JP5572266B2 - 冶金容器の底部に配置するためのフロアキャスティングノズル - Google Patents

Description

本発明は、冶金容器の内部におけるまたはベース部（底部）のところにおける構成のための導出ノズルであって、導出ノズルが、上端部を備え、この上端部が、冶金容器に対しての連結のためのものとされ、あるいは、冶金容器のスライドバルブに対しての連結のためのものとされ、導出ノズルが、下端部を備え、流通チャネルが、上端部と下端部との間に配置され、この流通チャネルの下端に、少なくとも１つの導出開口が設けられ、流通チャネルの外向き壁の径方向部分が、気密ケーシング（エンベロープ）によって囲まれている導出ノズルに関するものである。さらに、本発明は、底部に配置された導出ノズルの動作のための技術に関するものである。

特にスチールの融解時には、結局のところ、液体金属が、冶金容器からキャスティングモールド内へと注入される。そのような冶金容器は、特に、キャスティングレードルとすることができる、あるいは、いわゆるタンディッシュ（いわゆる中間容器）とすることができる。液体金属は、レードルからタンディッシュ内へと注入され、タンディッシュから標準的なキャスティング装置のキャスティングモールド内へと注入される。その際、液体金属は、導出ノズルを通して流れる。導出ノズルは、レードルのベースのところに位置している、あるいは、タンディッシュのベースのところに位置している。

材料が流れつつも、導出ノズルの壁に対して材料が付着して集積してしまうことは、不利である。それにより、開口の断面積が低減してしまい、流れ特性が、したがって、スチールの品質が、特に乱流によって、悪影響を受けてしまう。集積した材料は、剥離し得るものであり、これにより、詰まりを引き起こす。このことも、スチールの品質に影響を及ぼす。

壁に対しての材料の付着を防止するために、多くの場合、アルゴン等の希ガスが、貫通チャネル内へと供給される。多すぎる量のガスも、また、例えばスチール内における中空空間の形成によって、スチールの品質に悪影響を及ぼす。これにより、スチールが圧延される際に、表面上に損傷が引き起こされる。

導出ノズルのための材料は、例えば特許文献１に開示されている。冶金容器内の導出ノズルは、特許文献２または特許文献３に開示されている。特許文献３においては、希ガスの使用は、導出ノズルの内壁に対しての材料の付着（いわゆる、閉塞）の低減を目的としている。同様のことは、特許文献４に開示されている。ガス供給制御のための機構は、特許文献５により、比較的詳細に公知である。特許文献６においては、窒素が供給される。特許文献７には、導出ノズルに沿って直列に配置された複数の温度センサを使用して、材料の付着を観測する技術が開示されている。導出ノズルの内部スペース内への希ガスの供給は、さらに、特許文献８〜１１により公知である。

それら特許文献のうちのいくつかにより、また、希ガスの供給に加えて、導出ノズルの一部の周囲にケーシングを設置することにより、酸素の流入を防止することが公知である。ある程度において、例えば特許文献６においては、そのようなケーシングの内部に、希ガスの高圧が生成される。酸素の流入を防止するために、特許文献１２においては、導出ノズルのスライドゲートの周囲にケーシングを設けることが開示されている。上記の特許文献により、導出ノズルに沿っての溶融金属の流れは、スライドゲートによって制御される。スライドゲートは、溶融金属の流れ方向に対して垂直なものであり、よって、導出ノズルを閉塞することができる。流れを制御するための他の方法は、例えば特許文献１３から公知なように、いわゆるストッパロッドである。

導出ノズルのバルブの周囲に追加的なケーシングを設けることは、特許文献１４に開示されている。ケーシング内のガスは、真空ポンプによる真空吸引によって抽出される。特許文献１５には、同様のケーシングが開示されている。この場合、他の特許文献の場合と同様に、ケーシング内に非酸化性雰囲気が生成される。ケーシングは、開口を特徴としており、この開口を通して、希ガスを供給することができる。さらなる構成においては、特許文献１６により公知なように、ガスは、導出ノズルを部分的に囲んでいるケーシングから、真空吸引によって抽出される。これにより、ケーシングの内部に真空が形成される。

さらなる導出ノズルは、例えば、特許文献１７により公知である。特許文献１７においては、希ガスの制御された供給によって、あるいは、導出ノズルのコーティング面積の全体のほぼ完全なシールによって、および、導出ノズルの壁を通してスチール融液内への酸素の流入を防止することによって、付着という問題点を回避する試みがなされている。

国際公開第２００４／０３５２４９号パンフレット 韓国特許出願公開第２００３−００１７１５４号明細書 米国特許出願公開第２００３／０１１６８９３号明細書 特開平２−１８７２３９ 国際公開第０１／５６７２５号パンフレット 特開平８−２９０２５０ 特開平３−１９３２５０ 特開２００２−２１０５４５ 特開昭６１−２０６５５９ 特開昭５８−０６１９５４ 特開平７−２９０４２２ 特開平１１−１７００３３ 特開２００２−１４３９９４ 韓国特許出願公開第１０２００３００５４７６９号明細書 特開平４−２７００４２ 特開昭６１−００３６５３ ドイツ国特許文献第１０ ２００４ ０５７３８１号明細書

本発明の目的は、技術をさらに改良することによって、金属融液あるいは凝固金属の品質に影響を与えることなく単純で信頼性高い態様でもって、導出デバイスのノズル内における材料の付着を最小化することである。

上記の目的は、独立請求項の特徴点によって解決される。好ましい様々な実施形態は、従属請求項に記載されている。

驚くべきことに、冶金容器のベース部（底部）のところにおける構成のための導出ノズルであって、導出ノズルが、上端部を備え、この上端部が、冶金容器に対しての連結のためのものとされ、あるいは、冶金容器のスライドバルブに対しての連結のためのものとされ、導出ノズルが、下端部を備え、流通チャネルが、上端部と下端部との間に配置され、この流通チャネルの下端に、少なくとも１つの導出開口が設けられ、流通チャネルの外向き壁（耐熱性）の径方向部分が、気密ケーシング（エンベロープ）によって囲まれており、このような導出ノズルが、導出ノズルの周縁がすなわち流通チャネルの外向き壁の径方向部分が気密性ケーシングによって囲まれているだけでなく、導出ノズルの気密ケーシングが、少なくとも１つの導出開口を含めて下端部を囲んでいることによって、得られることが見出された。気密という用語は、漏れが絶対的に無いというよりも、雰囲気の酸素や窒素といったようなガスの侵入が防止されるものとして、理解されたい。

当業者であれば、導出ノズルと、スライドゲートバルブ（あるいは、ストッパロッド閉塞部材）と、ケーシングによって囲まれていてスライドバルブの上方において冶金容器のベース部に配置された上側ノズルと、が気密的に連結されていること、および、それにより、完全にシールされたノズル構成からなるシステムを提供することは、容易に理解されるであろう。本発明による導出ノズルの動作のための方法は、例えば上述したような本発明による導出ノズルを使用するものであり、導出ノズルを、冶金容器のスライドゲート（バルブ）のところにあるいはストッパロッド閉塞部材のところに配置し、スライドゲートバルブあるいはストッパロッド閉塞部材の開放前に、導出ノズル内に、真空を形成し、あるいは、過剰の希ガスによって希ガスによるフラッシュを行い、あるいは、高圧を形成し、その後に、スライドゲートバルブあるいはストッパロッド閉塞部材を開放する、ことを特徴としている。

希ガスとして、アルゴンが、好ましくは使用される。これにより、導出ノズルから、酸素が少なくとも部分的に除去される。これにより、酸素欠乏または小さな酸素分圧が得られる。気密ケーシングの領域全体内において、高圧あるいは真空（低圧）が形成される。したがって、「導出ノズル」という用語は、ケーシング（エンベロープ）内のあるいは外壁内のスペースを意味しており、導出チャネル全体の内容積とポアとを有している。

スチール融液の導出前には、流通チャネル内に、低圧または高圧が形成される。導出ノズル内へのあるいは流通チャネル内へのスチール融液の導入時には、スライドバルブあるいはストッパロッド閉塞部材の開放後に、ケーシングが、少なくとも１つの導出開口の領域においてスチール融液と接触した際に、融解する。これにより、スチール融液が、直下に配置された容器内へと流れることができる。開放後には、導出ノズルは、真空状態としたり、希ガスを充填したり、することができる。

あるタイプの導出ノズルは、当業者に公知なように、いわゆるサブマージ型の導出ノズルとされ、いわゆるＳＥＮ（Submerged Entry Nozzle）あるいはＳＥＳ（Submerged Entry Shroud）とされる。導出ノズルの下端は、隣接する冶金容器の内部のスチール融液内に浸漬される。これにより、ケーシングは、液体スチールとの接触時に融解する。これにより、自由な流通が可能となる。

気密ケーシングが、互いに気密的に連結され互いに重ね合わせて配置された複数のケーシング部材を備えていることが有利である。気密ケーシングは、好ましくは、スチール等の金属から形成され、これにより、気密ケーシングは、十分な耐熱性を有しつつも、スチール融液に対しての接触時には融解する。ケーシングをなす金属は、融液受領容器の内部において金属によって融解される態様に依存する。

気密ケーシングが、スチールから形成された下側ケーシング部材を備え、この下側ケーシング部材が、少なくとも１つの導出開口を含めて下端部を気密的に囲んでおり、下側ケーシング部材の上方には、壁に対しての一体部材として構成された気密ケーシング部分が配置されていることが有利である。これにより、導出開口は、ある種のキャップによってによって包囲されており、上方に配置された導出ノズルの周縁壁は、気密層を有している、特に、気密表面を有している。気密層または気密表面は、本発明においては、ケーシングの一部と見なすことができる。

気密ケーシングが、スチールから形成された下側ケーシング部材を備え、この下側ケーシング部材が、少なくとも１つの導出開口を含めて下端部に対して気密的なものとされ、下側ケーシング部材の上方には、壁に対しての一体部材として構成された気密ケーシング部分が配置され、導出開口が、ある種のプラグによって閉塞され、導出ノズルの外周縁が、プラグも含めて、気密層を有している、特に、気密表面を有している。気密層または気密表面は、本発明においては、プラグも含めて、ケーシングの一部と見なすことができる。

さらに、当業者に公知の紙コーティングといったような分割（分離）材料からなる層が設置されることが有利である。これにより、浸されることとなる金属ケーシングの領域の表面に典型的に存在するスラグまたはスコリアの付着を防止することができる。これにより、キャスティング融液を加速することができる。

気密ケーシングの内部に、ゲッタ材料が配置されることが適切である。ゲッタ材料は、好ましくは、シリコンと、カルシウムと、チタニウムと、アルミニウムと、マグネシウムと、ジルコニウムと、からなるグループの中から選択される。これにより、ケーシング内に残存する酸素と結合することができる。

壁の耐火材料は、２〜１３％という小さな空隙率を有することができ、好ましくは、１０％よりも小さな空隙率を有することができる。そのような材料は、例えばカーボンを含浸させたアルミニウム−グラファイト材料は、本発明においては、十分な不透過性（シール性）を生成することができる。標準的な耐火性材料は、１６％よりも大きな多孔性を有している。

さらに、流通チャネルの内部に、熱源が配置されていることが有利である。これにより、使用前に、導出ノズルを予熱することができ、これにより、温度ショックを阻止することができるあるいは最小化することができる。

好ましくは、紙といったような分割（分離）材料からなる層が、導出ノズルの外表面の周囲に配置される。さらに、壁の外表面が、気密ケーシングの内方において、壁の上端部のところに、絶縁性セメントシールによって囲まれており、セメントシールが、好ましくは、注ぎ可能な耐熱性セメントを有し、好ましくは、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と、アルミニウム−シリケートと、マグネシア（ＭｇＯ）と、からなるグループの中から選択された少なくとも１つの材料を有していることが有利である。さらに、壁の外表面が、気密ケーシングの内方において、壁の下端部のところに、隔離材料によって囲まれており、隔離材料が、とりわけ、セラミック紙またはセラミックファイバ製の編込ファイバとされていることが、好ましい。絶縁材料は、セメントシールの直下に配置することができる。

また、気密ケーシングの内方には、とりわけ気密ケーシングと壁との間には、導出ノズルの長手方向に、ガスチャネルが配置されていることが好ましい。

本発明においては、導出ノズルと一緒に使用するためのスライドバルブは、とりわけ上述したような導出ノズルと一緒に使用するためのスライドバルブは、気密性の外側ケーシングを具備し、このケーシングが、少なくとも１つのガス導入口と、少なくとも１つのガス導出口と、を有していることを特徴としている。少なくとも１つのガス導入口を使用することにより、アルゴン等の希ガスをケーシング内に導入することができ、少なくとも１つのガス導出口を使用することにより、ケーシング内に真空を形成することができる。

本発明による方法においては、有利には、スライドゲートバルブあるいはストッパロッド閉塞部材の開放の後に、
ａ）開放の前に減圧（負圧）が存在する場合には、希ガスによる高圧を形成する、あるいは、
ｂ）開放の前に高圧（過剰圧力）が存在する場合には、減圧を形成する。

減圧が、１〜１０１３ｍｂａｒとされ、特に、１５０〜１０１３ｍｂａｒとされ、高圧が、１０１３〜１０５０ｍｂａｒあるいはそれ以上とされ、すなわち、大気圧よりも大きな圧力とされることが、特に有利である。

特に、キャスティングレードルの導出ノズルのところにおいては、まず最初に、真空（減圧）を形成することができ、その後に、開放後に、希ガスの高圧力を形成することができる。タンディッシュの導出ノズルのところにおいては、まず最初に、希ガスの高圧力を形成することができ、その後に、開放後に、真空を形成することができる。

以下においては、添付図面を参照して、本発明について例示する。

タンディッシュのための導出ノズルを示す図である。 タンディッシュのための他の導出ノズルを示す図である。 タンディッシュのための導出ノズルの第３変形例を示す図である。 キャスティングレードルのための導出ノズルを示す図である。 キャスティングレードルのための他の導出ノズルを示す図である。 タンディッシュのところにおける導出ノズルの構成を示す図である。 キャスティングレードルのところにおける導出ノズルの構成を示す図である。

図１に示す導出ノズルは、流通チャネル１を特徴としており、流通チャネル１には、複数の横方向導出開口２が設けられている。流通チャネル１の壁３は、全体的に、アルミナとグラファイトとの混合物から形成されている。流通チャネル１の上端部には、スライドゲートバルブに対しての位置合わせのための取付スリーブ４が設けられている。スライドゲートバルブは、完全にシールされたシステムのための主要部を構成している。壁３の外周縁は、上端部においては、絶縁セメントシール５によって囲まれている。壁３の外周縁は、上端部よりも下方においては、例えばセラミック紙やセラミックファイバ製のファイバマットといったような絶縁材料６によって囲まれている。セメントシール５および絶縁材料６の外面上には、気密ケーシング７が設けられている。気密ケーシング７は、取付スリーブ４のところまで、希ガス（アルゴン）の供給のために設けられた開口８だけを除いて、導出ノズルの全体を包囲している。希ガスは、フラッシュ操作のために、気密ケーシング７と絶縁材料６との間のギャップ内へと、供給することができる。ジルコニウム−グラファイト製のいわゆるスコリアベルト（スコリア層）９が、導出開口２の上方に設けられている。導出開口２は、ケーシング７によって閉塞されている。

同様の導出ノズルが、図２に示されている。図２の導出ノズルは、例えばスチールから形成されたキャップ１０を特徴としている。キャップ１０は、下端部に設けられており、導出開口２を閉塞している。壁３の外表面は、キャップ１０の少なくとも上方においては、気密とされている。これにより、ケーシングの気密部分を形成している。キャップ１０の外表面に沿って、例えば紙といったような個別材料からなる層１０’が設けられている。この分割層１０’は、導出ノズルの外表面の全体を覆うこともできる。

図３は、図１と同様の構成を示している。図３においては、壁３内のスリット２７が、開口８に対して連結されている。スリット２７により、アルゴンを、壁内へと供給することができ、アルゴンによる高圧を得ることができる。

キャスティングレードルのための導出ノズル（図４）は、原理的には、同様の構成とされている。しかしながら、図４の導出ノズルは、直線的な流通チャネル１’と、下端部において中央に配置された導出開口２’と、を特徴としている。同様の構成が、図５に示されている。図５においては、導出開口２’は、気密プラグ２８によって閉塞されており、壁３の外表面の少なくとも一部は、気密なものとされている。プラグ２８は、冶金容器内において溶融金属の影響によって、溶融したり、燃焼したり、あるいは、溶解したり、することができる。これにより、導出開口２’を開放することができる。プラグ２８は、例えばスチールやステンレススチールや銅といったような金属から形成することができる。

図６においては、タンディッシュ１２のところにおける下側ノズル１１としての導出ノズルの構成が示されている。タンディッシュ１２は、タンディッシュ壁１４を保護するための複数層ライニング１３を特徴としている。上側ノズル１５が、タンディッシュ１２のベース部に配置されている。上側ノズル１５には、複数の電極１６が嵌め込まれており、上側ノズル１５の外周縁２９は、気密とされている。上端部のところにおいては、上側ノズル１５は、保護のために、壁ノズル１７によって囲まれている。上側ノズル１５の底面のところにおいては、タンディッシュ１２のベース部の下方において、スライドゲートバルブ１８が配置されている。スライドゲートバルブ１８は、気密スライドケーシング１９によって囲まれている。ケーシング１９は、上端部においては、上側ノズル１５の外面２９に対して気密的に連結されており、下端部においては、気密ケーシング７に対して気密的に連結されている。スライドケーシング１９の内部には、希ガスのための導出口２０と、真空ポンプのための排気口２１と、が設けられている。

図７は、キャスティングレードル２２のところと、その直下に配置されたタンディッシュ１２のところと、における導出ノズルの構成を示している。タンディッシュは、導出開口２３に加えて、いわゆる衝撃パッド２４を備えている。衝撃パッド２４は、スチール融液を機械的に安定化させるためのものであり、それにより、大きな乱流の発生を防止することができる。キャスティングレードル開口（スライドバルブ）２５のところには、図４の導出ノズルが配置されている。図７においては、図示の簡略化のために、希ガスのための導出口の図示と、真空吸引ポンプのための連結構成の図示とは、省略されている。当業者には、キャスティングレードルからタンディッシュ内へとならびにそれらからキャスティングモールド内へと金属融液を通過させるための本発明の上記の様々な一般的構成が、同様であり、共通の構成および機能を特徴としていることは、明らかである。キャスティングレードル２２自体は、内部に沿っての複数層ライニング２６を特徴としている。

キャスティングプロセスの開始前には、スライドバルブ２５が閉塞されており、キャスティングレードルの流通チャネル１’（図４）内には、真空が形成されている。これにより、すべての酸素が除去されている。よって、真空は、導出ノズルの壁内において、流通チャネル１’内に形成されている。よって、流通チャネル１’を囲んでいる内壁と、外側ケーシングと、スライドバルブ２５の内部と、の間において、減圧（真空）が形成されている。流通チャネル１’内におけるスチール融液の流通時には、気密ケーシング７が、スチール融液に対して接触した際に、導出開口２’の領域において融解される。これにより、スチール融液は、隣接した容器（タンディッシュ１２）内へと流れることができる。減圧は、一例においては、７００〜８００ｍｂａｒの範囲内へと制御され、その後の高圧は、１５００ｍｂａｒという最大値へと調節された。

タンディッシュからの導出のところにも、導出ノズルが配置される。初期的には、１５００ｍｂａｒという最大値のアルゴン圧力を有した高圧は、導出ノズルの内部に生成される。流通チャネル１内におけるスチール融液の流通時には、気密ケーシング７が、導出開口２の領域において融解される。これにより、スチール融液は、隣接した容器内へと流れることができる。ガスは、導出ノズルから真空吸引され、これにより、真空が形成される。

１ 流通チャネル
１’ 流通チャネル
２ 導出開口
２’ 導出開口
３ 壁
５ 絶縁セメントシール
６ 絶縁材料
７ 気密ケーシング
８ 開口
１０ キャップ
１０’ 分割層
１１ 下側ノズル
１２ タンディッシュ
１３ 複数層ライニング
１５ 上側ノズル
１８ スライドゲートバルブ
１９ 気密スライドケーシング
２０ 導出口
２１ 排気口
２２ キャスティングレードル
２７ スリット
２８ 気密プラグ

Claims (13)

1. 導出ノズルと、スライドゲートバルブあるいはストッパロッド閉塞部材と、ケーシングによって囲まれていて前記スライドバルブの上方に配置された上側ノズルと、を有する冶金容器のベース部のところに配置するためのノズル構成であって、
   前記導出ノズルが、上端部と、下端部と、を備え、
   流通チャネル（１）が、前記上端部と前記下端部との間に配置され、
   この流通チャネルの下端に、少なくとも１つの導出開口（２）が設けられ、
   前記流通チャネル（１）の外向き壁（３）の径方向部分が、気密ケーシング（７）によって囲まれており、
   このようなノズル構成において、
   前記気密ケーシング（７）が、前記少なくとも１つの導出開口を含めて前記下端部を気密的に囲んでおり、これにより、前記導出ノズルが前記冶金容器の底部内にあるいは底部のところに配置されたときには、前記気密ケーシング（７）の全体内において、高圧または減圧が得られるようになっており、
   前記気密ケーシングが、スチール融液に対しての接触時には融解するものとされていることを特徴とするノズル構成。
2. 請求項１記載のノズル構成において、
   前記気密ケーシングが、互いに気密的に連結された複数のケーシング部材を備えていることを特徴とするノズル構成。
3. 請求項１または２記載のノズル構成において、
   前記気密ケーシング（７）が、金属から形成されていることを特徴とするノズル構成。
4. 請求項２記載のノズル構成において、
   前記気密ケーシング（７）が、スチールから形成された下側ケーシング部材を備え、
   この下側ケーシング部材が、前記少なくとも１つの導出開口（２）を含めて前記下端部を気密的に囲んでおり、
   前記下側ケーシング部材の上方には、前記壁に対しての一体部材として構成された気密ケーシング部分が配置されていることを特徴とするノズル構成。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のノズル構成において、
   前記流通チャネル（１）の内部に、熱源が配置されていることを特徴とするノズル構成。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のノズル構成において、
   分割材料からなる層が、前記導出ノズルの外表面の周囲に配置されていることを特徴とするノズル構成。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のノズル構成において、
   前記壁の外表面が、前記気密ケーシング（７）の内方において、前記壁の上端部のところに、絶縁性セメントシールによって囲まれていることを特徴とするノズル構成。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のノズル構成において、
   前記壁の外表面が、前記気密ケーシングの内方において、前記壁の下端部のところに、隔離材料によって囲まれていることを特徴とするノズル構成。
9. 請求項７または８記載のノズル構成において、
   絶縁材料が、前記セメントシール（５）の直下に配置されていることを特徴とするノズル構成。
10. 請求項１〜９のいずれか１項に記載のノズル構成において、
    前記気密ケーシング（７）の内方には、前記導出ノズルの長手方向に、ガスチャネル（２７）が配置されていることを特徴とするノズル構成。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載されたノズル構成の動作のための方法であって、
    前記スライドゲートバルブあるいは前記ストッパロッド閉塞部材の開放前に、前記導出ノズルの内部に、真空を形成し、あるいは、過剰の希ガスによって希ガスによるフラッシュを行い、あるいは、高圧を形成し、
    その後に、前記スライドゲートバルブあるいは前記ストッパロッド閉塞部材を開放する、ことを特徴とする方法。
12. 請求項１１記載の方法において、
    前記スライドゲートバルブあるいは前記ストッパロッド閉塞部材の開放の後に、
    ａ）前記開放の前に減圧が存在する場合には、希ガスによる高圧を形成する、あるいは、
    ｂ）前記開放の前に高圧が存在する場合には、減圧を形成する、
    ことを特徴とする方法。
13. 請求項１１または１２記載の方法において、
    前記減圧が、１〜１０１３ｍｂａｒとされることを特徴とする方法。

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