JP6292869B2 - ロングノズルの製造方法 - Google Patents
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Description
(1)溶鋼経路としての内孔を縦方向に有する管状の耐火物構造体からなり、この管状の耐火物構造体の少なくとも溶鋼浸漬部を含む一部又は全部の領域が、内孔に面する内側層及び当該内側層の半径方向外側に隣接する外側層を備えるロングノズルの製造方法において、
前記内側層の、横方向断面における半径方向長さ(以下「厚み」という。)を、その内側層の半径方向外側に隣接する外側層の厚み以下とし、これらの内側層と外側層との間に空間を設け、
前記空間の厚みは、下記の式1及び式2の条件を満たすようにし、
前記空間が設けられた空間領域に、内側層と外側層を連結する柱状の連結部を複数設置することを特徴とするロングノズルの製造方法。
(Ri×αi/100−Ro×αo/100) ≦ St ≦ 2.5 ・・・式1
αo ≦ αi ・・・式2
ここで、前記の式1及び式2中の各記号の意味は次の通りである。
St:空間の厚み(mm)
Ri:内側層の空間側の半径(mm)
αi:目標チャージ数後に対応する内側層の耐火物の1500℃における熱膨張率(%)
Ro:外側層の空間側の半径(mm)
αo:目標チャージ数後に対応する外側層の耐火物の1500℃における熱膨張率(%)
(2)前記連結部を、当該ロングノズルの横方向断面の円周上において連続する最長の領域がその円周上の1/2以下であるように、連続又は分散して設置し、
かつ、前記内側層及び前記外側層の各層表面における前記連結部の合計断面積を、前記各層ごとにその表面積の10%以上60%以下(以下、この面積割合を「連結部面積割合」という。)とする(1)に記載のロングノズルの製造方法。
(3)前記連結部を、前記空間領域を任意の横方向断面において円周方向に少なくとも3以上の同じ形状及び同じ面積の複数領域に分割したときに、いずれの横方向断面においても、その分割領域ごとの連結部面積割合が前記空間領域全体の連結部面積割合と同じとなるように、均等に分散して設置する(1)又は(2)に記載のロングノズルの製造方法。
(4)前記空間領域の横方向断面において、前記内側層及び前記外側層の各層表面と連結されている連結部の円周方向の長さが、それぞれ前記各層表面において全て同一となるようにする(1)〜(3)のいずれかに記載のロングノズルの製造方法。
(5)前記内側層の厚みを、その内側層の半径方向外側に隣接する外側層の厚みの1/2以下とする(1)〜(4)のいずれかに記載のロングノズルの製造方法。
連結部面積割合(%)=(円の合計面積/長方形全体の面積)×100
(Ri×αi/100−Ro×αor/100) ≦ St ≦ 2.5 ・・・式3
αo ≦ αi ・・・式4
ここで、前記の式3及び式4中の各記号の意味は次の通りである。
St:空間の厚み(mm)
Ri:内側層の空間側の半径(mm)
αi:内側層の耐火物の1500℃における熱膨張率(%)
Ro:外側層の空間側の半径(mm)
αor:外側層の耐火物の個別の熱的条件下の温度における熱膨張率(%)
本計算例は、実操業において破壊したロングノズル及びその耐火物を基礎にして、破壊応力と発生応力を計算(シミュレーション)により検証したものである。
・計算セル数:半径方向13分割(内側層2分割、空間1分割、外側層(本体)10分割)、周及びノズル長さ方向それぞれ2分割。13×2×2=52セル
・空間の厚み(St):1mm
この場合、式1によるStは、≧0.93mmである。
・内孔の半径:104mm
・内側層の空間側の半径(Ri):110.5mm
・外側層の空間側の半径(Ro):111.5mm
・外側層の最外面の半径(Ro+外側層厚み):145mm
・内側層の耐火物の1500℃における熱膨張率(αi):1.55%
・外側層の耐火物の1500℃における熱膨張率(αo):0.70%
・連結部面積割合:100%、60%、30%
・耐火物及び層構造:表1に示す。
・連結部の形状:表1に示す。
・連結部の配置:空間領域を任意の横方向断面において円周方向に少なくとも3以上の同じ形状及び同じ面積の複数領域に分割したときに、いずれの横方向断面においても、その分割領域ごとの連結部面積割合が空間領域全体の連結部面積割合と同じとなるように、均等に分散している。
本計算例では、連結部面積割合を100、60、30、20、10%と変化させた場合の発生応力を計算(シミュレーション)した。シミュレーションの条件は、内側層の厚み以外は前記の計算例1と同じである。なお、耐火物及び層構造は表1の通りである。
実施例Aは、本発明のロングノズルについて、連結部面積割合と内側層及び外側層の破壊(亀裂、剥離、その他の損傷形態全てを含む)との関係を、実形状及び実鋳造において評価した。
・空間の厚み(St):1mm
この場合、式1によるStは、≧0.93mmである。
・内孔の半径:104mm
・内側層の空間側の半径(Ri):110.5mm
・外側層の空間側の半径(Ro):111.5mm
・外側層の最外面の半径(Ro+外側層厚み):145mm
・内側層の耐火物の1500℃における熱膨張率(αi):1.55%
・外側層の耐火物の1500℃における熱膨張率(αo):0.70%
・連結部の形状:円形、直径φ40mm
・連結部の配置:空間領域の任意の横方向断面において円周方向に均等に分散している。
試験条件、評価基準及びその方法は次の通りである。すなわち、実形状のロングノズルを用いて、1チャージが約120〜130分間の鋼の連続鋳造にて複数チャージ使用し、使用後に供試料の状態(亀裂の発生有無及び内側層の脱落の発生有無)を確認した。
2 内孔
3 溶鋼浸漬部
4 内側層
5 外側層
6 空間
7 空間領域
8 連結部
Claims (5)
- 溶鋼経路としての内孔を縦方向に有する管状の耐火物構造体からなり、この管状の耐火物構造体の少なくとも溶鋼浸漬部を含む一部又は全部の領域が、内孔に面する内側層及び当該内側層の半径方向外側に隣接する外側層を備えるロングノズルの製造方法において、
前記内側層の、横方向断面における半径方向長さ(以下「厚み」という。)を、その内側層の半径方向外側に隣接する外側層の厚み以下とし、これらの内側層と外側層との間に空間を設け、
前記空間の厚みは、下記の式1及び式2の条件を満たすようにし、
前記空間が設けられた空間領域に、内側層と外側層を連結する柱状の連結部を複数設置することを特徴とするロングノズルの製造方法。
(Ri×αi/100−Ro×αo/100) ≦ St ≦ 2.5 ・・・式1
αo ≦ αi ・・・式2
ここで、前記の式1及び式2中の各記号の意味は次の通りである。
St:空間の厚み(mm)
Ri:内側層の空間側の半径(mm)
αi:目標チャージ数後に対応する内側層の耐火物の1500℃における熱膨張率(%)
Ro:外側層の空間側の半径(mm)
αo:目標チャージ数後に対応する外側層の耐火物の1500℃における熱膨張率(%) - 前記連結部を、当該ロングノズルの横方向断面の円周上において連続する最長の領域がその円周上の1/2以下であるように、連続又は分散して設置し、
かつ、前記内側層及び前記外側層の各層表面における前記連結部の合計断面積を、前記各層ごとにその表面積の10%以上60%以下(以下、この面積割合を「連結部面積割合」という。)とする請求項1に記載のロングノズルの製造方法。 - 前記連結部を、前記空間領域を任意の横方向断面において円周方向に少なくとも3以上の同じ形状及び同じ面積の複数領域に分割したときに、いずれの横方向断面においても、その分割領域ごとの連結部面積割合が前記空間領域全体の連結部面積割合と同じとなるように、均等に分散して設置する請求項1又は2に記載のロングノズルの製造方法。
- 前記空間領域の横方向断面において、前記内側層及び前記外側層の各層表面と連結されている連結部の円周方向の長さが、それぞれ前記各層表面において全て同一となるようにする請求項1〜3のいずれかに記載のロングノズルの製造方法。
- 前記内側層の厚みを、その内側層の半径方向外側に隣接する外側層の厚みの1/2以下とする請求項1〜4のいずれかに記載のロングノズルの製造方法。
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