JP6792729B1 - 連続鋳造用のストッパー及び連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
一方でガス吐出量は鋼の品質に対する影響が大きいので,鋳造中の条件変動に対応して適切な吐出量(流量)管理を行う必要がある。
そこでガス吐出量を一定程度以下に管理する場合,特に少ガス吐出量である場合,特許文献1に示されるようにガス吐出口にガス圧力(背圧)を加えた状態に維持しようとしても,一般的にガス圧力はガス吐出部分であるストッパーのガス吐出口よりも離れたガス供給源の装置だけで管理しているので,ガス吐出部分付近でのガス圧力すなわち背圧は低くなる。そのため,ガス吐出部分付近での背圧の把握ないしは管理が困難であることが多い。
1.
上下方向中心部にガス流通のための空洞を備える連続鋳造用のストッパーであって,
下方のノズルとの嵌合部を含む縮径領域の先端中央部又は側面部に,前記空洞から外部に貫通する一又は複数のガス吐出孔を備え,
更に,前記空洞の前記ガス吐出孔より上方の位置,かつ前記縮径領域の一部に,圧力制御部品を備えている,連続鋳造用のストッパー。
2.
前記圧力制御部品は,前記ガス吐出孔の直上付近に設置されている,請求項1に記載の連続鋳造用のストッパー。
3.
前記圧力制御部品は,長さが20mmの試料に8×10−2MPaの加圧を行う条件下において,ガスの透過性を有しない緻密質耐火物からなり,
当該圧力制御部品内又は当該圧力制御部品の外周とストッパー本体との間に設けられ,かつ当該圧力制御部品又は当該圧力制御部品の外周とストッパー本体との間の上端から下端までを貫通する一又は複数の貫通孔を備えており,
前記貫通孔の径は,孔の断面を円形とみなしてその断面を円に換算した大きさでφ0.2mm以上φ2mm以下であり,
前記貫通孔の数は,次の式1,式2を満たす,
請求項1又は請求項2に記載の連続鋳造用のストッパー。
(−0.44×Hd2+1.88Hd−0.08)≦Ha≦{1.67×ln(Hd)+3.66} ・・・ 式1
Hn=Ha÷(Hd2×π÷4) ・・・ 式2
ここで,
Ha:前記貫通孔の総断面積(mm2)
Hn:前記貫通孔の数(個)
Hd:前記貫通孔の径(mm)
π :円周率
4.
前記貫通孔はスリット状(以下「スリット」という。)であって,当該スリットの総断面積を前記のHa(mm2)とみなし,当該スリットの厚さを前記のHd(mm)とみなし,当該スリットの総断面積を当該スリットの厚さで除した値を当該スリットの総長さとする,前記3に記載の連続鋳造用のストッパー。
5.
前記1から前記4のいずれか一項に記載の連続鋳造用のストッパーを使用して,前記圧力制御部品より上流側の空洞のガスの圧力を2×10−2(MPa)以上8×10−2(MPa)以下として前記ストッパーのガス吐出孔からガスを溶鋼内に吐出する,連続鋳造方法。
ストッパー先端付近からガスを吐出する操業において,ガスの流通経路であるストッパー内部の空洞の端部にガス吐出孔を設置した構造では,ガス背圧の変動が大きくなり易く,また不安定になり易い。ストッパーは溶鋼内に浸漬しており,かつ,その先端付近は溶鋼の排出用ノズル孔に近接していて,また溶鋼流量制御をも担うこともあって,溶鋼流速の変動が大きい。そのため,ストッパー先端付近から吐出するガスの流量や圧力の変動も大きくなり,その正確で高精度の制御は困難となる。
この圧力制御部品により,ストッパー先端からの圧力の変動を直接的に上流側へ伝達させないで,上流側の空間(空洞)でのガスの圧力制御を行う。
この圧力制御部品は,前記空洞のガス吐出孔より上方の位置,かつ,ストッパー先端付近の縮径領域内の一部に設置する。
これは単一の原因によるものではなく,メカニズムは必ずしも明確になっていないが,圧力制御部品を緻密質耐火物で構成し,当該圧力制御部品内又は当該圧力制御部品の外周とストッパー本体との間にガスが通過することのできる貫通孔を設けることで,多孔質耐火物でのガスの通過ないしは吐出が停止する現象を解消できることを,本発明者らは知見した。
一方,ストッパー本体は,一般的にアルミナ系無機質材料−黒鉛質等の耐火物を一体的に成形したいわゆるモノブロックストッパー(以下「MBS」という。)が使用される。このようなMBSでは,空洞のガス圧力を概ね1×10−1(MPa)以上に高めると,MBS本体の側壁部分にガスが透過ないし散逸することを,本発明者らは知見した。
更に本発明者らは,このようなMBSを使用する場合をも考慮して,圧力制御部品より上流側の空洞のガスの圧力を2×10−2(MPa)以上8×10−2(MPa)以下として前記ストッパーのガス吐出孔からガスを溶鋼内に吐出することが好ましいことを知見した。
前記の好ましい範囲の上限としての8×10−2(MPa)は,前述のMBS本体の側壁部分からのガスの透過ないし散逸を防止するための概ね1×10−1(MPa)未満としての圧力に,MBSの個別の形状や材質のバラツキ等,いわゆる安全率を考慮した値である。
前記のガスの圧力が2×10−2(MPa)未満の場合,圧力制御の正確性,精度が低下することがある。
この試験における8×10−2MPaの加圧は,前述のMBSでの操業時のガス圧力の上限値を8×10−2MPaとすることからこの上限値と同じ加圧力を選択し,長さは,すなわち圧力制御部品の現実的な軸方向の長さのことであって,その強度や設置の安定性等を考慮した際の最も短い(薄い)長さとして選択した長さである。この20mmより長さが長くなったらガスの透過性は小さくなるので,この条件でガスの透過がなければ,これより長い圧力制御部品を使用してもMBSでの操業においてガスの透過はないことになる。
これを要約すると,φ0.2mm以上φ2.0mmの範囲内の任意・特定の貫通孔につき,圧力制御部品より上流側の空洞のガスの圧力を8×10−2(MPa)以下2×10−2(MPa)以上の範囲内にするために必要な貫通孔の数を決定するための具体的な条件であって,必要な貫通孔の数は,式1で求めた貫通孔の総断面積を,貫通孔の断面積で除した値とするものである。
本発明を適用するにあたって,円以外の単孔状では,その孔の断面積を基礎に円に換算してその大きさ(径)を決定すればよい。
スリットの場合は,前述4に示す換算方法により,その厚さと長さを決定すればよい。
(a)鋳造中の背圧が低く,ガスの漏れが発生している状況と同様の傾向のため,ガスが溶鋼中(ノズル内)に安定的に吐出されているか否かの判断が難しい。
(b)ガスの背圧も絶対値が低いので,ガスの背圧管理が極めて難しい。
(c)ガス吐出時の背圧変動及び流量変動が発生し易く,安定したガス吐出が難しい。
(d)安定したガス吐出ができないため,ノズル詰りの発生ないしは鋳型内流動の悪化,鋳型内での介在物浮上性悪化等が発生し易く,これらが最終的に介在物起因の鋼の品質悪化を招来することになる。
すなわち本発明により,ストッパー先端付近のガス吐出孔に近い部分でのガスの背圧の把握が可能となり,溶鋼内に吐出されるガスの状態をより高い精度で把握すること,及び管理/制御することが可能になる。これにより,溶鋼内のガスの分布等をより高精度で制御することができるようになり,鋼の品質を安定化又は向上させることができる。
これに対し本発明では,圧力制御部品をストッパー外周から内側の空洞までの耐火物厚さが小さい縮径領域の位置の一部に備えていることで,圧力制御部品自体の温度を高めることができると共に圧力制御部品を通過したガスの温度を速く高めることができ,ガス吐出孔付近のガスの圧力を高めることもできる。これにより,ガス吐出孔内に溶鋼が侵入しても侵入した溶鋼が容易に凝固することを抑制することができ,当該ガス吐出孔を閉塞する可能性を小さくすることができる。
そして,このストッパー10は,下方のノズル20との嵌合部3を含む縮径領域の先端中央部に,空洞2から外部に貫通する一つのガス吐出孔4を備えており,更に,空洞2のガス吐出孔4より上方,かつ縮径領域の位置の一部に圧力制御部品5を備えている。
なお,ガス吐出孔4は,図2に示すように縮径領域の側面部に設けてもよく,その数は複数であってもよい。また,ガス吐出孔4はスリット状に形成してもよい。
図3(A)は,1つの貫通孔6を有する圧力制御部品5がストッパー本体1に目地材7を介して設置されている例である。
図3(B)は,複数の貫通孔6を有する圧力制御部品5がストッパー本体1に目地材7を介して設置されている例である。
図3(C)は,複数の貫通孔6が圧力制御部品5の外周縁部に溝として形成されており,この圧力制御部品5がストッパー本体1に目地材を介さずに設置されている例である。
図3(D)は,複数の貫通孔6が圧力制御部品5の外周とストッパー本体1との間の目地材7中に設置されている例である。
図3(E)は,複数の貫通孔6が圧力制御部品5の外周とストッパー本体1との間であってストッパー本体1の空洞2側に溝状に設置されており,目地材を介さずに圧力制御部品5が設置されている例である。
図3(F)は,複数のスリット状の貫通孔6(スリット)を有する圧力制御部品5がストッパー本体1に目地材7を介して設置されている例である。
図3(G)は,複数のスリット状の貫通孔6(スリット)が圧力制御部品5の外周とストッパー本体1との間に設置されている例である。
図3(H)は,多孔質耐火物からなる圧力制御部品5がストッパー本体1に設置されている例である。なお,図3(H)では目地材が無い場合を示しているが,目地材が有る場合もある。
図3(I)は,貫通孔6がスリット状である一例の,その厚さtと長さLを示す図である。
図3(J)は,貫通孔6がスリット状である他の例の,その厚さtと長さLを示す図である。
貫通孔の形状を,円形とスリット状で比較した例を図5に示す。この例でのスリットの形状は,両端部を円の一部とし,両端の円を両端外方向に伸ばしてスリット状とした。この例では同じ総断面積とした場合の圧力値(圧力制御部品より上流側の空洞の圧力値)を観た。なお,ここでは総断面積をこれら各々の貫通孔の数を変化させて同じ総断面積となるようにしている。
この結果,円形とスリット状で,圧力には殆ど差がないことがわかる。すなわち,スリット状の貫通孔の場合は,前記5に示す換算方法で,貫通孔の形状と数を決定すればよいということがわかる。
1 ストッパー本体
2 空洞
3 嵌合部
4 ガス吐出孔
5 圧力制御部品
6 貫通孔
7 目地材
20 下方のノズル
Claims (5)
- 上下方向中心部にガス流通のための空洞を備える連続鋳造用のストッパーであって,
下方のノズルとの嵌合部を含む縮径領域の先端中央部又は側面部に,前記空洞から外部に貫通する一又は複数のガス吐出孔を備え,
更に,前記空洞の前記ガス吐出孔より上方の位置,かつ前記縮径領域の一部に,圧力制御部品を備えている,連続鋳造用のストッパー。 - 前記圧力制御部品は,前記ガス吐出孔の直上付近に設置されている,請求項1に記載の連続鋳造用のストッパー。
- 前記圧力制御部品は,長さが20mmの試料に8×10−2MPaの加圧を行う条件下において,ガスの透過性を有しない緻密質耐火物からなり,
当該圧力制御部品内又は当該圧力制御部品の外周とストッパー本体との間に設けられ,かつ当該圧力制御部品又は当該圧力制御部品の外周とストッパー本体との間の上端から下端までを貫通する一又は複数の貫通孔を備えており,
前記貫通孔の径は,孔の断面を円形とみなしてその断面を円に換算した大きさでφ0.2mm以上φ2mm以下であり,
前記貫通孔の数は,次の式1,式2を満たす,
請求項1又は請求項2に記載の連続鋳造用のストッパー。
(−0.44×Hd2+1.88Hd−0.08)≦Ha≦{1.67×ln(Hd)+3.66} ・・・ 式1
Hn=Ha÷(Hd2×π÷4) ・・・ 式2
ここで,
Ha:前記貫通孔の総断面積(mm2)
Hn:前記貫通孔の数(個)
Hd:前記貫通孔の径(mm)
π :円周率 - 前記貫通孔はスリット状(以下「スリット」という。)であって,当該スリットの総断面積を前記のHa(mm2)とみなし,当該スリットの厚さを前記のHd(mm)とみなし,当該スリットの総断面積を当該スリットの厚さで除した値を当該スリットの総長さとする,請求項3に記載の連続鋳造用のストッパー。
- 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の連続鋳造用のストッパーを使用して,前記圧力制御部品より上流側の空洞のガスの圧力を2×10−2(MPa)以上8×10−2(MPa)以下として前記ストッパーのガス吐出孔からガスを溶鋼内に吐出する,連続鋳造方法。
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