JPH0584454U - 連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本考案は、ノズル閉塞防止に必要なガス吹き
込み流量を確保した上で、大幅な精錬コストの増加もな
く、また鋼材の材質を損ねることなく、常に安定してふ
くれ欠陥のない加工用鋼板素材を鋳造できる連続鋳造用
浸漬ノズルを提供する。 【構成】 アルミナ黒鉛質ガス吹き込み型連続鋳造用浸
漬ノズルにおいて、ガス吹き込み部にあたる内孔体のＳ
ｉＯ₂含有率を５％以下にし、且つ内孔体厚みを５〜１
０ｍｍとしたことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズル。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本発明は、鋼の連続鋳造において、溶鋼をタンディッシュからモールド内へ鋳 込むために使用されるガス吹き込み型浸漬ノズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】

現在、連続鋳造においては、溶鋼を酸化させることなくタンディッシュからモ ールド内に供給するために、浸漬ノズルが利用されている。

【０００３】 浸漬ノズルの材質としては、アルミナ及び炭素を主体とし、これに２０ｗｔ％ 程度のシリカを含有するものが主流となっている。

【０００４】 このような浸漬ノズルでは、鋳造時間の経過とともに鋼中析出物のアルミナ及 び地金がノズル内壁に付着し、激しい場合にはノズル閉塞を引き起こし鋳造を停 止する場合もあった。

【０００５】 この問題を解決する手段の１つとして、例えば、特公昭５８―３４６７号公報 に示されるように、浸漬ノズル内孔と同心円となる多孔質の筒状耐火物（内孔体 ）を浸漬ノズル本体に内挿し、この多孔質耐火物内壁からＡｒその他の不活性ガ スを吹き込むことが知られている。

【０００６】 しかし、本方法により吹き込まれたＡｒガスは、一部モールド内で浮上中に凝 固界面に捕捉され、気泡として鋳片内に残留する。

【０００７】 この気泡は、大きなものほど熱間圧延、冷間圧延後も圧着されず、鋼板表面に ふくれ欠陥として現れる。

【０００８】 ここで、ふくれ欠陥とは熱間圧延、冷間圧延後の鋼板表面に現れる欠陥で、幅 １〜４ｍｍ、長さ数ｍｍに隆起した、あるいはこれら数ｍｍの隆起が点状に連続 し３００ｍｍにも渡って連なったものをいう。

【０００９】 このふくれ欠陥は鋼板中の炭素濃度を極力低下させた、例えば炭素濃度が５０ ｐｐｍ以下の極低炭素鋼において、製品中の固溶炭素を析出物として固定させる ためにＴｉを添加させた鋼種にとりわけ多く発生し、製品歩留まりの大幅な低下 を招いている。

【００１０】 そこで、浸漬ノズルの閉塞防止を確実に享受しつつ、ふくれ欠陥の発生を抑制 するために、溶鋼トン当たり４Ｎｌ以下に制限したＡｒと残余Ｎ₂との混合ガス を用い、鋳片内部に捕捉されるガス気泡に基づく１ｍｍφ以上のピンホール数を トン当たり１０個以内に低減させる方法（特開昭６２―３８７４７号公報）が報 告され効果を発揮している。

【００１１】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、浸漬ノズルからＮ₂ガスを吹き込んだ場合には、特に鋳造速度 が速くなりりＮ₂気泡が鋳片の奥深くまで持ち込まれ溶鋼との接触時間が長くな ると、溶鋼中に吸収され、既に存在する以上に溶鋼中窒素濃度が増加する。

【００１２】 この窒素成分は、薄鋼板の加工性、成形性に支障をきたす恐れがあり、極力低 いほうが好ましい。

【００１３】 したがって、鋼材特性の一層の向上が望まれる今日にあっては、窒素濃度が現 状以上に増加した場合には、材質を確保するために添加合金の量が増加し、精錬 上のコスト増加をまぬがれない。

【００１４】 これらの問題点を鑑み、本発明は、ノズル閉塞の防止に必要なガス吹き込み流 量を確保した上で、大幅な精錬コストの増加もなく、また鋼材の材質を損ねるこ となく、常に安定してふくれ欠陥のない加工用鋼板素材を鋳造できる連続鋳造用 浸漬ノズルを提供することを目的とするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】

本考案は、アルミナ黒鉛質ガス吹き込み型連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、ガ ス吹き込み部にあたる内孔体のＳｉＯ₂含有率５％以下にし、且つ内孔体厚みを ５〜１０ｍｍとしたことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルに関するものである 。

【００１６】

【作用】

考案者等は、ノズル閉塞を防止するための浸漬ノズルからのＡｒガス吹き込み は従来どうり積極的に実施し、その上でふくれ欠陥につながらない熱延、冷延鋼 板用鋳片を鋳造できる連続鋳造用浸漬ノズルの研究開発を続けてきた。

【００１７】 鋳片内に捕捉された気泡は、大きなものほど熱間圧延、冷間圧延後にふくれ欠 陥につながり易い。

【００１８】 そこで、本考案者等は浸漬ノズル内孔体の劣化によるＡｒ気泡径の粗大化がふ くれ欠陥発生の原因と考え、特に欠陥発生率の高いＴｉを含有する極低炭素鋼を 鋳造した浸漬ノズルについて詳細な調査を行った。

【００１９】 なお、浸漬ノズル内孔体の組成はシリカ２６ｗｔ％、黒鉛２４ｗｔ％、アルミ ナ５０ｗｔ％である。

【００２０】 水中でのＡｒガス吹き込み試験では、未使用内孔体の平均気泡径が０．３ｍｍ であるのに対し、Ｔｉを含有する極低炭素鋼を鋳造した内孔体では平均気泡径が ２．０ｍｍにも達していた。

【００２１】 また、気泡径が粗大化する原因を明らかにするために浸漬ノズルから内孔体部 を切り出し、溶鋼接触面の組織観察及びＥＰＭＡによる面分析を行った。

【００２２】 これにより、内孔体中に含まれているシリカが溶鋼中のＴｉにより間接的に還 元され、組織中から消失することで、Ａｒ気泡径が粗大化していることを見出し た。

【００２３】 ここで、間接的な反応とは、（１）、（２）、（３）式で示されるような反応 で、シリカが耐火物中に共存する黒鉛

【００２４】 耐火物中

【００２５】

【化１】 ＳｉＯ₂＋Ｃ＝ＳｉＯ（ガス）＋ＣＯ（ガス） （１）

【００２６】 耐火物／溶鋼界面

【００２７】

【化２】 ２ＳｉＯ（ガス）＋Ｔｉ＝ＴｉＯ₂＋２Ｓｉ （２）

【００２８】

【化３】 ２ＣＯ（ガス）＋Ｔｉ＝ＴｉＯ₂＋２Ｃ （３）

【００２９】 と反応しＳｉＯガスとＣＯガスを生成し、これらガスが溶鋼中のＴｉにより還元 されるものである。

【００３０】 したがって、Ｔｉを含有する極低炭素鋼に発生するふくれ欠陥を防止するため には内孔体中のシリカ含有率を低減し、（１）式の反応を抑制することが有効と なる。

【００３１】 しかしながら、シリカを含有しない浸漬ノズル内孔体はシリカ消失に伴う気孔 率・気孔径の増大がないため、Ａｒガス吹き込み圧力は高いまま維持される。

【００３２】 このため、パウダーによるノズル本体外周の溶損が進行する連々鋳後半で、ガ ス吹き込み圧力に耐えきれずノズル外周に縦割れが発生する。

【００３３】 また、従来から、低膨張性のシリカは耐スポーリング性を確保する目的で浸漬 ノズルに使用されてきた。

【００３４】 このため、単純に内孔体のシリカ含有率を低減させると、耐スポーリング性の 劣化を招くと共に、Ａｒガス吹き込み圧力に起因する縦割れが発生する。

【００３５】 そこで、本考案者等はノズル本体への負荷を小さくし、割れ発生を防止する方 法について検討を行った結果、図１に示す浸漬ノズルの内孔体厚みを５〜１０ｍ ｍの範囲にすることでノズル縦割れを完全に防止できることを見出した。

【００３６】 浸漬ノズルのＡｒガス吹き込み圧力ΔＰ（ｋｇｆ／ｃｍ²）は、内孔体厚みＬ （ｃｍ）、Ａｒガス流量Ｑ（Ｎｌ／ｍｉｎ）、気孔率ε（％）及び気孔径ｄ（ｃ ｍ）の関数として（４）式で与えられる。なお、Ａはノズル形状等により決まる 定数である。

【００３７】

【数１】

【００３８】 浸漬ノズル内孔体１の気孔率・気孔径の増大は、Ａｒ気泡径の拡大、さらには ふくれ欠陥の発生に繋がるため好ましくない。また、Ａｒ流量も操業条件により 決まるため変更することはできない。

【００３９】 このため、Ａｒ吹き込み圧力ΔＰを小さくしノズル本体への負荷を軽減するた めには、内孔体厚みＬを薄くする必要がある。

【００４０】 従来、内孔体厚みＬは鋳造に伴う強度低下を考慮して１２ｍｍ以上に設定され ていた。

【００４１】 しかし、内孔体１のシリカを低減したことにより組織の劣化がないため、内孔 体強度は従来材よりも向上する。詳細な検討を行ったところ、内孔体厚みは５ｍ ｍ程度まで薄肉化できることが分かった。

【００４２】 また、ノズル本体２の耐え得る圧力Ｐ_max（ｋｇｆ／ｃｍ²）は割れ発生の応力 σ_max（ｋｇｆ／ｃｍ²）を用いて（５）式で求められる。ここで、ａとｂは各々 ノズル本体２の内径と外径である。

【００４３】

【数２】

【００４４】 （５）式から明らかなように、ノズル本体２の内径ａを小さくして厚肉化すれ ばノズル強度Ｐ_maxは大きくなることが分かる。

【００４５】 浸漬ノズル内孔体１の内径ｒは必要な溶鋼供給量により、ノズル本体２の外径 ｂはモールドの厚みにより決められているため、これらを変更することはできな い。

【００４６】 したがって、内孔体厚みＬを薄くすることは、内孔体１の外径Ｒとノズル本体 ２の内径ａを小さくすることに他ならない。その結果、ノズル本体２は厚肉化さ れ、（５）式により必然的に強度が向上する。

【００４７】 したがって、内孔体厚みを５ｍｍ以上の範囲で薄肉化することは、Ａｒガス吹 き込み圧力の低下とノズル強度向上の両面から有効な方法である。

【００４８】 次に、内孔体厚みの上限について述べる。内孔体のシリカを低減したノズルで は気孔率ε・気孔径ｄの増大がないため、（４）式から分かるようにＡｒガス吹 き込み圧力ΔＰは高いまま維持される。

【００４９】 これに対し、連々鋳の進行に伴いノズル外径ｂが溶損により減少するため、（ ５）式から分かるようにノズル本体の強度Ｐ_maxは小さくなる。

【００５０】 その結果、内孔体厚みを１２ｍｍ以上に設定しノズル本体厚みを薄くした場合 、連々鋳後半でΔＰ＞Ｐ_maxの条件になり易くノズルに割れが発生する。

【００５１】 連々鋳後半で前記割れ発生条件を満たさないための必要最小限のノズル本体厚 みを確保するためには、種々の検討の結果内孔体厚みを１０ｍｍ以下にすること が不可欠であることを見いだした。

【００５２】 なお、従来ノズルでは、連々鋳後半でシリカ消失に基づく気孔率・気孔径ｄの 増大により、Ａｒガス吹き込み圧力ΔＰも低下するため、内孔体厚みが１２ｍｍ 以上であっても割れ発生の条件ΔＰ＞Ｐ_maxを満たすことはない。

【００５３】 したがって、内孔体中のシリカを低減すると共に、内孔体の厚みを従来より小 さい５〜１０ｍｍの範囲にすることで、ノズル強度増とＡｒ吹き込み圧力低減の 両効果が得られ、ノズルの割れ発生を防止できる。

【００５４】 以上の結果から、本考案により、割れ発生を防止すると共に、気孔径拡大が抑 制され微細な気泡を安定して吹き込むことができるため、ふくれ欠陥防止に非常 に有効な浸漬ノズルを提供できる。

【００５５】 本考案において、内孔体にはふくれ欠陥防止の観点からシリカを含有しないこ とが好ましいが、必要な場合には５ｗｔ％以下に限って添加しても良い。

【００５６】 これは、シリカ含有率が５ｗｔ％以下であれば、反応速度が非常に遅くなるこ と、さらにシリカが全て消失しても気泡径が大きくする程気孔率や気孔径が増大 しないためである。

【００５７】 アルミナは耐蝕性を付与する役割を持ち、内孔体への好ましい配合率は３０〜 ８０ｗｔ％である。３０ｗｔ％未満では耐蝕性が不十分で、８０ｗｔ％を超える と熱膨張率が大きくなり耐スポーリング性が低下する。

【００５８】 黒鉛は成形性及び耐スポーリング性に優れていることから、内孔体には耐蝕性 を低下させない範囲で黒鉛を添加する。内孔体への黒鉛の配合範囲については５ 〜４０ｗｔ％程度が好ましい。

【００５９】 ５ｗｔ％未満では成形性及び耐スポーリング性が低下し、４０ｗｔ％を超える と黒鉛の酸化や溶鋼中への溶出により耐蝕性が低下する。また、高熱伝導率のた めノズル詰まりを生ずる恐れもある。

【００６０】 浸漬ノズル内孔体の基本的な構成成分は以上であるが、この他にもノズル材質 への添加物として既に知られている材料を、本発明の効果を損なわない範囲で含 有させてもよい。

【００６１】 その材料としては、例えば炭化珪素、ジルコニア、ジルコン、各種金属粉等で ある。

【００６２】 これら構成成分から成る耐火物を用いて、ノズル内孔体を構成する際、ノズル 本体に関しても同一材料を使用することが望ましいが、溶鋼と接触しない部分に 関しては、従来のシリカを含有する組成の材料を用いることもでき、また両者の 中間的な材質を介在させることも可能である。

【００６３】

【実施例】

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本考案について説明する。

【００６４】 第１表に示した原料含有物に樹脂バインダーとしてフェノール樹脂を外掛けで １５ｗｔ％添加して混練し、アイソスタティックプレスを用いて１．０ｔ／ｃｍ ² の圧力でノズル形状に成形した。

【００６５】

【表１】

【００６６】 さらに、この成形体を１２００℃の温度で還元焼成し、連続鋳造用ガス吹き込 み型浸漬ノズル（外径１８５ｍｍφ、内径９０ｍｍφ、吐出孔径７０ｍｍφ、吐 出孔角度３５度の逆Ｙ型ノズル）を作製した。

【００６７】 このようにして得られた浸漬ノズルを用いて、Ｔｉを０．０８ｗｔ％含有する 炭素濃度３０ｐｐｍの極低炭素鋼を４００分間鋳造した。この際、Ａｒガス吹き 込み流量は溶鋼トン当たり６Ｎｌ一定とした。

【００６８】 本考案の実施例及び比較例とも鋳造寸法は、厚み２４５ｍｍ×幅１５００ｍｍ で、８５００ｍｍ長さに切断して１コイル単位とした。

【００６９】 このスラブを常法により熱間圧延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７ｍｍ×幅 １５００ｍｍコイルの冷延鋼板とした。

【００７０】 ふくれ欠陥防止に対する浸漬ノズル耐火物の評価は、水中でのＡｒ吹き込み試 験により得られた気泡径と、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行い、１コイ ル当たりに発生するふくれ欠陥の個数（ふくれ欠陥指標）により評価した。

【００７１】 また、浸漬ノズルの割れ発生については浸漬ノズルに亀裂が生じた時間を指標 として評価した。

【００７２】 第２表に、実施例及び比較例の品質評価結果を示す。

【００７３】

【表２】

【００７４】 第２表に示す如く、実施例では内孔体のシリカ含有率を５ｗｔ％以下とし、且 つ内孔体厚みを５〜１０ｍｍにしたことで、耐スポーリング性低下による割れ発 生もなく、常に安定してふくれ欠陥を防止できた。

【００７５】 これに対し、比較例１は内孔体のシリカ含有率が高かったため、Ａｒ気泡径が 拡大しふくれ欠陥が多発した。しかし、浸漬ノズルには割れ発生はなかった。

【００７６】 また、比較例２は内孔体の厚みが薄過ぎたため、シリカを含有しない状態でも 鋳造後半で強度が低下し、内孔体に亀裂が発生した。また、内孔体の亀裂部から Ａｒガスが流れたため気泡径が大きくなりふくれ欠陥が多発した。

【００７７】 さらに、比較例３では、逆に内孔体厚みが厚すぎたため、Ａｒガス吹き込み圧 力が高くなり、ノズル本体側が耐えきれず浸漬ノズル外周のパウダー溶損部に縦 亀裂が発生した。この場合、ふくれ欠陥は発生しなかった。

【００７８】

【考案の効果】

以上に説明したように、本考案の連続鋳造用浸漬ノズルによれば、耐蝕性及び 耐スポーリング性を確保した上で、内孔体から微細な気泡を安定して吹き込むこ とができる。

【００７９】 したがって、ふくれ欠陥の防止に留まらず、気泡による介在物の浮上分離効果 及びノズル閉塞の防止効果をより効率的に行うことができる。

【００８０】 以上の効果により、連続鋳造法で製造される鋼板の品質は非常に安定し、歩留 まりも格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】浸漬ノズルの概略を示し、本考案を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１ 浸漬ノズル内孔体 ２ 浸漬ノズル本体

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 アルミナ黒鉛質ガス吹き込み型連続鋳造
   用浸漬ノズルにおいて、ガス吹き込み部にあたる内孔体
   のＳｉＯ₂含有率５％以下にし、且つ内孔体厚みを５〜
   １０ｍｍとしたことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズ
   ル。