JP7252066B2

JP7252066B2 - タンディッシュ内装ノズル

Info

Publication number: JP7252066B2
Application number: JP2019108117A
Authority: JP
Inventors: 達一棚橋; 智片山; 佑輔安部; 譲二栗栖
Original assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp; Krosaki Harima Corp
Priority date: 2019-06-10
Filing date: 2019-06-10
Publication date: 2023-04-04
Anticipated expiration: 2039-06-10
Also published as: JP2020199529A

Description

本願は、タンディッシュ内の溶鋼を鋳型へと供給する際に用いられるタンディッシュ内装ノズルを開示する。

タンディッシュ内の溶鋼は、タンディッシュの溶鋼出口に装着されたノズルを通って、鋳型へと供給される。このノズルの表面には、溶鋼に含まれている介在物が付着し、一旦付着した介在物は、ノズルの表面から剥離することがある。ノズルの表面に付着した介在物は溶鋼の流れを妨げるため、介在物が付着すると溶鋼の流量が低減する。これに対し、介在物がノズルの表面から剥離すると、溶鋼が流れやすくなるため、鋳型へと供給される溶鋼の流量が増大する。それゆえ、ノズル表面への介在物付着およびノズル表面からの介在物剥離が生じると、鋳型へと供給される溶鋼の流量が変動し、鋳型内における溶鋼湯面が変動する。鋳型内の溶鋼湯面が変動すると、溶鋼湯面に存在している物質が溶鋼内へと巻き込まれる虞があり、その結果、製品の品質が低下する虞がある。それゆえ、製品の品質を向上させるために、鋳型内の溶鋼湯面の変動を抑制することが望まれている。

鋳型内の溶鋼湯面の変動を抑制すること等を目的として、これまでに、ノズル表面からガスを吹き出すことによって介在物付着を抑制する技術が開発されてきている。例えば特許文献１には、上下２段の位置から内孔内に不活性ガスを吹き込む上ノズルにおいて、上ノズルの全長をＬとしたときに、上段の吹込み位置が上端からＬ／４の範囲内であり、且つ、下段の吹込み位置が下端からＬ／４の範囲内であるタンディッシュ上ノズルが開示されている。

また、特許文献２には、ノズル本体を構成する耐火物構造を、少なくともガス導入部からガス吹き出し面までの間を、内孔側と外周側に配置した緻密質耐火物層と、この両緻密質耐火物層の間に配置した通気性耐火物層からなる多層構造とし、ノズル上端付近の通気性耐火物層表面およびノズル下端付近の通気性耐火物層表面の中のいずれか、または、両方からガスを噴き出す機能を有する溶融金属排出ノズルが開示されている。

特開２００７－２３７２４４号公報特開２００６－６１９４３号公報

ガスを溶鋼へ吹き込むと、気泡が溶鋼の中に入り、この気泡が凝固末期まで残存すると製品の疵の一因になり得る。そのため、ノズルへの介在物付着を抑制するために吹き込むガスの量は最小限に留めることが好ましく、そのためには、ガスを吹き込む箇所を、介在物が付着する箇所に限定することが好ましい。
特許文献１に記載の技術では、上段の吹込み位置が上端からＬ／４の範囲内とされている。本発明者らによる検討によれば、上端からＬ／４の範囲内の領域には、介在物が付着しない部位も含まれている。特許文献１に記載の技術では、介在物付着抑制の効果を期待し難い箇所から余分なガスを吹き込むため、製品の品質を向上させ難いという問題があった。また、特許文献２に記載の技術では、介在物が付着し得る箇所に外周側の緻密性耐火物層が配される。緻密性耐火物層からはガスが吹き込まれないため、特許文献２に記載の技術では、介在物の付着を十分に抑制できない虞があり、製品の品質を向上させ難いという問題があった。

上記の問題に鑑み、本願は、製品の品質を向上させることが可能なタンディッシュ内装ノズルを開示する。

鋳造後にタンディッシュ内装ノズルを回収し、これを調査した。その結果、本発明者らは、ノズルの表面に付着した介在物は、溶鋼流量を調節するストッパーとノズルの内孔表面とが接触する箇所（以下において、「接触部」と称することがある。）よりも上側（タンディッシュ側。以下において同じ。）に集中しており、接触部よりも下側（鋳型側。以下において同じ。）には介在物がほとんど付着していないことを知見した。したがって、接触部よりも上側から不活性ガスを吹き込み、接触部よりも下側からは不活性ガスを吹き込まない構造のノズルを用いることにより、介在物の付着および剥離が抑制され、製品の品質を向上させることが可能になると考えられる。

本願は、上記課題を解決するための手段の一つとして、タンディッシュの溶鋼出口から鋳型へと供給される溶鋼が通る内孔を有し、当該内孔の表面と接触し、上下方向に移動するストッパーで前記溶鋼の流量を調節し、溶鋼出口に装着されるノズルであって、ストッパーと内孔の表面とが接触する接触部を境にして、接触部よりも下側は、内孔の表面に緻密質耐火物層が配され、接触部よりも上側は、溶鋼と接触する表面全体に通気性耐火物層が配されている、タンディッシュ内装ノズルを開示する。

接触部よりも上側の表面全体に通気性耐火物層を配することにより、介在物が付着し得る接触部よりも上側の表面全体からタンディッシュ内の溶鋼へ向けて不活性ガスを吹き出すことができるので、ノズル表面への介在物の付着を抑制することができる。介在物の付着を抑制することにより、介在物の剥離も抑制することができるので、このような形態にすることにより、鋳型内の溶鋼湯面の変動を抑制することができる。また、接触部よりも下側の内孔の表面に緻密質耐火物層を配することにより、介在物が付着しない箇所からは溶鋼へ向けて不活性ガスが吹き込まれない形態にすることができる。これにより、余分な気泡が溶鋼に取り込まれ難くなる。したがって、上記形態にすることにより、鋳型内の溶鋼湯面の変動を抑制したり、溶鋼に取り込まれる余分な気泡を低減したりすることを通じて、製品の品質を向上させることが可能になる。

タンディッシュ内装ノズル１０を説明する図である。嵌合部および直胴部の一部を拡大して示す図である。タンディッシュ内装ノズル３０を説明する図である。比較例のタンディッシュ内装ノズルを説明する図である。実施例および比較例の湯面変動発生率を示す図である。

図面を参照しつつ、本発明の実施形態について以下に説明する。なお、以下の説明では、本発明のタンディッシュ内装ノズルが、スライディングゲートを用いない、いわゆる一体型浸漬ノズルである場合を主に例示するが、本発明は以下に説明する形態に限定されない。本発明の思想は、スライディングゲートよりもタンディッシュ側に配される、いわゆる上ノズルにも適用することが可能である。

図１は、本発明の実施形態の一つであるタンディッシュ内装ノズル１０（以下において、単に「ノズル１０」と称することがある。）を簡略化して説明する図である。図１では、ノズル１０に備えられている不活性ガスの流路、および、不活性ガス導入口を点線で示している。また、図２は、図１に示したノズル１０の、嵌合部および直胴部の一部を拡大して示す図であり、ストッパー２０も併せて示している。

図１に示したノズル１０は、上側から下側へ向かって順に、嵌合部１０ａ、直胴部１０ｂ、および、吹出孔部１０ｃを有し、さらに、溶鋼が流れる内孔１を有している。嵌合部１０ａはタンディッシュの溶鋼出口に装着され、吹出孔部１０ｃは鋳型内の溶鋼に浸漬される。ノズル１０が装着されたタンディッシュから鋳型へ向けて溶鋼を供給する際には、嵌合部１０ａ側から内孔１へと流入した溶鋼が、吹出孔部１０ｃへと向かって流れ、吹出孔部１０ｃに備えられている吹出孔１ｘから吹き出された溶鋼が、鋳型へと供給される。

図２に示したように、ストッパー２０は上下方向へと移動する。これにより、ストッパー２０とノズル１０との間隔が変わり、溶鋼の流量が変更される。ストッパー２０は、図２の紙面下側へと移動させることにより、ノズル１０と接触する。ストッパー２０とノズル１０とが接触する箇所を、本願では「接触部」と称する。図２に示した接触部２の形状は、リング状である。ストッパー２０とノズル１０とが面接触をする場合、「接触部よりも下側」は、面接触をしている接触部上端よりも下側を意味し、「接触部よりも上側」は、面接触をしている接触部上端よりも上側を意味する。接触部２における、ストッパー２０およびノズル１０の接触形態は、線接触であることが好ましい。なお、接触部２は、緻密質耐火物層で構成されていても良く、通気性耐火物層で構成されていても良いが、接触部２は通気性耐火物層で構成することが好ましい。

図２に示したように、ノズル１０が溶鋼と接触する表面は、接触部２（より具体的には接触部２の上端。以下において同様。）を境にして、その材質が異なっている。より具体的には、接触部２よりも下側は、内孔１の表面が緻密質耐火物層３によって構成されている。これに対し、接触部２よりも上側は、溶鋼と接触する表面全体から不活性ガス（例えばアルゴンガスや窒素ガス。以下において同じ。）を吹き込むことができるように、その表面全体が通気性耐火物層４によって構成されている。図２に示したように、ノズル１０において、緻密質耐火物層３よりも外周側は、上から順に、通気性耐火物層４、中間層５、および、本体材質層６が配されているが、本発明のノズルは当該形態に限定されない。ノズル１０は、その内部に、不活性ガスが流れるガス流路が備えられており、このガス流路の一端は通気性耐火物層４へ、他端は本体材質層６へ、それぞれ達している。通気性耐火物層４から不活性ガスを吹き出す際には、図１に示したように、本体材質層６に備えられているガス流路の端部へと不活性ガスが供給され、当該端部から流入した不活性ガスが、ノズル１０の内部を通って、通気性耐火物層４から排出される。

接触部２よりも下側の、内孔１の表面に、緻密質耐火物層３を配することにより、介在物が付着しない箇所からの不活性ガスの吹込みを防止することができる。これにより、余分な気泡が溶鋼に取り込まれ難くなり、溶鋼に取り込まれた気泡に起因する欠陥を低減することが可能になるので、製品の品質を向上させることが可能になる。

また、接触部２よりも上側の、溶鋼と接触する表面全体に、通気性耐火物層４を配することにより、ノズル表面への介在物の付着を抑制することができる。これにより、ノズル内に介在物が不均一に付着することに伴う、内孔１における偏流の発生を抑制することができ、不均一凝固に伴う割れやブレイクアウト等のトラブルを抑制、または防止することができる。さらに、介在物の付着を抑制することにより、介在物の剥離も抑制することができ、介在物に起因する鋳型内の溶鋼湯面の変動を抑制することが可能になるので、製品の品質を向上させることが可能になる。

内孔１の直径は特に限定されず、例えば、３０ｍｍ～２５０ｍｍにすることができる。

また、緻密性耐火物層３は、タンディッシュ内の溶鋼の温度に耐えることが可能であり、且つ、気体を透過させ難い材料（気孔率が１８．０％未満である材料）によって、構成することができる。そのような材料としては、例えば、本体材質層６を構成する材料よりもＳｉＯ_２添加量を増やすことにより耐摩耗性を向上させた材料、より具体的には、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－Ｃ系材質等を用いることができる。

また、通気性耐火物層４は、タンディッシュ内の溶鋼の温度に耐えることが可能であり、且つ、気体を透過させやすい材料（気孔率が１８．０％以上である材料）によって、構成することができる。そのような材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－Ｃ系材質等を例示することができる。

また、中間層５は、タンディッシュ内の溶鋼の温度に耐えることが可能であり、且つ、通気性耐火物と本体材質との中間組成となる材料によって、構成することができる。そのような材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－Ｃ系材質等を例示することができる。

また、本体材質層６は、タンディッシュ内の溶鋼の温度に耐えることが可能であり、且つ、溶鋼吐出流の衝撃に耐え得る材料によって、構成することができる。そのような材料としては、Ａｌ_２Ｏ_３－ＳｉＯ_２－Ｃ系材質等を例示することができる。

上述のように、タンディッシュ内装ノズル１０は、接触部２よりも上側からのみ不活性ガスを吹き出すことが可能なように構成された、嵌合部１０ａを有している。本開示のタンディッシュ内装ノズルは、このような嵌合部を有していれば良く、嵌合部のみならず、嵌合部以外の部位からも不活性ガスを吹き出すことが可能なように構成されていても良い。嵌合部以外の部位から不活性ガスを吹き出すことが可能なように構成する場合には、例えば、直胴部１０ｂの下端からも、不活性ガスを吹き出せるように構成することができる。

なお、一体型浸漬ノズルにおける嵌合部は、タンディッシュの底部へと嵌め込まれる部位である。スライディングゲートを用いる形態のノズルでは、いわゆる上ノズルが、タンディッシュの底部へと嵌め込まれる部位に相当する。したがって、上述した嵌合部１０ａの特徴を、上ノズルへと適用することにより、製品の品質を向上させることが可能な、上ノズルを得ることができる。このような上ノズルの一例を、図３に示す。

図３に示した上ノズル３０は、上端がタンディッシュ４０の底部に嵌め込まれる。上ノズル３０の下側にはスライディングゲート３２が配置され、その下側に位置する溶鋼の吹出孔３１ｘが、鋳型５０内の溶鋼６０に浸漬される。このような状態で使用される上ノズル３０も、内孔３１の表面とストッパーとが接触する接触部を境にして、接触部よりも下側の、内孔の少なくとも表面に緻密質耐火物層を配し、且つ、接触部よりも上側の、少なくとも表面全体に通気性耐火物層を配することにより、製品の品質を向上させることが可能になる。

実施例を参照しつつ、本発明についてさらに説明を続ける。

ストッパーと内孔表面との接触部よりも上側のみならず、当該接触部よりも下側の一部表面にも通気性耐火物層を配した従来のタンディッシュ内装ノズル（比較例のノズル）を用いて、接触部よりも上側、および、接触部よりも下側の両方から溶鋼へ不活性ガスを吹き込みながら連続鋳造を行うことにより、比較例の鋳片を製造した。ここで、比較例の鋳片を製造する際に、比較例のノズルから溶鋼へと吹き込んだ不活性ガスの単位時間当たりの総流量をＡとするとき、比較例のノズルの接触部よりも下側から溶鋼へと吹き込んだ不活性ガスの流量は０．８Ａであり、接触部よりも上側から溶鋼へと吹き込んだ不活性ガスの流量は０．２Ａであった。図４に、比較例のノズルの、嵌合部および直胴部の一部の形態を示す。図４は、図２と対応する部分を説明する図である。図４において、ノズル１０と同様の構成には、図２で使用した符号と同一の符号を付し、その説明を適宜省略する。
図４に示したように、比較例のノズル９０は、緻密性耐火物層９３が、中間層５よりも下側の内孔９１の表面（溶鋼と接触する面）に配されており、ノズル９０とストッパー２０とが接触する接触部９２よりも下側まで、通気性耐火物層９４が存在している。

一方、図４に示した比較例のノズル９０に代えて、図１および図２に示したタンディッシュ内装ノズル１０（実施例のノズル）を用いたほかは、溶鋼へと吹き込んだ不活性ガスの流量も含めて比較例の鋳片製造時と同様の条件で連続鋳造を行うことにより、実施例の鋳片を製造した。実施例のノズルでは、不活性ガスを吹き込む箇所は接触部よりも上側に限定されていた。そのため、実施例のノズルでは、接触部よりも上側から溶鋼へと吹き込んだ単位時間当たりの不活性ガスの流量が、Ａであった。

実施例の鋳片を製造する際、および、比較例の鋳片を製造する際に、鋳型内の溶鋼の湯面変動を測定した。そして、鋳片数に対する、鋳型内溶鋼湯面の最高値と最低値との差が予め定めた閾値を超える湯面変動が発生した回数の割合（以下において、この割合を「湯面変動発生率」と称する。湯面変動発生率＝閾値を超える湯面変動の発生回数／鋳片数。）を求めた。湯面変動発生率の結果を図５に示す。なお、図５では、比較例の鋳片製造時における湯面変動発生率を１とし、実施例の鋳片製造時における湯面変動発生率は、比較例の鋳片製造時における湯面変動発生率に対する相対値である。

図５に示したように、実施例の鋳片製造時における湯面変動発生率は、０．６８であった。すなわち、接触部よりも上側からのみ不活性ガスを吹き込みながら連続鋳造を行うことにより、湯面変動発生率を３０％以上低減することができた。上述のように、湯面変動の発生を低減することにより、製品の品質を向上することが可能である。すなわち、この結果は、実施例のノズルを用いることにより、製品の品質を向上させることが可能であることを示している。

１、３１、９１…内孔
１ｘ、３１ｘ…吹出孔
２、９２…接触部
３、９３…緻密質耐火物層
４、９４…通気性耐火物層
５…中間層
６…本体材質層
１０、９０…ノズル（タンディッシュ内装ノズル）
１０ａ…嵌合部
１０ｂ…直胴部
１０ｃ…吹出孔部
２０…ストッパー
３０…上ノズル（タンディッシュ内装ノズル）
３２…スライディングゲート
４０…タンディッシュ
５０…鋳型
６０…溶鋼

Claims

タンディッシュの溶鋼出口から鋳型へと供給される溶鋼が通る内孔を有し、当該内孔の表面と接触し、上下方向に移動するストッパーで前記溶鋼の流量を調節し、前記溶鋼出口に装着されるノズルであって、
前記ストッパーと前記内孔の表面とが接触する接触部を境にして、
前記接触部よりも下側は、前記内孔の表面に、緻密質耐火物層が配され、
前記接触部よりも上側は、溶鋼と接触する表面全体に、通気性耐火物層が配されている、タンディッシュ内装ノズル。