JP4445404B2 - 溶鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、予熱された浸漬ノズルを用いた溶鋼の連続鋳造方法に関する。

従来から連続鋳造方法においては、一旦溶鋼をタンディッシュに供給し、この溶鋼を浸漬ノズルを介して鋳型に注湯した後、溶鋼を冷却して鋳片を製造している。この鋳型への注湯では、浸漬ノズルに１４５０〜１５３０℃もの高温の溶鋼が急激に接触するため、浸漬ノズルは急激な熱負荷を受け、亀裂の発生及び折損等の問題が起こっていた。そこで、ガスバーナー等で予熱した浸漬ノズルをタンディッシュに設置して、注湯時の熱負荷を小さくしている。

しかしながら、浸漬ノズルの予熱には、通常広い場所を確保する必要があり、タンディッシュからかなり遠方で予熱しなければならなかった。この場合、予熱場所からタンディッシュまで搬送する過程、及び浸漬ノズルをタンディッシュへ取り付ける過程において、浸漬ノズルの温度が低下し、注湯時の熱負荷の緩和が十分に解消しているとは言い難い状況にある。

この対策として、例えば、特許文献１及び特許文献２には、浸漬ノズルの一部又は全部を導電性セラミックスで形成し、鋳造時に浸漬ノズルを誘導コイルによって直接発熱させながら鋳造する浸漬ノズルが開示されている。また、特許文献３には、浸漬ノズルを自動交換する浸漬ノズルハンドリング装置が設けられた走行台車の側面部に、予熱済みの浸漬ノズルを保温する保温ボックスを設け、浸漬ノズルを保温しながら交換場所まで搬送する浸漬ノズルハンドリング装置の保温ボックスが開示されている。

特開平１−２０５８５８号公報 特開２００２−３３６９４２号公報 特開平１０−２４９５１４号公報

しかしながら、特許文献１及び２の発明では連続鋳造中に誘導加熱を行うので、タンディッシュと鋳型の間に誘導コイルの設置場所が必要となるという問題があった。また、特許文献３の発明では、浸漬ノズルの交換場所までの保温はできるが、タンディッシュへの取り付け過程で浸漬ノズルの温度が低下するという問題があった。更に、特許文献１〜３の発明では、浸漬ノズルの吐出口は常時開口しており、タンディッシュに設置した浸漬ノズルの吐出口を出入りする空気によって浸漬ノズルの温度が低下し、注湯初期の熱負荷を軽減することが困難であるという問題があった。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、浸漬ノズルの温度低下を防止して、浸漬ノズルの熱衝撃を緩和することが可能な溶鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る溶鋼の連続鋳造方法は、下部側面に吐出口が設けられ底部が閉塞された筒状の浸漬ノズルを連続鋳造機のタンディッシュに取り付けて該浸漬ノズルを鋳型内に配置し、前記タンディッシュ内の溶鋼を該浸漬ノズルを介して前記鋳型に注湯する溶鋼の連続鋳造方法であって、
前記浸漬ノズルの予熱前又は前記浸漬ノズルの予熱後に、前記浸漬ノズルの吐出口を覆うように断熱材を巻き付け、もしくは前記浸漬ノズルの下端からスラグライン部までを覆うようにキャップ状の断熱材を取り付けて放熱を防止し、使用時に該浸漬ノズルに供給される前記溶鋼によって該断熱材を溶解して消失させる。

第１の発明に係る溶鋼の連続鋳造方法において、断熱材には、例えば、１４５０〜１５３０℃程度の溶鋼によって溶解して消失し、しかも、溶鋼に混合されても鋳片の品質を低下させない材料、例えば、カオウール、石綿布、及び耐火ガラス綿等を使用することができ、シート状やキャップ状に形成される。また、断熱材は、少なくとも浸漬ノズルの吐出口を覆い、好ましくは浸漬ノズルの下部からスラグライン部までを覆い、更に好ましくは浸漬ノズル全体を覆う。
第１の発明に係る溶鋼の連続鋳造方法において、例えば、バーナーによる火炎によって浸漬ノズルを予熱する場合には、バーナーを浸漬ノズルの上部の注湯口から浸漬ノズルの内部に挿入した際に火炎が吐出口から噴出し、また、バーナーを浸漬ノズルの下部の吐出口から挿入する際には吐出口は開放となるため、予熱後に断熱材を装着する。また、例えば、誘導加熱によって浸漬ノズルを予熱した場合には、予熱前及び予熱後のいずれにも断熱材を装着できる。

第２の発明に係る溶鋼の連続鋳造方法は、第１の発明に係る溶鋼の連続鋳造方法において、前記断熱材には、少なくとも前記吐出口を覆う部分に消耗型加熱ヒータが取り付けられている。
第２の発明に係る溶鋼の連続鋳造方法において、消耗型加熱ヒータは、例えば、１４５０〜１５３０℃程度の溶鋼によって溶解して消失し、しかも、溶鋼に混合されても鋳片の品質を低下させない材料で形成される。

第３の発明に係る溶鋼の連続鋳造方法は、第２の発明に係る溶鋼の連続鋳造方法において、前記消耗型加熱ヒータは、電熱抵抗線であって、該電熱抵抗線が前記断熱材の内側、内部、又は外側に設けられている。

請求項１〜３記載の溶鋼の連続鋳造方法においては、浸漬ノズルの吐出口を断熱材で覆って放熱を防止しているので、スライディングノズルへの取り付け作業中、及び、鋳型内での待機保持中の浸漬ノズルの温度低下を防止すると共に、浸漬ノズルの吐出口からの空気の出入りによる温度低下もなくなり、ノズルの全体を高温に維持して、注湯時の浸漬ノズルへの熱衝撃を緩和でき、偏熱に起因する亀裂や割れの発生を防止することができる。また、断熱材は溶鋼によって溶解して消失するので、断熱材を装着したまま注湯でき、温度低下が起こり難くなる。更に、断熱材によって使用時まで浸漬ノズルが高温に保持されるので、浸漬ノズルの強度、及び耐溶損性を向上することができ、浸漬ノズルのコンパクト化ができる。浸漬ノズルのコンパクト化によって、浸漬ノズルと鋳型との隙間を確保でき、鋳片の表面欠陥を防止できる。更にまた、断熱材を浸漬ノズルの予熱前又は予熱後に、浸漬ノズルの吐出口に装着するので、浸漬ノズルの温度低下を防止できる。

特に、請求項２記載の溶鋼の連続鋳造方法においては、断熱材の少なくとも吐出口を覆う部分に消耗型加熱ヒータが取り付けられているので、浸漬ノズルの吐出口を溶鋼の温度程度に加熱でき、注湯による熱衝撃を緩和できる。
請求項３記載の溶鋼の連続鋳造方法においては、消耗型加熱ヒータが、電熱抵抗線であって、電熱抵抗線が断熱材の内側、内部、又は外側に設けられているので、装置が簡単で、しかも、低コストである。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る溶鋼の連続鋳造方法を適用した連続鋳造設備の説明図、図２は同連続鋳造設備の変形例に係る断熱材の説明図である。

図１を参照して、本発明の一実施の形態に係る溶鋼の連続鋳造方法を適用した連続鋳造設備１０について説明する。
連続鋳造設備（連続鋳造機の一部を構成する）１０は、図示しない取鍋からタンディッシュ１１内に供給されたおよそ１５００〜１５３０℃の溶鋼を連続鋳造用の浸漬ノズル１２を介して鋳型１３に注湯する装置である。

浸漬ノズル１２は、実質的に底部が閉塞された筒状であって、上部に溶鋼が注湯される注湯口１６と、下部側面に２つ穿設された吐出口１７が設けられている。浸漬ノズル１２の吐出口１７には、断熱材の一例であるシート状のカオウール１８が巻き付けられている。また、カオウール１８の内部には、電熱抵抗線の一例であるニクロム線（商標名）で構成された消耗型加熱ヒータ（以下、単に「加熱ヒータ」ともいう）１９が配置され、図示しない電源から加熱ヒータ１９に電気を供給して、加熱ヒータ１９を加熱する。なお、カオウール等の断熱材にニクロム線等の電熱抵抗線を配置しなくてもよい。なお、浸漬ノズル１２は、カオウール１８及び加熱ヒータ１９を巻き付けた状態で、例えば、図示しない誘導加熱予熱装置によって、例えば、１０００〜１４００℃程度に予め加熱された後、把持装置１４によって、タンディッシュ１１の下部に設けられたスライディングノズル１５に押し付けられて、タンディッシュ１１に固定される。

カオウール１８は１２００℃程度で溶解し、加熱ヒータ１９は１５００℃程度で溶解するので、これらは溶鋼によって溶解して最終的には消失する。また、カオウール１８及び加熱ヒータ１９は、溶鋼に対してその量が少ないので、鋳型１３に供給される溶鋼を汚染することがなく、鋳型１３内の溶鋼の品質の低下を防止できる。
また、浸漬ノズル１２には、カオウール１８に加熱ヒータ１９を配置して吐出口１７を覆う代わりに、図２に示すような、例えば、耐熱ガラス綿で形成したキャップ状の断熱材２０を取り付けることもできる。断熱材２０は、浸漬ノズル１２の吐出口１７を覆い、しかも、浸漬ノズル１２の下端から、浸漬ノズル１２の中央に設けられた肉厚のスラグライン部２１までを覆うように形成されている。これによって、浸漬ノズル１２内に供給され、ほぼスラグライン部２１まで充填される溶鋼による熱衝撃を緩和することができる。

次に、連続鋳造設備１０を使用した溶鋼の連続鋳造方法について説明する。
浸漬ノズル１２の下部に吐出口１７を覆うように、加熱ヒータ１９が内部に埋設されたカオウール１８を巻き付けた後、誘導加熱予熱装置で浸漬ノズル１２を１０００〜１４００℃程度に加熱する。この際に加熱ヒータ１９に電流を流して発熱させ、更に浸漬ノズル１２を加熱してもよい。誘導加熱予熱装置で浸漬ノズル１２を加熱した後、浸漬ノズル１２を加熱ヒータ１９で加熱しながら把持装置１４に取り付ける。更に、浸漬ノズル１２を加熱ヒータ１９で加熱したまま、把持装置１４でタンディッシュ１１の下部に設けられたスライディングノズル１５に押し付けて、浸漬ノズル１２をタンディッシュ１１に固定し、鋳型１３内に設置する。

鋳型１３の下方には、溶鋼が漏れないようにすると共に、溶鋼を凝固させて鋳片を引き抜くためのダミーバー２２が設置されている。取鍋からタンディッシュ１１内におよそ１５００〜１５３０℃の溶鋼を供給し、浸漬ノズル１２を介して鋳型１３に注湯する。この際には、カオウール１８及び加熱ヒータ１９は、溶解して溶鋼に混合されるが、カオウール１８及び加熱ヒータ１９は、溶鋼に対してその量が少ないので、鋳型１３に供給される溶鋼を汚染することがなく、鋳型１３内の溶鋼の品質の低下を防止できると共に、溶鋼の供給まで浸漬ノズル１２を加熱できるので、溶鋼と浸漬ノズル１２の温度差を小さくでき、熱衝撃による浸漬ノズル１２の亀裂や折損を防止することができる。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。ここで、図３は予熱した浸漬ノズルの破損発生指数を示すグラフ、図４は予熱した浸漬ノズルのコスト低減指数を示すグラフである。

浸漬ノズルを予熱した後、把持装置によって、タンディッシュの下部に設けられたスライディングノズルに押し付けて、タンディッシュに固定し、加熱終了からおよそ１０分後にタンディッシュ内に供給されたおよそ１５００〜１５３０℃の溶鋼を浸漬ノズルを介して鋳型に注湯して溶鋼の連続鋳造を行い、浸漬ノズルの亀裂及び折損の発生状況を確認した。

実施例１として、浸漬ノズルの吐出口にニクロム線を埋設したカオウールを巻き付けて、誘導加熱予熱装置によって浸漬ノズルを１４００℃に加熱した。実施例２として、浸漬ノズルの吐出口に耐熱ガラス綿で形成したキャップ状の断熱材を取り付けて、誘導加熱予熱装置によって浸漬ノズルを１４００℃に加熱した。比較例１として、浸漬ノズルを断熱材を取り付けずに誘導加熱予熱装置によって１４００℃に加熱した。比較例２として、浸漬ノズルを断熱材を取り付けずにバーナー加熱予熱装置によって１１５０℃に加熱した。

表１に示すように、鋳造開始時（予熱後、およそ１０分後）の浸漬ノズルの温度は、実施例１及び２では、それぞれ１２００℃、１１５０℃、比較例１及び２では、それぞれ９５０℃、８００℃となり、本発明の溶鋼の連続鋳造方法により、浸漬ノズルの温度低下を抑制できることが解る。

図３に示すように、比較例２での浸漬ノズルの亀裂及び折損の発生率を１とした場合、実施例１及び２は０．０１、比較例１では０．５となった。これは、誘導加熱による浸漬ノズルでの加熱は、バーナーでの加熱と比較して浸漬ノズルをより高温に加熱でき、しかも、表面をより均一に加熱できるため、熱応力が小さくなり、更に、浸漬ノズルの吐出口を断熱材で覆い保温又は加熱すると温度低下が抑えられ、亀裂及び折損が発生しなかったものと解される。

図４に示すように、実施例１及び２、比較例１及び２によって、予熱した浸漬ノズルの亀裂及び破損を防止することによる浸漬ノズルの長寿命化から算出した浸漬ノズルのコストの低減指数は、比較例２を１として、実施例１及び２では０．５、比較例１では０．８と低くなった。実施例１及び２では、亀裂及び折損の発生率が低いため浸漬ノズルの長寿命化が行えコストも下がると解される。

本発明は、前記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、例えば、前記した実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の溶鋼の連続鋳造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、前記実施の形態の溶鋼の連続鋳造方法において、浸漬ノズルに断熱材を装着した状態で、誘導加熱予熱装置によって浸漬ノズルを加熱したが、バーナーによって加熱してもよい。なお、この場合には、加熱後に断熱材を装着する。また、誘導加熱予熱装置を用いた場合でも、加熱後に断熱材を装着してもよい。断熱材としては、カオウール及び耐火ガラス綿を使用したが、１４５０〜１５３０℃程度の溶鋼によって溶解して消失し、しかも、溶鋼に混合されても鋳片の品質を低下させない材料であればよく、石綿布等を使用することもできる。また、電熱抵抗線を断熱材の内部に設けたが、断熱材の内側又は外側に設けてもよい。

本発明の一実施の形態に係る溶鋼の連続鋳造方法を適用した連続鋳造設備の説明図である。 同連続鋳造設備の変形例に係る断熱材の説明図である。 予熱した浸漬ノズルの破損発生指数を示すグラフである。 予熱した浸漬ノズルのコスト低減指数を示すグラフである。

符号の説明

１０：連続鋳造設備、１１：タンディッシュ、１２：浸漬ノズル、１３：鋳型、１４：把持装置、１５：スライディングノズル、１６：注湯口、１７：吐出口、１８：カオウール１９：消耗型加熱ヒータ、２０：断熱材、２１：スラグライン部、２２：ダミーバー

Claims (3)

1. 下部側面に吐出口が設けられ底部が閉塞された筒状の浸漬ノズルを連続鋳造機のタンディッシュに取り付けて該浸漬ノズルを鋳型内に配置し、前記タンディッシュ内の溶鋼を該浸漬ノズルを介して前記鋳型に注湯する溶鋼の連続鋳造方法であって、
   前記浸漬ノズルの予熱前又は前記浸漬ノズルの予熱後に、前記浸漬ノズルの吐出口を覆うように断熱材を巻き付け、もしくは前記浸漬ノズルの下端からスラグライン部までを覆うようにキャップ状の断熱材を取り付けて放熱を防止し、使用時に該浸漬ノズルに供給される前記溶鋼によって該断熱材を溶解して消失させることを特徴とする溶鋼の連続鋳造方法。
2. 請求項１記載の溶鋼の連続鋳造方法において、前記断熱材には、少なくとも前記吐出口を覆う部分に消耗型加熱ヒータが取り付けられていることを特徴とする溶鋼の連続鋳造方法。
3. 請求項２記載の溶鋼の連続鋳造方法において、前記消耗型加熱ヒータは、電熱抵抗線であって、該電熱抵抗線が前記断熱材の内側、内部、又は外側に設けられていることを特徴とする溶鋼の連続鋳造方法。

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