JP5510476B2

JP5510476B2 - 注入管

Info

Publication number: JP5510476B2
Application number: JP2012037669A
Authority: JP
Inventors: 友一塚口
Original assignee: Nippon Steel and Sumitomo Metal Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2012-02-23
Filing date: 2012-02-23
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2032-02-23
Also published as: JP2013173149A

Description

本発明は、鋼の連続鋳造において、取鍋からタンディッシュへの注湯に用いられる筒状の注入管に関するものである。

前記注入管は、鋼の連続鋳造において、ロングノズルに次いで、取鍋からタンディッシュへの注湯に多く用いられている。この注入管の内部は、溶鋼の二次酸化を防止するために、Ar等の不活性ガスが満たされている（例えば特許文献１参照）。

この注入管内の湯面では、取鍋からの注入流がAr等の不活性ガスを叩き込んで、溶鋼中に多くの気泡が発生する。発生した気泡は、タンディッシュ内に上昇流を生じることによって溶鋼中に懸濁する非金属介在物の浮上を促進するという効果を有する。従って、注入管を使用した場合は、ロングノズルを使用した場合に比べて溶鋼を清浄化することができる。

一方、注入管の内壁面には飛散した溶鋼が凝固して付着するという、いわゆる地金付きが生じやすく、操業を阻害する場合がある。さらに、地金が付着した場合は、付着した地金を酸素で溶断する作業を強いられる場合があり、溶鋼を汚染する原因となる。

しかしながら、操業を阻害したり、溶鋼を汚染する原因となる注入管内壁面への地金付きを防止する有効な方法は、従来、見出されていなかった。

特開昭６２−１６８６４９号公報

本発明が解決しようとする問題点は、ロングノズルを使用した場合に比べて溶鋼を清浄化することができる注入管の、内壁面への地金付きを防止する有効な方法は、従来、見出されていなかったという点である。

本発明は、前記した従来の問題点を解決し、操業を阻害したり、溶鋼を汚染する原因となる注入管の弱点である内壁面への地金付きを防止し、注入管の溶鋼清浄化作用を享受することを目的として成されたものである。

発明者は、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入に関して、注入管とロングノズルそれぞれの特徴を調査した結果、通常の操業状態における溶鋼清浄化作用では、注入管が優れる一方、注入管内壁面への地金付きが操業阻害や品質悪化を引き起こすことが分かった。すなわち、内壁面への地金付きを解消すれば、注入管の利点を幅広く享受できることが判明した。

注入管は、下部をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬し、内部の空間を溶鋼流が降下するので、１０００℃以上の高温にさらされる。さらに、タンディッシュ内湯面上のスラグによる浸食を受けるので、主にアルミナ‐グラファイトやマグネシア‐グラファイト等の酸化物‐炭素質系の耐火物から構成されるのが一般的である。

注入管内壁面の溶鋼に浸漬していない部位の表面温度は、前記のように１０００℃以上の高温にさらされるものの、通常、鋼の凝固温度よりも低いので、当該部位に溶鋼が飛散すると、凝固して付着し、その付着地金が次第に成長する。この、いわゆる地金付き現象は、注入管には避けられない問題であった。

そこで、発明者は、注入管内壁面への地金付きを防止する方法について実験と検討を重ねた結果、注入管内壁面の溶鋼に浸漬しない部位の炭素濃度を高めることによって、地金付きを有効に防止できることを見出して、本発明を成した。

すなわち、本発明は、
鋼の連続鋳造プロセスにおいて取鍋からタンディッシュへの注入に用いられる耐火物製の筒状体からなり、当該筒状体の内壁面の溶鋼に浸漬しない部位に内張り層を設けた注入管であって、
前記内張り層は、炭素濃度が７０〜９５質量％であり、残部が、Al ₂ O ₃ ，SiO ₂ ，MgOのセラミックス原料を１種以上含む組成であって、かつ、前記SiO ₂ を１〜２０質量％としたことを最も主要な特徴としている。

上記構成の本発明注入管では、主に、注入管の内壁面の溶鋼に浸漬しない部位に設けた内張り層の炭素が付着した地金中に拡散し、地金の融点を低下させる。地金の融点低下は注入管内壁面に接している場所で局所的にしか生じないが、その結果、付着地金は自重で溶鋼中に落下し、全体的に溶融する。

本発明では、注入管使用上の問題であった内壁面への地金付きが解消されるので、注入管が本来有する溶鋼清浄化効果が遺憾なく発揮されるようになる。

本発明の注入管を取鍋およびタンディッシュと共に表す図である。本発明の実施例Ａを示す注入管を示した図で、（ａ）は正面から見た縦断面図、（ｂ）は平面図である。本発明の実施例Ｂを示す図２と同様の図である。本発明の実施例Ｃを示す図２と同様の図である。本発明の比較例Ｄを示す図２と同様の図である。本発明の比較例Ｅを示す図２と同様の図である。

本発明は、操業阻害や品質悪化を引き起こす注入管内壁面への地金付きを有効に防止するという目的を、注入管内壁面の溶鋼に浸漬しない部位に、炭素濃度が７０〜９５質量％で、残部が、Al ₂ O ₃ ，SiO ₂ ，MgOのセラミックス原料を１種以上含む組成であって、かつ、前記SiO ₂ を１〜２０質量％とした内張り層を設けることで実現した。

以下、図１を用いて本発明を説明した後、実施例及び比較例を使用した場合の効果の差について説明する。

本発明の請求項１は、
鋼の連続鋳造プロセスにおいて取鍋からタンディッシュ２への注入に用いられる耐火物製の筒状体からなり、例えば図１に示すように、当該筒状体の内壁面の溶鋼４に浸漬しない部位に内張り層３ａを設けた注入管３であって、
前記内張り層３ａは、炭素濃度が７０〜９５質量％であり、残部が、Al ₂ O ₃ ，SiO ₂ ，MgOのセラミックス原料を１種以上含む組成であって、かつ、前記SiO ₂ を１〜２０質量％としたことを特徴とするものである。本発明において、筒状体とは、横断面形状が円または楕円のものをいう。

請求項１において、炭素濃度が高い内張り層３ａを溶鋼４に浸漬しない部位に設けるのは、注入管３の内壁面への地金付きは溶鋼４に浸漬する部位には生じないのでその必要がないからである。加えて、溶鋼４に浸漬する部位に炭素濃度が高い部位を設けると炭素が溶鋼中に溶け出して注入管３の内壁面の溶損が進むからである。

炭素濃度が高い内張り層３ａの炭素濃度を５０質量％以上としたのは、炭素濃度が５０質量％未満であると、地金付きの防止効果が低下するからである。一方、炭素濃度が高い内張り層３ａの炭素濃度を９７質量％以下としたのは、内張り層３ａを純粋なカーボンや純粋な黒鉛で構成した場合、酸化防止剤の付着性が悪く、鋳造中に内張り層３ａが酸化損耗してしまうからである。炭素濃度のより好ましい範囲は、７０〜９５質量％である。

本発明では、カーボンや黒鉛の他に、Al₂O₃，SiO₂，MgOのセラミックス原料を１種以上含む組成であって、かつ、前記SiO ₂ を１〜２０質量％とすることによって、酸化防止剤の付着性を改善している。セラミックス原料の、より好ましい含有率は、５〜４０質量％である。

本発明の請求項２は、
前記注入管３は、アルミナ‐グラファイト、マグネシア‐グラファイト、スピネル‐グラファイトの内１種類以上の酸化物‐炭素質系の耐火物から構成されることを特徴とする請求項１に記載の注入管３である。

請求項２において、注入管３を酸化物‐炭素質系の耐火物から構成するのは、注入管３に求められる耐食性や耐熱衝撃性の観点から、酸化物‐炭素質系の耐火物が適しているからである。具体的には、注入管３はタンディッシュ２内のスラグによる浸食を受けるので、炭素含有耐火物が適しているのである。酸化物には、アルミナやアルミナ‐マグネシア系のスピネル、あるいはマグネシアを用いる。

また、筒状体の内径は３００mm未満であると内壁面への地金付きが顕著になって、本発明をもってしても防止が困難になる。また、１２００mmを超えるような大きな内径の注入管３は不要であるばかりか、耐火物コストの無用の上昇を招くので好ましくない。

筒状体の肉厚が２０mm未満では十分な強度が確保できない。また、８０mmを超えるような肉厚は不要であるばかりか、熱衝撃に対する耐性が低下するので好ましくない。

筒状体の長さは、タンディッシュ２の蓋２ａからタンディッシュ２内の湯面までの距離や、タンディッシュ２の蓋２ａから取鍋の下ノズル１までの距離によって増減するが、通常は、５００〜２０００mmの範囲である。

また、炭素濃度が高い内張り層３ａの厚みは、３mm未満では少しの溶損によって効果が損なわれるので好ましくない。また、３０mmを超えるほどの厚みは必要ないばかりか、内張り層３ａを支える注入管３の厚みが過大になる。

また、炭素濃度が高い内張り層３ａの厚みが筒状体の肉厚の５％未満であると注入管３から内張り層３ａが剥離しやすく、８０％を超えると注入管３を形成する耐火物の厚みが不足して注入管３の強度が低下する。なお、図１中の３ｃは注入管３の蓋を、５は例えばArガスの吹き込み管を示す。

以下、本発明の注入管の効果を確認するために、本発明の注入管の実施例（図２〜図４）と、本発明の要件を満たさない比較例（図５，６）を用いて炭素濃度が０．０５〜１．０質量％のアルミキルド溶鋼を連続鋳造した場合の結果について説明する。

下記表１のＡ〜Ｄは本発明の請求項１，２を満たす実施例である。注入管３は、タンディッシュ２の蓋２ａに設けた孔２ａａに挿入し、外径が大きくなったフランジ部３ｂを蓋２ａに引っかけて固定する。

図２に示すＡは、注入管３をアルミナ‐グラファイトで形成し、注入管３の下端から２５０mmよりも上の部分の内壁面全体にカーボン濃度が高い内張り層３ａを配置した実施例である。この実施例Ａの注入管３が用いられる定常鋳造時には、注入管３の下端から１００〜２００mmの間にタンディッシュ２内の湯面があり、カーボン濃度が高い内張り層３ａが溶鋼４中に浸漬することはない。

図３に示すＢは、注入管３をマグネシア‐グラファイトで形成し、注入管３の下端から３００mmよりも上の部分で、注入管３の上端から１００mm下の範囲全体にカーボン濃度が高い内張り層３ａを配置した実施例である。この実施例Ｂの注入管３が用いられる定常鋳造時には、注入管３の下端から１５０〜２５０mmの間にタンディッシュ２内の湯面があり、カーボン濃度が高い内張り層３ａが溶鋼４中に浸漬することはない。

図４に示すＣは、注入管３をスピネル‐グラファイトで形成し、注入管３の下端から２００mmよりも上の部分の内壁面全体にカーボン濃度が高い内張り層３ａを配置した実施例である。この実施例Ｃの注入管３が用いられる定常鋳造時には、注入管３の下端から１００〜１５０mmの間にタンディッシュ２内の湯面があり、カーボン濃度が高い内張り層３ａが溶鋼４中に浸漬することはない。

実施例Ｄは、内張り層の材質を除いて、図２に示す実施例Ａと同じものである。

これらの実施例Ａ〜Ｄは、カーボン濃度が高い内張り層３ａが効果を発揮し、炭素濃度が０．０５〜１．０質量％のアルミキルド溶鋼を１０００〜１５００ton鋳造した後の、注入管３の内壁面への地金付きは、ほとんど生じなかった。

表１の実施例Ｅは本発明の請求項１のみを満たす実施例である。実施例Ｅは注入管の内径、肉厚が大きく請求項２を満たしていないが、その材質は、本体が実施例Ｃ、内張り層が実施例Ｂと同じものであるので、十分な注入管内壁面への地金付き防止効果を有する。

表１のＦおよびＧは、本発明の請求項１の要件を満たさない通常の注入管である。
図５に示す比較例Ｆは、前記実施例Ａと注入管３の形状および材質は同じであるが、カーボン濃度が高い内張り層３ａを有しない通常の注入管である。また、図６に示す比較例Ｇは、実施例Ｂと注入管３の形状および材質は同じであるが、カーボン濃度が高い内張り層３ａを有しない通常の注入管である。

カーボン濃度が高い内張り層３ａを有しない比較例Ｆおよび比較例Ｇは、注入管３の内部で飛散した溶鋼４が内壁面に付着しやすくなる。従って、炭素濃度が０．０５〜１．０質量％のアルミキルド溶鋼を１０００〜１５００ton鋳造した後は、注入管３の内壁面に平均１００mmを超える厚さの地金付きが発生し、注入管３を交換しなければ鋳造の継続が難しい状況となった。

上記試験は、取鍋から注入される溶鋼による注入管内の地金の飛散状況をなるべく同じ条件とするため、タンディッシュ内の溶鋼過熱度を２０〜４０℃、取鍋からの溶鋼流量を３．０〜４．５ton／min、注入管内に吹き込むArガス流量を３０〜６０Nm³／hrの一定の範囲内とした。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

１下ノズル
２タンディッシュ
３注入管
３ａ内張り層
４溶鋼

Claims

鋼の連続鋳造プロセスにおいて取鍋からタンディッシュへの注入に用いられる耐火物製の筒状体からなり、当該筒状体の内壁面の溶鋼に浸漬しない部位に内張り層を設けた注入管であって、
前記内張り層は、炭素濃度が７０〜９５質量％であり、残部が、Al ₂ O ₃ ，SiO ₂ ，MgOのセラミックス原料を１種以上含む組成であって、かつ、前記SiO ₂ を１〜２０質量％としたことを特徴とする注入管。
前記注入管は、アルミナ‐グラファイト、マグネシア‐グラファイト、スピネル‐グラファイトの内１種類以上の酸化物‐炭素質系の耐火物から構成されることを特徴とする請求項１に記載の注入管。