JP5861847B2

JP5861847B2 - 連続鋳造装置の上ノズルおよびそれを用いた入り込み抑制方法。

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Publication number: JP5861847B2
Application number: JP2014014056A
Authority: JP
Inventors: 義文重田; 山本　幸男; 幸男山本; 佐伯　恒信; 恒信佐伯; 堅二山本; 克則織田
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2014-01-29
Filing date: 2014-01-29
Publication date: 2016-02-16
Anticipated expiration: 2034-01-29
Also published as: JP2015139806A

Description

本発明は、連続鋳造装置の上ノズルとそれを用いた入り込み防止方法に関する。

図１は、溶融金属の連続鋳造装置において、溶鋼取鍋等の溶鋼容器から、上ノズルを介して溶鋼を導出する部分を示す断面図である。

溶融金属の連続鋳造装置において、溶鋼取鍋等の溶鋼容器からの溶鋼流は、上ノズル２を介してスライディングノズル装置６に導かれ、更に下ノズル９を介してモールド等に導かれる。

前記ノズル２の上部外周はテーパ状に先細りの形状をした接続部２０を形成しており、他方、溶鋼容器の羽口耐火物１の溶鋼の流出孔の内周は、前記上ノズル２の先細りの形状に符合する先広がりの形状をした受け口１０を形成しており、両者は耐火モルタル（以下、単に“モルタル”）等の接合材を介して接続されている。溶鋼容器の鉄皮１１の下側には、スライディングノズル装置６のベースプレート１２が配置され、上記羽口耐火物１にセットされた上ノズル２の下端面２１はベースプレート１２の下面（すなわち上プレート７の上面）と符合する位置にセットされる。尚、上ノズル２とスライディングノズル装置６のベースプレート１２とは、モルタル、あるいは特殊な耐熱性パッキング材などを介して接続される。

前記上ノズル２の羽口耐火物１へのセットにおいて、もし、上ノズル２が適正位置より上方にセットされた（入り込んだ）場合、上ノズル２の下端面２１とスライディングノズル装置６の上プレート７の上面との間に隙間が空き、そこから溶融金属が洩れたり、ガスを吸気して溶融金属を酸化させたりする問題が生じる。逆に、上ノズル２が適正位置より下側にセットされると、スライディングノズル装置６の上プレートをセットできなくなる。

また、上ノズル２がモルタル３を介して羽口耐火物１にセットされる場合、一般的には、溶融金属容器を横に倒し、上ノズル２の接続部２０の外周面と羽口耐火物１の受け口１０の内面のいずれかにモルタル３を塗布し、取りつけ装置を用いて、あるいは人の手によって水平方向に挿入する。

その際、モルタル量が少ない場合、十分なモルタル３の厚さが確保できず、上ノズル２は適正位置より溶融容器内側、つまり使用状態では上側、にセットされることになる。また、モルタル３が上ノズル２と羽口耐火物１の間の接合部分に十分に行き渡らず、そこから地金差しなどが起こりやすくなるという問題があった。また、上ノズル２の自重によって、上ノズル２は下に押し付けられるため、周方向でのモルタル３の厚さが均一にならないなどの問題が併せて発生する。

実開平５−７８３６４号特開平９−２７６９９７号

上記の課題の対策として、実開平５−７８３６４号公報（特許文献１）には、上ノズル２の外周にノズルセンタ調整用の耐火物製、あるいは金属製の突起、あるいはスペーサ金具を配する技術が開示されている。しかし、この構成では、使用に際して、前記突起あるいはスペーサとして使用した金属部分が先に溶融し、十分な耐用性を得ることができなかった。

また、特開平９−２７６９９７号公報（特許文献２）には、上ノズル２の外周に複数の段差や複数の凸ディンプルを設けた構造が紹介されている。この構成では、耐用性の低下という問題は発生しないものの、複数の段差やディンプルを作ることは容易でなく、さらに簡便な方法が求められていた。

更に、上ノズル２を図２に示すように適正位置にセットしたとしても、連続使用すると、加熱、冷却の繰り返しによって上ノズル２と羽口耐火物１の間のモルタル３の厚さが減少し、注入終了後に残存する地金の収縮などの影響によって、上ノズル２は収縮分だけ上側に引き上げられる、つまり、容器内側に入り込むという問題も併せて発生する。

この結果、図３（円内は部分拡大図）に示すように、スライディングノズル装置６の上プレート７と上ノズル２との間に隙間ができる、上ノズル２の「入り込み」と称する現象が発生する。前記の隙間ができると、その部分に地金差しなどが起こるため、操業上は好ましくない。この原因は、図４（円内は部分拡大図）に示すとおり、モルタル３が収縮した結果、モルタル３は羽口耐火物１に付着して、上ノズル２から剥離することによる。

前記入り込みは、特許文献１や特許文献２では考慮されておらず、これらの方法によっても防ぐことはできなかった。

本発明は、上記従来の事情に鑑みて提案されたものであって、連続鋳造装置を連続使用した際の前記入り込みを抑制するための上ノズルと、当該上ノズルを用いた入り込み抑制方法を提供することを目的とするものである。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用している。
すなわち、溶鋼容器から、スライディングノズル装置に溶鋼を導く連続鋳造装置の上ノズルにおいて、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、クロミアから選ばれる単体またはその２種以上からなる化合物からなる粒径０．３〜２．５ｍｍの耐火性粒子の１重量部と、０．５〜４重量部の塗料との混合物であって、上記耐火性粒子を０．１〜１．０ｋｇ／ｍ² 取り込んだ上記混合物の固化物を外周面に備える。

また、前記の上ノズルの外周に所定厚のモルタルを塗布して羽口耐火物の受け口にセットして入り込みを抑制する方法である。

上記構成に塗料で上ノズルにある程度の力で接合された耐火性粒子がアンカーとなりモルタルの収縮が小さくなり、また、耐火性粒子の存在によって、モルタルの可縮幅が制限されることで、溶融金属容器内側への上ノズルの入り込みを抑制することができる。

連続鋳造装置に上ノズルをセットした状態を示す図。図１の拡大図。入り込み量を説明する図。入り込み発生時の上ノズルと羽口耐火物の接続部の状態示す図。本発明による上ノズル、及び、その表面状態の図。本発明による上ノズルを羽口耐火物にセットした図。

図５は、本発明が適用された上ノズルの断面図であり、円内はその部分拡大図である。上ノズル２の前記接続部２０の外周に粒径０．３〜２．５ｍｍの耐火性粒子４を分散させた塗料が塗布され、固化させる。更に、図６に示すように、前記のようにして得られた上ノズル２の前記接続部２０の外周に所定厚のモルタル３を塗布し、羽口耐火物１の受け口１０にセットする。これによって、注入用ノズルとして使用した際の、溶融金属容器内側への上ノズル２の入り込みを抑制することができる。

前記溶融金属容器内側への上ノズル２の入り込みを抑制するメカニズムは必ずしも明らかでないが、以下の２つの態様が考えられる。

一つの態様は、耐火性粒子４のアンカー効果である。羽口耐火物１と上ノズル２との間に塗布されたモルタル３は、上ノズル２及び羽口耐火物１との結合がある程度しっかりしていた場合、加熱の際の熱膨張によって圧縮応力を受けて縮まろうとするが、冷却時には熱収縮による引っ張り応力を受けるため、当該圧縮応力と引っ張り応力がバランスして収縮はほとんど起こらない。しかし、上ノズル２とモルタル３との接合が図4に示すように剥がれた場合、加熱による圧縮応力しか働かずに、収縮が連続して起こり、収縮が拡大することになる。

それに対し本発明の場合、塗料３によって耐火性粒子４と上ノズル２とがある程度の強さの結合力を維持する。さらに、適度な大きさの耐火性粒子４を存在させることで、図6に示すように耐火性粒子４の周囲にモルタル３が回り込んで、当該耐火性粒子４を包み込んだ状態を形成し、アンカー効果を生む。当該アンカー効果によってモルタル３を上ノズル２の外周面に繋ぎ止める。これによって、収縮による引っ張り応力に耐える力が維持され、その結果、モルタル３の収縮が実質的に抑制されるのである。

前記塗料としては、有機系の塗料あるいは、無機系の塗料を使用することができる。有機塗料を使用した場合、成分の有機物が加熱により分解されることになるが、カーボン等が残留し、当該残留したカーボン等によってアンカー効果が得られるものと考えられる。

他の一つの態様は、耐火性粒子４の存在によって、モルタル３の可縮幅が制限されることである。モルタル３は微粉で構成されており、加熱によって一定の割合で収縮する。上ノズル２と羽口耐火物１の間に塗布されたモルタル３も同様に溶鋼の注入中の加熱によって一定の割合収縮する。耐火性粒子４が介在しない場合は、モルタル３が収縮すると、注入終了後に残存する地金の収縮などの影響によって、上ノズル２はモルタル３の収縮分だけ上側に引き上げられる「入り込み」が発生する。入り込む量は、収縮量に比例し、収縮量は、モルタル３の目地厚に比例することになる。

それに対し、適切な大きさの耐火性粒子４を上ノズル２の接続部２０の外周面に配することで、その粒子の厚さ分では、モルタル３の収縮が抑制されることになり、モルタル３の全体としての収縮量は小さくなり、その結果、入り込みが抑制される。

本発明における耐火性粒子４の材質は、耐火性に優れるものであれば特には規定されないが、たとえば、アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、クロミアから選ばれる単体またはその２種以上からなる化合物などが使用できる。また、羽口耐火物１、上ノズル２の材質と反応の起こりにくい材質とすることがより好ましい。

耐火性粒子４の粒径は、０．３〜２．５ｍｍとすることが好ましい。０．３ｍｍ未満では、耐火性粒子４の背面側（上ノズル２の接続部２０の外周面に接している側）にモルタル３が回り込まずにアンカー効果は十分には働かず、上ノズル２の入り込み防止効果が十分には発揮されない。２．５ｍｍより大きいと、上ノズル２を羽口耐火物１にセットする際、モルタル３を塗布し難くなり、また、大きい粒子によって局部的に応力がかかって上ノズル２に亀裂が入ったりするため好ましくない。より望ましくは、０．５〜２．０ｍｍである。

耐火性粒子４の粒径はある程度粒度分布を持ってもかまわないが、０．３ｍｍ以下の粒子は、本発明の効果に影響をほとんど及ぼさない。一方、２．５ｍｍより大きい粒子はノズル亀裂の原因になるため含有することは好ましくない。実施に際しては、適当な篩を用いることによって粒径を篩目間に抑えるなどの方法を採用することが望ましい。

本発明に用いる塗料には、無機塗料、有機塗料、及びそのハイブリッド塗料が使用できる。無機塗料の例としては、水ガラス、シリカゾル、アルカリシリケート、アルミナゾル、燐酸系などがある。また、有機塗料としては、アクリル樹脂、ウレタン樹脂、メラミン樹脂、エポキシ樹脂、フッ素樹脂、シリコン樹脂、アクリルシリコン樹脂、アクリルウレタン樹脂、セルロース、乾性油、酢酸ビニルなどが利用できる。有機塗料は、加熱によって分解するが、本発明の様な用途では完全に分解消失するわけではなく、一部は炭化などして残留し、前記したアンカー効果を発揮する。ハイブリッド塗料としては、シロキサンと有機高分子を結合させたものなどがあり、それらを使用してもよい。

それらの塗料は、気硬性であることが簡便で望ましいが、加熱・乾燥などによって硬化するものであっても何ら問題はない。

耐火性粒子４と塗料との混合方法は特には規定されず、各種の方法を利用できる。例えば、適当な容器に耐火性粒子４と塗料とを入れ、匙などで手練りしてもよいし、また、後述する塗布用の刷毛で練り込むことも可能である。さらには、機械的なミキサーで混合してもさしつかえない。また、吹き付け機を用いて、装置内で混合するなどの手段を用いてもさしつかえない。

耐火性粒子４と塗料との混合比は、耐火性粒子４の１重量部に対し、塗料を０．５〜4重量部とすることが好ましい。塗料の量が０．５重量部より少ない場合、上ノズル２の外周面に塗布しづらくなるため好ましくない。また、４重量部より多いと、塗料が流下するようになるため好ましくない。より望ましくは、０．８〜３重量部である。

塗布量は、塗布される単位面積当たりの耐火粒子量によって規定でき、０．１〜１．０ｋｇ／ｍ^２とすることが好ましい。塗布量が０．１ｋｇ／ｍ^２未満であると、上ノズル２の入り込み抑制効果が十分ではない。塗布量が、１．０ｋｇ／ｍ^２より多いと、耐火性粒子４の表面における分布密度が多くなりすぎるため、アンカー効果が十分には働かなくなり、入り込み抑制効果が十分でなくなるので好ましくない。より好ましくは、０．２〜０．８ｋｇ／ｍ^２である。

塗布方法は特には制限されず、各種の方法が利用できる。例えば、刷毛塗り、ローラー塗布、吹き付けなどが利用できる。

耐火性粒子４を分散させた塗料を上ノズル２の外周面に塗布後、塗料を固化させる。気硬性の塗布剤であれば、室温で一定時間保持するだけで、塗料は固化する。熱硬化性の塗料の場合、適当な温度に加熱する。水ガラスなどの潮解性のある塗布剤を使用した場合には、潮解性を防止するため加熱する。

塗料が固化することで塗膜５が形成され、図５に示すように、前記塗膜５の中に所定の大きさの耐火性粒子４が取り込まれて表面に付着し、耐火性粒子４が上ノズル２の外周面からその粒径分だけ飛び出たような形態となる。

前記塗膜５の強度は、強いことが好ましいが、耐火性粒子４の分散した状態の上ノズル２を羽口耐火物１にモルタル３を介してセットする際に、前記耐火性粒子４が脱落しない程度の強度は最低限必要である。耐火性粒子４を固着させる強度を大きくしようとすると、塗膜５の厚さを多くする必要があるが、塗膜５の厚さが大きくなりすぎると耐火性粒子４が脱落しやすくなるため、塗膜５の厚さを必要以上に厚くする必要はない。塗膜５の厚さは0.03〜0.5mm程度が好ましい。

上ノズル２を羽口耐火物１にセットする方法は特には限定されない。本発明による上ノズル２の外周面にモルタル３を塗り、人の手によって、あるいは適当なノズルセット装置を用いて、羽口耐火物１にセットする。モルタル３の厚さは、通常、３〜５ｍｍ程度であるが、本発明の場合も前記、通常の厚さとすることで、効果を十分に発揮することができる。

＜実施例および比較例＞
実施例を表１に、比較例を表２に示す。

耐火性粒子４として電融ブラウンアルミナを、JIS Z 8801-1による篩を用いて粒度分けしたものを用いた。塗料には、アクリル樹脂系の水性塗料を用いた。

アルミナ粒と塗料をそれぞれ秤量して金属製のボールにいれ、スパチュラで混合し、耐火性粒子４を塗料中に分散させた。その粒子を分散させた塗料を、刷毛に取り、上ノズル２の外周面に塗布した。塗布状況を観察して、良好なら○、若干問題があるが塗布できれば△、塗布できなければ×と判定した。塗料とアルミナ粒の混合比が、０．５〜４重量部の範囲外の本願発明品６と本願発明品１１が△となっている。

塗布後、１２時間以上、自然乾燥させて、塗料を固化させた。

また、入り込み量の測定は以下のように行った。８５トン溶鋼取り鍋の下部に設置された羽口耐火物１に、上記塗料を塗布した上ノズル２を、目地厚４ｍｍとして図２に示すようにセットした。使用したモルタル３は、アルミナ含有量８５質量%のハイアルミナモルタルであった。その後、１４〜１７チャージ溶鋼取鍋を使用した後、スライディングノズル装置６の交換に併せて、上ノズル２の入り込み量を測定した。測定は、図３に示す寸法L、すなわち、入り込みで形成されたスライディングノズル装置６の上プレート７の上面と当該上ノズル２の下端面２１との間の距離を測定した。これを複数チャンス行い、５ないし7回の平均値を求めた。表１，２の値はこのように求めたものである。

本発明品では、いずれも、入り込み量が著しく低減されていることが解る。

アルミナ粒の粒径と入り込み量との関係では、本願発明品１に示すように、粒径の小さいほど入り込み量が多くなることが理解でき、粒径が０．５〜２．０ｍｍの範囲（本発明品２〜４）では入り込み量が抑制されていることが確認できる。また、塗布量と入り込み量との関係では、０．１ｋｇ／ｍ^２では４ｍｍ（本願発明品１２）、１．０ｋｇ／ｍ^２では３．５ｍｍ（本願発明品１５）と多少大きくなり、その中間域（０．２〜０．８ｋｇ／ｍ^２、本願発明品１３、１４）では非常に小さい値となっていることが確認できた。

それに対し、比較例１は塗布を全く行わない、従来方式の場合であるが、入り込み量は平均５．５mmと大きな値を示した。比較例２は、耐火性粒子４を含まない有機塗料のみを塗布した場合を示すが、この場合、効果は全くない。比較例３は、０．０９５〜０．１２５mmの粒子を含む場合であるが、若干の効果は認められるものの十分な効果とは言えない。比較例４は、２．８〜３．５５mmの耐火性粒子４を含む場合であるが、上ノズル２に亀裂が入っており、危うく漏鋼事故に繋がるところであったので、計測数値はない。

本発明によって、上ノズルと羽口耐火物の接続に際して、連続使用した際の上ノズルの入り込みを抑制することができる。

以上説明したように、本発明は、上ノズルの入り込みを抑制することができるので、連続鋳造装置の寿命を延ばすことができ、窯業分野への利用が大いに期待できる。

１．羽口耐火物
２．上ノズル
３．モルタル
４．耐火性粒子
５．塗膜
６．スライディングノズル装置
７．上プレート７
８．下プレート
９．下ノズル
１０．受け口
１２．ベースプレート
１１．鉄皮
２０．接続部
L．入り込み深さ

Claims

溶鋼容器から、スライディングノズル装置に溶鋼を導く連続鋳造装置の上ノズルにおいて、
アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、クロミアから選ばれる単体またはその２種以上からなる化合物からなる粒径０．３〜２．５ｍｍの耐火性粒子の１重量部と、０．５〜４重量部の塗料との混合物であって、
上記耐火性粒子を０．１〜１．０ｋｇ／ｍ² 取り込んだ上記混合物の固化物を外周面に備えたことを特徴とする上ノズル。
溶鋼容器から、スライディングノズル装置に溶鋼を導く連続鋳造装置に上ノズルを用いた入り込み抑制方法において、
アルミナ、シリカ、マグネシア、ジルコニア、クロミアから選ばれる単体またはその２種以上からなる化合物からなる粒径０．３〜２．５ｍｍの耐火性粒子の１重量部を、０．５〜４重量部の塗料に分散させ、上記耐火性粒子の量が０．１〜１．０ｋｇ／ｍ²となるように外周面に塗布、固化した上ノズルをモルタルを介して羽口耐火物にセットすることを特徴とする入り込み抑制方法。