(57)【要約】【課題】溶鋼を注入したときの熱衝撃、又は溶鋼へ浸漬したときの圧力による周壁への応力を分散するようにした連続鋳造用ロングノズルを提供する。【解決手段】連続鋳造用ロングノズル１０は、図１に示すように、略円筒体に形成されたノズル本体１０ａと、当該ノズル本体の周壁部１１に囲繞され、上端開口１２ａと下端開口１２ｂを備えたノズル内孔１２を有している。ノズル本体の周壁部上端には、擂鉢状の取付部１３が連接形成されており、当該取付部の底面開口がノズル内孔の上端開口と連通している。周壁下部１１ｂは、裾部２０に連接している。裾部は、下端開口に近づくにつれて、周壁の内径及び外径が漸増する末広がり形状に形成されている。これによって、下端開口近傍で内周壁面２１に対する応力集中を緩和させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
略円筒体に形成された周壁部と、
当該周壁部に囲繞され、上端開口及び下端開口に備えたノズル内孔とを有し、
前記周壁部の下部を、前記下端開口端面に近づくにつれて、前記周壁部の内径及び外径が漸増する末広がり形状にしたことを特徴とする連続鋳造用ロングノズル。
【請求項２】
前記周壁部の下部の縦断面視形状が、内周壁面側へ湾曲して突出する円弧状であることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用ロングノズル。
【請求項３】
前記外径と前記内径の差である前記周壁部の肉厚が、一定の厚さであることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用ロングノズル。
【請求項４】
前記外径と前記内径の差である前記周壁部の肉厚が、前記下端開口端面に近づくにつれて、漸減していることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造用ロングノズル。
【請求項５】
前記下端開口端面が、前記周壁部の軸方向に対して水平な平面に形成されていることを特徴とする請求項３若しくは請求項４に記載の連続鋳造用ロングノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造用のロングノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造用ロングノズルは、略円筒体状に形成されており、上下端が開口されたノズル内孔と、当該ノズル内孔を囲繞する周壁を有している。
ノズル内孔を溶鋼が通過するとき、周壁の内周壁面側は、外周壁面側に対して相対的に高温となり、内外壁間で大きな温度差が生じる。また、高温の溶鋼に晒された内周壁面側は熱膨張する。これによって、大きく熱膨張した内周壁面側から径方向外側で熱膨張が比較的小さい外周壁面側を圧縮するように圧縮応力が生じる。当該圧縮応力によって、周壁は亀裂が発生したり、破損されるおそれがある。さらに、ロングノズルが取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入するとき、ノズル内孔の下端開口近傍は、タンディッシュに満たされた溶鋼に浸漬する場合がある。そのため、上記の内外壁間の温度差による圧縮応力のみならず浸漬部分の高熱も加わり、応力に歪が生じやすく、周壁には、さらなる亀裂や破損が生じるおそれがある。
【０００３】
これに対して、特開２０１２−０９１２３５号公報に開示されている連続鋳造用ノズルは、当該ノズルの下端部外周が、縦断面視形状が任意の点を基点とした二次曲線状に切除されて面取りされている。このように、ノズル内孔の下端開口近傍の周壁を薄くすることによって、溶鋼に浸漬したときの熱的な応力集中を分散して、下端部外周の割れやヒビを防止するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−０９１２３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記文献に記載されているような形状では、耐熱衝撃性、或いは応力の分散が十分ではなく、依然として耐久性に不安が残る。そのため、連続鋳造用ロングノズルを複数回繰り返して使用したとき又は使用中に、ノズル下端開口近傍に割れやヒビが発生し、連続鋳造用ロングノズルが破損するおそれがある。
【０００６】
したがって、本発明が解決しようとする課題は、溶鋼を注入したときの熱衝撃、又は溶鋼へ浸漬したときの圧力による周壁への応力を分散するようにした連続鋳造用ロングノズルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の連続鋳造用ロングノズルは、略円筒体に形成された周壁部と、
当該周壁部に囲繞され、上端開口及び下端開口に備えたノズル内孔とを有し、
前記周壁部の下部を、前記下端開口端面に近づくにつれて、前記周壁部の内径及び外径が漸増する末広がり形状にしたことを特徴とする。
【０００８】
請求項２に記載の連続鋳造用ロングノズルは、請求項１に記載の発明において、前記周壁部の下部の縦断面視形状が、内周壁面側へ湾曲して突出する円弧状であることを特徴とする。
【０００９】
請求項３に記載の連続鋳造用ロングノズルは、請求項１に記載の発明において、前記外径と前記内径の差である前記周壁部の肉厚が、一定の厚さであることを特徴とする。
【００１０】
請求項４に記載の連続鋳造用ロングノズルは、請求項１に記載の発明において、前記外径と前記内径の差である前記周壁部の肉厚が、前記下端開口端面に近づくにつれて、漸減していることを特徴とする。
【００１１】
請求項５に記載の連続鋳造用ロングノズルは、請求項３若しくは請求項４に記載の発明において、前記下端開口端面が、前記周壁部の軸方向に対して水平な平面に形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る連続鋳造用ロングノズルによれば、周壁部の下部を、下端開口端面に近づくにつれて、当該周壁部の内径及び外径が漸増する末広がり形状、いわゆるラッパ状となるように形成した。これによって、周壁に対する応力集中を緩和させると共に、ノズル内孔の下端開口近傍で内周壁面に沿った溶鋼流の流速を落とすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施例に係る連続鋳造用ロングノズルの軸方向に沿った断面視形状であって、構成の概略を示す縦断面図である。
【図２】第１実施例に係る連続鋳造用ロングノズルの軸方向に沿った裾部の断面視形状を示す縦断面図である。
【図３】第２実施例に係る連続鋳造用ロングノズルの軸方向に沿った裾部の断面視形状を示す縦断面図である。
【図４】本実施例に係る連続鋳造用ロングノズルと従来例とを比較した実験結果を示す圧力分布図である。
【図５】本実施例に係る連続鋳造用ロングノズルと従来例とを比較した実験結果を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明は、連続鋳造用ロングノズルに関するものである。連続鋳造用ロングノズル１０は、図１に示すように、略円筒体に形成されたノズル本体１０ａと、当該ノズル本体１０ａの周壁部１１に囲繞され、上端開口１２ａと下端開口１２ｂを備えたノズル内孔１２を有している。ノズル本体１０ａの周壁部１１上端には、擂鉢状の取付部１３が連接形成されており、当該取付部１３の底面開口がノズル内孔１２の上端開口１２ａと連通している。
そして、本発明が実施される部分は、図２又は図３に示すように、ノズル本体１０ａの周壁部１１下部であって、特にノズル内孔１２の下端開口１２ｂ近傍である。以下に本発明の実施例を示す。
【実施例１】
【００１５】
本実施例に係る連続鋳造用ロングノズル１０を、添付した図面にしたがって説明する。図２は、本実施例に係る連続鋳造用ロングノズル１０の上下方向に沿った縦断面視形状を示す部分縦断面図である。
【００１６】
連続鋳造用ロングノズル１０は、図１に示すように、略円筒体状のノズル本体１０ａを有している。当該ノズル本体１０ａの周壁部１１は、上端開口１２ａ及び下端開口１２ｂを備えたノズル内孔１２を囲繞している。周壁上部１１ａ及びノズル内孔１２の上部は、略直管状に形成されている。周壁下部１１ｂは、図２に示すように、所定の高さから、ノズル内孔１２の下端開口１２ｂ端面へ近づくにつれて、周壁部１１の内径及び外径が漸増して、末広がり形状に形成されている。当該末広がり形状に形成されている部分を、裾部２０とする。当該裾部２０の拡がり具合に合せて、ノズル内孔１２もまた下端開口１２ｂ端面へ近づくにつれて直径が漸増して、末広がり形状を呈している。
【００１７】
裾部２０は、図２に示すように、縦断面視形状が内周壁面２１側へ湾曲して突出する円弧状に形成されている。すなわち、裾部２０を含めた周壁下部１１ｂは、所定の高さから下端開口１２ｂ端面に向って緩やかに広がっている、いわゆる「ラッパ状」となるように形成されている。このように、裾部２０の曲率半径を大きくして緩やかに湾曲させることによって、溶鋼流を内周壁面に沿わせて流すことができ、たとえば、図４（ｂ）〜（ｄ）で示し、後述するように、下端開口１２ｂの内周壁面２１側の角部を面取りする加工を施すよりも、熱による応力集中を緩和することができる。
なお、裾部２０の縦断面視形状は、円弧状に湾曲したラッパ状に限定されず、下端開口１２ｂ端面へ向かって勾配が直線的となるテーパ状であっても良い。
【００１８】
周壁部１１及び裾部２０の外径と内径の差である肉厚は、周壁上部１１ａから下端開口１２ｂ端面に亘って、所定の厚さで一定に保持されている。これによって、裾部２０を含めた周壁下部１１ｂの構造強度を向上させることができる。
【実施例２】
【００１９】
本実施例に係る連続鋳造用ロングノズル１０Ａを、添付した図３にしたがって説明する。図３は、本実施例に係る連続鋳造用ロングノズル１０Ａの上下方向に沿った縦断面視形状を示す部分縦断面図である。
【００２０】
本実施例に係る連続鋳造用ロングノズル１０Ａと、第１実施例に記載した連続鋳造用ロングノズル１０は、裾部２０Ａの肉厚が相違している。すなわち、第１実施例に係る裾部２０の肉厚は、所定の厚さで一定に保持されているのに対して、本実施例に係る裾部２０Ａの肉厚は、下端開口１２ｂ端面へ近づくにつれて、次第に薄くなるように形成されている。
【００２１】
図３に示すように、裾部２０Ａの縦断面視形状において、当該裾部の内周壁面２１側よりも外周壁面２２側の曲率半径を大きく緩やかに形成することによって、外周壁面２２側、すなわち裾部２０の外径の変化を抑えながら、内周壁面２１側、すなわちノズル内孔１２の拡がり具合を大きくすることができ、下端開口１２ｂの口径を大きくすることができる。そのため、第１実施例に記載した裾部２０よりも、溶鋼流の垂直方向の流速集中を緩和することができる。
【００２２】
次に、本実施例に係る第１実験の実験について説明する。第１実験は、それぞれ裾部２０，２０Ａが、上記の実施例の構成と同一になるように形成した連続鋳造用ロングノズル１０，１０Ａのモデルを用意し、比較例として、従来通り周壁部１１が下端開口１２ｂ端面まで真っ直ぐに形成されているもの、さらに、下端開口１２ｂの内周壁面２１側角部が面取りされて、実施例に記載の裾部２０，２０Ａよりも曲率半径の小さい円弧状に形成されている例を３例用意して、ノズル内孔１２に溶鋼を流したときの熱応力分布をシミュレーションした。当該シミュレーション結果の概略を示す圧力分布図を図４に示す。
【００２３】
シミュレーション条件は、連続鋳造用ロングノズル１０，１０Ａ等を７００℃で予熱し、ノズル内孔１２に１５５０℃の溶鋼を１分間注入したときの状態を示すものとする。
図４は、図１で点線で示したシミュレーションエリア３０を部分拡大した縦断面図上の熱応力分布を示したものである。図４に示した図中の太線は、裾部周壁の断面とノズル内孔１２の境界となる内周壁面である。
また、熱応力分布は、ハッチングの間隔が狭い部分がより熱応力に係る圧力が高くなっている部分である。右下がりの密な線で示した部分を高圧部３１、左下がりの租な線で示した部分を中圧部３２、右下がりの租な線で示した部分を低圧部３３とする。
これら条件、図の凡例を踏まえて、以下図４（ａ）〜図４（ｆ）について説明する。
【００２４】
図４（ａ）は、従来の連続鋳造用ロングノズルの裾部を示したものであって、下端開口の内周壁面側角部を直角にしたものである。
図４（ｂ）は、下端開口１２ｂの内周壁面２１側角部を曲率半径が５ｍｍとなるように、当該角部を面取り加工した裾部である。
図４（ｃ）は、下端開口１２ｂの内周壁面２１側角部を曲率半径が２０ｍｍとなるように、当該角部を面取り加工した裾部である。
図４（ｄ）は、下端開口１２ｂの内周壁面２１側角部を曲率半径が４０ｍｍとなるように、当該角部を面取り加工した裾部である。
図４（ｅ）は、第１実施例に示した裾部２０である。
図４（ｆ）は、第２実施例に示した裾部２０Ａである。
【００２５】
図４（ａ）〜図４（ｄ）に記載された裾部の壁内部の熱応力に係る圧力分布状況は、いずれも、内周壁面２１に沿って高圧部３１が分布し、中圧部３２、低圧部３３を挟んで、外周壁面側に大きな高圧部３１が分布している。特に、図４（ｃ）に示すような外周壁面側角部にまで分布している高圧部３１は、当該外周壁面側角部が欠けてしまう大きな原因となる。
【００２６】
一方、図４（ｅ）に記載された裾部２０の壁内部の熱応力に係る圧力分布状況は、内周壁面２１に沿って細長く高圧部３１が分布し、また、略Ｊ字状に分布している低圧部３３とそれを囲繞する中圧部３２を挟んで、外周壁面２２側に高圧部３１が分布している。
ここで、外周壁面２２側の高圧部３１の面積が、図４（ａ）〜（ｄ）と比べると非常に小さいことに着目する。
内周壁面２１側の高圧部３１は、溶鋼流が内周壁面２１を圧縮したことによる圧力と推察することができる。当該内周壁面２１側の圧縮圧力に対する反作用によって、外周壁面２２側で応力が集中した部分が外周壁面２２側の高圧部３１であると推察することができる。この状態のまま、さらに溶鋼を流した場合、外周壁面２２側の高圧部３１を中心に亀裂が発生したり、破損するおそれがあるが、図４（ａ）〜（ｄ）と比べて外周壁面２２側の高圧部３１の面積が非常に狭く、当該高圧部３１を囲繞するように中圧部３２が広く分布している。そのため、図４（ａ）〜（ｄ）の実験例と比べて、図４（ｅ）に示した第１実施例に係る裾部２０は、応力が緩和されている。
これによって、裾部２０は、破損等のおそれが低く、耐久性があがっているものと推察することができる。当該耐久性の向上については、後述する第２実験で確認している。
また、図４（ｆ）に記載された裾部２０Ａも、図４（ｅ）の場合と同様に、図４（ａ）〜（ｅ）と比べて外周壁面２２側の高圧部３１の面積が非常に狭く、当該高圧部３１を囲繞するように中圧部３２と低圧部３３が広く分布している。そのため、図４（ａ）〜（ｅ）の実験例と比べて、図４（ｆ）に示した第２実施例に係る裾部２０Ａは、応力が緩和されている。
これによって、裾部２０Ａは、破損等のおそれが低く、耐久性があがっているものと推察することができる。当該耐久性の向上については、後述する第２実験で確認している。
【００２７】
図４に示した、上記の第１実験によれば、裾部２０，２０Ａの形状を下端開口１２ｂ端面に近づくにつれて、周壁１１の内径及び外径が漸増する末広がり形状、いわゆるラッパ形状に形成することによって、外周壁面２２側に集中する応力が、図４（ａ）〜図４（ｄ）に記載の下端開口形状と比べて、緩和されることを確認することができた。これによって、外周壁面２２側に応力が集中することを防止することができるので、ロングノズル１０の耐久性を向上させると共に使用中に破損することを防止することができる。
【００２８】
続いて第２実験を行った。当該第２実験は、上記の６例のうち、図４（ｃ）〜（ｆ）と対応する連続鋳造用ロングノズルを用意し、耐久性に係る実験を行ったものである。当該第２実験の結果を図５に示す。
第２実験は、ロングノズルを１２００℃で予熱し、１５５０℃の溶鋼に繰り返し浸漬させて、亀裂発生の有無を確認するものである。
図５に示すように、図４（ｃ），（ｄ）にそれぞれ対応する実験イ，ロは、５回目の浸漬で亀裂が発生した。
一方、第１実施例に対応する実験ハは、７回目の浸漬で亀裂が発生し、第２実施例に対応する実験ニは、９回目の浸漬で亀裂が発生した。
これによって、第１実施例、及び第２実施例に記載した裾部２０，２０Ａの形状は、ロングノズル１０，１０Ａ先端の耐久性を向上させることができることを確認することができた。
【００２９】
本実施例に係る連続鋳造用ノズル１０，１０Ａによれば、下端開口１２ｂ端面に近づくにつれて、周壁１１の内径及び外径が漸増する末広がり形状、いわゆるラッパ形状となるように裾部２０，２０Ａを形成した。当該裾部２０，２０Ａは、できるだけ曲率半径を大きく取って緩やかに湾曲させる方が好ましい。このように、湾曲形状に形成することによって、裾部２０，２０Ａの周壁内部へ熱応力が集中することを緩和させることができる。
【符号の説明】
【００３０】
１０，１０Ａ…連続鋳造用ロングノズル、１０ａ…ノズル本体、
１１…周壁部、１１ａ…周壁上部、１１ｂ…周壁下部、
１２…ノズル内孔、１２ａ…上端開口、１２ｂ…下端開口、
１３…取付部、
２０，２０Ａ…裾部、２１…内周壁面、２２…外周壁面、
３０…シミュレーションエリア、３１…高圧部、３２…中圧部、３３…低圧部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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