JPH03226340A - 連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、溶融金属なかでも溶鋼の連続鋳造に用いる
浸漬ノズルに関し、鋳片の凝固シェルに非金属介在物な
どが捕捉されることを防止するのに適した連続鋳造用浸
漬ノズルを提案しようとするものである。

第１図に湾曲型連続鋳造用鋳型における一般的な鋳造状
況を示す。５は溶鋼、６は浸漬ノズル、７は浸漬ノズル
吐出口、８は長辺鋳型、９は短辺鋳型、１０は凝固シェ
ル、１１は非金属介在物、１２は気泡、１３はモールド
パウダである。

−船釣な連続鋳造法において、溶鋼はタンディツシュか
らスライディングノズル等を介し連なる浸漬ノズル管内
を経て、この浸漬ノズル下端の吐出口から連続鋳造用鋳
型内へ注入される。この連続鋳造用鋳型は長辺鋳型及び
短辺鋳型から構成され、その内面から冷却することによ
り、鋳片の凝固シェルが形成され、引き続き冷却するこ
とでこの凝固シェルを内側に向けて肥厚化して鋳片を得
る。

ところでこのような連続鋳造の際、浸漬ノズルから連続
鋳造用鋳型内に吐出される溶鋼中には、非金属介在物（
アルミナなど）が含まれ、またその堆積に由来するノズ
ル詰まり防止のために吹き込まれた不活性ガス（Ａｒ、
　Ｎ２など）もン容鋼と共に浸漬ノズルから吐出される
。これらの非金属介在物や不活性ガスの多くは、溶鋼と
の比重差により連続鋳造用鋳型内の溶鋼場面に向は浮上
するが、吐出流の流動状態の如何によって鋳片凝固シェ
ルに捕捉され鋳造欠陥となる。殊に湾曲型連続鋳造機で
鋳造を行う際にそのうれいが著しい。かくして非金属介
在物、不活性ガスが鋳片内部に捕捉された場合には、そ
の後の冷延鋼板の製造過程において内部欠陥であるふく
れを生じ、また鋳片表面、表皮下に捕捉された場合には
、冷延銅板の表面欠陥であるスケール、スリバーを生じ
てしまう。

このような内部欠陥、表面欠陥の原因となる非金属介在
物、不活性ガスの凝固シェルへの捕捉については、浸漬
ノズルから連続鋳造用鋳型内に吐出する溶鋼流の流動状
況に影響され、そのため浸漬ノズルの形状が重要となる
。

（従来の技術） 従来の浸漬ノズルの代表的な形状としては、第１３図に
示されるように通常、ノズル下端に２個の吐出口を有す
る形状があげられる。

（発明が解決しようとする課題） 上述の浸漬ノズルには、以下のような問題があった。

■　タンディツシュから浸漬ノズル管内を通過する溶鋼
の落下エネルギーの影響で、吐出口の上下で縦方向の速
度分布差を生じる（第１４図参照）すなわち吐出口下部
での溶鋼流速が吐出口上部よりも速くなって、連続鋳造
用鋳型内への気泡や介在物の侵入深さの増大、また場面
レベル変動の増加によるパウダ巻き込み等を生じさせる
。

浸漬ノズルの吐出口のみを単純に拡大しただけでは、こ
のような′ｆ４鋼流速の不均一性を解消することはでき
ない。

■　浸漬ノズル吐出口部における溶鋼流速の低い場所に
網中のアルミナ１４が堆積し、ノズル詰まりの原因とな
る（第１４図参照）。アルミナの堆積が生じ、成長する
と、開口面積が小さくなるため、溶鋼の吐出流速が増加
することと、２つの開口の面積が異なることで連続鋳造
用鋳型内で偏流を生しる。鋳型内偏流により■と同様に
内部欠陥、表面欠陥が増大する。

■　浸漬ノズル吐出口からの溶鋼流の広がりが鋳片厚さ
に対して大きい場合には、溶鋼流が長辺の凝固シェルに
衝突する部位にてこの溶鋼流に含まれるＡｒガスやアル
ミナが捕捉され、表面欠陥の原因となる（第１５図参照
）。

上述した、従来の浸漬ノズルを用いて連続鋳造を行う際
に生じる問題を有利に解決して、鋳片の凝固シェルに非
金属介在物、不活性ガスが捕捉されるのを防止すること
で内部欠陥、表面欠陥の少ない鋳片を製造することがで
きる連続鋳造用浸漬ノズルを提案することがこの発明の
目的である。

（課題を解決するための手段） この発明は、タンディツシュの出口孔と連なって連続鋳
造用鋳型内の溶融金属中に浸漬される耐火物製の中空導
管からなり、その下端に連続鋳造用鋳型の短辺鋳型に向
かう開口を有する浸漬ノズルにおいて、上記開口を、長
辺鋳型に沿ってのびる側壁と、側壁にわたる底壁とによ
って三方で囲み、前記開口を通して流出する溶融金属流
の流動を制御するこ°とを特徴とする連続鋳造用浸漬ノ
ズルである。

ここに底壁は、流出する溶融金属流が上向きとなる斜面
を有するものである形態が好ましい。

第２図に、この発明の浸漬ノズルの一例の要部を示す。

図中１は底壁、２は側壁、３は浸漬ノズル管部、４は溶
鋼場面であり、この発明の浸漬ノズルは、その下端部に
おいて開口を長辺鋳型に沿ってのびる側壁２と、側壁２
にわたる底壁１とによって三方で囲んでいる。

また第３図及び第４図に、この発明の浸漬ノズルの別の
態様をそれぞれ示す。第３図は、浸漬ノズルの底壁工に
、両側壁間にわたる斜面工４を有する浸漬ノズルであり
、第４図は、第２図に示す漫漬ノズルの底壁１に、間隔
１６をあけた斜面１５を有する浸漬ノズルである。

（作　用） まずこの発明の浸漬ノズルの解明経緯について述べる。

発明者らは、従来の浸漬ノズルの欠点及び鋳片の欠陥の
発生機構を鑑み、数種の浸漬ノズルの水モデルテストを
行った。このテストでは、実機との相似則を考慮し、ス
ケールも１／１とした。なお水モデルの諸元を表１に示
す。

表　　１ このような水モデルを用いた浸漬ノズルの形状開発の思
想としては、次のとおりである。

イ）　タンディツシュから浸漬ノズル管内を通過する溶
鋼流の下方向への運動エネルギーを分散させるために、
浸漬ノズル管の真下に底壁を設け、かつ底壁の鋳片幅方
向の長さには一定の距離にわたって溶鋼流を誘導する。

口）　浸漬ノズルの吐出口の面積を大きくして溶鋼流速
を低くし、溶鋼流が均一に連続鋳造用鋳型内の溶鋼中に
流出するようにする。

ハ）表面欠陥防止のために、浸漬ノズルからの主流が直
接長辺凝固シェルに当たらぬようにする。

このような考え方に基づく水モデルテストの結果から発
明者らは第２図さらには第３図、第４図に示す浸漬ノズ
ルが好適であることを見出した。

すなわち浸漬ノズル下端にそなえる開口を、長辺鋳型に
沿ってのびる側壁２と、側壁２にわたる底壁１とによっ
て三方で囲む。かくして開口を通して流出する溶鋼流に
模した水の流動を制御するのである。

溶鋼流の流動を制御するとは、吐出口からの溶鋼流の流
速を抑え、開口から連続鋳造用鋳型の下向きに分散する
溶鋼流の流動を抑制しかつ、長辺鋳型に向かう溶鋼の主
流を抑制することである。

ところでこのような浸漬ノズルにおいては、浸漬ノズル
の開口の垂直方向の長さａ（第２図中に同一符号で図示
。以下も同様）、底壁長さｂ、側壁間隔Ｃを決定するこ
とが望ましい。

そこでこの浸漬ノズルの開口の垂直方向の長さａ、底壁
長さｂ及び側壁間隔Ｃをパラメータとして、ふくれの発
生原因となる気泡の連続鋳造用鋳型内における侵入深さ
を水モデルにて調査した。

その結果について、ふくれ欠陥の原因となって考えられ
る直径３ＩＩＩＩ１１以上の気泡のメニスカスからの侵
入深さをａ、ｂ及びＣとの関係で表したグラフをそれぞ
れ第５図、第６図及び第７図に示す。

これらのグラフから、気泡侵入深さを低減し、ふくれ欠
陥を防止するためには が最適であった。

この条件下での連続鋳造用鋳型内及びノズル内の流体の
流れを水モデルにより観察した。この流体の流動状況を
第８図に示す。なお観察はトレーサとしてミルクをいれ
る方法と、ノズル内に吹き込んでいるガスの挙動により
推定した。

同図から、０式の条件内に入っている浸漬ノズルは、浸
漬ノズル管内を通る流体が底壁１に衝突して側壁３と底
壁１間で形成される空間で循環流を形成し、側壁３と底
壁１間で形成される吐出口断面から均一な流速で流出し
ていることがわかる。

浸漬ノズルの開口の垂直方向の長さａが１００閣未満の
場合の連続鋳造用鋳型内及びノズル内の流体の流動状況
を第９図に示すと、この場合は、浸漬ノズルの吐出口か
ら流出する流体の速度が吐出口下部方向で速くなって、
流れが短辺鋳型に衝突してその後短辺を下部する速い流
れを生成する。

この短辺下降流に沿って気泡が連続鋳造用鋳型内へ深く
侵入する。

底壁長さｂが４０ｍｍ未満の場合の連続鋳造用鋳型内及
びノズル内の流体の流動状況を第１Ｏ図に示す。

この場合は、浸漬ノズル管内を落下する流れの連続鋳造
用鋳型内での下向きの広がりを底壁で抑制できず、一部
は連続鋳造用鋳型下方に侵入する。

また十分な循環流形成ができず、吐出口からの速度分布
ができ、気泡の侵入深さが増大する。

側壁間隔Ｃが５Ｏ胴未満の場合の連続鋳造用鋳型内及び
ノズル内の流体の流動状況を第１１図に示すと、この場
合は、浸漬ノズル吐出口での断面積が小さくなるため、
特に横断面下方からの吐出流速が高くなり、短辺に沿っ
た下降流速を高くし、気泡侵入深さが大きくなるのであ
る。

以上の水モデルで得られた■の条件の浸漬ノズルの実機
実験をさらに積み重ねた結果、浸漬ノズル形状の最適値
としてさらに次の各式を満足することが好ましいことが
判明した。

まずメニスカスでの浸漬ノズル一連続鋳造用鋳型間の距
離としては、 であることが好ましい。

ここでＸは鋳片厚み（圓）、Ｌは側壁２の厚み（ｍｍ）
である。

上記０式の条件をはずれると、長辺鋳型側から成長した
凝固シェルが浸漬ノズルに接触し、ノズル折損などを生
じる確率が高くなる。ｔは、耐火物強度の観点から１０
ｍｍ以上が必要である。

次に浸漬ノズル底部の鋳片幅方向の最大値については、 であることが好ましい。ここでｄｏは、浸漬ノズル管部
の鋳片幅方向の長さ（ｍｍ）である。浸漬ノズルの横幅
が広くなり過ぎると、ノズル胴部のノズル一連続鋳造用
鋳型間の湯回りが悪くなり、長辺シェルの洗浄効果不足
のためにアルミナが捕捉されやすくなった。

さらに浸漬ノズルの浴中の浸漬深さとして、ａ＋ｄ≦５
００　　（ｍｍ）　　　　　　　　　　　−■であるこ
とが好ましい。ここでｄは、メニスカスから浸漬ノズル
開口上端までの距離である。上記０式の条件を外れると
、浸漬ノズル下端で長辺シェルと接触することで該ノズ
ルの破損を生じる確率が高かった。またメニスカスと浸
漬ノズル開口上端との距離ｄは、ノズル近傍でのメニス
カスからのパウダ巻き込みを防止するために、ｄ≧６０
ＩＴＩＩｎ・・・■ であることが好ましい。

またさらに浸漬ノズルの吐出口の鋳片厚み方向の幅すな
わち側壁間隔Ｃは、鋳片厚みＸとの関係で、 Ｏ１２≦−≦０．７　　　　　　　　　　　　　　　　
・・・■の条件内に入るのが好ましい。ｃ　／　ｘ　＞
０．７であると長辺側の凝固シェルに気泡が捕捉されて
表面欠陥が増大し、一方ｃ　／　ｘ　＜０．２であると
主流が短辺鋳型に衝突するためか場面変動が激しく、パ
ウダー性の表面欠陥が増加する。第１２図に、Ｃ／Ｘと
スラブ表面欠陥指数との関係を示す。スラブ表面欠陥指
数は、ｃ　／　ｘ　＝　０．５の時のスラブ表面欠陥（
１ｍ当たりの気泡、のるかみ数）を１としたときの相対
評価で示した。

ところで第２図に示すようなこの発明に従う浸漬ノズル
においては、第１０図に示したように浸漬ノズル管内を
通る流体が側板３と底壁１間で形成される吐出口断面か
ら十分に均一な流速で流出し、実際の溶鋼鋳造において
も鋳片の凝固シェルに非金属介在物、不活性ガスが捕捉
されるのを防止することができるが、水モデルによる観
察の結果、吐出口断面からの吐出流のうち短辺鋳型へ向
かう水平方向の流れが若干強いことが判明し、より均一
な吐出流を吐出口断面から流出させるためには、第３図
、第４図に示したように、底壁に、流出する溶融金属流
が上向きとなる斜面を設ければよい。

第３図において、番号１４は、この発明における流れの
方向に対して上向きの角度を有する斜面である。これに
よって短辺鋳型へ向かう水平方向の流れが上向きとなっ
てより循環流を形成し易くなることが水モデルの観察で
わかった。また、第４図に示したように、吐出流の水平
方向の成分を斜面１５と間隔１６とによって上向きの成
分と水平方向の成分とに上下に分配すると、均一な吐出
流を形成させるためにはより効果的であることがわかっ
た。

ところで従来の浸漬ノズルの要部を第１３図に、また従
来の浸漬ノズル吐出口での溶鋼の流速分布を第１４図に
、さらに従来の浸漬ノズルを用いた際における連続鋳造
用鋳型への溶鋼流の広がり状況を第１５図にそれぞれ示
す。

（実施例） 表２に示す鋳造条件で、極低炭素旧キルド鋼を湾曲半径
１２　ｍである連続鋳造機により鋳造した。

表 浸漬ノズルとしては、 表３に示す７種類のノズ ルを使用した。

表 鋳造ヒートとしては、１２ヒート（２５０ｔ／ヒート）
ずつ各ノズルで鋳造した。各使用ノズルのタイプ毎に冷
延綱板のふくれ発生指数を比較して表４に示す。

なおふくれ発生指数は、 した。

表 同表から、この発明に従う浸漬ノズルの使用により、水
モデルの結果と同様な鋳型内の流動状況となって、ふく
れが激減した。

またこの発明に従う浸漬ノズルとして、側壁を第１６図
に示すように略三角形形状にしても、第４図の浸漬ノズ
ルとほぼ同様の効果が得られた。

（発明の効果） この発明の連続鋳造用浸漬ノズルは、連続鋳造用鋳型の
短辺鋳型に向かう開口を長辺鋳型に沿ってのびる側壁と
、側壁にわたる底壁とによって三方で囲むことによって
、前記開口を通して流出する溶融金属流の流動を制御す
ることで鋳片の凝固シェルに非金属介在物、不活性ガス
が捕捉されるのを防止することができ、内部欠陥、表面
欠陥の少ない鋳片を製造することが可能となる。

また浸漬ノズルの底壁に、流出する溶融金属流が上向き
となる斜面を設けるころとによって、？官金金属流をよ
り均一にして、内部欠陥、表面欠陥の少ない鋳片を製造
することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、連続鋳造鋳型における一般的な鋳造状況を示
す図、 第２図は、この発明の連続鋳造用浸漬ノズルの一例の説
明図、 第３図、第４図は、この発明の連続鋳造用浸漬ノズルの
一例及びその使用時のノズル内の流体の流動状況を示す
図、 第５図は、浸漬ノズルの開口の垂直方向の長さａとメニ
スカスからの直径３ｕＩＩ１１以上の気泡の侵入深さと
の関係を示すグラフ、 第６図は、底壁長さｂとメニスカスからの直径３１１１
１以上の気泡の侵入深さとの関係を示すグラフ、第７図
は、側壁間隔Ｃとメニスカスからの直径３ｍ以上の気泡
の侵入深さとの関係を示すグラフ、第８図ないし第１１
図は、この発明の連続鋳造用浸漬ノズル使用時の鋳型内
、ノズル内の流体の流動状況を示す図、 第１２図は、ｃ　／　ｘとスラブ表面欠陥指数との関係
を示すグラフ、 第１３図は、従来の浸漬ノズル要部を示す図、第１４図
は、従来の浸漬ノズル吐出口での溶鋼の流速分布を示す
図、 第１５図は、従来の浸漬ノズルを用いた際における連続
鋳造用鋳型への溶鋼流の広がり状況を示す図、 第１６図は、この発明になる連続鋳造用浸漬ノズルの他
の例を示す図である。 １・・・底壁　　　　　　　２・・・側壁３・・・浸漬
ノズル管部　　１５・・・斜面１６・・・間隔 第１ 図 （Ｃ） ＠２ 図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 第３図 （ａ） （ｂ＞ （Ｃ，） 第４図 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 第５図 関口のｔａり頗り長ざ（１（ｍｍ〕 第６図 オ（壁４（ざ　ｂ　　（ｍｙｎ］ 第７図 イ１り壁ｌＶｉ　隔　Ｃ 第８図 （ａ） （ｂ） 第９図 （ａ） （ｂ） 第１０図 （ａ） （ｂ） 第１１図 （ａ） （ｂ） θ 第１２図 θ５ Ｏ 第１３図 （ａ） （ｂ） 第１４図 （ａ） （ｂ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、タンディッシュの出口孔と連なって連続鋳造用鋳型
   内の溶融金属中に浸漬される耐火物製の中空導管からな
   り、その下端に連続鋳造用鋳型の短辺鋳型に向かう開口
   を有する浸漬ノズルにおいて、 上記開口を、長辺鋳型に沿ってのびる側壁と、側壁にわ
   たる底壁とによって三方で囲み、前記開口を通して流出
   する溶融金属流の流動を制御することを特徴とする連続
   鋳造用浸漬ノズル。 ２、底壁は、流出する溶融金属流が上向きとなる斜面を
   有する請求項１記載の連続鋳造用浸漬ノズル。 ３、底壁は、流出する溶融金属流の一部が上向きとなる
   、間隔の開いた斜面を有する請求項１記載の連続鋳造用
   浸漬ノズル。