JP3994868B2

JP3994868B2 - 連続鋳造用浸漬ノズルおよび連続鋳造方法

Info

Publication number: JP3994868B2
Application number: JP2002355516A
Authority: JP
Inventors: 友一塚口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-12-06
Filing date: 2002-12-06
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2022-12-06
Also published as: JP2004188421A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造の際に詰まりを防止しつつ安定して鋳型内へ溶湯を供給できる浸漬ノズルとそれを使用した連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、浸漬ノズルの内面壁部への介在物付着による詰まりを防止する技術としては、浸漬ノズル内にAr等の不活性ガスを吹き込む方法が広く採用されている。
【０００３】
その他には、例えば特公平７−75763 号公報に開示されているような、固体電解質である酸化ジルコニウムと炭素とを組み合わせてノズル素材とした方法、特許第2554105 号公報や特許第3294940 号に開示されているような、還元性のガスをノズル内に吹き込む方法、特許第3219095 号公報や特許第2891757 号公報に開示されているような、耐火物中SiO₂濃度を低下させる方法、特許第2919043 号や特公平７−47197 号公報に開示されているような、ZrO₂−CaO 系耐火物を用いる方法、あるいは、特許第3265239 号公報や特許第3207793 号公報に開示されているような、ノズル内壁に段差を設け、ノズル内径を通湯量に対し適正化し、炭素を含まない耐火物を用いる方法など、多くの方法が開示されている。
【０００４】
【特許文献１】
特公平７−75763 号公報 (請求項１その他)
【特許文献２】
特許第2554105 号公報 (請求項１その他)
【特許文献３】
特許第3294940 号 (請求項１その他)
【特許文献４】
特許第3219095 号公報 (請求項１その他)
【特許文献５】
特許第2891757 号公報 (請求項１その他)
【特許文献６】
特公平７−47197 号公報 (請求項１その他)
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、これらの方法は一定の効果を発揮するものの、そのような効果を発揮する操業条件が限られたものであることが多く、幅広い操業条件において安定してノズル詰まりを低減する効果は見られなかった。
【０００６】
ここに、本発明の課題は、ノズル詰まりを安定して防止できる連続鋳造用浸漬ノズルを提供することである。
さらに本発明の課題は、幅広い操業条件でも安定してノズル詰まりを防止できる連続鋳造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
従来より、浸漬ノズルの内面壁部 (以下、単に「ノズル内壁」または「ノズル内面」ともいうことがある) への介在物付着に影響する因子として、界面張力勾配の存在が指摘されている。例えば浸漬ノズルから溶け出したSiがノズル内面近傍の溶鋼中で濃度勾配を形成し、溶質濃度が高いノズル側では介在物と溶鋼間の界面張力が低下する結果、介在物が溶鋼側の強い界面張力に押されてノズル側へ移動しノズル内面に付着するというのである。
【０００８】
本発明者は、ノズル閉塞機構について研究と考察を重ねた結果、浸漬ノズル耐火物中の硫黄濃度を低下させることがノズル詰まり防止に有効であることを見出した。ノズルの溶損に伴って溶鋼中に溶出するいくつかの元素の中でも、特に硫黄が、ノズル内壁の表面近傍に存在する介在物・溶鋼の界面の張力を低下させ、介在物をノズル内壁の表面に吸い寄せる作用が強い。
【０００９】
特に、ヒートショックによる割れを防止する目的で浸漬ノズル耐火物に広く添加されているカーボンは優先的に溶鋼中へ溶け出すので、カーボン中の硫黄濃度低減がノズル詰まり抑制に特に効果的であることを見出して、本発明を完成した。
【００１０】
加えて本発明者は、ノズル内下降流速を一定値以上に保つと、直胴部のノズル詰まり防止効果が安定することを見出した。
また、吐出孔周囲への介在物付着防止には、ノズル底部を滝壺形状にすること、吐出孔部の側壁肉厚を40mmよりも薄くすることが有効であるとの知見を得た。
【００１１】
ここに、本発明の要旨とするところは次の通りである。
(1)連続鋳造においてタンディッシュから鋳型への溶湯供給に用いられる浸漬ノズルであって、溶鋼と接する内面壁部が、カーボン中の硫黄含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下であるカーボンを含有する耐火物から構成されることを特徴とする、浸漬ノズル。
【００１２】
(2) 一端が開いた筒体から成り、閉じた下端の側壁に吐出孔を設けた浸漬ノズルにおいて、深さ５〜５０ｍｍの滝壺状底部と、その直上側壁部に対向して設けられた２つの吐出孔とを有し、かつ該吐出孔を設けた側壁部の厚みが２０〜４０ｍｍであることを特徴とする、上記(1) に記載の浸漬ノズル。
【００１３】
(3) ｓｏｌ．Ａｌ濃度０．００３ｍａｓｓ％以上、Ｃａ濃度０．０００８ｍａｓｓ％以下の溶鋼を連続鋳造するに際し、上記 (1) または (2)に記載の浸漬ノズルを用い、ノズル内に不活性ガスを吹込むことを特徴とする連続鋳造方法。
【００１４】
(4) 吹込ガスの影響を考慮せずに算出したノズル内溶鋼平均下降流速が１．５〜４．０ｍ／ｓｅｃの条件下で上記 (2)記載の浸漬ノズルを使用して行うことを特徴とする連続鋳造方法。
（５）ｓｏｌ．Ａｌ濃度０．００３ｍａｓｓ％以上、Ｃａ濃度０．０００８ｍａｓｓ％以下の溶鋼を連続鋳造するに際し、タンディッシュから鋳型への溶湯供給に用いられる浸漬ノズルであって、溶鋼と接する内面壁部が、硫黄含有量が０．０５ｍａｓｓ％以下である耐火物から構成される浸漬ノズルを用い、ノズル内に不活性ガスを吹込むことを特徴とする連続鋳造方法。
（６）前記浸漬ノズルが、一端が開いた筒体から成り、閉じた下端の側壁に吐出孔を設けた浸漬ノズルであって、深さ５〜５０ｍｍの滝壺状底部と、その直上側壁部に対向して設けられた２つの吐出孔とを有し、かつ該吐出孔を設けた側壁部の厚みが２０〜４０ｍｍであることを特徴とする、上記（５）に記載の連続鋳造方法。
（７）浸漬ノズルを用いてタンディッシュから鋳型へ溶鋼を供給する連続鋳造方法において、溶鋼と接する内面壁部が、硫黄含有量が０．０５ｍａｓｓ％以下である耐火物から構成され、かつ一端が開いた筒体から成り、閉じた下端の側壁に吐出孔を設けた浸漬ノズルであって、深さ５〜５０ｍｍの滝壺状底部と、その直上側壁部に対向して設けられた２つの吐出孔とを有し、かつ該吐出孔を設けた側壁部の厚みが２０〜４０ｍｍである浸漬ノズルを用い、吹込ガスの影響を考慮せずに算出したノズル内溶鋼平均下降流速が１．５〜４．０ｍ／ｓｅｃの条件下で行うことを特徴とする連続鋳造方法。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態について添付図面を参照しながら説明する。本明細書において、耐火物組成を示す「％」は特にことわりがない限り、「質量％」である。
【００１６】
現在広く採用されている浸漬ノズルは、全体が、上端が開いて下端が閉じた筒体から成り、閉じた下端の側壁に吐出孔を設けた構造を有するものである。より単純な形態のものとしては、両端が開放されている筒体から構成されるものもあるが、そのような構成のものは、小断面ビレットの連鋳等の場合にもっぱら用いられている。
【００１７】
図１は、そのような下端が閉じられた公知の浸漬ノズルの底部の断面形状を模式的に示すもので、図１(a) は、底部断面が滝壺形状の場合、図１(b) は、同じく山形形状の場合、そして図１(c) は、同じく平底形状の場合の浸漬ノズル形状を示す。
【００１８】
ここで、図１(a) の形態について説明すると、これは底部10が滝壺状となっており、その深さｄは好ましくは5 〜50mmである。この滝壺の深さｄは、縁部12と最大深さの部位との間の垂直距離の吐出孔全巾における平均値を云う。滝壺の底部10は図示例では平坦であるが、曲面あるいは傾斜面であってもよい。この滝壺の縁部12に対向して吐出孔14が設けられており、このように縁部12に対応した箇所に設けられた吐出孔14は下方向きに設けられている場合が多い。
【００１９】
上述のような構造の浸漬ノズルは、通常、耐火物で構成されており、一般的に溶鋼流と接する内面壁部に、溶鋼に含有されるアルミナ等非金属介在物が付着し閉塞に到るまでに一般には浸漬ノズルを新しいものと取り替える。
【００２０】
ここに、そのような浸漬ノズルを構成する耐火物としては、アルミナ・カーボン、ジルコニア・カーボン、アルミナ・マグネシア、アルミナ・シリカ等が例示される。ノズル本体にはアルミナ・カーボン質の耐火物が用いられるのが一般的である。
【００２１】
すなわち、本発明は、溶鋼と接するノズル内面を構成する耐火物中の硫黄含有量を0.05％以下とし、あるいは溶鋼と接するノズル内面がカーボンを含有する耐火物から成る場合には、そのカーボン中の硫黄含有を0.03％以下に制限することによって、Al₂O₃等の非金属介在物がノズル内に詰まることを抑制するのである。
【００２２】
溶鋼と接する浸漬ノズルの内面の耐火物中の硫黄含有量は、0.03％以下であればさらに望ましい。また、溶鋼と接するノズル内面がカーボンを含有する耐火物から成る場合のカーボン中の硫黄含有量は、0.02％以下であればさらに安定してノズル詰まりが防止できる。
【００２３】
そのようにＳ含有量を規定する耐火物は、その全体についてＳ低減を行ってもよいが、溶鋼と接するノズル内面に限り溶損量を考慮した厚みだけＳ低減材質とすることで、ノズル詰まりを効果的に防止することもできる。
【００２４】
さらに、ノズル直胴部の詰まりを有効に防止するには、吹込ガス影響を考慮せずに算出したノズル内溶鋼平均下降流速が1.5m/sec以上あることが望ましく、2.0m/sec以上ならばさらに良い。これは、ノズル内溶鋼の下降流速増大に伴いノズルからの溶出元素を洗い流す作用が強まり濃度勾配層の形成を妨げる効果である。
【００２５】
吹込ガスの影響を考慮せずに算出したノズル内溶鋼の下降流速の上限値は4.0m/secとした。これ以上の流速領域では、ノズル内の流動抵抗が過大となり安定して給湯することが難しくなるためである。
【００２６】
ここに、「吹き込みガスの影響を考慮せずに算出した」とは、具体的には、吹込みガスが熱膨張するとノズル内断面を占めるその割合の増加に応じ一定流量の溶鋼の流速が高まるが、このことまでは考慮せず、吹込みガスの体積は無視することを意味する。
【００２７】
本発明者らのさらなる検討結果によれば、吐出孔周辺の詰まり防止には、図１(a) に示すように、深さｄ＝５〜50mmの滝壺状底部10とすることが有効であることが判明した。これは、滝壺形状の底部は山型の底部の場合などに比べ、底部での跳上り流が適度に吐出孔内を攪拌し介在物付着原因となる溶質濃度勾配層の形成を防止する作用を有するためである。滝壺の深さは５mm未満であると、滝壺に期待される跳上り流が十分に形成されない。また50mm超の深さは不要であるばかりか、いたずらにノズルが長くなり操業に支障を来しやすい。滝壺の深さは10mmから30mmの間であればさらに望ましい。
【００２８】
滝壺状底部の直上側壁部に対向して設けられた２つの吐出孔の詰まり防止には、それらの吐出孔を設けた側壁の厚みｔを40mm以下とするのが望ましい。吐出孔を設けた側壁の厚みｔが40mmを超えると、吐出孔側壁が厚くなりすぎる結果、滝壺状底部で形成された跳上り流による攪拌効果が吐出孔先端部近傍で低下し、むしろ介在物付着が増える傾向にある。また、吐出孔を設けた側壁の厚みｔが20mm未満であるとノズルの強度が低下し、操業に支障が生じる虞がある。
【００２９】
一般に、sol.Al濃度0.003 ％以上、Ca濃度0.0008％以下の溶鋼は、高融点のAl₂O₃介在物を多く含むので、浸漬ノズルの詰まりが発生しやすい。このような介在物付着の多い溶鋼の連続鋳造には、前述の図１に示すような深さ5 〜50mmの滝壺状の底部をもった、吐出孔周辺の側壁厚さが20〜40mmの浸漬ノズルを用いるとともに、ノズル内に不活性ガスを吹込むと、ノズル詰まり防止効果がいかんなく発揮される。
【００３０】
このように、本発明によれば、連続鋳造に際しても浸漬ノズルの詰まりが軽減され、特にAl₂O₃介在物が多い、sol.Al:0.003％以上、Ca:0.0008 ％以下の溶鋼の場合にあっても、ノズル詰まりによる操業阻害が減少し安定した操業が可能である。
【００３１】
次に、実施例によって本発明の作用効果をさらに具体的に説明する。
【００３２】
【実施例】
本例では、表１に示す耐火物によって浸漬ノズルを構成し、そのときのノズル形状は図１(a) ないし(c) および上下開放型のものである。それぞれ表１においては、「滝壺」、「山型」、「平底」そして「−」として示す。
【００３３】
連続鋳造条件は同じく表１にまとめて示す。
表中、例Ａ〜Ｆは、本発明による実施例であり、例Ｇ〜Ｉは比較例である。例ＡおよびＢは、耐火物中 (耐火物に含まれるカーボン中を含む) の硫黄濃度が低く、ノズル内溶鋼平均下降流速が適切な範囲にあり、ノズル底部形状が本発明が規定する範囲内にある。
【００３４】
いずれもsol.Al濃度が高くCa濃度が低い高融点Al₂O₃介在物が多い溶鋼の連続鋳造に供されたが、ノズル詰まり評価は「良」と良好である。例Ｃは、本発明によるノズルを用いていることに加え、鋼中Ca濃度が高いので、アルミナ介在物が低融点化し、溶鋼の下降流速にかかわらずほとんど付着しなかった例である。
【００３５】
例Ｄ〜Ｆは、例ＡあるいはＢに比べると、ノズル内溶鋼平均下降流速あるいはノズル底部形状が本発明の範囲を外れるので、ややノズル詰まりが増えたものの、「良」判定範囲に入ったものである。
【００３６】
比較例である例Ｇは、耐火物中（耐火物に含まれるカーボン中を含む）硫黄濃度が高いうえ、ノズル内溶鋼平均降下流速が適正範囲よりも小さいので、特にノズル直胴部への介在物付着が多く、ノズル詰まり指標が「可」にとどまったものである。
【００３７】
同じく例Ｈは、耐火物中（耐火物に含まれるカーボン中を含む）硫黄濃度が高いうえ、ノズル底部形状が山型であり、吐出孔周辺の形状が不適切であるので、特に吐出孔周辺への介在物付着が多く、ノズル詰まり評価が「可」にとどまり、実施例に比較すると劣っている例である。
【００３８】
例Ｉは、耐火物中（耐火物に含まれるカーボン中を含む）硫黄濃度が高いことから、ノズル詰まり評価が「可」にとどまった例である。例Ｉは、耐火物中硫黄濃度が高いことを除けば、ノズル形状は適正であるので、例ＧまたはＨのように特定の部位に特に集中して介在物が付着することはなかった。
【００３９】
【表１】

【００４０】
【発明の効果】
このように、本発明によると、ノズルヘのアルミナ等非金属介在物の付着が著しく減少し、ノズル詰まりが安定して防止されるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１(a) は、滝壺形状の場合、図１(b) は、同じく山形形状の場合、そして図１(c) は、平底形状の場合のそれぞれ浸漬ノズルの底部構造を示す断面図である。

Claims

連続鋳造においてタンディッシュから鋳型への溶湯供給に用いられる浸漬ノズルであって、溶鋼と接する内面壁部が、カーボン中の硫黄含有量が０．０３ｍａｓｓ％以下であるカーボンを含有する耐火物から構成されることを特徴とする、浸漬ノズル。
一端が開いた筒体から成り、閉じた下端の側壁に吐出孔を設けた浸漬ノズルにおいて、深さ５〜５０ｍｍの滝壺状底部と、その直上側壁部に対向して設けられた２つの吐出孔とを有し、かつ該吐出孔を設けた側壁部の厚みが２０〜４０ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載の浸漬ノズル。
ｓｏｌ．Ａｌ濃度０．００３ｍａｓｓ％以上、Ｃａ濃度０．０００８ｍａｓｓ％以下の溶鋼を連続鋳造するに際し、請求項１または２に記載の浸漬ノズルを用い、ノズル内に不活性ガスを吹込むことを特徴とする連続鋳造方法。
吹込ガスの影響を考慮せずに算出したノズル内溶鋼平均下降流速が１．５〜４．０ｍ／ｓｅｃの条件下で請求項２記載の浸漬ノズルを使用して行うことを特徴とする連続鋳造方法。
ｓｏｌ．Ａｌ濃度０．００３ｍａｓｓ％以上、Ｃａ濃度０．０００８ｍａｓｓ％以下の溶鋼を連続鋳造するに際し、タンディッシュから鋳型への溶湯供給に用いられる浸漬ノズルであって、溶鋼と接する内面壁部が、硫黄含有量が０．０５ｍａｓｓ％以下である耐火物から構成される浸漬ノズルを用い、ノズル内に不活性ガスを吹込むことを特徴とする連続鋳造方法。
前記浸漬ノズルが、一端が開いた筒体から成り、閉じた下端の側壁に吐出孔を設けた浸漬ノズルであって、深さ５〜５０ｍｍの滝壺状底部と、その直上側壁部に対向して設けられた２つの吐出孔とを有し、かつ該吐出孔を設けた側壁部の厚みが２０〜４０ｍｍであることを特徴とする、請求項５に記載の連続鋳造方法。
浸漬ノズルを用いてタンディッシュから鋳型へ溶鋼を供給する連続鋳造方法において、溶鋼と接する内面壁部が、硫黄含有量が０．０５ｍａｓｓ％以下である耐火物から構成され、かつ一端が開いた筒体から成り、閉じた下端の側壁に吐出孔を設けた浸漬ノズルであって、深さ５〜５０ｍｍの滝壺状底部と、その直上側壁部に対向して設けられた２つの吐出孔とを有し、かつ該吐出孔を設けた側壁部の厚みが２０〜４０ｍｍである浸漬ノズルを用い、吹込ガスの影響を考慮せずに算出したノズル内溶鋼平均下降流速が１．５〜４．０ｍ／ｓｅｃの条件下で行うことを特徴とする連続鋳造方法。