JPS59133954A - 浸漬式溶湯注入ノズル - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は浸漬式浴湯注入ノズルに係り、特に取鍋または
タンディツシュから鋳型内に溶湯を注入するためのノズ
ルに関する。

〔従来技術〕

従来スラブ遅鋳檄では板厚８０〜２５０ｍ、板幅１００
０〜２０００ｍと非常に細長い断面の鋳片を鋳造するた
めに、溶湯注入ノズルは板厚、板幅に応じて中空丸形ノ
ズルまたは中空角形ノズルが鋳型内の溶湯に浸漬した状
態で使用されている。この内、荷に板厚の薄い鋳片を製
造する場合、第１図に示すような湾曲ツイン型ベルト連
鋳機が提案されている。第１図において、長辺側は可動
帯状のベルト４，５により、また短辺側は固定側板１８
により鋳型が構成される。ベルト４，５は静圧軸受装置
１６，１７およびローラ６〜１１によシ支持される。ｏ
−２７，１０はベルト４，５’ｆｒ：張るためにバネ１
２．１３により緊張される。また、静圧軸受装置１６．
１７は支持フレーム１４゜１５によシ支持される。

鋳造時にはまず、タンディツシュ１に貯えられた溶の２
が浸漬ノズル３により鋳型内へ注入される。ベルト４，
５および短辺側の固定側板１８によシ凝固殻工９が形成
された未凝固鋳片１９Ａはピンチローラ２０により＠型
の前方に連続的に引き抜かれる。

この浸槓ノズル３は角筒状をなし鋳型内に挿入する部分
において断面が細長い四角状の中空孔を有しており、こ
の浸漬ノズル３の外表面と鋳型のベルト面との間隙が数
十−と狭いことが操業上大きな問題となる。すなわち鋳
造時、浸漬ノズル３の外面に溶湯が付着することである
。鋳造前に浸漬ノズルを十分予熱しても、鋳造開始直前
に予熱を止めるため溶湯注入時にはノズル温度が低下し
、注入開始置体にはノズル周囲の溶湯、特に湯面付近の
溶湯は鋳型および浸漬ノズルによって冷やされて凝固し
浸漬ノズル氷面に付着する。さらに、鋳肌を良好にする
ためノズル吐出孔を下向きにして、湯面を静かにして注
入するため湯面付近での浴湯の流動が小烙くなシ、一層
浸漬ノズルの表面に溶湯が付着し易くなる。第２図に浸
漬ノズル表面の溶湯の熱固層の形成状況を示す。

一旦、浸漬ノズルの表面に溶鋼が付着して凝固層２２が
形成されると、その凝固層が浸漬ノズル周囲の溶湯をさ
らに冷却して凝固させ、次々に凝固層２２が成長する。

ノズル外表面と鋳型内壁面との間隙が狭いため浸漬ノズ
ル１３の周囲の凝固が増々進行し、この凝固部分が鋳型
内壁２３に達すると、浸漬ノズル３は湯面付近の凝固層
２２を介して鋳片の凝固殻１９と結ばれる。この結果浸
漬ノズル３が未凝固渥片１９Ａに引っ張られ、浸漬ノズ
ル３に割れが発生し、遂に破断に至る。

寸だ、−ノズル内において、角型ノズル断面では溶湯の
流れが位置によＱ異なフ、＃湯の流れが少ない部分でこ
のような凝固現象が進むと、流動変動をきたし、鋳造速
度が変動し、操業が不安定になるばかシでなく、ノズル
の閉塞によって、操業停止を招く。

溶湯のノズル付着はノズルの温度が低いほど顕著であり
、圧入開始から約１０〜１５分経過するまでの間の鋳造
初期の操業を不安定なものにする。

その後はノズルが溶湯によって加熱されるため、ノズル
周囲の凝固は比較的緩やかとなる。

ノズル周囲の溶湯の凝固防止お、よび浸蝕防止方法とし
てノズル外周面にセラミック製のクロスを巻き付ける方
法（実開昭５６−５５５４７）、浸漬ノズルの外周部の
スラグライン部分に炭化けい素を塗布する方法（実開昭
５６−４０８６１　）等が提案されている。しかし発明
者らの実験によれば、実際には溶鋼はセラミック製のク
ロスや炭化けい累層の上にも付着するので、溶銅の凝固
を完全に防止することはできない。すなわち、セラミッ
ク製のクロスは非常にポーラスな繊維構造を有している
ため、溶鋼がクロス内に浸み込み、クロス内における空
気の流通性も太きいだめこの空気によって溶鋼が冷却さ
れて、溶鋼が付着する。また、ＳｉＣは溶鋼に対して儒
れに＜＜、反応しにくいが熱伝導率が太きいため、溶鋼
の冷却を早め、ノズル表面に溶鋼を付着させる。

また、電磁攪拌によって溶鋼攪拌し、ノズル内の凝固を
防止する方法（実開昭５６−９５４６６）も提案されて
いる。しかしこの方法では溶鋼の攪拌流によってノズル
の溶損が犬きくなシ、且つ設備費も高くなる。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消し、溶
湯に接する浸漬ノズル表面における溶湯の凝固および付
着を防止し、安定した鋳造作業を行うことができる浸漬
式溶湯注入ノズルを提供することにある。

〔発明の概要〕

ノズル表面の溶湯の付着は溶湯の湿層およびノズルの温
度、ノズルと溶鋼との濡れ性などによって影響される。

溶鋼の温度が低くなると過熱度が小さくなるためノズル
によって溶湯が冷却され凝固し易くなる。壕だノズルの
温度が低いと溶湯を冷却する能力が大きくなるため、溶
湯が早期に冷却さねてノズルに付着する。したがって、
ノズル壁面の凝固を防止するにはまず、ノズルによって
その周囲の溶湯の温度を低下させないことおよびたとえ
溶湯が凝固してもノズルに付層させないことが必要であ
る。

このような観点から、ノズルに断熱効果を与えるととも
にノズルと溶鋼との境界部に溶鋼が付着しない中間層を
設けることが有効であることが判明した。

このような中間層としてＢＮおよび／または５ｊａＮ４
を成分とする材質の層、またはＢＮおよび／または５ｊ
ｓＮ＜を主要成分とする層が有効である。したがって中
間層の態様はＢＮ層、５ｆ３Ｎ４層またはＢＮと５１３
Ｎ４との混合層があり、さらにＢＮを主要成分とする層
、８１３Ｎ４を主要成分とする層、ＢＮと５ｊｓＮｉと
の混合物を主要成分とする層がある。

これらの各層はノズルの溶湯に浸漬する部分の少なくと
も外壁面に設けられる。したがって上記の層を必要に応
じてノズルの溶湯に浸漬する部分の内壁面、すなわちノ
ズル内の中空部周面に設けてもよい。さらに被覆層は（
１）　Ｂ　Ｎおよび／または５ｊ３Ｎ＋を含むスラリー
をノズルの表面に塗布し、焼き付けることによって形成
する方法、（２）ノズル表面に溶射によって形成する方
法、（３）ノズルの表面にＢＮおよび／または５ｆ３Ｎ
４を成分または主要成分とするスリーブを嵌合する方法
、等によって形成できる。またノズルの溶湯に浸漬する
部分に相当する部分をＢＮおよび／またはｓ　１３Ｎ４
成分または主要成分とする材質で形成することもできる
。ＢＮおよび／または５ｊ３Ｎ４を主成分とする場合、
他の成分は熱伝導率が小さく、溶湯に対する濡れ性が小
さいことと同時にノズル壁面からの剥離を防止する点か
ら、ノズルの材質と熱膨張率が近似したものがよい。こ
のような他の成分の好適な例として、ジルコニヤ、黒鉛
、アルミナを挙げることができる。さらに被覆層は断熱
性の点から多孔性としてもよい。この場合、被覆層中に
形成される間隙は溶湯が浸み込まない範囲内で孔径を大
きくすることもできる。

本発明において、ＢＮおよび／または８１３Ｎ４を成分
または主要成分とする層によって溶鋼の付層および凝固
が防止できる理由は次のように考えられる。

鋳造開始時、溶鋼がノズル表面に接触すると、ノズル表
面のＢＮ被覆層は微細粉末の結合した多孔質構造故、熱
伝導率が小さく断熱効果が太きいため、溶鋼をほとんど
冷やさない。溶鋼との接触時間が長くなるにつれてノズ
ルの温度が上昇して、ノズル表面が溶鋼温度に近づき高
温に保持されると、溶鋼中のＢ’ｅがＢＮの微粒子間に
侵入して＼薄い反応層が形成される。この反応層はＢＮ
の他にＦｅ２　Ｂ　＋　Ｆｅ（ＢＯ２）２を含む粘着層
であり、この粘着層に溶鋼は付着しない。したがって、
ノズルは粘着層（中間層）に遮断され溶鋼と直接接触し
ないため、ノズル表面の溶銅の付着を防止することがで
きる。

ＢＮがノズル表面に存在する間は溶鋼付着防止効果が維
持される。

なお、ＢＮの分解温暦は高圧下で２７３０１：’と非常
に＾く、高温で安定した性質を保持する。

ＢＮは六方晶系の結晶構造をもち、粉末では熱伝導率が
小さく断熱特性が良好で、急熱、急冷を繰シ返しても剥
離せず、ノズルへの付着性もよい。

また８１３Ｎ４はＢＮと同様、六方晶系の結晶構造をも
ち、分解温度は１８００２：’と高く、高温で安定した
性質を示し、その微粒子結合構造は熱伝導率が／」・さ
く、断熱性効果がある。特に８４３Ｎ４層は溶鋼を儒ら
さないため、溶鋼は８ｉａＮ４層に付着し々い。また、
溶鋼に対する耐浸触性にも優れる。

ここで連鋳機の板厚は近年増々薄くなる傾向にあり、こ
のため薄い鋳型内に配置される注入ノズルもできるたけ
薄型にしなければならないが、その寸法限界はノズル耐
火物の製造限界の厚さとなる。

ノズルの厚さはノズルの成型強度および溶損性から溶融
石実質でも片側１０ＴｎＴＩ程度が限界となる。

高速鋳造では角形ノズルでもノズル幅は最小２０ｗＲ程
度必要であるからノズル全体の厚さは最低４０喘程度が
限界となる。したがって鋳型厚さは最小６０〜８０ｗｎ
程度となる。この最小厚さの鋳型では浸漬ノズルと鋳型
内壁との間隙が非常に狭くなる。

このような場合、ＢＮ、８１３Ｎ４の塗布厚さは数μｍ
でも効果があり、溶鋼温度が低い場合あるいは長時間の
連続操業の場合でも数百μｍ程度に被憶するのみで十分
である。通常の鋳込条件では連続鋳造の場合には数十μ
ｍでよい。また、鋳造条件によシ耐久性が低下する場合
には浸漬する部分のノズル周囲の六回に連続して供給す
る方法をとることが望ましい。

また、これらの物質を溶射層にすればノズルに対する被
覆層の付着性がよくなり、被覆層の耐久性が向上する。

なお、経済性の面からＢＮと８１　ｓ　Ｎ＜を適当な割
合で混合したものをノズル表面に被覆しても溶鋼に対し
ては同様の効果が得られ、被覆層は単体以上の耐久性が
得られる。

次に、鋳型浮式の十分な、例えば従来のスラブ。

ブルーム、ビレットなどの連鋳機の浸漬ノズルに適用す
れば、浸漬ノズルの大きさを任意に選定できるので、浸
漬ノズル表面に塗布する方法の外にいろいろな方法がと
れる。すなわち、溶湯に接する部分の表層部を浴湯が付
着しない材質（ＢＮおよび／または８’３Ｎ４　）で形
成した二重構造の浸漬ノズルにすることにより、浸漬ノ
ズルの浴湯の付層を長時間にわたシ持続させることがで
きさらに通常浸蝕される湯面付近の浸蝕を防止できるの
で浸漬ノズル全体の寿命を延長させることができる。浸
漬ノズル全体を溶湯が付着しない材質（ＢＮおよび／ま
たは、３ｉａＮ４）で一体成形すれば溶湯のノズル付着
防止はもちろん、熱衝撃性。

耐浸触性に優れた浸漬ノズルとすることができる。

〔発明の実施例〕

以下、図面を用いて本発明の詳細な説明する。

実施例１ 第３図は狭い鋳型に適用した浸漬ノズルを示したもので
あって、溶融石実質の浸漬ノズルの外表面及び内表面に
予めＢＮ層２４．２５を２０〜３０μｍの厚さに塗布し
た。塗布する時のノズル温度は通常２０００程度に予熱
し塗布後６００ｒｌ’付近に加熱してＢＮ層をノズル表
面に焼付ける。

そして４０００以上に予熱後、普通炭素ｍ５ｓ４１の連
続鋳造を行なった。浸漬部のノズル外表面及び内表面に
溶鋼は全く付着しなかった。このため凝固開始温度直上
１００以内の低温で鋳造することができ、品質の艮好な
鋳片を安定して得ることができた。また、溶鋼が浸漬ノ
ズルに付着しないのでノズルの割れや折損もなかった。

なお、ＢＮ層を形成する詩、ノズルを予熱及び焼付けな
しで連続鋳造に使用しても溶鋼は浸漬ノズルに付着しな
かった。

また、ＢＮ層の代りに５ｉ３Ｎ４をＢ　Ｎと同様の方法
で塗布した浸漬ノズルを用いて普通炭素鋼の連続鋳造を
行なった結果、溶鋼は浸漬ノズルに付着しなかった。

実施例２ 第４図は溶融石実質の浸漬ノズルの外表面にＢＮの溶射
層２６を３０〜４０μｍ設けたものであって、強固な付
着層が得られる。実施例１と同じ鋳型で普通炭素鋼８８
４１を凝固開始温度直上１５Ｃ以内で連続鋳造を行なっ
た結果、溶鋼は浸漬ノズルの表面に付着せず、浸漬ノズ
ル外表面の溶損もほとんどなかった。

また、ＢＮＯ代りに５１３Ｎ４を外表面に溶射した浸漬
ノズルを使用してもＢＮの場合と同様の効果が得られた
。

実施例３ 第５図は溶融石英質の浸漬ノズル表層部を厚さ約５脳の
ＢＮ層２７で形成したものであって、ノズルの成形性及
び成形後の強さはほとんど変らない。この浸漬ノズル全
４００ｔｌ？以上に予熱後、普通炭素鋼５Ｓ４１の連続
鋳造を行なった結果、浸漬ノズル外表面に溶鋼は付着し
なかった。湯面付近の溶損もほとんどなかった。壕だ、
ＢＮＯ代りに５ｊ３Ｎ４により表層部を形成した浸漬ノ
ズルを使用してもＢＮの場合と同様の効果が得られた。

実施例４ 第６図はアルミナ・グラファイト質の浸漬ノズルの溶鋼
浸漬部分の円形ノズル外周部にＢＮのスリーブ２８をは
め込んだものであって、鋳型厚さの広い一般のスラブ連
＠機用浸漬ノズルに好適である。スリーブをはめ込むた
め、スリーブの内径はノズル本体の外径よりやや大きく
なるのでそれらの隙間にはＢＮ又は８１３Ｎ４を塗布し
ておき、鋳造開始直後の溶鋼の差し込みを防止する。こ
の隙間は浸漬ノズル本体の熱膨張を吸収することができ
る。

この浸漬ノズルにより普通炭素鋼８８４１を凝固開始温
度以上３０Ｃ寸での間で連続鋳造を行なった結果、溶鋼
はノズル外表面に全く付着しなかった。また、ノズル閉
塞の心配もなかった。゛アルミナ・グラファイト質の浸
漬ノズルは通常、湯面付近の溶損が太きいため、ＢＮの
スリーブをはめ込むことにより、ノズル周囲の凝帥防止
のみならず、スラブ及び溶鋼に対する溶損が減少し、浸
漬ノズルの寿命が大幅に向上させることができる。

〔発明の勿来〕

以上のように浸漬ノズル壁面において溶湯の付着を防止
できるので、ノズルの割れ発生がなく、また、ノズル閉
塞も防止でき、ノズルの予熱温度に幅をもたせることが
でき、作業性が向上する。

さらに、鋳造中従来のようなノズル周囲の凝固層の除去
作業がなくなり、保守性が向上する。ノズル壁面に溶鋼
が付着しないのでノズルを再使用することもできる。

また低温注入が可能であるため、鋳片品質が向上する効
果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、湾曲型ツイン型ベルト連鋳機の側面図、第２
図は浸漬ノズル表面の溶鋼の凝固層の形成状況を示す概
念図、第３図、第４図、第５図および第６図はそれぞれ
本発明の実施例を示す浸漬ノズルの縦断面図である。 １・・・タンディツシュ、２・・・溶湯、３・・・浸漬
ノズル、４．５・・・可動帯状体ベルト、６，７，８，
９゜１０．１１・・・ローラ、１２．１３・・・バネ、
１４゜１５・・・支持フレーム、１６．１７・・・静圧
軸受装置、１８・・・固定側板、１９・・・凝固殻、１
９Ａ・・・未凝固鋳片、２０・・・ピンチローラ、２１
・・・ショートノズル、２２・・・凝固層、２３・・・
鋳型内壁、２４．２５・・・ＢＮ層、２６・・・溶射層
、２７・・・ＢＮ層、２８・・・スリーブ。 茅　１２ ２ ＄２　凶 茅３　口 １ Ｖ４−凶 第５　図 第　　乙　　　目

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、鋳型の溶湯内に一部が浸漬した状態で鋳型内に溶湯
   を注入する浸漬式溶湯注入ノズルにおいて、前記ノズル
   の溶湯に浸漬される部分の少々くとも外壁面ｔＢＮおよ
   び／または５１３Ｎ４　　を成分とする材質または主要
   成分とする材質で形成したことを特徴とする浸漬式溶湯
   注入ノズル。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記ノズルの溶湯
   に浸漬される部分の外壁面および内壁面がＢＮおよび／
   またはＳ　１ａＮ４　を成分とする材質または主要成分
   とする材質で形成したことを特徴とする浸漬式溶湯注入
   ノズル。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   ノズルの溶湯に浸漬する部分の壁面がＢＮおよび／また
   は８１３Ｎ４を成分とする材質または主要成分とする材
   質の塗布層からなることを特徴とする浸漬式溶湯注入ノ
   ズル。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記ノズルの溶湯
   に浸漬する部分の外壁面にＢＮおよび／または５ｉｓＮ
   ＜を成分とする材質または主要成分とする材質のスリー
   ブを嵌合したことを特徴とする浸漬式溶湯注入ノズル。 ５、特許請求の範囲第２項において、前記ノズルの溶湯
   に浸漬する部分を、ＢＮおよび／またはＳＩ３Ｎ４を成
   分とする材質または主要成分とする材質で成形したこと
   を特徴とする浸漬式溶湯注入ノズル。 ６、特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかにおい
   て、ＢＮおよび／または８ｊａＮ４を主要成分とし、他
   の成分がジルコニヤ、黒鉛またはアルミナのいずれかｌ
   珈以上であることを特徴とする浸漬式溶湯狂人ノズル。