JPH01168808A - とくに溶融金属不活性化用二酸化炭素スノーノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はとくに、鋼のような溶融金属を第１容器から第
２容器に注入するとき、溶融金属の酸化および／または
窒化防止するため、不活性化する二酸化炭素スノーノズ
ルに関するものである。本発明はとくに、鋼を転炉また
は電気炉からとリベに、とリベから分配器に、または分
配器から連鋳インゴットモールドに移すとき等に利用す
るノズルに関するものである。

液体鋼を、たとえば転炉または炉からとりべに、または
とりぺから分配器に、またはとリベから連続してこの分
配器に移す、注入開始のとき、液体金属は大気に接触す
る。

液体金属のうけ取り容器への落下高さおよび攪拌は、む
しろ強い窒化および／または酸化反応を生ずる。これら
は分配器へ注入するとき分配器に注入された液体金属内
へのノズルの挿入完了まで発生し、前記ノズルはとリベ
の下端に設置され注入ジェットを包囲する。ノズル下部
が浸漬するとき、窒化および／または酸化の問題は重要
でなくなる。その訳は、カバー粉末が通常使用され、そ
れは分配器または他の同様の装置内の液体金属表面に散
布されるるからである。他方、炉または転炉からとりべ
に注入されるとき、酸化および／または窒化の問題は注
入の始めから終りまで存在するからである。

一般に、とリベから分配器に注入するとき、前記窒化お
よび／または酸化の現象は、分配器の大きさおよび形状
に従って、通常４５秒ないし４分続り、ノズルの浸漬部
分配器に注入された金属は、したがって多かれ少なかれ
酸化および／または窒化され、この金属から形成された
ビレットまたはインゴットは所望の冶金的性質をもつこ
とはできない。

これらの欠点を回避する公知の方法の中、Ｌ’ＡＩＲＬ
ＩＱＵＩＤ社によって開発された商標名”５ＰＡＬ”と
して知られた方法は、液体アルゴンまたは窒素のような
低温液体を使用して注入の始まる前に容器底部を不活性
化し、その後注入中保護すべき液体金属の表面をカバー
することによりきわめて有効に金属ジェットの衝突区域
を保護している。

しかしながら、窒素の含有量が少ない鋼の製造を望むと
き、すなわち鋼の窒化を回避しようとするとき、液体窒
素は溶融金属保護のために使用することはできない。こ
の場合、現在利用しうる唯一の方法は液体金属の表面上
に拡散される液体アルゴンの使用である。しかしながら
、アルゴンは比較的高価なガスで、液体アルゴンの使用
によって得られるものとはソ゛同等の冶金的結果を得る
一層経済的な解決法が求められている。

サバード他の米国特許第４，６１４，２１６号にはガス
状二酸化炭素による注入ジェットの保護が記載されてい
る。しかしながらガスの使用は、それを大気と溶融金属
との間にスクリーンを形成するため、とリベ内にまたは
分配器内に噴射することに関連してきわめて有効とは認
められなかった。その訳は、形成される乱流が周囲の空
気を除去することはできないからである。

ノードの米国特許第４．６６６．５１１号は、容器内に
注入された溶融金属を、注入前に室内におよび／または
注入途中に溶融金属溜まりに二酸化炭素スノーまたはド
ライアイスを噴射することにより、酸化および／または
窒化に対して保護する方法を示している。液体二酸化炭
素は二酸化炭素スノーを形成するように弁を通して膨脹
される。しがしながらこの特許において提案された解決
法は注入ジェットの先端に向う二酸化炭素スノーの流れ
の制御および位置決めを可能とするものでなかった。

この問題は、それが１０００°から１５００°程度の温
度の溶融金属の区域に二酸化炭素スノーを噴射すること
に関連するため、とくに解決困難である。

１９８６年１１月２６日出願のフランス特許出願第８６
７１６４７５号には、酸化および／または窒化に対して
、とくに二酸化炭素スノーまたはドライアイスを一分配
器または注入箱内に噴射することによって、液体金属を
保護する方法が記載され、その方法は下記の２つの連続
した工程によって実施される。すなわち、 分配器を放出する第１工程、この工程は、液体金属注入
開始前に実施され、その間二酸化炭素スノーは流れの放
出量に従って噴射され、前記スノーは少くとも部分的に
分配器底部に達し、徐々に中にある空気を放出するため
少くとも部分的に昇華する。この工程は液体金属ジェッ
トの下端に対応する区域付近における酸素濃度が注入の
始めに約０．５％以下になるとき終了する。

ジェット下端の区域に雰囲気を維持する第２工程、この
工程は液体金属が分配器への流れを開始するときに始ま
り、その間二酸化炭素スノーが変動する流量に従って噴
射され、その量は流れの排出量より少なく、ジェット下
端の区域に位置するおよび／または前記分配器内の液体
金属表面上における前記スノーまたはその昇華によって
生じたガスの存在は、前記区域に容積で０．５％以下の
酸素を含む雰囲気を維持し、液体鋼の注入が第１工程の
は一終りに好ましくはその終りと同時に開始される。

この工程を実施する方法において、とリペは注入オリフ
ィスの周りに設置されたノズルを備え、第２工程はノズ
ルの下端かはｙ゛液体金属に浸漬すると同時に終了し、
分配器内の液体金属溜りはそれ自体公知の酸化および／
または窒化を防止する手段によってカバーされる。流れ
の変動量は最大で☆注入量の約５０％であるのが好まし
い。

前記フランス特許出願に記載された工程を実施する１つ
の方法によれば、この注入開始前に、前記とリペの放出
を実施するのに十分な量のスノーが、転炉または電気炉
から注入される液体金属をうけるとリベ内に噴射され、
この二酸化炭素スノーの量は注入される金属のトン当り
０．２ｋｇないし５　ｋｇとするのが好ましい。

一般に、との発明によるノズルは第１容器から第２容器
に液体鋼のジェットを注入するのに使用され、注入ジェ
ットおよび／または第２容器の溜りの表面はスノーまた
はドライアイスの型式の二酸化炭素によって酸化および
／または窒化から保護される。

とりべ式冶金における他の応用は、液体金属溜りの表面
の前記表面の二酸化炭素スノーの層によるカバーにより
酸化および／または窒化に対する保護を規定している。

これらすべての応用は、取扱が容品で、信頬性があり、
高温の媒体中で使用可能でありしかも流量が可変である
、二酸化炭素スノーを噴射するノズルの使用を必要とす
る。

しかしながら、液体二酸化炭素大気圧まで膨脹し断熱膨
脂によってスノーを発生するとき、種々の問題に遭遇す
る。すなわち、 もしガス／固体混合物の噴射量があまりにも少なければ
、とりべ上方の温度に関連する対流は、スノーがほとん
どまたはまったくとリベの底部または液体金属の表面に
達しないようなものとなる。

もし噴射量があまりにも多ければノズル先端付近の対流
は、空気がとりべ内に閉じ込められるような、またとり
べ内のスノーの量がきわめて少なく高温空気とスノーと
の間の熱交換に関してきわめて少ないような、固体およ
びガス状二酸化炭素混合物を発生する。

本発明はこれらの課題を解決するものである。

本発明によるスノーノズルは高圧液体二酸化炭素源に接
続され高圧液体二酸化炭素を供給する管、一端が前記管
に接続され２つの他端がそれぞれ連続して少くとも１つ
の液体二酸化炭素輸送管に接続されたＴ字型要素を備え
、制御弁の出口はスノー排出管に開く７字型接続要素に
よって相互に接続されている。

スノー排出管はその上流部分に、その小さい基部が７字
型接続要素に隣接して設けられその大きい基部がスノー
排出管の端部に設けられた排出開口に隣接して設けられ
る、截頭円錐形をなす拡大部分を備えるのが好ましい、
この截頭円錐形要素は交換可能で、かつ膨脹によって直
接発生した二酸化炭素ガスにより流体的に輸送された二
酸化炭素スノー噴射量を決定するのが好ましい、そのこ
とはさらに二相（ガス／固体混合物）生成の減少を可能
とし、すなわち、膨脹によって発生するガス量を制限す
ることができる。

実施において、この截頭円錐形要素は、多くの場合、３
００ｗ１以下の長さをもつべきでない、対応する円錐の
頂角は約６＠　（約５．＠と７＠の間）が好ましい。

ガスおよび固体粒子の噴射量は３０　ｐｇ７ｓｅｃ以下
またはそれに等しく一層スノーの流量は４０ｋｇ／ｗｉ
ｎと１５０ｋｇ／ｗｉｎとの間にあるのが好ましい。

しかして、同じ上流管直径によってガス／固体混合物の
噴射量を減少しようとするとき、截頭円錐形要素の長さ
は下流管の直径を増大するように単に（３００ｍｍを超
えて））増大すればよい。

本発明を実施する好ましい方法によれば、輸送管は剛性
かつ／または直径の３ないし５倍程度の半径で湾曲して
いる。

簡単のため、本発明によるスノーノズルは、直接電気炉
または転炉下方にもしくは注入とりべ付近または上方に
設けられた方８式に設置することができる。　本発明を
一層よく理解するため、図面に基づき非限定的実施例を
下記において説明する。

タンク（図示せず）に貯蔵された液体二酸化炭素は可撓
性供給管またはホース（図示せず）を通して供給され、
管またはホースはノズルによって製造される人ニスノー
またはドライアイスの照準を定めるために必要な可撓性
を備えている。Ｔ字型要素２はその支管２１によってホ
ースに接続され、液体二酸化炭素をそれぞれその支管２
２および２３における２つの平行な回路に分割している
。

各支管は湾曲部３１．３２を含む剛性管によって延長さ
れ、湾曲部の半径はノズルのその部分における、ついで
直線部分３４による圧力降下を最小にするため管直径の
３倍と５倍との間にある。剛性管の支管２２．２３およ
び部分３１．３２．３３．３４はホースに接続された支
管２１の直径より僅かに大きい直径を有する。

剛性管の直線部分３３．３４の端部は、電動弁を構成し
かつ第２図に基づいて下記に説明する装置１５１．１５
２によって接続されている。これらの装置１５１．１５
２はそれらの出口をそれぞれＶ型接続要素３５に接続さ
れ、接続要素３５は電動弁の２つの二酸化炭素スノー出
口間の接続部を形成している。したがってこの要素３５
は、それぞれ拡大する截頭円形要素３６．３９を有する
２つの同じ支管を備え、截頭円形要素３６．３９は装置
１５１．１５２に隣接して設けられた小端部を有し、円
筒管３７．４０によって延長され、その直径は截頭円錐
形要素の大きい基部の直径と同してあり、２つの支管ば
対称的に接続されて接続端３８を形成し、その断面は円
筒管３７．４０の断面の和よりも僅かに大きいかまたは
それに等しい０円筒管３３７．４０の軸線のなす収斂角
度Ａは配置に従って最小にされ、またとくに装置１５１
．１５２の全体の大きさも２つの流れの間の接合部にお
けるエネルギ損失を回避するため最小にされる。その訳
はこのエネルギ損失が回避しなければならないガス相を
形成するからである。

集合体１２は、Ｔ型要素、剛性管、電動弁１５１および
１５２、およびＶ型要素３５を有し、集合体１２は二酸
化炭素スノーまたはドライアイスを製造する装置を形成
する標準的ユニットを構成し、製造装置は必要に応じて
このスノーを投射または噴射する交換可能な装置に接続
される。このため、要素３５の下流端（スノーの流れ方
向に対して）は着脱可能なフランジ５０によって中間要
素５１に接続され、中間要素５１はその構造により、膨
脂によって直接発生したガスにより空気的に運ばれる二
酸化炭素スノーの投射量を決定する。この要素５１は、
下流方向に連続して、断面が要素３５の下流端の断面に
等しくかつフランジ５０により要素３５に着脱可能に固
定された円筒部分５２、長さがスノーの投射量を決定し
かつフランジ５５によって、断面が部分５４の断面に等
しい円筒管であるガン５６本体に着脱可能に接続された
下流の円筒形部分５４　（その断面は部分５２の断面よ
り大きい）によって延長された中間截頭円錐形部分５３
を有し、部分５４の断面の値はノズルの所望の最大流量
の関数である管５２の一定直径に対して固体／ガス混合
物の所望の投射量に依存する。

提案された装置全体は、その長さに係わらず、スノー粒
子の排出速度が、ジェットが所要の区域に二酸化炭素ス
ノーを投射または噴射しかつ乱流空気吹上現象を回避す
るのに必要とする運動エネルギを有するような大きさに
されるが、その現象は発生した固体粒子の部分の不時の
昇華を生じかつ設備の効率を損なうものである。

ガン５６は、ついで着脱可能なフランジ５７によって消
耗端片またはノーズ５８に接続され、ノーズ５８は、フ
ランジ５７に接続された湾曲した上流円筒部５９および
はソ直線のかつ軸線がこの実施例においてはガン５６の
軸線と約６０″の角度Ｂをなす下流円筒部６０を備えて
いる。この消耗端片５８は所望の形状をもつことができ
、端片５８は、直径がガンの直径に等しいかまたはそれ
より大きい、真直ぐな円筒形、ベンド形、拡大または必
要に応じて湾曲截頭円錐形等とすることができ、正確な
区域（ジェットまたは円筒形要素の下端）またはより大
きい面（とりべの全区域に対する拡大截頭円錐形要素）
に照準を合わせることができる。フランジ５７の可動性
は使用条件に従って予め決定されるか、機械的に、電気
的にまたは他の方法で制御される。

第２図は、弁７０の詳細が図示されていない、電動弁１
５１．１５２の部分分解図である。この弁の電気空気的
制御をたとえば空気的オペレータによって提供されるＷ
ＯＲＣＨＥＳＴｌｉＲ型の制御装置によって達成され、
空気的オペレータはフランジ７５によって剛性管３３に
連結された弁７０の（図示しない）閉鎖部材の運動を制
御する。それ自体公知の低温弁７０のボール閉鎖部材は
、（詳細は図示されないが）空間７６に設置されている
。唯一つ示された孔７７は孔７７の直径より大きい直径
を有する孔７８により延長され、その孔７８内には輸送
される液体二酸化炭素の流れを制限する噴射器７２が設
けられている。この噴射器は孔７８の内端に接藤し、そ
の上流端面ば、噴射器７２と（図示しない）閉鎖部材と
の間のスノーの不時の形成を回避するように、弁の閉鎖
部材の近くに設けられている（長さの短い孔７７）。噴
射器７２の内部構造は、収斂する上流部分、一定直径の
中央部分、および拡大する下流部分を備えたベンチュリ
装置である。噴射器７２の下流端面は接続装置７３に接
触し、接続装置７３は噴射器を閉鎖しかつねし立てされ
た孔７日にねじ込まれている。

拡大截頭円錐部分３６に接続するフランジ７９は、Ｖ型
要素３５の上流端の１つに設置されてルする。

こ−に記載する装置は、すべて液体二酸化炭素の固体／
ガス混合物への変換の最善の効率を得るような大きさに
され、一方では液体二酸化炭素タンクの圧力ができるだ
け小さい最高／最低圧力の範囲に制御され、可能な圧力
変動による流れの変動を回避するため、液体二酸化炭素
の熱力学的貯蔵条件を、他方ではいかなる熱の進入をも
回避し、したがって２相の割合、すなわちスノー／二酸
化炭素ガス混合物（流れ制御の改善）を限定する設備の
特殊な断熱特性に配慮している。

したがって前記基準は噴射器を通る液体二酸化炭素の流
れを決定し、噴射器自体は一定圧力に対しまた１００％
液体に対して設計されている。

非限定的実施例として、こ−に前記フランス国特許出願
に記載された方法を有効に実施しうるノズルの特性を示
す。

このノズルはユニット１５１に直径１０ｎの噴射器７２
を使用し、ユニット１５２に直径１２ｆｉの噴射器を使
用することにより、１２０ｋｇ／＋＋ｉｎの変換に対応
する液体二酸化炭素の流れを得るような大きさである。

したがってノズルに３種の流量を生ずる。

弁１５１のみが開いているとき、直径Ｉｏｎのノズルだ
けが使用された。流れは８０ｋｇ／＋＊ｉｎ液体二酸化
炭素である。

弁１５２だけが開いているとき、直径１２ｔｍのノズル
だけが使用された。流れは１０５　ｋｇ／ｌ１ｉｎ液体
酸化炭素である。

双方の弁が同時に開かれるとき、２つの噴射器が使用さ
れ液体二酸化炭素の流れは１２０ｋｇ／ｓｉｎである。

液体二酸化炭素は２０バールの圧力で約−２０℃の温度
で貯蔵される。

液体二酸化炭素貯蔵装置とＴ型要素との間に、この実施
例では直径２．５４ｃｍ、長さ３０ｍの供給ホースが使
用され、圧力降下は５バールであった。

１２０　ｋｇ／ｓｉｎの液体二酸化炭素の流れに対して
（その際２つの噴射器が同時に使用される）、排出され
るガスの容積は約４０％、すなわち３０ｍ３／＋５ｉｎ
＝０．５　ｍ３／ａ＋１ｎ＝０．５である。

ノズルの出口６０における直径は１５００で、排出ガス
の出口直径はガス排出速度は３０／ｓｅｃである。

８０ｋｇ／ｓｉｎの流れに対して（直径Ｉｏｎの噴射器
１本使用）、排出されるガス容積は０．３２ｏ＋”／ｗ
ｉｎであり、ノズル出口直径１５０龍に対しガスの出口
速度は１９＋ｗ／ｓｅｅである。

分配器または抽入箱の不活性化ノズルは、前記フランス
特許出願に記載された方法に従って使用される。このノ
ズルはとくに前記フランス特許出願で教示された二重流
の使用を可能にしている。

使用者が、冶金用容器の不活性化用に低いジェットエネ
ルギを必要とする場合、熱効果、容量、表面積／容積比
は炉ととりべまたは転炉ととリベとの間の抽入できわめ
て異なっている。固体二酸化炭素の一層均質な分配が必
要である。このことは処理のまたは誘導炉等の途中のと
りぺの表面を不活性にするときである。

この場合、使用される噴射器が、（噴射器７２の軸線方
向下流端は閉鎖され、軸線が管の壁に対して接線方向に
配置された２つの拡大する截頭円錐形開口によって置換
される）ガス固体混合物の回転を生ずるため、１８０　
’にかつ要素７３の管壁に対して接線方向に配置された
向合う２つの較正されたオリフィスを備えるのが好まし
い、得られる速度は粒子がガン５６の壁に付着するのを
回避するのに十分である。

さらに、粒子の回転は圧力降下を増大することによりジ
ェットの運動エネルギの一層迅速な減少を可能とする。

ガンの出口には、回転する固体粒子が円錐形に分配され
、それはたとえば分配器または注入箱の底雪を一層均一
に分配する。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ−図は本発明によるノズル実施例の側面図。 第１Ｂ図は第１Ａ図に示すノズルの平面図。 第２図は第１Ａ、１８図に示すノズルに用いられる膨張
弁の図。 ２−・−Ｔ型要素、２１．２２．２３−・・・支管、３
１゜３２−・・湾曲部、３３．３４−問直線部分、３５
−・・−Ｖ型接続要素、３６．３９−　　截頭円錐要素
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、とくに溶融金属不活性化用二酸化炭素スノーノズル
   であつて、前記ノズルが可撓管を通して液体二酸化炭素
   源に接続する第１端部およびそれぞれ少くとも１つの液
   体二酸化炭素輸送管および制御弁に接続された第２およ
   び第３端部を有するＴ字型要素を備え、制御弁の出口が
   スノー排出管に開くＶ字型接続要素によつて互いに接続
   された、前記とくに溶融金属不活性化用二酸化炭素スノ
   ーノズル。 ２、スノー排出管が上流に截頭円錐型拡大部を有し小さ
   い基部がＶ字型接続要素に隣接して設置され大きい基部
   がスノー排出管の端部に設置された開口に隣接する、請
   求項１記載のとくに溶融金属不活性化用二酸化炭素スノ
   ーノズル。 ３、輸送管が剛性である、請求項１または２のいずれか
   に記載のとくに溶融金属不活性化用二酸化炭素スノーノ
   ズル。 ４、輸送管がその直径の３ないし５倍の曲率半径を有す
   る、請求項１ないし３のいずれか１項記載のとくに溶融
   金属不活性化用二酸化炭素スノーノズル。 ５、弁が直通通路を有する、請求項１ないし４のいずれ
   か１項記載のとくに溶融金属不活性化用二酸化炭素スノ
   ーノズル。 ６、弁が電気−空気作動装置によつて制御される、請求
   項１ないし５のいずれか１項記載のとくに溶融金属不活
   性化用二酸化炭素スノーノズル。 ７、弁が液体二酸化炭素の流れを制限する噴射器を有す
   る、請求項１ないし６のいずれか１項記載のとくに溶融
   金属不活性化用二酸化炭素スノーノズル。 ８、弁が旋回ボールを有する型のものであり噴射器が前
   記ボールに隣接して設けられた、請求項１ないし７のい
   ずれか１項記載のとくに溶融金属不活性化用二酸化炭素
   スノーノズル。 ９、噴射器がベンチユリ装置の特性を有する、請求項７
   または８記載のとくに溶融金属不活性化用二酸化炭素ス
   ノーノズル。 １０、噴射器をＶ型要素に接続する要素が拡大する、請
   求項７ないし９のいずれか１項記載のとくに溶融金属不
   活性化用二酸化炭素スノーノズル。 １１、Ｖ型要素の各支管が拡大端部および一定断面の部
   分を有する、請求項１ないし１０のいずれか１項記載の
   とくに溶融金属不活性用二酸化炭素スノーノズル。 １２、前記截頭円錐拡大部分が中間要素であり前記小さ
   い基部がＶ型要素の支管断面の和より大きいかまたは等
   しい入口断面を有する、請求項２ないし１１のいずれか
   １項記載のとくに溶融金属不活性化用二酸化炭素スノー
   ノズル。 １３、中間要素が着脱可能である、請求項１２記載のと
   くに溶融金属不活性化用二酸化炭素スノーノズル。 １４、中間要素の長さがガスの所望の噴射量に従つて変
   化しうる、請求項１２または１３記載のとくに溶融金属
   不活性化用二酸化炭素スノーノズル。 １５、ノズル端部が消耗性、交換可能、しかも任意に移
   動しうる要素である、請求項１ないし１４のいずれか１
   項記載のとくに溶融金属不活性化用二酸化炭素スノーノ
   ズル。