JP4364406B2 - 連続鋳造用ロングノズル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スリム化してタンディッシュ等に溶鋼を安定して注湯することができる連続鋳造用ロングノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶鋼は、精錬炉により脱炭して取鍋に出鋼され、取鍋内で二次精錬等を施してから、取鍋は、クレーンで搬送されて連続鋳造装置のターレットに載置され、このターレットを回転してタンディッシュの位置にセットされる。
連続鋳造においては、取鍋のノズルの下部にスライディングノズル（ＳＮ）を取付け、このスライディングノズルの下部（下ノズル）にロングノズル支持装置を介して、ロングノズルを隙間が生じないように押圧ぎみにセットし、ＳＮを作動することにより、溶鋼をノズルからロングノズルへと供給して注湯を行う。
溶鋼の注湯は、タンディッシュ内の溶鋼にロングノズルの先端を非浸漬状態で行ういわゆるオープン注湯と、ロングノズルの先端部を浸漬する浸漬注湯が行われているが、オープン注湯の場合、タンディッシュ内の溶鋼表面に形成されるスラグの巻き込みを生じ、スラグや酸化物（介在物）等による溶鋼の清浄度が損われる等の理由から、主に浸漬注湯（浸漬開口）が行われている。
しかし、浸漬開口は、スラグの巻き込みを抑制し、特に、連々鋳を行った際の継目部において、スラグや酸化物（介在物）等による溶鋼の汚染を防止できる利点を有するが、取鍋のノズルに充填したＳｉＯ₂ 、Ａｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ等からなる詰め物がＳＮの作動と共にロングノズル内に落下して堆積するため、この詰め物を溶鋼の落下流れによって速やかに排出してからタンディッシュに溶鋼を注湯する必要がある。
しかし、詰め物の排出を良好に行えない場合、ロングノズル内に詰め物が残留し、その量が多くなるとロングノズルの閉塞を招き、ノズルとロングノズルの間から溶鋼の噴出（溶鋼洩れ）を生じ、鋳造作業の安全が確保できず、操業中断等の事態を招く。
【０００３】
この対策として、特開昭５７−１３９４５６号公報、実公昭６１−６９８７号公報に記載されているように、ロングノズルの上部の直胴部の内径よりもタンディッシュ内の溶鋼に浸漬される先端部の内径を１．５〜５倍大きくし、鋳造開始時のノズル充填物（詰め物）の厚みを薄くして通過を容易にし、ロングノズル内部での閉塞を生じないようにしている。
更に、特開平１１−１０２９２号公報に記載されているように、全長が１３５０ｍｍ以上のロングノズルを用い、このロングノズルの上部の直胴部に連続した円錐部、あるいは円錐部に連続した下部直胴部の長さを１０００ｍｍ以上にして、ロングノズルが大型化した際の首部（上端部）にかかる応力を小さくして首部折損を防止し、同時にノズルの詰め物の排出を良好にして鋳造を行っている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開昭５７−１３９４５６号公報、実公昭６１−６９８７号公報に記載されたロングノズルでは、先端部である浸漬部の内径が直胴部の１．５〜５倍になるため、浸漬部が大きくなり過ぎて溶鋼の流動に伴うロングノズルの振動や揺れが生じ、折損トラブルや揺れによって生ずる隙間からの溶鋼洩れ等が発生したり、隙間から外気の侵入により溶鋼の品質が阻害される。
これを防止するために、厚みを増大させたロングノズルを用いると、ロングノズルそのものの自重が増加し、耐火物コストの上昇を招く。
ロングノズルの振動や揺れを防止するために、このロングノズルを取鍋ノズルに押圧するロングノズル支持装置の保持強度を大きくする必要があり、この支持装置が大型化する。
しかも、ロングノズルのスリム（小型）化が困難であり、耐火物コストの低減が図れない等問題がある。
【０００５】
また、特開平１１−１０２９２号公報に記載されたロングノズルでは、円錐部、あるいは円錐部に連続した下部直胴部の長さが１０００ｍｍ以上であり、全内容積も２７０００ｃｍ³ 以上にしているため、ロングノズルの全体、あるいは浸漬部が大きくなる。
その結果、タンディッシュ内の溶鋼に先端部を浸漬して注湯した際に、溶鋼の流動に伴う振動や揺れ等が大きくなり、前記特開昭５７−１３９４５６号公報、実公昭６１−６９８７号公報に記載されたロングノズルと同様の折損トラブルや隙間からの溶鋼洩れが発生するといった問題がある。
このように、従来のロングノズルでは、溶鋼の注湯の際に、ロングノズルの振動や揺れによる溶鋼洩れや折損を防止し、ノズルに押圧するロングノズルの支持装置の簡素化が困難である。しかも、ロングノズルの重量が重くなってスリム化を図ることができず、耐火物コストが高くなる等の技術課題を解決しえないというのが実情である。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ロングノズルの注湯時の詰め物の詰まりを無くして溶鋼洩れや折損トラブルを抑制し、ロングノズルのスリム化を可能にして耐火物コストを節減することができる連続鋳造用ロングノズルを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明の連続鋳造用ロングノズルは、取鍋に設けたノズルからタンディッシュ内に溶鋼を注湯するロングノズルにおいて、前記ロングノズルの上部を構成する直胴部の内径Ａと、該直胴部に連通する拡径部の内径Ｄが下記式を満たし、前記直胴部と前記拡径部との間に、前記直胴部に対するテーパー角度θが１〜１０°のテーパー部を設けている。
１．５≦（Ｄ／Ａ）²＜２．２５
これにより、拡径部の内径Ｄを所定の範囲にしているので、取鍋のノズルに充填した詰め物をＳＮの開口と同時にロングノズルから系外に速やかに排出することができ、しかも、拡径部を小さくできるのでロングノズルをスリム化することが可能になり、タンディッシュ内に溶鋼を注湯する際の振動や揺れを抑制することができる。
（Ｄ／Ａ）²の値が１．５未満になると、落下した詰め物がロングノズル内に詰まり、溶鋼の噴出事故が発生する。（Ｄ／Ａ）²の値が２．２５以上になると、ロングノズルが大きくなって、耐火物原単位が高くなり、注湯する際に振動や揺れが発生して折損、支持装置の大型化等を招く。
【０００８】
ここで、直胴部と拡径部との間にテーパー部を設けているので、構造上、径の拡大に伴って生じる集中応力が特定部位にかかるのを抑制して亀裂や折損等を防止し、しかも、詰め物による閉塞を抑制して溶鋼の噴出や洩れを防止できる。
【０００９】
更に、前記直胴部に対する前記テーパー部のテーパー角度θを１〜１０°とし、ロングノズルの拡径部を所定の末広がり（テーパー角度）にすることにより、取鍋ノズルから落下した詰め物の押し出しの抵抗を小さくすることができ、容易に詰め物を排出し、溶鋼の噴出（溶鋼洩れ）事故を防止することができる。
テーパー角度θが１°未満では、詰め物を押し出す際のロングノズルの壁面と詰め物の摩擦抵抗が大きくなり、詰め物による閉塞を生じ易くなり、下部に地金付着が生じ易くなる。一方、テーパー角度θが１０°を超えると、溶鋼に浸漬した際の浮力が大きくなり、注湯中の振動による応力集中が生じ、首部、あるいは直胴部に無理な力がかかり折損し易くなる。
【００１０】
また、前記直胴部に前記ロングノズルを押さえ込む押さえ突起を設けると良い。連々鋳等の取鍋交換時等に、押さえ突起を利用してロングノズル支持装置により、溶鋼内にロングノズルを浸漬した際に生じるロングノズルに対する浮力に抗して容易にロングノズルを押し込むことができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
連続鋳造において、浸漬開口を行う場合は、取鍋のノズル内に充填した詰め物をロングノズルから速やかに排出する必要があり、ロングノズルの拡径部を大きくすれば容易に排出できるが、拡径部が大きくなると浸漬中のロングノズルに対する浮力が増大し、溶鋼の注湯時に振動や揺れ等が発生して安定した鋳造が困難になる。一方、拡径部を小さくすることにより、注湯時に振動や揺れを抑制できるが詰め物のロングノズルからの速やかな排出が困難であった。
そこで、ロングノズルから詰め物を十分に排出し、しかも、スリム型のロングノズルの可能性について鋭意研究を行った結果、直胴部と拡径部を特定の値にすることにより、本発明者等は、相反する詰め物の排出、注湯時の振動や揺れの抑制、溶鋼洩れや折損の防止、ロングノズルのスリム化が可能であることを知見し本発明の完成に至った。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用ロングノズルの全体図、図２はロングノズル内の詰め物高さと押し出しゲージ指数との関係を表すグラフ、図３はロングノズルのテーパー角度と押し出し力指数との関係を表すグラフ、図４はロングノズルの内径とロングノズルに対する浮力との関係を表すグラフ、図５はロングノズルの（Ｄ／Ａ）² 値とロングノズル内詰まり発生指数及び溶鋼洩れ・折損発生指数との関係を表すグラフである。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用ロングノズル（ロングノズル）１０は、図示しない取鍋のノズルの底部に設けたスライディングノズル（ＳＮ）に取付けられ、ＳＮの下部を押圧する上端の首部１１と、この首部１１に連なる直胴部１２と、この直胴部１２にテーパー部１３を介して連通する拡径部１４とを有している。
更に、テーパー部１３は、直胴部１２の内壁面の延長線に対して１〜１０°のテーパー角度θを有している。
直胴部１２の上部には、図示しないロングノズル支持装置によりロングノズル１０を保持するための鉄板１５を巻き付けており、この鉄板１５の下端に押さえ突起１６を設けている。
【００１２】
次に、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用ロングノズル１０の動作について説明する。
ロングノズル１０は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ、Ｃ等の一種以上の耐火物にバインダーを添加して混練し、金型により成形して乾燥を行ってから焼成したものを用いる。
ロングノズル１０の首部１１は、それぞれの製鋼工場等で使用する取鍋のノズルの外径や内径、あるいはＳＮに合うように、その形状やサイズを選択する。
直胴部１２とテーパー部１３の条件は、図２に示すように、取鍋に設けた１００ｍｍφのノズルに約１２ｋｇの詰め物を行い、この詰め物がＳＮから落下して直胴部１２の内径Ａが１１３ｍｍφであるロングノズル１０内の下端に堆積した際に、詰め物に６．５ｋｇ／ｃｍ²の押出し圧力を付与した場合の押出し力の伝播状態から浸漬開口の可否を測定した。
なお、押し出しゲージ指数は、詰め物に押出し圧力を付与した際に、その押出し圧力（ｋｇ／ｃｍ²）が詰め物に殆ど作用する場合を指数１とした。
その結果、ノズルから落下した詰め物高さ（堆積高さ）が１００ｍｍ（ロングノズルの拡径部の内径Ｄが２２６ｍｍφ）では、押し出しゲージ指数が約０．６１となり、詰め物に押し出し力が十分に付与され、溶鋼の流れによって詰め物をロングノズル１０の系外に排出することができる。
更に、詰め物高さが１７６〜３２０ｍｍ（ロングノズルの拡径部の内径Ｄが１７０〜１３０ｍｍφ）となる範囲では、前記の押し出し力よりも小さい力が詰め物に付与される。
しかも、拡径部１４の内径Ｄと直胴部１２の内径Ａの面積比である（Ｄ／Ａ）²が１．５〜２．２５の領域で見ると、最低でも押し出しゲージ指数として約０．１の力が付与されており、これ以上の力が付与できれば、溶鋼の流れを利用してロングノズルの系外へ確実に詰め物を排出することができることが判った。
【００１３】
また、図３に示すように、ロングノズル内に詰め物が堆積する部位にテーパー角度θを設けると、テーパー角度θが大きくなるにつれ、詰め物の押し出しが可能な押し出し力（ｋｇ／ｃｍ² ）を指数１とした押し出し力指数が小さくなり、ロングノズル内の詰め物を容易に排出することができる。
実験結果から求めた押し出し限界（押し出し不良の発生が全くない範囲）からみると、テーパー角度θが１°以上あれば良く、ロングノズルのスリム化を考慮して１０°以下であれば十分である。
即ち、取鍋のノズルの径と同じロングノズル１０の直胴部１２の内径Ａと拡径部１４の内径Ｄの関係を（１）式の満たす範囲にすれば、十分にロングノズル１０の下部に堆積した詰め物を系外に容易に排出することができる。
１．５≦（Ｄ／Ａ）² ＜２．２５ ・・・・・（１）
しかも、テーパー部１３のテーパー角度θを押し出し限界を考慮して１°〜１０°にすれば良く、極めて安定した詰め物の排出とロングノズル１０のスリム化の両方を可能にできる。
この理由からテーパー角度θは、１〜５°にすることにより、注湯時の振動や揺れによる力が直胴部１２とテーパー部１３の部位にかかるのを抑制でき、より好ましい結果が得られる。
【００１４】
更に、図４に示すように、ロングノズル１０の拡径部１４は、通常０．４ｍ程溶鋼中に浸漬されており、拡径部１４の内径Ｄが例えば２２０〜１７１ｍｍφに大きくなると、常に１５５〜９９．５ｋｇもの浮力が発生している。この範囲での浮力は、ロングノズルの自重より大きくなり、浮力による影響が大きく、支持装置に多大の負荷を与え、図示しないロングノズル支持装置の大型化が必要になり、前記の振動や揺れが大きくなり、ノズルとの間の隙間の発生や折損トラブルの要因になる。
しかし、（Ｄ／Ａ）² が所定範囲となる、すなわち拡径部１４の内径Ｄが１７０ｍｍφ未満になると、９９．５ｋｇ以下の浮力で、且つ急激に小さくでき、浮力をロングノズルの自重より小さくすることができる。
その結果、ロングノズル１０に発生する振動や揺れを解消でき、ロングノズル支持装置の小型化が可能になり、連々鋳時のロングノズル交換を容易に行うことができ、連続鋳造作業の安定化を図ることができる。
また、連々鋳時における取鍋交換の際は、ロングノズル支持装置によりロングノズル１０をタンディッシュ内の溶鋼中に定常時の深さよりも５００〜６００ｍｍ深く押し込んだ状態で保持する必要があり、ロングノズル１０の直胴部１２に巻き付けた鉄板１５に設けた押さえ突起１６を用いて安定して保持でき、ロングノズル１０を容易に押し込むことができる。
【００１５】
このようにして、取鍋のノズルからＳＮの下部にロングノズル支持装置により首部１１を押圧されたロングノズル１０は、その先端の拡径部１４を溶鋼中に４００〜６００ｍｍ浸漬し、ＳＮを作動して溶鋼の注湯を開始する。
そして、注湯の開始と共に、ノズル内の詰め物がロングノズル１０の直胴部１２を通り、拡径部１４内の湯面（溶鋼面）に落下して堆積する。
この詰め物は、注湯された溶鋼の流れによって押し流され、拡径部１４の下端を通ってタンディッシュ内に排出され、正常な開口（注湯）が行われる。
【００１６】
【実施例】
次に、連続鋳造用ロングノズルの実施例について説明する。
直胴部の内径Ａが１００ｍｍ、テーパー部が１〜１０°を有し、長さＬが４００〜６００ｍｍの拡径部を備えたロングノズルを用い、（Ｄ／Ａ）² を１．５〜２．２５にして溶鋼の鋳造を行った。その結果、図５に示すように、（Ｄ／Ａ）² が１．５以上２．２５未満を満足する範囲では、詰め物のロングノズル内詰まり発生指数を０（全く発生の無い範囲）にでき、詰まりに起因する溶鋼の噴出（溶鋼洩れ）が無く、安定した鋳造を行うことができた。
更に、（Ｄ／Ａ）² を２．２５未満にしているので、溶鋼の注湯中の振動や揺れが極めて小さくなり、ロングノズルに発生する亀裂や折損を防止でき、ＳＮの下部との間の隙間の発生を抑制して隙間の発生に伴う溶鋼洩れを防止でき、折損及び溶鋼洩れの発生指数を０．８以下と良好にできた。
しかも、ロングノズルのスリム化が可能になり、耐火物コストを約２０〜３０％に大幅に節減することができた。
しかし、（Ｄ／Ａ）² が本発明の範囲を外れたロングノズルでは、ロングノズル内詰まりが発生して溶鋼の噴出事故が生じたり、注湯中の振動や揺れが大きく、隙間の発生に伴う折損や溶鋼洩れ事故が発生し、安定した鋳造が行えない場合があり、耐火物コストも高い結果になった。
【００１７】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、ロングノズルの製造に用いる物は、ＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＭｇＯ、Ｃ等の一種以上の他に、一般の鋳造用ノズルに用いられている耐火物を適用することができる。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１、２記載の連続鋳造用ロングノズルにおいては、取鍋に設けたノズルからタンディッシュ内に溶鋼を注湯するロングノズルにおいて、ロングノズルの上部を構成する直胴部の内径と、直胴部に連通する拡径部の内径との関係を所定の範囲にしているので、ロングノズルをスリム化して耐火物の原単位を低減できると共に、タンディッシュ内に溶鋼を注湯する際の溶鋼の噴出事故と、振動や揺れによるロングノズルの亀裂、折損や溶鋼洩れを防止することができる。
【００１９】
特に、請求項１記載の連続鋳造用ロングノズルにおいては、直胴部と拡径部との間にテーパー部を設けているので、詰め物を容易に排出して溶鋼の噴出事故等を無くし、鋳造作業の安全性を向上することができ、また、ロングノズルの亀裂や折損トラブルを安定して防止することができる。
【００２０】
また、直胴部に対するテーパー部のテーパー角度を所定の範囲に設定しているので、詰め物を確実に排出し、溶鋼の噴出事故及び振動や揺れによるロングノズルの亀裂、折損等をより安定して防止し、溶鋼を鋳造した鋳片の品質を向上することができる。
【００２１】
請求項２記載の連続鋳造用ロングノズルにおいては、直胴部にロングノズルを押さえ込む押さえ突起を設けているので、連々鋳等の取鍋交換時等に、押さえ突起を利用してロングノズル支持装置により、ロングノズルを溶鋼内に浸漬した際に生じるロングノズルに働く浮力に対し、容易にロングノズルを押し込むことができ、交換作業の迅速化、鋳造作業の効率を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用ロングノズルの全体図である。
【図２】ロングノズル内の詰め物高さと押し出しゲージ指数との関係を表すグラフである。
【図３】ロングノズルのテーパー角度と押し出し力指数との関係を表すグラフである。
【図４】ロングノズルの内径とロングノズルに対する浮力との関係を表すグラフである。
【図５】ロングノズルの（Ｄ／Ａ）² 値とロングノズル内詰まり発生指数及び溶鋼洩れ・折損発生指数との関係を表すグラフである。
【符号の説明】
１０：連続鋳造用ロングノズル、１１：首部、１２：直胴部、１３：テーパー部、１４：拡径部、１５：鉄板、１６：押さえ突起

Claims (2)

1. 取鍋に設けたノズルからタンディッシュ内に溶鋼を注湯するロングノズルにおいて、前記ロングノズルの上部を構成する直胴部の内径Ａと、該直胴部に連通する拡径部の内径Ｄが下記式を満たし、前記直胴部と前記拡径部との間に、前記直胴部に対するテーパー角度θが１〜１０°のテーパー部を設けていることを特徴とする連続鋳造用ロングノズル。
   １．５≦（Ｄ／Ａ）²＜２．２５
2. 請求項１記載の連続鋳造用ロングノズルにおいて、前記直胴部に前記ロングノズルを押さえ込む押さえ突起を設けたことを特徴とする連続鋳造用ロングノズル。

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