JPH06254663A

JPH06254663A - 断熱層付連続鋳造用中間ノズル

Info

Publication number: JPH06254663A
Application number: JP5043991A
Authority: JP
Inventors: Kazutoshi Kanda; 和俊神田; Akira Takahashi; 明高橋; Atsushi Sato; 敦佐藤; Kazuto Sekino; 一人関野; Nobufumi Kasai; 宣文笠井; Takumi Nishio; 内匠西尾; Hiroshi Sakai; 博司酒井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd; Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK; Nippon Steel Corp
Priority date: 1993-03-04
Filing date: 1993-03-04
Publication date: 1994-09-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】タンディッシュから鋳型へ溶鋼を連続鋳造す
る際に、中間ノズルの閉塞を防止する。【構成】連続鋳造用中間ノズルにおいて、本体の内部
に水平面において環状に設けられた断熱層３を設けると
ともに溶鋼を流下する空間５に臨む本体２の材質はZrO₂
−Ｃ系とする。中間ノズルの断熱性を改善・向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、浸漬ノズルを介してタ
ンディッシュに収容された溶融金属、例えば溶鋼を連続
的に鋳型へ鋳込む連続鋳造を行う際に、浸漬ノズルとス
ライディングノズルとの中間に配置されて使用される連
続鋳造用中間ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】溶融金属、例えば鋼の連続鋳造において
は、タンディッシュの下部に設置された浸漬ノズルを介
して溶鋼を鋳型に連続的に鋳込んでいる。浸漬ノズル
は、タンディッシュに直接連結されるのではなく、タン
ディッシュ側から順に、スライディングノズル、中間ノ
ズルが設置され、中間ノズルの下部に浸漬ノズルが設置
される。

【０００３】図６は、浸漬ノズル９の近傍の状態を示す
説明図であり、タンディッシュ10の下部にスライディン
グノズル７、中間ノズル８および浸漬ノズル９がこの順
に配置されている。同図からわかるように、それぞれの
ノズルは、軸方向および直径方向について熱放散・断熱
化されるように構成される。

【０００４】しかし、これらのノズルを通過して流下す
る溶鋼は、通過の際に急激に冷却されて温度が低下する
ため、これらのノズルの内壁に溶鋼が付着・凝固してし
まい、地金付またはAl₂O₃付が発生し、最終的にノズル
閉塞に到ることが従来から度々発生し、連続鋳造の操業
上の大きな問題になっていた。

【０００５】そこで、従来から、このようなノズル閉塞
を防止するための提案が種々なされている。例えば、以
下の如くである。

【０００６】特開平１−284468号公報には、スラグライ
ン上部内に断熱層と熱輻射する凸部とスラグライン下部
外周に高熱伝導性耐火物層とを設けた連続鋳造用浸漬ノ
ズルが提案されており、この連続鋳造用浸漬ノズルによ
れば、浸漬ノズル内の溶鋼熱を効率的に鋳型内へ供給し
てパウダの滓化不良による鋳片表面疵を解消できる。

【０００７】特開平３−146246号公報には、ノズル孔の
空断面積を2800〜5500mm²とし、かつ吐出孔の総空断面
積を5000〜15000mm²と限定した連続鋳造用浸漬ノズルが
提案されており、この連続鋳造用浸漬ノズルによれば、
溶鋼のノズル孔壁との接触面積が小さく、ノズルからの
溶鋼熱放散が少ないため、最適な吐出速度が得られ、溶
鋼がパウダを巻き込まず溶鋼温度の均一化が図れるた
め、鋳片の縦割れを防止できる。これらの提案にかかる
連続鋳造用浸漬ノズルは、材質を限定したり、断熱層を
設けることにより、浸漬ノズルの断熱性を改善・向上し
たものである。

【０００８】一方、特開昭63−45168 号公報には、少な
くともノズル内孔の稼働面を形成するノズル本体が、Zr
O₂：40〜92％ (以下、本明細書においては特にことわり
がない限り「％」は「重量％」を意味するものとする)
、Ｃ：５〜40％ならびにＲＯおよびＲＯ₂またはＲ
Ｏ、ＲＯ₂およびＲ₂Ｏ₃で表される酸化物成分：３〜
20％ (ただし、ＲＯはCaO 、MgO またはMnO のうち少な
くとも１種、ＲＯ₂はSiO₂またはTiO₂のうち少なくとも
１種、Ｒ₂Ｏ₃はAl₂O₃またはCr₂O₃のうち少なくとも
１種) を含む耐火物からなる連続鋳造用浸漬ノズルが提
案されており、この浸漬ノズルによれば、内孔材質が溶
鋼にぬれにくいZrO₂を主成分と、他の成分により補助し
ているため、介在物や地金付着によるノズルの閉塞を防
止し、熱間強度を確保できる。

【０００９】特開平１−65069 号公報には、少なくとも
ノズル内孔の稼働面が、ZrO₂：50〜94％、Ｃ：５〜40
％、SiO₂：１〜10％、Al₂O₃およびY₂O₃の合計：１％以
下を含む耐火物からなる連続鋳造用浸漬ノズルが提案さ
れており、この浸漬ノズルによれば、内孔材質が溶鋼に
ぬれにくいZrO₂を主成分とし、他の成分により補助して
いるため、介在物や地金付着によるノズルの閉塞を防止
し、熱間強度を確保できる。

【００１０】これらの提案にかかる浸漬ノズルは、内壁
面を溶鋼にぬれにくいジルコニアで被覆することにより
ノズル閉塞の防止を図ったものである。なお、本発明者
らは、材質の限定または断熱層の設定により浸漬ノズル
の断熱性を改善・向上することを目的に、既に以下に列
記する提案も行った。

【００１１】特願平２−313156号には、少なくとも溶融
スラグと接触する部分がジルコニア：70〜90％、粒径：
500 μm 以下の鱗状黒鉛：10〜30％を含有し、ジルコニ
アの粒子が特定の分布を呈し、かつ隣接する 125μm を
越えるジルコニア粒子の総数の80％以上には鱗状黒鉛が
存在する組織構造を有する耐火物で構成された連続鋳造
用浸漬ノズルを提案しており、この浸漬ノズルによれ
ば、浸漬ノズル耐火物が化学的に変化して溶鋼またはス
ラグ中に溶け込むことを防止し、鋳片縦割れ等の発生を
防止できる。

【００１２】特願平３−180102号には、少なくとも溶融
スラグと接触する部分が、ジルコニア：70〜90％、粒
径：500 μm 以下の鱗状黒鉛：10〜30％を含有し、ジル
コニア粒子は特定の分布を有し、かつ隣接する125 μm
を越えるジルコニア粒子間の80％以上には鱗状黒鉛が存
在する組織構造を有する耐火物で構成され、耐火物の外
側表面に内層になるほど融点の高くなる材質によって少
なくとも２層のコーティング層が形成された連続鋳造用
浸漬ノズルを提案しており、この浸漬ノズルによれば、
溶鋼およびスラグに対する耐食性が優れ、耐火物が溶鋼
およびスラグに溶け込まないため鋳片縦割れがない。

【００１３】特願平３−180103号により、胴体部中に断
熱スリットがほぼ全長に及んで同心状に形成されてお
り、胴体部の少なくとも溶融スラグと接触する部分が、
ジルコニア：70〜90％、粒径：500 μm 以下の鱗状黒
鉛：10〜30％を含有し、ジルコニア粒子は特定の範囲を
満足するように分布し、かつ隣接する125 μm を越える
ジルコニア粒子間の80％以上には鱗状黒鉛が存在する組
織構造を有する耐火物で構成された連続鋳造用浸漬ノズ
ルを提案しており、この浸漬ノズルによれば、ノズル壁
からの熱放散が少なく、ノズル内の溶鋼熱を効率よくモ
ールド内に供給し、パウダの滓化不良を防止でき、溶鋼
およびスラグに対する耐食性がよく、鋳片の品質を劣化
させない。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、これらの提案
によっても、中間ノズルの閉塞を解消できない。すなわ
ち、浸漬ノズル、中間ノズルおよびスライディングノズ
ルは、溶鋼の保温のために元々熱伝導率が悪い耐火物に
より構成されており熱的に周囲からは断熱されている。
さらに、中間ノズルと浸漬ノズルとの接続部は、浸漬ノ
ズルのほうが内径が大きいため、浸漬ノズルの内壁面へ
中間ノズルの内壁面から溶鋼が滴下する現象であるダボ
漏れを防止するためにガスによる冷却を行っている。ま
た、スライディングノズルにおいてもカセットの赤熱防
止のために冷却を行っている。

【００１５】このため、連続鋳造開始前に各ノズルの予
熱を行っておいても特に中間ノズルはあまり高温になら
ず、連続鋳造の際にも中間ノズルは継続して冷却される
ため、中間ノズル内を流下する溶鋼は冷却されて急激に
粘性が上昇する。そのため、溶鋼の表面張力が上昇して
他の溶鋼から分離し易くなり、ノズル内壁に付着し易く
なって地金の付着が発生する。付着した地金は中間ノズ
ルの首部の周辺で成長し、さらに下部へも成長していく
ため、最終的にはノズル閉塞が発生する。

【００１６】また、中間ノズルとスライディングノズル
との接続部近傍、例えばスライディングノズルの直下で
は、通常はスライディングノズルは全開とはならないた
め溶鋼流に淀みが発生し易く、さらに溶鋼温度が低下す
るためにAl₂O₃ が付着し易い。一旦中間ノズルにAl₂O₃
介在物が付着すると、付着部分にAl₂O₃ が凝集したり、
また中間ノズル〜浸漬ノズルの首部では溶鋼の淀みや低
熱が発生し易いため、Al₂O₃ と地金とのネットワークを
形成し易い。このネットワークが徐々に成長すると、最
終的にノズル閉塞が発生する。

【００１７】特に、特開平１−284468号公報または特開
平３−146246号公報により提案された従来の技術、また
は特願平３−180103号により提案した技術では、中間ノ
ズルの内壁と外壁とが熱伝導率の低い同一材質の耐火物
により構成されているため、内壁側からの入熱を内壁→
大きなスリット→外壁の順序で時間をかけて熱放散する
ため、内壁からの溶鋼の抜熱量も大きい。また、低熱伝
導率の耐火物を使用するため、スリットを大きくして内
壁からの熱放散を容易にしておかないと、断熱効果がな
いために内壁が加熱されると内壁の温度が急上昇し、地
金が付着し耐スポーリング性も悪化する。スラグライン
部のみを別の耐火物で構成したとしても、ノズル高さ方
向の蓄熱量が大きく、ノズル内壁を低温化するには極め
て大きなスリットを設けなければならず、現実には不可
能である。

【００１８】以上のように、従来の技術または本発明者
らが先に出願した技術のいずれによっても、中間ノズル
がノズル詰まり発生の起点となってノズル閉塞の発生を
防止できなかったのである。ここに、本発明の目的は、
中間ノズルにおけるノズル閉塞を防止できる連続鋳造用
中間ノズルを提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決するためには中間ノズルの断熱性を改善・向上す
ることが必須であるとの前提に立ち鋭意検討を重ねて、
本発明を完成した。ここに、本発明の要旨とするところ
は、溶融金属が流下する空間を内側に備えた、水平断面
形状が環状型の本体からなる連続鋳造用中間ノズルにお
いて、(i)本体の内部に、水平面において環状に設けら
れた断熱層を有すること、および(ii)少なくとも空間に
臨む本体の材質は、ZrO₂−Ｃ系であることを特徴とする
断熱層付連続鋳造用中間ノズルである。

【００２０】上記の本発明において、ZrO₂−Ｃ系はジル
コニアグラファイト系という。断熱層としては、例えば
断熱スリットを例示することができる。断熱層は環状に
設けられるが、完全に円形である必要はない。断熱効果
に応じて適宜設定すればよい。

【００２１】図１は、本発明にかかる断熱層付連続鋳造
用中間ノズルの一例の説明図であり、図1(a)は縦断面図
であり、図1(b)は上面図である。一方、図２は、従来の
中間ノズルの一例の説明図であり、図1(a)は縦断面図で
あり、図1(b)は上面図である。

【００２２】従来の中間ノズルは、図２に示すように、
Al₂O₃ −SiO₂−ZrO₂系耐火物１( 例えばZrO₂-SiO-Al
₂O₃) のみにより本体６が構成され、本体６を鉄皮４で
覆った構造の中間ノズルとしていた。なお、図１および
図２において、５は溶融金属が流下する空間を示す。

【００２３】これに対し、本発明にかかる断熱層付連続
鋳造用中間ノズルでは、図１に示すように、耐火物２と
してZrO₂−Ｃ系耐火物を用い、この耐火物２内に断熱層
３ (図１に示す例では断熱スリット) を設け、耐火物２
の周囲にさらに耐火物１を用いて本体６を構成し、本体
６の周囲を鉄皮４で覆っている。

【００２４】図１に示す本発明にかかる断熱層付連続鋳
造用中間ノズルにおける耐火物２ (ZrO₂−Ｃ系耐火物)
は、従来耐火物として全面に使用していたZrO₂-SiO-Al₂
O₃系耐火物よりも熱伝導率が高いため、入熱性や熱放散
性も良好である。したがって、本発明にかかる断熱層付
連続鋳造用中間ノズルは全体が熱せられ易く、かつ熱放
散性が良好で、さらには断熱層３により断熱されてお
り、さらに溶鋼とのぬれ性が悪いZrO₂−Ｃ系耐火物が溶
鋼の接触面に使用されているため、地金の付着は極めて
少ない。

【００２５】図１における耐火物２からの入熱は、耐火
物２内に埋設された断熱層３で一旦蓄熱され、耐火物１
側より徐々に抜熱されるため、ノズル内孔からの溶鋼の
抜熱も少なくなり、耐スポーリング性も良好である。

【００２６】このように、耐火物２の内壁は溶鋼熱を入
熱するが、熱伝導率が良好であるため、速やかに断熱層
３へと入熱を移行させる。断熱層３は、比較的少量の熱
流を蓄積した後、耐火物１側へ入熱を移行させる。

【００２７】つまり、断熱層３が薄くても、耐火物２か
らの溶鋼の抜熱量が低下し、ノズル内溶鋼の保温効果が
向上する。なお、通常の寸法の中間ノズルの場合、本体
の厚さは約50mm程度であり、これに対し、断熱層の厚さ
は５mm程度とすることを例示できる。

【００２８】

【作用】以下、本発明を作用効果とともに詳述する。本
発明では、中間ノズルの内側の溶鋼が流下する空間に臨
む材質を従来のAl₂O₃−SiO₂−ZrO₂ (アルミナ・シリカ
・ジルコニア) 系からZrO₂−Ｃ (ジルコニア−グラファ
イト) 系に変更すること、および中間ノズルに断熱スリ
ット等の断熱層を配置することにより、中間ノズルの断
熱性を強化する。したがって、本発明によれば、中間ノ
ズルにおける溶鋼の温度低下量を抑制できるため、溶鋼
と接する中間ノズルの内面を従来よりも高温に保つこと
ができる。略述すれば、本発明によれば、連続鋳造前の
タンディッシュから中間ノズルの予熱時に中間ノズル内
に断熱層を配置して断熱性を従来よりも強化できるた
め、従来に比較して中間ノズルの内面温度を高温に維持
することができる。

【００２９】

【表１】

【００３０】表１には、従来のAl₂O₃−SiO₂−ZrO₂ (ア
ルミナ・シリカ・ジルコニア) 系の例としてZrO₂-SiO-A
l₂O₃と、本発明例としてZrO₂−Ｃとの組成および物理特
性を対比させながら示す。

【００３１】SiO₂は、固有の特性として、脆弱であって
伸延性がなく硬いことが知られており、SiO₂粒子もZrO₂
粒子に比較すると粗粒であり、熱伝導率もZrO₂に比較す
ると低いことが知られている。SiO₂の化合物もほぼ同様
の傾向を示す。一方、ZrO₂はSiO₂に比較すれば粒子は細
粒のものが多く、伸延性も高く、特に熱伝導率は良好で
ある。Al₂O₃ は、高温での耐熱性は良いが、溶鋼とのぬ
れ性が良好であるために、ノズル内孔の地金や介在物の
付着を助長する。Ｃは熱伝導率を、SiＣは圧縮強さを向
上させる。

【００３２】したがって、従来品のAl₂O₃-SiO₂-ZrO₂ と
本発明品のZrO₂-C-SiC系とを比較すると、本発明品は熱
伝導率が特に良好である。本発明品では中間ノズルは金
物で固定されたスライディングノズルに浸漬ノズルとと
もに吊下げられて内部を溶鋼が通過する。

【００３３】さらに、ZrO₂は、溶鋼に対してぬれ性が悪
いため、中間ノズルのうち溶鋼が流下する空間に臨む部
位にZrO₂を被覆しておくことにより、中間ノズルの内壁
面への地金や介在物の付着を防止できる。

【００３４】このようにして本発明によれば、従来の問
題、すなわち連続鋳造の開始時にタンディッシュに熱を
奪われて温度降下した溶鋼がさらに中間ノズルにより冷
却されて粘性を高め中間ノズルや浸漬ノズルの内面に付
着・凝固し、最終的にノズル閉塞を発生するという問題
を防止できる。

【００３５】また、連続鋳造中は、中間ノズル〜浸漬ノ
ズル間を「ダボ漏れ」防止のためにArガス等の不活性ガ
スを使用するが、これによる抜熱により溶鋼地金の付着
〜成長も防止できる。

【００３６】さらに、中間ノズルの内面 (溶鋼が流下す
る空間に臨む部位) の材質を、従来のAl₂O₃-ZrO₂-SiO₂
系から溶鋼とのぬれ性が悪いZrO₂−Ｃ系へ変更すること
により、ノズル内面への地金やAl₂O₃ 介在物の付着を防
止する。ZrO₂は耐スポール性にも優れており、断熱化に
よる強度低下もなく効果を発揮する。

【００３７】一般的に、ノズル閉塞は地金またはAl₂O₃
がノズル内面に付着し、さらに地金とAl₂O₃ とがネット
ワークを形成しながら成長するために発生するものであ
るといわれている。本発明では、断熱層の形成とノズル
の一部の材質変更とをともに行うことにより、ノズル閉
塞の起点になると考えれる、中間ノズル〜浸漬ノズル首
部への地金やAl₂O₃ の付着を防止でき、これらに起因す
るネットワークの形成も防止し、ノズル閉塞を効果的に
抑制する。

【００３８】

【実施例１】表１に示す組成を有する材料をそれぞれ用
いて、図１または図２に示す、本発明にかかる断熱層付
連続鋳造用中間ノズル (本発明例) と従来の連続鋳造用
中間ノズル (比較例) とを製作し、これらの中間ノズル
を既設のタンディッシュ下部に設置してあるスライディ
ングノズルおよび浸漬ノズルの間に設置し、溶鋼の連続
鋳造を行った。なお、連続鋳造条件は、鋳造速度:2.0m/
min 、鋳造時間:173分、鋼種は低炭Alキルド鋼で[C]:0.
05％であった。

【００３９】図３は、中間ノズルの外表面から約10mm内
側にはいった部位を測温した結果を示すグラフである
が、本発明例は比較例に対して、約70℃ノズルによる溶
鋼の抜熱量を抑制することができたことがわかる。

【００４０】また、図４には、中間ノズル〜浸漬ノズル
の首部の付着地金厚さを測定した結果を示すが、同図か
ら明らかなように、本発明によれば、従来よりも約60％
も付着地金厚さが減少し、ノズル閉塞を確実に抑制でき
たことがわかる。

【００４１】

【実施例２】図５は、本発明の他の実施例を示す縦断面
図である。図１と共通の符号は同じものを意味する。本
実施例では、中間ノズルの本体６の内部に断熱層３とと
もにガスチャンネル11を設け、Ar (アルゴンガス) を、
中間ノズル内の溶融金属が流下する空間５内へ噴出する
ことにより、Al₂O₃ の付着を防止している。

【００４２】さらに、空間５を構成する本体６の耐火物
２に、ZrO₂−CaO 系 (ジルコニアカルシウム系) の自溶
性耐火物を添加することにより、より一層 Al₂O₃の付着
防止を図っている。

【００４３】このような構成の本発明にかかる断熱層付
連続鋳造用中間ノズルを既設のタンディッシュ下部に設
置してあるスライディングノズルおよび浸漬ノズルの間
に、それぞれ設置し、溶鋼の連続鋳造を行った。その結
果、従来の中間ノズルで発生していたノズル閉塞を40％
に低減することができた。

【００４４】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
中間ノズルにおけるノズル閉塞を防止できることになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる断熱層付連続鋳造用中間ノズル
の一例の説明図であり、図1(a)は縦断面図であり、図1
(b)は上面図である。

【図２】従来の中間ノズルの一例の説明図であり、図2
(a)は縦断面図であり、図2(b)は上面図である。

【図３】実施例１において、中間ノズルの外表面から約
10mm中心側に位置する点を測温した結果を示すグラフで
ある。

【図４】実施例１において、中間ノズル〜浸漬ノズルの
首部の付着地金厚さを測定した結果を示すグラフであ
る。

【図５】本発明の他の実施例を示す縦断面図である。

【図６】浸漬ノズル、中間ノズルおよびスライディング
ノズルの接続状況を示す説明図である。

【符号の説明】

１：耐火物２：耐火物３：断熱層４：鉄皮５：空間６：本体７：スライディングノズル８：中間ノズル９：浸漬ノズル 10：タンディッシュ 11：ガスチャンネル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐藤敦茨城県鹿島郡鹿島町大字光３番地住友金属工業株式会社鹿島製鉄所内 (72)発明者関野一人茨城県鹿島郡鹿島町大字光３番地住友金属工業株式会社鹿島製鉄所内 (72)発明者笠井宣文茨城県鹿島郡鹿島町大字光３番地住友金属工業株式会社鹿島製鉄所内 (72)発明者西尾内匠愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地東芝セラミックス株式会社刈谷製造所内 (72)発明者酒井博司愛知県刈谷市小垣江町南藤１番地東芝セラミックス株式会社刈谷製造所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】溶融金属が流下する空間を内側に備え
た、水平断面形状が環状型の本体からなる連続鋳造用中
間ノズルにおいて、(i)前記本体の内部に、水平面にお
いて環状に設けられた断熱層を有すること、および(ii)
少なくとも前記空間に臨む本体の材質は、ZrO₂−Ｃ系で
あることを特徴とする断熱層付連続鋳造用中間ノズル。