JP2009233729A - 連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法及び連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】熱効率が良く、良好な鋼品質が得られる連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法および連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】連続鋳造機のタンディッシュから溶鋼を鋳型に注湯する浸漬ノズルを、注湯前に予め加熱する浸漬ノズルの予熱方法において、誘導コイルによる誘導加熱を不活性ガス雰囲気下で行うこと。この場合、浸漬ノズルの内外面に近接配置した誘導コイルにより誘導加熱を行うこと、および、浸漬ノズルは、カーボンを含む多孔体耐火物からなるガス吹き込み部を有すると共に、該ガス吹き込み部を除く他のノズル本体表面を酸化防止剤で被覆することが好ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法およびこの予熱方法によって予熱された浸漬ノズルを用いて実施する連続鋳造方法に関する。

連続鋳造機の鋳造工程においては、図１に示すように、取鍋１１からの溶鋼の流れの乱れを整えたり、各鋳型への溶鋼分配のなどのため、溶鋼を一旦タンディシュ１３に溜める。タンディッシュ１３で整流化された溶鋼は、溶鋼汚染を防ぎ、かつ、安定した溶鋼流を得るために、タンディッシュの底部に取り付けられた浸漬ノズル１４を介して、水冷鋳型１５に注入され、冷却されながら下方に引き抜かれて連続的に鋳造され、鋳片となる。なお、図１において、１２は取鍋１１内の溶鋼をタンディシュ１３に注入するためのロングノズルである。

このような連続鋳造を行う際に、タンディッシュおよび浸漬ノズルの温度が低いと、浸漬ノズルの割れや閉塞を起こしたり、溶鋼の流動性が低下し介在物が十分に浮上しないことによる鋳片の品質不良が発生する場合がある。
そこで、通常は浸漬ノズルは予熱して使用される。予熱方法としては、例えば特許文献１に開示されているガスバーナーを用いる方法や、特許文献２に開示されている電熱器を用いる方法が知られている。

しかしながら、特許文献１の如くガスバーナーを用いた場合、燃焼時に浸漬ノズル内に酸素を巻き込むため予熱中に酸化が起こり、浸漬ノズルの性能を劣化させるという問題が生じる。また、特許文献２の如く電熱器を用いた場合には、酸素の巻き込みを抑制することは可能であるが、熱効率が必ずしも良いとは言えず、十分な予熱温度を得るには長時間の予熱が必要とされるという問題が生じる。加えて、ガスバーナーや電熱器による浸漬ノズルの加熱では、全体を均一に加熱するには不十分であるため、浸漬ノズルの各部で温度差が生じる。この温度差によって浸漬ノズルの各部の膨張量が異なると浸漬ノズルが破損するという問題が生じる。そこで、従来はアルミナベースで浸漬ノズルを形成した上で、温度差に関わりなく全体の膨張量をほぼ均一とするために、熱伝導を良好にするためにＣを、熱膨張率が小さいことからＳｉＯ_２を含有させている。
これにより、浸漬ノズルを１１００℃〜１２００℃程度に加熱する場合に、浸漬ノズル内における最大温度差が５００℃〜６００℃程度あったとしても、各部の膨張量がほぼ均質となり、割れ等の不都合が生じることを防止できる。

しかしながら、上記のように全体の膨張量をほぼ均一とするため浸漬ノズルにＣやＳｉＯ_２を含有させると、浸漬ノズル材質と溶鋼成分が化学反応を起こし、その結果生じる生成物が浸漬ノズルの孔内面に付着し、鋳造作業への支障や鋼品質への悪影響が問題となる。例えば、浸漬ノズルからの吐出流が偏流となったり、浸漬ノズル閉塞により鋳造作業が不可能となる等の問題が生じる。
具体的には、次の式（１）により生成されるＡｌ_２Ｏ_３が浸漬ノズルの孔に付着するアルミナ付着が生じる。
４Ａｌ＋３Ｃ（ｓ）＋３ＳｉＯ_２（ｓ）→Ａｌ_２Ｏ_３（ｓ）＋３Ｃ（ｓ）＋３Ｓｉ
・・・（１）

このアルミナ付着を防止するために、従来から浸漬ノズルに、アルミナ−グラファイト質多孔体に代表されるカーボンを含む多孔体耐火物からなるガス吹き込み部を設け、該ガス吹き込み部からノズル孔にガスを吹き込むことによる洗浄作用で、浸漬ノズルの孔へのアルミナ付着を抑制する方法が広く実施されている。しかし、ガスを吹き込む方法では、多量にガスを吹き込むと、鋳型内溶鋼のボイリングによるパウダー巻き込みが生じ、鋳片内に欠陥が生じる問題点があった。また、これを抑制するためにガス流量を少なくすると、浸漬ノズルのガス吹き込み部表面に酸化防止を目的に塗布した酸化防止剤が気孔を閉塞することによりガス流れを阻害し、アルミナ付着抑制効果を十分に得られないという問題点があった。
特開昭６１−６０２４７号公報 特開平１０−１１８７４６号公報

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決し、熱効率が高くかつ良好な鋼品質の鋳片が得られると共に、アルミナ付着抑制効果も期待できる連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法およびこの予熱方法によって予熱された浸漬ノズルを用いることで、円滑な鋳造作業を遂行しうる連続鋳造方法を提供することを課題とする。

本発明者らは、このような現状に鑑み、鋼の連続鋳造において熱効率の良好なかつ高品質の鋳片を鋳造できる連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法を得るべく研究を重ねた結果、本発明を完成したものであり、その要旨とするところは下記の通りである。
（１）連続鋳造機のタンディッシュから溶鋼を鋳型に注湯する浸漬ノズルを、注湯前に予め加熱する浸漬ノズルの予熱方法において、誘導コイルによる誘導加熱を不活性ガス雰囲気下で行うことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法。
（２）浸漬ノズルの内外面に近接配置した誘導コイルにより誘導加熱を行うことを特徴とする（１）記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法。
（３）浸漬ノズルは、カーボンを含む多孔体耐火物からなるガス吹き込み部を有すると共に、該ガス吹き込み部を除く他のノズル本体表面を酸化防止剤で被覆したことを特徴とする（１）又は（２）記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法。
（４）（１）〜（３）のいずれか１項記載の予熱方法で予熱した浸漬ノズルを介してタンディッシュから鋳型に注湯することを特徴とする連続鋳造方法。

本発明に係る予熱方法によれば、鋼の連続鋳造において最適な連続鋳造用浸漬ノズルの予熱を達成することができ、熱効率が高くかつ均一な加熱が行えるとともに、良好な鋼品質を有する鋳片を得ることができるなど産業上有用な顕著な効果を奏する。しかも、特にアルミナ−グラファイト質多孔体のようなカーボンを含む多孔体耐火物からなる浸漬ノズルを用いた場合に、ノズル孔にアルミナ付着などの問題が生じないことから、良好な鋳造作業を実施することが可能となる効果も期待できる。

本発明を実施する最良の形態について、図２、図３および図４を用いて詳細に説明する。
本発明方法に用いる予熱装置の例としては、図２に示すように、浸漬ノズル２１の外側に誘導加熱用コイル２３と、浸漬ノズル２１の内側に誘導加熱用コイル２２をそれぞれノズルに近接して設けたものである。さらに、浸漬ノズル２１全体をシールできるように筐体２４を設け、筐体内部に不活性ガスを導入し、浸漬ノズル２１を不活性雰囲気下に設置して予熱する。
ここで、外側コイル２３はノズル本体の下端から上部の途中まで浸漬ノズル２１を囲んで配置されている。一方、内側コイル２２は外側コイル２３よりも上側位置のノズル内部に配置されている。外側コイル２３および内側コイル２２に高周波電流を印加することにより、浸漬ノズル２１を誘導加熱する。

さらに好ましくは、図３に示すように、浸漬ノズル３１の形状、要求される浸漬ノズルの予熱温度に応じて外側コイルと内側コイルの設置位置や設置数を適宜変更し、これら外側コイル及び内側コイルに高周波電流を印加することにより、浸漬ノズルの全体をより一層均一に誘導加熱することができる。図３において、３２は浸漬ノズル３１の上部外側を包囲するように設置した上外側コイル、３３は浸漬ノズル３１の下部外側を包囲するように配置した下外側コイル、３４は浸漬ノズル３１内において上下外側コイル３２および３３間に配置した内側コイル、３５は浸漬ノズル３１全体を囲う筐体を示す。
例えば、浸漬ノズルを１１００℃〜１２００℃に加熱する場合、本発明のような誘導加熱によれば、浸漬ノズル内の最大温度差を概ね３００℃以内に抑えることができる。
なお、本発明における誘導加熱は、周波数５ＫＨｚ以上の高周波電流を印加する。好ましくは、周波数５ｋＨｚ〜６０ｋＨｚの範囲に設定すると、浸漬ノズルを均一に加熱するのに有効である。これは、周波数が５ｋＨｚ未満であると加熱効率が著しく低下し、６０ｋＨｚ超では渦電流の浸透深さが浅く、浸漬ノズル内に温度差が生じ易くなるからである。使用する電力は、浸漬ノズルの熱容量、加熱温度および加熱時間によって決定される。

次に、本発明で用いる浸漬ノズルには、図４に示すようにノズル孔４２にガス（例えば、アルゴンガス）吹き込み部４１を設けておくことが望ましい。図示の例では、該ガス吹き込み部４１は、ノズル本体下部の溶鋼吐出用の吐出孔４３の直上位置から中間に至る個所にリング状の多孔体耐火物を埋設することにより構成される。また、このガス吹き込み部４１は、アルミナ−グラファイト質多孔体に代表されるカーボンを含む多孔体耐火物から形成することが好ましいが、アルミナ−グラファイト質耐火物は、特に酸化による多孔体組織の損傷が著しい。従って、通常、吹き込み部表面には予熱中の酸化を防止するため酸化防止剤４４が塗布されているが、本発明では、図示の如くガス吹き込み部４１の表面（ノズル孔４２に面した箇所）には酸化防止剤を塗布せず、該ガス吹き込み部４１以外の他のノズル部分表面には酸化防止剤４４を塗布し被覆している。
また、浸漬ノズルは主にアルミナーグラファイト質耐火物で構成されるが、パウダーライン等の特に耐食性が要求される部位にはジルコニアーグラファイト質耐火物やスピネルーグラファイト質耐火物等を配置することが好ましい。

上記のように該ガス吹き込み部からのガス吹き込みにより、浸漬ノズル内のアルミナ付着を抑制できるが、ガス流量が多くなると浸漬ノズル吐出孔より溶鋼と同時にガスが水冷鋳型内に流出する。このため、水冷鋳型内の溶鋼にボイリングが発生し、鋳型パウダーを鋳片内に巻き込み、鋼の品質欠陥を引き起こす危険性がある。本発明者らは、実験検討を重ねた結果、ガス流量が１０Ｎｌ／ｍｉｎ未満にすると鋳造速度にかかわらず、アルゴンガスが水冷鋳型内に流出しないことを見出した。さらに、好ましくはガス流量を５Ｎｌ／ｍｉｎ未満にするとより浸漬ノズル内のガス流れが安定することを見出した。また、ガス流量は０．１Ｎｌ／ｍｉｎ以上流すことが好ましく、これは０．１Ｎｌ／ｍｉｎ未満にすると浸漬ノズル内にアルミナが付着する傾向があるからである。
一方、ガス流量を１０Ｎｌ／ｍｉｎ未満にした場合、ガス吹き込み部に酸化防止剤を塗布すると酸化防止剤がガラス化することにより、ガス吹き込み部の気孔を閉塞しガス流量が不安定になる。そこで、本発明では上記の如く、ガス吹き込み部に酸化防止剤を塗布せずに、不活性雰囲気下で誘導加熱を行うことにより、ガス吹き込み部を酸化劣化させることなく予熱を完了することができるのである。
また、不活性雰囲気状態は、アルゴンガス、窒素ガス等の不活性ガスを筐体内に導入することにより形成される。好ましくは、酸化防止の面から酸素濃度を３％未満になるように不活性ガスを導入する。

本発明の実施例を以下に示す。
連続鋳造機のタンディッシュから溶鋼を鋳型に注湯する浸漬ノズルを図２に示す誘導加熱装置を用いて予熱を行った。誘導加熱条件としては、１９．５ＫＨｚ、２６ｋＷ〜５０ｋＷと高周波電流を直列に配列した上部コイル（内側コイル）及び下部コイル（外側コイル）に印加した。なお、上部コイル及び下部コイルは、絶縁被覆された銅管をらせん状に巻き、絶縁物で固定し、セラミックファイバー製の断熱材で保護したものである。また、上部コイル及び下部コイルは、加熱時の温度上昇を防止するため、冷却水を銅管内に流した。また、浸漬ノズルは、ガス吹き込み部を除いて図４のようにノズル本体表面に酸化防止剤を塗布した。
このように構成した誘導加熱装置内に設置した浸漬ノズルを、表面温度１１００℃まで加熱してからタンディッシュに装着し、該浸漬ノズルを介して水冷鋳型内に溶鋼を注湯し鋳造作業を行った。
この鋳造時に鋼品質不良の原因となるボイリングの発生の有無を評価した。さらに、鋳造後の浸漬ノズルの切断調査を行い、ガス吹き込み部の酸化層厚み及びアルミナ付着厚みを測定した。表１にこれらの結果を示す。

［従来例１］
従来例１として、特許文献１のようなガス加熱による浸漬ノズル予熱を行った。浸漬ノズルを表面温度１１００℃まで加熱し、タンディッシュに装着し、水冷鋳型内に溶鋼を鋳造した。
鋳造時に鋼品質不良の原因となるボイリングの発生の有無を評価した。さらに、鋳造後の浸漬ノズルの切断調査を行い、ガス吹き込み部の酸化層厚み及びアルミナ付着厚みを測定した。表２にこれらの結果を示す。

［従来例２］
従来例２として、特許文献２のような電熱器を用いた加熱による浸漬ノズル予熱を行った。浸漬ノズルを加熱後、タンディッシュに装着し、水冷鋳型内に溶鋼を鋳造した。
鋳造時に鋼品質不良の原因となるボイリングの発生の有無を評価した。さらに、鋳造後の浸漬ノズルの切断調査を行い、ガス吹き込み部の酸化層厚み及びアルミナ付着厚みを測定した。表３にこれらの結果を示す。

［比較例１］
比較例１として、連続鋳造機のタンディッシュから溶鋼を鋳型に注湯する浸漬ノズルを図２に示す誘導加熱装置を用い予熱を行った。誘導加熱条件としては、１９．５ＫＨｚ、２６ｋＷの高周波電流を直列に配列した上部コイル及び下部コイルに印加した。なお、上部コイル及び下部コイルは、絶縁被覆された銅管をらせん状に巻き、絶縁物で固定し、セラミックファイバー製の断熱材で保護したものである。また、上部コイル及び下部コイルは加熱時の温度上昇を防止するため、冷却水を銅管内に流した。
このような誘導加熱装置内に設置した浸漬ノズルを表面温度１１００℃まで加熱し、タンディッシュに装着し、水冷鋳型内に溶鋼を鋳造した。
なお、比較例１では、浸漬ノズルのガス吹き込み部に酸化防止剤を塗布した浸漬ノズルを用いた。
鋳造時に鋼品質不良の原因となるボイリングの発生の有無を評価した。さらに、鋳造後の浸漬ノズルの切断調査を行い、ガス吹き込み部の酸化層厚み及びアルミナ付着厚みを測定した。表４にこれらの結果を示す。

これらの試験結果から、本発明の優位性が確認できた。すなわち、本発明の実施例のいずれにおいても、鋼品質不良の原因となるボイリングの発生は皆無であり、かつ、酸化層厚み及びアルミナ付着厚みに関しても、それぞれの許容範囲である、１．０ｍｍ（酸化層厚み）および１．５ｍｍ（アルミナ付着厚み）を超える例は見当たらなかった。これに対し、従来例１、２共に、酸化層厚み及びアルミナ付着厚みが厚く、いずれも鋳造作業を円滑に行うことが困難であった。また、比較例１では、ガス流量が１０Ｎｌ／ｍｉｎ未満の条件であっても、ガス吹き込み部に塗布した酸化防止剤がガラス化するに伴い、アルゴンガス通気特性が不安定になる現象が確認された。

連続鋳造の鋳造工程の概要を示す図である。 本発明における連続鋳造用浸漬ノズルの予熱の１実施形態例を示す図である。 本発明における連続鋳造用浸漬ノズルの予熱の他の実施形態例を示す図である。 本発明において、使用する浸漬ノズルを形態を示す図である。

符号の説明

１１ 取鍋 １２ ロングノズル
１３ タンディッシュ １４ 浸漬ノズル
１５ 水冷鋳型
２１ 浸漬ノズル ２２ 内側コイル
２３ 外側コイル ２４ 筐体
３１ 浸漬ノズル ３２ 外側コイル（上）
３３ 外側コイル（下） ３４ 内側コイル
３５ 筐体
４１ ガス吹き込み部 ４２ ノズル孔
４３ 吐出孔 ４４ 酸化防止剤塗布範囲

Claims (4)

1. 連続鋳造機のタンディッシュから溶鋼を鋳型に注湯する浸漬ノズルを、注湯前に予め加熱する浸漬ノズルの予熱方法において、誘導コイルによる誘導加熱を不活性ガス雰囲気下で行うことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法。
2. 浸漬ノズルの内外面に近接配置した誘導コイルにより誘導加熱を行う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の予熱方法。
3. 浸漬ノズルは、カーボンを含む多孔体耐火物からなるガス吹き込み部を有すると共に、該ガス吹き込み部を除く他のノズル本体表面を酸化防止剤で被覆したことを特徴とする請求項１又は２記載の連続鋳造用浸漬ノズルの予熱方法。
4. 請求項１〜３のいずれか１項記載の予熱方法で予熱した浸漬ノズルを介してタンディッシュから鋳型に注湯することを特徴とする連続鋳造方法。

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