JP2017192982A - ノズル - Google Patents
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Abstract
【課題】溶鋼中の介在物と反応して低融点物質を形成することにより、ノズル閉塞現象を抑制又は防止できるノズルの提供。
【解決手段】鋳造用ノズルであって、溶鋼が移動可能な内孔部４２を有し、溶鋼が内孔部４２の外側に移動可能な吐出口４５が形成されたノズル胴体４１を備え、ノズル胴体４１は、溶鋼が移動可能な内孔部４２を有する上部胴体４１ａと、上部胴体４１ａの下部に配設され、溶鋼が内孔部４２の外側に移動可能な吐出口４５が形成された下部胴体４１ｃと、上部胴体４１ａと下部胴体４１ｃとの間に配設され、内孔部４２及び吐出口４５を連通させる流路が形成された中間胴体４１ｂと、を備え、下部胴体４１ｃは、灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛（Ｃ）を含む主成分と、バインダを含む第１の耐火組成物と、を含む鋳造ノズル。
【選択図】図３
【解決手段】鋳造用ノズルであって、溶鋼が移動可能な内孔部４２を有し、溶鋼が内孔部４２の外側に移動可能な吐出口４５が形成されたノズル胴体４１を備え、ノズル胴体４１は、溶鋼が移動可能な内孔部４２を有する上部胴体４１ａと、上部胴体４１ａの下部に配設され、溶鋼が内孔部４２の外側に移動可能な吐出口４５が形成された下部胴体４１ｃと、上部胴体４１ａと下部胴体４１ｃとの間に配設され、内孔部４２及び吐出口４５を連通させる流路が形成された中間胴体４１ｂと、を備え、下部胴体４１ｃは、灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛（Ｃ）を含む主成分と、バインダを含む第１の耐火組成物と、を含む鋳造ノズル。
【選択図】図３
Description
本発明は、ノズルに係り、より詳しくは、溶鋼中の介在物と反応して低融点物質を形成することにより、閉塞を抑止することができるノズルに関する。
通常の連続鋳造工程は、取鍋に収容された溶鋼をタンディッシュに注入し、タンディッシュに注入された溶鋼をモールドに連続して注入して溶鋼を１次的に冷却した後、１次的に冷却された鋳片の表面に冷却水を散布して２次的に冷却することにより溶鋼を凝固させて鋳片を製造する工程である。このとき、タンディッシュに収容された溶鋼をモールド内に供給する過程において、溶鋼は、タンディッシュの出湯口に設けられたゲート若しくはストッパにより出湯が断続され、浸漬ノズルを介してモールド内に供給される。
溶鋼の中には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）性介在物が存在する。浮上分離により除去されていない微細な介在物、タンディッシュ及びモールドを連結する浸漬ノズルの内壁及び吐出口に付着して、浸漬ノズルの閉塞の原因となる。この問題を解消するために、従来は、アルゴン（Ａｒ）などの不活性ガスを浸漬ノズルの内壁に供給して気泡を形成し、この気泡により介在物を捕獲して浸漬ノズルの内壁に介在物が付着するのを抑止した。また、浸漬ノズルの内壁にＣａＯを含む内孔部材質を配置することによりアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と低融点物質を形成させて、付着した介在物を除去する方法などを利用していた（例えば、特許文献１を参照）。
しかしながら、前者の場合は、浸漬ノズルの内壁への介在物の付着をある程度は低減させる効果はあるとはいえ、不活性ガスによる溶鋼の冷却作用などにより、介在物の付着を抑えるのには限界があった。
これに対し、後者の場合は、浸漬ノズルの内壁への介在物の付着を抑えられる最も効果的な方法の一つとして用いられている。ＣａＯを含む内孔部の材質としては、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＯＳｉＯ２、２ＣａＯＳｉＯ２）、及び黒鉛（Ｃ）が主として用いられる。これらは、鋳造温度において材質内のＣａＯが次の反応によりＡｌ２Ｏ３と反応して介在物の付着を抑える。
これに対し、後者の場合は、浸漬ノズルの内壁への介在物の付着を抑えられる最も効果的な方法の一つとして用いられている。ＣａＯを含む内孔部の材質としては、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＯＳｉＯ２、２ＣａＯＳｉＯ２）、及び黒鉛（Ｃ）が主として用いられる。これらは、鋳造温度において材質内のＣａＯが次の反応によりＡｌ２Ｏ３と反応して介在物の付着を抑える。
式１）ＣａＯ・ＳｉＯ２→ＣａＯ＋ＳｉＯ２
式２）２ＣａＯＳｉＯ２→２ＣａＯ＋ＳｉＯ２
式３）１２ＣａＯ＋７Ａｌ２Ｏ３→１２ＣａＯ７Ａｌ２Ｏ３
式２）２ＣａＯＳｉＯ２→２ＣａＯ＋ＳｉＯ２
式３）１２ＣａＯ＋７Ａｌ２Ｏ３→１２ＣａＯ７Ａｌ２Ｏ３
しかしながら、浸漬ノズルの吐出口の場合は、モールド内の溶鋼に浸漬された状態で配置され、浸漬ノズルの安定性の側面を考慮して、少量のＣａＯしか含ませることができないために、低融点物質（１２ＣａＯ７Ａｌ２Ｏ３）を形成するＣａＯの量が足りず、その結果、ＣａＯ２Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ７Ａｌ２Ｏ３などの高融点物質が形成されてしまう。
これにより、吐出口への介在物の付着がむしろ促進されてしまうという問題がある。特に、浸漬ノズルの吐出口に介在物が過剰に付着した場合には、モールドに溶鋼が注入されるときに偏流を引き起こして鋳片の品質を低下させてしまうという問題もある。従って、鋼品質の向上のためには、浸漬ノズルの吐出口に介在物が付着することを根本的に防ぐ方法が求められていた。
この理由から、浸漬ノズルの吐出口へのＣａＯの含有量を増やすことによって浸漬ノズルの吐出口において低融点物質（１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３）を形成させることにより、ノズルの閉塞現象を防ぐ方法が提案されている。しかしながら、浸漬ノズルの吐出口のＣａＯの含有量を増やした場合は、水和に敏感になって浸漬ノズルを管理しにくくなるだけではなく、耐火物の機械的な物性が低下して鋳造中に破損するなどの問題を引き起こすおそれがあるため、浸漬ノズルを安定に使用するのに問題がある。
本発明は、上記の従来技術に鑑みてなされたものであって、本発明の目的は、鋳造にあたって溶鋼中の介在物と反応して低融点物質を形成することにより、閉塞現象を抑えることのできるノズルを提供することにある。
上記目的を達成するためになされた本発明の一態様によるノズルは、鋳造用ノズルであって、溶鋼が移動可能な内孔部を有し、前記溶鋼が前記内孔部の外側に移動可能な吐出口が形成されたノズル胴体を備え、前記ノズル胴体は、溶鋼が移動可能な内孔部を有する上部胴体と、前記上部胴体の下部に配設され、前記溶鋼が前記内孔部の外側に移動可能な吐出口が形成された下部胴体と、前記上部胴体と前記下部胴体との間に配設され、前記内孔部及び前記吐出口を連通させる流路が形成された中間胴体と、を備え、
前記下部胴体は、灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛（Ｃ）を含む主成分と、バインダと、を含む第１の耐火組成物を含むことを特徴とする。
前記下部胴体は、灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛（Ｃ）を含む主成分と、バインダと、を含む第１の耐火組成物を含むことを特徴とする。
前記上部胴体は、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及び炭素（Ｃ）を含む耐火組成物と、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及びシリケート（ＳｉＯ２）並びに炭素（Ｃ）を含む耐火組成物のうちの少なくとも一種を含む第２の耐火組成物と、により形成され、
前記中間胴体は、前記第１の耐火組成物及び前記第２の耐火組成物を混合した混合物を用いて形成されることが好ましい。
前記混合物は、前記混合物の総重量１００重量％とした場合に、前記第１の耐火組成物を４０〜６０重量％含むことができる。
前記中間胴体は、前記第１の耐火組成物及び前記第２の耐火組成物を混合した混合物を用いて形成されることが好ましい。
前記混合物は、前記混合物の総重量１００重量％とした場合に、前記第１の耐火組成物を４０〜６０重量％含むことができる。
上記目的を達成するためになされた本発明の変形例によるノズルは、鋳造用ノズルであって、溶鋼が移動可能な内孔部を有し、前記溶鋼が前記内孔部の外側に移動可能な吐出口が形成されるノズル胴体と、
前記ノズル胴体の少なくとも一部に灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛（Ｃ）を含む主成分と、バインダを含む第１の耐火組成物を含む第１のライナと、
を備えることを特徴とする。
前記ノズル胴体の少なくとも一部に灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛（Ｃ）を含む主成分と、バインダを含む第１の耐火組成物を含む第１のライナと、
を備えることを特徴とする。
前記第１のライナは、前記ノズル胴体のうち少なくとも前記溶鋼に浸漬される個所に形成することができる。
前記ノズル胴体の外周面には、スラグライン部が配設され、前記第１のライナは、前記スラグライン部の下部に形成されることが好ましい。
前記ノズル胴体の外周面には、スラグライン部が配設され、前記第１のライナは、前記スラグライン部の下部に形成されることが好ましい。
前記第１のライナは、５〜１５ｍｍの厚さに形成されることができる。
前記内孔部には、前記第１の耐火組成物を含む第２のライナが配設されることが好ましい。
前記第２のライナは、２〜８ｍｍの厚さに形成されることができる。
前記第１の耐火組成物は、前記第１の耐火組成物の重量を１００重量％とした場合に、前記主成分を９５〜９９重量％含み、且つ、前記バインダを１〜５重量％含むことが好ましい。
前記内孔部には、前記第１の耐火組成物を含む第２のライナが配設されることが好ましい。
前記第２のライナは、２〜８ｍｍの厚さに形成されることができる。
前記第１の耐火組成物は、前記第１の耐火組成物の重量を１００重量％とした場合に、前記主成分を９５〜９９重量％含み、且つ、前記バインダを１〜５重量％含むことが好ましい。
前記主成分は、前記主成分の重量を１００重量％とした場合に、灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）３〜２５重量％、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）２８．５〜８３．９重量％、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）３〜１５重量％、Ｂ２Ｏ３０．０１〜１．５重量％及び黒鉛（Ｃ）１０〜３０重量％を含むことを特徴とする。
前記ノズルは、前記主成分の重量を１００重量％とした場合に、３〜１０重量％のシリケート（ＳｉＯ２）を更に含むことができる。
前記バインダは、熱硬化性樹脂を含むことができる。
前記バインダは、熱硬化性樹脂を含むことができる。
本発明によれば、ノズル、例えば、鋳造工程において用いられる浸漬ノズルの内孔部や吐出口が閉塞される現象を抑制又は防止することができる。すなわち、少なくともノズルの一部を、溶鋼中の介在物と反応して低融点物質を生成する耐火組成物を含むように形成することにより、溶鋼中の介在物と反応して生成される反応物がノズルに付着することを抑制又は防止することができる。
したがって、鋳造中に溶鋼中の介在物と反応して生成される反応物により内孔部や吐出口が閉塞される現象を抑制又は防止することにより、鋳造を安定的に行うことができる。
なお、ノズルの寿命を延ばしてノズルの取替えによる生産性の低下の防止やコストの節減を図ることができる。
なお、ノズルの寿命を延ばしてノズルの取替えによる生産性の低下の防止やコストの節減を図ることができる。
以下、添付図面に基づき、本発明の実施形態について詳細に説明する。しかしながら、本発明は以下に開示される実施形態に何ら限定されるものではなく、異なる様々な形態に具現化可能であり、単にこれらの実施形態は、本発明の開示を完全たるものにし、通常の知識を有する者に発明の範囲を完全に知らせるために提供されるものである。説明に当たって、同じ構成要素には同じ参照符号を付し、図面は、本発明の実施形態について正確に説明するために大きさが部分的に誇張されてもよく、図中、同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
まず、本発明によるノズルは、様々な高温の溶融物を他の容器に注入したり供給したりするときに使用可能である。ここでは、鋳造に当たって溶鋼をタンディッシュからモールドへと供給する浸漬ノズルについて説明する。
図１は、本発明の実施形態によるノズルが適用される鋳造装置を示す概略図であり、図２は、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３の状態図である。
図１に示すように、鋳造装置、例えば、連続鋳造装置は、精錬を経た溶鋼を容れる容器である取鍋から溶鋼６０を貯留して分配する役割を果たすタンディッシュ１０、溶鋼６０の流量を制御するストッパ２０及び摺動プレート３０、溶鋼６０をモールド５０に排出する浸漬ノズル４０、及び溶鋼６０を凝固させて鋳片６１にするモールド５０を備えていてもよい。図１には、溶鋼の流量を制御するためにストッパ２０及び摺動プレート３０が同時に配設された例をしめしたが、実際の操業に当たっては、ストッパ２０及び摺動プレート３０のうちのいずれか一方のみでも使用可能である。
図１に示すように、鋳造装置、例えば、連続鋳造装置は、精錬を経た溶鋼を容れる容器である取鍋から溶鋼６０を貯留して分配する役割を果たすタンディッシュ１０、溶鋼６０の流量を制御するストッパ２０及び摺動プレート３０、溶鋼６０をモールド５０に排出する浸漬ノズル４０、及び溶鋼６０を凝固させて鋳片６１にするモールド５０を備えていてもよい。図１には、溶鋼の流量を制御するためにストッパ２０及び摺動プレート３０が同時に配設された例をしめしたが、実際の操業に当たっては、ストッパ２０及び摺動プレート３０のうちのいずれか一方のみでも使用可能である。
浸漬ノズル４０は、タンディッシュ１０の下部に連結されてタンディッシュ１０内の溶鋼をモールド５０に注入する。このとき、浸漬ノズル４０の下部はモールド５０内の溶鋼に浸漬されるように配設されてもよい。鋳造中に吐出口が形成される浸漬ノズル４０の下部は溶鋼に浸漬され、溶鋼が吐出される吐出口には、溶鋼の渋滞領域が形成されるため、溶鋼の搬送経路として用いられる浸漬ノズル４０の内孔部に比べて吐出口に多量の介在物が付着し易い。
すなわち、溶鋼中には、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）性介在物が存在するが、分離浮上により除去されていない微細な介在物が浸漬ノズル４０の内壁や吐出口に付着してノズルの閉塞現象を引き起こしてしまう。このような微細介在物は、浸漬ノズル４０を構成する耐火組成物と反応してＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３などの高融点物質を生成し、このようにして生成した高融点物質は、浸漬ノズル４０の内孔部や吐出口にそのまま付着することがある。
このため、本発明においては、浸漬ノズル４０の少なくとも一部に溶鋼中の介在物と反応して低融点物質を生成する耐火組成物を添加することにより、浸漬ノズル４０の内孔部や吐出口に介在物が付着することを抑制又は防止することができる。
本発明の実施形態による浸漬ノズル４０は、少なくとも一部に灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３、及び黒鉛（Ｃ）を含む主成分と、バインダと、」を含む耐火組成物を含んでいてもよい。このとき、耐火組成物の全体重量に対して主成分は９５〜９９重量％、バインダは１〜５重量％を含んでいてもよい。
本発明の実施形態による耐火組成物に含まれる各成分について説明すると、下記の通りである。
［灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）］：主成分１００重量％に対して３〜２５重量％
灰チタン石は、溶鋼中のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と反応して低融点物質である１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３を生成するためのソースとして使用可能である。
［灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）］：主成分１００重量％に対して３〜２５重量％
灰チタン石は、溶鋼中のアルミナ（Ａｌ２Ｏ３）と反応して低融点物質である１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３を生成するためのソースとして使用可能である。
図２に示すように、１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３は、融点が約１４１５℃であって、融点が１６００℃以上の高融点物質であるＣａＯ・２Ａｌ２Ｏ３に比べて相対的に低い融点を有する。
灰チタン石は、下記のような高温、例えば、鋳造中に溶鋼の温度範囲において耐火組成物中の黒鉛（Ｃ）と下記の反応式１のように反応して溶鋼中のアルミナとの反応を通じて低融点物質を生成するためのＣａＯソースを生成する。
［反応式１］
ＣａＴｉＯ３（ｓ）＋３Ｃ（ｓ）→ＣａＯ（ｓ）＋ＴｉＣ（ｓ）＋２ＣＯ（ｇ）
［反応式１］
ＣａＴｉＯ３（ｓ）＋３Ｃ（ｓ）→ＣａＯ（ｓ）＋ＴｉＣ（ｓ）＋２ＣＯ（ｇ）
このとき、低融点物質を生成するためのソースとして生石灰（ＣａＯ）をそのままで用いてもよいが、生石灰そのままでは水和反応を引き起こして浸漬ノズル４０の物性を変化させて安定的な鋳造を妨げるおそれがある。
耐火組成物を構成する主成分を１００重量％とした場合（以下、「主成分１００重量％に対して」と記す）に、灰チタン石は、３〜２５重量％含まれてもよい。灰チタン石の含有量が提示した範囲よりも少ない場合には、溶鋼中のアルミナとの反応を通じて低融点物質を円滑に生成することができず、灰チタン石の含有量が提示した範囲よりも多い場合には、温度の変化による耐熱衝撃性が低下して鋳造を安定に行うことができない。すなわち、灰チタン石が過剰に含有される場合には、耐火組成物中の黒鉛との反応により生成されるＣＯガスにより、浸漬ノズル４０に多量の多孔層が生じて浸漬ノズル４０の強度が低下するおそれがある。
［カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）］：主成分１００重量％に対して２８．５〜８３．９重量％
カルシウムジルコネートは、鉱滓、モールドフラックス、溶鋼などに対する耐食性を高める耐火材料であり、浸漬ノズル４０の形状を形成するための材料である。また、カルシウムジルコネートは、溶鋼中のアルミナ介在物との接触時に低融点の液状物質を形成する酸化カルシウム（ＣａＯ）源を含有しているため、多く使用すればするほどアルミナとの反応性の側面からみて有利な結果が得られる。
カルシウムジルコネートは、鉱滓、モールドフラックス、溶鋼などに対する耐食性を高める耐火材料であり、浸漬ノズル４０の形状を形成するための材料である。また、カルシウムジルコネートは、溶鋼中のアルミナ介在物との接触時に低融点の液状物質を形成する酸化カルシウム（ＣａＯ）源を含有しているため、多く使用すればするほどアルミナとの反応性の側面からみて有利な結果が得られる。
カルシウムジルコネートは、主成分１００重量％に対して２８．５〜８３．９重量％含まれてもよく、カルシウムジルコネートの含有量が提示した範囲よりも少ない場合は、耐食性が低下し、カルシウムジルコネートの含有量が提示した範囲よりも多い場合は、耐熱衝撃性が低下するおそれがある。なお、カルシウムジルコネートは比較的高価であるため、過剰に使用する場合には経済性が劣るおそれがある。
［カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）］：主成分１００重量％に対して３〜１５重量％
カルシウムシリケートは、カルシウムジルコネートのＣａＯを拡散し易くし、自体もＣａＯ成分を含んでいるため、灰チタン石とともにアルミナと反応して低融点物質を生成するためのソースとして使用可能である。
カルシウムシリケートは、カルシウムジルコネートのＣａＯを拡散し易くし、自体もＣａＯ成分を含んでいるため、灰チタン石とともにアルミナと反応して低融点物質を生成するためのソースとして使用可能である。
カルシウムシリケートは、主成分１００重量％に対して３〜１５重量％含有されてもよく、カルシウムシリケートの含有量が提示した範囲よりも少ない場合には、低融点物質が円滑に生成しないためノズルの閉塞現象が発生するおそれがあり、カルシウムシリケートの含有量が提示した範囲よりも多い場合には、過剰な溶液の生成により溶鋼に対する耐浸食性が低下し、他の成分が相対的に多量含有されるため耐熱衝撃性の低下などの浸漬ノズル４０の物性を低下させるという問題がある。
［Ｂ２Ｏ３］：主成分１００重量％に対して０．０１〜１．５重量％
Ｂ２Ｏ３は、カルシウムシリケートの分化を抑えるための安定剤として使用可能である。カルシウムシリケートは、約８００〜９００℃において相転移が発生するが、Ｂ２Ｏ３が添加されると、カルシウムシリケートの相転移を抑えることができる。
Ｂ２Ｏ３は、カルシウムシリケートの分化を抑えるための安定剤として使用可能である。カルシウムシリケートは、約８００〜９００℃において相転移が発生するが、Ｂ２Ｏ３が添加されると、カルシウムシリケートの相転移を抑えることができる。
Ｂ２Ｏ３は、主成分１００重量％に対して０．０１〜１．５重量％含有されてもよく、Ｂ２Ｏ３の含有量が提示された範囲よりも少ない場合には、カルシウムシリケートの相転移を効果的に抑えることができず、Ｂ２Ｏ３の含有量が提示された範囲よりも多い場合には、浸漬ノズル４０に含有される黒鉛を酸化させたり、カルシウムシリケートと化学反応を引き起こして低融点物質を生成することにより、浸漬ノズル４０が溶損されたり熱衝撃により破損されたりするなどの問題が発生するおそれがある。
［黒鉛］：主成分１００重量％に対して１０〜３０重量％
黒鉛は、鉱滓、モールドフラックス、溶鋼などへの濡れ性が低く、熱伝導度が高い物質であり、カルシウムジルコネートの濡れ性を低減させて耐浸潤性を向上させ、温度の変化に対する耐熱衝撃性を与えるために使用可能である。黒鉛としては、鱗状黒鉛などが使用可能であり、主成分１００重量％に対して１０〜３０重量％含有されてもよい。黒鉛の含有量が提示された範囲よりも少ない場合には、浸漬ノズル４０の耐熱衝撃性が低下するおそれがあり、黒鉛の含有量が提示された範囲よりも多い場合には、強度の不足に起因して耐食性が弱くなり、熱伝導性が高くて放散熱が増えて溶銑の温度が大幅に低下するおそれがある。
黒鉛は、鉱滓、モールドフラックス、溶鋼などへの濡れ性が低く、熱伝導度が高い物質であり、カルシウムジルコネートの濡れ性を低減させて耐浸潤性を向上させ、温度の変化に対する耐熱衝撃性を与えるために使用可能である。黒鉛としては、鱗状黒鉛などが使用可能であり、主成分１００重量％に対して１０〜３０重量％含有されてもよい。黒鉛の含有量が提示された範囲よりも少ない場合には、浸漬ノズル４０の耐熱衝撃性が低下するおそれがあり、黒鉛の含有量が提示された範囲よりも多い場合には、強度の不足に起因して耐食性が弱くなり、熱伝導性が高くて放散熱が増えて溶銑の温度が大幅に低下するおそれがある。
［バインダ］：耐火組成物の重量を１００重量％とした場合に１〜５重量％
バインダは、上述した主成分、すなわち、灰チタン石、カルシウムジルコネート、カルシウムシリケート、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛を結合させて浸漬ノズル４０に成形性を与えるために使用可能である。バインダはフェノール樹脂を含んでいてもよく、液状、固相など様々な形で使用可能である。
バインダは、上述した主成分、すなわち、灰チタン石、カルシウムジルコネート、カルシウムシリケート、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛を結合させて浸漬ノズル４０に成形性を与えるために使用可能である。バインダはフェノール樹脂を含んでいてもよく、液状、固相など様々な形で使用可能である。
バインダは、耐火組成物を１００重量％とした場合、すなわち、主成分及びバインダの総重量に対して１〜５重量％含有されてもよく、バインダの含有量が提示された範囲よりも少ない場合には、組成物間の結合力が低いため成形性が低下し、バインダの含有量が提示された範囲よりも多い場合には、粘度が高くなって成形性が低下し、耐火組成物間の密度が高くなって気孔率が低くなり、その結果、弾性率が高くなって耐熱衝撃性が低下するという問題がある。
［シリケート（ＳｉＯ２）］：外そうにより耐火組成物１００重量％に対して３〜１０重量％
シリケートは、上述した耐火組成物に外そうして、即ち、主成分及びバインダに加えて更に含まれてもよく、浸漬ノズル４０の耐熱衝撃性を向上させるために使用可能である。シリケートは、外そうにより耐火組成物１００重量％に対して３〜１０重量％含まれてもよく、シリケートの含有量が提示された範囲よりも少ない場合には、浸漬ノズル４０の耐熱衝撃性を向上させ難く、シリケートの含有量が提示された範囲よりも多い場合には、耐熱衝撃性、耐食性などの浸漬ノズル４０の物性を変更させるおそれがあるという問題がある。
シリケートは、上述した耐火組成物に外そうして、即ち、主成分及びバインダに加えて更に含まれてもよく、浸漬ノズル４０の耐熱衝撃性を向上させるために使用可能である。シリケートは、外そうにより耐火組成物１００重量％に対して３〜１０重量％含まれてもよく、シリケートの含有量が提示された範囲よりも少ない場合には、浸漬ノズル４０の耐熱衝撃性を向上させ難く、シリケートの含有量が提示された範囲よりも多い場合には、耐熱衝撃性、耐食性などの浸漬ノズル４０の物性を変更させるおそれがあるという問題がある。
本発明の実施形態による浸漬ノズルは、少なくとも一部に上述した耐火組成物を含むように形成されて鋳造中に溶鋼に含有される介在物と反応を引き起こして低融点物質を生成することにより、介在物が浸漬ノズルに付着することを抑制又は防止してノズルの閉塞現象を抑えることができる。
図３は、本発明の実施形態によるノズルの断面図であり、図４は、本発明の変形例によるノズルの断面図である。
図３に示すように、浸漬ノズル４０は、溶鋼が移動可能な内孔部４２を有し、溶鋼が外側、例えば、モールド５０に移動可能な吐出口４２を有するノズル胴体４１を備えていてもよい。
図３に示すように、浸漬ノズル４０は、溶鋼が移動可能な内孔部４２を有し、溶鋼が外側、例えば、モールド５０に移動可能な吐出口４２を有するノズル胴体４１を備えていてもよい。
ノズル胴体４１は、タンディッシュ１０と連結され、溶鋼が移動可能な内孔部４２が形成される上部胴体４１ａと、上部胴体４１ａの下部に配設され、内孔部４２と連通されて溶鋼が内孔部４２の外側に移動可能な吐出口４５が形成される下部胴体４１ｃと、上部胴体４１ａと下部胴体４１ｃとの間に配設されて内孔部４２及び吐出口４５を連通させる流路４４が形成される中間胴体４１ｂと、を備えていてもよい。
上部胴体４１ａ及び下部胴体４１ｃは、中間胴体４１ｂにより互いに連結されて、上部胴体４１ａの内孔部４２及び下部胴体４１ｃの吐出口４５が中間胴体４１ｂの流路４４を介して互いに連通されてもよい。このため、内孔部４２を通って移動する溶鋼が流路４４を通って吐出口４５に排出可能である。以下では、前記主成分及びバインダを含む耐火組成物を第１の耐火組成物と称する。
上部胴体４１ａは、Ａｌ２Ｏ３−Ｃ及びＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｃのうちの少なくとも一種を含有する第２の耐火組成物を含んでいてもよい。上部胴体４１ａの内孔部４２には、第１のライナ４３が形成されてもよい。第１のライナ４３は、溶鋼が直接的に接触する内孔部４２に形成されて溶鋼中の介在物と反応して低融点物質を生成可能な物質を用いて形成してもよく、例えば、ＣａＺｒＯ３−ＣａＯ・ＳｉＯ２−Ｃや上述した耐火組成物、すなわち、灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛（Ｃ）を含有する耐火組成物を含んでいてもよい。
また、上部胴体４１ａには、スラグライン部４７が形成されてもよい。スラグライン部４７は、鉱滓（又は、フラックス）、溶鋼などに対する耐食性を高める構成要素であり、モールド内の溶鋼の湯面の周りに形成されてもよい。スラグライン部４７は、様々な物質を用いて形成可能であり、例えば、カルシア・マグネシア部分安定化ジルコニア、黒鉛などの混合物質を用いて形成可能である。
下部胴体４１ｃは、タンディッシュ１０内の溶鋼に浸漬されて溶鋼と接触し続ける部分であり、溶鋼中の介在物と反応して１２ＣａＯ・７Ａｌ２Ｏ３などの低融点物質を生成可能な第１の耐火組成物を含んでいてもよい。すなわち、下部胴体４１ｃは、灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛（Ｃ）を含有する第１の耐火組成物を含んでいてもよい。
また、中間胴体４１ｂは、上部胴体４１ａ及び下部胴体４１ｃを連結するときにそれぞれの成分差による熱膨張率差などを緩和させて安定性を確保するために、上部胴体４１ａ及び下部胴体４１ｃを構成する第２の耐火組成物及び第１の耐火組成物を混合して形成してもよい。
このとき、中間胴体４１ｂは、中間胴体４１ｂを構成する耐火組成物１００重量％に対して第１の耐火組成物４０〜６０重量％、第２の耐火組成物４０〜６０重量％範囲において混合して形成可能である。中間胴体４１ｂは、ノズル胴体４１の長手方向に約１５〜４０ｍｍの長さに形成可能である。中間胴体４１ｂに形成される流路４４には、上部胴体４１ａの内孔部４２に形成される第１のライナ４３が延設されてもよい。
上述したように、ノズル胴体４１は、上部胴体４１ａ、中間胴体４１ｂ及び下部胴体４１ｃにより形成されてもよいが、図４に示すように、ノズル胴体４１は、一体形に形成されてもよい。
上述したように、ノズル胴体４１は、上部胴体４１ａ、中間胴体４１ｂ及び下部胴体４１ｃにより形成されてもよいが、図４に示すように、ノズル胴体４１は、一体形に形成されてもよい。
この場合、ノズル胴体４１は、上述した実施形態の上部胴体４１ａを構成する第２の耐火組成物を含んでいてもよい。また、少なくともモールド５０内の溶鋼に浸漬されるノズル胴体４１の下部側には、下部胴体４１ｃを構成する第１の耐火組成物を含む第２のライナ４８が配設されてもよい。第２のライナ４８は、ノズル胴体４１の下部、すなわち、モールド５０内の溶鋼に浸漬される部分を取り囲むように形成されてもよく、少なくとも５〜１５ｍｍの厚さに形成されてもよい。
第２のライナ４８の厚さが提示された範囲よりも薄い場合には、第２のライナ４８に含有されるＣａＯソースが足りなくて溶鋼中の介在物と反応して低融点物質を円滑に生成することができない。また、第２のライナ４８の厚さが提示された範囲よりも厚い場合には、溶鋼の円滑な排出のために吐出口４５の直径をある程度確保しなければならないため、ノズル胴体４１の厚さが相対的に薄くなり、その結果、浸漬ノズル４０の強度が低下して鋳造安定性が低下するという問題がある。
内孔部４２には、第１のライナ４３が形成され、第２のライナ４８は、ノズル胴体４１の下部にのみ形成されてもよいが、第１のライナ４３を別設することなく、第１のライナ４３を第２のライナ４８に置き換えてもよい。このとき、第２のライナ４８は、ノズル胴体４１の内側においては内孔部４２から延設されてもよく、ノズル胴体４１の外側においてはスラグライン部４７の直下部まで延設されてもよい。
第２のライナ４８は、内孔部４２及びノズル胴体４１の下部側において異なる厚さに形成されてもよい。第２のライナ４８は、内孔部４２において約２〜８ｍｍの厚さに形成されてもよく、これは、内孔部４２においては溶鋼が移動し続けるため、溶鋼に浸漬されている下部側よりも薄い厚さに形成してもよい。
以下、本発明の実施形態による浸漬ノズルを実際の操業に適用した結果について説明する。
図５は、鋳造が終わった後のノズルの写真であり、図６は、鋳造済みのノズルの成分を分析した結果を示す写真である。
図５は、鋳造が終わった後のノズルの写真であり、図６は、鋳造済みのノズルの成分を分析した結果を示す写真である。
［比較例］
Ａｌ２Ｏ３−Ｃ及びＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｃのうちの少なくとも一種を含有する第２の耐火組成物を含む浸漬ノズルを設け、アルミニウムキルド極低炭鋼を用いて鋳造を行った後、浸漬ノズルの吐出口側を切断して吐出口に付着した反応物を観察した。
Ａｌ２Ｏ３−Ｃ及びＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｃのうちの少なくとも一種を含有する第２の耐火組成物を含む浸漬ノズルを設け、アルミニウムキルド極低炭鋼を用いて鋳造を行った後、浸漬ノズルの吐出口側を切断して吐出口に付着した反応物を観察した。
［実施例］
下部胴体４１ｃに灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛（Ｃ）を含有する第１の耐火組成物を含む浸漬ノズルを設け、アルミニウムキルド極低炭鋼を用いて鋳造を行った後、浸漬ノズルの吐出口側を切断して吐出口に付着した反応物を観察した。
下部胴体４１ｃに灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛（Ｃ）を含有する第１の耐火組成物を含む浸漬ノズルを設け、アルミニウムキルド極低炭鋼を用いて鋳造を行った後、浸漬ノズルの吐出口側を切断して吐出口に付着した反応物を観察した。
図５の（ａ）は、比較例による浸漬ノズルの吐出口の切断面を示す。図５の（ａ）に示すように、鋳造が終わった後、吐出口の周りに付着した反応物の厚さを測定したところ、両側の吐出口に付着した反応物の厚さがそれぞれ３０ｍｍずつあり、合計で約６０ｍｍの厚さが付着していることを確認することができた。
図５の（ｂ）は、実施形態による浸漬ノズルの吐出口の切断面を示し、鋳造後に両側の吐出口に付着した反応物の厚さがそれぞれ８ｍｍ、１０ｍｍずつであり、合計で約１８ｍｍの厚さに付着していることを確認することができた。
実施例による浸漬ノズルの吐出口は、比較例による浸漬ノズルの吐出口よりも反応物の付着が少ないことが分かる。これは、比較例による浸漬ノズルにおでは、鋳造中に生成された高融点物質が浸漬ノズルの吐出口にそのまま蓄積されて厚い反応物層を形成し、実施例による浸漬ノズルにおいては、鋳造中に生成された低融点物質の一部は、吐出口に付着し、残りの一部が溶鋼中に流入したために、比較的に薄い反応物層しか形成しなかったものであると認められる。
図６は、浸漬ノズルの吐出口成分を分析した結果を示す写真である。
図６の（ａ）は、比較例による浸漬ノズルの吐出口成分を分析した結果であり、図６の（ｂ）は、実施例による浸漬ノズルの吐出口成分を分析した結果である。ここで、色相が青色から赤色に進むにつれて当該成分の量が増えることを意味する。
図６の（ａ）は、比較例による浸漬ノズルの吐出口成分を分析した結果であり、図６の（ｂ）は、実施例による浸漬ノズルの吐出口成分を分析した結果である。ここで、色相が青色から赤色に進むにつれて当該成分の量が増えることを意味する。
まず、図６の（ａ）を参照すると、比較例による浸漬ノズルからは、耐火物層／反応層／介在物層が観察された。ここで、反応層は、多量のＡｌ成分が観察され、Ｃａ成分はＡｌ成分に比べて相対的に少ししか観察されなかった。
また、図６の（ｂ）を参照すると、実施例による浸漬ノズルからは、耐火物層／多孔層／反応層（Ｃａ濃化層）／反応物層（介在物層）が観察された。実施例においては、比較例とは異なり、反応層（Ｃａ濃化層）及び反応層（介在物層）が観察された。これは、比較例とは異なり、実施例においては、耐火物層及び反応層の両方において多量のＣａ成分が観察され、Ｃａ濃化層においてはＡｌ成分よりもＣａ成分の方が相対的に多量観察された。
これは、実施例による浸漬ノズルにおいては、灰チタン石の追加により、溶鋼中の介在物と反応して低融点物質を生成可能なＣａＯソースが追加されたためであると推察される。また、実施例による浸漬ノズルからは、比較例による浸漬ノズルとは異なり、多孔層が観察された。これは、灰チタン石のＴｉが黒鉛（Ｃ）との反応によりＣＯを生成しながら発生するものであり、上述した反応式１に示す反応が起こって灰チタン石から低融点物質の生成ソースであるＣａＯが生成されたものと推察される。
このような結果から、浸漬ノズルを構成する耐火組成物の種類及び組成を変更することにより、鋳造中の介在物との反応により低融点物質を生成して、ノズルが閉塞されるのを抑制又は防止することを確認することができた。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲において請求する本発明の要旨から逸脱しない範囲内で、これより様々な変形及び均等な他の実施形態が可能であるということが理解できる筈である。よって、本発明の技術的な保護範囲は、下記の特許請求の範囲により定められるべきである。
１０： タンディッシュ
２０： ストッパ
３０： 摺動プレート
４０： 浸漬ノズル
４１： ノズル胴体
４１ａ： 上部胴体
４１ｂ： 中間胴体
４１ｃ： 下部胴体
４２： 吐出口
４３： 第１のライナ
４４： 流路
４７： スラグライン部
４８： 第２のライナ
５０： モールド
６０： 溶鋼
６１： 鋳片
６２： 鉱滓
２０： ストッパ
３０： 摺動プレート
４０： 浸漬ノズル
４１： ノズル胴体
４１ａ： 上部胴体
４１ｂ： 中間胴体
４１ｃ： 下部胴体
４２： 吐出口
４３： 第１のライナ
４４： 流路
４７： スラグライン部
４８： 第２のライナ
５０： モールド
６０： 溶鋼
６１： 鋳片
６２： 鉱滓
Claims (13)
- 鋳造用ノズルであって、
溶鋼が移動可能な内孔部を有し、前記溶鋼が前記内孔部の外側に移動可能な吐出口が形成されたノズル胴体を備え、
前記ノズル胴体は、
溶鋼が移動可能な内孔部を有する上部胴体と、
前記上部胴体の下部に配設され、前記溶鋼が前記内孔部の外側に移動可能な吐出口が形成された下部胴体と、
前記上部胴体と前記下部胴体との間に配設され、前記内孔部及び前記吐出口を連通させる流路が形成された中間胴体と、
を備え、
前記下部胴体は、
灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３、及び黒鉛（Ｃ）を含む主成分と、
バインダと、
を含む第１の耐火組成物を含むことを特徴とするノズル。 - 前記上部胴体は、
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及び炭素（Ｃ）を含む耐火組成物と、
アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）及びシリケート（ＳｉＯ２）並びに炭素（Ｃ）を含む耐火組成物のうちの少なくとも一種を含む第２の耐火組成物と、
により形成され、
前記中間胴体は、前記第１の耐火組成物及び前記第２の耐火組成物を混合した混合物を用いて形成されることを特徴とする請求項１に記載のノズル。 - 前記混合物は、前記混合物の総重量を１００重量％とした場合に、前記第１の耐火組成物を４０〜６０重量％含むことを特徴とする請求項２に記載のノズル。
- 鋳造用ノズルであって、
溶鋼が移動可能な内孔部を有し、前記溶鋼が前記内孔部の外側に移動可能な吐出口が形成されたノズル胴体と、
前記ノズル胴体の少なくとも一部に設けられ、灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）、Ｂ２Ｏ３及び黒鉛（Ｃ）を含む主成分と、バインダと、を含む第１の耐火組成物を含む第１のライナと、
を備えることを特徴とするノズル。 - 前記第１のライナは、前記ノズル胴体のうち少なくとも前記溶鋼に浸漬される個所に形成されることを特徴とする請求項４に記載のノズル。
- 前記ノズル胴体の外周面には、スラグライン部が配設され、
前記第１のライナは、前記スラグライン部の下部に形成されることを特徴とする請求項４に記載のノズル。 - 前記第１のライナは、５乃至１５ｍｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項４に記載のノズル。
- 前記内孔部には、前記第１の耐火組成物を含む第２のライナが配設されることを特徴とする請求項１又は２に記載のノズル。
- 前記第２のライナは、２乃至８ｍｍの厚さに形成されることを特徴とする請求項８に記載のノズル。
- 前記第１の耐火組成物は、前記第１の耐火組成物の重量を１００重量％とした場合に、前記主成分を９５乃至９９重量％含み、且つ、前記バインダを１乃至５重量％含むことを特徴とする請求項１乃至７のうちの何れか一項に記載のノズル。
- 前記主成分は、前記主成分の重量を１００重量％とした場合に、灰チタン石（ＣａＴｉＯ３）３乃至２５重量％、カルシウムジルコネート（ＣａＺｒＯ３）２８．５乃至８３．９重量％、カルシウムシリケート（ＣａＯ・ＳｉＯ２、２ＣａＯ・ＳｉＯ２）３乃至１５重量％、Ｂ２Ｏ３０．０１乃至１．５重量％及び黒鉛（Ｃ）１０乃至３０重量％を含むことを特徴とする請求項１０に記載のノズル。
- 前記主成分の重量を１００重量％とした場合に、３乃至１０重量％のシリケート（ＳｉＯ２）を更に含むことを特徴とする請求項１１に記載のノズル。
- 前記バインダは、熱硬化性樹脂を含むことを特徴とする請求項１２に記載のノズル。
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