一方側ではノズル部２３の接続突起３０と材料チャンバ２１の上部３４の接続縁部３３との間で、他方側では材料チャンバ２１の接続突起２８とノズル部２３の下部３６の接続縁部３５との間で、径方向の嵌合接続による係合が成立する。

図６と図２を比較すると明らかなように、ノズル部２３は、嵌合接続で係合する直前の相対的な位置（図６）と、嵌合接続で係合した直後の相対的な位置（図２）とが示され、ノズル部２３は、嵌合接続で係合すると、重力の影響の下で材料チャンバ２１に対して相対的な位置が固定される。また、圧縮力がノズル部２３に作用しているときに、図２に示されている相対的な位置を固定するために、嵌合接続係合に加えて、径方向に作用する安全装置３７が設けられている。前記安全装置３７は、対向する水平接続縁部３８，３９（図６）にそれぞれのボルト接続部４０，４１（図１）を有し、前記ボルト接続部４０，４１は、ノズル部２３の接続突起３０の接続縁部３８と材料チャンバ２１の接続突起２８の接続縁部３９にそれぞれ形成された対向する２つの連結タブ４２，４３を、ネジボルト（図示せず）によって接続している。

したがって、ボルト接続部４０，４１は、接続突起２８，３０をその径方向位置に固定し、接続突起２８，３０間で成立した環状接続係合がタップ穴プラグガン２０に発生する圧縮力により解除されるのを抑制し、圧縮力の軸方向成分を吸収する作用をする。

嵌合接続係合を実現するために、ノズル壁２９の径方向内側のノズル部２３の接続突起３０の接続縁部４４には環状部分ウェブ４５（図４）が形成され、前記環状部分ウェブ４５は、チャンバ壁２７の径方向外側の材料チャンバ２１の上部３４の接続縁部４６に形成された環状ウェブ溝４７（図５）に係合している。

また、図４に示すように、ノズル壁２９の径方向外側のノズル部２３の下部３６の接続縁部４８には環状部分ウェブ４９が形成され、前記環状部分ウェブ４９は、チャンバ壁２７の径方向内側の材料チャンバ２１の接続突起２８の接続縁部５０に形成された環状部分溝５１に係合している。

特に図５から分かるように、材料チャンバ２１の接続突起２８に形成された径方向内側の環状部分溝５１は、係合を成立させる間に、環状部分溝５１の向かい合う溝端５２、５３が、ノズル部２３の接続突起３０に形成されて垂直方向に延びる環状部分ウェブ４５の端部のための垂直ガイドを形成するように、１８０°を超える周方向角度に亘って延びている。

特に図３から分かるように、ボルト接続部４０、４１は、接続タブ４２、４３をボルト軸５５に沿って圧入して接続し且つ好ましくはネジボルト７５として構成されるボルトが、接続タブ４２上で垂直に構成される保護ウェブ５７、５８で形成される保護装置５６によって、マウスピース２４に面する側で外部の影響から保護され、同時に接続タブ４２の曲げ剛性を可能にするように構成される。

シールド装置７６は、特にタップ穴プラグガン２０の下方でタップ穴プラグガン２０に対して放出される熱放射に対する保護のために、材料チャンバ２１の下部３２及びノズル部２３の下部３６に配置されている。

特に図７から図１０の一連の図から分かるように、マウスピース２４は、この実施形態ではノズル部２３から独立した構成要素として形成され、マウスピース２４をノズル部２３に接続するためにヒンジ結合構造５９が設けられている。ヒンジ結合構造５９は、それぞれが平行な２つの結合プレート６２，６３で構成された結合プレート構造６４と、一枚の結合プレート６５で形成されたノズル部２３の結合プレート構造６６とを有する対向する２つのヒンジ結合部６０，６１を有し、両結合プレート構造６４，６５は結合ボルト６７により接続されている。

図１０に示すように、マウスピース２４に配置された結合プレート６５は、結合アイレット６９の枠部６８を有する。前記枠部６８は、結合軸７７の方向にくさび状に形成され、結合ボルト６７のくさび部７０（図９）と相補関係のくさび形状を有する。結合ボルト６７がヒンジ結合部６０，６１に配置されたときには、図７に示すように、結合ボルト６７が、ノズル部６３の結合プレート構造６４をマウスピース２４の結合プレート６５に接続し、くさび部７０が結合プレート６５の結合アイレット６９に配置されて結合プレート６５に対して回転しないようになっている。

図７に示す構成では、対向する両ヒンジ結合部６０，６１には、結合軸７７を形成するための結合ボルト６７が設けられ、これによってマウスピース２４は、ノズル部２３に対して固定されて、必要に応じてタップ穴プラグガン２０を前進動作させることによってタップ穴に導入できる。

また、２本の結合ボルト６７の一方がヒンジ結合部６０または６１の一方から取り外されると、マウスピース２４は、例えばメンテナンスするために、ヒンジ結合部６０または６１に残っている結合ボルト６７によって形成される結合軸７７の周りで一側へ旋回させうる。したがって、図１１に示されているように、マウスピース２４は、結合軸７７の周りで一方向または他方向へ選択的に旋回できる。

図１０から分かるように、ノズル部２３とマウスピース２４のそれぞれの対向する軸方向の接続縁部７１、７２の間には係合装置が形成される。前記係合装置は、一方側ではノズル部２３の接続縁部７１に形成された環状ウェブ７３と、他方側ではマウスピース２４の接続縁部７２に形成された環状溝７４から構成され、ヒンジ結合構造５９によってノズル部２３とマウスピース２４との間で成立する接続部の径方向のシールを可能にしている。

環状ウェブ７３は、環状溝７４の断面と相補関係の、切頭錐体形状の断面を有することが好ましい。結合プレート６５の枠部６８と結合ボルト６７のくさび縁部７０とにより可能となったくさび効果により、ノズル部２３とマウスピース２４との間の軸方向のシール力が、結合プレート６５の結合アイレット６９に結合ボルト６７を挿入することによって発生可能になり、前記軸方向のシール力によって、マウスピース２４とノズル部２３の互いに対する効果的なシール位置を実現できる。

Claims (5)

1. プラグ材を受け入れる材料チャンバ（２１）とタップ穴に配置されるマウスピース（２４）とを備え、前記マウスピース（２４）が、ロック解除可能な接続装置によって材料チャンバ（２１）に、または材料チャンバ（２１）に配置されるノズル部（２３）に接続されるタップ穴プラグガン（２０）であって、
   前記接続装置は、ヒンジ結合構造（５９）として実現され、前記ヒンジ結合構造（５９）は、前記ノズル部（２３）の結合プレート構造（６４）を前記マウスピース（２４）の結合プレート構造（６６）に接続し且つ前記結合プレート構造（６４、６６）への接続部から取り外し可能な結合ボルト（６７）をそれぞれが有する対向する２つのヒンジ結合部（６０、６１）を有し、前記結合ボルト（６７）は、少なくとも断面が結合軸（７７）の方向にくさび状のくさび部（７０）を有し、各ヒンジ結合部（６０，６１）の１つの結合プレート（６５）には、前記結合ボルト（６７）のくさび部（７０）を受け入れる結合アイレット（６９）の枠部（６８）が設けられ、前記枠部（６８）は結合軸（７７）の方向にくさび状である
   ことを特徴とするタップ穴プラグガン。
2. 請求項１に記載のタップ穴プラグガンにおいて、
   前記ノズル部（２３）の結合プレート構造（６４）は、それぞれ垂直方向に間隔を空けて配置される２つの結合プレート（６２，６３）を有し、その間に前記マウスピース（２４）の結合プレート（６５）がヒンジ結合部（６０，６１）を実現するように配置されており、前記結合プレート（６５）は、くさび状の前記枠部（６８）を有する結合アイレット（６９）を有している
   ことを特徴とするタップ穴プラグガン。
3. 請求項１または２に記載のタップ穴プラグガンにおいて、
   前記ノズル部（２３）及び前記マウスピース（２４）の対向する２つの軸方向接続縁部（７１，７２）の間に軸方向の係合装置が形成されている
   ことを特徴とするタップ穴プラグガン。
4. 請求項３に記載のタップ穴プラグガンにおいて、
   前記係合装置は、一方の接続縁部（７１）に形成された環状ウェブ（７３）であって、他方の接続縁部（７２）に形成された相補関係の環状溝（７４）に係合する環状ウェブ（７３）を有する
   ことを特徴とするタップ穴プラグガン。
5. 請求項４に記載のタップ穴プラグガンにおいて、
   前記環状ウェブ（７３）は、切頭錐体状の断面形状を有する
   ことを特徴とするタップ穴プラグガン。

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