JP2016078040A - 溶湯保持容器用スライディングノズル装置およびこの装置からの溶湯の注出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】詰砂排出後や溶鋼注出後の再開口時までの間で起こりうるノズル孔内残留溶鋼の凝固に伴うノズル孔の閉塞を防止する有効な技術について提案する。
【解決手段】上・下の固定プレートとこれらの間にあって移動可能に保持される摺動プレートとの組み合わせからなるスライディングノズル装置において、前記摺動プレートのノズル孔の下部に、移動するときの後端部側に当たる位置に拡径部を設け、下固定プレートのノズル孔の上部には、該摺動プレートの移動方向側に当たる位置に拡径部を設け、該摺動プレートの上固定プレート下面と接する上面には、該上固定プレートのノズル孔に対向することとなる位置にガス吹込みプラグが設けられている、溶湯保持容器用スライディングノズル装置および溶湯の注出方法
【選択図】図１

Description

本発明は、溶湯保持容器用スライディングノズル装置およびそのスライディングノズル装置からの溶湯の注出方法に関し、特にスライディングノズルの不開口現象を防止するのに有効な技術について提案する。

タンディッシュや取鍋等の溶湯保持容器には、その底部にスライディングノズルを配設しているものがある。このスライディングノズルというのは、鋳込み等の溶湯の注出開始までの間、一般に、ノズル孔内に溶湯（以下、「溶鋼」の例で述べる）が凝固して不開口状態となるのを防ぐための詰砂が充填してある。この場合において、鋳造（造塊）工程での詰砂排出後や鋳型への溶鋼注入後は該スライディングノズルは閉となる。そして、次の注入鋳型に移動させた後に再び該スライディングノズルを開とする時、時としてスライディングノズルのノズル孔に残った溶鋼の少なくとも一部が凝固するために、摺動プレートをスライディングさせても自然開口しないことがある。このような場合、酸素ガスの吹き付けによる強制開口処理を実施すること（酸素洗浄）が必要になる。しかし、このような酸素洗浄作業を行なうと、介在物生成の問題が発生することがある。また、このような酸素洗浄作業を行っても開口せず、鋳造取り止めとなることもある。

これに対し、従来、下記特許文献１、２では３層構造のプレートからなるスライディングノズル装置を提案しており、そのうち、特許文献１は、摺動可能な中層の摺動プレートから不活性ガスバブリングを行なうことにより、また、特許文献２では、下層の固定プレートから不活性ガスのバブリングを行なうことにより、前述した閉塞による不開口を防止することとしている。即ち、これらの従来技術は、上記スライディングノズルを「閉」とした後、そのスライディングノズルを再び「開」とするまでの間、摺動プレートや下固定プレートからＡｒガスバブリングを実施することにより、ノズル孔内残留溶鋼の凝固を防いで、再注出時に不開口となるのを防止している。

特開平０７−８０６１１ 特公昭６３−５６０２３

前記特許文献１、２に開示の、３層のプレートを組み合わせてなるスライディングノズル装置の場合、中層の摺動プレート、下層の下固定プレートのいずれかのプレートから不活性ガスバブリングを行なったとしても、前記不開口は、一定の頻度で不可避に発生するという問題があった。発明者らがその原因を調べたところ、特許文献１については中層の摺動プレートを閉位置とした時に、該摺動プレートの溶鋼通路（ノズル孔）の上下が閉じられるため、この通路内に取り残された溶鋼が凝固して、再開口時の溶鋼流出の障害になるという問題がある。

また、特許文献２に開示の技術は、上記のように摺動プレート部の溶鋼通路（ノズル孔）に溶鋼が取り残されるようなことはないが、中層の摺動プレートから上層の上固定プレートにかけてのプレート内の溶鋼通路（ノズル孔）の空間が相対的に狭いため抜熱が大きく、しかも、溶鋼の入れ代わりも不十分である。従って、この文献に開示の技術では、たとえバブリングを行なったとしても、該通路内にある残留溶鋼の凝固を完全に防止することはできないという問題がある。

本発明の目的は、詰砂排出後や溶鋼注出後の再注出時までの間で起こりうる残留溶鋼の凝固に伴うノズル孔の閉塞を防止する有効な技術を提案することにある。

従来技術が抱えている前述の課題を克服すること、および前記の目的の実現に向けて鋭意検討した結果、発明者らは、下記の構成に係る本発明に想到した。
即ち、本発明は、溶湯保持容器の底部内上ノズル下に配設されるものであって、上・下の固定プレートとこれらの間にあって移動可能に保持される摺動プレートとの組み合わせからなり、かつこれらのプレートには開位置において互いに連通する略等径のノズル孔を有するスライディングノズル装置において、
前記摺動プレートのノズル孔には、下固定プレート上面に接する側の下部に、このプレートが閉方向に移動するときの後端部側に当たる位置に拡径部が設けられており、一方、下固定プレートのノズル孔には、該摺動プレートの下面に接する側の上部に、該摺動プレートの移動方向側に当たる位置に拡径部が設けられており、
そして、該摺動プレートの上固定プレート下面と接する上面には、当該摺動プレートの移動後の閉位置において、該上固定プレートのノズル孔に対向することとなる位置にガス吹込みプラグが設けられていることを特徴とする溶湯保持容器用スライディングノズル装置である。

また、本発明は、溶湯保持容器内の溶湯を、前記スライディングノズル装置を用いることによって、注出容器内に注出するに当たり、溶湯注出後のノズル孔の閉止に際し、上固定プレートのノズル孔と摺動プレートのノズル孔との間ではお互いのノズル孔が連通しない閉止状態にあるものの、摺動プレートのノズル孔と下固定プレートのノズル孔との間ではそれぞれの拡径部を介してのみ連通する状態を導き、かつこの状態を一定時間保持するように該摺動プレートを移動または停止させることにより、少なくとも該摺動プレートのノズル孔内に残留した溶湯を排出することを特徴とするスライディングノズル装置からの溶湯の注出方法を提案する。

上記の構成に係る本発明においては、
（１）前記摺動プレートおよび前記下固定プレートに設けたそれぞれの拡径部は、平面形状が大きさの異なる楕円形状であること、
（２）前記下固定プレートのノズル孔拡径部の大きさは、前記摺動プレートのノズル孔拡径部の大きさよりも大きくしたこと,
（３）前記摺動プレートは、該摺動プレートと上固定プレートとが連通していない位置関係にあるときに、該上固定プレートのノズル孔に対向することとなる位置にガス吹込みプラグが形成されていること、
（４）溶湯の注出末期において、前記摺動プレートの移動を１〜１０秒間停止させること、
が、より好ましい実施形態になると考えられる。

前記のような構成を有する本発明に係る溶湯保持容器用スライディングノズル装置およびこれを用いて行なう溶湯の注出方法によれば、従来装置でよく看られるスライディングノズルからの再注出時の閉塞（不開口）を効果的に防止することができ、ほぼ１００％に近い自然開口率を示すようになる。特に、３層のスライディングプレート装置であったとしても、これの閉操作を行なう際に中層の摺動プレートのノズル孔内に溶鋼が取り残されて凝固するようなことがなくなる。従って、引き続き該スライディングノズルの開操作（再注出作業）を行なうときの不開口を効率よくかつ確実に防止することができる。
従って、本発明によれば、不開口を起すことによって必要となる酸素吹き（酸素洗浄）による強制開口を行なう必要がなくなるため、鋳込み作業をより安全に行なうことができる他、溶鋼中の介在物の増加を防ぐことができるようになる。

本発明に係るスライディングノズル装置の断面図である。 スライディングノズル装置の各プレート形状の詳細を示す略線図である。 本発明に係るスライディングノズル装置の各プレートの動きを示す略線図である。 従来例、比較例、発明例における造塊時の鋳込み作業フローの説明図である。

図１は、本発明に係るスライディングノズル装置を示す断面図である。この図において、図示の１は、溶湯保持容器２の底部に設けられたスライディングノズル装置であって、該溶湯保持容器２内の上ノズル３と図示しない造塊・鋳造装置などに繋がる下ノズル（コレクターノズル）４との間に挟持された状態で配置される。

このスライディングノズル装置１は、上から、上ノズル３直下に位置する上固定プレート５、その直下に位置して水平方向に往復移動する摺動プレート６、そしてその直下に位置する下固定プレート７との３層構造を有する。

そして、このスライディングノズル装置において、上・下固定プレート５、７との間に挟持された状態にある前記摺動プレート６は、その一端部に取付けた駆動シリンダー８によって、ノズル孔の開閉動作に併せて、摺動スピード（５０〜３００ｍｍ／ｓｅｃ程度）や摺動ストローク（０超〜フルストローク）、停止時間（１〜１０秒程度）などが調整可能にかつ水平方向に摺動可能に支持されている。

本発明に係る上記スライディングノズル装置の特徴的な構成は、上ノズル３および上固定プレート５のノズル孔内に充填した詰砂の排出作業に続く溶鋼の、取鍋や鋳型、タンディッシュなどの注出容器への注出に当たって、とくに前記摺動プレート６および下固定プレート７の各ノズル孔６ａ、７ａ内に溶鋼が流出（排出）されずに取り残されて完全に排出できない状況になるのを、後述する一対の拡径部の採用によって防ぐ構造にした点にある。

一方で、上固定プレート５内のノズル孔５ａ内の溶鋼については、該上固定プレート５のノズル孔５ａと摺動プレート６のノズル孔６ａとが連通していない（閉状態）ときは、該摺動プレート６に設けた上向き開口構造のガス吹込みプラグ９からバブリング用アルゴンガスを吹き込むことにより、該上固定ノズルのノズル孔５ａ内にある溶鋼を常に攪拌することによって凝固の防止を図り、ノズル孔の円滑な再開口ができるようにした構成を有する。

本発明では、ノズル孔内に凝固起因となる残留溶鋼が発生するのを防ぐために、前記摺動プレート６のノズル孔６ａおよび下固定プレート７のノズル孔７ａを次のような形状にする。即ち、前記各プレート５、６、７は、基本的に、開位置において互いに連通する略等径のノズル孔を有する。その上で、これらのノズル孔のうちの前記摺動プレートのノズル孔６ａには、下固定プレート７の上面に接する側である下部に、該摺動プレートが閉止移動方向に動くときの後端部側に当たる位置に、下広がりになっている拡径部６ｂを延在させて設ける。また、前記下固定プレート７のノズル孔７ａには、該摺動プレート６の下面に接する側である上部に、該摺動プレート６の移動方向側に当たる位置に、上広がりになっている拡径部７ｂを延在させて設ける。

このような拡径部６ｂ、７ｂを設けると共に、前記摺動プレート６の上固定プレート７下面に接する上面には、当該摺動プレート６の移動後のノズル孔閉止位置において、該上固定プレート５のノズル孔５ａに対面する位置にガス吹き込みプラグ９が設けられる。

従って、摺動プレート６および下固定プレート７のノズル孔６ａ、７ａの下部、上部に設けたそれぞれの前記拡径部６ｂ、７ｂの平面形状は、円形ではなく楕円形状を呈している。しかも、その楕円形状の長径部の大きさｄ_２、ｄ_３はノズル孔６ａの拡径部６ｂ（ｄ_２）の大きさよりも、ノズル孔７ａの拡径部７ｂ（ｄ_３）の大きさの方を大きくすることが肝要である。

このように、前記拡径部６ｂ、７ｂ（ｄ_２、ｄ_３）の大きさに差を設けた理由は、前記摺動プレート６を移動させて詰砂を排出し、溶鋼の注出（鋳込み）開始後、次いで、該摺動プレート６をスライドさせることによって注出作業の中止を行なうときに、少なくともノズル孔６ａ内に残留溶鋼が発生しないようにするためである。即ち、図３−ｃ．に示すように、上固定プレート５のノズル孔５ａと摺動プレート６のノズル孔６ａとが完全に位置ずれして開度が零（即ち、閉）になったときでも、該摺動プレート６ノズル孔６ａと下固定プレート７のノズル孔７ａとは、図３−ｃ．、図３−ｄ．に示したように、各拡径部６ｂ、７ｂを介して連通した状態を維持することができ、ノズル孔６ａや７ａ内には溶鋼が残留するようなことがなくなり、少なくともノズル孔６ａ内の溶鋼については、該拡径部６ｂ、７ｂを介して完全に排出することができるのである。

また、前記摺動プレート６のノズル孔拡径部６ｂよりも、下固定プレート７のノズル孔拡径部７ｂの方を大きくした他の理由の１つは、前記ガス吹込みプラグ９の位置との関係で、該摺動プレート６のノズル孔６ａと下プレート７のノズル孔７ａが連通している時間がより長くなり、少なくともノズル孔６ａ内の残留溶鋼をなくして、スライディングノズルの再注出時の不開口を防ぐために有効となるからである。

次に、前記スライディングノズル装置の運転方法（溶鋼の注出方法）について説明する。
注出容器（受容器）への溶鋼の基本的な注出方法は、タンディッシュ等の溶湯保持容器２内の溶湯を、スライディングノズル装置を用いることによって注出容器内に注出するに当たり、溶湯の注出を開始した後に、上固定プレート５のノズル孔５ａと摺動プレート６のノズル孔６ａとの間では互いのノズル孔は連通しないものの、摺動プレート６のノズル孔６ａと下固定プレート７のノズル孔７ａとの間ではそれぞれの拡径部６ｂ、７ｂを介して連通する状態とし、しかもこの状態が一定時間経過（１〜１０秒、好ましくは２〜４秒程度）するように、該摺動プレート６を摺動または停止させることにより、少なくとも該摺動プレート６のノズル孔６ａに残留した溶鋼をノズル孔７ａに排出させることにある。

具体的には、図３に示すとおり、
工程ａ：詰砂の排出、鋳型や取鍋等の注出容器への溶鋼の鋳込みを開始すること（ノズル孔５ａ、６ａの連通度：開度１００％）、
工程ｂ：鋳込み作業の継続、閉止の準備をすること（ノズル孔５ａ、６ａの連通度：開度５０％）、
工程ｃ：ノズル孔５ａ、６ａの連通度・開度０％で、該摺動プレート６のノズル孔６ａ内溶鋼の排出を促進するステップであり、このとき、該摺動プレート６の上面に設けたガス吹込みプラグ９の一部が既に上固定プレート５のノズル孔５ａに対してノズル孔５ａ内溶鋼の攪拌すること、
工程ｄ：摺動プレート６のノズル孔６ａと下固定プレート７のノズル孔７ａとが、それぞれの拡径部６ｂ、７ｂ部分でのみ連通した状態とすること、
工程ｅ：摺動プレート６のノズル孔６ａ内溶鋼がほとんど排出された状態で、ノズル孔７ａ内溶鋼についても排出されつつある状態とすること、
である。
なお、工程ｅでは、前記ガス吹込みプラグ９から、ノズル孔５ａ内溶鋼に向けてバブリング用ガスが噴射されており、該ノズル孔５ａ内溶鋼の凝固を防止して、再注出時の不開口を防ぐことで、酸素ガスブロー（酸素洗浄）による強制開口作業をする必要をなくすことができる。

本発明のより好ましい実施形態では、前記工程ｃ（図３−ｃ．）において、摺動プレート６の移動を一時停止して、ノズル孔６ｂからの溶鋼の排出を促すことが推奨される。その一時停止の時間は２秒以上４秒以下が好ましい。この一時停止により、ノズル孔６ａ内溶鋼のほとんど全ての排出が可能になり、この時期と同期してガス吹込みプラグからのＡｒガスバブリングとが相俟って、ノズル孔５ａ〜７ａのノズル詰りを防止でき、不開口を招くことなく次工程での再注出を円滑に行なうことができるようになる。

図４は、造塊設備での鋳込み作業のフローを従来例と発明例に分けて示す。併せて、比較例（不開口時の対応）についても検討する。なお、本発明例のスライディングノズル装置における各プレートの動作については図３に示したのと同じ動作である。

この実施例において、スライディングノズル装置の摺動プレートは油圧シリンダで駆動させる。摺動の速度は１００ｍｍ／ｓｅｃ、ガス吹込みプラグからのＡｒガスバブリングは、摺動プレートに設けた細管タイプのプラグから５０ＮＬ／ｍｉｎ程度を吹き込んだ。溶湯保持容器である取鍋は容量が２７０トンで、そこに［Ｃ］＝０.９５〜１.１０ｍａｓｓ％、［Ｓｉ］＝０.４０〜０.７０ｍａｓｓ％、［Ｍｎ］＝０.９０〜１.１５ｍａｓｓ％、［Ｐ］＝０.０２５ｍａｓｓ％以下、［Ｓ］＝０.０２５ｍａｓｓ％以下、［Ｃｒ］＝０.９０〜１.２０ｍａｓｓ％の鋼を、転炉−ＲＨを用いて溶製し、注出容器である取鍋に受鋼した。鋳込み前の溶鋼温度は、液相線温度よりも４０〜６０℃高い温度に調整した。

前記条件の下で実施した結果を、下記表１に従来例および比較例と対比して示す。この表１に示すように、スライディングノズルを再注出のために開口させたとき、従来例、比較例での自然開口率が０％であったのに対し、本発明適合例での自然開口率は３３％以上であり、特に、前記工程ｃでの摺動プレートの移動停止時間を３秒以上としたときには、酸素洗浄を全く必要とせず自然開口率は１００％となり、本発明例の優位性が確かめられた。

本発明は、造塊や連続鋳造、ダンディッシュからの注湯などスライディングノズルを使う作業に広く適用される技術である。

１ スライディングノズル装置
２ 溶湯保持容器
３ 上ノズル
４ 下ノズル
５ 上固定プレート
６ 摺動プレート
７ 下固定プレート
８ 駆動シリンダ
９ ガス吹込みプラグ
５ａ〜７ａ ノズル孔
６ｂ、７ｂ ノズル孔拡径部

Claims (6)

1. 溶湯保持容器の底部内上ノズル下に配設されるものであって、上・下の固定プレートとこれらの間にあって移動可能に保持される摺動プレートとの組み合わせからなり、かつこれらのプレートには開位置において互いに連通する略等径のノズル孔を有するスライディングノズル装置において、
   前記摺動プレートのノズル孔には、下固定プレート上面に接する側の下部に、このプレートが閉方向に移動するときの後端部側に当たる位置に拡径部が設けられており、一方、下固定プレートのノズル孔には、該摺動プレートの下面に接する側の上部に、該摺動プレートの移動方向側に当たる位置に拡径部が設けられており、
   そして、該摺動プレートの上固定プレート下面と接する上面には、当該摺動プレートの移動後の閉位置において、該上固定プレートのノズル孔に対向することとなる位置にガス吹込みプラグが設けられていることを特徴とする溶湯保持容器用スライディングノズル装置。
2. 前記摺動プレートおよび前記下固定プレートに設けたそれぞれの拡径部は、平面形状が大きさの異なる楕円形状であることを特徴とする請求項１に記載の溶湯保持容器用スライディングノズル装置。
3. 前記下固定プレートのノズル孔拡径部の大きさは、前記摺動プレートのノズル孔拡径部の大きさよりも大きくしたことを特徴とする請求項１または２に記載の溶湯保持容器用スライディングノズル装置。
4. 前記摺動プレートは、該摺動プレートと上固定プレートとが連通していない位置関係にあるときに、該上固定プレートのノズル孔に対向することとなる位置にガス吹込みプラグが形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１に記載の溶湯保持容器用スライディングノズル装置。
5. 溶湯保持容器内の溶湯を、前記スライディングノズル装置を用いることによって、注出容器内に注出するに当たり、溶湯注出後のノズル孔の閉止に際し、上固定プレートのノズル孔と摺動プレートのノズル孔との間ではお互いのノズル孔が連通しない閉止状態にあるものの、摺動プレートのノズル孔と下固定プレートのノズル孔との間ではそれぞれの拡径部を介してのみ連通する状態を導き、かつこの状態を一定時間保持するように該摺動プレートを移動または停止させることにより、少なくとも該摺動プレートのノズル孔内に残留した溶湯を排出することを特徴とする溶湯保持容器用スライディングノズル装置からの溶湯の注出方法。
6. 溶湯の注出末期において、前記摺動プレートの移動を１〜１０秒間停止させることを特徴とする請求項５に記載の溶湯保持容器用スライディングノズル装置からの溶湯の注出方法。

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