JP2011067860A - ストッパー制御型浸漬ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】ストッパー制御型浸漬ノズルにおいて、嵌合部からの空気の侵入を防止し、しかも嵌合部の熱膨張に伴うノズル本体の亀裂発生を抑制すること。
【解決手段】ノズル本体１１の上端部の内孔側に、上部に拡径部１７ａを有する段差部１７が形成され、段差部１７に嵌合リング１３が配置され、嵌合リング１３の外周面側に、嵌合リング１３と拡径部１７ａの底面とで底面が構成される溝１４が形成され、溝１４に、押さえブロック１５が、嵌合リング１３と拡径部１７ａの底面を跨ぎ、かつ浮上防止手段によってノズル本体１１に固定されるように挿入され、押さえブロック１５と嵌合リング１３との間、及び嵌合リング１３の外周面と段差部１７との間に可縮性モルタル１８が充填されているストッパー制御型浸漬ノズルである。
【選択図】図２

Description

本発明は、鋼の連続鋳造、とくにアルミキルド鋼の連続鋳造に用いられる浸漬ノズルに関し、より詳しくは、ノズル本体の内孔に上方からストッパーを嵌合させて内孔を閉止するストッパー制御型浸漬ノズルに関する。

アルミキルド鋼等の連続鋳造に使用される浸漬ノズルにおいては、鋼中のアルミナ系介在物がノズル本体の内孔に付着し、これが進行してノズル閉塞を起こしやすい。このノズル閉塞を防ぐ方法として、ノズル本体の内孔側にＣａＯを含有する耐火物を用いると良いことが知られている（特許文献１）。

本発明者らは、ＣａＯ、ＭｇＯ、炭素を含むドロマイトグラファイト質の耐火物を用いてストッパー制御型浸漬ノズルを製造し、アルミキルド鋼の溶製に供した。その結果、ノズル閉塞は解消されたが、ストッパーが接触する嵌合部の溶損が大きくなる、という新たな問題が発生した。

そこで、本発明者らは嵌合部の溶損を防止するため、特許文献２において、モールドに浸漬される浸漬ノズル本体と、この浸漬ノズル本体の上端に接続される嵌合部とからなり、浸漬ノズル本体が〔Ｃ〕２５〜４０質量％、〔ＣａＯ〕２０〜５０質量％、〔ＭｇＯ〕１０〜４０質量％からなる耐火物で構成され、また嵌合部が〔Ｃ〕１〜１０質量％、〔ＣａＯ〕４０〜６０質量％、〔ＭｇＯ〕３０〜５０質量％からなる耐火物で構成されるストッパー制御型浸漬ノズルを開示した。

一方、ストッパー制御型浸漬ノズルにおいては、ノズル本体の上端部の内孔側に、耐用性に優れるジルコニア等の嵌合リングを装着する構造が知られている。しかしながら、ジルコニアは熱膨張が大きいため、使用時にノズル本体に亀裂や割れを生じさせやすい問題がある。そこで特許文献３では、嵌合リングを内孔側に配置するのではなく、浸漬ノズルを上下に分離して、上部全体を嵌合リング材質とし周囲をメタルケースで覆う構造が開示されている。

特公昭６１−４４８３６号公報 特開２００８−８０９号公報 特開平１０−５９４２号公報

特許文献２あるいは特許文献３の構造では、ノズル本体とその上部の嵌合部との間にノズルの外周面に通じる目地部が存在する。本発明者らが、特許文献２のストッパー制御型浸漬ノズルを使用したところ、ノズル閉塞防止には効果が確認できたが、頻度は少ないものの、この目地部が局部的に溶損し溶鋼が漏れるケースがあることがわかった。その原因としては、図３に矢印で示すように、空気がメタルケース５１の下端部から浸漬ノズル５２とメタルケース５１の間を通り、モルタルの目地部５３に侵入したためと推定される。

一方、特許文献３の図８のように単に内孔側に嵌合リングを配置しただけでは、上述のとおり、熱膨張差によりノズル本体の亀裂発生の問題がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、ストッパー制御型浸漬ノズルにおいて、ストッパーと嵌合する嵌合部からの空気の侵入を防止し、しかも嵌合部の熱膨張に伴うノズル本体の亀裂発生を抑制することにある。

本発明は、内孔を有するノズル本体の上端部の内孔側に、前記ノズル本体よりも熱膨張の大きな嵌合リングを配置し、前記嵌合リングにストッパーを嵌合させて内孔を閉止するストッパー制御型浸漬ノズルであって、前記ノズル本体の上端部の内孔側に、上部に拡径部を有する段差部が形成され、前記段差部に嵌合リングが配置され、前記嵌合リングの外周面側に、当該嵌合リングと前記拡径部の底面とで底面が構成される溝が形成され、前記溝に、押さえブロックが、前記嵌合リングと前記拡径部の底面を跨ぎ、かつ浮上防止手段によってノズル本体に固定されるように挿入され、前記押さえブロックと前記嵌合リングとの間、及び前記嵌合リングの外周面と前記段差部との間に可縮性モルタルが充填されているストッパー制御型浸漬ノズルである。

本発明では、前記溝が円環状に形成され、しかも押さえブロックが円筒状をしており、浮上防止手段として押さえブロックがノズル本体に螺合する構造とすることができる。

本発明において可縮性モルタルは、２．５ＭＰａの加圧下、１０００℃非酸化雰囲気における可縮率が１０％〜８０％であることが好ましい。

可縮率が１０％未満であるとモルタル目地代を大きく取る必要があり、ノズル本体が薄くなるため好ましくない。また、可縮率が８０％より大きいとモルタル目地代は薄くて済むが、空目地に近くなるため目地部への溶鋼浸透の可能性が高くなり、耐火物の溶損につながりやすくなる。

また、本発明においてノズル本体を構成する耐火原料は、黒鉛が２５〜４０質量％、残部がドロマイトクリンカー、又はドロマイトクリンカーとマグネシアクリンカーとからなり、嵌合リングを構成する耐火原料は、黒鉛が１〜１０質量％、残部がドロマイトクリンカー、又はドロマイトクリンカーとマグネシアクリンカーとからなることが好ましい。

ノズル本体を構成する耐火原料中の黒鉛が２５質量％未満では耐熱衝撃性が不足し、４０質量％を超えると耐食性が不足することがある。また、嵌合リングについてはストッパーとの嵌合時の衝撃や溶鋼流による損耗を防止するため、さらに耐食性を向上させる点から、ノズル本体より黒鉛を少なくすることが好ましい。具体的には、嵌合リングを構成する耐火原料中の黒鉛が１０質量％を超えると必要な耐食性が得られないことがあるので、１０質量％以下とすることが好ましい。一方、黒鉛が１質量％未満では耐熱衝撃性が不足することがあるので、１質量％以上とすることが好ましい。また、ノズル本体、嵌合リング共に黒鉛以外には、アルミナ系介在物の付着防止のため、ドロマイトクリンカー、又はドロマイトクリンカーとマグネシアクリンカーを使用することが好ましい。

本発明によれば、嵌合リングとノズル本体側との目地部の端面が、ノズルの外周面ではなくタンディッシュ容器の底面に位置し溶鋼と接するので、溶鋼の静圧により目地部からの空気の侵入を防止することができる。

また、嵌合リングとノズル本体及び押さえブロックとの間には可縮性モルタルによって十分な膨張代を確保しているため、嵌合リングの熱膨張によるノズル本体への亀裂の発生を防止することができる。このため、ストッパー型浸漬ノズルの耐用性が向上し、漏鋼の危険性がなくなる。

さらに、嵌合リングは押さえブロックによってノズル本体に確実に固定されるので、ストッパーとの嵌合時にくっついてその後持ち上げられようとしても、その持ち上がりを防止することができる。

本発明のストッパー制御型浸漬ノズルをタンディッシュに取り付けた状態での縦断面図である。 （ａ）は図１における嵌合部の拡大図、（ｂ）は（ａ）においてノズル本体のみを示す図である。 従来のストッパー制御型浸漬ノズルの縦断面図である。

本発明の実施の形態を図１及び図２を参照して説明する。

図１において、ストッパー制御型浸漬ノズル（以下、単に「浸漬ノズル」という。）１はタンディッシュの羽口２にモルタルを介して取り付けられている。この浸漬ノズル１は、ノズル本体１１と、その上端部の内孔１２側にモルタルにより接続される嵌合リング１３、及び嵌合リング１３の外周側の溝１４に配置された押さえブロック１５よりなり、嵌合リング１３がストッパー２０との嵌合部となる。また、ノズル本体１１の上端部には径大の頭部１６が形成されると共に、頭部１６下端の段がモルタルを介し、鉄皮３の羽口周縁に係止することにより浸漬ノズル１のずり落ちが阻止されるようになっている。

図２（ｂ）に示すように、ノズル本体１１の上端部の内孔１２側には、上部に拡径部１７ａを有する段差部１７が形成されている。そして図２（ａ）に示すように、段差部１７に嵌合リング１３が配置されている。また、嵌合リング１３の外周面側には、嵌合リング１３と段差部１７の拡径部１７ａの底面とで底面が構成される溝１４が形成されている。この溝１４は嵌合リング１３の外周面側全周にわたり円環状に形成され、溝１４の内周側の側面は嵌合リング１３の外周面で、溝１４の外周側の側面はノズル本体１の段差部１７（拡径部１７ａ）の内面、溝の底面は、中央部の隙間１９を介して嵌合リング１３と拡径部１７の底面（ノズル本体１１）とで構成されている。また、この溝１４の外周側の側面には雌ネジ溝が形成されており、押さえブロック１５の外周面に形成された雄ネジ溝に螺合するようになっている。

押さえブロック１５は円筒状をしており、可縮性モルタル１８を介して溝１４の外周側の側面に螺合される。これによって押さえブロック１５が、嵌合リング１３と拡径部１７ａの底面を跨ぐように溝１４に挿入される。また、押さえブロック１５と嵌合リング１３との間にはモルタル目地代として２ｍｍの隙間が確保されており、この隙間にも可縮性モルタルを充填している。さらに、押さえブロック１５の外周面と段差部１７（ノズル本体１１）との間にも同様に２ｍｍの隙間が確保されており、この隙間にも可縮性モルタル１８を充填している。なお、嵌合ブロック１３の底面とノズル本体１１との接合面の隙間は０．５ｍｍ以下とし通常のモルタルを充填している。

押さえブロック１５は、嵌合ブロック１３の浮上を防止する目的で装着する。したがって、押さえブロック１５は浮上しないように浮上防止手段でノズル本体１１に固定される必要がある。その浮上防止手段としては、本実施形態のように螺合する構造以外に、バイオネットタイプにしても良い。あるいは、内孔側から嵌合リングと押さえブロックとを貫通しノズル本体に通じる貫通孔を設け、この貫通孔に耐火物製のピンを挿入することでピン止めにより浮上を防止する構造としても良い。この押さえブロックは、塩基性の耐火物であればとくに問題なく使用できるが、嵌合リングあるいはノズル本体と同じ材質系のものを使用することが好ましい。

以上の構成を有する浸漬ノズル１は、使用時に嵌合部（嵌合リング１３）の温度が急激に上昇し熱膨張しても、可縮性モルタル１８が収縮することで膨張代が吸収され、ノズル本体１１への熱膨張による応力を緩和することができるため、ノズル本体１１の亀裂を防止することができる。また、嵌合リング１３とノズル本体１１側の目地部、具体的には嵌合リング１３と押さえブロック１５、及び押さえブロック１５とノズル本体１１との接合部の目地部の端面はタンディッシュ底面に位置し溶鋼と接しているために空気が侵入することがない。そして、嵌合リング１３がストッパー２０との嵌合時にくっついて持ち上げられようとしても、嵌合リング１３の外周に形成された溝１４の底面が浮上防止手段でノズル本体１１に固定された押さえブロック１５に当接しているため、持ち上がりを防止することができる。

本発明において使用する可縮性モルタル１８としては、２．５ＭＰａの加圧下、１０００℃非酸化雰囲気において１０％から８０％の可縮率を示すものがよい。可縮率が１０％未満であるとモルタル目地代を大きく取る必要がありノズル本体１１が薄くなるため好ましくない。一方、可縮率が８０％より大きいとモルタル目地代は薄くて済むが、空目地に近くなるため目地部への溶鋼浸透の可能性が高くなり、耐火物の溶損につながりやすくなる。可縮性モルタル１８による目地厚としては１〜３ｍｍが好適であり、この目地厚さで嵌合リングの熱膨張を吸収できるような適正な可縮率をもつ可縮性モルタルを選定することが好ましい。

なお、モルタルの可縮率Ｋは、次のように測定する。φ２０×４０ｍｍＬの形状をもつ２本の耐火物製サンプルの端面間にモルタルを挟み込み、約２ｍｍの厚さで接着する。モルタルにより接着された耐火物製サンプルに熱処理を施しモルタルを固化させる。温度、雰囲気、加圧速度が制御できる材料試験機の炉内にこの耐火物製サンプルを設置して、非酸化雰囲気で１０００℃まで昇温して、温度が均一になるまで保持した後、加圧する。まず、熱処理後の無加圧の状態でのモルタル層の初期厚みｔ_０（ｍｍ）を測定する。次に、測定用サンプルを非酸化雰囲気で１０００℃に保持した後に上下方向から圧縮し、２．５ＭＰａまで加圧した後、その変位量ｈ_１（ｍｍ）を測定する。予め、使用する２本の耐火物製サンプルについてモルタル層がない状態で、同条件で加圧し変位量ｈ_２（ブランク値）を測定しておく。これらの測定値を次式にて計算することで１０００℃非酸化雰囲気下での可縮率Ｋ（％）を得ることができる。
Ｋ ＝ （ｈ_１−ｈ_２）／ｔ_０ ×１００ （％）

ここで加圧条件を２．５ＭＰａとしている理由は、浸漬ノズルの一般的なノズル本体の材質であるＡｌ_２Ｏ_３−Ｃ質を主とする材料系の管状耐火物の場合、一般的にはノズル本体の内壁面に数ＭＰａの圧力を加えると破断し、例えば、実用上ほぼ最小の径方向の構造を有するノズル本体の耐火物（内径φ８０ｍｍ、外径φ１３５ｍｍ）で最大引張り強度が６ＭＰａのＡｌ_２Ｏ_３−黒鉛材質の耐火物の場合、管内壁面から圧力を負荷していくと、計算により内壁面に約２．５ＭＰａの圧力を負荷すると破断に至ることによる。

図１に示したストッパー制御型浸漬ノズルで実際のタンディッシュにてテストした結果を表１に示す。実施例１は、図１の形状で、ノズル本体としては黒鉛が３０質量％と残部がドロマイトクリンカーからなる材質を、嵌合リングと押さえブロックには、黒鉛が８質量％と残部がドロマイトクリンカーからなる材質を、可縮性モルタルは、２．５ＭＰａの加圧下、１０００℃非酸化雰囲気中における可縮率が５０％のマグネシア質モルタル（マグネシア：７０質量％）を使用した。比較例１は図３の形状で、図１と同じ材料を使用したもの、比較例２は図３の形状で嵌合部と本体部ともにアルミナグラファイト質を使用したものである。

実施例１では、嵌合部からの空気の侵入が防止され、嵌合部の熱膨張に伴うノズル本体の亀裂発生を抑制することができ、しかもノズル本体及び嵌合リングに付着物は確認されず、嵌合リングの溶損もなく良好であった。比較例１はノズル本体及び嵌合リングに付着物は確認されず、嵌合リングの溶損もなかったものの、嵌合部からの空気の侵入が発生した。比較例２は、ノズル本体及び嵌合リングへの付着が認められ、嵌合部からの空気の侵入も発生した。

１ ストッパー型浸漬ノズル
２ 羽口
３ 鉄皮
１１ ノズル本体
１２ 内孔
１３ 嵌合リング
１４ 溝
１５ 押さえブロック
１６ 頭部
１７ 段差部
１７ａ 拡径部
１８ 可縮性モルタル
１９ 中央部の隙間
２０ ストッパー
５１ メタルケース
５２ 浸漬ノズル
５３ 目地部

Claims (4)

1. 内孔を有するノズル本体の上端部の内孔側に、前記ノズル本体よりも熱膨張の大きな嵌合リングを配置し、前記嵌合リングにストッパーを嵌合させて内孔を閉止するストッパー制御型浸漬ノズルであって、
   前記ノズル本体の上端部の内孔側に、上部に拡径部を有する段差部が形成され、
   前記段差部に嵌合リングが配置され、
   前記嵌合リングの外周面側に、当該嵌合リングと前記拡径部の底面とで底面が構成される溝が形成され、
   前記溝に、押さえブロックが、前記嵌合リングと前記拡径部の底面を跨ぎ、かつ浮上防止手段によってノズル本体に固定されるように挿入され、
   前記押さえブロックと前記嵌合リングとの間、及び前記嵌合リングの外周面と前記段差部との間に可縮性モルタルが充填されているストッパー制御型浸漬ノズル。
2. 前記溝が円環状に形成され、しかも押さえブロックが円筒状をしており、浮上防止手段として押さえブロックがノズル本体に螺合している請求項１に記載のストッパー制御型浸漬ノズル。
3. 可縮性モルタルは、２．５ＭＰａの加圧下、１０００℃非酸化雰囲気における可縮率が１０％〜８０％である請求項１又は請求項２に記載のストッパー制御型浸漬ノズル。
4. ノズル本体を構成する耐火原料が、黒鉛が２５〜４０質量％、残部がドロマイトクリンカー、又はドロマイトクリンカーとマグネシアクリンカーとからなり、嵌合リングを構成する耐火原料が、黒鉛が１〜１０質量％、残部がドロマイトクリンカー、又はドロマイトクリンカーとマグネシアクリンカーとからなる請求項１、請求項２又は請求項３に記載のストッパー制御型浸漬ノズル。

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