JP2008062288A - Method and structure for sealing nozzle joint part in continuous casting facility for steel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノズル内への空気の巻き込みを防止することができる鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール方法及びシール構造に関するものである。 The present invention relates to a sealing method and a sealing structure of a nozzle joint in a steel continuous casting facility capable of preventing air from being caught in a nozzle.
従来から、鋼の連続鋳造においては、取鍋ノズルとロングノズル、タンディッシュ下部ノズルと浸漬ノズルをそれぞれ接合することにより、鋳型内に溶鋼を連続的に供給している。この接合面は、不定形耐火物や難燃性材料のパッキング材を用いて接合されているのが普通であるが、固体同士の接合であるため、微細な隙間が存在し完全な気密性の保持はできないものであった。また、ノズル内部は溶鋼が高速で流れているため、アスピレータの原理により、接合部から空気が巻き込まれる結果、製品に気泡が混入することによる製品欠陥や、空気酸化により生成したアルミナクラスターに起因する製品欠陥やノズル閉塞などの問題が発生するという問題点もあった。
一方、空気の巻き込みを防止するために、接合部にアルゴンガス等の不活性ガスを供給する方法も検討されているが、この場合は酸素の巻き込みがなくアルミナクラスターの問題は防止できるものの、鋼中にAr気泡の欠陥を生じるという問題点があった。
Conventionally, in continuous casting of steel, molten steel is continuously supplied into a mold by joining a ladle nozzle and a long nozzle, and a tundish lower nozzle and an immersion nozzle, respectively. This joint surface is usually joined using an irregular refractory or a flame retardant material packing material, but since it is a solid-to-solid joint, there is a minute gap and complete airtightness. It could not be retained. In addition, because the molten steel flows inside the nozzle at high speed, due to the aspirator principle, air is entrained from the joint, resulting in product defects due to air bubbles entering the product and alumina clusters generated by air oxidation. There was also a problem that problems such as product defects and nozzle clogging occurred.
On the other hand, in order to prevent the entrainment of air, a method of supplying an inert gas such as argon gas to the joint is also being studied. In this case, however, there is no entrainment of oxygen and the problem of alumina clusters can be prevented. There was a problem of causing defects in Ar bubbles inside.
上記の問題を解決するため、ノズル接合部の気密性を向上させる技術が種々開発されている。例えば、特許文献1に開示された高耐食性高気密性パッキング材は、耐火性粉末に低融点金属を含有させることにより、外気から混入した酸素を酸化物として固定し、酸素の混入による欠陥を防止している。しかし、固定された酸素は金属表面に酸化膜を生成するため、酸化反応速度が低下し、酸素の吸収能が低下するという問題があった。 In order to solve the above problem, various techniques for improving the airtightness of the nozzle joint have been developed. For example, the high corrosion resistance and airtight packing material disclosed in Patent Document 1 includes a low melting point metal contained in a refractory powder, thereby fixing oxygen mixed from outside air as an oxide and preventing defects due to oxygen mixing. is doing. However, since the fixed oxygen generates an oxide film on the metal surface, there is a problem that the oxidation reaction rate is lowered and the oxygen absorption ability is lowered.
これに対して、特許文献2に開示された発明では、パッキング材に酸素との結合力が高く、かつ使用温度における蒸気圧が1気圧以上の金属を含有させている。この発明では、金属蒸気が連続的に供給されるため、酸素を固定する反応の停滞が起こらないとされている。
しかし、いずれの場合も、パッキング材の一部として金属を含有させたのみでは、大気の吸い込みによる酸素を完全に吸収することはできず、また、パッキング材とノズル接合面は固体接触であるため、固体間の微細な隙間を通した大気の吸い込みを完全に防止することはできないものであった。
On the other hand, in the invention disclosed in Patent Document 2, the packing material contains a metal having a high binding force with oxygen and a vapor pressure of 1 atm or higher at the use temperature. In this invention, since the metal vapor is continuously supplied, the stagnation of the reaction for fixing oxygen does not occur.
In either case, however, oxygen cannot be completely absorbed by the inhalation of the atmosphere only by containing metal as part of the packing material, and the packing material and the nozzle interface are in solid contact. However, it was impossible to completely prevent the air from being sucked through the fine gaps between the solids.
更に、特許文献3に開示された発明では、使用温度で軟化する材料のパッキング材を用いて、ノズル接合面の密着性を向上させている。ただし、通常の鋼の連続鋳造では、鋳造中にノズルの交換が行われるが、軟化したパッキング材の一部がタンディッシュ下部ノズルもしくは浸漬ノズルの接合面に残留しやすく、このため次に装着したノズルのパッキング材の密着が妨げられ、密封度が低下するという問題点があった。
本発明は上記のような問題点を解決して、長時間安定してノズル接合面をシールし、大気の吸い込みによる製品欠陥や操業トラブルの防止をすることができる鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール方法及びシール構造を提供することを目的として完成されたものである。 The present invention solves the problems as described above, stably seals the nozzle joint surface for a long time, and prevents the product defects and operational troubles caused by air suction. The present invention has been completed for the purpose of providing a sealing method for a part and a sealing structure.
上記課題を解決するためになされた本発明は、鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール方法であって、前記ノズル接合部を非金属融体でシールしてノズル内への空気の巻き込みを防止したことを特徴とする鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール方法を第1の発明とし、また、鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール構造であって、不定形耐火物や難燃性材料からなるパッキング材と、接合されるノズル接合面との間に、ノズル内への空気の巻き込みを防止する非金属融体を保持させたことを特徴とする鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール構造を第2の発明とするものである。 The present invention made in order to solve the above problems is a method for sealing a nozzle joint in a steel continuous casting facility, wherein the nozzle joint is sealed with a non-metallic melt to entrain air into the nozzle. According to a first aspect of the present invention, there is provided a sealing method for a nozzle joint in a continuous casting equipment for steel, which is characterized by the prevention. A nozzle in a continuous casting equipment for steel, characterized in that a non-metallic melt that prevents air from being entrained in the nozzle is held between a packing material made of a flammable material and a nozzle joining surface to be joined. The seal structure of the joint portion is the second invention.
本発明では、ノズル接合部を非金属融体でシールすることで、固体同士の接合により生じる微細な隙間を完全に充填し、大気の吸い込みを確実に防止する。また、非金属融体を用いているため、ノズル交換の際に接合面に残留して次に装着したノズルの接合部の密封度を低下させることもない。従って、大気の吸い込みに起因する製品欠陥、操業トラブルを防止することができ、この結果、鋼の生産性と品質の向上に寄与することができる。また、新たな設備の追加なしで操業できるため、経済的効果も大きい。 In the present invention, the nozzle joint is sealed with a non-metallic melt, so that the fine gap generated by the joining of the solids is completely filled, and the suction of air is surely prevented. Further, since the non-metallic melt is used, the sealing degree of the joint portion of the nozzle mounted next after remaining on the joint surface at the time of nozzle replacement is not reduced. Therefore, it is possible to prevent product defects and operational troubles due to air suction, and as a result, it is possible to contribute to the improvement of the productivity and quality of steel. Moreover, since it can be operated without the addition of new equipment, the economic effect is great.
以下に、図面を参照しつつ本発明の好ましい実施の形態を示す。
図1は、鋼の連続鋳造に用いる取鍋、ロングノズル、タンディッシュと浸漬ノズルの模式図である。
図1において、1は取鍋、2はスライディングノズル上プレート、3はスライディングノズル中プレート、4はスライディングノズル下プレート、5はロングノズル、6はタンディッシュ、7は浸漬ノズル、8は鋳型である。また、9はノズルの接合部に装着される不定形耐火物や難燃性材料からなるパッキング材である。
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic diagram of a ladle, a long nozzle, a tundish, and an immersion nozzle used for continuous casting of steel.
In FIG. 1, 1 is a ladle, 2 is a sliding nozzle upper plate, 3 is a sliding nozzle middle plate, 4 is a sliding nozzle lower plate, 5 is a long nozzle, 6 is a tundish, 7 is an immersion nozzle, and 8 is a mold. .
本発明では、鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール方法として、前記ノズル接合部を非金属融体でシールしてノズル内への空気の巻き込みを防止した点に特徴を有する。 The present invention is characterized in that, as a method for sealing a nozzle joint in a steel continuous casting facility, the nozzle joint is sealed with a non-metallic melt to prevent air from being caught in the nozzle.
本発明者は、ノズル接合部のシール性を改善する方法を種々検討した結果、ノズル接合部を非金属融体でシールする方法が最適であることを見出し、本発明を完成した。
即ち、非金属融体を用いることにより、固体同士の接合部の微細な隙間を完全にシールすることができ、またノズルを構成する耐火物との反応が起こらないため、長時間にわたってシール性能を維持することができることとなる。一方、鋼の連続鋳造においては、ノズルの温度は部位によって700℃〜1600℃に変化するが、非金属融体であれば、シール材の位置によって使用する非金属を変えることができるので都合がよい。例えば、シール部の温度が1200℃であれば、融点1100℃の非金属を使用すればよい。
非金属としては、例えば、MgO、Al2O3のような酸化物、NaCl、CaF2のようなハロゲン化物、CaS、PbSのような硫化物、Na2CO3、CaCO3ような炭酸塩などがあり、またこれらを2種以上含む混合物でもよい。
As a result of various studies on methods for improving the sealing performance of the nozzle joint, the present inventor has found that a method for sealing the nozzle joint with a non-metallic melt is optimal, and has completed the present invention.
That is, by using a non-metallic melt, it is possible to completely seal the minute gaps at the joints between the solids, and there is no reaction with the refractory that constitutes the nozzle, so the sealing performance is maintained for a long time. It can be maintained. On the other hand, in the continuous casting of steel, the temperature of the nozzle changes from 700 ° C. to 1600 ° C. depending on the part. However, if it is a non-metallic melt, the non-metal used can be changed depending on the position of the sealing material. Good. For example, when the temperature of the seal portion is 1200 ° C., a nonmetal having a melting point of 1100 ° C. may be used.
Examples of the nonmetal include oxides such as MgO and Al 2 O 3 , halides such as NaCl and CaF 2 , sulfides such as CaS and PbS, carbonates such as Na 2 CO 3 and CaCO 3, and the like. Moreover, the mixture containing these 2 or more types may be sufficient.
更に、前記の非金属融体として、Al2O3を10質量%以上含有したものを用いることが好ましい。非金属融体とノズル耐火物が接触すると、耐火物が溶損されることがあるが、Al2O3を10質量%以上含有した非金属融体を用いると、耐火物の主成分であるAl2O3が溶解しないため溶損を防止することができるからである。 Furthermore, it is preferable to use the nonmetallic melt containing 10% by mass or more of Al 2 O 3 . When the non-metallic melt and the nozzle refractory come into contact with each other, the refractory may be melted. However, when a non-metallic melt containing 10% by mass or more of Al 2 O 3 is used, it is a main component of the refractory. This is because Al 2 O 3 does not dissolve, so that melting damage can be prevented.
非金属融体の具体例を示すと、融点が867℃になるように混合したNa3AlF6-(60質量%)、CaF2−(22質量%)、Al2O3-(18重量%)からなるものや、融点が500℃になるように混合したPbF2−(45質量%)、PbO-(55質量%)からなるものや、融点が960℃になるように混合したNa3AlF6-(90質量%)、Al2O3-(10重量%)からなるもの等を用いることができる。 Specific examples of the non-metallic melt include Na 3 AlF 6- (60% by mass), CaF 2- (22% by mass), Al 2 O 3- (18% by weight) mixed so that the melting point is 867 ° C. ), PbF 2 — (45 mass%) mixed to have a melting point of 500 ° C., PbO— (55 mass%), or Na 3 AlF mixed to have a melting point of 960 ° C. Those composed of 6- (90% by mass), Al 2 O 3- (10% by weight) can be used.
前記のノズル内への空気の巻き込みを防止する非金属融体は、ノズル接合面と不定形耐火物あるいは難燃性の材料からなるパッキング材との間に種々の構造で介在させることができる。例えば、ノズル上部の接合面に凹部を設け、該凹部内に非金属融体を充填したものとすることができる。この場合は、非金属融体を保持するために改めて設備を設置する必要がない。 The non-metallic melt that prevents the air from being entrained in the nozzle can be interposed in various structures between the nozzle joint surface and a packing material made of an indeterminate refractory material or a flame retardant material. For example, a recess may be provided on the joint surface above the nozzle, and the recess may be filled with a nonmetallic melt. In this case, it is not necessary to newly install equipment to hold the nonmetallic melt.
より具体的には、図2に示すように、ノズル接合部を、耐火性原料または不定形耐火物よりなるパッキング材9と、浸漬ノズル7により非金属融体を保持する構造の一例として、例えば、浸漬ノズル7の上面に堰11を周縁に設置し、パッキング材9と堰11の間に設けられた空間に液状の非金属融体10を充填することにより、浸漬ノズル7とタンディッシュ下部ノズル4の間をシールすることができる。
More specifically, as shown in FIG. 2, as an example of a structure in which the nozzle joint portion holds a non-metallic melt by a
また、図3に示すように、同一平面状で二重円周構造をなす耐火性シール材9aおよび9bの間に液状の非金属融体10を充填してシールすることもできる。
また、パッキング材9として、熱硬化性樹脂で耐火性原料を混練したものを用いることができる。これは、常温では可塑性を持ち、浸漬ノズルをタンディッシュ下部ノズルに接合するために上下方向に力を加えると圧縮される。このとき、パッキングの空隙に納めた液状の非金属融体10が空隙を完全に充填するため、好適である。
In addition, as shown in FIG. 3, a liquid
Moreover, as the
また、図4に示すように、浸漬ノズル上部の接合面に円周状凹部12を設けることもできる。パッキングの空隙の容積に対して、液状の非金属融体10の容積が過剰の場合は、液体が溢れてシール性が低下する可能性があるが、この凹部12を設けることで液状の非金属融体10の量を多くすることができ、シール性をより向上させることができ好ましい。
Moreover, as shown in FIG. 4, the circumferential
また、図5に示すように、タンディッシュ下部ノズル底部の接合面に円周状凹部12を設けることもできる。パッキングの空隙の容積に対して、液体シール材の容積が過剰の場合、上部の凹部12に液状の非金属融体10が入り込むため、液体が溢れてシール性が低下することを防止できる。
Moreover, as shown in FIG. 5, the circumferential
なお、以上のような本発明の接合方法及び接合部の構造は、タンディッシュ下部ノズルと浸漬ノズル間の接合部に限定されるものではなく、鍋スライディングノズルとロングノズル間の接合など、気密性が要求される耐火物同士の全ての接合に適用することができることは勿論である。 In addition, the joining method and the structure of the joining part of the present invention as described above are not limited to the joining part between the tundish lower nozzle and the immersion nozzle, but airtightness such as joining between the pan sliding nozzle and the long nozzle. Of course, it can be applied to all joints between refractories that are required.
タンディッシュ上部ノズル、スライディングノズル、タンディッシュ下部ノズル、浸漬ノズルの組み合わせから構成される鋼の連続鋳造装置において、シール部材として表1に示すものを用い、タンディッシュ下部ノズルと浸漬ノズルの接合を行い操業した。また、表2に、非金属融体の組成(重量%)と、それぞれの融点を示す。
操業条件は、鋳造速度が1.7m/min、鋼の鋳造幅は1200mm、鋳造厚みは248mm で、溶鋼1350トンを鋳造した。溶鋼の成分は、C=20ppm 、Si=0.01%、Mn=0.2 %、P=0.02%、S=0.01%、Al=0.015 %である。
In the continuous casting equipment for steel composed of a combination of tundish upper nozzle, sliding nozzle, tundish lower nozzle and immersion nozzle, the seal member shown in Table 1 is used, and the tundish lower nozzle and immersion nozzle are joined. Operated. Table 2 shows the composition (% by weight) of the nonmetallic melt and the melting point of each.
The operating conditions were a casting speed of 1.7 m / min, a steel casting width of 1200 mm, a casting thickness of 248 mm, and 1350 tons of molten steel was cast. The components of the molten steel are C = 20 ppm, Si = 0.01%, Mn = 0.2%, P = 0.02%, S = 0.01%, Al = 0.015%.
また、比較例としてシール部材に非金属融体を用いずにパッキング材のみで接合して、その他は実施例と同一条件で鋼の連続鋳造を行った。
大気の吸い込みに起因する欠陥を評価するために、スラブ表層の段削りを行い、気泡系欠陥の個数を数えた。ここでの気泡系欠陥とは、目視により観察される欠陥のうち、気泡もしくは介在物が気泡を介して凝集した物を指す。また、吸い込まれた大気による酸化量を定量するために、タンディッシュ出側と鋳型内の溶鋼中Al濃度変化を測定した。
Further, as a comparative example, the sealing member was joined only with a packing material without using a non-metallic melt, and the other was continuously cast steel under the same conditions as in the examples.
In order to evaluate defects caused by atmospheric suction, the slab surface was stepped and the number of bubble defects was counted. The bubble defect here refers to a defect in which bubbles or inclusions are aggregated via bubbles among the defects observed by visual observation. Moreover, in order to quantify the amount of oxidation by the sucked air, changes in the Al concentration in the molten steel in the tundish delivery side and the mold were measured.
実施例では、非金属融体によってタンディッシュ下部ノズルと浸漬ノズル間をシールすることにより、大気の吸い込みが防止できており、その結果、気泡系欠陥、アルミナクラスターによる欠陥ともに発生しないことが確認できた。また、ノズル閉塞も起こらなかった。 In the examples, sealing between the tundish lower nozzle and the immersion nozzle with a non-metallic melt can prevent air from being sucked in, and as a result, it can be confirmed that neither air bubble defects nor defects due to alumina clusters occur. It was. In addition, nozzle clogging did not occur.
比較例1では、パッキング材のみを用いて鋳造を行ったため、接合部から大気の吸い込みが発生して、スラブ表面に気泡系欠陥が発生した。また、溶鋼中Alが酸化され、アルミナクラスターによるノズル閉塞も起こった。
比較例2では、パッキング材にAlを含有させたものを用いたので、Alによる酸素の固定により、溶鋼中Alの酸化は起こらなかったが、大気の吸い込みにより、スラブ表面に気泡系欠陥が発生した。
In Comparative Example 1, since casting was performed using only the packing material, air was sucked from the joint, and bubble defects were generated on the slab surface. Moreover, Al in the molten steel was oxidized, and nozzle clogging with alumina clusters occurred.
In Comparative Example 2, since the packing material containing Al was used, the oxidation of Al in the molten steel did not occur due to the fixation of oxygen by Al, but air bubble defects occurred on the slab surface due to the suction of air. did.
1 取鍋
2 スライディングノズル上プレート
3 スライディングノズル中プレート
4 スライディングノズル下プレート
5 ロングノズル
6 タンディッシュ
7 浸漬ノズル
8 鋳型
9 パッキング材
9a 二重環状パッキング材の外周部
9b 二重環状パッキング材の内周部
10 液状の非金属融体
10a 溶融アルミニウムあるいはAl合金の層
11 堰
12 円周状凹部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ladle 2 Upper plate of sliding nozzle 3 Middle plate of sliding
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