JP3917748B2

JP3917748B2 - 鋼の連続鋳造用浸漬ノズル及びそれを用いた鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP3917748B2
Application number: JP07930698A
Authority: JP
Inventors: 勝浩笹井; 一長谷川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 2007-05-23
Anticipated expiration: 2018-03-26
Also published as: JPH11277194A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造用浸漬ノズル及びそれを用いた鋼の連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、タンディッシュから鋳型内への溶鋼注入は、タンディッシュに設けられた逆Ｙ型２孔式吐出孔を有する耐火物製の浸漬ノズル（以下、２孔式浸漬ノズルと称す。）を介して行われている。浸漬ノズルの左右吐出孔から鋳型内に流出した溶鋼は鋳型短片に衝突した後、上下方向に分割され、一方は短片に沿って下向きの下降流となり、他方は上昇して溶鋼表面流となる。この溶鋼表面流が強すぎる場合には、溶鋼表面でパウダーの巻き込みが生じ、反対に溶鋼表面流が弱すぎる場合には、溶鋼表面への熱供給が不足し部分的に凝固したディッケルが鋳型内に持ち込まれる。さらに、短片下降流が強すぎる場合には、鋳型内下方に向かう溶鋼の浸入深さが深くなるため、溶鋼中の介在物は浮上しきれず鋳片内部に捕捉される。このため、浸漬ノズルには、溶鋼表面にパウダーの巻き込みとディッケルが生じない範囲の表面流速を与え、その上で溶鋼の浸入深さをできるだけ浅くすることが望まれている。例えば、特開昭６１−１４０５１号公報において、図３に示すように浸漬ノズルの先端部にスリット１０を形成し、その両端に１対の溶鋼吐出孔９を設けた構造の浸漬ノズル８（以下、スリット式浸漬ノズルと称す。）が開発され、平均的な鋳型内の溶鋼流動はほぼ適正な範囲に制御されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなスリット式浸漬ノズルにおいても左右吐出孔から流出する溶鋼の流速は必ずしも同一ではなく、浸漬ノズル内における溶鋼流の乱れに起因して左右の吐出流に偏りが生じ、この偏りは時間と共に変化する。また、鋳造時間の経過とともに、溶鋼中のアルミナがスリット内壁に付着してくると、偏流現象はより激しくなる。このような偏流現象が発生した場合には、吐出流速の速い側で溶鋼の表面流速及び溶鋼の浸入深さが同時に増大するため、パウダー起因の表面欠陥やアルミナ起因の内部欠陥が多発し、鋳片品質は著しく低下する。即ち、従来のスリット式浸漬ノズルによる鋳型内の平均的な流動制御だけでは、浸漬ノズル内における溶鋼流の乱れやアルミナ付着に起因する偏流現象を防止し、鋳型内の溶鋼流動を常に適正な範囲に制御することはできない。
【０００４】
本発明は、従来のスリット式浸漬ノズルにおけるこれらの問題点を解決するもので、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流を整流化し、鋳型内に均一に分散させると共に、アルミナ付着をも防止することにより、常に鋳型内の溶鋼流動を最適に制御できる鋼の連続鋳造用浸漬ノズル及びそれを用いる連続鋳造方法の提供を課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）ノズル先端部にスリットを形成し、その両端に１対の溶鋼吐出孔を設けたスリット式の鋼の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、鋳型内の溶鋼表面より下部のノズル内壁に、ノズル半径方向に対して１５°〜６０°傾けた１個または複数個の貫通孔を有するガス吹き込み用耐火物を配置し、その背面に設けたガス中空室から該ガス吹き込み用耐火物を通して不活性ガスを吹き込める構造とした鋼の連続鋳造用浸漬ノズルである。また、（２）ノズル先端部に１対の溶鋼吐出孔を設けた２孔式の鋼の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、鋳型内の溶鋼表面より下部のノズル内壁に、ノズル半径方向に対して１５°〜６０°傾けた１個または複数個の貫通孔を有するガス吹き込み用耐火物を配置し、その背面に設けたガス中空室から該ガス吹き込み用耐火物を通して不活性ガスを吹き込める構造とした鋼の連続鋳造用浸漬ノズルである。また、（３）前記（１）または（２）記載の浸漬ノズルを用いて、該浸漬ノズルのガス吹き込み用耐火物から不活性ガスを吹き込みながら鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
スリット式浸漬ノズルでは、従来の２孔式浸漬ノズルに比べて溶鋼吐出面積が大きくなり、吐出流速が低下するため、溶鋼の表面流速及び溶鋼の浸入深さを効果的に低減することができる。しかし、スリットを設けて、溶鋼吐出面積を単純に増大させると、吐出孔やスリットの一部に負圧の領域が発生する。この負圧の領域は浸漬ノズル内における溶鋼流の乱れに起因して時間と共に変化する。このため、スリット式浸漬ノズルからの溶鋼吐出流は左右に大きく変動し、偏流現象が発生する。また、パウダーが吐出孔やスリットに発生した負圧の領域に引き込まれ、スリット内壁に付着し、これを起点として溶鋼中のアルミナが付着・堆積する。このように、アルミナがスリット内壁に付着してくると、偏流現象はより激しいものとなる。
【０００７】
本発明者らは、偏流現象とスリット内壁へのアルミナ付着を防止する方法について詳細な検討を行い、図１に示すように鋳型内の溶鋼表面１より下部のノズル内壁２に、ノズル半径方向３に対してθ°（ガス吹き込み角度）傾けた貫通孔４を有するガス吹き込み用耐火物５を配置し、その背面に設けたガス中空室６からこのガス吹き込み用耐火物５を通して溶鋼７中にＡｒガスを吹き込める構造の浸漬ノズル８を発明した。本発明のスリット式浸漬ノズルを使用して鋳造すると、Ａｒガスはノズル半径方向３からθ°傾いて吹き込まれるため、溶鋼流をスリット式浸漬ノズル内で旋回させることができる。この旋回流１３はスリット式浸漬ノズルの吐出孔９およびスリット１０における溶鋼流速を均一化し負圧領域を解消するため、偏流現象とパウダーの引き込みに起因するアルミナ付着を防止する。また、溶鋼流を旋回させると溶鋼流はノズル内壁に押し付けられ、ノズル内壁に大きなせん断力が作用する。その結果、パウダーの引き込みに起因するアルミナ付着に対しては勿論のことであるが、鋳造時間の経過と共に徐々にスリット、吐出孔およびその他のノズル内壁に堆積してくるアルミナを剥離・除去させることができる。図２は水モデル実験により得られたガス吹き込み角度とノズル内円周方向流速／ノズル下降流速の関係である。ガス吹き込み角度が１５°以上になるとノズル内の円周方向への流速が生じ、旋回し始めること、さらにガス吹き込み角度が６０°を超えるとノズル内壁と溶鋼の界面にガス膜を生成し、溶鋼の旋回性が低下することが分かる。
【０００８】
よって、浸漬ノズル内で旋回流を得るためのガス吹き込み角度θは１５°〜６０°にする必要がある。
【０００９】
本発明者らは、水モデル実験からＡｒガス吹き込みを実施している状態では、注入流量を制御する溶鋼絞り部（ストッパー方式ではストッパー先端位置、スライディングノズル方式では摺動プレート位置）より下側で、浸漬ノズル全周にわたってノズル内壁２と溶鋼７との間にガス溜まり１１が形成され、溶鋼流は鋳型内の溶鋼表面１に近い位置に形成された浸漬ノズル内の溶鋼表面１２まで自由落下していることを見いだしている。このため、鋳型内の溶鋼表面より上部で吹き込んたＡｒガスは浸漬ノズル内のガス溜まりに滞留するだけで溶鋼流旋回には効果がなく、溶鋼流を効率的に旋回させるためには、溶鋼が存在する鋳型内の溶鋼表面より下側の位置で集中的にＡｒガスを吹き込む必要がある。また、浸漬ノズル内へのガス吹き込み方法として、多孔質耐火物を用いる方法があるが、このような方式では多孔質耐火物全面からＡｒガスが分散して吹き込まれるため、一般に浸漬ノズル内に吹き込まれている１０Ｎｌ／ｍｉｎ程度のＡｒガス流量ではガス吹き込みの線流速が小さく、高速で流れている浸漬ノズル内の溶鋼流を旋回する能力が得られない。このため、複数個の貫通孔４からなる耐火物を用いてＡｒガスを吹き込むことにより、一つの貫通孔から吹き込まれるＡｒガスの線流速を速めた。その際、貫通孔の径は５０ミクロン以下にすることが望ましい。貫通孔からはＡｒガスが常に吹き込まれているため、貫通孔内に溶鋼が浸入することはないが、Ａｒガス流量を低下させたり、完全に止めてしまうような場合には、貫通孔の径が５０ミクロンを超えると溶鋼が浸透する可能性がある。また、本発明は、上記説明からも明らかなように、スリット式浸漬ノズルだけに限られたものではなく、従来の２孔式浸漬ノズルにおいても偏流やノズル閉塞を防止する効果を有している。
【００１０】
以上に示したように、本発明のガス吹き込み型の浸漬ノズルを用いて連続鋳造することにより、偏流現象及びアルミナ付着を確実に防止できるため、鋳型内の溶鋼流動を常に適正な範囲に制御できる。
【００１１】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明について説明する。
【００１２】
（実施例１）
内径９０ｍｍ，長さ１２００ｍｍ，吐出孔径８０ｍｍ，吐出孔角度３５°，スリット間隔２０ｍｍのアルミナグラファイト製スリット式浸漬ノズルを用いて、鋳片サイズ２５０ｍｍ（厚み）×１８３０ｍｍ（幅）、炭素濃度３０ｐｐｍの極低炭素鋼１２５０ｔを鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎで鋳造した。スリット式浸漬ノズルには、貫通孔４（２０μｍ径）を有する長さ１５０ｍｍのガス吹き込み用耐火物５を鋳型内の溶鋼表面１より下側に配置してあり、そこからアルミナ付着防止用のＡｒガスを６Ｎｌ／ｍｉｎで吹き込んだ。なお、貫通孔４のガス吹き込み角度は３０°である。鋳造した鋳片は８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に０．７ｍｍ×幅１８３０ｍｍコイルの冷延鋼板とした。鋳片品質については、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表面欠陥の発生個数を評価した。また、偏流現象の発生状況は鋳型内に埋め込んだ熱電対から両短片の溶鋼表面高さの差を検出することにより、アルミナ付着の状況はストッパー開度の変化と鋳造後に回収した浸漬ノズルへのアルミナ付着厚さにより評価した。その結果、鋳型の両短片の溶鋼表面高さの差は５ｍｍ以下で、偏流現象は見られなかったため、鋳片欠陥は全く発生しなかった。また、鋳造時のストッパー開度はほぼ一定であり、鋳造後にスリット式浸漬ノズルを回収し、アルミナ付着の発生状況を調査しても、スリット内壁へのアルミナ付着は殆ど観察されなかった。
【００１３】
（実施例２）
内径９０ｍｍ，長さ１２００ｍｍ，吐出孔径８０ｍｍ，吐出孔角度３５°のアルミナグラファイト製２孔式浸漬ノズルを用いて、鋳片サイズ２５０ｍｍ（厚み）×１８３０ｍｍ（幅）、炭素濃度３０ｐｐｍの極低炭素鋼１２５０ｔを鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎで鋳造した。２孔式浸漬ノズルには、貫通孔（２０μｍ径）を有する長さ１５０ｍｍのガス吹き込み用耐火物を鋳型内溶鋼表面より下側に配置してあり、そこからアルミナ付着防止用のＡｒガスを６Ｎｌ／ｍｉｎで吹き込んだ。なお、貫通孔のガス吹き込み角度は３０°である。その結果、鋳型の両短片の溶鋼表面高さの差は５ｍｍ以下で、偏流現象は見られなかったため、鋳片欠陥は全く発生しなかった。また、鋳造時のストッパー開度はほぼ一定であり、鋳造後に２孔式浸漬ノズルを回収し、アルミナ付着の発生状況を調査しても、ノズル内壁へのアルミナ付着は殆ど観察されなかった。
【００１４】
（比較例１）
内径９０ｍｍ，長さ１２００ｍｍ，吐出孔径８０ｍｍ，吐出孔角度３５°，スリット間隔２０ｍｍのアルミナグラファイト製スリット式浸漬ノズルを用いて、鋳片サイズ２５０ｍｍ（厚み）×１８３０ｍｍ（幅）、炭素濃度３０ｐｐｍの極低炭素鋼１２５０ｔを鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎで鋳造した。スリット式浸漬ノズルには、２５０ｍｍ長さの多孔質耐火物を配置してあり、そこからアルミナ付着防止用のＡｒガスを６Ｎｌ／ｍｉｎで吹き込んだ。その結果、鋳型の両短片の溶鋼表面高さの差は３０ｍｍにも達し、偏流現象が激しかったため、パウダーの巻き込みにより表面欠陥が発生した。また、鋳造時のストッパー開度は鋳造開始から徐々に開き、鋳造後に浸漬ノズルを回収し、アルミナ付着の発生状況を調査したところ、スリット内壁にアルミナが付着し、部分的にはスリットが完全に消失していた。
【００１５】
（比較例２）
内径９０ｍｍ，長さ１２００ｍｍ，吐出孔径８０ｍｍ，吐出孔角度３５°のアルミナグラファイト製２孔式浸漬ノズルを用いて、鋳片サイズ２５０ｍｍ（厚み）×１８３０ｍｍ（幅）、炭素濃度３０ｐｐｍの極低炭素鋼１２５０ｔを鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎで鋳造した。２孔式浸漬ノズルには、２５０ｍｍ長さの多孔質耐火物を配置してあり、そこからアルミナ付着防止用のＡｒガスを６Ｎｌ／ｍｉｎで吹き込んだ。その結果、鋳型の両短片の溶鋼表面高さの差は３０ｍｍにも達し、偏流現象が激しかったため、パウダーの巻き込みにより表面欠陥が発生した。また、鋳造時のストッパー開度は鋳造開始から徐々に開き、鋳造後に浸漬ノズルを回収し、アルミナ付着の発生状況を調査したところ、ノズル内壁にアルミナが付着し、特に吐出孔については孔径が２０ｍｍ程度まで閉塞していた。
【００１６】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によりアルミナ付着と偏流現象を防止した上で、鋳型内の溶鋼流動を最適に制御できるため、鋳片の品質が格段に向上すると共に、アルミナ付着に起因する種々の非定常作業を軽減できるため、操業性も大きく改善される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス吹き込み型スリット式浸漬ノズルの構造を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）はＢ−Ｂ’断面図、（ｃ）はＡ−Ａ’断面図である。
【図２】貫通孔のガス吹き込み角度とノズル内円周方向流速／ノズル下降流速の関係を示す図である。
【図３】従来のスリット式浸漬ノズルの概略図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は縦断面図である。
【符号の説明】
１：鋳型内の溶鋼表面
２：ノズル内壁
３：ノズル半径方向
４：貫通孔
５：ガス吹き込み用耐火物
６：ガス中空室
７：溶鋼
８：浸漬ノズル
９：吐出孔
１０：スリット
１１：ガス溜まり
１２：浸漬ノズル内の溶鋼表面
１３：旋回流
θ：ガス吹き込み角度

Claims

ノズル先端部にスリットを形成し、その両端に１対の溶鋼吐出孔を設けたスリット式の鋼の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、鋳型内の溶鋼表面より下部のノズル内壁に、ノズル半径方向に対して１５°〜６０°傾けた１個または複数個の貫通孔を有するガス吹き込み用耐火物を配置し、その背面に設けたガス中空室から該ガス吹き込み用耐火物を通して不活性ガスを吹き込める構造とした鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
ノズル先端部に１対の溶鋼吐出孔を設けた２孔式の鋼の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、鋳型内の溶鋼表面より下部のノズル内壁に、ノズル半径方向に対して１５°〜６０°傾けた１個または複数個の貫通孔を有するガス吹き込み用耐火物を配置し、その背面に設けたガス中空室から該ガス吹き込み用耐火物を通して不活性ガスを吹き込める構造とした鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
前記請求項１または請求項２の浸漬ノズルを用いて、該浸漬ノズルのガス吹き込み用耐火物から不活性ガスを吹き込みながら鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。