JP6695731B2 - 下部ノズル - Google Patents

Description

本発明は溶鋼排出用の下部ノズルに関する。

取鍋からタンディッシュや鋳型への溶鋼の注湯においては，取鍋底部に溶鋼流量制御機能を備えたスライディングノズル装置を設置し，その下方（下流）にいわゆる下部ノズルを設置して，排出される溶鋼の整流化を行っている。

この下部ノズルを取鍋からの溶鋼の最終放出口とする方法の一つとして，例えば連続鋳造操業において，取鍋底部とタンディッシュとの間に，下部ノズルを包含する程度に径の大きい注湯管を設置し，下部ノズルから排出される溶鋼の酸化等を保護する方法がある。しかし，この方法では，下部ノズル下端での溶鋼の拡散が大きくなって，注湯管内壁にスプラッシュによる地金等の付着ないしは閉塞が生じると，鋳造の操業の支障となる。特にスライディングノズル装置のプレートの摺動によりノズル孔径を絞る場合や，下部ノズルの下端部が損傷するとその拡散程度も大きくなる。また，下部ノズルを取鍋からの溶鋼の最終放出口とする方法には，取鍋からインゴット成形用の鋳型に直接注湯する方法もあるが，この方法においても溶鋼の拡散が操業の支障又はインゴット品質の低下の原因になる。

前述の下部ノズルを取鍋からの溶鋼の最終放出口とする方法以外に，下部ノズルとタンディッシュ内の鋼浴の間にいわゆるロングノズルと称される長尺の管状ノズルで溶鋼の通過経路を密閉して，溶鋼を保護する方法がある。このロングノズルを使用する方法においても，下部ノズルとロングノズルの接合部付近での溶鋼の拡散がノズル閉塞や接合部付近の破壊等の原因になり，操業の支障又は鋼品質の低下の原因になる。

このような溶鋼の拡散抑制のため，例えば特許文献１には，内部に円筒形状の第１内管部が形成されている上部ノズルに対して，上方部分，下方部分の２つの部分からなり，前記上方部分の内部に円筒形状の第２内管部が形成され，前記下方部分の内部に，前記第２内管部より小口径で先端に向かって先細りの第３内管部が形成されている下部ノズルが着脱可能に装着されており，前記第３内管部の少なくとも前記第２内管部につながる領域が，該第３内管部内方に膨らむ湾曲内面に構成され，前記下部ノズルには，前記第３内管部の少なくとも内面を構成する内挿体が設けられ，該内挿体がジルコニア質材であることを特徴とする鋳造用交換ノズルが提案されている。なお，この特許文献１の上部ノズルには，その下端側にジルコニア質のリング状の内管下端部が装着されて前記第１内管部を形成することも提案されている。

また，特許文献２には，溶鋼を通過させる複数の貫通孔を備えた整流部材が筒状部の内部に設けられた浸漬ノズルを介して，鋳型内に前記溶鋼を注湯する連続鋳造方法が提案されている。

特開２０００−６１６２０号公報 特開２００４−３０６１１８号公報

本発明が解決しようとする課題は，取鍋の溶鋼流量制御用スライディングノズル装置のプレートの下流側に設置される下部ノズルからの溶鋼の拡散を抑制することにある。さらには，下部ノズルの長時間使用時にも拡散抑制効果を持続させることにある。ひいては，前述した注湯管やロングノズル内壁への地金等の付着ないしは閉塞を抑制することにある。

本発明の要旨は，次の１〜４の下部ノズルである。
１．取鍋の溶鋼流量制御用スライディングノズル装置のプレートの下流側に設置される下部ノズルであって，
前記下部ノズルの内孔を円周方向に分割した一の領域のみの内孔面に，前記内孔の下方向に向かって内側方向に傾斜する面を備えており，
前記の傾斜する面は，前記スライディングノズル装置の摺動時に前記プレートのノズル孔を開放するための摺動方向側に形成されており，
前記下部ノズルの内孔下端の横方向断面積Ａ_Ｌが前記下部ノズルの内孔上端の横方向断面積Ａ_Ｕより小さいことを特徴とする，下部ノズル。
２．前記内孔下端の横方向断面積Ａ_Ｌの前記内孔上端の横方向断面積Ａ_Ｕに対する比（Ａ_Ｌ／Ａ_Ｕ）が０．５以上０．９以下である，前記１に記載の下部ノズル。
３．前記下部ノズルの内孔上端から内孔下端の間のいずれかの部分又は全体における前記内孔は，前記プレートの摺動方向に対し直角方向の長さＤ_２の，前記プレートの摺動方向の長さＤ_１に対する比（Ｄ_２／Ｄ_１）が１．１以上２．０以下である，前記１又は前記２に記載の下部ノズル。
４．前記下部ノズルの一部又は全部が不定形耐火物により構成されている，前記１から前記３のいずれか一項に記載の下部ノズル。

本発明によれば，取鍋の溶鋼流量制御用スライディングノズル装置のプレートの下流側に設置される下部ノズルからの溶鋼の拡散を抑制することができる。これにより，下部ノズル下端付近の損傷をも抑制することができ，長時間使用時にも拡散抑制効果を持続させることができる。ひいては，注湯管やロングノズル内壁への地金等の付着ないしは閉塞を抑制することができる。

本発明の下部ノズルの一例のイメージ図で，内孔を縦方向に分割した一部（上方）に傾斜面を備え，前記傾斜面は内孔の円周方向の全部である場合である。 本発明の下部ノズルの一例のイメージ図で，内孔を円周方向に分割した一部で，かつ内孔を縦方向に分割した一部（図１よりさらに上方）に傾斜面を備える場合である。 本発明の下部ノズルの一例のイメージ図で，内孔を円周方向に分割した一部で，かつその部分の内孔縦方向全部に傾斜面を備える場合である。 図３の内孔に傾斜面を備えた下部ノズルを下端側から観たイメージ図である。 本発明の下部ノズルにおいて，少なくとも内孔面や内孔面下端付近に，他の耐火物又はその外周の耐火物とは異なる材質の耐火物（例えば耐酸化性，耐熱衝撃性及びＦｅＯに対する耐食性，難付着性等が優れている耐火物）を設置した例を示すイメージ図である。 従来技術の下部ノズルの一例（内孔はほぼ円筒状である場合）を示すイメージ図である。 下部ノズルから注湯管内に注湯する場合の溶鋼流動，拡散等のイメージ図である。 従来技術の下部ノズル内の溶鋼流動状態を示すイメージ図である。 本発明の図３の下部ノズル内の溶鋼流動状態を示すイメージ図である。 実施例の実験での溶鋼拡散評価を行う部分を示すイメージ図で，（ａ）は溶鋼流の拡散程度の評価基準Ｗ，（ｂ）は溶鋼流の芯ズレの評価基準Ｘを示す。 Ｄ_１，Ｄ_２を示すイメージ図である。

下部ノズルから流出する溶鋼の拡散は，溶鋼流量制御のための，スライディングノズル装置のプレート（以下単に「プレート」という。）の摺動によるノズル径の絞りによって，プレートのノズル孔の全断面積よりも小さな断面積でプレートから溶鋼が吐出することによって生じる。すなわち，ノズル孔径を絞ったプレートから吐出した溶鋼は，例えば図７に実線矢印で示すように複雑かつ偏った速度（速さと方向の要素）となって下部ノズル１０の内孔の一部に衝突し，複雑に速度を変えながら落下する。この複雑な速度で下部ノズル下端から開放された溶鋼流は，その下方部分で有する速度に応じた方向に拡散する。

本発明は，下部ノズル内孔での溶鋼流の挙動，速度をできるだけ均一化することで，下部ノズル下端から放出される溶鋼流の拡散を抑制する。このために本発明の下部ノズルは，下部ノズルの内孔下端の横方向断面積Ａ_Ｌが下部ノズルの内孔上端の横方向断面積Ａ_Ｕより小さいことを特徴とする。

このように内孔の横方向断面積を下方向に縮小すると，下方に進むほど溶鋼流速の均一性が高まり，その下端からの溶鋼の拡散が抑制される。

前記内孔下端の横方向断面積Ａ_Ｌの前記内孔上端の横方向断面積Ａ_Ｕに対する比（Ａ_Ｌ／Ａ_Ｕ）は，０．５以上０．９以下であると溶鋼拡散を抑制する効果が高くなり，好ましい。このＡ_Ｌ／Ａ_Ｕの調整は，下方向に向かって内側方向に傾斜する面（傾斜面）を内孔（内孔壁）の一部又は全部に備えることで，内孔の断面積を漸次又は断続的に縮小することにより行うことが好ましい。

この傾斜面は，縦方向断面において直線，曲線のいずれでもよく、内孔を縦方向に分割した一又は複数の領域，又は，内孔を円周方向に分割した一又は複数の領域に，一又は複数箇所存在する形状とすることができる。また，この傾斜面は，内孔の上端部の中心を下方に貫く中心線に対し，軸対称又は異なる角度を備えた複数面からなる非軸対称であってもよい。言い換えると，内孔の形状は真円の円錐状であってもよく，多様な径の楕円の集合であっても，一部に曲面を含む多角形でもよい。

例えば、図１の下部ノズルは，内孔３を縦方向に分割した一部（上方）に傾斜面４を備え，傾斜面４は内孔の円周方向の全部である場合である。図２の下部ノズルは，内孔を円周方向に分割した一部で，かつ内孔を縦方向に分割した一部（図１よりさらに上方）に傾斜面４を備える場合である。図３の下部ノズルは，内孔を円周方向に分割した一部で，かつその部分の内孔縦方向全部に傾斜面４を備える場合である。

また，本発明の下部ノズルにおいて，プレートの摺動方向に対し直角方向の内孔長さＤ_２の，プレートの摺動方向の内孔長さＤ_１に対する比（Ｄ_２／Ｄ_１）は１．１以上２．０以下であることが好ましい（Ｄ_１，Ｄ_２については図１１参照）。すなわちこれは，下部ノズルの内孔の横方向断面が，プレートの摺動方向が短辺，摺動方向に直角な方向が長辺の扁平状であることを意味する。この扁平状の内孔形状は，楕円，角が曲面である矩形等，任意の形状でよい。角に屈曲部があると，その部分で溶鋼の拡散が生じやすくなるので，角は曲面からなることが好ましい。

前述の扁平状の内孔形状で（Ｄ_２／Ｄ_１）比を１．１以上２．０以下にするのは，溶鋼の速度の分布がプレートの摺動方向側の位置で大きく変化するからであり，摺動方向側の傾斜程度を摺動方向に直角な方向での傾斜の程度よりも大きくすることで，下部ノズル下端における拡散をより抑制することができる。

（Ｄ_２／Ｄ_１）比が１．１未満であると円に近くなって，扁平状の形状にすることによる整流効果が実質的に得られず，（Ｄ_２／Ｄ_１）比が２．０を超えると，プレートの幅，及びスライディングノズル装置の許容限界長さを超えることとなり，現実的ではない。

なお、本発明の下部ノズルでは，その内孔上端から内孔下端の間の全体において，前述の扁平状の内孔形状とすることが最も好ましいが，下部ノズルの内孔上端から内孔下端の間の一部において，前述の扁平状の内孔形状とするだけでも一定の整流効果は得られる。

本発明の下部ノズルの一部又は全部は，不定形耐火物により構成されていてもよい。本発明では，内孔が複雑な形状になる場合があり，その形状によっては生産性の低下等が生じやすくなる。これに対して，下部ノズルの一部又は全部を不定形耐火物により構成するようにすれば，不定形耐火物，特にその流し込み成形等により，より形状の自由度が高まるのに加え，製造もしやすくなる。

また，例えば図５に示すように，下部ノズルの内孔面の一部又は全部を難付着性の耐火物（図５中の内孔面又は内孔面下端の異材質部分５）により構成すると，溶鋼中のアルミナを主とする非金属介在物の内孔への付着ないしは閉塞を防止することができる。難付着性の耐火物としては，アルミナとの反応性が高い例えばＣａＯを含有する耐火物，ガラス成分やフッ素成分を含有して耐火物自体が徐々に溶融する組織を含む耐火物等，浸漬ノズル内孔用に一般に使用される耐火物を使用することができる。

[実施例Ａ]
実施例Ａは，下部ノズルの内孔下端の横方向断面積Ａ_Ｌの内孔上端の横方向断面積Ａ_Ｕに対する比（Ａ_Ｌ／Ａ_Ｕ）が溶鋼流の拡散及び芯ズレの程度に及ぼす影響を確認した水モデル実験結果である。この実験では，下部ノズルの全長は２９０ｍｍ，前記（Ｈ／Ｌ_１）比を３．６とし，Ｄ_２／Ｄ_１比は１．０（円形）とした。下部ノズルの内孔は図３の構造とした。

溶鋼流の拡散の評価は，図１０（ａ）に示すＷで評価し，従来技術（内孔が円筒状，図６参照）の典型例である比較例１のＷを基準とした。芯ズレは，溶鋼流の横方法の中心がノズルの縦方向中心からずれる場合のそのズレの程度であって，図１０（ｂ）に示すＺで評価した。本発明の拡散抑制の効果は，前記Ｗと前記Ｘとの合計で評価し，従来技術（比較例１）に対する改善有無及び程度で評価した。

表１にその構成と結果を示す。

Ａ_Ｌ＜Ａ_Ｕの実施例１〜実施例５では、拡散抑制の効果が得られることがわかる。また拡散抑制の効果は，（Ａ_Ｌ／Ａ_Ｕ）比が０．５〜０．９の範囲がより顕著で好ましいことがわかる。

なお，図８には，従来技術（比較例１）の下部ノズル内の溶鋼流動状態（イメージ）を示し、図９には，本発明の図３の下部ノズル内の溶鋼流動状態（イメージ）を示している。

[実施例Ｂ]
実施例Ｂは，下部ノズル下端面のＤ_２／Ｄ_１比を変化させて，拡散抑制の効果を水モデル実験により調査した例である。Ｄ_２／Ｄ_１比以外は実施例Ａと同じ条件である。

表２にその構成と結果を示す。

Ｄ_２／Ｄ_１比がいずれの場合も前記比較例１に対し顕著な拡散抑制の効果が得られることがわかる。しかし，Ｄ_２／Ｄ_１比が２．３の場合は１．０の場合（実施例３）に比較して拡散及び芯ズレが大きくなる傾向があり，Ｄ_２／Ｄ_１比は１．１〜２．０の範囲が好ましいことがわかる。

１ 下部ノズルの内孔上端（この断面積がＡ_ｕである。）
２ 下部ノズルの内孔下端（この断面積がＡ_Ｌである。）
３ 内孔
４ 内孔の傾斜面
５ 内孔面又は内孔面下端の異材質部分
６ 下部ノズルの内孔下端から拡散した溶鋼流
１０ 下部ノズル
２０ 注湯管
３０ スライディングノズル装置のプレート

Claims (4)

1. 取鍋の溶鋼流量制御用スライディングノズル装置のプレートの下流側に設置される下部ノズルであって，
   前記下部ノズルの内孔を円周方向に分割した一の領域のみの内孔面に，前記内孔の下方向に向かって内側方向に傾斜する面を備えており，
   前記の傾斜する面は，前記スライディングノズル装置の摺動時に前記プレートのノズル孔を開放するための摺動方向側に形成されており，
   前記下部ノズルの内孔下端の横方向断面積Ａ_Ｌが前記下部ノズルの内孔上端の横方向断面積Ａ_Ｕより小さいことを特徴とする，下部ノズル。
2. 前記内孔下端の横方向断面積ＡＬの前記内孔上端の横方向断面積ＡＵに対する比（ＡＬ／ＡＵ）が０．５以上０．９以下である，請求項１に記載の下部ノズル。
3. 前記下部ノズルの内孔上端から内孔下端の間のいずれかの部分又は全体において，前記プレートの摺動方向に対し直角方向の内孔長さＤ２の，前記プレートの摺動方向の内孔長さＤ１に対する比（Ｄ２／Ｄ１）が１．１以上２．０以下である，請求項１又は請求項２に記載の下部ノズル。
4. 前記下部ノズルの一部又は全部が不定形耐火物により構成されている，請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の下部ノズル。

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