JPH08197209A - 溶融金属侵入の検知構造を有するストッパー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 溶鋼閉塞用に使用するストッパーの、損耗や
棒切れをいち早く検知し、溶鋼の汚染防止を達成し、且
つ、実質的に限界寿命を伸ばすことができるストッパー
の提供。 【構成】 ストッパースリーブの耐火物中に、絶縁体で
被覆され耐酸化性を有する材質の検知線を、ストッパー
の芯金周囲から半径方向へ耐火物の肉厚の２／３以下に
なるよう配設した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶湯容器に設けられた
溶融金属流通ノズルのノズル孔閉塞用のストッパーに関
する。

【０００２】

【従来の技術】製鋼工程における連続鋳造設備において
は、鋳込初期にタンディッシュノズル、浸漬ノズル等の
ノズル孔を閉塞して溶湯容器内の溶融金属（以下溶鋼と
言う）を留めるためのストッパーが使用されている。

【０００３】通常、このストッパーは、図７および図８
に示すように、円筒状金属からなる芯金２の周囲を耐火
物４によって被覆してスリーブ部分とし、先端にＢネジ
リング３によってヘッドれんが７を取付けた構造を有す
る。この耐火物４が、図７のようにれんがである場合
は、冷却過程において熱的スポーリングによる割れが発
生して１回のみの鋳造でその寿命が終わるため不経済で
ある。

【０００４】このため、例えば、特開昭６０−８２２５
６号には、図８に示すように、芯金２の周囲にＶ型スタ
ッド１１を設け、スリーブ部分の耐火物４を不定形耐火
物によって形成することによって、この部位の繰り返し
使用を可能したストッパーが開示されている。

【０００５】しかし、何れにせよ、ストッパーは使用中
に亀裂部或いは溶損部等から溶鋼が侵入し、芯金を溶か
す棒切れ現象を発生させる問題を抱えており、信頼性は
充分ではない。この棒切れ現象の発生は、ストッパー本
来の使用目的である湯留め機能を失い、最悪の場合には
漏鋼事故につながる危険をはらんでいる。

【０００６】また、棒切れは、芯金の空冷ガスとして用
いている空気の溶鋼中への混入による溶鋼汚染も併発さ
せる問題を有している。

【０００７】この溶鋼の侵入時期は正確に把握できない
ことから、実際は亀裂あるいは溶損が起こる前に交換し
て限界寿命まで使用しない状態で、これがコストの極少
化を追求できないといった問題がある。

【０００８】この溶鋼の侵入を検知する構造が、実公昭
４６−２３３０２号公報に開示されている。これは、耐
火煉瓦内に圧力流体の供給細管を配置し、れんがの亀裂
あるいは溶損の進行を細管内の流体圧力の変化によって
検出したり、また、溶鋼の侵入による細管内の圧力上昇
を検知するものである。しかしながら、この検知装置は
圧力流体として空気、窒素、油等を使用しているため、
細管破裂が発生した時などの空気による溶鋼汚染の発生
やコスト高になる等の問題点がある。

【０００９】また、例として、この圧力細管に代えて、
ストッパー煉瓦中に熱伝対のような温度検出端子を埋め
込み、温度変化による煉瓦の溶損を検知する方法がある
が、検知精度を上げようとすると、多量の端子を必要と
してコスト高となり、コスト面から配線を単純にして端
子の数を減らすと、局部溶損を検知できないという問題
があることを述べている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、スト
ッパーを構成する耐火物の損耗，亀裂部からの溶鋼の侵
入を事前に察知して棒切れ状態を未然に防ぎ、漏鋼事故
や溶鋼の品質低下を防止するとともに、耐用度の限界ま
で使用できるストッパーを提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、芯金周囲に設
けた耐火物中に検知線を配設し、この検知線によって耐
火物に発生した亀裂から侵入する溶融金属を検知する溶
融金属侵入検知構造を有するストッパーにおいて、前記
検知線を絶縁体で被覆され耐酸化性を有する材質から形
成し、且つ、前記検知線はストッパーの芯金を中心に周
囲に設けた耐火物の半径方向への肉厚の２／３以下にな
るように配設したことを特徴とする。

【００１２】ストッパーで使用するスリーブ部の不定形
耐火物において発生する亀裂は、熱的スポーリング、或
いは芯金と耐火物との膨張差等が起因しており、その形
態は軸方向に対しほぼ直角に入る横亀裂の場合が殆ど
で、溶鋼はこの横亀裂部を侵入経路として耐火物中に侵
入するものであり、侵入深さが浅い場合は周方向により
バラツキがあり一定でないものの、芯金からの耐火物の
肉厚の約２／３以上内部に侵入した場合は、概ね一定の
深さで侵入する。

【００１３】この理由として、ストッパー自体が円筒形
状であるため、 同一の深さでは温度が一定であること、 耐火物が横亀裂の発生によつて軸方向に分断された
時の亀裂幅は、ストッパー自体に横方向の応力が作用し
ないため一定になる、 等が挙げられ、溶鋼は外周部から内部に向かってドーナ
ツ状で一定の深さで侵入するものと推測される。

【００１４】本発明で、芯金の軸線方向に沿った検知線
の配設本数は、基本的には１本で良いことになるが、実
際的には、バラツキ及び不確定要素の影響による漏鋼事
故防止も考慮すると、最低でもある配設間隔で対面に更
に１本必要となることを考慮しての有効配置を見いだし
たものである。

【００１５】検知線を埋設するスリーブ部の耐火物とし
ては、不定形耐火物を使用する。

【００１６】検知線の直径は、強度，耐火物中への埋設
等を考慮しｌ〜６ｍｍが良い。ｌｍｍ未満の場合は強度
が低く、集中応力が作用した場合、断線し易く、さらに
酸化損耗する影響が強く出てくる。また、６ｍｍを超え
ると剛性が強いため、所定の位置に設置するのが錐し
く、さらに、この検知線を起点として耐火物に亀裂を誘
発し易くなる等の問題が生じる。

【００１７】検知線の埋設位置が、芯金からの耐火物の
肉厚の２／３を超えた、稼働面に近い場合は、溶鋼が侵
入方向に対し凹凸状に侵入して、検知漏れを生じること
も考えられ、信頼性にかける。また、例え検知できても
検知時期が早すぎるため、ストッパーが限界寿命まで使
用できず不経済である。更に、材質が耐酸化性とは言え
限界を超える場合は酸化損耗により断線することもある
ため好ましくない。

【００１８】検知線を配設する間隔は１０〜３００ｍｍ
が良く、１０ｍｍ未満の場合は過剰になりすぎ不経済で
あり、更に耐火物内部を周方向に分割するようなリング
状の亀裂を発生させ、剥落し易くなる。また、３００ｍ
ｍを超えると配置した間隔が広すぎるため、検知漏れが
生じる恐れがある。

【００１９】検知線の固定方法は、既設のスタッドに固
定すれば良いが、検知線の配置箇所と同一となる埋設位
置に、類似したスパイラル状または波状のスタッドを併
設して、それに固定する方が、所定の位置に正確に配置
し易くなるので望ましい。

【００２０】検知線の材質は、耐酸化性で導電性を有
し、絶縁体で被覆することによりスタッドや芯金に漏電
する事を防ぐ。絶縁体はセラミックポリマー等の耐熱性
があるものを使用することで、熱間での検知線の漏電防
止効果が持続する。

【００２１】検知線の耐酸化性を有するとは、酸化増量
率が低いこと言い、具体的にはナイクロシル−ナイシル
線、アルメルクロメル線、ニクロム線、ＳＵＳ４３０、
ＳＵＳ３０４等のステンレス鋼及びステンレス合金の金
属線を用いることができ、特に導電性に優れたナイクロ
シル−ナイシル線、アルメルクロメル線、ニクロム線が
好ましい。

【００２２】

【作用】このストッパーを溶鋼中に浸漬させ、耐火物中
に埋設した検知線に電気的回路を形成させることで電気
抵抗値の変化をとらえ、亀裂等から侵入した溶鋼と検知
線との接触で溶鋼の侵入度と損耗状況を検知することが
できる。

【００２３】

【実施例】

実施例１ 添付の図１は、本発明の検知線埋設構造の例を示す。同
図において、前述の従来のストッパーを示す図７と図８
と同一部分は同一符号によって示しており、ストッパー
１は、検知線６を芯金２の外周に４０ｍｍ間隔で設けた
スパイラルスタッド５と併置して、耐火物４中に埋設し
て設けられている。

【００２４】図２は図１におけるスパイラルスタッドへ
の検知線の取り付け構造を示し、図３は図２の検知線の
取り付け構造の拡大断面を示す。これらの図において、
検知線６は他の部材と接触しないように絶縁体２１で被
覆され、断熱材８を被覆したスパイラルスタッド５に針
金９を用いて固定している。このスパイラルスタッド５
と検知線６を一体的に取付けた芯金２に、不定形耐火物
で施工して耐火物スリーブ４を形成し、乾燥ののち、先
端にＢネジリング３とヘッドれんが７をはめ込んでスト
ッパー１を得た。

【００２５】実施例２ 図４は、心金２に設けたスタッドとして波状スタッド１
０を使用し、この波状スタッド１０に沿って検知線６を
耐火物中に埋設した状態を示す。検知線６の取り付け
は、実施例１の図２に示す場合と同様に行った。

【００２６】表１に、上記実施例１でその材質と埋設位
置を変化させたものの例をその１〜４として、また、実
施例２は図４の態様を示す。また、同表には、各比較例
と対比して示す。

【００２７】比較例としては、図７に示すスリーブ４に
れんがを使用した例を比較例１として、図８のスリーブ
４にＶ型スタッド１１で補強された不定形耐火物を使用
した例を比較例２に示す。また、比較例３〜５は、それ
ぞれ、検知線６が１ｍｍ未満の径で１０ｍｍより狭い間
隔で配設したもの、検知線６の埋設箇所が芯金から２／
３を越え稼働面に近い場合、検知線６の径が６ｍｍより
大きい場合の例を示す。

【００２８】

【表１】 以下、これらのストッパーを用いて実機試験を実施した
状況を述べる。

【００２９】図５は、この実機試験における概況を示す
全体図である。同図において、ストッパー１は、タンデ
ィッシュカー１３上に載置されたタンディッシュ１２の
底部に配置された鋳造用ノズル２０の上方に配置されて
いる。１４は鋳造用ノズル２０の下方に配置されたモー
ルドを示す。１５は電源、１６は抵抗部、１７は電圧変
化検出回路、１８はラッチ回路、１９は警報器を示し、
ストッパー１に埋設した検知線６を電極（イ）とする回
路からなる検知機構を示す。

【００３０】この検知機構は、溶鋼が固化した鋳片まで
連続的に鋳造されている条件では、通常鋳片からモール
ド１４等を経由してタンディッシュカー１３や柱等の構
造物に接触しているので、構造物はアースとなり電極
（ロ）として利用される。両電極間に電圧をかけ、抵抗
部１６を直列につなぎ、抵抗部１６の両端の電圧を電圧
変化検出回路１７で監視する。ストッパー１の亀裂部等
から溶鋼が侵入し、溶鋼と電極（イ）が接触すること
で、それまで耐火物によって絶縁されていて電極（イ）
と電極（ロ）が連通し、抵抗部１６に電流が流れる。こ
れを電圧変化検出回路１７の電圧メーターリレーで検出
することで、ストッパー１への溶鋼の侵入を検知するこ
とができる。

【００３１】このような抵抗部１６に加わる負荷電圧の
変化（ＯＶ→印加電圧近傍）は電圧メータリレーである
閾値以上としてドライ接点出力されるが、電極（イ）は
溶鋼との接触以降に異常（断線等）が発生した場合には
接点出力は継続されないので、接点信号のラッチ（保
持）回路１８を後段に儲けておき、一旦溶鋼の侵入が発
生したら警告器１９で警告し続けるようにする。リセッ
ト条件は、例えば鋳造終了時等を充てる。

【００３２】電圧変化の検出の際にサージなど過渡的な
瞬時ノイズが考えられる場合には、ＣＲ回路等によるロ
ーパスフィルタを前段に挿人することで解決できる。

【００３３】また、電極（ロ）としてアースが取れない
場合は溶鋼中に耐熱性、耐酸化性に優れた導伝性棒（Ｚ
ｒＢ₂ 棒、モリブデン合金等）を浸漬させ、これを電極
として電気的回路を形成させれば良い。表Ｉの結果か
ら、本発明の溶鋼侵入検知構造を用いることで、溶鋼の
侵入を所定の位置で確実に検知することができると言え
る。また、従来の不定形ストッパーは棒切れ事故防止の
ため５キャストの計画止めを余儀無くされていたが、本
発明のストッパーは、耐火物の損傷に起因した限界寿命
まで操業上安心して使用することが可能になったため、
その耐用は１０キャストと、従来に比較し２倍程度に向
上することができたといえる。この検知構造によれば検
知線は１本でよく、熱電対埋設等のように多数の端子を
必要とせず経済的と言える。

【００３４】局部溶損を考慮する場合は検知線は密に配
置した方が良く、この対策として配設間隔を前記で示し
た範囲内で限りなく密にすることが挙げられるが、この
他に図６に示すように、スパイラル状で同一配設間隔と
し、芯金の軸線方向で同一高さに検知線６が２箇所に入
るように斜めにひねった状態で配設しても良い。更に、
検知線用材質としてＳＵＳ４３０、ＳＵＳ３０４も同様
に用いてみた結果、充分使用できることが判った。

【００３５】

【発明の効果】本発明によって以下の効果を奏する。

【００３６】（１）ストッパーの損耗、亀裂による溶鋼
の侵入を事前に察知して、棒切れによる事故防止を図る
ことができ、漏鋼事故や、芯金空冷ガスとして用いてい
る空気の溶鋼中への混入を防ぎ溶鋼汚染もなく品質低下
を防止できる。

【００３７】（２）溶鋼の侵入時期を明確に検知できる
ことから、限界寿命まで使用でき、ストッパーの耐用度
の限界を見きわめて低コスト化を図ることができるとと
もに、操業上特別な費用をかけずに溶鋼の侵入を所定の
位置で確実に検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 検知線をスパイラルスタッドと併置した状態
を示す第１の実施例を示す。

【図２】 図１におけるスパイラルスタッドへの検知線
の取り付け部を示す。

【図３】 図２における検知線の取付け構造を示す。

【図４】 検知線を波状に埋設した状態を示す第２の実
施例を示す。

【図５】 ストッパーを用いた実機試験の全体図を示
す。

【図６】 図１における検知線を斜めにひねり、軸方向
の同一高さで２箇所に埋設した他の実施例を示す。

【図７】 れんがを用いた従来のストッパーの断面構造
を示す

【図８】 不定形耐火物を用いた従来のストッパーの断
面構造を示す。

【符号の説明】

１ ストッパー ２ 芯金 ３ Ｂネジリング ４ スリーブ ５ スパイラルスタッド ６ 検知線 ７ ヘッドれんが ８ 断熱材 ９ 針金 １０ 波状スタッ
ド １１ Ｖ型スタッド １２ タンディッ
シュ １３ タンディッシュカー １４ モールド １５ 電源 １６ 抵抗部 １７ 電圧変化検出回路 １８ ラッチ回路 １９ 警報器 ２０ 鋳造用ノズ
ル ２１ 絶縁体

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 稲岡 数磨 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 新 日本製鐵株式会社内 (72)発明者 松井 泰次郎 東京都千代田区大手町二丁目６番３号 新 日本製鐵株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 芯金周囲に設けた耐火物中に検知線を配
   設し、この検知線によって耐火物に発生した亀裂から侵
   入する溶融金属を検知する溶融金属侵入検知構造を有す
   るストッパーにおいて、前記検知線を絶縁体で被覆され
   耐酸化性を有する材質から形成し、且つ、前記検知線は
   ストッパーの芯金を中心に周囲に設けた耐火物の半径方
   向への肉厚の２／３以下になるように配設したことを特
   徴とする溶融金属侵入の検知構造を有するストッパー。