JPH1147897A - 薄肉広幅鋳片連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄肉広幅鋳片の連続鋳造用として、品質良好
な鋳片を安定して鋳造できる浸漬ノズルを提供する。 【解決手段】 略円筒状の頭部３に続く首部４を介して
偏平状の胴部５が形成されており、首部４における溶湯
流路２は胴部５に向かう方向で末広がり状で、かつ短片
内壁１１と１１でなす角度θは７０°〜９０°であり、
頭部３と首部４及び胴部５における溶湯流路２の断面積
は、頭部３の溶湯入側の開口面積に対して９５％以上１
０５％以下となっている。この構成により、浸漬ノズル
１内に溶湯の充満流を確保して偏流を防止し、かつノズ
ル内壁への非金属介在物の付着やノズル内壁の局所的な
溶損を防止し、品質良好な鋳片を安定して鋳造できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は連続鋳造によって例
えば厚み１００mm以下、幅１０００mm以上の薄肉広幅ス
ラブ鋳片を鋳造するための浸漬ノズルに関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、後工程の省力化を目指してスラブ
鋳片（以下、単に鋳片という）を薄肉化する傾向がある
が、それに伴って浸漬ノズルを偏平形状にする必要が生
じている。

【０００３】浸漬ノズルの偏平化に伴い、従来の単純な
略円筒形状のノズルでは起こり難かった問題が種々生じ
る。そのひとつに、偏平な流路には溶湯が充満し難くい
ため、溶湯流の偏流が発生し易くなり、その結果、吐出
孔からの溶湯吐出流の不均一が発生して湯面変動やパウ
ダーの巻込みが発生し易いという問題がある。

【０００４】また、偏平で狭小な溶湯流路において偏流
が発生すると、溶湯流速が早い部分ではノズル内壁が溶
損し易く、溶湯流動が遅滞する部分ではアルミナ等の非
金属介在物の付着によるノズル詰まりが発生し易くなっ
て溶湯流路断面積の不均一を引き起こす。その結果、前
記溶湯流の偏流を助長して湯面変動やパウダー巻込みが
益々発生し易くなる。

【０００５】これらの問題を解決するためには、偏平な
溶湯流路内に溶湯を充満させ、かつ溶湯流路内の溶湯流
速の偏りを極力低減するように、溶湯流動を制御しなけ
ればならない。そのために、ノズル本体や溶湯流路の形
状に工夫を凝らした種々形状のノズルが提案されてい
る。

【０００６】その一例として、ノズル内壁に凹凸を設け
て溶湯流動を制御する試みが提案されている。例えば実
開昭５５−２３２２９号公報に見られるように、ノズル
内面が断面において花型となるようにノズル内面に凹凸
を設け、凹凸による縦溝を溶湯落下のガイドとする方法
や、特開昭５４−１２５１３４号公報に見られるよう
に、ノズル内面に螺旋状溝を設けて落下する溶湯に旋回
力を与えることでノズル内面近傍の溶湯流動を制御する
方法が知られている。しかし、これらの方法は略円筒状
の浸漬ノズルに対しては施工が容易で効果も大きい優れ
た方法であるが、偏平形状の浸漬ノズルに対しては溝を
加工するのは困難である。

【０００７】また、溶湯流路内に突起などを設けて溶湯
流動を制御する方法も種々提案されている。例えば実開
昭５５−４９８３２号公報に見られるように、溶湯流路
にリブを設けて流路内の渦流を抑制する方法や、特開昭
６０−１３０４５６号公報に見られるように、溶湯流路
内に溶湯の流動抵抗部を設けて溶湯流動を局所的に減衰
させて均一な流動を得ようとする方法が知られている。
これらの方法は、リブや抵抗部の形状を吟味することに
よって溶湯流動に対してかなりの制御効果を期待できる
が、偏平形状の浸漬ノズルにリブや抵抗部を加工するの
は困難であり、さらに、リブや抵抗部に非金属介在物が
付着してノズル詰まりを助長することにもなり好ましく
ない。特に、鋳造初期や末期あるいは連々鋳の繋ぎ目な
どの鋳造速度が低下した状態ではノズル詰まりの危険性
が著しく増大する。

【０００８】以上を鑑みると、偏平形状の浸漬ノズルに
おいて流路内の溶湯流動を制御しようとする際には、ノ
ズル内壁あるいは溶湯流路内に凹凸を設けて流動を制御
するのは得策ではなく、溶湯流路の形状そのものに制御
機能を持たせるのが最も効果的であることが判る。

【０００９】従来、偏平形状の浸漬ノズルは種々提案さ
れており、いくつかは実用化されている。しかし、ノズ
ル内溶湯流の偏流とノズル内壁への非金属介在物の付着
及びノズル内壁の局所的な溶損を解消するような特性を
具備した浸漬ノズルは未だ提案されていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、薄肉
広幅鋳片を連続鋳造する場合において、ノズル内に溶湯
の充満流を確保することで溶湯の偏流を防止し、それに
よってノズル内壁への非金属介在物の付着や局所的な溶
損を防止して品質良好な鋳片を安定して製造することを
課題とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】ノズル内の流路断面積の
局所的な変化は、その前後において溶湯圧力の変化をも
たらし、流路断面積の大きい側すなわち溶湯圧力の低い
側で溶湯流動が不均一となり易い。溶湯に充分な圧力を
付加できれば溶湯圧力の不均一は解消できるが、通常は
ノズル自体の強度上の問題から、ノズル内には過大な圧
力は付加できない。よって、ノズル内に溶湯を安定して
充満させるためには、ノズルの上部から浸漬下端に至る
までの溶湯流路に局所的な変化を付けることなく、溶湯
流路断面積を概略一定とするとよい。すなわち、偏平形
状の鋳型に注湯するノズルは、上部から浸漬下端に至る
まで、溶湯流路断面積が一定の偏平形状とするのが元来
望ましい。

【００１２】しかし、ノズル全体を上部から浸漬下端に
至るまで偏平形状とした場合、ノズルの側面に過大な溶
湯圧力が加わって膨張し破損に至る恐れがある。またノ
ズルの溶湯入り側での溶湯流量の制御も困難となる。よ
って、ノズル上部は円筒状ないしは楕円などの略円筒状
とし、浸漬下端に向けて末広がり状に形成し、浸漬下端
において偏平状とする。

【００１３】略円筒状から偏平な形状とした浸漬ノズル
において、溶湯流路断面積が概略一定となるように溶湯
流路断面における縦横比を滑らかに変化させれば、流路
内に偏流は生じ難い。問題は溶湯流路の縦横比の変化率
をどのように設定するかという点にある。言い換える
と、ノズル浸漬下端に向けて末広がり状に形成された溶
湯流路内壁の為す角度を、如何に設定するかが問われる
ことになる。

【００１４】本発明者らは鋭意検討の結果、流路断面形
状を偏平化する場合において、下向きに末広がりの部分
における溶湯流路の内壁のなす角度を適切な範囲とする
ことによって、ノズル内に溶湯の充満流を確保し、さら
には流路内の溶湯流速を均一化することを可能にした。

【００１５】本発明の薄肉広幅鋳片連続鋳造用浸漬ノズ
ルは、略円筒状の頭部に続く首部を介して偏平状の胴部
が形成されており、前記首部における溶湯流路は前記胴
部に向かう方向で末広がり状で、かつ短片内壁でなす角
度θは７０°〜９０°であり、好ましくはノズル上端の
開口面積に対する前記溶湯流路の断面積の割合が９５〜
１０５％であることを特徴とする。

【００１６】

【発明の実施の形態】図１及び図２は本発明による浸漬
ノズルの実施例を示し、図１（ａ）は鋳型長辺に平行な
垂直断面図、図１（ｂ）は鋳型短辺に平行な垂直断面
図、図２は外観斜視図を示す。

【００１７】図１において浸漬ノズル１の溶湯流路２の
断面は頭部３が円筒状であり、首部４では円筒状から偏
平状に急激に変化し、胴部５では偏平状をなしている。
頭部３、首部４、胴部５における溶湯流路２の断面積は
一定となっている。但し、鋳造する鋼種によっては、溶
湯流路２内での局所的な溶損や非金属介在物の付着は僅
かながらも不可避的に生じる場合がある。これを防止す
るためには、ノズル上端の開口面積に対してノズルの頭
部３、首部４、胴部５における溶湯流路２の断面積の割
合を９５から１０５％の範囲に設定するとよい。この範
囲を逸脱すると、溶湯流路２内での偏流が生じる場合が
あり好ましくない。

【００１８】胴部５は鋳型内の溶湯に浸漬される部分で
あり、胴部５の長壁６と６は略平行となっている。胴部
５の短壁７及び７の下端部には一対の横向き吐出孔８，
８が設けてあり、底壁９には一対の下向き吐出孔１０，
１０が設けてある。なお、横向き吐出孔８，８のみを設
けるか、または下向き吐出孔１０，１０のみを設けても
よく、さらには下向き吐出孔１０と１０を一体化して一
個の吐出孔としてもよい。溶湯吐出孔の位置や開口面積
は目標とする鋳片の厚みや鋳造速度に応じて選択する。

【００１９】首部４の短辺内壁１１，１１は胴部５に向
かう方向で末広がり状となっており末広がりの程度は、
短辺内壁１１及び１１を上方に延長した交線のなす角度
θによって規定できる。また、首部４の長辺内壁１２，
１２は胴部５に向かう方向で先細り状となっており、先
細りの程度は、長辺内壁１２及び１２を下方に延長した
交線のなす角度βによって規定できる。溶湯流路２のノ
ズル軸方向における断面積は一定であるから、角度βは
角度θが規定されれば一意に規定される。

【００２０】図３は、角度θが本発明による条件を満足
した場合、図４は角度θが小さい場合、図５は角度θが
大きい場合について、鋳型長辺に平行な垂直断面におけ
る溶湯の流動状況を示す。

【００２１】図３、図４、図５の何れにおいても、浸漬
ノズル１内の溶湯流動Ｍは頭部３においては鉛直下向き
となり、首部４に至ると抵抗を受けて方向を変えられ
る。

【００２２】図４に示すように角度θが小さい場合に
は、溶湯流動Ｍの受ける抵抗は小さいので、溶湯流動Ｍ
は短片内壁１１，１１に滑らかに沿う。この場合、溶湯
圧力の僅かな変動や短片内壁１１，１１及び長片内壁１
２，１２（図示しない）の僅かな凹凸によって、左右い
ずれかに偏流が発生し易い。一度偏流が発生すると、溶
湯流速の速い側の溶湯圧力が低くなるので溶湯は速い側
に流れ易く、偏流は益々助長される。

【００２３】一方、図５に示すように角度θが大きい場
合、溶湯流動Ｍは頭部３からの鉛直下向きの速度によっ
て首部４内を鉛直下向きになり易くなり、短辺内壁１
１，１１の近傍で流動が遅滞しがちとなり、場合によっ
ては空隙Ａ，Ａが発生する。溶湯流動が遅滞すると非金
属介在物Ｋが付着し易くなってノズル詰まりが発生し、
空隙Ａが発生すると吐出流の脈動が発生して湯面変動の
原因となる。

【００２４】図３に示すように角度θが適正な場合に
は、頭部３から落下した溶湯流動Ｍは首部４において適
当な抵抗を受けるため、短辺内壁１１．１１の一方のみ
に沿うこともなく、また局所的な遅滞も発生せず、溶湯
流路２を充満して流れる。

【００２５】図６は種々の角度θを有するノズルを用い
た場合の、水モデル実験によるノズル内の流動状況の調
査結果と、鋳造実験におけるパウダー巻込み起因の鋳片
表面欠陥ならびにストッパー開度の変動率（％／分）を
示す。なお、ストッパー開度の変動率は、ストッパーの
全ストロークに対するノズル詰まりに応じて調整したと
きのストロークの比率である。角度θが７０度を下回る
か或いは１２０度を上回る場合には、溶湯流路での偏流
によってパウダー巻込み疵が発生し、角度θが９０度を
上回る場合には、溶湯流路での溶湯の遅滞によってノズ
ル詰まりが発生し、いずれも好ましくない。よって、角
度θは７０度以上９０度以下の範囲に取るべきである。

【００２６】ところで角度θを７０度以上９０度以下の
範囲に設定した上で、胴部５を省略して首部４に溶湯の
吐出孔を設けた場合には、浸漬ノズル１を薄肉の鋳型に
浸漬することができない。そのため、首部４の下端には
偏平状の胴部５を設ける必要がある。首部４を通過した
溶湯流動の安定性からすると、胴部５の長壁６及び短壁
７は平行あるいは下向きに若干末広がり状になるように
形成するのが望ましい。また、図１（ａ）に示すノズル
底壁９の厚みＤは、薄肉鋳型の厚みより１０mmから４０
mm程度薄くなるように設定すれば、浸漬ノズル１の外周
面への地金付着もなく安定して鋳造できる。

【００２７】

【実施例】以下に本発明の効果を表１に記載の実施例に
基づいて説明する。鋳型断面形状は１００mm厚×１００
０mm幅の薄肉形状であり、０．０５％炭素鋼を２．５ｍ
／分の速度で鋳造した。用いた浸漬ノズルは図１、図５
および図６に示す３種類の形状のものであり、溶湯流路
の断面積は何れも４３５０mm² であった。ノズル下端で
の、耐火物肉厚は１５mmであり胴部における溶湯流路の
寸法は短辺側が３０mmで長辺側が１４５mmであった。

【００２８】角度θの値は表１に記載の各値に調整し
た。また、短壁の横向き吐出孔ならびに底壁の下向き吐
出孔は長方形形状とし、ノズル軸芯線を境にして左右対
称となるように一対設け、吐出孔の総開口面積は５５０
０mm² とした。また、胴部のノズル軸方向長さは何れも
２００mmとし、ノズル浸漬深さは１３５mmとして鋳造し
た。

【００２９】

【表１】

【００３０】次に得られた結果について表１を基に説明
する。実験番号３，４，５は本発明の浸漬ノズルの例で
あるが、溶湯量６０ｔｏｎ×５連続の計３００ｔｏｎを
全量安定して完鋳できた。得られた鋳片の表面にはパウ
ダー巻込みは見られず、割れや凹みもなく表面品質は良
好であった。また実験後にノズルを解体して詰まりや溶
損の状況を調査したが、何れの痕跡も認められず健全で
あった。

【００３１】一方、実験番号１，２，６，７は本発明の
浸漬ノズルの条件を満足しないものであり、何れも品質
良好な鋳片を安定して鋳造できなかった。実験番号１，
２は角度θが過小であった例であり、何れも鋳型内での
湯面レベル変動が大きく、鋳片表面にパウダー巻込み欠
陥が発生した。また、鋳造後にノズルを解体したとこ
ろ、鋳造番号１のノズルでは頭部と首部の継ぎ目に溶損
が見られた。実験番号６，７は角度θが過大であった例
であり、何れもノズル詰まりが発生して鋳造を途中で停
止した。鋳造後にノズルを解体したところ、鋳造番号
６，７の何れの浸漬ノズルにも首部にアルミナの付着が
認められた。また、実験番号７ではノズル内溶湯流動の
変動によると見られる鋳型内の湯面変動が発生し、鋳片
表面にパウダー巻込みが発生した。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように本発明の浸漬ノズル
によれば、薄肉広幅鋳片の連続鋳造において、ノズル内
に溶湯の充満流を確保することによって溶湯の偏流を防
止し、かつノズル内壁への非金属介在物の付着やノズル
内壁の局所的な溶損を防止することができる。その結
果、表面欠陥の無い品質良好な鋳片を安定して鋳造する
ことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明による浸漬ノズルの鋳型長辺に平
行な垂直断面図，（ｂ）鋳型短辺に平行な垂直断面図
（（ａ）のＬ−Ｌ線））。

【図２】本発明による浸漬ノズルの外観斜視図。

【図３】角度θが適正範囲内にある場合の浸漬ノズル内
の湯流動状態を示す図。

【図４】角度θが過小な場合の浸漬ノズル内の溶湯流動
状態を示す図。

【図５】角度θが過大な場合の浸漬ノズル内の溶湯流動
状態を示す図。

【図６】角度θとパウダー巻込み疵個数及びストッパー
開度の変動率の関係を示す図。

【符号の説明】

１ 浸漬ノズル ２ 溶湯流路 ３ 頭部 ４ 首部 ５ 胴部 ６ 長辺壁 ７ 短辺壁 ８ 横向き吐出孔 ９ 底壁 １０ 下向き吐出孔 １１ 短辺内壁 １２ 長辺内壁 Ｍ 溶湯流動 Ａ 空隙 Ｋ 非金属介在物 Ｄ ノズル下端の厚み θ 溶湯流路の短片内壁でなす角度

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 略円筒状の頭部に続く首部を介して偏平
   状の胴部が形成されており、前記首部における溶湯流路
   は前記胴部に向かう方向で末広がり状で、かつ短片内壁
   でなす角度θは７０°〜９０°であることを特徴とする
   薄肉広幅鋳片連続鋳造用浸漬ノズル。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の浸漬ノズルにおいて、
   ノズル上端の開口面積に対する前記溶湯流路の断面積の
   割合が９５〜１０５％であることを特徴とする薄肉広幅
   鋳片連続鋳造用浸漬ノズル。