JP2004255407A

JP2004255407A - 鋼の連続鋳造用ノズル

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Publication number: JP2004255407A
Application number: JP2003047889A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Takai; 政道高井; Masanori Ogata; 昌徳小形; Chikasuke Inoue; 慎祐井上; Yukio Okawa; 幸男大川
Original assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Current assignee: Shinagawa Refractories Co Ltd
Priority date: 2003-02-25
Filing date: 2003-02-25
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-25
Also published as: JP4266312B2

Abstract

【課題】流量制御により発生する“ノズル内から吐出孔部までの溶鋼の偏流”を防止し、さらに、ノズル内孔部の特に突起間にアルミナが付着することを抑制することができる、鋼の連続鋳造用ノズルを提供する。
【解決手段】鋼の鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部に、溶鋼流通方向に対して平行及び垂直のいずれの方向にも不連続であって、高さＨが２〜１５ｍｍの独立した複数の突起部（２）を配設した鋳造用ノズルにおいて、溶鋼流通方向に対して垂直な面上における突起部の最大ベース部長さＬが、（πＤ／２）−１０ｍｍ以下［Ｄ：ノズルの内径（直径）（ｍｍ）］であり、溶鋼流通方向に対して平行な方向における突起部（２）のベース間の間隔Ｅが、少なくとも２０ｍｍ以上である、鋼の連続鋳造用ノズル。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造用ノズルに関し、特に、偏流および閉塞を防止することを特徴とする鋼の連続鋳造用ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造用ノズルとしては、浸漬ノズル，ロングノズル，タンディッシュノズル，セミイマージョンノズルなどが知られている。
鋼の連続鋳造用ノズルとして、“浸漬ノズル”を例に挙げて説明すると、この浸漬ノズルの使用目的は、タンディッシュ・モールド間をシールし、溶鋼の再酸化を防止すると共に、浸漬ノズルの吐出孔からの溶鋼流を制御し、かつモールド内に均一に溶鋼を供給し、操業の安定化，鋳片品質の向上を図ることにある。
【０００３】
浸漬ノズルを介して溶鋼をモールド内に供給する際、その流量制御方法としては、ストッパー方式とスライドプレート方式がある。
特に、スライドプレート方式では、２枚組あるいは３枚組の孔の開いたプレートの内の１枚を摺動させ、その孔の開度により流量を調節するものであるから、開度が小さいときには、浸漬ノズル内に偏流が発生しやすい。浸漬ノズル内に偏流が発生すると、各吐出孔からの吐出流量が不均一となり、モールド内に偏流が発生し、鋳片品質が低下する。そのため、鋳片品質の向上を図るためには、浸漬ノズル内の偏流を防止することが重要である。
【０００４】
この浸漬ノズル内の偏流を防止する技術としては、内孔部の形状を改善する方法がある。例えば、「溶鋼流通孔に複数の段差部を設けた浸漬ノズル（特許文献１：実公平７−２３０９１号公報）」、「溶融金属導入部分に絞り部を設け、該絞り部より吐出孔までの間を流速緩和部とした浸漬ノズル（特許文献２：特許第３０５０１０１号公報）」、「ノズル孔の内面に、断面円弧状をなす波形の襞が溶湯の流れる方向へ４山以上連ねて設けられ、該襞は山から山までの間隔が４〜２５ｃｍで、山から谷までの深さが０．３〜２ｃｍである連続鋳造用浸漬ノズル（特許文献３：特開平６−２６９９１３号公報）」といった“環状突起を配設すること”が提案されている。
【０００５】
また、「内壁にらせん状の溝または突起を設けた鋳造用ノズル（特許文献４：特開昭５７−１３０７４５号公報）」、「内壁に、好ましくは２重または３重のらせんを設けた浸漬ノズル（特許文献５：特開平１１−４７８９６号公報）」等の“らせん状の突起を配設すること”が提案されている。さらに、「溶融金属の流通路表面に半球状の凹凸部を形成したノズル（特許文献６：特開昭６２−８９５６６号公報）」も提案されている。
【０００６】
【特許文献１】
実公平７−２３０９１号公報（請求項１〜４）
【特許文献２】
特許第３０５０１０１号公報（請求項１〜１０）
【特許文献３】
特開平６−２６９９１３号公報（請求項１）
【特許文献４】
特開昭５７−１３０７４５号公報（特許請求の範囲）
【特許文献５】
特開平１１−４７８９６号公報（請求項１〜６）
【特許文献６】
特開昭６２−８９５６６号公報（特許請求の範囲）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
ノズル内孔部の形状に着目した前記従来技術では、部分的に乱流を生じさせ、溶鋼流の偏流を防止する効果がある程度は期待できる。
しかし、Ａｌキルド鋼などを鋳造する際、突起部の配設方法によっては、浸漬ノズルの溶鋼流通孔部に配設した突起部と突起部の間隙に、アルミナを主体とした非金属介在物（以下、本明細書において、単に“アルミナ”という）が付着堆積するという問題があった。アルミナが付着し、突起間を埋めてしまうと、突起部を配設した効果が消滅し、偏流防止効果がなくなってしまうと同時に、内孔部の有効断面積を縮小してしまうため、所定のスループット（単位時間当りに通過する溶鋼量）を確保できなくなり、操業不能に陥るといった欠点があった。
【０００８】
本発明は、上記従来技術の欠点，問題点に鑑み成されたものであって、その目的とするところは、流量制御により発生する“ノズル内から吐出孔部までの溶鋼の偏流”を防止し、さらに、ノズル内孔部の特に突起間にアルミナが付着することを抑制することができる、鋼の連続鋳造用ノズルを提供することである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、即ち、ノズル内孔部の偏流を抑制し、かつアルミナ付着を防止するため、本発明に係る鋳造用ノズルは、
「鋼の鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部に、溶鋼流通方向に対して平行及び垂直のいずれの方向にも不連続であって、高さＨが２〜１５ｍｍの独立した複数の突起部を配設してなる鋳造用ノズルにおいて、
溶鋼流通方向に対して垂直な面上における突起部の最大ベース部長さＬが、
（πＤ／２）−１０ｍｍ以下［Ｄ：ノズルの内径（直径）（ｍｍ）］であり、溶鋼流通方向に対して平行な方向における突起部のベース間の間隔Ｅが、少なくとも２０ｍｍ以上であることを特徴とする鋼の連続鋳造用ノズル。」
を要旨とする。
【００１０】
そして、上記のように「溶鋼流通方向に対して垂直な面上（横方向）における突起部の最大ベース部長さＬが、（πＤ／２）−１０ｍｍ以下」とすることで、ノズル内孔部の乱流発生効果を促進することが出来る。さらに、「溶鋼流通方向に対して平行な方向（縦方向）における突起のベース部の間隔Ｅが、少なくとも２０ｍｍ以上」とすることで、突起部直下の淀み部を解消し、突起間へのアルミナの付着を防止することが出来る。
その結果、本発明に係る鋳造用ノズルによれば、実機操業中に、ノズル内孔部の偏流及びアルミナ閉塞を抑制し得るため、安定操業や鋳片品質の向上に寄与することが出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る鋳造用ノズルの実施の形態について説明するが、それに先立って、本発明で奏する作用効果を含めて、本発明をさらに詳細に説明する。
【００１２】
本発明に係る鋳造用ノズルは、閉塞することなく偏流を防止するために、前記したとおり、鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部に、高さＨが２〜１５ｍｍの突起部（独立した複数の突起）を配設する場合において、溶鋼流通方向に対して垂直方向（横方向）と平行方向（縦方向）での“突起の配設状態”を特定したものである。
【００１３】
溶鋼流通方向に対して垂直な面上（横方向）においては、突起の最大ベース部長さＬが「（πＤ／２）−１０ｍｍ以下」であることを特徴とする。これは、例えば二つの突起部を、溶鋼流通方向に対して垂直な面上（横方向）に対面して配設する際、その二つの突起の間には、少なくとも１０ｍｍの間隙があった方が、より乱流を発生させ、整流効果を引き出すものであるからであり、好ましくは「（πＤ／２）−２０ｍｍ以下」である。
すなわち、環状の突起では、乱流を発生させる効果を発現しがたく、溶鋼流通方向に対して垂直な面上（横方向）において、不連続な突起であることが重要である。
【００１４】
次に、溶鋼流通方向に対して平行な方向（縦方向）では、突起のベース間の間隔Ｅは、少なくとも２０ｍｍ以上、すなわち、最短な部位でも２０ｍｍ以上であることを特徴とする。
溶鋼流通方向に対して平行な方向（縦方向）の突起間の間隔Ｅは、突起の高さＨが１５ｍｍまでの範囲では、間隔Ｅが２０ｍｍ以上確保されていれば、この突起間に淀み部が発生することもなく、したがって、この突起間にアルミナが付着することもない。溶鋼流通方向に対して平行な方向の突起間の間隔Ｅは、２５ｍｍ以上が好ましく、より好ましくは３０ｍｍ以上である。
【００１５】
なお、本発明に係る鋳造用ノズルにおいて、前記したとおり、鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部に、高さＨが２〜１５ｍｍの突起部（独立した複数の突起）を配設することを前提とする。ノズルの内孔部に配設する突起部の高さＨが２ｍｍ未満では、整流効果が乏しく、また、スループットを確保するためには、突起の高さは１５ｍｍ以下であることが好ましい。
【００１６】
ここで、前記“従来の技術”の項で挙げた先行技術と本発明とを対比することで、本発明を更に詳細に説明する。
本発明に関連する“流量制御により発生するノズル内から吐出孔部までの溶鋼の偏流を防止する技術”としては、前掲の特許文献１（実公平７−２３０９１号公報）で、「溶鋼流通孔に複数の段差部を設けた浸漬ノズル」が開示されている。また、前掲の特許文献２（特許第３０５０１０１号公報）には、「溶融金属導入部分に絞り部を設け、該絞り部より吐出孔までの間を流速緩和部とした浸漬ノズル」、さらに、前掲の特許文献３（特開平６−２６９９１３号公報）には、「ノズル孔の内面に、断面円弧状をなす波形の襞が溶湯の流れる方向へ４山以上連ねて設けられ、該襞は山から山までの間隔が４〜２５ｃｍで、山から谷までの深さが０．３〜２ｃｍである連続鋳造用浸漬ノズル」が開示されている。しかし、これらの先行技術では、環状突起であるがゆえに、ノズル内管を流下する溶鋼を左右に散らす効果は期待できず、その結果、完全な偏流の防止は期待出来ない。
【００１７】
前掲の特許文献４：特開昭５７−１３０７４５号公報には「内壁にらせん状の溝または突起を設けた鋳造用ノズル」が開示されおり、また、前掲の特許文献５：特開平１１−４７８９６号公報には「内壁に、好ましくは２重または３重のらせんを設けた浸漬ノズル」が開示されている。こうした螺旋状の突起も、上述の環状突起と同様、ノズル内管を流下する溶鋼を左右に散らす効果は期待できず、その結果、完全な偏流の防止は期待出来ない。
【００１８】
前掲の特許文献６：特開昭６２−８９５６６号公報には「溶融金属の流通路表面に半球状の凹凸部を形成したノズル」が開示されている。これは、凹凸半径がＲ＝２〜９ｍｍで、凹凸部の耐火物内全流路面積に対する比率は７〜４０％程度が好ましいとあり、また、浸漬ノズルの実施例においては、半球状の凹部と凸部を交互に多数形成したものが開示されている。
しかしながら、凸部と凸部の間隔についての具体的な記載がなく、突起部の間隔が狭いと、ここに淀み部が生じ、アルミナが付着するものと考えられる。
【００１９】
つまり、従来の技術では、『鋼の鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部に、高さが２〜１５ｍｍの突起部を配設し、ノズル溶鋼流通孔部を流下する溶鋼を整流化させる場合において、溶鋼流通方向に対して垂直な面上（横方向）における突起部の最大ベース部長さＬが「（πＤ／２）−１０ｍｍ以下」とすることで、突起に衝突した溶鋼を複雑に散らし、局部的に乱流を発生させ、全体的には整流化させることが出来る』という本発明の知見は得られていない。
更に、突起間にアルミナが付着することを防止するため、溶鋼流通方向に対して平行な方向（縦方向）の突起間の間隔を、最短な部位でも絶対値として２０ｍｍ以上確保したことに本発明の新規性がある。
【００２０】
次に、本発明の実施の形態について説明すると、本発明に係る鋳造用ノズルにおいて、突起の形状は、多面体状でも良いし、流線型や半球状でも良い。
また、本発明において、鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部には、６個以上の突起部を配設することが好ましい。突起部が５個以下では、溶鋼流通孔部を流下する溶鋼を整流化する効果が期待できず、偏流を引起し易い。
【００２１】
本発明における突起部は、鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部の全面または一部に配設することができ、その配設部位について限定するものではないが、特に、少なくとも浸漬部に配設するのが好ましい。
また、本発明において、突起部を配設する鋳造用ノズルとしては、浸漬ノズル，ロングノズル，タンディッシュ上下ノズル，セミイマージョンノズル，取鍋上下ノズル等を挙げることができ、いずれも本発明に包含されるが、このうち、特に“鋼の連続鋳造用浸漬ノズル”に適用するのが好ましい。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の実施例を比較例と共に挙げ、本発明を具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例１〜３によって限定されるものではない。
【００２３】
（実施例１、比較例１，２：図１参照）
本実施例１及びこれに対応する比較例１，２を、図１を参照して説明する。なお、図１は、溶鋼流通方向に平行な方向に縦割りにした図である。
内径φ８０ｍｍのアクリル製浸漬ノズル（１）に、高さＨ＝１０ｍｍ，溶鋼流通方向に対して垂直な方向（横方向）における最大ベース部の長さＬ＝３０ｍｍの楕円状突起部（２）を配設し、水モデル実験を行った。
本実施例１は、溶鋼流通方向に対して平行な方向（縦方向）における突起部と突起部のベース部の間隔Ｅを２０ｍｍとしたものである。一方、比較例１は、突起部（２）を配設しないストレートノズルであり、比較例２は、間隔Ｅ＝１０ｍｍ（本発明で特定する範囲外）で突起部（実施例１と同様、Ｈ＝１０ｍｍ，Ｌ＝３０ｍｍの楕円状突起部（２））を配設したものを用いた。
【００２４】
スループット：５ｓｔｅｅｌ・Ｔ／ｍｉｎ相当で、内孔部の水の流れを目視で確認した結果、実施例１は、突起部直下にも水が流れ、淀み部がないことが確認されたが、比較例２は、突起部直下には水が流れておらず、淀み部が存在していた。
【００２５】
続いて、実施例１および比較例１，２の最大スループットを測定した。これは、浸漬ノズルの上部に取付けているスライドバルブを全開にし、水を循環させるポンプ近傍にある流量調整バルブを調整することで、モールド内の水面を所定の高さ（吐出孔上端から上に２５０ｍｍの位置）に安定させ、この時の流量をフロート式流量計にて測定したものである。
【００２６】
結果は、ストレートノズルの比較例１が最大スループット：１２００Ｌ／ｍｉｎまで流れたのに対し、比較例２では８５０Ｌ／ｍｉｎしか流れなかった。
これに対して、実施例１では、１１５０Ｌ／ｍｉｎと、突起部を配設した影響が僅かに認められるが、実機操業上、影響が無い程度にとどまる事ができた。これは、実施例１は、Ｈ＝２０ｍｍと必要な間隔を確保していたため、突起部直下にも水が流れ、スループットを確保することが出来たのに対し、比較例２は、Ｈ＝１０ｍｍしかないため、突起部直下には水が流れず、つまり内孔そのものを全体的に縮径してしまったのと同じ状態になってしまったためと考えられる。なお、この比較例２のように、突起部直下に流体が流れないと、ここは淀み部となり、実機ではアルミナが付着するものと考えられる。
【００２７】
（実施例２，比較例３：図２参照）
本実施例２及びこれに対応する比較例３を、図２の（Ａ）〜（Ｄ）を参照して説明する。なお、図２は、溶鋼流通孔部に突起部を配設した他の例を示す図であって、そのうち、（Ａ）は実施例２を示し、（Ｃ）は実施例２に対する水モデル実験結果を示した図である。また、（Ｂ）は実施例２に対応する比較例３を示し、（Ｄ）は比較例３に対する水モデル実験結果を示した図である。
【００２８】
内径φ７０ｍｍのアクリル製浸漬ノズル（１）に、高さ：７ｍｍ，最大ベース部の長さ：６０ｍｍの突起部（２）を配設し、水モデル実験を行った。
本実施例２は、図２の（Ａ）に示したように、突起部（２）を６個配設したものである。一方、比較例３は、図２の（Ｂ）に示したように、突起部（２）を４個配設したものである。なお、図２（Ａ），（Ｂ）は、ノズルを縦に半割りした状態の図である。
【００２９】
水モデル実験について、図２の（Ｃ），（Ｄ）を参照して説明すると、その実験条件としては、スライドプレート（３）は３枚式で、中プレートをモールド長辺と平行に摺動させて流量を制御し、スループットは４ｓｔｅｅｌＴ／ｍｉｎ相当で行った。また、モールド内の水の流れが観察しやすいように、スライドプレート（３）の直上に設置した上ノズル（３）から空気を５Ｌ／ｍｉｎで吹き込んだ。
実施例２の結果を図２の（Ｃ）に、比較例３の結果を図２の（Ｄ）に示す。なお、図２の（Ｃ），（Ｄ）は、吐出孔から吐出されたモールド（５）内での水（７）の流れ（吐出流（６））を簡易的に図示したものである。
【００３０】
突起部（２）を６個配設した実施例２では、モールド（５）内の水（７）の流れ（吐出流（６））が、ほぼ左右均等で安定していたのに対し、突起部（２）を４個しか配設していない比較例３では、右側の吐出流（６）が左側より深く潜りこんでおり、偏流を解決できていないことが判る。この事実から、突起部（２）の配設数としては、６個以上が好ましいといえる。
【００３１】
（実施例３，比較例４：図３参照）
本実施例３およびこれに対応する比較例４は、溶鋼流通孔部に配設する突起部の、溶鋼流通方向に対して垂直面上における最大ベース部長さＬについて検討したものである。これを図３（溶鋼流通方向に対して垂直な面で切断したときの断面図）に基づいて説明する。（なお、以下に記載の符号「Ｈ，Ｗ，Ｅ」については、前掲の図１参照）
内径φ８０ｍｍのアクリル製浸漬ノズル（１）に、高さＨ＝５ｍｍ，溶鋼流通方向に対して平行な方向（縦方向）の長さＷ＝３０ｍｍの突起部（２）を、Ｅ＝３０ｍｍの間隔で１０個配設し、スループット：５ｓｔｅｅｌＴ／ｍｉｎ相当、上ノズルから空気を５Ｌ／ｍｉｎで吹き込んで、水モデル実験を行った。
【００３２】
図３に示したように、一断面当り２個の突起部（２）を有し、これがＥ＝３０ｍｍの間隔で５段あるから、合計で１０個となるのであるが、一段ごとに９０°円周方向にずらして配設した。
実施例３では、図３中のａ（溶鋼流通方向に対して垂直な方向での突起のベース間の間隔）を１０ｍｍとし、比較例４では、ａ＝５ｍｍとして実験を行った。
【００３３】
このａ部の水の流れを観察した結果、比較例４では、気泡が溜まり、水が流れていなかったのに対し、実施例３では、気泡が溜まることも無く、スムーズに水が流下していた。また、突起部（２）の配設による流体の整流効果については、上記実施例２の場合と同様、実施例３では、図２の（Ｃ）の如く、モールド内の流動は左右均等であったのに対し、比較例４では、図２の（Ｄ）の如く、左右の流動は不均一であった。
上記事実から、溶鋼流通孔部に配設する突起部の、溶鋼流通方向に対して垂直面上における最大ベース部長さＬは、（πＤ／２）−１０ｍｍ以下であったほうが、整流効果およびアルミナ付着防止の観点から、より好ましいといえる。
【００３４】
【発明の効果】
以上詳記したとおり、本発明に係る鋳造用ノズルは、鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部に突起部を配設する場合において、突起部間にアルミナが付着・堆積し、突起部の整流効果を減ずることを防止するために、溶鋼流通方向に対して垂直面上における突起部の最大ベース部長さＬを、（πＤ／２）−１０ｍｍ以下とし、溶鋼流通方向に対して平行な方向の突起間の間隔を、最短な部位でも２０ｍｍ以上確保したことを特徴とする。これにより、突起部の配設による整流効果を鋳造終了まで確実に維持することができ、操業の安定化や鋼の鋳片品質の向上に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】溶鋼流通孔部に突起部を配設した一例（実施例１）を示す図であって、溶鋼流通方向に平行な方向に縦割りにした図である。
【図２】溶鋼流通孔部に突起部を配設した他の例を示す図であって、そのうち、（Ａ）は実施例２を示し、（Ｃ）は実施例２に対する水モデル実験結果を示した図である。また、（Ｂ）は実施例２に対応する比較例３を示し、（Ｄ）は比較例３に対する水モデル実験結果を示した図である。
【図３】溶鋼流通孔部に突起部を配設したその他の例（実施例３）を示す図であり、溶鋼流通方向に対して垂直な方向での切断面図である。
【符号の説明】
（１）浸漬ノズル
（２）突起部
（３）上ノズル
（４）スライドプレート
（５）モールド
（６）吐出流
（７）水
Ｈ突起部の高さ
Ｗ溶鋼流通方向に対して平行な方向（縦方向）における突起部のベース長さ
Ｌ溶鋼流通方向に対して垂直な面上（横方向）における突起部の最大ベース長さ
Ｅ溶鋼流通方向に対して平行な方向（縦方向）における突起部のベース間の間隔
ａ溶鋼流通方向に対して垂直な方向（横方向）における突起部のベース間の間隔

Claims

鋼の鋳造用ノズルの溶鋼流通孔部に、溶鋼流通方向に対して平行及び垂直のいずれの方向にも不連続であって、高さＨが２〜１５ｍｍの独立した複数の突起部を配設してなる鋳造用ノズルにおいて、
溶鋼流通方向に対して垂直な面上における突起部の最大ベース部長さＬが、（πＤ／２）−１０ｍｍ以下［Ｄ：ノズルの内径（直径）（ｍｍ）］であり、溶鋼流通方向に対して平行な方向における突起部のベース間の間隔Ｅが、少なくとも２０ｍｍ以上であることを特徴とする鋼の連続鋳造用ノズル。
前記溶鋼流通孔部に、６個以上の突起部を配設することを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造用ノズル。
前記鋳造用ノズルは、鋼の連続鋳造用浸漬ノズルであることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の鋼の連続鋳造用ノズル。