JP2901983B2 - 連続鋳造用イマージョンノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ 本発明は連続鋳造におけるイマージョンノズルの上部
に設けられたスライディングノズルによる溶鋼の絞り注
入において、イマージョンノズル内を流下する溶鋼の偏
流を低減することができるようにした連続鋳造用イマー
ジョンノズルに関するものである。

＜従来の技術＞ 従来、連続鋳造におけるタンディッシュから鋳型への
溶鋼注入は例えば第７図に示すようにタンディッシュ１
の底部に設けられたスライディングゲート２の開度（溶
鋼流の断面）を制御しつつスライディングゲート２の下
部に位置するイマージョンノズル３の先端部を鋳型４内
の溶鋼５中に浸漬させた状態で行っている。

タンディッシュ１の下部には上ノズル８が設けられて
おり、上ノズル８の下部にはそれぞれ同一寸法の円形開
孔を有する固定プレート2a,スライディングゲート2bお
よび下プレート2cの３層のプレートで構成されたスライ
ディングゲート２が取付けられており、イマージョンノ
ズル３がその下部に連結されている。なお、固定プレー
ト2aとスライディングプレート2bの２層で構成されるス
ライディングゲート２の下部にイマージョンノズル３を
連設するタイプのものもある。

イマージョンノズル３には溶鋼が流下する断面円形の
内孔６が設けてあり、この内孔６は下端部に設けられた
ほぼ水平方向に開口する複数個の吐出孔７に連通してい
る。

上記のようにスライディングゲート２による溶鋼５の
鋳込み速度の制御においては、スライディングゲート２
を全開として溶鋼５を注入することはなくほとんどの場
合、第７図に示すようスライディングプレート2bを絞っ
た状態すなわち絞り注入により溶鋼５の鋳込み速度を制
御している。

スライディングゲート２を全開にして注入すれば内孔
６内を流下する溶鋼流は均一になるが、絞り注入を行う
と構造上どうしてもスライディングゲート２を開き始め
る位置側に注入される溶鋼流速が小さく反対側が大きく
なり偏流することになる。このためイマージョンノズル
３の内孔６内を流下する溶鋼５の流速は開き始める位置
側が大きく、その反対側が小さくなって偏流しつつ吐出
孔７から鋳型４中に鋳込まれるので吐出流速に大小のア
ンバランスが生じる。

第８図は鋳型４内への吐出流が偏流により大小アンバ
ランスが生じた状況を模式的に示したものであり、第８
図（ａ）はブルーム連鋳において鋳型４に注入された溶
鋼流速が４孔型イマージョンノズル３の吐出孔７のうち
２孔から大きく残りの２孔から小さい吐出流が生じた場
合を、また第８図（ｂ）はスラブ連鋳において２孔型イ
マージョンノズル３の吐出孔７のうち一方から大きく、
他方から小さい吐出流速が生じた場合をそれぞれ示して
いる。

上記のよう内孔６内の溶鋼偏流により吐出孔７から注
入される溶鋼吐出流速が大きい側では鋳型４の内壁面に
激しく衝突した後、溶鋼５は上方および下方に勢いよく
分流することになる。

かくして流動の強い上昇流は第７図に示すように湯面
の盛上がりを生起して湯面上のパウダ９が鋳型４の内壁
面へ供給されるのを阻害して供給不足をもたらしシェル
10の形成が不均一となり、鋳造される鋳片の湯じわや割
れ発生の原因になる。

また流動の強い下降流は、溶鋼５の深くまで達するの
で非金属介在物の浮上を妨げ鋳片の非金属介在物性欠陥
をもたらす原因となる。

一方、吐出孔７からの溶鋼吐出流速が小さい側では鋳
型４の内壁面への衝突が弱いため上記のような問題点は
起こらないが、吐出孔７内の溶鋼流速が小さいため吐出
孔７へのアルミナ等の脱酸生成物が付着し易く、ノズル
閉塞を起こして多連々鋳造の実施を困難とし生産性を害
すると共に耐火物コストの増加を伴うという問題点があ
る。

上記のようにイマージョンノズル３に生じた内孔６内
の偏流により複数個の吐出孔７からの溶鋼吐出流速に大
小の差が生じると連続鋳造の操業に支障があるばかりで
なく鋳片の品質悪化を招き好ましくない。

そこで、連続鋳造におけるスライディングゲートによ
る溶鋼の絞り注入において、イマージョンノズル内の溶
鋼偏流を防止すべく実開昭56−95465号公報にはイマー
ジョンノズルの外周に電磁攪拌装置を付設して溶鋼流の
偏流に対して逆方向の攪拌力を付与して偏流を相殺する
技術が開示されている。

しかるに上記公報に開示されている従来技術はイマー
ジョンノズルの耐火物を通して流下する溶鋼を電磁攪拌
するため装置が大掛かりとなり設備費が掛かる。また鋳
型内溶鋼のメニスカスからの熱輻射に対処する防護手段
が必要であり、工程的な連続使用は非常に困難であると
共に電力消費量の増加にもつながるという問題点があ
る。

またイマージョンノズルの内孔にテーパを付与するも
のとして例えば実願昭55−21167号および実願昭48−120
337号公報が開示されているが、いずれも下方になるに
従って均等に広がって行くテーパを有するものであり、
絞り注入による偏流防止を目的としたものではなく、そ
の趣旨を異にしたものである。

＜発明が解決しようとする課題＞ 本発明は上記従来技術の問題点を解消し、連続鋳造に
おけるイマージョンノズルの上部に設けられたスライデ
ィングゲートによる溶鋼の絞り注入において、イマージ
ョンノズルの内孔内を流下する溶鋼の偏流を防止し、複
数個の吐出孔より吐出される溶鋼流をバランスさせるこ
とができる連続鋳造用イマージョンノズルを提供するこ
とを目的とするものである。

＜課題を解決するための手段＞ 上記目的を達成するための本発明の要旨は、連続鋳造
におけるイマージョンノズルの上部に設けられたスライ
ディングゲートによる溶鋼の絞り注入に際し、上記のス
ライディングゲートが開き始める位置側に相当するイマ
ージョンノズル内孔の上端部から下端部または中途部か
ら下端部にかけて下記式で定まる内孔断面絞り込み量Ｄ
が45％≦Ｄ≦90％の範囲になるように下狭まりの直線状
もしくは曲線状テーパを付与したことを特徴とする連続
鋳造用イマージョンノズルである。

Ｄ＝｛（S_A−S_B）／S_A｝×100 D:内孔断面絞り込み量， S_A：イマージョンノズル内孔の絞り込み開始部における
テーパ側開口断面積， S_B：イマージョンノズル内孔の絞り込み終了部における
テーパ側開口断面積。

以下、本発明の構成を図面に基づいて説明する。な
お、図中上記第７図のものと同じものは図面の同一箇所
に同一符号を付して説明の簡略を図ることとする。

先ず第１図は固定プレート2a,スライディングプレー
ト2bおよび下プレート2cの３層からなるスライディング
ゲート２を使用する場合であり、スライディングプレー
ト2bを下ノズル2cに固定されているイマージョンノズル
３に対してスライディングゲート２が開き始める側に相
当する左方の内孔６に上端部から下端部にかけて角度θ
の下狭まりの直線状テーパを付与したものを示してい
る。

第２図（ａ）はイマージョンノズル３の内孔６に絞り
込みを開始する上端部断面（第１図のＡ−Ａ矢視断面）
を示しており、この部分では内孔面は従来と同じく円形
である。

また第２図（ｂ）は内孔６への絞り込みが終了する下
端部断面（第１図のＢ−Ｂ矢視断面）を示しており、内
孔６は角度θの下狭まりの直線状テーパにより断面が中
心部寄りに絞り込まれている。なお、この絞り込みは角
度θの直線状テーパにする代わりに曲線状にして絞り込
んでもよい。

ここでイマージョンノズル３の内孔断面絞り込み量Ｄ
とは、絞り込み開始部における内孔６を基本円として、
その絞り込み開始部のテーパ側開口断面積（半円開口断
面積）をS_A〔第２図（ａ）の平行斜線部〕とし、また絞
り込み終了部における内孔６の絞り込みにより面積が減
少した内孔のテーパ側開口断面積（半円開口断面積）を
S_B〔第２図（ｂ）の平行斜線部〕としたときの断面積の
変化量割合であり、Ｄ＝｛（S_A−S_B）／S_A｝×100とし
て定められている。

本発明では、この絞り込み量Ｄを45％≦Ｄ≦90％の範
囲とするものである。最も重要なのは絞り込み終了部す
なわち吐出孔７の配置位置における内孔断面絞り込み量
Ｄである。この絞り込み量がＤ＜45％では偏流矯正効果
が顕著でなく、鋳片品質上の効果がなく、逆にＤ＞90％
では逆偏流を生じる。この絞り込み終了部の内孔面は第
２図（ｂ）に実線で示すように偏平とするか、点線で示
すように曲面にすることも可能である。

次に、第３図は固定プレート2aおよびスライディング
プレート2bの２層からなるスライディングゲート２を使
用する場合であり、スライディングプレート2bに固定さ
れているイマージョンノズル３に対してスライディング
ゲート２を開き始める側すなわち右方の内孔６の中途か
ら下端部にかけて角度θを有する下狭まりの直線状テー
パを付与したものを示している。なお曲線状テーパにす
ることも可能なのは前述の通りである。

第３図においてはイマージョンノズル３の中途からテ
ーパを付与しているが絞り込み量Ｄは同様にして45≦Ｄ
≦90％の範囲とする。

イマージョンノズル３の内孔６への絞り込みは、スラ
イディングゲート２が開き始める側に絞り込み量Ｄを45
≦Ｄ≦90％の範囲で内孔６にテーパを付与すればよいの
であるが、絞り込み部に局部的に集中し過ぎると内孔６
の面から突出した隆起となり逆偏流を生じるのでなだら
かなテーパとするのが望ましい。

すなわち直線状テーパの角度θで言えば、10°以下と
するのが好ましく、より好ましくは５°以下程度とする
のがよい。しかし余りなだらかになり過ぎるとテーパ付
与の効果がなくなるので0.3°以上程度は必要である。

＜作用＞ 次に本発明の作用を第１図および第２図に従って説明
するが、第３図に示すものもその作用は同じである。

第１図に示すようにスライディングゲート２の開き始
める側に相当するイマージョンノズル３の内孔６に角度
θの下狭まりの直線状テーパを付与してある。そのため
スライディングゲート２が開き始める位置側の溶鋼流速
が遅く、反対側が速くなり偏流する。

しかし内孔６は、この直線状テーパ（または曲線状テ
ーパ）により上端部から下端部にかけて第２図（ａ）お
よび（ｂ）に示すように半円開口断面積S_AからS_Bまで絞
り込んである。

従って面積がS_AからS_Bまで減少する側の内孔６内を流
下する溶鋼が絞り込み注入により増速されて反対側の流
速の速い溶鋼流と次第にバランスされ左右２個の吐出孔
７からほぼ均等な溶鋼流となって吐出される。

このため左右の吐出孔７から吐出して鋳型４の内壁面
へ向かう溶鋼５の衝突力は等しくなるので上方および下
方への分流も左右均等となり、従来技術で起こっていた
諸問題点は全て解決されることになる。

＜実施例＞ 第１図に示す３層のプレートを有するスライディング
ゲート２の下部に、上端部における内径60mmφの内孔６
に上端部から下端部にかけてスライディングノズル２を
開き始める側相当部に角度2.1°の直線状テーパを付与
し、絞り込み量を62％とした本発明のイマージョンノズ
ル３を設置し、絞り注入により連続鋳造を行った。比較
の対象は内径60mmφのテーパなしの内孔を有する従来型
イマージョンノズルを用いて絞り鋳造したものを示して
いる。

第４図は上記の本発明のイマージョンノズルおよび従
来のイマージョンノズルをそれぞれ使用し、注入溶鋼流
中にスライディングゲート２のプレート部から不活性ガ
スを吹込みつつ絞り注入により連続鋳造したときの不活
性ガス流量と得られた鋳片の熱間探傷疵指数との関係を
本発明と従来とについて比較して示したものである。

第４図に示すように本発明によれば従来に比較して表
面欠陥の減少により熱間探傷疵指数の低減が達成できる
ことを示している。また吐出孔７へのアルミナ等の非金
属介在物の付着が防止されるので閉塞防止用の不活性ガ
ス流量を減少することができ、これによって鋳片のブロ
ーホール等の欠陥も減少することができた。

第５図は鋳造ヒート数とイマージョンノズル閉塞率＝
（付着物形成のある吐出口の開口部面積B/付着物形成の
ない吐出口面積）×100、との関係を、本発明と従来に
ついて比較して示したものである。第５図から従来では
イマージョンノズルの内孔の偏流量小側のノズル閉塞率
が高いため鋳造ヒート数５程度で閉塞してしまい使用不
能になるのに対し、本発明では８ヒートでも殆ど閉塞が
なく多連鋳化が達成されることがわかる。

なお、第６図はイマージョンノズルの内孔断面絞り込
み量（Ｄ）と熱間探傷疵指数との関係を示したものであ
り、前述のように絞り込み量（Ｄ）を本発明の要件であ
る45〜90％の範囲にすれば熱間探傷疵指数が低減される
好適範囲になることを裏付けている。

＜発明の効果＞ 以上説明したように本発明によればイマージョンノズ
ルの内孔を流下する偏流が絞り込みにより矯正され複数
個の吐出孔から均等な流速で溶鋼が吐出されるので、下
記の効果が達成される。

（１）ノズルの閉塞防止による多連化， （２）不活性ガス使用量の低減， （３）鋳型の内壁面へのパウダ供給均一化， （４）鋳片品質の向上。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイマージョンノズルを示す垂直断面
図、第２図は第１図の水平断面図、第３図は本発明の他
のイマージョンノズルを示す垂直断面図、第４図はプレ
ートガス流量と熱間探傷疵指数との関係を本発明と従来
とについて比較して示すグラフ、第５図は鋳造ヒート数
とノズル閉塞率との関係を本発明と従来とについて比較
して示すグラフ、第６図は内孔の絞り込み量と熱間探傷
疵指数との関係を示すグラフ、第７図は従来のイマージ
ョンノズルを示す垂直断面図、第８図は吐出孔からの偏
流状況を示す説明図である。 １…タンディッシュ、２…スライディングゲート、３…
イマージョンノズル、４…鋳型、５…溶鋼、６…内孔、
７…吐出孔、８…上ノズル、９…パウダ、10…シェル。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/10 330

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】連続鋳造におけるイマージョンノズルの上
   部に設けられたスライディングゲートによる溶鋼の絞り
   注入に際し、上記のスライディングゲートが開き始める
   位置側に相当するイマージョンノズル内孔の上端部から
   下端部または中途部から下端部にかけて下記式で定まる
   内孔断面絞り込み量Ｄが45％≦Ｄ≦90％の範囲になるよ
   うに下狭まりの直線状もしくは曲線状テーパを付与した
   ことを特徴とする連続鋳造用イマージョンノズル。 Ｄ＝｛（S_A−S_B）／S_A｝×100 D:内孔断面絞り込み量， S_A：イマージョンノズル内孔の絞り込み開始部における
   テーパ側開口断面積， S_B：イマージョンノズル内孔の絞り込み終了部における
   テーパ側開口断面積。