JP5697193B2 - ガス吹き込み用ノズル - Google Patents

Description

本発明は、溶融金属が通過するノズル内孔の表面からガスをノズル内孔内に吹き込む機能を備えたガス吹き込み用ノズルに関する。

取鍋やタンディッシュなどの溶鋼容器から溶鋼を次工程に移送するためのノズルは溶鋼が通過するノズル内孔を有するが、ノズル内孔の表面には溶鋼中から析出するアルミナ等が付着し、ノズル詰まりを生じるという問題がある。このノズル詰まりの防止策として、従来より、ノズル本体を通気性耐火物とし、そのノズル内孔の表面から窒素やアルゴンなどの不活性ガスをノズル内孔内に吹き込む機能を備えたガス吹き込み用ノズルが使用されている（例えば特許文献１）。

図３は、従来のガス吹き込み用ノズルを適用したタンディッシュの底部を示す断面図である。タンディッシュ１の底部に設けた羽口１ａにガス吹き込み用ノズルとして上ノズル２が嵌め込まれ、上ノズル２の下面側に溶鋼の流量を制御するスライディングノズル装置３が設置されている。

上ノズル２のノズル本体２ａは通気性耐火物からなり、その中心に溶鋼が通過するノズル内孔２ｂを有する。ノズル本体２ａの外周面は間隔を開けてメタルケース２ｃで囲まれており、ノズル本体２ａの外周面とメタルケース２ｃの内周面、及びモルタルなどのシール材２ｅとの間の空間がガスプール２ｄになっている。ガスプール２ｂにはメタルケース２ｃを介してガス供給管４が接続されている。ガス供給管４から供給されたガスはガスプール２ｂに充満し、ノズル本体２ａを通過してノズル内孔２ｂの表面からノズル内孔２ｂ内に吹き込まれる。

このような上ノズル２（ガス吹き込み用ノズル）において、ガスプール２ｄには通常０．１〜０．２ＭＰａ程度の吹き込み背圧がかかっている。一方で、鋳造中、メタルケース２ｃは８００℃以上の高温になり、その高温域で背圧を受けた場合、メタルケース２は容易に変形し、ガスがリークする。このガスリークによる背圧低下は、ガス吹き込み機能の低下あるいはガス吹き込みの均一性の低下を引き起こし、ガス吹き込み用ノズルが抱える課題の一つである。

ガス吹き込み用ノズルにおいて、上述のメタルケースの変形に起因するガスリークを防止するには、ガスプールをメタルケースとノズル本体との間ではなく、ノズル本体の内部にスリット状に形成することが考えられる。

しかし、ガス吹き込み用ノズルの製造方法として一般的な一軸成形法により、ガスプールとなるスリットを形成する場合、その高さ方向の長さの確保には限界がある。すなわち、一軸成形法ではガス吹き込み用ノズルの高さ方向に成形圧を作用させるので、高さ方向に長いスリットを形成することは困難である。スリットの高さ方向の長さが制限されると、ノズル内孔の高さ方向において全体から均一にガスを吹き込むという要求に対応できない。

なお、上記特許文献１の図１には、ノズル本体の内部に高さ方向に比較的長いスリット状のガスプールを形成した例が示されているが、これは特殊な製造方法を採用したものであり、また、この例によってもガスプールをノズル内孔の高さ方向全体にわたって形成することはできないので、ノズル内孔の高さ方向において全体から均一にガスを吹き込むという要求には十分に対応できない。また、特殊な製造方法を採用するため、コスト高になる。

実開平６−１９９６６号公報

本発明が解決しようとする課題は、ガスリークが生じにくく、しかもノズル内孔の高さ方向において全体から均一にガスを吹き込むことを可能とするガス吹き込み用ノズルを提供することにある。

本発明は、溶融金属が通過するノズル内孔を有し、ノズル内孔の表面からガスを吹き込むガス吹き込み用ノズルにおいて、ノズル内孔を有する第１の通気性耐火物の外周側に第２の通気性耐火物を配置し、前記第１の通気性耐火物と前記第２の通気性耐火物とは直接接触しており、前記第２の通気性耐火物の外周側面にはメタルケースを配置し、前記第２の通気性耐火物の外周側面と前記メタルケースの間にはシール材が充填されており、前記第２の通気性耐火物にガス供給管を接続しており、前記第２の通気性耐火物の平均気孔径が第１の通気性耐火物の平均気孔径より大きいことを特徴とする。

ここで、「平均気孔径」とは、水銀ポロシメーターで測定した平均気孔径（平均細孔径）のことをいう。

本発明のガス吹き込み用ノズルでは、第１の通気性耐火物の外周側に配置された第２の通気性耐火物の平均気孔径が第１の通気性耐火物よりも大きく通気抵抗が小さいので、第２の通気性耐火物が第１の通気性耐火物にガスを供給するガスプールの作用を奏する。これにより、メタルケースと耐火物間にはモルタルを全体に充填することが可能となり（ガスプールを設ける必要がなくなる）、そうすることでメタルケースを変形させるガス吹き込み圧力がメタルケースに掛らなくなり、ガスリークは抑制される。

また、ガスプールとなる第２の通気性耐火物を第１の通気性耐火物の外周側のほぼ全体に配置することで、第１の通気性耐火物に形成されたノズル内孔の高さ方向において全体から均一にガスを吹き込むことができるようになる。

本発明のガス吹き込み用ノズルの一例を示す断面図である。 本発明のガス吹き込み用ノズルの他の例を示す断面図である。 従来のガス吹き込み用ノズルを適用したタンディッシュの底部を示す断面図である。

以下、図面に示す実施例に基づき本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明のガス吹き込み用ノズルの一例を示す断面図である。図１に示すガス吹き込み用ノズル２は、図３に示した従来のガス吹き込み用ノズルと同様に、上ノズルとして、タンディッシュの底部に設けた羽口に嵌め込まれて使用される。

図１に示すガス吹き込み用ノズル２のノズル本体２ａは、中心に溶鋼が通過するノズル内孔２ｂを有する第１の通気性耐火物２ａ−１と、第１の通気性耐火物２ａ−１の外周側に間隔を開けずに配置された第２の通気性耐火物２ａ−２とからなる。

第２の通気性耐火物２ａ−２の外周は、シール材２ｅを介してメタルケース２ｃで覆われている。すなわち、第２の通気性耐火物２ａ−２の外周面とメタルケース２ｃの内周面との間にはシール材２ｅが充填されており、ここにはガスプールは存在しない。一方、ガス供給管４は、メタルケース２ｄ及びシール材２ｅを貫通し、第２の通気性耐火物２ａ−２に接続されており、後述するとおり、第２の通気性耐火物２ａ−２がガスプールの作用を奏する。

本発明においては、第２の通気性耐火物２ａ−２にガスプールの作用をもたせるため、第２の通気性耐火物２ａ−２の平均気孔径は、第１の通気性耐火物２ａ−１の平均気孔径より大きくなるようにする。好ましくは、第１の通気性耐火物２ａ−１の平均気孔径は５０μｍ未満、第２の通気性耐火物２ａ−２の平均気孔径は７０μｍ以上である。第１の通気性耐火物２ａ−１の平均気孔径が５０μｍ以上では、溶鋼中に吹き込まれるガスの気泡径が大きくなるため、ノズル全体からガスを吐出させようとした場合、ガス流量が多く必要となる。吹き込みガス流量が多くなると、鋳型内の湯面が沸き、操業が不安定になることがある。さらに、吹き込みガス流量に対する表面積が小さくなり、溶鋼中に懸濁する微細なアルミナ粒子をガス気泡で捕捉する機会が少なくなる。一方、第２の通気性耐火物２ａ−２の平均気孔径が７０μｍ未満では、第１の通気性耐火物２ａ−１との通気抵抗の差が小さくなり、第２の通気性耐火物２ａ−２が、ガスを供給位置から全体に拡散させるガスプールとしての機能を十分に果たし得なくなる場合がある。さらに好ましくは、第１の通気性耐火物２ａ−１の平均気孔径は１０μｍ以上５０μｍ未満、第２の通気性耐火物２ａ−２の平均気孔径は７０μｍ以上２００μｍ以下である。

上述のとおり、第２の通気性耐火物２ａ−２は第１の通気性耐火物２ａ−１よりも通気抵抗が小さいので、この第２の通気性耐火物２ａ−２にガス供給管４から直接ガスを供給することで、第２の通気性耐火物２ａ−２が従来のガスプールと同等の作用を奏する。すなわち、ガス供給管４から供給されたガスは、一旦、第２の通気性耐火物２ａ−２に充満し、その後第１の通気性耐火物２ａ−１に供給され、ノズル内孔２ｂの表面からノズル内孔２ａ内に吹き出す。

なお、本実施例では、図１に示すように第１の通気性耐火物２ａ−１の外周側に間隔を開けずに第２の通気性耐火物２ａ−２を配置することでノズル本体２ａを形成するが、このようなノズル本体２ａは、成形金型に円筒形の仕切り治具を装着し、粒度構成を調整した（出来上がりの平均気孔径を調整した）２種類の配合（混練物）を仕切り治具の内外に投入し仕切り治具を除去した後加圧することによって製造することができる。

第１及び第２の通気性耐火物の平均気孔径は、配合（混練物）の粒度構成を変更することにより調整することができる。すなわち、配合の粒度構成を粗くすれば出来上がりの平均気孔径は大きく、粒度構成を細かくすれば出来上がりの平均気孔径は小さくなる。第１及び第２の通気性耐火物の材質は、アルミナ、シリカ、ムライト、マグネシア、スピネルなどのうち一つ又は複数を主成分として、ジルコニア含有原料、クロミアなどを含む一般的に通気性耐火物として使用される材質であればよい。

また、本実施例では、使用時に溶鋼と接触するためメタルケース２ｃで覆うことなく露出させているノズル本体２ａの上端部は、第１の通気性耐火物２ａ−１で形成している。この部分を第２の通気性耐火物２ａ−２で形成すると、ガスがノズル本体２ａの上端部から抜けてしまうからである。ただし、このノズル本体２ａの上端部を除いて、第１の通気性耐火物２ａ−１の外周側全体にガスプールとなる第２の通気性耐火物２ａ−２が配置されているので、ノズル内孔２ｂの高さ方向において全体から均一にガスを吹き込むことができる。

図２は、本発明のガス吹き込み用ノズルの他の例を示す断面図である。この実施例では第２の通気性耐火物２ａ−２がノズル本体２ａの上端部に露出しないように、第１の通気性耐火物２ａ−１を厚くしている。これにより、ガスがノズル本体２ａの上端部から抜けることを防止しつつ、ノズル内孔２ｂの高さ方向において全体から均一にガスを吹き込むことができる。

本発明のガス吹き込み用ノズルは、タンディッシュの底部に使用される上ノズルのほか、取鍋の底部に使用される上ノズル等としても利用可能である。

１ タンディッシュ
１ａ 羽口
２ ガス吹き込み用ノズル（上ノズル）
２ａ ノズル本体
２ａ−１ 第１の通気性耐火物
２ａ−２ 第２の通気性耐火物
２ｂ ノズル内孔
２ｃ メタルケース
２ｄ ガスプール
２ｅ シール材
３ スライディングノズル装置
４ ガス供給管

Claims (2)

1. 溶融金属が通過するノズル内孔を有し、ノズル内孔の表面からガスを吹き込むガス吹き込み用ノズルにおいて、
   ノズル内孔を有する第１の通気性耐火物の外周側に第２の通気性耐火物を配置し、
   前記第１の通気性耐火物と前記第２の通気性耐火物とは直接接触しており、
   前記第２の通気性耐火物の外周側面にはメタルケースを配置し、前記第２の通気性耐火物の外周側面と前記メタルケースの間にはシール材が充填されており、
   前記第２の通気性耐火物にガス供給管を接続しており、
   前記第２の通気性耐火物の平均気孔径が第１の通気性耐火物の平均気孔径より大きいことを特徴とするガス吹き込み用ノズル。
2. 第１の通気性耐火物の平均気孔径が５０μｍ未満、第２の通気性耐火物の平均気孔径が７０μｍ以上である請求項１に記載のガス吹き込み用ノズル。

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