JP5440933B2 - 浸漬ノズル及びこれを用いた連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼の連続鋳造のための浸漬ノズル及びこれを用いた連続鋳造方法に関するものである。

鋼の連続鋳造は、タンディッシュから供給される溶鋼を浸漬ノズルによって連続鋳造用モールド内に注湯しながら行われる。浸漬ノズルの下方部には吐出孔が設けられており、溶鋼は吐出孔からモールド内に吐出される。

ノズル閉塞防止のために、浸漬ノズル内にはアルゴンガス等の不活性ガスが吹き込まれており、その気泡が吐出流に乗ってモールド内に拡散している。また脱酸生成物であるアルミナ等の非金属介在物も吐出流に乗ってモールド内に拡散し、これらの気泡や非金属介在物が凝固界面に付着すると、表面欠陥を発生させる。

例えば図１に示すように、モールド１の中央に浸漬ノズル２を配置し、その下方部の両側に形成された吐出孔３から溶鋼を吐出する場合には、図中に太い矢印で示すようにモールド１の長手方向に強い吐出流が発生する。このため、吐出流に乗って気泡や非金属介在物がモールド１の端部に運ばれて凝固界面に到達し易くなる。その結果、図２のグラフに示すように鋳片のエッジ部分における表面欠陥発生率が大きくなる。なお本明細書において用いる表面欠陥発生指数とは、連続鋳造された鋳片を圧延して製造されるコイルにおいて表面に現れる連続鋳造起因の欠陥（おもにスリバー疵）の発生頻度を指数化した値である。

また図３に示すように、モールド１内の溶鋼に電磁ブレーキ４により静磁場を作用させ、下向きの吐出流を減衰させることも広く知られている。この場合には気泡や非金属介在物は図１の場合よりも速やかに湯面５に浮上し、凝固界面に付着しにくいので、鋳片全体の表面欠陥発生を抑制することができる。

しかし図３、図４に示すように、電磁ブレーキ４を使用すると電磁流体力により浸漬ノズル２の回りにＭＨＤ対向流と呼ばれる対向流が発生する。このＭＨＤ対向流はモールド１の長手方向の両側で発生し、吐出孔３に向かって流れて浸漬ノズル２の側面で衝突し、モールド１の内壁面に沿う強い上向流となる。このため気泡や非金属介在物が中央部の凝固表面に付着し易くなり、図５のグラフに示すように鋳片のセンター部の表面欠陥発生率が大きくなる。

上記したように、電磁ブレーキを用いるとエッジ部の表面欠陥は抑制できるが、センター部における気泡や非金属介在物による表面欠陥を防止することは容易ではない。そこで特許文献１には、浸漬ノズルの吐出孔を上向きにするとともに、吐出孔を囲むように下面が開放された箱を設け、溶鋼流を上昇させてから下降流とすることによって表面欠陥発生を防止する発明が開示されている。しかしこの発明はノズル部分の構造が複雑となり、メンテナンスが容易でない。

また特許文献２には、浸漬ノズルの吐出孔よりも上部に制流板を設けて旋回流を形成し、センター部における溶鋼流の滞留を防止する発明が開示されている。しかしこの発明は電磁ブレーキを使用しないことを前提としており、鋳片のエッジ部分における表面欠陥発生率の低減効果は小さいものと考えられる。

さらに特許文献３には、浸漬ノズルの吐出孔よりも上部に制流板を設けるとともに、吐出孔の位置を制流板に対して斜めにして強い旋回流を生じさせる発明が開示されている。しかしこの発明では旋回流に乗って気泡や非金属介在物がモールドのエッジ部分に到達し易くなり、鋳片のエッジ部分における表面欠陥発生率の低減効果は小さいものと考えられる。

特開２００３−２６６１５５号公報 特開昭６３−２３５０５０号公報 特開平５−１４６８５１号公報

従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、電磁ブレーキ使用時に発生するＭＨＤ対向流による鋳片のセンター部の表面欠陥発生率を効果的に減少させることができ、しかも構造が簡単でメンテナンスも容易な浸漬ノズル及びこれを用いた連続鋳造方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明の浸漬ノズルは、電磁ブレーキを掛けながら連続鋳造用モールド内に溶鋼を注湯するノズル本体の両側に、連続鋳造用モールドの長手方向に延びる分散防止板を、吐出孔を挟んで取り付け、前記分散防止板の上端高さを吐出孔の上端と湯面との間とし、分散防止板の下端高さを吐出孔の下端とノズル本体の下端との間としたことを特徴とするものである。

なお上記の浸漬ノズルは、分散防止板のノズル本体からの水平方向の突出量を、１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下とすることが好ましい。また吐出孔の吐出角度を、上向き２０°と下向き６０°との間とすることが好ましい。

さらに本発明の連続鋳造方法は、上記の浸漬ノズルを用い、電磁ブレーキを掛けながら連続鋳造用モールド内に溶鋼を注湯し、ノズル本体に向かう対向流を左右一対の分散防止板により湯面に向けてガイドすることを特徴とするものである。なお、電磁ブレーキにより印加する静磁場を吐出孔位置において５００G以上とすることが好ましい。

本発明によれば、電磁ブレーキ使用時に発生し浸漬ノズルに向かうＭＨＤ対向流を、ノズル本体の両側に形成された連続鋳造用モールドの長手方向に延びる分散防止板によってガイドし、湯面に向けて浮上させる。この上向流は主として一対の分散防止板の間を流れるため、気泡や非金属介在物が凝固界面に付着することが防止され、湯面のパウダーにより捕捉される。このため表面欠陥発生率を大幅に低下させることができる。しかも本発明の浸漬ノズルは、構造が比較的簡単であるから製作コスト及びメンテナンスコストが安価である。

従来技術を示す平面図と正面図である。 図１の場合の表面欠陥発生指数のグラフである。 他の従来技術（電磁ブレーキ採用）を示す平面図と正面図である。 図３の場合の反転流の説明図である。 図３の場合の表面欠陥発生指数のグラフである。 本発明の実施形態を示す平面図と正面図である。 本発明の実施形態における反転流の説明図である。 分散防止板の寸法説明図である。 本発明の実施形態における表面欠陥発生指数のグラフである。

以下に本発明の実施形態を説明する。
図６〜図８は本発明の浸漬ノズルの説明図であり、従来と同様に１は連続鋳造用のモールド、２は浸漬ノズル、３は浸漬ノズル２の下方部両側に形成された吐出孔、４はモールド１内の溶鋼に静磁場を印加する電磁ブレーキ、５は湯面である。

本発明では、浸漬ノズル２のノズル本体の両側に分散防止板６が取り付けられている。分散防止板６はノズル本体と同質の耐火物製の平板であり、吐出孔３を挟む両側に配置されている。その方向はモールド１の長手方向であり、この実施形態では２枚の平板が平行に配置されているが、浸漬ノズル２から遠い外側がやや開くように斜めに配置してもよい。ノズル本体への取り付け方は任意であり、例えばモルタルによる接合やセラミック製固定具による固定などを適宜採用することができる。

この分散防止板６は吐出孔３に向かうＭＨＤ対向流をガイドし、湯面５に向けて浮上させる役割を果たすものであるから、その上下幅Wは少なくとも吐出孔３を覆うことができる幅とする。このため、分散防止板６の上端高さは吐出孔３の上端と湯面５との間とし、分散防止板６の下端高さは吐出孔３の下端とノズル本体の下端との間としておくことが好ましい。なお分散防止板６の上端高さが湯面５を超えると、湯面パウダーとの反応により分散防止板６を形成している耐火物の劣化が進行し易くなるうえ、湯面５よりも上方に突出した露出部分と溶湯内部への浸漬部分との温度差が生ずるので好ましくない。また分散防止板６の下端高さがノズル本体の下端よりも下側になると、浸漬ノズル２の製作やハンドリングが行いにくくなるので好ましくない。

分散防止板６のノズル本体からの水平方向の突出量Ｌは、１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下とすることが好ましい。突出量Ｌが１０ｍｍ未満であるとＭＨＤ対向流をガイドする機能が不十分となる。また突出量Ｌが３００ｍｍを超えても整流効果の向上は見られず、製作コストの増加や折損によるトラブルの原因となるおそれがある。分散防止板６の厚さｔは特に限定されるものではないが、溶鋼流中でノズル本体と同等の使用寿命を持つように設定すればよく、例えば１０ｍｍ以上とすればよい。

なお、浸漬ノズル２の吐出孔３の吐出角度αは、上向き２０°と下向き６０°との間とすることが好ましい。吐出角度αが上向き２０°を超えると湯面５の沸き上がりが生じて好ましくない。また下向き６０°を超えると吐出流の侵入深さが深くなりすぎて浮上しにくくなり、気泡や非金属介在物が凝固界面に付着しやすくなるので好ましくない。特に内部欠陥を助長する。

このように構成された分散防止板６付きの浸漬ノズル２を用い、かつ電磁ブレーキ４を用いて溶鋼の連続鋳造を行えば、吐出孔３に向かうＭＨＤ対向流は２枚の分散防止板６に挟まれた中央の流路を通じて湯面５に向かって上昇し、センター部の凝固界面との接触が生じにくくなる。このため図９のグラフに示すように、表面欠陥発生指数を大幅に低減することができる。

上記したように、本発明は電磁ブレーキ４の使用を前提とするものであり、エッジ部における表面欠陥発生指数の低減は電磁ブレーキ４によるところが大きい。このため電磁ブレーキにより印加する静磁場を５００Ｇ以上とすることが好ましい。

表１に本願発明による実施例を、比較例とともに示す。
短辺250ｍｍ、長辺1600ｍｍのモールド１に浸漬ノズル２より溶鋼を注入し、鋳造速度2.5ｍ／ｍｉｎで連続鋳造した。分散防止板の上端位置、下端位置、及び突出量を表１に示した寸法としながら、それぞれの吐出角度を有する浸漬ノズルに取り付け鋳造した。鋳造後のスラブを圧延し、コイル表面に現われた連続鋳造起因の欠陥を検査して、本願発明の効果を確認した。

実施例１乃至１３の結果によると、表面欠陥指標は０．５以下であって、極めて良好な表面品位を達成することができた。浸漬ノズル２の吐出孔３に向かうＭＨＤ対向流が２枚の分散防止板６に挟まれた中央の流路を通じて湯面５に向かって上昇し、センター部の凝固界面との接触が生じにくくなったと考えられる。

参考例１４、１５は分散防止板６の垂直方向長さが短く、気泡・介在物の分散を防止する効果が比較的低いものの、表面欠陥指標は１．０以下となり分散防止板６がない比較例と対比すると優位であった。実施例１６は、分散防止板６の突出量が２ｍｍと短いが、表面欠陥指標は１．０以下となり分散防止板６がない比較例と対比すると優位であった。実施例１７は、分散防止板６の突出量が４００ｍｍと長いが、表面欠陥指標は１．０以下となり分散防止板６がない比較例と対比すると優位であった。実施例１８は、吐出孔の角度が上向き３０°であり、湯面変動が比較的大きくなったが、表面欠陥指標は１．０以下となり分散防止板６がない比較例と対比すると優位であった。

実施例１９は、吐出孔の角度が下向き７０°であり、吐出流が下向きに強くなるため、内部品質に懸念があるものの、表面欠陥指標は１．０以下となり分散防止板６がない比較例と対比すると優位であった。実施例２０は、本願請求項に係る浸漬ノズルと電磁攪拌装置を併用した場合であり、電磁攪拌装置による溶鋼メニスカス付近のシェルウォッシング効果とのシナジー効果によって、実施例のなかで最も良好な表面品位となった。

比較例

実施例と同じ鋳造条件で、分散防止板を有しない浸漬ノズルを用いて鋳造を行った。電磁ブレーキによる静磁場が弱い比較例２１、及び２２については、モールド１の長手方向に発生した強い吐出流のため、吐出流に乗った気泡や非金属介在物がモールド１の端部に運ばれて、鋳片のエッジ部分における表面品位が低下し、表面欠陥指標は１より大きくなった。電磁ブレーキによる静磁場を強くした比較例２３乃至２５については、、MHD対向流により巾センターでの表面品位が低下し、表面欠陥指標は１より大きくなった。

１ モールド
２ 浸漬ノズル
３ 吐出孔
４ 電磁ブレーキ
５ 湯面
６ 分散防止板

Claims (5)

1. 電磁ブレーキを掛けながら連続鋳造用モールド内に溶鋼を注湯するノズル本体の両側に、連続鋳造用モールドの長手方向に延びる分散防止板を、吐出孔を挟んで取り付け、
   前記分散防止板の上端高さを吐出孔の上端と湯面との間とし、分散防止板の下端高さを吐出孔の下端とノズル本体の下端との間としたことを特徴とする浸漬ノズル。
2. 分散防止板のノズル本体からの水平方向の突出量を、１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１記載の浸漬ノズル。
3. 吐出孔の吐出角度を、上向き２０°と下向き６０°との間としたことを特徴とする請求項１記載の浸漬ノズル。
4. 請求項１〜３の何れかに記載の浸漬ノズルを用い、電磁ブレーキを掛けながら連続鋳造用モールド内に溶鋼を注湯し、ノズル本体に向かう対向流を左右一対の分散防止板により湯面に向けてガイドすることを特徴とする連続鋳造方法。
5. 電磁ブレーキにより印加する静磁場を吐出孔位置において５００Ｇ以上とすることを特徴とする請求項４記載の連続鋳造方法。

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