JP2007275910A - 上部ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】上部ノズル内の凝固した溶鋼を酸素洗浄する際に、前記酸素吹き込み用のランスの配置及び除去をする必要がなく、容易に酸素洗浄を行うことができる上部ノズルを提供する。
【解決手段】上部ノズル１０はノズル孔１１内に酸素吹き込み酸素吹き込みパイプ１８が配設され、酸素吹き込みパイプ１８の基端がノズル孔１１を形成する周壁に設けられたポーラス体１５に接続されている。酸素吹き込みパイプ１８を介して酸素がノズル孔１１内に供給可能とされている。
【選択図】図２

Description

本発明は、溶鋼流量制御装置に使用される上部ノズルに関するものである。

従来から、溶鋼の連続鋳造等に用いられる取鍋は該取鍋の底部羽口に設けられた溶鋼流量制御装置（例えばスライデイングノズル）の上部ノズル及び該上部ノズル下方に設けられた下部ノズルを介して取鍋内の溶鋼をタンディッシュに供給するようされている。

前記取鍋に溶鋼を収容する場合、前記上部ノズルからの溶鋼の流出を防ぐために、一旦、上部ノズルの流路又はその流路を含めた取鍋の羽口に至るまでの領域に砂状の酸化物（珪砂等）を充填したのちに行われているのが一般的である。

上部ノズルの流路あるいはその流路を含めた羽口に至るまでの領域に配置される充填材は取鍋内に溶鋼を収容する出鋼作業においてはその開始時点で溶鋼流の勢いで充填材の表層部はとばされる。しかし、溶鋼と安定的に接する部分では溶鋼のもつ熱によって焼結し、その焼結した部分（焼結層）の下側から上部ノズルの先端にかけては充填材が砂状のまま残存することになる。

このような状態で溶鋼流量制御装置による溶鋼の供給を開始すると、砂状のままの充填材は上部ノズルの先端からそのまま流出し、前記焼結層はブリッジ状になって残存することになるが、取鍋内の溶鋼の静圧が焼結層の強度を上回るため溶鋼が該焼結層を打ち破って上部ノズルから流出することになる。

しかし、取鍋内でいわゆる２次精練が実施される鋼種では、該精練に長時間を要するため充填材の焼結反応が進み、前記焼結層が過剰に厚くなったり、溶鋼が凝固する。その結果、焼結層や溶鋼の凝固物のブリッジの強度が上昇し溶鋼流量制御装置を開状態にして取鍋からの溶鋼の供給を開始しても、上部ノズルが前記焼結層や溶鋼の凝固物により閉塞されて上部ノズルを介して溶鋼を流出させることができない事態に陥ることがある。

このような場合、特許文献１、特許文献２では下部ノズルの先端にランスやガス吹き込み管を挿入するとともにこのランス等から酸素ガスを吹き込みして酸素洗浄を行い、焼結層や、該焼結層に混在している溶鋼の凝固物を溶融させたり該酸素ガスの勢いで溶鋼の凝固物や焼結層を破壊するようにしている。
特開平８−２５０２５号公報 特開２０００−２１９９０７号公報

ところが、従来は上記のような酸素洗浄を行う際に酸素ガスを吹き込むためのランス等の装置を溶鋼流量制御装置の下方に配置する作業や、酸素洗浄後に該装置の除去作業が必要になる。特に、前記装置の除去作業は酸素洗浄後に下部ノズルから高温高熱の溶鋼が流出し、スプラッシュを起こすことかあるため、該作業を行っている作業者にとっては大変危険な作業である。

本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目してなされたものであって、上部ノズル内の溶鋼の凝固物等を酸素洗浄する際に、前記酸素吹き込みのための装置の配置及び除去をする必要がなく、容易に酸素洗浄を行うことができる溶鋼流量制御装置の上部ノズルを提供することにある。

上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、溶鋼の流量制御を行う溶鋼流量制御装置の上部に設けられるとともにノズル孔を有する上部ノズルにおいて、前記ノズル孔内に酸素吹き込みパイプを配設し、該酸素吹き込みパイプの基端を前記ノズル孔を形成する周壁に設けられたポーラス体に接続し、該ポーラス体及び前記酸素吹き込みパイプを介して酸素を前記ノズル孔内に供給可能としたことを特徴とする上部ノズルを要旨とするものである。

請求項２の発明は、請求項１において、前記酸素吹き込みパイプは、鉄系の材質からなることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１又は請求項２において、前記酸素吹き込みパイプは前記ノズル孔の軸心に沿って上下方向に延出されており、前記酸素吹き込みパイプに設けられた先端開口部は前記ノズル孔の上端に配置されていることを特徴とする。

請求項１の発明によれば、上部ノズル内に存在する溶鋼の凝固物等は上部ノズル内に設けられた酸素吹き込みパイプから酸素が吹き込まれることにより酸素洗浄される。このため、酸素吹き込みのための装置を配置したり、酸素洗浄後に除去する作業が必要がなく、容易に酸素洗浄を行うことができる効果を奏する。

請求項２の発明によれば、溶鋼が上部ノズルを介して溶鋼流量制御装置の流出孔から流れ出る際に、酸素吹き込みパイプは溶鋼の熱により溶融されて消失する。この結果、上部ノズルのノズル孔は酸素吹き込みパイプの配置スペース分が明けられるため、良好に溶鋼を上部ノズルから流出させることができる。

請求項３の発明によれば、酸素吹き込みパイプから吹き出された酸素ガスによりノズル孔の軸心に位置する凝固した溶鋼から酸素洗浄される。この結果、閉塞されたノズル孔の軸心部分から酸素洗浄により開口できるため、酸素吹き込みパイプをノズル孔の軸心から偏倚して配置して酸素洗浄する場合に比して、効率的に開口できる。

以下、本発明の実施形態について図１〜３を参照して具体的に説明する。
図１に示すように溶鋼を貯留する取鍋Ｌの底部に注湯系ノズルＮが設けられている。注湯系ノズルＮは取鍋Ｌの底部の開口部Ｌａに挿入された上部ノズル１０と、上部ノズル１０の排出口側に流入口側が接続する溶鋼流量制御装置としてのスライディングノズル装置２０と、スライディングノズル装置２０の流出口側に流入口側が接続する下部ノズル３０を有する。

（上部ノズル）
まず、上部ノズル１０を図２を参照して説明する。
図２に示すように上部ノズル１０は、耐火レンガから略裁頭円錐台形状をなすように形成されている。前記耐火レンガは本実施形態ではアルミナ質から形成されているが、この材質に限定されるものではなく、耐火性の材質であればよい。上部ノズル１０のノズル孔１１は上下方向に延出されて貫通されるとともに、断面円形に形成されている。

上部ノズル１０の下端周壁外周面には、鉄材よりなる円形リング状のバンド１２が図示しないモルタルを介して取着されている。前記バンド１２にて覆われるように上部ノズル１０の下端周壁外周面の一部には、凹部１３が形成されている。凹部１３はバンド１２により気密状に覆われている。

該凹部１３に対応した上部ノズル１０の周壁において、内外周面間には段部を有する貫通孔１４が形成されている。貫通孔１４はノズル孔１１に開口する小径孔１４ａと凹部１３に開口する大径孔１４ｂとからなる。貫通孔１４内には該ポーラス体１５が、モルタルを介して固定されている。該ポーラス体１５は、粒度調整された骨材に少量の焼結材等を添加し焼成されてなる通気率の高い耐火物である。本実施形態では、ポーラス体１５はアルミナスピネルあるいはアルミナシリカ系の骨材を粒度調整して成形、焼成してなる通気率の高い焼成耐火物からなる。該ポーラス体１５によりガスが上部ノズル１０の内外を通気可能とされている。

バンド１２において、凹部１３と対応した位置には開口が形成され、該開口の周縁外部には、内周に雌ねじを有するボス部１６が溶接により取着されている。該ボス部１６には図示しない酸素供給装置から出された酸素ガスを供給する供給管２６が連結されている（図１，図３参照）。そして、供給管２６を介して供給された酸素ガスは、さらにボス部１６、凹部１３、及び該ポーラス体１５を介してノズル孔１１内に導入可能とされている。

ノズル孔１１の下端周壁内周面において、小径孔１４ａの開口に対応する部位には鉄材よりなる円形リング状のバンド１７がモルタルを介して取着されている。
バンド１７において、前記小径孔１４ａの開口に対応した部位は，透孔が形成されているとともにバンド１７の内周面においてその透孔の周縁には、酸素吹き込みパイプ１８の基端部１８ａが溶接により固定支持されている。酸素吹き込みパイプ１８は、図２に示すように水平に延びてバンド１７に固定された基端部１８ａと、ノズル孔１１の軸心にその中心線が一致して上下方向に延出された延出部１８ｂを有する。延出部１８ｂの先端開口部１８ｃは、ノズル孔１１の上端に位置するように配置されている。酸素吹き込みパイプ１８の材質は、取鍋Ｌが収容する溶鋼の温度により溶融可能な鉄系の材質とされている。この材質の種類は溶鋼の鋼種に応じて適宜選択される。 上部ノズル１０は、取鍋Ｌの開口部Ｌａの周縁上面に設けられた羽口レンガ４０の内孔４１に対してモルタル４２を介して固定されている。

又、スライディングノズル装置２０は、例えば、取鍋Ｌの底部下面に対して金枠２３を介して取り付けされた上プレート２１と、該上プレート２１に対して密接された下プレート２２とを有する。上プレート２１の上面に設けられたダボ２４は、上部ノズル１０の下端面に設けられたダボ収納凹部１９に嵌合されている。そして、下プレート２２は上プレート２１で密接した状態で、図１において、水平方向に摺動可能に設けられている。

上プレート２１のダボ２４を上下方向に延出されて通過するように形成された流出孔２１ａの流入口側は、ノズル孔１１の下部の排出口側と連通するように配置されている。流出孔２１ａはスライディングノズル装置２０の上部の流出孔に相当する。

又、下プレート２２には、上プレート２１の流出孔２１ａと連通可能に設けられた流出孔２２ａが貫通形成されている。そして、スライディングノズル装置２０は、下プレート２２が水平方向に摺動されて流出孔２１ａ，２２ａを連通させる開放位置（図１参照）と、流出孔２１ａ，２２ａ間を遮断する閉鎖位置（図３参照）に位置することが可能とされている。そして、下プレート２２が開放位置に位置することにより各流出孔２１ａ、２２ａが連通されて溶鋼の流路を形成することができる。

上プレート２１と下プレート２２は、例えば、アルミナ−炭素系耐火物で構成されている。下部ノズル３０は下プレート２２の流出孔２２ａと同軸に設けられた流出孔３０ａを有しているとともに下プレート２２と一体に連結されている。すなわち、流出孔３０ａの流出孔３０ａの流入口側は下プレート２２の流出孔２２ａの流出口側と接続されている。そして、下部ノズル３０は下プレート２２が移動した際には、下プレート２２と一体に移動する。

さて、上記のように構成された上部ノズル１０の使用方法を説明する。
まず、溶鋼を取鍋Ｌに入れる前に、スライディングノズル装置２０の下プレート２２を閉鎖位置に移動させて図３に示すように上プレート２１の流出孔２１ａと下プレート２２の流出孔２２ａ間を遮断する。この状態で、羽口レンガ４０の開口４０ａを介して、上部ノズル１０のノズル孔１１に鉄系の充填材Ｗを充填する。充填材Ｗは酸素ガスにより酸化発熱する材質がよく、溶鋼と同成分又は鉄成分が入ることが好ましい。なお、充填材Ｗの形状は限定されるものではないが、ウイスカ状のものや釘状のものが好ましい。

この後、取鍋Ｌに溶鋼を入れ、該溶鋼に対して不活性ガス等のガスを溶鋼に吹込むことにより溶鋼の攪拌性を高めるとともに脱ガスや脱硫等の精錬処理を行う。この精錬処理を行っている間に、溶鋼の一部が充填材Ｗ内に侵入するととともに、凝固して膜を形成し、上部ノズル１０のノズル孔１１の上端を閉塞してしまうことがある。

この後、鋳造のために、スライディングノズル装置２０の下プレート２２を図３の閉鎖位置から移動させて、図１の開放位置に移動させる。
このとき、流出孔２１ａ，２２ａ間が連通されるため、上部ノズル１０のノズル孔１１内や上プレート２１の流出孔２１ａ内に充填されていた一部の充填材Ｗは、下プレート２２の流出孔２２ａや下部ノズル３０の流出孔３０ａを介して取鍋Ｌの下方に位置する図示しないタンディッシュに落下する。しかし、充填材Ｗ内に侵入して溶鋼が凝固した膜は上部ノズル１０のノズル孔１１を閉塞した状態となっている。この状態で、図示しない酸素供給装置から供給管２６を介して上部ノズル１０へ酸素ガスを吹き込む。上部ノズル１０へ供給された酸素ガスは、凹部１３，ポーラス体１５，及び酸素吹き込みパイプ１８を介して先端開口部１８ｃからノズル孔１１に吹き込まれる。なお、酸素ガスの流量は、酸素吹き込みパイプ１８の径や、ポーラス体１５の外径にもよるが、溶鋼の膜を十分に酸化させて開口できる流量であればよい。

この酸素ガスにより前記膜及び残存したウイスカが酸化されるとともにその酸化熱により前記膜が溶融する。膜が溶融されて酸素洗浄されることによりノズル孔１１及び羽口レンガ４０を閉塞していた膜が破れ開口する。この開口した部分から溶鋼がノズル孔１１内に流れ込みするとともに流出孔２１ａ，２２ａ，３０ａを介してタンディッシュに注がれる。このとき、ノズル孔１１内に流れ込みした溶鋼の熱により酸素吹き込みパイプ１８が溶けて消失する。酸素吹き込みパイプ１８が消失したとき、貫通孔１４が内端開口が露出するが、貫通孔１４はポーラス体１５により塞がれているため、該貫通孔１４から溶鋼が上部ノズル１０外部へ漏出することはない。

さて、上記のように構成された実施形態の特徴を以下に述べる。
（１） 本実施形態の上部ノズル１０は、ノズル孔１１内に酸素吹き込み酸素吹き込みパイプ１８が配設されるとともに酸素吹き込みパイプ１８の基端（基端部１８ｃ）がノズル孔１１を形成する周壁に設けられたポーラス体１５に接続されている。又、ポーラス体１５及び酸素吹き込みパイプ１８を介して酸素がノズル孔１１内に供給可能とされている。この結果、上部ノズル１０内に凝固した膜（溶鋼）は、酸素吹き込みパイプ１８から酸素が吹き込まれて酸素洗浄されるため、酸素洗浄時に酸素吹き込みのための装置を配置したり、酸素洗浄後に除去する作業が必要がない。この結果、前記酸素吹き込み用のランス等の装置の配置及び除去をする必要がなく、容易に酸素洗浄を行うことができる効果を奏する。すなわち、酸素吹き込み用のランス等の装置の配置及び除去作業がないため、取鍋からの出鋼を効率的に行うことができる。さらに、前記装置の除去作業がないため、酸素洗浄後に下部ノズルから高温高熱の溶鋼が流出し、スプラッシュを起こしても、取鍋からの出鋼を安全に行うことができる。

（２） 本実施形態の酸素吹き込みパイプ１８は溶鋼が上部ノズル１０を介して、スライディングノズル装置２０の流出孔２１ａ，２２ａ，３０ａから流れ出る際に、溶鋼の熱により溶融されて消失する。この結果、上部ノズル１０のノズル孔１１は酸素吹き込みパイプ１８の配置スペース分が明けられるため、良好に溶鋼を上部ノズル１０から流出させることができる。

（３） 本実施形態では、酸素吹き込みパイプ１８は、ノズル孔１１の軸心にその中心線が一致して上下方向に延出された延出部１８ｂを有するようにし、酸素吹き込みパイプ１８から吹き出された酸素ガスによりノズル孔１１の軸心に位置する凝固した膜（溶鋼）から酸素洗浄される。この結果、閉塞されたノズル孔１１の軸心部分から酸素洗浄により開口できるため、酸素吹き込みパイプ１８をノズル孔１１の軸心から偏倚して配置して酸素洗浄する場合に比して、効率的に開口できる。なお、酸素吹き込みパイプ１８をノズル孔１１の軸心から偏倚した場合には、酸化熱が発生する部位はより上部ノズル１０の内周面に近接することになり、その結果、酸化熱は上部ノズル１０に奪われるため、それだけ開口が遅延して非効率となる。

（４） 又、本実施形態では、酸素吹き込みパイプ１８の先端開口部１８ｃをノズル孔１１の上端に位置するようにして、凝固した膜に対してより近接するように配置している。この結果、例えば、酸素吹き込みパイプ１８の先端開口部１８ｃをノズル孔１１の上下方向の中央部や、下端に近い側に配置した場合に比較して、膜の酸素洗浄をより早くすることができる。

（５） 又、本実施形態では、溶鋼を取鍋Ｌに入れる前に、充填材Ｗにより上部ノズルのノズル孔を閉塞するようしている。そして、この充填材Ｗを後に酸素ガスで酸化させて、酸化熱を発生させ、さらに、溶鋼が凝固した膜にその熱を供給すると共に、酸素ガスで溶鋼を酸化させるようにした。この結果、凝固した膜の開口をスムーズに行うことができる。なお、従来、溶鋼を取鍋Ｌに入れる前に詰砂で上部ノズルのノズル孔を閉塞する方法もあるが、この場合、後に入れられた溶鋼の熱で、詰砂が過焼結してしまい過焼結した部分が溶鋼静圧で破れないことがある。本実施形態では、充填材Ｗを酸素ガスで酸化させて消失させることができるため、詰砂で行う場合に比較して容易に上部ノズル１０のノズル孔１１を開口できる。

なお、本発明の実施形態は前記実施形態に限定されるものではなく、下記のように変更してもよい。
○ 前記実施形態では、酸素吹き込みパイプ１８の先端開口部１８ｃの位置をノズル孔１１の上端に位置するようにしたが、該先端開口部１８ｃをノズル孔１１内におして上下方向の中央部に配置しても良い。この場合は、前記実施形態よりも、先端開口部１８ｃからの酸素の吹き出し流速を早くするようにすれば、前記実施形態と同様の効果を奏することができる。

○ 前記実施形態では、酸素吹き込みパイプ１８の延出部１８ｂをその中心線がノズル孔１１の軸心と一致するように配置したが、必ずしも一致させるものではない。例えば、酸素吹き込みパイプ１８をノズル孔１１の軸心から偏倚して配置してもよい。

○ 前記実施形態では、取鍋用の上部ノズルに具体化したが、タンディッシュ用の上部ノズルに具体化してもよい。
○ 前記実施形態において、スライディングノズル装置２０を溶鋼流量制御装置としてのロータリーノズル装置に代えても良い。

本発明の実施形態に係る上部ノズル及び周辺構成の断面図。 同じく上部ノズルの断面図。 同じく上部ノズルの及び周辺構成の断面図。

符号の説明

１０…上部ノズル
１１…ノズル孔
１５…ポーラス体
１８…酸素吹き込みパイプ
１８ｃ…先端開口部
２０…スライディングノズル装置
２１ａ，２２ａ，３０ａ…流出孔

Claims (3)

1. 溶鋼の流量制御を行う溶鋼流量制御装置の上部に設けられるとともにノズル孔を有する上部ノズルにおいて、
   前記ノズル孔内に酸素吹き込みパイプを配設し、該酸素吹き込みパイプの基端を前記ノズル孔を形成する周壁に設けられたポーラス体に接続し、該ポーラス体及び前記酸素吹き込みパイプを介して酸素を前記ノズル孔内に供給可能としたことを特徴とする上部ノズル。
2. 前記酸素吹き込みパイプは、鉄系の材質からなることを特徴とする請求項１に記載の上部ノズル。
3. 前記酸素吹き込みパイプは前記ノズル孔の軸心に沿って上下方向に延出されており、前記酸素吹き込みパイプに設けられた先端開口部は前記ノズル孔の上端に配置されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の上部ノズル。

Images