JP3978794B2 - 金属連続鋳造用鋳型へ液体金属を導入するためのノズル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は金属、特に鋼の連続鋳造法に関するものである。本発明は特に「ノズル」といわれる断熱材料で作られた管に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ノズルは一般に上端が液体金属の貯蔵容器の役目をする容器に連結され、下端は鋳型内の溶解液体金属中に侵漬されている。鋳造物はこの鋳型内で凝固し始める。ノズルの役目は上記容器と鋳型との間を移動する間に液体金属のジェット流が雰囲気によって酸化されることから保護する点にある。また、この下端を適当な形にすることによって最高の条件で鋳造物が凝固するように鋳型内での液体金属の流れの向きを変えることができる。
【０００３】
連続鋳造は一般に「平鋼」とよばれる極めて細長い長方形断面の鋳造物が得られるような鋳型で行うことができ、製鉄製鋼の場合、これは鋼をスラブすなわち幅が約１〜２ｍ、厚さが約20cmの鋳造物を製造する場合である。しかし、最近の「薄板スラブ鋳造機」とよばれるプラントの中には数cmの薄さにすることができるものもあ。これらの装置では鋳型は固定壁で構成され、その金属に接触していない面が強制冷却される。
【０００４】
液体金属を直接凝固することによって厚さが数mmの鋼のストリップを直接得るプラントの実験も行われている。ここで使用される鋳型の鋳造空間は互いに逆方向へ回転する平行な水平軸線を有する一対の内部冷却ロールによる大きな側面とロール端部に押圧された側壁とよばれる断熱材料のプレートで閉じられた小さな側面とで規定される。ロールの代わりに冷却されたエンドレスベルトを使うこともできる。
【０００５】
この形式の鋳型では最初に液体金属を鋳造空間の小さい側面の方向へ向って流すのが好ましい。そのため、金属を熱的に均質化して鋳型に沿った凝固厚さの変動を無くすような試みが行われている。薄板ストリップの鋳造では、断熱材料で作られた側壁が用いられるので、熱的均質化とそれに必要な液体金属の攪拌とが特に重要であり、側壁に接している金属を強制的に更新できない場合には、金属が異常に強く冷え、側壁に望ましくない金属の凝固物ができる。
【０００６】
特開昭60-21,171 号では、望ましい熱的均質化を得るために２つの部分から成るノズルをロール間鋳造法で用いている。その第１部分は円筒形の管で作られ、その上端は分配器の底に形成された孔と連通している。この分配器は鋳型に供給される液体鋼の貯蔵容器を構成している。この管の口は、金属の流量を確実に制御するストッパーまたは摺動ゲートシステムを用いて、操作者が部分的または完全に自由に閉じることができる。ノズルの中を流れる金属の最大流量はこの口の断面で決まる。上記の管の下端に例えば螺合されたノズルの第２部分は、鋳型内の液体溶融金属中に侵漬されている。この第２部分は中空な部材で作られ、上記の円筒形の管の下側の口はこの中空部材の内側に開口している。中空部材の内部空間の先端部分は一般に細長い形状をしており、管に対してほぼ直角な方向を向いている。
【０００７】
ノズルの使用時には、この中空部材を鋳型の大きな側面と平行に配置して液体金属を中空部材の細長い先端部分の両端に作られた各オリフィスを介して鋳型内に流す。このオリフィスを「ノズル開口」とよんでいる。
鋼が例えば約 60 t/時の流量でノズル中を移動する時には、管の部分での金属の速度は容易に毎秒数メートルに達する。この条件下では、液体金属で満たされるのはノズルの円筒形部分の断面のほんの一部である。こうしたノズルの部分的な充填状態には多くの欠点がある。
先ず、「吸引ポンプ効果」により多孔性な断熱材料を通って外気が吸引され、ノズルと分配器との連結部の密封部材の欠陥があった場合にはそこからのリークによって外気が吸引されて、金属の品質が低下する。
【０００８】
さらに、分配器の底の遮断装置が一部しか開いていない場合には、金属の流れに渦ができ、不均一になる。その結果、ノズル開口部から出た金属の流れの不安定性が強くなる。この不安定性は第１の欠点を無くす目的でノズルに不活性ガスを送り込むさらに強くなる。その結果、鋳型の右と左の部分で流れが非対称になる危険がある。
【０００９】
こうした不安定性および非対称性によって、鋳型内の溶融液体金属内に波が生じ、金属表面の高さが絶えず変動する。これは鋳造物を均一に凝固させる上では極めて不都合なことである。この波は表面高さを検出して表面位置を制御する装置の誤動作の原因にもなる。そのためストッパーまたは摺動ゲートの開口度を絶えず迅速に変える命令を出して高さの変動を金属の平均高さで補償することが行われている。しかし、このように変更を絶えず行うことは金属の高さの不安定性を増すことになる。また、ノズル内の液体金属の速度が速いと、ノズルを作っている断熱材料、特に水平中空部材の底に金属のジェットが当たる衝撃点での磨耗が激しくなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、冶金製品の連続鋳造法で用いられてる従来のノズルよりも安定且つより均一な状態で金属を鋳型に流すことが可能なノズルを提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、液体金属の第１の流路を規定する管状の第１部分と、中空な第２部分とを有し、第１部分の一端は液体金属を収容した容器と連通し、その他端は第２部分の内部で開口し、第２部分の内部空間の少なくとも１部は第１部分に対してほぼ直角な方向を向き且つ両端に鋳型の鋳造空間内に開口した少なくとも一つの開口を有する形式の金属の連続鋳造用鋳型に液体金属を導入するためのノズルにおいて、第１部分の内側またはその延長上の液体金属の通路に配置された障害物を有し、この障害物は金属をノズル内部の本来の軌道からそらすための少なくとも１つの有孔部品を有し、それによって上記第１の流路の断面積より小さい断面積を有する第２の流路を規定して液体金属の流れを規制することを特徴とするノズルを提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の第１変形例では障害物が複数の孔を有する少なくとも１つのディスクで構成される。
本発明の第２変形例では障害物が有底の中空部品で構成され、この中空部品はノズルの第２部分の内部空間に挿入され、その側壁には開口を有している。
本発明の１つの実施例ではノズル全体の内部空間がＴ字型をしている。
【００１３】
以下で説明するように、本発明は、液体金属の通路に障害物を挿入して金属の流れを理論的に好ましい軌道から急激に反らし且つ金属の通る空間の断面の一部を小さくしてその本来の流れを妨げるものである。金属の流量が同じ場合、こうすることによって、流速を制限し、ノズルの内部空間を満たす効果を全体として向上させることができる。従って、ノズルから出た金属流の状態の乱れ(erraticvariarion)が無くなり、鋳型の右半分と左半分での流れの対称性および流れの均一性が著しく向上する。
本発明は添付図面を参照した以下の説明からより良く理解できよう。
【００１４】
【実施例】
図１の (a)〜(b) に示す本発明の第１実施例では、ノズル１が上記の従来技術と同様にグラファイト化アルミナ等の断熱材料で作られた２つの主要部分で構成されている。図示した例では第１部分と第２部分は螺合している。
第１部分は円筒形またはほぼ円筒形の管２であり、その内部空間３は液体金属の通路を構成している。この管２は通常は垂直に保持されている。管２の上部は連続鋳造の分配器のような液体金属の貯蔵容器の役目をする容器（図示せず）に連結され、その開口部を通って所定の流量で液体金属が流される。この流量は操作者がストッパーまたは摺動ゲートを用いて調節することができる。管２の下端４の外壁にはネジ部５を有し、このネジ部５によって下端４はノズル１の第２部分に固定される。
【００１５】
第２部分は、図示した実施例では、外側輪郭形状が逆Ｔ字型の中空部材６で構成されている。この中空部材６の内部空間７も逆Ｔ字形で、その円筒形部分８は管２の内部空間３へ向かって延びている。円筒形部分８の上側部分は拡大され、その壁にはネジが付けられ、管２の下端４と螺合できるようになっている。円筒形部分８は管状部分10に対してほぼ直角に開口している。この管状部分10はほぼ円形、長円形または長方形で、その両端は「ノズル開口部」とよばれるオリフィス11、11' になっており、液体金属はこのオリフィスを通ってノズルの外へ流出する。ノズル開口部11、11' は鋳造中は常に鋳造空間内に満たされた液体金属の表面下に維持される。
【００１６】
本発明の中空部材６の円筒形部分８の内部空間７の拡大部分９の内側壁に形成されたネジ部の下側には収容部12が設けられている。この収容部12内には断熱材料で作られた上側ディスク13、中間ディスク14および下側ディスク15からなる３つのディスクが、上下に重られた状態で、ノズル１の２つの部分２、６の間に収容され、配置されている。収容部12およびディスク13、14、15の寸法は、ノズル１を固定した時に管２の下端が上側ディスク13に当接するように選択される。上側ディスク13は、管２の内部空間３に対して直角に設置されるディスク表面の一部に分布された所定数の孔16を有している。中間ディスク14は少なくとも管２の内部空間３と等しい開口を有する例えば正方形または円形の単一の穴17を有している。中間ディスク14は上側ディスク13と下側ディスク15とを離すためのスペーサーの役目をする。
【００１７】
下側ディスク15も所定数の孔18を有するが、この孔18の数および寸法は上側ディスク13の孔16の数および寸法と相違させることができる。しかし、所望の結果を得るためには、孔16、18を互いにオフセットし（位置をズラし）て、ディスク13、14、15の組合せによって構成される障害物を理論的に可能な限り少量の液体金属がディスクに衝突せずに横切ることができるようにすることが重要である。障害物の効果を良くするためには、液体金属が存在する確率が最大になる上側ディスク13の中央には孔を明けないで、鋳造ジェット流の速度をできるだけ早く減速するのが好ましい。
障害物のない場合と同じ最大流量で常に金属が鋳造できるようにするために、一般に、各ディスクの孔および穴の全断面積は分配器の出口の断面積以下にしてはならない。
【００１８】
中空部材６の底19には「漏れ孔」とよばれる孔20を設けることができる。この漏れ孔自体は公知のものである。漏れ孔20の通常の役目は金属の一部を鋳型下部へ流すこくにある。ここでの拡散によってノズル開口部11、11' での金属の流量および流出速度が小さくなり、従って、金属が鋳型の小さい方の側面に激しく衝突して鋳型内の凝固状態を攪乱することを防止することができる。ロール間鋳造の場合にはこの拡散によって断熱材料の側壁が過剰に劣化することを避けることができる。さらに、漏れ孔20は鋳造空間の下部、特にノズル１の真下の部分への溶融金属の均一な供給を可能にして、凝固状態をより良く制御することができるようにする。
本発明の障害物を用いると漏れ孔20の利点を最大限に得ることができる。すなわち、金属がノズル１の内部、特に中空部材６の内部をに均一に流れれば流れる程、それに比例して漏れ孔20の効果も高くなる。特に、ノズル軸線に最も近い漏れ孔20を通る金属の流れを減速させることができる。
【００１９】
一例を挙げると、管２の内経が60mmで、管状部分10のノズル開口部11、11' が直径が30mmの円形断面で、その内部に外経が 100mmで、厚さが25mmの３枚のディスク13、14、15からなる障害物を有するノズル１の場合の仕様は以下の通りにすることができる：
1) 上側ディスク13では、直径13mmの孔16を８個の有し、これらの孔16は３つの孔の列が２つ２つの孔の列から離れて配列される。
2) 中間ディスク14が１辺が60mmの正方形断面または直径が60mmの円形断面を有する単一の穴17を有する。
3) 下側ディスク15では、直径19mmの孔18を５つ有し、これらの孔は中央の１つの孔を４つの孔が正方形に取り囲むように配置される。
【００２０】
この例で液体鋼を鋳造した場合には、金属が60t/時の流量でノズル１を通過した時に、障害物のないと、管２の内部空間の一部しか液体鋼で満たされない。これに対して、上記障害物を設けた場合には、液体鋼の流れが障害物によって十分に減速され、その流速は約１m/秒に減速されて管２が良く満たされる。しかも、同じ流速60t/時の金属でも、金属の流出速度はノズル開口部11、11' の全断面積で安定且つほぼ均一になる。従って、ノズル１を通る金属の流量が変わらなければ鋳型内の金属の高さは十分に安定する。
ディスクを鋳造金属の種類に対抗できる断熱材料、例えばジルコニアで作って金属による過剰な化学的攻撃から防ぐ必要がある。
【００２１】
上記のディスク式障害物の形式は一例で、当然上記実施例に限定されるものではない。特に、通常の鋳造条件で許容可能な結果を得るのに十分な場合には、単一の穴を有するディスクを用いることができ、逆に、鋳造流の減速効果を強めるために３つ以上のディスクを用いることもできるということは理解できよう。同様に、大きな単一の穴17のみを有する中間ディスク14は、複数の孔を有する２つのディスク13、15の間のスペーサーの役目しかしないので、厳密には必須要素ではないが、この中間ディスク14は上側ディスク13の孔に対向したディスク15の中実部分の上に金属が許容量を越えて集中して流下するのを防止して、下側ディスク15の磨耗を減らす役目をする。
【００２２】
図２は本発明の第２実施例を示し、図１の部材と均等な部材には同じ参照符号を付けてある。ノズル１に挿入された障害物は一端に底22を有する管状部品21で構成されている。この管状部品21の開口端には肩部23が設けられ、この肩部23は本発明の第１実施例の中空部材６に形成されたディスク13、14、15を収容するための収容部12の中に挿入することができる。管状部品21の側壁24には孔25、26、27が形成され、液体金属は大部分のエネルギーを失った後にこの孔を通って管状部品21の内部空間28から中空部材６の内部空間７へ通る。
図２の実施例の孔25、26、27の数は６つで、管状部品21に３段階の高さで分布されたほぼ長孔である。この管状部品21によって液体金属の流れを中空部材６の内部空間７の円筒形部分８の側壁へ向けることができる。管状部品21の内側でエネルギーが吸収され、さらにこの側壁でも金属の衝撃エネルギーを吸収することができる。また、ノズル１内での金属の残留時間をできるだけ長く且つ均一にするために、図のようにこの孔の向きはノズルの開口部11、11' の方向に対して直角にするのが好ましい。
【００２３】
図示した実施例の管状部品21は、内部空間28が長さ84mm、直径30mmで、孔25、26、27の大きさは10×20mmである。この管状部品21を図１と同じノズル１に挿入した場合、図１の障害物のディスク13、14、15の場合の金属流とほぼ同じ速度および均一性が得られる。
【００２４】
本発明は上記実施例に限定されるものではない。例えば、障害物を管２の延長上だけではなく、管２の内部に挿入することもできる。また、実施例と同様あるいは実施例以外の形状で同じ機能を全て満たすことのできる複数の障害物をノズル１内に挿入することもできる。
本発明はスラブ、薄板スラブ、薄板ストラップ等の平らな鋼の連続鋳造に主として適用されるが、これに限定されるものではなく、金属の流れを減速してノズルを良く満たし、ノズルから出る液体金属の安定性を良くすることが望まれる任意の金属の連続鋳造の任意の形状のノズルで使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 障害物が複数の有孔ディスクからなる本発明の第１変形例の図で、(a) は縦断面図、(b),(c),(d) は各有孔ディス孔の平面図である。
【図２】 障害物が中空部品からなる本発明の第２変形例の縦断面図で、中空部品はノズルの第１の管状部分へ向かって延び、ノズルの第２部分の側壁へ向かって金属を向けるようになっている。
【符号の説明】
１ ノズル ２ 第１管状部分
６ 第２中空部分 ７ 内部空間
11、11' ノズル開口 12 収容部
13、14、15 ディスク 17 単一の孔
19、22 底 20 漏れ孔
21 管状部品 24 側壁
25、26、27 孔

Claims (4)

1. 液体金属の第１の流路を規定する管状の第１部分(2) と、中空な第２部分(6) とを有し、第１部分(2) の一端は液体金属を収容した容器と連通し、その他端(4) は第２部分(6)の内部で開口し、第２部分(6) の内部空間(7) の少なくとも１部(29)は第１部分(2) に対してほぼ直角な方向を向き且つ両端に鋳型の鋳造空間内に開口した少なくとも一つの開口(11, 11’)を有する形式の金属の連続鋳造用鋳型に液体金属を導入するためのノズル(1) において、
   第１部分(2)またはその延長上の液体金属の管状通路内に障害物が配置され、この障害物は複数の孔をそれぞれ有する複数のディスク(13, 15)で構成され、これらのディスクが第１部分(2) の内部断面に近い単一の穴(17)を有する別のディスク(14)によって互いに離されていることを特徴とするノズル。
2. ノズル(1) の第１部分(2) が第２部分(6) に螺合され、上記障害物が第２部分(6) の内壁に形成された収容部(12)の中に挿入されている請求項１に記載のノズル。
3. 第２部分(6)が第１部分(2) に対してほぼ直角を成し、第２部分(6)の内部空間(7)の一部(29)が細長い形状を有し、ノズル全体の内部空間がＴ字型である請求項１または２に記載のノズル。
4. 中空な第２部分(6) の底(19)に少なくとも１つの漏れ孔(20)をさらに有する請求項１〜３のいずれか一項に記載のノズル。

Images