JP5523067B2 - タンディッシュ上部ノズル - Google Patents
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Description
本発明は、タンディッシュ底部に装着されるタンディッシュスライディングノズル装置の上部ノズルに関する。
連続鋳造において、溶湯をタンディッシュからモールドに注入する際に、従来から図２に示すようなスライディングノズル装置が用いられている。図示のように、この装置は、タンディッシュの底部に、上部ノズル１０が装着された固定盤２０を設け、この固定盤２０の下面を、コレクターノズル２１および浸漬ノズル２２が接続された摺動盤２３をスライドさせてモールドへの溶鋼量をコントロールするようになっている。
ところで、このような装置では、Al2O3などの介在物の析出によるノズル閉塞防止対策として、従来から上部ノズルによるガスバブリングが広く実施されている。そして、このノズル閉塞の防止を有効に行うためには、導入するガスを有効に溶鋼流中に吹き分ける必要があり、そこで近年、上部ノズルは図２に示されるような、その本体が鉄皮１２bで上下に区分けされ、その区分けされた上部側と下部側との双方のポーラス質耐火物１１a、１１bにそれぞれ別個にガス導入管１４が連結される、いわゆる２段式上部ノズルが汎用されてきている。これによれば、摺動盤２３の絞り部により近い部位からガス吹き込みができるとともに、モールド内溶鋼流の状況に応じて、ガス吹き込み量を上下で独立に調整でき、ガスバブリングが極めて有効に行えるものとなる。
しかし、上述した従来のいわゆる２段式上部ノズルは、ガス吹き込み量の調整を行えるものであるが、本体上部側のガス吹き込みに着目すると、ポーラス質耐火物面より均一なガス吐出が行われず、その結果Al2O 3 などの介在物を除去することができず、やはりノズル閉塞防止が有効に図れないものとなっていた。
そこで、ノズル閉塞防止を有効に行わせるために、図３に示すような上部側と下部側のポーラス質耐火物１１a、１１bの間に緻密質耐火物１３bを介装させた上部ノズル１０Aが開発された（特許文献１参照。）。
図示のように、この上部ノズル１０Aは、本体外周部が外周鉄皮１２aで包囲される。また、その内部が仕切り鉄皮１２bで上下に区分けされるとともに、区分けされた本体の上部側と下部側との双方のポーラス質耐火物１１a、１１bにそれぞれ別個にガス導入管１４a、１４bがガスプール１５を介して連結されており、いわゆる２段式上部ノズルとなっている。
しかし、上述した従来の改良型２段式上部ノズル１０Aでも、ポーラス質耐火物１１aと緻密質耐火物１３bとの間及び緻密質耐火物１３bとポーラス質耐火物１１bとの間の気密性がなく、ガス導入管１４aから導入されたガスがポーラス質耐火物１１bに漏れ出したり、ガス導入管１４bから導入されたガスがポーラス質耐火物１１aに漏れ出したりしてしまう。その結果、上段のポーラス質耐火物１１a及び或いは下段のポーラス質耐火物１１bへのガス供給が不完全になり、ノズル閉塞防止が有効に行われなくなる。
本発明は、以上のような従来技術の問題点に鑑み創案されたもので、上段のポーラス質耐火物及び下段のポーラス質耐火物へのガス供給を独立して行えるタンディッシュ上部ノズルを提供しようとするものである。
上記の課題を解決するためになされた本発明のタンディッシュ上部ノズルは、相対的に上側に配置され溶湯が通過する通路にガスを吹き込む筒状上段ポーラス耐火物と、前記上段ポーラス耐火物よりも相対的に下側に配置され溶湯が通過する通路にガスを吹き込む筒状下段ポーラス耐火物と、前記上段ポーラス耐火物と前記下段ポーラス耐火物との間に介装される筒状緻密質耐火物と、前記上段ポーラス耐火物に吹込ガスを供給する上段ガス導入通路と、前記下段ポーラス耐火物に吹込ガスを供給する下段ガス導入通路と、前記上段ポーラス耐火物、前記緻密質耐火物及び前記下段ポーラス耐火物の外周面を包囲する金属皮体と、を具備するタンディッシュ上部ノズルにおいて、前記上段ポーラス耐火物と前記下段ポーラス耐火物との間でかつ前記金属皮体の内側に、前記筒状緻密質耐火物の上段部と下段部となる筒状上段緻密質耐火物と、筒状下段緻密質耐火物と、前記上段緻密質耐火物と前記下段緻密質耐火物との間に填装されている耐熱シール材からなるガスシール層と、前記筒状上段緻密質耐火物と前記筒状下段緻密質耐火物及び前記ガスシール層を包囲する内側金属皮体と、が介装されていることを特徴とするタンディッシュ上部ノズルである。
上段ポーラス耐火物と下段ポーラス耐火物との間における吹き込みガスの透過を抑制するガスシール層を備えているので、上段ガス導入通路から導入された吹込みガスが下段ポーラス耐火物に漏れ出したり、下段ガス導入通路から導入された吹込みガスが上段ポーラス耐火物に漏れ出したりすることが抑制される。その結果、上段ポーラス耐火物及び下段ポーラス耐火物へのガス供給を独立して行うことができる。
上段ガス導入通路から導入された吹込みガスが下段ポーラス耐火物に漏れ出したり、下段ガス導入通路から導入された吹込みガスが上段ポーラス耐火物に漏れ出したりすることが益々抑制される。
また、前記耐熱シール材が焼成により体積が増大する組成を有するとよい（請求項２）。
使用中に高温になってもガスシール層からガスが漏れ出し難くなる。
また、前記耐熱シール材は、少なくともアルミナを含有し、更にシリカ及び或いはマグネシアを含有するとよい（請求項３）。
シリカとアルミナが反応してムライトを及び或いはマグネシアとアルミナが反応してスピネルを、生成する。これらの反応によって生成されたムライト及び或いはスピネルは反応前の材料より体積が膨張（例えば、５０％）するので、使用中に高温になってもガスシール層からガスが漏れ出し難くなる。
上段ポーラス耐火物と下段ポーラス耐火物との間における吹き込みガスの透過を抑制するガスシール層を備えているので、上段ガス導入通路から導入された吹込みガスが下段ポーラス耐火物に漏れ出したり、下段ガス導入通路から導入された吹込みガスが上段ポーラス耐火物に漏れ出したりすることが抑制される。その結果、上段ポーラス耐火物及び下段ポーラス耐火物へのガス供給を独立して行うことができる。
本発明の実施形態を図１を参照して詳しく説明する。
本発明のタンディッシュ上部ノズルは、相対的に上側に配置されたガス透過性を有する筒状上段ポーラス耐火物１と、上段ポーラス耐火物１よりも相対的に下側に配置されたガス透過性を有する筒状下段ポーラス耐火物２と、上段ポーラス耐火物１と下段ポーラス耐火物２との間に介装される筒状緻密質耐火物３と、上段ポーラス耐火物１に吹込ガスを供給する上段ガス導入通路としての上段ガス導入パイプ４と、下段ポーラス耐火物２に吹込ガスを供給する下段ガス導入通路としての下段ガス導入パイプ５と、上段ポーラス耐火物１、緻密質耐火物３及び下段ポーラス耐火物２の外周面を包囲して保持する金属皮体としての筒形状をなす外側鉄皮６と、を備えており、上下方向にのびる溶湯通過用の通路７を形成している。なお、１６は、上段ポーラス耐火物１の上方に積層された補助緻密質耐火物である。
緻密質耐火物３は、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとに分割され、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間には耐熱シール材が填装されてガスシール層８を形成している。
上段緻密質耐火物３a、下段緻密質耐火物３b及び下段ポーラス耐火物２の外周面には焼嵌めされた鉄皮（内側金属皮体）９を備え、この部分は二重鉄皮になっている。鉄皮６と鉄皮９との間にはモルタル１７が介装されている。
上段ガス導入パイプ４は、先端部４aが緻密質耐火物３内において上向きになるように導入され、ガスプール１８を介して上段ポーラス耐火物１に連通している。パイプ４と接する鉄皮６及び緻密質耐火物３との間には、ガスシール層８と同じ耐熱シール材が填装されており（不図示）、パイプ４の外側を通ってガスが漏れ出せないようになっている。
下段ガス導入パイプ５は、先端部５aが横向きになるように導入され、ガスプール１９を介して下段ポーラス耐火物２に連通している。
上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２は、ガスを透過できる多数の連通細孔を有し、同系材料で形成されている。材料としては、例えば、アルミナ系、マグネシア系、ジルコニア系等を例示できる。
緻密質耐火物３と補助緻密質耐火物１６とは、焼成された耐火物で形成されており、不焼成のキャスタブル層とは異なり、気孔率が極めて低く、ガス透過性が小さく、高い緻密性及び高い強度を有する。すなわち、緻密質耐火物３は、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２よりもガス透過性が小さく緻密性を有する。
ガスシール層８を形成する耐熱シール材は、少なくともアルミナ（Al2O3）を含有し、更にシリカ（SiO2）及び或いはマグネシア（MgO）を含有することが好ましい。
また、耐熱シール材は、質量比でSiO2及び或いはMgOよりも多くのAl2O3を含有することがより好ましい。
例えば、SiO2と、SiO2より多くのAl2O3を含む材料を水で練って、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間に填装して作製した上部ノズルを連続鋳造に使用すると、溶湯からの受熱で（１）式のような反応が起こる。
２SiO2＋３Al2O3→３Al2O3・２SiO2 （１）
生成される３Al2O3・２SiO2（ムライト）は、気孔が閉じられ且つ体積が反応前より膨張（例えば、約５０％）する。
生成される３Al2O3・２SiO2（ムライト）は、気孔が閉じられ且つ体積が反応前より膨張（例えば、約５０％）する。
SiO2とAl2O3の粒径が小さい程、（１）式の反応が起こりやすいので、SiO2、MgO、Al2O3の粒径は小さい方がよい。粒径は、１００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下、１０μｍ以下が更に好ましく、１μｍ以下が特に好ましい。
耐熱シール材の組成は、SiO2及び或いはMgOが５〜５０質量％で、残りがAl2O3であると、体積膨張の点で好ましい。さらに、SiO2及び或いはMgOが１０〜２０質量％で、残りがAl2O3であると、特に好ましい。
次に、本実施形態のタンディッシュ上部ノズルを連続鋳造に使用する際のガスの流れについて説明する。
使用の際には、取鍋から移し替えられたタンディッシュ内の溶鋼等の溶湯は連鋳機に向けて流れるが、溶湯は、通路７内を下方（図１に示す矢印A1方向）に向けて流れる。この場合、ガス源から上段ガス導入パイプ４、下段ガス導入パイプ５にガスが供給される。上段ガス導入パイプ４に供給されたガスは、ガスプール１８を介して上段ポーラス耐火物１のポーラス部分に供給され、上段ポーラス耐火物１の内周面から通路７内に向けて（矢印B1方向に）吹き出される。これによりノズル上部へのアルミナの付着が抑制される。下段ガス供給パイプ５に供給されたガスは、ガスプール１９を介して下段ポーラス耐火物２のポーラス部分に供給され、下段ポーラス耐火物２の内周面から通路７内に向けて（矢印C1方向に）吹き出される。これによりタンディッシュスライディングノズル装置の摺動盤、コレクターノズル、浸漬ノズルへのアルミナの付着が抑制される。
緻密質耐火物３は、不焼成のキャスタブルと異なり、焼成された緻密な焼成耐火物で形成されているためガス透過性が小さいが、僅かながらガスが透過する。すなわち、上段ポーラス耐火物１に供給されたガスの一部が上段緻密質耐火物３a内を透過して下段緻密質耐火物３bに漏れ出そうとする。同様に、下段ポーラス耐火物２に供給されたガスの一部が下段緻密質耐火物３b内を透過して上段緻密質耐火物３aに漏れ出そうとする。しかし、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間にガスシール層８を備えているので、上段緻密質耐火物３aから下段緻密質耐火物３bへの漏れ出しがブロックされ、且つ下段緻密質耐火物３bから上段緻密質耐火物３aへの漏れ出しがブロックされる。したがって、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２へのガス供給を独立して行うことができる。
また、ガスシール層８を形成する耐熱シール材が、焼成により体積が増大して上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間に隙間を生じさせ難い組成を有しているので、使用中に高温になってもガスシール層８からガスが漏れ出し難くなる。
また、上段緻密質耐火物３a、下段緻密質耐火物３b及び下段ポーラス耐火物２の外周面を包囲する焼き嵌め金属皮体９を備えており、ガスシール層８の外周縁部が金属皮体９の内周壁に当接しているので、上段緻密質耐火物３a、下段緻密質耐火物３b及び下段ポーラス耐火物２の外周に沿ってガスが流れることが抑制される。したがって、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２へのガス供給を一層独立して行うことができる。
また、パイプ４と接する鉄皮６及び緻密質耐火物３との間には、ガスシール層８と同じ耐熱シール材が填装されており（不図示）、パイプ４の外側を通ってガスが漏れ出せないようになっている。したがって、上段ポーラス耐火物１及び下段ポーラス耐火物２へのガス供給を一層独立して行うことができる。
また、上段緻密質耐火物３aと下段緻密質耐火物３bとの間に耐熱シール材が填装されてガスシール層８を形成するので、上段ポーラス耐火物１と上段緻密質耐火物３aからなる上段部と下段ポーラス耐火物２と下段緻密質耐火物３bとからなる下段部とを耐熱シール材で接着して組み立てることができる。
１・・・・・・上段ポーラス耐火物
２・・・・・・下段ポーラス耐火物
３・・・・・・緻密質耐火物
３a・・・・上段緻密質耐火物
３b・・・・下段緻密質耐火物
４・・・・・・上段ガス導入通路
５・・・・・・下段ガス導入通路
６・・・・・・金属皮体
７・・・・・・通路
８・・・・・・ガスシール層
９・・・・・・内側金属皮体
２・・・・・・下段ポーラス耐火物
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７・・・・・・通路
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Claims (3)
- 相対的に上側に配置され溶湯が通過する通路にガスを吹き込む筒状上段ポーラス耐火物と、前記上段ポーラス耐火物よりも相対的に下側に配置され溶湯が通過する通路にガスを吹き込む筒状下段ポーラス耐火物と、前記上段ポーラス耐火物と前記下段ポーラス耐火物との間に介装される筒状緻密質耐火物と、前記上段ポーラス耐火物に吹込ガスを供給する上段ガス導入通路と、前記下段ポーラス耐火物に吹込ガスを供給する下段ガス導入通路と、前記上段ポーラス耐火物、前記緻密質耐火物及び前記下段ポーラス耐火物の外周面を包囲する金属皮体と、を具備するタンディッシュ上部ノズルにおいて、
前記上段ポーラス耐火物と前記下段ポーラス耐火物との間でかつ前記金属皮体の内側に、前記筒状緻密質耐火物の上段部及び下段部となる筒状上段緻密質耐火物と、筒状下段緻密質耐火物と、前記上段緻密質耐火物と前記下段緻密質耐火物との間に填装されている耐熱シール材からなるガスシール層と、前記筒状上段緻密質耐火物と前記筒状下段緻密質耐火物及び前記ガスシール層を包囲する内側金属皮体と、が介装されていることを特徴とするタンディッシュ上部ノズル。 - 前記耐熱シール材は、焼成により体積が増大する組成を有する請求項１に記載のタンディッシュ上部ノズル。
- 前記耐熱シール材は、少なくともアルミナを含有し、更にシリカ及び或いはマグネシアを含有する請求項１または２に記載のタンディッシュ上部ノズル。
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