JPH10263765A - 溶融金属流制御方法及びそのための鋳造用ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 浸漬ノズル内を流下する溶融金属に攪拌旋回
流を与えて、該ノズル内を流れる溶融金属の吐出流速を
制御する技術の提供。 【解決手段】 鋳造用浸漬ノズル５の内周面８にガスを
噴射する多数の小孔６を備え、該小孔６がノズル５内を
流下する溶融金属に旋回流を与えるように、水平面内に
おいて前記浸漬ノズル５の溶融金属通過孔７に対して傾
斜方向に延伸している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、タンディッシュ等
の溶融金属収容容器から鋳型へ鋳造用浸漬ノズルを介し
て溶融金属を注入する際の溶融金属流制御方法及びその
ための鋳造ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、溶融金属の連続鋳造において、
溶融金属を鋳型へ注入するのに浸漬ノズルが使用されて
いる。近年、鋼の連続鋳造においてはより高速化された
鋳造が行なわれているが、取鍋からタンディッシュへ、
さらにタンディッシュから鋳型へと大量の溶融金属が注
入されるため、浸漬ノズル開口部からの溶融金属の吐出
流速が極めて大きくなっている。これに伴って、鋳型内
メニスカス部の湯面変動が激しく、又吐出流速の不均一
化現象（吐出孔の片流れ）によって気泡や介在物の巻き
込みによる欠陥の発生率が高くなるという問題が発生し
ている。

【０００３】このようなことから、連続鋳造浸漬ノズル
内の溶融金属を攪拌旋回させて最大吐出流速を減少させ
ようとする試みがなされ、そのための水モデル実験の報
告例がある（ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ Ｖｏｌ.６（１９９
３）１１５８〜１１６１）。

【０００４】この実験例ではノズル内にスクリュ−を設
け、モ−タ−によりノズル内の水を攪拌回転させてい
る。この実験結果による考察として、旋回攪拌すること
により流下する水に遠心力が作用し、その結果ノズル内
面を円周方向に流れる流れが加わり、ノズルからの最大
吐出流速が減少するということ、そしてまたこのような
旋回流がある場合の拡大管型ノズルからの流れはノズル
吐出口（口幅に渡る）の速度がほぼ均一になるという報
告がなされている。

【０００５】しかし、上記実験の例はあくまで水モデル
実験であって、例えば１５００〜１６００°Ｃの温度を
有する鋼の鋳造の際にはノズル内孔部にスクリューを設
けて溶鋼を攪拌回転させるわけにもいかず、実機使用で
の実現は困難である。

【０００６】また、このため同研究報告書では外部磁場
を利用して溶鋼に旋回を与える提案がなされているが、
かかる電磁場による攪拌設備は多額の費用を要し、また
効果的な攪拌回転が得られるかどうかも疑問である。

【０００７】さらにまた、同水モデル実験報告書におい
ては、旋回流を採用することにより、介在物付着による
ノズル閉塞防止のためのアルゴンガス吹き込みが不要で
あるとの報告もなされている。

【０００８】このような不活性ガス例えばアルゴンガス
の吹き込みの従来技術に若干触れるが、一般にはノズル
閉塞を防止する目的のために不活性ガス吹き込みが行な
われている。本出願人が保有する特許１７１３５４３号
（特公平３−７５２６０号公報）もその目的のために発
明されたもので、特にスライディングゲートにおいて摺
動盤の上面と溶融金属通過孔の周壁部とで形成される隅
部において発生し易い不純物の除去のために、そこを通
るすなわちスライディングゲート部内での溶融金属の流
れにガスを噴射して滞留を防止し、不純物の付着や堆積
を抑制しようとするものである。これによって、スライ
ディングゲート特有の上記隅角部での閉塞防止に優れた
効果を発揮する。しかし、これはあくまでノズルの閉塞
防止を主目的とするものである。

【０００９】また、不活性ガスを吹き込むという特殊な
ケースに、スプラッシュを防止する造塊用取鍋ノズルも
ある（特公昭４２−２５５５９号公報）。これは、上注
法で溶鋼を鋳型へ注入する際、不活性ガスを吹き込んで
流動溶鋼の気泡を生成せしめ、この表面張力を利用して
スプラッシュを防止しようとするものである。

【００１０】すなわち、この原理は気体を封じ込んだ水
泡は落下して固面に衝突すると、表面張力の存在により
大きな付着力が働き、落下エネルギーはそれに吸収され
て跳ね返らないからスプラッシュを防止できるとするに
ある。

【００１１】ここで、一例として旋回するガス吹き込み
も示されているが、それは単に気泡を生じさせるための
一手法にすぎない。しかもこの方法は浸漬ノズルを対象
とするものではなく、スプラッシュが発生し易い造塊用
短ノズルである。

【００１２】さらに、不活性ガス吹き込みに関連する例
を上げれば、特開平６−９９２５６号公報が挙げられ
る。ここでは不活性ガスはむしろ忌み嫌われ、不活性ガ
スが気泡となって不可避的に取り込まれ、この気泡が極
低炭素鋼の製品表面の膨れ疵の発生原因となるから、使
用されるべきでないと記載されている。そして、内面段
差を設けた浸漬ノズルがこの発明の骨子になっている。

【００１３】以上のように、従来の浸漬ノズルにおける
ガスの吹き込みはノズル内の閉塞防止を目的とするもの
に限られており、また上記特開平６−９９２５６号公報
に示すように、ガスの吹き込み自体も避けようとする技
術すらあるのが現状である。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】本願発明の目的は、鋳
造用浸漬ノズルの内周面に多数の小孔を設け、その小孔
からガスを噴射して、ノズル内を流下する溶融金属に効
果的に攪拌旋回流を生ぜしめ、それによってノズルから
吐出される溶融金属の吐出流速を制御均一化させ、また
鋳型内溶融金属のメニスカス部の湯面変動を防止して総
合的に溶融金属への介在物の巻き込みによる欠陥の発生
を抑えようとするものである。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本願発明は、 １．鋳造用浸漬ノズルの内周面よりガスを噴射し、該ノ
ズル内を流下する溶融金属に攪拌旋回流を与えて、ノズ
ルを流れる溶融金属の吐出流速を制御することを特徴と
する鋳造用ノズルの溶融金属流制御方法

【００１６】２．鋳造用浸漬ノズルの内周面にガスを噴
射する多数の小孔を備え、該小孔がノズル内を流下する
溶融金属に攪拌旋回流を与えるように、水平面内におい
て前記浸漬ノズルの溶融金属通過孔に対して傾斜方向に
延伸していることを特徴とする鋳造用ノズル

【００１７】３．鋳造用浸漬ノズルの内周面にガスを噴
射する多数の小孔を備え、該小孔がノズル内を流下する
溶融金属に攪拌旋回流を与えるように、水平面内におい
て前記浸漬ノズルの溶融金属通過孔に対して傾斜方向に
延伸しているとともに、前記ノズルの溶融金属通過孔に
近いほど下方に位置するように鉛直面内において傾斜し
ていることを特徴とする鋳造用ノズル

【００１８】４．前記小孔の開口部がノズルの内周面に
おいて、１段または複数段のほぼ同一平面に輪状に配列
されていることを特徴とする上記２または３に記載の鋳
造用ノズル

【００１９】５．前記小孔の開口部がノズルの内周面に
おいて、螺旋状に配列されていることを特徴とする上記
２または３に記載の鋳造用ノズル

【００２０】６．鋳型内溶融金属のメニスカス近傍の位
置に浸漬ノズルの小孔が配列されていることを特徴とす
る上記２〜５のいずれか一項に記載の鋳造用ノズル

【００２１】７．鋳造用浸漬ノズルの上部位置に小孔が
配列されていることを特徴とする上記２〜５のいずれか
一項に記載の鋳造用ノズル

【００２２】８．鋳造用浸漬ノズルの上端部にスライデ
ィングゲ−トを備え、該ゲ−トの摺動盤の上面と前記溶
融金属通過孔周壁とで形成される上記通過孔隅部におけ
る溶融金属を旋回攪拌すべく、水平面内において前記浸
漬ノズルの溶融金属通過孔に対して傾斜方向に延伸して
いる多数のガス噴射用小孔を該ゲ−トの固定壁に設けた
ことを特徴とする上記１〜７のいずれか一項に記載の鋳
造用ノズルを提供する。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１に、本発明の実施形態の一例
を示す。図１は外挿タイプの連続鋳造用浸漬ノズル５に
本願発明の方法を施した例であり、浸漬ノズル５の縦断
面図を示す。浸漬ノズル５のノズル嵌合部に、図に示す
ような内周面８に多数の小孔を有するリング１を設置す
る。

【００２４】ノズル嵌合部とリング１の間にはガス導入
用スリット２を備え、ガス吹き込み口３よりガスを導入
して、浸漬ノズル５を流下する溶融金属に旋回流を与え
る。溶融金属は浸漬ノズル５の通過孔を通って吐出孔４
より鋳型内（図示せず）へ流出する。

【００２５】図２は、内挿タイプのノズルに本願発明の
方法を適用した例である。図１と同じ符号のものは、図
１と同様の機能をもつ。図１と図２のリングはいずれも
ガス導入用スリット２及びガス噴射孔６が加工されやす
いような形状を採用しているが、この形に限定されるも
のではない。

【００２６】図３Ａ及び図４Ａは、浸漬ノズル５のガス
を噴射する小孔部の横断面を示し、溶融金属に旋回流を
与えるように、小孔６が水平面内において浸漬ノズル５
の溶融金属通過孔７に対して、傾斜方向に延伸してい
る。すなわち通過孔７の内周面８の接線方向（なお、こ
こでは完全な幾何学的接線を意味するのではなく、溶融
金属に旋回流を与えることのできる方向という意味で用
いている）に小孔６が向いている。

【００２７】図３Ｂは、さらに小孔が浸漬ノズル５の溶
融金属通過孔７に近い程、下方に位置するように鉛直面
内において傾斜している小孔を有するリング１の縦断面
図を示している。すなわち、このノズルを用いるとノズ
ルを通過する溶融金属は噴射ガスにより、下向きの強い
力を受け旋回流となって流出する。

【００２８】図４Ｂには、小孔６が溶融金属通過孔７に
対して水平向きであるリング１の縦断面図を示してい
る。このように小孔は水平にすることもできる。また、
上向き（図示せず）にしても、旋回流を達成する意味で
はそれなりの効果を有するが、溶融金属の小孔内への侵
入を考慮すると図３Ａに示すように下向きに形成するの
が望ましい。

【００２９】外部の気体供給源からガス吹き込み口３に
供給されるガスは、窒素ガス又はアルゴンガスなどの不
活性ガスが使用される。

【００３０】各小孔６は例えば横断面が円形の孔からな
り、その直径は溶融金属通過孔７がつまるのを防止する
のに十分な大きさの気泡を導入し得るように好ましくは
０．１ｍｍ以上でかつ溶融金属が小孔６中に侵入して小
孔６がつまるおそれがないように、好ましくは１ｍｍ以
下である。

【００３１】上記に円形の例を説明したが、各小孔６の
横断面の大きさ及び形状は異なっていてもよい。例えば
横断面が楕円形やスリット状の細長い形状であってもよ
い。横断面がスリット状の場合、その幅は好ましくは
０．１〜０．５ｍｍ、スリットの長さは好ましくは１〜
５ｍｍ程度である。

【００３２】また、図３および図４に示した例では、多
数の小孔６の夫々はノズルの半径方向に対して同じ角度
だけ傾斜しているが、この傾斜角度は同一の角度である
必要はなく、異なる角度であってもよい。

【００３３】小孔６は好ましくはＣＯ₂レーザやＹＡＧ
レーザ等によるレーザ加工によって成形されるが、ドリ
ルなどの他の手段を用いて成形してもよい。

【００３４】以上においては、多数の小孔の開口部がノ
ズルの内周面において、３〜４段のほぼ同一平面に輪状
に配列されている例を説明したが、１又は２段でもよく
さらに５段以上あってもよい。また、多数の小孔の開口
部がノズルの内周面において、全体として螺旋状に配列
させることもできる。図３及び図４では、多数の小孔が
全体として左まわりに配置されているが、これが右まわ
りとすることもでき、また周方向の小孔の数及び分布を
異ならせることもできる。

【００３５】浸漬ノズル５の多数の小孔（群）は、該浸
漬ノズル５の上部分に位置するのが好適である。この位
置は鋳型内の溶融金属のメニスカス近傍位置になり、攪
拌旋回流による溶融金属へのエネルギー付与によりメニ
スカス部の湯面変動が好適に抑制できる。

【００３６】さらに、本願発明は浸漬ノズル５の上端部
にスライディングゲート１０を設置することができる。
図５および図６にスライディングゲート１０の一例を示
す。同図で、摺動盤１２が上固定盤１１と下固定盤１３
との間でＡ，Ｂ方向に摺動変位自在に配置されている。

【００３７】窒素ガスまたはアルゴンガスなどの気体
は、外部の気体供給源（図示せず）から気体導入管１５
を介して孔１４に導入され、さらに環状室１６から多数
の小孔１８を通って、溶融金属通過孔２０中に斜下向き
に導入される。図中１７は上固定盤１１の周壁、２１は
摺動盤１２の通過孔そして２２は溶融金属通過孔２０の
開領域を示す。

【００３８】摺動盤１２がＡ方向に変位せしめられる
と、最大流速（流量）での溶融金属の排出を許容し、摺
動盤１２の上面が図示のように溶融金属通過孔２０の一
部を閉じている場合、通過孔２０の開領域２２によって
規定される流速（流量）での溶融金属の絞り注ぎが行な
われる。

【００３９】上記スライディングゲート１０の例では、
下向きの旋回流を与えるように多数の小孔１８が下向き
に配列されているが、この小孔の配列や形状および構造
は前記浸漬ノズル５のガス噴射の小孔の配列や形状およ
び構造と全く同じようにすることができる。

【００４０】このスライディングゲ−トの摺動盤１２の
上面２１と前記溶融金属通過孔２０の周壁１７とで形成
される隅部には不純物の付着・堆積を生じ易いが、これ
らが発生しないように溶融金属通過孔２０に対して傾斜
方向に延伸している多数のガス噴射用小孔１８からガス
を噴射することができる。

【００４１】以上の構造の採用により、溶融金属の流速
（流量）をスライディングゲート１０によるものと、さ
らに本発明のガス噴射による旋回流を与えることによっ
て、均一かつ制御された溶融金属の鋳型内への排出が可
能となる。

【００４２】しかも、スライディングゲ−ト内にも浸漬
ノズルとほぼ同構造のガス噴射孔を設けてあるので、浸
漬ノズルのみならずスライディングゲート内部において
も溶鋼中の金属酸化物等の不純物の付着・堆積が効果的
に防止できる。なお、ここではスライディングゲートと
の併用を述べたがストッパーロッド方式に本方法の浸漬
ノズルを採用することも、もちろん可能である。

【００４３】以上の構成において動作を図に沿って具体
的に説明すると、まず、図示しないタンディシュから溶
融金属が浸漬ノズル５に流入する。上記のように、必要
に応じてこの浸漬ノズル５の上端部にスライディングゲ
ート１０を設け、それにより流量制御を行なうことがで
きる。

【００４４】スライディングゲート１０においては、摺
動盤１２によるＡおよびＢ方向の移動変位により、開度
を調節して溶融金属の流量を制御する。摺動盤１２の上
部固定盤１１に水平または螺旋状に配列した複数のガス
噴射孔１８から不活性ガスを噴射して摺動盤上面２１に
付着・堆積しがちな不純物などを攪拌旋回除去する。該
スライディングゲート１０を経た溶融金属は浸漬ノズル
の通過孔を通り、吐出孔４を経て鋳型（図示せず）に流
入する。

【００４５】この溶融金属の流下の際には小孔６よりガ
ス噴射を受ける。上記の通りガス噴射は溶融金属を浸漬
ノズル５内で旋回させるエネルギーを与える。このよう
にして溶融金属が攪拌旋回すると、最大吐出流速が減少
し、好適な吐出流の均一化が起こる。これによって、静
流となって鋳型に流入し鋳型内溶融金属のメニスカスの
変動が防止でき、溶融金属への介在物の巻き込みがなく
なり、介在物に起因する鋳造後の鋼片における内部欠陥
や鋳肌の荒れを効果的に防止できる。また、旋回流は浸
漬ノズルの閉塞も効果的に防止できる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、従来考えられていた電
磁攪拌という費用のかかる重設備を必要とせず、しかも
浸漬ノズル内の溶融金属を効果的に旋回させて吐出流の
均一化を図り、鋳造品の内部欠陥を抑制することができ
るという優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一例を示す浸漬ノズルの縦断面説明
図。

【図２】 本発明の他の一例を示す浸漬ノズルの縦断面
説明図。

【図３】 Ａは下向き傾斜の小孔を有するリングの水平
断面説明図、Ｂは下向き傾斜の小孔を有するリングの縦
断面説明図。

【図４】 Ａは水平向きの小孔をもつリングの水平断面
説明図、Ｂは水平向きの小孔をもつリングの縦断面説明
図。

【図５】 スライディングゲートの縦断面説明図。

【図６】 スライディングゲートの水平断面説明図。

【符号の説明】

１：小孔を有するリング ２：ガス導入用スリット ３：ガス吹き込み口 ４：溶融金属吐出口 ５：浸漬ノズル ６：小孔 ７：浸漬ノズルの溶融金属通過孔 ８：内周面 １０：スライディングゲート １１：上固定盤 １２：摺動盤 １３：下固定盤 １４：孔 １５：気体導入管 １６：環状室 １８：小孔 ２０：スライディングゲートの溶融金属通過孔 ２１：摺動盤の上面 ２２：開領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 瀧川 整 愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地 東芝セ ラミックス株式会社刈谷製造所内

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳造用浸漬ノズルの内周面よりガスを噴
   射し、該ノズル内を流下する溶融金属に攪拌旋回流を与
   えて、ノズルを流れる溶融金属の吐出流速を制御するこ
   とを特徴とする鋳造用ノズルの溶融金属流制御方法。
2. 【請求項２】 鋳造用浸漬ノズルの内周面にガスを噴射
   する多数の小孔を備え、該小孔がノズル内を流下する溶
   融金属に攪拌旋回流を与えるように、水平面内において
   前記浸漬ノズルの溶融金属通過孔に対して傾斜方向に延
   伸していることを特徴とする鋳造用ノズル。
3. 【請求項３】 鋳造用浸漬ノズルの内周面にガスを噴射
   する多数の小孔を備え、該小孔がノズル内を流下する溶
   融金属に攪拌旋回流を与えるように、水平面内において
   前記浸漬ノズルの溶融金属通過孔に対して傾斜方向に延
   伸しているとともに、前記ノズルの溶融金属通過孔に近
   いほど下方に位置するように鉛直面内において傾斜して
   いることを特徴とする鋳造用ノズル。
4. 【請求項４】 前記小孔の開口部がノズルの内周面にお
   いて、１段または複数段のほぼ同一平面に輪状に配列さ
   れていることを特徴とする請求項２または３に記載の鋳
   造用ノズル。
5. 【請求項５】 前記小孔の開口部がノズルの内周面にお
   いて、螺旋状に配列されていることを特徴とする請求項
   ２または３に記載の鋳造用ノズル。
6. 【請求項６】 鋳型内溶融金属のメニスカス近傍の位置
   に浸漬ノズルの小孔が配列されていることを特徴とする
   請求項２〜５のいずれか一項に記載の鋳造用ノズル。
7. 【請求項７】 鋳造用浸漬ノズルの上部位置に小孔が配
   列されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか
   一項に記載の鋳造用ノズル。
8. 【請求項８】 鋳造用浸漬ノズルの上端部にスライディ
   ングゲ−トを備え、該ゲ−トの摺動盤の上面と前記溶融
   金属通過孔周壁とで形成される上記通過孔隅部における
   溶融金属を旋回攪拌すべく、水平面内において前記浸漬
   ノズルの溶融金属通過孔に対して傾斜方向に延伸してい
   る多数のガス噴射用小孔を該ゲ−トの固定壁に設けたこ
   とを特徴とする請求項２〜７のいずれか一項に記載の鋳
   造用ノズル。