(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼が移動することができる内孔部を有し、前記溶鋼が、前記内孔部の外側に移動できる吐出口が形成されるノズル本体と、
前記ノズル本体の内壁の少なくとも一部を取り囲み、マグネシア安定化ジルコニア（ＭｇＯ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ＺｒＯ２，ＭＳＺ）を含むライナーと、
前記ライナーは、前記マグネシア安定化ジルコニアを８０ないし９５重量％と、炭素を５ないし２０重量％と  
前記マグネシア安定化ジルコニアは、マグネシア（ＭｇＯ）を８ないし１５モル％を含有し、
前記ライナーの長さ方向に対して、前記ライナーの上側と下側のうちの少なくともいずれか一方に、ダミーリングが備えられ、
前記ダミーリングは、前記ノズル本体を製造する時、焼成温度より高く、鋳造温度より低い融点を有する炭素含有物質を含むことを特徴とするノズル。
【請求項２】
前記ノズル本体は、Ａｌ２Ｏ３を含み、
前記ノズル本体は、前記ノズル本体の全体重量に対して、２０重量％ないし３０重量％の炭素成分を含有することを特徴とする請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
前記ダミーリングは、前記ライナーの長さに対して、１乃至２％の長さに形成されることを特徴とする請求項１  又は２に記載のノズル。
【請求項４】
鋳造装置であって、
内部に溶鋼が収容されるタンディッシュと、
前記タンディッシュの下部に連結され、ノズル本体と、
前記ノズル本体の内壁の少なくとも一部を取り囲み、マグネシア安定化ジルコニア（ＭｇＯ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ＺｒＯ２，ＭＳＺ）を含むライナーとを含む浸漬ノズルと、
前記タンディッシュに収容された溶鋼と前記ノズル本体を通電させる電源部と、を含むことを特徴とする鋳造装置。
【請求項５】
前記ノズル本体は、Ａｌ２Ｏ３を含み、
前記ノズル本体の全体重量に対して、２０重量％ないし３０重量％の炭素成分を含有し、
前記ライナーは、８ないし１５ｍｏｌ％のマグネシア（ＭｇＯ）を含有するマグネシア安定化ジルコニアを８０ないし９５重量％、及び炭素を５ないし２０重量％含むことを特徴とする請求項４に記載の鋳造装置。
【請求項６】
前記ライナーの長さ方向に対して、前記ライナーの上側と下側のうちの少なくともいずれか一方に、ダミーリングが備えられることを特徴とする請求項５に記載の鋳造装置。  
【請求項７】
前記タンディッシュ内の溶鋼に浸漬される電極を含み、
前記電源部は、前記電極及び前記浸漬ノズルに電源を印加することを特徴とする請求項４に記載の鋳造装置。
【請求項８】
鋳片を鋳造する鋳造方法であって、
内部にマグネシア安定化ジルコニアを含有するライナーと、
前記ライナーの長さ方向に対して前記ライナーの上側と下側の少なくともいずれか一方にダミーリングが形成された浸漬ノズルを設ける過程、
前記浸漬ノズルをタンディッシュに接続する過程、
前記浸漬ノズルを用いて前記タンディッシュに収容された溶鋼を金型に注入する過程、
前記溶鋼とノズル本体を通電させて、前記溶鋼の中に含まれる酸素を、前記浸漬ノズル側に排出させる過程、を含み，
前記溶鋼を金型に注入する過程は、前記溶鋼の熱を利用して前記ダミーリングを溶解させる過程を含むことを特徴とする鋳造方法。
【請求項９】
前記溶鋼と前記ノズル本体が通電されると、前記溶鋼中に生成された金属酸化物が、酸素イオンと陽イオンに分解され、
前記酸素イオンが、前記ライナーを介して前記ノズル本体に移動して、前記溶鋼中の酸素が浸漬ノズル側に排出されることを特徴とする請求項８に記載の鋳造方法。
【請求項１０】
前記溶鋼は陰極に、前記浸漬ノズルは陽極にして通電させることを特徴とする請求項９に記載の鋳造方法。
【請求項１１】
前記溶鋼と前記浸漬ノズルを通電させる過程で、０．１ないし１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度が印加されるように通電させることを特徴とする請求項１０に記載の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル、鋳造装置及び鋳造方法に係り、より詳しくは、電気化学的脱酸反応を通じて詰まり現象を抑制することができるノズル、鋳造装置及び鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造工程は、精錬が完了した溶鋼が盛られているレードル（ｌａｄｌｅ）が連続鋳造装置に設置されて、液体状態の溶鋼がレードルからタンディッシュ（ｔｕｎｄｉｓｈ）を経て、モールド（ｍｏｌｄ）に移動しながら、固体の状態の鋳片に変わる工程である。このとき、浸漬ノズルは、タンディッシュの下部に位置して、タンディッシュからモールドへ溶鋼を移動させ、溶鋼に浸漬されて、溶鋼と長時間接するようになるので、優れた耐久性が要求される。浸漬ノズルは、主に耐火性及び溶融金属に対する耐蝕性の優れたアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と介在物（スラグ成分）に対して濡れ性が小さく、膨張量が少なく、熱伝導性の良好な黒鉛（Ｃ）を組み合わせたＡｌ２Ｏ３−Ｃ材質で形成される。
【０００３】
浸漬ノズルは、タンディッシュの溶鋼をモールドに供給する流路の役割をする円筒形の耐火物である。溶鋼が浸漬ノズルの内部に移動する間に、温度の下落、溶鋼とノズル内壁界面においての界面反応、溶鋼中の介在物のノズル内壁付着などの理由で、ノズル内壁からノズルの中心方向に詰まり層が成長する。このようなノズルの詰まり現象は、連続鋳造工程の中断を招き、生産性及び鋳片品質の低下などの悪影響を引き起こすことになる。したがって、このようなノズルの詰まりを防止するために、不活性ガスをノズル内部から溶鋼に供給して気泡により介在物の付着を防止するポーラス（Ｐｏｒｕｓ）型浸漬ノズルや、ノズルの詰まりを誘発する代表的な酸化物である酸化アルミニウムと反応し低融点化合物を形成する耐火物を導入してノズルの詰まり層がノズルの材質とともに溶け落ちるようにする溶損型ノズル、及び介在物の付着や溶鋼との接触を抑制する耐火物材質を導入してノズルの詰まりを低減しようとする努力が続いている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、鋳造時に電気化学的脱酸反応を起こして、ノズルの詰まり現象を抑制することができるノズル、鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的とする。
さらに、本発明は、鋳造工程の効率及び生産性を向上させることができるノズル、鋳造装置及び鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の実施形態に係るノズルは、溶鋼が移動することができる内孔部を有し、溶鋼が内孔部の外側に移動できる吐出口が形成されるノズル本体と、ノズル本体の内壁の少なくとも一部を取り囲み、マグネシア安定化ジルコニア（ＭｇＯ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ＺｒＯ２，ＭＳＺ）を含むライナーと、を含むことを特徴とする。
【０００６】
ノズル本体は、Ａｌ２Ｏ３を含み、ノズル本体の全体重量に対して、２０重量％ないし３０重量％の炭素成分を含有することが好ましい。
ライナーは、マグネシア安定化ジルコニアを８０ないし９５重量％と、炭素を５ないし２０重量％と、を含むことがよい。
マグネシア安定化ジルコニアは、マグネシア（ＭｇＯ）を８ないし１５モル％含有することができる。
【０００７】
ライナーの長さ方向に対して、ライナーの上側と下側のうち、少なくともいずれか一方に、ダミーリングが備えられることが好ましい。
ダミーリングは、炭素成分を含むことがよい。
ダミーリングは、ライナーの長さに対して、１ないし２％の長さに形成されることができる。
【０００８】
本発明の実施形態に係る鋳造装置は、内部に溶鋼が収容されるタンディッシュと、タンディッシュの下部に連結されるノズル本体と、ノズル本体の内壁の少なくとも一部を取り囲み、マグネシア安定化ジルコニア（ＭｇＯ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ＺｒＯ２，ＭＳＺ）を含むライナーとを含む浸漬ノズルと、タンディッシュに収容された溶鋼とノズル本体を通電させる電源部と、を含むことを特徴とする。
【０００９】
ノズル本体は、Ａｌ２Ｏ３を含み、ノズル本体は、ノズル本体の全体重量に対して、２０重量％ないし３０重量％の炭素成分を含有することが好ましい。
ライナーは、マグネシア安定化ジルコニアを８０ないし９５重量％と、炭素を５ないし２０重量％を含むことができる。
マグネシア安定化ジルコニアは、マグネシア（ＭｇＯ）を８ないし１５モル％を含有することがよい。
【００１０】
ライナーの長さ方向に対して、ライナーの上側と下側のうちの少なくともいずれか一方に、ダミーリングが備えられることが好ましい。
ダミーリングは、炭素成分を含むことがよい。
ダミーリングは、ライナーの長さに対して、１ないし２％の長さに形成されることが好ましい。
タンディッシュ内の溶鋼に浸漬される電極を含み、電源部は、電極及び浸漬ノズルに電源を印加することができる。
【００１１】
本発明の実施形態に係る鋳造方法は、タンディッシュに収容された溶鋼を、浸漬ノズルを介して金型に注入して鋳片を鋳造する鋳造方法であって、浸漬ノズルは、タンディッシュに連結されるノズル本体と、ノズル本体の内壁に備えられ、マグネシア安定化ジルコニアを含有するライナーと、を含み、溶鋼とノズル本体とを通電させて、溶鋼中に含まれる酸素を浸漬ノズル側に排出させることを特徴とする。
【００１２】
溶鋼とノズル本体が通電されると、溶鋼中に生成された金属酸化物が酸素イオンと陽イオンに分解され、酸素イオンがライナーを介してノズル本体に移動して、溶鋼中の酸素が浸漬ノズル側に排出されることが好ましい。
溶鋼は陰極に、浸漬ノズルは陽極にして通電させることがよい。
溶鋼と浸漬ノズルを通電させる過程で、０．１ないし１０ｍＡ／ｃｍ２の電流密度が印加されるように通電させることができる。
ライナーの上側と下側のうちの少なくとも一方には、ダミーリングが備えられ、ダミーリングは、鋳片を鋳造する過程において溶解され、空間を形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のノズル、鋳造装置及び鋳造方法によると、ノズル、例えば、鋳造工程で使用される浸漬ノズルの内孔部が詰まる現象を抑制あるいは防止することができる。即ち、鋳造温度で、溶鋼と接触するノズルの内孔部に、電気化学的脱酸を可能にする固体電解質を用いてライナーを形成し、溶鋼と浸漬ノズルを通電することによって、鋳造中に溶鋼と接触する浸漬ノズルの内壁に金属酸化物等の介在物が積層され、ノズルの内孔部に詰まりが発生することを抑制あるいは防止することができる。これにより、ノズル内壁での界面酸素濃度を下げて、ノズル内壁と溶鋼の濡れ性を低減させることができる。したがって、ノズルの詰まりを起こす主な要因であるノズルの内孔部での介在物の生成と溶鋼の濡れ性が改善されて、ノズルが詰まる現象を抑制あるいは防止することができる。これにより、ノズルの詰まりによる鋳造中断などの問題点を解決することができるので、鋳造効率及び生産性を向上させることができ、これを用いて製造された鋳片の品質を向上させることができる。また、ノズルの寿命を向上させて、ノズルの交換に要する時間とコストを節減することができる。
さらに、浸漬ノズルの内部にイオン伝導性に優れた固体電解質を用いたライナーを形成することにより、介在物の生成抑制のための消費電力を低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例に係る鋳造装置の概略図である。
【図２】本発明の実施例に係る鋳造装置に適用されるノズルの断面図であり、（ａ）は垂直方向の断面図、（ｂ）は水平方向の断面図である。
【図３】鋳造中にノズルの内孔部で発生する脱酸反応の模式図であり。（ａ）は、ノズル本体の内壁に移動してきた金属酸化物、（ｂ）は、通電により、酸素イオンと金属に分解された金属酸化物、（ｃ）は、ライナーを介してノズル本体側に移動する酸素イオンを示した。
【図４】鋳造中にノズルの内部構造の変化を示す断面図であり、（ａ）は、ダミーリングの存在を示す鋳造前の図、（ｂ）は、ダミーリングの溶解でできた空間をライナーの膨張により埋める鋳造時の図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、添付した図面を基にして、本発明の実施例をより詳細に説明する。しかし、本発明は、以下に開示する実施例に限定されるものではなく、相互に異なる多様な形態で具現さすることができる。本実施例は、本発明の開示が通常の知識を有する者に対し発明の範疇を完全に理解させるために提供されるものである。説明中、同一の構成については同一の符号を与え、図面は、本発明の実施例を正確に説明するために、部分的にサイズが誇張されて表現されることができる。図面上で同一の符号は、同一の要素を示す。
【００１６】
図１は、本発明の実施例に係る鋳造装置の概略図であり、図２は、本発明の実施例に係る鋳造装置に適用されるノズルの断面図であり、（ａ）は垂直方向の断面図、（ｂ）は水平方向の断面図である。図３は、鋳造中にノズルの内孔部で発生する脱酸反応の模式図であり、（ａ）は、ノズル本体の内壁に移動してきた金属酸化物、（ｂ）は、通電により、酸素イオンと金属に分解された金属酸化物、（ｃ）は、ライナーを介してノズル本体側に移動する酸素イオンを示した。図４は、鋳造中のノズルの内部構造の変化を示す断面図であり、（ａ）は、ダミーリングの存在を示す鋳造前の図、（ｂ）は、ダミーリングが溶解されてできた空間をライナーの膨張により埋める鋳造時の図である。
図１に基づくと、鋳造装置、例えば、連続鋳造装置は、精錬を経た溶鋼を盛る容器であるレードル（ｌａｄｌｅ）から溶鋼６０を受鋼貯蔵し、分配するタンディッシュ１０、溶鋼６０の流量を制御するストッパー２０、スライディングプレート３０、溶鋼６０をモールド５０に排出する浸漬ノズル４０、及び溶鋼６０を凝固させて鋳片６１を作るモールド５０を含むことができる。
図１では溶鋼の流量を制御するために、ストッパー２０とスライディングプレート３０とが同時に備えた例を示したが、実際の操業では、ストッパー２０とスライディングプレート３０のいずれか一つを使用することもできる。また、鋳造装置はタンディッシュ１０内の溶鋼と浸漬ノズル４０に電圧を印加する電源部７０を含むことが好ましい。
【００１７】
図２を基にすると、浸漬ノズル４０は、溶鋼が移動する内孔部を持ち、溶鋼が外側、例えば、モールドに移動できる吐出口４２を含むノズル本体４１と、ノズル本体４１の内壁の少なくとも一部を取り囲むように備えられ、マグネシア安定化ジルコニア（ＭｇＯ  ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ  ＺｒＯ２，ＭＳＺ）を含有するライナー４３と、を含むことができる。また、図示していないが、浸漬ノズル４０は、ノズル本体４１の外壁の少なくとも一部を取り囲むスラグライン部４７を含むこともできる。
ノズル本体４１は、溶鋼が移動できるように、少なくとも上部が開放された円筒形の形状に形成される。また、ノズル本体４１の下部側には、溶鋼を内孔部から外側に吐出する吐出口４２が形成される。ノズル本体４１は、Ａｌ２Ｏ３−Ｃを用いて形成される。このとき、ノズル本体４１は、導電性を持つようにＣ成分を２０ないし３０重量％程度含むように形成される。これは、浸漬ノズル４０と、浸漬ノズル４０に沿って流れる溶鋼との間に通電回路を形成するためである。
ライナー４３は、ノズル本体４１の内壁、即ち、溶鋼と接触する面に形成される。ライナー４３は、ノズル本体４１の内壁全体にわたって形成されることもあるが、ノズル本体４１の上部側から吐出口４２の上部まで形成される。これに、ライナー４３は、ノズル本体４１の内部にノズル本体４１の内壁に沿って上下方向に開口された中空の円筒形に形成される。
【００１８】
ライナー４３は、ノズル本体４１の内壁に形成されて、溶鋼中の酸素イオンをノズル本体４１側に移動させる役割をする。ライナー４３は、イオン伝導性に優れた材料としてよく知られているマグネシア安定化ジルコニア（ＭＳＺ）で形成することができる。マグネシア安定化ジルコニアは、固体状態でイオンが電気を伝える性質を持つ固体電解質として、固体燃料電池、溶融金属中の酸素の濃度を測定するプローブ（ｐｒｏｂｅ）などに適用される。
本発明では、このマグネシア安定化ジルコニア（ＭＳＺ）をライナー４３として使用し、溶鋼中の酸素イオンをノズル本体４１側に誘導することによって、浸漬ノズル４０の内壁に介在物、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２などの金属酸化物が発生することを抑制あるいは防止することができる。
鋳造時、溶鋼の中に含まれる酸素は、界面で活性化される特性により、溶鋼と浸漬ノズル４０の内壁の界面で金属酸化物を生成する。このように生成された金属酸化物は、溶鋼との界面エネルギーが高く、溶鋼の中で浸漬ノズル４０の内壁に自発的に移動して取り付く。このような過程が繰り返され、又、連続して起きるため、浸漬ノズル４０の内孔部が詰まるノズルの詰まり現象が発生する。本発明では、ノズル本体４１の内壁にイオン伝導性に優れた固体電解質を用いてライナー４３を形成し、溶鋼と浸漬ノズル４０、即ち、ノズル本体４１を通電させて酸素イオンを溶鋼外に誘導することにより、浸漬ノズル４０の内壁に金属酸化物が付着することを抑制あるいは防止する。
【００１９】
金属酸化物の生成と付着を抑制するメカニズムを説明すると、次のとおりである。
図３の（ａ）を基にすると、鋳造時、溶鋼の中に含まれる酸素は、金属酸化物を形成し、ノズル本体４１の内壁に移動する。そして、図３の（ｂ）に示したとおり、溶鋼とノズル本体４１が通電されると、金属酸化物の周辺に密集した電子が金属酸化物を、酸素イオンと陽イオン（金属イオン）に分解する。こうして分解された酸素イオンは、図３の（ｃ）に示したとおり、イオン伝導性に優れたライナー４３を介してノズル本体側に移動し、ノズル本体の気孔から外部に排出されて、酸素ガスとなる。そして、陽イオンは、溶鋼の中に吸収される。このような過程、即ち、脱酸反応を通じて溶鋼の中の酸素を溶鋼外部に排出させることによって、浸漬ノズル４０内の金属酸化物の生成及び付着を抑制する。これにより、ノズルの詰まり現象を抑制あるいは防止することができる。
ライナー４３は、ライナー４３全体の重量に対して、マグネシア安定化ジルコニア（ＭＳＺ）を８０ないし９５重量％と、炭素を５ないし２０重量％を含むことができる。このとき、マグネシア安定化ジルコニア（ＭＳＺ）は、温度変化に伴う相変移により体積変化が起こることを抑制するために、８ないし１５モル％程度のマグネシア（ＭｇＯ）と、残りはジルコニア（ＺｒＯ２）で構成することができる。このように、ジルコニアに酸化マグネシウムを安定化剤として使用することによって、ジルコニアが温度変化にも比較的安定した相を保持することができるため、鋳造中、ライナー４３にクラックが発生したり、破損したりすることを防止することができる。
【００２０】
一方、ライナー４３を、温度変化に安定したマグネシア安定化ジルコニアを用いて製造しても、温度変化による体積膨張を完全に抑制することはできない。また、ライナー４３と、ノズル本体４１の熱膨張率が互いに異なり、ライナー４３の熱膨張率がノズル本体４１の熱膨張率より大きいため、鋳造時、ライナー４３の体積膨張により、ライナー４３とノズル本体４１との間に応力が作用して、ライナー４３にクラックが発生したり、破損したりする現象が発生する。
これにより、ライナー４３の長さ方向に対して上側と下側のうちの少なくともいずれか一方には、ライナー４３の体積膨張に伴う空間を確保するために、ダミーリング４５を形成する。ダミーリング４５は、ライナー４３の長さに対して、およそ１ないし２％程度の長さに形成される。ダミーリング４５の長さが提示された範囲より小さい場合には、ライナー４３の体積膨張に対して適切に対応することができないため、ライナー４３の破損が避けられない。一方、ダミーリング４５の長さが提示された範囲より大きい場合には、ノズル本体４１が溶鋼に露出されて、金属酸化物が生成し付着する。ダミーリング４５は、ライナー４３の体積膨張に伴う空間を確保することができる場合には、形成する必要はないが、浸漬ノズル４０の製造特性上、製造後にライナー４３の体積膨張に対応する空間を確保することは難しいので、ダミーリング４５の形成は避けられない。即ち、浸漬ノズル４０を製造する過程は、浸漬ノズル４０を構成する原料を成形型に注入した後、加圧成形工程と焼成工程を含むが、これは、成形型に原料注入時に特定の位置、即ち、ライナー４３の体積膨張に対応する空間を確保することが難しいためである。これに、ダミーリング４５は、ライナー４３を構成する成分より融点の低い物質を用いて形成される。即ち、ダミーリング４５は、浸漬ノズル４０を製造する時、ライナー４３の上側及び下側のうちのいずれか一方に形成されるが、鋳造する時には、溶鋼の熱により溶解されて除去される。これにより、ライナー４３の体積膨張のためのスペースを確保することができる。これに、ダミーリング４５は、浸漬ノズル４０を製造する時、焼成温度より高く、鋳造温度より低い融点を有する黒鉛などの炭素含有物質を用いて製造することができる。
【００２１】
このような構成により、ノズル本体４１の内部には、ノズル本体４１の長さ方向に沿ってダミーリング４５／ライナー４３、またはダミーリング４５／ライナー４３／ダミーリング４５が形成される。鋳造前には、図４の（ａ）に示したとおり、ライナー４３の一端、例えば、上端にダミーリング４５が存在するが、鋳造時には、図４の（ｂ）に示したとおり、ダミーリング４５が溶鋼の熱により除去され、ライナー４３の上端、または上端及び下端に空間を形成するようになり、溶鋼の熱によりライナー４３は、「Ｘ」ほど体積が膨張して、ダミーリング４５が溶解しながら形成する空間を埋めるようになる。これにより、ライナー４３の体積膨張によるライナー４３とノズル本体４１との間に発生する応力を緩和させて、ライナー４３にクラックが発生したり、破損されることを抑制あるいは防止することができる。
また、浸漬ノズル４０の外壁には、スラグライン部４７が形成されることができる。スラグライン部４７は、スラグ（またはフラックス６２）、溶鋼などに対する耐蝕性を高める構成として、吐出口４２の上部側、例えば、モールド内の溶鋼の湯面周辺に形成されることがよい。スラグライン部４７は、様々な物質を利用して形成されることができ、例えば、カルシア・マグネシア部分安定化ジルコニア、黒鉛などの混合物を用いて形成することができる。
【００２２】
電源部７０は、タンディッシュ１０内の溶鋼と浸漬ノズル４０を通電させる。これに、タンディッシュ内の溶鋼に電源を印加するための第１電極７２を備えることができ、第２電極に浸漬ノズル４０を使用することができる。タンディッシュ内の溶鋼に電源を印加するための第１電極７２は、タンディッシュ内の溶鋼に浸漬されるように備えられ、第１電極７２は、浸漬ノズル４０、即ち、ノズル本体４１と同じ物質で形成することができる。また、電源部７０は、第１電極７２と第２電極（浸漬ノズル４０）に電源、例えば、電圧または電流を印加し、第１電極７２は陰極（ｃａｔｈｏｄｅ）に、第２電極は陽極（ａｎｏｄｅ）として電源を印加する。これに、第１電極７２と第２電極に電源を印加すると、電子が第１電極７２から第２電極側に移動するようになり、溶鋼と浸漬ノズル４０の界面で分解された酸素イオンが電子の移動方向、即ち、溶鋼からノズル本体側に移動する。したがって、溶鋼の中の酸素イオンが、ライナー４３を介してノズル本体４１側に移動して、外部に排出される。このような過程を経て浸漬ノズル４０の内孔部に金属酸化物が付着して、ノズルの詰まり現象が発生することを抑制あるいは防止することができる。
【００２３】
以下では、本発明の実施例に係るノズルを製造する方法について説明する。
本発明の実施例に係るノズルは、浸漬ノズル４０を形成するための原料を用意する段階と、浸漬ノズル４０を形成するための成形型に原料を注入し、加圧して成形体を形成する段階と、成形体を焼成して、浸漬ノズル４０を形成する段階と、を含む。
原料を用意する過程は、ノズル本体４１を形成するための原料と、ライナー４３を形成するための原料と、ダミーリング４５を形成するための原料と、を用意する過程を含む。
原料が用意されると、成形型にそれぞれの原料を注入して、浸漬ノズル４０の成形体を形成する。このとき、成形型の内部に円筒形の芯材を挿入し、ライナーとダミーリングを形成するためのスペーサーを、芯材の外側に離隔されるように挿入する。そして、スペーサーと芯材との間には、ライナー４３とダミーリング４５を形成するための原料を順次に注入し、スペーサーと成形型との間には、ノズル本体４１を形成するための原料を注入する。以後、スペーサーを除去した後、成形型の内部に注入した原料を加圧して浸漬ノズル４０を形成するための成形体を形成する。
【００２４】
以後、成形型から成形体を引き出し、焼成炉で成形体を約１０００℃以下の温度で焼成して、浸漬ノズル４０を製造する。成形体を焼成する過程で、ダミーリング４５は、成形体を形成する時に形成された形状をそのまま維持することができる。
このように形成された浸漬ノズル４０を利用して鋳造を行うと、ダミーリング４５は、溶鋼の熱により溶解されて除去され、ライナー４３の上側及び下側にライナー４３の体積膨張に対応するスペースを容易に確保することができる。鋳造する時、溶鋼によりライナー４３の体積が膨張する場合、ダミーリング４５が除去された空間によりライナー４３に亀裂が発生したり、ライナー４３が破損されることを防止することができる。
【００２５】
以下では、本発明の実施例に係る鋳造装置を用いて鋳片を鋳造する方法について説明する。
本発明の実施例に係る鋳造方法は、タンディッシュ１０に収容された溶鋼６０を浸漬ノズル４０を介してモールド５０に注入して、鋳片６１を鋳造する鋳造方法であって、溶鋼６０と浸漬ノズル４０を通電させて、溶鋼の中に含まれる酸素を浸漬ノズル側に排出させることができる。
鋳造を開始する前に、溶鋼６０と浸漬ノズル４０を通電させるための回路を構成する。回路構成は、タンディッシュ１０内の溶鋼６０に第１電極７２を沈設し、配線を用いて、第１電極７２と第２電極、即ち、ノズル本体４１を連結する。そして、配線を介して、第１電極７２と第２電極を、外部に設置された電源部７０に連結する。
そして、鋳造が開始されると、タンディッシュ１０内の溶鋼６０をモールド５０に注入し、電源部７０を介して、第１電極７２と第２電極であるノズル本体４１に電源を印加する。このとき、第１電極７２は陰極に、第２電極は陽極になるように設定して、電流が第１電極７２から第２電極側に流れるようにする。
【００２６】
電源部７０を介して、第１電極７２及び第２電極に印加される電力は、０．１ないし１０ｍＡ／ｃｍ２程度の電流密度で印加されるように調節する。これは、ノズル本体４１の内部に備えられたライナー４３がイオン伝導性が非常に高いため、比較的に小さなサイズの電流が流れても、酸素イオンが円滑に移動することができるためである。このとき、電流密度が提示された範囲より小さい場合には、金属酸化物のイオン化及び酸素イオンの移動が円滑に行われない。また、電流密度が提示された範囲内では、金属酸化物のイオン化と酸素イオンの移動が円滑に行われるので、電流密度を提示された範囲より大きくする必要がない。
このように、第１電極７２と第２電極に電源が印加されると、電子が第１電極７２から第２電極であるノズル本体４１側に移動し、これにより、第１電極７２から第２電極側に電流が流れる。図３を基にして、再度説明すると、第１電極７２と第２電極に電源が印加されると、浸漬ノズル４０の内壁側に生成された金属酸化物の周辺に電子が密集し、電子によって金属酸化物が酸素イオンと陽イオンに分解される。このように分解された酸素イオンは、電子の移動方向、即ち、溶鋼からノズル本体４１の方向に移動する。このとき、酸素イオンは、浸漬ノズル４０の内壁に形成されたライナー４３を介してノズル本体４１に移動する。固体電解質であるライナー４３は、酸素イオンに対してのみ透過性を有するため、陽イオンは、溶鋼の中に溶解されて吸収される。このような過程は、電源が印加される間、持続的に遂行され、浸漬ノズル４０の内壁に金属酸化物が生成及び付着されるのを抑制あるいは防止することができる。したがって、金属酸化物の生成及び付着により発生するノズルの詰まり現象を防止することができる。
【００２７】
以下、本発明の実施例に係る鋳造装置を用いた試験結果について説明する。
試験のために、浸漬ノズルの内壁の一部に固体電解質としてライナーを形成し、残りの部分は、ライナーを形成していない浸漬ノズルを製作した。このように製作された浸漬ノズルを用いて溶鋼１３ｔｏｎ規模の試験設備で鋳造を実施した。このとき、２ｍＡ／ｃｍ２の電流密度で印加するよう電源を供給した。そしてノズルの詰まり現象を加速するように、溶鋼の中にＡｌ２Ｏ３介在物が多量に発生する条件を適用した。以後の試験では、最後に使用された浸漬ノズルを切断して、その内部を観察した。
【００２８】
実験の結果、ライナーが適用された領域では、０．３ｍｍ以下の介在物層が付着していたが、ライナーが適用されていない領域Ｂでは、介在物と原材料の混合で１．８ないし３．５ｍｍ程度の介在物層が付着していることが確認された。
このような試験を通じて浸漬ノズルに固体電解質を含むライナーを形成し、溶鋼と浸漬ノズルを通電させると、溶鋼の中の酸素が除去されて、浸漬ノズル内壁で金属酸化物の生成及び付着が抑制されることを確認することができた。
【００２９】
以上、本発明の好ましい実施例について、図に示して説明したが、本発明は、上記した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載する本発明の要旨を逸脱することなく、当該本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、これから様々な変形及び均等な他の実施例が可能である点を理解するだろう。したがって、本発明の技術的保護範囲は、次の特許請求の範囲によって定めなければならない。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明に係るノズル、鋳造装置及び鋳造方法は、鋳片を鋳造する連続鋳造工程において、ノズルの詰まり現象を抑制あるいは防止して、鋳片の生産性を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３１】
１０：タンディッシュ
２０：ストッパー
３０：スライディングプレート
４０：浸漬ノズル
４１：ノズル本体、第２電極
４２：吐出口
４３：ライナー
４５：ダミーリング
４７：スラグライン部
５０：モールド
６０：溶鋼
６１：鋳片
６２：フラックス
７０：電源部
７２：第１電極
Ｂ：ライナーが適用されていない領域
Ｍ：金属元素
Ｘ：溶鋼の熱により膨張したライナーの長さ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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