JPH0679754B2 - ベルト式連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、溶融金属（以下では「溶鋼」の例で述べる）
から鋳片の厚みが100mm以下の薄鋳片を連続鋳造によっ
て得るベルト式連続鋳造の分野に属する技術に係り、特
にこの技術を実施するに当って用いる薄鋳片鋳造用浸漬
ノズルに関する。

〔従来の技術〕

従来、連続鋳造の一種として、例えば、特開昭58-10725
5号公報、特開昭60-166145号公報、特開平1-293956号公
報等に開示されている、走行経路の一部領域を所定の間
隔を持たせて向い合わせに対向した一対のエンドレス金
属ベルトと金属ベルトに挟持された金属ベルト及び薄鋳
片と同期移動する一対のブロック群により、所望の鋳片
に対応する断面形状を形成し、それらの金属ベルトとブ
ロック群はガイドロールとガイドレールによって所定の
移動経路に沿って輪回移動するように案内支持するとと
もに、各ガイドロール間の金属ベルト裏側に噴流ノズル
および冷却用パッドを配置し、金属ベルト裏側に冷却用
流体を噴出させて形成した流体膜により該金属ベルトを
冷却する一方、上記鋳造空間の上方より注入ノズルを介
して溶鋼を注入し、上記金属ベルトやブロック群等の鋳
型壁に沿って凝固殻を生成させ、凝固殻の成長によって
生じる鋳片を下端からガイドロールを介して鋳造空間か
ら引き出すように構成したいわゆる“ベルトキャスタ
ー”と称せられるベルト式連続鋳造機が提案されてい
る。

かかるベルト式連続鋳造機においては凝固殻を正常に形
成させるとともに金属ベルトを保護するために冷却用流
体による金属ベルトと鋳片の冷却を鋳片幅方向および鋳
込み方向に均一に行うことが必要である。そのために
は、一定の冷却用流体を供給する場合にあっては、冷却
流体の膜厚を一定にし、噴流ノズル・冷却パッドと金属
ベルト間の冷却用流体の流速を一様にすることが必須条
件となる。

また、かかる薄鋳片製造用ベルト式連続鋳造機への溶鋼
供給方法としては特開昭55-16752号公報、特開平1-2939
42号公報等に開示されているように、溶鋼注入用ノズル
は注入空間としての鋳造断面、特に鋳造厚みが薄いこと
から従来の連続鋳造用ノズルは使用できず、第６図、第
７図に示す如く一般に開口断面２が偏平な一体成形した
注入ノズル１が使用されることが特開昭58-74257号公
報、特開昭58-74258号公報、実開昭58-107254号公報、
特開昭61-219453号公報等に開示されている。

かかる注入ノズル１は、前記挟小鋳造断面の湯面４に先
端部の浸漬部３を浸漬して受口６からの溶鋼を注入口２
から鋳型へ注入するため、耐火物の厚みも極めて薄くす
る必要があることから、耐火物強度のみならず構造体と
しての強度も極めて高いものが要求される。このような
要求にたいして、これまで異なる２方法が提案されてき
ている。その第１は、ノズル本体の耐火物改善であり、
耐火物自体の高強度化を計るために結合剤として使用す
る樹脂を多量に添加する方法、粒度の細かい超微粉骨材
を添加し組織を緻密にする方法、金属珪素や金属アルミ
ニュームを添加し耐火物の焼成過程において金属結合に
より強度を確保する方法、耐火物の成形圧力を高くし組
織を緻密にする方法、あるいはメソフェーズ炭素粉末を
１〜30％含有し、残部を微粒アルミナ系原料およびまた
はジルコニア系原料を炭化珪素と黒鉛粉末を含有させる
ことによって高強度化を計っている。

また、第２はノズル構造改善であり、第７図に示したよ
うな注入ノズル１に１〜複数個の補強材５を挿入した
り、耐火物の厚み自体を厚くして内圧あるいは外圧に耐
える構造として第６図に示す注入ノズル１よりも２〜３
倍の高速鋳造を実現している。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明は、かかるベルト式連続鋳造機を用いて鋳造する
際に起こる前記ノズルの前記耐火物の構造改善による強
度向上のみでは解決できない以下のような問題点を克服
することを目的とする。すなわち、従来提案の偏平型の
注入ノズルを用いてベルト式連続鋳造機鋳型へ溶鋼供給
のために、浸漬状態で使用し鋳造すると、特に注入開始
直後の溶鋼温度や注入ノズル温度が低下した部分で溶鋼
が注入ノズル側からと金属ベルト側から同時に凝固し始
め、しかも通常、鋳型内の溶鋼表面には従来型の連鋳機
で使用している鋳型被覆剤（例えばパウダー等）等を使
用していないために鋳型表面からの放熱も大きくなるた
めに湯面からも凝固開始することがある。このような凝
固現象は、鋳造初期のみに限定されるものではなく、溶
鋼温度が低下したり鋳造速度が低下し鋳型内の溶鋼の澱
みが発生する場合には鋳造中期にも発生することがあ
る。

このように金属ベルトと注入ノズル間が極度に狭い従来
型のベルト式連続鋳造法では鋳型内溶鋼表面近傍であら
ゆる位置から生成した凝固シェルが融着し、注入ノズル
とこれらの凝固シェルの融着が強固な場合には金属ベル
トの駆動によって凝固シェルに引張り応力が付与されシ
ェル破断が起こる。その結果、シェル破断部に溶鋼が差
し込むために二重肌と称される鋳片表面欠陥を引き起こ
すうえ、注入ノズルへの融着が続くとこのシェル破断と
溶鋼の差込みが繰り返され破断部は次第に成長し、つい
には噴流ノズルによる冷却域の下部まで達する。

この噴流冷却下部では噴流ノズルによる冷却流体の流速
が低下するため冷却能力が落ちることから、この冷却能
の低い領域で高温の溶鋼と接触するためにバーンアウト
と称す金属ベルトの急激な温度上昇が起こり金属ベルト
を焼損するようなトラブルを起こすし設備破損や災害を
招くという問題点があった。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、鋳片の短辺面を支持するための一対の鋳片と
同期移動する短辺ブロック群と鋳片の長辺面を支持する
ために対向し、しかも鋳片と同期しながら輪回移動する
金属ベルトで鋳造空間を構成し、この空間に浸漬ノズル
を通じて溶融金属を注入するとともに下方より薄鋳片を
引き抜く連続鋳造方法において、第１〜５図に示す実施
例の如く、浸漬ノズル１下端部８の少くとも溶融金属に
浸漬される部分３の全部（第１図及び第３図に示す８）
又は表層部（第２図及び第４図に示す９）の、耐火物中
の黒鉛含有量、あるいは炭素含有量を30％以上50％以下
にすることを特徴とするベルト式連続鋳造用浸漬ノズル
を提供するとともに、上記浸漬ノズル１下端部８の少く
とも溶融金属に浸漬される部分３の鋳型面側の耐火物表
面に炭素を主成分とする耐火物９を該浸漬ノズル表面に
接着（第５図）させたことを特徴とするベルト式連続鋳
造用浸漬ノズルを提供するものである。

〔作用〕

本発明の特徴は、かかる過酷な鋳造空間であっても健全
なシェル形成を行うことが出来るために操業トラブル無
しで二重肌欠陥の無い健全な鋳肌の薄鋳片を得ることが
出来る点にある。つまり、金属ベルトと注入ノズル間が
極めて狭い空間であることから溶鋼の流動が殆ど無く新
しい高温の溶鋼の供給が行われ難いことから、鋳型表面
で溶鋼の凝固が起こり、凝固溶鋼が注入ノズルに付着し
たとしても注入ノズルに含有される炭素あるいは黒鉛が
凝固溶鋼に浸炭し溶融温度を低下させるために、既に凝
固した溶鋼を再溶解し健全なシェル形成を行うことが出
来る点にある。

一般に、ノズル耐火物の強度は黒鉛や炭素量を増すほど
低下することが知られており、前記注入断面積の小さい
注入ノズルを使用すれば必然的に高注入流速にせざるを
得ないが、この場合には注入ノズル内の動圧や静圧が高
くなり耐火物が破損し易くなるために、熱スポール性や
熱伝導性を損なわない範囲で炭素や黒鉛含有量は極力低
く抑えられてきた。

本発明者らは高融点のスクラップが溶銑中で容易に溶解
する現象に着目し、注入ノズルの製造中に耐火物基材と
ともに配合する炭素あるいは黒鉛量を種々変更した注入
ノズルを製作し、前記ベルト式連続鋳造機での鋳造実験
を繰り返した結果、前記炭素または黒鉛量を30％以上に
することによって前記凝固溶鋼の注入ノズルへの付着を
完全に防止できることを知見したのである。しかしなが
ら、上記含有量が余りにも高くなると高注入量に伴う注
入ノズル内圧が材料の高温強度より高くなり破損が発生
する。そのため、無闇に増量することは溶解性は向上す
るものの注入ノズルとしての機能を損なうことになるた
め自ずと上限を規制する必要がある。

そこで、本発明者らはこの点について種々実験を繰り返
し鋳型厚みが50〜100mmの範囲でかつ鋳造速度が20m/min
以下の場合、注入ノズルの先端部の溶鋼に浸漬する部分
近傍だけを、炭素あるいは黒鉛含有量を30％以上50％以
下に規制することによって充分注入ノズルとして破損も
亀裂も起こらず正常に機能することを知見したのであ
る。

また一方、強度確保の点や構造上の問題等から浸漬部全
体の材質変更が困難な場合には、前記炭素や黒鉛等の薄
片、箔等を耐火材表面に接着したりあるいは混練・成形
段階からぼかし構造で成形すると強度低下無しで同じ効
果が得られることを知見したのである。

この様に、注入ノズルへの溶鋼の凝固が起こっても注入
ノズルからの浸炭が容易に起こりその結果、再溶解が容
易に起こるために付着した凝固溶鋼が絶えず付着・剥落
を起こし鋳片表面欠陥の発生はもとより操業トラブルの
発生を皆無に抑えることが可能になった。

〔実施例〕

図を基に実施例を説明する。

第１図〜第５図に本発明の好適実施態様を例示する。

注入ノズル１は、薄鋳片を引き抜く連続鋳造方法におい
て、図示していないが鋳片の短辺面を支持し、鋳片と同
期移動する一対の短辺ブロック群と鋳片の長辺面を支持
するために対向し、しかも鋳片と同期しながら輪回移動
する一対の金属ベルトで鋳造空間を構成した鋳型に溶融
金属を注入する。

溶鋼はスライディングノズル（SN）やストッパー等によ
り受け口から溶鋼を供給され注入ノズル１の下端の鋳型
への注入口２から前記鋳型内（図示せず）に注入され
る。

この時の鋳型内の溶鋼湯面４以下では注入ノズル下端部
８（斜ハッチングで示す部分）の一部３は溶鋼に浸漬し
ている。

第１〜２図は、本発明の適用範囲を例示したものであ
り、第３〜５図は本発明の１実施様態を示したものであ
る。第３図は注入ノズル本体７の下端部８の浸漬部３の
全部を、炭素または黒鉛配合量を所定量まで増量した耐
火物材で成型したものであり、第４図は、該浸漬部３近
傍の鋳型側（反溶鋼通過側）の表層の耐火物材９を前記
配合量で成型した２層構造の注入ノズルを示す縦断面で
ある。この、耐火物材９は、ノズル本体７と複層構造と
して成型するだけでなく炭素繊維あるいは炭素箔等を外
層として成型したり成型後接合しても良い。また、第５
図は、成型した注入ノズル本体７表面に前記炭素繊維あ
るいは炭素箔等の耐火物材９を外層として接着した注入
ノズルである。

本発明の効果は、以下の実験によって確認された。双ベ
ルト式連続鋳造機の注入ノズル先端部の浸漬部３近傍の
耐火物構造を第３図に示す構造とし、また第１表に示す
ように前記炭素あるいは黒鉛含有量を20％、30％、35
％、50％、100％および55％に変化させた。該注入ノズ
ルの鋳型断面は厚50mm×幅1300mmであり、鋳造速度10m/
minで鋳造試験を行った。その結果、黒鉛含有量が30％
（実施例１）、35％（実施例２）、50％（実施例３）の
注入ノズルを使用した場合には、鋳造中に注入ノズルが
折損したり鋳片表面に二重肌が発生するようなトラブル
は全く発生しなかった。

一方、炭素または黒鉛を20％配合した注入ノズル（比較
例１）を使用した場合には、注入ノズル耐火物に溶鋼が
凝固付着し鋳片表面に二重肌欠陥が発生する品質上のト
ラブルに加え、付着凝固したシェルによって注入ノズル
破断が起こる等のトラブルが発生した。また、黒鉛配合
量が55％の場合（比較例２）、鋳造中に注入ノズルが浸
漬部より破損したり、また溶損が激しくて溶鋼の注入が
出来なくなり鋳造を停止せざるを得なかった。

次に第５図に示す構造のノズル、すなわち炭素が100％
の炭素繊維（実施例４）を耐火物表面に張り付けた注入
ノズルを使用して前記鋳造条件に加えて鋳造速度20m/mi
nで注入実験を行ったところ、鋳造中に注入ノズルの破
損や溶損あるいは鋳片表面の二重肌欠陥が発生する等の
トラブルは皆無であった。

更に、第４図に示す構造の複層式注入ノズルを使用した
場合（ノズルの組成とサイズは、前記実施例１と同一）
も操業及び品質上のトラブルは全く発生しなかった。

〔発明の効果〕 本発明によれば、薄鋳片を連続鋳造により製造する際に
注入ノズルの折損や溶損等のトラブルを起こさず、鋳型
表面で発生する溶鋼の皮張りに起因する鋳片表面の二重
肌欠陥を完全に防止できるために表面肌のきれいな製品
が供給出来る。これにより操業効率を低下させずに鋳片
および製品の品質を著しく向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５図は、本発明の実施例を示す説明図であ
り、第１図および第２図は本発明の適用位置を示す断面
図、第３図〜第５図は本発明の構造を示す断面図であ
り、第６図および第７図は、従来例の注入ノズルを示す
図である。 １……溶鋼注入ノズル、２……溶鋼注入口、 ３……鋳型内溶鋼浸漬部、４……鋳型内溶鋼湯面、 ５……補強材、６……溶鋼受口、 ７……注入ノズル本体、８……注入ノズル下端部、 ９……表層耐火物材。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 皆川 昌紀 大分県大分市大字西ノ洲１番地 新日本製 鐵株式会社大分製鐵所内 (56)参考文献 特開 昭63−157747（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ベルト式連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、
   鋳型へ溶融金属を供給するための浸漬ノズルの下端部の
   溶融金属に浸漬される部分の全部又は表層部の耐火物中
   の炭素含有量を30％以上50％以下にしたことを特徴とす
   るベルト式連続鋳造用浸漬ノズル。
2. 【請求項２】ベルト式連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、
   鋳型へ溶融金属を供給するための浸漬ノズルの下端部の
   溶融金属に浸漬される部分の鋳型面側の耐火物表面に、
   炭素を主成分とする耐火物材を接着させたことを特徴と
   するベルト式連続鋳造用浸漬ノズル。