JP5459851B2 - ロングノズル - Google Patents

Description

本発明は，溶鋼を取鍋からタンディッシュに排出するロングノズルに関する。

溶鋼の連続鋳造において取鍋からタンディッシュに溶鋼を排出するにあたっては，溶鋼の酸化やタンディッシュ内上面に存在するスラグの溶鋼内への巻き込み等を抑制するために、ロングノズルを使用することが一般的である。

ロングノズルはこの取鍋の下端に設置された溶鋼排出用ノズル（下部ノズルという、以下同じ。）に、ダボ面を嵌合させるようにして接合する。

この取鍋の下部ノズルとロングノズルとの接合部は、ロングノズル内への外気の侵入を抑制するために、鋳造中に高いシール性を保持することが必要である。

シール性が失われると、ロングノズル内、ないしは溶鋼中に外気が侵入し、外気中の酸素等による鋼の品質低下等を招来する。

さらには、炭素含有耐火物で構成されるロングノズルも、耐火物中の炭素成分の酸化消失や溶鋼との間で生成するＦｅＯのような耐火物を侵食する物質による溶損等が生じ、ロングノズル自体の耐用性が低下する。

この下部ノズルとロングノズルとの接合部のシール性を確保するために、例えば特許文献１には、図１２のロングノズル上端の縦方向断面図に示すように、上端を所定の隙間を介して覆うメタルケースとロングノズル上端との隙間からガス導入口３からの不活性ガスを供給する構造が示されている。また特許文献２にはノズル上端隙間とは別の不活性ガス流路であるポーラスブリックリング等を介してノズル内孔へ不活性ガスを供給する構造等が示されている。

一方、この接合部付近には溶鋼や溶融スラグ等が飛散して凝固したもの、シール材として設置した耐火物製のシート等の破片等が付着することが多い。このため、ロングノズルは取鍋の交換の都度、下部ノズルとの接合を外して、その接合部付近を酸素洗浄により又はバー等による機械的な衝撃力で、付着物等を除去することが一般的である。

また、ロングノズル内孔全体に溶鋼の充満、いわゆる「吹き上げ」現象によって、接合部から溶鋼が漏れて、接合部に凝固した鋼等が付着することがある。このような付着物が、前記の不活性ガスの噴出部を閉塞し、そのため、シール性が低下することがある。

これらの閉塞現象は、前記引用文献をはじめとする従来技術では、未だに、十分に解決されていない。

特開２０００−１５８１０２号公報 特開平９−３０８９５０号公報

本発明の課題は、上端部のメタルケースとロングノズル本体の耐火物の間に設けられた不活性ガスを吹き出す空隙が閉塞して、その空隙からのガスの噴出が阻害されても、ロングノズルとその上部のノズルとの接合部付近のシール性が維持されるようにすることにある。

本発明に係る容器から溶鋼をタンディッシュに排出するロングノズルは、 その上端部はメタルケースで囲繞されており、その上端部のメタルケースとロングノズル本体の耐火物の間には、不活性ガスを吹き出すための空隙、すなわち、第１のガス噴出口が設けられており、さらに、前記上端部のメタルケースの上端面には、不活性ガスを吹き出すための孔（以下「第２のガス噴出口」という。）が全周に亘って複数設置されていることを基本構成とする。

前記ロングノズルの上端はメタルケースで囲繞され、このメタルケースとロングノズル本体の耐火物の間に設けられた第1のガス噴出口部分の構造は従来技術と同じである。この第１のガス噴出口は下部ノズルとの接合部に近いために、また、付着物となる飛散物が飛来する方向、すなわち、（ロングノズル中心方向からその半径方向、即ち放射方向）に開口しているので、付着物が固着しやすく、ガスの流通を閉塞しやすい。

本発明のロングノズルの場合は、この第１のガス噴出口に加えて、前記上端部のメタルケースの上端面に、ガスを噴出するための孔、すなわち、第２のガス噴出口が、全周に亘って複数設置されている。 本発明の場合、第１のガス噴出口が閉塞しても、第２のガス噴出口から不活性ガスを噴出させ続けることができるので、下部ノズルとロングノズルの接合面のシール性の低下を抑制することが可能になる。

第２のガス噴出口が閉塞し難い主な理由は次の通りである。

ロングノズルとこの内孔側直胴部上端付近の取鍋下部ノズルとの接合部は、第２のガス噴出口５のロングノズルの縦方向位置、すなわちメタルケース上端面よりも下方位置にある。このため、洗浄（除去）の対象である付着物は、この内孔側直胴部上端付近に存在する。これを酸素ランス等で洗浄（除去）する際には付着物が溶融状態になって飛散する。この飛散は内孔上端・接合部付近を起点とし、しかもロングノズルの上方向かつ外周側方向となる。したがってこの飛散方向は第２のガス噴出口を直撃することはないので、飛散物の付着によって、第２のガス噴出口５を閉塞することは少なくなる。

この第２のガス噴出口の各々の大きさ、配置の方法等は、ガスの流通量、圧力等の個別の操業条件、ロングノズルの形状、具体的なガス流通経路全体の構造等の設備条件等によって決定されるべき事項である。

この理由は、ガスの流動状態は、流通経路の構造、長さ、噴出口付近と断面の形状、圧力等々多数の要因によって変動するから、それら複数の異なる要因が集積した各操業での条件に合致するように最適な配置を決定することが必要であるからである。すなわち、ロングノズル上端面の円周方向上、できるだけ均等に近い状態でガスが噴出することが好ましく、そのように第２のガス噴出口の各々の大きさ、配置の方法等を設計するということである。

したがって、具体的には、第２のガス噴出口はメタルケース上端面の全体に均等に、また第２のガス噴出口各個の大きさを均一にして配置することができる。

一般的に、ガスの導入口はロングノズル横方向断面上の１箇所に設置されていて、ガスはその流路としての空間すなわちガスプールを通過してロングノズル横方向断面上、その対極の方向まで流通させる。

このガスの経路の断面積は、圧損を生じない程度に大きくはなく、通常はガス導入側からその対極側に至るに伴い、圧損とガス噴出量の漸減を生じている。このような場合にも、メタルケース上端面でのガスの噴出を、全体に亘ってより均等にするために、第２のガス噴出口の各々の大きさ、配置の方法について、変化させて配置することができる。

具体的には、メタルケース上端面を中央でガス導入口側の領域と反ガス導入口側の領域とに２分割したときに、第２のガス噴出口の数が、ガス導入口側の領域よりも反ガス導入口側の領域に多くなるように配置する。

第２のガス噴出口５の数が多いほどガスは噴出し易くなるので、ガス導入口側からその対極側に至るのに伴いガスの圧力は漸減するものの、ガスの噴出量は均等化される。

かかる構成においては、操業中、第２のガス噴出口は閉塞し難く、ガス噴出口の閉塞による操業が阻害されることがなくなる。その理由は次の通りである。

ロングノズルとこの内孔側直胴部上端付近の取鍋下部ノズルとの接合部（後述の図１１参照）は、第２のガス噴出口５のロングノズルの縦方向位置において、すなわちメタルケース上端面よりも下方位置にある。

洗浄（除去）の対象である付着物は、この内孔側直胴部上端付近に存在する。これを酸素ランス等で洗浄（除去）する際には付着物が溶融状態になって飛散する。この飛散は内孔上端・接合部付近を起点とし、しかもロングノズルの上方向かつ外周側方向となる。したがってこの飛散方向は第２のガス噴出口を直撃することはないので、飛散物の付着によって、第２のガス噴出口を閉塞することは少なくなる。

なお、前記接合部からの漏鋼等による飛散が生じる場合の飛散方向も前述と同様であり、このような飛散物の付着によっても、第２のガス噴出口５を閉塞することは少なくなる。

この第２のガス噴出口５の大きさ及び数は、個別の操業における条件によって、ガスの必要量等から決定される。

本発明のロングノズルはさらに、前記の第２のガス噴出口である複数個の孔のロングノズルの中心方向側には、壁を設置することができる。この壁は、下部ノズルとロングノズルの接合面付近から溶鋼、溶融スラグ、溶融ＦｅＯ等の付着性のものが飛散しても、第２のガス噴出口を直ちに塞ぐことのないように、バリアーとしての機能を果たす。

この壁の円周方向の長さは、ロングノズルの円周方向の前記孔の幅以上であることが好ましい。すなわち、飛散物はロングノズルの通鋼方向を縦方向とすると、その方向にほぼ直角の方向である横方向の中心付近から第２のガス噴出口方向に飛来するので、少なくとも第２のガス噴出口方向の円周方向の長さ以上の幅の壁が存在すれば、直接第２のガス噴出口は塞がれることはない。

また、この壁の高さは、第２のガス噴出口の、ロングノズルの半径方向の第２のガス噴出口の長さ以上であることが好ましい。すなわち、飛散物のほとんどは、第２のガス噴出口のロングノズルの縦方向位置よりも下方から第２のガス噴出口方向に飛散するが、この飛散の状態は一定ではなく、メタルケース上端面より下方からがほとんどではあるものの、メタルケース上端面から上方概ね３０度程度までの高さから第２のガス噴出口方向に飛散することもある。

この場合、前記の第２のガス噴出口である複数個の孔のロングノズルの中心方向側に設置された壁高さが、第２のガス噴出口方向の円周方向の長さ以上であれば、すなわち、第２のガス噴出口のロングノズル最外周位置と壁の上端とを結ぶ線が成す角度が４５度以上であるので、少なくとも水平位置から４５度までの範囲からの飛散物は直接第２のガス噴出口を塞ぐことはない。

本発明により、ロングノズル上端部のメタルケースとロングノズル本体の耐火物の間に設けられた不活性ガスを吹き出す空隙が閉塞してその空隙からガスの噴出が阻害されても、ロングノズルとその上部のノズルとの接合部付近のシール性の低下を抑制し、または維持することができる。

ひいては、ロングノズル及び下部ノズルの局部損傷を抑制することができ、安定、安全な操業に寄与することができ、また鋼の品質低下効果も抑制することができる。

本発明の実施例に係るロングノズルの上部の縦方向断面図と平面図である。 本発明に係る第２のガス噴出口の配置を示す平面図である。 第１のケースにおける第２のガス噴出口からの噴出ガスの分布状態を示す図である。 第２のケースにおける第２のガス噴出口からの噴出ガスの分布状態を示す図である。 内孔の局部溶損速度を示す比較図である。 第２のガス噴出口に隣接して壁を設けた部分をａ部として示す平面図である。 図６のａ部の拡大図である。 図７の縦方向断面図である。 図８における第２のガス噴出口と壁との縦方向の相対的な関係を示す。 ロングノズルと取鍋下部ノズルとの接合例を縦方向断面図で示す。 ロングノズルの内孔上端・接合部付近に付着した洗浄（除去）の対象物、およびその洗浄時の飛散方向を示すイメージ図である。 従来のロングノズルの上部の縦方向断面図と平面図を示す。

以下、実施例に基づいて本発明の実施形態を説明する。

実施例１
図１は本発明に係るロングノズルの上部の縦方向断面図と平面図である。 同図において，その上端部はメタルケース１で囲繞されており、ロングノズル本体の耐火物２の間には、ガス導入口３からの不活性ガスを吹き出すための空隙、すなわち、第１のガス噴出口４が設けられている。この構造自体は、従来からの構造である。本発明の場合、この第1のガス噴出口４に加えて、前記メタルケース１の上端面に、不活性ガスを吹き出すための孔、すなわち、第２のガス噴出口５が設けられ、この第２のガス噴出口５が全周に亘って複数設置されている。

図２は、メタルケース１上端面を中央でガス導入口４側の領域Ａと反ガス導入口側の領域Ｂとに２分割したとき、第２のガス噴出口５の数が、ＡとＢ領域に均等に３２個配列した（ａ）のケースとガス導入口側の領域Ａよりも反ガス導入口側の領域Ｂに多く設置した（ｂ）のケースを示す。（ｂ）のケースでは、第２のガス噴出口５の２３個を、境界部に２個、ガス導入口側の１／２の領域に８個、反ガス導入口側の１／２の領域に１３個配置したものである。

図３と図４は、第２のガス噴出口５は直径３ｍｍの円形の同一形状とし、ゲージ圧０．１ＭＰa、総流量８０Ｎｌ／ｍｉｎ．の空気を使用して、ガス導入口側端部、反ガス導入口側端部、その中央２箇所の合計４箇所でのガスの噴出分布を調査した結果を示す。

図３は、上記（ａ）のケースを、また、図４は、（ｂ）のケースを示す。図３に示す（ａ）のケースでは、ガス導入部側に近い部分で他の部分よりも流量が多くなっており、ロングノズルの上端面上では不均一な分布となっている。これに対し、図4に示す（ｂ）のケースではほぼ全体に均一な噴出分布となっている。この両者の噴出分布の調査により、ガス導入口側よりも反ガス導入口側のガス噴出量を相対的に多くすることで、ガスの噴出量は均等化されていることが明らかとなった。この結果からは、ガスの噴出自体の効果は何れでも得られるものの、第２のガス噴出口の数をガス導入口側のＡ領域よりも反ガス導入口側のＢ領域に多く設置することが、第２のガス噴出口を全周に均等に配置して設置するよりもガスの噴出を均等化でき、好ましいことがわかる。

図２の（ｂ）のケースによる配置方法で第２のガス噴出口を設置した本発明のロングノズルを、第２のガス噴出口を設置していない比較例と共に実操業に供した。この操業試験においてはＡｒガスを用い、ガスの圧力（元圧、ゲージ圧）は概ねゲージ圧０．１ＭＰa、総流量８０Ｎｌ／ｍｉｎ．であった。

この実操業の結果を図５に示す。取鍋交換数（チャージ数）は２３〜３６であった。この結果、ロングノズルと下部ノズルとの接合部付近のロングノズル内孔に発生した溶損の程度、すなわち、接合部からの外気の侵入に伴う損傷程度の（平均値）は、比較例では０．０２３ｍｍ／ｍｉｎ．であったのに対し、実施例では０．０１６ｍｍ／ｍｉｎ．と大幅な改善が確認できた。

またこの損傷程度（最小〜最大値）のバラツキは、比較例が０．００７〜０．０７４ｍｍ／ｍｉｎ．であるのに対し、実施例では０．０１０〜０．０１９ｍｍ／ｍｉｎ．と大幅に小さくなった。

実施例２
この第２の実施例は、図１に示すメタルケース１のロングノズル本体の耐火物の間に設けられた第1のガス噴出口４とともに設けられた第２のガス噴出口５の噴出口を直上方向に設置している状態に加えて、図６に示すように、第２のガス噴出口のロングノズルの中心方向側に隣接して壁６、すなわち、飛散物が直接第２のガス噴出口を塞ぐことを防ぐためのバリアーを設けた例を示す。

図６に示すように、この第２のガス噴出口５に隣接して、中心側に壁６を設置することもできる。この場合、この壁６はメタルケースと一体的構造にすることが壁の強度面から、また製造上の容易さからも最も好ましい。

図７は、図６におけるａの部分を拡大したもので、また、図８は、図７の縦方向断面図であって、第２のガス噴出口５に対する壁６の位置関係を示す。これらの図に示すように、この壁６の長さＬｗは、第２のガス噴出口５の径ＬＨ以上の長さで断続的に設置してもよいが、これら壁６の円周方向を連続的な一体の構造としてもよい。またこの壁６の厚さは、メタルケース１と同等であれば容易に変形等を生じずに機能を維持することができる。

さらに、図９は、壁６と第２のガス噴出口５との縦方向の相対的な関係を、角度θで示す図である。このように、第２のガス噴出口に壁６を隣接して設ける場合は、飛散物がロングノズルの内孔側から飛来することから、少なくとも図示したθ度の範囲内の方向から直進して飛来する飛散物は、第２のガス噴出口５を直撃してこれを閉塞することはない。このため，飛散物が直接、第２のガス噴出口５を塞ぐことをさらに防止する効果がある。

すなわち，ロングノズル１０と取鍋下部ノズル１１との接合例を縦方向断面図によって示す図１０において，ロングノズルの先端部の耐火物２上に設置された上方ノズル１１との接合部１２は、第２のガス噴出口５のロングノズルの縦方向位置、すなわちメタルケース１の上端面よりも下方位置にある。

そのため、図１１のロングノズルの内孔上端・接合部付近に付着した洗浄の対象物である飛散物の飛散方向Ｘによって示すとおり、この接合部が起点となる飛散物のほとんどは、第２のガス噴出口方向に飛散することになり、飛散物が付着によって、第２のガス噴出口５を閉塞することは少なくなる。

さらには、図９において、メタルケース１の上端面からθが概ね３０度程度までの高さから第２のガス噴出口５の方向に飛散することもあることから、第２のガス噴出口５の半径方向の長さと壁６の高さとの相対的な関係において、その角度θが３０度程度以上になるように壁６を設置することで、少なくともそのθ内の領域のロングノズル中心方向からの飛散物は、壁６に衝突して、第２のガス噴出口５を塞ぐことはなくなる。

またこの壁６の高さは、ロングノズル上端面とその上方に存在する設備との関係で相互に干渉しないように決定すればよいが、前記角度θが４５度程度であるように設置することが最も好ましい。

なお、この角度θは、主としてロングノズル上端付近の酸素洗浄や付着物除去の作業における、メタルケース上端付近における付着物の位置、ロングノズルの傾斜、溶融物の流動等に由来する。したがって、各操業条件に応じて決定すればよいが、一般的に最大でも４５度を越える飛来基点や傾斜等を伴うことはないので、前記角度θの最大も４５度程度とすることが最も好ましい。

なお、前述のように、第２のガス噴出口に隣接する壁、を設置しないでも十分な効果があるため、通常は壁を全面的に設置する必要はないとも判断できる。いいかえれば、この壁の設置は、ロングノズル上端面への飛散が激しく第２のガス噴出口を閉塞する虞がある操業条件の場合に適用すればよい。

１ メタルケース ２ ロングノズル本体の耐火物 ３ ガス導入口
４ 第1のガス噴出口 ５ 第２のガス噴出口 ６ 壁
１０ ロングノズル １１ 上方ノズル
１２ ロングノズルと上方ノズルとの接合部

Claims (3)

1. 上端はメタルケースによって囲繞されており、前記上端部のメタルケースとロングノズル本体の耐火物の間には、不活性ガスを吹き出す第1のガス噴出口が設けられるとともに、前記メタルケースの上端面には、第２のガス噴出口が複数設けられているロングノズル。
2. 前記メタルケースの上端面を中央でガス導入口側の領域と反ガス導入口側の領域とに２分割したときに、第２のガス噴出口の数が、ガス導入口側の領域よりも反ガス導入口側の領域に多く設けられている請求項１に記載のロングノズル。
3. 前記メタルケースの上端面に設置された複数個の第２のガス噴出口のロングノズルの中心方向側に隣接して、ロングノズルの円周方向の前記孔の幅以上の円周方向の長さ以上であって、かつ、ロングノズルの半径方向の前記第２のガス噴出口の長さ以上の高さの壁を設けた請求項１または請求項２の何れか１に記載のロングノズル。