JP4734180B2 - 連続鋳造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズルを予熱する予熱工程を含む連続鋳造方法に関する。
従来、溶融金属を連続的に冷却凝固させて所定形状の鋳片を形成する連続鋳造方法が知られており、この連続鋳造方法では、浸漬ノズルを介してタンディッシュからモールド（水冷鋳型）内に溶融金属を注入する鋳造工程が実施される。
浸漬ノズルは、タンディッシュの底部に取り付けられて、タンディッシュ内の溶融金属をノズル下端の吐出口よりモールド内に吐出するように構成されている。この浸漬ノズルは、下端側をモールド内の溶融金属中に浸漬させた状態で使用され、これにより、注入溶融金属の飛散を防止すると共に、注入溶融金属の大気との接触を防止して酸化を抑制している。また、浸漬ノズルは、整流化した状態で注入可能であるため、溶融金属に浮遊するスラグや非金属介在物などの不純物が溶融金属中へ巻き込まれることを防止している。結果、鋳片品質を改善できると共に、操業の安定性を確保できる。
このような浸漬ノズルは、一般的に、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｃ（カーボン）耐火物やＡｌ２Ｏ３−Ｃ耐火物にて形成されている。これらＡｌ２Ｏ３−Ｃ含有耐火物製の浸漬ノズルは、Ａｌ２Ｏ３が耐火性および溶融金属に対する耐食性に優れ、Ｃが介在物（スラグ成分）に対して濡れ難く、低膨張率および高熱伝導性を有することから、現在、溶融金属の連続鋳造において最も広く用いられている。
通常、浸漬ノズルは、その内外層で曝される環境が異なるため、内外層には別材質の耐火物が使われ、また、モールド湯面上に浮遊するスラグからパウダーライン部を保護するためにも、パウダーライン部には別材質の耐火物が用いられている。
通常、浸漬ノズルは、その内外層で曝される環境が異なるため、内外層には別材質の耐火物が使われ、また、モールド湯面上に浮遊するスラグからパウダーライン部を保護するためにも、パウダーライン部には別材質の耐火物が用いられている。
しかしながら、Ａｌ２Ｏ３−Ｃ含有耐火物製の浸漬ノズルは、溶融金属が流通するノズル内周部に析出物が付着しやすいという性質を有している。析出物の付着は、特に非浸漬部のノズル内周部の温度勾配の大きな部分および吐出口付近の溶融金属流速の低下する部分に多く、付着物によって鋳造作業が困難になることがある。また、鋳造中に付着物を除去する作業を行う必要があり、ここで除去された付着物は鋳片中に取り込まれて大型介在物となり、鋳片品質を悪化させる原因となる。付着する析出物の主成分はαＡｌ２Ｏ３であり、脱酸生成物として溶融金属中に含まれているＡｌ２Ｏ３がノズル内周部に析出して堆積するものと考えられる。ノズル内周部への析出物付着は、特にアルミキルド鋼の連続鋳造において顕著に観察される。
この問題に対して、従来、ノズル内周部をＣａＯ：２０質量％以上、黒鉛：３０質量％以下であり、構成粒子の最大粒径が０．５ｍｍ以下であるＣａＯ−ＭｇＯ−黒鉛含有耐火物で形成するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この特許文献１に記載のＣａＯ−ＭｇＯ−黒鉛含有耐火物では、溶融金属に含まれるＡｌ２Ｏ３が析出してノズル内周部に堆積しようとしたとき、当該耐火物中のＣａＯと堆積したＡｌ２Ｏ３とが反応して低融点物質を形成する。これにより、Ａｌ２Ｏ３がノズル内周部に堆積せずに順次溶融金属で洗い流されることになり、ノズル内周部への析出物の付着を防止できる。
この特許文献１に記載のＣａＯ−ＭｇＯ−黒鉛含有耐火物では、溶融金属に含まれるＡｌ２Ｏ３が析出してノズル内周部に堆積しようとしたとき、当該耐火物中のＣａＯと堆積したＡｌ２Ｏ３とが反応して低融点物質を形成する。これにより、Ａｌ２Ｏ３がノズル内周部に堆積せずに順次溶融金属で洗い流されることになり、ノズル内周部への析出物の付着を防止できる。
また、上記問題に対して、ノズル内周部をスピネル（ＭｇＯ・Ａｌ２Ｏ３）５０〜９５質量％、ペリクレース（ＭｇＯ）０〜２０質量％、黒鉛５〜３０質量％、不可避の不純物３質量％以下のスピネル−ペリクレース−黒鉛系の耐火物で形成するものが知られている（例えば、特許文献２参照）。
この特許文献２に記載のスピネル−ペリクレース−黒鉛系の耐火物では、溶融金属が流れて当該耐火物が高温環境下に曝されることにより、当該耐火物中のＭｇ成分とＯ成分あるいはＣＯ成分とが反応して、当該耐火物表面に緻密なＭｇＯ層が生成される。このＭｇＯ層は、気孔率が略ゼロに近く非常に緻密な組織を有するため、溶融金属中のＡｌ２Ｏ３介在物がＭｇＯ層の上に付着することが少ない。これにより、ノズル内周部への析出物の付着を防止できる。
この特許文献２に記載のスピネル−ペリクレース−黒鉛系の耐火物では、溶融金属が流れて当該耐火物が高温環境下に曝されることにより、当該耐火物中のＭｇ成分とＯ成分あるいはＣＯ成分とが反応して、当該耐火物表面に緻密なＭｇＯ層が生成される。このＭｇＯ層は、気孔率が略ゼロに近く非常に緻密な組織を有するため、溶融金属中のＡｌ２Ｏ３介在物がＭｇＯ層の上に付着することが少ない。これにより、ノズル内周部への析出物の付着を防止できる。
ところで、上記鋳造工程では、浸漬ノズルの温度が低い場合、溶融金属の注入を開始する際に浸漬ノズルの割れや閉塞が起こる等の不具合が発生することがある。このため、浸漬ノズルを予熱しておくことで、溶融金属の注入を開始した際に浸漬ノズルに生じる温度差を減少させて、上記不具合の発生を防止することが考えられる。
このような予熱法としては、例えば図４に示すようにバーナー１００により燃焼ガスを吹き付けるものが考えられる。
また、浸漬ノズルの外周を電熱器で囲み伝熱・輻射により加熱する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
このような予熱法としては、例えば図４に示すようにバーナー１００により燃焼ガスを吹き付けるものが考えられる。
また、浸漬ノズルの外周を電熱器で囲み伝熱・輻射により加熱する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
しかしながら、上記特許文献１に記載のＣａＯ−ＭｇＯ−黒鉛含有耐火物や、上記特許文献２に記載のスピネル−ペリクレース−黒鉛系の耐火物は、いずれも高熱膨張材である。このため、これらの耐火物を使用した浸漬ノズルを予熱した後、鋳造工程を実施する場合、次の（Ａ）、（Ｂ）のような問題がある。
（Ａ）図４に示すようなバーナー１００を用いて予熱する場合、ノズルの上端からバーナー１００を挿入して、内部に燃焼ガスを吹き付け下端側の吐出孔より排気する。このため、ノズル全体を均一に加熱することが困難であり、この温度差による熱応力や材質間の熱膨張差に起因した割れが発生してしまう。
また、バーナーによる予熱の場合、予熱に要する時間が長く、かつ、燃焼ガスより生じる酸化性雰囲気により、耐火物中のＣ成分が酸化によりＣＯガスあるいはＣＯ２ガスとなって消失してしまう。このため、耐火物中に大径の気孔が形成されて、鋳造工程において当該気孔内に溶融金属が侵食し易くなり、溶損が進行し易くなってしまう問題がある。
また、バーナーによる予熱の場合、予熱に要する時間が長く、かつ、燃焼ガスより生じる酸化性雰囲気により、耐火物中のＣ成分が酸化によりＣＯガスあるいはＣＯ２ガスとなって消失してしまう。このため、耐火物中に大径の気孔が形成されて、鋳造工程において当該気孔内に溶融金属が侵食し易くなり、溶損が進行し易くなってしまう問題がある。
（Ｂ）上記特許文献２に記載の電熱器を用いて予熱する場合、Ｃ成分の消失は防止できるものの、伝熱・輻射によりノズルを加熱しているので、部分的には１４００℃に達するが全体を均一に加熱することはやはり難しい。
本発明の目的は、浸漬ノズルを予熱する予熱工程を含む連続鋳造方法を提供することにある。
本発明は、浸漬ノズルを均一に加熱するためには、高周波誘導加熱を用いるのが良いとの知見に基づいて案出されたものであり、本発明の要旨とするところは以下の通りである。
（１）本発明に係る溶融金属の連続鋳造方法は、マグネシアと、スピネルと、ドロマイトクリンカーと、マグネシアおよびスピネルの混合物と、マグネシアおよびドロマイトクリンカーの混合物のうちいずれか、および、フリーカーボンを含んで構成された耐火物にて形成されている浸漬ノズルを使用し、当該浸漬ノズルを高周波誘導加熱の予熱装置により予熱する予熱工程と、前記予熱工程にて予熱された前記浸漬ノズルをタンディッシュの注入口に取り付け、当該浸漬ノズルを介してタンディッシュからモールドに溶融金属を注入する鋳造工程と、を備えることを特徴とする。
本発明の浸漬ノズルは、ノズル内周部のみを上記耐火物にて形成する構造や、ノズルの全てを当該耐火物にて形成する構造など、少なくともノズル内周部を上記耐火物にて形成する構造とすることが好ましい。また、予熱終了時の温度は最低でも１１００℃以上となることが好ましい。
マグネシア、スピネルおよびドロマイトクリンカーは、通常、添加できる石状のものが原料として用いられる。
マグネシアであれば、主成分としてＭｇＯを９０質量％以上と不可避な不純物を１０質量％以下含むもの、より好ましくはＭｇＯを９５質量％以上と不可避な不純物を５質量％以下含むものをいう。
スピネルはＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯを９０質量％以上と不可避な不純物を１０質量％以下含むもの、より好ましくはＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯを９５質量％以上と不可避な不純物を５質量％以下含むものをいう。
ドロマイトクリンカーは天然ドロマイトを高温焼成した、ＭｇＯおよびＣａＯの焼結体を主成分とするものをいう。
フリーカーボンは、例えば通常鱗状黒鉛、電極屑、無煙炭、土状黒鉛等の添加黒鉛の他、バインダが焼成した際に残留した炭素分をも含む。
このような浸漬ノズルは、例えば、各種無機物、鱗状黒鉛とバインダとしてのフェノール樹脂などを混練したものを、ＣＩＰ法などにて所定の形状に成形し、これを還元焼成することにより形成される。
なお、スピネルとドロマイトクリンカーとの組み合わせは、スピネル中のＡｌ２Ｏ３とドロマイトクリンカー中のＣａＯとで低融点物質を形成するため不適である。
マグネシア、スピネルおよびドロマイトクリンカーは、通常、添加できる石状のものが原料として用いられる。
マグネシアであれば、主成分としてＭｇＯを９０質量％以上と不可避な不純物を１０質量％以下含むもの、より好ましくはＭｇＯを９５質量％以上と不可避な不純物を５質量％以下含むものをいう。
スピネルはＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯを９０質量％以上と不可避な不純物を１０質量％以下含むもの、より好ましくはＡｌ２Ｏ３・ＭｇＯを９５質量％以上と不可避な不純物を５質量％以下含むものをいう。
ドロマイトクリンカーは天然ドロマイトを高温焼成した、ＭｇＯおよびＣａＯの焼結体を主成分とするものをいう。
フリーカーボンは、例えば通常鱗状黒鉛、電極屑、無煙炭、土状黒鉛等の添加黒鉛の他、バインダが焼成した際に残留した炭素分をも含む。
このような浸漬ノズルは、例えば、各種無機物、鱗状黒鉛とバインダとしてのフェノール樹脂などを混練したものを、ＣＩＰ法などにて所定の形状に成形し、これを還元焼成することにより形成される。
なお、スピネルとドロマイトクリンカーとの組み合わせは、スピネル中のＡｌ２Ｏ３とドロマイトクリンカー中のＣａＯとで低融点物質を形成するため不適である。
このような発明によれば、耐火物中にフリーカーボンが存在することにより、高周波誘導加熱にて当該フリーカーボンを選択的に加熱でき、図４や上記特許文献３に示すような従来の加熱法にて予熱する場合に比べて、浸漬ノズルを均一に予熱できる。このため、鋳造工程にて溶融金属の注入を開始する際において、溶融金属により浸漬ノズルが受ける熱衝撃を緩和でき、割れ等の不具合が発生することを防止できる。
また、高周波誘導加熱によれば、従来のように燃焼ガスを使用せずに短時間で予熱を完了できるので、耐火物中のフリーカーボンの消失が少なく、溶融金属によるノズル内周部の溶損速度を低減できる。
また、高周波誘導加熱によれば、従来のように燃焼ガスを使用せずに短時間で予熱を完了できるので、耐火物中のフリーカーボンの消失が少なく、溶融金属によるノズル内周部の溶損速度を低減できる。
そして、マグネシアは言うに及ばず、スピネルおよびドロマイトクリンカーはそれぞれＭｇＯ成分を含んでいるので、鋳造工程においてはノズル内周面に緻密なＭｇＯ層を生成でき、Ａｌ２Ｏ３介在物がノズル内周部に付着することを防止できる。
また、ドロマイトクリンカーを使用してノズルを形成した場合、ドロマイトクリンカー中のＣａＯと溶融金属に含まれるＡｌ２Ｏ３とで低融点物質を形成するので、Ａｌ２Ｏ３介在物がノズル内周部に付着することを防止できる。さらにこの場合、耐火物中で当該低融点化合物が形成された後、耐火物中に残存したＭｇＯ粒子同士が合体・粗大化して比較的融点の高い反応生成物を形成し、これにより、ノズル内周部の溶損を抑制できる。
さらに、マグネシアとスピネル、あるいはマグネシアとドロマイトクリンカーとの混合物を使用する場合、マグネシアの分量を調整することにより、溶損速度を任意に制御できる。
したがって、浸漬ノズルの耐用性を向上させることができる。
また、ドロマイトクリンカーを使用してノズルを形成した場合、ドロマイトクリンカー中のＣａＯと溶融金属に含まれるＡｌ２Ｏ３とで低融点物質を形成するので、Ａｌ２Ｏ３介在物がノズル内周部に付着することを防止できる。さらにこの場合、耐火物中で当該低融点化合物が形成された後、耐火物中に残存したＭｇＯ粒子同士が合体・粗大化して比較的融点の高い反応生成物を形成し、これにより、ノズル内周部の溶損を抑制できる。
さらに、マグネシアとスピネル、あるいはマグネシアとドロマイトクリンカーとの混合物を使用する場合、マグネシアの分量を調整することにより、溶損速度を任意に制御できる。
したがって、浸漬ノズルの耐用性を向上させることができる。
（２）本発明に係る連続鋳造方法は、上記（１）に記載の浸漬ノズルにおいて、溶融金属が流通するノズル内周部を形成する内層、および、前記内層の外側を被覆する状態に積層形成された外層からなる２層構造となっており、前記内層は、マグネシアと、スピネルと、ドロマイトクリンカーと、マグネシアおよびスピネルの混合物と、マグネシアおよびドロマイトクリンカーの混合物のうちいずれか、および、フリーカーボンを含んで構成された耐火物にて形成され、前記外層は、前記内層とは組成および配合のいずれかが異なる耐火物であって、アルミナ、ムライト、シリカ、ジルコニア、ＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカー、スピネル、マグネシア、ジルコニアムライトおよび炭化珪素のうち１〜３種と、フリーカーボンとを含んで構成された耐火物、または、ドロマイトクリンカーと、ジルコニア、ＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカーおよびマグネシアのうち１種あるいは２種と、フリーカーボンとを含んで構成された耐火物にて形成されていることを特徴とする。
ここで示した原料はいずれも天然に採取された、もしくは、合成された原料である。
アルミナであれば、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするものである。
ムライトは、３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２を主成分とするものである。
シリカは、ＳｉＯ２を主成分とするものである。
ジルコニアは、ＺｒＯ２を主成分とするものである。
ＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカーは、ＣａＯおよびＺｒＯ２の焼結体を主成分とするものである。
ジルコニアムライトは、ＺｒＯ２ ３２〜４２質量％、Ａｌ２Ｏ３４０〜５０質量％およびＳｉＯ２ １３〜２３質量％を主成分とするものである。
炭化珪素は、ＳｉＣを主成分とするものである。
なお、マグネシア、スピネルおよびドロマイトクリンカーについては前述の通りである。
これら原料は、いずれも主成分を９０質量％以上と不可避な不純物を１０質量％以下含むもの、より好ましくは主成分を９５質量％以上と不可避な不純物を５質量％以下含むものである。
アルミナであれば、Ａｌ２Ｏ３を主成分とするものである。
ムライトは、３Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２を主成分とするものである。
シリカは、ＳｉＯ２を主成分とするものである。
ジルコニアは、ＺｒＯ２を主成分とするものである。
ＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカーは、ＣａＯおよびＺｒＯ２の焼結体を主成分とするものである。
ジルコニアムライトは、ＺｒＯ２ ３２〜４２質量％、Ａｌ２Ｏ３４０〜５０質量％およびＳｉＯ２ １３〜２３質量％を主成分とするものである。
炭化珪素は、ＳｉＣを主成分とするものである。
なお、マグネシア、スピネルおよびドロマイトクリンカーについては前述の通りである。
これら原料は、いずれも主成分を９０質量％以上と不可避な不純物を１０質量％以下含むもの、より好ましくは主成分を９５質量％以上と不可避な不純物を５質量％以下含むものである。
このような発明によれば、内層および外層を構成する耐火物中にはいずれもフリーカーボンが存在するので、高周波誘導加熱にて当該フリーカーボンを選択的に加熱でき、浸漬ノズルを均一に予熱できる。このため、鋳造工程にて溶融金属の注入を開始する際、割れ等の不具合が発生することを防止できる。
また、外層には、内層と組成が異なる耐火物、あるいは、内層と使用原料が同一でも配合比が異なる耐火物を使用するので、内層および外層のそれぞれに異なる機能を付与することができる。
すなわち、内層の機能により、上記（１）記載の浸漬ノズルと同様に、溶融金属中のＡｌ２Ｏ３介在物がノズル内周部に付着することを防止でき、かつ、溶融金属による当該内層の溶損を抑制できる。
そして、例えば外層を構成する耐火物にマグネシアや、スピネル、ドロマイトクリンカーを含有させた場合、内層および外層の熱膨張係数が略等しくなるので、当該熱膨張差に起因する応力割れを防止できる。
また、例えば外層を構成する耐火物にジルコニアを含有させた場合、モールド内の溶融金属湯面上に浮遊しているスラグに対する耐食性を向上でき、当該スラグによる外層の溶損を抑制できる。
さらに、例えば外層を構成する耐火物にアルミナ、シリカ、ムライト、ＣａＯ―ＺｒＯ2クリンカー、炭化珪素、ジルコニアムライトを外層に使用した場合には、ノズルの構造体として、マグネシア等よりも、耐熱衝撃性を向上させることが可能である。
また、外層には、内層と組成が異なる耐火物、あるいは、内層と使用原料が同一でも配合比が異なる耐火物を使用するので、内層および外層のそれぞれに異なる機能を付与することができる。
すなわち、内層の機能により、上記（１）記載の浸漬ノズルと同様に、溶融金属中のＡｌ２Ｏ３介在物がノズル内周部に付着することを防止でき、かつ、溶融金属による当該内層の溶損を抑制できる。
そして、例えば外層を構成する耐火物にマグネシアや、スピネル、ドロマイトクリンカーを含有させた場合、内層および外層の熱膨張係数が略等しくなるので、当該熱膨張差に起因する応力割れを防止できる。
また、例えば外層を構成する耐火物にジルコニアを含有させた場合、モールド内の溶融金属湯面上に浮遊しているスラグに対する耐食性を向上でき、当該スラグによる外層の溶損を抑制できる。
さらに、例えば外層を構成する耐火物にアルミナ、シリカ、ムライト、ＣａＯ―ＺｒＯ2クリンカー、炭化珪素、ジルコニアムライトを外層に使用した場合には、ノズルの構造体として、マグネシア等よりも、耐熱衝撃性を向上させることが可能である。
（３）本発明に係る連続鋳造方法は、上記（１）または（２）に記載の浸漬ノズルにおいて、少なくとも溶融金属が流通するノズル内周面は、シリカを含む酸化防止材にて被覆されていることを特徴とする。
一般に、酸化防止材は、溶融金属によるノズル内周面の酸化を防止する目的で設けられる。このような酸化防止材は、例えば、シリカ粉体６０〜１００質量％で構成されていることが好ましい。シリカ粉体が１００質量％未満の場合、残部としては、Ａｌ２Ｏ３の粉体をバインダで混練してペースト状とし、これをノズル内周面に塗布・焼成することにより形成されている。なお、この酸化防止材は、ノズル内周面を含めノズルの露出面全てを被覆する状態に設けられていてもよい。
一般に、酸化防止材は、溶融金属によるノズル内周面の酸化を防止する目的で設けられる。このような酸化防止材は、例えば、シリカ粉体６０〜１００質量％で構成されていることが好ましい。シリカ粉体が１００質量％未満の場合、残部としては、Ａｌ２Ｏ３の粉体をバインダで混練してペースト状とし、これをノズル内周面に塗布・焼成することにより形成されている。なお、この酸化防止材は、ノズル内周面を含めノズルの露出面全てを被覆する状態に設けられていてもよい。
そして、従来、このような酸化防止剤にて内周面が被覆された浸漬ノズルを、図４に示すようなバーナー１００を用いて予熱した場合、溶融金属によりノズル内周部が激しく溶損されてしまう問題が生じる。すなわち、バーナー１００を用いた加熱法では予熱時間が長く、かつ、バーナーからの熱は酸化防止材を介してノズル内周部側に伝熱されていくために、ノズル内周部よりも酸化防止材の方が高温となってしまう。このため、酸化防止材中のＳｉＯ２がノズル内周部中に拡散してしまい、ノズル内周部中で低融点物質が形成されてしまう。これにより、溶融金属によりノズル内周部が激しく溶損されてしまう。
この点、本発明によれば、高周波誘導加熱にて耐火物中のフリーカーボンを選択的に加熱するため、酸化防止材を介さずとも耐火物自体を加熱することができ、かつ、予熱時間も短時間で済む。このため、酸化防止材中のＳｉＯ２がノズル内周部に拡散することがなく、内部を流通する溶融金属によりノズル内周部が溶損されることを防止できる。したがって、酸化防止材の機能を確保でき、かつ、ノズル内周部の溶損も防止できるので、浸漬ノズルの耐用性をさらに向上できる。
（４）本発明に係る連続鋳造方法は、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の連続鋳造方法において、前記高周波誘導加熱の予熱装置は、耐熱容器と、外コイルと、内コイルと、誘導電流印加装置とを備え、外コイルは、耐熱容器の内部に収用されて、コイル内周側にノズル本体の下端部から中間部上方までを収容可能に構成され、内コイルは、ノズル本体の上部開口より内部に挿入可能に構成されていることを特徴とする。
このような発明によれば、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の効果を奏することができる。したがって、浸漬ノズルの耐用性を向上させることができる。
このような発明によれば、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の効果を奏することができる。したがって、浸漬ノズルの耐用性を向上させることができる。
本発明によれば、浸漬ノズルを構成する耐火物中にフリーカーボンが存在することにより、高周波誘導加熱にて当該フリーカーボンを選択的に加熱でき、浸漬ノズルを均一に予熱できる。このため、予熱後、鋳造開始時において浸漬ノズルに割れ等の不具合が発生することを防止でき、かつ、溶融金属によるノズル内周部の溶損を抑制できる。そして、スピネルおよびドロマイトクリンカーはそれぞれＭｇＯを含み、ドロマイトクリンカーはＣａＯを含み、これらの鉱物を含む耐火物で浸漬ノズルを形成しているので、溶融金属中のＡｌ２Ｏ３介在物がノズル内周部に付着することを防止できる。したがって、浸漬ノズルの耐用性を向上できる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔連続鋳造機の概略構成〕
図１に本実施形態における連続鋳造機の概略構成を示す。図１において、１は連続鋳造機であって、この連続鋳造機１は、溶鋼を連続的に冷却凝固させて、所定形状の鋼塊を形成するものである。このような連続鋳造機１は、取鍋２と、ロングノズル３と、タンディッシュ４と、複数の浸漬ノズル５と、複数のモールド６とを備えている。なお、図１では、浸漬ノズル５およびモールド６をそれぞれ１つだけ図示している。
〔連続鋳造機の概略構成〕
図１に本実施形態における連続鋳造機の概略構成を示す。図１において、１は連続鋳造機であって、この連続鋳造機１は、溶鋼を連続的に冷却凝固させて、所定形状の鋼塊を形成するものである。このような連続鋳造機１は、取鍋２と、ロングノズル３と、タンディッシュ４と、複数の浸漬ノズル５と、複数のモールド６とを備えている。なお、図１では、浸漬ノズル５およびモールド６をそれぞれ１つだけ図示している。
取鍋２は、連続鋳造において最初に溶鋼が導入される耐熱容器であり、底面部には注入口２１が設けられている。
ロングノズル３は、取鍋２の注入口２１に取り付けられて、取鍋２内部に貯留された溶鋼をノズル下端開口部３１よりタンディッシュ４内に吐出するように構成されている。
タンディッシュ４は、ロングノズル３の下方に配設されて、取鍋２からロングノズル３を介して注入された溶鋼を貯留する耐熱容器である。このタンディッシュ４は、底面部には各モールド６に対応した複数の注入口４１が形成されており、この注入口４１の内部には注入口４１より流出する溶鋼の流量を調整する流量調整機（図示しない）が設けられている。このようなタンディッシュ４により、取鍋２からの溶鋼が整流化され、当該溶鋼が各モールド６に所定量ずつ分配されるようになっている。
ロングノズル３は、取鍋２の注入口２１に取り付けられて、取鍋２内部に貯留された溶鋼をノズル下端開口部３１よりタンディッシュ４内に吐出するように構成されている。
タンディッシュ４は、ロングノズル３の下方に配設されて、取鍋２からロングノズル３を介して注入された溶鋼を貯留する耐熱容器である。このタンディッシュ４は、底面部には各モールド６に対応した複数の注入口４１が形成されており、この注入口４１の内部には注入口４１より流出する溶鋼の流量を調整する流量調整機（図示しない）が設けられている。このようなタンディッシュ４により、取鍋２からの溶鋼が整流化され、当該溶鋼が各モールド６に所定量ずつ分配されるようになっている。
浸漬ノズル５は、具体的には後述するが、タンディッシュ４における注入口４１の下部に取り付けられており、このノズルを介してタンディッシュ４内の溶鋼がモールド６内に注入される。
モールド６は、浸漬ノズル５の下方に設けられた水冷式の鋳型である。このモールド６内には浸漬ノズル５を介してタンディッシュ４からの溶鋼が連続的に注入される。このようなモールド６により、モールド６内の溶鋼は冷却されて、モールド６の内周面側から凝固シェルが形成・成長して、凝固した鋼が形成されるようになっている。
モールド６は、浸漬ノズル５の下方に設けられた水冷式の鋳型である。このモールド６内には浸漬ノズル５を介してタンディッシュ４からの溶鋼が連続的に注入される。このようなモールド６により、モールド６内の溶鋼は冷却されて、モールド６の内周面側から凝固シェルが形成・成長して、凝固した鋼が形成されるようになっている。
また、図示省略したが、モールド６の下方には、モールド６の内部にて形成された鋼を、モールド６内の下方開口部から下方に連続的に引き抜くローラーエプロンおよび引抜ロールが設けられている。さらに、引抜ロールの下流側には、引抜ロールにて引き抜かれて、モールド６内から連続して延びた状態の鋼を、所定の長さ寸法に切断する切断機（図示省略）が設けられている。この切断機にて鋼が切断されることにより、例えば板状や棒状など所定形状の鋼塊が形成されるようになっている。
〔浸漬ノズルの構成〕
次に、浸漬ノズル５の構成について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る浸漬ノズルを示す側断面図である。
図２において、浸漬ノズル５は、ノズル本体５１と、注入口４１の下部に取り付けられてノズル本体５１の上端部を保持するホルダー５２とを備えている。このような浸漬ノズル５は、後述する予熱工程において高周波誘導加熱により予熱されてから使用される。
次に、浸漬ノズル５の構成について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る浸漬ノズルを示す側断面図である。
図２において、浸漬ノズル５は、ノズル本体５１と、注入口４１の下部に取り付けられてノズル本体５１の上端部を保持するホルダー５２とを備えている。このような浸漬ノズル５は、後述する予熱工程において高周波誘導加熱により予熱されてから使用される。
ノズル本体５１は、略円筒状に形成されて、その下端を閉塞する底面部５１１が設けられている。このノズル本体５１における側面部の底面部５１１近傍には、一対の吐出口５１２が、互いに対向する状態で設けられている。また、ノズル本体５１は、その下端側がモールド６内の溶鋼に浸漬された状態で使用される。このようなノズル本体５１により、ノズル本体５１の上端開口より流入した溶鋼が、一対の吐出口５１２を介してモールド６内へと吐出されるようになっている。
このようなノズル本体５１は、図２に示すように、溶鋼が流通するノズル内周部を形成する内層５１３、および、この内層５１３の外側を被覆する状態に積層形成された外層５１４からなる２層構造となっている。
内層５１３は、次のいずれかの骨材と、フリーカーボンとを含んで構成された耐火物で形成されている。
■１種骨材：マグネシア
スピネル
ドロマイトクリンカー
■２種骨材：マグネシアとスピネル
マグネシアとドロマイトクリンカー
■１種骨材：マグネシア
スピネル
ドロマイトクリンカー
■２種骨材：マグネシアとスピネル
マグネシアとドロマイトクリンカー
外層５１４は、内層５１３とは組成および配合のいずれかが異なる耐火物であって、前述したように、アルミナ、ムライト、シリカ、ジルコニア、ＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカー、スピネル、マグネシア、ジルコニアムライトおよび炭化珪素のうち１〜３種と、フリーカーボンとを含んで構成された耐火物、または、ドロマイトクリンカーと、ジルコニア、ＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカーおよびマグネシアのうち１種あるいは２種と、フリーカーボンとを含んで構成された耐火物にて形成されている。このうち、例えば次のいずれかの骨材と、フリーカーボンとを含んで構成された耐火物が通常よく用いられる。
■１種骨材：アルミナ
ジルコニア
ＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカー
スピネル
マグネシア
■２種骨材：アルミナとシリカ
アルミナとジルコニアムライト
アルミナとムライト
アルミナとスピネル
スピネルとシリカ
マグネシアとスピネル
ジルコニアとＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカー
ドロマイトクリンカーとジルコニア
ドロマイトクリンカーとマグネシア
■３種骨材：アルミナとシリカとジルコニアムライト
アルミナとシリカとジルコニア
アルミナとムライトとシリカ
アルミナとスピネルとシリカ
アルミナとシリカと炭化珪素
アルミナとジルコニアムライトと炭化珪素
アルミナとムライトと炭化珪素
マグネシアとスピネルとシリカ
ドロマイトクリンカーとジルコニアとマグネシア
アルミナとムライトとジルコニア
■１種骨材：アルミナ
ジルコニア
ＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカー
スピネル
マグネシア
■２種骨材：アルミナとシリカ
アルミナとジルコニアムライト
アルミナとムライト
アルミナとスピネル
スピネルとシリカ
マグネシアとスピネル
ジルコニアとＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカー
ドロマイトクリンカーとジルコニア
ドロマイトクリンカーとマグネシア
■３種骨材：アルミナとシリカとジルコニアムライト
アルミナとシリカとジルコニア
アルミナとムライトとシリカ
アルミナとスピネルとシリカ
アルミナとシリカと炭化珪素
アルミナとジルコニアムライトと炭化珪素
アルミナとムライトと炭化珪素
マグネシアとスピネルとシリカ
ドロマイトクリンカーとジルコニアとマグネシア
アルミナとムライトとジルコニア
なお、ノズル本体５１は、上記した２層構造でなく、次のいずれかの骨材と、フリーカーボンとを含んで構成された耐火物で、一体品として形成されてもよい。
■１種骨材：マグネシア
スピネル
ドロマイトクリンカー
■２種骨材：マグネシアとスピネル
マグネシアとドロマイトクリンカー
■１種骨材：マグネシア
スピネル
ドロマイトクリンカー
■２種骨材：マグネシアとスピネル
マグネシアとドロマイトクリンカー
さらに、ノズル本体５１においては、溶鋼が流通するノズル内周面を含めノズル本体５１の露出面全てが、シリカを含む酸化防止材にて被覆されている。これにて、溶鋼によるノズル本体５１の酸化が防止される。
〔予熱装置の構成〕
次に、上記した構成の浸漬ノズル５を予熱する予熱装置について、図３に基づいて説明する。図３は、浸漬ノズルが装着された状態の予熱装置を示す側断面図である。
図３において、７は予熱装置であって、この予熱装置７は浸漬ノズル５を高周波誘導加熱により予熱する。このような予熱装置７は、耐熱容器７１と、外コイル７２と、内コイル７３と、図示しない誘導電流印加装置とを備えて構成されている。
次に、上記した構成の浸漬ノズル５を予熱する予熱装置について、図３に基づいて説明する。図３は、浸漬ノズルが装着された状態の予熱装置を示す側断面図である。
図３において、７は予熱装置であって、この予熱装置７は浸漬ノズル５を高周波誘導加熱により予熱する。このような予熱装置７は、耐熱容器７１と、外コイル７２と、内コイル７３と、図示しない誘導電流印加装置とを備えて構成されている。
外コイル７２は、耐熱容器７１の内部に収用された誘導加熱コイルであって、コイル内周側にノズル本体５１の下端部から中間部上方までを収容可能に構成されている。
内コイル７３は、外コイル７２と同様の誘導加熱コイルであって、ノズル本体５１の上部開口より内部に挿入可能に構成されている。
誘導電流印加装置は、外コイル７２および内コイル７３のそれぞれに高周波の誘導電流を印加する装置である。
内コイル７３は、外コイル７２と同様の誘導加熱コイルであって、ノズル本体５１の上部開口より内部に挿入可能に構成されている。
誘導電流印加装置は、外コイル７２および内コイル７３のそれぞれに高周波の誘導電流を印加する装置である。
〔連続鋳造方法〕
本実施形態に係る連続鋳造方法について、上記のような構成の連続鋳造機１および予熱装置７を使用した例で説明する。
本実施形態の連続鋳造方法は、予熱工程と、鋳造工程と、引抜工程と、鋼塊形成工程とを備えて構成されている。
本実施形態に係る連続鋳造方法について、上記のような構成の連続鋳造機１および予熱装置７を使用した例で説明する。
本実施形態の連続鋳造方法は、予熱工程と、鋳造工程と、引抜工程と、鋼塊形成工程とを備えて構成されている。
予熱工程では、図３に示す予熱装置７を用いて、浸漬ノズル５を高周波誘導により予熱する。具体的には、まず、タンディッシュ４から外された状態の浸漬ノズル５に対して予熱装置７をセットする。このセットされた状態では、ノズル本体５１は、外コイル７２内に収容され、ノズル本体５１の上部開口より内部に内コイル７３が挿入された状態となっている。そして、誘導電流印加装置により、外コイル７２および内コイル７３に誘導電流を印加する。これにより、ノズル本体５１に含まれるフリーカーボン近傍に高密度のうず電流が発生して大きなジュール熱が発生し、ノズル本体５１全体が均一に加熱される。
この高周波誘導加熱により、例えば０．５〜２時間程度の加熱時間で、ノズル本体５１の温度は１１００℃以上に達する。また、例えばノズル本体５１を１１００℃以上に加熱する場合、従来の如くバーナー１００（図４参照）で加熱する場合には各部間で最大５００℃〜６００℃の温度差が生じるが、高周波誘導加熱によれば各部間で最大３００℃程度の温度差しか生じない。
そして、高周波誘導加熱によれば、従来のように燃焼ガスを使用せずに短時間で予熱が完了するので、ノズル本体５１中のＣ成分が消失し難く、ノズル本体５１中における気孔の拡大が防止される。また、酸化防止材中のＳｉＯ２がノズル内周部に拡散することがなく、ノズル内周部中に低融点物質が形成されることがない。このため、後述する鋳造工程において内部を流通する溶鋼により、ノズル内周部が溶損されてしまうことを防止できる。
そして、高周波誘導加熱によれば、従来のように燃焼ガスを使用せずに短時間で予熱が完了するので、ノズル本体５１中のＣ成分が消失し難く、ノズル本体５１中における気孔の拡大が防止される。また、酸化防止材中のＳｉＯ２がノズル内周部に拡散することがなく、ノズル内周部中に低融点物質が形成されることがない。このため、後述する鋳造工程において内部を流通する溶鋼により、ノズル内周部が溶損されてしまうことを防止できる。
鋳造工程では、図１に示した連続鋳造機１を用いて溶鋼の鋳造を行う。まず、予熱工程にて予熱された浸漬ノズル５をタンディッシュ４の注入口４１に取り付けた後、取鍋２の内部に溶鋼を導入する。この溶鋼は、ロングノズル３を介して取鍋２からタンディッシュ４内部へと流動し、タンディッシュ４の内部にて整流化される。この後、整流化された溶鋼を、流量調整機（図示）にて流出量を調整しながら、浸漬ノズル５を介してモールド６内に注入し、モールド６において一定の湯面レベルを維持する。
この鋳造工程において、溶鋼の注入を開始する際、予熱工程にてノズル本体５１を均一に予熱してあるので、浸漬ノズル５が溶鋼により受ける熱衝撃が緩和されて、割れ等の不具合の発生を防止できる。そして、ノズル内周部中のマグネシアは言うに及ばず、スピネルおよびドロマイトはそれぞれＭｇＯを含み、ドロマイトはＣａＯを含むので、溶融金属中のＡｌ２Ｏ３介在物がノズル内周部に付着することを防止できる。したがって、浸漬ノズル５の耐用性を向上できる。
引抜工程では、モールド６内において冷却・固化された鋼を、図示しないローラーエプロンおよび引抜ロールにより下方に連続的に引き出す。
鋼塊形成工程では、当該引抜ロールにて引き抜かれた鋼を切断機により所定の長さ寸法で切断して、所定形状の鋳片を連続的に形成する。
鋼塊形成工程では、当該引抜ロールにて引き抜かれた鋼を切断機により所定の長さ寸法で切断して、所定形状の鋳片を連続的に形成する。
なお、予熱工程では、浸漬ノズル５の他にも、ロングノズル３およびタンディッシュ４をも予熱する。また、予熱工程において浸漬ノズル５をタンディッシュ４に組み付けない状態で予熱するとしたが、浸漬ノズル５をタンディッシュ４に組み付けた状態で予熱を施してもよい。
上述した本実施形態の効果を確認するための実施例について説明する。
〔実験試料〕
実験に当たって、以下の浸漬ノズル（実施例１〜１４、比較例１〜３）を作成した。これら浸漬ノズルは、図２に示す上記実施形態の浸漬ノズル５と同様の構造であり、ノズル本体５１の最大外径寸法はφ１４０ｍｍ、内径寸法はφ８０ｍｍ、長さ寸法は７００ｍｍとした。また、各試料におけるノズル本体５１は、各種無機物の微粉と、フリーカーボンとしての鱗状黒鉛をフェノール樹脂とともに混練したものをＣＩＰ法にて成形し、これを還元焼成することにより形成した。以下に各試料の耐火物組成を示す。
また、すべてのノズルについて、ノズル内周面は、酸化防止材で被覆した。酸化防止材は、ＳｉＯ２が８０質量％、Ａｌ２Ｏ３が２０質量％の配合のものに、珪酸ソーダを外掛けで３０質量％（ＳｉＯ２が３５質量％、Ｎａ２Ｏが１８質量％、 残りは水分）添加して混練したものを用い、酸化防止材としては、ＳｉＯ２が７８質量％、Ａｌ２Ｏ３が１６質量％、Ｎａ２Ｏが６質量％のものを採用した。
この酸化防止材の塗布方法としては、スプレーによりノズル内周面に塗布し、その後、乾燥させる方法を用いた。
〔実験試料〕
実験に当たって、以下の浸漬ノズル（実施例１〜１４、比較例１〜３）を作成した。これら浸漬ノズルは、図２に示す上記実施形態の浸漬ノズル５と同様の構造であり、ノズル本体５１の最大外径寸法はφ１４０ｍｍ、内径寸法はφ８０ｍｍ、長さ寸法は７００ｍｍとした。また、各試料におけるノズル本体５１は、各種無機物の微粉と、フリーカーボンとしての鱗状黒鉛をフェノール樹脂とともに混練したものをＣＩＰ法にて成形し、これを還元焼成することにより形成した。以下に各試料の耐火物組成を示す。
また、すべてのノズルについて、ノズル内周面は、酸化防止材で被覆した。酸化防止材は、ＳｉＯ２が８０質量％、Ａｌ２Ｏ３が２０質量％の配合のものに、珪酸ソーダを外掛けで３０質量％（ＳｉＯ２が３５質量％、Ｎａ２Ｏが１８質量％、 残りは水分）添加して混練したものを用い、酸化防止材としては、ＳｉＯ２が７８質量％、Ａｌ２Ｏ３が１６質量％、Ｎａ２Ｏが６質量％のものを採用した。
この酸化防止材の塗布方法としては、スプレーによりノズル内周面に塗布し、その後、乾燥させる方法を用いた。
■実施例１（２層構造）
（内層）ドロマイトクリンカー７９質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ６６質量％、シリカ４質量％、ジルコニア５質量％、黒鉛２３質量％、バインダー２質量％
■実施例２（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ６６質量％、シリカ４質量％、ジルコニア５質量％、黒鉛２３質量％、バインダー２質量％
■実施例３（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）マグネシア７０質量％、黒鉛２８質量％、バインダー２質量％
■実施例４（一体品）
マグネシア７０質量％、黒鉛２８質量％、バインダー２質量％
■実施例５（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ８０質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例６（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）ＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカー８０質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例７（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ７５質量％、シリカ５質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例８（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）マグネシア３０質量％、スピネル５０質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例９（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ７３質量％、シリカ３質量％、ジルコニアムライト４質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例１０（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ７４質量％、シリカ３質量％、炭化珪素３質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例１１（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ７０質量％、ムライト７質量％、ジルコニア３質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例１２（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ７４質量％、シリカ３質量％、ジルコニア３質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例１３（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）マグネシア５０質量％、スピネル２５質量％、シリカ５質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例１４（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）マグネシア１４質量％、ドロマイトクリンカー６５質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■比較例１（一体品）
コランダム６６質量％、シリカ４質量％、ジルコニア５質量％、黒鉛２３質量％、バインダー２質量％
■比較例２（２層構造）
（内層）ドロマイト７９質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）コランダム６６質量％、シリカ４質量％、ジルコニア５質量％、黒鉛２３質量％、バインダー２質量％
■比較例３（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）マグネシア７０質量％、黒鉛２８質量％、バインダー２質量％
（内層）ドロマイトクリンカー７９質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ６６質量％、シリカ４質量％、ジルコニア５質量％、黒鉛２３質量％、バインダー２質量％
■実施例２（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ６６質量％、シリカ４質量％、ジルコニア５質量％、黒鉛２３質量％、バインダー２質量％
■実施例３（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）マグネシア７０質量％、黒鉛２８質量％、バインダー２質量％
■実施例４（一体品）
マグネシア７０質量％、黒鉛２８質量％、バインダー２質量％
■実施例５（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ８０質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例６（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）ＣａＯ―ＺｒＯ２クリンカー８０質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例７（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ７５質量％、シリカ５質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例８（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）マグネシア３０質量％、スピネル５０質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例９（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ７３質量％、シリカ３質量％、ジルコニアムライト４質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例１０（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ７４質量％、シリカ３質量％、炭化珪素３質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例１１（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ７０質量％、ムライト７質量％、ジルコニア３質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例１２（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）アルミナ７４質量％、シリカ３質量％、ジルコニア３質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例１３（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）マグネシア５０質量％、スピネル２５質量％、シリカ５質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■実施例１４（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）マグネシア１４質量％、ドロマイトクリンカー６５質量％、黒鉛１７質量％、バインダー３質量％
■比較例１（一体品）
コランダム６６質量％、シリカ４質量％、ジルコニア５質量％、黒鉛２３質量％、バインダー２質量％
■比較例２（２層構造）
（内層）ドロマイト７９質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）コランダム６６質量％、シリカ４質量％、ジルコニア５質量％、黒鉛２３質量％、バインダー２質量％
■比較例３（２層構造）
（内層）マグネシア１７質量％、ドロマイトクリンカー６２質量％、黒鉛１８質量％、バインダー３質量％
（外層）マグネシア７０質量％、黒鉛２８質量％、バインダー２質量％
〔高周波誘導加熱による予熱〕
■予熱対象：実施例１〜１４
■予熱装置：図３に示す予熱装置７と同様である。外コイル７２には径寸法φ２００ｍｍ、長さ寸法５００ｍｍのものを使用し、内コイル７３には径寸法φ７０ｍｍ、長さ寸法３００ｍｍのものを使用した。
■誘導電流：外コイル７２には周波数３０ｋＨｚ、電流２００Ａ、電力量１５ｋＷの誘導電流を印加した。内コイル７３には、周波数３７ｋＨｚ、電流２００Ａ、電力量１２ｋＷの誘導電流を印加した。
■予熱時間：４０分
■予熱対象：実施例１〜１４
■予熱装置：図３に示す予熱装置７と同様である。外コイル７２には径寸法φ２００ｍｍ、長さ寸法５００ｍｍのものを使用し、内コイル７３には径寸法φ７０ｍｍ、長さ寸法３００ｍｍのものを使用した。
■誘導電流：外コイル７２には周波数３０ｋＨｚ、電流２００Ａ、電力量１５ｋＷの誘導電流を印加した。内コイル７３には、周波数３７ｋＨｚ、電流２００Ａ、電力量１２ｋＷの誘導電流を印加した。
■予熱時間：４０分
〔バーナー加熱による予熱〕
■予熱対象：比較例１〜３
■予熱装置：図４に示すバーナー１００を用いて予熱した。図４において、浸漬ノズル５を耐熱容器１０１中に収容した状態で、浸漬ノズル５の上端開口部より内部にバーナー１００を挿入して燃焼ガスを吹き付けている。
■燃焼ガス：ＣＯＧ（Coke-oven Gas：コークス炉ガス）
■空気比：１．２
■予熱時間：９０分
■予熱対象：比較例１〜３
■予熱装置：図４に示すバーナー１００を用いて予熱した。図４において、浸漬ノズル５を耐熱容器１０１中に収容した状態で、浸漬ノズル５の上端開口部より内部にバーナー１００を挿入して燃焼ガスを吹き付けている。
■燃焼ガス：ＣＯＧ（Coke-oven Gas：コークス炉ガス）
■空気比：１．２
■予熱時間：９０分
〔鋳造実験〕
■実験対象：実施例１〜１４、比較例１〜３
■連続鋳造機：図１に示す上記実施形態の連続鋳造機１と同様のものを使用した（８チャージ）。
■鋳造方法：上記実施形態における鋳造工程と同様である。具体的には、各浸漬ノズル５を単体で予熱した後、それぞれタンディッシュ４に取り付けて、予熱終了の時点から５分後に鋳造を開始した。
■鋼種：低炭素鋼
■モールドパウダーの塩基度：１．０
■操業時間：合計３６０分
■実験対象：実施例１〜１４、比較例１〜３
■連続鋳造機：図１に示す上記実施形態の連続鋳造機１と同様のものを使用した（８チャージ）。
■鋳造方法：上記実施形態における鋳造工程と同様である。具体的には、各浸漬ノズル５を単体で予熱した後、それぞれタンディッシュ４に取り付けて、予熱終了の時点から５分後に鋳造を開始した。
■鋼種：低炭素鋼
■モールドパウダーの塩基度：１．０
■操業時間：合計３６０分
〔実験結果〕
実施例１〜１４、比較例１〜３の浸漬ノズル５について、上記鋳造実験の結果（アルミナ付着指数、溶損速度指数、トラブル発生指数）を、各耐火物の組成および構成鉱物と併せて以下の表１〜３に示す。
■アルミナ付着指数：比較例１についてのアルミナ付着量（鋳造後におけるノズル内周面に付着したアルミナ層の最大厚み寸法を操業時間で除算したもの）を１００とした場合における、実施例１〜１４および比較例２，３についての当該アルミナ付着量を指数化したものである。
■溶損速度指数：比較例２についての溶損速度（鋳造後におけるノズル内周部が溶損した量を操業時間で除算したもの）を１００とした場合における、実施例１〜１４および比較例１，３についての当該溶損速度を指数化したものである。
■トラブル発生指数：比較例２についてのトラブル発生率（鋳造した回数と、折損や割れなどの不具合が発生した回数との比）を１００とした場合における、実施例１〜１４および比較例１，３についてのトラブル発生率を指数化したものである。
実施例１〜１４、比較例１〜３の浸漬ノズル５について、上記鋳造実験の結果（アルミナ付着指数、溶損速度指数、トラブル発生指数）を、各耐火物の組成および構成鉱物と併せて以下の表１〜３に示す。
■アルミナ付着指数：比較例１についてのアルミナ付着量（鋳造後におけるノズル内周面に付着したアルミナ層の最大厚み寸法を操業時間で除算したもの）を１００とした場合における、実施例１〜１４および比較例２，３についての当該アルミナ付着量を指数化したものである。
■溶損速度指数：比較例２についての溶損速度（鋳造後におけるノズル内周部が溶損した量を操業時間で除算したもの）を１００とした場合における、実施例１〜１４および比較例１，３についての当該溶損速度を指数化したものである。
■トラブル発生指数：比較例２についてのトラブル発生率（鋳造した回数と、折損や割れなどの不具合が発生した回数との比）を１００とした場合における、実施例１〜１４および比較例１，３についてのトラブル発生率を指数化したものである。
〔検討１：アルミナ付着指数について〕
実施例１のノズル内周部はドロマイトクリンカーと黒鉛等からなる耐火物で構成され、実施例２〜１４のノズル内周部はマグネシア、ドロマイトクリンカー、黒鉛等からなる耐火物で構成されている。そして、比較例１のノズル内周部はアルミナ、シリカ、ジルコニアおよび黒鉛等からなる耐火物で構成されており、マグネシアやドロマイトクリンカーが含まれていない。
表１〜３のアルミナ付着指数より、比較例１のノズル内周部にはアルミナが付着し、実施例１〜１４のノズル内周部にはいずれもアルミナが付着しなかったことが分かる。なお、表１〜３には示さなかったが、ノズル内周部にスピネルを含む場合も同様に、ノズル内周部にはアルミナが付着しなかった。
これより、ノズル内周部に少なくともＭｇＯが含まれることで、アルミナの難付着性を向上できることが分かった。
実施例１のノズル内周部はドロマイトクリンカーと黒鉛等からなる耐火物で構成され、実施例２〜１４のノズル内周部はマグネシア、ドロマイトクリンカー、黒鉛等からなる耐火物で構成されている。そして、比較例１のノズル内周部はアルミナ、シリカ、ジルコニアおよび黒鉛等からなる耐火物で構成されており、マグネシアやドロマイトクリンカーが含まれていない。
表１〜３のアルミナ付着指数より、比較例１のノズル内周部にはアルミナが付着し、実施例１〜１４のノズル内周部にはいずれもアルミナが付着しなかったことが分かる。なお、表１〜３には示さなかったが、ノズル内周部にスピネルを含む場合も同様に、ノズル内周部にはアルミナが付着しなかった。
これより、ノズル内周部に少なくともＭｇＯが含まれることで、アルミナの難付着性を向上できることが分かった。
〔検討２：溶損速度指数について〕
実施例１と比較例２とは、内層および外層を構成する耐火物が同一であり、実施例１の予熱方法が高周波誘導加熱（ＩＨ）で、比較例２はバーナーによる予熱であるという点で異なっている。表１において、これらについての溶損速度指数を見ると、実施例１の溶損速度指数は比較例２に対して２０％低い値となっている。これより、単純に高周波誘導加熱にて予熱するだけで、溶鋼による溶損を抑制できることが分かった。
実施例１と比較例２とは、内層および外層を構成する耐火物が同一であり、実施例１の予熱方法が高周波誘導加熱（ＩＨ）で、比較例２はバーナーによる予熱であるという点で異なっている。表１において、これらについての溶損速度指数を見ると、実施例１の溶損速度指数は比較例２に対して２０％低い値となっている。これより、単純に高周波誘導加熱にて予熱するだけで、溶鋼による溶損を抑制できることが分かった。
また、実施例１では内層の骨材はドロマイトクリンカー１種を含み、実施例２，３では内層の骨材はドロマイトクリンカーおよびマグネシアの２種を含む。表１において、これらについての溶損速度指数を見ると、実施例２，３の溶損速度指数は実施例１に対して１２．５％低い値となっている。これより、内層にマグネシアおよびドロマイトクリンカーの混合物を使用することにより、溶鋼による溶損をさらに抑制できることが分かった。
そして、実施例４では骨材はマグネシアのみであり、表１において溶損速度指数を見ると、実施例４の溶損速度指数は実施例１と同値となっている。これより、ノズル内周部中の骨材としてドロマイトのみ、あるいはマグネシアのみを使用した場合、同程度に溶損を抑制できることが分かった。なお、表１には示さなかったが、ノズル内周部の骨材としてスピネルのみを使用した場合も同様に、溶損を抑制できた。
そして、実施例４では骨材はマグネシアのみであり、表１において溶損速度指数を見ると、実施例４の溶損速度指数は実施例１と同値となっている。これより、ノズル内周部中の骨材としてドロマイトのみ、あるいはマグネシアのみを使用した場合、同程度に溶損を抑制できることが分かった。なお、表１には示さなかったが、ノズル内周部の骨材としてスピネルのみを使用した場合も同様に、溶損を抑制できた。
〔検討３：トラブル発生指数について〕
実施例１と比較例２とは、内層および外層を構成する耐火物が同一であり、実施例１の予熱方法が高周波誘導加熱（ＩＨ）で、比較例２はバーナーによる予熱であるという点で異なっている。表１において、これらについてのトラブル発生指数を見ると、実施例１のトラブル発生指数は比較例２に対して８０％低い値となっている。これより、単純に高周波誘導加熱にて予熱するだけで、鋳造工程において溶鋼の注入を開始する際に、割れ等の不具合が発生する頻度を著しく減少できることが分かった。
実施例１と比較例２とは、内層および外層を構成する耐火物が同一であり、実施例１の予熱方法が高周波誘導加熱（ＩＨ）で、比較例２はバーナーによる予熱であるという点で異なっている。表１において、これらについてのトラブル発生指数を見ると、実施例１のトラブル発生指数は比較例２に対して８０％低い値となっている。これより、単純に高周波誘導加熱にて予熱するだけで、鋳造工程において溶鋼の注入を開始する際に、割れ等の不具合が発生する頻度を著しく減少できることが分かった。
なお、本発明は上述の実施例に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。例えば、各耐火物の組成および構成鉱物は実施例１〜１４のものに限定されない。すなわち、少なくともノズル内周部にマグネシア、スピネルおよびドロマイトクリンカーの少なくともいずれかが含まれていれば、本発明に含まれるものである。
１ …連続鋳造機
２ …取鍋
２１ …注入口
３ …ロングノズル
３１ …ノズル下端開口部
４ …タンディッシュ
４１ …注入口
５ …浸漬ノズル
５１ …ノズル本体
５１１…底面部
５１２…吐出口
５１３…内層
５１４…外層
５２ …ホルダー
６ …モールド
７ …予熱装置
７１ …耐熱容器
７２ …外コイル
７３ …内コイル
１００…バーナー
１０１…耐熱容器
２ …取鍋
２１ …注入口
３ …ロングノズル
３１ …ノズル下端開口部
４ …タンディッシュ
４１ …注入口
５ …浸漬ノズル
５１ …ノズル本体
５１１…底面部
５１２…吐出口
５１３…内層
５１４…外層
５２ …ホルダー
６ …モールド
７ …予熱装置
７１ …耐熱容器
７２ …外コイル
７３ …内コイル
１００…バーナー
１０１…耐熱容器
Claims (4)
- 溶融金属の連続鋳造方法であって、
マグネシアと、スピネルと、ドロマイトクリンカーと、マグネシアおよびスピネルの混合物と、マグネシアおよびドロマイトクリンカーの混合物のうちいずれか、および、フリーカーボンを含んで構成された耐火物にて形成されている浸漬ノズルを使用し、
当該浸漬ノズルを高周波誘導加熱の予熱装置により予熱する予熱工程と、
前記予熱工程にて予熱された前記浸漬ノズルをタンディッシュの注入口に取り付け、当該浸漬ノズルを介してタンディッシュからモールドに溶融金属を注入する鋳造工程と、を備える
ことを特徴とする連続鋳造方法。 - 前記浸漬ノズルは、
溶融金属が流通するノズル内周部を形成する内層、および、前記内層の外側を被覆する状態に積層形成された外層からなる２層構造となっており、
前記内層は、
マグネシアと、スピネルと、ドロマイトクリンカーと、マグネシアおよびスピネルの混合物と、マグネシアおよびドロマイトクリンカーの混合物のうちいずれか、および、フリーカーボンを含んで構成された耐火物にて形成され、
前記外層は、
前記内層とは組成および配合のいずれかが異なる耐火物であって、
アルミナ、ムライト、シリカ、ジルコニア、ＣａＯ―ＺｒＯ2クリンカー、スピネル、マグネシア、ジルコニアムライトおよび炭化珪素のうち１〜３種と、フリーカーボンとを含んで構成された耐火物、または、
ドロマイトクリンカーと、ジルコニア、ＣａＯ―ＺｒＯ2クリンカーおよびマグネシアのうち１種あるいは２種と、フリーカーボンとを含んで構成された耐火物にて形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。 - 前記浸漬ノズルは、
少なくとも溶融金属が流通するノズル内周面は、シリカを含む酸化防止材にて被覆されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の連続鋳造方法。 - 前記高周波誘導加熱の予熱装置は、耐熱容器と、外コイルと、内コイルと、誘導電流印加装置とを備え、
外コイルは、耐熱容器の内部に収用されて、コイル内周側にノズル本体の下端部から中間部上方までを収容可能に構成され、
内コイルは、ノズル本体の上部開口より内部に挿入可能に構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の連続鋳造方法。
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