JP2017177195A - Soaking nozzle - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、浸漬ノズルに係り、特に、溶鋼からスラブ、ブルーム、ビレット等の鋼片を連続的に鋳造する連続鋳造装置で使用する浸漬ノズルに関する。 The present invention relates to an immersion nozzle, and more particularly to an immersion nozzle that is used in a continuous casting apparatus that continuously casts steel pieces such as slabs, blooms, and billets from molten steel.
連続鋳造装置において、タンディッシュからモールドへ溶鋼を注入するために浸漬ノズルが広く使用されている。浸漬ノズルは、溶鋼が大気と直接接触して再酸化することを予防する役割を持ち、鋳片の品質向上に大きく寄与する重要な耐火物である。 In continuous casting machines, immersion nozzles are widely used to inject molten steel from the tundish into the mold. The immersion nozzle has an important role in preventing molten steel from coming into direct contact with the atmosphere and being reoxidized, and is an important refractory material that greatly contributes to improving the quality of the slab.
浸漬ノズルの耐用を律する要因は、モールド内の溶鋼の表面に散布され、溶鋼の再酸化の予防及び鋼中の介在物の吸収除去などの目的で使用されるモールドパウダースラグによる局部溶損と、内管部への地金及び非金属物の付着によるノズルの閉塞とに大別される。これらのうちノズルの閉塞については、閉塞の程度が大きい場合、鋳造そのものが継続できなくなる場合がある。操業計画どおりの生産が困難になると、生産性や採算性に多大な影響を与える。また、鋳造不能に至らない場合においても、付着が発生することによって浸漬ノズルの内管流路が縮小し、モールド内へ供給される吐出流の流速及び流動パターンが変化することがある。モールド内へ供給される吐出流の流動パターンは、その鋳造条件に合わせて最適化されているため、閉塞により流動パターンが変化すると、介在物欠陥や気泡性欠陥などの発生率が増加し、鋳片品質の低下を招くことに繋がる。特に極低炭素鋼の鋳造時には、鋼中の酸素(O)を低減するためにAlの添加が行われているため、鋼中にアルミナ(Al2O3)介在物が発生し、閉塞に起因するトラブルが発生しやすい。 Factors governing the durability of the immersion nozzle are the local erosion caused by mold powder slag, which is sprayed on the surface of the molten steel in the mold and used for the purpose of preventing reoxidation of molten steel and absorbing and removing inclusions in the steel. It is roughly divided into nozzle clogging due to adhesion of metal and non-metal to the inner pipe. Among these, with respect to nozzle clogging, if the degree of clogging is large, casting itself may not be continued. If production according to the operation plan becomes difficult, it will greatly affect productivity and profitability. Further, even when casting does not become impossible, the inner pipe flow path of the immersion nozzle is reduced by the occurrence of adhesion, and the flow rate and flow pattern of the discharge flow supplied into the mold may change. Since the flow pattern of the discharge flow supplied into the mold is optimized according to the casting conditions, if the flow pattern changes due to clogging, the incidence rate of inclusion defects and bubble defects increases, resulting in casting. This leads to a drop in quality. In particular, when casting ultra-low carbon steel, Al is added to reduce oxygen (O) in the steel, so alumina (Al 2 O 3 ) inclusions are generated in the steel, resulting in blockage. Trouble occurs easily.
図7には、従来の浸漬ノズル100における吐出孔105周辺での介在物の付着状況が示されている。図7(a)は、吐出孔105に対して垂直な方向に見た浸漬ノズル100の正面図を示しており、図7(b)は、浸漬ノズル100の長さ方向軸110を含む平面で浸漬ノズル100を切断した切断面の端面図を示しており、図7(c)は、図7(b)の平面とは垂直な平面で浸漬ノズル100を切断した切断面の端面図を示している。図7(b)に示されるように、浸漬ノズル100には、その長さ方向に延びるとともにノズル本体102と同心円状に円柱形状の流通路103が形成されている。尚、流通路103はしばしば、楕円柱形状に形成されることもある。流通路103は、ノズル本体102の先端部102a側の端面103aで閉塞している。ノズル本体102には、一端が流通路103に連通するとともに他端がノズル本体102の外周面102cで開口する吐出孔経路104が2つ形成されている。各吐出孔経路104は、前記一端から前記他端に向かって先端部102a側に傾斜している。図7(a)に示されるように、外周面102cで吐出孔経路104が開口する吐出孔105は矩形形状を有している。
FIG. 7 shows the state of attachment of inclusions around the
図7(c)に示されるように、付着物106は、流通路103の内周面103bから端面103aにかけて大きく発達している。内周面103bに付着した付着物106は、図7(a)に示されるように、吐出孔経路104の内周面103bに開口する開口面の一部を塞ぐように発達している。また、端面103aに付着した付着物106は、図7(b)に示されるように、吐出孔経路104内へ発達し、吐出孔経路104の一部にも付着し、付着物106の一部が吐出孔105から外側へ飛び出している。
As shown in FIG. 7C, the
アルミナ等の介在物の流通路103への付着を防止する対策としては、浸漬ノズル及びその上流にある耐火物からアルゴン等の不活性ガスを適量吹き込むことにより、ガス気泡表面に介在物を吸着させ、浮上・除去させる手法が広く採用されている。また、流通路103の内周面103bに難付着材質を配置する手法も検討が進んでいる。
As a measure to prevent the inclusions such as alumina from adhering to the
流通路103の内周面103bへの付着は上述の対策によって大幅に改善し、適切なガス吹き量、難付着材質を適用すれば、流通路103の閉塞によって鋳造を中止せざるを得なくなるような深刻な問題が発生することは殆ど無くなった。しかし、溶鋼流が浸漬ノズル100からモールドへと供給される吐出孔105周辺においては、未だ付着が多い事例が散見される。同位置は、溶鋼流の吐出流速、吐出方向を最終的に決定する部位であり、同位置における付着を予防することは非常に重要である。同位置への付着を防ぐために、例えば特許文献1には、難付着材質を流通路103の内周面103bに加え、吐出孔経路104にも設ける形態が開示されている。
Adhesion of the
しかしながら、吐出孔経路104にも難付着材質を設けることは、製造上の困難を伴うために採用が進まず、吐出孔105周囲の付着の問題は完全な解決には至っていない。
However, it is difficult to provide a difficult-to-adhere material in the
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、吐出経路孔周辺への溶鋼中の介在物の付着を抑制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。 This invention was made in order to solve such a problem, and it aims at providing the immersion nozzle which can suppress the adhesion of the inclusion in molten steel to a discharge path hole periphery.
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円柱形状または楕円柱形状の流通路と、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した吐出孔を有する少なくとも2つの吐出孔経路とを備え、ノズル本体の長さ方向に平行な面で吐出孔経路を切断した断面は、3つの頂点が他の2つの頂点よりもノズル本体の先端部側に位置する五角形の形状を有し、3つの頂点のうち、ノズル本体の長さ方向に垂直な方向に関して真ん中の頂点を頂点Aとし、残りの2つの頂点を頂点B及び頂点Cとすると、頂点Aは、頂点B及び頂点Cよりもノズル本体の先端部側に位置し、頂点A及び頂点Bを結ぶ線分と頂点A及び頂点Cを結ぶ線分とがなす角度をαとすると90°≦α<180°であり、流通路は、ノズル本体の先端部側で閉塞した端面を有し、流通路の長さ方向に対して垂直な面で流通路を切断した円形状の断面の中心を通り流通路の長さ方向に延びる仮想線と端面との交点を点Dとすると、点Dは、各吐出孔経路の断面における頂点Aを含むとともにノズル本体の長さ方向に対して垂直な仮想平面上に位置するか、または、仮想平面に対してノズル本体の先端部とは反対側に位置する。
頂点A及び点Dを結ぶ線分と仮想線とがなす角度をβとすると30°≦β≦90°であってもよい。
An immersion nozzle according to the present invention includes a nozzle body, a cylindrical or elliptical column-shaped flow passage provided in the nozzle body so as to extend in the length direction, one end communicating with the flow passage, and the other end And at least two discharge hole paths having discharge holes opened on the outer peripheral surface of the nozzle body, and the cross section of the discharge hole path cut by a surface parallel to the length direction of the nozzle body has three vertices at the other two points. It has a pentagonal shape that is located closer to the tip of the nozzle body than the vertex, and of the three vertices, the middle vertex in the direction perpendicular to the length direction of the nozzle body is designated as vertex A, and the remaining two vertices Assuming that vertex B and vertex C are located, vertex A is positioned closer to the tip of the nozzle body than vertex B and vertex C, and a line segment connecting vertex A and vertex B and a line segment connecting vertex A and vertex C are If the angle formed is α, 90 ° ≦ α < The flow passage is 80 °, and the flow passage has an end face that is closed on the tip end side of the nozzle body, and passes through the center of a circular cross-section obtained by cutting the flow passage along a plane perpendicular to the length direction of the flow passage. Assuming that an intersection of an imaginary line extending in the length direction of the path and the end face is a point D, the point D includes a vertex A in the cross section of each discharge hole path and is on a virtual plane perpendicular to the length direction of the nozzle body. Or on the opposite side of the tip of the nozzle body with respect to the virtual plane.
If the angle formed by the line segment connecting the vertex A and the point D and the virtual line is β, 30 ° ≦ β ≦ 90 ° may be satisfied.
この発明によれば、浸漬ノズルの流通路を流通する溶鋼流において、流通路の内周面近傍の乱流エネルギーの集中が抑制されるので、吐出孔経路周辺の流通路の内周面への溶鋼中の介在物の付着を抑制することができる。 According to this invention, since the concentration of turbulent energy in the vicinity of the inner peripheral surface of the flow passage is suppressed in the molten steel flow that flows through the flow passage of the submerged nozzle, the flow passage to the inner peripheral surface of the flow passage around the discharge hole route is suppressed. Adhesion of inclusions in the molten steel can be suppressed.
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。
まず、従来の浸漬ノズルの吐出孔の周囲に付着が多く認められる場合の例として、図7に示された浸漬ノズル100に対して、付着が発生している部位周辺ではどのような現象が発生しているかを確認するため、数値流体力学(CFD)計算を実施した。CFD計算には、市販のプログラムであるPHOENICSを用いた。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
First, as an example of the case where a lot of adhesion is recognized around the discharge hole of the conventional immersion nozzle, what phenomenon occurs in the vicinity of the portion where the adhesion occurs with respect to the
従来の浸漬ノズル100について、図7(c)に示された面と同じ面のCFD計算結果のコンターを図1に示す。これによると、流通路103の内周面103b近傍に乱流エネルギーが局所的に高まっていることが明らかになった。また、その部位では、上から下に流下してくる流れが、端面103aに衝突して一部反転が発生し、打ち消し合いが生じることによって、他と比較して流速が遅くなっていることも確認された。図7(c)と図1とを対比すると、付着が多く認められる部位と乱流エネルギーが集中している部位とはほぼ重複していることが明らかになった。
FIG. 1 shows a contour of the CFD calculation result on the same surface as that shown in FIG. 7C for the
液体である溶鋼の中に固体である介在物の微細粒が分散している状態から、固体が凝集・堆積していくメカニズムについては広く研究がなされており、乱流によって細かな介在物粒子が衝突・凝集することがプロセスの支配的な因子であるとされている。すなわち、乱流エネルギーが集中している部位では、溶鋼中の介在物の凝集が起こりやすく、凝集した介在物が堆積することによって付着が進行すると言える。そのことと、本調査で明らかになった使用後の浸漬ノズルの付着が多い部位と、CFD計算により乱流エネルギーが集中している部位とが重複しているという結果とに矛盾点は無い。 The mechanism by which solids agglomerate and deposit from the state where fine particles of solid inclusions are dispersed in liquid molten steel has been extensively studied. Collision and aggregation are considered to be the dominant factors in the process. In other words, it can be said that the inclusions in the molten steel are likely to agglomerate at the site where the turbulent energy is concentrated, and the adhesion proceeds by the accumulation of the agglomerated inclusions. There is no contradiction between this and the result of the fact that the part where the submerged nozzle is frequently attached and the part where the turbulent energy is concentrated by the CFD calculation are overlapped.
以上のことから、乱流エネルギーの集中部位は付着が起こりやすいということが言え、言い換えれば、乱流エネルギーの集中を抑制することができる吐出孔経路の断面形状は、同位置への付着を低減することが可能な形状であるとすることができるのではないかと考えた。このような視点から、浸漬ノズルの吐出孔経路周辺の構造についてCFD計算を繰り返し実施し、またその結果を実機で確認することによって本発明に至った。 From the above, it can be said that the turbulent energy concentration site is likely to adhere, in other words, the cross-sectional shape of the discharge hole path that can suppress the turbulent energy concentration reduces the adhesion at the same position. I thought it could be a shape that could be done. From such a viewpoint, the present invention has been achieved by repeatedly performing CFD calculation on the structure around the discharge hole path of the immersion nozzle and confirming the result with an actual machine.
図2に、この発明に係る浸漬ノズル1を示す。浸漬ノズル1は、円柱形状のノズル本体2を有している。ノズル本体2には、その長さ方向に延びるとともにノズル本体2と同心円状に円柱形状の流通路3が形成されている。流通路3は、ノズル本体2の先端部2a側の端部で閉塞し、ノズル本体2の他端部2b側の端部で開口している。尚、図2において、ノズル本体2及び流通路3はそれぞれ円柱形状であるが、楕円柱形状としてもよい。図3(a)に示されるように、流通路3の閉塞した端部は、先端部2a側に頂点が位置する円錐面形状の端面3aとなっている。図3(a)の線IIIb−IIIbに沿った断面の端面図である図3(b)に示されるように、ノズル本体2には、一端が流通路3に連通するとともに他端がノズル本体2の外周面2cで開口して吐出孔5を構成する吐出孔経路4が2つ形成されている。各吐出孔経路4は、前記一端から前記他端に向かって先端部2a側に傾斜している。
FIG. 2 shows an
ノズル本体2の長さ方向に平行な面S1で吐出孔経路4を切断した断面の端面図である図3(c)に示されるように、吐出孔経路4の断面は、3つの頂点A,B,Cが他の頂点E,Fよりも先端部2a側に位置する五角形の形状を有している。3つの頂点A,B,Cのうち頂点Aは、ノズル本体2の長さ方向に垂直な方向に関して真ん中に位置しており、頂点B及び頂点Cよりも先端部2a側に位置している。吐出孔経路4の断面形状が、このような頂点A,B,Cからなる形状をとることによって、流通路3の内周面3b近傍を流下してきた溶鋼の流れは、スムーズに流通路3の半径方向内側に向かう方向に向きを変えることができる。吐出孔経路4の断面形状の残りの2つの頂点E,Fは、Rをつけた頂点となっている。
As shown in FIG. 3 (c), which is an end view of a section obtained by cutting the
頂点A及び頂点Bを結ぶ線分と頂点A及び頂点Cを結ぶ線分とがなす角度をαとすると、90°≦α<180°であり、より好ましくは100°≦α<160°である。αが90°よりも小さい場合、吐出量を維持するために必要な開口面積を確保することが困難であることや、鋭角の角を設けることによってその位置に応力が集中し、鋳造開始時の割れなどのトラブルリスクが上昇する問題がある。一方、αが180°よりも大きい場合は、流通路3の内周面3b近傍を流下してきた溶鋼の流れを流通路3の半径方向内側に向かう方向に向きを変えることができないため乱流エネルギーの集中を抑制することができない。
When an angle formed by a line segment connecting the vertex A and the vertex B and a line segment connecting the vertex A and the vertex C is α, 90 ° ≦ α <180 °, and more preferably 100 ° ≦ α <160 °. . When α is smaller than 90 °, it is difficult to secure an opening area necessary for maintaining the discharge amount, and by providing an acute angle, stress concentrates on the position, and at the start of casting. There is a problem that the risk of trouble such as cracking increases. On the other hand, when α is larger than 180 °, the flow of the molten steel flowing down in the vicinity of the inner
図3(b)に示されるように、流通路3の長さ方向に垂直な面S2で流通路を切断した円形状の断面の中心Oを通り流通路3の長さ方向に延びる仮想線Lと端面3aとの交点を点Dとする。点Dは、各吐出孔経路4の各面S1による断面における各頂点Aを含むとともに仮想線Lに垂直な仮想平面P1に対して先端部2aとは反対側に位置している。これにより、端面3aに衝突した溶鋼の流れをスムーズに吐出孔経路4に導入し、流通路3を流下する溶鋼の流れと、端面3aに対する反転流との衝突によって生じる乱流エネルギーの集中を抑制することができ、その結果、吐出孔経路4の周辺の内周面3bへの介在物の付着を抑制することが可能となる。逆に、点Dが仮想平面P1よりも先端部2a側に位置する場合には、点Dの周辺は滝つぼ状の形状となるため、端面3aに対する強い反転流が発生し、乱流エネルギーの集中を抑制することができなくなってしまう。また、吐出孔経路4は、内周面3bから外周面2cに向かって単調に傾斜する必要がある。例えば、吐出孔経路4の途中で勾配が変化する極点が存在すると、その位置で溶鋼の流れが乱されるため好ましくない。
As shown in FIG. 3B, an imaginary line L extending in the length direction of the
頂点A及び点Dを結ぶ線分と仮想線Lとがなす角度をβとすると30°≦β<90°であり、より好ましくは45°≦β≦85°である。角度βをこの範囲にすることにより、流通路3を流下する溶鋼の流れをスムーズに吐出孔経路4に導入することが可能となる。βが30°未満であると、吐出孔経路4の傾斜が大きすぎるため、溶鋼がモールドのより深い部分に向かう方向に流れることとなって溶鋼中の介在物やガス等の浮上に不利となり、その結果、それらが鋳片中に残留することによる鋳片品質欠陥のリスクが増加することとなる。
Assuming that the angle formed by the line connecting the vertex A and the point D and the virtual line L is β, 30 ° ≦ β <90 °, and more preferably 45 ° ≦ β ≦ 85 °. By setting the angle β within this range, it becomes possible to smoothly introduce the flow of molten steel flowing down the
また、図3(c)に示されるように、頂点B及び頂点Eを結ぶ線分と頂点C及び頂点Fを結ぶ線分との間の距離をaとし、頂点E及び頂点Fを結ぶ線分と頂点Aとの間の距離をbとすると、a及びbについて特別な範囲はないが、aとbとの比a/bについて、0.33<a/b≦2.0の範囲であることが好ましい。a/bが0.33以下の場合、流通路3から吐出孔経路4への移行部分で吸込み流が発生しやすくなる。吸い込み流が発生することによって、本発明の効果が失われてしまう可能性がある。一方、a/bが2.0以上の場合、必要な開孔面積を確保できないため、本発明の特徴を充分に生かすことができない。また、必要な開孔面積を強いて確保しようとすると、aが大きくなりすぎて2つの吐出孔5,5間の間隔が小さくなり、ノズル本体2の折損リスクが増大するので好ましくない。
Further, as shown in FIG. 3C, the distance between the line segment connecting the vertex B and the vertex E and the line segment connecting the vertex C and the vertex F is a, and the line segment connecting the vertex E and the vertex F If the distance between and the vertex A is b, there is no special range for a and b, but the ratio a / b between a and b is in the range of 0.33 <a / b ≦ 2.0. It is preferable. When a / b is 0.33 or less, a suction flow is likely to occur at a transition portion from the
このように、浸漬ノズル1の流通路3を流通する溶鋼流において、流通路3の内周面3b近傍の乱流エネルギーの集中が抑制されるので、吐出孔経路4周辺の流通路3の内周面3bへの溶鋼中の介在物の付着を抑制することができる。
Thus, in the molten steel flow that flows through the
この実施の形態では、点Dは、仮想平面P1に対して先端部2aとは反対側に位置していたが、図4に示される浸漬ノズル1’のように、仮想平面P1上にあってもよい。この場合には、β=90°となる。その結果、実施の形態におけるβの範囲と合わせて、この発明に係る浸漬ノズルにおけるβの範囲は、30°≦β≦90°である。
In this embodiment, the point D is located on the opposite side to the
この実施の形態では、吐出孔経路4の面S1による断面形状において、頂点B及び頂点Eを結ぶ線分と、頂点C及び頂点Fを結ぶ線分とがそれぞれ、仮想線Lと平行であったが、仮想線Lに対して傾いていてもよい。この場合、両線分間の距離a(図3(c)参照)がノズル本体2の長さ方向の位置で変化してしまうが、仮想線Lに垂直な方向に関して両線分間の最大距離をaとする。また、頂点E及び頂点Fを結ぶ線分は必ずしも直線状である必要はなく、曲線状であったり、いくつかの線分を連結した形状であったりしてもよい。尚、この実施の形態では、吐出孔経路4は2つ設けられていたが、3つ以上設けてもよい。
In this embodiment, in the cross-sectional shape by the surface S1 of the
この実施の形態では、ノズル本体2の材質として何の特定もしなかったが、特に材質に関する制約はない。例えば、アルミナ−黒鉛質、アルミナ−シリカ−黒鉛質、マグネシア−黒鉛質、スピネル−黒鉛質、ジルコニア−黒鉛質、カルシウムジルコネート−黒鉛質といった系を主原料とし、金属、合金、炭化物、窒化物、ホウ化物を添加物としてそれぞれ5wt%未満の添加量で構成された材質を使用してもよい。
In this embodiment, nothing is specified as the material of the
この発明には、浸漬ノズル又は浸漬ノズルより上方にて使用される耐火物からのガス吹き技術との組み合わせ、あるいは、流通路の内周面に難付着材質を組み合わせてもよい。具体的には、アルミナ質、アルミナ−シリカ質、スピネル質、スピネル−フラックス質、アルミナ−フラックス質、スピネル−黒鉛質、ジルコン質、ジルコニア−黒鉛質、カルシウムジルコネート−黒鉛質といった材料を流通路の内周面に適用可能である。また、この発明は、一般的なスラブ連続鋳造機の操業条件においては適用可能である。すなわち、スループットについては、0.5ton/minから8ton/minまでは対応可能である。 In the present invention, a combination with a submerged nozzle or a gas blowing technique from a refractory used above the submerged nozzle, or a material that hardly adheres to the inner peripheral surface of the flow passage may be combined. Specifically, materials such as alumina, alumina-silica, spinel, spinel-flux, alumina-flux, spinel-graphite, zircon, zirconia-graphite, calcium zirconate-graphite are flow paths. It can be applied to the inner peripheral surface of. Moreover, this invention is applicable in the operating conditions of a general slab continuous casting machine. That is, the throughput can be handled from 0.5 ton / min to 8 ton / min.
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1〜12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1〜4を準備した。実施例1〜12及び比較例1〜4のそれぞれに係る浸漬ノズルの構成は、上記実施の形態で説明した浸漬ノズル1の構成と同じであり、距離a及びbと、角度α及びβとの値が表1及び2の通りである。尚、各浸漬ノズルの2つの吐出孔経路は、それぞれの吐出孔がノズル本体の長さ方向を中心とした点対称の位置となるように設けられている。
Next, the effect obtained by using the
Examples 1 to 12 shown in Table 1 were prepared as immersion nozzles according to the present invention, and Comparative Examples 1 to 4 shown in Table 2 were prepared as immersion nozzles not corresponding to the present invention. The configuration of the immersion nozzle according to each of Examples 1 to 12 and Comparative Examples 1 to 4 is the same as the configuration of the
1.数値解析によるこの発明の効果の検証
数値解析はCHAM社製の流体解析ソフトウェア「PHOENICS VR editor 2014」を使用した。この数値解析に用いたパラメータは以下の通りである。
・計算セル数:約80万(モデルにより変動)
・流体:溶鋼(1560℃ 、密度7.8g/cm3)
1. Verification of the effect of the present invention by numerical analysis For numerical analysis, fluid analysis software “PHOENICS VR editor 2014” manufactured by CHAM was used. The parameters used for this numerical analysis are as follows.
-Number of calculation cells: Approximately 800,000 (varies depending on the model)
-Fluid: Molten steel (1560 ° C., density 7.8 g / cm 3 )
実施の形態のCFD計算で用いたCFDプログラムPHOENICSを用い、浸漬ノズル1の流通路3の内径を70mmとし、スループットを3ton/minとして、実施例1〜12及び比較例1〜4それぞれの条件で、溶鋼流の乱流エネルギーの値を計算した。その結果を、表1及び表2に示す。溶鋼中の乱流エネルギーの高い場所で、介在物によるノズル閉塞が起こりやすいため、乱流エネルギーを低く抑えることが好ましい。
Using the CFD program PHOENICS used in the CFD calculation of the embodiment, the inner diameter of the
本願明細書の従来技術として挙げた図7に示される浸漬ノズル100に相当する比較例1の場合、図1に示されるように、流通路103の内周面103b近傍に乱流エネルギーが集中する領域が発生する。これに対し、実施例3の場合、図5に示されるように、乱流エネルギーの集中が起こらないことが分かる。そこで、比較例1における乱流エネルギーの最高値を基準(100)とし、各実施例及び各比較例の条件で同様に乱流エネルギーの最高値を比較した。最高値が70以下であれば、乱流エネルギーの低減効果があったものと定義し、50以下の場合はその効果がより大きいと定義した。
In the case of the comparative example 1 corresponding to the
実施例1〜12のいずれも、乱流エネルギーの低減効果があった。これに対し、比較例1は高い乱流エネルギーとなった。比較例2は、乱流エネルギーの低減効果はある程度あったが、製造が困難な形態であった。比較例3は、αを180°とした場合であるが、乱流エネルギーの低減効果は十分とはいえない。比較例4は、βを25°とした場合であるが、乱流エネルギーの低減効果はあったものの、溶鋼の流れがモールドのより深い部分に向かう方向に流れ、介在物やガスの浮上に不利で巻き込まれてしまった。 All of Examples 1 to 12 had an effect of reducing turbulent energy. On the other hand, the comparative example 1 became high turbulent energy. In Comparative Example 2, although the effect of reducing turbulent energy was to some extent, it was difficult to manufacture. Although the comparative example 3 is a case where α is 180 °, it cannot be said that the effect of reducing turbulent energy is sufficient. Comparative Example 4 is a case where β is set to 25 °. However, although there was an effect of reducing turbulent energy, the flow of molten steel flows in a direction toward a deeper portion of the mold, which is disadvantageous for the floating of inclusions and gas. I was caught in.
次に、実施例3の浸漬ノズル及び比較例1の浸漬ノズルのそれぞれについて、スループットと溶鋼流の乱流エネルギーとの関係を計算した。その結果を表3に示す。 Next, the relationship between the throughput and the turbulent energy of the molten steel flow was calculated for each of the immersion nozzle of Example 3 and the immersion nozzle of Comparative Example 1. The results are shown in Table 3.
スループットが増加すると、浸漬ノズルの流通路を流下する溶鋼流の通過速度が上昇するため、溶鋼流の乱流エネルギーも増加する傾向がある。実施例3も、溶鋼流の乱流エネルギーはスループットが増加するに従って増加傾向ではあるが、同じスループット条件下では比較例1よりも抑制された。 When the throughput increases, the passage speed of the molten steel flow flowing down the flow path of the immersion nozzle increases, so that the turbulent energy of the molten steel flow also tends to increase. In Example 3 as well, the turbulent energy of the molten steel flow tended to increase as the throughput increased, but was suppressed more than Comparative Example 1 under the same throughput conditions.
2.連続鋳造による検証
実施例3の浸漬ノズル及び比較例1の浸漬ノズルそれぞれについて実機使用を行った。鋼種は低炭Alキルド鋼とし、2ストランドの連続鋳造機のそれぞれの浸漬管として、それらの浸漬ノズルを取り付けた。各浸漬ノズルの流通路の内径は70mmとし、スループットは3ton/minとした。流通路内部でのアルミナ系介在物の付着量を比較した結果を、図6に示す。付着量は、比較品1の付着量を100とした指数で示した。比較例1の場合、流通路の内周面に大きな付着が発生したのに対し、実施例3では付着量が1/5以下に低下した。このように、この発明の優位性は明確である。
2. Verification by continuous casting The actual machine was used for each of the immersion nozzle of Example 3 and the immersion nozzle of Comparative Example 1. The steel type was low-carbon Al killed steel, and these immersion nozzles were attached as respective dip tubes of a two-strand continuous casting machine. The inner diameter of the flow path of each immersion nozzle was 70 mm, and the throughput was 3 ton / min. FIG. 6 shows the result of comparison of the amount of alumina inclusions in the flow passage. The amount of adhesion was shown as an index with the amount of adhesion of
1,1’ 浸漬ノズル、2 ノズル本体、2a (ノズル本体の)先端部、2c (ノズル本体の)外周面、3 流通路、3a (流通路の)端面、3b (流通との)内周面、4 吐出孔経路、5 吐出孔、L 仮想線、P1 仮想平面、S1,S2 面。
1, 1 'immersion nozzle, 2 nozzle body, 2a tip (nozzle body) tip, 2c (nozzle body) outer peripheral surface, 3 flow passage, 3a (flow passage) end surface, 3b (with flow) inner
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円柱形状または楕円柱形状の流通路と、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した吐出孔を有する少なくとも2つの吐出孔経路とを備え、ノズル本体の長さ方向に平行な面で吐出孔経路を切断した断面は、3つの頂点が他の2つの頂点よりもノズル本体の先端部側に位置する五角形の形状を有し、3つの頂点のうち、ノズル本体の長さ方向に垂直な方向に関して真ん中の頂点を頂点Aとし、残りの2つの頂点を頂点B及び頂点Cとすると、頂点Aは、頂点B及び頂点Cよりもノズル本体の先端部側に位置し、頂点A及び頂点Bを結ぶ線分と頂点A及び頂点Cを結ぶ線分とがなす角度をαとすると90°≦α<180°であり、流通路は、ノズル本体の先端部側で閉塞した端面を有し、流通路の長さ方向に対して垂直な面で流通路を切断した円形状または楕円形状の断面の中心を通り流通路の長さ方向に延びる仮想線と端面との交点を点Dとすると、点Dは、各吐出孔経路の断面における頂点Aを含むとともにノズル本体の長さ方向に対して垂直な仮想平面上に位置するか、または、仮想平面に対してノズル本体の先端部とは反対側に位置する。
頂点A及び点Dを結ぶ線分と仮想線とがなす角度をβとすると30°≦β≦90°であってもよい。
An immersion nozzle according to the present invention includes a nozzle body, a cylindrical or elliptical column-shaped flow passage provided in the nozzle body so as to extend in the length direction, one end communicating with the flow passage, and the other end And at least two discharge hole paths having discharge holes opened on the outer peripheral surface of the nozzle body, and the cross section of the discharge hole path cut by a surface parallel to the length direction of the nozzle body has three vertices at the other two points. It has a pentagonal shape that is located closer to the tip of the nozzle body than the vertex, and of the three vertices, the middle vertex in the direction perpendicular to the length direction of the nozzle body is designated as vertex A, and the remaining two vertices Assuming that vertex B and vertex C are located, vertex A is positioned closer to the tip of the nozzle body than vertex B and vertex C, and a line segment connecting vertex A and vertex B and a line segment connecting vertex A and vertex C are If the angle formed is α, 90 ° ≦ α < Is 80 °, the flow passage has an end face and closed at the tip end of the nozzle body, the center of the cross section of a circular shape or an elliptical shape by cutting the flow passage in a plane perpendicular to the length direction of the flow passage Assuming that an intersection of an imaginary line extending in the length direction of the flow passage and the end face is a point D, the point D includes the vertex A in the cross section of each discharge hole path and is perpendicular to the length direction of the nozzle body It is located on the virtual plane or on the opposite side of the tip end of the nozzle body with respect to the virtual plane.
If the angle formed by the line segment connecting the vertex A and the point D and the virtual line is β, 30 ° ≦ β ≦ 90 ° may be satisfied.
Claims (2)
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円柱形状または楕円柱形状の流通路と、
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した吐出孔を有する少なくとも2つの吐出孔経路と
を備え、
前記ノズル本体の長さ方向に平行な面で前記吐出孔経路を切断した断面は、3つの頂点が他の2つの頂点よりも前記ノズル本体の先端部側に位置する五角形の形状を有し、前記3つの頂点のうち、前記ノズル本体の長さ方向に垂直な方向に関して真ん中の頂点を頂点Aとし、残りの2つの頂点を頂点B及び頂点Cとすると、前記頂点Aは、前記頂点B及び前記頂点Cよりも前記ノズル本体の先端部側に位置し、前記頂点A及び前記頂点Bを結ぶ線分と前記頂点A及び前記頂点Cを結ぶ線分とがなす角度をαとすると90°≦α<180°であり、
前記流通路は、前記ノズル本体の先端部側で閉塞した端面を有し、前記流通路の長さ方向に対して垂直な面で前記流通路を切断した円形状の断面の中心を通り前記流通路の長さ方向に延びる仮想線と前記端面との交点を点Dとすると、該点Dは、各吐出孔経路の前記断面における前記頂点Aを含むとともに前記ノズル本体の長さ方向に対して垂直な仮想平面上に位置するか、または、該仮想平面に対して前記ノズル本体の先端部とは反対側に位置する、浸漬ノズル。 A nozzle body;
A cylindrical or elliptical column-shaped flow passage provided in the nozzle body so as to extend in the length direction thereof;
And at least two discharge hole paths having one end communicating with the flow passage and the other end having discharge holes opened on the outer peripheral surface of the nozzle body,
The cross section obtained by cutting the discharge hole path with a plane parallel to the length direction of the nozzle body has a pentagonal shape in which three vertices are located closer to the tip end side of the nozzle body than the other two vertices, Of the three vertices, if the middle vertex in the direction perpendicular to the length direction of the nozzle body is the vertex A and the remaining two vertices are the vertex B and the vertex C, the vertex A is the vertex B and If the angle formed between the line segment connecting the vertex A and the vertex C and the line segment connecting the vertex A and the vertex C, which is located closer to the tip end side of the nozzle body than the vertex C, is 90 ° ≦ α <180 °,
The flow passage has an end face that is closed on a tip end side of the nozzle body, and passes through the center of a circular cross section obtained by cutting the flow passage along a plane perpendicular to the length direction of the flow passage. When the intersection of the imaginary line extending in the length direction of the path and the end face is a point D, the point D includes the vertex A in the cross section of each discharge hole path and is in the length direction of the nozzle body. An immersion nozzle that is located on a vertical virtual plane or on the opposite side of the virtual body from the tip of the nozzle body.
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