JP2013215763A - 鋳造用浸漬ノズル及び鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋳造用浸漬ノズル内壁への地金付着を防止することで浸漬ノズルのアルミナによる閉塞を防止する。
【解決手段】 中心部に中空の溶鋼流出路２が形成されて筒状をなし且つ鋳型内の溶鋼８とその上に浮上しているスラグ９とに下部が浸漬されるノズル本体３の肉厚内に断熱層１１を形成した。断熱層１１の位置は、少なくとも前記スラグ９の上面位置１０より上の部分で、前記溶鋼流出路２を囲む位置とした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋳型内の溶鋼に下部を浸漬した状態でタンディッシュから鋳型内に溶鋼を吐出させる鋳造用浸漬ノズルとこれを用いた鋳造方法に関する。

鋳造用浸漬ノズル、特に連続鋳造用浸漬ノズルでは、アルミキルド鋼の鋳造時に鋼中のアルミナの析出により浸漬ノズルの閉塞が発生して、鋳鋼の品質に悪影響を及ぼし、また浸漬ノズル交換の頻度が高くなって鋳鋼の生産効率の低下が余儀なくされる。
そこで、この浸漬ノズルの閉塞を抑制するために、特許文献１〜４に記載の技術が提供されている。これらは、浸漬ノズルの中心部を通る溶鋼流出路にＡｒガスの吹き込みを行い、その不活性ガスの被膜でアルミナの析出を防止するものである。また特許文献５、６の技術は浸漬ノズルの内壁の材質にＣａＯを添加し、浸漬ノズル内壁に付着したＡｌ_２Ｏ_３と浸漬ノズル材質中のＣａＯの反応により、Ａｌ_２Ｏ_３-ＣａＯ系の低融点化合物を形成させ、それを鋳型内へ流出浮上させることによって浸漬ノズル閉塞を抑制する方法が開示されている。

特開２０１０−２２１２７７公報 特開２００２−２５４１４５公報 特開平１１−２８５７９０公報 特開昭６２−１３０７５４公報 特開２００７−１３０６５３号公報 特開昭６２−０２４８４６号公報

しかしながら、前記特許文献１〜４に記載の技術によっては浸漬ノズルのアルミナ付着を完全に抑制することは次の理由によって困難である。つまり、アルミナ付着はＡｒガスの吹き込み量に大きく依存しており、吹き込み量が多い場合には付着抑制効果があるものの、気泡が大量に溶鋼中へ流れるため、湯面が暴れヘゲ欠陥となったり、気泡起因によるブロー欠陥を招くため実操業では大量に吹くことができない。逆に吹き込み量が少ない場合には、不活性被膜が十分に形成されず付着防止効果が期待できない。以上のように実操業上、品質とアルミナ付着抑制を両立させるためには、どちらかを犠牲にせざるを得ず、完全に抑制することは難しい。

また、特許文献５、６に記載された方法において、前記低融点化合物を鋳型内に流出させるには、浸漬ノズル内で溶鋼の流速が大きくなければ困難であり、流速が小さい場合、つまり鋳造速度が遅い場合には、浸漬ノズル内壁への前記融点化合物の付着が進行することになり、浸漬ノズルの閉塞を抑制することはできなくなるという不具合がある。
そこで、本発明者は、製鋼時の最も重要な要件である鋼片の品質に対する浸漬ノズルの影響について着目してアルミナ閉塞したノズルを観察したうえ、浸漬ノズルとアルミナ付着物との境界を詳しく研究した。その結果、アルミナ付着は浸漬ノズルの耐火物表面に直接付着するものではなく、温度低下を主な原因として発生した地金層が耐火物表面に必ず存在し、その地金層の凹凸又は反応によりこれにアルミナが付着し、アルミナはこれを起点として成長していることが判明した。すなわち、溶鋼がノズルを通過する際に、ノズルの肉厚を介して外部に熱量が逃げ、ノズル内の溶鋼の温度が低下することにより、ノズル内部の溶鋼流出路に地金の付着が発生し、これを起点としてアルミナによる溶鋼流出路の閉塞が進行するという知見を得た。そこで、発明者は、浸漬ノズルの肉厚を介しての外部への熱量の逃げを防止するという具体的な手段を創出したものである。
そこで、本発明は、浸漬ノズル内壁への地金付着を防止することで、鋳造用浸漬ノズルのアルミナによる閉塞を防止し、鋼の表面欠陥及び内部欠陥を減少させて品質向上を図るとともに、鋳造効率を向上させることを目的としている。

本発明の鋳造用浸漬ノズルの一態様は、中心部に中空の溶鋼流出路が形成されて筒状をなし且つ鋳型内の溶鋼とその上に浮上しているスラグとに下部が浸漬されるノズル本体を備えた鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記ノズル本体の、少なくとも前記スラグの上面位置より上の部分の肉厚内に、前記溶鋼流出路を囲んだ断熱層を形成したことを特徴とする。
ここで、前記ノズル本体の形状は円筒状であり、前記断熱層は、厚み寸法が１ｍｍ以上で前記ノズル本体の強度を確保可能な範囲内の寸法を有するとともに前記溶鋼流出路と同心の円筒状をなす空気層からなるようにするとよい。

また、本発明の別の一態様は、中心部に中空の溶鋼流出路が形成されて筒状をなし且つ鋳型内の溶鋼とその上に浮上しているスラグとに下部が浸漬されるノズル本体の、少なくとも前記スラグの上面位置より上の部分の肉厚内に、前記溶鋼流出路を囲んで断熱層を形成してなる鋳造用浸漬ノズルを用いて、前記上の部分における溶鋼の温度低下を抑制しつつ鋳型内に溶鋼を吐出させることを特徴とする鋳造方法である。

この発明によれば、ノズル本体の少なくともスラグの上面位置より上の部分の肉厚内に、溶鋼流出路を囲んで断熱層を形成しているため、ノズル本体の肉厚を伝わって外部に逃げる熱量が減少する。このため、溶鋼流出路の壁面温度が上昇することになるから、その壁面に地金が付着しなくなる。よって地金を起点としたアルミナの成長が抑制され、鋳造用浸漬ノズルのノズル閉塞が防止され、鋼の表面欠陥及び内部欠陥を減少させて品質向上が図られるとともに、鋳造効率を向上させることができる。

鋳造用浸漬ノズルの一実施形態の断面図。 本発明の一実施形態の効果を従来例と比較して示すグラフ。

図１は本発明の鋳造用浸漬ノズルの一実施形態を示す断面図である。図示された鋳造用浸漬ノズル１は連続鋳造用のものであり、図示しないタンディッシュのストランドに連なる。この浸漬ノズル１は、中心部に中空の溶鋼流出路２が形成されて円筒状をなしたノズル本体３と、このノズル本体３の内面、つまり溶鋼流出路２側の面に張られた管状の内張り材４とを有する。ノズル本体３の上端にはタンディッシュ側に連なるフランジ５が形成され、ノズル本体３の下端には前記内張り材４とともに貫通してノズル本体３の軸線に交差する方向に向いた溶鋼吐出口６が開口されている。
この浸漬ノズル１は、連続鋳造設備の図示しない鋳型内に挿入されている。図中７が鋳型内の溶鋼８の上面位置であり、その上にスラグ９の層が浮上していて、１０がスラグ９の層の上面位置である。つまり、浸漬ノズル１は下部において溶鋼８とスラグ９の層の中に浸漬されている。

ノズル本体３には、スラグ９の層の上面位置１０より上の部分の肉厚内に、前記溶鋼流出路２を囲んで断熱層１１が形成されている。断熱層１１は、ノズル本体３の厚さのほぼ中間にあることが、ノズル本体３の強度確保の点から望ましく、また前記溶鋼流出路２と同心の円筒状に形成されている。この断熱層１１は、厚み（ノズル本体３の径方向の寸法をいう）を１ｍｍとした。しかし１ｍｍは下限であり、１ｍｍ超も可能で、その上限はノズル本体３の強度を確保可能な範囲の厚み寸法とする。通常のノズル本体３の材料をなす耐火材であれば、ノズル本体３の厚みの１／２が上限となる。

また、前記断熱層１１は空気層からなり、この空気層は次のように形成することができるが、熱伝導率の低い他の気体（例えばアルゴン、キセノン、窒素のうちいずれか、又は他の気体）の層に形成してもよい。空気層にする場合は、浸漬ノズル１の焼成時に焼失する材料からなり、断熱層１１と同一形状又はこれに近い形状の円筒状の物体を、ノズル本体３をなす耐火材の内部に埋設しておく。一方、ノズル本体３の内側には内張り材４をなす耐火材を内張りしておく。この状態で全体を焼成すれば、前記円筒状の物体は焼失して円筒状の空気層ができる。この状態で、空気層の上端に前記円筒形に対応したリング状の栓１２を施して前記空気層を密封することにより断熱層１１が形成されている。なお、前記焼失する材料が、断熱層１１と同一形状の場合の他に、これとこれに近い形状の場合を記載したのは、浸漬ノズル１の焼成により、耐火材が変形して、焼失する材料の形状と、これが焼失して形成される空気層との形状が変化する場合もあるからである。

また、前記内張り材４の内面には、スラグ９の層の上面位置１０より上の部分に別の層を形成することも可能である。この別の層は、内部を流下する溶鋼の抜熱防止と、付着する地金の反応防止とのいずれか又は両方の機能があるものにするとよい。また、前記断熱層１１は、スラグの上面位置１０より下にまで延びて形成されてもよいことは勿論である。つまり、鋳型内の溶鋼８は浸漬ノズル１からの溶鋼の吐出量と鋳造速度との関係で上面位置８が変化し、これに伴ってスラグ９の層の上面位置１０も変化することがある。そのため、前記のように断熱層１１を前記より下に延ばせば、スラグ９の層の上面位置１０が下がったときも断熱機能が確保される。

そこで、この鋳造用浸漬ノズル１では、上方のタンディッシュから供給された溶鋼が溶鋼流出路２の上端から入り、これを流下して下端の溶鋼吐出口６から鋳型内に吐出される。このときに溶鋼流出路２内を流下する溶鋼の熱は、スラグ９の層の上面位置１０より上の部分では、内張り材４とノズル本体３とを伝導して鋳造用浸漬ノズル１の外部に逃げようとする。しかし、ノズル本体３内には断熱層１１があるため、溶鋼の熱の外部への伝導は抑制されるから、溶鋼流出路２内の溶鋼はあまり冷却されることなく下方へ移動する。そして、溶鋼流出路２における、スラグ９の層の上面位置１０より下の部分では、鋳造用浸漬ノズル１の外部をスラグ９の層と溶鋼８とが覆っているため、ここでは鋳造用浸漬ノズル１の内部でも溶鋼の温度低下は殆ど発生しない。

このように、鋳造用浸漬ノズル１の内部では、スラグ９の層の上面位置１０より下の部分は勿論であるが、同上面位置１０より上の部分でも、断熱層１１によって熱量の外部への逃げが抑制されて、その部分における溶鋼の温度低下が抑えられている。したがって、鋳造用浸漬ノズル１の温度が維持されるから、鋳造用浸漬ノズル１の内面、具体的にはノズル本体３の内張り材４の表面に地金層が付着されにくくなっている。このため、浸漬ノズル１の内面にアルミナが付着しようとする地金層ができにくいから、アルミナが付着しにくくなり、したがってこれを起点とするアルミナの成長も著しく減少する。そこで、アルミナによる溶鋼流出路２の閉塞や狭隘化がなくなる。

図２には、本発明の実施形態の効果を従来例と比較して示すグラフが示されている。これは、浸漬ノズル１の溶鋼流出路２の壁面（内張り材４の表面）に付着した地金とアルミナの厚み寸法を測定した結果である。付着量の測定はスラグ９の層の上面位置１０の直上部分で行なった。また、同一清浄度の溶鋼にて比較するために、同一タンディッシュの各ストランドに従来例の鋳造用浸漬ノズルと本発明の実施形態の鋳造用浸漬ノズル１とを取り付け、約４００分の連続鋳造を１０回実施して評価した。

その結果は、従来例では地金層が１０．２ｍｍ、その上のアルミナ層が２１．３ｍｍであったのに対して、本発明の実施形態のものでは地金層が１．１ｍｍ、その上のアルミナ層が２．４ｍｍであった。このように、実施形態のものでは、浸漬ノズル１内の地金層の付着量が減少した結果、アルミナ層の成長も激減した。よって、アルミナ層の生成による鋳鋼の品質低下がなくなり、また、浸漬ノズル交換の頻度が低下することにより鋳鋼の生産効率が向上することになる。
なお、この実施形態では、鋳造用浸漬ノズル１をノズル本体３と内張り材４との２層とし、前記のように、前記内張り材４の内面に別の層を形成することも可能であるが、この内面の層とは別に、ノズル本体１の外面に別の層を形成してもよい。この外面の層は、例えば鋳型内のスラグ９の層や、溶鋼８の位置と温度に対応した耐熱層などである。

１ 鋳造用浸漬ノズル
２ 溶鋼流出路
３ ノズル本体
４ 内張り材
６ 溶鋼吐出口
７ 溶鋼の上面位置
８ 溶鋼
９ スラグ
１０ スラグの層の上面位置
１１ 断熱層

Claims (3)

1. 中心部に中空の溶鋼流出路が形成されて筒状をなし且つ鋳型内の溶鋼とその上に浮上しているスラグとに下部が浸漬されるノズル本体を備えた鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記ノズル本体の、少なくとも前記スラグの上面位置より上の部分の肉厚内に、前記溶鋼流出路を囲んだ断熱層を形成したことを特徴とする鋳造用浸漬ノズル。
2. 前記ノズル本体の形状は円筒状であり、前記断熱層は、厚み寸法が１ｍｍ以上で前記ノズル本体の強度を確保可能な範囲内の寸法を有するとともに前記溶鋼流出路と同心の筒状をなす空気層からなることを特徴とする請求項１に記載の鋳造用浸漬ノズル。
3. 中心部に中空の溶鋼流出路が形成されて筒状をなし且つ鋳型内の溶鋼とその上に浮上しているスラグとに下部が浸漬されるノズル本体の、少なくとも前記スラグの上面位置より上の部分の肉厚内に、前記溶鋼流出路を囲んで断熱層を形成してなる鋳造用浸漬ノズルを用いて、前記上の部分における溶鋼の温度低下を抑制しつつ鋳型内に溶鋼を吐出させることを特徴とする鋳造方法。
   

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