JP4321813B2 - 鋼の連続鋳造用浸漬ノズル - Google Patents
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Description
この付着厚みが増加すると、吐出孔から吐出する溶鋼流の向きや勢いが変化し、モールド内における溶鋼流動が理想的な状態を保てなくなる。そのため、鋳片品質の悪化や、場合によっては、ブレイクアウト等のトラブルを引き起こすことにつながる。また、更に付着が進行すると、浸漬ノズルの溶鋼流通孔部が狭窄し、所定の溶鋼通過量を確保できなくなり、生産性が低下する。
例えば、「吐出孔から下部の溶湯流通路断面積を真上部の通路断面積より小さくすると共に、吐出孔に対し直角だけずれた位置の通路内径を吐出孔の水平寸法に等しくしたノズル」(特許文献1:特公平7−67602号公報参照)といった、吐出孔から下部の溶鋼流通孔を縮小する提案がある。
このアルミナ付着について、図5および図6に基づき以下に説明する。なお、図5は、従来の浸漬ノズルを示す概略図であり、図6は、図5に示す従来の浸漬ノズルを使用した際のアルミナ付着を説明するための図であって、これらの図は、いずれも浸漬ノズルを吐出孔の巾中心で垂直に半割りにした図である。
第1の参考ノズルは、溶鋼流通孔部が突起を配設していないストレート形状の場合、「浸漬ノズルの溶鋼流通孔部の底部が深さ2mm以上の凹部形状を呈する鋳造用浸漬ノズルであって、この底部のコーナーの半径Rが15mm以上で、かつ、底部中心部に略水平面を有する」ことを特徴とする。
ここで「底部の深さ」とは、前掲の図5の符号(5)で示す「吐出孔内側下端(4)から底部の底面(7)までの長さ」を差す。また、「底部のコーナー」とは、図5の符号(8)で示す部位のことである。なお、底部のコーナーの半径R(図5で示す底部の底面(7)と底部の側面(6)が成すコーナー部(8)の半径R)は、従来の浸漬ノズルでは、通常5mm程度のRをとり、加圧成形時の亀裂の発生を防止している。
すなわち、底部の深さが2mm未満では、底部に衝突した溶鋼流が“一旦攪拌されて均一化したうえで吐出する”という効果が生じ難い。しかし、あまり深すぎても溶鋼流が淀むので、第1の参考ノズルでは、好ましくは3〜30mm,より好ましくは3〜25mm,更に好ましくは3〜20mm,最も好ましくは5〜20mmである。また、底部のコーナーの半径Rが15mm未満の場合は、従来品の如く、コーナー部での溶鋼流が淀み、ここにアルミナが付着するので好ましくない。
なお、“略水平面”とは、底部の底面の中心部に、溶鋼流通方向に垂直な略平面のことを指す。この略水平面の面積は、溶鋼流通孔部の溶鋼流通方向に垂直な内管断面面積の1〜45%であることが好ましく、より好ましくは1〜40%,更に好ましくは2〜40%,最も好ましくは3〜35%である。
第2の参考ノズルは、溶鋼流通孔部に突起を配設しているノズルの場合、「浸漬ノズルの溶鋼流通孔部の底部が深さ2mm以上の凹部形状を呈する鋳造用浸漬ノズルであって、この底部のコーナーの半径Rが15mm以上であり、溶鋼流通孔部に2mm以上の高さの凸部を有する」ことを特徴とする。
第2の参考ノズルにおいて、底部の深さを2mm以上とし、底部のコーナーの半径Rを15mm以上とする理由は、前記第1の参考ノズルと同じであり、そして、この第2の参考ノズルにおいても、底部の深さは、好ましくは3〜30mm,より好ましくは3〜25mm,更に好ましくは3〜20mm,最も好ましくは5〜20mmである。
しかし、スライドプレートの内径に対してスループットが小さく、スライドプレートの絞りがきつい(スライドプレートの開度が小さい)場合は、“略水平面”を有するほうが好ましい。この略水平面の面積は、前記第1の参考ノズルの場合と同様、溶鋼流通孔部の溶鋼流通方向に垂直な内管断面面積の1〜45%であることが好ましく、より好ましくは1〜40%、更に好ましくは2〜40%、最も好ましくは3〜35%である。
本発明のノズルは、前記したとおり、「浸漬ノズルの溶鋼流通孔部の底部が略水平面と側面とを有する深さ2mm以上の凹部形状を呈する鋼の連続鋳造用浸漬ノズルであって、この底部略水平面と底部側面との境界のコーナー部半径が15mm未満であり、底部略水平面と底部側面との成す角度が100〜170°である」ことを特徴とする。
本発明のノズルにおいて、底部の深さを2mm以上とする理由は、前記第1の参考ノズルと同じであり、そして、この本発明のノズルにおいても、底部の深さは、好ましくは3〜30mm,より好ましくは3〜25mm,更に好ましくは3〜20mm,最も好ましくは5〜20mmである。
前記第1,第2の参考ノズル及び本発明のノズルは、ノズルの側面に設けられた吐出孔が、その高さより幅のほうが大きいほうが好ましい。
本発明は、底部の、特にコーナー部にアルミナが付着しないような形状を考慮したものであるが、そうすると、“底部での攪拌作用により吐出孔から均一に吐出させる”ことが難しくなる傾向にある。吐出孔から均一に吐出しないということは、吐出孔の上部に負圧域が発生し、パウダースラグを吸い込むので、吐出孔が溶損される。これを防止するため、本発明の底部形状では、吐出孔の高さより幅のほうが大きい扁平形状としたほうが、吐出孔を溶損することなく好ましい。
ここで、前記“背景技術”の項で挙げた先行技術と本発明とを対比することで、本発明を更に詳細に説明する。
つまり、従来の技術では、本発明で特定する次の(a)で“攪拌効果を確保しつつ、底部コーナー部へのアルミナ付着を防止する”という作用効果を奏する底部形状とはなっておらず、ここに本発明の新規性がある。
(a)「浸漬ノズルの溶鋼流通孔部の底部が略水平面と側面とを有する深さ2mm以上の凹部形状を呈する鋼の連続鋳造用浸漬ノズルであって、この底部略水平面と底部側面との境界のコーナー部半径が15mm未満であり、底部略水平面と底部側面との成す角度が100〜170°であること。」
参考例1として、溶鋼流通孔部に相当する内管部に突起を配設していないストレート形状であって、図1に示す略水平面(15)を有する底部形状[底部深さ(5):20mm,コーナー部(8)の半径R:20mm]の透明なアクリル製浸漬ノズル(1)を用い、一方、比較例1として、同じくストレート形状であって、図5に示す矩形形状[底部深さ(5):20mm,コーナー部(8)の半径R:5mm]の透明なアクリル製浸漬ノズル(1)を用い、上ノズルから空気を3L/minで吹き込んで水モデル実験を行った。
底部の様子を観察した結果、参考例1では、底部のコーナー部に気泡の停滞が認められなかったのに対し、比較例1では、コーナー部に気泡が停滞する領域が認められ、実機では、ここにアルミナが付着すると考えられる(図6の符号(14)参照)。
比較試験は、鋼種:アルミキルド極低炭素鋼,溶鋼通過量:5.5t/min,モールドサイズ:240×1450mm,連々数:6chでストランド比較を行った。
結果は、参考例1では、底部のアルミナ付着や吐出孔の損傷が全く見られなかったのに対し、比較例1では、水モデル実験で認められたと同様、底部のコーナー部に最大19mmのアルミナ付着が認められた(図6の符号(14)参照)。さらに、比較例1では、図7の符号(16)に示すように、左側の吐出孔の下面と底部の側面とが成すエッジ部が損傷していたので、左側の吐出孔から多く吐出していたと考えられる。実際、実機のモールド狭面中央の熱伝対温度は、左側のほうが右側より3〜7℃高く、このことからも実際に偏流状態にあったことが伺える。
参考例2として、溶鋼流通孔部に相当する内管部に“溶鋼流通方向に垂直な突起の高さ:5mm,溶鋼流通方向に平行な突起の長さ:100mm”の環状突起を70mmの間隔をあけて配設したノズルであって、図1に示す底部形状を有するノズル(1)[底部深さ(5):18mm,コーナー部(8)の半径R:19mm]を用い、一方、比較例2として、同じく環状突起を配設したノズルであって、図5に示す底部形状(矩形形状)を有するノズル(1)「底部深さ(5):18mm,コーナー部(8)の半径R:5mm」を用いて、実機でのストランド比較試験を行った。試験条件は、鋼種:アルミキルド低炭素鋼、溶鋼通過量:3.5t/min、モールドサイズ:230×1800mm、連々数:5chである。
結果は、比較例2では、吐出孔下面の損傷および底部コーナー部へのアルミナ付着(最大付着厚み:24mm)が認められ、更に、吐出孔上部に負圧域が発生したことによる吐出孔上端(3)の溶損が発生していたのに対し、参考例2では、アルミナ付着や吐出孔の損傷は全く認められなかった。
実施例として、溶鋼流通孔部に相当する内管部は突起を配設していないストレート形状であって、図3に示す底部形状[底部深さ(5):20mm,コーナー部の半径R:5mm,底部の略水平面(15)と側面(6)が成す角度:120°]を有するノズルを用い、一方、比較例3として、同じくストレート形状であって、底部は、図5に示す矩形形状[底部深さ(5):20mm,コーナー部(8)の半径R:5mm,底部の底面と側面が成す角度:90°]を有するノズルを用い、実機でのストランド比較試験を行った。試験条件は、鋼種:アルミキルド低炭素鋼,溶鋼通過量:5.3t/min,モールドサイズ:250×2000mm,連々数:6chである。
結果は、比較例3では、底部のコーナー部にアルミナ付着(最大13mm)が認められたのに対し、実施例では、最大付着量:2mmとほとんど問題のない程度であった。また、比較例3は、今回も吐出孔のエッジ部が損傷し、吐出孔が変形したことによる偏流がモールドに設置されている熱伝対温度から検知されたのに対し、実施例では、鋳造終了時までモールドの左右および前後の熱伝対温度が均一であった。
「浸漬ノズルの溶鋼流通孔部の底部が略水平面と側面とを有する深さ2mm以上の凹部形状を呈する鋼の連続鋳造用浸漬ノズルであって、この底部略水平面と底部側面との境界のコーナー部半径が15mm未満であり、底部略水平面と底部側面との成す角度が100〜170℃であること」(本発明のノズル)、
を特徴とする。
(2)・・・・・吐出孔
(3)・・・・・吐出孔の外側上端
(4)・・・・・吐出孔の内側下端
(5)・・・・・底部深さ
(6)・・・・・底部の側面
(7)・・・・・底部の底面
(8)・・・・・底部の底面(7)と底部の側面(6)が成すコーナー部
(9)・・・・・底部の底面(7)と底部の側面(6)が成す角度
(10)・・・・吐出孔の下面
(11)・・・・底部の側面(6)と吐出孔の下面(10)とが成すエッジ部
(12)・・・・溶鋼流
(13)・・・・吐出流
(14)・・・・コーナー部(8)のアルミナ付着
(15)・・・・略水平面
(16)・・・・エッジ部(11)の損傷
Claims (3)
- 浸漬ノズルの溶鋼流通孔部の底部が略水平面と側面とを有する深さ2mm以上の凹部形状を呈する鋼の連続鋳造用浸漬ノズルであって、この底部略水平面と底部側面との境界のコーナー部半径が15mm未満であり、底部略水平面と底部側面との成す角度が100〜170°であることを特徴とする鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
- 前記ノズルの溶鋼流通孔部に2mm以上の高さの凸部を有することを特徴とする請求項1に記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
- 前記ノズルの側面に設けられた吐出孔が、高さより幅のほうが大きいことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
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