(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下部プレートを摺動させて溶鋼の量を制御するスライディングノズル装置の下部ノズルと連鋳ノズルとの接合構造であって、
前記連鋳ノズルは、溶鋼が通過する内孔の上部に上方に向かって拡径するテーパ部を備え、
前記下部ノズルは、下部ノズル本体の外周を被覆するメタルケースを備え、
前記メタルケースの外周側最下端及び前記下部ノズル本体の下端部外面と接する直線と前記内孔の中心軸とが成す鋭角は、前記テーパ部のテーパを延長した延長線と前記中心軸とが成す鋭角以上であり、
前記連鋳ノズルと該メタルケースは、直接または目地材を介して接している
ことを特徴とする接合構造。
【請求項２】
下部プレートを摺動させて溶鋼の量を制御するスライディングノズル装置の下部ノズルと連鋳ノズルとの接合構造であって、
前記連鋳ノズルは、溶鋼が通過する内孔の上部に上方に向かって拡径する凹状の円弧部を備え、
前記下部ノズルは、下部ノズル本体の外周を被覆するメタルケースを備え、
前記メタルケースの外周側最下端及び前記下部ノズル本体の下端部外面と接する直線と前記内孔の中心軸とが成す鋭角は、前記円弧部の上端及び下端と接する直線と前記中心軸とが成す鋭角以上であり、
前記連鋳ノズルと該メタルケースは、直接または目地材を介して接している
ことを特徴とする接合構造。
【請求項３】
下部プレートを摺動させて溶鋼の量を制御するスライディングノズル装置の下部ノズルであって、
下部ノズル本体と、
前記下部ノズル本体の外周を被覆するメタルケースと
を具備し、
前記メタルケースの外周側最下端及び前記下部ノズル本体の下端部外面と接する直線と溶鋼が通過する内孔の中心軸とが成す鋭角は、接合する連鋳ノズルの内孔の上部に形成された上方に向かって拡径するテーパ部のテーパを延長した延長線と前記中心軸とが成す鋭角以上であり、前記メタルケースを前記連鋳ノズルと接しさせて該連鋳ノズルと接合する
ことを特徴とする下部ノズル。
【請求項４】
下部プレートを摺動させて溶鋼の量を制御するスライディングノズル装置の下部ノズルであって、
下部ノズル本体と、
前記下部ノズル本体の外周を被覆するメタルケースと
を具備し、
前記メタルケースの外周側最下端及び前記下部ノズル本体の下端部外面と接する直線と溶鋼が通過する内孔の中心軸とが成す鋭角は、接合する連鋳ノズルの内孔の上部に形成された上方に向かって拡径する凹状の円弧部の上端及び下端と接する直線と前記中心軸とが成す鋭角以上であり、前記メタルケースを前記連鋳ノズルと接しさせて該連鋳ノズルと接合する
ことを特徴とする下部ノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、下部ノズル及び下部ノズルの接合構造に関し、特に、下部ノズルの亀裂発生を防止することが可能な下部ノズル及び下部ノズルの接合構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
取鍋やタンディッシュには、２枚若しくは３枚のスライディングノズルプレートを摺動させて溶鋼の流量を制御するスライディングノズル装置（以下、「ＳＮ装置」という）が設置されており、ＳＮ装置の下部ノズルには、ロングノズルや浸漬ノズルなどの連鋳ノズルが接合している。
【０００３】
そして、図５(ａ)に示すように、上部プレート１０１と下部プレート１０２を用いる２枚式のＳＮ装置１００では、下部プレート１０２を摺動させることで溶鋼の流量を制御しており、下部ノズル１０３を介して下部プレート１０２と接続する連鋳ノズル１１０は、当該連鋳ノズル１１０を支持する支持アーム（図示しない）がＳＮ装置１００の摺動に合わせて動作することで、ＳＮ装置１００の摺動に合わせて移動するように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００３−１１７６３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載されるように、連鋳ノズル１１０の上部は凹状に形成されている。また、下部ノズル１０３のノズル本体１０４は、下方に向かって凸状に形成され、ノズル本体１０４の外周面は、使用中の亀裂による割れや亀裂からの空気の巻き込みを防止するため、メタルケース１０５で覆われている。そして、図５(ｂ)に示すように、下部ノズル１０３のノズル本体１０４と連鋳ノズル１１０とを直接、若しくはモルタルなどの目地材（図示しない）を介して接合させて、大気の侵入などを防止している。
【０００５】
一方、ＳＮ装置の摺動は、直線方向の動作であるのに対して、連鋳ノズルを保持する支持アームの動作は、円弧状の動作であり、ＳＮ装置の摺動と支持アームの動作をリンクさせるものの、ＳＮ装置の摺動と連鋳ノズルの移動を完全に一致させることは困難である。
【０００６】
このため、ＳＮ装置の摺動と連鋳ノズルの移動とにズレが生じると、連鋳ノズルが受けた外力が下部ノズルに伝播し、下部ノズル本体１０４の下端欠けや、図５(ｃ)に点線で示すように亀裂が誘発されたり、当該亀裂が拡大することがあった。
【０００７】
そこで、本発明では、連鋳ノズルが受ける外力が伝播して発生する亀裂を抑制することが可能な下部ノズル及び下部ノズルの接合構造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】
【０００８】
本発明は、下部プレートを摺動させて溶鋼の量を制御するスライディングノズル装置の下部ノズルと連鋳ノズルとの接合構造であって、前記連鋳ノズルは、溶鋼が通過する内孔の上部に上方に向かって拡径するテーパ部を備え、前記下部ノズルは、下部ノズル本体の外周を被覆するメタルケースを備え、前記メタルケースの外周側最下端及び前記下部ノズル本体の下端部外面と接する直線と前記内孔の中心軸とが成す鋭角は、前記テーパ部のテーパを延長した延長線と前記中心軸とが成す鋭角以上であり、前記連鋳ノズルと該メタルケースは、直接または目地材を介して接していることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、下部プレートを摺動させて溶鋼の量を制御するスライディングノズル装置の下部ノズルと連鋳ノズルとの接合構造であって、前記連鋳ノズルは、溶鋼が通過する内孔の上部に上方に向かって拡径する凹状の円弧部を備え、前記下部ノズルは、下部ノズル本体の外周を被覆するメタルケースを備え、前記メタルケースの外周側最下端及び前記下部ノズル本体の下端部外面と接する直線と前記内孔の中心軸とが成す鋭角は、前記円弧部の上端及び下端と接する直線と前記中心軸とが成す鋭角以上であり、前記連鋳ノズルと該メタルケースは、直接または目地材を介して接していることを特徴とする。
【００１０】
次に、本発明は、下部プレートを摺動させて溶鋼の量を制御するスライディングノズル装置の下部ノズルであって、下部ノズル本体と、前記下部ノズル本体の外周を被覆するメタルケースとを具備し、前記メタルケースの外周側最下端及び前記下部ノズル本体の下端部外面と接する直線と溶鋼が通過する内孔の中心軸とが成す鋭角は、接合する連鋳ノズルの内孔の上部に形成された上方に向かって拡径するテーパ部のテーパを延長した延長線と前記中心軸とが成す鋭角以上であり、前記メタルケースを前記連鋳ノズルと接しさせて該連鋳ノズルと接合することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、下部プレートを摺動させて溶鋼の量を制御するスライディングノズル装置の下部ノズルであって、下部ノズル本体と、前記下部ノズル本体の外周を被覆するメタルケースとを具備し、前記メタルケースの外周側最下端及び前記下部ノズル本体の下端部外面と接する直線と溶鋼が通過する内孔の中心軸とが成す鋭角は、接合する連鋳ノズルの内孔の上部に形成された上方に向かって拡径する凹状の円弧部の上端及び下端と接する直線と前記中心軸とが成す鋭角以上であり、前記メタルケースを前記連鋳ノズルと接しさせて該連鋳ノズルと接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明では、耐火物である下部ノズル本体ではなく、メタルケースが連鋳ノズルと接するので、連鋳ノズルが受けた外力が下部ノズル本体に直接伝播せず、下部ノズルの亀裂発生を抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に示す本発明を実施するための形態は、本発明の具体的態様の一例であり、当該形態に限定されるものではない。
【００１４】
図１(ａ)は、下部ノズルと連鋳ノズルとが接合した状態で溶鋼が通過する内孔の軸に沿って当該ノズルを切断した、本発明に係る下部ノズルと連鋳ノズルの接合構造の一例を示す断面図である。
【００１５】
同図に示すように本発明の接合構造に用いられる下部ノズル１０は、耐火物である下部ノズル本体１１と、下部ノズル本体１１の外周を覆うメタルケース１２とで構成され、下部ノズル本体１１とメタルケース１２との間には、モルタルなどの充填材１３が充填されている。
【００１６】
そして、接合部の拡大図を同図（ｂ）に示すように、本発明に係る接合構造では、下部ノズル本体１１の外周を被覆するメタルケース１２と、連鋳ノズル２０とが直接、若しくは目地材（図示しない）を介して接触することによって、下部ノズル１０と連鋳ノズル２０とが接合している。
【００１７】
ここで、連鋳ノズル２０の頭部のテーパ部２１が内孔の中心軸３０と成す鋭角をａ、メタルケース１２の外周最下端部１４から下部ノズル本体１１の下端部外面１５に延びる直線３１が内孔の中心軸３２と成す鋭角をｂとすると、ｂ≧ａである。
【００１８】
また、下部ノズル本体１１の外周最下端部が円弧形状の場合は、図１(ｃ)に示すように、円弧形状部１６及びメタルケースの外周最下端部１４と接する直線３３が内孔の中心軸３２と成す鋭角をｂ´とすると、ｂ´≧ａである。
【００１９】
鋭角ｂ、ｂ´が鋭角ａより広い（ｂ、ｂ´＞ａ）と、連鋳ノズル２０の頭部にメタルケース１２が接し、下部ノズル本体１１は、連鋳ノズル２０に接しないため、連鋳ノズル２０が受けた外力が下部ノズル本体１１に直接伝播せず、下部ノズルの亀裂発生が抑えられる。
【００２０】
一方、鋭角ｂ、ｂ´と鋭角ａが等しい（ｂ、ｂ´＝ａ）と、下部ノズル本体１１とメタルケース１２の両者が連鋳ノズル２０の頭部に接し、連鋳ノズル２０から下部ノズル本体１１に直接伝播する外力が減少することから、下部ノズルの亀裂発生が抑えられる。さらに、下部ノズル本体１１及びメタルケース１２の両者で接合することによって、耐火物（下部ノズル本体１１）のみで接合する従来の接合構造に比べてシール性は向上する。
【００２１】
なお、下部ノズル本体１１やメタルケース１２と連鋳ノズル２０との間には、モルタル、ジョイントシール材、セラミックスシートなど、またはセラミックスシートとモルタル、ジョイントシール材の併用など、緩衝材となるものを設置することが望ましい。メタルケース１２と連鋳ノズル２０が直接接合すると、連鋳ノズル頭部の亀裂を誘発させる恐れがあり、メタルケース１２が変形する可能性もあるからである。さらに、目地材など、シール材となるものを接合部位近傍に用いることが望ましい。外気流入による溶鋼汚染、耐火物酸化による組織劣化を引き起こす可能性があるからである。
【００２２】
また、下部ノズルのメタルケースと接する箇所まで、連鋳ノズルの頭部をメタルケースで覆い、メタルケース同士で接合する構成としてもよい。メタルケース同士を接触させることによって、耐火物への物理的影響が軽減され、下部ノズルの亀裂発生が抑えられる。この際、メタルケースが溶鋼と接触しないように、内孔側を目地材で覆う必要がある。
【００２３】
図２は、下部ノズルの他の形状の一例を示す図である。同図(ａ)に示すように、メタルケースよりも先の下部ノズル下端をテーパ形状としてもよく、当該形状では、テーパ形状先端の下端部外面１５及びメタルケースの外周最下端部１４と接する直線３１が内孔の中心軸３２と成す鋭角ｂが、連鋳ノズルの頭部のテーパ部が内孔の中心軸と成す鋭角ａ以上であればよい。
【００２４】
また、図２(ｂ)に示すように、下部ノズル下端のテーパ形状に沿ってメタルケースの下端を伸ばしてもよく、当該形状では、テーパ形状先端の下端部外面１５及び下部ノズルのテーパ形状に沿って伸びたメタルケースの外周最下端部１４と接する直線３１が、内孔の中心軸３２と成す鋭角ｂが、連鋳ノズルの頭部のテーパ部が内孔の中心軸と成す鋭角ａ以上であればよい。
【００２５】
ここで、連鋳ノズル２０の頭部の内孔形状としては、例えば、図２(ｃ)に示すように、上端から内孔まで続くテーパ形状や、テーパ形状の下方に水平な水平部２２を設けた形状など、任意の形状を用いることが可能であり、図３(ａ)に示すように、テーパ形状に代えて、内孔外側に向けて広がる凹状の円弧形状に形成してもよい。
【００２６】
連鋳ノズル頭部の内孔側の形状を円弧形状とした場合には、図３(ｂ)に示すように、下部ノズル本体１１の下端部外面１５及びメタルケース１２の外周最下端部１４と接する直線３１が内孔の中心軸３２と成す鋭角ｂが、円弧の上端２３及び下端２４と接する直線３３が内孔の中心軸３０と成す鋭角ａ以上であればよい。
【実施例】
【００２７】
本実施例では、図１に示すように、アルミナ・カーボン系の耐火物である下部ノズル本体１１の外周をメタルケース１２で被覆し、下部ノズル本体１１とメタルケース１２との間にモルタル１３を充填した下部ノズル１０を取鍋のスライディングノズル装置（図示しない）に取り付け、連鋳ノズル２０のテーパ部２１に目地材（図示しない）を介して下部ノズル本体１１及びメタルケース１２を接しさせて接合させた。
【００２８】
そして、容量５０ｔの取鍋１杯の溶鋼を溶出させることを１チャージとして、溶鋼を５チャージ溶出させて、下部ノズルの下端欠けや亀裂の発生を目視によって検証した。
【００２９】
また、比較例として、下部ノズルのメタルケース下端の位置を実施例に比べて上方に位置させ、下部ノズル本体のみをロングノズルと接しさせた点を除いて、実施例と同様の構成とした従来の接合構造を用いて、実施例と同様に下部ノズルの下端欠けや亀裂の発生を評価した。
【００３０】
下部ノズル２０本のうち、比較例では、３本で亀裂の発生が確認されたのに対して、実施例では、亀裂の発生が確認されなかった。
【００３１】
なお、下部ノズルは、長さ２４０ｍｍ、上端大径部直径１５０ｍｍ、下端小径部直径１１０ｍｍ、内孔直径５０ｍｍである。また、メタルケースは、厚さ１.２ｍｍであり、下端の位置は、実施例では、下部ノズル本体下端から１０ｍｍ上方、比較例では、下部ノズル本体下端から２０ｍｍ上方である。
【００３２】
次に、図４（ａ）左側に示すように、実施例における下部ノズル１０の連鋳ノズルが接触する位置に剛体４０を接触させ、この剛体４０に０.５ｍｍの強制変位を与え、ＦＥＭ(Finite Element Method)解析を行った。また、比較例における下部ノズルについても、図４（ｂ）左側に示すように、剛体４０を接触させ、同様にＦＥＭ解析を行った。解析結果を図４(ａ)、(ｂ)の右側に示す。
【００３３】
下部ノズル本体と剛体とが接し、メタルケースを剛体と接しさせない比較例では、図４(ｂ)に示すように、下部ノズル本体に大きな応力（最大８.６ＭＰａ）が発生しているのに対し、メタルケースを剛体と接しさせる実施例では、図４(ａ)に示すように、比較例に比べて下部ノズル本体に発生する応力が大きく低下している（最大２.３ＭＰａ）ことが確認された。
【００３４】
このように本発明では、取鍋での実績やＦＥＭ解析の結果から明らかなように、下部ノズル本体に対して働く外部からの応力が抑えられ、下部ノズル本体の下端割れや亀裂発生を抑えることができる。
【００３５】
従って、下部ノズルの寿命が向上すると共に、トラブルの発生確率が低下し、さらに、下部ノズルの寿命向上によって産業廃棄物の減少が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る接合構造の一例を示す断面図である。
【図２】本発明に係る下部ノズルの形状の一例を示す断面図である。
【図３】本発明に係る下部ノズルの形状の一例を示す断面図である。
【図４】ＦＥＭ解析の解析結果を示す図である。
【図５】従来の接合構造の一例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００３７】
１０…下部ノズル、１１…下部ノズル本体、１２…メタルケース、１３…充填材、１４…メタルケース外周最下端部、１５…下部ノズル本体下端部、１６…円弧形状部、２０…連鋳ノズル、２１…テーパ部、２２…水平部、２３…円弧上端、２４…円弧下端、３０、３２…中心軸、３１、３３…直線、４０…剛体、１００…ＳＮ装置、１０１…上部プレート、１０２…下部プレート、１０３…下部ノズル、１０４…下部ノズル本体、１０５…メタルケース、１１０…連鋳ノズル。
【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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