JP4064794B2

JP4064794B2 - 鋳造用ノズル

Info

Publication number: JP4064794B2
Application number: JP2002343684A
Authority: JP
Inventors: 修野村; 政道高井; 俊男堀内; 勝栗崎; 秀隆萩野; 慎祐井上
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2002-07-31
Filing date: 2002-11-27
Publication date: 2008-03-19
Anticipated expiration: 2022-11-27
Also published as: JP2004122226A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造用ノズルに関し、特に、鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部に、溶鋼流通方向に対して平行及び垂直のいずれの方向にも非連続であって、独立した複数の突起部を配設した鋼の連続鋳造用ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造用ノズルとしては、浸漬ノズル，ロングノズル，タンディッシュノズル，セミイマージョンノズルなどが知られている。
鋼の連続鋳造用ノズルとして“浸漬ノズル”を例に挙げて説明すると、この浸浸ノズルの使用目的は、タンディシュ・モールド間をシールし、溶鋼の再酸化を防止すると共に、浸漬ノズルの吐出孔からの溶鋼流を制御し、かつモールド内に均一な溶鋼を供給し、操業の安定化，鋳片品質の向上を図ることにある。
【０００３】
しかし、Ａｌキルド鋼などを鋳造する際、通常、浸漬ノズルの溶鋼流通孔部表面(内管表面)にアルミナを主体とした非金属介在物（以下、本明細書において、単に“アルミナ”という）が付着堆積してくる。
そして、浸漬ノズルの内管表面にアルミナ付着量が多くなると、ノズル内孔部の狭窄化，鋳造速度の低下，吐出流の偏流，ノズル内孔部の閉塞などを招き、操業が不安定化する。更に、付着したアルミナの一部が溶鋼流によって脱落し、モールド内に入り込んで凝固シェルに捕捉されると、大型介在物欠陥となり、鋳片品質が低下することとなる。
【０００４】
このように、漬浸ノズル内管表面の“アルミナ付着”は、他のロングノズル，タンディシュノズルなどの鋳造用ノズルにおいても同様であるが、ノズルの寿命を低下させるだけでなく、操業，鋳片品質両面に悪影響を及ぼす。
【０００５】
鋳造用ノズルのアルミナ付着を防止する一般的な手段として、不活性ガスの吹込み方式が知られている。この方式は、通常、スライドゲートのインサートノズルや上プレートあるいは内挿式浸漬ノズルのストッパー嵌合部から不活性ガスを吹き込む方法であるが、溶鋼清浄度が低い場合には、浸漬ノズルから直接不活性ガスを吹き込む方法も実施されている。
【０００６】
一方、鋳造用ノズルのアルミナ付着を防止するために、ノズルに適用する材質(難アルミナ付着材質)について提案されており、例えば、浸漬ノズルの内孔部にボロンナイトライド(ＢＮ)含有材質(特許文献１)やＢＮ−Ｃ耐火物(特許文献２)などを配設することが提案されており、また、Ａｌ₂Ｏ₃−ＳｉＯ₂−Ｃ材質，ＣａＯ−ＺｒＯ₂−Ｃ材質，カーボンレス耐火物などを配設することも提案されている。
【０００７】
さらに、鋳造用ノズル内孔部の形状面からの提案も多数なされており、例えば「内壁にらせん状の溝または突起を設けた鋳造用ノズル(特許文献３)」，「ノズル孔の内面に、溶鋼流通方向に対して垂直方向に連続した凸部または凹部を設けた鋳造用ノズル(特許文献４)」，「溶融金属の流通路表面に半球状の凹凸部を形成したノズル(特許文献５)」，「内壁の溶湯が衝突する部分を含む領域に、その長手方向に沿って複数の溝を形成した溶湯注入ノズル(特許文献６)」，「内壁に１本以上のらせん状の段差を設け、入口側より出口側にかけて溶融金属流路の断面積を漸次縮小した部分を有する溶融金属の誘導管(特許文献７)」，「ノズル孔の内面に、断面円弧状をなす波形の襞が溶湯の流れる方向へ４山以上連ねて設けられ、該襞は山から山までの間隔が4〜25ｃｍで、山から谷までの深さが0.3〜2ｃｍである連続鋳造用浸漬ノズル(特許文献８)」が提案されている。
【０００８】
また、「溶鋼流通孔に複数の段差部を設けた浸漬ノズル(特許文献２)」，「連続鋳造用浸漬ノズルの底部にスリット状の吐出口を有し、かつ、該ノズルの内部にオリフィスを有し、該オリフィスで囲まれた平断面の形状が楕円ないしは矩形または矩形の短片側を円弧で置き換えた形状を成して、浸漬ノズル内を流動する溶融金属流を絞り込める構造とし、さらに、前記オリフィスで囲まれた平断面の長辺側の方向が、前記底部のスリット状吐出口平断面の長辺側の方向と直交している連続鋳造用浸漬ノズル(特許文献９)」，「ノズル内の溶鋼を旋回流とするためのねじりテープ状の旋回羽根を備えた浸漬ノズルであって、該旋回羽根の下部でノズル内径を絞った形状の浸漬ノズル(特許文献１０，特許文献１１)」が提案されている。
【０００９】
【特許文献１】
実公昭５９−２２９１３号公報（実用新案登録請求の範囲）
【特許文献２】
実公平７−２３０９１号公報（請求項１〜５）
【特許文献３】
特開昭５７−１３０７４５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】
実開昭６１−７２３６１号公報（実用新案登録請求の範囲，第２〜４図）
【特許文献５】
特開昭６２−８９５６６号公報（第１図，第２図）
【特許文献６】
特開昭６３−４０６７０号公報（特許請求の範囲）
【特許文献７】
特開平２−４１７４７号公報（特許請求の範囲）
【特許文献８】
特開平６−２６９９１３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献９】
特開平９−２８５８５２号公報（請求項２）
【特許文献１０】
特開２０００−２３７８５２号公報（請求項１）
【特許文献１１】
特開２０００−２３７８５４号公報（請求項１）
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
鋳造用ノズルのアルミナ付着を防止する前記従来技術のうち、不活性ガスの吹込み方式では、アルミナ付着防止効果が期待できるものの、不活性ガスのバブリング攪拌作用によりノズル吐出口内面の溶損が激しくなる欠点を有し、また、発生気泡の大きさや分散性などにもよるが、ガス気泡によるピンホール欠陥が生じ易く、鋳片欠陥が生成し易いという問題があった。
一方、ノズルに適用する難アルミナ付着材質については、ある程度のアルミナ付着防止効果が期待できるものの、所望の効果を発揮するとは言い難い。
【００１１】
また、ノズル内孔部の形状に着目した前記従来技術では、部分的に乱流を生じさせ、溶鋼流の偏流を防止し、アルミナ付着を防止し得る効果がある程度期待できるけれども、特に吐出孔部からの溶鋼の偏流を防止し難い、即ち、マイナスの流れ(吸い込み流)が発生したり、吐出孔が複数ある場合、各吐出孔からの流出量にアンバランスが生じたりするという問題があった。
【００１２】
浸漬ノズルを例に挙げて更に説明すると、このノズルは、モールド内に均一な溶鋼を供給するという重要な役割を担っているが、実際には、スライドバルブによる流量制御により、ノズル内の溶鋼の流れは偏流となっており、これが吐出孔部における溶鋼の偏流を生じ、さらには、モールド内まで影響するため、鋼片品質の低下を引き起こす場合がある。
また、浸漬ノズル内で偏流が発生する原因としては、スライドバルブによる流量制御による以外にも、ストッパーによる流量制御や溶鋼排出時に発生する容器内溶鋼の渦が挙げられる。
【００１３】
上記問題は、前記従来技術で列挙したノズル内孔部の形状によってある程度は改善されており、特に、前掲の特許文献２(実公平7-23091号公報)に記載されている「複数段差部付浸漬ノズル」では、段差によってノズルの断面積が減少した部分を溶鋼が通過することによって、ある程度の偏流抑制効果が得られている。実用的に使用されている段差の高さは５ｍｍ程度であり、この段差をさらに高くすると、偏流抑制効果が向上するけれども、段差部での断面積の減少と管壁での摩擦抵抗の増加により、溶鋼通過量(スループット)が制限されるという問題があった。
【００１４】
また、前掲の特許文献５(特開昭62-89566号公報)に記載されている「溶融金属の流通路表面に半球状の凹凸部を形成したノズル」においても、溶鋼の偏流防止効果およびアルミナ付着抑制効果について、必ずしも満足するものではなかった。
【００１５】
ノズル内孔部内での溶鋼の偏流は、「吐出孔部での溶鋼の偏流」の原因となる。この「吐出孔部での溶鋼の偏流」について、図１０の(Ａ)，(Ｂ)を参照して説明すると、図１０の(Ａ)に示す溶鋼流ａは、吐出孔部(横孔タイプ)から均一に流出せず、図示の実線矢印のように偏流する。即ち、マイナスの流れ(吸い込み流)が発生する。その結果、点線矢印のようにモールドパウダーを巻き込む可能性が生じ、鋳片品質の低下の原因となる。また、“横孔タイプ”のみならず、図１０の(Ｂ)に示す“下孔タイプ”のストレート状浸漬ノズル50ｂでも、溶鋼流ａ’は、吐出孔部(下孔タイプ)から均一に流出せず、図示の実線矢印のように、吐出孔部で偏流が発生する。
なお、図１０の(Ａ)，(Ｂ)は、吐出孔部が“横孔タイプ”又は“下孔タイプ”の内管ストレート状浸漬ノズル50ａ，50ｂの「水モデル実験」によるものであるが、この現象は、前記従来技術で列挙したノズル内孔部の形状に変えても生じるものであり、その事実は、本発明者等が行った「水モデル実験」で確認している。
【００１６】
本発明は、従来技術の前記欠点，問題点に鑑み成されたものであって、その目的とするところは、流量制御により発生するノズル内から吐出孔部までの溶鋼の偏流を防止し、さらに、ノズル内にアルミナが付着するのを抑制することができる鋳造用ノズルを提供することである。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係る鋳造用ノズルは、
『鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部に複数の突起部を配設してなる、鋼の連続鋳造用ノズルにおいて、前記突起部は、溶鋼流通方向に対して平行及び垂直のいずれの方向にも非連続であって、各突起部のベース間が平面状である、独立した複数の、半球状，楕円形状または略多角錘形状のいずれか或いはこれらを組み合わせた形状を有する突起部からなり、しかも、溶鋼流通方向に対し位置をずらして千鳥状に配設してなり、かつ、次の式（１）および式（２）を満足する寸法からなることを特徴とする鋳造用ノズル。
式（１）・・・・・・・・Ｈ≧２（単位：ｍｍ）
式（２）・・・・・・・・Ｌ＞２×Ｈ（単位：ｍｍ）
［上記式中の“Ｈ”は、突起部の最大高さを示し、“Ｌ”は、突起部のベース部の最大長さを示す。］』
を要旨（発明を特定する事項）とする。
そして、このような突起部を配設することにより、その部分における溶鋼流に対して“乱流”を発生させることにより、溶鋼流通孔部内での溶鋼流の滞流，偏流を防止してアルミナ付着を抑制することができ、また、特に吐出孔部での溶鋼の偏流を防止することができ、その結果として、連続鋳造操業を容易に行うことができ、また、モールドパウダーを巻き込むようなこともなく、高品質の鋼を容易に鋳造することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る鋳造用ノズルの実施の形態について説明するが、それに先立って、本発明で特定する前記式(１)及び式(２)の技術的意義を含めて、本発明を詳細に説明する。
【００１９】
本発明において、式（１）で、突起部の最大高さ（Ｈ）を「Ｈ≧２（ｍｍ）」とする理由は、前記した作用効果、特に、突起部の配設部分における溶鋼流に対し“乱流”を発生させて、溶鋼流通孔部内での溶鋼流の滞流，偏流を防止し、アルミナ付着を抑制するためである。最大高さ（Ｈ）が２ｍｍ未満では、突起部での溶鋼流に対する“乱流”を発生させ難く、また、整流効果も得られ難く、アルミナ付着抑制効果を生じ難くなるので好ましくない。
【００２０】
ここで、最大高さ（Ｈ）が２ｍｍ未満である場合、上記効果が生じ難いことを、後記比較例５に基づいて、具体的に説明する。
比較例５は「Ｈ＝１ｍｍ」の場合のノズルであり、このノズルの水モデル実験において、後記図９の比較例５に示すように、左右の吐出流に偏流が認められ、また、吐出孔部の流速測定結果でもマイナス流（吸込み流）が認められた。実機でのテストでも、内管へのアルミナ付着が“１０ｍｍ”と多量であり、従って、「Ｈ＝１ｍｍ」では、突起を配設した効果が認められないことが判る。
【００２１】
また、本発明において、式(２)で、ベース部の最大長さ(Ｌ)を「Ｌ＞２×Ｈ(ｍｍ)」とする理由は、▲１▼突起下方における淀みの発生を防止するためであり、また、▲２▼溶鋼流の衝突による突起の脱落を防止するためである。このベース部の最大長さ(Ｌ)が「２×Ｈ(ｍｍ)」以下では、上記▲１▼および▲２▼の効果が得られ難く、そして、“溶鋼の偏流防止効果”が得られ難いので好ましくない。
【００２２】
前記「▲１▼：淀みの発生防止効果」を確認するため、図１に、流体計算ソフトで“突起の高さ(Ｈ)と突起のベース部の長さ(Ｌ)との関係”を検討した結果を示す。ここでは、突起のベース部の長さ(Ｌ)を「Ｌ＝２２ｍｍ」に統一し、突起の高さ(Ｈ)を、(Ａ)：Ｈ＝７ｍｍ，(Ｂ)：Ｈ＝１１ｍｍ，(Ｃ)：Ｈ＝１８ｍｍ，として計算した例を示す。
図１から明らかなように、「式(２)：Ｌ＞２×Ｈ(ｍｍ)」を満たす図１の(Ａ)では、突起の上下に淀み部が認められないのに対し、この式(２)を満たさない図１の(Ｂ)，(Ｃ)では、淀み部(４)が認められる。これはつまり、突起の高さ(Ｈ)とベース部の長さ(Ｌ)の関係が「Ｌ＞２×Ｈ」を満たしていない場合、淀み部(４)が発生し、実機での鋳造時には、ここにアルミナが堆積(付着)することが予想される。［なお、図１中、(１)はノズル本体(内管側稼動面)を、(２)は突起部を、(３)は流体計算結果(溶鋼の流れ)を、それぞれ示す。］
【００２３】
更に、突起の高さ(Ｈ)とベース部の長さ(Ｌ)の関係「式(２)：Ｌ＞２×Ｈ」について、後記実施例および比較例に基づき、具体的に説明すると、「式(２)：Ｌ＞２×Ｈ」の関係を満たしていない比較例３，４，６，７，８では、アルミナ系介在物が“５〜７ｍｍ”も付着しているが(後記図９参照)、実施例１〜８では、いずれも“３ｍｍ以下”と良好であった(後記図８参照)。
【００２４】
また、前記「▲２▼：突起の脱落防止」、つまり“突起の強度”に関して、後記実施例および比較例に基づき、具体的に説明すると、実機での鋳造後品において、「式(２)：Ｌ＞２×Ｈ」を満たす実施例１〜８では、いずれも、溶鋼流の衝突による突起の損傷(脱落)が認められなかった(後記図８参照)。一方、比較例３，４，６，７では、突起の脱落が認められた(後記図９参照)。これら比較例は、いずれも「式(２)：Ｌ＞２×Ｈ」を満たしておらず、突起の強度確保のためにも、「Ｌ＞２×Ｈ」を満たすことが重要である。
【００２５】
なお、図８(実施例１〜８)および図９(比較例１〜８)において、突起の高さ(Ｈ)とベース部の長さ(Ｌ)の関係を「Ｌ／Ｈ」で表しているが、本発明で特定する「式(２)：Ｌ＞２×Ｈ」を満たすためには、「Ｌ／Ｈ」が２を超える値(２＜)であることを必要とする。
【００２６】
本発明に係る鋳造用ノズルは、前記式（１）および前記式（２）を満足する寸法の突起部であり、その形状は、半球状，楕円形状，略多角錘形状のものを使用することができ、また、これらの形状を適宜組み合わせて配設することができる。
なお、本発明において「略多角錘形状」とは、３つ以上の線分で形成されるものであって、その先端部が鋭角状，平面状又は曲面状であり、その稜線が直線又は曲線である形状のものを意味する（例えば後記実施例６〜８（図８）参照）。
【００２７】
本発明に係る鋳造用ノズルは、前記式（１）および式（２）を満足する寸法からなることを特徴とするが、その好ましい実施の形態としては、更に、突起部のベース部の最大長さＬ（ｍｍ）を、突起部を配設する前のノズルの内径Ｄ（ｍｍ）の円周長さの１／３以下であること、すなわち、次の式（３）を満たす場合である。
式（３）・・・・・・・・Ｌ≦πＤ／３（単位：ｍｍ）
［上記式中の“Ｄ”は、突起部を配設する前のノズルの内径（直径）を示し、“Ｌ”は、突起部のベース部の最大長さを示す。（π：円周率）］
【００２８】
ここで、前記式(３)の作用効果について、図２に基づき具体的に説明する。図２は、独立した突起を複数配設したノズルの、内管の展開図であって、(Ａ)は、球状突起を配設した例(前記式(３)を満たす例)であり、(Ｂ)は、楕円状の突起を配設した例(前記式(３)を満足しない例)である。透明なアクリル製ノズルで水モデル実験を行った結果、図２の(Ａ)および(Ｂ)中の“矢印”で示される流れが確認された。
図２の(Ａ)は、前記「式(３)：Ｌ≦πＤ／３」を満足する配設例であるが、この場合、一つの突起の直下では、隣の突起からの斜め方向の流れがスムーズに行き渡るため、淀み部が発生しない。それに対して、前記式(３)を満足しない図２(Ｂ)の配設例では、一つの突起の直下に、隣の突起からの斜め方向の流れが到達し難いため、それぞれの突起直下に淀み部が発生していた。
【００２９】
落下する溶鋼流は、突起に衝突することで流れの方向が変わり、乱流を生じるわけであるが、一つの突起の直下には、物理的に元々溶鋼流が行き渡り難い。そのため、隣の突起に衝突した溶鋼流、あるいは、斜め下の突起による誘導・反転流の存在が重要となる。
独立した突起とは反対に、従来の段差構造のノズル（前掲の特許文献２参照）を考えてみると、この段差は、環状突起の部類に含まれ、この環状突起の直下では溶鋼流が停滞するため、淀み部が発生し、実機使用時には、ここにアルミナ系介在物が堆積しやすい欠点があった。この点を改善するためにも、突起部のベース部の最大長さ（Ｌ）は考慮するべきものであり、本発明者等は、水モデル実験の結果から前記「式（３）：Ｌ≦πＤ／３」を満足することが好ましいことを見いだした。［なお、薄スラブ連鋳機等に使用するオーバル形状（ノズルの上部は通常円形であるが、下部が楕円形や長方形に拡大している形状）の場合は、「Ｄ」は、内管下部の拡大している部位の最大内径とする。］
【００３０】
本発明の突起部の溶鋼流通孔部への配設により、配設する前の基準構造に比べて、溶鋼流路内表面積が変化する。配設後の溶鋼流路内表面積としては、配設前のそれに対して１０２〜３５０％が好ましい。より好ましくは１０５〜３００％であり、さらに、１０５〜２７０％が最適である。
１０２％未満では、本発明で特徴とする突起部の配設による所望効果が得られ難く、また、３５０％を超える場合、溶鋼流通孔内が狭くなり、十分な溶鋼流量が確保し難いので好ましくない。
【００３１】
本発明で特徴とする突起部のノズル内孔部への配設としては、溶鋼流通方向に対する垂直方向で、位置をずらして千鳥状に配設するのが好ましい。すなわち、本発明に係る鋳造用ノズルとしては、突起部を、溶鋼流通方向に対し位置をずらして千鳥状に配設する場合である。
【００３２】
また、本発明で特徴とする突起部は、ノズルの溶鋼流通孔部の全面または一部（例えばノズル吐出孔の上端部から上部中央部まで）に配設することができ、その配設位置について限定するものではないが、特に、少なくともメニスカス（モールド内の溶鋼の表面：水面）以下、すなわち、浸漬部に配設されていることが好ましい。以下に、本発明で特徴とする突起部の配設位置について説明する。
【００３３】
本発明者等は、図３に示す浸漬ノズル(Ａ)〜(Ｄ)を使用して、水モデル実験を行った。測定項目としては、図６に示した方法(後記参照)にて、吐出孔からの流速をプロペラ流速計にて測定した。
その結果、浸漬ノズル41のメニスカス42より上部にのみしか突起44を配設していない図３の(Ａ)では、左側の吐出孔43の流速測定ポイントのうち、２ポイントにてマイナス流(吸込み流)が認められた。しかし、少なくともメニスカス42以下、すなわち、浸漬部にまで突起44が配設されている図３の(Ｂ)〜(Ｄ)では、全くマイナス流が認められなかった。
このことにより、突起44の配設位置としては、メニスカス42以下、すなわち、浸漬部にまで突起44を配設することが好ましいことが判る。
【００３４】
次に、本発明に係る鋳造用ノズルの実施の形態について、図４および図５に基づいて説明する。
図４は、本発明の一実施形態である浸漬ノズルの断面斜視図であって、ストレート状浸漬ノズル10の内孔部(溶鋼流通孔部)12に複数の球面状突起部14を配設した例である。また、図５は、本発明の他の実施形態である浸漬ノズルの断面斜視図であって、単段差付浸漬ノズル20の内孔部(溶鋼流通孔部)22に複数の楕円体状突起部24を配設した例である。なお、図４，図５において、11，21は本体部、13，23はパウダーライン部を示す。また、Ｌ₁は浸漬ノズルの全長、Ｌ₂は内孔部の全長、Ｌ₃は突起部を配設する箇所の長さ、Ｌ₄は段差の長さ、ｈは段差の高さ、Ｒは内孔部の半径をそれぞれ示す。
【００３５】
上記の球面状突起部14を配設したストレート状浸漬ノズル10，楕円体状突起部24を配設した単段差付浸漬ノズル20に対して、従来の不活性ガスの吹込み方式を併用することもでき、これによって、アルミナ付着に対する不活性ガスの吹込み方式の効果が改善される。この併用も本発明に包含されるものである。
【００３６】
以上、主に図４，図５に図示するような“横孔タイプ”の浸漬ノズルに本発明を適用する例について説明してきたが、前掲の図１０の(Ｂ)に図示するような“下孔タイプ”の浸漬ノズルや、それ以外にも、“ノズル内径が吐出孔部に向けて縮小したタイプ”や“吐出孔部に向けて断面が扁平になっていくタイプ”の浸漬ノズルにも適用できる。また、従来から知られている“連続した段差を有する浸漬ノズル”にも適用可能である。
【００３７】
さらには、浸漬ノズルのみならず、ロングノズル，タンディッシュノズル，セミイマージョンノズル，整流ノズル，チェンジノズル、取鍋ノズル，インサートノズル，注入ノズル等の各種鋳造ノズルにも適用可能であり、流通孔内面への付着物の付着防止，流通孔内での整流化に効果がある。
特に、吐出孔部が湯面より高い位置にあるノズルでは、吐出孔から出た溶鋼がスプレーのように拡散し(いわゆる「湯が散る」)、さらには、散った溶鋼が地金として周辺の設備に付着し、その除去に労力をさかねばならないという問題がある。これらの問題に対しても、本発明を適用することで、前記効果の結果として“湯の散り”が低減できるため、作業性が改善される。
【００３８】
本発明で特徴とする“突起部”の材質については、本発明では限定されるものではなく、自明の材質を任意に適用することができる。これらを列挙すると、Ａｌ_２Ｏ_３−Ｃ系，ＭｇＯ−Ｃ系，Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ−Ｃ系，Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｃ系，ＣａＯ−ＺｒＯ_２−Ｃ系，ＺｒＯ_２−Ｃ系などのカーボン含有耐火物や、Ａｌ_２Ｏ_３系，ＭｇＯ系，スピネル系などのカーボンレス耐火物を挙げることができる。
【００３９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例１〜８によって、限定されるものではない。
【００４０】
（実施例１）
本実施例１は、ストレート状浸漬ノズルの内孔部に複数の球面状(球状)突起部を配設した例であって、次の浸漬ノズルを作製した(前掲の図４参照)。

【００４１】
（実施例２）
本実施例２は、単段差付浸漬ノズルの内孔部に複数の楕円体状突起部を配設した例であって、次の浸漬ノズルを作製した(前掲の図５参照)。

【００４２】
（比較例１）
前記実施例１において、球面状(球状)突起部を配設しない浸漬ノズルを作製し、これを比較例１の浸漬ノズル(実施例１に対応する比較例)とした。
【００４３】
（比較例２）
前記実施例２において、楕円体状突起部を配設しない浸漬ノズルを作製し、これを比較例２の浸漬ノズル(実施例２に対応する比較例)とした。
【００４４】
（水モデル実験）
実施例２及び比較例２の各浸漬ノズルを使用して、水モデル実験を実施した。水モデル実験は、図６に示すように、プロペラ流速計31を用い、各浸漬ノズル30の吐出孔からの吐出流速を測定した。なお、図６は、水モデル実験装置を説明する図であって、(Ａ)は、該装置の右側下部分を示す断面図であり、(Ｂ)は、(Ａ)の吐出孔面ｘの開口形状を示す図である。
実験は、浸漬ノズル30の溶鋼通過量(スループット)：３(ton/分)，５(ton/分)，７(ton/分)に相当する水量となるように水量を調整し、２個のプロペラ流速計31を用い、左右の吐出孔からの吐出流速を同時に測定した。図７に、吐出流速の測定結果を示す。
【００４５】
水モデル実験の結果、比較例２の単段差付浸漬ノズルを使用した水モデル実験では、スループットが３ton/分，５ton/分の場合、左右のどちら側の吐出孔からの吐出流速においても“マイナスの流れ(吸い込み流)”が生じていた。
これに対して、単段差付浸漬ノズルの内孔部に楕円体状突起部を設けた実施例２の浸漬ノズルでは、マイナスの流れは発生しておらず、また、吐出流速のバラツキも小さくなっていた。
【００４６】
マイナスの吐出流速が生じた場合、モールド内に投入されるモールドパウダーを巻き込む危険性があり、吐出孔周辺部が溶損するという問題が発生するが、実施例２の浸漬ノズルでは、そのようなマイナス流の発生が解消される。また、比較例２の単段差付浸漬ノズルでは、左右の吐出孔からの吐出流速の差が大きいが、実施例２の浸漬ノズルでは、その差が少なくなっており、より均等な吐出流が得られている。
なお、実施例１および比較例１の浸漬ノズルについても、水モデル実験を実施した。その結果は、実施例２および比較例２の浸漬ノズルに対する上記水モデル試験結果と同様であった。
【００４７】
以上の水モデル実験結果に基づき、実施例１，２の浸漬ノズルを実用試験した。その結果、モールド内での溶鋼の偏流が抑制されると共に、ノズル内孔部のアルミナ付着が防止され、その有効性が確認された。
【００４８】
（実施例３〜８，比較例３〜８）
前記実施例１，２及び比較例１，２の他に検討した例(実施例３〜８，比較例３〜８)を、前記実施例１，２及び比較例１，２を含めて一覧表にして図８(実施例)，図９(比較例)に示す。なお、実施例３〜８，比較例３〜８の各ノズルの形状および材質は、ノズル内孔部の直径(Ｄ)を除いて、前記実施例１と同一とした。
図８，図９において、「Ｌ／Ｈ」，「πＤ／Ｌ」で表示しているが、「Ｌ／Ｈ」の値が「２を超える値（２＜）」であれば「式(２)：Ｌ＞２×Ｈ」を満たすことになり、また、「πＤ／Ｌ」の値が「３以上の値（３≦）」であれば「式(３)：Ｌ≦πＤ／３」を満たすことになる。また、図８，図９に、突起の形状を「略形状図」として図示した。（「球状」と「楕円状」との描き分けが困難であるため、比較例３の球状突起を除き、両者を同一形状として図示した。）
【００４９】
図８，図９中の「表面積増加率」とは、“突起配設前のノズル内孔部表面積”に対する“突起配設後のノズル内孔部表表面”の増加率を示す。具体的には、最上部(嵌合部側)の突起の開始点から、最下部(底側)の突起の終了点までの区間における表面積の増加率を指す。
また、「偏流の程度」とは、水モデル実験時において、上ノズル(タンディッシュ上ノズル)から空気を１０Ｌ／ｍｍ吹き込み、吐出流の流れを確認しやすくした上で、観察し評価したものである。例えば、比較例１の場合、「偏流の程度」は「大」であるが、これは左側の吐出流が下向きに約４５°の角度で吐出し、モールド下端まで深く潜りこんでいるのに対し、右側の吐出流は下向きに約１０°の角度で吐出し、モールド短辺に勢い良く衝突し、この反転流(上昇流)により、モールド右側の短辺近傍のメニスカス(水面近傍)が盛り上がっている状態を示す。つまり、左右の吐出流が均等でないことを“偏流”と呼び、この左右の差に応じて簡易的に一覧表に示したものである。
【００５０】
図８，図９中の「突起の強度」とは、実機で使用された浸漬ノズルを回収し、切断して突起の状態を確認したものであり、「ＯＫ」とは、溶鋼流の衝突による突起の損傷(脱落)が全くなかったもの、「ＮＧ」とは、一部でも突起の損傷が認められたものを指す。
また、「内管へのアルミナ付着」とは、上記と同様、実機での使用後品を回収し、最大アルミナ付着厚みを測定した結果であり、通常３ｍｍ程度までの付着であれば操業上問題はないが、５ｍｍを超えるとスループット（一定時間当りに管内を通過する溶鋼量）が確保できない、あるいは、付着の状態により片流れが発生し、鋳片品質が低下するといった問題を引き起こす。
【００５１】
図８，図９において「総合評価」とは、水モデル実験時の「偏流」，「マイナス流」、実機使用時における「突起の強度」に全く問題がなく、かつ「内管へのアルミナ付着量」が１ｍｍ以下のものを“◎”、３ｍｍ程度のものを“○”として示した。この“◎”または“○”として評価されたものは、従来品と比較しても優れた効果を示したものである。
また、“×”として評価されたものは、水モデル実験時の「偏流」，「マイナス流」、実機使用時における「突起の強度」のいずれかに問題があったものであり、そのため「内管へのアルミナ付着量」が５ｍｍ以上という結果になったものである。特に比較例３，４では、水モデル実験での評価には問題がなかったにも関わらず、実機使用時における突起の脱落により、突起を配設していないのと同じ状態となり、結果としてアルミナが多量に付着したものである。
【００５２】
なお、注釈として、比較例２の略形状図は、ストレートの内管に対して配設される段差の凸部のみを描いたものである。この場合の「ベース部の最大長さ(Ｌ)」は、この図の外周長さを指し、これは、つまり元々のストレートの“内管の内周長さ”と同じである。
【００５３】
【発明の効果】
以上詳記したとおり、本発明に係る鋳造用ノズルは、鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部に、特定範囲の寸法からなり、溶鋼流通方向に対して平行及び垂直のいずれの方向にも非連続であって、各突起部のベース間が平面状である、独立した複数の、半球状，楕円形状または略多角錘形状のいずれか或いはこれらを組み合わせた形状を有する突起部を、溶鋼流通方向に対し位置をずらして千鳥状に配設してなることを特徴とし、これにより、溶鋼流通孔部内のアルミナ付着を抑制することができ、また、特に吐出孔部での溶鋼の偏流を防止することができ、しかもノズル寿命の向上を図ることができる。
そして、本発明に係る鋳造用ノズルを使用することにより、連続鋳造の安定操業が可能となり、さらには、モールドパウダーを巻き込むようなこともなく、高品質の鋼を容易に鋳造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】流体計算ソフトで「突起の高さ(Ｈ)と突起のベース部の長さ(Ｌ)との関係」を検討した結果を示す図であって、「Ｌ＝２２ｍｍ」に統一し、Ｈについては、「(Ａ)：Ｈ＝７ｍｍ，(Ｂ)：Ｈ＝１１ｍｍ，(Ｃ)：Ｈ＝１８ｍｍ」として計算した例を示す図である。
【図２】独立した突起を複数配設したノズルの、内管の展開図であって、(Ａ)は球状突起を配設した例を示し、(Ｂ)は楕円状の突起を配設した例を示す。
【図３】独立した突起部の配設箇所を示す図であって、そのうち、(Ａ)はメニスカスの上部に配設した例、(Ｂ)はメニスカスの上部から下部に配設した例、(Ｃ)はノズルの溶鋼流通孔部の全面に配設した例、(Ｄ)はメニスカス以下に配設した例である。
【図４】本発明の一実施形態である浸漬ノズルの断面斜視図である。
【図５】本発明の他の実施形態である浸漬ノズルの断面斜視図である。
【図６】水モデル実験装置を説明する図であって、(Ａ)は、該装置の右側下部分を示す断面図であり、(Ｂ)は、(Ａ)の吐出孔面ｘの開口形状を示す図である。
【図７】実施例２および比較例２の浸漬ノズルに対する水モデル実験結果を示す図である。
【図８】本発明の実施例１〜８を示す図である。
【図９】比較例１〜８を示す図である。
【図１０】浸漬ノズルの吐出孔部における溶鋼の偏流を説明するための模式図であって、(Ａ)は、内管ストレート状の浸漬ノズル(横孔タイプ)の模式図であり、(Ｂ)は、内管ストレート状の浸漬ノズル(下孔タイプ)の模式図である。
【符号の説明】
１０ストレート状浸漬ノズル
１１本体部
１２内孔部(溶鋼流通孔部)
１３パウダーライン部
１４球面状突起部
２０単段差付浸漬ノズル
２１本体部
２２内孔部(溶鋼流通孔部)
２３パウダーライン部
２４楕円体状突起部
Ｌ₁浸漬ノズルの全長
Ｌ₂内孔部の全長
Ｌ₃突起部を配設する箇所の長さ
Ｌ₄段差の長さ
ｈ段差の高さ
Ｒ内孔部の半径
３０浸漬ノズル
３１プロペラ流速計
ｘ吐出孔面
４１浸漬ノズル
４２メニスカス(水面)
４３吐出孔
４４突起
５０ａストレート状浸漬ノズル(横孔ノズル)
５０ｂストレート状浸漬ノズル(下孔ノズル)
ａ，ａ’ 溶鋼流

Claims

鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部に複数の突起部を配設してなる、鋼の連続鋳造用ノズルにおいて、前記突起部は、溶鋼流通方向に対して平行及び垂直のいずれの方向にも非連続であって、各突起部のベース間が平面状である、独立した複数の、半球状，楕円形状または略多角錘形状のいずれか或いはこれらを組み合わせた形状を有する突起部からなり、しかも、溶鋼流通方向に対し位置をずらして千鳥状に配設してなり、かつ、次の式（１）および式（２）を満足する寸法からなることを特徴とする鋳造用ノズル。
式（１）・・・・・・・・Ｈ≧２（単位：ｍｍ）
式（２）・・・・・・・・Ｌ＞２×Ｈ（単位：ｍｍ）
［上記式中の“Ｈ”は、突起部の最大高さを示し、“Ｌ”は、突起部のベース部の最大長さを示す。］
前記突起部は、次の式（３）を満足する、請求項１に記載の鋳造用ノズル。
式（３）・・・・・・・・Ｌ≦πＤ／３（単位：ｍｍ）
［上記式中の“Ｄ”は、突起部を配設する前のノズルの内径（直径）を示し、“Ｌ”は、突起部のベース部の最大長さを示す。］
前記突起部の配設されている範囲内の溶鋼流路内表面積が、該突起部の配設前における溶鋼流路内表面積に対して１０２〜３５０％となるように配設されている、請求項１又は請求項２に記載の鋳造用ノズル。
前記突起部は、鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部の全面または一部に配設してなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の鋳造用ノズル。
前記突起部は、鋳造用ノズルの少なくともメニスカス以下に配設してなる、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋳造用ノズル。