(57)【要約】【課題】  連続鋳造において、溶鋼流出孔内に吹き込む窒素ガスやＡｒガスなどの吹き込み量を少なくする、或いは、窒素ガスやＡｒガスなどのガスを吹き込まなくても、浸漬ノズルのアルミナ付着を抑制することの可能な浸漬ノズルを提供する。【解決手段】  上記課題は、浸漬ノズル１の軸心に対して左右対称である一対の吐出孔４，４を側壁部２に備えた連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、２つの吐出孔の中心位置を通り、浸漬ノズルの長手方向軸心に平行である面と、浸漬ノズル底部３の内表面と、が交差する位置の底面が最も高く、２つの吐出孔の中心位置を結ぶ直線と直交し且つ浸漬ノズルの軸心を通る面と、浸漬ノズル側壁部の内表面と、が交差する位置の底面が最も低くなるように、浸漬ノズルの底部の内表面が傾斜している浸漬ノズルによって解決することができる。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸漬ノズルの軸心に対して左右対称である一対の吐出孔を側壁部に備えた連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、２つの吐出孔の中心位置を通り、浸漬ノズルの長手方向軸心に平行である面と、浸漬ノズル底部の内表面と、が交差する位置の底面が最も高く、２つの吐出孔の中心位置を結ぶ直線と直交し且つ浸漬ノズルの軸心を通る面と、浸漬ノズル側壁部の内表面と、が交差する位置の底面が最も低くなるように、浸漬ノズルの底部の内表面が傾斜してい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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造において、溶鋼を鋳型内に注入するために使用する連続鋳造用浸漬ノズルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造では、主にアルミキルド鋼が鋳造される。アルミキルド鋼は、転炉などで酸化脱炭精錬された溶鋼がＡｌによって脱酸され、酸化脱炭精錬により増加した溶鋼中の酸素が除去されて製造される。この脱酸工程で生成したアルミナ粒子（Ａｌ2 Ｏ3 粒子）は、溶鋼とアルミナとの密度差に基づき溶鋼から除去されるが、数１０μｍ以下の微小なアルミナ粒子の浮上速度は極めて遅く、浮上分離に長時間を要するため、実際のプロセスでは、このような微小のアルミナ粒子を完全に浮上・分離させることは困難であり、アルミキルド溶鋼中には微細なアルミナ粒子が懸濁した状態で残留する。
【０００３】
ところで、鋼の連続鋳造では、タンディッシュから鋳型へと溶鋼を注湯する際に、浸漬ノズル、スライディングノズル及び上ノズルなど耐火物製のノズルを用いて注湯している。これらのノズルに求められる特性としては、耐熱衝撃性及びモールドパウダーや溶鋼に対する耐溶損性に優れることであり、そのため、これらの特性に優れるアルミナ質或いはアルミナ−グラファイト質の耐火物が広く用いられている。しかしながら、アルミナ質或いはアルミナ−グラファイト質のノズルを用いてアルミキルド鋼を鋳造すると、溶鋼中に懸濁しているアルミナ粒子がノズルの内壁表面に付着・堆積し、ノズル閉塞が発生するという問題が発生する。特に、アルミナ−グラファイト質の浸漬ノズルでノズル閉塞が発生しやすいことが知られている。
【０００４】
浸漬ノズルが閉塞すると、鋳造作業上及び鋳片品質上で様々な問題が発生する。例えば、鋳片引き抜き速度を低下せざるを得ず、生産性が落ちるのみならず、甚だしい場合には、鋳込み作業そのものの中止を余儀なくされる。また、浸漬ノズルなどのノズル内壁表面に堆積し、粗大化したアルミナ粒子が突然剥離し、鋳型内に排出され、これが鋳型内の凝固シェルに捕捉された場合には製品欠陥となり、製品歩留まりの低下につながる。
【０００５】
従って、これらの問題を防止するために、通常、アルミキルド鋼を連続鋳造する際には、浸漬ノズルやスライディングノズルなどにより構成される、タンディッシュから鋳型への溶鋼流出孔の内部に、窒素ガスなどの非酸化性ガスまたはＡｒガスなどの希ガスを吹き込み、これらのガスによって強制的に溶鋼流出孔の内壁面を洗浄し、浸漬ノズルなど溶鋼流出孔の内壁表面でのアルミナの付着・堆積を防止する方法が広く行われている。しかし、吹き込んだガスの全てが鋳型内で浮上することはなく、一部のガスは、ガス気泡として凝固シェルに捕捉される。大半のガス気泡は介在物と共存するため、捕捉されたガス気泡が圧延後の表面欠陥となることがある。そのため、少ないガス吹き込み量であっても、或いは、ガス吹き込みを実施しなくてもアルミナの付着を防止するために、浸漬ノズルの形状或いは材質を変更し、浸漬ノズル自体をアルミナの付着しにくい構造とすることが多数提案されている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、浸漬ノズルの内壁面にラセン状の溝または突起を設け、これによって浸漬ノズルの内部孔内に形成される旋回流により、アルミナ付着を防止する浸漬ノズルが提案されており、特許文献２には、流れの遅くなると予想される吐出孔の領域を予め閉鎖するために、吐出孔に、吐出孔の上端中央部から下方に延びる逆台形の突起部を設けた浸漬ノズルが提案されており、また、特許文献３には、溶鋼と接触する浸漬ノズルの内部孔の表層部を、溶鋼中のアルミナと反応して低融点化合物を生成するＣａＯ・ＺｒＯ2 質を主成分とする耐火物で構成した浸漬ノズルが提案されている。
【特許文献１】特開昭５７−１３０７４５号公報
【特許文献２】特開平２−１６９１６０号公報
【特許文献３】特開平４−９４８５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記の特許文献１〜２においてもアルミナの付着防止効果は十分ではなく、未だ改善すべき点が多く、一方、特許文献３の方法ではアルミナの付着は防止されものの、浸漬ノズルの内壁が溶損しながらアルミナと反応して低融点化合物を生成するので、却って溶鋼中の酸化物系介在物自体が増加し、鋳片の清浄性が劣化するという問題がある。そのため、凝固シェルに捕捉されたガス気泡による品質低下の問題は依然として解決されていないものの、浸漬ノズルなどの溶鋼流出孔内への窒素ガスやＡｒガスなどのガス吹き込みが、アルミナ付着防止の主たる対策として行われているのが実状である。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、浸漬ノズルの内部孔などの溶鋼流出孔内に吹き込む窒素ガスやＡｒガスなどの吹き込み量を少なくする、或いは、窒素ガスやＡｒガスなどのガスを吹き込まなくても、浸漬ノズルのアルミナ付着を抑制することの可能な浸漬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】
【０００９】
本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行った。以下に、検討・研究結果を説明する。
【００１０】
上記課題を解決するに当たり、先ず、浸漬ノズルのどこの部位でアルミナ付着が多いのかを、スラブ連続鋳造機の鋳造に使用した浸漬ノズルにおいて調査した。使用した浸漬ノズルは、底部を有し、側壁部に一対の吐出孔が備えられた通常の浸漬ノズルである。その結果、両方の吐出孔を結ぶ直線と直交する位置、即ち、浸漬ノズルの横断面で見た場合に両方の吐出孔の中心位置から、それぞれ浸漬ノズルの円周方向に最も離れた９０°の位置（以下、「反吐出孔位置」とも記す）の内壁面においてアルミナ付着が激しいことが分かった。
【００１１】
この原因を調査するために、実機で使用する浸漬ノズルと同一の形状の浸漬ノズルを用いて水モデル実験を実施し、浸漬ノズルの内部孔内の流動を調査した。その結果、反吐出孔位置では、浸漬ノズルの側壁面側に流れの淀みが発生することが確認できた。この流れの淀みに起因してアルミナの付着が激しくなるものと判断された。
【００１２】
この原因は、浸漬ノズルの内部孔を流下した溶鋼が、浸漬ノズルの下部では全て吐出孔に向かって流れ、吐出孔と離れた反吐出孔位置の流速が低下することによるものと想定し、そこで、反吐出孔位置における流れの淀みを解消するために、浸漬ノズルの底部に衝突して生ずる流れを利用することを検討した。
【００１３】
先ず、従来の浸漬ノズルについて水モデル実験により調査した。従来、底部を有する浸漬ノズルの底部の内表面形状は、図５に示すように、平らな平面状の底部表面を有するプール形状か、或いは、図６に示すように、吐出孔の勾配と同一の勾配で吐出孔へ向けて傾斜する山型形状が採用されている。図５及び図６において、１は浸漬ノズル、２は側壁部、３は底部、４は吐出孔、５は内部孔、６はスラグライン部である。
【００１４】
図６に示す山型形状の場合には、浸漬ノズル１の底部３に衝突した溶鋼は、流れに乱れを生ずることなく底部３の勾配に沿って吐出孔４の方向に流れるため、反吐出孔位置における流れの淀みが特に著しいことが分かった。図５に示すプール形状の場合には、底部３に衝突した溶鋼が反転して上方に向かう流れ（以下、「反転流」と記す）を形成するが、底部３に衝突した後に形成される流れの方向はランダムであり、反転流により吐出孔５の付近で乱流を形成する程度であり、反吐出孔位置における流れの淀みを解消するほどの反転流は形成されないことが分かった。
【００１５】
そこで、反吐出孔位置において積極的に反転流を形成すべく、図１（図１の詳細な説明は後述する）に示すように、底部内表面の反吐出孔位置が低く、２つの吐出孔の中心位置を結ぶ位置が高くなるように、底部の内表面に勾配を付け、傾斜させた。その結果、反転流は底部内表面の傾斜に沿って形成されるために、反転流は反吐出孔位置に向かう流れとなり且つ反転流の流速が大きくなることが確認できた。これにより、反吐出孔位置における流れの淀みが解消されることが確認できた。
【００１６】
本発明は、上記検討・研究結果に基づいてなされたものであり、本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルは、浸漬ノズルの軸心に対して左右対称である一対の吐出孔を側壁部に備えた連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、２つの吐出孔の中心位置を通り、浸漬ノズルの長手方向軸心に平行である面と、浸漬ノズル底部の内表面と、が交差する位置の底面が最も高く、２つの吐出孔の中心位置を結ぶ直線と直交し且つ浸漬ノズルの軸心を通る面と、浸漬ノズル側壁部の内表面と、が交差する位置の底面が最も低くなるように、浸漬ノズルの底部の内表面が傾斜していることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、浸漬ノズルの底部内表面に反吐出孔位置が低くなるように傾斜を設けているので、浸漬ノズルの内部孔を流下して底部内表面に衝突した溶鋼が内表面の傾斜に沿って反吐出孔位置に向いた反転流を形成し、この反転流により反吐出孔位置における溶鋼流速が増速され、反吐出孔位置における流れの淀みが解消されるため、浸漬ノズルの反吐出孔位置の側壁面でのアルミナの付着が抑制される。その結果、多ヒートに亘る連続鋳造を同一の浸漬ノズルで実施することが可能になり、タンディッシュ耐火物の原単位の削減や、浸漬ノズル内部孔へのガス吹き込み量の低減化による鋳片品質の向上などが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１〜３は、本発明の実施の形態を示す図であって、図１は、本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルの１例を示す側面概略図、図２は、図１のＸ−Ｘ’矢視による側面概略図、図３は、図１のＹ−Ｙ’矢視による平面概略図である。
【００１９】
図１〜３に示すように、本発明に係る連続鋳造用の浸漬ノズル１は、円筒状の側壁部２と、この側壁部２の下部に位置する底部３とで構成され、側壁部２の内面側は、溶鋼が流下するための、上端が開口した内部孔５となり、側壁部２の下部には、この内部孔５に連通し、内部孔５を流下する溶鋼を鋳型内に流出させるための一対の吐出孔４が備えられている。２つの吐出孔４は、浸漬ノズル１の長手方向の軸心を軸として左右対称となっている。側壁部２の外周には、スラグに対する耐食性に優れた耐火物材質からなるスラグライン部６が、モールドパウダーと接触する範囲に該当する位置に設けられている。スラグに対する耐食性に優れた耐火物材質としては、例えばＺｒＯ2 −グラファイト質耐火物などを用いることができる。
【００２０】
底部３の内表面には、両方の吐出孔４，４の方向を向いた中心線の位置が最も高く、それぞれの吐出孔４，４から浸漬ノズル１の円周方向に９０°離れた位置、即ち、反吐出孔位置が最も低くなるように、傾斜面７が設けられている。即ち、２つの吐出孔４，４の中心位置を通り、浸漬ノズル１の長手方向軸心に平行である面と、底部３の内表面と、が交差する位置の底面が最も高く、２つの吐出孔４，４の中心位置を結ぶ直線と直交し且つ浸漬ノズル１の軸心を通る面と、側壁部２の内表面と、が交差する位置の底面が最も低くなるように、浸漬ノズル１の底部３の内表面が傾斜している。図中、傾斜面７の最も高くなった位置を頂点７ａで表示している。
【００２１】
この場合、図１〜３では傾斜面７と側壁部２とが鋭角で交差しているが、この部位に曲率を付け、傾斜面７から側壁部２への円滑な流れを形成させるようにしてもよい。また、図１〜３では傾斜面７の勾配が一定であるが、頂点７ａ側の勾配を大きくして、側壁部２に向かって徐々に勾配を弱くするようにしてもよい。傾斜面７の勾配はどの程度であってもよいが、最大でも水平方向に対して４５°程度とすればよい。但し、頂点７ａと最も低くなる位置との高低差が小さいと本発明の効果が少なくなるので、高低差を３ｍｍ以上確保するように、勾配を設定することが好ましい。更に、図１〜３では、頂点７ａの位置が側壁部２の内面側の吐出孔４の位置よりも鉛直方向下方であるが、吐出孔４の位置と同等レベル、或いは吐出孔４の位置よりも鉛直方向上方としても構わない。更にまた、頂点７ａでは両側に傾斜しているが、頂点７ａの部位に水平面部を設置してもよい。
【００２２】
浸漬ノズル１の成型時、内部孔５は中子を挿入して成型されるので、即ち、底部３の内表面の形状は、中子の先端の形状によって形成されるので、中子の先端の形状を上記に沿って加工することで、所望する形状の底面を得ることができる。浸漬ノズル１の材質は、どのような耐火物材料であってもよく、例えば、慣用のアルミナ−グラファイト質やアルミナ−スピネル質、更にはアルミナ質などを用いることができる。
【００２３】
このような構成の本発明に係る浸漬ノズル１においては、内部孔５を流下した溶鋼が底部３の傾斜面７に衝突し、傾斜面７に沿った反転流が形成されるため、吐出孔４，４から浸漬ノズル１の円周方向に９０°離れた位置、即ち、反吐出孔位置に向いて流れる反転流が多くなり、この反転流によって反吐出孔位置が強制的に攪拌されることから、反吐出孔位置における溶鋼の淀みが解消される。そのため、特にアルミナ付着の激しかった反吐出孔位置でのアルミナ付着が抑制され、浸漬ノズル１の鋳造可能時間を飛躍的に延長させることが可能となる。また、浸漬ノズル１の内部孔５でのアルミナ粒子の付着・堆積による粗大化を防止することができるので、粗大化したアルミナの剥離に起因する鋳片の大型介在物を大幅に削減することもできる。
【００２４】
図４に、２ストランドのスラブ連続鋳造機において、図１に示す本発明に係る浸漬ノズルを片側のストランドに設置し、他方のストランドに、図５に示すプール形状の従来の浸漬ノズルを設置して、低炭素アルミキルド鋼を５ヒート連続鋳造したときの、反吐出孔位置におけるアルミナ付着量の調査結果を示す。本発明に係る浸漬ノズルにおいて、頂点７ａと最も低くなる位置との高低差は１５ｍｍとした。図４からも明らかなように、本発明に係る浸漬ノズルではアルミナの付着量が大幅に減少することが確認できた。
【００２５】
尚、鋳造の際には、内部孔５内を流下する溶鋼中に窒素ガスなどの非酸化性ガス或いはＡｒガスなどの希ガスを吹込むことが好ましい。これらのガスの吹込みによってアルミナ付着がより一層抑制される。また、本発明は上記説明に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記説明の浸漬ノズル１では、吐出孔４が水平方向に対して下向きであるが、吐出孔４の向きを水平方向或いは上向きとしてもよく、また、吐出孔４の形状が矩形であるが、吐出孔４の形状を楕円形或いは円形などとしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施の形態を示す図であって、本発明に係る連続鋳造用浸漬ノズルの１例を示す側面概略図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ’矢視による側面概略図である。
【図３】図１のＹ−Ｙ’矢視による平面概略図である。
【図４】本発明に係る浸漬ノズルと従来の浸漬ノズルとでアルミナ付着量を比較して示す図である。
【図５】底部がプール形状である従来の浸漬ノズルの側面概略図である。
【図６】底部が山型形状である従来の浸漬ノズルの側面概略図である。
【符号の説明】
【００２７】
１  浸漬ノズル
２  側壁部
３  底部
４  吐出孔
５  内部孔
６  スラグライン部
７  傾斜面
７ａ  頂点
【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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【図６】
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