JPH07232249A

JPH07232249A - 溶融金属の鋳造用ノズル

Info

Publication number: JPH07232249A
Application number: JP9990794A
Authority: JP
Inventors: Yoko Nagata; 陽子永田; Yasuhiro Kawashima; 康弘川島
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-05-13
Publication date: 1995-09-05

Abstract

(57)【要約】【目的】溶融金属の注湯に使用する鋳造用ノズルにお
いて、より介在物の付着防止効果が大きく、使用中の溶
損量が少なく、吸水性が低いノズルを提供する【構成】溶融金属の注湯に使用する鋳造用ノズルであ
って、その組成がCaO 70wt％以上で見かけ気孔率50％以
下であるCaO ノズル１を内装ノズルとして用い、その外
側に母材ノズル２を外装し、前記CaO ノズル１と母材ノ
ズル２の間にCaOノズルの熱膨張代に相当した間隙を設
けることを特徴とする溶融金属の鋳造用ノズル。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば鋼の連続鋳造に
おける浸漬ノズル、タンディッシュ上ノズル、スライデ
ィングゲート等、溶融金属の鋳造用ノズルに関する。以
下、溶鋼の連続鋳造を例にとって説明を行うが、溶鋼だ
けに限定されるわけではない。

【０００２】

【従来の技術】近年、鋼の連続鋳造において、Al脱酸
鋼、特にTi入りAl脱酸鋼を連続鋳造する場合、溶鋼中の
Al₂O₃ を主成分とする介在物が、鋳造用ノズル（浸漬ノ
ズル）へ付着することが問題となっている。介在物が付
着すると製品に疵が発生したり、さらには閉塞に至って
鋳造作業が阻害される。そのためノズルへの介在物付着
の防止または低減の目的で、従来からさまざまな方策が
なされている。

【０００３】例えば特開昭55−114449号公報には、不活
性ガスを浸漬ノズル内に吹き込むことにより、溶鋼とノ
ズルの接触面積を低下させ、さらにノズル内面に付着し
たAl₂O₃ 介在物を剥離させることにより、介在物付着を
防止するノズルが開示されている。

【０００４】しかし、不活性ガスの吹き込みでは、介在
物の付着を完全には防ぎきれないだけでなく、鋼中にピ
ンホールが生成し、製品欠陥の原因となる可能性もある
ため完全な対策とはいえない。

【０００５】一方、成分としてCaO を含むノズルを用
い、ノズルへの介在物付着を防止するという方法も知ら
れている。これはノズルに付着する溶鋼中のAl₂O₃ とCa
O を反応させ、低融点物を生成させて、ノズル内部に吸
収させるか、溶鋼で洗い流す方法である。しかし、CaO
は水分を吸収しやすいため取扱いが難しく、また耐熱衝
撃性が低く、使用中の溶損量が多いため実際の操業では
使用が困難であった。

【０００６】特開平３−138054号公報では、Ｃ−ZrO₂−
CaO 系耐火物をノズル材質に用いる技術が開示されてい
る。しかしこのノズルは、CaO をCaZrO₃として含有する
ことにより、溶鋼による溶損を抑えているためにCaO 濃
度が30wt％以下である。このため、溶鋼中のAl₂O₃ 濃度
が高い場合、ノズルへの介在物の付着防止効果が期待で
きない。これはAl₂O₃ とCaO が反応して当初は低融点物
を形成しても、ノズル中のCaO が消費され、濃度が減少
してくるとAl₂O₃ とCaO の反応生成物の融点は高くな
り、最終的にはノズル壁に付着するからである。従っ
て、浸漬ノズルの介在物の付着の問題は根本的な解決に
到ってないのが現状である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は溶融金属を注
湯するノズルへの介在物の付着防止を目的とする。具体
的には、成分としてCaO を含むノズルにおいて、より介
在物の付着防止効果が大きく、使用中の溶損量が少な
く、吸水性が低いノズルを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、CaO に他
の成分を加えて上記特性を満たそうとする従来技術から
発想を転換し、高純度のCaO ノズルで、上記課題を解決
できることを見出した。

【０００９】ここに、本発明は、溶融金属の注湯に使用
し、その組成がCaO 70wt％以上で見かけ気孔率が50％以
下であることを特徴とする溶融金属の鋳造用CaO ノズル
である。

【００１０】さらに本発明の好適態様にあっては、前記
の鋳造用CaO ノズルの外側に母材ノズルを外装し、鋳造
用CaO ノズルと母材ノズル間にCaO ノズルの熱膨張代に
相当した間隙を設けたことを特徴とする溶融金属の鋳造
用ノズルである。

【００１１】

【作用】本発明の溶融金属の鋳造用ノズルの作用効果に
ついて詳述する。図１は本発明の溶融金属の鋳造用ノズ
ルの一例であって、図示例では本発明にかかる鋳造用Ca
O ノズル１は母材ノズル２内に設けられている。取鍋、
タンディッシュ (図示せず) を経て上部より供給された
溶融金属は符号３で示す白抜き矢印のように流れ、鋳型
(図示せず) 内に注湯される。なお、本発明のCaO ノズ
ルの長さは、図示例に限定されず、母材ノズルと同じ長
さであってもかまわない。

【００１２】ノズルの組成について：図２に、鋳造用Ca
O ノズル中のCaO 濃度と介在物付着厚さの関係を示す。
CaOノズルの見かけ気孔率は50％、使用した溶鋼は、表
１に示したもの([Ti] ＝０wt％、sol[Al] ＝0.06wt％)2
00Kgである。図２に示したように、CaO 濃度70wt％以上
のノズルには介在物の付着はみられないが、CaO 濃度70
wt％未満のノズルでは若干の介在物付着がみられる。こ
の結果から、鋳造用CaO ノズルへの介在物の付着を防止
するためには、CaO 濃度は70wt％以上であることが必要
であることがわかる。なお、溶鋼中の全酸素濃度 (以後
T.O.と記載) によっても、介在物付着厚さは影響され
る。

【００１３】図３にT.O.濃度を変化させた場合の、ノズ
ル中CaO 濃度と介在物付着厚さの関係を示す。その他の
条件は図２のそれに同じ。通常のT.O.濃度、例えば100
ppmにおいては、ノズル中CaO 濃度は70wt％以上でよい
が、T.O.濃度が高くなると、必要とされるノズル中のCa
O 濃度は上昇する。すなわち、T.O.＝300 ppm の場合、
介在物の付着はほとんど起こらないノズル中CaO 濃度は
80wt％以上であり、T.O.＝700 ppm の場合には、CaO 濃
度は90wt％以上である。さらに、CaO ＝99wt％以上の場
合には、付着は全く起こらない。したがって、ノズル中
CaO 濃度は70wt％以上、好ましくは80wt％以上、より好
ましくは90wt％以上、最も好ましくは99wt％以上とす
る。

【００１４】その他のノズル中の不純物としてはAl₂O
₃ 、SiO₂、Fe₂O₃等が挙げられるが、合計濃度は30wt％
以下、好ましくは20wt％以下、より好ましくは10wt％以
下、最も好ましくは１wt％以下である。このCaO 濃度70
wt％以上のノズルはノズル中のCaO 濃度が高いために、
溶鋼中のAl₂O₃ 系介在物が多量に付着してもノズルと介
在物との反応生成物の融点が高くなることはなく、よっ
てノズルに介在物の付着が起こらない。

【００１５】見かけ気孔率について：図４にCaO ノズル
の見かけ気孔率と溶損率との関係を示す。ノズルのCaO
濃度は99.5wt％で、表１に示す溶鋼 ([Ti]＝０wt％、so
l[Al] ＝0.06wt％) を200 kg注湯した。なお、縦軸は、
注湯前のノズル径に対し、注湯後ノズル径の増加した比
率である。（ノズル外径50mm、内径15mm、長さ 100mm）図４に示したように、ノズルの見かけ気孔率が50％を超
えるとノズルの溶損量が許容範囲である10％を超え大き
く増加するので、実際の操業に使用するには見かけ気孔
率を50％以下にする必要があることが明らかになった。
溶損が認められなかった範囲を考えると、好ましい見か
け気孔率は10％以下である。なお、図２、図３および図
４ではTiを添加しない溶鋼を使った例を示したが、Ti入
り溶鋼ではこの傾向はより顕著に表われる。

【００１６】図５(a) にノズルの見かけ気孔率とノズル
の曲げ強さとの関係を示す。さらに、図５(b) には、見
かけ気孔率が50％の付近を拡大したノズルの見かけ気孔
率とノズルの曲げ強さとの関係を示す。この試験におい
ては、ノズルのCaO 濃度は90wt％超 (本発明ノズルの成
分濃度内) とした。市販のノズルの曲げ強度は、60〜70
kgf/cm²程度であるのに対し、この試験の測定結果で
は、見かけ気孔率50％以下の場合、市販ノズルの曲げ強
度以上となり、問題のないレベルであることがわかる。
また、見かけ気孔率10％以下の場合、従来の10倍以上の
強度となり、さらに好ましいことも分かる。

【００１７】図６に見かけ気孔率と注湯テスト時のノズ
ル破損発生率の関係を示す。注湯には表１に示す溶鋼10
トンを用いた。テストノズルは外径84mm、内径80mm、長
さ1100mmである。その他の条件は図５の場合に同じ。見
かけ気孔率50％を越えると注湯時の衝撃に耐えられず、
破損が起こることがわかる。このことからも本発明にお
いては、見かけ気孔率を50％以下とすることが必要であ
る。

【００１８】次に、見かけ気孔率と吸湿によるノズル素
材の崩壊の関連を調査した。表２に示す本発明のCaO ノ
ズルの一部を切り出したプレート (見かけ気孔率０％、
３％未満、10％、50％) と、CaO 濃度は同じだが、見か
け気孔率の高い材質の比較プレート (見かけ気孔率70
％）を大気中と水を張ったデシケータ内との２条件で放
置し、プレートの吸湿による崩壊を調査した。

【００１９】図７は大気中におけるその調査結果であ
り、横軸の見かけ気孔率に対し、縦軸の重量変化率は重
量増加分を乾燥重量で除した値を％で示したものであ
る。大気中、デシケータ内のどちらの条件においても見
かけ気孔率０％、３％未満、10％のプレート (本発明の
範囲内) は２週間以上、見かけ気孔率50％のプレート(
本発明の範囲内) は10日間品質に何の変化も起こらなか
った。しかし、見かけ気孔率70％の比較プレートでは３
日間でクラックが入るなど品質に異常をきたした。見か
け気孔率50％以下の場合について、さらに詳細にみてみ
る。図７にみられるとおり、見かけ気孔率10％の場合に
は、２週間後における重量変化率は1.5 ％程度であっ
て、19日目に初めてクラックの発生をみた。見かけ気孔
率３％および０％の場合は、２週間後における重量変化
率はさらに少なく１％以下となって、クラックの発生も
全くなく、吸湿性の問題も完全に解決できることが判明
した。

【００２０】これにより、吸湿性の点からは、見かけ気
孔率50％以下が本発明の範囲内であり、より好ましく
は、見かけ気孔率10％以下、さらに好ましくは、見かけ
気孔率３％以下であることがわかる。

【００２１】これら溶損、曲げ強度、注湯時のクラッ
ク、吸湿試験の結果より、本発明においては、使用時に
破損等のトラブルのない条件として50％以下の見かけ気
孔率とした。さらに、見かけ気孔率が10％以下になる
と、吸水性が低くなるとともに、使用中の溶損量が少な
くなり、介在物の付着防止効果も大きくなり好ましい。
最も好ましくは３％以下である。

【００２２】母材ノズルの内径について：本発明におい
て、母材ノズル内にCaO ノズルをセットする際は、ノズ
ルの予熱に際し、CaO ノズルの熱膨張により母材ノズル
内側が圧迫されないように、母材ノズルとCaO ノズル間
に間隙を設ける。この間隙は、母材ノズルの材質による
がCaO ノズル外径の３％以上が好ましい。

【００２３】この間隙は通常は空目地で十分であるが、
特に母材ノズルとカルシアノズルの位置を固定したい場
合は、この間隙には、CaO ノズルが母材ノズル内でずれ
ることのないようCaO ノズルの端部と母材ノズル間に薄
いセラミックスファイバもしくは少量のモルタルを詰め
ることが好ましい。

【００２４】予熱方法について：本発明の鋳造用ノズル
の予熱に関しては、条件により通常のアルミナグラファ
イトノズルの場合と同様にすることもできるが、熱衝撃
によるクラックの発生を防止するため予熱方法を工夫す
ることがより望ましい。以下にその一例として外熱式予
熱法をあげて従来法と比べながら説明を行う。

【００２５】従来の予熱方法は、バーナによる加熱で、
母材ノズルの外面からの加熱、および吐出孔より入った
フレームによる内面からの加熱を併用していた。そのた
めCaO ノズルに直接炎があたり、熱衝撃によりノズルに
割れが入りやすかった。

【００２６】一方、外熱式予熱方法は、加熱時に吐出孔
部などをセラミックファイバー等 (以下、ファイバーブ
ランケットという) で覆うことから、外側からの熱伝達
のみとなるような加熱方法である。この加熱方法は、熱
衝撃によるノズル割れの防止効果が大きい。

【００２７】図８にその外熱式予熱の様子の概略説明図
を示す。図示例によれば、本発明のCaO ノズル１、母材
ノズル２の周囲を、下部ファイバーブランケット４、上
部ファイバーブランケット５、流入口部ファイバーブラ
ンケット６で被う。

【００２８】以下に記載する予熱実験においては、予熱
炉７に設けたバーナ９からの予熱用炎８により加熱し
た。予熱方法は実際の操業と同様に予熱炉にてバーナの
炎により、加熱速度は約500 ℃／hr、２時間で1000℃ま
で加熱した。

【００２９】表３に、母材ノズルとCaO ノズルの間隙に
充填剤を詰めた場合、空目地の場合、さらに従来の予熱
（ファイバーブランケットなし）をした場合と外熱式予
熱（ファイバーブランケットあり）をした場合について
予熱実験を行った条件と結果を示す。

【００３０】表３記載のように、母材ノズルとCaO ノズ
ルの間隙に充填剤を詰め、従来の予熱をした場合には、
母材ノズルまたはCaO ノズルに大きくクラックが入った
が、外熱式予熱方法で予熱を行った場合、実際の操業時
より速く昇温をしても母材ノズル、CaO ノズルともにク
ラックが入ることはなかった。

【００３１】

【実施例】本発明例として表２に示す組成で見かけ気孔
率10％のCaO ノズル、比較例として表２に示す組成で見
かけ気孔率70％のCaO ノズル、従来例として表４に示す
組成の従来のアルミナグラファイトノズルについて、表
１に示した組成の低炭素鋼(sol[Al]＝0.06wt％) を用
い、注湯実験を行った。注湯温度は1600℃、溶鋼量は20
0 kgであった。この時、介在物付着を促進するとされて
いるTiを添加した。

【００３２】なお、CaO ノズルへの介在物付着は、Al濃
度よりも酸化物系介在物濃度([Ti]等) の方に大きく影
響を受けるので、本実施例ではTi濃度を変化させて試験
を行った。

【００３３】図９に、溶鋼中のTi濃度と本発明例および
比較例のノズルへの介在物付着状況を示した。この図か
ら、Ti濃度にかかわらず付着物が全くなかったことがわ
かる。図10にさらに従来例として、溶鋼中のTi濃度とア
ルミナグラファイトノズルへの介在物付着状況を示し
た。この図から、付着物が0.8 〜2.0 mmあったことがわ
かる。

【００３４】これらの結果、従来使用しているアルミナ
グラファイトノズルを用いた場合は、ノズルへの介在物
付着が起きたが、CaO ノズルを用いた場合は、ノズルへ
の介在物付着は起こらずノズル閉塞も起こらないことが
わかった。なお、見かけ気孔率の高い比較例は、介在物
付着については問題ないものの、実験後一部破損が生
じ、実際の使用には適さないことがわかった。

【００３５】また図11に示す、上ノズル11、固定盤12、
スライダー13、中間ノズル14、浸漬ノズル15を有するス
ライディングノズル10( 母材ノズルは上ノズル11がMgO
、浸漬ノズル15はアルミナグラファイトノズル) の、
上ノズル11、浸漬ノズル15に本発明のCaO ノズル（外径
84mm、内径80mm、長さ1100mm）を内装し、表１と同組成
の溶鋼10トンを鋳込温度1570℃にて鋳造した結果、ノズ
ルの破損等のトラブルもなく最後まで鋳造することがで
き、介在物付着もなかった。

【００３６】

【表１】

【００３７】

【表３】

【００３８】

【表４】

【００３９】

【発明の効果】溶融金属の注湯に際し、本発明のCaO ノ
ズルを用いることによりTi入りAl脱酸鋼であってもノズ
ルへの介在物付着が大きく低減されノズル閉塞防止に有
効である。またノズルの耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる溶融金属の鋳造用CaO ノズルの
一例を示す断面図である。

【図２】CaO ノズル中のCaO 濃度と介在物付着厚さとの
関係を示すグラフである。

【図３】T.O.濃度（溶鋼中の全酸素濃度）を変化させた
場合の、ノズル中CaO 濃度と介在物付着厚さの関係を示
すグラフである。

【図４】CaO ノズルの見かけ気孔率とノズルの溶損率と
の関係を示すグラフである。

【図５】CaO ノズルの見かけ気孔率と曲げ強度の関係を
示すグラフであり、図5(a)の拡大図が図5(b)である。

【図６】CaO ノズルの見かけ気孔率と注湯時のノズル破
損発生率の関係を示すグラフである。

【図７】CaO ノズルの吸水比率の経時変化を示すグラフ
である。

【図８】外熱式予熱方法の説明図である。

【図９】本発明および比較例のCaO ノズルを用いて、ノ
ズル閉塞を起こし易いとされているTi入り極低炭素鋼を
鋳造した場合の、ノズルへの介在物付着厚さと鋼中のTi
濃度との関係を示すグラフである。

【図１０】従来使用されているアルミナグラファイトノ
ズルを用いてTi入り極低炭素鋼を鋳造した場合の、ノズ
ルへの介在物付着厚さと鋼中のTi濃度との関係を示すグ
ラフである。

【図１１】本発明のCaO ノズルを適用できるスライディ
ングノズルの断面図である。

【符号の説明】

１：鋳造用CaO ノズル２：母材ノズル３：溶融金属流４：下部ファイバー
ブランケット５：上部ファイバーブランケット６：流入口部ファイ
バーブランケット７：予熱炉８：予熱用炎９：予熱用バーナ 10：スライディング
ノズル 11：上ノズル 12：固定盤 13：スライダー 14：中間ノズル 15：浸漬ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属の注湯に使用し、その組成がCa
O 70wt％以上で見かけ気孔率が50％以下であることを特
徴とする溶融金属の鋳造用CaO ノズル。
【請求項２】請求項１記載の鋳造用CaO ノズルの外側
に母材ノズルを外装し、鋳造用CaO ノズルと母材ノズル
間にCaO ノズルの熱膨張代に相当した間隙を設けたこと
を特徴とする溶融金属の鋳造用ノズル。