(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型内に溶鋼を供給する連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、ＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末との混合物がその側壁内部に配置されることを特徴とする鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項２】
前記浸漬ノズルの側壁にスリットが設けられ、そのスリット内にＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末とが充填されていることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項３】
前記スリットが、大気と遮断されていることを特徴とする請求項２に記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項４】
前記スリット内に不活性ガスが供給され、スリット内が大気圧よりも高いことを特徴とする請求項２に記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項５】
前記ＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末との混合物が配置された部位よりも内側部分の浸漬ノズル内壁が、１４〜２２％の気孔率を有する耐火物で構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４の何れか１つに記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項６】
前記ＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末との混合物が、浸漬ノズルの上端から少なくとも１００ｍｍ下方の範囲までは設置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項５の何れか１つに記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項７】
前記金属Ａｌ粉末のＭｇＯ粉末に対する配合比率がモル比率で０．６７〜１．０４の範囲で、前記炭素粉末の配合比率が混合物全体の１５〜２７mass％であることを特徴とする請求項１ないし請求項６の何れか１つに記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
【請求項８】
前記ＭｇＯ粉末の粒子直径が３ｍｍ以下で、且つ、前記炭素粉末の粒子直径が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１ないし請求項７の何れか１つに記載の鋼の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、鋼の連続鋳造の際に鋳型内に溶鋼を供給する浸漬ノズルに関し、詳しくは、浸漬ノズルにおけるＡｌ2 Ｏ3 による閉塞を防止することのできる浸漬ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
酸化精錬された溶鋼は通常Ａｌにより脱酸され、酸化精錬により増加した溶鋼中の酸素が除去される。しかし、生成したＡｌ2 Ｏ3 粒子を、溶鋼とＡｌ2 Ｏ3 との密度差によって溶鋼から浮上分離させるには限界があり、そのため、溶鋼中には微細なＡｌ2 Ｏ3 粒子が懸濁した状態で残留する。又、溶鋼中酸素を安定して低減させるため、Ａｌ脱酸後の溶鋼中にはＡｌが溶解して存在しており、このＡｌが取鍋からタンデッシュへの注入過程やタンデッシュ内において大気と接触して酸化した場合には、新たにＡｌ2 Ｏ3 が溶鋼中に生成される。溶鋼中に懸濁している、これらのＡｌ2 Ｏ3 がＡｌ2 Ｏ3 −黒鉛質からなる浸漬ノズルを通過する際に、浸漬ノズル内壁に付着・堆積して、浸漬ノズルの閉塞が発生する。
【０００３】
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。又、浸漬ノズル内壁に堆積したＡｌ2 Ｏ3 が突然剥離し、大きなＡｌ2 Ｏ3 粒子となって鋳型内に排出され、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、更には、この部分の凝固が遅れ、鋳型直下に引き抜かれた時点で溶鋼が流出し、ブレークアウトにつながることさえもある。このような理由から、浸漬ノズル内壁でのＡｌ2 Ｏ3 の付着・堆積機構、並びにその防止方法が従来から研究されてきた。
【０００４】
従来のＡｌ2 Ｏ3 付着機構として、▲１▼：溶鋼中に懸濁しているＡｌ2 Ｏ3 が浸漬ノズル内壁に衝突して堆積する、▲２▼：浸漬ノズルを通過する溶鋼の温度が下がり、そのために溶鋼中のＡｌ及び酸素の溶解度が低下し、Ａｌ2 Ｏ3 が晶出して内壁に付着する、▲３▼：浸漬ノズル中のＳｉＯ2 と黒鉛とが反応してＳｉＯとなり、これが溶鋼中のＡｌと反応してＡｌ2 Ｏ3 が浸漬ノズル内壁で生成し、浸漬ノズルの内壁を覆い、その上に溶鋼中に懸濁していた微細なＡｌ2 Ｏ3 粒子が衝突して堆積する等が提言されている。
【０００５】
そして、これらの付着・堆積機構に基づき、▲１▼：浸漬ノズル内壁にＡｒを吹き込んで浸漬ノズル内壁と溶鋼との間にガス膜をつくり、Ａｌ2 Ｏ3 が壁に接触しないようにする、▲２▼：浸漬ノズル内壁側の溶鋼温度が下がらないように、浸漬ノズルの外壁から断熱スリーブで覆う、又は、浸漬ノズルの壁からの伝熱量を下げるために２層にする、若しくは断熱層を浸漬ノズル肉厚の間に設置する、▲３▼：酸素源となるＳｉＯ2 の添加量を少なくした材質の浸漬ノズルを用い、Ａｌ2 Ｏ3 の生成を抑える等のＡｌ2 Ｏ3 付着防止対策が提言されている。
【０００６】
更に、浸漬ノズル内壁に付着したＡｌ2 Ｏ3 を除去する手段として、▲４▼：浸漬ノズル材質にＡｌ2 Ｏ3 と化合して低融点化合物をつくる成分を含有させ、浸漬ノズル内壁に付着したＡｌ2 Ｏ3 を低融点化合物として流出させるＡｌ2 Ｏ3 付着防止対策も提言されている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の各対策には以下の問題点がある。即ち、上記▲１▼の対策では、浸漬ノズル内に吹き込んだＡｒの一部は鋳型内の溶鋼表面から放散できずに凝固シェルに捕捉される。Ａｒが捕捉されて生成した気孔中には介在物が同時に見つかることが多く、これが製品欠陥になる。又、鋳片表層部に捕捉された場合には、気孔内面が連続鋳造機内や圧延前の加熱炉内で酸化され、これがスケールオフされずに製品欠陥となる場合もある。
【０００８】
上記▲２▼の対策では、浸漬ノズル内壁での鋼の凝固を防ぐ効果はあるが、Ａｌ2 Ｏ3 付着を防止する効果は少ない。溶鋼中に浸漬しているノズル内壁部分でもＡｌ2 Ｏ3 の付着・堆積が多いことからも理解できる。
【０００９】
上記▲３▼の対策では、浸漬ノズル材質中のＳｉＯ2 が低下するため、浸漬ノズルの耐熱衝撃性が劣化する。通常、浸漬ノズルは予熱した後に使用される。それは耐火物が熱衝撃に弱く割れるためである。ＳｉＯ2 は耐熱衝撃性を向上する効果が極めて高く、ＳｉＯ2 の含有量を下げることにより、鋳造開始時の溶鋼の通過直後、浸漬ノズルに割れの発生する頻度が非常に高くなる。
【００１０】
又、上記▲４▼の対策では、例えばＣａＯを浸漬ノズルの構成材料として添加することにより、ＣａＯとＡｌ2 Ｏ3 とを化合させて低融点化合物を生成させ、この低融点化合物を溶鋼と一緒に鋳型内へ注入して、浸漬ノズル内壁のＡｌ2 Ｏ3 付着を防止することはできるが、介在物の原因となる低融点化合物を鋳型内へ流出させるため、鋳片の清浄性が劣化するという問題点がある。更に、浸漬ノズルの内壁が損耗していくので、長時間の鋳造には適していない。
【００１１】
このように従来のＡｌ2 Ｏ3 付着防止対策は、浸漬ノズルの閉塞は防止可能であっても鋳片中の介在物を増加させたり、又は操業の安定性を阻害したりして、操業面及び鋳片品質面の全ての面で満足するＡｌ2 Ｏ3 付着防止対策は、未だ確立されていないのが実状である。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、溶鋼の連続鋳造の際に、鋳片の清浄性を損なうことなく且つ連続鋳造操業の安定性を阻害することなく、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 による浸漬ノズルの閉塞を防止することができる連続鋳造用浸漬ノズルを提供することである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、上記課題を解決するために浸漬ノズルにおけるＡｌ2 Ｏ3 付着機構に関するいくつかの基礎的な実験を行った。以下、実験方法及び実験結果を詳説する。
【００１４】
図１に示すように、チャンバー２３内の雰囲気をＡｒで調整した高周波溶解炉２２でＡｌキルド鋼を溶解しておき、この溶鋼１２中に、浸漬ノズル材料として使用されているＡｌ2 Ｏ3 −黒鉛質の耐火物で造った直径２５ｍｍの試験片２８を浸漬させた。Ａｌ2 Ｏ3 −黒鉛質の耐火物はその見掛け気孔率を１２〜２６％の範囲内で５水準に変更した。試験片２８にはその軸芯部に内径１０ｍｍの孔を設け、この孔内に粒子直径が０．５〜３ｍｍのＭｇＯ粉末と、粒子直径が０．０１〜０．５ｍｍの炭素粉末と、粒子直径が０．０１〜０．５ｍｍの金属Ａｌ粉末とを、質量比率でほぼ２：１：１の割合で充填させた。この基礎実験では、ＭｇＯ粉末としてマグネシアクリンカー粉末を使用し、炭素粉末として黒鉛粉末を使用し、金属Ａｌ粉末は市販の試薬粉末を使用した。尚、図１はＡｌ2 Ｏ3 付着機構を解明するための基礎実験方法の概略図であり、図１において、２４はコイル、２５は高Ａｌ2 Ｏ3 質の坩堝、２６は熱電対である。
【００１５】
ＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末からなる充填物８が形成された孔内にはＡｒを１００ｍｌ／ｍｉｎで供給し、孔内のＡｒ圧力を大気圧に比べて１５ｋＰａ高く設定した。そして、試験片２８を浸漬して１０分経過後、チャンバー２３内の圧力を減圧して６７ｋＰａとし、その状態で保持して合計６０分間溶鋼１２中に浸漬させ、その後、試験片２８を引き上げ、試験片２８の外表面壁に付着した付着層厚みと付着物を同定した。溶鋼１２の成分は，Ｃ：０．０４〜０．０５mass％、Ｓｉ：０．０２mass％以下、Ｍｎ：０．１５〜０．２０mass％、Ｐ：０．０１〜０．０１６mass％、Ｓ：０．００８〜０．０１３mass％、Ａｌ：０．０６〜０．１２mass％の範囲であった。
【００１６】
又、比較のために、孔のない中実状の試験片２８も浸漬させ、その外表面壁に付着した付着層厚みと付着物を同定した。中実状試験片２８の場合には、試験片保持具２７は孔のない中実状のものを使用し、試験片２８にはＡｒを供給せずに浸漬させた。表１に、試験片２８として用いた５種類のＡｌ2 Ｏ3 −黒鉛質耐火物の化学成分と見掛け気孔率を示す。
【００１７】
【表１】
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６０分間溶鋼１２に浸漬させた後に試験片２８を溶鋼１２から取り出し、試験片２８の直径から求めた付着層厚みの測定結果を表１に併せて示す。表１に示すように、付着物の厚みは中実状試験片の場合に較べて、内部にＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末とを充填し、Ａｒを供給した試験片の場合の方が大幅に少ないことが分かった。又、この付着物は主にＡｌ2 Ｏ3 であり、そして、ＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末とを充填した試験片では、試験片の本体と付着物との境界付近にはＭｇＯとＡｌ2 Ｏ3 との反応生成物が観察された。
【００１８】
又、表１に示すように、６０分間浸漬後の付着物厚みと試験片の見掛け気孔率との関係では、見掛け気孔率が１２％では付着量が多かったが、それ以上の気孔率の範囲では見掛け気孔率が増大するほど、付着物厚さは減少することが分かった。しかし、気孔率が２４％以上になると、溶鋼が試験片の気孔内に浸潤し、試験片が溶損気味になることが観察された。従って、２４％以上に気孔率を上げることは危険であり、見掛け気孔率は１４〜２２％の範囲が好ましいことが分かった。又、浸漬途中で引き上げた試験片の調査結果から、付着物の厚さは浸漬時間に比例して厚くなることも分かった。
【００１９】
次に、充填物８を構成するＭｇＯ粉末の配合比率を５０mass％一定として炭素粉末及び金属Ａｌ粉末の配合比率を変更した試験、並びに、ＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末の粒度を変更した試験を実施した。
【００２０】
炭素粉末及び金属Ａｌ粉末の配合比率を変更した試験では、金属Ａｌ粉末の配合量を２０〜４０mass％の範囲で変更し、合計７水準の試験を実施した。この場合、炭素粉末の配合量は金属Ａｌ粉末の配合量に応じて３０〜１５mass％であり、又、金属Ａｌ粉末のＭｇＯ粉末に対する配合比率は、モル比率で表すと０．５９〜１．１８の範囲である。
【００２１】
粒度変更の試験では、ＭｇＯ粉末は粒子直径が０．５ｍｍ未満、０．５〜３ｍｍ、３ｍｍ越えの３水準とし、一方、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末は粒子直径が０．０１ｍｍ未満、０．０１〜０．５ｍｍ、０．５ｍｍ越えの３水準とし、これらを組み合わせて試験した。
【００２２】
試験方法は、試験片２８の見掛け気孔率の影響を調査した方法と同一である。この場合、Ａｌ2 Ｏ3 −黒鉛質の耐火物として、表１に示す試験Ｎo.Ａ−３で用いた耐火物を使用した。
【００２３】
表２に試験条件及び６０分間浸漬させた後の付着層厚みの測定結果を示す。表２に示す試験Ｎo.Ｂ−１〜７は充填物の配合比率を変化させた試験であり、試験Ｎo.Ｂ−８，９は炭素粉末及び金属Ａｌ粉末の粒子直径を０．０１ｍｍ未満若しくは０．５ｍｍ越えに変更した試験であり、試験Ｎo.Ｂ−１０，１１はＭｇＯ粉末の粒子直径を０．５ｍｍ未満若しくは３ｍｍ越えに変更した試験である。
【００２４】
【表２】
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表２に示すように、ＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末との配合割合では、金属Ａｌ粉末の配合比率が２０mass％（金属Ａｌ粉末のＭｇＯ粉末に対するモル比率（以下「ＮAl／ＮMgO 」と記す）が０．５９）ではＡｌ2 Ｏ3 付着が認められたが、２３mass％（ＮAl／ＮMgO ＝０．６７）以上になると、Ａｌ2 Ｏ3 付着量の減少傾向が見られ、３５mass％（ＮAl／ＮMgO ＝１．０４）までＡｌ2 Ｏ3 の付着量が減少した。しかし、金属Ａｌ粉末の配合比率が３５mass％（ＮAl／ＮMgO ＝１．０４）を越えるとＡｌ2 Ｏ3 付着抑制効果は飽和した。この場合、Ａｌ2 Ｏ3 付着抑制効果が維持される範囲の炭素粉末配合比率は金属Ａｌ粉末の配合比率に応じて１５〜２７mass％となった。これらの結果から、Ａｌ2 Ｏ3 付着の抑制には金属Ａｌ粉末の配合が重要であり、金属Ａｌ粉末を２３mass％（ＮAl／ＮMgO ＝０．６７）以上配合すれば良いことが分かった。
【００２５】
但し、金属Ａｌ粉末の配合比率が３５mass％（ＮAl／ＮMgO ＝１．０４）を越えるとＡｌ2 Ｏ3 付着抑制効果は飽和してしまうことと、本発明によるＡｌ2 Ｏ3 付着抑制効果は、後述するように、ＭｇＯ粉末と金属Ａｌ粉末との反応によるＭｇガスに基づくものであり、Ａｌ2 Ｏ3 付着抑制効果を長時間にわたって発揮させるには金属Ａｌ粉末に対してモル比率で１．５倍（質量比率で約２．２倍）のＭｇＯ粉末が必要であるので、この点を考慮して、金属Ａｌ粉末を２３〜３５mass％配合させることが好ましい。これに伴い、炭素粉末の配合量は１５〜２７mass％となる。金属Ａｌ粉末のＭｇＯ粉末に対する配合比率をモル比率で表すと、ＮAl／ＮMgO が０．６７〜１．０４の範囲が良いことになる。
【００２６】
炭素粉末は、浸漬ノズルの予熱中における金属Ａｌ粉末の酸化を防止するために配合したもので、配合比率が１５mass％未満では炭素粉末の配合が少なく、金属Ａｌ粉末の酸化を防止できない懸念があり、一方、配合比率が２７mass％を越えた場合には、配合される金属Ａｌ粉末が少なくなり、長時間Ｍｇガスを発生させ続けることが困難になり、Ａｌ2 Ｏ3 付着防止効果を長時間持続できない。
【００２７】
従って、ＭｇＯ粉末を略５０mass％とし、これに対して金属Ａｌ粉末の配合比率を２３〜３５mass％、炭素粉末の配合比率を１５〜２７mass％とすることが好ましい。即ち、金属Ａｌ粉末のＭｇＯ粉末に対する配合比率をモル比率で０．６７〜１．０４の範囲とし、且つ、炭素粉末の配合比率を１５〜２７mass％とすることが好ましい。
【００２８】
ＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末の粒度を変更した試験では、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末を０．０１ｍｍ未満とした場合に付着抑制効果が顕著であった。一方、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末が０．５ｍｍ越えた場合又はＭｇＯ粉末が３ｍｍを越えた場合には、Ａｌ2 Ｏ3 の付着抑制効果は少ないことが分かった。粒度が大きくなるとＭｇＯ粉末、金属Ａｌ粉末及び炭素粉末との接触が少なくなるためである。
【００２９】
本発明は上記試験結果に基づきなされたもので、第１の発明による鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、鋳型内に溶鋼を供給する連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、ＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末との混合物がその側壁内部に配置されることを特徴とし、第２の発明による鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、第１の発明において、前記浸漬ノズルの側壁にスリットが設けられ、そのスリット内にＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末とが充填されていることを特徴とし、第３の発明による鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、第２の発明において、前記スリットが、大気と遮断されていることを特徴とし、第４の発明による鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、第２の発明において、前記スリット内に不活性ガスが供給され、スリット内が大気圧よりも高いことを特徴とする。
【００３０】
又、第５の発明による鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、第１の発明ないし第４の発明の何れかにおいて、前記ＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末との混合物が配置された部位よりも内側部分の浸漬ノズル内壁が、１４〜２２％の気孔率を有する耐火物で構成されていることを特徴とし、第６の発明による鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、第１の発明ないし第５の発明の何れかにおいて、前記ＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末との混合物が、浸漬ノズルの上端から少なくとも１００ｍｍ下方の範囲までは設置されていることを特徴とし、第７の発明による鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、第１の発明ないし第６の発明の何れかにおいて、前記金属Ａｌ粉末のＭｇＯ粉末に対する配合比率がモル比率で０．６７〜１．０４の範囲で、前記炭素粉末の配合比率が混合物全体の１５〜２７mass％であることを特徴とし、第８の発明による鋼の連続鋳造用浸漬ノズルは、第１の発明ないし第７の発明の何れかにおいて、前記ＭｇＯ粉末の粒子直径が３ｍｍ以下で、且つ、前記炭素粉末の粒子直径が０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。
【００３１】
本発明では、連続鋳造用浸漬ノズルの側壁にＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末との混合物を内装する、若しくは、連続鋳造用浸漬ノズルの側壁にスリットを設け、そのスリット内にＭｇＯ粉末と炭素粉末と金属Ａｌ粉末とを充填する。浸漬ノズルは、浸漬ノズル内を通過する溶鋼により１２００〜１５５０℃程度まで昇温され、浸漬ノズル内壁内に配置されたＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末も加熱される。加熱されたＭｇＯ粉末と金属Ａｌ粉末（溶融する場合が多い）とで、３ＭｇＯ（ｓ）＋２Ａｌ（ｌ）→Ｍｇ（ｇ）＋Ａｌ2 Ｏ3 （ｓ）の反応が起こり、浸漬ノズル側壁内にＭｇガスが生成される。
【００３２】
ところで、浸漬ノズルを構成している耐火物材料は、通常１０数％から２０数％の気孔率を有している。そして、鋳型内へ浸漬ノズルを介して溶鋼を供給する際には、スライディングノズル若しくはストッパーにて途中の断面積を縮小しながら、即ち、浸漬ノズルの断面積よりもスライディングノズル部分若しくはストッパアー部分の断面積の方を小さくして流量制御しているため、高速度で溶鋼が流れている浸漬ノズル内では必ず減圧され、大気圧よりも低くなる。
【００３３】
そのために、浸漬ノズル側壁内に生成したＭｇガスは、浸漬ノズル側壁を透過して浸漬ノズル内壁面に至る。浸漬ノズル内壁面側には溶鋼が存在しており、ＭｇはＳとの親和力が強く、Ｍｇガスは浸漬ノズルと溶鋼との境界層に存在するＳと反応してＭｇＳを生成する。そのため、浸漬ノズル内壁近傍の溶鋼中のＳの濃度勾配は逆勾配、即ち、浸漬ノズルとの界面側が低く、溶鋼側にいくほどＳ濃度が高くなるので、Ａｌ2 Ｏ3 粒子の浸漬ノズル側と溶鋼側とで溶鋼との界面張力に差が生じ、この界面張力の差により浸漬ノズル内壁に接近した溶鋼中に懸濁しているＡｌ2 Ｏ3 粒子は浸漬ノズル内壁から反撥するように離れていく。この効果によって、浸漬ノズルの内壁にはＡｌ2 Ｏ3 が付着せず、Ａｌ2 Ｏ3 によるノズル閉塞が防止される。
【００３４】
又、ＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末が配置されない通常の浸漬ノズルの場合には、浸漬ノズル内が減圧されることにより、大気が浸漬ノズル側壁を透過して溶鋼を酸化させ、Ａｌ2 Ｏ3 が生成してＡｌ2 Ｏ3 付着の原因となるが、本発明の浸漬ノズルでは浸漬ノズル内部で発生するＭｇガスが大気の透過を防止するので、この観点からもＡｌ2 Ｏ3 付着が抑制される。
【００３５】
但し、浸漬ノズル側壁内で生成したＭｇガスを大気と接触させると、Ｍｇガスは酸化してＭｇＯとなり、上記の効果を発揮しない。そのために本発明では、炭素粉末を内蔵させると共に、更に、スリットを設置した場合には、スリットを大気と遮断する、若しくは、スリット内に不活性ガスを供給してスリット内を大気圧よりも高くして、Ｍｇガスの酸化を防止している。スリット内に不活性ガスを供給した場合には、不活性ガスも浸漬ノズルの側壁を透過して浸漬ノズル内壁面と溶鋼との間にガス膜を造るので、これによるＡｌ2 Ｏ3 の付着防止効果も発揮させることができる。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。図２は、本発明の実施の形態の例を示す図で、連続鋳造設備の鋳型部の正面縦断面の概略図、図３は、本発明による浸漬ノズルの拡大図である。
【００３７】
図２に示すように、相対する鋳型長辺銅板２と、鋳型長辺銅板２内に内装された相対する鋳型短辺銅板３とから構成された鋳型１の上方には、内部を耐火物で施行されたタンディッシュ４が配置されている。タンディッシュ４の底部には上ノズル１７が設けられ、この上ノズル１７に接続して、固定板１８、摺動板１９、及び整流ノズル２０からなるスライディングノズル５が配置され、更に、スライディングノズル５の下面側には、Ａｌ2 Ｏ3 −黒鉛質やＡｌ2 Ｏ3 −ＳｉＯ2 −黒鉛質等のＡｌ2 Ｏ3 及び黒鉛を主成分とする耐火物製の浸漬ノズル６が配置され、タンディッシュ４から鋳型１への溶鋼流出孔２１が形成されている。
【００３８】
浸漬ノズル６は、図３に示すように、その側壁にスリット７が設けられ、スリット７内にはＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末からなる充填物８が形成されている。又、スリット７には、その内部にＡｒ等の不活性ガスを供給するためのガス導入管１１が接続されている。浸漬ノズル６の外周部には、スラグに対する耐浸食性に優れた耐火物材質からなるスラグライン部１０が、モールドパウダー１５と接触する範囲に設けられている。
【００３９】
スリット７は次のようにして形成することができる。浸漬ノズル６を成形する際、例えば焼成温度で消失する糸紐状の物質を浸漬ノズル６の側壁所定位置に挿入し、浸漬ノズル６の焼成時にこの物質を消失させてしまうことでスリット７を形成することができる。又、充填物８は、このようにして形成させたスリット７内にＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末の混合物を浸漬ノズル６の外部から装入することにより得ることができる。これら粉末の充填度は低くても良い。要は、鋳造開始から鋳造終了までの期間、スリット７内にＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末が存在するだけの量を装入すれば良い。ＭｇＯ粉末源としては、マグネシアクリンカー等を用いることができ、炭素粉末源としては、黒鉛や木炭及びコークス等を用いることができ、金属Ａｌ粉末は市販のものを用いることができる。
【００４０】
又、スリット７を設けずに、浸漬ノズル６の成形時にＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末からなる混合物を浸漬ノズル側壁の所定位置に設置し、その周囲に浸漬ノズル６を構成する耐火材料を装入して浸漬ノズル６を成形することにより、ＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末からなる充填物８を浸漬ノズル６内に設置しても良い。この場合には、この充填物８は大気と遮断されており、スリット７を設けた場合のように、Ａｒ等の不活性ガスを供給するためのガス導入管１１を接続する必要はない。
【００４１】
ＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末の配合比率は、前述したようにＡｌ2 Ｏ3 付着を抑制する観点から、金属Ａｌ粉末のＭｇＯ粉末に対する配合比率をモル比率で０．６７〜１．０４の範囲とし、且つ、炭素粉末の配合比率を充填物８全体の１５〜２７mass％とすることが好ましい。又、ＭｇＯ粉末、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末は細かいほどＡｌ2 Ｏ3 付着の抑制効果が高いので、用いるＭｇＯ粉末の粒子直径を３ｍｍ以下、炭素粉末及び金属Ａｌ粉末の粒子直径を０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。ここで云う粒子直径とは、それぞれ３ｍｍの篩目及び０．５ｍｍの篩目を通過する寸法のことである。
【００４２】
充填物８の設置範囲は、少なくとも、浸漬ノズル６の上端から１００ｍｍ下方位置までの上端部とすることが好ましい。本発明者等は、浸漬ノズル６の上端から１００ｍｍ下方の範囲までを充填物８で覆うことにより、Ａｌ2 Ｏ3 付着量を抑制できることを確認している。これは、浸漬ノズル６内に浸透したＭｇガスが、溶鋼流れに乗って下流側に運ばれるため、充填物８の設置範囲を長くする必要がないためと思われる。但し、スリット７を設置する場合、スリット７を浸漬ノズル６の上端まで設置すると、浸漬ノズル６の強度が低下するので、浸漬ノズル６の上端から少なくとも２０ｍｍまでの範囲にはスリット７を設置しないことが好ましい。同様に、浸漬ノズル６の周方向全体にスリット７を設置することが望ましいが、浸漬ノズル６の強度を劣化させないために、スリット７を設置しない範囲を浸漬ノズル６の周方向で何カ所かに設置しても良い。
【００４３】
Ａｌ2 Ｏ3 及び黒鉛を主成分として含有する耐火物には、製造工程上避けることができない微細な気孔が存在する。この気孔の存在もＭｇガスの透過の観点から本発明の効果を左右する。気孔率が低すぎる場合には、Ｍｇガスが浸漬ノズル６の側壁を透過することができず、一方、気孔率が高すぎると、耐火物としての強度が低下して溶損が激しくなる。従って、少なくとも充填物８が設置された部位よりも内側部分の耐火物の見掛け気孔率を、前述したように１４〜２２％とすることが好ましい。見掛け気孔率が１４％未満ではＡｌ2 Ｏ3 の付着が発生し、一方、見掛け気孔率が２２％を越えると浸漬ノズル内壁の溶損が発生する。
【００４４】
このように構成される連続鋳造設備を用いて、取鍋（図示せず）からタンディッシュ４内に注入された溶鋼１２を、スライディングノズル５で溶鋼流量を調整しながら、溶鋼流出孔２１を経由させ、吐出孔９から吐出流１６を鋳型短辺銅板３に向けて鋳型１内に注入する。注入された溶鋼１２は鋳型１内で冷却されて凝固シェル１３を形成し、鋳型１の下方に連続的に引き抜かれ鋳片となる。鋳型１内の溶鋼湯面１４上にはモールドパウダー１５を添加して鋳造する。
【００４５】
鋳造中、スリット７内にはガス導入管１１を介してＡｒ等の不活性ガスを供給する。その際に、スリット７内の不活性ガス圧力を大気圧に比べて高く維持する。スリット７内の不活性ガス圧力は、大気圧に比べて５〜５０ｋＰａ高い範囲内に制御することが好ましい。本発明者等は、スリット７内の不活性ガス圧力を当該範囲に制御することにより、Ａｌ2 Ｏ3 付着量を抑制できることを確認している。即ち、大気圧との差が５ｋＰａ未満ではＡｒ圧力が変動した場合に大気の侵入が懸念され、一方、大気圧との差が５０ｋＰａを越えると、浸漬ノズル内壁の溶損が発生するため、好ましくない。
【００４６】
このようにして鋳造することで、浸漬ノズル６内ではノズル内壁面側のＳ濃度が低く、浸漬ノズル６の中心側のＳ濃度が高くなり、溶鋼１２とＡｌ2 Ｏ3 粒子との間の界面張力に差が生じ、この界面張力の差により溶鋼１２中に懸濁しているＡｌ2 Ｏ3 は浸漬ノズル６の内壁面から離脱するように移動するので、浸漬ノズル６の内壁面でのＡｌ2 Ｏ3 付着層厚みの成長が抑制され、Ａｌ2 Ｏ3 による閉塞が防止される。その結果、鋳造可能時間を飛躍的に延長させることが可能となり、又、浸漬ノズル６の内壁でのＡｌ2 Ｏ3 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Ａｌ2 Ｏ3 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ができる。
【００４７】
尚、上記説明ではスリット７内に不活性ガスが供給されているが、不活性ガスの供給は必ずしも必要ではなく、スリット７内に充填物８を装入した後に、充填物８を装入した孔を耐火物製の詰栓等にて塞ぎ、スリット７を封印しても良い。又、上記説明では鋳片断面が矩形型の鋳型１について説明したが、鋳片断面が円形の鋳型であっても本発明を適用することができる。更に、連続鋳造機の個々の装置は上記に限るものではなく、例えば溶鋼流量調整装置としてスライディングノズル５の代わりにストッパーを用いても良いように、その機能が同一であればどのような装置としても良い。
【００４８】
【実施例】
［実施例１］
図２及び図３に示す連続鋳造設備を用い、浸漬ノズル側壁の肉厚中心部付近に５ｍｍ以下の厚みのスリットを吐出孔直上まで設け、このスリット内に粒子直径が３ｍｍ以下のマグネシアクリンカー粉末と粒子直径が０．５ｍｍ以下の黒鉛粉末と粒子直径が０．５ｍｍ以下の金属Ａｌ粉末とを、質量配合比率が２：１：１の割合で充填した。又、スリット内が大気圧よりも高くなるように、スリット内にＡｒを供給しながら鋳造した。スリット内の圧力は鋳造の初めから終わりまで大気圧よりも５〜５０ｋＰａ高くなるように制御した。浸漬ノズルの材質は前述した表１に示す試験Ｎo.Ａ−３と同一の材質とした。又、比較のために、スリットが設置されていない浸漬ノズルによる鋳造も実施した。
【００４９】
鋳造条件は、３００トン／ヒートを６ヒート連続して鋳造後、使用後の浸漬ノズルを回収してスラグライン部の内側に付着した付着層厚みを鋳型幅方向位置及びそれと直角方向位置の４ケ所の付着層厚みを測定し、その平均値を付着層厚みとした。鋳造鋼種は低炭素ＡＩキルド鋼（Ｃ：０．０４〜０．０５mass％、Ｓｉ：ｔｒ、Ｍｎ：０．１〜０．２mass％、Ａｌ：０．０３〜０．０４mass％）であり、スラブ幅は９５０〜１２００ｍｍの範囲であった。鋳片引き抜き速度は２．２〜２．８ｍ／ｍｉｎであった。
【００５０】
図４に、マグネシアクリンカー粉末と黒鉛粉末と金属Ａｌ粉末とを充填した本発明による浸漬ノズルと従来の浸漬ノズルとでＡｌ2 Ｏ3 付着厚みを比較して示す。本発明による浸漬ノズルの場合には、Ａｌ2 Ｏ3 付着が非常に少なく、更に浸漬ノズル内壁面に凝固・付着した地金も全く見られなかった。
【００５１】
［実施例２］
図２及び図３に示す連続鋳造設備を用い、浸漬ノズル側壁の肉厚中心部付近に１〜２ｍｍ厚み程度のスリットを設け、実施例１と同一サイズのマグネシアクリンカー粉末、黒鉛粉末及び金属Ａｌ粉末を使用して、実施例１と同一配合比率で充填物を形成した。又、スリット内が大気圧よりも高くなるように、実施例１と同様にスリット内にＡｒを供給しながら鋳造した。用いた浸漬ノズル材質は実施例１と同一である。但し、本実施例ではスリットの設置範囲を、浸漬ノズル上端から５０ｍｍまでの範囲、ないしは浸漬ノズル上端から５００ｍｍの範囲まで６水準に変更した。但し、浸漬ノズルの上端から２０ｍｍ下方の位置まではスリットを設置していない。又、比較のために、スリットが設置されていない浸漬ノズルによる鋳造も実施した。
【００５２】
３００トン／ヒートを６ヒート連続して鋳造後、使用後の浸漬ノズルを回収してスラグライン部の内側に付着した付着層厚みを鋳型幅方向位置及びそれと直角方向位置の４ケ所の付着層厚みを測定し、その平均値を付着層厚みとした。鋳造鋼種は極低炭素ＡＩキルド鋼（Ｃ：０．００１５〜０．００２５mass％、Ｓｉ：ｔｒ、Ｍｎ：０．１５〜０．２２mass％、Ａｌ：０．０３〜０．０５mass％）で、スラブ幅は１０５０〜１２５０ｍｍの範囲であった。鋳片引き抜き速度は２．２〜２．６ｍ／ｍｉｎであった。
【００５３】
図５にスリットの設置範囲即ち充填物の設置長さとＡｌ2 Ｏ3 の付着厚みとの関係を示す。図５から明らかなように、浸漬ノズルの上端から１００ｍｍ下方の位置までに充填物が配置されれば、Ａｌ2 Ｏ3 付着厚みが減少することが分かった。これは、浸漬ノズル内に浸透したＭｇガスが、溶鋼流れに乗って下流側に運ばれるためにスラグライン部のＡｌ2 Ｏ3 付着厚みが減少した結果であり、充填物の設置範囲を過剰に長くする必要がないことを表している。又、浸漬ノズルではスライディングノズルとの接合部直下位置が最も減圧状態にあり、この部分に充填物を設置したことで浸漬ノズルを透過する大気が減少することも原因している可能性がある。
【００５４】
［実施例３］
図２及び図３に示す連続鋳造設備を用い、浸漬ノズル側壁の肉厚中心部付近に１〜２ｍｍ厚み程度のスリットを吐出孔直上まで設け、実施例１と同一サイズのマグネシアクリンカー粉末、黒鉛粉末及び金属Ａｌ粉末を使用して、実施例１と同一配合比率で充填物を形成した。用いた浸漬ノズル材質は実施例１と同一である。但し、本実施例ではスリット内のＡｒ圧力と大気圧との差を０〜７５ｋＰａの範囲で８水準に変更した。
【００５５】
３００トン／ヒートを６ヒート連続して鋳造後、使用後の浸漬ノズルを回収してスラグライン部の内側に付着した付着層厚みを鋳型幅方向位置及びそれと直角方向位置の４ケ所の付着層厚みを測定し、その平均値を付着層厚みとした。鋳造鋼種は低炭素ＡＩキルド鋼（Ｃ：０．０４〜０．０５mass％、Ｓｉ：ｔｒ、Ｍｎ：０．１〜０．２mass％、Ａｌ：０．０３〜０．０４mass％）であり、スラブ幅は９５０〜１２００ｍｍの範囲であった。鋳片引き抜き速度は２．２〜２．８ｍ／ｍｉｎであった。
【００５６】
図６に、スリット内のＡｒ圧力と大気圧との差とＡｌ2 Ｏ3 の付着厚みとの関係を示す。図６の縦軸は浸漬ノズル内径の変化を示しており、内径が拡大することは浸漬ノズル内壁の溶損を表し、一方、内径が減少することはＡｌ2 Ｏ3 が付着したことを表している。図６から明らかなように、スリット内のＡｒ圧力と大気圧との差が５〜５５ｋＰａの範囲ではＡｌ2 Ｏ3 付着量が少ないことが分かった。これに対して、圧力差が６０ｋＰａ以上になると浸漬ノズル内壁の溶損が発生し、又、圧力差が０の場合にはＡｌ2 Ｏ3 付着が発生した。
【００５７】
【発明の効果】
本発明によれば、浸漬ノズル内壁面でのＡｌ2 Ｏ3 付着層の成長を抑制することができ、Ａｌ2 Ｏ3 による浸漬ノズルの閉塞を防止することが可能となる。その結果、鋳造可能時間を飛躍的に延長させることができると同時に、浸漬ノズル内壁から剥離する粗大化したＡｌ2 Ｏ3 に起因する鋳片の大型介在物性の欠陥、並びに、浸漬ノズルの閉塞による鋳型内溶鋼の偏流に起因するモールドパウダー性の欠陥を大幅に削減することができ、工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｌ2 Ｏ3 付着機構を解明するために行った基礎実験の概略図である。
【図２】本発明の実施の形態の例を示す図で、連続鋳造設備の鋳型部の正面縦断面の概略図である。
【図３】本発明による浸漬ノズルの拡大図である。
【図４】実施例１における調査結果を示す図である。
【図５】実施例２における調査結果を示す図である。
【図６】実施例３における調査結果を示す図である。
【符号の説明】
１  鋳型
４  タンディッシュ
５  スライディングノズル
６  浸漬ノズル
７  スリット
８  充填物
９  吐出孔
１０  スラグライン部
１１  ガス導入管
１２  溶鋼
１７  上ノズル
２２  高周波溶解炉
２３  チャンバー
２７  試験片保持具
２８  試験片
【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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