JPH0839207A - 連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 浸漬ノズル内の圧力損失を増大させて、スラ
イドバルブ付近の静圧低下を防止するとともに、ノズル
内の偏流を防止する浸漬ノズルを提供する。 【構成】 タンディッシュ１内の溶融金属２を、タンデ
ィッシュ１の下端部に設けられたスライドバルブ３を介
して、該スライドバルブ３の下方に設けられた連続鋳造
用鋳型６内に供給するために、該スライドバルブ３と該
鋳型６との間に設けられた連続鋳造用ノズルにおいて、
該連続鋳造用ノズルの流路５ａに、該流路５ａの高さ方
向の中央よりも上部に、該流路５ａの断面積を縮小する
流路抵抗部が少なくとも１つ以上設けられている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タンディッシュ内に収
容された溶融金属を連続鋳造用鋳型に供給するための連
続鋳造用浸漬ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】鋼や銅
などの素材を連続的に鋳造する方法として連続鋳造法が
ある。この方法は、図７に示すように、タンディッシュ
１内に収容された溶融金属２を、タンディッシュ１下端
部に連設されたスライドバルブ３、整流ノズル４及び浸
漬ノズル５を介して鋳型６内に連続的に供給し、鋳型６
の下部で冷却凝固させつつ鋳型６下部開口（図示せず）
から素材を引き出す鋳造法である。

【０００３】連続鋳造法において、鋳型６に注入される
速度、すなわちタンディッシュ１からの溶鋼流量は、ス
ライドバルブ３のスライドゲート３ａを矢印方向に移動
させて、該ゲート３ａに開設された開口部３ｂを絞るこ
とによって調節される。従って、タンディッシュ１内に
溶鋼２が十分溜められていても、スライドバルブ３の絞
り状態では、スライドバルブ３で溶融金属が高速で流下
するため、静圧が大気圧以下にまで低下する。図８は、
ノズル５内の流路５ａにおける静圧分布を示したグラフ
であり、横軸に鋳型における溶融金属の湯面（メニスカ
ス）（図７中、Ｍで示す）からの高さ（ｍ）を示してお
り、縦軸に該当高さにおける静圧（Ｐａ）を示してい
る。このグラフは水を用いて静圧分布を測定したもの
で、鋳造速度４．２ｔｏｎ／ｍｉｎに該当する水の流量
０．６ｍ³ ／ｍｉｎにおける測定値を点線で示し、溶鋼
に換算した計算値を一点鎖線で示している。このグラフ
からわかるように、タンディッシュ１からスライドバル
ブ３に近づくのに伴って静圧が上昇し、スライドバルブ
３の通過に伴い、急激に静圧が低下して、その後、メニ
スカスＭ付近で大気圧にまで回復していることがわか
る。このように、流路内の静圧がスライドバルブ３付近
で急激に大気圧より下がるため、スライドバルブ３部分
やスライドバルブ３と整流ノズル４の連設部分等から空
気が吸い込まれて、溶鋼２中に含まれている金属、例え
ば、アルミニウムなどを酸化する。

【０００４】アルミニウムの酸化により生じたアルミナ
が、アルミナ介在物として鋳造製品中に混入されると、
製品欠陥の原因となる。また、生成したアルミナ介在物
が浸漬ノズル内壁面に付着して、図７中の７のように成
長すると、流路５ａの閉塞を引き起こし、連続鋳造の安
定操業を阻害する。スライドバルブ３周辺からの空気吸
い込みによる溶鋼の酸化を防止するために、従来、スラ
イドバルブ３上部からアルゴンガスを吹き込んだり、ス
ライドバルブ３周辺をアルゴンでシールしたりする方法
が採られている。しかし、アルゴンガスは高価である上
に、アルゴンの気泡が製品中に混入すると、ピンホール
等の欠陥の原因となる。

【０００５】一方、スライドバルブ３の開口部を絞った
場合、ノズル５内の流路５ａを流れる溶融金属の流れ
は、図７中の破線で示すような流速分布を有しており、
スライドバルブ３の開口側で溶融金属の流速が大きいと
いう偏流を生じる。スライドバルブ３の絞りによる偏流
は、浸漬ノズル５内の流路５ａだけでなく、ノズル５下
端の吐出孔５ｂから鋳型６内へ流出する流れもアンバラ
ンスにする。また、溶鋼の酸化により生じる、例えば、
アルミナ介在物のノズル５内壁面への付着７の偏りを助
長し、このことが更に鋳型６内の流れのアンバランスを
助長する。このため、高速鋳造が阻害され、ブレークア
ウトなどを引き起こす原因となる。

【０００６】スライドバルブ３の絞りによる偏流を改善
するために、例えば、図９に示すような浸漬ノズル１０
が提案されている。浸漬ノズル１０は、ノズル１０の高
さ方向の中央部より下方に、１乃至複数の段付部９が設
けられたノズルで、断付部９の部分の流路１０ａの径
（ｂ）は段付部９が設けられていない部分の流路１０ａ
の流路径（ａ）よりも５〜１０ｍｍ程度小さく、偏流が
段付部９にぶつかることによって乱流を生じさせて偏流
を解消しようとするものである。しかし、このような浸
漬ノズルを用いても、偏流の改善としては不充分である
上に、スライドノズル３付近の急激な静圧低下を防止す
ることができない。

【０００７】また、特開昭６３−４３７５５号公報に、
溶鋼流路上部に羽根部材を取付け、該羽根部材により溶
鋼流を旋回流に変えて、偏流を改善する浸漬ノズルが提
案されている。しかし、この浸漬ノズルでは、吐出口に
おける最大流速が大きくなる傾向にあり、しかもスライ
ドノズル付近の急激な静圧低下の防止には不充分であ
る。さらに、かかる構成を有する浸漬ノズルでは、旋回
流を発生させるためにノズル自身に振動が発生しやすい
という問題があり、耐火物の構造強度上、課題が残って
いる。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであり、その目的とするところは、浸漬ノズル内
の圧力損失を増大させて、スライドバルブ付近の静圧低
下を防止するとともに、ノズル内の偏流を防止する浸漬
ノズルを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の連続鋳造用浸漬
ノズルは、タンディッシュ内の溶融金属を、タンディッ
シュの下端部に設けられたスライドバルブを介して、該
スライドバルブの下方に設けられた連続鋳造用鋳型内に
供給するために、該スライドバルブと該鋳型との間に設
けられた連続鋳造用ノズルにおいて、該連続鋳造用ノズ
ルの流路に、該流路の高さ方向の中央よりも上部に、該
流路の断面積を縮小する流路抵抗部が少なくとも１つ以
上設けられていることを特徴とする。

【００１０】前記流路抵抗部は、該流路抵抗部が設けら
れた部分の流路の断面積（Ｓ₂ ）を、該流路抵抗部が設
けられていない部分の流路の断面積（Ｓ₁ ）の３５〜６
０％に縮小せしめるものあることが好ましい。前記流路
抵抗部としては、リング状の邪魔板、複数の貫通孔が開
設された邪魔板、ノズル内壁面に突設された突出部が好
ましく用いられる。

【００１１】また、本発明の連続鋳造用浸漬ノズルは、
ノズル下端の吐出口から前記流路抵抗部までの長さ
（Ｈ）が、流路径（ｒ）の５倍以上であることを特徴と
する。

【００１２】

【作用】浸漬ノズル上部、すなわち、スライドバルブの
下端部近くに、流路断面積を縮小する流路抵抗部が設け
られているので、流路抵抗部を通過する際の圧力損失が
増大する。その結果、スライドバルブを絞ったことによ
り生じる静圧の低下が抑制される。

【００１３】静圧の低下抑制は、スライドバルブ付近に
おける外気の吸い込み防止に繋がり、アルゴンシール等
を設けなくても、溶鋼金属の酸化防止、アルミナなどの
非金属介在物の生成防止を図ることができる。また、流
路抵抗部により流路の断面積が小さくなっているため、
スライドバルブを通過する際に生じた溶鋼金属の偏流
は、先ず流路抵抗部に衝突して、局部的に乱流状態とな
り、流れの偏りが急激に緩和される。そして、流路抵抗
部はノズルの上部に設けられているので、流路抵抗部か
ら吐出口までの流路断面積が一定部分の流路にて整流さ
れる。さらに同一鋳造速度において流路抵抗部をもたな
いノズルと比較するとスライドバルブ開度は大きくなる
ので、スライドバルブを通過する溶鋼流速は小さくな
り、スライドバルブの溶損が軽減され、寿命は延長す
る。

【００１４】

【実施例】図１は、流路抵抗部として１枚のリング状の
邪魔板１１が流路２０ａの上端部に設けられた浸漬ノズ
ル２０を、スライドバルブ３の出口に付設された整流ノ
ズルの下端に連設した状態を示している。図１中、従来
と同様の部分は、図７と同符号で示している。邪魔板１
１が設けられた部分では、溶鋼は邪魔板１１の貫通孔１
１ａを通過する。

【００１５】邪魔板１１により静圧の低下が抑制される
ことは、図２からわかる。図２は、図１の構成におい
て、メニスカスＭからの高さ（Ｈ）が０．５ｍの位置に
邪魔板１１を設けた場合の流路内の静圧分布を示してい
る。邪魔板１１部分の流路断面積Ｓ₂ 、すなわち邪魔板
１１の貫通孔１１ａ部分の断面積は、流路２０ａにおい
て邪魔板１１が設けられていない部分の流路断面積Ｓ₁
の３０％に縮小されている。

【００１６】図２において、横軸は鋳型６のメニスカス
Ｍからの高さ（ｍ）を示しており、縦軸は該当高さにお
ける静圧を示している。このグラフは、図８の場合と同
様に、鋳造速度４．２ｔｏｎ／ｍｉｎに該当する水の流
量０．６ｍ³ ／ｍｉｎにおける静圧分布を測定したもの
で、水の測定値を点線で示し、溶鋼に換算した計算値を
一点鎖線で示している。邪魔板１１に相当する部分は、
グラフ中の斜線で示されている。

【００１７】このグラフからわかるように、タンディッ
シュ１からスライドバルブ３に近づくのに伴って静圧が
上昇し、スライドバルブ３の通過に伴い静圧が低下して
いるが、その低下は大気圧よりやや下がる程度であり、
邪魔板１１直前では大気圧よりも高くなり、邪魔板１１
の通過により再び大気圧よりも下がるが、即時に静圧が
上昇回復する。静圧の回復は、スライドバルブ３付近に
おける外気の吸い込み防止に繋がり、アルゴンシール等
を設けなくても、溶鋼金属の酸化防止を図ることができ
る。

【００１８】次に、流路抵抗部の流路断面積Ｓ₂ と流路
内の静圧との関係を図３を参照しつつ説明する。図３に
おいて、横軸はスライドバルブからの距離（ｍｍ）を示
し、縦軸はノズル内の静圧（ｍｍＨｇ）を示している。
図３は、スライドバルブから約１５０ｍｍ下方に、流路
断面積Ｓ₂ が異なる、すなわち内径が異なるリング状の
邪魔板を設けて、鋳造速度４．２ｔｏｎ／ｍｉｎ相当で
水を流下させた場合の流路内の静圧分布を測定したグラ
フである。図３中の白丸（○）は邪魔板を設けなかった
場合（流路断面積Ｓ₁ ＝１００％）を示している。白三
角（△）、白菱形（◇）、白四角（□）は、それぞれ流
路断面積Ｓ₂ が５０％、４０％、３０％の邪魔板を設け
た場合を示している。

【００１９】図３からわかるように、スライドバルブか
ら５００ｍｍ程度の位置では、邪魔板の有無及び邪魔板
部分の流路断面積Ｓ₂ の大小に拘らず、静圧は大気圧
（０ｍｍＨｇ）と同程度であるが、スライドバルブ直後
では、流路断面積Ｓ₂ が小さい邪魔板程、静圧が高くな
る傾向にある。この傾向は、スライドバルブと邪魔板と
の間における静圧に関しても認められる。そして、流路
断面積Ｓ₂ が３０％の邪魔板を設けた場合（□）のスラ
イドバルブと邪魔板との間の静圧は、大気圧よりも大き
くなっている。

【００２０】図３の結果から、本発明のノズルに用いら
れる流路抵抗部は、流路抵抗部を設けた部分の流路断面
積Ｓ₂ を、流路抵抗部を設けていない部分の流路断面積
Ｓ₁の３５〜６０％に縮小するものが好ましい。流路断
面積Ｓ₂ が３５％未満では、スライドバルブと流路抵抗
部との間の静圧が高くなり過ぎて、スライドバルブとノ
ズルの連結部分から溶鋼が漏出するおそれがあり、且つ
鋳造速度の制御が困難となる。一方、流路断面積Ｓ₂ が
５０％を超えるあたりから静圧を上昇させる効果が顕著
に表れなくなるからである。尚、図３において、流路断
面積Ｓ₂ が３０％の場合は邪魔板の通過により静圧が減
少しているが、このことは、邪魔板直後の静圧が急激に
減少するという一般的傾向（図２参照）が流路断面積比
が小さくなる程顕著になるためである。すなわち、スラ
イドバルブを絞れば流速が増大し、かつ下部の流体が落
ちようとして負圧を発生させるからである。

【００２１】尚、上記実施例では、邪魔板１１の形状は
リング状であったが、本発明はこれに限定されず、例え
ば、複数の貫通孔が開設された円板１２（図４（ａ））
や格子模様の円板１３（図４（ｂ））、その他の形状で
あってもよい。これらの場合において、貫通孔１２ａ又
は格子間間隙１３ａの部分が流路となり、貫通孔１２ａ
又は格子間間隙１３ａの総断面積が上述のＳ₂ に相当す
る。また、流路内に設けられる流路抵抗部の個数は、１
個に限らず、複数個を連続的に設けてもよい。複数個設
けることにより、流路抵抗部が設置された部分で生じる
溶鋼の乱流を強くし、偏流の改善に寄与する。

【００２２】また、流路抵抗部は、邪魔板のような部材
を流路内に設ける場合だけでなく、流路の断面積を縮小
する突出部をノズル内壁面に突設してもよい。図５は、
ノズル内に、３か所の突出部３１，３１' ，３１''を突
設した場合の浸漬ノズル３０を示している。突出部３１
における各流路断面積Ｓ₂ は浸漬ノズルの直管部分、す
なわち突出部３１が突設されていない部分の流路断面積
Ｓ₁ よりも小さい。そして、突出部３１の流路断面積Ｓ
₂ は、リング状の邪魔板を設けた場合と同様の理由か
ら、直管部分の流路断面積Ｓ₁ の３５〜６０％が好まし
く、当該範囲内であれば、３箇所の突出部３１，３１'
，３１''の各断面積Ｓ₂ は同じであってもよいし、異
なっていてもよい。

【００２３】次に、本発明の浸漬ノズルの偏流改善効果
について、図６を参照しつつ説明する。図６は、浸漬ノ
ズル内の流路におけるレイノルズ応力の変化を表したグ
ラフで、横軸にスライドバルブからの距離（ｍ）、縦軸
にレイノルズ応力を示している。レイノルズ応力とは、
流れの偏流の度合いを示す尺度であり、レイノルズ応力
が０であれば平均速度分布は均一であることを示し、レ
イノルズ応力が大きくなる程、偏流の度合いが大きくな
ることを示す。図６において、黒丸（●）は本発明の一
実施例である図５の浸漬ノズルをスライドバルブに連設
した場合であり、白三角（△）は従来例（図９の浸漬ノ
ズル）をスライドバルブに連設した場合であり、白丸
（○）は上端から吐出口までの流路断面積が一定の直管
型浸漬ノズルを連設した場合を示している。

【００２４】図６からわかるように、直管型ノズルで
は、スライドバルブの通過に伴って増大したレイノルズ
応力は、スライドバルブから０．７ｍ程度の距離のとこ
ろまで残っている。従来例では、スライドバルブ近辺に
おけるレイノルズ応力は、直管型と比べれば若干小さく
なっているが、レイノルズ応力がほとんど０となるの
は、直管型ノズルと同様、スライドバルブから０．７ｍ
程度のところである。一方、本実施例のノズルでは、ス
ライドバルブの通過に伴って増大したレイノルズ応力
は、スライドバルブの直後０．２ｍ程度から急激に小さ
くなり、０．４ｍ程度でほとんど０となっており、従来
例と比べても、偏流が大きく改善されていることがわか
る。

【００２５】従って、流路抵抗部を浸漬ノズルの上方、
すなわちスライドバルブにできるだけ近い位置に設け、
流路抵抗部から吐出口８までの流路、すなわち流路断面
積がＳ₁ で一定である直管部分の長さ（図５中、「ｈ」
で示す）を長くすることにより、偏流がより改善され
る。十分な偏流防止効果を得るためには、ｈを流路断面
積Ｓ₁ 部分のノズル内径（ｒ）の５倍以上とすることが
好ましい。タンディッシュ１と鋳型６との距離は設計上
限られていることからも、流路抵抗部はノズル上部付近
に設けることが好ましい。

【００２６】このように、本発明の連続鋳造用浸漬ノズ
ルでは、流路抵抗部で乱流を生ぜしめ、それを流路抵抗
部が設けられている直管部分で整流することにより偏流
を改善するものであるから、従来の旋回流を生じさせる
ことによる偏流改善のような振動を生じることもない。

【００２７】

【発明の効果】本発明の連続鋳造用浸漬ノズルには、流
路断面積を縮小する流路抵抗部が設けられているので、
溶鋼流は流路抵抗部を通過する際の圧力損失を増大せし
めて、スライドバルブを絞ったことにより生じる静圧の
低下が抑制でき、スライドバルブ付近における外気の吸
い込みを防止できる。

【００２８】さらに、本発明の連続鋳造用浸漬ノズルは
流路抵抗部が流路の上部に設けられているので、該流路
抵抗部の通過の際に乱流を生ぜしめて、スライドバルブ
を通過する際に生じる偏流を急激に緩和し、さらに流路
抵抗部から吐出口までの流路断面積Ｓ₁ が一定部分の流
路にて整流できるので、偏流の改善も図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係る浸漬ノズルを整流ノズ
ルの下端に取りつけた状態の断面図である。

【図２】本発明の浸漬ノズルを用いた場合のメニスカス
からの距離と流路の静圧分布の関係を示すグラフであ
る。

【図３】流量抵抗部の流路断面積と静圧分布の関係を示
すグラフである。

【図４】流量抵抗部の他の実施例を示す図である。

【図５】本発明の他の実施例に係る浸漬ノズルの断面図
である。

【図６】本発明の浸漬ノズルにおけるレイノルズ応力と
スライドバルブからの距離の関係とを示すグラフであ
る。

【図７】スライドバルブに整流ノズルを介して連設され
た従来例の浸漬ノズルの断面図である。

【図８】従来の浸漬ノズルを用いた場合のメニスカスか
らの距離と流路内の静圧分布との関係を示すグラフであ
る。

【図９】従来の浸漬ノズルを示す断面図である。

【符号の説明】

３ スライドバルブ １１ 邪魔板 １２ 邪魔板 １３ 邪魔板 ２０ 浸漬ノズル ３０ 浸漬ノズル ３１ 突出部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三宅 俊也 兵庫県神戸市西区高塚台１丁目５番５号 株式会社神戸製鋼所神戸総合技術研究所内 (72)発明者 森下 雅史 兵庫県加古川市尾上町池田字池田開拓2222 −１ 株式会社神戸製鋼所加古川研究地区 内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンディッシュ（１）内の溶融金属
   （２）を、タンディッシュ（１）の下端部に設けられた
   スライドバルブ（３）を介して、該スライドバルブ
   （３）の下方に設けられた連続鋳造用鋳型（６）内に供
   給するために、該スライドバルブ（３）と該鋳型（６）
   との間に設けられた連続鋳造用ノズルにおいて、 該連続鋳造用ノズルの流路（５ａ）に、該流路（５ａ）
   の高さ方向の中央よりも上部に、該流路（５ａ）の断面
   積を縮小する流路抵抗部が少なくとも１つ以上設けられ
   ていることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
2. 【請求項２】 前記流路抵抗部は、該流路抵抗部が設け
   られた部分の流路の断面積（Ｓ₂ ）を、該流路抵抗部が
   設けられていない部分の流路の断面積（Ｓ₁）の３５〜
   ６０％に縮小せしめるものあることを特徴とする請求項
   １に記載の連続鋳造用浸漬ノズル。
3. 【請求項３】 前記流路抵抗部は、リング状の邪魔板
   （１１）であることを特徴とする請求項１又は２に記載
   の連続鋳造用浸漬ノズル。
4. 【請求項４】 前記流路抵抗部は、複数の貫通孔が開設
   された邪魔板（１２，１３）である請求項１又は２に記
   載の連続鋳造用浸漬ノズル。
5. 【請求項５】 前記流路抵抗部は、ノズル内壁面に突設
   された突出部（３１）であることを特徴とする請求項１
   又は２に記載の連続鋳造用浸漬ノズル。
6. 【請求項６】 ノズル下端の吐出口（８）から前記流路
   抵抗部までの長さ（Ｈ）が、流路径（ｒ）の５倍以上で
   あることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の
   連続鋳造用浸漬ノズル。