JP2002301550A - 連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は鋼を連続鋳造するのに際して鋳型内
への溶鋼流動を適正化することによって、表面および内
部品質の優れた鋳片を得るための連続鋳造用浸漬ノズル
を提供する。 【解決手段】溶鋼を鋳型内へ注入する浸漬ノズルにおい
て、ノズル底部にスリットの吐出孔を形成し、且つ該ス
リット横断面が凸円弧の形状を持つ連続鋳造用浸漬ノズ
ル。 【効果】ノズル吐出孔への付着物の形成を少なくするこ
とができ、安定したプラグフローを鋳型内に形成するこ
とにより、鋳片内部介在物および表面欠陥の減少が図ら
れ、内部欠陥の少ない表面性状の優れた鋳片を得ること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼を連続鋳造する
に際して鋳型内への溶鋼流動を適正化することによっ
て、表面および内部品質の優れた鋳片を得るための連続
鋳造用浸漬ノズルに関する。

【０００２】

【従来技術】溶融金属の連続鋳造、特に溶鋼の連続鋳造
においては、鋳型内における凝固過程の安定性と、製品
欠陥の原因となる鋳片内非金属介在物（以下介在物と略
称する）の低減が求められており、溶鋼の連続鋳造にお
いては、鋳型内に溶鋼を注入する手段として耐火物製の
浸漬ノズルが一般的に用いられている。

【０００３】これを図示すると、図１に示すように鋳型
短辺方向に向いた２個の吐出孔３を側面に有する浸漬ノ
ズル２を、鋳型１中央部に配置して溶鋼を鋳型１内へ注
入しており、この吐出流４は、鋳型短辺面に衝突して上
部方向に反転し上昇流７となり、他方は下部方向に向か
う下降流８に分岐する。これら吐出流４によって鋳型溶
鋼内に持たらされた介在物は、一部は溶鋼表面に浮上し
て除去されるが、残りは下降流８によって溶鋼の深部ま
で運ばれ、浮上過程で凝固シェル６に捕捉され、鋳片内
部に残留する。そして、表層の凝固シェル内に捕捉され
た介在物は、製品においてスリバーと呼ばれる欠陥とな
り、内部の凝固シェル内に捕捉された介在物は、加工時
に割れなどの起点となる。

【０００４】一方、上昇流７によって、メニスカス５の
近傍では鋳型の両短辺側から浸漬ノズル側へ向かう反転
流９が形成される。このようなメニスカス５近傍の流れ
があることによって、流れによる介在物の洗浄効果が得
られており、表層での介在物の捕捉による鋳片の表面疵
発生を抑制している。他方、このメニスカス５の流れが
強すぎると、鋳型パウダーを巻き込んで鋳片での表面欠
陥を増加させる。

【０００５】近年、鋳造速度のアップに伴い鋳型内に注
入される溶鋼量が増加すると共に、浸漬ノズルより吐出
する溶鋼流も増大してきており、そのため鋳片の表面欠
陥および内部欠陥も増加してきている。そこで、浸漬ノ
ズルにおいては、鋳型内に注入される溶鋼を鋳型内溶鋼
プールの下方に向かい均一に分散し、上昇流の低減と下
降流の均一化ならびに低減を図ることが望まれている。

【０００６】上記問題を解決するために、浸漬ノズルの
吐出孔形状やその個数に関して種々の検討がなされてお
り多数の発明が開示されている。これらの浸漬ノズル
は、溶鋼が複数設けられた吐出孔から鋳型下方向に注入
されるので、鋳型内溶鋼面の表面流速が低減され、溶鋼
表面の鋳型パウダーの巻き込みを防止し、また、鋳型下
方に対しても溶鋼流が鋳型の幅方向に広がり注入される
ため溶鋼の侵入深さが低減し、介在物の侵入を抑えるこ
とができることを狙いとしたものである。

【０００７】鋳型内下降流の均一分散性向上の取り組み
として、前記のように浸漬ノズルの吐出孔形状やその個
数に関し様々な検討が成されているが、中でも特にスリ
ット形状が注目されており、例えば特開昭６１−１４０
５１号公報や特開平１１−５７９５６号公報にその技術
が開示されている。

【０００８】特開昭６１−１４０５１号公報によれば、
ノズル底面にスリットを形成し、その両端に１対の溶鋼
吐出孔を設けた浸漬ノズルは、従来の２孔式浸漬ノズル
と比較して溶鋼吐出面積が増大するため、溶鋼の吐出流
速は低下し、溶鋼の侵入深さが低減できる。その結果、
介在物は捕捉され難く、内部欠陥の少ない高品質の鋳片
を得ることができると述べられている。

【０００９】一方、前記技術では単純にスリットを設け
て溶鋼吐出面積を増大させているため、吐出孔やスリッ
トの一部に負圧が発生し、該負圧領域に溶鋼中の非金属
介在物などが付着すると、ノズルからの左右の溶鋼吐出
流は大きく変動し、鋳型内で偏流が発生する。これに対
して特開平１１−５７９５６号公報によれば、ノズル底
面に形成するスリットの間隔を吐出孔径の０．１〜０．
４倍とすることで、負圧の発生を解消できると述べられ
ている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らの実験によ
ると、浸漬ノズル底面に吐出孔径の０．１〜０．４倍の
範囲でスリットを形成した場合でも、吐出流の圧力損失
がスリット中央部とスリット端部で異なるため、ノズル
吐出部分で発生する負圧や流れの淀みが完全に解消され
るまでには至っていない。

【００１１】また、スリットの間隔を拡大することでス
リット端部の負圧や淀みを解消できるが、この場合、ノ
ズル吐出流は鋳型下向きの流れが支配的となるため、溶
鋼侵入深さが深くなり、介在物は鋳型深くまで侵入し、
鋳片内部に残留し製品欠陥の原因となってしまう。この
ように従来のスリット式浸漬ノズルではノズルから吐出
する溶鋼流を鋳型内へ均一に分散化するには至っていな
かった。

【００１２】さらに、介在物の効率的な浮上という観点
から、前記従来技術においては連続鋳造を続行している
ため、溶鋼中に浮遊している介在物は鋳造の進行ととも
に下部方向に引き込まれるので、介在物は溶鋼中を浮上
することが難しく、介在物は完全に除去されず、鋳片中
に残存することになる。このため、介在物が溶鋼内部深
くへ侵入するのを防止するとともに、介在物の浮上を促
進させるための方策が必要となっていた。

【００１３】本発明はこのような従来の溶鋼注入方法の
問題点を解決し、鋳片内部欠陥ならびに表面欠陥共に極
めて少ない高品質な鋳片を得ることができる鋼の連続鋳
造用浸漬ノズルを提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した従来方
法における問題点を解決するためになされたものであっ
て、その要旨とするところは、下記手段にある。 （１）溶鋼を鋳型内へ注入する浸漬ノズルにおいて、ノ
ズル底部にスリットの吐出孔を形成し、且つ、該スリッ
ト横断面が凸円弧の形状を持つことを特徴とする連続鋳
造用浸漬ノズル。 （２）前記ノズル底部のスリット横断面中央部の間隔を
スリット端部の間隔に対して０．４〜０．９倍の範囲と
したことを特徴とする（１）記載の連続鋳造用浸漬ノズ
ル。 （３）前記ノズル底部のスリット端部と該ノズル外筒の
成す角度が鉛直方向に対して下向きに３０°〜７０°の
範囲とすることを特徴とする（１）または（２）記載の
連続鋳造用浸漬ノズル。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明者らは、上記問題点の解決
を図るべく、数多くの水モデル実験を行い、浸漬ノズル
の吐出流及び鋳型内の流動状況について検討を行った。
図２は、２孔式浸漬ノズル底面に吐出孔径の０．１〜
０．４倍のスリットを形成した従来タイプの浸漬ノズル
の吐出流及び鋳型内の流動状況を模式的に示したもので
あるが、前述したように吐出流の圧力損失の差違によっ
てスリット端部の下方付近で流れの淀みが発生してい
る。

【００１６】一方、図３は前記スリットの間隔を拡大し
た場合の鋳型内流動状態を模式的に示したものである
が、スリット間隔を拡大することによってスリット端部
の淀みは解消するものの、ノズル吐出流は鋳型下向きの
流れが支配的となっているため、浸透深さが深くなっ
た。

【００１７】本発明者らは、鋳型下向きの流れを確保し
つつノズル吐出流を鋳型内に均一に分散するためには、
単にスリットを形成するだけでは不十分であり、スリッ
ト自体の形状を適正化することが必要であると考え、様
々な検討を行った。その結果、ノズル内部ではノズル壁
近傍を通過する溶鋼下降流は元来ノズル中央部よりも流
速が小さく、従来のスリット形状のノズルでは下降流が
スリット部を通過する際に、スリット流路抵抗による圧
力損失によってスリット端部付近は殆ど溶鋼流が通過し
なくなってしまうことを突き止めることができた。

【００１８】そのため、この対策としてスリット形状
は、スリット中央部に対して、端部の流路抵抗を小さく
する形状が望ましく、しかも急激に流路抵抗を変化させ
ることは逆に、吐出流の流動を乱してしまう恐れがある
ので、図４に示すようなスリットの横断面形状を凸円弧
の形状とすることが有効であることを見出し得た。な
お、図４において（ａ）は浸漬ノズルを横から見た側面
図であり、（ｂ）は同図の縦断面を示した正面図であ
り、（ｃ）は同図を下から見た平面図である。

【００１９】図５は本発明の凸円弧スリット浸漬ノズル
を使用した場合の鋳型内流動状況を模式的に示したもの
である。浸漬ノズルのスリット部に凸円弧の形状を付与
することで、スリット中央部の吐出流量とスリット端部
の吐出流量が均一化し、吐出流は鋳型内へ均一分散する
ため、負圧や淀みの発生が解消されていることが判る。
また、該ノズルは吐出流が鋳型内に均一分散するため下
降流が低減するとともに、短辺側の深い位置から上昇流
が発生していることが判る。そこで、水モデル実験にお
いて、各種ノズル形状によるメニスカス下１ｍの短辺側
上下方向流速を実測し、微小介在物介在物の浮上性につ
いて検証した。

【００２０】図６は水モデル実験において、各種ノズル
形状によるメニスカス下１ｍの短辺側上下方向流速の実
測による検証を示す。図６において、「２孔ノズル」と
は、浸漬ノズル外筒側面に２つの吐出孔を設けたもので
あり、「２孔＋スリット型ノズル」とは、外筒側面に２
つの吐出孔と共に底面に間隔が一定のスリットを設けた
ものである。図６からも明らかなように従来の「２孔＋
スリット型ノズル」と比較して、「本発明ノズル」は上
昇流が大きいため、微小介在物を鋳型内で効率よく浮上
除去できる可能性が高いことが判る。

【００２１】次に本発明者らは凸円弧形状（スリット間
隔）の影響を調査した。図７はスリット中央部の間隔と
スリット端部の間隔の比率と鋳型メニスカス面の溶鋼湯
面変動量及びメニスカス下１ｍの鋳型短辺での上昇流速
の関係を示す。図７よりスリット中央部分がスリット端
部の間隔に対して０．４〜０．９倍の範囲である場合
に、鋳型短辺での上昇流速は大きく、一方でメニスカス
での湯面変動は小さくなり、さらに鋳片品質が一層良好
になることが判った。これは、スリット中央部分がスリ
ット端部の間隔に対して０．４〜０．９倍の範囲の場合
には一旦下降した吐出流によって、適正な上昇流が発生
しやすくなるためである。

【００２２】また、ノズル底部のスリット端部と該ノズ
ル外筒の成す角度（以下、吐出角度と称す）についても
検討した。その結果、吐出角度は鉛直方向下向きに対し
て３０°〜７０°の範囲である場合にノズル吐出流が鋳
型幅方向に均一分散しやすくなることから、吐出角度は
前記範囲がより好ましいことが判った。

【００２３】

【実施例】各種浸漬ノズルを使用して実機の連続鋳造機
で鋳片を鋳造した。このときの鋳造条件は、鋳片幅１６
００ｍｍ、鋳片厚み２８０ｍｍ、スループット４．５ｔ
／ｍｉｎであった。鋳造時のノズル条件とその品質結果
を表１に示す。表１中「介在物欠陥発生指数」とは、過
去数年間に亘って、ユーザーからの要望を満たす値とし
て、本発明者らが解析して経験的に求めた値であり、介
在物指数が小さいほど高品位であることを示す。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１から明かなように従来の「２孔＋スリ
ット型ノズル」のスリット横断面に円弧形状を付与する
ことで、発生する介在物欠陥が低減することが判る。ま
た、この円弧形状をスリット端部の間隔に対してスリッ
ト中央部の間隔を０．４〜０．９倍の範囲とするか、あ
るいは吐出角度を３０°〜７０°の範囲とすることで、
単純に円弧形状を付与した場合よりも更に介在物欠陥が
低減することが確認できた。

【００２６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のスリット
に凸円弧の形状を付与した浸漬ノズルによれば、ノズル
吐出孔への付着物の形成を少なくすることができ、吐出
孔の閉塞防止に大きな効果を有する。また、鋳型内にお
ける溶鋼流の分布が均一化されるので、介在物は鋳片の
凝固シェルに捕捉されにくく、且つ、安定したプラグフ
ローを鋳型内に形成することにより、鋳片内部介在物減
少および表面欠陥減少が図られ、内部欠陥が少なく、表
面性状に優れた鋳片を得ることできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の連続鋳造鋳型内における溶鋼の流動状況
を示す概略側面図

【図２】側面に２吐出孔を有し吐出孔間の下部をスリッ
トで繋いだ浸漬ノズルでの鋳型内溶鋼吐出流の流動状況
を示した図

【図３】側面に２吐出孔を有し吐出孔間の下部をスリッ
トで繋いだ浸漬ノズルでスリットの間隔を図２の浸漬ノ
ズルよりも拡大した場合の鋳型内溶鋼吐出流の流動状況
を示した図

【図４】本浸漬ノズルを各方向から見た概要図

【図５】本発明浸漬ノズルでの鋳型内溶鋼吐出流の流動
状況を示した図

【図６】各種ノズル使用によるメニスカス下１ｍの短辺
上下方向流速

【図７】スリット中央部と端部の幅の比率と鋳型上面の
湯面変動量及びメニスカス下１ｍの短辺側上下方向流速
との関係を示す図

【符号の説明】

１ 鋳型 ２ 浸漬ノズル ３ 吐出孔 ４ 吐出流 ５ メニスカス ６ 凝固シェル ７ 上昇流 ８ 下降流 ９ 反転流

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 関 健 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内 Ｆターム(参考） 4E004 FB04 NC01 4E014 DB03 EA01

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶鋼を鋳型内へ注入する浸漬ノズルにお
   いて、ノズル底部にスリットの吐出孔を形成し、且つ該
   スリット横断面が凸円弧の形状を持つことを特徴とする
   連続鋳造用浸漬ノズル。
2. 【請求項２】 前記ノズル底部のスリット横断面中央部
   の間隔をスリット端部の間隔に対して、０．４〜０．９
   倍の範囲としたことを特徴とする請求項１記載の連続鋳
   造用浸漬ノズル。
3. 【請求項３】 前記ノズル底部のスリット端部と該ノズ
   ル外筒の成す角度が鉛直方向に対して下向きに３０°〜
   ７０°の範囲としたことを特徴とする請求項１または２
   記載の連続鋳造用浸漬ノズル。