JP2017080774A

JP2017080774A - 浸漬ノズル

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Publication number: JP2017080774A
Application number: JP2015211887A
Authority: JP
Inventors: 修二四家; Shuji Yotsuya; 正紀永井; Masanori Nagai; 恭平山口; Kyohei Yamaguchi
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2015-10-28
Filing date: 2015-10-28
Publication date: 2017-05-18
Anticipated expiration: 2035-10-28
Also published as: JP6112176B1

Abstract

【課題】安定して連続鋳造することができる浸漬ノズルを提供する。【解決手段】ノズル本体２の側壁の厚さをｆとし、第２部分６のうち最も先端部２ａ側の部分の厚さをｂとし、吐出孔３と第２部分６との間の間隔をｃとし、ノズル本体２の長さ方向に関する第２部分６の長さをｄとすると、０．１≦ｂ／ｆ≦０．６であり、２０ｍｍ≦ｃ≦６０ｍｍであり、２０ｍｍ≦ｄ≦７０ｍｍである。【選択図】図２

Description

この発明は、浸漬ノズルに係り、特に、鋼の連続鋳造に用いられる浸漬ノズルに関する。

鋼の連続鋳造に用いられる浸漬ノズルは、ダンディッシュ−水冷モールド間で使用される耐火物である。その使用目的は、大気を遮断し溶鋼の酸化を防止すると同時に、水冷モールド内へ整流化した溶鋼を注入し適正な流動状態を調整することである。浸漬ノズルの材質としては一般的に、アルミナ・カーボン質材質が用いられる。

一方、連続鋳造においては、水冷モールドの溶鋼表面に、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＦ_２、Ｎａ_２Ｏ、Ｃなどを含有するモールドパウダーが投入される。投入されたモールドパウダーは溶鋼の熱を受けて溶融して、溶融モールドパウダーとなって溶鋼表面を覆い、連続鋳造における水冷モールドと鋳片との間の潤滑性の確保、溶鋼の酸化防止や保温などの役割を果たす。溶融モールドパウダーは、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＦ_２、Ｎａ_２Ｏなどを含有するため、耐火物に対する強い溶損性を有する。そのため、浸漬ノズルの溶融モールドパウダーと接触する部位（以下、「パウダーライン部」と称する）では、アルミナ・カーボン質材質に替えて、高耐食性の材料が使用されるようになっている。例えば、特許文献１では、アルミナ−黒鉛系材質の単体ではモールド内の溶鋼界面でのＣＣパウダースラグに対する耐食性に劣るため、スラグライン部の材質としてジルコニア、ジルコン、黒鉛、炭化珪素及び金属シリコン及びフェロシリコンを特定組成範囲で含有する鋳造用ノズルが提案されている。特許文献２では、浸漬ノズルのモールドパウダーと接する外周部と溶鋼流通内面側とをそれぞれ、ＺｒＯ_２を７０〜９０質量％含有するＺｒＯ_２−Ｃ質耐火物の異なる組成で構成し、本体部下部についても、モールドパウダーと接する外周部あるいは溶鋼流通内面側のＺｒＯ_２−Ｃ材質で構成される提案がなされている。

このように現状では、高耐食性のジルコニア・カーボン質材質が使用されている。連続鋳造用浸漬ノズルの寿命は、パウダーライン部や溶鋼流通孔の溶損及び溶鋼通孔内管の閉塞によって律速されるものであり、従来から浸漬ノズルを構成する耐火物組成及び構造上から種々の提案がなされている。

また、連続鋳造では、複数バッチの溶鋼を連続処理すること（以下、「連々処理」と称する）が行われ、連々処理のバッチ数（以下、「連々数」と称する）が増加するなどのために、さらなるパウダーライン材の耐食性が要求されるようになった。その対策としては、ジルコニア含有量を増加させることが有効で、例えば、特許文献３では、ジルコニア量を７０〜９５質量％に増加させ、また、特許文献４では、ジルコニア量を７０〜９９質量％に増加させるなどの対策が取られてきた。だたし、ジルコニア含有量を増加させると耐熱スポーリング性が低下するという問題点が新たに発生した。

さらに、連続鋳造において水冷鋳型内の湯面が大きく変動した場合、溶融モールドパウダーがパウダーライン材のライニング範囲を超え、その下部にあるアルミナ・カーボン質耐火物を溶損させることがある。その対策として、特許文献５は、パウダーライン材であるジルコニア・カーボン質材質の厚さを薄くして、浸漬ノズル側面の下方まで延ばす方法を提供している。ジルコニア・カーボン質材質はアルミナ・カーボン質材質に比べて耐スポーリング性が劣ることにより、ノズル先端部までジルコニア・カーボン質材質とすると亀裂が発生したりするので、先端部では肉厚を薄くすることにより亀裂を発生させないようにしている。

特開昭５７−４２５７６号公報特開昭６１−８６０５２号公報特開平１１−３０２０７３号公報特開２００４−６６２５１号公報実開平７−３３４４６号公報

近年、連続鋳造による連々数の増加及び鋳造速度の増加の程度は著しく、従来に無い問題点が新たに発生するようになった。従来に無かった問題とは、母材であるアルミナ・カーボン質材質とパウダーライン材であるジルコニア・カーボン質材質との境界部に起こる異常溶損である。このような異常溶損が起こると、肉薄となった異常溶損部を基点に浸漬ノズル先端の折損事故に繋がるという問題点が発生する。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、安定して連続鋳造することができる浸漬ノズルを提供することを目的とする。

本発明者らは、アルミナ・カーボン質材質とパウダーライン材であるジルコニア・カーボン質材質との境界部に起こる異常溶損の原因を解析した。その結果、異常溶損が起こった境界部に炭化ジルコニウムの生成を確認し、炭化ジルコニウムの生成が異常損傷に影響するものと推定した。炭化ジルコニウムが生成すると溶鋼に対して濡れ易くなり、炭化ジルコニウムが溶鋼中に溶解し、組織が脆化する。一方、鋳造速度の増加による湯面変動の増大とそれによる溶融モールドパウダーの巻き込みが起こることで、前記脆化組織に溶融モールドパウダーが浸透して、異常溶損を起こすことになる。

炭化ジルコニウムが生成する機構ははっきりしないが、連々数の増加に対応するためのパウダーライン材のジルコニア含有量の増加と、浸漬ノズルの製造の際のアルミナ・カーボン質材質及びジルコニア・カーボン質材質の不可避的に起こる混合とによって引き起こされたものと推定される。従って、異常溶損は、連々数の増加及び高速連鋳への対応によって引き起こされた異常損傷であり、材質面の改良には時間が掛かるものと判断した。そこで、本発明者らは構造面からの改良を試みた。

一つの方法は、特許文献５に記載された方法で、パウダーライン材の肉厚を薄くして浸漬ノズル側面の先端まで延ばす方法である。しかし、この方法を試したが、吐出孔上部からの縦割れが発生した。亀裂発生の原因は、耐食性向上のためのジルコニア量の増加によって、耐熱スポーリング性が低下したためである。

また、ジルコニア・カーボン質材質を吐出孔まで延ばすと、溶融モールドパウダーを吐出孔内部まで巻き込み易くなるという問題も新たに発生した。この原因は、ジルコニアは溶融モールドパウダーに対する耐食性が優れるが、酸化物であるため、溶融モールドパウダーに対して濡れ易くなる。一方、アルミナ・カーボン質材質中のアルミナは溶融モールドパウダーに溶解し易く、アルミナが溶解するとカーボンが表面に露出する。そうすると溶融モールドパウダーに対して濡れ難くなる。このため、吐出孔までジルコニア・カーボン質材質にすると溶融モールドパウダーに対して濡れ易くなって溶融モールドパウダーをノズルに沿って溶鋼深くまで引き込み、その結果、溶融モールドパウダーを吐出孔内部まで巻き込み易くなるものと推定した。さらには、溶融モールドパウダーを吐出孔内部まで巻き込むと、吐出孔内部では、アルミナ・カーボン質材質とジルコニア・カーボン質材質との境界部では、上方に向かって局所溶損が起こることが確認された。これらのために、特許文献５に記載された方法は採用できないことがわかった。

本発明者らは更に検討し、局所溶損が避けられないのであれば、管理された範囲内で局所溶損を起こすることで、安全に鋳造ができるものと判断した。このような検討に基づき、本発明者らは本発明に至った。

この発明に係る浸漬ノズルは、ノズル本体と、ノズル本体の内部にその長さ方向に延びるように設けられた流通路と、一端が流通路に連通するとともに他端がノズル本体の外周面で開口する吐出孔と、ノズル本体の一部をその周方向に取り囲むように設けられたジルコニア・カーボン質材質からなるパウダーライン材とを備え、パウダーライン材は、吐出孔に関してノズル本体の先端部とは反対側に設けられ、第１部分と、第１部分と吐出孔との間に位置するとともに第１部分よりも薄い第２部分とを備え、ノズル本体の側壁の厚さをｆとし、第２部分のうち最も先端部側の部分の厚さをｂとし、吐出孔と第２部分との間の間隔をｃとし、ノズル本体の長さ方向に関する第２部分の長さをｄとすると、０．１≦ｂ／ｆ≦０．６であり、２０ｍｍ≦ｃ≦６０ｍｍであり、２０ｍｍ≦ｄ≦７０ｍｍである。

この発明によれば、ノズル本体とパウダーライン材との境界部で使用中に局部溶損が起こったとしても、局部溶損深さが限られた範囲に止まり、ノズル本体の折損を防ぐことができるので、安定して連続鋳造することができる。

この発明の実施の形態に係る浸漬ノズルの正面図である。図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１に示されるように、浸漬ノズル１は、アルミナ・カーボン質材質からなる略円柱形状のノズル本体２を備えている。尚、アルミナ・カーボン質材質に限らず、ノズル本体２は、アルミナ−シリカ−カーボン質材質、アルミナ−カーボン質材質、スピネル−カーボン質材質、マグネシア−カーボン質材質等から形成されてもよい。さらに、金属等の添加物を配合してもよい。

ノズル本体２の外周面２ｂには、ノズル本体２の先端部２ａ付近に、２つの吐出孔３（図１には１つのみが図示されている）が矩形形状に開口している。吐出孔３に関してノズル本体２の先端部２ａとは反対側に、ノズル本体２をその周方向に取り囲むように、ジルコニア・カーボン質材質からなるパウダーライン材４が設けられている。パウダーライン材４を形成するジルコニア・カーボン質材質として、８２質量％以上のジルコニアを含有しているものが好ましい。

図２に示されるように、ノズル本体２の内部には、その長さ方向に延びるように、溶鋼用の流通路７が設けられている。吐出孔３の一端は流通路７に連通するとともに他端がノズル本体２の外周面２ｂに開口しており、吐出孔３は、一端から他端に向かってノズル本体２の先端部２ａ側に傾斜している。

パウダーライン材４は、第１部分５と、第１部分５と吐出孔３の開口との間に位置する第２部分６とを備えている。両者は同じ材質から形成されているが、後者の厚さは前者の厚さよりも薄い。パウダーライン材４は、ノズル本体２の外周面２ｂと面一になっている。

ノズル本体２の側壁の厚さをｆ［ｍｍ］とし、第１部分５の厚さをａ［ｍｍ］とし、第２部分６のうち最も先端部２ａ側の部分の厚さをｂ［ｍｍ］とし、ノズル本体２の外周面２ｂにおける吐出孔３の開口と第２部分６との間の間隔をｃ［ｍｍ］とし、ノズル本体２の長さ方向に関する第２部分６の長さをｄ［ｍｍ］とし、ノズル本体２の長さ方向に関する第１部分５の長さをｅ［ｍｍ］とする。

ａ／ｆは、０．５以上かつ０．９以下の範囲であることが好ましい。０．５未満であると、溶融モールドパウダーによる溶損が著しく、十分な耐用が無くなるので好ましくない。０．９より大きくなると、予熱あるいは使用中に割れが発生し易くなるため好ましくない。より好ましくは、０．６７以上かつ０．８６以下の範囲である。

ｂ／ｆは、０．１以上かつ０．６以下の範囲であることが好ましい。ｂ／ｆをこの範囲とすることで、ノズル本体２のアルミナ・カーボン質材質とパウダーライン材４のジルコニア・カーボン質材質との境界部で使用中に局部溶損が起こったとしても、局部溶損深さが限られた範囲に止まるため、ノズル本体２の折損を防ぐことができる。ｂ／ｆが０．１未満の場合、使用中に第２部分６の外周側からの溶融モールドパウダーによる溶損によって、ノズル本体２のアルミナ・カーボン材質が露出するおそれがあるので好ましくない。アルミナ・カーボン質材質が露出すると、溶融モールドパウダーに対する耐食性が劣るため、侵食深さが大きくなって、それより先端側のノズル本体２の部分が折損することになる。ｂ／ｆが０．６より大きい場合、アルミナ・カーボン質材質とジルコニア・カーボン質材質との境界部材の材質境界部の厚みが厚くなってしまい、境界部の損傷が深く進行し、境界部から折損するため好ましくない。より好ましくは、ｂ／ｆが０．１７以上かつ０．５以下である。

ｃは、２０ｍｍ〜６０ｍｍとすることが好ましい。ｃが２０ｍｍ未満では、吐出孔３の上端部への距離が近すぎることとなり、アルミナ・カーボン質材質及びジルコニア・カーボン質材質とモールドパウダーとのそれぞれの濡れ性の差から、吐出孔３内へモールドパウダーを巻き込み易くなるため好ましくない。さらに、ｃが２０ｍｍ未満では、熱スポーリングによる吐出孔３の上端部からの縦割れが発生し易くなるため好ましくない。また、ｃが６０ｍｍより大きいと、後述するｄの長さを十分確保できなくなるため好ましくない。より好ましくは、３０ｍｍ〜５０ｍｍである。

ｄは、２０ｍｍ〜７０ｍｍとすることが好ましい。ｄが２０ｍｍ未満では、第２部分６に留めるべきアルミナ・カーボン質材質とジルコニア・カーボン質材質との境界部の局部溶損が、第１部分５におけるアルミナ・カーボン質材質とジルコニア・カーボン質材質との境界部まで拡大し、折損を引き起こすので好ましくない。ｄが７０ｍｍより大きいと、吐出孔３から第２部分６までの距離ｃを十分に確保できなくなるので好ましくない。より好ましくは３０〜６０ｍｍ、さらに好ましくは４０〜５０ｍｍである。

浸漬ノズル１を上記のような構成にすることにより、ノズル本体２とパウダーライン材４との境界部で使用中に局部溶損が起こったとしても、局部溶損深さが限られた範囲に止まり、ノズル本体２の折損を防ぐことができるので、安定して連続鋳造することができる。また、熱衝撃によってノズル本体２に亀裂が入ることも抑制することができる。また、吐出孔３の内部への溶融モールドパウダーの巻き込みも防ぐことができる。さらに、浸漬ノズル１のパウダーライン材４の下端の材質境界低融点化における局部溶損の進展による折損事故を有効に防止でき、耐スポーリング性を維持しつつ鋳造時間の延長も可能となる。

この実施の形態では、パウダーライン材４は、ノズル本体２の外周面２ｂと面一になっていたが、この形態に限定するものではない。第１部分５の厚さをさらに大きくして、第１部分５の全体あるはその一部が外周面２ｂに対してノズル本体２の径方向外方に突出するようにしてもよい。第２部分６については、その厚さが一定でなく、部分的にノズル本体２の外周面２ｂに対して突出していても凹んでいてもよい。
また、この実施の形態では、第１部分５と第２部分６との境界の段差部分の角度が直角となっていたが、この形態に限定するものではない。段差部分が円弧状になっていてもよい。あるいは、第１部分５の下端が、ノズル本体２の径方向外方に向かってノズル本体２の先端部２ａ側に傾斜していてもよい。

この実施の形態では、吐出孔３は２つであったが、１つあるいは３つ以上であってもよい。また、吐出孔３の開口の形状も矩形に限定するものではなく、円形、楕円形、多角形等、どのような形状であってもよい。さらに、吐出孔３は、ノズル本体２の径方向外方に向かってノズル本体２の先端部２ａ側に傾斜していたが、先端部２ａとは反対側に傾斜していてもよく、または、ノズル本体２の長さ方向に対して垂直であってもよい。
また、流通路７に、段差や突起等を設けてもよい。

次に、この発明に係る浸漬ノズル１を使用することにより得られる効果を、実施例に基づいて検証する。
本発明に係る浸漬ノズルとして、表１に示される実施例１〜１６を準備し、本発明に相当しない浸漬ノズルとして、表２に示される比較例１〜８を準備した。実施例１〜１６及び比較例１〜８それぞれの浸漬ノズルの構成を説明するのに、図２で示された参照符号を利用して説明すると、実施例１〜１６及び比較例１〜８のいずれも、ノズル本体２は、アルミナ５７質量％、シリカ１６質量％、黒鉛２６質量％のアルミナ・カーボン質材質で製造し、長さを７００ｍｍ、外径１３５をｍｍ、内径７５をｍｍとし、吐出孔３は、内径８０ｍｍの２孔タイプで、各吐出孔３は、ノズル本体２の長さ方向に対して垂直な方向とのなす角度を２５°としてノズル本体２の先端部２ａ側に傾斜している。パウダーライン材４は、ジルコニア８２質量％、カーボン１４質量％のジルコニア・カーボン質材質で製造し、パウダーライン材４の寸法及び位置を示すａ〜ｅの値は、表１及び２に示した値とした。

実施例１〜１６及び比較例１〜８に係る浸漬ノズルを連続鋳造機（垂直曲げ式連続鋳造機，住友コンキャスト）に取り付け、モールドサイズ２５０ｍｍ×９５０ｍｍ、鋳込み速度１．４ｍ／ｍｉｎで普通鋼を鋳造し、連々数を８〜１０とした。この際、浸漬深さは、２５０ｍｍであり、パウダーラインは、吐出孔３から１３０ｍｍの位置にあった。このような条件の連続鋳造後、実施例１〜１６及び比較例１〜８に係る浸漬ノズルを観察し、以下の項目について良否を判断した。その結果を表１及び２に示す。

スラグラインの溶損については、溶損がパウダーライン材４のみの場合を○と表記し、溶損がノズル本体２にまで達するもののノズル本体２の溶損は軽微である場合を△と表記し、ノズル本体２まで大きく溶損する場合を×と表記した。溶融モールドパウダーの吐出孔３への巻き込みについては、巻き込みがなかった場合を○と表記し、若干の巻き込みはあるものの軽微であった場合を△と表記し、巻き込みがあった場合を×と表記した。ノズル本体２の割れについては、割れがない場合を○と表記し、軽微な亀裂がある程度の場合を△と表記し、大きな亀裂がある場合を×と表記した。浸漬ノズルの折損については、ノズル本体２のアルミナ・カーボン質材質とパウダーライン材４のジルコニア・カーボン質材質との境界部の局所溶損が大きくて折損に至る場合と、ノズル本体２のアルミナ・カーボン質材質の溶損が大きく残厚が薄くなって折損する場合とがあることを考慮して、局所溶損深さが小さく折損がない場合を○と表記し、溶損が小さくて折損はないが折損のおそれがある場合を△と表記し、溶損が大きく折損している場合を×と表記した。

表１からわかるように、実施例１〜１６のいずれも、ノズル本体２のアルミナ・カーボン質材質とパウダーライン材４のジルコニア・カーボン質材質との境界部の局所溶損の深さが限定的で、折損もなく、溶融モールドパウダーの吐出孔３への巻き込みも問題なく、ノズル本体２の割れについても良好な結果を示した。

これに対し、比較例１では、表２からわかるように、ノズル本体２のアルミナ・カーボン質材質とパウダーライン材４のジルコニア・カーボン質材質との境界部の局所溶損の深さが大きく、折損が起こった。比較例２では、第２部分６での溶損が大きくなってノズル本体２のアルミナ・カーボン質材質にまで溶損が達し、そのため折損の危険性が増大した。比較例３では、ノズル本体２のアルミナ・カーボン質材質とパウダーライン材４のジルコニア・カーボン質材質との境界部の局所溶損の深さが大きく、折損が起こった。比較例４では、吐出孔３への溶融モールドパウダーの巻き込みがあり、ノズル本体２の割れが発生した。比較例５では、吐出孔３への溶融モールドパウダーの巻き込みがあった。比較例６では、ｄの値が十分に大きくなかったため、ノズル本体２のアルミナ・カーボン質材質とパウダーライン材４のジルコニア・カーボン質材質との境界部の局所溶損が大きくて、折損に至った。比較例７では、ノズル本体２のアルミナ・カーボン質材質とパウダーライン材４のジルコニア・カーボン質材質との境界部の局所溶損が大きくて、折損に至った。比較例８では、吐出孔３への溶融モールドパウダーの巻き込みがあった。

実施例１〜１６と比較例１〜８との比較から、この発明の効果は明らかである。

１浸漬ノズル、２ノズル本体、２ａ（ノズル本体の）先端部、２ｂ（ノズル本体の）外周面、３吐出孔、４パウダーライン材、５第１部分、６第２部分、７流通路。

Claims

ノズル本体と、
該ノズル本体の内部にその長さ方向に延びるように設けられた流通路と、
一端が該流通路に連通するとともに他端が前記ノズル本体の外周面で開口する吐出孔と、
前記ノズル本体の一部をその周方向に取り囲むように設けられたジルコニア・カーボン質材質からなるパウダーライン材と
を備え、
該パウダーライン材は、前記吐出孔に関して前記ノズル本体の先端部とは反対側に設けられ、第１部分と、該第１部分と前記吐出孔との間に位置するとともに前記第１部分よりも薄い第２部分とを備え、
前記ノズル本体の側壁の厚さをｆとし、前記第２部分のうち最も前記先端部側の部分の厚さをｂとし、前記吐出孔と前記第２部分との間の間隔をｃとし、前記ノズル本体の長さ方向に関する前記第２部分の長さをｄとすると、０．１≦ｂ／ｆ≦０．６であり、２０ｍｍ≦ｃ≦６０ｍｍであり、２０ｍｍ≦ｄ≦７０ｍｍである浸漬ノズル。