JPH04231171A - 液体金属の注湯に用いる装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、任意の冶金的コンテナ
から、他のコンテナ、例えば処理容器または輸送容器、
もしくは金属を固化させる閉鎖容器へ液体金属を出湯す
るのに用いる改善された装置に関するものである。関連
のあるコンテナにはとりわけ以下のようなものがある：
精錬炉、電気精錬または処理炉、輸送および合金化とり
べ、連続鋳造用タンデッシュ等。液体金属を注湯するの
に用いる装置は、ストッパーロッドの補助により開閉す
る従来の排出ノズルとすることができる。しかしながら
、最近では、冶金学者は、次第に、以下で一般的にスラ
イドゲートバルブと呼ぶ、種々の既知の型の滑動または
回転ゲートノズルまたはバルブを用いている。

【０００２】

【従来の技術】冶金学においては、むしろ大きな重要性
が、溶融金属を排出する間溶融金属の流れを一時的に制
限するのに用いる種々の漏斗状出湯口に付随する。この
理由は、操作者に対する危険をできるだけ最小にして上
記取り扱いのすべてを実現し、更に種々の操作のできる
だけ良い歩留りを達成する立場にあることは避けられな
いという事実のため、生物工学的または経済的理由のみ
ではなく；ノズル及びストッパーロッド装置またはスラ
イドゲートバルブが、それらを使用する間挙動している
様子から得られる金属工学的結果、すなわち出湯口の流
出流の流路で集束されている金属の流れの形状に考慮が
はらわれなければならない。極めて特殊な処理がスパッ
ター噴射を必要としない場合には、一般に冶金学者は、
密閉し平滑な層流の流出流を得るために、必要なあらゆ
る努力をする。しかしながら、実際このことはあまり容
易ではなく、しばしば「傘状ジェット」と呼ばれるスパ
ッター開放の乱流のジェットが、極めてしばしば、注湯
の開始点または排出作業中に得られる。現在まで「傘状
ジェット」の発生する理由が正確に知られていなかった
が、冶金学者はこの現象の有害な冶金学的効果を十分知
っていた。

【０００３】従って、鉄または鋼の製造工業においては
、並びにインゴット鋳造の従来の鋳造の分野また連続鋳
造の分野において、乱流はかなりの量の空気を取込む。 この結果、金属、現在の場合では鋼が酸化される。 流れの外面の酸化の結果、最終生成物中の包含物が増加
し、従って金属の内部純度の程度に悪影響を及ぼし、他
方では最終生成物の性質およびその変形可能性に影響を
及ぼす。インゴット鋳造の場合、乱流は、さらにインゴ
ット型の内部において、泡形成および跳ね上がり（ｓｐ
ｌａｓｈｉｎｇ）　を引き起こす。上方に突出した金属
の滴が、インゴット型の壁面におり悪く凝固し、ロール
掛け欠陥および障害となる表面の不十分な質の原因とな
る。連続鋳造を行う間に、自由な、または無保護の流出
流の場合、また浸潰された、または保護された流れの場
合、金属は型の上部に乱流により流入すると、メニスカ
スを多少とも一定、不動に保持することが不可能になる
。この結果、スラグの無制御のかじりを発生し、鋳造ス
ラブ、ブルームまたはビレット上に対応する表面欠陥が
生じ、並びに鋼中に酸化物の包含物が生じる。

【０００４】乱流の流出流条件によりこれ等が無制御に
おこることは冶金学者をいくらかの経験的防止対策をた
てるように導いた。例えば、「ノズルの長さ」と「排出
口の直径」との種々の比を有するノズルを用いること、
またはノズルの所定の部位、特に可動部位の形状及び組
成を改善すること、または摩耗しやすいノズルの部分を
頻繁に交換することが提案されてきた。

【０００５】さらに特に、カナダ国特許第１，２００，
３８４　号には、スチールショップ（ｓｔｅｅｌ−ｓｈ
ｏｐ）とりべの湯出し口に用いる完全な滑動する閉鎖装
置が開示されている。この装置は、円形横断面を有する
通路を示す上部及び正三角形の横断面を有するオリフィ
スを備える可動性の下部を有することを特徴とする。そ
の三角形の下部は小さく、装置の上部の円形通路の直径
とほぼ等しい寸法を有する一方、三角形の二等分線は装
置の開放及び閉鎖通路と一致する。閉鎖の点から見て装
置の下部の可動性ノズルを有する部分は、正三角形の頂
点の方向に動く。このことは、装置の開放並びに閉鎖も
同様に、中断する手順におけるジェットの端部または発
生させる過程におけるジェットの開始部がそれぞれ極め
て重要であることを意味する。実際、装置の上方の固定
部に通す前の下方の可動ノズルを有する部位の通路の中
間は、おおいのない全流出部の半分である。流れの消失
または発生は、ノズルの横断面の形の頂点と同様のＶ字
形を有するトラフ溝に導かれる。これらが流出するに従
い、それでもやはりこれらの流れは極めてしばしば乱流
及び重大なスパッターを引き起こす。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】従って、これらの全て
の欠点、それらの冶金学的性質の欠点の如き実際の性質
の欠点を回避するため、本発明の目的は、任意の連続的
または不連続的操作条件下で層流型の流出流を発生させ
ることができ、この結果鋳造生成物の表面の欠陥及び内
部の不完全さの頻度及び重大さを減少させる改善された
注湯装置を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この目的は、金属の流出
流の通路が漸次開く間に、金属の流出流に用いられる排
出流路の表面により形成される注湯装置の有効な断面が
最初小さく保たれており且つその長さの少なくとも著し
い部分に亘って排出流路が、成形した活性部分を備え、
この成形した部分のプロフィルが流路の末端までのび、
３個ないし４個の分枝を有する星の形状に匹敵する形状
を有しており、これらの分枝の底部（ｇｒｏｕｎｄｓ）
　が流出流の方向に軸方向に延在し、金属の流出中に金
属のガイドとして作用することを特徴とする注湯装置に
より十分に達成される。

【０００８】本発明の可能な例においては、星状プロフ
ィルの分枝の底部、すなわち星状物の腕部の半径の放射
状の端は、トラフ溝のようなある方向に、金属が排出さ
れる流路の方向で軸方向に延在している。排出流路の場
合によりプロフィルされておらず、時として外側へ開い
ている上部は別として、そのプロフィルは流路の長さの
ほとんどの部分にわたり延在しており、いずれの場合に
おいてもそれは丁度流路の端部まで達する。星状の形状
のプロフィルの前述の半径は、３個の分枝を有する星状
物の場合は鋭角を、４個の分枝を有する星状物の場合は
直角を画成し、後者の分枝は正方形または長方形の断面
の底部を有している。このことは、その断面が実際ほぼ
三角形及び十字形であることを意味している。操作中、
これらの形状は腐食のために丸みを帯びる。しかしなが
ら、これ等の装置を製造する間、３個または４個の半径
を有する星状物の軸方向のトラフ溝の底部が丸みを帯び
ることは予知し得るが、一方星状物の分枝の交さ壁は、
三角形のプロフィルの場合鈍角を、十字形のプロフィル
の場合直角を画成する。不十分な耐摩耗性材料を選択す
る場合、及び十字形のプロフィルの縁部が、多少とも正
方形プロフィルが形成されるまで浸食される場合、本発
明の特定の評価による有益な効果は完全に失われる。

【０００９】スライドゲートバルブの下方の面における
排出流路のプロフィルが，滑動あるいは回転する装置の
可動部に対してプロフィルの先の鋭い縁部が、スライド
ゲートバルブのそれぞれの部位の相対的な開口運動が行
われる間第１に開くような方法で向きが定められる場合
、最良の結果で達成される。プロフィルされた流路と共
にノズル部を有する下方の面が可動部である場合、上記
の傾斜した縁部は結果的にはほぼ運動方向を向くが、一
方上方の可動面が装置の閉鎖部を構成する場合、上記縁
部は運動の方向と反対方向を向く。十字形のプロフィル
の場合、十字形の軸は孔閉鎖方向に関して、例えば４５
°のような所定の角度だけ回転することができる。その
下部のプロフィルにおけるスライドゲートバルブの上方
部における通路のプロフィルを予測する場合、及び可動
部が、開いている流路の正確に半分をおおっている場合
、排出流路のプロフィルされた断面が尚半開であること
よりはるかに離れており、位置が装置の他の部位におけ
る通路の円形断面と同一であることがわかる。これに反
して、カナダ国特許第１，２００，３８４　号の装置の
流出部の断面の少なくとも５０％は、２つのゲートが開
いている流路の距離の５０％をおおっている場合、むき
出しである。

【００１０】本発明においては、排出流路の入口におけ
るプロフィルの面積が、流れがノズルから流出するレベ
ルにおけるプロフィルの面積と少なくとも等しく、第１
に指定した面積が最後に指定した面積よりも好ましくは
１０％〜１５％大きいことも予測できる。ストッパーロ
ッド装置により密閉されたノズルを用いる場合、ノズル
部の上面はストッパー用の座を備え、この座はストッパ
ーの形状に対応した丸い縁部を有し、流路の直径の平均
値より大きい。しかしスライドゲートバルブの場合には
、また排出流路の上端部は広がっている場合があり、一
方下部にプロフィルされた部位は一定の直径を有するの
がよい。後者の場合においては、装置の上部の排出流路
におけるプロフィルの面積と、装置の下部のプロフィル
の平均面積との比は、成形した排出部そのものの上部と
下部とのプロフィルの面積の比に対してすでに引用した
範囲内で多少変化する。このことは横断面が装置の全長
に亘って一定ではなく、装置の上部から流出側まで減少
することを意味する。

【００１１】本発明の装置により得た実際的結果及び従
来のスライドゲートバルブと新規なスライドゲートバル
ブの両方について実施したシミュレーション研究の詳細
な分析結果により、流出流の破裂及び「傘状流」の形成
の現象のより深い洞察力が得られ、これらの両方の現象
は、現在シュミレーションにより再現しやすい。従って
、流れの破裂には２つの相が存在する。すなわち：−装
置のノズル部が漸次開く初期段階において、初期の流れ
はまだ不均一、不均衡であり、流出流路は一部が液体金
属で満たされているにすぎない。金属のスパッター及び
滴が発生するが、実際の流れも「傘状流」も形成しない
；−ゲートが十分開いた（約５０％）場合、流出流ジェ
ットが多少集中するが、円形または長円形の排出流路を
有する従来の装置の場合にはジェットは常に高速で回転
している。金属の表面張力が、流れを密着、密閉させて
おくのに十分高くない場合、回転は正接に従って直線的
運動に変換し、「傘状流」がノズルの出口の下方約１５
〜２０ｃｍの位置に発生する。

【００１２】金属の排出ノズルへの不均衡な流入に主と
して起因する第１の現象を完全に回避することが不可能
であるが、これに対し本発明によると、流出流路の特定
の星形のプロフィルの分枝の１つにスライドゲートバル
ブのゲートの開口運動に関する特定の方向づけを与える
ことによりほぼ消失させることができる。上記の分枝は
、鋳造の初期において、従来の鋳造と比較してより小さ
く効果的な流出流断面があり、その後自由な流れが突然
ではなく徐々に大きくなっていくように方向づけられる
。しかしながら、最も顕著な改善は、生成物の内部及び
外部のほとんどの欠陥の明らかに原因となる、「傘状流
の形成」である最も考慮すべき不安の分野において達成
された。流れの回転のすでに述べた抑制の結果として、
鋼が装置のノズル部の排出流路に直線方向にでてくるよ
うにする軸方向案内を達成することができる。これは、
流出流路に入る金属が、孔と異なった方向を向く隅部に
集中し、この孔を通って金属が横方向に流れて上記流路
に流入するという事実によるものである。このようにし
て、流入する金属流は、円形以外のプロフィルされた流
路の断面または部分で供給され、流出流の流れの回転は
好首尾に回避することができる。ここで、プロフィルさ
れた流路のあまりに重大な腐食のために、回転をそのよ
うに完全に消失させることができない断面形状にするこ
とができることは容易に理解できる。このことはまた、
ほぼ十字形及び三角形のプロフィルの中では、三角形の
形状がわずかにより効果的である。実際、三角形の流路
断面の軸方向に延在する溝は、腐食によりあまり速くす
り減らされることのなくさらにはっきりした突起部およ
び／または深さを有することができる。その事態は、十
字形の流路の断面ではいくらか異なる。後者は、材料の
重大な腐食が十字形の突出した内側縁部の急速な摩耗を
引き起こすのでほぼ正方形の流路で終わる。この場合、
鋳造終了に向って、流れは次第に正方形になっている流
路内で十分よく案内されず、回転の抑制もよりはっきり
しないものである。上記の十字形のものについては、材
料の耐腐食性は、鋳造条件がこの耐性に依存するもので
あるため、結果的に特に重要である。

【００１３】これらの説明を考慮に入れて、注湯装置は
、流出流路の全長に亘ってその断面の特定の幾何学的形
態を必ずしも表わさないようである。しかしながら、注
湯装置の流出流路の端部がこの幾何学的形態を示すこと
は、最も顕著に重要である。一般に成形断面は、上記長
さの少なくとも５０％、好ましくは７５％以上にものぼ
る流路の全長の一部分に亘って延在する。流路の形状が
耐食性であってその結果鋳造時間の終りに向ってさえも
流出流路のプロフィルされた断面の形状が、流れの回転
及び「傘状流」の発生を回避するために十分釣り合いの
とれた形状を保持することも重要であることはすでに述
べた。

【００１４】他方、有効な横断面の表面を、完全に慣例
的な注湯装置の標準的な横断面の表面と比較して一定比
率以内に保持することも推薦される。実際、この断面は
、丸い断面の従来の流出流の標準の断面の約４０％以下
であってはならず、上記の指示プロフィルの１２０　％
以上であってはならない。

【００１５】本発明の記載に従って流れを案内する成形
した流路部位を有しない装置のそれらの部位の腐食が特
に絶対的なものでないことが確立された。これは、例え
ばスライドゲートバルブの下部のゲートの上方縁部に対
してあてはまる。事実、流出流路部への入口の断面積が
このレベルで増加し、一方ノズル部の全長が当然一定に
保持された場合、流出流のわずかに円すい状の形状は、
拡大しているためいくらかさらに重要となる。しかしな
がら、この場合、「傘状ジェット」の形状はない。この
ことは、丸い通路を有する上方ゲートから３〜４個の分
枝を有する星形プロフィルを有する下方ゲートへの移動
のレベルにおいては乱流であるという事実により、可動
板の腐食が従来の装置に対するより重大となるため、極
めて好ましいことである。この摩耗は、成形した流出流
の流路部への入口を構成するセクターが円形を保持して
いる場合、余り重大でないことは勿論である。すでに述
べた通り、これは、流れの回転の妨害及び「傘状流」の
発生の抑制により生ずる特定の効果を減少させない。

【００１６】従来の注湯装置の場合には、流れが常に、
円形または多角形の流出流路中で回転し、従って破裂し
やすい傾向があるため、流れの破裂が常に危険を発生さ
せるが、本発明の装置を用いた場合には、この危険は存
在しない。鋼のインゴット鋳造に関連してスチールショ
ップにおいて行われる第１の試験により、それぞれの加
熱の２つの第１のインゴットについて、一定規模から成
る表面欠陥の５０％までの低減が直ちに示された、一方
完全な加熱において、全てのインゴットについて表面欠
陥の低減の平均値は２０％以上であった。

【００１７】次に本発明を図面により説明する。図１に
示すように、星形流路のプロフィルは、丸みをつけた分
枝底部２１、すなわち半径の端部を有するのが好ましい
。 かかる分枝の底部は、さらに耐火物製造機により、プロ
フィルが細線１により外形を示した正三角形のとがった
端１１より容易に製造できる。太線２で表わされる形の
３つの側部は凹形のくぼみを示す。側部の凹部２３は、
正三角形のプロフィル１の対応する側壁と比較して３〜
４ｍｍにのぼる。いずれの場合においても、そのプロフ
ィルの１つの分枝の半径または中心線は、少なくとも１
つの可動部を有するスライドゲートバルブの部位の相対
的な動きの軸と一致する。図示した例においては、下部
３は可動性であり、右側の分枝の中心線は滑動する方向
を向いている。事実、ゲートを開くことを達成する観点
から、部位３は、円形の通路を有する固定上部４及びそ
のオリフィス５の方向へ動く。

【００１８】図２の左側の部分において、流出流路の上
部の少なくとも最初の数ミリメートルが円形の断面を示
すことは、明らかに平面図上で下方の面３のレベルが突
出する結果である。しかしながら、下部は流出流のレベ
ルまで達する星形の断面２を有している。この場合にお
いて、流れの案内は開く板のすぐ下で開始するのではな
く、わずかに下方のレベルで開始し、ノズルの最終の成
形部まで連続する。

【００１９】図３は、流出流路の成形した断面６が十字
形をしている以外は図２のものと類似した図を示す。図
に示されるように、十字形の分枝の端部は、角ばった角
を有する代わりに丸みをつけることができる。この場合
も、流出流路の最上部は、わずかに下方のレベルにおけ
る十字形の部分６に変わる円形の断面５を有するのが好
ましい。図示した形の直径はプロフィルされた流出流路
部の全長に亘って一定の値を有するが、入口の円形の断
面積は出口の断面積よりわずかに大きい。

【００２０】本発明のこの新しい概念は、冶金学的容器
からの金属及びスラグの急速な流出の間、または液面が
急速に低下する大きな表面積を有するコンテナからの液
体を注湯する間、重要な役割を有する、少なくとも１つ
の付加的な利点を有する。これは、一方ではスチールプ
ラント（ｓｔｅｅｌｐｌａｎｔ）転炉の場合であり、他
方では連続鋳造タンディッシュの場合である。事実、本
発明における断面の形状の回転防止効果は、あまりに重
大な流出渦の生成を防止する。従って、渦が生じること
が許されないため、渦の中心から流し込まれる円すい形
のスラグまたは空気はなく、一般に初期段階において停
止して空にし、これに対応する金属及び生産性の損失を
受ける必要はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】三角形の断面のプロフィルと共に、３個の分枝
を有する星状物の断面を示す図である。

【図２】入口の高さに円形のプロフィルを有する下部及
び下方の高さに星形の断面を有する下方可動板の平面図
である。

【図３】成形した排出流路のプロフィルが十字形である
こと以外は図２のものと同様の下方可動板の平面図であ
る。

【符号の説明】

１　　三角形のプロフィル ２　　星形の断面 ３　　下部 ４　　上部 ５　　上部の排出溝の断面 ６　　排出口の成形した断面 ２１　　枝分かれの底部 ２３　　側方の凹部

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　金属の流出流の通路が漸次開く間に、
   金属の流出流に用いられる流出流路の表面により形成さ
   れる注湯装置の有効な断面が最初小さく保たれており且
   つその長さの少なくとも著しい部分に亘って流出流路が
   、成形した断面（２，６）を示す活性部分を備え、この
   成形した部分が流路の末端までのび、３個（２）ないし
   ４個（６）の分枝を有する星の形状に匹敵する形状を有
   しており、これらの分枝の底部が流出流の方向に軸方向
   に延在し、金属の流出中に金属のガイドとして作用する
   ことを特徴とする液体金属の注湯に用いる装置。
2. 【請求項２】　　３個の分枝（２）を有する星状の断面
   プロフィルの分枝の中心線が鋭角を画成し、そのプロフ
   ィルがほぼ三角形であることを特徴とする請求項１記載
   の装置。
3. 【請求項３】　　４個の分枝（６）を有する星状の断面
   プロフィルの分枝の中心線が平角を画成し、そのプロフ
   ィルがほぼ十字形を有することを特徴とする請求項１記
   載の装置。
4. 【請求項４】　　流路の軸方向に延在するトラフ溝を有
   する流路の断面の活性プロフィルが流出流路の長さの最
   大部に亘り広がっており、いずれの場合においても上記
   流路の下部を占有していることを特徴とする請求項１，
   ２または３記載の装置。
5. 【請求項５】　　軸方向のトラフ溝の底部が丸みをつけ
   られ、それらの交差部において分枝の半径が鋭角から平
   角までの範囲内にある角を画成していることを特徴とす
   る請求項１〜４のいずれか１つの項に記載の装置。
6. 【請求項６】　　ノズルの下部における流出流路の横断
   面のプロフィルが、装置の上部に関して、プロフィルさ
   れた横断面の鋭い縁部または小さい端部が第１に上部及
   び下部（３，４）の一方の他方に関する相対的な動きを
   行う過程で開くことを特徴とする請求項１〜５のいずれ
   か１つの項に記載の装置。
7. 【請求項７】　　流出流路の横断面積が、円形の横断面
   を有する対応する従来の注湯装置の横断面積の４０％〜
   １２０　％であることを特徴とする請求項１〜６のいず
   れか１つの項に記載の装置。
8. 【請求項８】　　装置の下部３における流出流路２，６
   の入口及び出口における断面積比が１〜１．５　の範囲
   内であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１つ
   の項に記載の装置。
9. 【請求項９】　　可動滑動部または回転部を有する装置
   の上部（４）と下部（３）の断面積比が１〜１．５　の
   範囲内であることを特徴とする請求項１〜７のいずれか
   １つの項に記載の装置。