JP2004283848A - 鋼の連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】溶鋼の連続鋳造の際に、吐出孔からの偏流を防止すると同時に、ノズル内壁のアルミナ付着を抑制することが可能である浸漬ノズルを提供する。
【解決手段】本発明の浸漬ノズル１は、上端が開口した内部孔３と、該内部孔に連通し、溶鋼を流出させる一対の吐出孔２とを備え、吐出孔の設置された部分を含んで少なくとも内部孔の下部が吐出孔の下端位置までテーパー状に狭められ、吐出孔の下端位置に下向き凸状の球面形状の底部４が備えられた浸漬ノズルであって、テーパー状に狭められた範囲のテーパー値を、（１）式で定義される縮径テーパー値で０．００６以上０．０７以下とする。但し、（１）式において、Ｔは縮径テーパー値、Ｄ_１ 及びＤ_２ は、テーパー状に狭められた範囲の任意の二箇所の内部孔の直径、Ｌは、これら二箇所間の距離である。
Ｔ ＝｜Ｄ_１−Ｄ_２｜／（２×Ｌ） …（１）
【選択図】 図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造においてタンディッシュ内の溶鋼を鋳型内に注湯するために用いられる浸漬ノズルに関し、詳しくは、吐出孔からの偏流を防止することが可能であると同時に、浸漬ノズル内壁へのアルミナ付着を抑制することが可能である浸漬ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造においては、タンディッシュ内の溶鋼を鋳型内に注湯するために、通常、図１０に示すような浸漬ノズル１が使用されている。図１０に示すように、浸漬ノズルの下部には、溶鋼を鋳型内に流出させるための複数個（通常２個）の吐出孔２が設けられ、又、浸漬ノズルの底部形状は、図１０（Ａ）に示すような山型形状や、図１０（Ｂ）に示すようなウェル型形状となっている。底部形状をこのようにすることで、鋳型内に注湯された溶鋼が鋳型の下方に深く侵入しないように配慮し、且つ、溶鋼中に存在する介在物の鋳型内での浮上を促進させている。又、浸漬ノズルの内壁にはアルミナが付着するので、それを防止するために、浸漬ノズル内壁で囲まれた、溶鋼の流下する空間（以下、「内部孔３」と称す）内にはＡｒ等の不活性ガスが吹き込まれている。この不活性ガスは鋳型内にも流入し、鋳型内で浮上しながらアルミナの浮上を促進させている。
【０００３】
しかし、このような浸漬ノズルを使用した場合、それぞれの吐出孔から吐出される溶鋼流に偏流が生じることがある。偏流の発生には以下の２つの原因が考えられている。
【０００４】
１つ目の原因による偏流の発生は、スライディングノズル或いはストッパーによる流量制御に起因する偏流である。浸漬ノズルとタンディッシュとの間で、溶鋼の流量制御や溶鋼の注入を停止するために、２層式スライディングノズル或いはストッパーが使用されることがある。２層式スライディングノズルを使用する場合には、その絞り注入により、又、ストッパーを使用する場合には、ストッパーを偏芯させながら注入することにより、浸漬ノズル内を流下する溶鋼流は偏流となり、これが吐出孔まで影響して吐出孔からの流れを偏流させる。
【０００５】
２つ目の原因による偏流の発生は、浸漬ノズル内壁へのアルミナ付着に起因する偏流である。Ａｌ脱酸時、溶鋼中にはアルミナが生成する。生成した直径数ミクロンのアルミナがＲＨ脱ガスやＡｒバブリング等の溶鋼処理中に衝突合体して数１０μｍ以上の大きさに凝集する。約１００μｍ以上の大きさに成長したアルミナは浮上して溶鋼から分離される。しかし、数１０μｍ以下のアルミナは残留しており、これらを除去することは、介在物と溶鋼との密度差を利用した浮上分離作用による除去方法ではほとんど不可能である。そのため、微小なアルミナ粒子を含んだ溶鋼が浸漬ノズル内を流下することになり、アルミナ粒子がノズル内壁に付着堆積する。アルミナ粒子が付着する部位は、吐出孔の上端部分と、吐出孔が設置された円周方向の吐出方向と直角方向位置の内壁部に多い。このアルミナ付着により、吐出孔からの溶鋼流れは偏流を起こす。
【０００６】
このような偏流が起こると鋳型内溶鋼の全体の流れに異常が発生する。即ち、浸漬ノズルを中心にして左右どちらかに流れが偏る現象が発生する。この現象が起こると、例えば浸漬ノズル周りで縦渦を発生させ、縦渦によってモールドパウダーが溶鋼中に巻込まれる等により、鋳片の介在物含有量が増加し、製品の品質低下や歩留り低下を招き、大きな損失を発生させる。
【０００７】
そのため、偏流を防止する手段が多数提案されている。前述した１つ目の原因で起こる偏流に対しては、ノズルの内部孔の直径を絞り、内壁面に段差を設けた浸漬ノズル（以下、「段差ノズル」と呼ぶ）が提案され（例えば特許文献１参照）、又、浸漬ノズルの内部孔に旋回羽根を設け、流れに旋回を与えて偏流を防止した浸漬ノズル（以下、「旋回流ノズル」と呼ぶ）が提案され（例えば特許文献２参照）、更に、ノズル底を球面形状とした浸漬ノズル（以下、「球面底ノズル」と呼ぶ）も提案されている（例えば特許文献３参照）。
【０００８】
しかしながら、段差ノズルでは、段差の直下にアルミナが付着し易いと云う問題があり、アルミナが付着すると偏流を誘発する。旋回流ノズルでは、旋回羽根の上部にアルミナが付着して、羽根部分の開口断面積を減らし、ノズル閉塞が発生し易いと云う問題がある。又、球面底ノズルでも吐出孔上端部にアルミナが付着するため、長時間の使用においては偏流が発生する。
【０００９】
一方、前述した２つ目の原因で起こる偏流に対しては、アルミナが付着し難い耐火物材質の開発が行われている（例えば特許文献４参照）。しかし、現在までに開発されたアルミナ付着の少ない耐火物材料の中で、実際に工業的に用いられている材料は、ＣａＯ−ＺｒＯ_２ −Ｃ質やＡｌ_２ Ｏ_３ −ＳｉＯ_２ 質であり、これらの材料も、アルミナ付着量は従来材料であるアルミナ−黒鉛質に比べて少ないものの、耐用時間などで満足できるものはなく、現在も開発が続けられている。
【００１０】
【特許文献１】
特開平１１−１２３５０９号公報
【００１１】
【特許文献２】
特開平７−３０３９４９号公報
【００１２】
【特許文献３】
特開平５−２６９５５７号公報
【００１３】
【特許文献４】
特開平４−９４８５０号公報
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、偏流防止を目的として開発された従来の浸漬ノズルは未だその目的を十分には満足しておらず、又、アルミナ付着を目的に開発された従来の浸漬ノズルも未だその目的を十分には満足していない。
【００１５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、溶鋼の連続鋳造の際に、吐出孔からの偏流を防止することが可能であると同時に、浸漬ノズル内壁へのアルミナ付着を抑制することが可能である浸漬ノズルを提供することである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った。以下に検討結果を説明する。
【００１７】
本発明者等は、アルミナの付着機構を検討し、ノズル形状による解決を試みた。その結果、アルミナ付着は溶鋼流れが急激に曲げられる際に、密度の小さいアルミナ粒子がノズル内壁側に押し出されて付着することが判明した。図１に、吐出孔部分における溶鋼の流れと介在物粒子の運動とを模式的に示すように、浸漬ノズル１の内部孔３を流下してきた溶鋼が吐出孔２で円弧を描いて流出すると、密度の大きな溶鋼は円弧の外側に、密度の小さいアルミナ粒子は円弧の内側即ち吐出孔上端側のノズル壁に押し出される。そのため、アルミナ粒子は吐出孔上端位置のノズル壁に付着し堆積していく。アルミナ粒子が付着すると、吐出孔左右の流量バランスが崩れて偏流を起こす。
【００１８】
この結果から、吐出孔からの溶鋼吐出流の偏流を防止するためには、ノズル内部での偏流の防止と、吐出孔付近でのアルミナ付着の防止の２つの現象を同時に達成する必要があるとの知見が得られた。特許文献１〜４等の従来の浸漬ノズルでは、この内の何れか１つに対する対策を採っていたため、完全な偏流防止にはならなかった。
【００１９】
そこで、先ず最初に、吐出孔直上のアルミナ付着を防止する観点から浸漬ノズル形状を検討した。
【００２０】
アルミナ粒子は、前述したように溶鋼流れが滞留する部分に付着する。溶鋼流の滞留する位置では、溶鋼動圧が負圧（マイナス圧）になるはずであり、これを確認するため、底部形状の異なる浸漬ノズルを用いて水モデル実験により確認した。水モデル実験では水の動粘性係数が溶鋼とほぼ同じであるため、流動挙動は極めて酷似している。
【００２１】
水モデル実験では、２孔の吐出孔を有し、底部形状が山型形状及びウェル型形状の２種類の浸漬ノズルを用い、吐出孔の上端部（以下、「Ａ部」と記す）と、Ａ部と同一高さ位置で、浸漬ノズルの中心を軸として吐出孔の吐出方向に対して９０度回転した位置（以下、「Ｂ部」と記す）との２箇所で動圧を測定した。
【００２２】
水モデル実験の結果は以下の通りであった。底部が山型形状の浸漬ノズル（以下、「山型底ノズル」と呼ぶ）では、Ａ部の動圧の値はマイナスであり、動圧はマイナスの範囲内で変動していた。一方、Ｂ部の動圧の値はプラスであり、動圧はプラスの範囲内で変動していた。これら動圧の変動幅は比較的小さい値を示していた。これに対して、底部がウェル型形状の浸漬ノズル（以下、「ウェル型底ノズル」と呼ぶ）では、Ａ部及びＢ部とも動圧の値はプラスであり、しかも、どちらの部位とも動圧の変動幅が山型底ノズルに比べて大きいことが判明した。
【００２３】
本発明者等は、実機の連続鋳造機で山型底ノズル及びウェル型底ノズルを使用した場合には、どちらの浸漬ノズルもアルミナ付着は発生するものの、山型底ノズルの方がアルミナ付着程度が激しく、そして、左右吐出孔の流量バランスはウェル型底ノズルの方がより均等になり、山型底ノズルでは偏流の発生頻度が高いことを確認している。
【００２４】
以上の結果から、Ａ部及びＢ部の動圧が共にプラス側であれば、左右の流量バランスが均等になり易く、又、圧力変動幅が大きいほどアルミナは付着し難いことを確認した。この条件を、山型底ノズル及びウェル型底ノズルに照らし合わせると、ウェル型底ノズルの方が目的に適ったノズルであることが分かる。
【００２５】
そこで、底部形状を球面形状とした浸漬ノズル（球面底ノズル）を作製し、球面底ノズルとウェル型底ノズルとで浸漬ノズル内の動圧に差が生じるか否かを水モデル実験によって比較調査した。
【００２６】
その測定結果を図２に示す。図２からも明らかなように、球面底ノズルの場合には、ウェル型底ノズルに比較して更に動圧が大きくなることが判明した。又、図示はしないが、動圧変動幅も大きくなることが分かった。これは、球面底ノズルの場合には、ノズル底部に衝突して形成される、内部孔からの落下流の反転流が、速い速度を保った状態のままでノズル内壁に再度衝突するため、動圧がプラス値で且つ高くなると同時に、動圧自体が高くなることによって動圧変動幅も大きくなるためであり、この現象から判断して、球面底ノズルの場合には、ウェル型底ノズルの場合よりも更にアルミナ付着が少なくなるものと思われた。尚、図２では前述したＡ部及びＢ部の測定結果を区別して表示している。
【００２７】
又、底部球状形状の効果を十分に発揮させるためには、ノズル底部に衝突して反転する流れを常に確保する必要があり、そのためには、落下流が球面形状の底部に集中して衝突するように、ノズル内部孔をテーパー状に絞る必要があるとの知見が得られた。浸漬ノズルの内部孔をテーパー状に絞ることによって、底部からの反転流のノズル内壁への再衝突が効果的に行われる。
【００２８】
これらの検討結果をふまえ、浸漬ノズルの内部孔断面積を溶鋼の流下する方向にテーパー状に絞ることと、底部形状を球面形状とすることの２点を基本とし、水モデル実験を用いて浸漬ノズルの最適形状化を図った。
【００２９】
水モデル実験には図３に示す形状の浸漬ノズルを用いた。図３に示すように、用いた浸漬ノズル１は、その下部に、浸漬ノズル１の中心を軸として左右対称な２つの吐出孔２を有し、吐出孔２の設置された部分を含んで、内部孔３の下部を、吐出孔２の上端から距離Ｌ_０ だけ離れた位置から、吐出孔２の下端位置までテーパー状に絞り、吐出孔２の下端位置に半径Ｒの球面形状の底部４を設置したものである。図３において、Ｄ_０ は内部孔３を絞る直前の内部孔３の直径、Ｄ_Ｓ は吐出孔２の上端位置の内部孔３の直径、ｄは吐出孔２の直径、ｈは吐出孔２の高さ、αは吐出孔２の水平方向に対する吐出角度、Ｒは底部４の球面半径である。
【００３０】
そして、厚みが２２０ｍｍ、幅が１０００ｍｍのスラブ鋳片を２．５ｍ／分の鋳片引抜き速度で鋳造した鋳造条件に相当する条件下で、前述したＡ部及びＢ部における動圧を測定した。動圧の測定結果を図４〜図８に示す。図４〜図８においては、Ａ部における動圧Ｐ_Ａ を▽印で、Ｂ部における動圧Ｐ_Ｂ を△印で示す。
尚、全ての条件下において動圧が大きくなるほど、その部位における動圧変動幅も大きくなることを確認している。因みに、同一条件下における山型底ノズル及びウェル型底ノズルにおける動圧測定結果から、山型底ノズルの場合には動圧Ｐ_Ａ が約−０．０２ｋｇｆ／ｃｍ^２ 、動圧Ｐ_Ｂ が約＋０．０４ｋｇｆ／ｃｍ^２ で、ウェル型形状の場合には動圧Ｐ_Ａ が約＋０．０４ｋｇｆ／ｃｍ^２ 、動圧Ｐ_Ｂ が約＋０．０５ｋｇｆ／ｃｍ^２ であることを確認している。
【００３１】
図４は、動圧Ｐ_Ａ 及び動圧Ｐ_Ｂ に及ぼす浸漬ノズル内部孔部分の直径の縮径比Ｄ_Ｓ ／Ｄ_０ の影響を示す図であり、図４から明らかなように、縮径比Ｄ_Ｓ ／Ｄ_０ が１以下の範囲では、縮径比Ｄ_Ｓ ／Ｄ_０ が小さくなるほど動圧Ｐ_Ａ 及び動圧Ｐ_Ｂ が高くなることが分かった。
【００３２】
図５は、動圧Ｐ_Ａ 及び動圧Ｐ_Ｂ に及ぼす浸漬ノズル内部孔部分の縮径テーパーＴの影響を示す図であり、図５から明らかなように、縮径テーパーＴが大きくなるほど動圧Ｐ_Ａ 及び動圧Ｐ_Ｂ が高くなることが分かった。尚、縮径テーパーＴは下記の（１）式によって表される。但し、（１）式において、Ｔは縮径テーパー値、Ｄ_１ 及びＤ_２ は、テーパー状に狭められた範囲即ち縮径部の任意の二箇所の内部孔の直径、Ｌは、これら二箇所間の距離である。縮径部のテーパーは基本的に直線状でよく、従って、縮径部の範囲内であれば、どこの２点間であっても縮径テーパー値は同一である。
【００３３】
【数１】

【００３４】
図６は、吐出孔の面積Ａ_Ｐ と浸漬ノズル内部孔の最小断面積Ａ_Ｓ との面積比Ａ_Ｐ ／Ａ_Ｓ が、動圧Ｐ_Ａ 及び動圧Ｐ_Ｂ に及ぼす影響を示す図であり、図６から明らかなように、面積比Ａ_Ｐ ／Ａ_Ｓ が小さくなるほど動圧Ｐ_Ａ 及び動圧Ｐ_Ｂ が高くなることが分かった。最小断面積Ａ_Ｓ は吐出孔上端位置における内部孔の断面積であり下記の（６）式によって表される。
【００３５】
【数２】

【００３６】
図７は、ノズル底部球面の半径Ｒと吐出孔下端位置の内部孔の半径Ｒ_０ との比Ｒ／Ｒ_０ が、動圧Ｐ_Ａ 及び動圧Ｐ_Ｂ に及ぼす影響を示す図であり、図７から明らかなように、比Ｒ／Ｒ_０ は大きくても又小さすぎても、動圧Ｐ_Ａ 及び動圧Ｐ_Ｂ は小さくなり、下記の（４）式に示す最適範囲があること、即ち比Ｒ／Ｒ_０ を０．８から３の範囲内にすることが好ましいことが分かった。
【００３７】
【数３】

【００３８】
ここで、吐出孔下端位置の内部孔の半径Ｒ_０ は、吐出孔上端位置の内部孔の直径Ｄ_Ｓ と、縮径テーパーＴと、吐出孔高さｈとから、下記の（７）式で表すことができる。
【００３９】
【数４】

【００４０】
吐出孔の断面形状が直径ｄの円形の場合には、ｈ＝ｄ／ｃｏｓαであるので、上記（７）式は下記の（８）式で表される。
【００４１】
【数５】

【００４２】
図８は、ノズル底部の球面深さＤＰ_ＭＡＸ と球面半径Ｒとの比ＤＰ_ＭＡＸ ／Ｒが、動圧Ｐ_Ａ 及び動圧Ｐ_Ｂ に及ぼす影響を示す図であり、図８から明らかなように、比ＤＰ_ＭＡＸ ／Ｒは、大きくても又小さすぎても、動圧Ｐ_Ａ 及び動圧Ｐ_Ｂ は小さくなり、下記の（５）式に示す最適範囲、即ち比ＤＰ_ｍａｘ ／Ｒを０．３から０．８の範囲内にすることが好ましいことが分かった。
【００４３】
【数６】

【００４４】
水モデル実験では上記の結果が得られたが、実際の鋳造では浸漬ノズル内における溶鋼の凝固等を考慮してノズル形状を決めなければならない。即ち、動圧Ｐ_Ａ 及び動圧Ｐ_Ｂ が高くなるからと云って、縮径比Ｄ_Ｓ ／Ｄ_０ や面積比Ａ_Ｐ ／Ａ_Ｓ を小さくし過ぎることは好ましくない。
【００４５】
そこで、面積比Ａ_Ｐ ／Ａ_Ｓ は以下のように限定した。即ち、本発明者等は、吐出孔直上位置の直径がＤ_Ｓ の内部孔を通過する溶鋼流量に対して吐出孔の通過流量の能力を１．４倍から２倍確保しておけば、操業上のトラブルを回避できることを経験上から確認している。本発明では２孔タイプの浸漬ノズルを想定しているので、吐出孔の面積Ａ_Ｐ の下限値を０．７×Ａ_Ｓ としておけば、左右の吐出孔の面積は内部孔の最小断面積の１．４倍を確保することができる。一方、吐出孔の面積Ａ_Ｐ の上限値を内部孔の最小断面積Ａ_Ｓ と同一にしておけば、左右の吐出孔の面積は内部孔の最小断面積の２倍を確保することができ、溶鋼の通過流量能力は、内部孔を通過する溶鋼流量に対して１．４倍から２倍の範囲になるため、操業上で問題は生じない。そこで、面積比Ａ_Ｐ ／Ａ_Ｓ を、下記の（３）式のように０．７から１の範囲に限定した。
【００４６】
【数７】

【００４７】
面積比Ａ_Ｐ ／Ａ_Ｓ を１以上にすると、ノズル肉厚が薄くなったり、ノズル底部に衝突した後の反転流れがノズル内壁に再度衝突してアルミナ付着を抑制する効果を発揮できなくなるので好ましくない。一方、面積比Ａ_Ｐ ／Ａ_Ｓ を０．７以下にすると、鋳造開始時の凝固によるノズル閉塞等の危険性が出てくるので好ましくない。
【００４８】
このような下部の内部孔を絞った形状の浸漬ノズルでは、ノズル底部に溶鋼を集中させながら底部球面に衝突させ、その反転流でノズル底部に激しい乱流を生じさせるので、アルミナ付着を回避するのみならず、高い動圧を確保するころができ、偏流も同時に防止できることが判明した。尚、ノズル吐出角度αは、アルミナ付着抑制効果及び偏流抑制効果は小さく、特に限定する必要はないことが分かった。
【００４９】
本発明は、これらの検討結果に基づきなされたもので、第１の発明に係る鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、その内部には上端が開口した内部孔と、その下部には該内部孔に連通し、溶鋼を流出させる一対の吐出孔とを備え、この吐出孔の設置された部分を含んで少なくとも前記内部孔の下部が吐出孔の下端位置までテーパー状に狭められ、吐出孔の下端位置に下向き凸状の球面形状の底部が備えられた連続鋳造用浸漬ノズルであって、前記テーパー状に狭められた範囲のテーパー値が、上記の（１）式で定義される縮径テーパー値で０．００６以上０．０７以下であることを特徴とするものである。
【００５０】
第２の発明に係る鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、第１の発明において、前記吐出孔の上端位置における内部孔の直径Ｄ_Ｓ が、前記縮径テーパー値によって狭められた範囲の上端位置における内部孔の直径Ｄ_０ に対して下記の（２）式の範囲を満足することを特徴とするものである。
【００５１】
【数８】

【００５２】
第３の発明に係る鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、第１又は第２の発明において、前記吐出孔の断面積Ａ_Ｐ が、吐出孔の上端位置における内部孔の断面積Ａ_Ｓ に対して上記の（３）式の範囲を満足し、且つ、前記底部の球面形状の半径Ｒが、吐出孔の下端位置における内部孔の半径Ｒ_０ に対して上記の（４）式の範囲を満足することを特徴とするものである。
【００５３】
第４の発明に係る鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、第１ないし第３の発明の何れかにおいて、前記底部の最大深さＤＰ_ＭＡＸ が、底部の球面形状の半径Ｒに対して上記の（５）式の範囲を満足することを特徴とするものである。
【００５４】
本発明に係る浸漬ノズルにおける溶鋼の流れとアルミナ粒子の運動とを模式的に図９に示す。本発明に係る浸漬ノズル１では内部孔３の断面積が吐出孔２の位置まで絞られているので、落下流の速度が増速し、且つ、流線は絞られてノズル底面に衝突する。衝突後の反転流は吐出孔の上面壁に向かって激しく跳ね返り、吐出孔から排出される。このため、ノズル底部４では激しい乱流が起こり、アルミナ粒子にはノズル壁側へ押し出される力が作用しないので、アルミナ粒子は溶鋼と一緒にノズル外に排出される。その結果、ノズル吐出孔及び底部でのアルミナ付着が抑制される。
【００５５】
本発明の浸漬ノズルでは、（１）式で定義される縮径テーパー値を０．００６以上で０．０７以下に限定しているが、この限定理由は後述する実施例の結果に基づくものである。即ち、縮径テーパー値Ｔが０．００６未満では、落下流をノズル底部に集中させる効果が少なく、アルミナ介在物の付着を十分に抑制することができなく、一方、縮径テーパー値Ｔが０．０７を超える範囲では、内部孔の断面積が小さくなり過ぎ、鋳造開始時の溶鋼の温度低下に起因して浸漬ノズル内で地金凝固によるノズル閉塞が起こる恐れがあるからである。
【００５６】
又、本発明の浸漬ノズルでは、好ましい形態として、吐出孔の上端位置の内部孔の直径Ｄ_Ｓ と内部孔を絞る直前の内部孔の直径Ｄ_０ との比である縮径比Ｄ_Ｓ ／Ｄ_０ を上記（２）式の範囲内としているが、縮径比Ｄ_Ｓ ／Ｄ_０ は縮径テーパー値Ｔと裏腹の関係があり、縮径比Ｄ_Ｓ ／Ｄ_０ が０．７未満では、テーパーの上限値の限定理由と同様に、内部孔の断面積が小さくなり過ぎて地金凝固によるノズル閉塞が起こる恐れがあり、一方、縮径比Ｄ_Ｓ ／Ｄ_０ が０．９を超える範囲では、落下流をノズル底部に集中させる効果が少なく、アルミナ介在物の付着を十分に抑制することができなくなるからである。
【００５７】
【発明の実施の形態】
以下、前述した図３を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【００５８】
本発明に係る浸漬ノズル１は、その内部に、上端が開口した内部孔３を備え、その下部には、この内部孔３に連通し、溶鋼を鋳型内に流出させるための一対の吐出孔２が備えられている。２つの吐出孔２は、浸漬ノズル１の長手方向中心を軸として左右対称となっている。そして、吐出孔２の設置された部分を含んで、内部孔３の下部は、吐出孔２の上端から距離Ｌ_０ だけ離れた位置から、吐出孔２の下端位置までテーパー状に縮径され、吐出孔２の下端位置には下向き凸状の半径Ｒの球面形状の底部４が設置されている。距離Ｌ_０ は５０ｍｍ程度以上であればよい。
【００５９】
テーパー状に絞られた部分のテーパー値は、上記（１）式で定義される縮径テーパー値Ｔで０．００６以上、０．０７以下とし、望ましくは、０．０３以上で０．０７以下とする。テーパーは曲線状にする必要はなく、直線的なテーパーで構わない。尚、浸漬ノズルの製造工程において、内部孔３を形成させるために中子を用いることがあり、成形後、中子を抜け易くするために、内部孔３にテーパーが付けられることがあるが、この中子を抜き出すためのテーパー部分は本発明の意図する縮径範囲とはみなさないものとする。両者ではテーパー値に大幅な差があり、中子を抜き出すためのテーパー値程度では内部孔３を流下する溶鋼流をノズルの低部４に集中させることはできない。
【００６０】
この場合、内部孔３を絞る直前の内部孔３の直径Ｄ_０ に対する、吐出孔２の上端位置の内部孔３の直径Ｄ_Ｓ の比Ｄ_Ｓ ／Ｄ_０ が、０．７を超えて０．９未満とすることが好ましい。縮径テーパー値Ｔを定め、且つ、縮径比Ｄ_Ｓ ／Ｄ_０ を定めることにより、前述した距離Ｌ_０ は一義的に定まってくる。
【００６１】
吐出孔２の断面積Ａ_Ｐ は、内部孔３の断面積に応じて決めることが好ましい。
即ち、吐出孔２の上端位置おける内部孔３の断面積Ａ_Ｓ に対して上記（３）式の範囲を満足するように、吐出孔２の断面積Ａ_Ｐ を決めることが好ましい。
【００６２】
又、底部４の球面形状の半径Ｒは、吐出孔２の下端位置における内部孔３の半径Ｒ_０ に対して上記の（４）式の範囲を満足することが好ましい。内部孔３の半径Ｒ_０ は前述した（７）式若しくは（８）式によって求めることができる。
【００６３】
更に、底部４の最大深さＤＰ_ＭＡＸ は、底部４の球面形状の半径Ｒに対して上記（５）式の範囲を満足することが好ましい。（５）式を満たすためには、底部４の球面形状の半径Ｒを半径Ｒ_０ よりも大きくすることで達成することができる。
ノズル吐出角度αは、アルミナ付着抑制効果及び偏流抑制効果は小さく、特に限定する必要はない。
【００６４】
浸漬ノズル１の材質は、どのような耐火物材料であってもよく、例えば、慣用のアルミナ−黒鉛質やアルミナ−スピネル質、更にはＡｌ_２ Ｏ_３ 質、ＳｉＯ_２ 質等々を用いることができる。連続鋳造では鋳型内にモールドパウダーを添加するので、モールドパウダーと接触する範囲には、スラグに対する耐食性に優れる、例えばＺｒＯ_２ −黒鉛質耐火物等を用いてもよい。
【００６５】
このような構成の本発明に係る浸漬ノズル１においては、内部孔３の断面積が吐出孔２の位置まで絞られているため、内部孔３内の溶鋼の落下流の速度が増速すると同時に、落下流の流線が絞られた状態で球状形状のノズル底部４に衝突し、衝突後の反転流は吐出孔２の上面壁に向かって激しく跳ね返り、吐出孔２から排出される。そのため、浸漬ノズル１の底部４では激しい乱流が起こり、アルミナ粒子にはノズル壁側へ押し出される力が作用せず、アルミナ粒子は溶鋼と一緒に吐出孔２からノズル外に排出されるため、吐出孔２及び底部４におけるアルミナ付着を抑制することができる。その結果、鋳造可能時間を飛躍的に延長させることが可能となると同時に、浸漬ノズルの内壁でのアルミナ粒子の付着・堆積による粗大化を防止することができるので、粗大化したアルミナの剥離に起因する鋳片の大型介在物を大幅に削減することができる。
【００６６】
尚、鋳造の際には、溶鋼の流下する内部孔３内にＡｒガス等の不活性ガスを吹込むことが好ましい。不活性ガスの吹込みによってアルミナ付着がより一層抑制される。
【００６７】
【実施例】
種々の形状の浸漬ノズルを用いて、低炭素アルミキルド鋼（Ｃ含有量：０．０４〜０．０５ｍａｓｓ％、ｓｏｌ．Ａｌ：０．０３〜０．０５ｍａｓｓ％）を５ヒート連続して連続鋳造する試験を行った。鋳片引抜き速度は２．２〜２．５ｍ／分であり、１ヒート鋳造するのに費やす時間は４５〜５０分であった。浸漬ノズル内には、Ａｒガスを７Ｎｌ／分の流量で５ヒートの連続鋳造中に流した。試験では、浸漬ノズルの形状を変更し、アルミナ付着に及ぼすノズル形状の影響を調査した。又、比較のために従来の浸漬ノズルを用いた試験も実施した。ノズル内のアルミナ付着量は、吐出孔と内部孔とが連結する部位で最も厚く付着していたので、この部位の付着厚みを測定してアルミナ付着の評価を行った。
【００６８】
表１に、用いた浸漬ノズルの形状、アルミナ付着厚みの測定結果、及びアルミナの付着評価を示す。付着評価は、アルミナ付着厚みが従来に比べて大幅に改善されているものを◎、改善の程度が中程度のものを〇、改善の程度が少ないものを△、従来と同等のものを×で表している。尚、表１に示すδ_{Ａｌ２Ｏ３} はアルミナ付着厚みである。
【００６９】
【表１】

【００７０】
試験Ｎｏ．１及びＮｏ．２は従来の浸漬ノズルであり、アルミナ付着量は共に２０ｍｍを超えていた。ノズルの底部を球面形状とした試験Ｎｏ．３〜１２においても、縮径テーパー値が本発明の範囲よりも小さい試験Ｎｏ．３及び試験Ｎｏ．８では、アルミナ付着の改善効果はほとんど見られなかった。逆に、縮径テーパー値が本発明の範囲よりも大きい試験Ｎｏ．９では、鋳造開始時に凝固地金によりノズルが閉塞し、鋳造を継続することができなかった。これに対して、縮径テーパー値が本発明の範囲の浸漬ノズルでは、アルミナ付着の改善がみられた。但し、縮径テーパー値の小さい試験Ｎｏ．６、及び面積比Ａ_Ｐ ／Ａ_Ｓ の小さい試験Ｎｏ．１２では、アルミナ付着の改善程度が少なく、縮径テーパー値を０．０３以上に確保すること及び面積比Ａ_Ｐ ／Ａ_Ｓ を０．７以上に確保することが好ましいことが分かった。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の浸漬ノズルによれば、浸漬ノズル内壁でのアルミナ付着が抑制されると同時に、連続鋳造の鋳造末期まで鋳型内における溶鋼の偏流が抑制され、欠陥のない高品質の鋳片を安定して鋳造することが可能となり、工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来ノズルにおける溶鋼の流れと介在物粒子の運動とを模式的に示す図である。
【図２】球面底ノズル及びウェル型底ノズルにおいて、ノズル内の動圧を水モデル実験によって測定した結果である。
【図３】本発明に係る浸漬ノズルの形状を示す図である。
【図４】水モデル実験で得られた、ノズル内の動圧に及ぼす縮径比Ｄ_Ｓ ／Ｄ_０ の影響を示す図である。
【図５】水モデル実験で得られた、ノズル内の動圧に及ぼす縮径テーパーの影響を示す図である。
【図６】水モデル実験で得られた、ノズル内の動圧に及ぼす面積比Ａ_Ｐ ／Ａ_Ｓ の影響を示す図である。
【図７】水モデル実験で得られた、ノズル内の動圧に及ぼす比Ｒ／Ｒ_０ の影響を示す図である。
【図８】水モデル実験で得られた、ノズル内の動圧に及ぼす比ＤＰ_ＭＡＸ ／Ｒの影響を示す図である。
【図９】本発明に係る浸漬ノズルにおける溶鋼の流れとアルミナ粒子の運動とを模式的に示す図である。
【図１０】従来の浸漬ノズルの形状を示す図で、（Ａ）は底部が山型のノズル、（Ｂ）は底部がウェル型のノズルである。
【符号の説明】
１ 浸漬ノズル
２ 吐出孔
３ 内部孔
４ 底部

Claims (4)

1. その内部には上端が開口した内部孔と、その下部には該内部孔に連通し、溶鋼を流出させる一対の吐出孔とを備え、この吐出孔の設置された部分を含んで少なくとも前記内部孔の下部が吐出孔の下端位置までテーパー状に狭められ、吐出孔の下端位置に下向き凸状の球面形状の底部が備えられた連続鋳造用浸漬ノズルであって、前記テーパー状に狭められた範囲のテーパー値が、下記の（１）式で定義される縮径テーパー値で０．００６以上０．０７以下であることを特徴とする、鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
   Ｔ ＝｜Ｄ_１−Ｄ_２｜／（２×Ｌ） …（１）
   但し、（１）式において、Ｔは縮径テーパー値、Ｄ_１ 及びＤ_２ は、テーパー状に狭められた範囲の任意の二箇所の内部孔の直径、Ｌは、これら二箇所間の距離である。
2. 前記吐出孔の上端位置における内部孔の直径Ｄ_Ｓ が、前記縮径テーパー値によって狭められた範囲の上端位置における内部孔の直径Ｄ_０ に対して下記の（２）式の範囲を満足することを特徴とする、請求項１に記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
   ０．７ ＜ Ｄ_Ｓ／Ｄ_０ ＜ ０．９ …（２）
3. 前記吐出孔の断面積Ａ_Ｐ が、吐出孔の上端位置における内部孔の断面積Ａ_Ｓ に対して下記の（３）式の範囲を満足し、且つ、前記底部の球面形状の半径Ｒが、吐出孔の下端位置における内部孔の半径Ｒ_０ に対して下記の（４）式の範囲を満足することを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
   ０．７ ＜ Ａ_Ｐ／Ａ_Ｓ ＜ １ …（３）
   ０．８ ＜ Ｒ／Ｒ_０ ＜ ３ …（４）
4. 前記底部の最大深さＤＰ_ＭＡＸ が、底部の球面形状の半径Ｒに対して下記の（５）式の範囲を満足することを特徴とする、請求項１ないし請求項３の何れか１つに記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
   ０．３ ＜ ＤＰ_ＭＡＸ／Ｒ ＜ ０．８ …（５）

Images