(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部を通って溶融金属が流れる内孔を備えた耐火物からなる、連続鋳造用ノズルのノズル本体と、首部、中央部、下半部からなっている前記ノズル本体を形成する前記耐火物の内部に、前記ノズル本体の長手方向に沿って、断面形状が丸状で外径が３ｍｍ以上の棒材を用いて概ね等間隔で埋設された複数本の金属棒状体を備えている連続鋳造ノズルであって、
前記複数本の金属棒状体は、前記ノズル本体を形成する前記耐火物の首部近傍の形状変化点から上部側に５ｃｍ以上、形状変化点から下部側に１５ｃｍ以上に埋設されていることを特徴とする連続鋳造用ノズル。
【請求項２】
前記複数本の金属棒材と共に金属製の網を埋設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ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造に用いる連続鋳造用ノズルにおいて、首部、中央部、下半部からなるノズル本体を形成する耐火物の内部の少なくとも一部に、本体の長手方向に沿って、複数本の金属棒が埋設された連続鋳造用ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、鋼の連続鋳造に用いられるノズルとして、取鍋からの溶鋼を大気に触れることなく断気鋳造し、鋼の二次酸化を防止する役割を有しているロングノズルがある。近年の連続鋳造においては、鋼の品質向上の為にタンディッシュ容量を大きくするにしたがって、ノズルの形状がより大型化・大重量化する傾向にある。又、ノズルの原単位を低減させるために、ノズルの寿命向上が、多連鋳化、再使用化の手法により図られている。また、タンデッシュからモールドに鋳造するため、浸漬ノズルが使用されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ノズルの寿命は年々向上しているが、多連鋳使用により、本体内壁の溶損進行や、本体外周部の酸化進行等により本体を構成する耐火物の肉厚が薄くなり、強度低下を招き、亀裂の発生を見たり、甚だしくは、構造的に最も応力を受けやすい首部近傍を中心に、折損にいたることもある。又、ノズル下部の脱落も相当数見られるところである。
【０００４】
鋳造中の溶損・亀裂・折損は大気の進入を招き、鋼品質に致命的な欠陥を与えるのみならず、折損落下を見た場合、鋳造床にて作業中のオペレーターに溶鋼が飛散する等、生命を脅かす事態にまで至ることがある。そのため、ノズル本体の形状の改善や、本体を構成する耐火物の肉厚を増加させる等、種種の対応策が検討・実施されてきたが、根本的な解決策とはなっていない。
【０００５】
解決策の一つとして、ノズルの本体の首部近傍の外周に鉄板を巻いて補強するという手段がしばしばとられてきた。図７は、ノズル本体の首部近傍の外周に鉄板を巻いて補強した従来のノズルを示す図である。図７に示すように、ロングノズル１０３の上部の首部近傍に鉄皮１０４を配し、耐火物本体を保護する。ロングノズル１０３を取鍋１０１の下部ノズル１０２に接合させる支持装置１０５により下方から図７に示すように押し上げられているため、鉄皮１０４の変形や熱劣化が発生し鉄皮１０４にズレ上がり、鉄皮１０４下端部での外周部の酸化進行が著しく発生し、鋳造中の通過する溶鋼の振動や注入開始時の溶鋼の落下衝撃により折損等の致命的な結果に至ることがある。
【０００６】
ノズルにおける以上のような問題点を解決するため、本願発明者により、以下の特許が出願中である。
▲１▼特願平９−２８６０４８  連続鋳造用ロングノズル
▲２▼特願平９−２８６０４９  連続鋳造用ロングノズル                        ▲３▼特願平９−２８６０５０  連続鋳造用ロングノズル                        ▲４▼特願平９−２８６０５１  連続鋳造用ロングノズル
▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼の連続鋳造用ロングノズルの代表的な実施例を、図６（ａ）、図６（ｂ）に示す。
【０００７】
図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、ノズル本体Ａの首部近傍１の耐火物２中に、外径３ｍｍ以上の複数本のステンレス棒４ｂをノズル本体の長手方向に沿って概ね等間隔で埋設し、更に、外径１ｍｍ以下の複数本のステンレス棒５をノズル本体の長手方向に直角の方向に概ね等間隔で環状に埋設して、ノズル本体Ａの首部近傍１の強度を高め、亀裂の発生や折損を防止している。これらの連続鋳造用ロングノズルは、夫々実機鋳造テストによって試験したところ、優れた試験結果を得た。
【０００８】
しかしながら、その後、さらに試作と実験を重ねた結果、次の２点が新たに明らかになってきた。
１）埋設する棒状体の素材は、耐熱性や加工のし易さから上記出願▲１▼、▲２▼、▲３▼、▲４▼においてはステンレスに限定されているけれども、その後、鋼（例えば耐熱鋼や炭素鋼等）あるいはチタンやモリブデンの合金等、他の金属を使用した場合にも良好な結果が得られることが判明した。
【０００９】
２）ノズル本体Ａの長手方向に直角の方向に概ね等間隔で環状に埋設したステンレス棒５（図６（ａ）、図６（ｂ））は、ノズルの強度を向上させる点におけるメリットが余り得られないことが判明した。さらに、デメリットとして、（１）炉材全体のコストアップにつながる。（２）成型時、ステンレス棒５が邪魔になり耐火物の原材料の投入が不均一となる。（３）強度を高める上で主体となるステンレス棒４ｂの位置を一定に定めることが難しくなる。以上の（１）、（２）、（３）項に記載した事項も判明した。従って、この発明の目的は、首部、下端部の強度を高め、亀裂や折損の危険が少なく、高品質の鋼を安定的に供給することができ、作業中の安全が確保でき、且つ炉材コストの低減した連続鋳造用ノズルを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上述した問題点を解決するために、発明者等は鋭意研究を重ねた。その結果、首部、中央部、下半部からなっているノズル本体を形成する耐火物の内部の少なくとも一部に、ノズル本体の長手方向に沿って、複数本の金属棒状材を埋設することによって、ノズルの亀裂や折損を防止して所要の強度を確保し、成形時に耐火物の原材料を均一に投入することができ、コストの削減が可能な連続鋳造ノズルを提供することができることを知見した。即ち、環状に埋設したステンレス棒を伴わないで、金属棒状材をノズル本体の長手方向に沿って埋設したとき、環状に埋設したステンレス棒を備えたノズルの強度と同一の強度が得られることが判明した。この発明は上述した知見に基づいてなされたものである。
【００１１】
この発明の連続鋳造ノズルの第１の態様は、その内部を通って溶融金属が流れる内孔を備えた耐火物からなる、連続鋳造用ノズルのノズル本体と、首部、中央部、下半部からなっている前記ノズル本体を形成する前記耐火物の内部に、前記ノズル本体の長手方向に沿って埋設された、複数本の金属棒状材とを備えている連続鋳造ノズルであって、
前記複数本の金属棒状体は、前記ノズル本体を形成する前記耐火物の首部近傍の形状変化点から上部側に５ｃｍ以上、形状変化点から下部側に１５ｃｍ以上に埋設されていることを特徴とする連続鋳造用ノズルである。
【００１２】
この発明の連続鋳造ノズルの第２の態様は、前記複数本の金属棒状材は、概ね等間隔で埋設されていることを特徴とする連続鋳造用ノズルである。
【００１３】
この発明の連続鋳造ノズルの第３の態様は、前記複数本の金属棒状材は、断面形状が丸、楕円形、多角形、または星型形からなっていることを特徴とする連続鋳造用ノズル。
【００１４】
この発明の連続鋳造ノズルの第４の態様は、前記複数本の金属棒材と共に金属製の網を埋設していることを特徴とする連続鋳造用ノズルである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この発明の連続鋳造ノズルは、その内部を通って溶融金属が流れる内孔を備えた耐火物からなる、連続鋳造用ノズルのノズル本体と、首部、中央部、下半部からなっているノズル本体を形成する耐火物の内部の少なくとも一部に、ノズル本体の長手方向に沿って埋設された、複数本の金属棒状材とを備えている。
【００１６】
即ち、複数本の金属棒状材は、ノズル本体を形成する耐火物の首部近傍から中央部を通って下半部にかけて埋設されていてもよい。即ち、ノズル本体の長手方向の全体にわたって埋設されていてもよい。更に、複数本の金属棒状材は、概ね等間隔に埋設されていてもよい。
【００１７】
更に、複数本の金属棒状材は、ノズル本体の首部近傍を形成する耐火物の内部に限定して埋設されていてもよい。このように金属棒状材を埋設することによって、ノズル本体の首部の強度を高め、いわゆるノズルの首折れを防止することができる。
更に、複数本の金属棒状材は、ノズル本体の下半部を形成する耐火物の内部に限定して埋設されていてもよい。このように金属棒状材を埋設することによって、ノズルの下半部の強度を高め、いわゆるノズルの下端部の脱落を防止することができる。
【００１８】
更に、複数本の金属棒状材は、ノズル本体の首部近傍を形成する耐火物の内部に埋設された金属棒状材と、ノズル本体の下半部を形成する耐火物の内部に埋設された別の金属棒状材とからなっていてもよい。即ち、ノズル本体の首部近傍とノズル本体の下半部の耐火物内部にそれぞれ別の複数本の金属棒材を埋設する。このように金属棒状材を埋設することによって、ノズル本体の首部の強度を高め、いわゆるノズルの首折れを防止すると共に、ノズルの下半部の強度を高め、いわゆるノズルの下端部の脱落を防止することができる。
【００１９】
更に、ノズル本体の首部近傍を形成する耐火物の内部に埋設された金属棒状材、および、ノズル本体の下半部を形成する耐火物の内部に埋設された別の金属棒状材は、それぞれノズル本体の中央部に延伸され、中央部において重複して埋設されていてもよい。
【００２０】
本発明を図面を参照しながら更に詳細に説明する。
図1（ａ）は、本発明の連続鋳造ノズルの一つの態様を示す正面図である。ノズル本体は、一体的に形成された首部、中央部、下半部からなっている。この態様に示すノズルはロングノズルであるが、ロングノズルに限定されず、本発明に係わる要部の構成が略同一である他のノズル（例えば浸漬ノズル等）に対しても本発明を適用することができる。ノズル本体Ａは、耐火物２により形成された概ね円筒形状のノズルであり、首部近傍１から上部において耐火物２の厚さが大きくなっている。ノズルの中心部には、その中を溶融金属が流れる内孔３がノズルの上端から下端まで貫通している。内孔３は、上端部において、概ね円錐状に上面に向かって広がっている。
【００２１】
図１（ａ）に示すように、ノズル本体Ａの首部近傍１の耐火物２中には、複数本の金属棒状材４ａが、ノズル本体の長手方向に沿って、概ね等間隔で埋設されている。図１（ｂ）にノズル本体の首部のＢ−Ｂ断面を示す。図１（ｂ）に示すように、内孔３を中心に概ね円筒形状の耐火物が形成され、耐火物の中央部に概ね等間隔で８本の金属棒状材４ａ埋設されている。
【００２２】
この発明における金属棒状材は、断面形状が丸、楕円形、多角形、星型形等の丸棒、偏平状の棒、角棒、星型棒等の何れの形状の棒材であってもよい。金属棒４ａの外径は３ｍｍ以上が望ましい。その理由は、３ｍｍ以下では、鋳造中にノズル本体Ａに加わる振動に対して首部近傍１を保護する効果が弱くなるからである。
【００２３】
また、上述した金属棒４ａの長さは、ノズル本体Ａの首部近傍１の形状変化点６より上部側に５ｃｍ以上、形状変化点６より下部側に１５ｃｍ以上であることが好ましい。その理由は、形状変化点６より上部側に５ｃｍ以下では、鋳造中にノズル本体Ａに加わる振動に対して上部側を保護する効果が弱くなり、形状変化点６より下部側に１５ｃｍ以下では鋳造中にノズル本体Ａに加わる振動に対して下部側を保護する効果が弱くなるからである。
【００２４】
金属棒４ａの材質としては、ステンレスの他、鋼（耐熱鋼や炭素鋼等）あるいはチタンやモリブデンの合金鋼を用いることができる。また、本発明のノズル本体Ａの首部近傍１の外周に、従来から行われているように、鉄板を巻くことも、当然可能である。
【００２５】
図２（ａ）〜図２（ｄ）は本発明の連続鋳造ノズルの他の態様を示す図である。図２（ａ）に示すように、この態様の連続鋳造ノズルにおいては、複数本の金属棒状材は、ノズル本体の首部近傍２１を形成する耐火物の内部に埋設された金属棒状材２４ａ１と、ノズル本体の下半部を形成する耐火物の内部に埋設された別の金属棒状材２４ａ２とからなっており、更に、上述した金属棒状材２４ａ１、および、別の金属棒状材２４ａ２は、それぞれノズル本体の中央部に延伸され、中央部においてその一部が重なるように埋設されている。
【００２６】
図２（ｂ）は、ノズル首部のＥ−Ｅ断面を示す。図２（ｂ）に示すように、首部近傍においては、４本の金属棒状材が等間隔で埋設されている。図２（ｃ）は、ノズル中央部のＦ−Ｆ断面を示す。図２（ｃ）に示すように、ノズル本体の中央部には４本の金属棒状材２４ａ１、４本の別の金属棒状材２４ａ２が交互に配置されている。更に、図２（ｄ）はノズル下半部のＧ−Ｇ断面を示す。図２（ｄ）に示すように、ノズル本体の下半部においては、４本の別の金属棒状材が等間隔で埋設されている。図２に示す態様の連続鋳造ノズルによると、ノズル本体の首部、下半部、更に、中央部の強度が高まり、首折れ防止、下端部の脱落防止が可能である。
【００２７】
図３（ａ）はノズル本体Ａの長手方向に、図１に示す態様の金属棒４ａに代えて、ノズル本体Ａの首部近傍から下端部近傍まで達する長さの金属棒３４ｃを埋設したこの発明の連続鋳造ノズルの一つの態様を示す。図３（ｂ）はノズル本体のＤ−Ｄ断面を示す図である。より具体的には、ノズル本体Ａの下端から上方に１０ｃｍ前後の位置に金属棒３４ｃの下端を位置させている。また、首部近傍の構成は図１に示す態様と同様である。図３に示す態様の連続鋳造ノズルによると、ノズルの首折れ防止と同時に下端部の脱落防止が可能である。
【００２８】
図４（ａ）、図４（ｂ）は本発明の連続鋳造ノズルのほかの態様を示す図である。図４（ａ）に示すように、この態様の連続鋳造ノズルにおいては、複数本発明の金属棒状材は、ノズル本体の首部近傍４１を形成する耐火物の内部に埋設された金属棒状材４４ａ１と、ノズル本体の下半部を形成する耐火物の内部に埋設された別の金属棒状材４４ａ２とからなっている、更に、上述した金属棒状材４４ａ１と、別の金属棒状材４４ａ２との間のノズル本体の中央部には、金属棒状材は埋設されていない。図４に示す態様の連続鋳造ノズルによると、ノズル本体の首部および下半部の強度が高まり、首折れ防止、下半部の脱落防止が可能である。
【００２９】
図５（ａ）、図５（ｂ）は本発明の連続鋳造ノズルの他の態様を示す図である。図５（ａ）に示すように、この態様の連続鋳造ノズルにおいては、複数本の金属棒状材は、ノズル本体の下半部を形成する耐火物の内部に限定して埋設されている金属棒状材５４ａからなっている。図５に示す態様の連続鋳造ノズルによると、ノズル本体の下半部の強度が高まり、端部の脱落防止が可能である。
【００３０】
なお、上述した態様において、複数本の金属棒状材を埋設する際に、金網を併用してもよい。金網を併用することによって、炉材全体のコストを高めることなく、成型時の耐火物の原材料の投入を均一にしつつ、ノズル本体の強度を高めることができる。
【００３１】
【実施例】
次に、図１（ａ）、図１（ｂ）に示した態様の本発明の連続鋳造ノズルを鍋容量が３００ｔの取鍋とタンデイッシ間に用い、低炭アルミキルド鋼をスラブ連続鋳造機によって実機鋳造を行った。そのときの鋳造時間約６０分／鍋であった。本発明の連続鋳造ノズルのノズルの本体Ａは、全長は１３００ｍｍ、上端部を除いた本体Ａの外径は１９０ｍｍ、内孔３の内径は１１０ｍｍであった。本発明の連続鋳造ノズルにおいては、金属棒４ａの外径を４ｍｍとして８本を等間隔で、首部近傍１の耐火物２中に埋設した。
比較のために従来の、金属棒を埋設しないロングノズルを鍋容量が３００ｔの取鍋からタンデイッシ間に用い、低炭アルミキルド鋼をスラブ連続鋳造機によって実機鋳造を鋳造時間約６０分／鍋で行った。従来のロングノズルの本体Ａは、本発明と同一大きさの、全長１３００ｍｍ、上端部を除いた本体Ａの外径１９０ｍｍ、内孔３の内径１１０ｍｍであった。
本発明の連続鋳造ノズルと比較用の金属棒を埋設しないロングノズルを比較した、比較テストの結果を示す。
【００３２】
比軽テストにおける鋳造条件を表１に示す。その結果（廃却原因）を表２に示す。
【００３３】
【表１】
0003668417.tif 000002
【００３４】
【表２】
0003668417.tif 000003
【００３５】
表２から明らかなように、ノズル首部外周に鉄度補強して使用されていた従来品は平均の寿命（約６２０分）が終了する前に首部の折損が原因で終了する確率が約４％あった。これに対し、本実施例（５０本）においては、平均寿命６２５分に対し首部での折損による終了は０本であった。更に、従来品においては、下端部脱落が約３％であった。これに対して、本発明の連続鋳造用ノズルにおいては、下端部脱落が０％であった。
【００３６】
【発明の効果】
上述したように、本発明の連続鋳造用ノズルによると、従来のノズルの弱点であったノズル本体の首部の強度を、補強用鉄板等に頼ることなく飛躍的に高めることができ、しかも、本願発明者によって出願中の連続鋳造用ノズルに残されていた弱点も完璧に克服したものである。さらに、埋設する金属棒の素材として、ステンレスをはじめ各種の金属を用い得るので、用途に応じたさまざまな素材の選択が可能である。
【００３７】
本発明により、鋳造中に連続鋳造用ノズルに亀裂が入ったり折損に至るという危険性は大幅に改善され、高品質の鋼を安定して供給できることができる。また、作業中のオペレーターが危険に晒されることもなくなり、連続鋳造用ノズルの耐用が高まり、炉材コスト全体が低減されるという効果も齎された。
【００３８】
さらに、ノズル本体に埋設する金属棒を下端部付近にまで達する長さのものにする等の各種態様において用いたが、ノズル本体の首部、下半部の強度が高まり、ノズル本体首部の折損、ノズル本体下端部の脱落が防止されるという効果も得られた。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の連続鋳造用ノズルの一つの態様の正面図である。
（ｂ）本発明の連続鋳造用ノズルの一つの態様の図１（ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。
【図２】（ａ）本発明の連続鋳造用ノズルの他の態様の正面図である。
（ｂ）本発明の連続鋳造用ノズルの他の態様の図２（ａ）におけるＥ−Ｅ断面図である。
（ｃ）本発明の連続鋳造用ノズルの他の態様の図２（ａ）におけるＦ−Ｆ断面図である。
（ｄ）本発明の連続鋳造用ノズルの他の態様の図２（ａ）におけるＧ−Ｇ断面図である。
【図３】（ａ）本発明の連続鋳造用ノズルの他の態様の正面図である。
（ｂ）本発明の連続鋳造用ノズルの他の態様の図３（ａ）におけるＤ−Ｄ断面図である。
【図４】（ａ）本発明の連続鋳造用ノズルの他の態様の正面図である。
（ｂ）本発明の連続鋳造用ノズルの他の態様の図４（ａ）におけるＢ−Ｂ，Ｂ早|Ｂ鋳f面図である。
【図５】（ａ）本発明の連続鋳造用ノズルの他の態様の正面図である。
（ｂ）本発明の連続鋳造用ノズルの他の態様の図５（ａ）におけるＨ−Ｈ断面図である。
【図６】（ａ）本願の発明者による発明の連続鋳造用ロングノズルの一つの態様の平面図である。
（ｂ）本願の発明者による発明の連続鋳造用ロングノズルの一つの態様の図６（ａ）におけるＣ−Ｃ断面図である。
【図７】図７は、ノズル本体の首部近傍の外周に鉄板を巻いて補強した従来のノズルを示す図である。
【符号の説明】
Ａ  本体
１、２１、３１、４１、５１  首部近傍
２、２２、３２、４２、５２  耐火物
３、２３、３３、４３、５３  内孔                            ．
４ａ、２４ａ、３４ｃ、４４ａ１、４４ａ２、５４ａ金属棒状材
４ｂ  ステンレス棒
５  ステンレス棒
６、２６、３６、４６、５６  形状変化点
【図１】
0003668417.tif 000004
【図２】
0003668417.tif 000005
【図３】
0003668417.tif 000006
【図４】
0003668417.tif 000007
【図５】
0003668417.tif 000008
【図６】
0003668417.tif 000009
【図７】
0003668417.tif 000010