JP2024099390A - 連続鋳造用ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】ストッパーに嵌合する条件で使用される外挿式の連続鋳造用ノズルにおいて、貫通孔から吐出するガスの吐出量が低下することを抑制する。【解決手段】溶鋼の連続鋳造において溶鋼の流量を制御するストッパーＢの下方に位置してストッパーＢと嵌合すると共に溶鋼容器の外側から着脱される外挿式の連続鋳造用ノズルＡであって、溶鋼が通過する内孔１１を上下方向に有する耐火物からなるノズル本体１を備える。ノズル本体１は、ストッパーＢと嵌合する嵌合部１２１を含むと共に内孔１１の径がノズル本体１の上端に向けて拡大する拡径部１２と、拡径部１２の下端から下方に向けて連続すると共に内孔１１がストレート状であるストレート部１３とを一体的に有する。ガスプール１４をストレート部１３にのみ設け、ガスプール１４と連通し拡径部１２からガスを吐出する貫通孔１５をノズル本体１に設けた。【選択図】図１

Description

本発明は、溶鋼の連続鋳造において、タンディッシュなどの溶鋼容器から溶鋼を排出する際の流量制御を行うストッパーに嵌合する連続鋳造用ノズルに関する。

溶鋼の連続鋳造において、ストッパーと連続鋳造用ノズルのノズル本体との嵌合部を含む嵌合領域には、アルミナ等の介在物が付着して流量制御が困難になることがある。このような嵌合領域への介在物付着防止対策として、例えば特許文献１には、ノズル本体に設けたガスプールと連通する貫通孔から嵌合領域へガスを吐出する貫通孔式の連続鋳造用ノズルが開示されている。

ところで、連続鋳造用ノズルは、タンディッシュなどの溶鋼容器への着脱方式において例えば特許文献２の段落０００３にも示されているように、溶鋼容器の外側から着脱する「外挿式」と、溶鋼容器の内側から着脱する「内挿式」と大別される。「外挿式」の場合、溶鋼容器の外側から着脱できるようにするため、ノズル本体はその外径が上方に向かうにつれて縮小する形状を有し、「内挿式」の場合、溶鋼容器の内側から着脱できるようにするため、ノズル本体はその外径が下方に向かうにつれて縮小する形状を有する。すなわち、特許文献１に開示されている連続鋳造用ノズルは「内挿式」である。

特開２０２０－１４６７０２号公報 特開平１０－３０５３５７号公報

本発明者らが、外挿式の連続鋳造用ノズルにおいてノズル本体にガスプールと貫通孔を設け、ストッパーに嵌合する条件で試験を重ねたところ、貫通孔から吐出するガスの吐出量が低下する現象が散見された。

本発明が解決しようとする課題は、ストッパーに嵌合する条件で使用される外挿式の連続鋳造用ノズルにおいて、貫通孔から吐出するガスの吐出量が低下することを抑制することにある。

本発明者らが、貫通孔から吐出するガスの吐出量が低下する現象の見られた連続鋳造用ノズルを回収しその断面等を調査したところ、ストッパーとの嵌合部を含むノズル本体上部に亀裂の発生が見られ、この亀裂が貫通孔又はガスプールにつながることでガス漏れが生じ、結果としてガスの背圧が低下しガスの吐出量が低下する現象が発生することがわかった。また、このような現象は「外挿式」の場合に特に発生しやすいこともわかった。すなわち「外挿式」の場合、ノズル本体はその外径が上方に向かうにつれて縮小する形状を有するため、ストッパーとの嵌合部を含むノズル本体上部では耐火物の厚みが特に薄くなり、その結果、亀裂が発生しやすくなる。

このような現状分析に基づき本発明者らは、上記課題を解決するためには、ガスプールをストッパーとの嵌合部を含むノズル本体上部（後述する「拡径部」）には設けず、その下方（後述する「ストレート部」）にのみ設けることが有効であるとの知見を得、本発明を完成させるに至った。

すなわち、本発明の一観点によれば次の連続鋳造用ノズルが提供される。
溶鋼の連続鋳造において溶鋼の流量を制御するストッパーの下方に位置して前記ストッパーと嵌合すると共に溶鋼容器の外側から着脱される外挿式の連続鋳造用ノズルであって、
溶鋼が通過する内孔を上下方向に有する耐火物からなるノズル本体を備え、
前記ノズル本体は、前記ストッパーと嵌合する嵌合部を含むと共に前記内孔の径が前記ノズル本体の上端に向けて拡大する拡径部と、前記拡径部の下端から下方に向けて連続すると共に前記内孔がストレート状であるストレート部とを一体的に有し、ガスプールを前記ストレート部にのみ設け、
前記ガスプールと連通し前記拡径部からガスを吐出する貫通孔を前記ノズル本体に設けている、連続鋳造用ノズル。

本発明によれば、ストッパーに嵌合する条件で使用される外挿式の連続鋳造用ノズルにおいて、貫通孔から吐出するガスの吐出量が低下することを抑制することができる。

本発明の一実施形態である連続鋳造用ノズルの上下方向断面図。 従来の連続鋳造用ノズルの上下方向断面図。

図１に、本発明の一実施形態である連続鋳造用ノズルを上下方向断面によって示している。同図に示す連続鋳造用ノズルＡは、溶鋼容器であるタンディッシュの外側（下側）から着脱される外挿式の上ノズルであり、溶鋼の連続鋳造においてタンディッシュから鋳型に溶鋼を排出する際の流量制御を行うストッパーＢに嵌合するものである。

この上ノズルＡは、耐火物からなるノズル本体１を備え、ノズル本体１は溶鋼通過経路である内孔１１を上下方向に有する。ここで、上下方向とは内孔１１の中心軸１１１に沿った方向のことをいい、上下方向断面とは内孔１１の中心軸１１１に沿った断面のことをいう。

上ノズルＡにおいてノズル本体１は、拡径部１２とストレート部１３とを一体的に有する。すなわち、拡径部１２及びストレート部１３は耐火物の一体成形により一体的に形成されている。このうち拡径部１２は、ストッパーＢと嵌合する嵌合部１２１を含み、内孔１１の径がノズル本体１の上端に向けて拡大する形状を有する。またストレート部１３は、拡径部１２の下端１２２から下方に向けて連続しており、内孔１１がストレート状の形状となっている。ここで、内孔１１がストレート状とは、上下方向断面において内孔１１が直線によって画定される形状のことをいい、必ずしも内孔１１の径が一定であることを要しない。例えば、内孔１１を形成する際、一般的に芯棒を使用して成形し成形後、芯棒を引き抜くところ、この芯棒の引抜を容易にするために芯棒を下方に向けて拡径するテーパー形状とすることがあり、その場合、内孔１１の径も下方に向けてテーパー状（直線的）に拡大するが、このような形状もストレート状という。一方、拡径部１２では、上下方向断面において内孔１１が曲線によって画定されている。したがって、ノズル本体１において拡径部１２とストレート部１３とは明確に区別することができる。

ここで、上ノズルＡは「外挿式」であるため、ノズル本体１はその外径が上方に向かうにつれて縮小するいわゆるテーパー状の形状を有する。そのため、ノズル本体１の上部である拡径部１２では、耐火物の厚みが上方に向かうにつれて特に薄くなっている。

一方、ストレート部１３にはガスプール１４が設けられている。より正確に説明すると、ガスプール１４はストレート部１３にのみ設けられ、拡径部１２には設けられていない。上述の通り拡径部１２では、耐火物の厚みが上方に向かうにつれて特に薄くなっているからである。すなわち上ノズルＡでは、空隙であり亀裂発生の起点となり得るガスプール１４をストレート部１３にのみ設け、耐火物の厚みの薄い拡径部１３には設けないことで、拡径部１２に亀裂が発生することを抑制することができる。他の観点からいうと上ノズルＡでは、拡径部１３にガスプール１４が存在しないことから拡径部１３の構造強度が高くなり、その結果、拡径部１３に亀裂が発生することを抑制することができる。
なお、上ノズルＡにおいてガスプール１４は、内孔１１を囲むようにノズル本体１の周方向の全周にわたって設けているが、必ずしも全周にわたって設ける必要はなく周方向の一部に設けてもよい。

ノズル本体１には、ガスプール１４と連通し拡径部１２からガスを吐出する貫通孔１５が設けられている。本実施形態において貫通孔１５は、ノズル本体１の周方向に沿って等間隔に複数設けている。またノズル本体１には、ガスプール１４と連通しガスプール１４へガスを導入するガス導入孔１６が設けられている。

以上の構成を有する上ノズルＡにおいてガスは、ガス導入孔１６からガスプール１４へ導入され、貫通孔１５を経由して拡径部１２から溶鋼内へ吐出される。このとき上ノズルＡでは上述の通り、空隙であり亀裂発生の起点となり得るガスプール１４をストレート部１３にのみ設け、耐火物の厚みの薄い拡径部１２には設けていないことから拡径部１２に亀裂が発生することを抑制することができる。これにより、ガスの背圧が低下し貫通孔１５から吐出するガスの吐出量が低下することを抑制することができる。

ここで、ガスプール１４の上端１４１は、ストレート部１３の上端１３１を基準として下方の１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内にあることが好ましい。ガスプール１４の上端１４１がストレート部１３の上端１３１を基準として下方の１０ｍｍ以上の位置にあることで、空隙であり亀裂発生の起点となり得るガスプール１４の拡径部１２への影響が軽減され、拡径部１２に亀裂が発生することを更に抑制することができる。また、ガスプール１４の上端１４１がストレート部１３の上端１３１を基準として下方の１００ｍｍ以下の位置にあることで、貫通孔１５の長さを短くすることができ、これにより貫通孔１５の形成が容易となると共に貫通孔１５の圧力損失を軽減することができる。
なお、ストレート部１３の上端１３１は、拡径部１２の下端１２２でもあり、言い換えると拡径部１２とストレート部１３の境界である。

本発明の実施例として図１に示した上ノズルＡを実操業（溶鋼の連続鋳造）に供した。また比較例として、図２に示す上ノズルＡ’も実操業に供した。この比較例の上ノズルＡ’は実施例の上ノズルＡにおいてガスプール１４の上端１４１を拡径部１２まで伸ばしたもので、それ以外の構成は実施例の上ノズルＡと同じである。なお、実施例の上ノズルＡにおいてガスプール１４は、その上端１４１がストレート部１３の上端１３１から下方へ３５ｍｍの位置となるように設けた。

実操業中、実施例の上ノズルＡ及び比較例の上ノズルＡ’においてそれぞれ、ガスの背圧及び吐出量を監視したところ、実施例の上ノズルＡでは背圧及び吐出量の低下は見られなかった。一方、比較例の上ノズルＡ’では背圧及び吐出量の低下が見られた。また、実操業終了後、各上ノズルＡ，Ａ’を回収して断面観察を行ったところ、実施例の上ノズルＡでは亀裂の発生は見られなかった。一方、比較例の上ノズルＡ’では図２に概念的に示しているように、ガスプール１４を跨ぐような亀裂Ｃの発生が見られた、このような亀裂の発生が背圧及び吐出量の低下の原因であると考えられる。

Ａ、Ａ’ 上ノズル（連続鋳造用外挿式上ノズル）
Ｂ ストッパー
Ｃ 亀裂
１ ノズル本体
１１ 内孔
１１１ 内孔の中心軸
１２ 拡径部
１２１ ストッパーとの嵌合部
１２２ 拡径部の下端
１３ ストレート部
１３１ ストレート部の上端
１４ ガスプール
１４１ ガスプールの上端
１５ 貫通孔
１６ ガス導入孔

すなわち、本発明の一観点によれば次の連続鋳造用ノズルが提供される。
溶鋼の連続鋳造において溶鋼の流量を制御するストッパーの下方に位置して前記ストッパーと嵌合すると共に溶鋼容器の外側から着脱される外挿式の連続鋳造用ノズルであって、
溶鋼が通過する内孔を上下方向に有する耐火物からなるノズル本体を備え、
前記ノズル本体は、前記内孔の径が前記ノズル本体の上端に向けて拡大する拡径部と、前記拡径部の下端から下方に向けて連続すると共に前記内孔がストレート状であるストレート部とを一体的に有し、
前記拡径部は、前記ストッパーと接触する嵌合部を含み、
ガスプールを前記ストレート部にのみ設け、
前記ガスプールと連通し前記拡径部から前記内孔の方向にガスを吐出する貫通孔を前記ノズル本体に設けている、連続鋳造用ノズル。

Claims (2)

1. 溶鋼の連続鋳造において溶鋼の流量を制御するストッパーの下方に位置して前記ストッパーと嵌合すると共に溶鋼容器の外側から着脱される外挿式の連続鋳造用ノズルであって、
   溶鋼が通過する内孔を上下方向に有する耐火物からなるノズル本体を備え、
   前記ノズル本体は、前記ストッパーと嵌合する嵌合部を含むと共に前記内孔の径が前記ノズル本体の上端に向けて拡大する拡径部と、前記拡径部の下端から下方に向けて連続すると共に前記内孔がストレート状であるストレート部とを一体的に有し、
   ガスプールを前記ストレート部にのみ設け、
   前記ガスプールと連通し前記拡径部からガスを吐出する貫通孔を前記ノズル本体に設けている、連続鋳造用ノズル。
2. 前記ガスプールの上端が、前記ストレート部の上端を基準として下方の１０ｍｍ以上１００ｍｍ以下の範囲内にある、請求項１に記載の連続鋳造用ノズル。

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