JP4874137B2

JP4874137B2 - 鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール部の構造

Info

Publication number: JP4874137B2
Application number: JP2007052621A
Authority: JP
Inventors: 光彦太田; 良之上島; ▲徳▼彦内山; 正年宮原; 芳章末松
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2007-03-02
Filing date: 2007-03-02
Publication date: 2012-02-15
Anticipated expiration: 2027-03-02
Also published as: JP2008212968A

Description

本発明は、鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール部の構造に関する。

鋼の連続鋳造では、図１に模式的に示すように、取鍋ノズルとロングノズル、タンディッシュ下部ノズルと浸漬ノズルをそれぞれ接合することにより、鋳型内に溶鋼を連続的に供給している。該接合面は耐火性のパッキング材を用いて接合されている。しかし、固体同士の接合であるため、微細な隙間による気密性の低下が問題であった。また、ノズル内部は溶鋼が高速で流れているため、負圧が発生し、ノズル接合面から空気が吸引される。このため、製品に気泡が混入することによる製品欠陥や、空気酸化により生成したアルミナクラスターに起因する製品欠陥やノズル閉塞などの問題が発生していた。

上記の問題を解決するため、ノズル接合部の気密性を向上させる技術が開発されている。特許文献１に開示された高耐食性高気密性パッキング材は、耐火性粉末に低融点金属を含有させることにより、外気から混入した酸素を酸化物として固定し、酸素の混入による欠陥を防止している。しかし、固定された酸素は金属表面に酸化膜を生成するため、酸化反応速度が低下し、酸素の吸収能が低下する問題があった。

これに対して、特許文献２に開示された発明では、パッキング材に酸素との結合力が高く、かつ使用温度における蒸気圧が１気圧以上の金属を含有させている。この発明では、金属蒸気が連続的に供給されるため、酸素を固定する反応の停滞が起こらないとされている。

しかし、いずれの場合も、パッキング材の一部として金属を含有させたのみでは、大気の吸い込みによる酸素を完全に吸収することはできない。また、パッキング材とノズル接合面は固体接触であるため、固体間の微細な隙間を通した大気の吸い込みを防止することはできない。

特許文献３に開示された発明では、使用温度で軟化する材料のパッキング材を用いて、ノズル接合面の密着性を向上させている。ただし、通常の鋼の連続鋳造では、鋳造中にノズルの交換が行われるが、軟化したパッキング材の一部がタンディッシュ下部ノズルもしくは浸漬ノズルの接合面に残留しやすい。このため、次に装着したノズルのパッキング材の密着が妨げられ、密封度が低下する。
特公昭６０−１５５９２号公報特開２００１−１０５１０７号公報特開２００３−２５０６０号公報

本発明は、長時間安定してノズル接合面をシールし、大気の吸い込みによる製品欠陥、及び操業トラブルの防止を目的としている。

上記の課題を解決するためになされた本発明の鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール部の構造は、耐火性中空円盤状パッキング材を用い、大小二つのパッキング材を同一平面で径方向の内外に配し、ノズル接合面との間に形成される空間に液体金属を保持し、金属の径方向の幅が３ｍｍ以上でかつ、前記パッキング材の径方向の幅がいずれも１０ｍｍ以上であることを特徴とするものである。または、前記金属の常温での厚みが、前記パッキング材の常温での厚みの０．８倍以上でかつ、１．３倍未満であることを特徴とするものである。または、前記金属の径方向の幅が３ｍｍ以上でかつ、前記パッキング材の径方向の幅がいずれも１０ｍｍ以上でありかつ、前記金属の常温での厚みが、前記パッキング材の常温での厚みの０．８倍以上でかつ、１．３倍未満であることを特徴とするものである。

本発明では、ノズル接合部を液体金属でシールするため、固体同士の接合による微細な隙間を充填して、大気の吸い込みを完全に防止できる。また、液体金属を用いているため、ノズル交換の際に接合面に残留して次に装着したノズルの接合部の密封度を低下させることもない。従って、大気の吸い込みに起因する製品欠陥、操業トラブルを防止することができ、生産性と品質の向上に寄与することができる。また、新たな設備の追加なしで操業できるため、経済的効果が大きい。

本発明者らは、ノズル接合部のシール性を改善する方法を検討し、耐火性中空円盤状パッキング材を用い、大小二つのパッキング材を同一平面で径方向の内外に配し、ノズル接合面との間に形成される空間に液体金属を保持してシールする構造が最適であることを見出した。その構造の寸法を種々検討した結果、得られた知見により本発明に至った。図２のAに示す、金属の径方向の幅が３ｍｍ以上でありかつ、同図のBに示す、パッキング材の径方向の幅がいずれも１０ｍｍ以上であることが好ましい。金属の幅を３ｍｍ以上にすることにより、パッキング材が高温で変形した際に円周状に連続した液体金属が分断されるのを防ぎ、安定してシールすることができる。なお、金属の幅は２５ｍｍ以上で、ほぼ効果が飽和する。また、パッキング材の幅を１０ｍｍ以上にすることにより、高温変形でパッキング材が破損して溶融金属が漏れるのを防止することができる。なお、パッキング材の幅が内外とも２０ｍｍ以上でほぼ効果が飽和する。

また、前記金属の常温での厚みを、前記パッキング材の常温での厚みの０．８倍以上かつ１．３倍未満にすることが好ましい。金属の常温での厚みを、パッキング材の常温での厚みの０．８倍以上にすることで、鋳造中にパッキングが上下方向に圧縮された際に、パッキング材とノズル接合面で形成される空間を完全に液体金属で充填することができ、好適である。さらに、金属の厚みをパッキングの厚みの１．３倍未満にすることで、過剰の液体金属がパッキング材とノズル接合面の間に入り込んでシール性が低下するのを防止できる。

また、前記の径方向の幅の条件を満たし、かつ、厚みの条件を満たす場合は、より好適である。

なお、本発明における溶融金属とは、鋳造時のノズル接合部の温度で液体である金属ならば、いずれも好適に使用できる。例えば、鋳造時のノズル接合部の温度が１２００℃であれば、融点６６１℃のAl、融点１１００℃のCuなどを使用できる。また、本発明における耐火性パッキング材としては、連続鋳造用ノズルのパッキング材として使用されているものがいずれも好適に使用できる。市販品の例としては、黒崎播磨（株）製の商品名「クロジョグ」、品川白煉瓦（株）製の商品名「セラテックス」などがある。

なお、本発明の接合部の構造は、タンディッシュ下部ノズルと浸漬ノズル間の接合部に限定されず、鍋スライディングノズルとロングノズル間の接合など、気密性が要求されるすべての耐火物同士の接合に適用することができる。

タンディッシュ上部ノズル、スライディングノズル、タンディッシュ下部ノズル、浸漬ノズルの組み合わせから構成される鋼の連続鋳造装置において、表１に示す条件のタンディッシュ下部ノズルと浸漬ノズルの接合部を用いて操業を行った。鋳造速度は1.7m/min、鋳造幅は1200mm、鋳造厚みは248mmで、溶鋼1350トンを鋳造した。溶鋼の成分は、C=20ppm、Si=0.01%、Mn=0.2%、P=0.02%、S=0.01%、Al=0.015%である。また、実施例、比較例ともに溶融金属として純Alを、パッキング材としてAl₂O₃−SiO₂−C系耐火性粉末を熱硬化性樹脂で混練して成型したものを用いた。

大気の吸い込みに起因する欠陥を評価するために、スラブ表層の段削りを行い、気泡系欠陥の個数を数えた。ここでの気泡系欠陥とは、目視により観察される欠陥のうち、気泡もしくは介在物が気泡を介して凝集した物を指す。また、吸い込まれた大気による酸化量を定量するために、タンディッシュ出側と鋳型内の溶鋼中Al濃度変化を測定した。

実施例では、液体によってタンディッシュ下部ノズルと浸漬ノズル間をシールすることにより、大気の吸い込みを防止できた。その結果、気泡系欠陥、アルミナクラスターによる欠陥ともに発生しなかった。また、ノズル閉塞も起こらなかった。

比較例１では、金属の径方向の幅が小さく、高温で変形したパッキング材によってAlが周方向で分断されていた。また、パッキング材と比較してAlの厚みが薄かったため、パッキング材とノズル接合面で形成される空間を充填できず、シール性が低下した。この結果、吸い込みが起こって気泡欠陥が増加し、溶鋼中Alの酸化も起こってアルミナクラスターが増加した。

比較例２では、パッキング材の径方向の幅が狭かったため、外側のパッキング材に亀裂が入っており、溶融Alがノズルの外側に漏れていた。また、Alの厚みがパッキング材と比較して厚かったため、溶融Alの一部がパッキング材とノズル接合面の間に入り込み、シール性が低下した。この結果、吸い込みが起こってスラブ表面に気泡欠陥が増加した。また、溶鋼中Alの酸化が起こってアルミナクラスターが増加し、ノズル閉塞も生じた。

連続鋳造に用いる取鍋、ロングノズル、タンディッシュと浸漬ノズルの模式図である。本発明の連続鋳造用タンディッシュ下部ノズルと浸漬ノズルの接合部であって、大小二つのパッキング材の間に液体金属を保持した構造の縦断面図である。

符号の説明

１取鍋
２スライディングノズル上プレート
３スライディングノズル中プレート
４スライディングノズル下プレート
５ロングノズル
６タンディッシュ
７タンディッシュ下ノズル
８浸漬ノズル
９鋳型
１０a 外側のパッキング材
１０b 内側のパッキング材
１１液体金属

Claims

鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール部の構造であって、耐火性中空円盤状パッキング材を用い、大小二つのパッキング材を同一平面で径方向の内外に配し、ノズル接合面との間に形成される空間に液体金属を保持するに際し、金属の径方向の幅が３ｍｍ以上でかつ、前記パッキング材の径方向の幅がいずれも１０ｍｍ以上であることを特徴とする、鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール部の構造。
鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール部の構造であって、耐火性中空円盤状パッキング材を用い、大小二つのパッキング材を同一平面で径方向の内外に配し、ノズル接合面との間に形成される空間に液体金属を保持するに際し、金属の常温での厚みが、パッキング材の常温での厚みの０．８倍以上でかつ、１．３倍未満であることを特徴とする、鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール部の構造。
鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール部の構造であって、耐火性中空円盤状パッキング材を用い、大小二つのパッキング材を同一平面で径方向の内外に配し、ノズル接合面との間に形成される空間に液体金属を保持するに際し、金属の径方向の幅が３ｍｍ以上でかつ、前記パッキング材の径方向の幅がいずれも１０ｍｍ以上でありかつ、金属の常温での厚みが、パッキング材の常温での厚みの０．８倍以上でかつ、１．３倍未満であることを特徴とする、鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール部の構造。