JP2012166256A - 下ノズル接合部構造とその下ノズル接合部構造におけるガスシール方法及びガスシールシステム並びに異常検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】ガス吐出溝に供給するガスの背圧を現実的に管理可能なレベルとすることができる下ノズル接合部構造を提供すること。
【解決手段】下ノズル１の下端面に形成された円環状の溝と浸漬ノズル２の上端面とが合わせられることにより、下ノズル１及び浸漬ノズル２のノズル孔１ａ，２ａを包囲する円環状のガス吐出溝３が形成されており、ガス吐出溝３のノズル孔側の端部３ａが、当該端部３ａよりノズル孔側における下ノズルと浸漬ノズルとの接合面の径方向長さが１０〜２５ｍｍとなる位置にあり、ガス吐出溝３のノズル外周側の端部３ｂが、当該端部３ｂよりノズル外周側における下ノズルと浸漬ノズルとの接合面の径方向長さが５ｍｍ以上となる位置にある下ノズル接合部構造である。この下ノズル接合部構造においてガス吐出溝３に供給するガスの背圧を測定し、その背圧が正圧になるようにガス吐出溝３にガスを供給する。背圧が負圧になったら、警報を発する。
【選択図】図３

Description

本発明は、溶融金属の連続鋳造用設備において、タンディッシュからの溶融金属の流出量を調節するスライディングノズル装置（以下「ＳＮ装置」という。）と共に使用される下ノズルと浸漬ノズルとの接合部構造と、その接合部構造におけるガスシール方法及びガスシールシステム、さらにはその接合部構造における異常検知システムに関する。

なお、本発明では、下ノズルと浸漬ノズルとの接合部構造を単に下ノズル接合部構造という。

ＳＮ装置は、溶融金属の流出量制御を正確に行うことができるという利点を有することから、溶鋼鍋やタンディッシュなどで広く利用されている。タンディッシュ用のＳＮ装置には２枚式と３枚式があり、２枚式の場合、スライディングノズルプレート（以下「ＳＮプレート」という。）として、上プレートと下プレートを備え、３枚式の場合、上プレートと中間プレートと下プレートとを備える。一般的には、下プレートの下面には下ノズルが接合され、下ノズルの下端面には浸漬ノズルが接合される。

ＳＮ装置で溶融金属の流出量制御が行われることから、ＳＮ装置の下プレートの下方に位置する下ノズル及び浸漬ノズルのノズル孔は負圧となる。下ノズル・浸漬ノズル間はメタルケース等で一体化されておらず、ノズル孔が負圧になると接合部から大気が侵入しやすくなる。大気が侵入すると接合部の溶損が進行し、溶損が急減に進行した場合には、接合部から溶融金属が漏れるおそれもある。また、大気が吸い込まれると、溶融金属が酸化されてその品質も劣化する。

そのため、下ノズルと浸漬ノズルとの接合部においては、従来から、大気の吸い込みを防止するためのシール対策が施されている。その一つとして、下ノズルの下端面と浸漬ノズルの上端面の接合部にガス（Ａｒガス等の不活性ガス）を吐出してガスシールすることが行われている（例えば特許文献１の段落００１５）。すなわち、このガスシール方法では、下ノズルと浸漬ノズルとの接合部にガスを吐出することにより、接合部への大気の侵入を防止する。

このような耐火物間の接合部のガスシール方法に関し、特許文献２にはＳＮ装置のＳＮプレート間のガスシール方法において、ＳＮプレート間のガス吐出溝に供給するガスの背圧を管理することで、大気の吸い込みを防止できることが記載されている（特許文献２の段落０００８）。すなわち、耐火物間の接合部から大気が吸い込まれ始めた場合には背圧が低下するので、その場合、所定の背圧となるまでガス供給量を増加させることで、大気の吸い込みを防止できる。

この背圧の管理を、下ノズルと浸漬ノズルとの接合部におけるガスシール方法に適用することが考えられるが、従来の下ノズル接合部構造においては、熱間操業時（使用中）の背圧が低く、その背圧の変化を上手く検出できないという問題がある。

このことを図５を参照して説明する。図５において、１は下ノズル、２は浸漬ノズル、３はガス吐出溝である。下ノズル１及び浸漬ノズル２は、そのノズル孔１ａ，２ａ内を溶融金属が通過する熱間操業時においては、ノズル孔１ａ，２ａ側の方がより高温となって熱膨張が大きくなる。その結果、熱間操業時において下ノズル１と浸漬ノズル２との接合部は、図５に実線で示すような形状となる（破線は使用前の常温での形状を示す。）。そのため、ガス吐出溝３がノズル孔１ａ，２ａから遠い位置にあるほど、ガス吐出溝３を形成する下ノズル１の下端面と浸漬ノズル２の上端面との間の開き（隙間）が大きくなり、ガスの吐出抵抗が小さくなる。これが熱間操業時において背圧が低くなる理由である。

本発明者らの実験によると、一般的なガス吐出量である３０ＮＬ／ｍｉｎのガスをガス吐出溝に供給すると、接合部の状態にもよるが常温では３０ｋＰａを超える背圧が発生する。これに対して、熱間操業時の背圧は１〜２ｋＰａ程度であり、この程度の背圧を基準として、背圧の低下を検出することは現実的には困難であり、上述の背圧の管理を行うことも困難である。

また、下ノズルに浸漬ノズルをセットすることなく（無負荷）、常温でガス吐出溝に３０ＮＬ／ｍｉｎのガスを供給すると、１ｋＰａの背圧が検出された。これは、配管抵抗によって背圧が検出されたと推測される。したがって、熱間操業時の背圧が１ｋＰａ程度の場合、ガス吐出溝に供給されたガスによってガスシールが形成されているとはいい難い。

特開平１１−１０４８１４号公報 特開２００７−２４５２２７号公報

本発明が解決しようとする課題は、ガス吐出溝に供給するガスの背圧を熱間操業時でも数ｋＰａを超えるレベルとする（現実的に管理可能なレベルとする）ことができる下ノズル接合部構造を提供することにある。他の課題は、下ノズル接合部構造におけるガスシール方法及びガスシールシステム、並びに異常検知システムを提供することにある。

本発明の下ノズル接合部構造は、上端面がスライディングノズル装置の下プレートの下面に接合され、下端面が浸漬ノズルの上端面に接合される下ノズルと、前記浸漬ノズルとの接合部構造であって、下ノズルの下端面に形成された円環状の溝と浸漬ノズルの上端面とが合わせられることにより、下ノズル及び浸漬ノズルのノズル孔を包囲する円環状のガス吐出溝が形成され、前記ガス吐出溝のノズル孔側の端部が、当該端部よりノズル孔側における下ノズルと浸漬ノズルとの接合面の径方向長さが１０〜２５ｍｍとなる位置にあり、前記ガス吐出溝のノズル外周側の端部が、当該端部よりノズル外周側における下ノズルと浸漬ノズルとの接合面の径方向長さが５ｍｍ以上となる位置にあることを特徴とする。

本発明のガスシール方法は、前記本発明の下ノズル接合部構造においてガス吐出溝に供給するガスの背圧を測定し、その背圧が正圧になるようにガス吐出溝にガスを供給することを特徴とするものである。

本発明のガスシールシステムは、前記本発明の下ノズル接合部構造においてガス吐出溝に供給するガスの背圧を測定する背圧測定手段と、その背圧が正圧になるようにガス供給量を制御するガス供給量制御手段とを備えたことを特徴とするものである。このガスシールシステムは、背圧が正圧になるようにするためのガス供給量が所定値以上となった場合、又は背圧が負圧になった場合に警報を発する警報発生手段をさらに備えることができる。

本発明の異常検知システムは、前記本発明の下ノズル接合部構造においてガス吐出溝に供給するガスの背圧を測定する背圧測定手段と、その背圧が負圧になった場合に警報を発する警報発生手段とを備えたことを特徴とするものである。

本発明によれば、ガス吐出溝を下ノズルと浸漬ノズルとの接合面における特定の位置に設けたことで、熱間操業時にガス吐出溝に供給するガスの背圧が低下しにくくなり、良好なガスシールを形成することができる。また、有意な値として測定可能な背圧となるため、背圧を管理して、接合部からの大気の吸い込みを防止できる。さらに、背圧の低下を検出することにより、接合部からの大気の吸い込みを伴う接合部の異常を早期に検知することができる。

すなわち本発明によれば、熱間操業時でも４ｋＰａ以上の背圧を維持することができる。このため、ガス吐出溝内の圧力が接合部周囲の雰囲気に比べて高くなり（加圧雰囲気）、良好なガスシールを形成することができる。また、接合部からの大気の吸い込みを予防あるいは早期に検知できることから、接合部からの溶融金属漏れに至る前に処置を行うことができ、溶融金属漏れなどの重大事故を回避できる。また、大気の吸い込みによる溶融金属の品質劣化についても監視・保障できる。

本発明の下ノズル接合部構造の近傍の構成例を示す断面図である。 本発明の下ノズル接合部構造を構成する下ノズルをＳＮ装置の下プレートと共に示し、（ａ）は断面図、（ｂ）は底面図である。 本発明の下ノズル接合部構造の要部を示す拡大断面図である。 本発明のガスシールシステム及び異常検知システムのシステム構成を示すブロック図である。 従来の下ノズル接合部構造の要部を示す拡大断面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の下ノズル接合部構造の近傍の構成例を示す断面図である。図１において、タンディッシュ４の底部の溶鋼排出口となる羽口れんが４ａに上ノズル５が装着され、上ノズル５の下にＳＮ装置６が配置されている。ＳＮ装置６は、上プレート６ａ、中間プレート６ｂ及び下プレート６ｃの３枚のＳＮプレートを備える３枚方式であり、上プレート６ａの上面が上ノズル５の下端面と接合され、下プレート６ｂの下面が下ノズル１の上端面と接合されている。そして、下ノズル１の下端面が浸漬ノズル２の上端面と接合されている。

図２は、本発明の下ノズル接合部構造を構成する下ノズル１をＳＮ装置の下プレート６ｃと共に示す図で、（ａ）は断面図、（ｂ）は底面図である。下ノズル１の下端面には、ノズル孔１ａを包囲するように円環状の溝１ｂが形成されている。

図３は、本発明の下ノズル接合部構造の要部を示す拡大断面図である。図２に示した下ノズル１の下端面の溝１ｂと浸漬ノズル２の上端面とが合わせられることにより、下ノズル１及び浸漬ノズル２のノズル孔１ａ，２ａを包囲する円環状のガス吐出溝３が形成されている。なお、図３に示す下ノズル接合部構造において、下ノズル１のノズル孔１ａの径を浸漬ノズル２のノズル孔２ａの径より小さくしているのは、浸漬ノズル２のノズル２ａ側の上端面が下ノズル１のノズル孔１ａ側に突き出して溶鋼の流れを阻害することがないようにするためである。

本発明においては、図３に示すＡ寸法が１０〜２５ｍｍ、Ｂ寸法が５ｍｍ以上となる位置にガス吐出溝３を形成する。すなわち、本発明の下ノズル接合部構造において、ガス吐出溝３のノズル孔側の端部３ａは、当該端部３ａよりノズル孔側における下ノズル１と浸漬ノズル２との接合面の径方向長さ（図３に示すＡ寸法）が１０〜２５ｍｍとなる位置にあり、ガス吐出溝３のノズル外周側の端部３ｂは、当該端部３ｂよりノズル外周側における下ノズル１と浸漬ノズル２との接合面の径方向長さ（図３に示すＢ寸法）が５ｍｍ以上となる位置にある。

図３に示すＡ寸法が１０ｍｍ未満では、施工時のセンターズレやノズル孔からの溶鋼浸食などの操業ばらつきにより十分な接合状態を維持できなくなり、２５ｍｍを超えると、図５で説明した隙間（開き）が大きくなってガスがノズル外周側に流れ出る抵抗が小さくなり、有意な背圧値を維持できなくなる。また、図３に示すＢ寸法が５ｍｍ未満では、浸漬ノズル摺動時に欠けなどが生じやすくなり、有意な背圧値を維持できなくなる。Ｂ寸法の上限はとくに限定されないが、現実的には２５ｍｍ程度である。

実際に図３に示すＡ寸法を変化させて、ガス吐出溝３に供給するガスの背圧を測定した結果を表１に示す。この測定においてガスの供給量は３０ＮＬ／ｍｉｎとし、ガス吐出溝３の溝幅（端部３ａ，３ｂ間の長さ）は５ｍｍとした。

表１に示すとおり、図３に示すＡ寸法を２５ｍｍ以下にすることで、４ｋＰａを得ることができたのに対して、Ａ寸法が３０ｍｍの場合、背圧は１ｋＰａである。したがって、Ａ寸法を２５ｍｍ以下にすることで、接合部周囲の雰囲気に比べて圧力の高い良好なガスシールが形成され、背圧の管理も実質的に可能になることが分かる。なお、４ｋＰａ以上の背圧を得るという点からはＡ寸法は２５ｍｍ以下であればよいが、上述の理由によりＡ寸法は１０ｍｍ以上とする必要がある。また、表１においてＢ寸法は５ｍｍに固定したが、表１より、適切なＡ寸法と組み合わせればＢ寸法は５ｍｍあれば問題ないことがわかる。

図４は、本発明のガスシールシステム及び異常検知システムのシステム構成を示すブロック図である。ガス吐出溝３（具体的な構成は図３参照）には、ガス配管７によりＡｒガス等のガスが供給される。このガス配管７の途中に流量調節計（マスフローコントローラ）８が設けられ、さらに流量調節計８とガス吐出溝３との間のガス配管７に圧力計９が接続されている。この圧力計９によりガス吐出溝３に供給するガスの背圧を測定する。圧力計９により測定された背圧は制御装置（ＰＣ）１０に入力される。制御装置１０は、流量調節計８に制御信号を送り、その開度を調節することにより、ガス供給量を制御する。

本発明のガスシールシステムでは、圧力計１０により測定した背圧が正圧となるようにガス供給量を制御する。具体的には、背圧の下限レベル（例えば５ｋＰａ）を制御装置１０に設定しておき、圧力計１０により測定した背圧が下限レベルを下回ったら、制御装置１０が流量調節計８の開度を大きくしてガス供給量を増加させ、背圧が下限レベル以上になるように制御する。そして、背圧が正圧（下限レベル）になるようにするためのガス供給量が所定値以上（例えば８０ＮＬ／ｍｉｎ以上）となった場合、又は制御装置１０で制御しているにもかかわらず背圧が負圧になった場合は、何らかの異常が発生している可能性が高いので、制御装置１０は警報を発する。例えば、制御装置１０の画面上に異常を示すメッセージを表示したり、警報音を発したりする。この場合、制御装置１０が警報発生手段を兼ねるが、制御装置１０とは別に警報発生手段を設けてもよい。

また、本発明の異常検知システムは、上記のガスシールシステムを単純化したもので、圧力計９で測定した圧力が負圧になったら、制御装置１０が警報を発する。

１ 下ノズル
１ａ ノズル孔
１ｂ 溝
２ 浸漬ノズル
２ａ ノズル孔
３ ガス吐出溝
４ タンディッシュ
４ａ 羽口れんが
５ 上ノズル
６ ＳＮ装置
６ａ 上プレート
６ｂ 中間プレート
６ｃ 下プレート
７ ガス配管
８ 流量調節計（ガス供給量制御手段）
９ 圧力計（背圧測定手段）
１０ 制御装置（ガス供給量制御手段、警報発生手段）

Claims (5)

1. 上端面がスライディングノズル装置の下プレートの下面に接合され、下端面が浸漬ノズルの上端面に接合される下ノズルと、前記浸漬ノズルとの接合部構造であって、
   下ノズルの下端面に形成された円環状の溝と浸漬ノズルの上端面とが合わせられることにより、下ノズル及び浸漬ノズルのノズル孔を包囲する円環状のガス吐出溝が形成され、
   前記ガス吐出溝のノズル孔側の端部が、当該端部よりノズル孔側における下ノズルと浸漬ノズルとの接合面の径方向長さが１０〜２５ｍｍとなる位置にあり、
   前記ガス吐出溝のノズル外周側の端部が、当該端部よりノズル外周側における下ノズルと浸漬ノズルとの接合面の径方向長さが５ｍｍ以上となる位置にある、下ノズル接合部構造。
2. 請求項１に記載の下ノズル接合部構造においてガス吐出溝に供給するガスの背圧を測定し、その背圧が正圧になるようにガス吐出溝にガスを供給するガスシール方法。
3. 請求項１に記載の下ノズル接合部構造においてガス吐出溝に供給するガスの背圧を測定する背圧測定手段と、その背圧が正圧になるようにガス供給量を制御するガス供給量制御手段とを備えたガスシールシステム。
4. 背圧が正圧になるようにするためのガス供給量が所定値以上となった場合、又は背圧が負圧になった場合に警報を発する警報発生手段をさらに備えた請求項３に記載のガスシールシステム。
5. 請求項１に記載の下ノズル接合部構造においてガス吐出溝に供給するガスの背圧を測定する背圧測定手段と、その背圧が負圧になった場合に警報を発する警報発生手段とを備えた異常検知システム。

Images