JP6837179B1

JP6837179B1 - 鋼の連続鋳造用タンディシュノズル

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Publication number: JP6837179B1
Application number: JP2020176558A
Authority: JP
Inventors: 榮子山田; 山田　勝彦; 勝彦山田
Original assignee: 榮子山田
Priority date: 2020-10-21
Filing date: 2020-10-21
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2040-10-21
Also published as: JP2022067775A

Abstract

【課題】Ａｌ脱酸鋼ビレットの連続鋳造を容易にするタンディシュノズルの提供。【解決手段】ビレットの連続鋳造に通常使用されている傾斜全開ノズルの形状を、吐出口（断面最小）６をノズル上下の中間に設け、ノズル外周部に溶鋼だまり（溶鋼ピット７）を形成することにより、タンディシュノズル５の温度を溶鋼と同一、均一にする。Ａｌ含有溶鋼が通過しても、ノズル内面に生ずるアルミナの析出現象が抑制され、ノズル閉塞が進行せずＡｌ脱酸鋼の連続鋳造が容易になされる。【選択図】図１

Description

本発明は鋼の連続鋳造において、アルミニウム脱酸鋼に対して使用されるタンディシュノズルに関するものである。

鋼の連続鋳造において、精錬を終えた取鍋中の溶鋼はタンディシュに注入され、所定温度に調整され、耐火物製タンディシュノズルを経て所定の流量で連続的に鋳型に鋳込まれる。鋳型で鋳片の外皮が形成されて引き抜かれ、後続のスプレイ冷却によって凝固を終え、切断されて鋳片が製造される。

鋳込の流量を調整するには３方法がある。一般に流量（ｔ／ｈ）の大きいスラブやブルームの鋳込ではストッパーノズル方式又はスライディングゲート方式が採用される。
前者では所定の流量に対して大き目のノズル径を設定し、ラッパ状に拡大するノズル上部曲面に球面状のストッパーヘッドを接近させてリング状の隘路を形成し、その隙間に対応して流量を調節する。
後者はノズル下面に３枚の有孔耐火物板をその孔がノズル孔と直列するよう連接し、中間板を摺動させて隘路を形成し調節する。
流量の小さいビレットでは通常全開ノズル方式が採用されている。全開ノズルとは下方に向かって傾斜・縮小する孔を持ち最下面で隘路が形成され、常時全開状態で流出するノズルである。流出流の乱れが少ないことが特徴である。流量は最下面の孔断面積と溶鋼深さ（正常時には一定）に依存する。従って所定流量（鋳造能率）に対してノズル径が一意的に設定される。ノズルの上下には流量に影響する構造物や流量調節機構を持たない。

全開ノズル方式の長所は耐火物費が安いことである。高級耐火物であるノズルの単重が小さい、耐久に良い、且つ落下流の乱れが少ないので浸漬ノズルのような補助耐火物は不要で１個で足りる。他の方式では落下流の乱れのため下端が鋳型内溶鋼に浸漬する浸漬ノズルの連接が不可欠である。必要耐火物数は３〜５個、単重の増加、耐用の低下（最弱部で決まる）等によりコストが数倍にも大きくなる。

他方短所はＡｌ脱酸鋼を鋳込む場合、ノズル内面に付着物が堆積し早々と鋳込は不能になる。いわゆるノズル閉塞問題である。該問題は当方式が最もやっかいである。
閉塞のメカニズムに関して種々の研究がなされてきたが未だ解決には至っていない。
Ａｌ脱酸平衡の移動による単純なアルミナの生成と付着だけではなく、耐火物表層の変質、耐火物と溶鋼中のＡｌやアルミナとの反応、タンディシュでの再酸化で発生した
ＦｅＯの影響、鉄の粒子や層の生成と堆積、ノズル温度・温度勾配等が複雑に絡んでいる。

堆積は隘路だけでなくその下方に連接された浸漬ノズル内面でも発生し問題となっている。奇妙にも上方では堆積は少なく、議論になっていない。多分付着物がズレ流れて隘路を通過するらしい。対策はいくつかあるが本願発明に関わりそうな方法について検討する。

特許文献１にはＡｌ脱酸鋼の付着問題に関して、隘路スライディングゲートの下方にある浸漬ノズルへの付着は該ノズルを高温に維持することにより抑制されること、高温に維持する方法として浸漬ノズルの内部に導電性耐火物を埋設し、周辺から高周波誘導加熱することが開示されている。冶金的効果の他に誘導による溶鋼・機器への漏電が無いことが強調されている。

本方法の問題は耐火物コストであり、高価な浸漬ノズルが複雑・高価になること、耐久が低下すること、加熱装置が必要となること等により一層高価になることである。
他の問題として従来の全開ノズルはタンディシュ底に設けられているので本方法は応用できないことが挙げられる。

特許文献２には前記方法の問題を解決し、使い易くした方法が開示されている。
それによると、浸漬ノズルの外周に断熱部材で裏打ちされたヒーターによって放射加熱する。付着物の堆積を抑制し、既存の浸漬ノズルがそのまま使うことができ、ヒーターを割型にして着脱容易にしていて実用性が高い。前記方法と同様ノズル部における溶鋼の冷却を防止して付着現象を抑制している。
当該方法も前記方法と同様に高コストであること、全開ノズルに応用することは困難であると言う問題が残る。

付着堆積を抑制する他の例を挙げる。Ａｌ脱酸鋼に対して溶鋼中にＡｌ添加後Ｃａを添加し、付着し易いアルミナを低融点の化合物に改質して鋳造の継続が可能になる。
効果はあるが付着が完全に無くなるわけではない。全開ノズルではわずかの付着でも流量が低下すること、付着物がノズル下面に回りこんで鋳込み流が乱れることもあり、鋳込継続時間は不十分となる。ストッパーノズル方式やスライディングゲート方式では十分に有効である。Ｃａ合金の添加はコスト上の問題が生ずる。

小断面のビレットにおいてＡｌ脱酸鋼を鋳込む方法として、しばしばＡｌワイヤーを鋳型内で連続添加する方法がなされているが、均一性に欠けること、アルミナ介在物が多発することで低級鋼にしか適用できない。

特許文献３には全開ノズルにおいても付着物が生成しない方法が開示されている。それによると隘路であり流量を決定するところの全開ノズルをタンディシュ底から突出した耐火物管の内部に設け、該管の外周に設けた黒鉛管を誘導加熱して該ノズルを溶鋼温度以上に維持して付着現象を抑制する。付着量の影響を敏感に受ける全開ノズルにも有効となる。

当該方法の問題は、煩雑な加熱装置を要することである。

公開特許公報２００２−３３６９４２公開特許公報２０１０−１６７４９５特許公報第５７２３０４４号

Ａｌ脱酸鋼の連続鋳造ではタンディシュノズル内面にＡｌ化合物等が付着堆積する。全開ノズル方式による鋳込の場合早期にノズル閉塞し易い。本願発明は全開ノズル方式において当該ノズル閉塞問題を解決することを課題とする。

本発明は、溶鋼の連続鋳造において使用される全開式のタンディシュノズルであって、１）流路の最小孔径部をタンディシュノズルの上下中央部に形成し、２）該タンディシュノズルを耐火と断熱を担うノズル受け煉瓦に同心的に上置し、３）該タンディシュノスルの外周面と該ノズル受け煉瓦の上面とタンディシュ底面のすり鉢状凹部耐火物との間に溶鋼ピットを構成し、４）前記最小孔径部の高さを該溶鋼ピットの底面の高さよりも上位に設定して、該最小孔径部近辺の耐火物の温度を溶鋼温度と同一としたことを特徴とするタンディシュノズルである。

上記の発明による第１の効果は、Ａｌ脱酸鋼の鋳込に際して、タンディシュノズル隘路部が該タンディシュノズルの外周に設けられた溶鋼ピットの保温効果によりノズル内面への異物付着現象が抑制され、連続連続鋳造が容易になる。

第２のコスト面では、１）付着現象を抑制するＣａ合金の添加が不要になり、２）ノズルの加熱装置が不要になり、耐火物質量もノズルとノズル受けだけになってコスト有利になる。

第３の効果は、脱酸方法とは無関係に鋳込温度が低過ぎるとノズル閉塞が生ずる。防止するため通常精錬終了温度は必要よりも高めに設定される。本発明のノズルでは閉塞が起こりにくいので精錬温度は低位に設定されエネルギーの無駄を少なくする。

本発明のタンディシュノズの構造と鋳込状況を説明する図である。Ａは従来のタンディシュノズルの概念図（縦断面）、Ｂは改良事例である。

以下本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１はタンディシュから鋳型への鋳込要部に本発明のタンディシュノズルを適用して鋳込を行う状況を示す。鋼の連続鋳造においてレードル（図示せず）中の溶鋼は鋳込温度と鋳込流量を調節するところの中間容器であるタンディシュ（図示せず）に注入され、溶鋼８はタンディシュノズル５を介して鋳込流９となって鋳型１０に鋳込まれ、外皮１１を形成しつつ鋳片として連続的に引き抜かれる。

タンディシュの構造は鉄皮１に断熱材２と耐火材３を内装した上方開放の単純な容器であり、底部の要所即ち鋳込流中心（通常複数）に同心的にノズル受け煉瓦４が設けられ、該ノズル受け煉瓦４にタンディシュノズル５が上置される。
タンディシュ底面の耐火材３には該鋳込流中心に向かってすり鉢状の凹部が形成される。該タンディシュノズル５の上面は前記ノズル受け煉瓦４の上面よりも充分高く設定される。
その結果、該タンディシュノズル５の外周面と該ノズル受け煉瓦４の上面と該すり鉢状の凹部の傾斜面との間にかなりの容積を持つ溶鋼ピット７が形成される。

該タンディシュノズル５は全開式であって、流量を調節する弁のような抵抗体を保有しない。流量を決定する流路の孔断面積最小部６は該タンディシュノズル５の上下中央部に形成される。従来のノズルでは孔断面積最小部２６は図２Ａに示されるようにノズル下面にある。
該最小断面積部６においてノズル耐火物内の温度勾配は、内外とも溶鋼に包摂されて解消され、溶鋼と同一の均一温度となる。この等温性が本発明の鍵となっている。

Ａｌ脱酸鋼ではノズル閉塞問題のために連続鋳造が不能になる。閉塞に関する多くの調査では、
１）ノズル耐火物（ジルコン・ジルコニア）の表面には、溶鋼中のＡｌにより耐火物構成酸化物の一部が還元変質して融点低下したことを示す粘結層の流れが観察される。
２）粘結層には溶鋼温度低下に起因するＡｌの脱酸平衡の移動によりアルミナの析出と付着が見られる。
３）同様にＦｅの粒子の付着が見られる。
４）粘結層はノズルの下方ほど成長し、一部が吐出口で外側へ押し出されている。
これらの現象はノズル温度が溶鋼温度よりも低いことに起因する。

本発明ではＡｌ脱酸鋼の鋳込に際して、上記現象のうち粘結層の形成は生ずるが、アルミナの析出や付着、鉄粒子の付着等は高温故に抑制される。結果として長時間の鋳込に耐えることができる。
付着を軽減するＣａ合金の添加は必要がなくなり、コスト低減に寄与する。

Ａｌ脱酸鋼ではなくても溶鋼温度が低下するとノズル絞りが発現する。溶鋼がノズル内に固着し、徐々に成長する。
本願発明では、溶鋼温度が管理範囲外に低下しても、絞り現象が発現しにくく鋳込の継続に有利となる。

図２Ａは従来のタンディシュノズル、図２Ｂは改良タンディシュノズルの構造を示す。
従来のタンディシュノズル２５においては、その上端はノズル受け煉瓦２４の上面よりも僅かに高く設定されている。その段差はタンディシュ予熱中に耐火物表面に付着残存していたスラグが溶融してノズルに流入し閉鎖しないようスラグダム２７の機能を果たす。
該タンディシュノズル２５の吐出口である孔断面積最小部２６の温度は溶鋼溜まりからの距離が大きいので溶鋼温度よりも相当低下し、且つ半径方向に温度が低下していく。

図２Ｂでは、従来のタンディシュノズルを上下に２分割し、上部２５Ｕを転倒してノズル受け煉瓦２４に上置し、下部２５Ｌを上部２５Ｕに上置する。
吐出口である断面最小部２６はＡの場合よりも上方に移動する。その結果、該吐出口近辺の温度は上昇する。

鋳込試験は以下の条件でなされた。
鋳込鋼種；高炭素鋼ＳＷＲＨ８２Ａ
鋳造能率；３０ｔ／ｈ
鋳型寸法；１１５ｍｍ×１１５ｍｍ×２ストランド
引抜速度；２．５ｍ／分
ノズル径；１５．５ｍｍΦ
Ａｌ添加量；２００ｇｒ／ｔ
ノズル形状；左；従来型、右；改良型
Ａｌ％；０．００８％

通常１チャージ約１時間の鋳込において、左ストランドの従来型ノズルでは、流量低下が徐々に進行し約２０分で鋳込中止となったが、右ストランドは５０分継続された。ノズルの昇温がノズル閉塞に対して有効な手段であることが判明した。

本発明のタンディシュノズル（図１５）を両ストランドに取付、実施例１と同様の鋳込条件で、Ａｌの添加をレードルからの注入流の直下のタンディシュ内にワイヤー状で装入し、添加量を２００ｇｒ／ｔから徐々に上げて３００ｇｒ／ｔとした。
結果は流量低下が無く、１時間の連続鋳造に耐え、本発明の効果を確認した。

本願発明のタンディシュノズルは従来のノズルと容易に交換することができる。

１：鉄皮２：断熱材３：耐火材４：ノズル受け煉瓦５：タンディシュノズル６：孔断面積最小部７：溶鋼ピット８：溶鋼９：鋳込流１０：鋳型１１：鋳片外皮２１；鉄皮２２：断熱材２３：耐火材２４：ノズル受け煉瓦２５：タンディシュノズル２５Ｌ：ノズル下部２５Ｕ：ノズル上部２６；孔断面積最小部２７：スラグダム

Claims

鋼の連続鋳造において使用される全開式のタンディシュノズルであって、１）流路の最小孔径部をタンディシュノズルの上下中央部に形成し、２）該タンディシュノズルを耐火と断熱を担うノズル受け煉瓦に同心的に上置し、３）該タンディシュノスルの外周面と該ノズル受け煉瓦の上面とタンディシュ底面のすり鉢状凹部耐火物との間に溶鋼ピットを構成し、４）前記最小孔径部の高さを該溶鋼ピットの底面の高さよりも上位に設定して、該最小孔径部近辺の耐火物の温度を溶鋼温度と同一としたことを特徴とするタンディシュノズル。