JP4801014B2 - スラグ流出防止用プラグ及びプラグ挿入用治具 - Google Patents

Description

本発明は製鋼工場において、溶鋼を転炉の出湯口から取鍋に排出する際に、溶鋼の表面に浮上しているスラグが流出しないように排出の初期に出湯口を封鎖するスラグ流出防止用プラグ及びこのスラグ流出防止用プラグを転炉の出湯口に装着するために用いられるプラグ挿入用治具に関するものである。

転炉は上部側面に出湯口を備えており、吹錬を終えた後に転炉を傾斜させて溶鋼をこの出湯口から取鍋に流出させる。しかし転炉内部の溶鋼の表面にはスラグが浮上しているため、転炉を傾斜させると先ずこのスラグが出湯口に達して流出することとなる。多量のスラグが鋼中に混入すると製品の品質低下を招くため、取鍋へのスラグの流出を最小限にすることが望まれる。

この目的で、従来からテーパ状の鋳物からなるスラグ流出防止用プラグが用いられていた。このスラグ流出防止用プラグは転炉の出湯口から挿入されるものであるが、鋳物製であるために重量が大きく取り扱いが容易でないこと、鋳物製であるために耐火物製の出湯口の内面に密着させにくいこと、出湯を繰り返すと出湯口は次第に内径が拡大して行くため、サイズの異なるスラグ流出防止用プラグを準備しなければならないことなどの多くの問題があった。

そこで特許文献１に示されるような、アルミシリケートと粘土とを主成分とするスラグ流出防止用プラグが開発され、実用化されている。この特許文献１のスラグ流出防止用プラグは、アルミシリケートと粘土とを主成分とする可塑性のプラグ本体の前端に漏斗状の端面板を、また後端にベース板を備えたものである。

このスラグ流出防止用プラグを出湯口の内部に挿入した上で、プラグ本体の中心孔を貫通して引張り鉤爪を漏斗状の端面板よりも内側まで挿入し、鉤爪により漏斗状の端面板を引き寄せて半径方向に膨出させ、出湯口を閉塞することができる。これにより排出の初期に出湯口を封鎖してスラグの流出を防止するが、続いて溶鋼が出湯口に到達するとスラグよりも溶鋼の比重ははるかに高いのでこのプラグ本体はその圧力により抜け出し、溶鋼の流出は妨げない。

この特許文献１のスラグ流出防止用プラグは鋳鉄製のプラグに比較して軽量であるうえに、出湯口の内面になじみ易く、また出湯口の内径が拡大しても対応できる利点があるため、実用に供されている。しかし、このスラグ流出防止用プラグは耐火物製の漏斗状の端面板や引張り鉤爪のような特殊な構造物を使用しているために、製作コストが非常に高いという問題がある。

また、特許文献１のスラグ流出防止用プラグのプラグ本体は、アルミシリケートと粘土のほかに一時バインダとしてのセルロースや永久バインダとしてのシリケート、潤滑剤としての鉱物油、可塑剤であるポリ電解質アルコール等の多くの副成分を含有するものであるためにやはりコストが高くなるうえ、長期保存すると水分の蒸発によってプラグ本体が硬化してしまい、引張り鉤爪を引いても半径方向に膨出しにくくなり、出湯口を完全に封止することができない場合があった。
特許第３２５２９０９号公報

従って本発明の目的は、特許文献１のスラグ流出防止用プラグの問題点を解決し、特殊な構造物や特殊な原料を使用せずに安価に製作することができ、長期間保存することができ、しかも軽量で出湯口の内面になじみ易く、また出湯口の内径が拡大しても対応できるスラグ流出防止用プラグ及びこのスラグ流出防止用プラグを転炉の出湯口に装着するために用いられるプラグ挿入用治具を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明のスラグ流出防止用プラグは、プラグ挿入用治具により転炉の出湯口に炉外側から挿入されるスラグ流出防止用プラグであって、円柱状に成形され外周面が乾燥防止用のフィルムで被覆され、中心部にプラグ挿入用治具への取付部を備えた粘土質のプラグ本体と、このプラグ本体の後部端面に配置された後部円板と、このプラグ本体の前部端面に配置された平板状の前部円板と、前部円板からプラグ本体を貫通して後部円板の後方にまで延び、プラグ挿入用治具によって引かれたときに前部円板を引き寄せてプラグ本体を膨出させる線状部材とを備えたことを特徴とするものである。

請求項２に記載のように、粘土質のプラグ本体が、その外周面をビニルフィルムで被覆されたものであることが好ましい。

また請求項３のように、粘土質のプラグ本体が、土練機により押出し成形されたものであることが好ましい。また請求項４のように、粘土質のプラグ本体が、原料土に水分と油分とを混練したものであることが好ましい。

また請求項５のように、後部円板及び前部円板が可燃性の材質であることが好ましく、請求項６のように後部円板及び前部円板が木材からなるものとすることができる。

また請求項７のように、線状部材がコの字状の針金であることが好ましく、請求項８のようにプラグ挿入用治具への取付部が、プラグ本体を貫通して前部円板に達する鋼管であることが好ましい。

本発明のプラグ挿入用治具は、請求項１記載のスラグ流出防止用プラグを転炉の出湯口に装着するためのプラグ挿入用治具であって、先端部がスラグ流出防止用プラグの取付部に挿入される中心ロッドと、この中心ロッドに対して進退可能な外筒とを備え、中心ロッドにはその先端部をスラグ流出防止用プラグの取付部に挿入したときに後部円板の背面を押えるスリーブを固定し、また外筒の先端部には線状部材をチャックするチャック機構を設け、外筒を強制後退させることによって線状部材とともに前部円板を後部円板に向けて引き寄せ可能としたことを特徴とするものである。なおチャック機構は、先端部にテーパ状の内周面を備えたシリンダと、スプリングによってこの内周面に向かって弾発され、強制的に閉じられる分割爪とを備えたものであることが好ましい。また本発明のプラグ挿入用治具は、全体を昇降及び移動可能な台車上に搭載した構造とすることが好ましい。

本発明のスラグ流出防止用プラグは、外周面が乾燥防止用のフィルムで被覆された粘土質のプラグ本体の前後を前部円板と後部円板とで挟み、プラグ本体を貫通して後部円板の後方にまで延びる線状部材によって前部円板を引き寄せてプラグ本体を膨出させ、転炉の出湯口を封止するものである。このため全体の構造が簡単で特殊な構造物や特殊な原料を使用せず、ごく安価に製作することができる。また、粘土質のプラグ本体は乾燥しにくいので長期間保存することができ、しかも軽量で出湯口の内面になじみ易く、また出湯口の内径が拡大しても対応できる。

請求項２の発明のように、粘土質のプラグ本体の外周をビニルフィルムで被覆しておけば安価に製作できるうえ、透湿性が低いので長期間にわたって乾燥を防止することができる。

請求項３の発明のように、粘土質のプラグ本体を土練機により押出し成形すれば、外径が一定のプラグ本体を安価に量産することができ、コストダウンが可能となる。請求項４の発明のように、粘土質のプラグ本体を原料土に水分と油分とを混練したものとしておけば、多くの副成分を用いずに、転炉の出湯口の封止に必要とする可塑性を持たせることができる。

請求項５の発明のように、後部円板及び前部円板が可燃性の材質としておけば、溶鋼との接触時に容易に焼失させることができ、特に請求項６のように木材としておけば製作コストも極めて安価となる。

請求項７の発明のように、線状部材がコの字状の針金としておけば前部円板を確実に引き寄せることができ、しかも独立した２本の線状部材を使用するよりも組み立ても簡単となる。

請求項８の発明のように、プラグ挿入用治具への取付部がプラグ本体を貫通して前部円板に達する鋼管であれば、安価に製作できることはもちろん、転炉の出湯口への挿入作業が行い易くなる。しかもこの鋼管を通して出湯口の内部の状況をオペレータが観察できるので便利である。

また本発明のプラグ挿入用治具を用いれば、中心ロッドの先端部にスラグ流出防止用プラグをセットして転炉の出湯口に挿入し、外筒を後退させることによって線状部材をチャックし、更に外筒を強制的に後退させることによって線状部材とともに前部円板を後部円板に向けて引き寄せ、プラグ本体を膨出させて転炉の出湯口を封止することができる。これらの一連の操作は転炉の出湯口から離れた位置で、安全に行うことができる。なお、請求項１０のように、先端部にテーパ状の内周面を備えたシリンダと、スプリングによってこの内周面に向かって弾発され、強制的に閉じられる分割爪とを備えたチャック機構を用いれば、細い線状部材を確実にチャックすることができ、請求項１１のように全体を昇降及び移動可能な台車上に搭載しておけば、スラグ流出防止用プラグを転炉の出湯口に挿入する作業が容易となる。

以下に図面を参照しつつ、本発明の好ましい実施形態を示す。
図１は本発明の実施形態のスラグ流出防止用プラグを示す斜視図、図２は水平断面図、図３は先端側から見た側面図である。これらの図中、１はプラグ本体、２はプラグ本体１の後部に密着配置される後部円板、３はプラグ本体１の前部に密着配置される前部円板、４はプラグ本体１の中心を貫通するパイプ状の取付部である。

プラグ本体１は粘土質の円柱体ないしは円筒体であり、陶磁器用の原料土と５〜３０質量％の水分とを均一に混練して適度の粘性と可塑性を与え、土練機により押出し成形したものである。原料土の性状によっては、粘性と可塑性を調整するために１０質量％以下の鉱物油あるいは植物油などの油分を添加してもよい。このように粘土をそのまま使用することがコストダウンの観点からは最善であるが、シリカ、アルミナ等のセラミック粒子を有機バインダと混練して粘土状としたものを使用することもできる。この場合には粒子径は２ｍｍ以下とすることが好ましい。

土練機により押出し成形すれば一定の直径のものが容易に量産可能であり、一定寸法に切断して使用すればよい。このプラグ本体１は転炉の出湯口に挿入されるものであるから、その外径は出湯口の内径よりもやや小さくしておくものとする。またプラグ本体１の乾燥を防止するために、その外周面には乾燥防止用のフィルム５が被覆されている。この乾燥防止用のフィルム５としては、安価であって透湿性が低いビニルフィルムを用いることができるが、その他の樹脂フィルムを用いてもよいことはいうまでもない。プラグ本体１の中心部には鋼管が一体的に挿入されており、その後端はプラグ本体１よりも突出しており、後述するプラグ挿入用治具へのパイプ状の取付部４を構成している。

プラグ本体１の前後の端面には、前部円板３と後部円板２とが密着させてある。これらは何れも平板であり、可燃性の材料、例えば木材からなる。特に耐火性は必要ではなく、ベニヤ板のような安価な木板で十分である。

６、６は前部円板３からプラグ本体１を貫通して後部円板２の後方にまで延びる線状部材である。この線状部材６、６は針金またはワイヤであり、後述するプラグ挿入用治具によって引かれたときに前部円板３を後部円板２の方向に引き寄せてプラグ本体１を径方向に膨出させるためのものである。この実施形態では線状部材６、６として、コの字状に折り曲げた針金を前部円板３の対称位置から差込み、後部円板２の後方にまで延ばしたものを用いている。このような針金を用いれば、製作が簡単でコストダウンを図ることができる。

このような構造のスラグ流出防止用プラグは、例えば以下に説明するようなプラグ挿入用治具１０を用いて転炉の出湯口へ挿入されるものである。

図４は請求項９のプラグ挿入用治具１０の全体図、図５はその要部の拡大図、図６は図５の平面図である。また図７はチャック部分の拡大正面図、図８と図９はチャック部分の拡大平面図、図１０はプラグ本体を膨出させた状態の説明図である。

このプラグ挿入用治具１０は、全長にわたりその中心部を貫通している中心ロッド１１とその中央部分の外周に中心ロッド１１に対してスライド可能に設けられた外筒１２とを備えている。中心ロッド１１は数ｍの長さを有するものであり、その先端に数ｋｇのスラグ流出防止用プラグを装着するため、人力による操作は必ずしも容易ではない。このため、図４に示すように全体を支持台５０上に支持し、昇降及び移動可能な台車５１上に搭載し、転炉に対して自由に接近できるようにしておくことが好ましい。中心ロッド１１の後端部は、支持台５０のブラケット５５上に固定されている。また外筒１２の端部には牽引ロッド５２が接続されており、支持台５０上に枢着された操作ハンドル５３を図４の位置（前進位置）から右方向に操作することによって、中心ロッド１１に対して外筒１２を後退させることができるようになっている。なお５４は外筒１２を進退自在に支持する支持ローラである。

中心ロッド１１の先端部はスラグ流出防止用プラグのパイプ状の取付部４に挿入されるものであり、その先端から適宜の長さにわたって縦方向のスリット１３が形成されており、線状部材６の中心部が嵌り込むようになっている。また中心ロッド１１の先方部の外周には、スリーブ１４が固定されている。このスリーブ１４は各図に示すように、中心ロッド１１をスラグ流出防止用プラグの取付部４に挿入したときに後部円板２の背面を押えるものである。この状態でプラグ挿入用治具１０を操作し、スラグ流出防止用プラグを転炉の出湯口へ挿入する。

図５から図９に示すように、プラグ挿入用治具１０の外筒１２の先端部には左右に突出する四角形のブラケット１６が固定されている。またその直前位置には、中心ロッド１１上をスライド可能な略四角形のスライダ１７が設けられている。スライダ１７の左右に形成された突出部１８にはそれぞれ円柱体１９が前方側から挿入され、ブラケット１６側から挿入されたボルト２０により締結されている。このため、外筒１２の先端部のブラケット１６とスライダ１７とは実質的に一体化されており、外筒１２が後方に引かれるとスライダ１７も後方に引かれることとなる。なおこれらのボルト２０には中心孔２１が形成されており、スラグ流出防止用プラグの線状部材６を通すことができる。

このスライダ１７の左右両側には、線状部材６をチャックするチャック機構３０が設けられている。チャック機構３０は、図８、図９に示すように先端部にテーパ状の内周面３１を備えたシリンダ３２の内部に、外周面がテーパ状の分割爪３３を封入し、内蔵されるスプリング３４によって金具３５を介して分割爪３３を内周面に向３０かって前方に弾発した構造のものである。線状部材６を分割爪３３の間に通すと分割爪３３は線状部材６をチャックするが、チャック機構３０の全体を後方に引くと、分割爪３３はテーパ状の内周面３１によって内側に押され、より強固に線状部材６をチャックする。なお分割爪３３の内面にはギザギザの歯を設け、線状部材６が滑らないようにしておくことが好ましい。

チャック機構３０は、シリンダ３２の外周側面に形成されたフラット部３６を固定部材３９によりスライダ１７の側面にボルト止めし、またシリンダ３２の後端部を円柱体１９に保持させることによって、スライダ１７の左右側面に固定されている。このため、図８に示すように線状部材６をチャック機構３０の中心部及びボルト２０の中心孔２１に通したうえ、スライダ１７を後退させれば、図９に示すようにチャック機構３０は線状部材６を引きながら中心ロッド１１上をスライドすることとなる。

なお、前記したスリーブ１４の後端部にはフランジ３７が設けられており、ノズル状金具３８が取り付けられている。これらのノズル状金具３８は線状部材６をチャック機構３０に通すためのガイドとして機能するとともに、スライダ１７を前進させたときに分割爪３３をスプリング３４に逆らって押し込み、分割爪３３を開いて線状部材６を抜き出すことを可能とする機能を発揮するものである。

このような構造のプラグ挿入用治具１０を用いて本発明のスラグ流出防止用プラグを転炉の出湯口に挿入するには、先ずプラグ挿入用治具１０の中心ロッド１１の先端を図４、図５のように取付部４の内部に挿入する。このとき中心ロッド１１の先端のスリット１３に線状部材６が嵌まり込み、プラグ挿入用治具１０のスリーブ１４の先端が後部円板２に当接するようにする。またスラグ流出防止用プラグの後部円板２の後方に延びる線状部材６をチャック機構３０に通してセットする。この状態で支持台５０とともにプラグ挿入用治具１０を前進させ、スラグ流出防止用プラグを転炉の出湯口に押し込むように挿入する。スリーブ１４は中心ロッド１１に固定されており、後部円板２を押し込むことができるので、この挿入作業は支障なく行うことができる。

次にプラグ挿入用治具１０の中心ロッド１１をその位置に固定したまま、操作ハンドル５３を後方に操作して外筒１２を後方に引く。これにより外筒１２の先端部のブラケット１６、スライダ１７、チャック機構３０等も後方に移動する。前記したようにチャック機構３０の分割爪３３は強力に線状部材６をチャックして後方に引くので、線状部材６が掛かっているスラグ流出防止用プラグの前部円板３が後部円板２の方向に引き寄せられる。なお、中心ロッド１１の先端部にはスリット１３が形成されているので、線状部材６の後方への移動は支障なく行われる。このように前部円板３は後退するが、後部円板２はスリーブ１４の先端に当接して後退できないため、図１０に示すように粘土質のプラグ本体１は径方向に膨出して転炉の出湯口の内面に密着し、出湯口を封止する。その後、操作ハンドル５３を前方に戻してチャック機構３０の分割爪３３を開いたうえ、スラグ流出防止用プラグから中心ロッド１１とともにプラグ挿入用治具１０を引抜く。

この状態で転炉を傾斜させれば、溶鋼の表面に浮上しているスラグが先ず出湯口に到達するが、出湯口は径方向に膨出したプラグ本体１により封止されているためにスラグの流出は防止される。高温のスラグとの接触によりプラグ本体１以外の部分は燃焼あるいは溶融するが、プラグ本体１は焼結して出湯口の内面にとどまる。

さらに転炉を傾斜させて溶鋼が出湯口に到達すると、スラグよりもはるかに大きい溶鋼の圧力によってプラグ本体１は抜け落ち、溶鋼が出湯口から取鍋に排出される。プラグ本体１は粘土質であってスラグと同様の成分であるため、溶鋼中に落下しても直ちに浮上する。しかもその質量は溶鋼全体の質量に比較して非常に小さいので、溶鋼を汚染することはない。

このように、本発明のスラグ流出防止用プラグは安価に製作することができ、しかも軽量で出湯口の内面になじみ易く、出湯口の内径が拡大しても容易に対応することができるものである。またプラグ本体１の外周面が乾燥防止用のフィルム５で被覆されているので、長期間保存することができる。

さらにプラグ挿入用治具への取付部４を鋼管としておけば、その中心孔から出湯口の内部の状況をオペレータが観察することができ、出湯口にスラグや溶鋼が到達するタイミングなどを把握できるので、作業が行い易いという利点がある。
次に本発明の実施例を示す。

愛知県瀬戸地方から出土した陶土に水分を混合して含水率を２５％前後に調整し、これを土練機に投入して外径が２３０ｍｍの円柱状に押出した。これを長さ１６０ｍｍに切断し、その外周を乾燥防止用のビニルフィルムで完全に覆った。その前後のベニヤ板を円形に切断した前部円板と後部円板を取り付け、また中心部に取付部となる鋼管を挿入した。さらにピアノ線をコの字状に折り曲げた線状部材を前部円板から差込み、その後端を後部円板の後方に２ｍほど突出させた。

このスラグ流出防止用プラグをプラグ挿入用治具により転炉の出湯口に挿入し、封止した。転炉の出湯口の内径は２５０ｍｍである。この封止作業を転炉による吹錬開始の２０分前に行い、出湯した。スラグは出湯口が目詰まりしたのではないかと疑われるほどに完全に遮断され、その後に溶湯が出湯口に到達した際に一気に抜け落ちた。このためスラグ流出防止の目的を完全に達成することが確認できた。

また本発明のスラグ流出防止用プラグは特許文献１に記載の従来品に比較してコストが１/２以下であり、１月以上の長期保存も可能であることが確認された。

スラグ流出防止用プラグを示す斜視図である。 スラグ流出防止用プラグを示す水平断面図である。 スラグ流出防止用プラグを先端側から見た側面図である。 プラグ挿入用治具の全体図である。 プラグ挿入用治具の要部の拡大図である。 図５の平面図である。 チャック部分の拡大正面図である。 チャック部分の拡大平面図である。 チャック部分の拡大平面図である。 プラグ本体を膨出させた状態の説明図である。

符号の説明

１ プラグ本体
２ 後部円板
３ 前部円板
４ 取付部
５ 乾燥防止用のフィルム
６ 線状部材
１０ プラグ挿入用治具
１１ 中心ロッド
１２ 外筒
１３ スリット
１４ スリーブ
１６ ブラケット
１７ スライダ
１８ 突出部
１９ 円柱体
２０ ボルト
２１ 中心孔
３０ チャック機構
３１ テーパ状の内周面
３２ シリンダ
３３ 分割爪
３４ スプリング
３５ 金具
３６ フラット部
３７ フランジ
３８ ノズル状金具
３９ 固定部材
５０ 支持台
５１ 台車
５２ 牽引ロッド
５３ 操作ハンドル
５４ 支持ローラ
５５ ブラケット

Claims (11)

1. プラグ挿入用治具により転炉の出湯口に炉外側から挿入されるスラグ流出防止用プラグであって、円柱状に成形され外周面が乾燥防止用のフィルムで被覆され、中心部にプラグ挿入用治具への取付部を備えた粘土質のプラグ本体と、このプラグ本体の後部端面に配置された後部円板と、このプラグ本体の前部端面に配置された平板状の前部円板と、前部円板からプラグ本体を貫通して後部円板の後方にまで延び、プラグ挿入用治具によって引かれたときに前部円板を引き寄せてプラグ本体を膨出させる線状部材とを備えたことを特徴とするスラグ流出防止用プラグ。
2. 粘土質のプラグ本体が、その外周面をビニルフィルムで被覆されたものであることを特徴とする請求項１に記載のスラグ流出防止用プラグ。
3. 粘土質のプラグ本体が、土練機により押出し成形されたものであることを特徴とする請求項１に記載のスラグ流出防止用プラグ。
4. 粘土質のプラグ本体が、原料土に水分と油分とを混練したものであることを特徴とする請求項１に記載のスラグ流出防止用プラグ。
5. 後部円板及び前部円板が可燃性の材質であることを特徴とする請求項１に記載のスラグ流出防止用プラグ。
6. 後部円板及び前部円板が木材からなることを特徴とする請求項５に記載のスラグ流出防止用プラグ。
7. 線状部材がコの字状の針金であることを特徴とする請求項１に記載のスラグ流出防止用プラグ。
8. プラグ挿入用治具への取付部が、プラグ本体を貫通して前部円板に達する鋼管であることを特徴とする請求項１に記載のスラグ流出防止用プラグ。
9. 請求項１記載のスラグ流出防止用プラグを転炉の出湯口に装着するためのプラグ挿入用治具であって、先端部がスラグ流出防止用プラグの取付部に挿入される中心ロッドと、この中心ロッドに対して進退可能な外筒とを備え、中心ロッドにはその先端部をスラグ流出防止用プラグの取付部に挿入したときに後部円板の背面を押えるスリーブを固定し、また外筒の先端部には線状部材をチャックするチャック機構を設け、外筒を強制後退させることによって線状部材とともに前部円板を後部円板に向けて引き寄せ可能としたことを特徴とするプラグ挿入用治具。
10. チャック機構は、先端部にテーパ状の内周面を備えたシリンダと、スプリングによってこの内周面に向かって弾発され、強制的に閉じられる分割爪とを備えたものであることを特徴とする請求項９に記載のプラグ挿入用治具。
11. 全体を昇降及び移動可能な台車上に搭載したことを特徴とする請求項９に記載のプラグ挿入用治具。

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