JP4818675B2 - 連続鋳造設備の上ノズル - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造設備においてタンディッシュから鋳型に溶鋼を供給する溶鋼供給流路の一部を構成している上ノズルの構造に関する。

図３は、鋼の連続鋳造設備の一部を示すものであり、符号２で示すタンディッシュ２には、その上方に配置した取鍋（図示せず）から溶鋼４が流入する。タンディッシュ２の底部には流出口６が形成されており、この流出口６内に上ノズル８が嵌め込まれている。また、上ノズル８の下部にはスライディングノズル１０が一体に設けられおり、さらにスライディングノズル１０の下部に浸漬ノズル１２が一体に設けられている。

スライディングノズル１０は、ノズル孔の開閉状態を調整することで下方に流れる溶鋼４の流量を調整するノズルであり、スライディングノズル１０を所定のノズル開度に設定すると、浸漬ノズル１２から鋳型１４に連続的に溶鋼４が供給され、鋳型１４内の溶鋼が半凝固状態の鋳片となり、図示しないロールにガイドされながら引き抜かれて完全に凝固した鋳片となる。

ところで、酸化精錬された溶鋼４は通常Ａｌにより脱酸され、酸化精錬により増加した溶鋼４中の酸素が除去される。脱酸生成物であるアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）粒子は溶鋼４との密度差によって溶鋼４から分離されるが、密度差のみによる分離には限界があり、微細なアルミナ粒子は懸濁した状態で溶鋼４中に残留する。また、溶鋼４中の酸素を安定して低減するために、Ａｌ脱酸後の溶鋼４中にはＡｌが溶解して存在しており、このＡｌが取鍋からタンディッシュ２への注入過程やタンディッシュ２内において大気と接触して酸化した場合には、新たにアルミナ粒子が溶鋼４中に生成される。

ここで、溶鋼４中に懸濁しているアルミナ粒子が浸漬ノズル１２を通過する際には、ノズルの内壁に付着・堆積して浸漬ノズル１２が閉塞しやすい。
浸漬ノズル１２が閉塞すると、鋳片引き抜き速度を低下させなければならないので生産性が落ちる。また、浸漬ノズル１２内に堆積したアルミナが剥離して鋳型内に排出されるので、鋳片の製品欠陥につながることもある。

そこで、浸漬ノズル１２のアルミナ付着防止策として、例えば特許文献１，２では、上部のノズル部をポーラス煉瓦で形成し（以下、上部ポーラスノズル部）、中部のノズル部を非ポーラス煉瓦で形成し、下部のノズル部をポーラス煉瓦で形成し（以下、下部ポーラスノズル部）、上部ポーラスノズル部及び下部ポーラスノズル部に不活性ガスを供給した上ノズルを使用している。

これら特許文献１，２の上ノズルは、上部ポーラスノズル部の上ノズル孔の内周面から吹き出す不活性ガスの気泡がタンディッシュ２内の溶鋼４を攪拌するとともに、下部ポーラスノズル部の下ノズル孔の内周面から吹き出す不活性ガスの気泡が、溶鋼４とともに浸漬ノズル１２側に下がり、溶鋼４中に懸濁するアルミナ粒子を捕捉して鋳型内へ流出し、浸漬ノズル１２内壁へのアルミナ粒子の付着・堆積を防止するようにしている。
実公昭６３−５００７１号公報 特開平５−１５９５２号公報

ところで、スライディングノズル１０のノズル開度を小さくし、低スループットで連続鋳造を行なう場合には、上述した特許文献１，２の上ノズルを使用すると、浸漬ノズル１２の閉塞が著しくなるという問題がある。
すなわち、上ノズル内を溶鋼４が低速で流れると、溶鋼４内で拡散している気泡と、下部ポーラスノズル部の下ノズルの内周面から吹き出た直後の気泡とが合体して大きな気泡となり、この大きな気泡が、大きな浮力を発生してタンディッシュ２側の上方に移動していく。このように大きな気泡が発生しやすくなると、浸漬ノズル１２側に移動する気泡が少なくなり、浸漬ノズル１２側に流れる溶鋼４中からアルミナ粒子が捕捉されにくくなり、浸漬ノズル１２の閉塞が著しくなるのである。

ここで、下部ポーラスノズル部への不活性ガスの供給量を減少することで、溶鋼４内で拡散している気泡と、下部ポーラスノズル部の内周面から吹き出た直後の気泡が合体しにくいようにすることが考えられる。しかし、不活性ガス供給量の最適化は困難である。また、下部ポーラスノズル部を形成するポーラス煉瓦の気孔を微細とすることも考えられるが、現状のポーラス煉瓦の気孔より微細な気孔を安定的に製造することは困難である。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、スライディングノズルのノズル開度を小さくし、低スループットで連続鋳造を行なう場合であっても、脱酸生成物の付着・堆積を抑制して浸漬ノズルの閉塞を防止することができる連続鋳造設備の上ノズルを提供することを目的とする。

前記課題を解決するため、本発明に係る連続鋳造設備の上ノズルは、タンディッシュ内の溶鋼を、その底部に設けた流出口から、上ノズル、スライディングノズル及び浸漬ノズルを介して鋳型内に供給して連続的に鋳造を行なう連続鋳造設備において、前記上ノズルを、ポーラス煉瓦で形成した上部ポーラスノズル部と、この上部ポーラスノズル部の下部に一体化した非ポーラスノズル部と、この非ポーラスノズル部の下部に一体化したポーラス煉瓦で形成した下部ポーラスノズル部と、前記上部ポーラスノズル部に形成したノズル孔の内周面及び前記下部ポーラスノズル部に形成したノズル孔の内周面から不活性ガスが吹き出すように配置した不活性ガス供給手段とで構成するとともに、前記下部ポーラスノズル部のノズル孔を、前記非ポーラスノズル部の下面に近接する上部位置から前記スライディングノズルの上面に近接する下部位置までの範囲に設け、鋳造速度が０．７ｔｏｎ／ｍｉｎ以下の低スループットで連続鋳造を行なう際に、前記下部ポーラスノズル部の前記ノズル孔の孔径をＤとし、前記ノズル孔の孔長さをＬとしたときに、Ｄ≧５０mmかつＬ≧５０mmかつＬ／Ｄ≧０．８の関係とした。

本発明の連続鋳造設備の上ノズルによると、低スループットで連続鋳造を行なう場合には、上ノズル内を気泡が拡散している溶鋼が低速で下方に流れ、その溶鋼内の気泡が、下部ポーラスノズル部のノズル孔の内周面から吹き出た気泡と合体しようとするが、大きな面積に設定した下部ポーラスノズル部のノズル孔の内周面からは小さな気泡が吹き出ており、溶鋼内に拡散している気泡と合体しにくくなる。このように、溶鋼内に拡散している気泡と、下部ポーラスノズル部のノズル孔の内周面から吹き出る気泡とが合体しにくくなるので、浸漬ノズル側に移動する気泡が減少せず、下流に流れた気泡が浸漬ノズル側に流れる溶鋼中からアルミナ粒子を捕捉する。したがって、低スループットで連続鋳造を行なう場合であっても、アルミナの付着・堆積を抑制して浸漬ノズルの閉塞を防止することができる。

以下、本発明に係る連続鋳造設備の上ノズルについて、図面を参照しながら説明する。なお、図１で示した構成と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
図１は、タンディッシュ２から鋳型１４に溶鋼４を供給する溶鋼供給流路を示している。
溶鋼供給流路を構成している本実施形態の上ノズル２０は、タンディッシュ２の底部に形成した流出口６内に嵌め込まれており、ポーラス煉瓦で形成した上部ポーラスノズル部２２と、この上部ポーラスノズル部２２の下部に一体化されている非ポーラス煉瓦で形成した中間ポーラスノズル部２４と、この中間ポーラスノズル部２４の下部に一体化されているポーラス煉瓦で形成した下部ポーラスノズル部２６と、上部ポーラスノズル部２２にＡｒガス（不活性ガス）を供給する第１不活性ガス供給管２８と、下部ポーラスノズル部２６にＡｒガス（不活性ガス）を供給する第２不活性ガス供給管３０とを備えている。

上部ポーラスノズル部２２は上ノズル孔２２が形成されている。この上ノズル孔２２は、中間ポーラスノズル部２４に形成したノズル孔２４ａと同径の下部孔から上方に向かうに従い徐々に拡径した孔である。そして、第１不活性ガス供給管２８から上部ポーラスノズル部２２に供給されたＡｒガスが、上ノズル孔２２ａの内周面全域から吹き出すようになっている。

また、下部ポーラスノズル部２６には、中間ポーラスノズル部２４のノズル孔２４ａの内径と同一の円筒形状の下ノズル孔２６ａが形成されている。そして、第２不活性ガス供給管３０から下部ポーラスノズル部２６に供給されたＡｒガスが、下ノズル孔２６ａの内周面全域から吹き出すようになっている。
ここで、下部ポーラスノズル部２６の下ノズル孔２６ａは、中間ポーラスノズル部２４の下面に接する上端からスライディングノズル１０の上面に接する下端までの範囲に形成されており、従来の下部ポーラスノズル部の下ノズル孔の内周面と比較して大きな面積に設定されている。

次に、上記構成のように、下部ポーラスノズル部２６の下ノズル孔２６ａの内周面を大きな面積に設定した上ノズル２０を使用し、スライディングノズル１０のノズル開度を小さくして低スループットで連続鋳造を行なう場合について述べる。
低スループットで連続鋳造を行なう際には、上ノズル２０内を、気泡が拡散している溶鋼４が低速で下方に流れる。溶鋼４内の気泡は、下部ポーラスノズル部２６の下ノズル孔２６ａの内周面から吹き出た気泡と合体しようとするが、大きな面積に設定した下ノズル孔２６ａの内周面からは小さな気泡が吹き出ており、溶鋼４内に拡散している気泡と合体しにくくなる。

このように、溶鋼４内に拡散している気泡と下ノズル孔２６ａの内周面から吹き出る気泡とが合体しにくくなるので、浸漬ノズル１２側に移動する気泡が減少せず、下流に流れた気泡が浸漬ノズル１２側に流れる溶鋼４中からアルミナ粒子を捕捉する。
したがって、スライディングノズルのノズル開度を小さくし、低スループットで連続鋳造を行なう場合であっても、アルミナの付着・堆積を抑制して浸漬ノズル１２の閉塞を防止することができる。

次に、図２に示すように、低スループットで連続鋳造を行なう場合の下ノズル孔２６ａの形状の大きさと、上ノズル２０の閉塞の有無の関係について実験評価を行なった。
図２で示す実験評価は、０．７ton／min以下の低スループットで連続鋳造を行なった結果である。比較ＮＯ１と発明ＮＯ１を比較すると、下ノズル孔２６ａの孔径Ｄ（図１参照）は同一であるが、下ノズル孔２６ａの孔長さＬ（図１参照）が所定値より大きな値になると、上ノズル２０にアルミナによる閉塞が発生しなくなることがわかる。同様に、比較ＮＯ２と発明ＮＯ２、比較ＮＯ３と発明ＮＯ３、４を比較すると、下ノズル孔２６ａの孔径Ｄは同一であるが、下ノズル孔２６ａの孔長さＬが所定値より大きな値になると、上ノズル２０にアルミナによる閉塞が発生しなくなることがわかる。
したがって、図２の評価結果から明らかなように、低スループットで連続鋳造を行なう場合には、上ノズル２０に形成した下ノズル孔２６ａの孔径Ｄと、下ノズル孔２６ａの孔長さＬとの関係をＬ／Ｄ≧０．８とすると、アルミナの付着・堆積を抑制して浸漬ノズル１２の閉塞を防止することができる。

本発明に係る上ノズルの形状を示す図である。 本発明に係る実験評価を行なった結果を示す図である。 従来の連続鋳造設備を示す図である。

符号の説明

２ タンディッシュ
４ 溶鋼
６ 流出口
１０ スライディングノズル
１２ 浸漬ノズル
１４ 鋳型
２０ 上ノズル
２２ 上部ポーラスノズル部
２２ａ 上ノズル孔
２４ 非ポーラスノズル部（中間ポーラスノズル部）
２６ 下部ポーラスノズル部
２６ｂ 下ノズル孔
２８ 第１不活性ガス供給管（不活性ガス供給手段）
３０ 第２不活性ガス供給管（不活性ガス供給手段）
Ｄ 下部ポーラスノズル部のノズル孔の孔径
Ｌ ノズル孔の孔長さ

Claims (1)

1. タンディッシュ内の溶鋼を、その底部に設けた流出口から、上ノズル、スライディングノズル及び浸漬ノズルを介して鋳型内に供給して連続的に鋳造を行なう連続鋳造設備において、
   前記上ノズルを、ポーラス煉瓦で形成した上部ポーラスノズル部と、この上部ポーラスノズル部の下部に一体化した非ポーラスノズル部と、この非ポーラスノズル部の下部に一体化したポーラス煉瓦で形成した下部ポーラスノズル部と、前記上部ポーラスノズル部に形成したノズル孔の内周面及び前記下部ポーラスノズル部に形成したノズル孔の内周面から不活性ガスが吹き出すように配置した不活性ガス供給手段とで構成するとともに、前記下部ポーラスノズル部のノズル孔を、前記非ポーラスノズル部の下面に近接する上部位置から前記スライディングノズルの上面に近接する下部位置までの範囲に設け、
   鋳造速度が０．７ｔｏｎ／ｍｉｎ以下の低スループットで連続鋳造を行なう際に、前記下部ポーラスノズル部の前記ノズル孔の孔径をＤとし、前記ノズル孔の孔長さをＬとしたときに、Ｄ≧５０mmかつＬ≧５０mmかつＬ／Ｄ≧０．８の関係とすることを特徴とする連続鋳造設備の上ノズル。

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