JP3207793B2 - 連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents
連続鋳造用浸漬ノズルInfo
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Description
ズル(以下、単に「浸漬ノズル」と記載する)に関し、
更に詳細には、アルミナ閉塞を防止すると共に、浸漬ノ
ズル内の溶鋼偏流を抑え、鋳片品質の向上を図ることが
できる段差付き浸漬ノズルに関するものである。
ドに連結されて使用される耐火物であり、溶鋼の酸化防
止、モールド内での溶鋼流量制御、スラグ巻き込み防止
等の働きがある。従来、これらの浸漬ノズルとしてはア
ルミナ−黒鉛質あるいはアルミナ−溶融石英−黒鉛質の
耐火材料が一般的に使用されてきた。
ノズルを使用してアルミキルド鋼を鋳造した場合、溶鋼
中の酸化物系介在物が浸漬ノズル内面に付着、堆積して
しばしば閉塞する現象があり、連続鋳造操業の大きな障
害となっている。
注入する場合の流量制御はスライドゲートを用いて行う
ことが多い。このスライドゲートは常時全開で使用され
るわけではなく、通常は絞った状態で使用され、このよ
うな場合、スライドゲート下部では溶鋼の偏流が生じ、
浸漬ノズル内においてもこの溶鋼偏流は解消されない。
このような溶鋼偏流が発生するとノズルの吐出孔からの
溶鋼流に片流れ現象が生じて鋳型内流動に悪影響を及ぼ
し鋳片欠陥の増加やブレークアウト等の操業阻害をもた
らす。また、溶鋼偏流が発生するとアルミナ付着も生じ
易くなる。
止のために、これまでに種々の対策が採られてきた。例
えば、アルミナ付着防止に対して最も効果的なのは浸漬
ノズルや上ノズル等からのガス吹きであり、広く普及し
ている。しかし、この方法はガス気泡によるピンホール
欠陥が生じ易いという欠点がある。
は、浸漬ノズル内孔部にCaO−ZrO2−C系材質を
配設する手法が一般的である。これは溶鋼中のアルミナ
とカルシウムジルコネート中のCaOとを反応させて低
融点化合物を生成させて付着防止を図る方法である。例
えば、特公平2−23494号公報には、重量比でCa
Oを16〜35重量%、元素周期律表のIII族元素の
酸化物から選ばれた1種または2種以上を0.5〜5重
量%、鉱物組成としてCaZrO3を主成分とするカル
シウムジルコネート系クリンカー20〜95重量%、黒
鉛5〜50重量%、金属シリコン1重量%以下からなる
混合物に有機バインダーを添加し成形後、非酸化性雰囲
気で焼成することを特徴とするZrO2−CaO含有連
続鋳造用浸漬ノズルの製造方法が開示されている。該公
報に記載された方法により得られた浸漬ノズルもアルミ
ナ付着防止に対して効果が認められるが、内孔部の溶損
が大きい、熱スポールに弱い等の欠点を有している。
耐火材料を配設してアルミナ付着防止を図る手法が開発
されている。例えば、特開平3−243258号公報に
は、タンディッシュ内溶鋼を鋳型内に連続注入するため
の浸漬ノズル及びこの浸漬ノズルの上部に接続される中
間ノズルの一方または両方の内面を、(a)5重量%を
超えるSiO2を含まず、Al2O3が90重量%以上の
カーボンレス高アルミナ質耐火物;(b)5重量%を超
えるSiO2を含まず、MgOが90重量%以上のカー
ボンレス高マグネシア質耐火物;(c)5重量%を超え
るSiO2を含まず、ZrO2が90重量%以上のカーボ
ンレス高ジルコニア質耐火物のいずれか1種または2種
以上を組み合わせた耐火物材料で構成した連続鋳造用ノ
ズルが開示されている。
は、アルミナ含有量99重量%以上のアルミナクリンカ
ーを主成分とし、アルミナ含有量が70重量%以上、カ
ーボン含有量が1重量%未満、シリカ含有量が1重量%
未満の耐火物組成を有し、かつ、0.21mm以下の粒
度が20〜70%を占める粒度構成を有する連続鋳造用
ノズル内孔体が開示されている。
本体をカーボン源を含有する耐火材料によって形成し、
溶鋼が通過する部位及び溶鋼と接触する部位をカーボン
源を含有しない耐火材料によって被覆した連続鋳造用ノ
ズルにおいて、前記カーボン源を含有しない耐火材料に
よる被覆部位が内孔直胴部、内孔下底部、吐出孔部及び
溶鋼に浸漬する外周部であり、前記被覆部位がカーボン
源を含有しない耐火材料の円筒状体によって形成され、
且つ、前記円筒状体が前記直胴部では0.5〜2.0m
m厚の目地を介して、また、前記内孔下底部及び吐出孔
部では1〜5mm厚の目地を介して設けられていること
を特徴とする連続鋳造用ノズルが開示されている。
は、浸漬ノズルを構成する耐火材料中からカーボンを除
去する、あるいは極力少なくすることにより、カーボン
と耐火材料の反応による酸化性ガスの発生を抑制し、鋼
中のAlの酸化を抑えてAl2O3の生成を防止するもの
である。これらの浸漬ノズルもAl2O3付着防止に効果
があり、実炉での使用例も増加している。しかし、これ
らの浸漬ノズルを用いても、溶鋼中介在物が非常に多い
非清浄鋼を鋳造したり、多連鋳化が進むとAl2O3の付
着を生ずるという欠点がある。
き浸漬ノズルの使用によるアルミナ付着防止手法があ
る。例えば実公昭59−22913号公報には、上方ノ
ズル内径より下方ノズル内径が大きく、その境界に3〜
30mmの段差面を有し、且つ、ノズル内壁部及び/ま
たは溶融金属浸漬部全体に亘りボロンナイトライドを含
有する材質を配設したことを特徴とする連続鋳造用浸漬
ノズルが開示されている。
連続鋳造用浸漬ノズルの溶鋼流通孔に複数の段差部を設
け、前記溶鋼流通孔が本管内径dに対して前記段差部内
径がd1>d2>d3>d4であり、該段差部d1〜d3それ
ぞれの間に本管内径dを配設してなる連続鋳造用複数段
差付浸漬ノズルが開示されている。
対して効果的であるが、溶鋼種類や鋳造条件によっては
効果がない場合もある。
は、上記で示すような従来の技術では解決することがで
きないアルミナ付着による浸漬ノズルの閉塞を防止する
と共に、浸漬ノズル内の溶鋼偏流を抑制することができ
る浸漬ノズルを提供することにある。
について鋭意検討の結果、ノズル内孔部に一段あるいは
複数の段差構造を有する連続鋳造用浸漬ノズルにおい
て、溶鋼通過量M(トン/分)に対するノズル内孔部の
段差構造のない部位の最小内径D(mm)、ノズル内孔
部の段差構造のない部位の最小横断面積S1(cm2)
及び吐出孔の断面積の総和S2(cm2)の範囲を適正
化することにより、上記課題を解決できることを見出し
た。
ズルは、溶鋼と接する部分を構成する耐火材料が5重量
%を超え40重量%以下の黒鉛を含有してなり、ノズル
内孔部に、段差構造部位が長さを有する段差構造を複数
有する連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、下記の条件
(1)及び/または(2)、及び(3)を満足すること
を特徴とする段差付き連続鋳造用浸漬ノズル: (1)溶鋼通過量M(トン/分)に対してノズル内孔部
の段差構造のない部位の最小内径D(mm)が以下の関
係にあること:
の段差構造のない部位の最小横断面積S1(cm2)が
以下の関係にあること:
の断面積の総和S2(cm2)が以下の関係にあるこ
と:
施態様を図1に示す。本発明の段差付き浸漬ノズルは、
パウダーライン部(1)及びノズル本体(2)から構成
されている。図1に示すように浸漬ノズルの内孔部に複
数の段差構造を設けると、段差構造の効果により浸漬ノ
ズル内孔部での偏流を防止して管内流速を均一化するこ
とができるため、著しく流速の遅い部分が解消される。
なお、ストレート形状の浸漬ノズルでは、一般的に側面
側の流速が遅く、その部分でアルミナ付着が進行し易い
が、段差構造を設けることによりこのようなアルミナ付
着を防止できる。ここで、図1においては、段差構造が
二段の浸漬ノズルを示したが、段差構造の数は、特に限
定されるものではなく、三段以上の複数段で形成するこ
とが可能である。なお、偏流防止効果、アルミナ付着防
止効果を高めるためには複数の段差構造を設けることが
好ましい。
を構成する耐火材料(例えばアルミナ−黒鉛質耐火物
等)で段差構造を形成した場合、特に、溶鋼流量が少な
い場合や溶鋼の流速が遅いと段差構造の効果が少なく、
段差付き浸漬ノズルを使用してもアルミナ付着を生じる
ことがある。
ズル内孔部に複数の段差構造を有する連続鋳造用浸漬ノ
ズルにおいて、溶鋼通過量M(トン/分)に対するノズ
ル内孔部の段差構造のない部位の最小内径D(mm)、
ノズル内孔部の段差構造のない部位の最小横断面積S1
(cm2)及び吐出孔の断面積の総和S2(cm2)の範
囲を適正化した。
差構造を有する部位の内径d(mm)は、浸漬ノズル内
孔部の段差構造のない部位の最小内径D(mm)とした
時に、
各段差構造の内径は、浸漬ノズルの上部側の段差構造か
ら
い部位の最小内径D(mm)は、浸漬ノズル内の溶鋼通
過量M(トン/分)と相関があり、Mを大きくとる必要
がある場合にはDも大きくする必要があり、Mが小さく
ても良い場合には、Dも小さくすることができる。この
場合、DがMに対して大き過ぎるとアルミナ付着が生じ
易い傾向にある。このことは、段差構造のないストレー
ト形状の浸漬ノズルで顕著であるが、段差付き浸漬ノズ
ルを使用した場合においても同様のことが言え、Dが大
き過ぎるとアルミナ付着防止効果が著しく低減する。
果、浸漬ノズルの内孔部に段差構造を有する浸漬ノズル
において、MとDが次の式を満たす範囲にある場合、ア
ルミナ付着によるノズル閉塞の防止効果が更に高まるこ
とを見出した:
性が増し、アルミナ付着防止効果が高くなる。なお、こ
の時、D<30、D>100、M<1及びM>7.5の
条件は現実的ではなく、本発明の範囲として適していな
い。
は、内孔部の横断面形状が必ずしも円形である必要はな
く、例えば浸漬ノズル上部側の横断面形状が円形であ
り、下部側の横断面形状が楕円またはその他の形状を有
する構造とすることもできる。更に、浸漬ノズルの内孔
部全体の横断面形状を非円形とすることもできる。この
ような場合、浸漬ノズルの内孔部の段差構造を有する部
位の横方向の最小断面積S1(cm2)が次の関係を満
たすことが好ましい:
が増し、アルミナ付着防止効果が高まる。なお、この
時、
いない。そして、浸漬ノズルの内孔部の段差構造のない
部位の横断面方向における最小内径をD(mm)とした
とき、段差構造を有する部位の内径d(mm)は、
であるため、内径D及びdは各横断面で最も長さが長い
部分の数値を表すものとする。
て、溶鋼通過量M(トン/分)に対して吐出孔の断面積
を適正化することによってもアルミナ付着を大きく低減
することができる。通常、浸漬ノズルへのアルミナ付着
は浸漬ノズルの内孔直胴部のみでなく、吐出孔周りへの
付着も多いのが特徴であり、むしろこの部分への付着が
律速になっている例が多い。これは浸漬ノズル下端の吐
出孔近傍で溶鋼流速が低下し、淀みが生じたり、溶鋼偏
流が起きるためと考えられるが、一般的には吐出孔の断
面積が大きい程アルミナ付着は顕著である。
吐出孔の断面積の総和S2(cm2)を次の関係を満た
すように設定した場合、アルミナ付着を大きく低減する
ことができる:
が増してアルミナ付着防止効果が高まる。この時、S2
<60、S2>180、M<1及びM>7.5の範囲は
現実的ではなく、本発明の範囲外である。
和S2(cm2)は、図2(a)で示すような吐出孔の
軸方向に対して垂直な面での断面積(A−A’での断面
積)を示し、吐出孔が複数ある場合は各吐出孔の断面積
の総和を示すものである。また、吐出孔が外側に向って
広がっている形状の場合は、図2(b)で示すように軸
方向に対して最も断面積が広くなる部分での面積(B−
B’での断面積)を表している。なお、図2(b)は外
側に向かって広がっている形状の吐出孔を有する段差付
き浸漬ノズルを下端部から見た図である。
型、丸型等あるが、特に限定するものではない。
て、段差構造を有する部位の長さ及び配設位置は特に限
定されるものではないが、段差構造が一段の場合には、
その配設位置として浸漬ノズルの中央部が好ましい。
特に限定するものではないが、通常用いられている山型
やプール型の形状を好適に用いることができる。
する耐火材料としては、従来用いられている黒鉛−アル
ミナ質あるいは黒鉛−溶融石英質材料等を好適に使用す
ることができる。勿論、黒鉛以外の材料としては、アル
ミナ、溶融石英だけではなく、ムライト、ジルコニア、
スピネル、ジルコニア−ムライト等の酸化物を使用する
ことも可能である。更に、少量の添加物として、炭化珪
素、炭化硼素、金属Si等を加えても良い。なお、本発
明の段差付き浸漬ノズルを構成する耐火材料において、
黒鉛は5重量%を超え40重量%以下、好ましくは10
〜35重量%の量で配合されている。
方法は、特に限定されるものではないが例えば次のよう
にして製造することができる。まず、酸化物、黒鉛等か
ら構成される耐火材料にバインダーを添加し、ウェット
パン等のミキサーを用いて混練して成形用混練物を得
る。次に、これらの混練物を成形用枠の中に充填し、そ
の後、CIP成形、機械プレス等により成形を行う。得
られた成形体は乾燥し、続いて非酸化性雰囲気中で焼成
する。焼成後、必要に応じて加工して最終形状とする。
発明を更に説明するが、本発明は以下の実施例に限定さ
れるものではないことを理解されたい。 実施例1 以下の表1に記載する本発明品及び比較品の浸漬ノズル
を作製し、実炉での鋳造テストを行った。作製した浸漬
ノズルの形状を図3に示す。図3(a)は本発明品1及
び2並びに比較品2の形状を表し、図3(b)は比較品
1の形状を表す。なお、ノズル本体(2)の耐火材料に
はアルミナ50重量%、黒鉛30重量%及び溶融石英2
0重量%の組成を有するものを使用し、パウダーライン
部(1)には、ジルコニア85重量%及び黒鉛15重量
%の組成を有する耐火材料を使用した。
の内径及び長さを表し、d2、h2は下部段差構造の内
径及び長さを表す。
ズルを用いて鋳造テストを行った後、浸漬ノズルを回収
してアルミナ付着状況を確認した。鋳造テストに用いた
連鋳機は単ストランドタイプであり、鋳造した鋼の平均
組成は、C:約0.01重量%、Mn:約0.03重量
%、Al:約0.04重量%、N:約0.003重量%
を有するものであった。また、鋳造テストを行った連鋳
機において、溶鋼通過量Mは平均3.5トン/分であ
り、この溶鋼通過量でもアルミナ付着を防止できるよう
に、本発明品の浸漬ノズルの段差構造のない部位の最小
内径Dを設定した。一方、比較品の浸漬ノズルにおいて
は、比較品1では、段差構造なしの構成とし、比較品2
では溶鋼通過量Mに対し浸漬ノズルの最小内径Dが本発
明の範囲外となるように設定した。また、吐出孔の断面
積S2は本発明品、比較品共本発明の範囲内となるよう
に設定した。回収した浸漬ノズルは縦方向に切断し、図
3(a)〜(b)に示すE、F、G及びHの4点でアル
ミナ付着厚を測定した。表2に鋳造テスト条件及びアル
ミナ付着厚を記載する。
漬ノズルのアルミナ付着量は非常に少なく、効果の大き
いことが確認された。また、比較品1のストレートタイ
プの浸漬ノズルの場合には、内孔部全体にわたりアルミ
ナ付着量が多くなった。また、比較品2のようにMとD
の関係が本発明の範囲外であると、アルミナ付着量が多
くなった。
を作製し、実炉での鋳造テストを行った。作製した浸漬
ノズルの形状を図4に示す。本発明品4は、図4に示す
ような二段の段差構造を有し、内孔部の下部が非円形の
断面形状の段差付き浸漬ノズルである[図4(c)は図
4(a)のA−A’断面図であり、図4(d)は図4
(a)のB−B’断面図である]。、比較品3は、図4
(b)に示すような一段の段差構造を有し、内孔部の下
部が楕円形形状の浸漬ノズルであり[図4(e)は図4
(b)のA−A’断面図であり、図4(f)は図4
(b)のB−B’断面図である]、溶鋼通過量Mに対す
る浸漬ノズルの最小横断面積S1が本発明の範囲外のも
のである。なお、ノズル本体(2)の耐火材料には、ア
ルミナ62重量%、ジルコニア−ムライト14重量%、
黒鉛24重量%の組成を有するものを使用し、パウダー
ライン部(1)の耐火材料には、ジルコニア83重量
%、黒鉛17質量%の組成を有するものを使用した。
の内径及び長さを表し、d2、h2は下部段差構造の内
径及び長さを表す。
用いて鋳造テストを行った後、浸漬ノズルを回収してア
ルミナ付着状況を確認した。なお、鋳造テストに用いた
連鋳機は単ストランドタイプであり、鋳造した鋼の平均
組成は、C:約0.02重量%、Mn:約0.2重量
%、Al:約0.04重量%、N:0.003重量%を
有するものであった。回収した浸漬ノズルは縦方向に切
断し、図4(a)及び(b)に示すI、J、Kの3点で
アルミナ付着厚を測定した。表4に鋳造条件及びアルミ
ナ付着厚の測定結果を示す。
ミナ付着量は少なく、内孔部が非円形の断面形状を有す
る場合においても、本発明の段差付き浸漬ノズルのアル
ミナ付着防止効果が高いことが判明した。一方、比較品
3の浸漬ノズルのように溶鋼通過量Mと最小横断面積S
1の関係が本発明の範囲外であると、アルミナ付着防止
効果が少ないことが確認された。
を作製し、実炉での鋳造テストを行った。作製した浸漬
ノズルの形状を図5に示す。浸漬ノズルの形状は実施例
1で用いた本発明品1の形状と同様であるが、比較品4
は溶鋼通過量Mに対する吐出口の断面積が本発明の範囲
外のものである。ノズル本体の耐火材料には、アルミナ
52重量%、シリカ18重量%、黒鉛29重量%、炭化
珪素1重量%の組成を有するものを使用し、パウダーラ
イン部の耐火材料には、ジルコニア83重量%及び黒鉛
17重量%の組成を有するものを使用した。なお、表5
中、d1、h1は上部段差構造の内径及び長さを表し、
d2、h2は下部段差構造の内径及び長さを表す。本発
明品4及び5並びに比較品4の浸漬ノズルを用いて鋳造
テストを行った後、浸漬ノズルを回収してアルミナ付着
状況を確認した。鋳造テストに用いた連鋳機は単ストラ
ンドタイプであり、鋳造した鋼の平均組成は、C:約
0.03重量%、Mn:0.2重量%、Al:0.04
重量%、N:0.003重量%を有するものであった。
回収した浸漬ノズルは縦方向に切断し、図5に示すL、
M、N、Oの各点及び図5に示す吐出孔周りのP、Qの
点でアルミナ付着厚を測定した。表6に鋳造条件及びア
ルミナ付着厚の測定結果を示す。
ると共に、浸漬ノズル内の溶鋼偏流を抑え、鋳片品質の
向上を図ることができる段差付き浸漬ノズルを提供でき
る。
の実施態様を表す図である。
ある。
であり、(a)は本発明品1及び2並びに比較品2の形
状を、(b)は比較品1の形状をそれぞれ表す。
であり、(a)は本発明品3の形状を、(b)は比較品
3の形状をそれぞれ表し、(c)は(a)のA−A’断
面図であり、(d)は(a)のB−B’断面図であり、
(e)は(b)のA−A’断面図であり、(f)は
(b)のB−B’断面図である。
較品4の浸漬ノズルの形状を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項1】 溶鋼と接する部分を構成する耐火材料が
5重量%を超え40重量%以下の黒鉛を含有してなり、
ノズル内孔部に、段差構造部位が長さを有する段差構造
を複数有する連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、下記の条
件(1)及び/または(2)、及び(3)を満足するこ
とを特徴とする段差付き連続鋳造用浸漬ノズル: (1)溶鋼通過量M(トン/分)に対してノズル内孔部
の段差構造のない部位の最小内径D(mm)が以下の関
係にあること: 【数1】30≦D≦100 1≦M≦7.5 6.25M+12.5≦D≦6.25M+65 (2)溶鋼通過量M(トン/分)に対してノズル内孔部
の段差構造のない部位の最小横断面積S1(cm2)が
以下の関係にあること: 【数2】 (3)溶鋼通過量M(トン/分)に対してノズル吐出孔
の断面積の総和S2(cm2)が以下の関係にあるこ
と: 【数3】
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