JP4898862B2 - スライディングノズル装置の使用方法 - Google Patents

Description

本発明は、取鍋等から排出される溶鋼の流量を制御するスライディングノズル装置の使用方法に関する。

鋼の製造において、取鍋等から排出される溶鋼の流量を制御するために、スライディングノズル装置（以下「ＳＮ装置」と称する。）が使用される。このＳＮ装置には２枚もしくは３枚のノズル孔を持つ耐火物製のプレートが使用される。これらのプレートは重ね合わされて、面圧が付加された状態で摺動され、ノズル孔の開度を調整することで溶鋼の流量が制御される。

プレートは、多くの場合、摺動面が損耗を受けることにより寿命となり新しいプレートに交換される。プレートはＳＮ装置の消耗部材であり、常に耐用性の向上が課題とされている。このプレートの摺動面の損耗の原因としては、熱衝撃による組織の緩み、溶鋼との化学的な反応によるもの、プレートどうしの摺動による損耗、あるいはカーボンボンドの酸化などが考えられている。

プレートの損耗を軽減するための一つの対策として、従来から、低熱膨張率であるジルコニアムライトやアルミナジルコニア等の耐火原料が使用されている。例えば特許文献１には、主たる鉱物相がコランダム、単斜型ジルコニアからなり、Ａｌ_２Ｏ_３８０〜９８質量％、ＺｒＯ_２２〜２０質量％の化学組成を有する耐火性原料を５〜９０重量％配合し、混練、成形、焼成して得られるプレートが記載されている。

一方で、ＳＮ装置においては一般的に、プレートの摺動回数が少ない程プレートの損耗は小さいとされている。ただし、単にプレートの摺動回数を少なくすると、例えば取鍋用ＳＮ装置においてはタンディッシュの溶鋼重量の変動が大きくなる問題が生じる。このため、特許文献２ではタンディッシュ重量の管理目標値に対する偏差に応じてプレートの摺動の要否や摺動の大きさを制御するＳＮ装置の制御方法が開示されている。

ただし、過去、実際にスライディングノズル装置の摺動回数の測定を行った事例はなく、摺動回数がプレートの損耗に与える定量的な評価はなされていない。

特開昭５８−１２５６６０号公報 特開昭６２−１５８５５６号公報

プレートの損耗の程度すなわち寿命は、その使用条件によって異なるものである。とくに、取鍋のＳＮ装置で使用されるプレートは、使用される製鉄所によって寿命のバラツキが大きい。つまり各所でのＳＮ装置の使用条件の違いによってプレートの寿命が異なっている。

したがって、プレートの損耗を軽減し寿命を延ばすために、特許文献１に開示されているようにプレートにジルコニアムライトやアルミナジルコニアを含有させようとしても、そのプレート中の適切な含有率は、製鉄所のＳＮ装置の使用条件によって異なることになる。

従来は、その適切な含有率を試行錯誤によって決めていたが、試行錯誤のためにコストを要し、また、使用条件が変化すると結果としてプレートの寿命が大きく変動するという問題があった。

そこで本発明が解決しようとする課題は、プレートの寿命を向上させることができるＳＮ装置の使用方法を提供することにあり、具体的には、ＳＮ装置の使用条件に応じて適切な材質のプレートを選択して使用する方法、及びプレート材質に応じて適正なＳＮ装置の使用条件を設定する方法を提供することである。

本発明者は、ジルコニアムライト原料及び/又はアルミナジルコニア原料を含有する耐火原料配合物から得られたプレートを使用するＳＮ装置において、プレートの寿命に与える影響を種々検討した。その結果、ＳＮ装置のプレートの摺動速度がプレートの寿命に大きな影響を与えていることがわかった。そして、プレートの摺動速度と、プレート中のＺｒＯ_２含有率と、プレートの寿命との関係を定量的に把握した。その結果、プレート中のＺｒＯ_２含有率及びプレートの摺動速度を後述する式（１）又は式（２）を満たすようにすることで、プレートの寿命が向上し安定することがわかった。

すなわち、本発明の第１の形態は、ジルコニアムライト原料及び/又はアルミナジルコニア原料を含有する耐火原料配合物から得られたプレートを使用するＳＮ装置の使用方法において、あらかじめこのスライディングノズル装置のプレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）を求め、このプレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）に対して、プレート中のＺｒＯ_２含有率Ｚ（質量％）が式（１）を満たすようなプレートを使用することを特徴とするものである。
Ｚ≧（Ｖ−０．３）／０．１５８・・・（１）
ただし、Ｚ（質量％）は３〜１１、Ｖ（ｍ／ｈ）は０．５〜２．０とする。

また、本発明の第２の形態は、ジルコニアムライト原料及び/又はアルミナジルコニア原料を含有する耐火原料配合物から得られたプレートを使用するＳＮ装置の使用方法において、プレート中のＺｒＯ_２含有率Ｚ（質量％）に対して、プレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）が式（２）を満たすようにするものである。
Ｖ≦０．１５８Ｚ＋０．３・・・（２）
ただし、Ｚ（質量％）は３〜１１、Ｖ（ｍ／ｈ）は０．５〜２．０とする。

式（１）及び式（２）は、後述するＳＮ装置でのテスト使用によって導かれた条件式であり、これを満足するようにすることで、プレートの寿命が向上し安定する。なお、式（１）及び式（２）は右辺と左辺の整理の仕方が異なるだけであって、実質的には等価な条件式である。

ここで、本発明においてＺ（質量％）を３〜１１、Ｖ（ｍ／ｈ）を０．５〜２．０に限定しているのは次の理由による。すなわち、Ｚ（質量％）が３未満では、プレートの寿命向上効果が少なく、１１超では、ＺｒＯ_２含有原料を多く使用する必要があるため高コストになり、しかもさらなる寿命向上効果は望めない。また、Ｖ（ｍ／ｈ）が、０．５ｍ未満では、タンディッシュ等の湯面管理に悪影響を与える可能性があり、２．０ｍ超ではプレートの損耗が大きくなる。

また、本発明を別の観点から見ると、本発明では、ＳＮ装置の使用状態が式（１）及び式（２）を満たしているか否かを評価し、満たしていない場合は、式（１）及び式（２）を満たすようにプレート中のＺｒＯ_２含有率Ｚ（質量％）及びプレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）の少なくとも一方を変更するようにすることができる。これによって、ＳＮ装置の使用状態を適正にでき、プレートの寿命が向上し安定する。

本発明によれば、ＳＮ装置の使用条件に応じて適切な材質のプレートを選択して使用することができ、また、プレート材質に応じて適正なプレートの摺動速度を設定することができ、プレートの寿命を向上させることができる。

プレートの寿命とプレートの摺動速度及びプレート中のＺｒＯ_２含有率との関係を示す。

本発明で使用されるプレートは、ジルコニアムライト原料及び/又はアルミナジルコニア原料を含有する耐火原料配合物から得られたものであって、化学成分としてＺｒＯ_２を３〜１１質量％含有するものである。

ジルコニアムライト原料及びアルミナジルコニア原料を除く耐火原料として使用可能な耐火原料は、一般的な焼成プレートで使用されているものを使用することができる。具体的には、アルミナ、ムライト、スピネルなどの酸化物原料、金属、及びカーボンブラックなどの炭素質原料が挙げられる。さらに、炭化珪素等の炭化物原料、窒化珪素などの窒化物原料、粘土、ガラス、及び硼化物などのうち１種以上を耐火原料として使用することができる。そしてこのプレートは、ＳＮ装置において耐用性に優れる焼成タイプがより好ましい。焼成タイプは７００℃以上で焼成したものである。

本発明において、プレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）を求める方法としては、プレートを摺動させるための油圧シリンダーに接続された作動油の流路内に流量センサを設けて作動油の流量を計測し、作動油の流量と油圧シリンダーの内径とから油圧シリンダーの作動距離を算出し、油圧シリンダーの作動距離からプレートの摺動距離（ｍ）を求め、所定時間（ｈ）内でのプレートの摺動距離（ｍ）の合計を前記所定時間（ｈ）で除した値をプレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）とする、という方法を採用することができる。

この方法によれば、既存の作動油の流路内に流量センサを設けるため、改めて設置場所を必要とすることなく比較的簡便な改造でプレートの摺動速度を測定することができる。また、取鍋から離れた位置で、取鍋やタンディッシュの熱による悪影響を受けることなく精度の良いデータを自動記録できるメリットがある。

プレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）を求める他の方法としては、プレートを開方向と閉方向に摺動させる駆動信号を連続記録し、各信号の出力長さからプレートの摺動距離（ｍ）を求め、所定時間（ｈ）内でのプレートの摺動距離（ｍ）の合計を前記所定時間（ｈ）で除した値をプレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）とする、という方法を採用することができる。

通常、ＳＮ装置の自動制御において、プレートの駆動信号の出力長さは、開方向、閉方向共に数パターンのみを設定している。このため、事前に実操業時でないときに各パターンでのプレートの摺動速度を測定しておき、操業時の信号パターンにこの摺動速度を当てはめて、鋳造中の１回あたりの摺動距離とすることができる。なお、自動制御時の開方向と閉方向の作動が上記の信号パターンを超えて複数ある場合、もしくは制御対象のタンディッシュの重量変化に比例して変化する場合には、オフラインで測定した数パターンの摺動距離より実際に測定した駆動信号の出力長さに比例計算して摺動距離とする。

この方法は、プレートの駆動信号の出力長さを記録するだけで良く、新たな測定機器を設置する必要がなく、非常に簡便な測定方法である。

なお、上記以外にも、ＳＮ装置のスライダーに直接、又はプッシュプルケーブル等の作動量延長機器を介して位置検出器を接続し、その信号を記録する方法、ＳＮ装置のスライダーにレーザー式距離計を常時又は測定時に照射し、その変位信号を記録する方法、アクチュエーターに位置検出器を設置又は内蔵させてその信号を記録する方法等もある。

プレートの摺動速度とは、プレートが所定時間（ｈ）に摺動した距離の合計（ｍ）から、１時間当たりの摺動距離である摺動速度（ｍ／ｈ）に換算したものである。例えば、３０分間で、プレートが前進１０ｍｍを２０回と後退１０ｍｍを２０回した場合、摺動速度は（０．０１×２０＋０．０１×２０）／０．５＝０．８ｍ／ｈとなる。測定時間は３０分以上とすれば十分であるが、より好ましくは６０分以上である。なお、連続して測定せずとも良く、最低１０分以上、測定時間の合計が３０分以上となれば良い。３０分未満の場合には、測定精度が不十分になる場合がある。また、１チャージ以上測定するとより正確なデータが得られるためより好ましい。さらに、鋳造開始後１０分以内と鋳造終了前５分以内はプレートの摺動が不安定なため測定対象外とする。

プレートの摺動速度は、通常ＳＮ装置の制御システムによって決められているため、大きく変化するものではないから、一度測定した後は高頻度で測定しなくても良い。また、制御システムを変更した場合、駆動構成部品の摩耗が進んだ場合、あるいはＳＮ装置の面圧の変更が行われた場合には、確認のために再度プレートの摺動速度を測定する必要がある。その後は、定期的に測定する程度で良い。

ジルコニアムライト原料及び/又はアルミナジルコニア原料を含有する耐火原料配合物を焼成して得たプレート（焼成プレート）を製鉄所の取鍋のＳＮ装置でテスト使用した結果を表１及び図１に示す。

表１は、使用したそれぞれのプレートの化学成分と、ジルコニアムライト原料及びアルミナジルコニア原料の耐火原料配合物中の配合率、並びにプレートの摺動速度及び寿命（使用回数）を示している。プレートは表１に記載した耐火原料以外に、アルミナ、Ｓｉ、カーボンブラック、及び粘土を配合した耐火原料配合物にフェノール樹脂を添加して混練し、混練物をプレス成形し、乾燥後１４００℃で還元雰囲気下で焼成することで製造した。

プレートは上プレートと下プレートを１セットとして合計１０セット使用した。寿命の判定は、３回目の使用から使用前にプレートの摺動面を目視で観察し、損耗状況から寿命を判断した。１０セットの平均寿命で評価した。テストは、プレート材質の主成分であるアルミナが化学的浸食を受けやすい、珪素鋼、Ｃａ添加鋼（Ｔ．Ｃａ≧１５ｐｐｍ）、高酸素鋼（Ｔ．Ｏ≧２００ｐｐｍ）などの鋼種では、摺動速度の影響以外に溶損起因で寿命を迎える場合があり、評価から除いた。プレートは全長が５００ｍｍ、ノズル孔は内径が７５ｍｍのものを使用した。

プレートの摺動速度（ｍ／ｈ）は次の方法によって求めた。まず、プレートを摺動させるための油圧シリンダーに接続された作動油の流路内に流量センサを設けて作動油の流量を連続的に記録した。そして作動油の流量と油圧シリンダーの内径とから油圧シリンダーの作動距離を算出した。また、プレートの摺動距離を、受鋼前の取鍋において摺動金枠の前後の移動距離としてノギスで実測した。そして、上記の油圧シリンダーの作動距離を実際のプレートの移動距離になるように補正し、プレートの摺動距離とした。測定は合計で１００分間行った。それぞれの実施例においては、プレートの制御条件が異なるすなわちプレートの摺動距離の異なるＳＮ装置を使用してテストを行った。

図１は、表１のテスト結果のうち、プレートの寿命ごとにグループ分けしてＺｒＯ_２含有率とプレートの摺動速度との関係をプロットしたものである。プレートの摺動速度が速い程ＺｒＯ_２含有率が高いプレートが高寿命になる傾向がわかる。そして寿命が６回と５回との間に直線状の境界線を引くことができる。この境界線の式を求め、これを寿命が６回となる条件として、ＺｒＯ_２含有率Ｚ（質量％）及びプレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）について整理すると式（１）及び式（２）となる。
Ｚ≧（Ｖ−０．３）／０．１５８・・・（１）
Ｖ≦０．１５８Ｚ＋０．３・・・（２）

すなわち、式（１）及び式（２）を満たせば、プレートの寿命が６回となり、プレートの寿命が向上する。

ＳＮ装置の使用状態が式（１）及び式（２）を満たしていない場合は、式（１）及び式（２）を満たすように、プレート中のＺｒＯ_２含有率Ｚ（質量％）又はプレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）、あるいはその両方を変更することで、プレートの高寿命化を図ることができる。

また、式（１）の条件に照らしてＺｒＯ_２含有率が過剰に多い場合には、ＺｒＯ_２含有率を減らすこともできる。ジルコニアムライト原料及びアルミナジルコニア原料は高価な原料であり、コストアップの原因になる。さらに、ジルコニアムライト原料はＳｉＯ_２を含むため、多く使用した場合には耐食性が低下する場合がある。このような理由からジルコニアムライト原料やアルミナジルコニア原料の使用量はできるだけ少ない方が好ましい。したがって、式（１）により、ジルコニアムライト原料やアルミナジルコニア原料の使用量を必要最小限にすることができる。

一方、プレートの摺動速度が速すぎる場合には、その摺動速度を遅くする方がプレートの寿命向上に効果的である。例えば特許文献２に開示されたプレートの制御方法により、タンディッシュの重量管理に影響を与えない範囲で摺動回数を少なくして、摺動速度を遅くすることができる。プレートの寿命が短い場合には、ＺｒＯ_２含有率を上げかつプレートの摺動速度を遅くすることでより一層寿命が向上する。

Claims (2)

1. ジルコニアムライト原料及び/又はアルミナジルコニア原料を含有する耐火原料配合物から得られたプレートを使用するスライディングノズル装置の使用方法において、
   あらかじめこのスライディングノズル装置のプレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）を求め、このプレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）に対して、プレート中のＺｒＯ_２含有率Ｚ（質量％）が式（１）を満たすようなプレートを使用することを特徴とするスライディングノズル装置の使用方法。
   Ｚ≧（Ｖ−０．３）／０．１５８・・・（１）
   ただし、Ｚ（質量％）は３〜１１、Ｖ（ｍ／ｈ）は０．５〜２．０とする。
2. ジルコニアムライト原料及び/又はアルミナジルコニア原料を含有する耐火原料配合物から得られたプレートを使用するスライディングノズル装置の使用方法において、
   プレート中のＺｒＯ _２ 含有率Ｚ（質量％）に対して、プレートの摺動速度Ｖ（ｍ／ｈ）が式（２）を満たすようにするスライディングノズル装置の使用方法。
   Ｖ≦０．１５８Ｚ＋０．３・・・（２）
   ただし、Ｚ（質量％）は３〜１１、Ｖ（ｍ／ｈ）は０．５〜２．０とする。

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