(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル内の溶鋼流を旋回流とするねじりテープ状の旋回羽根を装着してなる連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、少なくとも旋回羽根の溶鋼に接する部位がＣａＯを含有する組成からなることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は溶鋼の連続鋳造に使用する、鋳片の高品質化に有効で、かつ耐用性に優れた連続鋳造用浸漬ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋳片の高品質化の要求が強まるのに伴い、鋳片中の欠陥発生防止は一層重要な課題となってきている。鋳片中の欠陥はアルミナやモールドパウダー等に起因する介在物性欠陥、アルゴンガスや侵入空気等に起因する気泡性欠陥に大別される。
【０００３】
浸漬ノズル内壁へのアルミナ付着防止策としてノズル内壁からのアルゴンガスの吹き込みが広く行われている。しかし、この浸漬ノズル内壁からのガス吹き込み法はノズル内壁へのアルミナ付着を完全に防止することはできず、特に鋳造時間（連々鋳のヒート数）の増加とともにノズルの吐出口周辺、ノズル内面の一部および底面へのアルミナ付着が増大する。そのため、浸漬ノズル内壁に付着したアルミナが溶鋼中に離脱して鋳片中にアルミナ介在物として捕捉されたり、また浸漬ノズル内面に付着したアルミナにより、吐出口からの溶鋼流量および流速が幾何学的に対称とならず、偏流を生じ、そのためにモールド内の溶鋼中に渦流が発生し、モールドパウダーを巻き込む原因となり、鋳片の品質悪化につながる。また、浸漬ノズル内壁に多量のアルミナが付着すると、浸漬ノズルからの溶鋼の流出量が減少し、鋳造トラブルの原因となっている。そのため、通常の連鋳操業においては、鋳造時間の制限が品程ごとに決められ、その結果、生産性、歩留まりを低下させている。
【０００４】
一方、吹き込むアルゴンガスの圧力を増し、吹き込む量を増大させると、ノズル内壁へのアルミナ付着量が減少し、鋳造時間を延ばすことが可能であるが、モールド内の溶鋼中にボイリングが発生し、モールドパウダーを巻き込み、パウダー性欠陥を生じたり、また鋳片にアルゴンガスが捕捉され、気泡性欠陥を生じる。そのため、パウダー性欠陥、気泡性欠陥を少なくするには、吹き込むアルゴンガスの量を極力少なく、可能であればガス吹き込みをしないことが望ましい。
【０００５】
鋳片の欠陥発生には浸漬ノズルからモールド内へ吐出される溶鋼の流動挙動が深く関与しており、それを制御することにより、鋳片の欠陥を減少させることができるという考え方が広まってきている。溶鋼の流動を制御する方法として、一般に電磁力を利用する方法が用いられてきている。（特開平６−２２６４０９号など）
【０００６】
最近、ノズル内の溶鋼流を旋回流とすることにより、溶鋼の流動を制御し偏流を少なくし、浸漬ノズル内壁のアルミナ付着量を減少させるとともにモールドパウダーの巻き込みを防止する技術が開発され、鋳片の高品質化に大きな効果が得られている。溶鋼流を旋回流とする手法としてねじりテープ状の旋回羽根を装着することが開示されている。（特開平１１−９０５９３号、特開２０００−２３７８５２号など）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ねじりテープ状の旋回羽根を装着した浸漬ノズルは、ノズル内の溶鋼流が旋回流となっているために、溶鋼中の介在物がノズル内壁に付着することなく、モールド内へ吐出される。しかし、このタイプの浸漬ノズルも長時間使用しているうちに、旋回羽根自身および旋回羽根装着部位のノズル内壁面へのアルミナの付着が進行し、ノズル内の溶鋼が良好な旋回流とならない状態となり、旋回羽根より下流のノズル内壁にもアルミナが付着する状況となる。そのため、旋回羽根使用の効果を減じている。
【０００８】
本発明は上記問題を解決し、旋回羽根による効果を長期に持続し、鋳片の高品質化に寄与し、耐用性にも優れる浸漬ノズルを提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は旋回羽根へのアルミナ付着防止策について種々検討した結果、旋回羽根の溶鋼に接する部分の材質を改善することにより、旋回羽根へのアルミナ付着を大幅に低減することに成功し、本発明を完成させたものである。
【００１０】
即ち、本発明はノズル内の溶鋼流を旋回流とするねじりテープ状の旋回羽根を装着してなる連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、少なくとも旋回羽根の溶鋼に接する部位がＣａＯを含有する組成からなることを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルである。
【００１１】
本発明の連続鋳造用浸漬ノズルに装着されたねじりテープ状の旋回羽根の溶鋼に接する部位に含有されたＣａＯ成分は、溶鋼中より付着、堆積してくるアルミナと反応して、アルミナよりもかなり融点の低いカルシウム・アルミネートを形成する。このカルシウム・アルミネートは溶鋼流により容易に溶融し流下されるので、旋回羽根表面、旋回羽根装着部位のノズル内壁面へのアルミナの付着、堆積が防止される。
【００１２】
旋回羽根表面へのアルミナの付着が防止されるため、旋回羽根によるノズル内の溶鋼を旋回流とする効果が長期にわたって得られ、旋回羽根より下流のノズル内壁へのアルミナ付着が防止される。従って、本発明の浸漬ノズルによれば、鋳片の高品質化と合わせて、ノズルの高耐用性も得られる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の浸漬ノズル内の溶鋼流を旋回流とするためのねじりテープ状の旋回羽根は、図２に示すような形状のものである。旋回羽根の幅はノズルに装着できるように、装着部位のノズル内径よりやや小さい幅とし、ねじり角度は６０度以上が好ましく、１００度以上であることがさらに好ましい。ねじり角度の上限は限定されるものではないが、１８０度を超えても旋回流の発生状況にはあまり差がないので、作製の容易さから考えると１８０度以下の角度が好ましい。旋回羽根の厚みは溶鋼の流れを妨げないためには薄い方が好ましいが、熱的、物理的衝撃に耐え得る厚みが必要であり、４〜３０ｍｍの範囲とすることが好ましい。旋回羽根装着部位の下部で浸漬ノズルの内径を少し絞った形状にすれば、旋回羽根を固定するうえで効果的である。
【００１４】
本発明の特徴は旋回羽根の少なくとも溶鋼に接触する部位がＣａＯを含有する組成からなることである。即ち、少なくとも旋回羽根の表面がＣａＯを含有する組成からなるものである。
【００１５】
旋回羽根の表面をＣａＯを含有する組成とする方法は特に限定されるものではない。例えば、ＣａＯを含有する粉末を適当な液状あるいはペースト状の物質中に懸濁させたものを塗布あるいは含浸した後、乾燥（焼成）する方法、ＣａＯを含有するセラミックス粉体、例えばカルシウム・ジルコネート粉を旋回羽根表面に溶射する方法等があげられる。また、表面だけでなく旋回羽根全体をＣａＯを含有する組成とすることも本発明の範疇である。
【００１６】
ＣａＯを含有する粉末とは、カルシウムの水酸化物、塩化物、硫化物、硝酸塩、ホウ酸塩、炭酸塩、リン酸塩、ケイ酸塩、カルシウム・ジルコネート、ＣａＯを含有する有機物等である。これらの粉末を単に水やアルコールなどに懸濁させて塗布、含浸してもよいが、乾燥後剥離する危険性があるので、糊状の物質を加えて旋回羽根基材との接着性を向上させるとよい。そのための方法として塗料や水ガラスあるいはケイ酸ソーダ水溶液中にＣａＯ含有粉末を懸濁させる方法がある。
【００１７】
塗料としてはアマニ油や大豆油などの各種油、セラックのような天然樹脂、フェノール樹脂、尿素樹脂、メラミン樹脂、フタル酸樹脂、ビニル樹脂のような合成樹脂、セルロース誘導体、ゴム誘導体などがあり、中でも合成樹脂系塗料が特に好ましい。合成樹脂系塗料はＣａＯ含有粉末を懸濁させても分離しにくく、旋回羽根に炭素質材料を使用した場合でも良好な接着性が得られる。
【００１８】
上述の塗布、含浸、溶射等の方法により旋回羽根の表面をＣａＯを含有する組成とする際、その層の厚さは０．０５ｍｍ以上であることが好ましい。この厚さが０．０５ｍｍ未満では、連続鋳造時の耐用が不十分となる。ＣａＯを含有する層の厚さの上限は、旋回羽根全体をＣａＯを含有する組成とする場合は旋回羽根の厚さとなるが、塗布、含浸、溶射等の方法による場合は２ｍｍ程度あればよく、特に溶射の場合は０．１〜１ｍｍの厚さでも良好な耐用が得られる。
【００１９】
旋回羽根の少なくとも溶鋼に接触する部位のＣａＯの含有量は５重量％以上であることが好ましい。この理由は５重量％未満では付着したアルミナと反応してカルシウム・アルミネートを生成する効果が不十分であることである。従って、ＣａＯを含有する物質を塗布あるいは含浸、溶射等を行う際に、乾燥、焼成後に形成するＣａＯを含有する層において、ＣａＯ量が５重量％以上になるように、塗布物や含浸液の組成を決定すればよい。
【００２０】
本発明の旋回羽根において、旋回羽根表面のＣａＯを含有する層が消化現象をおこす危険性がある場合は、予め旋回羽根にウレタン樹脂等を塗布しておくと良い。また、旋回羽根を浸漬ノズルに装着するまでに長時間ある場合は、旋回羽根をデシケータのような密閉容器に保管しておくことが望ましい。
【００２１】
本発明において、旋回羽根に加えて旋回羽根装着部位のノズル内壁面をＣａＯ含有組成とすることも有効である。これは、旋回羽根周辺においては溶鋼流速低下に起因するノズル内壁へのアルミナ付着の確率が高まるが、ノズル内壁面をＣａＯ含有組成とすることでアルミナ付着が防止されるためである。その範囲は旋回羽根の長さと同じかその２倍程度であれば十分であり、旋回羽根上端部がその範囲に位置することが好ましい。
【００２２】
本発明において旋回羽根自体の材質は特に限定されるものではなく、溶鋼流の熱衝撃に耐えうる材質を選定すればよい。例えば、アルミナーカーボン質、ジルコニア−カーボン質、溶融シリカ質等浸漬ノズルに使用される材質や、アルミナ、ジルコニア、窒化物、炭化物、ホウ化物、黒鉛等を単独でまたは複合して使用できる。
【００２３】
本発明の浸漬ノズルによれば、旋回羽根へのアルミナ付着を防止することが可能であるが、アルミナ付着防止策として従来から行われているアルゴンガスの吹き込みを併用してもよい。その場合は、ノズル内壁にガス吹き込みが可能となる多孔質組織の部位を設けてガス吹き込みを実施する。
【００２４】
【実施例】
本発明を実施例により説明する。ねじりテープ状の旋回羽根を装着した、表１に示す仕様の内径８０ｍｍ、旋回羽根装着部の下部は内径７５ｍｍとした浸漬ノズルを作製し、厚さ２５０ｍｍ、幅９５０ｍｍのモールドサイズで１．５〜１．８ｍ／分の速度でブリキ用アルミキルド鋼を鋳造し、１５００トン鋳造後浸漬ノズルの内壁面および旋回羽根へのアルミナの付着状況を観察した。また、それぞれ製造した鋳片を圧延し、ブリキ板を製造し、ブリキ成品を磁粉探傷法により検査した。なお、浸漬ノズルの材質は実施例、比較例ともに同一で、パウダーライン部はジルコニア−カーボン質、他の部位はアルミナ−カーボン質とした。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
これら実施例を以下に詳述する。
実施例１；材質はアルミナ−カーボン質で、長さ８０ｍｍ、幅７８ｍｍ、ねじり角度１２０度の旋回羽根を作製し、炭酸カルシウム粉末をアルコールで粘性調整したフェノール樹脂と混合したスラリーに含浸後、十分に乾燥させ、浸漬ノズルに装着した。１５００トン鋳造後の観察結果では、まだ使用上の問題はなく、ノズル内壁、旋回羽根ともにアルミナ付着は微々たるものであった。製造した鋳片を圧延し、ブリキ板を製造した。そのブリキ成品板を磁粉探傷法で検査したところ、欠陥発生率は０．０２％と極めて低く良好な歩留まりであった。
【００２７】
実施例２；材質は窒化ホウ素質焼結体、寸法、形状は実施例１と同様の旋回羽根を作製し、表面にカルシウム−ジルコネート粉を溶射した後、浸漬ノズルに装着した。１５００トン鋳造後の観察結果では、まだ使用上の問題はなく、ノズル内壁、旋回羽根ともにアルミナ付着は微々たるものであった。製造した鋳片を圧延し、ブリキ板を製造した。そのブリキ成品板を磁粉探傷法で検査したところ、欠陥発生率は０．０１８％と極めて低く良好な歩留まりであった。
【００２８】
実施例３；材質はカルシア質焼結体、寸法、形状は実施例１と同様の旋回羽根を作製し、表面にウレタン樹脂を塗布した後、浸漬ノズルに装着した。１５００トン鋳造後の観察結果では、まだ使用上の問題はなく、ノズル内壁、旋回羽根ともにアルミナ付着は微々たるものであった。製造した鋳片を圧延し、ブリキ板を製造した。そのブリキ成品板を磁粉探傷法で検査したところ、欠陥発生率は０．０１７％と極めて低く良好な歩留まりであった。
【００２９】
実施例４；実施例２と同じ旋回羽根を、浸漬ノズル内壁面からアルゴンガスを吹き込む仕様の浸漬ノズルに装着した。毎分１．０リットルのガス吹き込みを実施し、１５００トン鋳造後の観察結果では、まだ使用上の問題はなく、ノズル内壁、旋回羽根ともにアルミナ付着は微々たるものであった。製造した鋳片を圧延し、ブリキ板を製造した。そのブリキ成品板を磁粉探傷法で検査したところ、欠陥発生率は０．０１５％と極めて低く良好な歩留まりであった。
【００３０】
実施例５；浸漬ノズルの旋回羽根装着部位のノズル内壁面の旋回羽根と同じ長さの範囲に、炭酸カルシウム粉末をフェノール樹脂に混合したスラリーを塗布後、十分乾燥させ、実施例２と同じ旋回羽根を装着した。１５００トン鋳造後の観察結果では、まだ使用上の問題はなく、ノズル内壁、旋回羽根ともにアルミナ付着は微々たるものであった。製造した鋳片を圧延し、ブリキ板を製造した。そのブリキ成品板を磁粉探傷法で検査したところ、欠陥発生率は０．０１２％と極めて低く良好な歩留まりであった。
【００３１】
比較例１；材質はアルミナ−カーボン質、寸法、形状は実施例１と同様に作製した旋回羽根を浸漬ノズルに装着した。１５００トン鋳造後の観察結果では、ノズル内壁面へのアルミナ付着が若干あり、また旋回羽根自身へのアルミナ付着が著しく、溶鋼流を旋回流とする効果が大幅に減少しているのが明らかな状況であった。製造した鋳片を圧延し、ブリキ板を製造した。そのブリキ成品板を磁粉探傷法で検査したところ、欠陥発生率は０．０９％であった。
【００３２】
比較例２；旋回羽根を装着しない浸漬ノズルを使用し、毎分２〜５リットルのアルゴンガスを吹き込みながら鋳造を行った。１５００トン鋳造後の観察結果では、ノズル内壁面へのアルミナ付着が若干見られ、またノズル底部は著しいアルミナ付着が認められ、閉塞寸前であった。さらに製造した鋳片を圧延し、ブリキ板を製造しそのブリキ成品板を磁粉探傷法で検査したところ、欠陥発生率は０．４３％と極めて高く成品歩留まりも悪かった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明の連続鋳造用浸漬ノズルによれば、旋回羽根、その装着部位のノズル内壁面へのアルミナ付着が防止されるため、旋回羽根によるノズル内の溶鋼流を旋回流とする効果が長期にわたり維持され、浸漬ノズルの耐用向上に加え、鋳片の高品質化効果も長期にわたり得られる。また、アルゴンガスの吹き込みを実施しないか、あるいは従来に比べ少ない吹き込み量で鋳造が行えるので、吹き込みガスに起因した欠陥の発生も抑制される。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による浸漬ノズルの一例を示す図である。
【図２】  本発明に使用するねじりテープ状の旋回羽根の一例を示す図である。
【符号の説明】
１  浸漬ノズル
２  ねじりテープ状の旋回羽根
【図１】
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【図２】
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