JP2023067010A - System for supplying molten steel and continuous casting method of steel - Google Patents

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Yuichi Tsurukawa
友一 塚口
Yuichi Tsukaguchi
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Kodai Fujita
希莉亜 小嶋
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Abstract

To provide a system for supplying molten steel, in which, when molten steel is supplied from one vessel to another vessel through a nozzle, bubbles introduced into the molten steel in the nozzle can be prevented from leaving the nozzle, and the generation of bare hot water in the other vessel can be suppressed.SOLUTION: In a system of supplying molten steel 105 from a first vessel 101 to a second vessel 102 through a nozzle 110, the nozzle has an inlet 110a on the upstream side of the first vessel and an outlet 110b on the downstream side of the second vessel, and extends downward from the upstream side to the downstream side. The outlet of the nozzle is located below the liquid level of the molten steel supplied to the second vessel and above a bottom surface 102a of the second vessel. In the supply system, a flow rate Q (ton/min) of molten steel flowing inside the nozzle, the minimum inner diameter of the nozzle D1 (mm) upstream from the outlet, and the inner diameter of the nozzle D2(mm) at the outlet satisfy a prescribed relational expression.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

本願は溶鋼の供給システム及び鋼の連続鋳造方法を開示する。 The present application discloses a molten steel supply system and a method for continuous casting of steel.

鋼の連続鋳造プロセスにおいて、溶鋼鍋から鋳型へと溶鋼を供給するための中間容器としてタンディッシュが用いられている。タンディッシュは、(1)鋳型への溶鋼供給量の安定化機能、(2)複数の鋳型への溶鋼分配機能、(3)連続鋳造を複数の溶鋼鍋を用いて継続的に実施するためのバッファ機能、(4)非金属介在物の除去機能、などの複数の機能を有する。特に、清浄度が高い高級鋼材を効率的に生産する場合には、(4)非金属介在物の除去機能が極めて重要となる。 In continuous steel casting processes, a tundish is used as an intermediate vessel for feeding molten steel from a molten steel ladle to a mold. The tundish has (1) a function to stabilize the amount of molten steel supplied to the mold, (2) a function to distribute molten steel to multiple molds, and (3) a function to continuously perform continuous casting using multiple molten steel ladles. It has multiple functions such as a buffer function and (4) a non-metallic inclusion removal function. In particular, (4) the function of removing non-metallic inclusions is extremely important for the efficient production of high-grade steel products with high cleanliness.

溶鋼中の非金属介在物は、主として製鋼プロセス中で発生する酸化物や窒化物、硫化物、気泡をはじめとした鋼中の不純物に由来する。このような非金属介在物が最終製品に残留した場合、例えば応力集中による破壊の起点となって、最終製品の材質を低下させることが知られている。また、製鋼プロセスそのものにおいても、耐火物流路の内壁に非金属介在物が付着・堆積し、流路の狭窄化や閉塞を引き起こすことで、円滑な製造を阻害するだけでなく、鋳造等の加工時に母材の表層・内部双方に欠陥を発生させ得ることから、製品歩留まりを低下させるなど、製造コストを圧迫する要因となる。そのため、多くの場合、溶鋼成分の最終調整が行われる二次精錬から鋳型に至るまでの限られた工程で、非金属介在物を溶鋼中から除去する必要がある。 Non-metallic inclusions in molten steel are mainly derived from impurities in steel such as oxides, nitrides, sulfides, and bubbles generated during the steelmaking process. It is known that when such non-metallic inclusions remain in the final product, they become starting points of fracture due to stress concentration, and deteriorate the material quality of the final product. In the steelmaking process itself, non-metallic inclusions adhere and accumulate on the inner wall of the refractory flow path, causing narrowing and blockage of the flow path. Occasionally, defects can occur both on the surface and inside of the base material, reducing product yields and lowering manufacturing costs. Therefore, in many cases, it is necessary to remove non-metallic inclusions from molten steel in a limited number of steps from secondary refining, in which the components of molten steel are finally adjusted, to casting.

溶鋼から非金属介在物を除去するためには、一般的に、溶鋼と非金属介在物との比重差を利用して非金属介在物を溶鋼中で浮上させたうえで、フラックスと呼ばれる酸化物の浮遊層で回収する方法が採られるが、この際の浮上速度は小型の非金属介在物であるほど低下し、フラックス層で回収するまでの時間が長大化することが知られている。従って、溶鋼中の非金属介在物を低減するにあたり、非金属介在物の浮上に必要な時間を確保するためには、タンディッシュ内での非金属介在物の滞留時間を長くすることが有効と考えられる。 In order to remove non-metallic inclusions from molten steel, the difference in specific gravity between the molten steel and the non-metallic inclusions is generally used to float the non-metallic inclusions in the molten steel, and then an oxide called flux is removed. However, it is known that the smaller the non-metallic inclusion, the lower the floating speed in this case, and the longer it takes to collect it in the flux layer. Therefore, in reducing nonmetallic inclusions in molten steel, it is effective to lengthen the residence time of nonmetallic inclusions in the tundish in order to secure the time necessary for the nonmetallic inclusions to surface. Conceivable.

一般的に、溶鋼鍋からタンディッシュへの溶鋼の供給は、流量調整機能を有するスライディングノズルと、下端をタンディッシュの溶鋼中に浸漬して用いる筒状耐火物であるロングノズルとを介し、位置エネルギーを利用して流下させることでなされる。しかしながら、ロングノズルからの高速吐出流がタンディッシュの底部に衝突することで、ショートパスと呼ばれる鋳型へと向かう短絡流を形成し得るために(図6参照)、タンディッシュにおける溶鋼の滞留時間を確保することは必ずしも容易ではない。この課題に対する一般的な対策は、タンディッシュの内部に堰を設けることで溶鋼流を迂回させる方法であるが、タンディッシュの内部に耐火物を施工することは、材料費や施工時間、作業負荷の増大を招くうえ、堰の近傍に流れがほとんどなく浮上除去に寄与しない空間が発生するほか、迂回しながらも高速で鋳型へと向かう新たな流れが誘起され得るため、必ずしも介在物の浮上を助けない。特に、小型の介在物は、浮力が小さく、溶鋼の流れに追随しやすいため、迂回による効果は大型の介在物の除去に限定され易い。 In general, molten steel is supplied from a molten steel ladle to a tundish through a sliding nozzle that has a flow rate adjustment function and a long nozzle that is a cylindrical refractory that is used by immersing the lower end in the molten steel of the tundish. It is done by using energy to make it flow down. However, when the high-speed discharge flow from the long nozzle collides with the bottom of the tundish, a short-circuit flow toward the mold called a short pass can be formed (see FIG. 6), so the residence time of the molten steel in the tundish is Ensuring is not always easy. A common countermeasure to this problem is to install a weir inside the tundish to divert the flow of molten steel. In addition, there is a space in the vicinity of the weir that has almost no flow and does not contribute to the removal of floatation. no help In particular, small inclusions have little buoyancy and tend to follow the flow of molten steel, so the detouring effect is likely to be limited to removal of large inclusions.

また、製鋼プロセスにおいては、溶鋼の再酸化によって意図せずに非金属介在物が増加することに対しても注意を払わなくてはならない。一般的に、溶鋼の温度低下に伴うガス発生によって安定した鋳造が困難となることを避ける観点等から、連続鋳造に供される溶鋼は、精錬工程において脱酸処理が施され、可溶酸素濃度を大きく下回る酸素濃度となっており、非常に酸素を吸収しやすい状態にある。空気や低級酸化物と溶鋼とが接触した場合、溶鋼が酸素を吸収し、酸素との親和性が溶鋼よりも高い元素(溶鋼中に溶解しているAlやSiなど)と結びつくことで非金属介在物が生成する再酸化現象が生じてしまう。そのため、溶鋼鍋やタンディッシュにおいては、不活性ガスを用いた雰囲気の置換によりタンディッシュ内を低酸素濃度とするか、或いは、低級酸化物の含有量が少ない低反応性のフラックスを用いた溶鋼表面の被覆により溶鋼を外気から遮断する必要がある。しかしながら、ロングノズルによって溶鋼をタンディッシュに供給する場合、上記のようにノズルから吐出される溶鋼流が非常に高速であるため、タンディッシュの底部に衝突して発生した反転上昇流によってロングノズル近傍の溶鋼表面を被覆するフラックスが押し退けられ、溶鋼表面が裸湯として外気に直接曝露され、溶鋼が雰囲気内の酸素を吸収する再酸化現象が生じ得る(図6参照)。また、ノズルの嵌合部における接続不良(ミスアライメント)が存在する場合や、耐火物の成型不良や損耗によって流路の密閉性が損なわれた場合などに、エジェクタによって外気がノズル内に導入され得る(図6参照)。ノズル内に導入された外気が、溶鋼の流動に追随してタンディッシュまで浸入すると、ロングノズルの周囲に強い上昇流を形成するため裸湯の発生がより顕著となる。 Also, in the steelmaking process, attention must be paid to the unintentional increase of nonmetallic inclusions due to reoxidation of molten steel. In general, from the viewpoint of avoiding difficulty in stable casting due to gas generation accompanying a drop in molten steel temperature, molten steel subjected to continuous casting is subjected to deoxidation treatment in the refining process to reduce the soluble oxygen concentration to It is in a state where it is very easy to absorb oxygen. When air or lower oxides come into contact with molten steel, the molten steel absorbs oxygen and combines with elements that have a higher affinity for oxygen than molten steel (such as Al and Si dissolved in the molten steel). A reoxidation phenomenon in which inclusions are generated occurs. Therefore, in the molten steel ladle and the tundish, the oxygen concentration in the tundish is reduced by replacing the atmosphere with an inert gas, or the molten steel is made using a low-reactive flux with a low content of low-grade oxides. It is necessary to shield the molten steel from the atmosphere by coating the surface. However, when the molten steel is supplied to the tundish by the long nozzle, the flow of molten steel discharged from the nozzle is very high speed as described above. The flux covering the molten steel surface is pushed aside, and the molten steel surface is directly exposed to the open air as bare metal, and a reoxidation phenomenon occurs in which the molten steel absorbs oxygen in the atmosphere (see FIG. 6). In addition, if there is a connection failure (misalignment) at the fitting part of the nozzle, or if the airtightness of the flow path is impaired due to poor molding or wear of the refractory, outside air will be introduced into the nozzle by the ejector. (see FIG. 6). When the outside air introduced into the nozzle follows the flow of the molten steel and penetrates into the tundish, it forms a strong upward flow around the long nozzle, making the generation of bare metal more pronounced.

上記の課題は、一の容器から他の容器へと溶鋼を供給する工程のいずれにおいても生じ得る課題であり、当該課題を解決するための種々の手段が提案されている。例えば、特許文献1には、内径300mm以上の耐火物性の筒状体によって注入流を外気から遮断する注入管を用いる連続鋳造方法が開示されている。特許文献1に開示された技術によれば、ノズルから落下した注入流が管内の液面において管内の気体を叩き込むことで溶鋼中に多数の気泡を導入し、気泡が有する大きな浮力によって注入流速を減少させて、タンディッシュ内に緩やかな上昇流を生じさせることが可能と考えられる。加えて、固体の介在物は溶鋼との濡れ性が悪く、気泡に対して容易に付着するため、気泡が有する大きな浮力によって高速で浮上除去されることも期待される。一方で、上記のような注入管では、溶鋼が気相から酸素や窒素を吸収することを避けるために、管内を大量の不活性ガスで充満させる必要があり、ノズルを溶鋼中に浸漬させる場合と比較して大きな操業コストがかかってしまう。また、ノズルから放出された溶鋼の飛沫や浴面での叩き込みによって生じるスプラッシュが管内壁に付着すると、管径が大きいため付着物の抜熱が著しく、付着物が凝固及び積層して閉塞に至り易い。さらに、溶鋼中に導入された気泡が注入管外へと離脱した場合、当該気泡がタンディッシュ内の溶鋼液面へと到達して、溶鋼の再酸化を生じさせる虞があるため、管を小径化することが難しく、耐火物コストの低減が制限される。 The above problem can occur in any process of supplying molten steel from one container to another container, and various means have been proposed to solve the problem. For example, Patent Literature 1 discloses a continuous casting method using an injection pipe in which an injection flow is blocked from the outside air by a refractory cylindrical body having an inner diameter of 300 mm or more. According to the technique disclosed in Patent Document 1, the injection flow dropped from the nozzle hits the gas inside the pipe against the liquid surface inside the pipe, introducing a large number of bubbles into the molten steel, and the large buoyancy of the bubbles increases the injection flow velocity. It could be reduced to create a gentle upward flow in the tundish. In addition, since solid inclusions have poor wettability with molten steel and easily adhere to bubbles, they are expected to be removed at high speed due to the large buoyancy of the bubbles. On the other hand, in the above injection pipe, in order to prevent the molten steel from absorbing oxygen and nitrogen from the gas phase, the inside of the pipe must be filled with a large amount of inert gas. operating costs are relatively high. In addition, when splashes of molten steel discharged from the nozzle or splashes generated by hitting the bath surface adhere to the inner wall of the pipe, the large diameter of the pipe removes heat remarkably from the adherents, and the adherents solidify and accumulate, leading to clogging. easy. Furthermore, if the bubbles introduced into the molten steel escape outside the injection pipe, the bubbles may reach the liquid surface of the molten steel in the tundish and cause reoxidation of the molten steel. refractory cost reduction is limited.

特許文献2には、タンディッシュ底部で反転した上昇流によって裸湯の曝露が発生することを防ぐために、胴体部に流れ制御部を設けたノズルが開示されている。しかしながら、特許文献2に開示された技術においては、ショートパスの発生に対しては別途対策を講じる必要があり、製造コストが増加する。加えて、ノズルの重量が増加するためノズルを把持する装置への負荷が大きく、鋳造中にノズルを支えきれなくなる虞がある。 Patent Literature 2 discloses a nozzle provided with a flow control portion in the body portion in order to prevent exposure of bare water to occur due to the reversed upward flow at the bottom of the tundish. However, in the technique disclosed in Patent Document 2, it is necessary to take separate countermeasures against the occurrence of short paths, which increases the manufacturing cost. In addition, since the weight of the nozzle increases, the load on the device for gripping the nozzle increases, and there is a possibility that the nozzle cannot be supported during casting.

特許文献3には、注入ノズルの内部に不活性ガスのガス空間を形成し、ノズル内の鋼浴面において注入流に不活性ガスを巻き込ませるとともに、タンディッシュの底面に設置した攪拌ボックス内で該注入流を攪拌することで、溶鋼中の介在物と気泡の凝集を促進する連続鋳造方法及び連続鋳造装置が開示されている。特許文献3に開示された技術において、連続鋳造装置の注入ノズルは吐出孔の内径が十分に大きいためガス空間が安定して形成される。一方で、特許文献3に開示された技術は、注入流が巻き込んだ気泡がすべて注入ノズル内へと再浮上し、攪拌ボックス内での攪拌作用が十分に発揮されないことを回避するために、注入ノズルの内径を所定値以下とすることを特徴としているが、注入ノズルを離脱しタンディッシュの溶鋼表面に浮上した気泡は上記の通り再酸化が生じる原因となり得る。また、ノズル内における気液混相流の様相は各相の流速や分散状態に依存し、一般的には断面ボイド率によって代表されるため、溶鋼の注入量によっては不活性ガスの巻き込みが望ましくない形態となり、タンディッシュ内の流れを乱すことでかえって介在物の鋳型への流出や再酸化を引き起こす虞がある。 In Patent Document 3, a gas space of inert gas is formed inside the injection nozzle, and the inert gas is involved in the injection flow on the steel bath surface in the nozzle, and in a stirring box installed on the bottom of the tundish A continuous casting method and a continuous casting apparatus are disclosed in which agitation of the injection stream promotes aggregation of inclusions and bubbles in the molten steel. In the technology disclosed in Patent Document 3, the gas space is stably formed because the injection nozzle of the continuous casting apparatus has a discharge hole with a sufficiently large inner diameter. On the other hand, in the technique disclosed in Patent Document 3, all the air bubbles entrained in the injection flow refloat into the injection nozzle and the stirring action in the stirring box is not sufficiently exhibited. It is characterized by setting the inner diameter of the nozzle to a predetermined value or less, but the air bubbles floating on the surface of the molten steel in the tundish when the injection nozzle is removed can cause reoxidation as described above. In addition, the aspect of the gas-liquid multiphase flow in the nozzle depends on the flow velocity and dispersion state of each phase, and is generally represented by the cross-sectional void fraction. There is a risk that inclusions will flow out to the mold or re-oxidize by disturbing the flow in the tundish.

特許第6575355号公報Japanese Patent No. 6575355 特表2020-530813号公報Japanese Patent Publication No. 2020-530813 特開2011-235339号公報JP 2011-235339 A

本願は、一の容器からノズルを介して他の容器へと溶鋼を供給する際、ノズル内の溶鋼中に導入された気泡がノズルから離脱することを抑えることができ、他の容器における裸湯の発生を抑制することが可能な技術を開示する。 The present application can suppress the separation of bubbles introduced into the molten steel in the nozzle from the nozzle when molten steel is supplied from one container to another container through the nozzle, and the Discloses a technology capable of suppressing the occurrence of

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
第1容器からノズルを介して第2容器へと溶鋼を供給するシステムであって、
前記ノズルが、上流側である前記第1容器側に流入口を備え、下流側である前記第2容器側に流出口を備え、且つ、上流側から下流側に向かって下向きに延在しており、
前記ノズルの前記流出口が、前記第2容器に供給された前記溶鋼の液面よりも下方、且つ、前記第2容器の底面よりも上方に位置し、
前記ノズルの内部を流れる前記溶鋼の流量Q(ton/min)と、前記流出口よりも上流側にある最小のノズル内径D(mm)と、前記流出口におけるノズル内径D(mm)とが、以下の関係(1)~(3)を満たす、
溶鋼の供給システム
を開示する。
As one means for solving the above problems, the present application provides
A system for supplying molten steel from a first vessel to a second vessel through a nozzle,
The nozzle has an inlet on the upstream side of the first container, an outlet on the downstream side of the second container, and extends downward from the upstream side to the downstream side. cage,
the outlet of the nozzle is positioned below the liquid surface of the molten steel supplied to the second container and above the bottom surface of the second container;
A flow rate Q (ton/min) of the molten steel flowing inside the nozzle, a minimum nozzle inner diameter D 1 (mm) upstream of the outlet, and a nozzle inner diameter D 2 (mm) at the outlet satisfies the following relations (1) to (3),
Disclosed is a molten steel supply system.

Figure 2023067010000002
Figure 2023067010000002

本開示のシステムにおいて、
前記ノズルが、前記流入口と前記流出口との間に、拡径部を有していてもよく、
前記拡径部において、上流側から下流側に向かってノズル内径が拡大していてもよい。
In the system of the present disclosure,
The nozzle may have an enlarged diameter portion between the inlet and the outlet,
In the enlarged diameter portion, the inner diameter of the nozzle may expand from the upstream side toward the downstream side.

本開示のシステムは、前記ノズルの内部へと不活性ガスを吹き込む、吹込機構を有していてもよい。 The system of the present disclosure may have a blowing mechanism for blowing inert gas into the interior of the nozzle.

本開示のシステムにおいて、
前記ノズルが、第1ノズル部と第2ノズル部とを有していてもよく、
前記第1ノズル部が、前記第2ノズル部よりも上流側に設けられていてもよく、
前記第1ノズル部と前記第2ノズル部とが、互いに接続されていてもよく、
前記第2ノズル部が、前記流出口を含んでいてもよく、
前記第2ノズル部が、ロングノズル部を含んでいてもよい。
In the system of the present disclosure,
The nozzle may have a first nozzle section and a second nozzle section,
The first nozzle portion may be provided upstream of the second nozzle portion,
The first nozzle portion and the second nozzle portion may be connected to each other,
The second nozzle portion may include the outlet,
The second nozzle section may include a long nozzle section.

本開示のシステムにおいて、
前記第1ノズル部が、流量調整機構を有していてもよい。
In the system of the present disclosure,
The first nozzle section may have a flow rate adjustment mechanism.

本開示のシステムは、前記ノズルの内部へと不活性ガスを吹き込む、吹込機構を有していてもよく、
前記吹込機構によって前記不活性ガスが吹き込まれる位置が、前記第1ノズル部と前記第2ノズル部との接続部から100mmの範囲内にあってもよい。
The system of the present disclosure may have a blowing mechanism for blowing an inert gas into the interior of the nozzle,
A position where the inert gas is blown by the blowing mechanism may be within a range of 100 mm from a connecting portion between the first nozzle portion and the second nozzle portion.

本開示のシステムにおいて、
前記第1容器が溶鋼鍋であってもよく、前記第2容器がタンディッシュであってもよい。
In the system of the present disclosure,
The first container may be a steel ladle and the second container may be a tundish.

本願は上記課題を解決するための手段の一つとして、
上記本開示のシステムを用いた鋼の連続鋳造方法であって、
前記ノズルの内部におけるガスの圧力が0.9atm以上1.1atm以下となるように、前記ノズルの内部に不活性ガスを吹き込むこと、
を含む、鋼の連続鋳造方法
を開示する。
As one means for solving the above problems, the present application provides
A method for continuous casting of steel using the system of the present disclosure, comprising:
blowing an inert gas into the nozzle so that the pressure of the gas inside the nozzle is 0.9 atm or more and 1.1 atm or less;
A method for continuous casting of steel is disclosed, comprising:

本開示の技術によれば、一の容器からノズルを介して他の容器へと溶鋼を供給する際、ノズル内の溶鋼中に導入された気泡がノズルから離脱することを抑えることができ、他の容器における裸湯の発生を抑制することが可能である。 According to the technology of the present disclosure, when molten steel is supplied from one container to another container via a nozzle, it is possible to prevent the bubbles introduced into the molten steel in the nozzle from leaving the nozzle, and It is possible to suppress the generation of bare hot water in the container.

溶鋼の供給システムにおける第1容器、第2容器及びノズルの位置関係の一例を概略的に示している。An example of the positional relationship of the 1st container in a supply system of molten steel, a 2nd container, and a nozzle is shown roughly. 溶鋼の供給システムにおけるノズルの断面構成の一例を概略的に示している。An example of the section composition of the nozzle in the supply system of molten steel is shown roughly. 溶鋼の供給システムにおける溶鋼の供給状態の一例を概略的に示している。破線矢印にて溶鋼の流れが示されている。An example of the molten steel supply state in a molten steel supply system is shown schematically. The dashed arrows indicate the flow of molten steel. 水モデル実験に用いた装置構成を概略的に示している。The apparatus configuration used for the water model experiment is shown schematically. QとD/Dとの関係についての実験結果を示している。○が所定の効果が発揮された場合、△及び×が所定の効果が発揮されなかった場合である。2 shows experimental results for the relationship between Q and D 2 /D 1 . ○ indicates the case where the predetermined effect was exhibited, and Δ and x indicate the case where the predetermined effect was not exhibited. 従来技術における課題を示している。破線矢印にて溶鋼の流れが示されている。It shows a problem in the prior art. The dashed arrows indicate the flow of molten steel.

1.溶鋼の供給システム
図1~3に溶鋼の供給システムの構成の一例を示す。図1に示されるように、溶鋼の供給システム100は、第1容器101からノズル110を介して第2容器102へと溶鋼105を供給するシステムである。図2及び3に示されるように、システム100において、前記ノズル110は、上流側である前記第1容器101側に流入口110aを備え、下流側である前記第2容器102側に流出口110bを備え、且つ、上流側から下流側に向かって下向きに延在している。また、前記ノズル110の前記流出口110bは、前記第2容器102に供給された前記溶鋼105の液面105aよりも下方、且つ、前記第2容器102の底面102aよりも上方に位置している。システム100においては、前記ノズル110の内部を流れる前記溶鋼105の流量Q(ton/min)と、前記流出口110bよりも上流側にある最小のノズル内径D(mm)と、前記流出口110bにおけるノズル内径D(mm)とが、以下の関係(1)~(3)を満たす。
1. Molten Steel Supply System Figures 1 to 3 show an example of the structure of a molten steel supply system. As shown in FIG. 1 , a molten steel supply system 100 is a system that supplies molten steel 105 from a first container 101 to a second container 102 via a nozzle 110 . As shown in FIGS. 2 and 3, in the system 100, the nozzle 110 has an inlet 110a on the first container 101 side, which is the upstream side, and an outlet 110b on the second container 102 side, which is the downstream side. and extends downwardly from the upstream side to the downstream side. The outflow port 110b of the nozzle 110 is located below the liquid surface 105a of the molten steel 105 supplied to the second container 102 and above the bottom surface 102a of the second container 102. . In the system 100, the flow rate Q (ton/min) of the molten steel 105 flowing inside the nozzle 110, the minimum nozzle inner diameter D 1 (mm) upstream of the outlet 110b, and the outlet 110b satisfies the following relationships ( 1 ) to (3).

Figure 2023067010000003
Figure 2023067010000003

1.1 第1容器
第1容器101は、第2容器102への溶鋼105の供給元となる容器である。図1~3に示されるように、システム100において、第1容器101は、底面101aと側壁101bとを有して、溶鋼105を保持している。第1容器101は、さらに、蓋(不図示)を有していてもよい。第1容器101は、溶鋼105を保持可能な形状及び材質からなるものであればよい。また、第1容器101は、底面101aの一部に流出口101axが設けられ、ここから溶鋼105を流出できるように構成されていてもよい。流出口101axには、溶鋼105の流出量を制御するための開閉機構が設けられていてもよい。第1容器101の流出口101axにはノズル110が直接的又は間接的に接続され得る。第1容器101とノズル110との接続形態は特に限定されるものではなく、例えば、嵌合によって接続可能である。何らかの中間部材を介して、第1容器101とノズル110とが接続されていてもよい。
1.1 First Container The first container 101 is a container from which the molten steel 105 is supplied to the second container 102 . As shown in FIGS. 1-3, in system 100, a first vessel 101 has a bottom surface 101a and side walls 101b to hold molten steel 105. As shown in FIG. The first container 101 may further have a lid (not shown). The first container 101 may have a shape and material capable of holding the molten steel 105 . Further, the first container 101 may be provided with an outflow port 101ax in a part of the bottom surface 101a so that the molten steel 105 can flow out from the outflow port 101ax. The outflow port 101ax may be provided with an opening/closing mechanism for controlling the amount of outflow of the molten steel 105 . A nozzle 110 may be directly or indirectly connected to the outlet 101ax of the first container 101 . The form of connection between the first container 101 and the nozzle 110 is not particularly limited, and can be connected by fitting, for example. The first container 101 and the nozzle 110 may be connected via some kind of intermediate member.

第1容器101は、溶鋼105を保持可能な容器であればよく、様々な形態が想定されるが、特に、第1容器101が溶鋼鍋である場合に、本開示の技術を適用した場合の効果が一層顕著となる。 The first container 101 may be any container that can hold the molten steel 105, and various forms are assumed. The effect becomes even more remarkable.

1.2 第2容器
第2容器102は、第1容器101からの溶鋼105の供給先となる容器である。図1~3に示されるように、第2容器102は、底面102aと側壁102bとを有して、第1容器101から供給された溶鋼105を保持している。第2容器102は、さらに、蓋102cを有していてもよい。第2容器102は、溶鋼105を保持可能な形状及び材質からなるものであればよい。図1に示されるように、第2容器102の底面102aの一部には流出口102axが設けられていてもよく、ここから他の容器(例えば、鋳型)へと溶鋼105を流出できるように構成されていてもよい。流出口102axには、溶鋼105の流出量を制御するための開閉機構が設けられていてもよい。第2容器102の流出口102axには、ノズル120が直接的又は間接的に接続されていてもよい。第2容器102とノズル120との接続形態は特に限定されるものではなく、例えば、嵌合によって接続可能である。何らかの中間部材を介して、第2容器102とノズル120とが接続されていてもよい。
1.2 Second Container The second container 102 is a container to which the molten steel 105 is supplied from the first container 101 . As shown in FIGS. 1-3, the second container 102 has a bottom surface 102a and side walls 102b and holds molten steel 105 supplied from the first container 101. As shown in FIG. The second container 102 may further have a lid 102c. The second container 102 may have any shape and material that can hold the molten steel 105 . As shown in FIG. 1, a part of the bottom surface 102a of the second container 102 may be provided with an outlet 102ax, from which the molten steel 105 can flow out to another container (eg, mold). may be configured. The outflow port 102ax may be provided with an opening/closing mechanism for controlling the amount of outflow of the molten steel 105 . A nozzle 120 may be directly or indirectly connected to the outflow port 102ax of the second container 102 . The form of connection between the second container 102 and the nozzle 120 is not particularly limited, and can be connected by fitting, for example. The second container 102 and the nozzle 120 may be connected via some kind of intermediate member.

第2容器102は、溶鋼105を保持可能な容器であればよく、様々な形態が想定される。第2容器102は、例えば、タンディッシュであってもよいし、溶鋼鍋であってもよいし、鋳型であってもよいし(この場合、第1容器101はタンディッシュであってもよい)、溶鋼105の成分を調整するための炉であってもよい。特に、第2容器102がタンディッシュである場合に、本開示の技術を適用した場合の効果が一層顕著となる。 The second container 102 may be any container capable of holding the molten steel 105, and various forms are assumed. The second container 102 may be, for example, a tundish, a steel ladle, or a mold (in this case, the first container 101 may be a tundish). , a furnace for adjusting the composition of the molten steel 105 . In particular, when the second container 102 is a tundish, the effect of applying the technology of the present disclosure becomes even more remarkable.

図3に示されるように、第2容器102に供給された溶鋼105の液面105a上には、フラックスを含む浮上層106が存在していてもよい。フラックスとしては公知のフラックスを採用すればよい。このようにフラックスによって溶鋼105の液面105aを被覆することで、溶鋼105を外気から遮断することができる。また、フラックスによって溶鋼105中の非金属介在物を回収することができる。尚、後述するように、システム100によれば、ノズル110から流出した溶鋼105が第2容器102の底面102aに衝突することによる反転上昇流を小さく抑えることができ、溶鋼105の液面105aが乱れ難く、液面105aの乱れによるフラックスの押し退けや途切れも生じ難いことから、裸湯による再酸化の問題が生じ難い。 As shown in FIG. 3, a floating layer 106 containing flux may be present on the liquid surface 105a of the molten steel 105 supplied to the second vessel 102 . A known flux may be used as the flux. By coating the liquid surface 105a of the molten steel 105 with flux in this manner, the molten steel 105 can be shielded from the outside air. In addition, non-metallic inclusions in the molten steel 105 can be recovered by the flux. As will be described later, according to the system 100, the reversal upward flow caused by the collision of the molten steel 105 flowing out of the nozzle 110 with the bottom surface 102a of the second container 102 can be suppressed to a small level, and the liquid surface 105a of the molten steel 105 can be reduced. Disturbance is less likely to occur, and the flux is less likely to be pushed aside or interrupted due to disturbance of the liquid surface 105a, so that the problem of reoxidation due to bare hot water is less likely to occur.

1.3 ノズル
ノズル110は、第1容器101から第2容器102へと溶鋼105を流通させる。すなわち、ノズル110は、上流側である第1容器101側に流入口110aを備え、下流側である第2容器102側に流出口110bを備える。ノズル110は、上流側から下流側に向かって下向きに延在している。ノズル110は、例えば、上流側から下流側に向かって下向きに延在する筒状体(筒状単孔ノズル)であってよい。具体的には、ノズル110は、鉛直方向に中心軸を有する円筒状体であってよい。図2に示されるように、ノズル110は、流出口110bよりも上流側において最小のノズル内径Dを有し、流出口110bにおいてノズル内径Dを有する。尚、本願において「ノズル内径」とは、溶鋼105の流量を調整するための機構(スライディングゲート等の流量調整機構114)を有する場合は、当該流量調整機構114よりも下にあるノズル部分の内径をいい、当該流量調整機構114を有しない場合は、第1容器101と第2容器102との間のノズル部分の内径をいう。当該機構114における流路径は「ノズル内径」には含めない。
1.3 Nozzle The nozzle 110 distributes the molten steel 105 from the first container 101 to the second container 102 . That is, the nozzle 110 has an inlet 110a on the first container 101 side, which is the upstream side, and an outlet 110b on the second container 102 side, which is the downstream side. The nozzle 110 extends downward from the upstream side toward the downstream side. The nozzle 110 may be, for example, a cylindrical body (cylindrical single-hole nozzle) extending downward from the upstream side toward the downstream side. Specifically, the nozzle 110 may be a cylindrical body having a central axis in the vertical direction. As shown in FIG. 2, nozzle 110 has a minimum nozzle inner diameter D1 upstream of outlet 110b and a nozzle inner diameter D2 at outlet 110b. In the present application, the "nozzle inner diameter" refers to the inner diameter of the nozzle portion below the flow rate adjusting mechanism 114 when there is a mechanism for adjusting the flow rate of the molten steel 105 (flow rate adjusting mechanism 114 such as a sliding gate). means the inner diameter of the nozzle portion between the first container 101 and the second container 102 when the flow rate adjusting mechanism 114 is not provided. The channel diameter in the mechanism 114 is not included in the "nozzle inner diameter".

図3に示されるように、ノズル110の流出口110bは、第2容器102に供給された溶鋼105の液面105aよりも下方、且つ、第2容器102の底面102aよりも上方に位置している。すなわち、ノズル110は、下流側の先端部が第2容器102の溶鋼105に浸漬されている。図3に示されるように、システム100は、第2容器102の溶鋼105の液面105aからノズル110の流出口110bまでの間に距離hを有していてもよく、ノズル110の流出口110bから第2容器102の底面102aまでの間に距離hを有していてもよい。hやhの具体値やhとhとの関係は特に限定されるものではない。例えば、hは100mm以上500mm以下であってもよく、hは300mm以上900mm以下であってもよく、hとhとの比h/hは0.2以上0.7以下であってもよく、流出口110bにおけるノズル内径D(図2参照)とhとの比D/hは1.0以上3.0以下であってもよい。hやhを調整することで、後述するメカニズムによって生成した気泡105xのノズル110からの離脱等が一層抑制され易くなる。 As shown in FIG. 3, the outlet 110b of the nozzle 110 is located below the liquid surface 105a of the molten steel 105 supplied to the second container 102 and above the bottom surface 102a of the second container 102. there is That is, the nozzle 110 is immersed in the molten steel 105 in the second container 102 at its downstream end. As shown in FIG. 3, the system 100 may have a distance h 1 between the liquid level 105a of the molten steel 105 in the second vessel 102 and the outlet 110b of the nozzle 110, and the outlet of the nozzle 110 There may be a distance h2 from 110b to the bottom surface 102a of the second container 102 . The specific values of h1 and h2 and the relationship between h1 and h2 are not particularly limited. For example, h1 may be 100 mm or more and 500 mm or less, h2 may be 300 mm or more and 900 mm or less, and the ratio h1 / h2 between h1 and h2 is 0.2 or more and 0.7 or less. and the ratio D 2 /h 2 between the nozzle inner diameter D 2 (see FIG. 2) and h 2 at the outlet 110b may be 1.0 or more and 3.0 or less. By adjusting h 1 and h 2 , it becomes easier to suppress detachment from the nozzle 110 of the air bubble 105 x generated by a mechanism described later.

図2及び3に示されるように、ノズル110は、流入口110aと流出口110bとの間に、拡径部110cを有していてもよく、拡径部110cにおいて、上流側から下流側に向かってノズル内径が拡大していてもよい。拡径部110cにおける拡径率については特に限定されるものではない。拡径部110cにおいては、上流側から下流側に向かってノズル内径が直線的に拡大(単調増加にて拡大)していてもよいし、曲線的に拡大していてもよい。また、拡径部110cにおいては、上流側から下流側に向かってノズル内径が連続的に拡大していてもよいし、断続的に拡大していてもよい。また、ノズル110の全体長さに占める拡径部110cの長さの割合も特に限定されるものではない。図2及び3に示されるように、ノズル110においては、拡径部110cの下端におけるノズル内径と、流出口110bにおけるノズル内径Dとが、実質的に同じであってもよいし、互いに異なっていてもよい。 As shown in FIGS. 2 and 3, the nozzle 110 may have an enlarged diameter portion 110c between the inlet 110a and the outlet 110b. The inner diameter of the nozzle may be expanded toward it. The diameter expansion rate of the diameter expansion portion 110c is not particularly limited. In the enlarged-diameter portion 110c, the inner diameter of the nozzle may be linearly enlarged from the upstream side to the downstream side (increased monotonically), or may be curvedly enlarged. Moreover, in the enlarged diameter portion 110c, the inner diameter of the nozzle may expand continuously from the upstream side to the downstream side, or may expand intermittently. Also, the ratio of the length of the enlarged diameter portion 110c to the entire length of the nozzle 110 is not particularly limited. As shown in FIGS. 2 and 3, in the nozzle 110, the nozzle inner diameter at the lower end of the enlarged diameter portion 110c and the nozzle inner diameter D2 at the outlet 110b may be substantially the same or different from each other. may be

図2及び3に示されるように、ノズル110は、第1ノズル部111と第2ノズル部112とを有していてもよく、第1ノズル部111が、第2ノズル部112よりも上流側に設けられていてもよく、第1ノズル部111と第2ノズル部112とが、互いに接続されていてもよく、第2ノズル部112が、流出口110bを含んでいてもよく、第2ノズル部112が、ロングノズル部を含んでいてもよい。すなわち、ノズル110は、互いに異なる形状を有する第1ノズルと第2ノズルとが、接続部113を介して接続されたものであってもよい。この場合の第1ノズルと第2ノズルとの接続形態は、特に限定されるものではなく、例えば、嵌合によって接続されてもよい。尚、「ロングノズル部」とは、ロングノズルによって構成される部分をいう。ロングノズル部は、上記の関係(1)~(3)が満たされる形状を有していればよい。例えば、ロングノズル部は、上記の拡径部110cを有していてもよい。図2及び3に示されるように、ノズル部は、第2容器102とは独立して設置されるもので、第2容器102に対して固定されている必要は無い。この点、第2容器の蓋に設置及び固定される注入管と、本願にいうノズル部(ノズル)とでは、その構成が明確に異なる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the nozzle 110 may have a first nozzle section 111 and a second nozzle section 112 , the first nozzle section 111 being upstream of the second nozzle section 112 . The first nozzle portion 111 and the second nozzle portion 112 may be connected to each other, the second nozzle portion 112 may include the outlet 110b, and the second nozzle Portion 112 may include a long nozzle portion. That is, the nozzle 110 may be configured by connecting a first nozzle and a second nozzle having different shapes to each other via the connecting portion 113 . The form of connection between the first nozzle and the second nozzle in this case is not particularly limited, and for example, they may be connected by fitting. In addition, a "long nozzle part" means the part comprised by a long nozzle. The long nozzle portion may have a shape that satisfies the above relationships (1) to (3). For example, the long nozzle portion may have the enlarged diameter portion 110c described above. As shown in FIGS. 2 and 3, the nozzle part is installed independently of the second container 102 and need not be fixed to the second container 102 . In this respect, the injection pipe installed and fixed to the lid of the second container is clearly different in configuration from the nozzle section (nozzle) referred to in the present application.

図2及び3に示されるように、ノズル110が第1ノズル部111と第2ノズル部112とを有する場合、第1ノズル部111が流量調整機構114を有していてもよい。流量調整機構114の具体例としては、例えば、図2及び3に示されるようなスライディングゲートが挙げられる。すなわち、第1ノズル部111はスライディングノズルによって構成される部分であってよい。スライディングゲートにおいては、流通口を有する少なくとも一枚のスライド板114aが、溶鋼105の流通方向とは交差する方向にスライドされることで、流路径が変化し得る。或いは、流量調整機構114は、スライディングゲート以外の開閉機構であってもよい。ノズル110における流量調整機構114の形態そのものについては公知であることから、ここではこれ以上の説明を省略する。尚、上述したように、流量調整機構114における流路径は、関係(1)及び(2)にいうノズル内径には含めない。 As shown in FIGS. 2 and 3 , when the nozzle 110 has the first nozzle portion 111 and the second nozzle portion 112 , the first nozzle portion 111 may have the flow rate adjustment mechanism 114 . A specific example of the flow control mechanism 114 is a sliding gate as shown in FIGS. 2 and 3, for example. That is, the first nozzle part 111 may be a part configured by a sliding nozzle. In the sliding gate, at least one slide plate 114a having a flow port is slid in a direction crossing the flow direction of the molten steel 105, thereby changing the flow channel diameter. Alternatively, the flow rate adjustment mechanism 114 may be an opening/closing mechanism other than the sliding gate. Since the form of the flow rate adjusting mechanism 114 in the nozzle 110 is known, further explanation is omitted here. Incidentally, as described above, the diameter of the flow path in the flow rate adjusting mechanism 114 is not included in the inner diameter of the nozzle referred to in relations (1) and (2).

1.4 その他の機構
溶鋼の供給システム100は、上記の各構成に加えて、その他の機構を備えていてもよい。例えば、図2及び3に示されるように、システム100は、ノズル110の内部へと不活性ガスを吹き込む、ガス吹込機構116を有していてもよい。背景技術として上述したように、一の容器からノズルを介して他の容器へと溶鋼を供給する場合、ノズルの嵌合部等からエジェクタによってノズル内部へと外気が取り込まれる場合があるが、システム100においては、これとは別に、ノズル110の内部へと不活性ガスを意図的に吹き込む機構116が採用され得る。後述するように、本開示のシステム100においては、溶鋼105の供給中に上記関係(1)~(3)が満たされることで、ノズル110の内部にガス空間115を維持でき、且つ、ノズル110の内部における溶鋼105の液面105aにおいて、溶鋼105の流れに伴って当該ガス空間115から溶鋼105中にガスが巻き込まれ、溶鋼105中に大小様々な気泡群が生成し得る。システム100がノズル110の内部へと不活性ガスを吹き込む機構116を有することで、ノズル110の内部において上記のガス空間115を一層維持し易くなる。不活性ガスとしては、例えば、Arが挙げられる。ガス空間115における不活性ガスの圧力は特に限定されるものではないが、例えば、0.9atm以上1.1atm以下であってよい。
1.4 Other Mechanisms The molten steel supply system 100 may include other mechanisms in addition to the above configurations. For example, as shown in FIGS. 2 and 3, the system 100 may have a gas blowing mechanism 116 that blows inert gas into the interior of the nozzle 110 . As described above as the background art, when molten steel is supplied from one container to another container through a nozzle, outside air may be taken into the nozzle from the nozzle fitting portion or the like by an ejector. Alternatively, 100 may employ a mechanism 116 that intentionally blows inert gas into the interior of nozzle 110 . As will be described later, in the system 100 of the present disclosure, the relationships (1) to (3) are satisfied while the molten steel 105 is being supplied, so that the gas space 115 can be maintained inside the nozzle 110, and the nozzle 110 At the liquid surface 105a of the molten steel 105 inside the , gas is drawn into the molten steel 105 from the gas space 115 as the molten steel 105 flows, and various large and small bubble groups can be generated in the molten steel 105. Having the mechanism 116 for blowing inert gas into the nozzle 110 in the system 100 makes it easier to maintain the gas space 115 inside the nozzle 110 . Examples of inert gas include Ar. Although the pressure of the inert gas in the gas space 115 is not particularly limited, it may be, for example, 0.9 atm or more and 1.1 atm or less.

ノズル110の内部へと不活性ガスを吹き込む機構116の具体的な形態は限定されない。例えば、不活性ガス供給源(高圧の不活性ガスが充填された容器等)とノズル110とを配管等で接続することで、当該吹込機構116が構成され得る。或いは、不活性ガス供給源とノズル110よりも上流側の位置(例えば、第1容器101)とを接続して、不活性ガスが吹き込まれた溶鋼105がノズル110に流入するようにしてもよい。ただし、不活性ガス供給源とノズル110とが接続された場合のほうが、ノズル110に吹き込まれる不活性ガスの量を制御し易くなる。 A specific form of the mechanism 116 for blowing inert gas into the nozzle 110 is not limited. For example, the blowing mechanism 116 can be configured by connecting an inert gas supply source (such as a container filled with a high-pressure inert gas) and the nozzle 110 with a pipe or the like. Alternatively, the inert gas supply source may be connected to a position upstream of the nozzle 110 (for example, the first container 101) so that the molten steel 105 blown with the inert gas flows into the nozzle 110. . However, it is easier to control the amount of inert gas blown into the nozzle 110 when the inert gas supply source and the nozzle 110 are connected.

図2及び3に示されるように、ノズル110が第1ノズル部111と第2ノズル部112とを有する場合、上記の吹込機構116によって不活性ガスが吹き込まれる位置は、第1ノズル部111と第2ノズル部112との接続部113から100mmの範囲内にあってもよい。この範囲内であれば、上記の吹込機構116をノズル110に設置し易い。また、この範囲内において不活性ガスが吹き込まれることで、ノズル110の内部に上記のガス空間115を一層形成し易くなる。 As shown in FIGS. 2 and 3, when the nozzle 110 has the first nozzle portion 111 and the second nozzle portion 112, the positions to which the inert gas is blown by the blowing mechanism 116 are the first nozzle portion 111 and the second nozzle portion 112. It may be within a range of 100 mm from the connection portion 113 with the second nozzle portion 112 . Within this range, the blowing mechanism 116 described above can be easily installed in the nozzle 110 . In addition, by blowing the inert gas into this range, it becomes easier to form the gas space 115 inside the nozzle 110 .

1.5 関係(1)~(3)
溶鋼の供給システム100においては、上記したようなノズル110の内部を流れる溶鋼105の流量Q(ton/min)と、流出口110bよりも上流側にある最小のノズル内径D(mm)と、流出口110bにおけるノズル内径D(mm)とが、上記の関係(1)~(3)を満たす必要がある。
1.5 Relationships (1) to (3)
In the molten steel supply system 100, the flow rate Q (ton/min) of the molten steel 105 flowing inside the nozzle 110 as described above, the minimum nozzle inner diameter D 1 (mm) upstream of the outlet 110b, The nozzle inner diameter D 2 (mm) at the outflow port 110b must satisfy the above relationships (1) to (3).

上記の関係(3)において、流量Qは、1.0ton/min以上15.0ton/min以下である。流量Qは、1.5ton/min以上、2.0ton/min以上、2.5ton/min以上又は3.0ton/min以上であってもよく、14.0ton/min以下、13.0ton/min以下、12.0ton/min以下、11.0ton/min以下又は10.0ton/min以下であってもよい。実操業において特によく採用され、且つ、特に高い効果が得られる観点から、流量Qは、7.0ton/min以上12.0ton/min以下であってもよい。 In the above relationship (3), the flow rate Q is 1.0 ton/min or more and 15.0 ton/min or less. The flow rate Q may be 1.5 ton/min or more, 2.0 ton/min or more, 2.5 ton/min or more, or 3.0 ton/min or more, and 14.0 ton/min or less to 13.0 ton/min or less. , 12.0 ton/min or less, 11.0 ton/min or less, or 10.0 ton/min or less. The flow rate Q may be 7.0 ton/min or more and 12.0 ton/min or less from the viewpoint of being particularly well adopted in actual operation and obtaining a particularly high effect.

上記の関係(2)において、最小ノズル径Dは、30mm以上140mm以下である。最小ノズル径Dは、35mm以上、40mm以上、45mm以上又は50mm以上であってもよく、130mm以下、120mm以下、110mm以下又は100mm以下であってもよい。実操業において特によく採用され、且つ、特に高い効果が得られる観点から、最小ノズル径Dは、70mm以上120mm以下であってもよい。 In relation (2) above, the minimum nozzle diameter D1 is 30 mm or more and 140 mm or less. The minimum nozzle diameter D1 may be 35 mm or more, 40 mm or more, 45 mm or more, or 50 mm or more, and may be 130 mm or less, 120 mm or less, 110 mm or less, or 100 mm or less. The minimum nozzle diameter D1 may be 70 mm or more and 120 mm or less from the viewpoint of being particularly well adopted in actual operation and obtaining a particularly high effect.

溶鋼の供給システム100においては、上記の関係(2)及び関係(3)が満たされることを前提として、さらに、上記関係(1)が満たされることで、後述する所定の効果が発揮される。尚、システム100においては、上記関係(1)が満たされるように、ノズル径D及びDに応じて流量Qが調整されてもよいし、目的とする流量Qに応じて最適なノズルの形状(ノズル径D及びD)が選択されてもよい。 In the molten steel supply system 100, on the premise that the above relationships (2) and (3) are satisfied, furthermore, the above relationship (1) is satisfied, so that a predetermined effect described later is exhibited. In the system 100, the flow rate Q may be adjusted according to the nozzle diameters D1 and D2 so that the relationship (1) is satisfied, or an optimum nozzle flow rate may be selected according to the target flow rate Q. The geometry (nozzle diameters D 1 and D 2 ) may be selected.

1.6 作用・効果
図3に示されるように、システム100においては、ノズル110の流出口110b側のノズル内径を拡張することで、(必要であればガス吹込み機構116を介して外部より不活性ガスを導入しつつ)ノズル110内に明確な気相(ガス空間115)が形成される。ノズル110内の液面105aではガス空間115がサブミリからミリオーダーの気泡群105xとして注入流に巻き込まれる。このうち気泡径が大きいものほど水平方向に働く揚力が大きくなり、気泡105xの浮力によって注入流の下降流速、特に高流速となるノズル110の中央の流れが減速し、流れ場が均一化され易くなる。上記の関係(1)~(3)が満たされる場合、上記のガス空間115や気泡群105xの生成及び維持が容易であり、また、ノズル110から流出した気泡105xがノズル110の内部へと回収され易くなる。ノズル110の内部へと回収された気泡105xは、上記のガス空間115として機能するか、あるいはノズル110内に気泡105xのまま留まる。このように、システム100においては、ノズル110内部からの気泡105xの離脱が抑制されることで、上記の注入流の減速効果が維持され、第2容器102の底面102aに衝突後の反転上昇流も小さくなる。これにより、気泡105xが第2容器102の溶鋼105の液面105a上に浮かんだフラックスを押し退けて、溶鋼105が外気に暴露されるような事態(裸湯による再酸化の問題)が生じ難くなる。さらに、ノズル110からの吐出流速が均一化されることで、第2容器102内の溶鋼流動は流出口へと向かう栓流(プラグフロー)に近くなるため、第2容器102におけるショートパスの形成が防止され、フラックスや介在物が次工程へと持ち込まれるリスクが低減される。また、副次的な効果として、ノズル110における液面105aにて叩き込まれた気泡群105xは、ノズル110内に拘束され、ノズル110内の気相率が高くなるため、気泡105xが介在部に付着することによって、介在物が効率的に浮上除去され得る。
1.6 Functions and Effects As shown in FIG. 3, in the system 100, by expanding the inner diameter of the nozzle 110 on the outflow port 110b side, A distinct gas phase (gas space 115) is formed within the nozzle 110 (while introducing an inert gas). On the liquid surface 105a in the nozzle 110, the gas space 115 is involved in the injected flow as a group of bubbles 105x on the order of submillimeters to millimeters. Of these, the larger the bubble diameter, the greater the lift acting in the horizontal direction, and the buoyancy of the bubble 105x slows down the downward flow velocity of the injection flow, especially the flow at the center of the nozzle 110, which has a high flow velocity, and the flow field is easily made uniform. Become. When the above relationships (1) to (3) are satisfied, it is easy to generate and maintain the gas space 115 and the bubble group 105x, and the bubbles 105x flowing out of the nozzle 110 are collected inside the nozzle 110. easier to be The bubbles 105x collected inside the nozzle 110 either function as the gas space 115 described above, or remain inside the nozzle 110 as bubbles 105x. In this way, in the system 100, the bubble 105x is suppressed from leaving the inside of the nozzle 110, thereby maintaining the effect of decelerating the injection flow described above and reversing the upward flow after colliding with the bottom surface 102a of the second container 102. becomes smaller. This makes it difficult for the bubbles 105x to push away the flux floating on the liquid surface 105a of the molten steel 105 in the second container 102, thereby exposing the molten steel 105 to the outside air (problem of reoxidation due to bare metal). . Furthermore, by uniforming the discharge flow velocity from the nozzle 110, the molten steel flow in the second container 102 becomes close to a plug flow toward the outlet, so a short pass is formed in the second container 102. is prevented, and the risk of flux and inclusions being brought into the next process is reduced. In addition, as a secondary effect, the bubble group 105x hit by the liquid surface 105a in the nozzle 110 is restrained in the nozzle 110, and the gas phase rate in the nozzle 110 increases, so that the bubbles 105x are trapped in the intervening portion. By adhering, inclusions can be efficiently floated and removed.

2.鋼の連続鋳造方法
本開示の技術は、鋼の連続鋳造方法としての側面も有する。すなわち、本開示の鋼の連続鋳造方法は、上記本開示のシステム100を用いることに特徴がある。ここで、本開示の鋼の連続鋳造方法は、ノズル110の内部におけるガスの圧力が0.9atm以上1.1atm以下となるように、ノズル110の内部に不活性ガスを吹き込むこと、を含んでいてもよい。ノズル110の内部に不活性ガスを吹き込む機構の詳細については、上述した通りである。本開示の連続鋳造方法においては、例えば、第1容器101が溶鋼鍋で、第2容器102がタンディッシュであってよく、この場合、鋼の連続鋳造方法は、溶鋼鍋からノズル110を介してタンディッシュへと溶鋼105を供給すること、タンディッシュからノズル120を介して鋳型(不図示)へと溶鋼105を供給すること、及び、鋳型から鋳片を連続的に引き抜くこと、を含み得る。本開示の鋼の連続鋳造方法においては、上記のシステム100が採用されることを除いて、一般的な連続鋳造条件が採用され得る。
2. Steel Continuous Casting Method The technology of the present disclosure also has an aspect as a steel continuous casting method. That is, the continuous steel casting method of the present disclosure is characterized by using the system 100 of the present disclosure. Here, the steel continuous casting method of the present disclosure includes blowing an inert gas into the nozzle 110 so that the gas pressure inside the nozzle 110 is 0.9 atm or more and 1.1 atm or less. You can The details of the mechanism for blowing the inert gas into the nozzle 110 are as described above. In the continuous casting method of the present disclosure, for example, the first vessel 101 may be a steel ladle and the second vessel 102 may be a tundish, in which case the continuous casting method of steel is cast from the steel ladle through the nozzle 110. It may include feeding molten steel 105 to a tundish, feeding molten steel 105 from the tundish to a mold (not shown) through a nozzle 120, and continuously withdrawing a billet from the mold. In the steel continuous casting method of the present disclosure, typical continuous casting conditions may be employed, except that the system 100 described above is employed.

尚、ノズル110の内部におけるガスの圧力は、様々な方法によって測定することができる。例えば、ノズル110の一部に圧力測定用の空間を有する部材を接続し、ノズル110の内部のガス空間115と当該部材の空間とを連通させることで、当該部材の空間の圧力をノズル110の内部のガス空間115と実質的に同じものとしたうえで、当該部材の空間の圧力を測定することで、ノズル110の内部におけるガスの圧力を測定可能である。 The gas pressure inside the nozzle 110 can be measured by various methods. For example, by connecting a member having a space for pressure measurement to a part of the nozzle 110 and communicating the gas space 115 inside the nozzle 110 with the space of the member, the pressure in the space of the member can be measured by the pressure of the nozzle 110. The pressure of the gas inside the nozzle 110 can be measured by measuring the pressure in the space of the member substantially the same as the gas space 115 inside.

以下、実施例を示しつつ本発明についてさらに説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱せず、その目的を達する限りにおいては、種々の条件を採用可能とするものである。 EXAMPLES The present invention will be further described below with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples. The present invention can adopt various conditions as long as it achieves its purpose without departing from the gist thereof.

一般的に、溶鋼を含む系の観察は、観察対象が非常に高温かつ不透明であることや、粉塵の存在などを理由として極めて困難であることが知られている。そのため、通常は数値流体力学によって流動や伝熱を再現することによって可視化が試みられるが、気液二相流のように自由界面が存在する場合、異相間で密度の乖離があるうえに、界面の形状が経時的に大きく変化するため、その挙動を正確に計算するためには膨大な時間を必要とする。そこで、本発明者は慣性力と浮力との比であり下記式(4)で表されるFr数、及び、表面張力と慣性力との比率であり下記式(5)で表されるWe数が、室温での1/2スケール水モデルにおいて溶鋼系と概ね一致することを利用して、溶鋼中の気相の挙動を調査することとした。 It is generally known that observation of a system containing molten steel is extremely difficult due to the extremely high temperature and opaqueness of the object to be observed, the presence of dust, and the like. Therefore, visualization is usually attempted by reproducing flow and heat transfer using computational fluid dynamics. Since the shape of σ changes greatly over time, it takes an enormous amount of time to accurately calculate its behavior. Therefore, the present inventors found the Fr number represented by the following formula (4), which is the ratio of the inertial force to the buoyant force, and the We number, which is the ratio of the surface tension to the inertial force and is represented by the following formula (5). However, we decided to investigate the behavior of the gas phase in molten steel by utilizing the fact that the 1/2 scale water model at room temperature is roughly consistent with the molten steel system.

Figure 2023067010000004
ここで、v:代表流速(m/s)、g:重力加速度(m/s2)、l:代表長さ(m)、ρ:密度(kg/m3)を表す。
Figure 2023067010000004
Here, v: representative flow velocity (m/s), g: gravitational acceleration (m/s 2 ), l: representative length (m), ρ: density (kg/m 3 ).

図4に水モデル実験にて用いた装置の構成を概略的に示す。観察を容易にするため、ノズルと受水容器はアクリル材で製作し、ポンプとマスフローコントローラーを介して上方から所定流量の水を連続的に供給するものとした。また、受水容器は底面の四隅に排水口を備え、各々の排水口は絞り機構を備えており、流量に応じて排水量を調整して受水容器内の水位を1000mmで保持しつつ、ノズルの流出口側の先端部が100mm浸漬されるようにした。受水容器内の水位が安定したことを確認した後に、ノズル内部の水面と受水容器の水面とが概ね一致するまでガス導入口を一時的に開放することで、ノズル内部にガス空間を形成した。 FIG. 4 schematically shows the configuration of the apparatus used in the water model experiment. To facilitate observation, the nozzle and water receiving container were made of acrylic material, and water was continuously supplied from above at a predetermined flow rate via a pump and a mass flow controller. In addition, the water receiving container is provided with drain ports at the four corners of the bottom surface, and each drain port is equipped with a throttle mechanism. The tip on the outflow port side of was immersed for 100 mm. After confirming that the water level in the water receiving container has stabilized, the gas space is formed inside the nozzle by temporarily opening the gas inlet until the water surface inside the nozzle and the water level in the water receiving container roughly match. bottom.

1.気泡の観察及び評価
水の供給量(溶鋼の流量Qに換算可能)やノズルの形状(最小のノズル内径D、流出口におけるノズル内径D)を変化させて、各々、気泡の観察及び評価を行った。各条件について、上記の通りにしてノズル内部にガス空間が形成されたことで、水流による巻き込みによってノズル内部の液面から下方に気泡が生成し、当該気泡の少なくとも一部がノズルの流出口よりも下方に流出した。各条件でノズルから流出した気泡がノズル内部に回収されるか(生成した気泡がノズルから離脱してノズル外の受水容器の液面に浮上することなく、ノズルの内部に再び戻ってくるか)を10分間目視で確認し、ほぼ全量の気泡が回収されたもの(ガス空間の消失が50体積%未満であったもの)は「○」、少量の気泡の離脱があったもの(ガス空間が50体積%以上80体積%未満消失したもの)は「△」、大部分の気泡がノズルから離脱してガス空間がほぼすべて消失したもの(ガス空間が80体積%以上消失したもの)を「×」として評価した。結果を表1及び図5に示す。尚、表1中のスループットは、ノズル流入部における流れがFr数近似を満たすように換算した溶鋼系の値である。すなわち、水モデル実験における水の供給量を、溶鋼系における溶鋼の流量Qに換算した値が示されている。
1. Observation and evaluation of bubbles Observation and evaluation of bubbles by changing the amount of water supplied (can be converted to flow rate Q of molten steel) and the shape of the nozzle (minimum nozzle inner diameter D 1 , nozzle inner diameter D 2 at the outlet) did For each condition, since the gas space was formed inside the nozzle as described above, bubbles were generated downward from the liquid surface inside the nozzle due to entrainment by the water flow, and at least a part of the bubbles flowed out from the outlet of the nozzle. also flowed downwards. Whether the air bubbles flowing out from the nozzle are collected inside the nozzle under each condition (whether the generated air bubbles return to the inside of the nozzle again without leaving the nozzle and rising to the liquid surface of the water receiving container outside the nozzle) ) was visually checked for 10 minutes, and almost all of the bubbles were recovered (disappearance of the gas space was less than 50% by volume) with “○”, and a small amount of bubbles were removed (gas space 50% by volume or more and less than 80% by volume have disappeared) is "△", and most of the bubbles are separated from the nozzle and almost all of the gas space has disappeared (80% by volume or more of the gas space has disappeared) is " x” was evaluated. The results are shown in Table 1 and FIG. The throughput in Table 1 is a molten steel system value converted so that the flow at the nozzle inlet satisfies the Fr number approximation. That is, the value obtained by converting the amount of water supply in the water model experiment into the flow rate Q of molten steel in the molten steel system is shown.

Figure 2023067010000005
Figure 2023067010000005

表1及び図5に示されるように、流量Q(ton/min)と、最小のノズル内径D1(mm)と、流出口におけるノズル内径D2(mm)とが、以下の関係(1)~(3)を満たす場合に、ノズルから流出した気泡がノズル内部にほぼ全量回収された。一方で、以下の関係(1)を満たさない場合は、ガス導入口を閉鎖した直後からノズル内の気液界面で巻き込まれた気泡が吐出流に連行され、ノズル内においてガス空間が短時間しか存在せず、数秒から数十秒ほどでほぼ全量のガスがノズル外へと排出された。すなわち、以下の関係(1)~(3)を満たす場合、ノズル外の溶鋼液面への気泡の到達を抑えることができ、裸湯による溶鋼の再酸化の問題を抑制できるものと考えられる。 As shown in Table 1 and FIG. 5, the following relationships (1) to ( When 3) was satisfied, almost all of the air bubbles flowing out from the nozzle were collected inside the nozzle. On the other hand, if the following relationship (1) is not satisfied, immediately after the gas inlet is closed, air bubbles caught in the air-liquid interface in the nozzle are entrained in the discharge flow, and the gas space in the nozzle remains for only a short time. Almost all the gas was discharged out of the nozzle in several seconds to several tens of seconds. That is, when the following relationships (1) to (3) are satisfied, it is possible to suppress the arrival of bubbles to the liquid surface of molten steel outside the nozzle, and it is possible to suppress the problem of reoxidation of molten steel due to bare metal.

Figure 2023067010000006
Figure 2023067010000006

2.流速の評価
上記の気泡の生成によるショートパス発生の抑制効果を確かめるため、各条件について、ノズル中心軸上であって水面から300mmの地点で、電磁流速計による流速測定を行った。その結果、上記関係(1)を満たす場合、上記関係(1)を満たさない場合よりも、中心軸上の吐出流速が明確に低下した。すなわち、関係(1)~(3)を満たす場合、ショートパスを抑制する効果が期待でき、また、反転上昇流を抑える効果が期待でき、裸湯による溶鋼の再酸化を防止する効果が期待できる。
2. Evaluation of Flow Velocity In order to confirm the effect of suppressing the generation of short paths due to the formation of bubbles, the flow velocity was measured with an electromagnetic current meter at a point of 300 mm from the water surface on the center axis of the nozzle for each condition. As a result, when the above relationship (1) was satisfied, the discharge flow velocity on the central axis was clearly lower than when the above relationship (1) was not satisfied. That is, when the relationships (1) to (3) are satisfied, the effect of suppressing short pass can be expected, the effect of suppressing reverse upward flow can be expected, and the effect of preventing reoxidation of molten steel due to bare metal can be expected. .

100 溶鋼の供給システム
101 第1容器
101a 底面
101b 側壁
102 第2容器
102a 底面
102b 側壁
102c 蓋
105 溶鋼
105x 気泡(気泡群)
110 ノズル
110a 流入口
110b 流出口
110c 拡径部
111 第1ノズル部
112 第2ノズル部
113 接続部
114 流量調整機構(スライディングゲート)
114a スライド板
115 ガス空間
116 ガス吹込み機構
120 ノズル
REFERENCE SIGNS LIST 100 Molten steel supply system 101 First container 101a Bottom surface 101b Side wall 102 Second container 102a Bottom surface 102b Side wall 102c Lid 105 Molten steel 105x Bubbles (bubble group)
110 Nozzle 110a Inlet 110b Outlet 110c Expanded Diameter Portion 111 First Nozzle Portion 112 Second Nozzle Portion 113 Connection Portion 114 Flow Control Mechanism (Sliding Gate)
114a slide plate 115 gas space 116 gas injection mechanism 120 nozzle

Claims (8)

第1容器からノズルを介して第2容器へと溶鋼を供給するシステムであって、
前記ノズルが、上流側である前記第1容器側に流入口を備え、下流側である前記第2容器側に流出口を備え、且つ、上流側から下流側に向かって下向きに延在しており、
前記ノズルの前記流出口が、前記第2容器に供給された前記溶鋼の液面よりも下方、且つ、前記第2容器の底面よりも上方に位置し、
前記ノズルの内部を流れる前記溶鋼の流量Q(ton/min)と、前記流出口よりも上流側にある最小のノズル内径D(mm)と、前記流出口におけるノズル内径D(mm)とが、以下の関係(1)~(3)を満たす、
溶鋼の供給システム。
Figure 2023067010000007
A system for supplying molten steel from a first vessel to a second vessel through a nozzle,
The nozzle has an inlet on the upstream side of the first container, an outlet on the downstream side of the second container, and extends downward from the upstream side to the downstream side. cage,
the outlet of the nozzle is positioned below the liquid surface of the molten steel supplied to the second container and above the bottom surface of the second container;
A flow rate Q (ton/min) of the molten steel flowing inside the nozzle, a minimum nozzle inner diameter D 1 (mm) upstream of the outlet, and a nozzle inner diameter D 2 (mm) at the outlet satisfies the following relations (1) to (3),
Molten steel supply system.
Figure 2023067010000007
前記ノズルが、前記流入口と前記流出口との間に、拡径部を有し、
前記拡径部において、上流側から下流側に向かってノズル内径が拡大している、
請求項1に記載のシステム。
the nozzle has an enlarged diameter portion between the inlet and the outlet;
In the enlarged diameter portion, the inner diameter of the nozzle expands from the upstream side to the downstream side,
The system of claim 1.
前記ノズルの内部へと不活性ガスを吹き込む、吹込機構を有する、
請求項1又は2に記載のシステム。
Having a blowing mechanism for blowing an inert gas into the nozzle,
3. A system according to claim 1 or 2.
前記ノズルが、第1ノズル部と第2ノズル部とを有し、
前記第1ノズル部が、前記第2ノズル部よりも上流側に設けられ、
前記第1ノズル部と前記第2ノズル部とが、互いに接続されており、
前記第2ノズル部が、前記流出口を含み、
前記第2ノズル部が、ロングノズル部を含む、
請求項1~3のいずれか1項に記載のシステム。
The nozzle has a first nozzle section and a second nozzle section,
The first nozzle portion is provided upstream of the second nozzle portion,
the first nozzle portion and the second nozzle portion are connected to each other,
the second nozzle section includes the outlet,
wherein the second nozzle portion includes a long nozzle portion;
The system according to any one of claims 1-3.
前記第1ノズル部が、流量調整機構を有する、
請求項4に記載のシステム。
The first nozzle part has a flow rate adjustment mechanism,
5. The system of claim 4.
前記ノズルの内部へと不活性ガスを吹き込む、吹込機構を有し、
前記吹込機構によって前記不活性ガスが吹き込まれる位置が、前記第1ノズル部と前記第2ノズル部との接続部から100mmの範囲内にある、
請求項4又は5に記載のシステム。
having a blowing mechanism for blowing an inert gas into the nozzle;
A position where the inert gas is blown by the blowing mechanism is within a range of 100 mm from a connection portion between the first nozzle portion and the second nozzle portion,
6. System according to claim 4 or 5.
前記第1容器が溶鋼鍋であり、前記第2容器がタンディッシュである、
請求項1~6のいずれか1項に記載のシステム。
wherein said first vessel is a molten steel ladle and said second vessel is a tundish;
A system according to any one of claims 1-6.
請求項1~7のいずれか1項に記載のシステムを用いた鋼の連続鋳造方法であって、
前記ノズルの内部におけるガスの圧力が0.9atm以上1.1atm以下となるように、前記ノズルの内部に不活性ガスを吹き込むこと、
を含む、鋼の連続鋳造方法。
A method for continuous casting of steel using the system according to any one of claims 1 to 7,
blowing an inert gas into the nozzle so that the pressure of the gas inside the nozzle is 0.9 atm or more and 1.1 atm or less;
A method for continuous casting of steel, comprising:
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