JPH05200535A - 溶融金属用ノズル耐火物試験装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 連続鋳造等の実際のプロセスに則した試験環
境を作り、溶融金属用ノズル耐火物の性能試験を行う。 【構成】 真空排気装置５０に排気管５１を介して接続
された真空容器１０に上昇用ノズル２０及び下降用ノズ
ル７０を性能試験用ノズル耐火物として装着する。上昇
用ノズル２０の内部には、気体吹込み管６０を開口させ
る。また、真空容器１０と真空排気装置５０との間に、
補助容器８０，リーク弁等を設けることもできる。 【効果】 真空容器１０の減圧によって溶融金属容器３
０から吸い上げられた溶融金属４１に気体吹込み管６０
から吹込まれた還流ガス６１によるリフト作用が加わ
り、溶融金属容器３０→上昇用ノズル２０→真空容器１
０→下降用ノズル７０→溶融金属容器３０の環流路に沿
って溶融金属が一方向に流れる。その結果、実際の連続
鋳造等における浸漬ノズル等の閉塞現象，ノズル内面へ
の介在物の付着現象，ノズルの溶損現象等が簡便に且つ
高精度で再現される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶融金属を移送する注
湯工程で使用される耐火物製ノズルを性能試験する装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属用ノズル耐火物の性能試験とし
て、「材料とプロセス」第３巻（１９９０）第１号第２
８２頁に記載されているように、円柱状又は角柱状の試
験片を溶湯中に一定時間浸漬して引き上げた後、耐溶損
性，耐摩耗性，耐スポーリング性等の性能を調査するこ
とが一般的である。

【０００３】この方法は、静的な状態におけるノズル耐
火物の性能試験であり、実際に溶融金属が流れている条
件下での性能試験ではない。そのため、ノズル内部を溶
融金属が通過する際の内壁に対する溶融金属等の付着や
付着に起因するノズルの閉塞等のように、ノズルとして
使用される際の耐火物の性能を推定し確認することが困
難であった。

【０００４】実機に組み込まれた耐火物製ノズルの性能
を知るためには、実際にノズル状の耐火物にある程度の
時間にわたり溶融金属を連続して流すことが必要であ
る。溶融金属を連続的に流動させながらノズル耐火物の
性能を調べる方法として、次の３通りが知られている。

【０００５】（１）溶融金属浴に対するノズル状耐火物
の浸漬・引上げを繰返し行うことによって、ノズル状耐
火物の内部を溶融金属が通過するようにしたもの［「耐
火物」第３９巻（１９８２）第１２号第６６８頁］ （２）真空排気装置と本体真空容器とをノズル状耐火物
で接続し、減圧によって本体真空容器からノズル状耐火
物に溶融金属を吸い上げ、復圧によりノズル状耐火物か
ら本体真空容器に溶融金属を吐出させ、減圧及び復圧の
繰返しによってノズル状耐火物の内部を溶融金属が通過
するようにしたもの［「材料とプロセス」第４巻（１９
９１）第１号第２２１頁］ （３）気泡によるリフトをきかして溶融金属を上昇用ノ
ズルから吸い上げ、下降用ノズルから吐出させることに
よって環流させ、ノズル耐火物の内部を溶融金属が通過
するようにしたもの

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】前掲（１）及び（２）
の方式では、ノズル耐火物の内部を溶融金属が往復流動
し、溶融金属の流れ方向及び速度が一定でない。流動し
ている溶融金属による耐火物の溶損，流動している溶融
金属からノズル内面に付着する介在物の挙動等に関して
は、ノズル内部を流れる溶融金属が往復流動又は一方向
流れの何れであるかによって全く状況が異なってくる。
そのため、溶融金属が一方向に流れる実機に組み込まれ
るノズル耐火物のシミュレーションとしては不適当であ
る。

【０００７】他方、前掲（３）の方式では、ノズル耐火
物の内部を一方向に流動する溶融金属の流れを作ること
ができる。しかし、単純な気泡によるリフトでは、十分
な高さまで溶融金属を上昇させることができず、またノ
ズル内を流れる溶融金属の流量及び速度に限界が生じ
る。そのため、たとえば連続鋳造機に組み込まれる浸漬
ノズル，ロングノズル等のように長尺のノズル耐火物の
シミュレーション試験には不適当である。

【０００８】本発明は、このような問題を解消すべく案
出されたものであり、真空吸引と気泡によるリフトとを
組み合わせることによって、より実機での使用状況に近
い状態での試験を可能とし、ノズル耐火物の性能を正確
に把握することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の溶融金属用ノズ
ル耐火物試験装置は、その目的を達成するため、真空排
気装置に排気管を介して接続された真空容器と、該真空
容器と溶融金属容器との間に配置され、一方又は両者が
ノズル耐火物の性能試験に供される少なくとも一対の上
昇用ノズル及び下降用ノズルと、前記上昇用ノズルの内
部に開口した気体吹込み管とを備え、前記真空容器の減
圧によって前記溶融金属容器から吸い上げられる溶融金
属に前記気体吹込み管から吹込まれた環流ガスによるリ
フト作用で前記溶融金属容器から前記上昇用ノズル，前
記真空容器，前記下降用ノズルを経て前記溶融金属容器
に至る溶融金属の環流路が形成されることを特徴とす
る。

【００１０】真空排気装置と真空容器とを接続する排気
管の途中に補助容器を組み込み、補助容器を介して真空
容器の内部を減圧してもよい。或いは、排気管にリーク
弁を設け、真空容器の排気速度を調節することもでき
る。

【００１１】

【作 用】以下、図面を参照しながら、本発明をその作
用と共に具体的に説明する。本発明の溶融金属用ノズル
耐火物試験装置は、たとえば図１に示すように、真空容
器１０から垂下した上昇用ノズル２０を、溶融金属容器
３０に収容されている溶融金属４０に浸漬している。真
空容器１０は、鉄皮１１に内張耐火物１２をライニング
した構造を持っており、底部に溶融金属流入口１３及び
溶融金属流出口１４が穿設されている。

【００１２】真空容器１０は、真空排気装置５０に排気
管５１を介して接続され、真空排気装置５０により真空
装置１０の内部が減圧される。真空排気装置５０として
は、通常の油回転ポンプ，水封回転ポンプ，ブースター
ポンプ等が使用される。

【００１３】真空排気装置５０で真空容器１０の内部を
減圧にするとき、溶融金属４０は、上昇用ノズル２０を
介し溶融金属容器３０から真空装置１０に吸い上げられ
る。溶融金属４０の吸上げ高さや上昇流量等は、真空容
器１０の真空度を調節することにより自在に設定するこ
とができる。そのため、上昇用ノズル２０の長さ如何に
拘らず、実機同様の試験が可能となる。

【００１４】上昇用ノズル２０の内部には、長手方向中
間部で気体吹込み管６０が開口している。気体吹込み管
６０から上昇用ノズル２０の内部に吹き込まれる環流用
ガス６１は、上昇用ノズル２０を上昇している溶融金属
４１内に気泡６２となって分散される。気泡６２により
溶融金属４１の見掛け比重が下がり、溶融金属４１の上
昇が促進される。上昇用ノズル２０の内部に吹き込まれ
る環流用ガス６１の流量を増減させるとき、十分に広い
範囲にわたって上昇用ノズル２０内を流れる溶融金属４
１の流量や流速等を制御することが可能となる。

【００１５】溶融金属容器３０と真空容器１０との間に
は、溶融金属容器３０から真空容器１０に溶融金属４０
を汲み上げる上昇用ノズル２０の他に、汲み上げられた
溶融金属４２を真空容器１０から溶融金属容器３０に返
流させる下降用ノズル７０が設けられている。これによ
り、溶融金属４０は、上昇用ノズル２０内を一方向の流
れとなって上昇した後、真空容器１０を経て下降用ノズ
ル７０から溶融金属容器３０に返流される。

【００１６】溶融金属容器３０→上昇用ノズル２０→真
空容器１０→下降用ノズル７０→溶融金属容器３０の環
流路が形成されるため、溶融金属４１は、上昇用ノズル
２０内を一方向流れとなって上昇する。そのため、実機
での使用状態に近い条件下で、ノズル耐火物の性能試験
が行われる。なお、下降用ノズル７０も、性能試験の対
象とすることができる。この場合、一回の試験で２本の
ノズル耐火物の性能試験が行われる。更には、上昇用ノ
ズル及び／又は下降用ノズルとして、それぞれ複数本の
耐火物製ノズルを使用するとき、同時に多数のノズル耐
火物についての性能試験が行われる。

【００１７】真空容器１０と真空排気装置５０とを接続
する排気管５１の途中に、図２に示すように補助容器８
０を組み込むこともできる。この場合、補助容器８０と
真空容器１０との間に排気管５１にバルブ８１を設けて
おき、バルブ８１を閉じた状態で真空排気装置５０によ
って補助容器８０の内部を減圧する。補助容器８０内部
の真空度は、圧力計８２の目盛りを読み取ることによっ
て判る。

【００１８】上昇用ノズル１０及び下降用ノズル７０を
真空容器１０に装着し、溶融金属容器３０内の溶融金属
４０に浸漬した後、バルブ８１を開放すると、真空容器
１０内が速やかに減圧状態にされる。その結果、溶融金
属容器３０→上昇用ノズル２０→真空容器１０→下降用
ノズル７０→溶融金属容器３０に流れる溶融金属４０の
環流が迅速に開始される。

【００１９】補助容器８０は、環流を迅速に開始させる
ことに加え、真空容器１０に対するバッファーとしての
作用も呈する。すなわち、補助容器８０の付設により減
圧される部分の容積を大きくすることができ、真空排気
装置５０の能力変動に起因して真空容器１０の真空度が
変動することを最小限に抑制することができる。その結
果、真空容器１０内の溶融金属４２のレベルや環流量を
一定に保つことができ、安定した条件下での性能試験が
可能となる。

【００２０】真空容器１０と真空排気装置５０とを接続
する排気管５１に、図３に示すように単数又は複数のリ
ーク弁９０を設けることもできる。リーク弁９０は、真
空排気装置５０による排気速度を微調整するように、任
意の開度に調整される。このリーク弁９０によっても、
真空容器１０内の溶融金属４２のレベルが一定に保たれ
る。

【００２１】リーク弁９０は、図２で示した補助容器８
０と併用することもできる。補助容器８０及びリーク弁
９０の併用によって、真空容器１０内の減圧状態がより
安定化し、安定した条件下でノズル耐火物の性能試験が
行われる。

【００２２】

【実施例】実際の連続鋳造機に組み込まれる浸漬ノズル
と同じ材質の耐火物を使用し、ノズル閉塞の再現試験を
図２の試験装置で行った。真空容器１０としては、内径
が３７０ｍｍ，内部高さが４５０ｍｍとなるように、鉄
皮１１にアルミナ系の内張耐火物１２をライニングした
ものを使用した。上昇用ノズル２０及び下降用ノズル７
０として、内径５ｍｍ，長さ８５０ｍｍの浸漬ノズルを
使用した。内容積１３０リットルの補助容器８０を真空
容器１０と真空排気装置５０との間に設けた。なお、真
空排気装置５０としては、水封式の回転ポンプを使用し
た。

【００２３】溶融金属４０として、極低炭素のＴｉ添加
Ａｌキルド鋼３００ｋｇを高周波溶解炉で溶解し試験に
供した。また、環流用ガス６１として、３０Ｎｌ／分の
流量でＡｒガスを上昇用ノズル２０内に吹込んだ。

【００２４】溶融金属４０を２時間連続して溶融金属容
器３０→上昇用ノズル２０→真空容器１０→下降用ノズ
ル７０→溶融金属容器３０の順に環流させた。試験期間
中、溶融金属４０の流動状態は安定したものであった。
また、真空容器１０内の圧力は、試験期間を通して１０
０±３０トールに維持された。

【００２５】試験中の環流速度をＣｕトレーサー法で測
定したところ、ほぼ１５００ｋｇ／分であった。この環
流速度は、実際の連続鋳造機における浸漬ノズル内の溶
鋼通過量とほぼ同じ値である。このことは、溶鋼流量の
面からも、本装置による試験が実際の連続鋳造における
現象を忠実にシミュレートしていることを示すものであ
る。

【００２６】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の試験装
置においては、真空容器に接続した試験用耐火物ノズル
を介し溶融金属を吸い上げ、吸い上げた溶融金属を真空
容器から溶融金属容器に返流させる環流路を形成してい
る。また、溶融金属の上昇を上昇用ノズル内に環流用ガ
スを吹き込むことによって促進させると共に、環流用ガ
スの吹込み量に基づいて溶融金属の上昇流量を微調整し
ている。これにより、溶融金属は、試験用ノズルの内部
を一定流量で且つ一方向に流れる。その結果、実際の連
続鋳造機における浸漬ノズル，ロングノズル等の閉塞現
象，ノズル内面への介在物の付着現象，ノズルの溶損現
象等を簡便に且つ高精度で再現することができる。した
がって、実際の連続鋳造プロセスに使用される前にノズ
ル耐火物の性能を把握することができ、連続鋳造時のト
ラブル発生が回避され、生産性に優れた連続鋳造が可能
となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に従った溶融金属用ノズル耐火物試験
装置の一例

【図２】 補助容器を組み込んだ溶融金属用ノズル耐火
物試験装置

【図３】 リーク弁を組み込んだ溶融金属用ノズル耐火
物試験装置

【符号の説明】

１０ 真空容器 ２０ 上昇用ノズル ３０
溶融金属容器 ４０ 溶融金属 ５０ 真空排気装置 ５１
排気管 ６０ 気体吹込み管 ６１ 環流ガス ７０
下降用ノズル

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空排気装置に排気管を介して接続され
   た真空容器と、該真空容器と溶融金属容器との間に配置
   され、一方又は両者がノズル耐火物の性能試験に供され
   る少なくとも一対の上昇用ノズル及び下降用ノズルと、
   前記上昇用ノズルの内部に開口した気体吹込み管とを備
   え、前記真空容器の減圧によって前記溶融金属容器から
   吸い上げられる溶融金属に前記気体吹込み管から吹込ま
   れた環流ガスによるリフト作用で前記溶融金属容器から
   前記上昇用ノズル，前記真空容器，前記下降用ノズルを
   経て前記溶融金属容器に至る溶融金属の環流路が形成さ
   れることを特徴とする溶融金属用ノズル耐火物試験装
   置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の真空排気装置と真空容器
   とを接続する排気管の途中に補助容器が組み込まれてお
   り、前記真空容器の内部が前記補助容器を介して減圧さ
   れることを特徴とする溶融金属用ノズル耐火物試験装
   置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載の真空排気装置と真
   空容器とを接続する排気管にリーク弁が設けられている
   ことを特徴とする溶融金属用ノズル耐火物試験装置。