JP6794268B2 - スライディングノズル - Google Patents

Description

本発明は溶鋼流量制御用のスライディングノズルに関する。なお，本発明において「スライディングノズル」とは，溶鋼容器内の溶鋼排出の開始，流速調整，停止をプレートの摺動による開閉動作によって行うスライディングノズル装置の中で，上ノズル，上プレート，中間プレート及び下プレートを含む構造体をいう。

取鍋からタンディッシュ，あるいはタンディッシュから鋳型への溶鋼の排出においては，取鍋あるいはタンディッシュの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を設置して，排出される溶鋼の流量制御を行っている。

排出される溶鋼中には金属酸化物が存在しており、特にタンディッシュから鋳型への溶鋼の排出においては，溶鋼排出中にその金属酸化物がスライディングノズルの内孔壁面に付着し，堆積する。特に、脱酸材としてアルミニウムを使用するアルミキルド鋼や，特にＬａ，Ｃｅ等のレアメタルを含有するステンレス鋼等にはその金属酸化物が付着堆積しやすい鋼種がある。

さらにスライディングノズルは、複数枚のプレートの内孔の開度を調整することにより溶鋼の流量制御を行うので，その部分で流動形態の変化が大きく，プレートの内孔壁面には金属酸化物や地金（以下「金属酸化物等」という。）がより付着堆積しやすくなる。金属酸化物等の付着堆積が進行するとスライディングノズルが閉塞して溶鋼の排出ができなくなる。また流動形態の変動や溶鋼排出速度の変動は，鋼の品質にも悪影響を及ぼしやすい。

この付着堆積ないしは閉塞に関するプレートの構造面における対策として，例えば特許文献１には，上プレート，スライディングプレート（摺動動作を伴う中間プレート）及び下プレートの３枚のプレートから構成されるスライディングノズルであって，スライディングプレート内孔面の少なくとも閉止方向に向かう面は、上部から下部にかけてテーパー状の下広がり形状である，スライディングノズルが開示されている。
また特許文献２には，スライドプレート（摺動動作を伴う中間プレート）の内孔の閉側内壁に下方に拡径する角度を有する切欠き部を設け、かつ，前記切り欠き部と相対する下プレートの内孔の内壁に，下方に縮径する角度を有する切欠き部を設けたスライディングノズルが開示されている。

特開２００２−３３６９５７号公報 実願昭５３−１５０４８号（実開昭５４−１２０５２７号）のマイクロフィルム

前記特許文献１の場合，スライディングプレート内孔面の少なくとも閉止方向に向かう面での金属酸化物等の付着は内孔面全体中ではやや少なくなるものの，特許文献１にも示されているように，その対向面側（スライディングプレートの上下プレート間に存在する空間部分）での付着は減少しない。さらに特許文献１のスライディングノズルでは，スライディングプレートの上にある段差部分（上プレートの内孔面）にも金属酸化物等が多く堆積する。

前記特許文献２の場合は，特許文献１のスライディングプレート内孔面に設けられた上部から下部にかけてテーパー状の下広がり形状と同様の切り欠き部に加え，それに相対する下プレートの内孔壁面にも下方に縮径する切り欠き部を備えているが，スライドプレートの上にある段差部分，スライドプレートの上下プレート間に存在する空間部分（特に上側）に金属酸化物等が多く堆積する。さらに特許文献２のスライディングノズルでは，スライドプレート開側下方での溶鋼流の乱れが大きく，上プレートないし下プレートの内孔壁面への付着堆積現象は解消できない。

本発明が解決しようとする課題は，上プレート、摺動動作を伴う中間プレート及び下プレートの３枚のプレートを備えるスライディングノズルにおける，プレートの内孔壁面での金属酸化物等の付着堆積，特に中間プレート及び下プレートの内孔壁面での金属酸化物等の付着堆積を抑制することにある。

本発明の要旨は，次の（１）から（５）のスライディングノズルである。
（１）上プレート，摺動動作を伴う中間プレート及び下プレートの３枚のプレートを備える溶鋼流量制御用のスライディングノズルであって，
前記中間プレートは，摺動方向閉側の内孔壁面に下方に向けて内孔が縮小する方向の傾斜部を有すると共に下方に向けて内孔が拡大する方向の傾斜部を有しておらず，かつ，摺動方向開側の内孔壁面上部には下方に向けて縮小する傾斜部，摺動方向開側の内孔壁面下部には下方に向けて拡大する傾斜部を有している，スライディングノズル。
（２）前記下プレートは，摺動方向閉側の内孔壁面に下方に向けて内孔が縮小する傾斜部を有している，（１）に記載のスライディングノズル。
（３）前記中間プレートと前記上プレートとが接触する部分における摺動方向の内孔寸法が，前記中間プレートの内孔寸法≧前記上プレートの内孔寸法であり，前記下プレートと前記中間プレートとが接触する部分における摺動方向の内孔寸法が，前記下プレートの内孔寸法≧前記中間プレートの内孔寸法である，（１）又は（２）に記載のスライディングノズル。
（４）前記上プレートの下面における内孔中心軸（以下「上部内孔中心軸」という。）と前記下プレートの下面における内孔中心軸（以下「下部内孔中心軸」という。）とが同一軸上になく，かつ，前記下部内孔中心軸が前記上部内孔中心軸よりも摺動方向閉側にある，（１）から（３）のいずれかに記載のスライディングノズル。
（５）前記上プレート及び当該上プレートの上に位置する上ノズルの少なくとも一方の内孔の一部に，内孔内にガスを吹き込むための耐火物部品を装着した，（１）から（４）のいずれかに記載のスライディングノズル。

ここで，「摺動方向開側」とは中間プレートがスライディングノズルを開にする摺動方向側であり、「摺動方向閉側」とは中間プレートがスライディングノズルを閉にする摺動方向側である。

本発明によれば，スライディングノズルのプレート，特に中間プレートと下プレートの内孔壁面に金属酸化物等が付着堆積すること，ないしは内孔が閉塞することを抑制することができる。また，中間プレートの内孔内での溶鋼の残留も抑制することができる。

本発明のスライディングノズルの一例のイメージ図である。なお，縦中心軸から左側は内孔内にガスを吹き込むための耐火物部品を装着していない場合，右側は内孔内にガスを吹き込むための耐火物部品を，上ノズルと上プレートの両方に装着している場合の例を示す。 従来のスライディングノズルの一例のイメージ図である。なお，縦中心軸から左側は内孔内にガスを吹き込むための耐火物部品を装着していない場合，右側は内孔内にガスを吹き込むための耐火物部品を，上ノズルと上プレートの両方に装着している場合の例を示す。 （ａ）は，上プレートと上ノズルの内孔中心軸と，下プレートの内孔中心軸が同軸上にある従来のスライディングノズルの，内孔への溶鋼の流動形態を示すイメージ図である。（ｂ）は，（ａ）の従来のスライディングノズル構造における，内孔への金属酸化物等の付着状況を示すイメージ図である。 （ａ）は，上プレートと上ノズルの内孔中心軸と，下プレートの内孔中心軸が同軸上にあり，かつ，中間プレートの内孔壁面に傾斜部がある，本発明のスライディングノズルの一例の，内孔への溶鋼の流動形態を示すイメージ図である。（ｂ）は，（ａ）の本発明のスライディングノズル構造における，内孔への金属酸化物等の付着状況を示すイメージ図である。 （ａ）は，上プレートと上ノズルの内孔中心軸と，下プレートの内孔中心軸が同軸上にあり，かつ，中間プレート及び下プレートの内孔壁面に傾斜部がある，本発明のスライディングノズルの一例の，内孔への溶鋼の流動形態を示すイメージ図である。（ｂ）は，（ａ）の本発明のスライディングノズル構造における，内孔への金属酸化物等の付着状況を示すイメージ図である。 （ａ）は，上プレートと上ノズルの内孔中心軸と，下プレートの内孔中心軸が同軸上にない従来のスライディングノズルの，内孔への溶鋼の流動形態を示すイメージ図である。（ｂ）は，（ａ）の従来のスライディングノズル構造における，内孔への金属酸化物等の付着状況を示すイメージ図である。 （ａ）は，上プレートと上ノズルの内孔中心軸と，下プレートの内孔中心軸が同軸上にない，かつ，中間プレートの内孔壁面に傾斜部がある，本発明のスライディングノズルの一例の，内孔への溶鋼の流動形態を示すイメージ図である。（ｂ）は，（ａ）の本発明のスライディングノズル構造における，内孔への金属酸化物等の付着状況を示すイメージ図である。 （ａ）は，上プレートと上ノズルの内孔中心軸と，下プレートの内孔中心軸が同軸上にない，かつ，中間プレート及び下プレートの内孔壁面に傾斜部がある，本発明のスライディングノズルの一例の，内孔への溶鋼の流動形態を示すイメージ図である。（ｂ）は，（ａ）の本発明のスライディングノズル構造における，内孔への金属酸化物等の付着状況を示すイメージ図である。 図３ないし図８の各（ｂ）で示す中間プレート、下プレート及び浸漬ノズルの内孔への金属酸化物等の付着状況をその最大厚さ指数で示す図である。

図１を参照しつつ本発明の実施の形態をすると、中間プレート２の摺動方向閉側の内孔壁面に設ける傾斜部２ａは，傾斜部が無い場合に対して溶鋼の流動形態，具体的にはその方向に変化を及ぼす程度に存在しさえすれば，内孔壁面への金属酸化物等の付着軽減効果は得られる。すなわち，傾斜部２ａの縦方向の長さは溶鋼の流動形態変動を生じる程度であれば，中間プレート厚さの一部でも全部でもよい。ただし，内孔下端部に鋭角部分が生じると，その部分で損傷が大きくなることが懸念されるので，下端部には経験上，少なくとも約５ｍｍ程度の内孔中心軸に平行な部分を設けることが好ましい。
また傾斜部２ａの角度も溶鋼の流動形態変動を生じる程度であればよい。ただし，角度が大きくなるほど上部での摺動方向側の内孔長さが大きくなり，これが過度になると溶鋼流制御等に支障が生じる懸念がある。そこで，傾斜部２ａの角度は，鋳造速度等の個別の操業条件に応じて設定した内孔の長さを基準にした，上端での摺動方向側の内孔の長さとの相対的な関係において最適化すればよい。

中間プレート２の摺動方向開側の内孔壁面上部に設ける傾斜部（以下「上方傾斜部」という。）２ｂは，前述の摺動方向閉側の傾斜部２ａと同様に，傾斜部が無い場合に対して溶鋼の流動形態，具体的にはその方向に変化を及ぼす程度の長さ，角度で存在しさえすればよい。

中間プレート２の摺動方向開側の内孔壁面下部に設ける傾斜部（以下「下方傾斜部」という。）２ｃは，下プレート３の摺動方向開側の内孔上端部との間に生じる摺動方向に水平の段差部をできるだけ小さくするように設けることが好ましい。
これら上方傾斜部２ｂと下方傾斜部２ｃとの間（境界部分）は，直線と直線の交差でもよいが，溶鋼の流動をより均一にするために，その中央断面においてなだらかな曲線（曲面）にすることが好ましい。
そして，上方傾斜部２ｂ及び下方傾斜部２ｃの縦方向の長さと角度は，上述のそれぞれの好ましい形態になるようにバランスを考慮して決定すればよいが，上方傾斜部２ｂ及び下方傾斜部２ｃの長さの比は上方傾斜部１：下方傾斜部１〜上方傾斜部４：下方傾斜部１程度の範囲，角度は上プレート１の摺動方向開側の内孔下端部及び下プレート３の摺動方向開側の内孔上端部との関係で，できるだけ段差を小さく，かつ摺動による溶鋼流制御に支障がない範囲で決定すればよい。

下プレート３の摺動方向閉側の内孔壁面に設ける傾斜部３ａは，中間プレート２の摺動方向閉側の傾斜部２ａと同様に，その縦方向の長さ，角度は溶鋼の流動形態変動を生じる程度であればよい。また，中間プレート２との間に生じる摺動方向に水平の段差部をできるだけ小さくするように設けることが好ましい。ただし，下プレート３の内孔下端部に鋭角部分が生じると，その部分で損傷が大きくなることが懸念されるので，その内孔下端部には経験上，少なくとも約５ｍｍ程度の内孔中心軸に平行な部分を設けることが好ましい。

上プレート１の内孔形状は縦方向に円筒状でも上方から下方に向かって縮小する円錐形，又はこれら円筒若しくは円錐は，摺動方向側の長さがその直角方向の長さより長い扁平状であってもよい。

溶鋼流の乱れ及び付着ないし堆積を抑制するためには，中間プレート上面及び下プレート上面に生じる段差部分の長さをできるだけ小さくすることが，より好ましい。段差部分が大きい程溶鋼の滞留部分が増え，その滞留部分で付着堆積が進行し易い。すなわち，各プレートの摺動方向の内孔寸法は，上方に位置するプレートより下方に位置するプレートの方を相対的に大きくすること，言い換えると，中間プレートと上プレートとが接触する部分における摺動方向の内孔寸法は，中間プレートの内孔寸法２Ｕ≧上プレートの内孔寸法１Ｌ、下プレートと中間プレートとが接触する部分における摺動方向の内孔寸法は，下プレートの内孔寸法３Ｕ≧中間プレートの内孔寸法２Ｌが好ましい。

またさらに，上プレート１の内孔中心軸（以下「上部内孔中心軸」という。）５と下プレートの内孔中心軸（以下「下部内孔中心軸」という。）６とが同一軸上になく，かつ，下部内孔中心軸６が上部内孔中心軸５よりも摺動方向閉側にあることが，より好ましい（図７及び図８の例）。これにより，一定の速度（一定の絞り状態でのスライディングノズルの開度）での鋳造の間に，溶鋼流をよりスムーズに流下させることができ，金属酸化物等の付着堆積をさらに軽減することができる。

また，上プレート１及び上ノズル７の少なくとも一方の内孔の一部に，内孔内にガスを吹き込むための耐火物部品１Ｇ，７Ｇを装着してもよい。上プレート１及び上ノズル７の少なくとも一方の内孔でのガスの吹き込みは，金属酸化物等の浮上効果等があるので，金属酸化物等の付着堆積軽減効果がある。

以下に実施例を示す。なお，以下の実施例Ａ，実施例Ｂにおいて溶鋼の流動形態は，シミュレーションに基づき得た知見の中から主たる流動形態を抜粋して図示し，付着，堆積等の状況は，実操業における使用済み品の観察による代表的な形態を図示した。また，これら図示のプレートの状態は，ほぼ一定の注湯速度すなわち設定した鋳造速度下での中間プレートの開状態を想定している。また，実操業においては，内孔内にガスを吹き込むための耐火物部品を，上ノズルと上プレートの両方に装着した。

＜実施例Ａ＞
実施例Ａは，上プレートの内孔中心軸と，下プレートの内孔中心軸が同軸上にある構造のスライディングノズルにおいて，内孔での溶鋼の流動形態と内孔壁面への金属酸化物等の付着，堆積等の状況を確認した例である。

実操業における鋼種は０．１質量％以下のＬａ，及び０．１質量％以下のＣｅ等のレアメタルを含有するステンレス鋼で，１ｔ／ｍｉｎ．以下の鋳造速度である。これらは実施例Ｂでも同じである。

図３〜図５の各（ａ）に構造と内孔での溶鋼の流動形態のイメージ図を，各（ｂ）に内孔壁面への金属酸化物等の付着，堆積等の状況のイメージ図を，前記各（ｂ）の付着，堆積等の状況をその最大厚さで表した相対的な関係（図３（比較例１）の最大厚さを１００とする指数）を図９に示す。

図３は各プレートの内孔が４５ｍｍφで同一の径の円柱状の比較例１（従来技術）を示す。
図４は中間プレートにのみ傾斜部を形成した実施例１で，中間プレートの上端の摺動方向の内孔の長さは６０ｍｍ，下端の摺動方向の内孔の長さは５５ｍｍ，摺動方向と直角方向内孔の長さは５０ｍｍ，内孔壁面はなだらかな曲面形状，上プレートと下プレートの内孔は４５ｍｍφである。中間プレートの摺動方向開側の上方傾斜部及び下方傾斜部の縦方向の長さはそれぞれ１３ｍｍ，その間の凸状部の縦方向の長さは１０ｍｍである。
図５は図４（実施例１）の上プレート及び中間プレートに加え，下プレートの摺動方向閉側にも傾斜部を形成した実施例２で，下プレート上端の中間プレート摺動方向の内孔の長さは６０ｍｍである。

図３に示した比較例１では上プレートと下プレートに挟まれた中間プレートの内孔空間，及び前記摺動方向開側の下プレート上端部及び浸漬ノズルには溶鋼の滞留部分が生じている。（図３（ａ））そして，中間プレート内孔の前記空間，さらには下プレートと浸漬ノズルの摺動方向開側の内孔壁面に，金属酸化物等の付着ないしは堆積が多く発生している。（図３（ｂ），図９）

これに対し，図４に示した実施例１では，中間プレートの前記空間部分では下方への溶鋼流が生じ，また下方向に縮小する傾斜部により上方向の流動も生じることで，当該中間プレート内孔空間での溶鋼の滞留状態が軽減している。さらには上プレート下端の，摺動方向開側での中間プレートとの内孔段差部に生じていた滞留部分が上方傾斜部の存在により軽減している。また，摺動方向開側の下プレート上端部分と中間プレートとの間において比較例１には観られる９０度の角度を有する空間が、実施例１では下方傾斜部の存在によりなだらかな曲面となったことから，この部分でも溶鋼の滞留は減少している。（図４（ａ））これにより中間プレートの前記空間及び下プレートと浸漬ノズルの摺動方向開側の内孔壁面での，金属酸化物等の付着程度が軽減している。（図４（ｂ），図９）

さらに図５に示した実施例２では，前記実施例１での中間プレート内孔空間での下方向側の流動がより促進されて，当該中間プレート内孔空間での溶鋼の滞留状態がさらに軽減している。（図５（ａ））これにより中間プレートの前記空間及び下プレートと浸漬ノズルの摺動方向開側の内孔壁面での，金属酸化物等の付着程度が実施例１よりもさらに軽減している。（図５（ｂ），図９）

＜実施例Ｂ＞
実施例Ｂは，上プレートの内孔中心軸と下プレートの内孔中心軸が同軸上になく，下プレートの内孔中心軸が，摺動方向閉側に１０ｍｍずれた構造のスライディングノズルにおいて，内孔での溶鋼の流動形態と内孔壁面への金属酸化物等の付着，堆積等の状況を確認した例である。

図６〜図８の各（ａ）に構造と内孔での溶鋼の流動形態のイメージ図を，各（ｂ）に内孔壁面への金属酸化物等の付着，堆積等の状況のイメージ図を，前記各（ｂ）の付着，堆積等の状況をその最大厚さで表した相対的な関係を図９に示す。

図６に示した比較例２では上プレートと下プレートに挟まれた中間プレートの内孔空間，及び摺動方向開側の下プレート上端部及び浸漬ノズルには溶鋼の滞留部分が生じている。ただし，比較例２は前記比較例１の場合よりも，中間プレートの前記空間部分では下方への溶鋼流が増加しており，それにより下プレートと浸漬ノズルの摺動方向開側の内孔壁面への溶鋼の接触が減少する傾向が観られる。（図６（ａ））これらの結果，中間プレート内孔の前記空間，さらには特に下プレートと浸漬ノズルの、摺動方向開側の内孔壁面での，金属酸化物等の付着ないし堆積は、比較例１よりも軽減している。（図６（ｂ），図９）

実施例３（図７（ａ），（ｂ）），実施例４（図８（ａ），（ｂ））では，比較例２が比較例１より改善したのと同様に，実施例３は実施例１より，実施例４は実施例２よりそれぞれ改善が進んでいる。特に下プレートと浸漬ノズルの，摺動方向開側の内孔壁面での，金属酸化物等の付着ないし堆積は、実施例３は実施例１よりも，実施例４は実施例２よりも軽減している。（図７（ｂ），図８（ｂ），図９）

１ 上プレート
１Ｇ 上プレート内孔に装着したガス吹き込み用の耐火物部品
１Ｌ 上プレート下端の，中間プレート摺動方向の内孔寸法
２ 中間プレート
２ａ 傾斜部
２ｂ 上方傾斜部
２ｃ 下方傾斜部
２Ｕ 中間プレート上端の，中間プレート摺動方向の内孔寸法
２Ｌ 中間プレート下端の，中間プレート摺動方向の内孔寸法
３ 下プレート
３ａ 傾斜部
３Ｕ 下プレート上端の，中間プレート摺動方向の内孔寸法
４ 内孔
５ 上プレートと上ノズルの内孔中心軸
６ 下プレートの内孔中心軸
７ 上ノズル
７Ｇ 上ノズル内孔に装着したガス吹き込み用の耐火物部品
８ 浸漬ノズル
１０ スライディングノズル

Claims (5)

1. 上プレート，摺動動作を伴う中間プレート及び下プレートの３枚のプレートを備える溶鋼流量制御用のスライディングノズルであって，
   前記中間プレートは，摺動方向閉側の内孔壁面に下方に向けて内孔が縮小する方向の傾斜部を有すると共に下方に向けて内孔が拡大する方向の傾斜部を有しておらず，かつ，摺動方向開側の内孔壁面上部には下方に向けて縮小する傾斜部，摺動方向開側の内孔壁面下部には下方に向けて拡大する傾斜部を有している，スライディングノズル。
2. 前記下プレートは，摺動方向閉側の内孔壁面に下方に向けて内孔が縮小する傾斜部を有している，請求項１に記載のスライディングノズル。
3. 前記中間プレートと前記上プレートとが接触する部分における摺動方向の内孔寸法が，前記中間プレートの内孔寸法≧前記上プレートの内孔寸法であり、前記下プレートと前記中間プレートとが接触する部分における摺動方向の内孔寸法が，前記下プレートの内孔寸法≧前記中間プレートの内孔寸法である，請求項１又は請求項２に記載のスライディングノズル。
4. 前記上プレートの下面における内孔中心軸（以下「上部内孔中心軸」という。）と前記下プレートの下面における内孔中心軸（以下「下部内孔中心軸」という。）とが同一軸上になく，かつ，前記下部内孔中心軸が前記上部内孔中心軸よりも摺動方向閉側にある，請求項１から請求項３のいずれかに記載のスライディングノズル。
5. 前記上プレート及び当該上プレートの上に位置する上ノズルの少なくとも一方の内孔の一部に，内孔内にガスを吹き込むための耐火物部品を装着した，請求項１から請求項４のいずれかに記載のスライディングノズル。