JP5161814B2 - 連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents
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Description
この浸漬ノズルには、溶鋼流入口を不活性ガスの吹込みが可能なガス供給用耐火物で形成し、溶鋼流入口に配置されたストッパーで、タンディッシュから流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ不活性ガスを吹込むものがある。なお、モールドへ注湯する溶鋼の流量制御は、浸漬ノズルの溶鋼流入口に配置したストッパーを昇降させ、その隙間の大きさを調整することで行っている。
しかし、この隙間には、溶鋼中の介在物が付着し成長し易いため、溶鋼の流量制御が困難になる場合や、また隙間を完全に閉じることができず溶鋼が漏洩する場合があった。
また、特許文献2には、溶鋼接触面側(以下、稼動面側ともいう)と外周面側に緻密質耐火物層を配置し、この両緻密質耐火物層の間に通気性耐火物層を配置したノズルが開示され、この通気性耐火物層から不活性ガスを吹出させることで、ストッパーとの当接部分への介在物等の付着を防止している。
なお、特許文献3には、ストッパーとの当接部分への介在物等の付着を防止するものではないが、長手方向中央部の稼動面に段差部を設けた浸漬ノズルが開示され、この段差部で溶鋼の流速を速め、定常乱流状態で流路内を流下させて、稼動面への介在物の付着を防止している。
1)溶鋼の流量制御を行うストッパーは、タンディッシュの上部からノズルの溶鋼流入口に配置され、その長さが長いため(例えば、1m以上、特に2〜3m程度)、ストッパーが昇降する際に、ストッパーの軸芯位置がノズルの軸芯位置から必ず偏芯して、浸漬ノズルの当接部分の周方向で開度に偏りが生じる。
2)ストッパーが偏芯することにより、浸漬ノズル内へ流込む溶鋼の流れが偏流する。
3)溶鋼流の偏流により、浸漬ノズルの周方向で溶鋼の流速が異なり、流速が速い溶鋼が浸漬ノズルの稼動面に衝突することで、局所的にガス供給用耐火物が溶損する。ここで、溶損とは、溶鋼流による磨耗を含めるものとして定義する(以下、同様)。
4)ガス供給用耐火物が溶損した箇所から、選択的に不活性ガスが吹出る。なお、ガス供給用耐火物内に、不活性ガスを供給するための空間部(ヘッダー)を形成する場合、ガス供給用耐火物が著しく溶損して、その残厚が薄くなれば、不活性ガスの吹込み圧によりガス供給用耐火物が破壊される。
5)不活性ガスの吹込みを、浸漬ノズルの周方向で、均等かつ安定に行うことができない。
まず、特許文献1に記載の浸漬ノズルは、流入口から流入してくる溶鋼中に、不活性ガスを吹込む構成とはなっていない。このため、溶鋼中に不活性ガスを吹込み、この不活性ガスを溶鋼中の介在物に付着させることで、介在物を浮上させて除去するという方法の作用効果を得ることができない。
特許文献2に記載のノズルは、ストッパーとノズルの当接部付近の領域全体から、集中的、かつ均等に、更には安定的に、不活性ガスを供給できるが、溶鋼流入口全体を通気性耐火物で構成した場合と比較して、不活性ガスの供給量が大幅に低下する。このため、不活性ガスによる介在物の浮上除去効果が損なわれる。
従って、特許文献2のノズルでは、通気性耐火物が局所的に溶損するため、微細な気泡の不活性ガスの吹込みができなくなり、やはり不活性ガスによる介在物の浮上除去効果が損なわれる。
更に、特許文献2のノズルは、偏流を解消(ノズル断面における流速分布の均一化)する対策もとられていない。
また、特許文献3の浸漬ノズルは、長手方向中央部の稼動面に段差部を設けていることからも分かるように、稼動面に対して平行にあたる(稼動面に沿う)溶鋼流の偏流を防止して、溶鋼の流速を均一化させるものである。
前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記吐出孔部の高さ位置での前記溶鋼流路の内径をDとした場合に、前記溶鋼流入口の上端位置より下方への距離が40mm以上、(1.1×D+78)mm以下である範囲R内の稼動面の少なくとも一部が、前記ガス供給用耐火物で形成され、
しかも前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記範囲R内の稼動面の一部に、溶損防止用耐火物を配置した。
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記溶損防止用耐火物はリング状であることが好ましい。
本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記不活性ガスを前記ガス供給用耐火物へ供給するための空間部を、前記範囲R内の前記ガス供給用耐火物内で、しかも該ガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に5mm以上離れた位置に設けてもよい。
従って、溶鋼流の偏流によるガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、連続鋳造用浸漬ノズルの周方向で均等かつ安定に行うことが可能となるため、良好な品質の製品を製造できる。
そして、溶損防止用耐火物がリング状である場合は、溶損防止用耐火物の構成を簡単にでき、溶鋼流路への取付けも容易である。
更に、不活性ガスをガス供給用耐火物へ供給するための空間部を、ガス供給用耐火物内で、このガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に5mm以上離れた位置に設ける場合、不活性ガスを空間部へ供給するに際し、空間部の内圧が上昇しても、空間部を形成するガス供給用耐火物の破損を招くことなく、不活性ガスの吹込みを、連続鋳造用浸漬ノズルの周方向で均等かつ安定に行うことが可能となる。
図1に示すように、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬ノズル(以下、単に浸漬ノズル又はノズルともいう)10は、ガス供給用耐火物で形成した溶鋼流入口11に配置されたストッパー12で、タンディッシュ(図示しない)から流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路13を流れる溶鋼を吐出孔部14の吐出孔15、16を介してモールド(図示しない)へ注湯するノズルである。なお、この浸漬ノズル10は、その全長が、例えば、50〜170cm程度で、その上部に上ノズルと下ノズルの双方、又は上ノズルを有し、これらが分割されることなく一体的に設けられた(一体型となった)ノズルであり、溶鋼の流量制御(溶鋼の供給と停止も含む)を、スライディングノズルではなくストッパー12で行うものである。以下、詳しく説明する。
ここで、ガス供給用耐火物は、例えば、Al2O3:67質量%、炭素:28質量%、で構成され、かさ比重:2.49、見掛け気孔率:18.9%、曲げ強さ:8.8MPa(室温)、6.2MPa(1400℃)である材料を使用できる。また、他の部分の耐火物には、例えば、Al2O3質、Al2O3−MgO質、MgO−C質等の材料を使用できる。
なお、ガス供給用耐火物に吹込む不活性ガスには、例えば、アルゴンガスや窒素ガスを使用できる。
なお、ガス供給用耐火物は、浸漬ノズル10の上端位置T1から、範囲Rの最下端位置(距離Hの上限値)までの稼動面を、連続的に形成してもよい。この場合、範囲R内の全部が、ガス供給用耐火物で形成されることになる。
また、ガス供給用耐火物は、浸漬ノズルの上端位置から、上記した範囲Rの最下端位置を超える下方位置までの稼動面を、連続的に形成してもよく、また上記した範囲R内の稼動面の一部を部分的に、他の部分とは不連続に、独立して形成してもよい。
このように、ガス供給用耐火物の配置位置の規定に、吐出孔部14での溶鋼流路13の内径Dを用いたのは、ストッパー12の当接部分を側断面視すると曲線となっており、その当接部分での溶鋼流路13の内径の測定が困難だからである。なお、ストッパー12の偏芯により、ストッパー12の溶鋼流入口11に対する当接位置が変化すると、ストッパー12と浸漬ノズル10の間を通って浸漬ノズル10内の稼動面17に衝突する溶鋼流の流入角度も変化する。
一方、吐出孔部14での溶鋼流路13の内径Dは、溶鋼の鋳造速度の決定に重要な部分であり、溶鋼流路13の内幅は、溶鋼流入口11から吐出孔部14へかけて徐々に縮幅(テーパ状)し、内径Dと当接部分の内径とが1対1(例えば、比例関係)に対応している。
以上のことから、吐出孔部14の高さ位置での溶鋼流路13の内径Dを用いた。
ガス供給用耐火物は、溶鋼の流速が大きく変化すると、溶損の危険性がある。そこで、図2(A)に示すように、浸漬ノズルの上端位置からその下方へ250mmまでの範囲内の各高さ位置におけるノズル内壁面の溶鋼流の最大流速をVmaxとし、上端位置から下方へ250mmの高さ位置における溶鋼流の最大流速をV250として、このVmaxとV250との差(=Vmax−V250)を求めた。なお、図2(A)中では、Vmaxの溶鋼の流れは下向きとなっているが、溶鋼流は偏流してノズル内壁面に衝突するため、下向きとは限らない。
図2(B)から、ガス供給用耐火物に溶損の危険性があるのは、前記した範囲R内の稼動面においてであることが分かる。なお、距離Hが40mm未満であれば、ガス供給用耐火物による不活性ガスの吹込み面積が減少し、不活性ガスによる介在物の浮上除去効果が低減する問題もある。
この溶損防止用耐火物は、稼動面に概ね平行に流れる溶鋼に対する耐溶損性を考慮して、炭素含有量が0又は0を超え35質量%以下の材料(他の成分は、例えば、アルミナ等)で構成されている。なお、耐溶損性を備えれば、他の材料で構成してもよい。
また、溶損防止用耐火物は、リング状に形成されている。このため、下方へ向けて徐々に縮幅する溶鋼流路13への取付けが容易である。なお、溶損防止用耐火物の取付けに際しては、接着剤等を用いてもよい。
このリング状に形成された溶損防止用耐火物の内幅は、上端位置から下端位置まで同じ内幅にしているが、上部内側を、機械加工する又は予め形成しないことで、上端位置から下方へ向けて狭くしてもよい(テーパ状)。これにより、ガス供給用耐火物の稼動面17から溶損防止用耐火物への溶鋼流の流れをスムーズにできる。
以下、溶損防止用耐火物の厚みの上下限値の規定理由について、流動解析を行った結果を参照しながら説明する。
図3に、溶損防止用耐火物の厚みが、ノズル内壁面を流れる溶鋼流の最大流速に及ぼす影響を示した結果を示す。なお、図中の最大流速指数とは、各条件下で、ノズル上端より40〜155mmの範囲内の溶鋼流の最大流速を求め、これを、溶鋼流路の内径Dが70mmの溶損防止用耐火物を用いない浸漬ノズルを使用した際の上記した範囲内の溶鋼流の最大流速で除した値である(以下、同様)。この流動解析で使用した溶損防止用耐火物は、高さを45mmとし、その取付け位置を、溶損防止用耐火物の上端が浸漬ノズルの上端位置T1から下方へ55mm(上記した範囲R内)の位置とした。また、流動解析は、スループットを2トン/分とし、溶鋼流路の内径Dが70mm(◆)、90mm(■)、110mm(▲)の各浸漬ノズルについて行った。
なお、この効果は、溶損防止用耐火物の厚みが7mm以上で略横ばいとなるが、15mmを超えると、溶鋼流路の内幅が狭くなり過ぎ、形成される段差によって溶鋼流の淀みが発生し、ノズル詰まりの発生原因となる。
以上のことから、溶損防止用耐火物の厚みを、3mm以上15mm以下の範囲内とするのが好ましいが、下限を5mm、更には7mmとするのが好ましく、上限を13mmとするのが更に好ましい。
図4(A)に示すように、ここでは、10mm以上60mm以下の異なる高さのリング状の溶損防止用耐火物をそれぞれ、(a)浸漬ノズルの上端位置T1から下方へ40mmの位置に、溶損防止用耐火物の上端を配置した場合と、(b)浸漬ノズルの上端位置T1から下方へ155mmの位置に溶損防止用耐火物の下端を配置した場合について検討した。
この溶損防止用耐火物の高さが、ノズル内壁面を流れる溶鋼流の最大流速に及ぼす影響を示した結果を、図4(B)に示す。なお、この流動解析では、溶鋼流路の内径Dを70mm、溶損防止用耐火物の厚みを7mmとし、スループットを2トン/分とした。
ここで、溶損防止用耐火物は、その高さが10mm未満であっても、使用時に破損しない程度の強度を備えていれば、使用することは可能である。
以上のことから、溶損防止用耐火物18には、溶鋼流がガス供給用耐火物の稼動面を流れることを防止する効果と、溶鋼流を整流化する効果があるため、ガス供給用耐火物の稼動面に、溶損防止用耐火物18が必ず配置される必要はない。このため、溶損防止用耐火物は、上記した範囲R内に配置されれば、ガス供給用耐火物の稼動面に配置されてもよく、また溶損防止用耐火物がガス供給用耐火物の稼動面の上方又は下方に配置されてもよい。
このとき、空間部19は、ガス供給用耐火物の稼動面17から水平方向にXmm、ここでは、5mm以上離れた位置に設けるのが好ましい。これは、空間部を、ガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に5mm未満の位置に設けた場合、空間部より稼動面側にあるガス供給用耐火物が、空間部に吹込まれる不活性ガスの圧力(例えば、0.1〜0.5MPa程度)に耐えられず、ガス供給用耐火物が損傷する恐れがあることによる。
リング状の溶損防止用耐火物18が取付けられた浸漬ノズル10を、連続鋳造機に設置する。そして、溶鋼流入口11に配置されたストッパー12で、タンディッシュから流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路13を流れる溶鋼を吐出孔部14の吐出孔15、16を介してモールドへ注湯する。
このように、溶鋼の流量制御をストッパー12で行う場合、ストッパー12の位置の偏りにより、溶鋼流入口11へ流込む溶鋼流に偏流が発生する。しかし、溶損防止用耐火物18により溶鋼流がガス供給用耐火物で形成された稼動面17を流れることを防止でき、また溶損防止用耐火物18による溶鋼流の整流化効果が得られるため、ガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、浸漬ノズル10の周方向で均等かつ安定に行うことができる。
ここでは、リング状の溶損防止用耐火物の溶鋼流路への取付け位置を種々変更した浸漬ノズルを使用し、実際に、溶鋼の連続鋳造を行って、溶損防止用耐火物が製品品質に及ぼす影響について検討した。
なお、ガス供給用耐火物は、浸漬ノズルの上端位置T1から、ストッパーとの当接位置Pよりも下方で、かつ浸漬ノズルの上端位置T1より下方への距離Hが100mmまで(範囲R内)の稼動面を形成している。この浸漬ノズルの吐出孔部の高さ位置での溶鋼流路の内径Dは70mmである。
また、実施例1〜3、比較例1〜4については、厚みを種々変更したリング状の溶損防止用耐火物(高さ:40mm)を使用し、比較例5は、溶損防止用耐火物を使用しなかった。
この試験条件及び結果を、表1に示す。
なお、表面疵発生指数は、以下の方法で算出した。
実施例1〜3、比較例1〜5の条件で鋳造したスラブを熱間圧延して薄板ストリップとした後に、酸洗工程に通板した。次に、酸洗工程で酸洗処理後の薄板ストリップ表面を観察し、表面疵が確認された場合、この該当部位を不合格品として切り捨てた。
そして、酸洗工程の通板重量を分母とし、切り捨てた不合格品の重量を分子として、通板重量と不合格品の重量の比を求め、比較例5の比を1として、各実施例と各比較例の比を表面疵発生指数に比例換算した。
一方、比較例1〜4に示すように、リング状の溶損防止用耐火物の配置位置を、前記した範囲R外の範囲とすることで、製品品質が悪くなる結果が得られた(判定:×)。特に、リング状の溶損防止用耐火物の厚みを、最も好ましい範囲の下限値未満(3mm未満)とする(比較例4)ことで、表面疵発生指数が他の比較例1〜3よりも大きく、製品品質が更に悪化する結果が得られた。
以上のことから、本願発明の連続鋳造用浸漬ノズルを使用することで、ガス供給用耐火物の局所的な溶損進行を抑制でき、不活性ガスの吹込みを、周方向で均等かつ安定に行うことができることを確認できた。
また、前記実施の形態においては、上端部の溶鋼流入口全体がガス供給用耐火物で形成された浸漬ノズルについて説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、溶鋼流入口の稼動面側のみをガス供給用耐火物で構成した場合についても、本願発明は適用できる。
更に、浸漬ノズルの形状についても、前記実施の形態の形状に限定されるものではない。
Claims (4)
- 溶鋼流入口を不活性ガスの吹込みが可能なガス供給用耐火物で形成し、前記溶鋼流入口に配置されたストッパーで、タンディッシュから流入する溶鋼の流量制御を行うと共に、前記ガス供給用耐火物を介して溶鋼中へ前記不活性ガスを吹込みながら、溶鋼流路を流れる溶鋼を吐出孔部を介してモールドへ注湯する連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、
前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記吐出孔部の高さ位置での前記溶鋼流路の内径をDとした場合に、前記溶鋼流入口の上端位置より下方への距離が40mm以上、(1.1×D+78)mm以下である範囲R内の稼動面の少なくとも一部が、前記ガス供給用耐火物で形成され、
しかも前記ストッパーとの当接位置よりも下方で、かつ前記範囲R内の稼動面の一部に、溶損防止用耐火物を配置したことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。 - 請求項1記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記溶損防止用耐火物は、厚みが3mm以上15mm以下で、炭素含有量が0又は0を超え35質量%以下であることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
- 請求項1及び2のいずれか1項に記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記溶損防止用耐火物はリング状であることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
- 請求項1〜3のいずれか1項に記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記不活性ガスを前記ガス供給用耐火物へ供給するための空間部を、前記範囲R内の前記ガス供給用耐火物内で、しかも該ガス供給用耐火物の稼動面から水平方向に5mm以上離れた位置に設けたことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
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