JP5098953B2 - ノズル接合部のシール方法 - Google Patents

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方法に関するものである。

鋼の連続鋳造においては、取鍋内の溶鋼をロングノズルを経由してタンディッシュに注入し、さらに浸漬ノズルを経由して鋳型内に注入している。これらのノズルとその直上の耐火物との間を不定形耐火物や難燃性のパッキング材によって接合して溶鋼漏れを防止している。しかし、固体どうしの接触であるために、ノズル外部からの空気の巻込みを完全に防止することは困難であった。

すなわちノズルの内部には溶鋼が高速度で流れているために内部が減圧状態となり、ノズル接合部のシールが不完全であると、空気が巻き込まれ易かった。空気の巻き込みが生ずると鋳造品に気泡が混入して製品欠陥となったり、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詰まりなどの問題が発生することとなる。

そこでノズル内部にアルゴンガスを供給してノズル内部を正圧に維持し、空気の巻き込みを防止するとともに、アルゴンガスによりノズル内面に付着したアルミナクラスターを剥離させることも行われている。しかし、鋼中にアルゴンガスによる気泡が混入して製品欠陥となるおそれがあるほか、高価なアルゴンガスを多量に使用するためランニングコストが高くなるという問題もあった。

上記の問題点を解決するために、ノズル接合部のシール方法が種々検討されている。例えば特許文献１には、耐火性粉末に低融点金属を含有させたパッキング材を用いることにより、外気から混入した酸素を酸化物として固定する方法が開示されている。しかし、低融点金属粒子が０．５〜２０重量％しか含有されず、パッキング材内部を空気が通過する経路が完全に遮断できないため、ノズル内への空気の侵入を防止することが出来なかった。さらに、粒子が１〜３ｍｍ以下と微細なため、空気との反応により残存する金属が減少するため、酸素吸収能が徐々に低下するという問題があった。

また特許文献２には、長石や珪酸ソーダを含み使用温度で軟化する材料からなるパッキング材を用い、ノズル接合部のシール性を向上させることが記載されている。しかしこのようなガラス質のパッキング材を用いた場合、鋳造中にノズルの交換を行うと軟化したパッキング材の一部が接合面に残留し易く、次に装着したノズルのパッキング材の密着が妨げられてシール性が低下するという問題点があった。

さらに特許文献３には、ノズル接合部をＡｌまたはＡｌ合金からなる液体金属シール材によってシールする方法が開示されている。Ａｌの融点は６６０℃であるから、鋳造運転時に温度が７００℃以上となるノズル接合部においては十分なシール効果を発揮する。しかし実際の鋳造設備においては、温度が５００℃程度にしか達しないノズル接合部が存在するため、特許文献３のシール方法によっては完全なシールができないことがあった。
特公昭６０−１５５９２号公報 特開２００３−２５０６０号公報 特開２００７−６９２５４号公報

本発明は上記した従来の問題点を解決し、温度が５００℃程度にしか達しないノズル接合部についても、長期間にわたり安定してノズル接合部をシールすることができ、空気の巻き込みによる製品欠陥を確実に防止することができるノズル接合部のシール方法を提供することを目的とするものである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部を、使用状態で溶融して液体金属となるＳｎまたはＳｎ合金によりシールし、該液体金属の径方向の幅が３ｍｍ以上、常温における厚みｄが１〜８ｍｍであり、ノズル接合部の押付面圧Ｐ（ＭＰａ）と常温における厚みｄ（ｍｍ）との関係が、Ｐ≧１．１２−０．１１×ｄの式を満足するようにノズル接合部を加圧することを特徴とするものである。

また請求項２のように、ノズル接合面間に径の異なる大小二つの耐火性中空円板状パッキング材を配置し、それらの間に形成される空間に液体金属を保持させることが好ましい。

また請求項３のように、Ｓｎ合金として、Ｓｎ-Ｐｂ合金またはＳｎ-Ｚｎ合金を用いることが好ましい。

さらに請求項４のように、ノズル内部に溶鋼１トン当り１Ｌ以下の不活性ガスを吹き込み、ノズル接合部からの空気の巻き込みを抑制する方法を併用することもできる。

本発明によれば、ノズル接合部をＳｎまたはＳｎ合金によりシールするようにしたので、温度が５００℃程度にしか達しないノズル接合部においてもＳｎまたはＳｎ合金は溶融し液体化する。このため長期間にわたり安定したシールが可能であり、ノズルを交換した場合にも次に装着したノズルのパッキング材の密着が妨げられてシール性が低下するようなおそれがない。特に請求項２の条件を満足するようにノズル接合部を加圧することによって、より完全なシールが可能となる。

以下に本発明の好ましい実施形態を示す。
図１において、１は溶鋼を搬送してくる取鍋、２は取鍋１の底面に設けられたスライディングノズル、３はこのスライディングノズル２の下方に接続されたロングノズル、４はロングノズル３を通じて流下した溶鋼を受けるタンディッシュ、５はこのタンディッシュ４の底面に設けられたスライディングノズル、６はこのスライディングノズル２の下方に接続された浸漬ノズル、７は連続鋳造用の鋳型である。

周知のようにスライディングノズル２、５は上プレート、中プレート、下プレートの３枚構造からなり、ロングノズル３や浸漬ノズル６は下プレートの下面に接合されている。そして取鍋１内の溶鋼はロングノズル３を通じてタンディッシュ４内に流入し、さらに浸漬ノズル６を通じて連続鋳造用の鋳型７内に供給され、連続鋳造が行われることは従来と同様である。

図２はノズル接合部の拡大断面図であり、ここでは浸漬ノズル６の上端面とスライディングノズル５の下プレートの下面との間のノズル接合部が示されているが、ロングノズル３の上端面とスライディングノズル２との接合部についても同様の構造である。

ノズル接合部には、内外二重の環状パッキン材１１、１２が同心状に配置されており、それらの間にＳｎまたはＳｎ合金からなるシール材１３が配置されている。環状パッキン材１１、１２としては、不定形耐火物や難燃性のパッキング材、例えばアルミナ粉末にフェノール系樹脂やアクリル系樹脂を混合したものを用いることができる。

ＳｎまたはＳｎ合金よりなるシール材１３は、使用状態で溶融して液体金属となるものである。Ｓｎは融点が２３２℃であるためノズル接合部の温度が５００℃程度にしか達しない場合にも溶融して液体金属となり、シール効果を発揮することができる。しかしＳｎ-Ｐｂ合金またはＳｎ-Ｚｎ合金を使用すれば融点はさらに低くなり、Ｓｎ-１０％Ｐｂ合金の融点は２１７℃、Ｓｎ-２０％Ｐｂ合金の融点は２０５℃、Ｓｎ-３０％Ｐｂ合金の融点は１９２℃、Ｓｎ-１０％Ｚｎ合金の融点は２１７℃、Ｓｎ-２０％Ｚｎ合金の融点は２２０℃であるから、これらの合金をシール材１３として使用すれば、更に低温域においても使用可能となる。

ＳｎまたはＳｎ合金よりなるシール材１３のサイズは、径方向の幅が３ｍｍ以上であり、常温における厚みｄが１〜８ｍｍであることが好ましい。ノズル接合部における外気の巻き込みは径方向に行われるから、これを阻止するためには径方向の幅が３ｍｍ以上であることが望ましく、最大幅は３０ｍｍ程度とすれば十分である。また実験の結果、厚みｄが１ｍｍ未満ではシール効果が不十分であり、８ｍｍを越えてもやはりシール効果が低下した。尚、ＳｎまたはＳｎ合金よりなるシール材１３の溶鋼注入後の残存率が溶鋼注入方向（上方向）から見た面積率で９０％以上であればほぼ完全なシール状態を保ったと言え、空気巻き込みが防止できスラブ内気泡個数も少ない。残存率が９０％未満であると、空気巻き込みによりスラブ内気泡個数が増加すると共にノズル閉塞が発生し好ましくない。

外気の吸引を確実に防止するために、ノズル接合部は加圧状態で使用される。加圧力は、例えばノズルをバネによって上方に押し付けることにより容易に与えることができる。実験の結果、ノズル接合部の押付面圧Ｐ（ＭＰａ）と常温におけるシール材１３の厚みｄ（ｍｍ）との関係が、Ｐ≧１．１２−０．１１×ｄの式を満足するようにノズル接合部を加圧することによって、完全なシール効果が発揮されることが判明した。

図３はノズル内部を０ａｔｍに減圧し、ノズル接合部の押付面圧Ｐとシール材１３の厚みｄとを様々に変化させて実験した結果得られたグラフであり、実験したノズル接合部の温度は２５０〜７００℃の範囲である。このグラフに示されるように、ｄが１〜８ｍｍ、でＰ≧１．１２−０．１１×ｄの範囲において、ノズル内部を減圧にした状態でも完全シールが達成できた。なお、押付面圧Ｐの上限は使用するノズル材質の強度やノズル支持装置の構造で決まる。例えばアルミナグラファイトであれば、接合部温度６００℃での曲げ強度は８ＭＰａであり、これに安全係数を見込んだ値が上限となる。安全係数を０．５とすると８ＭＰａ×０．５＝４ＭＰａが上限である。

上記のように、本発明のノズル接合部のシール方法によれば外気の巻き込みを効果的に阻止することができるが、従来と同様にノズル内部に溶鋼１トン当り１Ｌ以下のアルゴン等の不活性ガスを吹き込み、ノズル接合部からの空気の巻き込みをより確実に抑制する方法を併用することもできる。しかしアルゴン流量を増加させると空気の巻き込みは防止できるがアルゴン気泡が増加するため、できるだけ少量とすることが好ましい。尚、ここで１Ｌ以下は常温、１気圧での１Ｌ以下に相当する量であればよい。

また、Ａｌを用いて脱酸し、Ｃｅ，Ｌａ，Ｐｒ及びＮｄの１種または２種以上の希土類元素（ＲＥＭ）を０.１以上１０ｐｐｍ未満添加した溶鋼を用いれば、アルミナクラスターの生成が抑制されるため、アルミナクラスターに起因する製品欠陥やノズル詰まりなどの問題をより確実に防止することが可能となる。

以下に本発明の実施例を示す。
溶鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部のシール条件を様々に変化させ、鋳造されたスラブを切削して内部に含まれる気泡個数およびノズルの閉塞状況を観察した。シール条件としては、Ｓｎシール材の厚さ、幅、合金組成、押し付け面圧を表１に示すように変化させ、またアルゴン流量も表１中に示すように変化させた。なおノズル接合部の温度は３００℃である。

Ｎｏ．１〜１５の実施例ではノズル接合部の押付面圧Ｐ（ＭＰａ）と常温におけるシール材１３の厚みｄ（ｍｍ）との関係が、Ｐ≧１．１２−０．１１×ｄの式を満足する範囲内にあり、スラブ切断面１ｍ^２あたりの気泡個数が５００個未満と比較例に対し大幅に少なく製品欠陥に対し極めて有効である。これに対してＮｏ．１６以降の比較例ではスラブ切断面１ｍ^２あたりの気泡個数が多く、最低でも６８０個、多くは１０００個以上である上に、シールが不完全なためノズル閉塞も発生していた。

これに対して特許文献３に示されたＡｌまたはＡｌ合金からなる液体金属シール材によってシールする方法では、シールが不可能であった。またフェノール樹脂にアルミナ粉末を添加した難燃性のパッキング材を用いた場合には、気泡個数が５００個／ｍ^２以上となるのみならず、ノズル閉塞が発生した。

鋼の連続鋳造設備を示す断面図である。 ノズル接合部の拡大断面図である。 ノズル内部０ａｔｍの減圧下で、ノズル接合部の押付面圧Ｐとシール材の厚みｄとがシール性に及ぼす影響を示すグラフである。

符号の説明

１ 取鍋
２ スライディングノズル
３ ロングノズル
４ タンディッシュ
５ スライディングノズル
６ 浸漬ノズル
７ 連続鋳造用の鋳型
１１ 環状パッキン材
１２ 環状パッキン材
１３ シール材

Claims (4)

1. 鋼の連続鋳造設備におけるノズル接合部を、使用状態で溶融して液体金属となるＳｎまたはＳｎ合金によりシールし、
   該液体金属の径方向の幅が３ｍｍ以上、常温における厚みｄが１〜８ｍｍであり、ノズル接合部の押付面圧Ｐ（ＭＰａ）と常温における厚みｄ（ｍｍ）との関係が、Ｐ≧１．１２−０．１１×ｄの式を満足するようにノズル接合部を加圧することを特徴とするノズル接合部のシール方法。
2. ノズル接合面間に径の異なる大小二つの耐火性中空円板状パッキング材を配置し、それらの間に形成される空間に液体金属を保持させることを特徴とする請求項１記載のノズル接合部のシール方法。
3. Ｓｎ合金として、Ｓｎ-Ｐｂ合金またはＳｎ-Ｚｎ合金を用いることを特徴とする請求項１記載のノズル接合部のシール方法。
4. ノズル内部に溶鋼１トン当り１Ｌ以下の不活性ガスを吹き込み、ノズル接合部からの空気の巻き込みを抑制することを特徴とする請求項１記載のノズル接合部のシール方法。

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