JP2006026707A - 注湯方法およびロングノズル - Google Patents

Abstract

【課題】 ロングノズルの注湯時の詰め物の詰まりを無くして、溶鋼漏れ等のトラブル発生を抑制し、ロングノズルのスリム化を可能して耐火物コストを節減することができる注湯方法および連続鋳造用ロングノズルを提供する。
【解決手段】 取鍋に設けたノズルからロングノズルを経由してタンディッシュ内に溶鋼を注湯するに際し、ロングノズルのタンディッシュ内溶鋼への浸漬深さＩ（ｍ）、タンディッシュ内湯面位置のロングノズル内径Ｄ（ｍ）、ロングノズル長さＬ（ｍ）、詰め物重量Ｗ（ｋｇ）、詰め物の嵩密度ρ_Ｓｉ（ｋｇ／ｍ^３）、溶鋼の密度ρ_Ｆｅ（ｋｇ／ｍ^３）として、が下記の式を満たすよう注湯開始時の浸漬深さやロングノズル形状で操業する。
【数１】

【選択図】図２

Description

本発明は、取鍋からタンディッシュに安定して注湯することができる注湯方法および連続鋳造用ロングノズルに関する。

従来、鋼の連続鋳造における取鍋からタンディッシュへの注湯は、取鍋の底部にスライディングノズル（ＳＮ）を装着し、このスライディングノズルの下部（下ノズル）にロングノズル支持装置を介してロングノズルを隙間が生じないように下ノズルに押し付けるようにセットし、スライディングノズルを作動することにより、溶鋼を取鍋からロングノズルへと供給して、タンディッシュへの注湯を行う。溶鋼の注湯は、タンディッシュ内の溶鋼にロングノズルの先端を浸漬しない状態で行ういわゆるオープン注湯と、ロングノズルの先端部を浸漬した状態で注湯する浸漬注湯が行われている。オープン注湯の場合、タンディッシュ内の溶鋼表面に形成されるスラグが、取鍋からの注湯流により巻き込まれ、それに伴って溶鋼の清浄性が損なわれる等の理由から、主に後者の浸漬注湯が行われている。浸漬注湯はスラグの巻き込みを抑制し溶鋼の汚染を防止できる利点を有する一方で、ロングノズルを浸漬させたままＳＮを開き新しい取鍋から溶鋼の注入を開始するいわゆる浸漬開孔を行う際には、取鍋のノズルに充填したＳｉＯ_２、ＭｇＯ等からなる詰め物（珪砂）がＳＮを開くとともにロングノズル内に落下して堆積するため、この詰め物を引き続き落下する溶鋼の流れによって速やかにロングノズル内から排出してからタンディッシュ内に溶鋼を注入する必要がある。詰め物の排出が良好に行われずにロングノズルに残留すると、ロングノズルの閉塞を招き、取鍋下部ノズルとロングノズルの間から溶鋼の噴出を生じ、鋳造作業の安全が確保できず、操業を中断する等の事態を招く。

この対策として、特許文献１には、ロングノズル上部の直胴部の内径よりもタンディッシュ内の溶鋼に浸漬される先端部の内径を１．５〜５倍大きくし、取鍋の詰め物がロングノズル内に落下した際の厚みを薄くして通過を容易にし、ロングノズル内部での閉塞を生じないようにしている。特許文献２では、ロングノズル上部の直胴部断面積に対して、該直胴部に連通する拡径部における断面積を１．５〜２．２５倍とするとともに、直胴部と拡径部の間に１〜１０°の末広がりのテーパー部を設けることにより、ロングノズル内に落下した取鍋の詰め物の押し出し抵抗を小さくすることができ、容易に詰め物を排出し、溶鋼の噴出トラブルを防止することができるとしている。また、特許文献３においては、ロングノズルの全長を１３５０ｍｍ以上とした上で、ロングノズル上部の直胴部につながる円錐状の拡径部および下部直胴部の合計長さを１ｍより大きくすることにより、浸漬開孔を容易に行うことができるとされている。
特開昭５７−１３９４５６号 特開２００２−１４９６号 特開平１１−１０２９２号

浸漬開孔は、図１に示すように、最初に取鍋からロングノズル内の溶鋼上へ落下した詰め物を後続して落下する溶鋼により押し下げ、ロングノズル外へ排出することによって注湯を開始する方法であって、タンディッシュ内の溶鋼中に浸漬されているロングノズル先端部分の長さ（以下、浸漬深さ）が深くなるほど詰め物排出時の押し出し抵抗は大きくなる。したがって特許文献１や特許文献２に記載されたロングノズルにおいても、浸漬深さが非常に深い状態で浸漬開孔を行うと押し出し抵抗が大きくなった結果、詰め物をロングノズルの外側へ排出することができず、溶鋼噴出トラブルを引き起こすという課題がある。

また、ロングノズル内における詰め物の押し下げは、後続して落下する溶鋼の重量が詰め物の上面にかかることによってなされるため、詰め物上面にかかる圧力を大きくとることができるようにロングノズルを長くした方が有利である。特許文献３に記載される全長１３５０ｍｍ以上のロングノズルを使用しても、浸漬深さが非常に深い状態で浸漬開孔を行うと溶鋼噴出事故を引き起こすという前記と全く同様の課題があるほか、ロングノズルの円錐部、あるいは円錐部に連続した下部直胴部の長さが１０００ｍｍ以上であり、全内容積も２７０００ｃｍ^３以上にしているため、ロングノズル全体が大きくなる。その結果、注湯の際に、溶鋼の流動に伴う振動や揺れ等が大きくなり、折損トラブルが発生したり、取鍋とロングノズル上部の隙間からの溶鋼漏れが発生するといった問題がある。さらにロングノズルの重量が重くなることから、耐火物コストが高いことや、ロングノズルを取鍋へ押圧する支持装置の簡素化が困難になる等といった、別の技術課題が生じる。

以上のように、ロングノズルの形状として、内径や長さを各々単独で規定するだけでは安定的に浸漬開孔を行うことを保証できず、それらを相互に関連させて形状を規定する必要がある。特に、浸漬開孔を行う際の浸漬深さは溶鋼噴出トラブルの発生に大きく関与する。本発明はかかる事情を鑑みてなされたもので、溶鋼噴出トラブルの発生に関与する要因を複合的に考慮し、安定的に浸漬開孔を行うことができる操業方法、および連続鋳造用ロングノズルを提供することを目的とする。

安定的に浸漬開孔を行うためには、前述のように溶鋼噴出トラブルの発生に関与する要因を考慮して操業方法、あるいはロングノズルの形状を設計することが重要である。本発明は、タンディッシュ内湯面位置のロングノズル内径Ｄ（ｍ）、ロングノズル長さＬ（ｍ）、詰め物重量Ｗ（ｋｇ）、詰め物の嵩密度ρ_Ｓｉ（ｋｇ／ｍ^３）、溶鋼の密度ρ_Ｆｅ（ｋｇ／ｍ^３）として、ロングノズルのタンディッシュ内溶鋼への浸漬深さＩ（ｍ）が下記の式を満たす条件で取鍋の注湯を開始する方法である。

μ・ｋの値は発明者らの研究によって得られた推奨値であって、μはロングノズルの材質と詰め物間の摩擦係数、ｋは詰め物の粒度や充填の状態等によって変化し得る係数で、それらの積μ・ｋは０．０３〜０．０７程度の値をとるが、ロングノズルとしてＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ｃ等の一種以上の耐火物にバインダーを添加して混錬し、金型により成型後、乾燥を行ってから焼成したもの、詰め物としてはＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、Ｃ等の一種以上の成分により構成され、粒度１．５ｍｍ以下が９０％以上を占めるものであれば上記推奨値を使用することできる。

また、前記詰め物重量Ｗ（ｋｇ）と取鍋溶鋼重量Ｈ（ｔｏｎ）はほぼ比例関係にあることから、（１）式の代わりに下記式を使用して注湯する方法である。

一方、取鍋から溶鋼を注入する際の浸漬深さが一定の値に保たれることを前提とすれば、（１）式または（２）式により溶鋼の噴出トラブルなく安定的に浸漬開孔を行うことができるロングノズル長さＬと内径Ｄを決定することができる。ロングノズル長さＬは取鍋とタンディッシュ間の距離によって制限を受けるため、設備によってほぼ固定された値となる場合が多いが、Ｄを（１）式または（２）式を満たす範囲で最小となるように選ぶことにより、ロングノズルをスリム化することができ、耐火物コストを抑えることが可能となる。

上記で説明した注湯方法、ロングノズル形状を選択することにより、溶鋼噴出トラブルを未然に防ぎつつ安定的に浸漬開孔を行うことができる。また、ロングノズル長さや内径を小さく抑えることによってロングノズルをスリム化することができ、耐火物コストを最小限に抑えることができる。さらに、耐火物重量が減少することにより、ロングノズル支持部分にかかる応力が低減されて折損トラブルの発生も抑制することができる。

続いて、本発明を具体化した実施の形態について説明する。連続鋳造において、ロングノズル上部から溶鋼が噴出することなく浸漬開孔を行うためには、取鍋に充填した詰め物をロングノズル内から確実に排出することが重要であることはこれまで述べてきた通りである。詰め物に注目してその排出挙動を力学的に分析すると、タンディッシュ内溶鋼から受ける浮力と、詰め物の上に後続して落下する溶鋼から受ける重力と、詰め物がロングノズル内壁から受ける摩擦力のバランスによってその運動が決定される。発明者らは、上記詰め物に働く力と、ロングノズル内からの詰め物排出に影響する種々の条件の関連について鋭意研究を行った結果、（１）式の範囲において安定的に詰め物の排出が可能であることを見出し、本発明の完成に至った。図２はロングノズル長さＬを１．５ｍ、取鍋溶鋼量を３００ｔｏｎ、詰め物の重量を１２ｋｇとした場合の（１）式を示した例である。斜線部は安定的に浸漬開孔が可能な領域を示す。（２）式は、詰め物重量が取鍋の大きさ、すなわち取鍋溶鋼量にほぼ比例するので詰め物重量の項を取鍋溶鋼量に置き換えたものであり、この場合も安定的に浸漬開孔が可能な領域は図２と同様になる。以下、本発明を実施する際の操業方法を具体的に説明する。連続鋳造における浸漬開孔は、タンディッシュへの注湯を終えた前鍋を外し、次鍋を上架して注湯を開始する、いわゆる鍋交換時に行われるが、通常取鍋を交換する際は、取鍋からタンディッシュへの溶鋼の供給を断ったままタンディッシュ内の残溶鋼をモールドに注入し続けるため、タンディッシュ内の湯面は徐々に低下する。本発明にかかる浸漬開孔の方法は、鍋交換時におけるタンディッシュ内の溶鋼湯面低下に際し、ロングノズル先端の浸漬深さが図２の安全領域内に入ったことを確認した上で次鍋の注入を開始するものである。浸漬深さの計測は、湯面の高さを計測してもよいが、タンディッシュ溶鋼重量計が装備されていればその値で判断することもできる。

図３は（１）式において詰め物の重量を１２ｋｇとして、ロングノズルの長さを変化させた際の浸漬深さとロングノズル内径の関係を示したもので、浸漬深さの上限を規定すれば、各々の長さのロングノズルにおいて安定的に浸漬開孔が可能な内径の最小値が得られる。このような径を選択することによって、ロングノズルのスリム化を達成することができる。（２）式において取鍋溶鋼重量を３００ｔｏｎとした場合も、図３と同様の図が得られ、安定的に浸漬開口が可能なロングノズルの長さまたは内径を得ることができる。

次に、本発明による注湯方法と、ロングノズルの実施例について説明する。取鍋溶鋼重量３００ｔｏｎの連続鋳造設備において、浸漬部における内径１８０ｍｍ、長さ１５００ｍｍのロングノズルを使用して、浸漬深さ３００ｍｍ以下で注湯を開始して鋳造を行った。上記条件を（１）式または（２）式に適用すると、安定して浸漬開孔できる条件は浸漬深さが３００ｍｍ以下のときであり、この場合溶鋼の噴出トラブルは皆無の結果となった。また、同じノズルを使用して、注湯開始時の浸漬深さを制限せずに鋳造を行った結果、ある確率で溶鋼噴出トラブルが発生し、いずれも浸漬深さ３００ｍｍを超える条件で発生したことがわかった。さらに、溶鋼浸漬部のロングノズル内径を従来用いていたサイズよりも小さくしたことにより、ロングノズルのスリム化が可能となり、耐火物重量が減少した結果、ロングノズル支持部分にかかる応力が低減されて折損トラブルが皆無となった。また、スリム化に伴い耐火物コストも大幅に節減することができた。

浸漬開孔の模式図。 安定して浸漬開孔が可能な、溶鋼浸漬部におけるロングノズル内径と浸漬深さの領域の一例を示す。 安定して浸漬開孔が可能な、浸漬深さと、浸漬開溶鋼浸漬部におけるロングノズル内径、ロングノズル長さの関係の一例。

符号の説明

１：連続鋳造用ロングノズル
２：溶鋼
３：取鍋詰め物

Claims (6)

1. 取鍋からロングノズルを介してタンディッシュに溶湯を注入する際に、前記ロングノズルが前記タンディッシュ内溶湯に浸漬した状態で注湯を開始する注湯方法において、前記注湯を開始する時のロングノズルの浸漬深さが、前記タンディッシュ内溶湯面位置のロングノズル内径に応じて予め決められた値以下となったときに注湯を開始することを特徴とする注湯方法。
2. 前記注湯を開始する時のロングノズルの浸漬深さ（Ｉ）が下記（１）式の範囲内で注湯を開始することを特徴とする請求項１記載の注湯方法。
   

   

   Ｉ；注湯を開始する時のロングノズルの浸漬深さ（ｍ）
   Ｄ；タンディッシュ内湯面位置のロングノズル内径（ｍ）
   Ｌ；ロングノズル長さ（ｍ）
   Ｗ；詰め物重量（ｋｇ）
   ρ_Ｓｉ；詰め物の嵩密度（ｋｇ／ｍ^３）
   ρ_Ｆｅ；溶鋼の密度（ｋｇ／ｍ^３）
3. 前記注湯を開始する時のロングノズルの浸漬深さ（Ｉ）が下記（２）式の範囲内で注湯を開始することを特徴とする請求項１記載の注湯方法。
   

   

   Ｉ；注湯を開始する時のロングノズルの浸漬深さ（ｍ）
   Ｄ；タンディッシュ内湯面位置のロングノズル内径（ｍ）
   Ｌ；ロングノズル長さ（ｍ）
   Ｈ；取鍋溶鋼重量（ｔｏｎ）
4. 取鍋からロングノズルを介してタンディッシュに溶湯を注入する際に、前記ロングノズルが前記タンディッシュ内溶湯に浸漬した状態で注湯を開始する際に使用するロングノズルにおいて、前記ロングノズル長さ（Ｌ）とタンディッシュ内湯面位置のロングノズル内径（Ｄ）が、前記注湯を開始する時のロングノズルの浸漬深さ（Ｉ）に応じて決められたことを特徴とするロングノズル。
5. 前記ロングノズル長さ（Ｌ）とタンディッシュ内湯面位置のロングノズル内径（Ｄ）が請求項２記載の（１）式の範囲であることを特徴とする請求項４記載のロングノズル。
6. 前記ロングノズル長さ（Ｌ）とタンディッシュ内湯面位置のロングノズル内径（Ｄ）が請求項３記載の（２）式の範囲であることを特徴とする請求項４記載のロングノズル。

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