JP5130490B2 - 浸漬ノズル - Google Patents

Description

本発明は、浸漬ノズルに関するものである。

溶鋼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では、浸漬ノズルを介してタンディッシュからモールド内に溶鋼が注入される。その際、溶鋼中に含有されるＡｌ₂Ｏ₃等が浸漬ノズルの内面に付着して浸漬ノズルの閉塞を引き起こす問題を回避するために、浸漬ノズルの内壁に通気性耐火物からなる内部ガス吹き出し口を設け、浸漬ノズル内にＡｒガスに代表される不活性ガスの吹き込みを行う方法が一般に採用されている。当該不活性ガスは浸漬ノズルから吐出される溶鋼と共に吐出され、その気泡表面に溶鋼中の微小介在物を吸着してモールド内で浮上分離するため、浸漬ノズル内への不活性ガス吹き込みは、溶鋼中の微小介在物を除去する方法としても不可欠の技術である。

このような浸漬ノズル本体は、一般的に、Ａｌ_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２−Ｃ（カーボン）耐火物やＡｌ_２Ｏ_３−Ｃ耐火物にて形成されており、かつ、浸漬ノズルの内壁は前記Ａｒガス吹き出し口となる通気性耐火物（以下、内孔体という）から構成されている（例えば、特許文献１）。これらＡｌ_２Ｏ_３−Ｃ含有耐火物製の浸漬ノズルは、Ａｌ_２Ｏ_３が耐火性および溶鋼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、膨張量が低く、かつ、熱伝導性が良好なことから、現在、溶鋼の連続鋳造において最も広く用いられている。ここで、溶鋼の連続鋳造の際、モールド内の溶鋼湯面上には、低塩基度で侵食性の強いモールドパウダーが浮遊している。このモールドパウダーは一般的にＣａＯ、ＳｉＯ_２、ＣａＦ_２、Ｎａ_２Ｏ、Ｃを含有しており、その塩基度は１程度であるため、Ａｌ_２Ｏ_３やＳｉＯ_２を含む耐火物を著しく溶損させてしまう。このため、従来のＡｌ_２Ｏ_３−Ｃ含有耐火物では、浸漬ノズルの外周部におけるモールドパウダーに接する部位（以下、パウダーライン部と称す）の溶損が大きく、長期の使用に耐えられないという問題があった。

この問題に対して、浸漬ノズルのパウダーライン部にＺｒＯ_２−Ｃ質の耐火物を使用する技術が開示されている（特許文献２）。ＺｒＯ_２−Ｃ質の耐火物は、ＺｒＯ_２のモールドパウダーに対する優れた耐食性と、Ｃの耐熱衝撃性とを組み合わせた特徴を有しており、このＺｒＯ_２−Ｃ質の耐火物をパウダーライン部に使用することで、浸漬ノズルの耐用性を向上できる。

しかし、ＺｒＯ_２−Ｃ質の耐火物は通気性耐火物であるため、浸漬ノズルの閉塞防止のために浸漬ノズル内に吹き込まれた不活性ガスは、内孔体を介して浸漬ノズル内側に供給されるのみならず、当該パウダーライン部を介して浸漬ノズル外側にも小さな気泡径を有する気泡として漏洩してしまう現象が不可避的に生じてしまう。その結果、浸漬ノズルへの不活性ガス供給量の全体量（Ａ）に占める、浸漬ノズル内側からの不活性ガス流出量（Ｂ）は低下する。このような状況下においては、浸漬ノズル内側から発生する不活性ガスの気泡は、小さく浮上性に乏しい気泡となり、溶鋼中の微小介在物を吸着してモールド内で浮上分離する効果が充分に発揮されず、当該溶鋼中の微小介在物に由来して鋳片の表面に表面欠陥（以下、スリバー）が発生する問題があった。

特開平２−５９１５５号公報 特開平１１−３０２０７３号公報

本発明の目的は、浸漬ノズル内側からの不活性ガス流出量低下に起因する前記の問題、すなわち浸漬ノズル内側から発生する不活性ガスの気泡は、小さく浮上性に乏しい気泡となり、溶鋼中の微小介在物を吸着してモールド内で浮上分離する効果が充分に発揮されず、当該溶鋼中の微小介在物に由来してスリバーが発生するという問題を改善した浸漬ノズルを提供することである。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る浸漬ノズルは、タンディッシュからモールド内に溶鋼を連続注入する浸漬ノズルにおいて、該浸漬ノズルは、本体部と、浸漬ノズルの閉塞を防止するため不活性ガスが供給される不活性ガス供給口と、浸漬ノズル内周部で前記不活性ガス吹き出し口となる内孔体部と、浸漬ノズル外周部でモールドパウダーに接する部分を構成するパウダーライン部からなり、前記パウダーライン部が、ＺｒＯ _２ −Ｃ質の通気性耐火物であって、前記内孔体部と同一の見かけ気孔率を有し、該浸漬ノズル内に供給される不活性ガス供給量の全体量（Ａ）に占める浸漬ノズル内側に位置する内孔体部からの不活性ガス流出量（Ｂ）が、０．８≦Ｂ／Ａ≦０．９５、かつ、該内孔体部から吐出される気泡径が０．７〜１．２ｍｍであることを特徴とするものである。

本発明では、浸漬ノズル内に供給される不活性ガス供給量の全体量（Ａ）に占める浸漬ノズル内側からの不活性ガス流出量（Ｂ）が０．８≦Ｂ／Ａ≦０．９５の要件を充足する浸漬ノズルを選択的に採用することにより、浸漬ノズル内側からの不活性ガス流出量低下に起因する前記の問題が解消され、浸漬ノズル内側から発生する不活性ガスの気泡は大きく浮上性に優れたものとなり、従って溶鋼中の微小介在物を吸着してモールド内で浮上分離する効果を充分に発揮でき、溶鋼中の微小介在物に由来するスリバー発生を防止することが可能となった。

また、ＺｒＯ_２のモールドパウダーに対する優れた耐食性と、Ｃの耐熱衝撃性とを組み合わせた特徴を有するＺｒＯ_２−Ｃ質耐火物をモールドパウダーに接する浸漬ノズル外周部として採用することにより、外部溶損を防止し浸漬ノズルの耐用性を向上させている。一方、ＺｒＯ_２−Ｃ質の耐火物は通気性を有するが、本発明では、前記のように、浸漬ノズル内に供給される不活性ガス供給量の全体量（Ａ）に占める浸漬ノズル内側からの不活性ガス流出量（Ｂ）が０．８≦Ｂ／Ａ≦０．９５の要件を充足する浸漬ノズルを選択的に採用することにより、浸漬ノズル内側からの不活性ガス流出量低下に起因する前記の問題を回避可能とている。従って、本発明によれば、浸漬ノズルの内部閉塞および外部溶損を防止しつつ、浸漬ノズルに吹き込む不活性ガス気泡のモールド内浮上性を向上させ、溶鋼中の微小介在物に由来するスリバー発生率を改善することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を用いて説明する。
図１には本発明の浸漬ノズルの説明図を示し、表１には前記浸漬ノズルを構成する各部分の耐火物特性値を示している。本発明に使用する浸漬ノズルは、本体部１と、浸漬ノズル外周部でモールドパウダーに接する部分を構成するパウダーライン部２と、浸漬ノズル内周部で内部ガス吹き出し口となる内孔体部３とから構成されている。この実施形態においては、表１に示すように、パウダーライン部２と内孔体部３は各々約１８％の見かけ気孔率を有する通気性耐火物により構成されている。従って、本来は内孔体部３からの吐出を目的として、不活性ガス供給口４から供給された不活性ガスの一部は、パウダーライン部２からも吐出される。

浸漬ノズル内に供給される不活性ガス供給量の全体量（Ａ）に占める浸漬ノズル内側からの不活性ガス流出量（Ｂ）の値（Ｂ／Ａ）は、本体部１、パウダーライン部２、内孔体部３の各々の部分を構成する耐火物の組み合わせにより変動するものである。耐火物メーカーにおける浸漬ノズルの製造段階において、Ｂ／Ａの値を調整することはもちろん可能であるが、所望のＢ／Ａ値を厳密に満足する浸漬ノズルを製造することは、耐火物の特性上困難であってある程度のバラツキが生じる。従って、耐火物メーカーから納入された浸漬ノズルにつき、事前に不活性ガス供給口４からガスを供給する通気試験を行い、ガス供給量の全体量（Ａ）、浸漬ノズル内側に位置する内孔体部３からの不活性ガス流出量（Ｂ）、及び、浸漬ノズル外側に位置するパウダーライン部２からの不活性ガス流出量（Ａ−Ｂ）の関係を求め、当該試験結果が０．８≦Ｂ／Ａ≦０．９５の範囲となる浸漬ノズルを選択的に使用して連続鋳造を行うことが好ましい。

図２には、Ｂ／Ａ＝０．９２の浸漬ノズル、及びＢ／Ａ＝０．７０の浸漬ノズル各々につき、ノズル全体へ供給されたガスが、浸漬ノズルの各部分からノズル外へ吐出される量を分布図として示している。Ｂ／Ａ＝０．９２、及びＢ／Ａ＝０．７０何れの浸漬ノズルにおいても、湯面位置下１５０ｍｍ付近の内孔体部３から最も多くガスが吐出されている。しかし、Ｂ／Ａ＝０．７０の浸漬ノズルでは、湯面位置下１００ｍｍ付近で、パウダーライン部２からも多くガスが吐出されているため、内孔体部３からのガスの吐出量が、Ｂ／Ａ＝０．９２の浸漬ノズルに比べて少なくなる。

図３は、内孔体部３から吐出されるガスの気泡径と、内孔体部通気量の関係図である。図３に示すように、内孔体部通気量が増加するに従って内孔体部３から吐出されるガスの気泡径が大きくなる。図４に示すように、内孔体部から吐出されるガスの気泡径が大きくなると、溶鋼と共に浸漬ノズル下部からモールド内へ吐出された気泡の浮力も向上する。その結果、溶鋼中の微小介在物を吸着してモールド内で浮上分離する効果が充分に発揮され、当該溶鋼中の微小介在物に由来して鋳片の表面にスリバーが発生する問題が回避可能となる。

上記したＢ／Ａの値が０．８未満となると内孔体部通気量が減少して従来品に近づき、本発明の効果を十分に発揮することができない。なお従来品におけるＢ／Ａの値は０．４〜０．７の範囲にある。またＢ／Ａの値の上限を０．９５としたのは、現実的にこれ以上の特性を持つ浸漬ノズルを入手することが困難であるためである。

また請求項３に記載のように内孔体部から吐出される気泡径が０．７〜１．２ｍｍとなる浸漬ノズルを使用することが好ましいのは、この範囲未満では気泡の浮上力が不足し、この範囲を超える気泡は発生させることが容易ではなく、仮に発生させるとその部分にガスが集中して内面全体の均一発泡が妨げられるためである。

溶鋼への浸漬深さが３３０ｍｍの浸漬ノズルを用い、鋳造速度を１．６ｍ／分として鋼の連続鋳造を行った。浸漬ノズルへの全体通気量（Ａ）は２４Ｎｌ／分の一定とした。鋳片の表面から３ｍｍを手入れにより除去し、鋳片から得られた多数のコイルについて１コイルあたりのスリバーの個数をスリバー品位として表示した。Ｂ／Ａの値が０．７未満の従来の浸漬ノズルを用いた６４個のコイルと、Ｂ／Ａの値が０．９の本発明の浸漬ノズルとを用いた３２個のコイルとのスリバー品位の分布は図５に示す通りであった。

図５に示すように、従来の浸漬ノズルを使用した場合には１コイルあたりの平均スリバーの個数が１．６６であったのに対し、本発明の浸漬ノズルを使用した場合には、平均スリバーの個数を０．８７まで低下させることができた。また全くスリバーが発生しなかったコイル個数は従来では３９．１％であったが、本発明により５３．１％まで高めることができた。

本発明に使用する浸漬ノズルの説明図である。 浸漬ノズルからのガス吐出量分布図である。 吐出ガス気泡径と、内孔体部通期量の関係図である。 吐出ガス気泡径と気泡浮力の関係図である。 実施例と比較例におけるスリバー品位の分布図である。

符号の説明

１ 本体部
２ パウダーライン部
３ 内孔体部
４ 不活性ガス供給口

Claims (1)

1. タンディッシュからモールド内に溶鋼を連続注入する浸漬ノズルにおいて、
   該浸漬ノズルは、本体部と、浸漬ノズルの閉塞を防止するため不活性ガスが供給される不活性ガス供給口と、浸漬ノズル内周部で前記不活性ガス吹き出し口となる内孔体部と、浸漬ノズル外周部でモールドパウダーに接する部分を構成するパウダーライン部からなり、
   前記パウダーライン部が、ＺｒＯ _２ −Ｃ質の通気性耐火物であって、前記内孔体部と同一の見かけ気孔率を有し、
   該浸漬ノズル内に供給される不活性ガス供給量の全体量（Ａ）に占める浸漬ノズル内側に位置する内孔体部からの不活性ガス流出量（Ｂ）が、０．８≦Ｂ／Ａ≦０．９５、かつ、該内孔体部から吐出される気泡径が０．７〜１．２ｍｍであることを特徴とする浸漬ノズル。