特開 2024-109405 連続鋳造用のストッパー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024109405

(43)【公開日】2024-08-14

(54)【発明の名称】連続鋳造用のストッパー

(51)【国際特許分類】

   B22D 41/18 20060101AFI20240806BHJP

   B22D 11/10 20060101ALI20240806BHJP

【ＦＩ】

B22D41/18

B22D11/10 310P

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023014179

(22)【出願日】2023-02-01

(71)【出願人】

【識別番号】000170716

【氏名又は名称】黒崎播磨株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001601

【氏名又は名称】弁理士法人英和特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】福永 新一

(72)【発明者】

【氏名】佐々木 昭成

(72)【発明者】

【氏名】平田 秀明

(72)【発明者】

【氏名】高橋 智文

(72)【発明者】

【氏名】山本 泉華

【テーマコード（参考）】

4E014

【Ｆターム（参考）】

4E014GA00

(57)【要約】

【課題】先端部に亀裂が発生することを抑制することのできる連続鋳造用のストッパーを提供する。
【解決手段】芯金２と、芯金２の周囲に設けられた耐火物製の本体部３と、本体部３の下方に設けられた耐火物製の先端部４とを備える連続鋳造用のストッパー１である。芯金２は、本体部３の下端部を支持するための鍔部２３と、鍔部２３の下方に設けられ先端部４を固定するための固定部２４とを含む。先端部４は固定部２４が係合する係合部４１を含む。先端部４の上端から下端までの上下方向の長さをＡ、先端部４の上端から係合部４１の下端までの上下方向の長さをＢとしたとき、Ｂ／Ａが０．０５以上０．３以下である。本体部３と先端部４との境界にはモルタル５が設けられている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

芯金と、前記芯金の周囲に設けられた耐火物製の本体部と、前記本体部の下方に設けられた耐火物製の先端部とを備える連続鋳造用のストッパーであって、
前記芯金は、前記本体部の下端部を支持するための鍔部と、前記鍔部の下方に設けられ前記先端部を固定するための固定部とを含み、
前記先端部は前記固定部が係合する係合部を含み、
前記先端部の上端から下端までの上下方向の長さをＡ、前記先端部の上端から前記係合部の下端までの上下方向の長さをＢとしたとき、Ｂ／Ａが０．０５以上０．３以下であり、
前記本体部と前記先端部との境界にはモルタルが設けられている、連続鋳造用のストッパー。

【請求項2】

前記固定部は凸状部を含み、前記係合部は前記凸状部が係合する凹状部よりなる、請求項１に記載の連続鋳造用のストッパー。

【請求項3】

前記固定部は雄ネジ部を含み、前記係合部は前記雄ネジ部が係合する雌ネジ部よりなる、請求項１に記載の連続鋳造用のストッパー。

【請求項4】

前記先端部は前記鍔部と対向する凸状のダボ部を含み、前記係合部は前記ダボ部内に設けられている、請求項１から３のいずれか一項に記載の連続鋳造用のストッパー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶鋼の連続鋳造において主としてタンディッシュから鋳型に溶鋼を排出する際に、そのタンディッシュの底部に設置されているノズルに上方から嵌合することにより溶鋼の流量制御を行う連続鋳造用のストッパーに関する。なお、本明細書では「連続鋳造用のストッパー」を単に「ストッパー」ともいう。

【背景技術】

【0002】

ストッパーの基本構造として、芯金と、この芯金の周囲に設けられた耐火物製の本体部と、この本体部の下方に設けられた耐火物製の先端部とを備え、芯金の下端部に設けられた雄ネジ部に、先端部の上端部に設けられた雌ネジ部を係合（螺合）させることにより芯金の下端部に先端部を固定した構造が知られている（例えば特許文献１、２）。
しかし、このような基本構造のストッパーにおいては、特許文献３の背景技術でも指摘されているように、先端部の外表面と雌ネジ部との間に亀裂が発生しやすいという問題があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実用新案登録第２５９９４１１号公報

【特許文献2】特許第３０１０８０３０号公報

【特許文献3】特開２００６－２２４１２４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明が解決しようとする課題は、先端部に亀裂が発生することを抑制することのできる連続鋳造用のストッパーを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記特許文献３では、亀裂発生の要因として熱衝撃及び機械的衝撃が挙げられている。この点、本発明者らが亀裂発生の要因について詳細に解析したところ、溶鋼の連続鋳造中すなわちストッパーの使用中においては、芯金の雄ネジ部と先端部の雌ネジ部との螺合部すなわち係合部に大きな応力が発生し、この応力が亀裂発生の大きな要因であることが判明した。具体的に説明すると、ストッパーの使用中、先端部は溶鋼中に浸漬されることから、特に先端部の外表面側は高温となる。一方、芯金は空気等により冷却されていることから、この芯金の雄ネジ部と係合する先端部の雌ネジ部も冷却されることになり比較的低温となる。この温度差により、先端部の雌ネジ部に特に大きな応力（熱応力）が発生する。

【0006】

本発明者らは上述の要因分析を踏まえ、先端部における亀裂発生を抑制するためには芯金と係合する先端部の係合部の長さを低減することが有効であるとの発想の下、ストッパーの全体構造について検討及び見直しを行った。その結果、ストッパーにおいて芯金の周囲に設けられる本体部の下端部を鍔部で支持する構成とすることにより、係合部の長さを低減することが可能であることを知見した。すなわち、上述の構成とすることにより、係合部の長さは先端部を固定するに足りる程度とすればよいことを知見した。そして、上述の熱応力の低減を図ることも含めて更に検討を重ねた結果、係合部の長さを先端部の長さに対して特定の比率の範囲とすることで、芯金の下端部に係合して先端部を固定するという係合部本来の機能を果たしつつ、上述の熱応力の低減を図り先端部における亀裂発生を抑制することができることを知見し、本発明を完成するに至った。

【0007】

すなわち、本発明の一観点によれば、次の連続鋳造用のストッパーが提供される。
芯金と、前記芯金の周囲に設けられた耐火物製の本体部と、前記本体部の下方に設けられた耐火物製の先端部とを備える連続鋳造用のストッパーであって、
前記芯金は、前記本体部の下端部を支持するための鍔部と、前記鍔部の下方に設けられ前記先端部を固定するための固定部とを含み、
前記先端部は前記固定部が係合する係合部を含み、
前記先端部の上端から下端までの上下方向の長さをＡ、前記先端部の上端から前記係合部の下端までの上下方向の長さをＢとしたとき、Ｂ／Ａが０．０５以上０．３以下であり、
前記本体部と前記先端部との境界にはモルタルが設けられている、連続鋳造用のストッパー。

【発明の効果】

【0008】

本発明の連続鋳造用のストッパーによれば、先端部に亀裂が発生することを抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施形態であるストッパーの要部の概略縦断面図。

【図2A】図１のストッパーを構成する芯金の縦断面図。

【図2B】図１のストッパーを構成する先端部の縦断面図。

【図3A】本発明の他の実施形態であるストッパーを構成する芯金の縦断面図。

【図3B】本発明の他の実施形態であるストッパーを構成する先端部の平面図及び縦断面図。

【図4】熱応力の解析結果を示す図。

【図5】Ｂ／Ａと応力発生指数との関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0010】

図１に、本発明の一実施形態であるストッパー１の要部を縦断面で概略的に示している。また、図２Ａ及び図２Ｂには図１のストッパー１を構成する芯金２及び先端部４をそれぞれ縦断面で示している。図１のストッパー１は、芯金２と、芯金２の周囲に設けられた耐火物製の本体部３と、本体部３の下方に設けられた耐火物製の先端部４とを備えている。

【0011】

芯金２は所定の長さを有し、内部に中空部２１を含む。中空部２１の上端は開放しており、この中空部２１には空気輸送管２２が隙間を有して配置されている。空気輸送管２２には上端から空気が導入され、下端から中空部２１に送られる。これにより芯金２が冷却（空冷）される。なお、図２Ａにおいて空気輸送管２２は省略している。

【0012】

また芯金２は、その下端部分に、鍔部２３と、この鍔部２３の下方に設けられた固定部２４とを含む。鍔部２３は、芯金２の周囲に設けられた本体部３の下端部を支持するためのものである。本実施形態において本体部３は、定形耐火物、具体的には上下方向に積層された複数段のスリーブれんがよりなる。図１には最下段のスリーブれんが３１のみが表れており、このスリーブれんが３１の下端部が鍔部２３で支持されている。なお、本体部３は定形耐火物ではなく、不定形耐火物で形成することもできる。いずれにしても鍔部２３で本体部３の下端部を支持する構成とする。

【0013】

固定部２４は先端部４を固定するためのものである。本実施形態において固定部２４は雄ネジ部２４１を含んでなる。一方、先端部４はその上端部分に、固定部２４が係合する係合部４１を含む。本実施形態において係合部４１は雄ネジ部２４１が係合する雌ネジ部４１１よりなる。すなわち、先端部４の雌ネジ部４１１を芯金２の雄ネジ部２４１に係合（螺合）させることにより、先端部４が芯金２の下端部に固定される。

【0014】

図１に表れているように、本体部３と先端部４との境界にはモルタル５が設けられている。また、本実施形態おいて先端部４は、鍔部２３と対向する凸状のダボ部４２を含む。そして係合部４１すなわち雌ネジ部４１１はダボ部４２内に設けられている。また、本体部３の下端部分を構成するスリーブれんが３１は凹部３１１を含み、この凹部３１１がダボ部４２及び鍔部２３と嵌り合う関係となっている。

【0015】

以上のような構成において本発明では、先端部４の上端から下端までの上下方向の長さＡに対する、先端部４の上端から係合部４１の下端までの上下方向の長さＢの比、すなわちＢ／Ａを０．０５以上０．３以下の範囲とする。Ｂ／Ａが０．３を超えると、上述した温度差により係合部４１に大きな応力が発生し、先端部４に亀裂が発生しやすくなる。一方、Ｂ／Ａが０．０５未満では、芯金２の固定部２４に係合して先端部４を固定するという係合部４１本来の機能が低下して先端部４が落下するなどのトラブルが発生しやすくなる。
なお、上述の長さＢは技術的には、係合部４１の上下方向の長さと実質的に同義である。すなわち、本発明は上述の通り、先端部４における亀裂発生を抑制するためには係合部４１の長さを低減することが有効であるとの発想に基づきなされたもので、具体的にはＢ／Ａを０．３以下として係合部４１の長さを低減することを技術的特徴の一つとする。そして、この技術的特徴は上述の通り、芯金２の周囲に設けられる本体部３の下端部を鍔部２３で支持する構成を前提とするものである。すなわち、このような構成を前提とすることで、本体部３の荷重は鍔部２３で受けることができる。そのため、係合部４１の長さは先端部４を固定するに足りる程度まで短くすることができる。
また、本発明では本体部３と先端部４との境界にモルタル５が設けられている。このモルタル５により、本体部３に対して先端部４を固定することができると共に、本体部３と先端部４との境界から溶鋼が侵入することを抑制することができる。

【0016】

次に、芯金２の固定部２４及び先端部４の係合部４１の他の構成例について図３Ａ及び図３Ｂを参照して説明する。なお、図３Ａ及び図３Ｂにおいて図２Ａ及び図２Ｂに示した構成と同じ構成には、同じ符号を付して説明を省略する。図３Ａ及び図３Ｂの構成例において、固定部２４は凸状部２４２を含み、係合部４１は凸状部２４２が係合する凹状部４１２よりなる。具体的にこの構成例では、芯金２の凸状部２４２を先端部４の凹状部４１２へ挿入し、その後、芯金２をその長手方向中心軸周りに回転させることで、凸状部２４２が凹状部４１２に係合する。このように固定部２４と係合部４１との係合を、凸状部２４２と凹状部４１２との係合（凹凸係合）とすることにより、図２Ａ及び図２Ｂのように雄ネジ部２４１と雌ネジ部４１１との係合（ネジ係合）とする場合に比べ、係合部４１の形状が単純となる。そのため、係合部４１に応力が集中しにくくなり、先端部４における亀裂発生を抑制する点からは有効である。
なお、この構成例においても、Ｂ／Ａは０．０５以上０．３以下の範囲とする。

【0017】

以上のように本発明では、芯金２の周囲に設けられる本体部３の下端部を鍔部２３で支持する構成を前提としたうえで、係合部４１の長さに関し、Ｂ／Ａを０．０５以上０．３以下の範囲とする。これにより、芯金２の下端部に係合して先端部４を固定するという係合部４１本来の機能を果たしつつ、上述の熱応力の低減を図り先端部４における亀裂発生を抑制することができる。
また本発明では、本体部３と先端部４との境界にモルタル５が設けられているから、このモルタル５により本体部３に対して先端部４を固定することができると共に、本体部３と先端部４との境界から溶鋼が侵入することを抑制することができる。また図２Ａ及び図２Ｂ並びに図３Ａ及び図３Ｂの例では、先端部４がダボ部４２を含むから、本体部３と先端部４との境界が段差状となり、その境界から溶鋼が侵入することを更に抑制することができる。加えて図２Ａ及び図２Ｂ並びに図３Ａ及び図３Ｂの例では、係合部４１がダボ部４２内に設けられているから、上述の熱応力が更に低減し先端部４における亀裂発生を更に抑制することができる。

【実施例0018】

図１に示した基本構造においてＢ／Ａを変化させて、先端部４に発生する熱応力を解析した。具体的にはストッパー１を１５６０℃の溶鋼中に浸漬させた条件で、Ｂ／Ａを変化させた場合の温度差による熱応力を解析した。その際、先端部４の冷却条件は、芯金２の中空部２１（直径φ１６ｍｍ）内に配置した空気輸送管２２（内径φ９ｍｍ）より、空気を１０００Ｌ／ｍｉｎの流量で流して芯金２全体を冷却する条件とした。なお、先端部４の上端から下端までの上下方向の長さＡは１４０ｍｍとした。また、空気輸送管２２の下端と芯金２の下端との距離は２０ｍｍとした。

【0019】

図４に、熱応力の解析結果を示している。また図５には、Ｂ／Ａと応力発生指数との関係を示している。ここで、応力発生指数とはＢ／Ａ＝０．５７の例（図４（ａ））における最大発生応力を１とする指数である。
図４より、先端部の係合部（雌ネジ部）において最大の熱応力が発生することがわかり、図５も併せて参照すると、Ｂ／Ａが０．３を超えるとその熱応力が顕著に大きくなることがわかる。すなわち、Ｂ／Ａを０．３以下とすることで先端部に発生する熱応力を低減でき、先端部に亀裂が発生することを抑制することができるといえる。

【符号の説明】

【0020】

１ ストッパー
２ 芯金
２１ 中空部
２２ 空気輸送管
２３ 鍔部
２４ 固定部
２４１ 雄ネジ部
２４２ 凸状部
３ 本体部
３１ 最下段のスリーブれんが
３１１ 凹部
４ 先端部
４１ 係合部
４１１ 雌ネジ部
４１２ 凹状部
４２ ダボ部
５ モルタル

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】