JP5351838B2 - 溶銑予備処理設備のオートカプラ装置 - Google Patents

Description

本発明は、製鋼工程において、レードル内に不活性気体をバブリングして溶銑の品質向上を可能にする溶銑予備処理設備のオートカプラ装置に関するものである。

製鋼工程において、高炉から出てきた銑鉄を電炉へ移し入れるとき、銑鉄をレードルに入れ、このレードルを載せて移動することができる台車を用いる。製鋼工程の時間を短縮するために、銑鉄の入ったレードルを台車が載せて移動する時にも不純物を除去する工程を追加することができるが、このような過程を溶銑予備処理工程と呼ぶ。また、このような溶銑予備処理工程を行うことができるように製作されたレードル及び台車を溶銑予備処理設備と呼ぶ。溶銑予備処理工程は、不活性気体をレードルの内部に供給して溶銑をレードルの下部からバブリングさせ、リン、硫黄、ガス等の物質を分離する工程を呼ぶ。この時、不活性ガスを供給するための配管は台車側の配管を介してレードル側の配管に繋がり、台車側の配管とレードル側の配管との連結のためにカプラ装置が用いられることになる。

このような溶銑予備処理工程は、その後の熔鋼の品質を決定する核心的な過程である。しかしながら、従来のカプラ装置の場合、台車側とレードル側の配管を主に手動で連結しており、このように手動で連結する場合には、作業効率が極めて劣り、作業者が飛散した熔鋼等により危険な状態に晒される等の短所があった。
また、手動ではなくオートカプラを用いる場合にも、既存には台車側の配管とレードル側の配管とを連結する部位が外部に露出していたため、レードルが台車に安着する時や台車の移動時に熔鋼やスラグが飛散して台車とレードルの結合部に設備毀損が発生するようになり、これを随時交換しなければならず、これにより多くの時間と費用を消費しなければならない問題点があった。

また、溶銑予備処理設備の場合、溶銑を電炉へ移す前にレードルを傾けて、熔鋼上に覆われているスラグを除去することになる。このようなスラグの除去時にも、下部から不活性気体をバブリングすることができるようになれば、バブリングの効果が極大化すると共に、スラグを容易にレードルの傾いた側に入るようにすることができ、スラグの除去が極めて容易になる付随的な効果も得ることができる。しかしながら、既存の溶銑予備処理設備では、レードルを傾けるとオートカプラとの間のパッキンに偏荷重が発生し、パッキンが一方に偏ってしまうところ、これによって、傾けた反対側に湿り気が発生するようになる。これにより、実際に注入した不活性気体のうち約１／３程度が湿り気で抜け出してしまい、結局、レードルが傾いた状態ではバブリングを通じた撹拌ができなくなるという問題点が発生する。

さらに、レードルと台車とをカップリングさせる過程においても、レードルが台車に安着する時、レードル側の配管と台車側の配管との間に許容される左右の偏差が大きくなかったため、許容可能な範囲内でレードルを安着させるのにも時間が多く消耗される短所があった。さらに、レードルは、よく移動するものであり、１つの台車に複数個のレードルを交互に用いることになり、レードルは長期間の使用を通じてその大きさと形状がやや変わり得るという点で公差許容範囲が狭い場合、レードルを台車に正確に安着させるのにそれだけ困難性があった。

本発明は、前述の問題点を解決するために、長年の研究の未に創案されたものであって、溶銑の出銑時に溶融物のスプラッシュやスラグ等の異物から損傷を防むことができ、周辺環境の悪条件でも操業が可能であり、操業時間の短縮が可能であり、品質及び生産性が向上したオートカプラ装置を提供することを目的とする。

本発明は、溶銑予備処理設備において、レードル側の配管と台車側の配管とを連結するためのオートカプラ装置において、台車側の配管を囲む形態で配置された複数個の弾性部材；台車側の配管及び弾性部材を取り囲む保護管；前記保護管の上部側に位置し、台車側の配管の上端部に連結される貫通孔を有するフランジ；前記弾性部材の下端部で前記弾性部材を支持するオートカプラ基部；及び前記フランジの上端面に取り付けられるテフロン材質のＯリングを含み、前記フランジの下部と前記基部の上部には、前記弾性部材を支持するための凹部が前記弾性部材に対応する位置に形成され、前記弾性部材の上端と下端はそれぞれフランジ下部とオートカプラの基部の上部に形成された前記凹部によって直接支持されることを特徴とするオートカプラ装置に関する。

また、本発明は、前記Ｏリングの上部には、Ｏリングと同心円を有する多数の溝があることを特徴とするオートカプラに関する。

また、本発明は、前記凹部の深さは、前記弾性部材の長さの１／１０乃至１／５であることを特徴とするオートカプラに関する。

また、本発明は、レードル側の配管又は台車側の配管にチェックバルブをさらに含むことを特徴とするオートカプラに関する。

また、本発明は、前記オートカプラ装置において台車に設けられる溶銑予備処理設備であって、レードルの側面に安着部が形成され、前記オートカプラによってＯリングが安着部の下端面と密着して密封され、台車側の配管からレードル側の配管まで互いに連通するようにカップリングされ、カップリングされた状態でティルティング装置によってレードルを傾けることができる溶銑予備処理設備に関する。

本発明によると、台車側の配管とレードル側の配管のカップリングされた部分が外部に露出していないので、溶銑が飛散しても溶銑の出銑時に溶融物のスプラッシュやスラグ等の異物がオートカップリング装置に触れず、異物からの損傷を防ぐことができるようになるところ、オートカップリング装置の寿命を向上することができるようになる。
また、台車側の配管とレードル側の配管が互いにカップリングされた状態で傾けても、パッキンが一方へ偏らないので、湿り気なくレードル内で不活性気体をバブリングすることができるようになる。台車の下部で不活性気体のバブリングをすれば、台車が傾いた方向へスラグが押し寄せられるので、容易に多量のスラグを除去することができるようになる。このような方法を通じて溶銑を電炉へ送ると、平準化され、高品質の溶銑を得ることができるようになる。

また、レードルを台車に安着させる際に許容可能な公差が広がることにより、レードルをさらに容易且つ素早く台車に安着させることができるようになった。従って、台車にレードルを安着させるのに所要される時間を短縮し、作業上の煩わしさを改善することができるところ、操業時間の短縮及び生産性の向上を図ることができるようになる。

本発明のオートカプラ装置が適用された溶銑予備処理設備の正面図である。 ティルティング装置を介して台車を傾けた状態を示す溶銑予備処理設備の図面である。 本発明の溶銑予備処理設備のレードルを示す図面である。 本発明のオートカプラ装置が装着された台車の基端部分の斜視図である。 本発明のオートカプラ装置の側断面図である。 図４のＡ-Ａ方向に沿った断面図である。

本発明の実施形態を図面を参照して説明することにする。
図１ａ及び図１ｂは、溶銑予備処理設備の全体を示す図面である。レードル（１００）にはレードル側の配管（１０２）及びレードル側の安着部（１０４）が設けられ、台車（２００）側の基端（２０４）には、窒素、アルゴン等の不活性ガスを供給する台車側の配管（２０２）がそれぞれ設けられる。溶銑やスラグ等から台車側の基端（２０４）を保護するカバーが台車（２００）に取り付けられる。レードル（１００）が台車（２００）に安着されると、レードル側の配管（１０２）と台車側の配管（２０２）とがオートカプラ装置（３００）により連結される。図１ａ及び図１ｂには、２つのオートカプラ装置（３００）が台車側の基端（２０４）上に設けられているが、オートカプラ装置（３００）の数は、これに限定されない。

レードル側の配管（１０２）は現場の悪条件に対応するために、ＳＴＰＧの高圧配管鋼管（Ｓｃｈ ＃ ８０）を用いることができる。台車側の配管（２０２）もレードル側の配管（１０２）と同一の材質を用いるが、一部には、レードルを傾けられるように可撓性鋼材ホースが用いられる。また、逆流防止のためにレードル側の配管（１０２）にチェックバルブ（１１６）を用いて、このようなチェックバルブは台車側の配管（２０２）にも用いることができる。

また、図１ｂから見られるように、レードル（１００）と台車（２００）がオートカプラ装置（３００）により連結された状態でティルティング装置を介してレードル（１００）を傾けることができる。傾けられる角度は、スラグを除去するのに容易であるように十分でなければならず、本実施形態で傾けられる角度は最大35゜である。

図２は、レードル側の安着部（１０４）の詳細図である。レードル（１００）の側面にレードル側の安着部（１０４）が形成される。レードル側の配管（１０２）の一端部がレードル側の安着部の通路に連結されている。レードル（１００）はよく移動するものであるので、レードル側の配管（１０２）とレードル側の安着部（１０４）は構成を簡単且つ最小化することが好ましい。

図３は、本発明のオートカプラ装置（３００）の設置図である。
本発明によるオートカプラ（３００）は、レードル（１００）の安着時に偏荷重が発生して不活性ガスが漏れないように構成される。オートカプラ装置（３００）は台車側の基端（２０４）に設けられ、台車側の配管（２０２）に連結される。また、基端（２０４）上には一対の案内部（２０８）が互いに対向する面が下方へ行くほど近くなるように傾いて形成されている。２つの案内部（２０８）の下端部の間の距離は、レードル側の安着部（１０４）の幅と実質的に同一であるので、レードル（１００）が台車（２００）に安着されると、レードル（１００）の安着部（１０４）が案内部（２０８）により案内され、レードル側の安着部の通路（１０８）がオートカプラ装置（３００）上で正確な位置へ来ることができるようになる。

図４は、オートカプラ装置（３００）の横断面図であり、図５は、図４のＡ-Ａ断面図である。図４において、オートカプラ装置（３００）を通過する配管（２０２）は２重保護管（３０６）によって取り囲まれ、２重保護管（３０６）の間には保温材（３０８）が挿入され、高温でも保護管（３０６）の内部の構成要素が変形することを防止する。

保護管（３０６）の上部にはフランジ（３１０）が配置され、フランジ（３１０）は台車側の配管（２０２）の一端部と連結される貫通孔を有し、台車側の配管（２０２）の一端部と貫通孔の接合部は溶接等によって外部から密封されるように処理される。従って、台車側の配管（２０２）を介して不活性ガスが供給される場合、不活性ガスは配管（２０２）の一端部へ出てフランジ（３１０）の貫通孔（３１１）を介してフランジ（３１０）の上方へ放出され、レードル側の安着部の通路（１０８）を経てレードル側の配管（１０２）を介してレードル内へ進入する。

フランジ（３１０）の上面にはＯリング（３１４）が取り付けられる。フランジ（３１０）の上面には突出部（３１２）が形成され、Ｏリング（３１４）の下部にはこの突出部（３１２）に相応するように凹んだ部分を形成し、フランジ（３１０）とＯリング（３１４）とを結合した。フランジ（３１０）とＯリングの上側にはＯリングを取り囲む形態でＯリングのカバーが配置され、このＯリングカバーはフランジ（３１０）とＯリング（３１４）が上方へ抜け出すことを防止する役目を果たす。

一般的にＯリング（３１４）は圧着を効果的にするために、強度の強い素材よりは弾性に優れた素材を選択するが、このような素材を選択する場合、台車を傾ければ、Ｏリングが容易に破損する恐れがある。従って、本発明のＯリング（３１４）は、このようなＯリングの破損を防止し、周りの熱に耐えられるように、強度の強いテフロン素材で作られる。このような素材を用いれば、Ｏリングが容易に破損することを防止することができるので、Ｏリングを交換するのに所要される時間と労力を節約することができるようになった。

Ｏリング（３１４）は、既存の複数個のＯリングではなく一体型で構成した。複数個のＯリングを用いる場合がレードルを台車に安着させるのに許容される偏差が小さいという短所があるが、パッキングするには有利である。本発明では、弾性は足りないが強度の強いテフロン材質の一体型Ｏリングが有するこのような短所を克服するために、Ｏリングの上部に多数の溝（３１５）を形成した。この多数の溝（３１５）は上から見ると、Ｏリング（３１４）と同心円を成す形態である。これを通じて、Ｏリングがレードル側の安着部（１０４）の下部と接触する際に密封を堅固にすることができる。強度は強いが弾性の小さなテフロン材質のＯリングを用いる場合、このような溝（３１５）を形成して密封を堅固にするのがさらに好ましい。また、多数の溝（３１５）が形成された部分にのみレードル側の安着部（１０４）の通路が安着されると、パッキングが可能であるので、実質的にレードル側の安着部（１０４）の孔とフランジ（３１０）上部の孔の中心間の左右の偏差が増やせるようになる。

保護管（２２）と台車側の配管（２０２）との間には台車側の配管（２０２）を取り囲む形態で９０゜間隔を置いて４つの弾性部材（３０２）が配置される。本実施例では、弾性部材（３０２）としてバネ（３０２）を用いた。フランジ（３１０）の下部に固定するシャフト（３０４）によりバネ（３０２）の位置が決まる。フランジ（３１０）に荷重が作用すると、フランジ（３１０）とシャフト（３０４）とが共に下方へ移動し、これにより、バネ（３０２）が下方へ弾性圧縮されるので、バネ（３０２）の弾性力は上方へ作用するようになる。この時、本発明では、既存とは異なってそれぞれのバネを囲む離脱防止用ガイドを削除して４つのバネが各々に動くことができるようにした。

以下において、離脱防止用バネガイドなしにバネを配置した内容について詳細に説明する。離脱防止用バネガイドがある場合には、これにより、複数個のバネが互いに各々に動くことができず、同一に動くようになる。このような場合、レードルを上下にのみ動かす場合には有利になり得るが、レードルを傾けなければならない場合には湿り気の問題点が発生する。本発明では、フランジ（３１０）の下部及びオートカプラの基部（３１６）の上部に、バネの直径に相応する直径で一定の深さの凹部（３１８、３２０）を形成し、この凹部（３１８、３２０）にバネ（３０２）及びシャフト（３０４）を挟んでバネを支持するようにした。

凹部（３１８、３２０）の深さはバネの長さの１／１０〜１／５の水準が好ましい。凹部（３１８、３２０）の深さが１／１０未満になると、バネを支持する効果が少なくてバネが離脱してしまい、反対に凹部（３１８、３２０）の深さが１／５を超過すると、バネがそれぞれに動くことを妨げるようになる。この場合、それぞれのバネはシャフトにより位置が決まり、上部はフランジ（３１０）の下部の凹部（３１８）、下部はオートカプラの基部（３１６）の上部の凹部（３２０）によってのみ支持されるので、４つのバネはフランジ（３１０）の下部の凹部（３１８）と、オートカプラの基部（３１６）の上部の凹部（３２０）との間の距離によって各々に動くことができるようになる。即ち、レードルを傾けても、傾けた方向のバネは相対的に長さが短く、反対方向に位置したバネは相対的に長さが長くなるようになる。これにより、レードル（１００）を傾けても、傾けた方向だけでなくその反対方向でも密封が緩まなくなる。即ち、レードル（１００）が傾くと、オートカプラ（３００）の４つの内部バネ（３０２）が各々に動くことができるところ、オートカプラ（３００）によってカップリングされる部分の全体に同一の荷重がかかるようにできるものである。これにより、偏荷重が生じて台車（１００）が傾けた方向に過度にずり落ちることを防止し、傾けた反対方向で密封が十分でなく、この部分で不活性気体の湿り気が発生することがなくなる。これを通じて、ティルティングした状態でも湿り気なく不活性気体をバブリングすることが可能になる。

本発明の場合、Ｏリングを一体型で構成し、バネガイドなしに凹部を介してバネを支持した結果、レードル（１００）が台車（２００）に安着する時の左右の偏差を既存の±２０mmから±３０mmで適用することが可能になった。従って、レードル（１００）をさらに容易に台車（２００）に安着させられるようになった。

オートカプラの作動原理は、次のとおりである。
オートカプラ（３００）が基端（２０４）に装着されると、Ｏリング（３１４）は基端（２０４）の上端面から一定の距離だけ上方へ突出する。従って、レードル（１００）が台車（２００）に安着すると、安着部（１０４）の下端面がオートカプラ（３００）のＯリング（３１４）と接触し、安着部（１０４）の荷重によりＯリング（３１４）とフランジ（３１０）とが下方へ移動するようになり、バネ（３０２）による弾性力が上方へ作用するようになる。これにより、安着部（１０４）の荷重とバネ（３０２）の弾性力によってＯリング（３１４）が圧着される。これにより、レードル側の配管（１０２）と台車側の配管（２０２）との間に外部面から密封される空間が発生する。従って、台車側の配管（２０２）を介して不活性ガスが供給される時、ガスが外部へ漏れることを防止することができる。

レードルをスラグのポート方向へ移動させた後に、レードル側の配管（１０２）と台車側の配管（２０２）が互いにカップリングされた状態で、ティルティング装置を介してレードルをスラグのポート方向へ押し寄せる。レードルが水平状態であれば、バブリングを介してスラグを一方へ押し寄せることができないが、傾いた状態で不活性気体をバブリングすれば、台車が傾いた方向へスラグが押し寄せられる。従って、一方へ押し寄せられた多量のスラグを容易に除去することができるようになる。

オートカプラ（３００）の周りにガスをパージすることができるクリーナーを設けてＯリング（３１４）にたまったほこり等を除去することができる。レードル（１００）の安着時に自動で異物が掃除されるようにＰＬＣで指令してガス等をパージし、Ｏリング（３１４）にたまったほこり等を除去することができる。

前述した本発明の実施形態は単に例示的なものであり、本発明は、これに限定されず、多様な変更及び改良が可能である。

Claims (4)

1. 溶銑予備処理設備においてレードル側の配管と台車側の配管とを連結するためのオートカプラ装置において、
   台車側の配管を囲む形態で配置された複数個の弾性部材；
   台車側の配管及び弾性部材を取り囲む保護管；
   前記保護管の上部側に位置し、台車側の配管の上端部が連結される貫通孔を有するフランジ；
   前記弾性部材の下端部で前記弾性部材を支持するオートカプラの基部；及び
   前記フランジの上端面に取り付けられるポリテトラフルオロエチレン(Polytetra fluoro ethylene)材質のＯリングを含み、
   前記フランジの下部と前記基部の上部には、前記弾性部材を支持するための凹部が前記弾性部材に対応する位置に形成され、
   前記弾性部材の上端と下端は、それぞれフランジの下部とオートカプラの基部の上部に形成された前記凹部によって直接支持され、それぞれの前記弾性部材が各々に動き、前記フランジは、前記基部と前記保護管に対して移動可能であり、
   前記Ｏリングの上部にはＯリングと同心円を有する二つ以上の溝があることを特徴とするオートカプラ装置。
2. 前記凹部の深さは、前記弾性部材の長さの１/１０乃至１/５であることを特徴とする請求項１に記載のオートカプラ。
3. レードル側の配管又は台車側の配管にチェックバルブをさらに含むことを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のオートカプラ。
4. 請求項１又は請求項２によるオートカプラ装置において台車に設けられる溶銑予備処理設備であって、
   レードルの側面に安着部が形成され、
   前記オートカプラによりＯリングが安着部の下端面と密着して密封され、台車側の配管からレードル側の配管まで互いに連通するようにカップリングされ、
   カップリングされた状態でティルティング装置によりレードルを傾けることができる溶銑予備処理設備。

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