JP4359277B2 - ノズル状耐火物の減厚量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、取鍋やタンディッシュに装着されるノズル状耐火物の減厚量を熱間で測定する減厚量測定装置に関するものである。

従来、転炉や電気炉で溶解精錬された溶鋼を一時的に貯留して例えば連続鋳造設備まで運搬する際に取鍋が使用されている。この取鍋に貯留された溶鋼はその底部に設けられたスライドプレートを開くことにより、取鍋内に配置された上部ノズルおよび取鍋底面から垂下された下部ノズルを通じて鋳型内に注入されるようになっている。

上部ノズルは、通常、耐火物を筒状に成形したものから構成されているが、溶鋼がその筒孔内を高圧で流れることによって、あるいは溶鋼排出後に異物を除去するため酸素で洗浄されることによってノズルの厚みは次第に減少していく。

上部ノズルにおいて減厚が拡大すると、上部ノズル内を流れる溶鋼流に乱れが生じたり、注入時間が変化して製品の品質に影響を及ぼすことにもなることから、上部ノズルは減厚の進行に応じて交換する必要がある。

ところが、上部ノズルの減厚程度は熟練経験者が目視で確認したり、或いは、厚みが既知のものを上部ノズル内に挿入して減厚量を推定しているのが現状であり、必ずしも均一に減厚するとは限らない上部ノズルの減厚量を正確に把握することができないという問題があった。

なお、耐火物の損傷位置と損傷量を算定する方法として、転炉の外面の複数箇所にそれぞれ音響センサを配置し、炉内のスクラップによって生じる音響信号を検出し、音響信号と音響センサの位置関係から耐火物の損傷位置と損傷量とを算出する管理方法も提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平６−１３６４２６号公報

しかしながら、音響信号を利用する上記測定方法は、装置が複雑になるととともに短時間で計測を終えることができないという欠点がある。

上部ノズルは耐火物で構成されているため、耐用時間を長くするには熱間で短時間に計測を終了することが望ましいが、溶鋼の排出を終えても取鍋周囲の温度は輻射熱によって依然として高温であり作業環境は苛酷である。このような高温で危険が伴う作業環境の中では短時間に計測を終了できるものでなければ実用に耐えない。

本発明は以上のような従来の上部ノズルの減厚量を測定する方法における課題を考慮してなされたものであり、ノズル耐火物の減厚量を熱間でしかも短時間に測定することができるノズル耐火物の減厚量測定装置を提供するものである。

本発明は、取鍋やタンディッシュ等の受鋼容器に装着されるノズル状耐火物の減厚量を測定するノズル減厚量測定装置であって、受鋼容器に形成されている外装穴の周縁部と係合し得る係合部を有しその外装穴に被装される本体部と、本体部に揺動支点を持ち、その揺動支点より前側はノズル耐火物内に延設され揺動支点よりも後側は受鋼容器外に延設されている揺動アームと、揺動アームの先端に設けられノズル状耐火物の内壁と当接する接触部と、揺動アームを測定基準位置にセットするための位置決め部と、接触部がノズル状耐火物の内壁に当接する際の揺動支点よりも後側の揺動アーム振れ量を検出する振れ量検出手段とを備えてなるノズル状耐火物の減厚量測定装置である。

本発明におけるノズル状耐火物の一具体例としては取鍋底部にインサートされるスライディングノズルの上部ノズルが示される。

本発明において、上記本体部として外装穴（例えば鉄皮穴）に挿入される筒部と、この筒部における挿入方向後端に固定され外装穴に被装される円板部とを有することができる。

本発明において、上記係合部として外装穴の周縁部全周と係合する環状段部が円板部に形成されていることを要旨とする。

本発明において、上記円板部に接触部とノズル状耐火物内壁との当接状態を確認するための覗き窓を形成することができる。

本発明において、上記揺動アームの揺動支点はベアリングによって枢支することが好ましい。それにより、揺動アームをがたつきなく揺動させることができ、その結果、測定精度を向上させることができる。

本発明において、上記振れ量検出手段としてダイヤルゲージを有し、その測定子が揺動支点よりも後側にある揺動アームとその揺動方向において接触するように構成することができる。

本発明によれば、ノズル状耐火物の減厚量を熱間でしかも短時間に測定することができるという長所を有する。

以下、図面に示した実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明の耐火ノズルの減厚量測定装置（以下、減厚量測定装置と略称する）によって測定される耐火物ノズルおよびそれを含むスライディングノズルの構成を示したものである。

同図において、１はボトムプレートを支持するための支持金具、２は取鍋底部の外装を形成している鉄皮、３は取鍋底部に配置される下部受けれんが、４は同じく上部受けれんがである。

５はこれらの受けれんがに挿入されるコーン形に成形されたアルミナカーボン質からなる上部ノズル（耐火物ノズル）、６はボトムプレート、７はスライドプレートとともに動く下部ノズル（チェンジングノズル）、８は溶鋼流路を開閉するスライドプレート、９は下部ノズルケースである。

減厚量測定装置は溶鋼が取鍋から排出され、下部ノズル７およびスライドプレート８がその取鍋から取り外された状態で取鍋底部の鉄皮穴２ａに装着されるようになっている。

図２〜図４はその減厚量測定装置の構成を示したものであり、図２は側面図、図３はその正面図、図４はその底面図である。ただし、取鍋は水平姿勢に倒伏された状態を示しており、図２では底部の鉄皮２が略垂直の配置となっている。

まず、図２において、減厚量測定装置１０は、本体部１１と、揺動アーム１２と、その揺動アームの振れ量を検出する振れ量検出手段としてのダイヤルゲージ１３と、把手１４とから主として構成されている。

本体部１１は、上部ノズル５の筒穴内に挿入される筒部１１ａと、この筒部１１ａの挿入方向（矢印Ａ方向）における後端に接続される円板部１１ｂとを有し、この円板部１１ｂの中心に穿設された覗き窓としての貫通孔１１ｃを揺動アーム１２が貫通している。なお、筒部１１ａの筒軸方向長さＬ１は、減厚量測定装置１０を上部ノズル５内に装着した際に脱落しない程度の長さ、例えば１００ｍｍ程度に設定されている。

上記本体部１１は鉄製から構成することができるが、測定時における高温に耐え変形する虞れのない部材であれば鉄以外の例えばアルミニウム合金等で構成することができる。

本体部１１の材質をアルミニウム合金にした場合、軽量化が図れるため可搬性にも優れるという利点がある。なお、可搬性を考慮すると減厚量測定装置１０全体の重量は５ｋｇ以下とすることが好ましい。

また、上記貫通孔１１ｃは測定部位Ｄを確認するためのものでもあり、開口部の直径Ｌ４（図３参照）は４０〜１１０ｍｍの範囲で形成することが好ましい。４０ｍｍを下回ると測定部位Ｄに揺動アーム１２の突起部（接触部）１２ｂが接触していることを確認することができず、また、１１０ｍｍを上回ると取鍋内部から漏れる輻射熱で減厚量測定装置１０がダメージを受けるからである。

また、円板部１１ｂの外径Ｌ２（図３参照）は、鉄皮２（より具体的には支持金具）の孔径Ｌ３よりも若干大きく形成されており、その外周部分には鉄皮２の穴縁（周縁部）２ａ全周と係合するように階段状に形成された係合部１１ｄが形成されている。この係合部１１ｄは減厚量測定装置１０を鉄皮穴部２ａに挿入した際に揺動アーム１２の位置を一定の部位に位置決めする位置決め手段として機能する。

次に、揺動アーム１２とその取付構造について説明する。

揺動アーム１２は、厚さ６ｍｍの鉄製フラットバーを加工したものであり、略重心位置に後述するピンを挿入するための貫通孔１２ａが形成されている。この貫通孔１２ａは揺動アーム１２の揺動支点となるものであり、貫通孔１２ａより前側（筒部１１ａ挿入方向において）は先細に加工されており、その先端部には接触子として機能する三角状の突起部１２ｂが下向に形成されている。なお、揺動アーム１２の材質は上記本体部１１と同様にアルミニウム合金とすることもできる。

揺動アーム１２の厚みは５〜１０ｍｍの範囲で選択することができる。５ｍｍを下回るとアーム先端が熱で変形し、また、１０ｍｍを上回ると測定部位Ｄが窪んでいる場合にその窪みに入ることができず測定誤差を生じる虞れがある。

この揺動アーム１２は揺動支点Ｂを回転中心として上下方向に揺動することができ、理論上では筒部１１ａの先端縁１１ｅに当接する範囲まで振れることができるようになっている。

図５は揺動アーム１２と円板部１１ｂとの取付構造を示したものであり、(ａ)は正面を、(ｂ)は側面をそれぞれ示している。

両図において、円板部１１ｂの貫通孔１１ｃを直径方向に仕切るようにして長方形状の仕切板１１ｆが取り付けられ、その仕切板１１ｆ内には仕切板長辺と平行にスリット１１ｈが形成されている。

このスリット１１ｈの長手方向において一方の溝縁１１ｉは仕切板１１ｆの中心部分に位置し、他方の溝縁１１ｊは仕切板１１ｆの端部近傍に位置している。

また、一方の溝縁１１ｉには水平面１１ｋとその水平面に連絡する先下がりの傾斜面１１ｌ（図５(ｂ)参照）が形成されている。

上記水平面１１ｋに揺動アーム１２の下縁１２ｃを当接させれば揺動アーム１２の姿勢を水平に保持することができ、それにより、揺動アーム１２を図２に示した測定基準線Ｍに合わせることができるようになっている。なお、傾斜面１１ｌは揺動アーム１２の振れ角を確保するためにあり、１１ｍは揺動アーム１２を貫通するピンの取付孔である。

図６は揺動アーム１２の揺動支点部分を拡大し平面から示したものである。

同図において、仕切板１１ｆのスリット１１ｈを通して揺動アーム１２が挿入され、その揺動アーム１２の貫通孔１２ａにピン１５が挿入され、そのピン１５の外周面と貫通孔１２ａとの隙間に球面コロ１６ａおよび球面滑り軸受け１６ｂからなる軸受け部（ベアリング）１６が収納されている。

図２に戻って説明する。

揺動支点Ｂを回転中心とする揺動アーム１２の前側は矢印Ｃ方向に振れることによりノズル内面５ａの測定部位Ｄに当接するようになっており、一方、揺動アーム１２の後側は矢印Ｅ方向に振れる。

上記測定部位Ｄは、揺動アーム１２の揺動支点Ｂから上部ノズル５の先端側に向けて略２００ｍｍの位置である。このように測定部位Ｄに特定している理由は、上部ノズル５の先端側ほど侵食が大きくなるという傾向があり、溶鋼排出後に上部ノズル５の筒穴を酸素で洗浄する際、取鍋が横向きになっていることから上部ノズル５の筒穴下側にスラグが発生しこのスラグを除去した結果、測定部位Ｄを中心として前後１００ｍｍの部位で侵食の発生することが確認されているからである。

後側アーム１２ｄの上縁１２ｅにはダイヤルゲージ（振れ量検出手段）１３のスピンドル１３ａ先端の接触子１３ｂを接触させ、揺動アーム１２の振れ量をそのダイヤルゲージ１３で読み取るようにしている。

上記ダイヤルゲージ１３は従来公知のものを使用することができるが、５０ｍｍ程度の測定範囲を有し最小表示量として０．０１ｍｍをデジタル表示できるものが好ましい。

上記ダイヤルゲージ１３はスタンド１７を介して円板部１１ｂに固定されており、接触子１３ｂの位置は、クランプ締め付けハンドル１７ａを緩めてダイヤルゲージ１３を移動させることにより調節することができるようになっている。

また、ダイヤルゲージ１３をセッティングする際、スピンドル１３ａを若干押し上げ、手を離した時にスピンドル１３ａが滑らかに下降することを確認し、滑らかに下降しない場合は上記クランプ締め付けハンドル１７ａによる締め付けを調整する。

次に上記構成を有する減厚量測定装置１０を用いた測定方法を図２を参照しながら説明する。なお、減厚量測定装置１０によってノズルの残厚が測定されるのは、取鍋の受鋼回数において４〜５回に一度の頻度で測定される。これは４〜５回に一度、スライディングノズルのボトムプレート６とスライドプレート８（図１参照）を交換する必要があり、その交換時に上部ノズル５が露出するため、そのタイミングに合わせて測定を行うことによる。

また、取鍋は横向きに倒伏され溶鋼が排出されていることを前提とする。

まず、測定者は揺動アーム１２の下縁１２ｃ（図５(ｂ)参照）を、仕切板１１ｆのスリット１１ｈに形成されている水平面１１ｋと当接させることにより、揺動アーム１２を測定基準線Ｍに合わせる。

次いで、ダイヤルゲージ１３のゼロセットを行なう。

次いで、測定者は減厚量測定装置１０の把手１４を掴み、筒部１１ａを上部ノズル５の筒孔に挿入する。

筒部１１ａを挿入し続けると、円板部１１ｂが鉄皮穴２ａの縁部に当接する。このとき、円板部１１ｂの係合部１１ｄに形成されている段部がその周部と係合することにより、揺動アームの揺動支点Ｂが鉄皮穴２ａの中心、すなわち測定基準線Ｍ上に位置決めされる。

次いで、揺動アーム１２における後側アーム１２ｄを静かに矢印Ｅ方向に押し上げ、揺動アーム１２先端側の突起部１２ｂを測定部位Ｄに接触させる。

この状態でダイヤルゲージ１３の表示を読み取り、記録する。

揺動支点Ｂから前方の突起部１２ｂまでを距離をＳ１とし、揺動支点Ｂから後方の接触子１３ｂ当接位置までの距離をＳ２とするとき、ダイヤルゲージ１３の表示部にはＳ２／Ｓ１の比率で揺動アーム１２の振れ量が表示される。

そこで、上部ノズル５の許容残厚に対応する揺動アーム１２の許容最大振れ量を予め決めておき、その許容最大振れ量にＳ２／Ｓ１の比率を乗じた値をダイヤルゲージ１３による測定値の上限に設定すれば、測定値がその上限を超えた際に上部ノズル５の残厚が管理限界をオーバーしたと判断し、上部ノズル５を交換を決定することができる。

なお、揺動アーム１２における突起部１２ｂの移動軌跡は円弧状であるのに対しダイヤルゲージ１３のスピンドル１３ａは直線的に移動するため、測定値が小さくなる方向に測定誤差が生じる。しかしながらこの測定誤差は微小であり実用上影響がなく誤差範囲とみなすことができる。

測定終了後、揺動アーム１２を測定部位Ｄから離間させ、筒部１１ａを上部ノズル５の筒穴から引き抜く。

この間、測定に要した時間はおよそ５秒であり、短時間でノズル厚さの測定を完了することができる。したがって、高温で苛酷な環境であっても実用的であることが分かる。

なお、上記実施形態に示した測定方法ではダイヤルゲージに表示された振れ量を測定者が直接読み取るようにしたが、測定結果を信号出力する出力端子を備えたダイヤルゲージを使用した場合には、測定結果を例えば管理室のコンピュータに対してワイヤレスまたはワイヤードで送信してその管理室で管理することもできる。

なお、上述した実施形態は取鍋を例に取り説明したが、これに限らず、タンディッシュ等の容器底部に配置されるノズル状耐火物の残厚を測定する場合にも適用することができる。

本発明に係る減厚量測定装置が適用される取鍋底部のノズル構造を示す縦断面図である。 本発明に係る減厚量測定装置の構成を示す側面図である。 図２の正面図である。 図２の底面図である。 図２に示す揺動アームの取付構造を拡大して示したものであり、(ａ)は正面図、(ｂ)は側面図である。 揺動アームの揺動支点に設けられた軸受け部の構成を平面から示した断面図である。

符号の説明

１ 支持金具
２ 鉄皮
２ａ 鉄皮穴
３ 下部受けれんが
４ 上部受けれんが
５ 上部ノズル
６ ボトムプレート
７ 下部ノズル
８ スライドプレート
９ 下部ノズルケース
１０ 減厚量測定装置
１１ 本体部
１１ａ 筒部
１１ｂ 円板部
１１ｃ 貫通孔
１１ｄ 係合部
１１ｅ 先端縁
１１ｆ 仕切板
１１ｈ スリット
１２ 揺動アーム
１２ｂ 突起部
１３ ダイヤルゲージ
１４ 把手
１５ ピン
１６ 軸受け部
Ｄ 測定部位
Ｍ 測定基準線

Claims (6)

1. 取鍋やタンディッシュ等の受鋼容器に装着されるノズル状耐火物の減厚量を測定するノズル減厚量測定装置であって、
   上記受鋼容器に形成されている外装穴の周縁部と係合し得る係合部を有しその外装穴に被装される本体部と、
   上記本体部に揺動支点を持ち、その揺動支点より前側は上記ノズル耐火物内に延設され揺動支点よりも後側は上記受鋼容器外に延設されている揺動アームと、
   上記揺動アームの先端に設けられ上記ノズル状耐火物の内壁と当接する接触部と、
   上記揺動アームを測定基準位置にセットするための位置決め部と、
   上記接触部が上記ノズル状耐火物の内壁に当接する際の上記揺動支点よりも後側の上記揺動アーム振れ量を検出する振れ量検出手段とを備えてなることを特徴とするノズル状耐火物の減厚量測定装置。
2. 上記本体部として上記外装穴に挿入される筒部と、この筒部における挿入方向後端に固定され上記外装穴に被装される円板部とを有する請求項１記載のノズル状耐火物の減厚量測定装置。
3. 上記係合部として上記外装穴の周縁部全周と係合する環状段部が上記円板部に形成されている請求項２記載のノズル状耐火物の減厚量測定装置。
4. 上記円板部に上記接触部と上記ノズル状耐火物内壁との当接状態を確認するための覗き窓が形成されている請求項２または３記載のノズル状耐火物の減厚量測定装置。
5. 上記揺動アームの揺動支点がベアリングによって枢支されている請求項１〜４のいずれか１項に記載のノズル状耐火物の減厚量測定装置。
6. 上記振れ量検出手段としてダイヤルゲージを有し、その測定子が上記揺動支点よりも後側にある上記揺動アームとその揺動方向において接触するように構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載のノズル状耐火物の減厚量測定装置。

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