JPH11245006A

JPH11245006A - 浸漬ノズルの詰り防止方法及び装置

Info

Publication number: JPH11245006A
Application number: JP5184498A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Ikemoto; 正池本; Kiyoshi Sawano; 清志澤野
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-03-04
Filing date: 1998-03-04
Publication date: 1999-09-14

Abstract

(57)【要約】【課題】連続鋳造機の浸漬ノズルへの非金属介在物の
付着を防止し、付着した非金属介在物を除去する方法及
び装置を提供する。【解決手段】連続鋳造機の鋳型に溶融金属を注入する
浸漬ノズルの側面に周波数１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの振動
を付与することを特徴とする浸漬ノズルの詰り防止方法
である。浸漬ノズルの側面に金属、セラミックス、又は
耐火物製のロッドを介して振動発生装置より振動を伝達
することが好ましい。また、連続鋳造機の鋳型に溶融金
属を注入する浸漬ノズルの側面に固着する金属、セラミ
ックス、又は耐火物製のロッドと、該ロッドを介して浸
漬ノズルに周波数１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの振動を付与す
る振動発生装置とを有することを特徴とする浸漬ノズル
の詰り防止装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造機の浸漬
ノズルの詰り防止方法及び装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属を連続鋳造するに際しては、溶
融金属はタンディッシュと呼ばれる中間容器を経て連続
鋳造鋳型内に注入される。通常は複数ストランドの連続
鋳造が行われ、ストランド数に応じた数の鋳型に対して
タンディッシュから溶融金属が供給される。タンディッ
シュ内の溶融金属は、タンディッシュの底部に取り付け
られ先端部が鋳型内まで延びる浸漬ノズルを経由して鋳
型内に供給される。タンディッシュから鋳型への溶融金
属注入時に溶融金属が周囲の大気雰囲気に触れると溶融
金属の酸化が進行するが、浸漬ノズルを経由して注入が
行われれば、注入中の溶融金属が大気と遮断されるので
酸化を防止することができる。

【０００３】溶鋼に代表される溶融金属は、酸化精錬が
完了した段階では金属中にフリー酸素を含有するため、
一般にアルミニウム、シリコン等を主成分とする脱酸材
を溶融金属中に添加してこのフリー酸素を酸化除去す
る。アルミナ、シリカ等よりなる大部分の脱酸生成物は
連続鋳造前までに溶融金属表面に浮上し除去されるが、
一部の脱酸生成物は浮上分離せずに溶融金属中に残存す
る。これら残存する脱酸生成物としての非金属介在物
は、溶融金属が浸漬ノズルを通過するに際しその内面に
析出し堆積することがある。浸漬ノズル内面への非金属
介在物の堆積が進行すると、溶融金属が通過すべきノズ
ル断面積が縮小するため、浸漬ノズルを通過する溶融金
属流が次第に減少して鋳造速度の低下を招き、最終的に
は鋳造が不可能になる。

【０００４】浸漬ノズル内面への非金属介在物の堆積を
防止し、あるいは堆積した非金属介在物を除去するた
め、種々の方法が実施されている。浸漬ノズル内あるい
は浸漬ノズル上方の溶融金属通路の内面にポーラスな耐
火物を配置し、該ポーラスな耐火物を通じて不活性ガス
を溶融金属に吹き込み、不活性ガスの気泡によって浸漬
ノズル内面に付着した非金属介在物を除去する方法が適
用されている。この方法によると、付着非金属介在物を
除去する能力はあるものの十分ではなく、付着が激しい
場合は堆積を完全に防止できないことがあり、また不活
性ガス気泡が凝固金属中に取り込まれるので、凝固後の
金属の内部欠陥となることもある。

【０００５】浸漬ノズルに超音波振動を付与して非金属
介在物を除去する方法が知られている。特開昭５８−１
５１９４９号公報においては浸漬ノズルに圧電振動子を
固着して浸漬ノズルに超音波振動を付与する方法が開示
され、実開平２−９３０５１号公報においては更に浸漬
ノズルと超音波発振装置との間に耐火物を介して間隙を
設ける方法が開示されている。特開昭５８−１５１９４
９号公報では、非金属介在物の径が小さいうちに浸漬ノ
ズルより再離脱させる場合には、非金属介在物の径に相
当する波長の共振周波数となるように振動周波数を設定
すべきであるとし、非金属介在物の直径を１００μｍと
して振動周端数は７ＭＨｚが適切であるとしている。実
開平２−９３０５１号公報では、振動周端数を１０⁵〜
１０⁷ヘルツ、浸漬ノズルに伝播する振幅を数μ〜２０
０μを選択し、この結果超音波による振動は、液体状の
溶融金属中の媒質素子に１０⁵〜１０⁶の重力加速度を
与えることができ、化学結合の切断に非常に有効に作用
するとしている。しかし、これらの方法で浸漬ノズルに
超音波振動を付与しても、浸漬ノズル内面の必要なすべ
ての部分の非金属介在物堆積を防止することはできなか
った。更に、浸漬ノズルに圧電振動子を直接固着する
と、高温の浸漬ノズルの熱影響で圧電振動子が動作不良
に陥るという問題もあった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記問題を
解決し、浸漬ノズルへの非金属介在物の付着を防止し、
付着した非金属介在物を除去する方法及び装置を提供す
ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明の要旨
とするところは、連続鋳造機の鋳型に溶融金属を注入す
る浸漬ノズルの側面に周波数１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの振
動を付与することを特徴とする浸漬ノズルの詰り防止方
法である。浸漬ノズルの側面に金属、セラミックス、又
は耐火物製のロッドを介して振動発生装置より振動を伝
達することが好ましい。また、連続鋳造機の鋳型に溶融
金属を注入する浸漬ノズルの側面に固着する金属、セラ
ミックス、又は耐火物製のロッドと、該ロッドを介して
浸漬ノズルに周波数１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの振動を付与
する振動発生装置とを有することを特徴とする浸漬ノズ
ルの詰り防止装置である。

【０００８】従来技術において、浸漬ノズルに振動を与
えて非金属介在物を除去しようとする場合、超音波振動
が採用されていた理由は、第１に周波数が高ければ振幅
が小さくても大きな加速度が得られるので非金属介在物
の除去に有利であると考えられていたこと、及び第２に
微細な非金属介在物を除去するためには振動の波長を介
在物の直径と等しい短波長にすべきであると考えられて
いたことによる。

【０００９】本発明の第１の特徴は、高温の浸漬ノズル
においては超音波領域の高周波の振動は減衰が激しく、
浸漬ノズルの必要な個所の全体に振動を付加することが
できないことを明らかにし、周波数１０Ｈｚ〜１０ｋＨ
ｚの低周波であれば浸漬ノズルの全長にわたって振動を
付与することが可能であることを見出した点にある。更
に、振動加速度は従来技術における超音波振動で付与さ
れていた程に大きな加速度は必要なく、本発明の周波数
領域においては小さい振動加速度でも十分に非金属介在
物を除去可能であることを明らかにした。

【００１０】本発明の第２の特徴は、浸漬ノズルと振動
発生装置との間に金属、セラミックス、又は耐火物製の
ロッドを配置した点にある。従来の超音波振動を付与す
る方法においては、浸漬ノズルと超音波発生装置との間
にロッドを配置するとそのロッドにおいて振動が減衰し
て浸漬ノズルに十分に振動が伝わらないという問題があ
ったが、本発明の振動数範囲であれば減衰の問題なくロ
ッドを介して振動を伝えることが可能であり、ロッドを
介した結果として高温の浸漬ノズルの熱負荷が振動発生
装置に悪影響を及ぼすことを防止することができた。

【００１１】

【発明の実施の形態】図１に本発明の浸漬ノズル付近の
概略断面図を示す。タンディッシュ４の底部にはストラ
ンド数に対応した数の注入孔７が開口し、浸漬ノズル１
は注入孔７と同軸にタンディッシュ４と一体に取り付け
られる。浸漬ノズル１の下部先端には通常側方に向けて
複数の溶融金属出口８が開設され、この溶融金属出口は
鋳造中においては鋳型内の溶融金属浴６中に浸漬してい
る。タンディッシュ４に注入された溶融金属は、タンデ
ィッシュ底部の注入孔から浸漬ノズル内部及び浸漬ノズ
ル溶融金属出口８を経て周辺の大気に接触せずに鋳型５
内の溶融金属浴６中へ注入される。浸漬ノズル１の材質
としては、アルミナグラファイト質が一般的である。浸
漬ノズルの寸法は長さが６５０〜１２００ｍｍ、外径１
５０〜２００ｍｍ、内径３０〜９０ｍｍ程度である。

【００１２】本発明において使用する振動発生装置２
は、浸漬ノズル１の上方の外面に取り付ける。浸漬ノズ
ル１は鋳造中は高温状態となるので、振動発生装置２を
直接浸漬ノズルに固着する場合は振動発生装置の耐熱対
策が必要であり、それでも長時間の使用においては熱影
響を避けることができない。一方、浸漬ノズル１と振動
発生装置２との間に金属、セラミックス、又は耐火物製
のロッド３を配置することにより、浸漬ノズル１の熱負
荷を遮断して振動発生装置２を保護することが可能にな
る。また、本発明の振動数範囲であれば、中間にロッド
３を介しても振動の減衰は僅かであり、振動発生装置の
振動を十分に浸漬ノズルに伝達することができる。

【００１３】振動は振動発生装置２から浸漬ノズル１の
軸線に下ろした垂線の方向と振幅の方向が一致するよう
に付与する。その結果、振動発生装置から浸漬ノズルま
での振動は振幅の方向と振動伝達の方向が一致し、縦波
となる。浸漬ノズルと振動発生装置の中間に設置するロ
ッド３は、その長手方向が振動伝達方向と一致するよう
に設置する。

【００１４】付与する振動の周波数は、１０Ｈｚ〜１０
ｋＨｚとする。１０Ｈｚ以上とする理由は、１０Ｈｚ未
満では浸漬ノズルへの非金属介在物付着防止効果が十分
ではないからである。また、周波数の上限については、
１０ｋＨｚにおいては十分に本発明の効果が発揮された
一方、２０ｋＨｚでは非金属介在物付着防止効果が発現
されなかったため、上限を確実に本発明の効果が得られ
る１０ｋＨｚとした。２０ｋＨｚあるいはそれ以上の超
音波領域において振動を付与すると、振動発生装置２あ
るいは振動伝達ロッド３を固着した部分の近傍は非金属
介在物９付着防止効果が見られるが、固着部分から離れ
た浸漬ノズル下部の付着防止効果が十分に発揮されな
い。高温の耐火物においては超音波振動は減衰が激し
く、遠方まで振動が到達しないことに加え、浸漬ノズル
の軸線に垂直に付与した超音波振動が浸漬ノズルに到達
した後そのままもと来た方向に反射してしまい、浸漬ノ
ズルの軸線方向に振動が伝播しなかったためと考えられ
る。一方、本発明の周波数範囲であれば、浸漬ノズルの
軸線に垂直に付与された縦波としての振動は、浸漬ノズ
ル１に到達した後に横波として浸漬ノズル軸線方向に伝
播し、浸漬ノズル全体を振動させて必要とするすべての
部位で付着防止効果が発揮できたものと考えられる。

【００１５】振動発生装置２としては、本発明の振動数
範囲内で振動を付与できる装置であれば形式は問わな
い。機械的に振動を付与する装置として、圧縮した気体
（空気、窒素）をバイブレータに供給し、バイブレータ
を１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲で振動させる方法が採用
できる。また、電気的に振動を付与する装置として、電
磁石式バイブレータに交流の電気を供給することによっ
てバイブレータを１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの範囲で振動さ
せる方法が採用できる。

【００１６】振動発生装置２で発生した振動を浸漬ノズ
ル１に伝達するためのロッド３としては、金属、セラミ
ック、耐火物製のロッドを採用することができる。金属
としては鉄、ステンレス鋼、セラミックとしてはジルコ
ニア、アルミナ、耐火物としてはアルミナ−黒鉛、ジル
コニア−黒鉛が好適である。浸漬ノズルは鋳造中は表面
温度が８００℃以上の高温となるが、上記材質のロッド
であればこの高温に耐えることができる。ロッドは直径
を２０〜４０ｍｍ、長さを１００〜２００ｍｍとすれば
振動発生装置を浸漬ノズルの熱負荷から遮断するととも
に振動を十分に浸漬ノズルに伝達することが可能であ
る。ロッドを浸漬ノズルに固着する手段としては、ネジ
止め、焼きばめとすることが好適である。

【００１７】

【実施例】１チャージの溶鋼量３００ｔｏｎの鋼の２ス
トランドスラブ連続鋳造装置において本発明を適用し
た。鋳造時間は１チャージあたり４０分、浸漬ノズル１
にはアルミナグラファイトを採用し、浸漬ノズル寸法は
長さが８００ｍｍ、外径１５０ｍｍ、内径９０ｍｍであ
った。

【００１８】本発明例１においては、図１に示すよう
に、振動発生装置２に圧縮空気を利用するバイブレータ
を採用し、振動数５０Ｈｚ、振幅３００μｍの振動を付
与した。振動発生装置２と浸漬ノズル１の間には、長さ
１００ｍｍ、厚み５ｍｍ、幅３５ｍｍの鉄板製のロッド
３を設置した。浸漬ノズルにおけるロッドの設置位置
は、浸漬ノズルの上端から２００ｍｍの位置とし、ねじ
止めの方法で浸漬ノズルに固着した。本発明例２におい
ては、浸漬ノズル１と振動発生装置２との間にロッド３
を設置しないこと以外は上記本発明例１と同等の装置と
した。

【００１９】比較例１は図２に示すように振動を付与し
ない方法、比較例２は超音波振動を付与する方法を採用
した。比較例２においては、振動発生装置を３０ｋＨｚ
の超音波振動発生装置としたほかは本発明例１と同等の
装置とした。超音波振幅は５０μｍであった。

【００２０】実施例においては、本発明例１を常に一方
のストランドにおいて実施し、本発明例２、比較例１、
２をもう一方のストランドにおいて実施した。浸漬ノズ
ルへの非金属介在物９の付着指数は、比較例１の振動な
しの場合の付着厚みを１００とし、相対的に評価を行っ
た。本発明例１の付着指数は３回の平均値を採用した。
付着指数は、本発明例１は２０、本発明例２は７０、比
較例２は８０という結果であった。本発明例における付
着防止効果が明らかである。本発明例２においては、鋳
造の当初は付着防止の効果を発揮したが、振動発生装置
２の温度上昇のため途中から振動付加を中止し、その結
果として本発明例１に比較して効果が低下した。また、
比較例２においてはロッド３を設置した浸漬ノズル上部
は付着防止効果が見られたが、ロッド設置位置から離れ
たノズルの下部については付着防止効果が見られず、結
果として全体の付着防止効果は本発明に対して劣ること
となった。

【００２１】

【発明の効果】本発明の１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの振動を
浸漬ノズルに付加することにより、連続鋳造装置の浸漬
ノズル内面のすべての部分において非金属介在物の付着
を防止することができ、また長時間の使用においても熱
影響を受けずに使用することが可能になった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の詰り防止方法を実施するための浸漬ノ
ズル付近の概略断面図である。

【図２】従来例における浸漬ノズル付近の概略断面図で
ある。

【符号の説明】

１浸漬ノズル２振動発生装置３ロッド４タンディッシュ５鋳型６溶融金属浴７注入孔８溶融金属出口９非金属介在物

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】連続鋳造機の鋳型に溶融金属を注入する
浸漬ノズルの側面に周波数１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの振動
を付与することを特徴とする浸漬ノズルの詰り防止方
法。
【請求項２】浸漬ノズルの側面に金属、セラミック
ス、又は耐火物製のロッドを介して振動発生装置より振
動を伝達することを特徴とする請求項１に記載の浸漬ノ
ズルの詰り防止方法。
【請求項３】連続鋳造機の鋳型に溶融金属を注入する
浸漬ノズルの側面に固着する金属、セラミックス、又は
耐火物製のロッドと、該ロッドを介して浸漬ノズルに周
波数１０Ｈｚ〜１０ｋＨｚの振動を付与する振動発生装
置とを有することを特徴とする浸漬ノズルの詰り防止装
置。