JP3662973B2 - 連続鋳造用排出ノズル - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は連続鋳造用の排出ノズルに関する。
【０００２】
本発明による連続鋳造用の排出ノズルは約３０ｍｍと約３００ｍｍの間の厚さ（スラブの狭い側）を有するスラブを生産するための晶化装置と共同して用いられる。
【０００３】
【従来の技術】
従来の中型の薄スラブの連続鋳造は晶化装置の鋳造室内のメニスカスの下で排出ノズルを出て行く液体金属によって生ずる妨害に関連する問題を伴っている。 この排出ノズルは、湯溜りと関連しており、晶化装置の鋳造室に入っている液体金属のメニスカスより下に沈んだ下流の端末部で位置決めされる。
【０００４】
液体金属が鋳造室に排出される速度が大きいことに関連する問題を除去するために、底端を閉じられた排出ノズルが開示され、それには排出穴が排出ノズルの側壁に設けられており、これらの排出穴は鋳造室の狭い側壁に面するのがよい。
現状の技術の排出ノズルは横の排出穴を通る液体金属の高速排出に関連した問題を含んでいる。さらに正確にいえば、横に出て行く液体金属の噴流は晶化装置の側壁までその経路を横に伸ばし、晶化装置の狭い側壁をすり磨く。
【０００５】
晶化装置の狭い側壁のこのすり磨きは、一方では、形成されるスラブの表皮の再溶融を生じ、表皮はなおこの点で非常に薄く、他方では、その表皮の形成と成長を妨げる妨害を発生する。これらの妨害は、振動と潤滑粉末の取り込みによる割れ、穴、不規則なきず跡などのスラブの表面における欠陥を生じさせる。液体金属のこれらの噴流は表皮を破り、スラブに損傷をもたらし、鋳造過程の停止を生じさせる可能性がある。
【０００６】
現状の技術の横排出穴が上を向いている排出ノズルはメニスカスの高さの過度の乱れに関連づけられた問題を伴い、それによってメニスカスを覆う潤滑粉末がスラブの中に一部分引き込まれる。
【０００７】
液体金属のこれらの噴流がそれらの運動量を保存するのでメニスカスの方へ動くのではなく静止した流動スラブの芯の中を下向きに進み続ける傾向があるので、横排出穴を上に向けることによってさえ、横排出穴を出て行く液体金属の噴流によってスラブの表皮を侵食することに関する問題は除かれないことも知られている。
【０００８】
ＦＲ−Ａ−２２４３０４３は、閉じた底端と横排出穴を備えた管状排出ノズルを開示しており、このノズルは、上下が開いていて、ノズルの排出穴から所定の距離のところに置かれた偏向壁を備えている格納ハウジングと関連している。このハウジングは晶化装置の側壁に平行な側面を持った矩形断面を持っている。
【０００９】
この格納ハウジングは、液体金属の噴流が約１００ｍｍ、都合よくは２００ｍｍの壁に触れないで直線的に進んだ後で、上方又は下方にそらされる前に偏向壁に会う平静な室を形成する。
【００１０】
これらのたわみ壁は、平行で垂直であってもよく、又は好ましい排出を行うことを望む帯域に従って上向き又は下向きに収斂してもよい。
【００１１】
ノズルの横排出穴もまた水平軸又は上向きもしくは下向きに傾いた軸を持って液体金属の噴流を上向き又は下向きに分布させてもよい。
【００１２】
この型の排出ノズルはまた横排出穴の大きさが管状排出ノズルの断面に対して適度であり、それが液体金属のキャストの高速の流れを可能にする。したがって、横排出穴を出て行く液体金属の噴流は大きな運動エネルギーを持っており、このエネルギーは偏向壁に衝突することによって一部分だけ消散される。
【００１３】
したがって液体金属のそらされた噴流はまだ上向き又は下向きに非常に高速で進み、スラブの表皮の適当な凝固を可能にしない乱れを鋳造室内に生ずる。なお、これらの乱れは潤滑粉末をかき回してそれらの粉末を包含させる。
【００１４】
さらに排出ノズルの下の中央領域において、さらに正確にはパイプの底において、低温帯域が格納ハウジングの偏向壁によってそらされる液体金属の不均一で非均質な排出のために形成されることが知られている。
【００１５】
このように溶融金属マスの中の温度が均一でないことは、仕上がり製品の特性が所望の特性に一致するを妨げる欠陥を発生する。
【００１６】
なお、上記特許に開示された排出ノズルは、特に６０ｍｍと１３０ｍｍの間の厚さを有する薄スラブの生産において、凝固するスラブの中に容易に取り込まれて排出ノズルとスラブに損傷を生ずることのある大きな塊りを持っている。
【００１７】
さらに、その排出ノズルの全容積は、それが液体金属の晶化装置の中とノズルの側面での適当な循環を妨げ、どこかの帯域の過熱又は過冷却をもたらし、スラブの形式において欠陥を生ずるようなものである。その排出ノズルの中の収容ハウジングの偏向壁は都合よくは偏向壁の上半分に置かれている横排出穴の寸法よずっと高い。したがって、収容ハウジングを出て行く液体金属の噴流は偏向壁によって所定の距離に沿って案内されるので、ノズルを取り巻く液体金属の塊りと自由に混合できず、したがって異なる温度の帯域を作り出す。
【００１８】
ＵＳ−Ａ−３，６６９１８１もまた閉じた底端と横排出穴を持った管状排出ノズルを開示しており、ノズルは液体金属の噴流をそらせる手段と関連している。これらの偏向手段は上方に収斂し、偏向手段の上側へりが上側スリットを定めるように５ｍｍと４０ｍｍの間の距離だけ中央管状パイプから離されるようにして１０°と４５°の間の角度だけ垂直線に対して傾けられる。
【００１９】
この形式の排出ノズルは上述の問題と同じ問題を伴うだけでなく、上側スリットが、あまり大きくない寸法であるために、アルミナの堆積によって容易にブロックされ得る欠点をさらに含んでいる。
【００２０】
上側スリットの閉塞の結果として液体金属の噴流は、完全に下向きにそらされるので、この状態はメニスカスと凝固ともはや溶融できない粉末による側壁の潤滑がないことによって金属が付着するために鋳造過定が停止するに至る。
【００２１】
本願出願人は現状の技術の欠点を克服し更なる利点を達成するために設計し、試験して具体化した。
【００２２】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は鋳型内で凝固中のスラブの表皮をひっかくことなくまた液体金属の凝固中の塊りの中に妨害物を作ることなく液体金属を晶化装置の鋳造室にごく高い流速で排出できるスラブの連続鋳造用の排出ノズルを提供することである。
【００２３】
本発明はまた晶化装置内の液体金属の温度を一様に保つのを目的としている。
【００２４】
【課題を解決するための手段】
本発明による排出ノズルは、底端が、一部分閉じており、下側部分に互いに向かい合せて配置されて、晶化装置の狭い側壁の方に面している横排出穴を備えている事実上垂直な排出パイプで構成されている。
【００２５】
本発明による排出ノズルにある横排出穴は、穴が導入部によって接続される排出パイプの底端壁に隣接して設けられている。
【００２６】
横排出穴の各々は、流れを分配してそらせかつ上側排出口と下側排出口をそれぞれ形成するために上方と下方に通じている分配室を各横排出穴ごとに形成する手段と共同する。
【００２７】
各分配室は関係ある排出穴と関連し、排出ノズルの垂直正中面は分配室の正中面と一致し、晶化装置の垂直正中面の近くに置かれている。
【００２８】
各分配室は、水平面上で事実上半楕円形の断面を持っている。
【００２９】
一つの変形によれば各分配室は、端が丸く側面が平行な断面を持っている。
【００３０】
さらに別の変形によれば各分配室は外側に向かってテーパを付けられている。各分配室は偏向装置と同形に形成され、関連の排出穴に向かい合って置かれている側壁を備え、これらの偏向装置の側壁は垂直線に対して１０°から３５°まで、好ましくは１５°と２５°の間の角度を形成するように下向き方向に広がっている。
【００３１】
本発明による排出ノズルにある横排出穴はそれぞれの分配室の高さとほぼ同じ高さのものである。
【００３２】
一つの変形によれば分配室の高さは排出穴の高さの１．２５倍に達することがある。
【００３３】
本発明による排出ノズルにおける液体金属の噴流は、一部分は上側排出口を通って上向きに、そして一部分は下側排出口を通って下向きに分配される。上向きと下向きにそれぞれそらされた金属の噴流は、上側及び下側のそれぞれの排出口から自由な噴流として出てきて、それらが関連の排出口を通って分配室から出てくると直ちに周りの液体金属と混合されることができる。
【００３４】
本発明の第１の実施例によれば、偏向装置はそれぞれの横排出穴の上縁及び下縁と同じ高さで上側及び下側端とはめ合わされる。
【００３５】
本発明のもう一つの実施例によれば、各偏向装置は、横排出穴の最低点とほぼ同じ高さに下縁を備えている。
【００３６】
本発明のなおもう一つの実施例によれば、各偏向装置は、横排出穴の最高点とほぼ同じ高さに上縁を備えている。
【００３７】
本発明で達成されるよりよい混合は、鋳型内でさらに均一な温度を得られるようにするので、よりよい性質を持ったスラブを生産できるようにする。
【００３８】
さらにまた、本発明による排出ノズルの場合、液体金属のメニスカスヘの正しい流入は、その金属内にあるどんな含有物も中に深く完全に取り込まれないようにするように遂行される。なお、液体金属のメニスカスへの穏やかな流入は粉末の溶融を促進する。
【００３９】
本発明による排出ノズル内の排出パイプは下向きに収束するほぼ円形の断面を持った第１の上側セグメントと円形から都合よくは丸く狭い側面を持ったほぼ矩形に次第に変化できる断面をもった発散する第２セグメントを備えている。
【００４０】
可変断面を持ったこの構成は、ベンチュリー効果を作って排出ノズルを通して排出され得る液体金属の流速を大きくすることと金属の噴流の運動エネルギーを小さくするようにノズルを通して注がれる液体金属の流れを次第に遅くするという二重の目的を持っている。
【００４１】
第２セグメントはその下側端部分における短辺に長軸を垂直に配置されたほぼ楕円の断面を有する二つの横排出穴を備えている。
【００４２】
横排出穴によって定められる全スループット面積は排出パイプの最終断面に少なくとも等しく、都合よくはそれより大きい。したがって、排出パイプを通して流れる液体金属は、排出パイプの中の下降の間次第に遅くなって、なお横排出穴を通って流出するときさらに遅くなる。
【００４３】
このようにして、液体金属の運動エネルギーは既に一部分排出パイプを通る金属の下降の間に消散され、そのあとで液体金属の噴流が分配室の偏向装置と共同するときほとんど完全に消散される。
【００４４】
本発明による排出ノズルの場合、したがって鋳型の中に妨害物を形成すること及び溶融金属の流れによって晶化装置の側壁をひっかいて凝固するスラブの表皮に損傷を生じさせるのを防止するような排出速度でノズルを出ていく液体金属の流れを得ることが可能である。なお、上側排出口を通って上に送られる液体金属の流速は、メニスカスを覆うが妨害物を生じないで潤滑粉末と酸化剤の層を溶解するのに適当な温度を保証するようなものである。
【００４５】
本発明の排出ノズルにおいて、排出パイプの底端にある壁は、排出パイプの最終出口巾以上の長さである。
【００４６】
この底端壁はその端で下向きに丸まっており、それが液体金属の流れを下向きに案内して、下にある液体金属の中に妨害物を形成しないようにする方法で横排出穴と融合する上側を備えている。
【００４７】
一つの変形によれば、底端壁の上側表面は、金属の流れを二つの横分配室の方に分配し、したがって液体金属の中の渦運動をなくす分配手段、例えば楔形手段、を備えている。
【００４８】
さらに、また、液体金属と既に晶化装置にある液体金属とそして特に排出パイプの底端壁の下の中央帯域にある液体金属との混合をよくするために、底端壁は例えば、円弧のような形をした凸形下側表面を備えている。なおさらに、この凸形は、メニスカスのところで溶融金属内に鋳型の振動によって妨害物が誘導されるのを制限する。
【００４９】
一つの変形によれば、排出パイプの底端壁は、横排出穴より小さい寸法の追加の中央排出穴を含んでおり、この追加の穴を通して液体金属は底端壁の下に低温領域のできるのを防止するように晶化装置の中に軸方向に一部分排出される。
【００５０】
なお、本発明による排出ノズルは、横排出穴が設けらている帯域において、液体金属の全塊り内で一様な温度を保証するようにノズルと晶化装置の間にも広がることができるようにする約５０ｍｍ〜１５０ｍｍ、都合よくは６０ｍｍ〜１２０ｍｍの縮小外側巾を備えている。
【００５１】
本発明によれば、偏向装置の上側部分はメニスカスの下約１００〜２００ｍｍのところに置かれている。
【００５２】
添付図面は非制限的例として与えられ本発明の好ましい実施例を示している。
【００５３】
【実施例】
添付図における参照番号１０は、本発明による連続鋳造用の排出ノズルを総括的に表わしている。
【００５４】
本発明による排出ノズル１０は、密封及び位置決めノズルを備えていてもよく、ここでは鋳型の晶化装置に液体金属を注ぐように示されていない湯溜りと結合される。
【００５５】
本発明による排出ノズル１０は、その下端で分配偏向手段１３と最終的に結合さた底端壁１２によって閉じられている垂直排出パイプ１１を備えている。
【００５６】
排出パイプ１１はその下側部分に底端壁１２及び分配兼偏向手段１３と共同して晶化装置の狭い側面に面する二つの横に向き合った排出穴１４を備えている。
排出パイプ１１は、下向きに減小する円形断面を有し、排出パイプ１１の長さの約１／３だけ延びている上側第１セグメント１１ａと、円形からほぼ矩形に次第に可変で次第に大きくなる断面を有する下側の第２セグメント１１ｂを備えている。
【００５７】
さらに正確にいえば、この第２セグメント１１ｂは晶化装置の巾広側壁に平行な矩形断面の長辺を備えている。
【００５８】
第１セグメント１１ａはその吸込み口部分で７０ｍｍと９０ｍｍの間、都合よくは８０ｍｍの直径ｄ１とその出口において６５ｍｍと８５ｍｍの間、都合よくは７５ｍｍの直径ｄ２を持っている。
【００５９】
本発明によれば、この第１セグメント１１ａは、直径ｄ２によって定められ、直径ｄ１によって定められる吸込み口断面積の０．８４から０．９２倍に等しい出口断面積を持っている。
【００６０】
第２セグメント１１ｂはそれの終端部分である出口で、１７０ｍｍと２１０ｍｍの間、都合よくは１９０ｍｍの矩形断面の長辺ｌ_１ および３０ｍｍと４２ｍｍの間、都合よくは３４〜３８ｍｍの短辺を備えている。
【００６１】
本発明によれば、排出パイプ１１の第２セグメント１１ｂの出口は、直径ｄ２によって定められる第１のセグメント１１ａの出口断面積の１．１ないし２．１倍に等しい断面積を持っている。
【００６２】
各分配兼偏向手段１３は、それぞれの横排出穴１４と関連し、晶化装置の巾広い側壁の方向に延びる分配室１５から成っている。この場合に各分配室１５は、ほぼ半楕円の断面を持っている。
【００６３】
各分配室１５は上側排出口１６ａと下側排出口１６ｂをそれぞれ定めるように上側端と下側端で開いている。
【００６４】
本発明による排出ノズル１０において（図３参照）、上側排出口１６ａの長さ１_２は３５ｍｍと６０ｍｍの間、都合よくは４５ｍｍないし５０ｍｍの長さであり、一方巾１３は３０ｍｍと４２ｍｍの間、都合よくは３０ｍｍないし３８ｍｍの巾であり、その結果として生ずるメニスカスの凝固で、上側排出口１６ａを閉鎖することのできるアルミナ又はその他の物質の堆積を防止するようにする。
【００６５】
下側排出口１６ｂ（図４参照）は、２５ｍｍと３５ｍｍの間、都合よくは２８ｍｍと３２ｍｍの間の巾のｌ₄ を持っている。
【００６６】
各分配室１５はそれぞれの横排出穴１４に関連して下向き方向に外向きに広がる偏向装置１８の形を定める側壁１７によって形成されている。
【００６７】
偏向装置１８は１０°と３５°の間、都合よくは１５°と２５°の間の角度「α」を垂直線と形成している。
【００６８】
この場合に、側壁１７と特に偏向装置１８は、横排出穴１４の高さと等しい高さを持ち、排出パイプ１１の底端壁１２は、排出パイプ１１の第２セグメント１１ｂの出口の巾広い側面ｌ₁ に等しい長さを持っている。
【００６９】
排出ノズル１０のこれらの幾何学的特性によって、排出パイプ１１から出て行く液体金属の流れは、それぞれ上側排出口１６ａを通して上向きに及び下側排出口１６ｂを通して下向きに向けられる二つの適当に割り振られた流れに分割できる。
【００７０】
これら二つの流れは、液体金属のさらに均一な温度を鋳型内に達成できるようにして、鋼内のどんな含有物もスラブ内に深く完全に取り込まれないようにする。 本発明による排出ノズル１０においては、排出パイプ１１を通って湯溜りから出てゆく液体金属は、パイプ１１の第２セグメント１１ｂの拡大された断面において次第に遅くなり、次に分配室１５の中で広がって偏向装置１８に衝突することによってさらになお運動エネルギーを小さくしてそのあとで上向き及び下向きの経路を辿る。
【００７１】
底端壁１２より下の帯域における液体金属の塊の混合をよくし、したがって液体金属の塊内の均一な温度を確実にするために、底端壁１２の上側表面１２ａは、都合よくは横排出穴１４の側面において、それぞれの分配室１５の下側排出口１６ｂを通って流れる液体金属のための導入部を作るための丸くなった面取り部分１９を備えている。
【００７２】
図１において破線で示された変形によれば、底端壁１２の上側表面１２ａは、この場合に、上向き突起２１から成る分配手段２０を備え、この分配手段は金属の流れを二つの横分配室１５に分配して、金属を下側排出口１６ｂの方へ案内し、したがって、凝固過程を損なう可能性のある妨害物の形成をなくす。
【００７３】
なおさらに、この場合には底端壁１２は液体の塊りの混合をなおさらによくし、低温帯域の形成を防止し、かつ鋳型の振動によって生じたメニスカスの乱れを
制限するために凸形の下側表面１２ｂを持っている。
【００７４】
一つの変形によれば、底端壁１２は下向きの軸方向の排出穴２２を備え、その穴を通って液体金属の一部分が底端壁１２の下の低温帯域の形成を防止するように通る。
【００７５】
本発明による排出ノズル１０は１０００と６５００ｋｇ／ｍｉｎ、都合よくは１８００と５５００ｋｇ／ｍｉｎの間の液体金属の流量の範囲を処理できる晶化装置に適用される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による排出ノズルの縦断面図である。
【図２】 線Ｄ−Ｄに沿った図１の排出ノズルの断面図である。
【図３】 矢印Ａに従う図１の排出ノズルの拡大図である。
【図４】 矢印Ｂに従った図１の排出ノズルの拡大図である。
【図５】 図１の排出ノズルの線Ｃ−Ｃに沿った断面の拡大図である。
【符号の説明】
１０ 排出ノズル
１１ａ 第１セグメント
１１ｂ 第２セグメント
１２ 底端壁
１３ 分配兼偏向手段
１４ 横排出穴
１５ 分配室
１７ 側壁
１８ 偏向装置

Claims (17)

1. 矩形の連続鋳造鋳型内に液体金属を分配するのに用いられ、ほぼ垂直な排出パイプ（１１）を備える形式のものであり、前記排出パイプが下端で閉じられ、液体金属の流れを分配してそらせる分配兼偏向手段（１３）と共同する横排出穴（１４）を備えているスラブの連続鋳造用の排出ノズル（１０）において、前記ノズルは下向きに次第に直径の小さくなっている円形断面を有する第１セグメント（１１ａ）と、始端の円形断面から長辺が前記円形の直径より大きく少なくとも短辺が丸くなったほぼ矩形の断面を有する終端の出口断面形状に次第に変り、矩形の長辺に沿う中心断面では下に向かって末広がりで、前記中心断面に垂直な断面では下に向かって先細りの形状を有する第２セグメントを備え、前記分配兼偏向手段（１３）は、前記第２セグメントの終端である出口部分に続いて設けられ、横排出穴（１４）ごとに一つある二つの分配室（１５）からなり、前記分配室（１５）は上側部分と下側部分で開いている上側排出口（１６ａ）および下側排出口（１６ｂ）を備え、横排出穴（１４）に向かい合った側面において垂直線と１０°と３５°の間の角（α）を形成する下向きに広がる偏向装置（１８）としての形に適応している側壁（１７）によって画成されており、前記横排出穴（１４）は底端壁（１２）に隣接しており、排出パイプ（１１）の第２セグメント（１１ｂ）の出口の断面積にほぼ等しい横断面積を有することを特徴とする連続鋳造用排出ノズル。
2. 排出パイプ（１１）の円形断面を有する第１セグメント（１１ａ）は出口断面積が吸込み口断面積の０．８４乃至０．９２倍であることを特徴とする請求項１に記載の排出ノズル。
3. 第２セグメント（１１ｂ）の出口の断面積が第１セグメント（１１ａ）の出口の断面積の１．１ないし２．１倍であることを特徴とする請求項１又は２に記載の排出ノズル。
4. 分配室（１５）の偏向装置（１８）を形成する側壁（１７）が排出ノズルの中心線に対してなす角（α）が１５°と２５°の間の値である請求項１ないし４のいずれか一つに記載の排出ノズル。
5. 排出パイプ（１１）の底端壁（１２）が排出パイプ（１１）の第２セグメント（１１ｂ）の出口の長辺（ｌ_１）に少なくとも等しい長さを持っていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか一つに記載の排出ノズル。
6. 前記偏向装置（１８）は、排出パイプ（１１）の第２セグメント（１１ｂ）の出口と同じ高さのところに上端を合わされていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか一つに記載の排出ノズル。
7. 前記偏向装置（１８）は前記底端壁（１２）の上側部分と同じ高さのところに下側端を合わされていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一つに記載の排出ノズル。
8. 前記偏向装置（１８）は、排出パイプ（１１）の第２セグメント（１１ｂ）の出口と同じ高さに上端において合わされ、底端壁（１２）と同じ高さに下側端で合わされていることを特徴とする請求項１ないし７のいずれか一つに記載の排出ノズル。
9. 前記排出ノズルの上側排出口（１６ａ）の各々は３０ｍｍと４２ｍｍの間の巾（１_３）及び３５ｍｍと６０ｍｍの間の長さ（１_２）の断面を持っていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか一つに記載の排出ノズル。
10. 前記排出ノズルの下側排出口（１６ｂ）の各々が２５ｍｍと３５ｍｍの間の巾（１_４）の断面を持っていることを特徴する請求項１ないし９のいずれか一つに記載の排出ノズル。
11. 前記底端壁（１２）の上側表面（１２ａ）の横縁は分配室（１５）の両側のところで下向きに丸めた面取り部分（１９）を備えていることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか一つに記載の排出ノズル。
12. 前記底端壁（１２）の上側表面（１２ａ）が上向き突起（２１）を備える分配手段（２０）を備えていることを特徴とする請求項１ないし１１のいずれか一つに記載の排出ノズル。
13. 前記底端壁（１２）の下側表面（１２ｂ）が凸形であることを特徴とする請求項１ないし１２のいずれか一つに記載の排出ノズル。
14. 前記底端壁（１２）が軸方向の排出穴（２２）を備えている請求項１ないし１３のいずれか一つに記載の排出ノズル。
15. 前記分配室（１５）の水平面断面がほぼ半楕円であることを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一つに記載の排出ノズル。
16. 前記分配室（１５）の水平面断面が端の丸くなった平行な側辺を有することを特徴とする請求項１ないし１４のいずれか一つに記載の排出ノズル。
17. 前記分配室（１５）の水平面断面が外側に向けてテ−パの付いた側辺を有することを特徴とする請求項１０ないし１４のいずれか一つに記載の排出ノズル。

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