WO2013100127A1 - 連続鋳造用浸漬ノズルおよびそれを用いた連続鋳造方法 - Google Patents

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continuous casting
expansion coefficient
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浩 淡路谷
久保田 淳
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Jfeスチール株式会社
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    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/50Pouring-nozzles
    • B22D41/505Rings, inserts or other means preventing external nozzle erosion by the slag
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10Supplying or treating molten metal
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/50Pouring-nozzles

Definitions

  • the present invention relates to an immersion nozzle for continuous casting and a continuous casting method using the same.
  • a nozzle made of refractory material called long nozzle, immersion nozzle, sliding nozzle, etc.
  • These nozzles are used for the purpose of preventing the oxidation of molten metal by air and ensuring stable injection into the mold, etc., because they have excellent resistance to erosion, abrasion and spalling against molten metal. It is often composed of alumina-carbonaceous refractories.
  • the alumina-carbonaceous refractory tends to adhere to the alumina in the molten metal, so when a nozzle made of alumina-carbonaceous refractory is used, When alumina adheres to and accumulates on the wall surface or discharge hole, causing problems such as suspension of casting due to nozzle clogging, drifting of the flow of molten metal in the mold, and deterioration of slab quality due to peeling or dropping of adhered alumina. was there.
  • nozzle quality improvements such as the development of a refractory having a property to which alumina is difficult to adhere are widely performed.
  • Patent Document 1 states that “a refractory material used as a refractory material of at least a portion in contact with molten steel of a continuous cast refractory member made of steel composed of a refractory material in contact with a main body refractory material and molten steel is CaO: 5 -40% by mass, SiO 2 : 2 to 30% by mass, ZrO 2 : 35 to 80% by mass, carbon: less than 5% by mass (including zero)
  • Patent Document 2 discloses “a refractory material used as a nozzle for continuous casting of steel, and the chemical composition of the refractory material is at least Al 2 O 3 : 40 ⁇ 80% by mass, C: 10 to 40% by mass, SiO 2 : 6 to 40% by mass, ZrO 2 : 0.1 to 10% by mass, the balance being composed of other refractory substances and industrial inevitable impurities Refractories for continuous casting nozzles "It is disclosed.
  • the present inventor has found that the average value of the thermal expansion coefficient at 1500 ° C. in the height direction of the inner wall surface constituting the flow path of the molten metal and the high thermal expansion coefficient at 900 ° C.
  • An immersion nozzle in which the inner wall surface is formed of two or more materials having different thermal expansion coefficients so that the difference from the average value in the direction (hereinafter, also referred to as “thermal shock index”) is within a predetermined range.
  • the present invention has been completed by finding that it is excellent in both the spalling property and the poor adhesion property to alumina.
  • thermal expansion coefficient means the linear expansion coefficient, and in the case where the linear expansion coefficient of the material has anisotropy, the height direction (the length of the immersion nozzle) Direction) linear expansion coefficient. That is, the present invention provides the following (1) to (4).
  • a continuous casting immersion nozzle provided with a pair of discharge holes which are symmetrical with respect to the axis on the side surface near the bottom of the inner wall surface constituting the cylindrical flow path of the molten metal,
  • the immersion nozzle is continuously composed of the material B over the entire length in the height direction,
  • the inner wall surface is composed of a region B formed of the material B and a region A formed of a material different from the material B,
  • the linear expansion coefficient at 1500 ° C. of the material constituting the region A is larger than the linear expansion coefficient at 1500 ° C. of the material B,
  • the difference between the average value of the linear expansion coefficient of the inner wall surface at 1500 ° C. in the height direction and the average value of the linear expansion coefficient of the inner wall surface at 900 ° C. in the height direction is 0.40 to 0.60%.
  • Immersion nozzle for continuous casting (2) The immersion nozzle for continuous casting according to (1), wherein the discharge hole is provided in the region A.
  • a continuous casting method including a step of injecting molten metal using the continuous casting immersion nozzle according to (1) or (2).
  • the immersion nozzle is continuously configured with the material B over the entire length in the height direction,
  • the inner wall surface is composed of a region B formed of the material B and a region A formed of a material different from the material B,
  • the linear expansion coefficient at 1500 ° C. of the material constituting the region A is made larger than the linear expansion coefficient at 1500 ° C.
  • the difference between the average value in the height direction of the linear expansion coefficient at 1500 ° C. of the inner wall surface and the average value in the height direction of the linear expansion coefficient at 900 ° C. of the inner wall surface is set to 0.40 to 0.60%.
  • Adjust or design at least one selected from the linear expansion coefficient of the material constituting the area A, the linear expansion coefficient of the material B, the arrangement length of the area A, and the arrangement length of the area B.
  • the present invention it is possible to provide an immersion nozzle for continuous casting that is excellent in both spalling resistance and alumina adhesion resistance, and a continuous casting method using the same.
  • the refractory material (thing) of the immersion nozzle having a multi-phase (multi-piece) structure is designed in consideration of the combination and formation region of each material and the coefficient of thermal expansion. This is very useful because it is possible to produce a continuous casting immersion nozzle that is excellent in both spalling resistance and poor alumina adhesion without being evaluated.
  • FIG. 1A is a schematic perspective view showing an example of a preferred embodiment of an immersion nozzle according to the present invention
  • FIG. 1B is a partially cutaway perspective view of FIG.
  • FIG. 2A is a schematic cross-sectional view taken along section line IA-IA in FIG. 1A
  • FIG. 2B is a schematic view taken along section line IB-IB in FIG.
  • FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing an example of another embodiment of the immersion nozzle of the present invention.
  • immersion nozzle of the present invention The immersion nozzle for continuous casting of the present invention (hereinafter abbreviated as “immersion nozzle of the present invention”) is symmetrical with respect to the axial center on the side surface near the bottom of the inner wall surface constituting the cylindrical flow path of the molten metal. It is an immersion nozzle for continuous casting provided with a pair of discharge holes. Next, the overall configuration of the immersion nozzle of the present invention and the shape of each part will be described.
  • the immersion nozzle 1 of the present invention has a pair of discharge holes that are symmetrical with respect to the axial center on the side surface in the vicinity of the bottom portion 4 of the inner wall surface 3 constituting the molten metal cylindrical flow path 2. 5
  • the immersion nozzle 1 is composed of the material B continuously over the entire length in the height direction.
  • the inner wall surface 3 of the immersion nozzle 1 includes a region B formed of the material B and a material different from the material B (hereinafter, the material is a single material or a plurality of materials). It is comprised with the area
  • the discharge holes 5 may be provided in any of the regions A and B. However, for the reason that the blocking of the immersion nozzle can be further suppressed, as shown in FIG. In addition, the discharge hole 5 is preferably provided in the region A.
  • the region B formed of the material B may be an upper region or a lower region of the discharge hole 5 in the inner wall surface 3 of the immersion nozzle 1.
  • the material B constitutes not only the region B of the inner wall surface 3 but also the outer wall and bottom of the immersion nozzle.
  • the portion in contact with the molten flux in the casting mold is constituted by a cylindrical member (not shown) formed of a material having higher corrosion resistance than the material B (hereinafter referred to as “corrosion resistant material” in this paragraph). Is preferred.
  • such a configuration includes, for example, a cylindrical member formed of a pre-formed corrosion-resistant material and a cylindrical member formed of the material A, a powdered material B, and a binding material. It can be integrally molded by press molding with a press.
  • the thickness of the immersion nozzle (reference symbol Th in FIG. 1), the length of the cylindrical flow path (reference symbol L in FIG. 1), the shape of the opening of the discharge hole, the inclination angle, the opening diameter, etc. It does not specifically limit about, It can design similarly to a conventionally well-known immersion nozzle.
  • the inner wall surface of the immersion nozzle constituting the cylindrical flow path is composed of a region B formed of the material B and a region A formed of a material A different from the material B.
  • the material A and the material B are appropriately selected so that the thermal expansion coefficient of the material A at 1500 ° C. is larger than that of the material B at 1500 ° C.
  • the material A is a single material or a plurality of materials different from the material B.
  • the thermal expansion coefficient at 1500 ° C. of all the materials is 1500 of the material B. It is appropriately selected so as to be larger than the coefficient of thermal expansion at ° C.
  • the material A include, for example, non-carbon-spinel materials such as MgO—Al 2 O 3 ; materials that reduce the interfacial tension of nozzles such as MgO—C—Al; CaO—MgO—C, etc. Materials that prevent adhesion due to the generation of a low-melting-point substance, such as materials that hardly adhere to alumina, may be used, and these may be used alone or in combination of two or more.
  • the material B include alumina-carbonaceous materials such as alumina graphite, and these may be used alone or in combination of two or more.
  • the thickness of the region A formed of the material A is not particularly limited, but is preferably 10 to 50% of the thickness of the immersion nozzle, and is 15 to 40%. Is more preferable. Specifically, when the thickness of the immersion nozzle is 20 mm, the thickness of the region A formed of the material A is preferably 2 to 10 mm, and more preferably 3 to 8 mm. As described above, in the present invention, the thickness of the immersion nozzle is not particularly limited, but it is preferable to design it appropriately within a range of 10 to 40 mm, for example.
  • the arrangement length (the length direction of the flow path) of the region A formed of the material A is a parameter that affects the calculation of the thermal shock index described later, the inner wall surface of the immersion nozzle at 1500 ° C. It can be appropriately designed in the range where the difference between the average value of the thermal expansion coefficient in the height direction and the average value of the thermal expansion coefficient at 900 ° C. in the height direction is 0.40 to 0.60%.
  • the arrangement length of the region A formed of the material A is preferably 120 to 240 mm, more preferably 150 to 210 mm. Is more preferable.
  • the length of the cylindrical flow path of the immersion nozzle is not particularly limited, but it is preferable to design appropriately within a range of 500 to 950 mm, for example.
  • the region A formed of the material A is not necessarily arranged continuously at one place, and may be arranged at a plurality of places. Further, the material A forming the region A does not necessarily need to be configured of one type as described above, and a plurality of types of materials can be used in combination.
  • the thickness of the region B formed by the material B is not particularly limited, and is preferably the same as the thickness of the immersion nozzle, that is, only the material B is formed to the outer wall surface.
  • the arrangement length (the length direction of the flow path) of the region B formed of the material B can be appropriately designed as in the region A.
  • the length of the flow path of the immersion nozzle is 600 mm. In some cases, it is preferably 360 to 480 mm, and more preferably 390 to 450 mm.
  • the region B formed of the material B is not necessarily arranged continuously at one place, and may be arranged at a plurality of places (for example, FIG. 3).
  • the inner wall surface of the immersion nozzle that constitutes the cylindrical flow path does not necessarily have to be smooth, unevenness that does not hinder the injection of molten steel, and a step in the length direction (increase in the inner diameter and / or Alternatively, it may have any inner wall shape such as reduction).
  • the cross-sectional shape orthogonal to the central axis of the inner wall surface is not necessarily circular, and may be a cross-sectional shape such as an ellipse.
  • the immersion nozzle of the present invention has a difference (thermal shock index) between the average value in the height direction of the thermal expansion coefficient at 1500 ° C. of the inner wall surface and the average value in the height direction of the thermal expansion coefficient at 900 ° C. of the inner wall surface. 0.40 to 0.60%.
  • the average value of the thermal expansion coefficient in the height direction means a value calculated by the following formula (I)
  • the thermal shock index means a value calculated by the following formula (II).
  • the present inventor can use both a spalling resistance and a difficult alumina adhesion property, even if an alumina difficult adhesion material having a high coefficient of thermal expansion is used. It has been found that it is an excellent immersion nozzle. That is, in continuous casting, the immersion nozzle is usually injected with molten metal after preheating, but since the injected molten metal causes a temperature difference (temperature gradient) between the inner wall surface and the outer wall surface, a conventionally known immersion nozzle is used. Then, spalling destruction may occur due to thermal shock.
  • the immersion nozzle of the present invention assumes an average value in the height direction of the thermal expansion coefficient of the inner wall surface of the immersion nozzle at 1500 ° C. assuming the temperature of the molten metal in contact with the inner wall surface and a temperature naturally cooled after preheating.
  • the inner wall surface constituting the molten metal flow path has two or more different thermal expansion coefficients so that the difference from the average value in the height direction of the thermal expansion coefficient of the inner wall surface of the immersion nozzle at 900 ° C. is within a specific range. It was found that not only the spalling resistance but also the hard adhesion of alumina was improved by forming the material.
  • the thermal shock index is 0.50 to 0.58% for the reason that the thermal shock resistance is good while ensuring the flexibility of the material A and the arrangement of the region A described above. Is preferred.
  • the continuous casting method of this invention is a continuous casting method which has the process of inject
  • pouring a molten metal from a ladle to a tundish the process of inject
  • the conditions such as the molten metal injection speed in the above steps and other steps can be designed in the same manner as in a conventionally known continuous casting method.
  • the continuous casting method of the present invention is not only used for injecting molten metal into a preheated immersion nozzle to start casting, but the tip of the immersion nozzle preheated during continuous casting is immersed in the molten steel in the mold.
  • the present invention can also be applied to the case where the injection of molten metal into the immersion nozzle is started. Even in the latter case, the spalling resistance of the immersion nozzle can be evaluated by the same index.
  • the manufacturing method of the present invention is a manufacturing method for manufacturing the above-described immersion nozzle of the present invention, which is characterized by the feature of the immersion nozzle of the present invention, that is, the immersion nozzle is continuously formed of the material B over the entire length in the height direction.
  • the inner wall surface of the immersion nozzle is composed of a region B formed of the material B and a region A formed of a material A different from the material B, and the coefficient of thermal expansion of the material A at 1500 ° C.
  • the difference between the average value in the height direction of the thermal expansion coefficient at 1500 ° C. of the inner wall surface and the average value in the height direction of the thermal expansion coefficient at 900 ° C. of the inner wall surface is made larger than the thermal expansion coefficient at 1500 ° C.
  • the coefficient of thermal expansion of the material A, the coefficient of thermal expansion of the material B, the arrangement length of the region A, and the arrangement length of the region B are selected to be 0.40 to 0.60%. Adjust or design at least one It is a manufacturing method having that process
  • ⁇ Nozzle forming material> About the nozzle formation material shown in following Table 1, the thermal expansion coefficient was measured by the method shown below. Specifically, a test piece (20 mm ⁇ 20 mm ⁇ 100 mm) is produced from each material, the produced test piece is heated in an inert gas atmosphere, and the length of the test piece at 900 ° C. and 1500 ° C. is measured. And it computed by comparing with the length of the test piece measured at room temperature. The results are shown in Table 1 below. In Table 1 below, the numerical value (%) in parentheses of the nozzle forming material indicates the content (% by mass) of metal aluminum (Al).
  • thermal shock index ⁇ Thermal expansion coefficient difference (thermal shock index)>
  • the average value of the height direction of the thermal expansion coefficient in the inner wall face of an immersion nozzle was computed from said Formula (I)
  • the thermal shock index was computed from said Formula (II).
  • the thermal shock index is shown in Table 2 below.
  • each nozzle prepared as an immersion nozzle for injecting molten metal from the tundish to the mold is used to evaluate the spalling resistance. did. Specifically, first, preheating was performed so that the temperature inside the immersion nozzle was about 900 ° C. Thereafter, the molten metal was poured from the tundish into the mold through the immersion nozzle. The initial molten metal injection rate was controlled to about 1000 kg / min.
  • the temperature in the ladle of molten metal is about 1560 degreeC, and it can estimate that the temperature at the time of reaching
  • the surface of the immersion nozzle immediately after pouring the molten metal was visually observed to check for cracks / cracks. Those having no cracks / cracks were evaluated as “ ⁇ ” as being excellent in spalling resistance, and those having cracks / cracks were evaluated as “ ⁇ ” as being inferior in spalling resistance. The results are shown in Table 2 below.
  • the immersion nozzle of Comparative Example 5 in which the inner wall surface was formed only with alumina graphite was excellent in spalling resistance but poor in alumina adhesion. Further, even when the inner wall surface constituting the molten metal flow path is formed of two kinds of materials having different thermal expansion coefficients, the average value in the height direction of the thermal expansion coefficient of the inner wall surface at 1500 ° C. and 900 ° C. It was found that the immersion nozzles of Comparative Examples 1 to 4 in which the difference (thermal shock index) from the average value of the thermal expansion coefficient of the inner wall surface in the height direction was outside the predetermined range were poor in spalling resistance.
  • the inner wall surface constituting the flow path of the molten metal is formed of two kinds of materials having different thermal expansion coefficients, and the average value in the height direction of the thermal expansion coefficient of the inner wall surface at 1500 ° C. and 900 ° C. It was found that all the immersion nozzles whose difference (thermal shock index) from the average value in the height direction of the coefficient of thermal expansion of the inner wall surface is within a predetermined range are excellent in spalling resistance and alumina hard adhesion ( Examples 1 to 3).

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Abstract

 本発明の目的は、耐スポーリング性およびアルミナ難付着性のいずれにも優れる連続鋳造用浸漬ノズルならびにそれを用いた連続鋳造方法を提供することである。本発明の連続鋳造用浸漬ノズルは、溶融金属の円筒状流路を構成する内壁面の底部近傍の側面に、軸心に対して左右対称である一対の吐出孔を備えた連続鋳造用浸漬ノズルであって、前記浸漬ノズルが、高さ方向の全長にわたって材料Bで連続的に構成されており、前記内壁面が、前記材料Bで形成される領域Bと、前記材料Bと異なる材料で形成される領域Aとで構成され、前記領域Aを構成する材料の1500℃における線膨張率が、前記材料Bの1500℃における線膨張率よりも大きく、前記内壁面における1500℃の線膨張率の高さ方向の平均値と前記内壁面における900℃の線膨張率の高さ方向の平均値との差が、0.40~0.60%である連続鋳造用浸漬ノズルである。

Description

連続鋳造用浸漬ノズルおよびそれを用いた連続鋳造方法
 本発明は、連続鋳造用浸漬ノズルおよびそれを用いた連続鋳造方法に関する。
 連続鋳造では、取鍋からタンディッシュに溶融金属を注入する際や、タンディッシュから鋳型へ溶融金属を注入する際には、ロングノズル、浸漬ノズル、スライディングノズル等と呼ばれる耐火物製のノズルが使用されている。
 これらのノズルは、溶融金属の空気による酸化の防止、鋳型への安定注入の確保等の目的で使用されており、溶融金属に対する耐溶損性、耐摩耗性および耐スポーリング性等に優れる理由から、アルミナ-炭素質の耐火物で構成されることが多い。
 しかし、アルミナ-炭素質の耐火物は溶融金属中のアルミナが付着しやすいため、アルミナ-炭素質の耐火物で構成されるノズルを用いた場合には、溶融金属の流路となるノズルの内壁面や吐出孔にアルミナが付着・堆積して、ノズル閉塞による鋳造の中止、溶融金属の鋳型内における流動の偏流化、付着したアルミナの剥離・脱落による鋳片品質の劣化等の問題を引き起こす場合があった。
 そして、このような問題に対して、アルミナの付着し難い性質の耐火物の開発等、ノズルの品質改善が広く行われている。
 例えば、特許文献1には、「本体耐火材及び溶鋼と接する部分の耐火材から構成される鋼の連続鋳造耐火部材の少なくとも溶鋼と接する部分の耐火材として使用される耐火物が、CaO:5~40質量%、SiO2:2~30質量%、ZrO2:35~80質量%で、カーボン:5質量%未満(ゼロを含む)であることを特徴とする鋼の連続鋳造耐火部材用耐火物。」が開示されており、特許文献2には、「鋼の連続鋳造用ノズルとして使用される耐火物であって、該耐火物を構成する化学組成が、少なくともAl23:40~80質量%、C:10~40質量%、SiO2:6~40質量%、ZrO2:0.1~10質量%、残部がその他の耐火性物質および工業的不可避不純物からなることを特徴とする鋼の連続鋳造用ノズル用耐火物。」が開示されている。
特開2003-40672号公報 特開2004-331462号公報
 本発明者は、特許文献1および2に記載された耐火材(物)について検討したところ、作製されるノズルの耐スポーリング性は良好であるが、アルミナの難付着性(以下、「アルミナ難付着性」という。)については改善の余地があることを明らかとした。
 そこで、本発明は、耐スポーリング性およびアルミナ難付着性のいずれにも優れる連続鋳造用浸漬ノズルならびにそれを用いた連続鋳造方法を提供することを課題とする。
 本発明者は、上記課題を解決するため鋭意検討した結果、溶融金属の流路を構成する内壁面の1500℃における熱膨張率の高さ方向の平均値と900℃における熱膨張率の高さ方向の平均値との差(以下、「耐熱衝撃指数」ともいう。)が所定の範囲内となるように、内壁面を熱膨張率の異なる2種以上の材料で形成した浸漬ノズルが、耐スポーリング性およびアルミナ難付着性のいずれにも優れることを見出し、本発明を完成させた。
 なお、本明細書では、「熱膨張率」とは、線膨張率を意味するものであり、また、材料の線膨張率に異方性がある場合には、高さ方向(浸漬ノズルの長手方向)の線膨張率を指すものである。
 すなわち、本発明は、下記(1)~(4)を提供するものである。
 (1)溶融金属の円筒状流路を構成する内壁面の底部近傍の側面に、軸心に対して左右対称である一対の吐出孔を備えた連続鋳造用浸漬ノズルであって、
 上記浸漬ノズルが、高さ方向の全長にわたって材料Bで連続的に構成されており、
 上記内壁面が、上記材料Bで形成される領域Bと、上記材料Bと異なる材料で形成される領域Aとで構成され、
 上記領域Aを構成する材料の1500℃における線膨張率が、上記材料Bの1500℃における線膨張率よりも大きく、
 上記内壁面の1500℃における線膨張率の高さ方向の平均値と上記内壁面の900℃における線膨張率の高さ方向の平均値との差が、0.40~0.60%である連続鋳造用浸漬ノズル。
 (2)上記吐出孔が、上記領域Aに設けられる上記(1)に記載の連続鋳造用浸漬ノズル。
 (3)上記(1)または(2)に記載の連続鋳造用浸漬ノズルを用いて溶融金属を注入する工程を有する連続鋳造方法。
 (4)溶融金属の円筒状流路を構成する内壁面の底部近傍の側面に、軸心に対して左右対称である一対の吐出孔を備えた連続鋳造用浸漬ノズルを製造する製造方法であって、
 上記浸漬ノズルを、高さ方向の全長にわたって材料Bで連続的に構成し、
 上記内壁面を、上記材料Bで形成される領域Bと、上記材料Bと異なる材料で形成される領域Aとで構成し、
 上記領域Aを構成する材料の1500℃における線膨張率を、上記材料Bの1500℃における線膨張率よりも大きくし、
 上記内壁面の1500℃における線膨張率の高さ方向の平均値と上記内壁面の900℃における線膨張率の高さ方向の平均値との差を、0.40~0.60%とするように、
 上記領域Aを構成する材料の線膨張率、上記材料Bの線膨張率、上記領域Aの配置長さ、および、上記領域Bの配置長さ、から選択される少なくとも1つ以上を調節ないし設計する工程を有する、連続鋳造用浸漬ノズルの製造方法。
 以下に示すように、本発明によれば、耐スポーリング性およびアルミナ難付着性のいずれにも優れる連続鋳造用浸漬ノズルならびにそれを用いた連続鋳造方法を提供することができる。
 また、本発明によれば、複相(複数ピース)構造の浸漬ノズルの耐火材(物)に関して、各材料の組み合わせおよび形成領域ならびに熱膨張率を考慮して設計することにより、鋳造前の事前評価を行うことなく、耐スポーリング性およびアルミナ難付着性のいずれにも優れる連続鋳造用浸漬ノズルを作製することができるため、非常に有用である。
図1(A)は本発明の浸漬ノズルの好適な実施形態の一例を示す模式的な斜視図であり、図1(B)は図1(A)の一部欠き斜視図である。 図2(A)は図1(A)の切断面線IA-IAからみた模式的な断面図であり、図2(B)は図1(A)の切断面線IB-IBからみた模式的な断面図である。 図3は本発明の浸漬ノズルの他の実施形態の一例を示す模式的な断面図である。
 〔浸漬ノズル〕
 本発明の連続鋳造用浸漬ノズル(以下、「本発明の浸漬ノズル」と略す。)は、溶融金属の円筒状流路を構成する内壁面の底部近傍の側面に、軸心に対して左右対称である一対の吐出孔を備えた連続鋳造用の浸漬ノズルである。
 次に、本発明の浸漬ノズルの全体の構成および各部の形状等について説明する。
 <全体形状>
 図1に示すように、本発明の浸漬ノズル1は、溶融金属の円筒状流路2を構成する内壁面3の底部4近傍の側面に、軸心に対して左右対称である一対の吐出孔5を有する。
 ここで、図2および3に示すように、浸漬ノズル1は、高さ方向の全長にわたって材料Bで連続的に構成されるものである。
 また、図2および3に示すように、浸漬ノズル1の内壁面3は、上記材料Bで形成される領域Bと、上記材料Bと異なる材料(以下、当該材料が単独または複数の材料となる場合を含めて「材料A」という。)で形成される領域Aとで構成されている。
 本発明においては、図2および3に示すように、吐出孔5は領域Aおよび領域Bのいずれに設けられていてもよいが、浸漬ノズルの閉塞をより抑制できる理由から、図2に示すように、吐出孔5は領域Aに設けられているのが好ましい。
 また、図2および3に示すように、材料Bで形成される領域Bは、浸漬ノズル1の内壁面3における吐出孔5の上方領域であっても下方領域であってもよい。
 本発明においては、図2および3に示すように、材料Bは、内壁面3の領域Bだけでなく、浸漬ノズルの外壁や底部を構成するものであるが、浸漬ノズルの外壁のうち、連鋳鋳型内の溶融フラックスに接触する部分は、材料Bよりも耐食性の高い材料(以下、本段落において「耐食材料」という。)で形成される円筒状の部材(図示せず)によって構成されるのが好ましい。なお、このような構成は、例えば、予め成形した耐食材料で構成される円筒状の部材および材料Aで構成される円筒状の部材と、粉状の材料Bと、結合材とを、静水圧プレスによってプレス成形することにより、一体に成形することができる。
 なお、本発明においては、浸漬ノズルの肉厚(図1中の符号Th)、円筒流路の長さ(図1中の符号L)、吐出孔の開口部の形状、傾斜角度および開口径等については特に限定されず、従来公知の浸漬ノズルと同様に設計することができる。
 <円筒状流路(内壁面)>
 上記円筒状流路を構成する浸漬ノズルの内壁面は、上記材料Bで形成される領域Bと上記材料Bと異なる材料Aで形成される領域Aとで構成されている。
 本発明においては、材料Aおよび材料Bは、材料Aの1500℃における熱膨張率が材料Bの1500℃における熱膨張率よりも大きくなるように適宜選択するものである。
 なお、材料Aは、上述した通り、上記材料Bと異なる単独または複数の材料をいうが、材料Aが複数の材料となる場合は、全ての材料の1500℃における熱膨張率が材料Bの1500℃における熱膨張率よりも大きくなるように適宜選択するものである。
 (材料A)
 上記材料Aとしては、具体的には、例えば、MgO-Al23などのノンカーボン-スピネル系材料;MgO-C-Alなどのノズルの界面張力を低減する材料;CaO-MgO-Cなどの低融点物質の生成によって付着を防止する材料;等のアルミナ難付着性材料が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 (材料B)
 上記材料Bとしては、具体的には、例えば、アルミナグラファイトなどのアルミナ-炭素質材料等が挙げられ、これらを1種単独で用いてもよく、2種以上を併用してもよい。
 本発明においては、上記材料Aで形成される領域Aの厚みは特に限定されないが、浸漬ノズルの肉厚に対して10~50%の厚みであるのが好ましく、15~40%の厚みであるのがより好ましい。
 具体的には、浸漬ノズルの肉厚が20mmである場合、上記材料Aで形成される領域Aの厚みは2~10mmであるのが好ましく、3~8mmであるのがより好ましい。
 なお、上述したように、本発明においては、浸漬ノズルの肉厚は特に限定されないが、例えば、10~40mmの範囲で適宜設計するのが好ましい。
 また、上記材料Aで形成される領域Aの配置長さ(流路の長さ方向)は、後述する耐熱衝撃指数の算出に影響を与えるパラメータであるため、浸漬ノズルの内壁面の1500℃における熱膨張率の高さ方向の平均値と900℃における熱膨張率の高さ方向の平均値との差が0.40~0.60%となる範囲で適宜設計することができる。
 具体的には、例えば、浸漬ノズルの円筒流路の長さが600mmである場合、上記材料Aで形成される領域Aの配置長さは120~240mmであるのが好ましく、150~210mmであるのがより好ましい。
 なお、上述したように、本発明においては、浸漬ノズルの円筒流路の長さは特に限定されないが、例えば、500~950mmの範囲で適宜設計するのが好ましい。
 本発明においては、上記材料Aで形成される領域Aは、必ずしも1箇所に連続して配設される必要はなく、複数箇所に分けて配設されていてもよい。
 また、領域Aを形成する材料Aも、上述した通り、必ずしも1種類で構成される必要はなく、複数種類の材料を併用することもできる。
 一方、上記材料Bで形成される領域Bの厚みは特に限定されず、浸漬ノズルの肉厚と同値、すなわち、上記材料Bのみで外壁面まで形成されているのが好ましい。
 また、上記材料Bで形成される領域Bの配置長さ(流路の長さ方向)は、領域Aと同様、適宜設計することができ、例えば、浸漬ノズルの流路の長さが600mmである場合、360~480mmであるのが好ましく、390~450mmであるのがより好ましい。
 本発明においては、上記材料Bで形成される領域Bは、領域Aと同様、必ずしも1箇所に連続して配設される必要はなく、複数箇所に分けて配設されていてもよい(例えば、図3参照)。
 本発明においては、上記円筒状流路を構成する浸漬ノズルの内壁面は、必ずしも平滑である必要はなく、溶鋼の注入を阻害しない程度の凹凸や、長さ方向の段差(内径の拡大および/または縮小)などの任意の内壁面形状を有していてもよい。
 また、内壁面の中心軸に直交する断面形状も、必ずしも円形である必要はなく、例えば、長円のような断面形状としてもよい。
 <熱膨張率>
 本発明の浸漬ノズルは、内壁面の1500℃における熱膨張率の高さ方向の平均値と内壁面の900℃における熱膨張率の高さ方向の平均値との差(耐熱衝撃指数)が、0.40~0.60%である。
 ここで、本発明においては、熱膨張率の高さ方向の平均値は下記式(I)により算出される値をいい、耐熱衝撃指数は下記式(II)により算出される値をいう。
 α(T)=(αA×LA/L)+(αB×LB/L)・・・(I)
 耐熱衝撃指数=α(1500℃)-α(900℃)・・・(II)
  T:温度(℃)
  α(T):温度Tでの浸漬ノズルの内壁面における熱膨張率の高さ方向の平均値(%)
  αA:材料Aの温度Tでの熱膨張率(%)
  αB:材料Bの温度Tでの熱膨張率(%)
  LA:材料A(領域A)の高さ方向の配置長さ(mm)
  LB:材料B(領域B)の高さ方向の配置長さ(mm)
  L:浸漬ノズルの円筒流路の長さ(mm)
 なお、上記式(I)において、材料Aが複数の材料となる場合、αAは「各材料の温度Tでの熱膨張率(%)の高さ方向の平均値」をいい、また、領域Aが複数箇所に配設されている場合、LAは「各箇所の高さ方向の配置長さ(mm)の合計」をいい、同様に、領域Bが複数箇所に配設されている場合、LBは「各箇所の高さ方向の配置長さ(mm)の合計」をいう。
 本発明者は、上記耐熱衝撃指数が0.40~0.60%であると、熱膨張率の高いアルミナ難付着性材料を用いても、耐スポーリング性およびアルミナ難付着性のいずれにも優れる浸漬ノズルとなることを見出した。
 すなわち、連続鋳造において、浸漬ノズルは、通常、予熱後に溶融金属が注入されるが、注入される溶融金属によって内壁面と外壁面との温度差(温度勾配)が生じるため、従来公知の浸漬ノズルでは、熱衝撃によってスポーリング破壊が発生することがある。
 これに対し、本発明の浸漬ノズルは、内壁面に接する溶融金属の温度を想定した1500℃における浸漬ノズル内壁面の熱膨張率の高さ方向の平均値と予熱後に自然冷却された温度を想定した900℃における浸漬ノズル内壁面の熱膨張率の高さ方向の平均値との差を特定の範囲となるように、溶融金属の流路を構成する内壁面を熱膨張率の異なる2種以上の材料で形成することにより、耐スポーリング性のみならず、アルミナ難付着性も改善されることが分かった。
 本発明においては、上述した材料Aの材質や領域Aの配置に関する自由度を確保しつつ、耐熱衝撃性も良好となる理由から、上記耐熱衝撃指数は0.50~0.58%であるのが好ましい。
 〔連続鋳造方法〕
 本発明の連続鋳造方法は、上述した本発明の浸漬ノズルを用いて溶融金属を注入する工程を有する連続鋳造方法である。
 ここで、上記工程としては、例えば、取鍋からタンディッシュに溶融金属を注入する工程、タンディッシュから鋳型へ溶融金属を注入する工程等が挙げられる。なお、本発明においては、上記工程における溶融金属の注入速度等の条件、他の工程(例えば、圧延工程、冷却工程等)については、従来公知の連続鋳造方法と同様に設計することができる。
 また、本発明の連続鋳造方法は、予熱した浸漬ノズルに溶融金属を注入して鋳造を開始する場合だけでなく、連続鋳造の途中に予熱した浸漬ノズルの先端部を鋳型内の溶鋼中に浸漬した後、この浸漬ノズルへの溶融金属の注入を開始する場合にも適用することができる。なお、後者の場合においても、浸漬ノズルの耐スポーリング性を同じ指標によって評価できる。
 〔製造方法〕
 本発明の製造方法は、上述した本発明の浸漬ノズルを製造する製造方法であって、本発明の浸漬ノズルの特徴、すなわち、浸漬ノズルを高さ方向の全長にわたって材料Bで連続的に構成し、浸漬ノズルの内壁面を上記材料Bで形成される領域Bと上記材料Bと異なる材料Aで形成される領域Aとで構成し、上記材料Aの1500℃における熱膨張率を上記材料Bの1500℃における熱膨張率よりも大きくし、上記内壁面の1500℃における熱膨張率の高さ方向の平均値と上記内壁面の900℃における熱膨張率の高さ方向の平均値との差を0.40~0.60%とするように、上記材料Aの熱膨張率、上記材料Bの熱膨張率、上記領域Aの配置長さ、および、上記領域Bの配置長さ、から選択される少なくとも1つ以上を調節ないし設計する工程を有する製造方法である。
 <ノズル形成材料>
 下記表1に示すノズル形成材料について、以下に示す方法により熱膨張率を測定した。
 具体的には、各材料から試験片(20mm×20mm×100mm)を作製し、作製した試験片を非活性ガス雰囲気中で昇熱させ、900℃および1500℃での試験片の長さを測定し、室温で測定した試験片の長さと比較することで算出した。結果を下記表1に示す。なお、下記表1中、ノズル形成材料の括弧内の数値(%)は、金属アルミニウム(Al)の含有量(質量%)を示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 <実施例1~3、比較例1~5>
 上記表1に記載した各材料のうち、下記表2に示す材料を用いて、以下に示すサイズの浸漬ノズルを作製した。なお、材料Bで形成した領域B以外の部分(領域A)については、材料Aで形成した。
 ・浸漬ノズルの肉厚:20mm
 ・浸漬ノズルの円筒流路の長さ:600mm
 ・材料A(領域A)の厚み:5mm
 ・材料B(領域B)の厚み:20mm
 ・材料A(領域A)の高さ方向の配置長さ(mm):下記表2中、材料欄の括弧書参照
 ・材料B(領域B)の高さ方向の配置長さ(mm):下記表2中、材料欄の括弧書参照
 <熱膨張率差(耐熱衝撃指数)>
 作製した各浸漬ノズルについて、上記式(I)から浸漬ノズルの内壁面における熱膨張率の高さ方向の平均値を算出し、上記式(II)から耐熱衝撃指数を算出した。耐熱衝撃指数を下記表2に示す。
 <耐スポーリング性>
 機長23m、鋳片厚み250mm、鋳片幅1900mm~2100mmの垂直曲げ型連続鋳造機において、タンディッシュから鋳型へ溶融金属を注入する浸漬ノズルに作製した各ノズルを使用し、耐スポーリング性を評価した。
 具体的には、まず、浸漬ノズルの内部の温度が900℃程度になるように予熱した。
 その後、溶融金属をタンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型に注入した。
 なお、溶融金属の初期の注入速度は、1000kg/分程度に制御して行った。
 また、溶融金属の取鍋での温度は約1560℃であり、浸漬ノズルに到達する際の温度は約1530℃と推定できる。
 溶融金属を注入した直後の浸漬ノズルの表面を目視により観察し、割れ・亀裂の有無を調べた。割れ・亀裂がなかったものを耐スポーリング性に優れるものとして「○」と評価し、割れ・亀裂があったものを耐スポーリング性に劣るものとして「×」と評価した。結果を下記表2に示す。
 <アルミナ難付着性>
 耐スポーリング性の評価と同様の試験条件で、溶融金属をタンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型に注入し、溶融金属の定常鋳造状態での注入速度を4000kg/分程度に制御した。
 溶融金属の注入を開始し、180分間経過した後に連続鋳造を中止した。
 その後、使用した各ノズルの内壁面(特に、吐出孔付近)を目視により確認し、アルミナの付着の有無を調べた。アルミナの付着がなかったものをアルミナ難付着性に優れるものとして「○」と評価し、ノズルの内壁面へのアルミナの付着量が平均して10mm厚以上であったものをアルミナ難付着性に劣るものとして「×」と評価した。結果を下記表2に示す。
 なお、耐スポーリング性に劣る結果となった浸漬ノズルについては、安全性の観点から、連続鋳造を行うことができなかったため、アルミナ難付着性の評価は行わなかった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 表2に示す通り、アルミナグラファイトのみで内壁面を形成した比較例5の浸漬ノズルは、耐スポーリング性には優れるが、アルミナ難付着性が劣る。
 また、溶融金属の流路を構成する内壁面を熱膨張率の異なる2種の材料で形成した場合であっても、1500℃における内壁面の熱膨張率の高さ方向の平均値と900℃における内壁面の熱膨張率の高さ方向の平均値との差(耐熱衝撃指数)が所定の範囲外となる比較例1~4の浸漬ノズルは、耐スポーリング性が劣ることが分かった。
 これに対し、溶融金属の流路を構成する内壁面を熱膨張率の異なる2種の材料で形成し、かつ、1500℃における内壁面の熱膨張率の高さ方向の平均値と900℃における内壁面の熱膨張率の高さ方向の平均値との差(耐熱衝撃指数)が所定の範囲内となる浸漬ノズルは、いずれも耐スポーリング性およびアルミナ難付着性に優れることが分かった(実施例1~3)。また、実施例2または3と同じ材料を用いた場合であっても、領域Aおよび領域Bの配置長さを変更することにより熱膨張率差を所定の範囲外とした比較例4または3では耐スポーリング性が劣ることから、材料A(アルミナ難付着性材料)の熱膨張特性とともに、材料Aの配設範囲の設計が重要であることが分かる。
 1 浸漬ノズル
 2 円筒状流路
 3 内壁面
 4 底部
 5 吐出孔
 Th 浸漬ノズルの肉厚
 L 円筒状流路の長さ
 A 材料A
 B 材料B

Claims (4)

  1.  溶融金属の円筒状流路を構成する内壁面の底部近傍の側面に、軸心に対して左右対称である一対の吐出孔を備えた連続鋳造用浸漬ノズルであって、
     前記浸漬ノズルが、高さ方向の全長にわたって材料Bで連続的に構成されており、
     前記内壁面が、前記材料Bで形成される領域Bと、前記材料Bと異なる材料で形成される領域Aとで構成され、
     前記領域Aを構成する材料の1500℃における線膨張率が、前記材料Bの1500℃における線膨張率よりも大きく、
     前記内壁面の1500℃における線膨張率の高さ方向の平均値と前記内壁面の900℃における線膨張率の高さ方向の平均値との差が、0.40~0.60%である連続鋳造用浸漬ノズル。
  2.  前記吐出孔が、前記領域Aに設けられる請求項1に記載の連続鋳造用浸漬ノズル。
  3.  請求項1または2に記載の連続鋳造用浸漬ノズルを用いて溶融金属を注入する工程を有する連続鋳造方法。
  4.  溶融金属の円筒状流路を構成する内壁面の底部近傍の側面に、軸心に対して左右対称である一対の吐出孔を備えた連続鋳造用浸漬ノズルを製造する製造方法であって、
     前記浸漬ノズルを、高さ方向の全長にわたって材料Bで連続的に構成し、
     前記内壁面を、前記材料Bで形成される領域Bと、前記材料Bと異なる材料で形成される領域Aとで構成し、
     前記領域Aを構成する材料の1500℃における線膨張率を、前記材料Bの1500℃における線膨張率よりも大きくし、
     前記内壁面の1500℃における線膨張率の高さ方向の平均値と前記内壁面の900℃における線膨張率の高さ方向の平均値との差を、0.40~0.60%とするように、
     前記領域Aを構成する材料の線膨張率、前記材料Bの線膨張率、前記領域Aの配置長さ、および、前記領域Bの配置長さ、から選択される少なくとも1つ以上を調節ないし設計する工程を有する、連続鋳造用浸漬ノズルの製造方法。
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