JPH10305354A - 圧力制御用ノズル及び鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 タンディッシュノズル内における溶鋼流の乱
れやノズル閉塞に起因する偏流現象を防止し、常に鋳型
内の溶鋼流動を最適に制御できる鋼の連続鋳造用タンデ
ィッシュノズル及びそれを用いた連続鋳造方法を提供す
る。 【解決手段】 不活性ガス吹き込み孔とは別にタンディ
ッシュノズル１の内壁面に気孔径３〜５０μｍのガス吸
引用多孔質耐火物２とその背面に密閉室を配置し、且つ
該密閉室にガス吸引用の配管５を接続するための排気用
口金具を配置したガス吸引構造を有するタンディッシュ
ノズル１であり、該タンディッシュノズル１に配置した
多孔質耐火物２からガス吸引を行い、該タンディッシュ
ノズル１内の圧力を下記条件を満足するように制御して
鋳造する。 Ｈ／Ｄ≧２，５ ここで、Ｈはタンディッシュノズル内の溶鋼表面高さ
（ｍ）、Ｄはタンディッシュノズル内径（ｍ）である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造用タ
ンディッシュノズルと連続鋳造用タンディッシュノズル
を用いる鋼の連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常、タンディッシュから鋳型内への溶
鋼注入は、タンディッシュに設けられた逆Ｙ型の吐出孔
を有する耐火物製のタンディッシュノズルを介して行わ
れている。タンディッシュノズルの左右吐出孔から鋳型
内に流出した溶鋼は鋳型短片に衝突した後、上下方向に
分割され、一方は短片に沿って下向きの下降流となり、
他方は上昇して溶鋼表面流となる。この溶鋼表面流が強
すぎる場合には、溶鋼表面でパウダーの巻き込みが生
じ、反対に溶鋼表面流が弱すぎる場合には、溶鋼表面へ
の熱供給が不足し部分的に凝固したディッケルが鋳型内
に持ち込まれる。さらに、短片下降流が強すぎる場合に
は、鋳型内下方に向かう溶鋼の浸入深さが深くなるた
め、溶鋼中の介在物は浮上しきれず鋳片内部に捕捉され
る。このため、タンディッシュノズルには、溶鋼表面に
パウダーの巻き込みとディッケルが生じない範囲の表面
流速を与え、その上で溶鋼の浸入深さをできるだけ浅く
することが望まれており、従来から種々の形状のタンデ
ィッシュノズル、例えば特開昭６１−１４０５１号公報
記載のタンディッシュノズル等が開発され、平均的な鋳
型内の溶鋼流動はほぼ適正な範囲に制御されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、タンデ
ィッシュノズルの左右吐出孔から流出する溶鋼の流速は
必ずしも同一ではなく、タンディッシュノズル内におけ
る溶鋼流の乱れに起因して左右の吐出流に偏りが生じ、
この偏りは時間と共に変化する。また、鋳造時間の経過
とともに、溶鋼中の非金属介在物がノズル内壁に付着し
てくると、偏流現象はより激しくなる。このような偏流
現象が発生した場合には、吐出流速の速い側で溶鋼表面
流速及び溶鋼浸入深さが同時に増大するため、パウダー
起因の表面欠陥やアルミナ起因の内部欠陥が多発し、鋳
片品質は著しく低下する。即ち、従来のタンディッシュ
ノズル形状による鋳型内の平均的な流動制御だけでは、
タンディッシュノズル内における溶鋼流の乱れやノズル
閉塞に起因する偏流現象を防止し、鋳型内の溶鋼流動を
常に適正な範囲に制御することはできない。

【０００４】本発明は、従来のタンディッシュノズルに
おけるこれらの問題点を解決するもので、タンディッシ
ュノズル内の溶鋼流動を整流化すると共に、ノズル閉塞
をも防止することにより、常に鋳型内の溶鋼流動を最適
に制御できる鋼の連続鋳造用タンディッシュノズル及び
それを用いた連続鋳造方法の提供を課題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、連続鋳造
機のモデル実験及びその解析により、溶鋼流の偏流発生
機構及びノズル閉塞機構について解明し、それに基づい
てタンディッシュノズル内における溶鋼流の乱れやノズ
ル閉塞に起因する偏流現象を防止し、鋳型内の溶鋼流動
を最適に制御するようにしたものである。

【０００６】本発明の要旨は、（１）鋼の連続鋳造用タ
ンディッシュノズルにおいて、不活性ガス吹き込み孔と
は別に該タンディッシュノズルの内壁面に気孔径３〜５
０μｍのガス吸引用多孔質耐火物とその背面に密閉室を
配置し、且つ該密閉室にガス吸引用の配管を接続するた
めの排気用口金具を配置したガス吸引構造を有する連続
鋳造用タンディッシュノズルである。また、（２）前記
（１）記載のタンディッシュノズルを用いて、該タンデ
ィッシュノズルに配置した多孔質耐火物からガス吸引を
行い、該タンディッシュノズル内の圧力を減圧しながら
鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。ま
た、（３）前記（１）記載のタンディッシュノズルを用
いて、該タンディッシュノズルに配置した多孔質耐火物
からガス吸引を行い、該タンディッシュノズル内の圧力
を下記の条件を満足するように制御して鋳造することを
特徴とする鋼の連続鋳造方法である。

【０００７】Ｈ／Ｄ≧２．５ ここで、Ｈはタンディッシュノズル内の溶鋼表面高さ
（ｍ）、Ｄはタンディッシュノズルの内径（ｍ）であ
る。

【０００８】

【発明実施の形態】一般に、タンディッシュノズル内に
はノズル閉塞の防止を目的として、不活性ガスの吹き込
みが行われている。この場合、アルミナグラファイト材
質からなるタンディッシュノズルは溶鋼と濡れ難いた
め、注入流量を制御する溶鋼絞り部（ストッパー方式で
はストッパー先端位置、スライディングノズル方式では
摺動プレート位置）より下側で、タンディッシュノズル
全周にわたってノズル内壁と溶鋼との間にガス溜まりが
形成され、溶鋼流はタンディッシュノズル内を自由落下
する。自由落下流はノズル内壁で拘束されないため不安
定で乱れを生じ易く、その乱れがタンディッシュノズル
内の溶鋼表面に伝わることにより偏流現象が発生する。
さらに、タンディッシュノズル内に吹き込まれた不活性
ガスは、一旦ノズル内壁と溶鋼との間に形成されたガス
溜まりに滞留し、その後鋳型内に断続的に吹き込まれる
ため、タンディッシュノズル内の圧力は周期的に変化す
る。周期的な圧力変化はタンディッシュノズル内の溶鋼
表面を上下に振動させ、偏流現象をさらに助長する。ま
た、タンディッシュノズル内で自由落下流が生じると、
溶鋼に比べて密度が小さく、且つ溶鋼と濡れ難い非金属
介在物は一度タンディッシュノズル内の溶鋼表面に排出
されるが、タンディッシュノズル内の溶鋼表面は周期的
な圧力変化に伴い振動しているため非金属介在物はノズ
ル内壁に付着する。

【０００９】以上の偏流発生機構及びノズル閉塞機構に
ついては、本発明者らが水や水銀を用いた連続鋳造機の
モデル実験及びその解析により明らかにしたもので、本
知見からタンディッシュノズル内における溶鋼流の乱れ
やノズル閉塞に起因する偏流現象を防止し、鋳型内の溶
鋼流動を最適に制御するためには、不活性ガスの吹き込
みに伴うタンディッシュノズル内の自由落下流を安定し
た充満流にすることが重要であると考えられる。

【００１０】鋳型内の溶鋼表面を基準にすると、タンデ
ィッシュノズル内における溶鋼表面高さＨ（ｍ）は
（１）式で表される。

【００１１】 Ｈ＝（Ｐ_A−Ｐ_N）／（ρ・ｇ）・・・・・（１） ここで、Ｐ_Nはタンディッシュノズル内の圧力（Ｐ
ａ）、Ｐ_Aは大気圧（Ｐａ）、ρは溶鋼密度（ｋｇ／
ｍ³）、ｇは重力加速度（ｍ／ｓ²）である。即ち、タン
ディッシュノズル内の圧力を下げることによりタンディ
ッシュノズル内の溶鋼表面高さを上昇させることがで
き、理論的には０Ｐａまでタンディッシュノズル内の圧
力を下げるとタンディッシュノズル内の溶鋼表面高さは
１．５ｍ上昇する。一般に、タンディッシュノズル入り
口（タンディッシュ底部）から鋳型内の溶鋼表面までの
距離は１ｍ程度であるため、不活性ガスの吹き込みによ
り自由落下流が生じた場合でも、タンディッシュノズル
内の圧力を下げることによりタンディッシュノズル内の
溶鋼流を常に充満化させ、偏流現象を防止することがで
きる。

【００１２】タンディッシュノズル内の圧力を制御する
ためには、タンディッシュノズル内から不活性ガスを吸
引する必要があるが、タンディッシュノズル内に連通し
た単管から不活性ガスを吸引すると溶鋼まで吸引するこ
とになる。このため、タンディッシュノズルの内壁に多
孔質耐火物を設け、この多孔質耐火物を通して不活性ガ
スを吸引する方法が有効である。本方法でガス吸引を行
う場合、多孔質耐火物には、溶鋼が浸透せず、且つタン
ディッシュノズル内の不活性ガスを十分に吸引できる機
能が必須となる。

【００１３】そこで、多孔質耐火物からのガス吸引特性
を評価するために、第１図に示すガス吸引構造を有する
タンディッシュノズルを製作し、Ａｒガス雰囲気中での
吸引試験と溶鋼中での吸引試験を実施した。タンディッ
シュノズル１は内径９０ｍｍ、外径１８０ｍｍ、長さ１
２００ｍｍ、吐出孔径９０ｍｍ、吐出孔角度３５°のア
ルミナグラファイト製で、タンディッシュノズルの内壁
には、上部にガス吸引用の長さ２５０ｍｍ、厚み１０ｍ
ｍの多孔質耐火物２を、下部にノズル閉塞防止用の長さ
２００ｍｍ、厚み１０ｍｍの不活性ガス吹き込み用耐火
物３を設けた構造とした。多孔質耐火物２は長い程、ガ
ス吸引のための面積を大きくでき、タンディッシュノズ
ル内の圧力制御には有利であるが、多孔質耐火物２の設
置はノズル強度を低下させるため、現在の不活性ガス吹
き込みで実績のあるガス吹き込み用耐火物の中で、比較
的長いものとして２５０ｍｍを選んだ。Ａｒガス雰囲気
中での吸引試験ではタンディッシュノズルの密閉室４と
連通したガス吸引用配管５に圧力制御機能を有する真空
ポンプと積算流量計を接続し、密閉室４の圧力が１００
Ｐａになる条件で吸引した。なお、雰囲気温度は１００
０℃である。また、溶鋼中での吸引試験では１５５０℃
の溶鋼中にタンディッシュノズルを浸漬し、その状態で
圧力制御機能を有する真空ポンプを用いてタンディッシ
ュノズルの密閉室を１００Ｐａに減圧した。なお、これ
らの実験はガス吸引用多孔質耐火物の評価が目的である
ため、不活性ガス吹き込み用耐火物からのＡｒガス吹き
込みは実施しなかった。

【００１４】第２図にＡｒガス雰囲気中での吸引試験に
おける多孔質耐火物の気孔径とガス吸引能の関係を示
す。多孔耐火物の気孔径が大きくなると、ガス吸引能が
高くなることが分かる。タンディッシュノズルの閉塞防
止のために吹き込まれる不活性ガスは最低でも３Ｎｌ／
ｍｉｎの流量であるため、不活性ガス吹き込み状態でタ
ンディッシュノズル内を減圧するためには、吹き込みガ
ス流量に相当するガス吸引能が求められ、第２図より多
孔質耐火物の気孔径は３μｍ以上となる。第３図に溶鋼
中での吸引試験で得られた多孔質耐火物の気孔径と最大
溶鋼浸透深さの関係を示す。溶鋼が多孔質耐火物に浸透
しないための気孔径は５０μｍ以下であることが分か
る。よって、多孔質耐火物に溶鋼が浸透せず、且つタン
ディッシュノズル内の不活性ガスを十分に吸引できるた
めには、多孔質耐火物の気孔径を３〜５０μｍにする必
要がある。

【００１５】タンディッシュノズル内における充満状態
（タンディッシュノズル内の溶鋼表面高さ）と偏流現象
の関係を定量的に評価するため、連続鋳造機の水銀モデ
ル装置を用いて実験を行った。タンディッシュノズルは
透明のアクリル製で、その形状はガス吸引実験で用いた
タンディッシュノズルの１／２．５サイズを基本とした
が、タンディッシュノズルの内径については種々変更し
た。なお、ガス吸引部には実機タンディッシュノズルと
同様、多孔質耐火物を用いた。鋳型サイズは厚み１００
ｍｍ、幅１０００ｍｍである。水銀を２０ｌ／ｍｉｎの
流速でタンディッシュノズルを通して鋳型内に供給しな
がら、プロペラ流速計でタンディッシュノズルの左右の
吐出流速を測定した。同時に、タンディッシュノズル内
の水銀表面高さを目視観察により評価した。なお、タン
ディッシュノズル上部のガス吹き込み用耐火物からは、
１．２Ｎｌ／ｍｉｎの流量でＡｒガス吹き込みを実施し
た。偏流現象は、タンディッシュノズルにおける左右吐
出流速の差の絶対値を左右吐出流速の平均値で除した値
（偏流指標）により評価した。

【００１６】第４図にタンディッシュノズル内の水銀表
面高さＨ／タンディッシュノズル内径Ｄと偏流指標の関
係を示す。Ｈ／Ｄを２．５以上にすることにより、偏流
現象を抑制できることが分かる。これは、Ｈ／Ｄを２．
５以上確保することにより充満領域が広がり、自由落下
流の乱れがタンディッシュノズル吐出孔までにある程度
緩和されるためだと考えられる。

【００１７】実際の溶鋼鋳造では、タンディッシュノズ
ル内の溶鋼表面高さＨを検知できないため、タンディッ
シュノズルと濡れ難い水銀等のモデル実験において実機
と同一の不活性ガス吹き込み条件下で、ガス吸引用多孔
質耐火物の背面に配置した密閉室内の圧力とタンディッ
シュノズル内の液体表面高さＨの関係を予め定量化し、
これを用いてＨ／Ｄ≧２．５の条件を満足するように、
密閉室内の圧力を制御すれば良い。なお、タンディッシ
ュノズルの密閉室における圧力は密閉室に接続された配
管に圧力計を取り付けることにより測定できる。また、
（１）式を用いてタンディッシュノズル内の圧力Ｐ
_N（Ｐａ）により偏流抑制条件を表示するとＰ_N≦Ｐ_A−
２．５・Ｄ・ρが得られため、タンディッシュノズル内
の圧力を直接検知し、上記条件を満足するようにタンデ
ィッシュノズル内の圧力を減圧制御することも可能であ
る。

【００１８】

【実施例】以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明
について説明する。

【００１９】本発明者らは、第１図に示す内径９０ｍ
ｍ、長さ１２００ｍｍ、吐出孔径９０ｍｍ、吐出孔角度
３５°のアルミナグラファイト製タンディッシュノズル
の内壁に、ガス吸引用の長さ２５０ｍｍ、厚み１０ｍｍ
の同じくアルミナグラファイト製多孔質耐火物とノズル
閉塞防止用の長さ２００ｍｍ、厚み１０ｍｍのアルミナ
グラファイト製不活性ガス吹き込み用耐火物を設けた構
造のタンディッシュノズルを用いて、鋳片サイズ２５０
ｍｍ（厚み）×１８３０ｍｍ（幅）、炭素濃度３０ｐｐ
ｍの極低炭素鋼１２５０ｔを鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎ
で鋳造した。ノズル閉塞を防止するためのＡｒガス吹き
込みは、タンディッシュノズル上部のガス吹き込み用耐
火物から１０Ｎｌ／ｍｉｎで吹き込んだ。試験に用いた
連続鋳造機は２ストランドであり、一方のストランドで
タンディッシュノズルの密閉室における圧力が１００Ｐ
ａになるように圧力制御機能を有する真空ポンプを用い
てガス吸引を実施した。

【００２０】この場合、事前の水銀モデル実験でタンデ
ィッシュノズル内の溶鋼流は完全に充満化することを確
認した。本発明の実施例及び比較例の鋳片は８５００ｍ
ｍ長さに切断して１コイル単位とした。このスラブを常
法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に０．７ｍｍ×
幅１８３０ｍｍコイルの冷延鋼板とした。鋳片品質につ
いては、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、１
コイル当たりに発生する表面欠陥の発生個数を評価し
た。また、偏流の発生状況は鋳型内に埋め込んだ熱電対
から両短片の溶鋼表面高さの差を検出することにより、
タンディッシュノズルの閉塞状況はストッパー開度の変
化と鋳造後に回収したタンディッシュノズルへのアルミ
ナ付着厚さにより評価した。

【００２１】タンディッシュノズル内を減圧制御した実
施例では、両短片の溶鋼表面高さの差は５ｍｍ以下で、
偏流は発生しなかったため、鋳片欠陥は全く発生しなか
った。また、鋳造時のストッパー開度はほぼ一定であ
り、鋳造後にタンディッシュノズルを回収し、ノズル閉
塞の発生状況を調査しても、ノズル内壁のアルミナ付着
は殆ど観察されなかった。これに対し、タンディッシュ
ノズル内を減圧制御しなかった比較例では、両短片の溶
鋼表面高さの差は最大で４０ｍｍにも達し、偏流が激し
かったため、パウダーの巻き込みとアルミナ介在物の捕
捉により表面欠陥及び内部欠陥が発生した。さらに、鋳
造後半からストッパーの開度が開きはじめ、鋳造後のタ
ンディッシュノズルの調査では鋳型内の溶鋼表面位置で
アルミナ介在物が１０ｍｍ程度付着していた。

【００２２】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によりノ
ズル閉塞と偏流現象を防止できるため、鋳型内の溶鋼流
動は最適に制御され、鋳片の品質は格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】タンディッシュノズルのガス吸引構造を説明す
る図である。

【図２】Ａｒ雰囲気中での吸引試験で得られた多孔質耐
火物の気孔径とガス吸引能の関係を示す図である。

【図３】溶鋼中での吸引試験で得られた多孔質耐火物の
気孔径と最大溶鋼浸入深さの関係を示す図である。

【図４】タンディッシュノズル内の溶鋼表面高さ／タン
ディッシュノズル内径と偏流指標の関係を示す図であ
る。

【符号の説明】 １ タンディッシュノズル１ ２ ガス吸引用多孔質耐火物 ３ 不活性ガス吹き込み用耐火物 ４ タンディッシュノズルの密閉室 ５ ガス吸引用配管

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼の連続鋳造用タンディッシュノズルに
   おいて、不活性ガス吹き込み孔とは別に該タンディッシ
   ュノズルの内壁面に気孔径３〜５０μｍのガス吸引用多
   孔質耐火物とその背面に密閉室を配置し、且つ該密閉室
   にガス吸引用の配管を接続するための排気用口金具を配
   置したガス吸引構造を有する連続鋳造用タンディッシュ
   ノズル。
2. 【請求項２】 請求項１記載のタンディッシュノズルを
   用いて、該タンディッシュノズルに配置した多孔質耐火
   物からガス吸引を行い、該タンディッシュノズル内の圧
   力を減圧しながら鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳
   造方法。
3. 【請求項３】 請求項１記載のタンディッシュノズルを
   用いて、該タンディッシュノズルに配置した多孔質耐火
   物からガス吸引を行い、該タンディッシュノズル内の圧
   力を下記の条件を満足するように制御して鋳造すること
   を特徴とする鋼の連続鋳造方法。 Ｈ／Ｄ≧２．５ ここで、Ｈはタンディッシュノズル内の溶鋼表面高さ
   （ｍ）、Ｄはタンディッシュノズルの内径（ｍ）であ
   る。