JPS59113966A - 溶融金属容器のノズル孔開口法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は溶融金属を運搬または一時滞留せしめる取鍋
およびタンディッシニ等の容器で、摺動ノズル方式（ス
トッパーノズル方式でない）開閉装置によって溶融金属
の注出を行う場合における注出流路の開口方法に関する
。

周知のように溶融金属容器の開閉装置は、該容器の下部
に設けである注出用上ノズル煉瓦の下に取付けた複数の
耐火物製の板を油圧または電動によって摺動もしくは回
転させ、板にあけである穴の開度を調節して溶融金属の
流量を制御する装置であるが、容器に最初に例へは溶鋼
を受入れると、容器の最底部に取付けた細長い筒状の上
ノズル煉瓦（Ｊｉ！ｉＪチ注出ノズル）のノズル孔に先
ず溶鋼が落下して充填さ７１．るが、容器に所定量が満
たされ注出作業が開始されるまでの間にノズル孔内の溶
鋼は冷やされて凝固しノズル孔が閉塞することが多くこ
のた゛め溶鋼の注出即ち鋳込作業が困難となる。

これを予防するために、上ノズル煉瓦のノズル孔内に予
め粉体耐火物を充填しておいて最初の受鋼を行うことが
一般に行われている。これを図面によって説明すると第
１図は溶融金属容器底部の一部縦断側面図で、１は容器
の底部耐火物、２は外殻鉄皮、３は上ノズル煉瓦、４は
ノズル孔、５は摺動式開閉装置（流量制御装置）で上が
固定板煉瓦、下がスライド板煉瓦であり、６は注出鋼の
落下方向を集約するためのコレクターノズルである。ユ
は容器内に収容された溶鋼、−仇はノズル孔に充填され
た粉体耐火物である。即ち溶鋼Ｊの受入を終って流量制
御装置５を「全開」とすると先ず粉体耐火物−ｑ−がコ
レクターノズル６を通じて落下し、次いで冷やされてい
ない容器内の溶鋼Ｊが人為的手段なくして自然に落下流
出しいわゆる自然開口をするのであるが、この方法にお
いてもノズル孔４が閉塞さイして開口しないことがあり
、自然開口率は７０〜９０％にとどまっているのが現状
である。

開口しない理由を模式図で説明すると、第２図は第１図
における上ノズル煉瓦３のノズル孔４に詰められた粉体
耐火物８の上部部分を示す縦断面図であるが、（ａ）図
は受鋼前の状態、（ｂ）図は受鋼後数分経過した状態を
示すもので溶鋼７（温度１６００〜１６５０℃）が粉体
耐火物８の表層部に浸透することによって、主として珪
酸（Ｓｉｎｓ）　　を主成分とする粉体耐火物８が溶鋼
の熱で焼結し固い壁となると同時にここで溶鋼が冷やさ
れる・ やがて表層部は（ｅ）図の９に示すように一部ガラス化
する。溶鋼滞留時間が長くなると粉体耐大物上部の溶鋼
はさらに冷却さイｔて凝固し焼結層９はさらに厚くかつ
強固になるので粉体耐火物を落下させても、（ｄ）図に
示すように強固に焼結した凝固ブリッジ１０が宙吊り状
態になっていて溶鋼りの静圧力だけでは破れ難いのであ
る。

このような凝固ブリッジ１０の生成は、溶鋼の温度、そ
の容器内滞留時間、溶鋼の攪拌状況、粉体耐火物の耐火
度と詰め面積等々の要因によって、ブリッジの厚さ、強
度、形状が異なってくるうえ、容器の大きさや種類によ
って溶鋼の静圧力（１００〜２００　Ｑ／ａｍ”　程度
）も変動する等複雑な要因の影響でブリッジが破壊さｒ
ｔたり、されなかったりするのでノズル孔の自然開口率
が変動することとなる。

もし予定通り自然開口しない場合は、人為的に前記ブリ
ッジ１０を破壊しなけｔ’Ｌばならない。通常この作業
は、開閉装置の下部から鉄パイプを挿入して、宙吊りブ
リッジに酸素を吹き付け、高温を発生させて溶解させる
いわゆる酸素洗滌が行われているが、開閉装置の下部に
は細長い筒状のコレクターノズルが装着されており、最
近はその下にさらにロングノズルを取付けて溶鋼の汗出
鋳造時における空気酸化を防止する方法をとっているの
で、人為的開口作業は非常に困難となっているのみなら
ず、危険でもあり、またノズル孔の耐火物の損傷も伴う
。またこのような開口作業に時間をとられると鋳造作業
が円滑に進まず、特に連続鋳造法における連々鋳操業に
おいて、前鍋と後鍋の間で溶鋼供給が中断されるので連
鋳機全体を停止せざるを得なくなり、受鋼態勢を始めか
らとりなおして再操業しなけ７？、ばならないという不
都合が生ずる。

従って各社とも前記のノズル孔の自然開口率を１００チ
に近づけるため例えば次の様な方法を適宜構じている。

■耐火物粒子への溶鋼の浸透を出来るだけ少くするため
、砂の粒度を極力小さくしかつ充填表面の凸凹をなくし
出来るだけ平坦にする。

■耐火物粒子の浮上りおよびその焼結・ガジス化を抑制
するため珪酸（Ｓｔ（ｈ　）質から、比重が大きくかつ
耐火性の高いジルコニア（ＺｒＯ＋）　　粒に切替える
。

■充填する耐火物粒子を増やし°Ｃ上部表面を広くシ、
ブリッジの面積を広くすることによって支え強度を弱め
て上からの荷重で破壊され易いようにする。

上記のような方法を構じてもなおかつ自然開口率は９０
チ前后に止まり、完全な解決には至っていないのが現状
である。

次に前述したように自然開口率を変動かつ低下させてい
る今一つの要因は上ノズル煉瓦のノズル孔の形状にある
ことが実験の結果判明した。即ち第１図に示すように従
来のノズル孔４はその円筒形の孔が上に広く下に狭くな
っているので、第２図（ｄ）図の時点で凝固ブリッジ１
０が溶鋼１−の荷重で押下げられると、下が狭い形状の
ため固溶体であるブリッジはここで圧縮される状態とな
る。

従ってこの際粉体耐火物の落下（多くの場合中心部が先
行して引ける）によってブリッジが押下げられブリッジ
に生じた間隙を溶鋼が流下して来ても、前述の圧縮され
たブリッジによつ゛Ｃ邪魔をされて滞留するのでさらに
ここで凝固し溶鋼の落下が・阻止されるという現象が生
ずるのである。

さらにノズル孔の形状が上広下狭のため、粉体耐大物の
落下は周壁の抵抗および下部におけるせり合い現象によ
って流速が極めて遅くなる。加えて粉体耐火物の引けは
蟻地獄のように孔の中央部に集約しながら流れ込むため
、ここに生じた狭小な部分に新しい溶鋼が流下して来て
も粉体耐火物に阻止さ？１．て凝固してしまうことが判
明し、た。

そこで発明者らはノズル孔の形状を、そのノズル孔の上
部において−にに狭く下に広くした」：ノズル煉瓦を試
作し溶鋼注出実験をした結果、ノズル孔の開口が極めて
円滑に行わ２また。即ち第３図はこの実験を模式図にし
て説明する縦断面で、異形上ノズル煉瓦１１は図示する
ようにその上部１１ａにおいてノズル孔が上狭下底とな
っている。この異形上ノズル煉瓦を従来の上広下狭形状
の柳・単形状の上ノズル煉瓦と同じ条件で実験した結果
、第３図の（ａ）図受鋼前および（ｂ）図受鋼直后の状
態は第２図従来法の（ａ）および（ｂ）図の状態と大差
ないが、粉体耐火物−β−の落下を開始するとその落下
スピードが大きくさらにノズル孔が下床であるため、（
Ｃ）図に示すように押下げられたブリッジ１０は周囲に
拡張分散し崩壊状態となる。次いでその間隙を流下した
溶鋼↑は、粉体耐火物が約２秒で急速にかつ比較的平担
に落下してしまうので、これと接触しても凝固する時間
的余裕がなく、第６図（ｄ）の如くブリッジと溶鋼は周
囲に分散して容易に落下し開口するに至った。

即ち出鋼時開口を容易にする最大のポイントは、ノズル
孔内の粉体耐大物を急速に落下させることにあるという
知見を得た。

ところが実験に供した上狭下底の上ノズル煉瓦は製造面
で種々難点があることが判明したので、この発明は前述
した実験による知見に基づき、従来形状の上広下狭の上
ノズル煉瓦を使用する場合でも粉体耐大物の急速落下を
確保して、溶融金属容器におけるノズル孔の自然開口率
を１００−近くまで上げる開口法を提供することを目的
とするものでその特徴は、ノズル孔内を貫通するように
、薄鉄板製の中空の直円筒もしくは中空の訳頭直円錐筒
を挿入し、この中空の挿入筒には溶鋼側に発熱体を設け
、この挿入筒内とその周辺のノズル孔内に粉体耐火物を
充填しておいて容器に溶鋼等の溶融金属を受入れて、摺
動式開閉装置を全開することによってノズル孔が自然開
口し、溶鋼等がスムースに流下する開口法であるか 即ちノズル孔内の粉体耐大物の大部分を中空挿入筒によ
って全く抵抗なしに急速に落下させ、同時に溶鋼を冷却
させることなくノズル孔内を通過させて開口するもので
ある。

この発明を図面にもとづいて説明すると、第４図は取鍋
および摺動式開閉装置を点検修理等のために横転した状
態を示すもので、１２はノズル孔４に挿入された厚さ０
．２〜０．５ｍｍ　の鉄板または亜鉛用鉄板製で上下が
開放された直円筒形または音頭直円錐形の中空挿入筒で
ある。その外径は、前者の場合上ノズル煉瓦３の吐出口
１３の径と＃よぼ同一であり通常３０〜１１００ｒｒ、
後者の場合は吐出口に嵌合する一端は吐出口の径とほぼ
同じで他端はそれより小さい。これら挿入筒の長さは上
ノズル煉瓦の長さより若干長いのが望ましい。

挿入筒の一例を図示すると第７図に示すように、図示の
下端が挿入すべき上ノズル煉瓦の吐出口にほぼ密着して
嵌合できるよう薄鉄板を円めて作り上端を、スポット溶
接１４で調整し下端の外径は成程度伸縮自在となる如き
構造となっている。

１５は挿入筒の溶鋼側（上端）の内面に取りつけた発熱
材であって、その材質はたとえばパルプ材等加熱される
ことによって高温ガスを発生する材質を高さ１０〜５０
ｍｍ、厚さ約５ｍｍ、外径を挿入筒の内径に合わせて円
筒形に成形し、挿入筒の上端にはめ込み耐熱接着剤等で
固定する。なお挿入筒には外側方向にも高温ガスが噴出
するように適宜噴出孔１６を明けておくのが望ましい。

このような挿入筒を取鍋の横転時に、第４図に示すよう
に吐出口側１３からノズル孔４内に全長を挿入し、吐出
口１６に一端を嵌合する。この際発熱材１５は溶鋼受入
側に位置している。次いで吐出口側にコレクターノズル
６を装着し取鍋を直立させ、摺動式開閉装置５を閉にし
て上方から粉体耐火物を投入する・粉体耐火物−単一は
挿入筒の上端まで充填し、さらにほぼ同じ高さまで周辺
のノズル孔内にも充填する。この場合の粉体耐火物の充
填高さは上ノズル煉瓦６の上端と容器の底部とのほぼ中
間になるように調節するのがよく、高い位置まで充填す
ると挿入筒の上部で従来のように焼結層が形成さｆして
自然開口を明害し、低すぎると早い時期に挿入筒および
発熱材が溶解してしまうので好ましくない。

次いで取鍋に溶鋼を受入れると１０数分で第５図に示す
ような状況となるが、発熱材１５が受熱によって高温ガ
スを発生して周辺の粉体耐大物を加熱するので、溶鋼が
粉体耐大物に浸透しても冷却、凝固することが抑制され
粉体耐大物表層に凝固ブリッジは形成されない。次いで
開閉装置を開にすると前述のように中空挿入筒１２は垂
直かも大物が１〜２秒で（上広下狭の従来方法では６〜
４秒を禿する）急速に落下して第６図に示すように溶鋼
は筒内を流下すると同時に金属製挿入筒は溶解し、次い
で周辺の粉体耐火物が落下する溶鋼によって洗い流され
るので、ノズル孔を開にしてから６〜４秒でノズル孔は
完全に開口され溶鋼の注出作業可能の状態となる。

従来はたとえ自然開口する場合であっても粉体耐火物お
よび破壊された焼結物を全量排出するには５〜１０秒を
要していた。

さらにノズル孔にはその周辺のモルタルおよび耐火物が
含む水分から水蒸気が発生するので、充填した粉体耐大
物を湿潤しこれが上部からの受圧によって若干固化する
ためその落下を従来は阻害していたが、この発明では最
初に落下する粉体耐大物は金属製挿入筒で隔離されてい
るため湿めることがないので急速落下がさらに容易とな
る。

この発明方法は以上説明したようにノズル孔内の粉体耐
火物の中央部゛に、鉄板製でかつ高温ガスを発生する中
空の挿入筒を設けるので、挿入筒の上部およびその周辺
において溶鋼が冷却されてブリッジを形成することは全
くなく、挿入筒内の粉体耐火物の急速落下と同時に溶鋼
が落下し、これに続いて溶解した挿入筒と残余の粉体耐
大物が殆んど同時に落下してしまうので従来形状の上広
下狭のノズル孔でも自然開口率をほぼ１００％達成する
ことが出来、人為的開口作業を必要とせず溶鋼の鋳造作
業の円滑化に大きな効果を有する。

以上は主として溶鋼取鍋の場合について説明したが、非
鉄金属を含めた溶融金属容器で摺動式開閉装置を備えた
他のすべての容器の注出作業に応用することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はノズル孔に粉体耐火物を充填した状態を示す溶
融金属容器の底部の一部縦断面図、第２図はノズル孔が
開口しない従来の状況を示すノズル孔上部の縦断面図、
第３図は特殊、形状の上ノズル煉瓦を使用した場合のノ
ズル孔の自然開口を説明する模式縦断面図、第４図乃至
第６図はこの発明の実施例を示す縦断面図、第７図はこ
の発明で使用する金属製の中空挿入筒の一例を示す（ａ
）斜視図（ｂ）縦断面図である。 各図において、 １・・・溶融金属容器の底部耐火物、６・・・上ノズル
煉瓦、４・・・ノズル孔、５・・・摺動式開閉装置、７
・・・溶鋼（溶融金属）、１・・・粉体耐火物、１２・
・・金属製中空挿入筒、１５・・・発熱体。 代理人　弁理士　木村三朗

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 摺動式開閉装置を備えた溶融金属容器における上ノズル
   煉瓦のノズル孔に、薄鉄板製の中空直円連形もしくは中
   空截頭直円錐形でかつ発熱材を備えた挿入筒を前記ノズ
   ル孔を貫通する如く挿入し、該中空挿入筒内およびその
   周辺のノズル孔内に粉体耐火物を充填し、溶融金属容器
   に溶融金属を受入れて前記開閉装置を全開することによ
   って、前記ノズル孔を開口することを特徴とする溶融金
   属容器のノズル孔開口法。