WO2009119301A1 - 連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents
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Description
一般に、浸漬ノズルは、上端部が溶鋼の流入口とされ、流入口から下方に延びる流路が内部に形成された、底部を有する管体からなり、管体の下がわ側面部には、流路と連通する一対の吐出孔が対向して形成されている。浸漬ノズルは、その下部を鋳型内の溶鋼中に浸漬させた状態で使用される。これにより、注湯された溶鋼の飛散を防止すると共に、溶鋼と大気との接触を遮断して酸化を防止している。また、浸漬ノズルを使用することにより鋳型内の溶鋼が整流化され、湯面を浮遊するスラグや非金属介在物などの不純物が溶鋼中へ巻き込まれないようにしている。
図20(A)より、左右の反転流速の標準偏差の差Δσ、即ち左右の反転流速の差が最も大きい浸漬ノズルが従来タイプであり、特許文献1に記載された浸漬ノズルと流路中央部に突起部を設けた浸漬ノズルは、左右の反転流速の差が小さいことがわかる。一方、図20(B)より、従来の浸漬ノズルと特許文献1に記載された浸漬ノズルは左右の反転流速の平均値Vavが大きく、流路中央部に突起部を設けた浸漬ノズルは左右の反転流速の平均値Vavが小さいことがわかる。
加えて、特許文献1に記載された浸漬ノズルでは、吐出孔が4個以上有るため、製造が複雑になり過ぎると共に、吐出孔の閉塞や溶損が発生した場合、吐出流のバランスが崩れやすいという難点がある。
ここで、「内壁を水平方向に横断する」とは、内壁の一方の側端(一方の吐出孔との境界位置)から他方の側端(他方の吐出孔との境界位置)まで、突条部が水平方向に延在することを意味する。
なお、本明細書では、連続鋳造用浸漬ノズルを鉛直に立てた状態に基づいて各方向を設定している。
吐出孔の上端面及び下端面が外方に向けて下方に傾斜した浸漬ノズルにおいて、延在方向の両端部に傾斜部の無い突条部を設けた場合、突条部上方における吐出流が突条部により遮られ、上方に向けて吐出する流れとなる。そして、この流れが、鋳型表面における反転流と衝突するため、反転流速の安定化が図れなくなる。このため、突条部の両端部に形成した傾斜部の傾斜角度は、吐出孔の上端面及び下端面の傾斜角度と同角度であることが望ましい。
浸漬ノズル10は、底部15を有する円筒状の管体11からなり、内部に形成された流路12の上端は溶鋼の流入口13とされている。一方、管体11の下がわ側面部には、流路12と連通する一対の吐出孔14が対向して形成されている。なお、浸漬ノズル10には耐スポーリング性及び耐食性が要求されるため、管体11はアルミナ黒鉛質などの耐火物によって形成されている。
また、吐出孔14の水平方向の幅a’は、流路12の幅(円筒状の流路12の場合は直径)と同じ場合でも異なる場合でも本発明の効果に影響はない。
次に、突条部16を備えた吐出孔14の最適形状を確定するため、上記構成からなる浸漬ノズル10の模型を用いて実施した水モデル試験について説明する。
鋳型21は、縮尺1/1とし、アクリル樹脂で作製した。鋳型21のサイズは、長辺方向の幅(図4では左右方向)を925mm、短辺方向の幅(紙面に垂直な方向)を210mmとした。また、浸漬ノズル10から鋳型21に流入される水は、ポンプを用いて、引抜き速度が1.4m/minに相当するように循環させた。
浸漬ノズルを挟んで左右の反転流速の標準偏差の差Δσとスループットの関係及び左右の反転流速の平均値Vavとスループットとの関係について明らかにするために水モデル試験を実施したところ、スループットが増大するにつれてΔσ及びVavが比例的に増大することが確認された。その際、鋳型サイズ及び浸漬ノズルの流路断面積としては、スラブの連続鋳造において一般的に使用される、長辺方向700mm~2000mm×短辺方向150mm~350mmの鋳型及び15cm2~120cm2(φ50mm~φ120mm)の浸漬ノズルを想定している。
スループットが1.4ton/min未満の場合、湯面における反転流速が不足傾向となり、7ton/minを超えると、反転流速が増大し、湯面変動の増大やモールドパウダーの巻き込みなどによる鋼品質の低下が懸念される。因って、スループットは1.4ton/min~7ton/minであることが望ましく、左右の反転流速の標準偏差の差Δσが2.0cm/sec以下且つ左右の反転流速の平均値Vavが10cm/sec~30cm/secである場合に、スループットは上記最適範囲に収まることが判明した。従って、以下に示す水モデル試験結果では、Δσが2.0cm/sec以下且つVavが10cm/sec~30cm/secであることを評価基準として、各パラメータを決定した。
なお、水モデル試験におけるスループット値は、溶鋼比重/水比重=7.0として溶鋼換算した値である。
a/a’が0.05未満の場合、遮流及び整流効果が充分発揮されず、鋳型内の浸漬ノズル左右の流れが非対称となり、反転流速も30cm/secを超える。その結果、湯面変動が激しく、モールドパウダー巻き込み等の悪影響が生じる。一方、a/a’が0.38を超えると、吐出孔下方の流速が不足気味、換言すれば吐出孔上方の流速が過大となり、反転流速も30cm/secを超える。その結果、湯面変動が激しく、モールドパウダー巻き込み等の悪影響が生じる。
なお、本試験を実施した際の他のパラメータ値は以下の通りである。
b/b’=0.25、c/b’=0.57、L2/L1=0.83、θ=15°、R/a’=0.14
b/b’が0.05未満とb/b’が0.5を超える場合は、a/a’の場合と同様の現象が発生し、湯面変動が激しく、モールドパウダー巻き込み等の悪影響が生じる。
本試験を実施した際の他のパラメータ値は以下の通りである。
a/a’=0.21、c/b’=0.48、L2/L1=0.77、θ=15°、R/a’=0.14
c/b’が0.15未満とc/b’が0.7を超える場合は、a/a’の場合と同様の現象が発生し、湯面変動が激しく、モールドパウダー巻き込み等の悪影響が生じる。
本試験を実施した際の他のパラメータ値は以下の通りである。
a/a’=0.24、b/b’=0.25、L2/L1=0.77、θ=15°、R/a’=0.14
なお、本試験を実施した際の他のパラメータ値は以下の通りである。また、図8における◇は、突条部16が無い場合の結果を比較例として示したものである。
a/a’=0.29、b/b’=0.25、c/b’=0.5、θ=15°、R/a’=0.14
なお、本試験を実施した際の他のパラメータ値は以下の通りである。また、本試験における鋳型サイズは1500mm×235mm、鋳込速度は3.0ton/minである。
a/a’=0.13、b/b’=0.25、c/b’=0.4、L2/L1=1、θ=0°
なお、本試験を実施した際のパラメータ値は以下の通りである。また、本試験における鋳型サイズは1200mm×235mm、鋳込速度は2.4ton/minである。
a/a’=0.14、b/b’=0.33、c/b’=0.5、L2/L1=1、θ=0°、R/a’=0.14
次に、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造用浸漬ノズル及び従来の連続鋳造用浸漬ノズルの吐出流について、それぞれ実施した流体解析について説明する。
また、鋳型は長辺方向1540mm、短辺方向235mmとし、鋳込速度は2.7ton/minとした。
同図より、Δθがゼロの場合、即ち突条部に形成された傾斜部と吐出孔の上端面及び下端面が同じ傾斜角度である場合が、Vavが最も小さくなることがわかる。また、Δθが-10°~+7°の範囲において、Vavが10cm/sec~30cm/secとなり、良好な反転流速を示すことが確認された。
図14(A)、(B)の場合、a/a’=0.13、b/b’=0.25、c/b’=0.4、L2/L1=1、θ=0°、鋳込速度:3.0ton/min
図15(A)、(B)の場合、a/a’=0.13、b/b’=0.13、c/b’=0.43、L2/L1=0.68、θ=25°、鋳込速度:2.7ton/min
図16(A)、(B)の場合、a/a’=0.13、b/b’=0.13、c/b’=0.43、L2/L1=0.68、θ=35°、鋳込速度:2.7ton/min
図17(A)、(B)の場合、a/a’=0.13、b/b’=0.13、c/b’=0.43、L2/L1=0.68、θ=45°、鋳込速度:2.7ton/min
図14~図17及び先に示したθ=15°の解析結果(図11)より、傾斜角度が0°~45°の場合、鋳型内における吐出流の偏流は少なく、湯面の反転流速も低減されることがわかる。
Claims (9)
- 上端部が溶鋼の流入口とされ、該流入口から下方に延びる流路が内部に形成された、底部を有する管体の下がわ側面部に、前記流路と連通する一対の吐出孔が対向して形成された連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、
一対の前記吐出孔間に在って前記流路を画成する内壁に、内方に突出し該内壁を水平方向に横断する突条部が対向配置されていることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。 - 請求項1記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記吐出孔を正面視して、該吐出孔の水平方向の幅をa’、鉛直方向の幅をb’とし、前記突条部端面の突出高さをa、鉛直方向の幅をbとすると、a/a’=0.05~0.38、b/b’=0.05~0.5である連続鋳造用浸漬ノズル。
- 請求項2記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記吐出孔を正面視して、該吐出孔の上縁から前記突条部端面の鉛直方向の幅の1/2までの鉛直距離をcとすると、c/b’=0.15~0.7である連続鋳造用浸漬ノズル。
- 請求項1記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記突条部の両端部が外方に向けて下方に傾斜する傾斜部とされている連続鋳造用浸漬ノズル。
- 請求項4記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記吐出孔の上端面及び下端面が外方に向けて下方に傾斜し、該上端面及び該下端面の傾斜角度と前記傾斜部の傾斜角度とが同角度である連続鋳造用浸漬ノズル。
- 請求項5記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記突条部の延在方向に関し、一対の前記吐出孔の直上における前記流路の幅をL1、前記傾斜部を除いた前記突条部の長さをL2とすると、L2/L1=0~1である連続鋳造用浸漬ノズル。
- 請求項6記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記上端面、前記下端面、及び前記傾斜部の傾斜角度が0~45°である連続鋳造用浸漬ノズル。
- 請求項1記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記突条部の延在方向の端面は、延在方向と直交する鉛直面とされている連続鋳造用浸漬ノズル。
- 請求項1記載の連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、前記管体の底部に凹陥状の湯溜り部が形成されている連続鋳造用浸漬ノズル。
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