JP4213781B2 - 鋼の連続鋳造用浸漬ノズル及び鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

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と連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図３は従来の浸漬ノズルの模式説明図である。図中１は浸漬ノズル、２はタンディッシュ、３は溶鋼、４は鋳型、５は凝固シェル、６，６’は浸漬ノズルに設けた溶鋼吐出孔、７は浸漬ノズル内メニスカス、８は浸漬ノズルの内孔、９は鋳型内溶鋼メニスカス、１０は溶鋼の吐出流である。
【０００３】
図３（Ａ）は、溶鋼吐出孔６，６’が断面積が小さい吐出孔である従来法の例である。タンディッシュ２から浸漬ノズル１内に溶鋼がＭトン／分の速度で流入する例を述べる。この吐出孔６の横断面積と６’の横断面積の合計をＳ₁とする。この際は溶鋼の吐出流１０の流速は（Ｍ／Ｓ₁）トン／分となるが、６と６’は断面積が小さいためにＳ₁は小さく、従って溶鋼の吐出流１０は流速が大きく、例えば凝固シェル５に達する。この場合には、吐出流１０に含まれている非金属介在物は、鋳型内メニスカス９に移行する前に凝固シェル５に把えられる。
【０００４】
従って図３（Ａ）の場合は、非金属介在物の多い鋳片となる。また吐出流１０が凝固シェル５に達するために、凝固シェル５の成長が不安定で不均一となり、鋳片に表面ワレ疵等が発生し易い。更に溶鋼吐出孔６，６’は細いために、鋳造中に閉塞し易いという問題点がある。
【０００５】
図３（Ｂ）は、溶鋼吐出孔６，６’が断面積が大きい、他の従来法の例である。この吐出孔６と６’の横断面積の合計をＳ₂とする。この際の溶鋼の吐出流１０の流速は（Ｍ／Ｓ₂）トン／分となるが、６と６’は断面積が大きいためにＳ₂は大きく、従って吐出流１０は流速が小さい。このため吐出流１０は凝固シェル５に達しない。従って吐出流１０が凝固シェル５に達する際に生ずる鋳片の非金属介在物の増加や表面ワレ疵等の発生を防止する事ができる。
【０００６】
図３（Ｂ）にみられる如く、従来法において断面が大きい溶鋼吐出孔６，６’の場合は、溶鋼は浸漬ノズル内に充満しないで、浸漬ノズル１の内孔に浸漬ノズル内メニスカス７が発生する。この浸漬ノズル内メニスカス７は、上部から流下する溶鋼流に打たれるために揺動しているが、この浸漬ノズル内メニスカス７と鋳型内溶鋼メニスカス９の高さの差Ｈが小さい場合は、浸漬ノズル内メニスカスの揺動により吐出流６，６’の間に速度差が発生し、この結果、鋳型内溶鋼メニスカス９も揺動する。また、浸漬ノズル内メニスカス７より上方の浸漬ノズルの内孔には、タンディッシュノズル閉塞防止用のアルゴンガスが充満しているが、この充満したアルゴンガスは間欠的に浸漬ノズル内メニスカス７を押し下げ、大きな気泡となって、吐出孔から流出し、鋳型内溶鋼メニスカス９を大きく揺動させる。
【０００７】
鋳型内溶鋼メニスカス９が揺動すると、鋳片の表面性状は大きく損なわれる。上記の如く、図３（Ｂ）の浸漬ノズルは、鋳片の非金属介在物の含有量が少なく、また鋳片の表面ワレ疵の発生が少なく、また浸漬ノズル閉塞を防止するため好ましいが、しかし鋳片の表面性状が損なわれるために、広く用いられるに至っていない。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鋳片の非金属介在物が少なく、かつ鋳片の表面ワレ疵の発生が少なく、かつ浸漬ノズル閉塞の防止に有効で、更に表面性状が損なわれる事がない鋳片の製造に適した、浸漬ノズルの提供とそれを用いた連続鋳造方法の提供を課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は（１）溶鋼吐出孔を鋳型内溶鋼中に浸漬させて用いる鋼の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、溶鋼吐出孔よりも２００ｍｍ以上上方の浸漬ノズルに、浸漬ノズル内のガスを吸引する事により鋳型内の溶鋼メニスカスよりも１００ｍｍ以上上方の浸漬ノズル内に浸漬ノズル内メニスカスを形成するガス排気装置が配されており、ガス排気装置が、筒の内面が浸漬ノズルの内壁面に沿って配された気孔径が５０μｍ以下の多孔質の筒状耐火物と、筒状耐火物の外面に配された密閉室と、密閉室に連結された吸引管とを有し、該吸引管には排ガス流量計と該密閉室内の圧力を示す圧力計とが配されているガス排気装置である事を特徴とする、鋼の連続鋳造用浸漬ノズルである。
【００１１】
また、（２）前記（１）の鋼の連続鋳造用浸漬ノズルを用いて、浸漬ノズル内のガスを吸引する事により鋳型内の溶鋼メニスカスよりも１００ｍｍ以上上方の所望の高さの浸漬ノズル内に浸漬ノズル内メニスカスを形成しながら鋳造を行う事を特徴とする、鋼の連続鋳造方法である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の浸漬ノズルの例の説明図である。図中の各符号は図３と同じであり、１１はガス排気装置の例である。本発明の浸漬ノズルは、溶鋼吐出孔６，６’を鋳型４内の溶鋼に浸漬させて用いる鋼の連続鋳造用浸漬ノズル１である。本発明の浸漬ノズル１は、溶鋼吐出孔６，６’よりも２００ｍｍ以上上方の浸漬ノズルの内壁面にガス排気装置１１が配されている。このガス排気装置１１は、浸漬ノズル内のガスを吸引する事により、鋳型内の溶鋼メニスカス９よりも１００ｍｍ以上上方の浸漬ノズル１内に浸漬ノズル内メニスカス７を形成する。
【００１３】
本発明では、溶鋼吐出孔６，６’の断面積が十分に大きくする事ができる。吐出孔６と６’の横断面積の合計をＳ₃とし、ダンディッシュ２から浸漬ノズル１に注入する溶鋼の鋳造速度をＭトン／分とすると、溶鋼の吐出流１０の流速は（Ｍ／Ｓ₃）トン／分となる。この際Ｓ₃は十分に大きい。従って吐出流１０の流速は十分に緩やかで、凝固シェル５に達する事がなく、従って鋳片の非金属介在物の増加や表面ワレ疵等の発生を防止する。また吐出孔６，６’は断面積が十分に大きいために閉塞し難い。
【００１４】
しかし格別の工夫を行わないで、溶鋼吐出孔６，６’の断面積を十分に大きくすると、図３（Ｂ）で述べた如く、浸漬ノズル内メニスカス７は鋳型内溶鋼メニスカス９の高さに近づき、浸漬ノズル内メニスカス７と鋳型内溶鋼メニスカス９の高さの差Ｈが小さくなって、鋳型内溶鋼メニスカス９の揺動が大きくなり、鋳片の表面性状が悪くなる。本発明ではガス排気装置１１により浸漬ノズル内のガスを吸引する事により浸漬ノズル内を低圧にするが、浸漬ノズル内を低圧にする事により、鋳型内溶鋼は浸漬ノズル内に吸い上げられて、浸漬ノズル内メニスカス７は、鋳型内溶鋼メニスカス９よりも十分に高い位置に形成される。
【００１５】
本発明者等の知見によると、浸漬ノズル内メニスカス７と鋳型内溶鋼メニスカス９の高さの差Ｈが１００ｍｍ未満の場合は、鋳型内溶鋼メニスカス９の揺動が大きく、鋳片の表面性状が悪い。このため本発明の排気装置１１は、Ｈが１００ｍｍ以上となるように、浸漬ノズル１内のガスを吸引する。
【００１６】
浸漬ノズルは、吐出孔６，６’が鋳型内溶鋼メニスカス９の約１００ｍｍ下方の図１のＬとなる深さに、鋳型内溶鋼中に浸漬させる事が多い。ガス排気装置１１を吐出孔６，６’よりも２００ｍｍ以上上方の所望の位置に配すると、Ｈを１００ｍｍにしてもＨ＋Ｌは２００ｍｍであるため、ガス排気装置１１は浸漬ノズル内メニスカス７よりも上方に配される事となり、構造が簡単なガス排気装置１１の使用が可能となる。
【００１７】
尚図１でＰは、鋳型内溶鋼メニスカス９における浸漬ノズル内溶鋼の静圧である。図１の鋳型内溶鋼メニスカス９より上方の浸漬ノズル内には高さがＨの溶鋼が存在するが、浸漬ノズル内８が減圧されて１気圧よりも低いためにＰは略１気圧に保たれてる。
【００１８】
図１の浸漬ノズル内メニスカス７も、上方から流下する溶鋼流に打たれるために揺動するが、浸漬ノズル内メニスカス７は、鋳型内溶鋼メニスカス９から距離Ｈだけ離れているために、浸漬ノズル内メニスカス７の揺動は鋳型内溶鋼メニスカス９に伝わり難く、鋳型内溶鋼メニスカス９は揺動する事がない。またタンディッシュノズル閉塞防止用のアルゴンガスが浸漬ノズル内に流入しても、流入したアルゴンガスはガス排気装置１１で排出されるために、吐出孔６，６’から吐出して鋳型内溶鋼メニスカス９を揺動させる事がない。
【００１９】
既に述べた如く、本発明の浸漬ノズルは溶鋼吐出孔６，６’の断面積を十分に大きくすることができるために、吐出流の流速を緩やかにして鋳片の非金属介在物の増加や表面ワレ疵の発生を防止することができる。また浸漬ノズルの閉塞を防止する事もできるが、本発明の浸漬ノズルを用いると、更に、鋳型内溶鋼メニスカスの揺動が防止されるために表面性状の優れた鋳片が得られる。
【００２０】
図２は、本発明の他の浸漬ノズルの例の説明図で、１２は多孔質の筒状耐火物、１３は密閉室、１４は吸引管、１５は排ガス流量計、１６は圧力計である。即ち図２のガス排気装置は、筒の内面が浸漬ノズルの内壁面に沿って配された多孔質の筒状耐火物１２と、筒状耐火物１２の外面に配された密閉室１３と、密閉室１３に連結された吸引管１４とを有し、該吸引管１４には排ガス流量計１５と該密閉室１３内の圧力を示す圧力計１６とが配されている。
【００２１】
図１でガス排気装置１１は浸漬ノズル１の内孔のガスを吸引するが、浸漬ノズル１の内孔には溶鋼が流下するため、浸漬ノズル１の内壁面には溶鋼が付着し易く、この付着した溶鋼がガス排気装置により吸引されて、ガス排気装置１１は目詰まりし易い。本発明者等の知見によると、気孔径が５０μｍ以下の多孔質の耐火物は表面に溶鋼が付着した際に吸引しても気孔内に溶鋼が侵入する事がない。このため図２の多孔質の筒状耐火物を気孔径が５０μｍ以下の多孔質の耐火物で形成すると、ガス排気装置の目詰まりの発生を有効に防止する事ができる。また筒状耐火物を用いる際は、筒状耐火物の外面に、筒状耐火物面に対しては開放され、他に対しては密閉状態の気密室を設け、筒状耐火物と密閉室を介して浸漬ノズル１内のガスを排気する事ができる。
【００２２】
本発明では、図１または図２の例で示した浸漬ノズルを用いて、浸漬ノズル内のガスを吸引する事により溶鋼メニスカスよりも１００ｍｍ以上上方の所望の高さＨの浸漬ノズル内に浸漬ノズル内メニスカスを形成しながら鋳造を行う。浸漬ノズル内メニスカスを所望の高さＨに形成する制御は、例えば熱電対を高さＨにおける浸漬ノズル内メニスカスの検出端として用いる事により行う事ができる。
【００２３】
また図２において、浸漬ノズルの内孔８の圧力：Ｐ_N，密閉室１３の圧力：Ｐ_S、ガス吸引量：Ｑ_N、浸漬ノズルの内壁面を形成している多孔質の筒状耐火物の面積：Ａ、筒状耐火物の厚さ：Ｌ、筒状耐火物の通気率：Ｋ、溶鋼密度：ρ、重力加速度：ｇとすると、吐出孔６，６’の断面積が十分に大きい場合は、下記（１），（２）式が成立する。
【００２４】
Ｐ_N＝Ｐ_S＋（Ｌ・Ｑ_N）／（Ａ・Ｋ）………（１）
Ｈ＝Ｐ_N／ρ・ｇ………………………………（２）
また上記（１）、（２）式から下記（３）式が得られるが、（３）式のＬ，Ａ，Ｋは筒状耐火物の特性値で予め把握される。またρ．ｇは常数である。
【００２５】
Ｈ＝［Ｐ_S＋（Ｌ・Ｑ_N）／（Ａ・Ｋ）］／（ρ・ｇ）………（３）
従って、図２の排ガス流量計１５で得られるＱ_Nと、圧力計１６で得られるＰ_Sを用いて、（３）式によりＨを把握する事ができる。
【００２６】
【実施例】
本発明者等は、内径が９０ｍｍ、長さが１２００ｍｍ、２ヶの吐出孔のそれぞれの直径が８０ｍｍで吐出角度が下向き４５°の図２の浸漬ノズルを用いて、炭素含有量が０．０３％の炭素鋼の溶鋼を浸漬ノズル内に１．３ｍ／分の速度で注入し連続鋳造を行った。筒状耐火物１２は気孔径が３０μｍのもので厚さが１０ｍｍ、長さが１００ｍｍで、吐出孔の上方４００ｍｍの位置に設けた。尚浸漬ノズル１の内孔には、タンディシュノズル閉塞防止用のＡｒガスを６Ｎリットル／分の割合で流入させた。
【００２７】
連続鋳造では、排ガス流量計１５で得られたＱ_Nと、圧力計１６で得られたＰ_Sを用いて、（３）式により、鋳造作業の前半はＨを２００ｍｍにし、鋳造作業の後半は浸漬ノズル内の吸引は行わなかった。
【００２８】
Ｈを２００ｍｍにした際は、鋳型内溶鋼メニスカスの揺動が全くなく、得られた鋳片の表面性状は極めて優れていた。尚鋳造終了後に浸漬ノズル内を観察したが、筒状耐火物には目詰まりがなく、継続して使用できる状態であった。一方吸引を行わなかった際の鋳型内溶鋼メニスカスは、吐出溶鋼流の流速の変動や偏流が大きいために常に揺動状態にあり、またタンディッシュノズル閉塞防止用のＡｒガスの吐出孔６，６’からの流出によると思われる大きな気泡が、浸漬ノズルの周囲の鋳型内溶鋼から間欠的に発生し鋳型内溶鋼メニスカスを大きく揺動させていた。また吸引を行わないで鋳造した鋳片には二重肌状の疵があり、表面性状は不十分であった。
【００２９】
【発明の効果】
本発明の浸漬ノズルは、吐出孔の面積を十分に大きくできるために、閉塞を十分に防止する事ができ、また鋳片の非金属介在物や表面ワレ疵を低減する事ができるが、更に鋳型内溶鋼メニスカスの揺動が少ないために、表面疵が極めて少ない鋳片を製造する事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は本発明の浸漬ノズルの例の説明図。
【図２】は本発明の浸漬ノズルの他の例の説明図。
【図３】は従来の浸漬ノズルの例の説明図。
【符号の説明】
１：浸漬ノズル、 ２：タンディシュ、 ３：溶鋼、 ４：鋳型、 ５：凝固シェル、 ６，６’：浸漬ノズルに設けた溶鋼吐出孔、 ７：浸漬ノズル内メニスカス、 ８：浸漬ノズルの内孔、 ９：鋳型内溶鋼メニスカス、 １０：溶鋼の吐出流、 １１：ガス排気装置、 １２：多孔質の筒状耐火物、 １３：密閉室、 １４：吸引管、 １５：排ガス流量計、 １６：圧力計。

Claims (2)

1. 溶鋼吐出孔を鋳型内溶鋼中に浸漬させて用いる鋼の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、溶鋼吐出孔よりも２００ｍｍ以上上方の浸漬ノズルに、浸漬ノズル内のガスを吸引する事により鋳型内の溶鋼メニスカスよりも１００ｍｍ以上上方の浸漬ノズル内に浸漬ノズル内メニスカスを形成するガス排気装置が配されており、ガス排気装置が、筒の内面が浸漬ノズルの内壁面に沿って配された気孔径が５０μｍ以下の多孔質の筒状耐火物と、筒状耐火物の外面に配された密閉室と、密閉室に連結された吸引管とを有し、該吸引管には排ガス流量計と該密閉室内の圧力を示す圧力計とが配されているガス排気装置である事を特徴とする、鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
2. 請求項１の鋼の連続鋳造用浸漬ノズルを用いて、浸漬ノズル内のガスを吸引する事により鋳型内の溶鋼メニスカスよりも１００ｍｍ以上上方の所望の高さの浸漬ノズル内に浸漬ノズル内メニスカスを形成しながら鋳造を行う事を特徴とする、鋼の連続鋳造方法。

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