JP2554320Y2

JP2554320Y2 - 連続鋳造用浸漬ノズル

Info

Publication number: JP2554320Y2
Application number: JP1992032102U
Authority: JP
Inventors: 勝浩笹井; 義正水上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1992-04-17
Filing date: 1992-04-17
Publication date: 1997-11-17
Anticipated expiration: 2007-04-17
Also published as: JPH0584454U

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼の連続鋳造におい
て、溶鋼をタンディッシュからモールド内へ鋳込むため
に使用されるガス吹き込み型浸漬ノズルに関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】現在、連続鋳造においては、溶鋼を酸化
させることなくタンディッシュからモールド内に供給す
るために、浸漬ノズルが利用されている。

【０００３】浸漬ノズルの材質としては、アルミナ及び
炭素を主体とし、これに２０ｗｔ％程度のシリカを含有
するものが主流となっている。

【０００４】このような浸漬ノズルでは、鋳造時間の経
過とともに鋼中析出物のアルミナ及び地金がノズル内壁
に付着し、激しい場合にはノズル閉塞を引き起こし鋳造
を停止する場合もあった。

【０００５】この問題を解決する手段の１つとして、例
えば、特公昭５８―３４６７号公報に示されるように、
浸漬ノズル内孔と同心円となる多孔質の筒状耐火物（内
孔体）を浸漬ノズル本体に内挿し、この多孔質耐火物内
壁からＡｒその他の不活性ガスを吹き込むことが知られ
ている。

【０００６】しかし、本方法により吹き込まれたＡｒガ
スは、一部モールド内で浮上中に凝固界面に捕捉され、
気泡として鋳片内に残留する。

【０００７】この気泡は、大きなものほど熱間圧延、冷
間圧延後も圧着されず、鋼板表面にふくれ欠陥として現
れる。

【０００８】ここで、ふくれ欠陥とは熱間圧延、冷間圧
延後の鋼板表面に現れる欠陥で、幅１〜４ｍｍ、長さ数
ｍｍに隆起した、あるいはこれら数ｍｍの隆起が点状に
連続し３００ｍｍにも渡って連なったものをいう。

【０００９】このふくれ欠陥は鋼板中の炭素濃度を極力
低下させた、例えば炭素濃度が５０ｐｐｍ以下の極低炭
素鋼において、製品中の固溶炭素を析出物として固定さ
せるためにＴｉを添加させた鋼種にとりわけ多く発生
し、製品歩留まりの大幅な低下を招いている。

【００１０】そこで、浸漬ノズルの閉塞防止を確実に享
受しつつ、ふくれ欠陥の発生を抑制するために、溶鋼ト
ン当たり４Ｎｌ以下に制限したＡｒと残余Ｎ₂との混合
ガスを用い、鋳片内部に捕捉されるガス気泡に基づく１
ｍｍφ以上のピンホール数をトン当たり１０個以内に低
減させる方法（特開昭６２―３８７４７号公報）が報告
され効果を発揮している。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、浸漬ノ
ズルからＮ₂ガスを吹き込んだ場合には、特に鋳造速度
が速くなりりＮ₂気泡が鋳片の奥深くまで持ち込まれ溶
鋼との接触時間が長くなると、溶鋼中に吸収され、既に
存在する以上に溶鋼中窒素濃度が増加する。

【００１２】この窒素成分は、薄鋼板の加工性、成形性
に支障をきたす恐れがあり、極力低いほうが好ましい。

【００１３】したがって、鋼材特性の一層の向上が望ま
れる今日にあっては、窒素濃度が現状以上に増加した場
合には、材質を確保するために添加合金の量が増加し、
精錬上のコスト増加をまぬがれない。

【００１４】これらの問題点を鑑み、本発明は、ノズル
閉塞の防止に必要なガス吹き込み流量を確保した上で、
大幅な精錬コストの増加もなく、また鋼材の材質を損ね
ることなく、常に安定してふくれ欠陥のない加工用鋼板
素材を鋳造できる連続鋳造用浸漬ノズルを提供すること
を目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本考案は、アルミナ黒鉛
質ガス吹き込み型連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、ガス
吹き込み部にあたる内孔体のＳｉＯ₂含有率５％以下に
し、且つ内孔体厚みを５〜１０ｍｍとしたことを特徴と
する連続鋳造用浸漬ノズルに関するものである。

【００１６】

【作用】考案者等は、ノズル閉塞を防止するための浸漬
ノズルからのＡｒガス吹き込みは従来どうり積極的に実
施し、その上でふくれ欠陥につながらない熱延、冷延鋼
板用鋳片を鋳造できる連続鋳造用浸漬ノズルの研究開発
を続けてきた。

【００１７】鋳片内に捕捉された気泡は、大きなものほ
ど熱間圧延、冷間圧延後にふくれ欠陥につながり易い。

【００１８】そこで、本考案者等は浸漬ノズル内孔体の
劣化によるＡｒ気泡径の粗大化がふくれ欠陥発生の原因
と考え、特に欠陥発生率の高いＴｉを含有する極低炭素
鋼を鋳造した浸漬ノズルについて詳細な調査を行った。

【００１９】なお、浸漬ノズル内孔体の組成はシリカ２
６ｗｔ％、黒鉛２４ｗｔ％、アルミナ５０ｗｔ％であ
る。

【００２０】水中でのＡｒガス吹き込み試験では、未使
用内孔体の平均気泡径が０．３ｍｍであるのに対し、Ｔ
ｉを含有する極低炭素鋼を鋳造した内孔体では平均気泡
径が２．０ｍｍにも達していた。

【００２１】また、気泡径が粗大化する原因を明らかに
するために浸漬ノズルから内孔体部を切り出し、溶鋼接
触面の組織観察及びＥＰＭＡによる面分析を行った。

【００２２】これにより、内孔体中に含まれているシリ
カが溶鋼中のＴｉにより間接的に還元され、組織中から
消失することで、Ａｒ気泡径が粗大化していることを見
出した。

【００２３】ここで、間接的な反応とは、（１）、
（２）、（３）式で示されるような反応で、シリカが耐
火物中に共存する黒鉛

【００２４】耐火物中

【００２５】

【化１】

【００２６】耐火物／溶鋼界面

【００２７】

【化２】

【００２８】

【化３】

【００２９】と反応しＳｉＯガスとＣＯガスを生成し、
これらガスが溶鋼中のＴｉにより還元されるものであ
る。

【００３０】したがって、Ｔｉを含有する極低炭素鋼に
発生するふくれ欠陥を防止するためには内孔体中のシリ
カ含有率を低減し、（１）式の反応を抑制することが有
効となる。

【００３１】しかしながら、シリカを含有しない浸漬ノ
ズル内孔体はシリカ消失に伴う気孔率・気孔径の増大が
ないため、Ａｒガス吹き込み圧力は高いまま維持され
る。

【００３２】このため、パウダーによるノズル本体外周
の溶損が進行する連々鋳後半で、ガス吹き込み圧力に耐
えきれずノズル外周に縦割れが発生する。

【００３３】また、従来から、低膨張性のシリカは耐ス
ポーリング性を確保する目的で浸漬ノズルに使用されて
きた。

【００３４】このため、単純に内孔体のシリカ含有率を
低減させると、耐スポーリング性の劣化を招くと共に、
Ａｒガス吹き込み圧力に起因する縦割れが発生する。

【００３５】そこで、本考案者等はノズル本体への負荷
を小さくし、割れ発生を防止する方法について検討を行
った結果、図１に示す浸漬ノズルの内孔体厚みを５〜１
０ｍｍの範囲にすることでノズル縦割れを完全に防止で
きることを見出した。

【００３６】浸漬ノズルのＡｒガス吹き込み圧力ΔＰ
（ｋｇｆ／ｃｍ²）は、内孔体厚みＬ（ｃｍ）、Ａｒガ
ス流量Ｑ（Ｎｌ／ｍｉｎ）、気孔率ε（％）及び気孔径
ｄ（ｃｍ）の関数として（４）式で与えられる。なお、
Ａはノズル形状等により決まる定数である。

【００３７】

【数１】

【００３８】浸漬ノズル内孔体１の気孔率・気孔径の増
大は、Ａｒ気泡径の拡大、さらにはふくれ欠陥の発生に
繋がるため好ましくない。また、Ａｒ流量も操業条件に
より決まるため変更することはできない。

【００３９】このため、Ａｒ吹き込み圧力ΔＰを小さく
しノズル本体への負荷を軽減するためには、内孔体厚み
Ｌを薄くする必要がある。

【００４０】従来、内孔体厚みＬは鋳造に伴う強度低下
を考慮して１２ｍｍ以上に設定されていた。

【００４１】しかし、内孔体１のシリカを低減したこと
により組織の劣化がないため、内孔体強度は従来材より
も向上する。詳細な検討を行ったところ、内孔体厚みは
５ｍｍ程度まで薄肉化できることが分かった。

【００４２】また、ノズル本体２の耐え得る圧力Ｐ_max
（ｋｇｆ／ｃｍ²）は割れ発生の応力σ_max（ｋｇｆ／ｃ
ｍ²）を用いて（５）式で求められる。ここで、ａとｂ
は各々ノズル本体２の内径と外径である。

【００４３】

【数２】

【００４４】（５）式から明らかなように、ノズル本体
２の内径ａを小さくして厚肉化すればノズル強度Ｐ_max
は大きくなることが分かる。

【００４５】浸漬ノズル内孔体１の内径ｒは必要な溶鋼
供給量により、ノズル本体２の外径ｂはモールドの厚み
により決められているため、これらを変更することはで
きない。

【００４６】したがって、内孔体厚みＬを薄くすること
は、内孔体１の外径Ｒとノズル本体２の内径ａを小さく
することに他ならない。その結果、ノズル本体２は厚肉
化され、（５）式により必然的に強度が向上する。

【００４７】したがって、内孔体厚みを５ｍｍ以上の範
囲で薄肉化することは、Ａｒガス吹き込み圧力の低下と
ノズル強度向上の両面から有効な方法である。

【００４８】次に、内孔体厚みの上限について述べる。
内孔体のシリカを低減したノズルでは気孔率ε・気孔径
ｄの増大がないため、（４）式から分かるようにＡｒガ
ス吹き込み圧力ΔＰは高いまま維持される。

【００４９】これに対し、連々鋳の進行に伴いノズル外
径ｂが溶損により減少するため、（５）式から分かるよ
うにノズル本体の強度Ｐ_maxは小さくなる。

【００５０】その結果、内孔体厚みを１２ｍｍ以上に設
定しノズル本体厚みを薄くした場合、連々鋳後半でΔＰ
＞Ｐ_maxの条件になり易くノズルに割れが発生する。

【００５１】連々鋳後半で前記割れ発生条件を満たさな
いための必要最小限のノズル本体厚みを確保するために
は、種々の検討の結果内孔体厚みを１０ｍｍ以下にする
ことが不可欠であることを見いだした。

【００５２】なお、従来ノズルでは、連々鋳後半でシリ
カ消失に基づく気孔率・気孔径ｄの増大により、Ａｒガ
ス吹き込み圧力ΔＰも低下するため、内孔体厚みが１２
ｍｍ以上であっても割れ発生の条件ΔＰ＞Ｐ_maxを満た
すことはない。

【００５３】したがって、内孔体中のシリカを低減する
と共に、内孔体の厚みを従来より小さい５〜１０ｍｍの
範囲にすることで、ノズル強度増とＡｒ吹き込み圧力低
減の両効果が得られ、ノズルの割れ発生を防止できる。

【００５４】以上の結果から、本考案により、割れ発生
を防止すると共に、気孔径拡大が抑制され微細な気泡を
安定して吹き込むことができるため、ふくれ欠陥防止に
非常に有効な浸漬ノズルを提供できる。

【００５５】本考案において、内孔体にはふくれ欠陥防
止の観点からシリカを含有しないことが好ましいが、必
要な場合には５ｗｔ％以下に限って添加しても良い。

【００５６】これは、シリカ含有率が５ｗｔ％以下であ
れば、反応速度が非常に遅くなること、さらにシリカが
全て消失しても気泡径が大きくする程気孔率や気孔径が
増大しないためである。

【００５７】アルミナは耐蝕性を付与する役割を持ち、
内孔体への好ましい配合率は３０〜８０ｗｔ％である。
３０ｗｔ％未満では耐蝕性が不十分で、８０ｗｔ％を超
えると熱膨張率が大きくなり耐スポーリング性が低下す
る。

【００５８】黒鉛は成形性及び耐スポーリング性に優れ
ていることから、内孔体には耐蝕性を低下させない範囲
で黒鉛を添加する。内孔体への黒鉛の配合範囲について
は５〜４０ｗｔ％程度が好ましい。

【００５９】５ｗｔ％未満では成形性及び耐スポーリン
グ性が低下し、４０ｗｔ％を超えると黒鉛の酸化や溶鋼
中への溶出により耐蝕性が低下する。また、高熱伝導率
のためノズル詰まりを生ずる恐れもある。

【００６０】浸漬ノズル内孔体の基本的な構成成分は以
上であるが、この他にもノズル材質への添加物として既
に知られている材料を、本発明の効果を損なわない範囲
で含有させてもよい。

【００６１】その材料としては、例えば炭化珪素、ジル
コニア、ジルコン、各種金属粉等である。

【００６２】これら構成成分から成る耐火物を用いて、
ノズル内孔体を構成する際、ノズル本体に関しても同一
材料を使用することが望ましいが、溶鋼と接触しない部
分に関しては、従来のシリカを含有する組成の材料を用
いることもでき、また両者の中間的な材質を介在させる
ことも可能である。

【００６３】

【実施例】以下に、実施例及び比較例を挙げて、本考案
について説明する。

【００６４】第１表に示した原料含有物に樹脂バインダ
ーとしてフェノール樹脂を外掛けで１５ｗｔ％添加して
混練し、アイソスタティックプレスを用いて１．０ｔ／
ｃｍ²の圧力でノズル形状に成形した。

【００６５】

【表１】

【００６６】さらに、この成形体を１２００℃の温度で
還元焼成し、連続鋳造用ガス吹き込み型浸漬ノズル（外
径１８５ｍｍφ、内径９０ｍｍφ、吐出孔径７０ｍｍ
φ、吐出孔角度３５度の逆Ｙ型ノズル）を作製した。

【００６７】このようにして得られた浸漬ノズルを用い
て、Ｔｉを０．０８ｗｔ％含有する炭素濃度３０ｐｐｍ
の極低炭素鋼を４００分間鋳造した。この際、Ａｒガス
吹き込み流量は溶鋼トン当たり６Ｎｌ一定とした。

【００６８】本考案の実施例及び比較例とも鋳造寸法
は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍで、８５００ｍｍ
長さに切断して１コイル単位とした。

【００６９】このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧
延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイル
の冷延鋼板とした。

【００７０】ふくれ欠陥防止に対する浸漬ノズル耐火物
の評価は、水中でのＡｒ吹き込み試験により得られた気
泡径と、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、１
コイル当たりに発生するふくれ欠陥の個数（ふくれ欠陥
指標）により評価した。

【００７１】また、浸漬ノズルの割れ発生については浸
漬ノズルに亀裂が生じた時間を指標として評価した。

【００７２】第２表に、実施例及び比較例の品質評価結
果を示す。

【００７３】

【表２】

【００７４】第２表に示す如く、実施例では内孔体のシ
リカ含有率を５ｗｔ％以下とし、且つ内孔体厚みを５〜
１０ｍｍにしたことで、耐スポーリング性低下による割
れ発生もなく、常に安定してふくれ欠陥を防止できた。

【００７５】これに対し、比較例１は内孔体のシリカ含
有率が高かったため、Ａｒ気泡径が拡大しふくれ欠陥が
多発した。しかし、浸漬ノズルには割れ発生はなかっ
た。

【００７６】また、比較例２は内孔体の厚みが薄過ぎた
ため、シリカを含有しない状態でも鋳造後半で強度が低
下し、内孔体に亀裂が発生した。また、内孔体の亀裂部
からＡｒガスが流れたため気泡径が大きくなりふくれ欠
陥が多発した。

【００７７】さらに、比較例３では、逆に内孔体厚みが
厚すぎたため、Ａｒガス吹き込み圧力が高くなり、ノズ
ル本体側が耐えきれず浸漬ノズル外周のパウダー溶損部
に縦亀裂が発生した。この場合、ふくれ欠陥は発生しな
かった。

【００７８】

【考案の効果】以上に説明したように、本考案の連続鋳
造用浸漬ノズルによれば、耐蝕性及び耐スポーリング性
を確保した上で、内孔体から微細な気泡を安定して吹き
込むことができる。

【００７９】したがって、ふくれ欠陥の防止に留まら
ず、気泡による介在物の浮上分離効果及びノズル閉塞の
防止効果をより効率的に行うことができる。

【００８０】以上の効果により、連続鋳造法で製造され
る鋼板の品質は非常に安定し、歩留まりも格段に向上す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】浸漬ノズルの概略を示し、本考案を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１浸漬ノズル内孔体２浸漬ノズル本体

Claims

(57)【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】アルミナ黒鉛質ガス吹き込み型連続鋳造
用浸漬ノズルにおいて、ガス吹き込み部にあたる内孔体
のＳｉＯ₂含有率５％以下にし、且つ内孔体厚みを５〜
１０ｍｍとしたことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズ
ル。