JPH07236953A - 連鋳用浸漬ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 スライドバルブから浸漬ノズル内に流入する
溶融金属に偏流が生じても、浸漬ノズルの各吐出孔から
溶融金属を均一に吐出することができる連鋳用浸漬ノズ
ルを提供する。 【構成】 ノズル本体２の内部に溶融金属の流路３が形
成され、ノズル本体２の下端部８に前記流路３に連通す
る複数の吐出孔９が形成された連鋳用浸漬ノズルであ
る。前記流路３の中途部に偏流緩衝用段部４が設けら
れ、該段部４から下方に流路内面が漸次縮径されたテー
パー周面５で形成されたテーパー管部６が設けられてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、タンディッシュ内に収
容された溶融金属を連続鋳造用鋳型に供給するための連
鋳用浸漬ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼や銅などの素材を連続的に鋳造する方
法として連続鋳造法がある。この方法は、周知の通り、
タンディッシュ内に収容された溶融金属を、図１０に示
すように、タンディッシュの下部に連設されたスライド
バルブ２１、整流ノズル２２及び浸漬ノズル２３を介し
て連鋳用鋳型の上部開口より鋳型内に連続的に供給し、
鋳型の下部で冷却凝固させつつ下部開口から素材を引き
出す鋳造法である。前記浸漬ノズル２３の下端部２５に
は吐出孔２６Ａ、２６Ｂが設けられ、該下端部２５が鋳
型内の溶融金属に浸漬される。また、連続鋳造法の実施
に際しては、鋳型内の溶融金属の湯面の酸化防止、鋳型
内面と鋳片との潤滑、鋳型内溶融金属の保温などのため
に、湯面（メニスカス）にスラグ形成用のパウダーが供
給される。

【０００３】連続鋳造法により、スラブ、２００mm角以
上のブルームなどの大形素材を鋳造する場合、多量の溶
融金属を鋳型内の各部に均等に供給する必要があるた
め、通常、図のように、浸漬ノズル２３には複数個の吐
出孔２６Ａ、２６Ｂが設けられる。一方、鋳型への溶融
金属の流量制御は、スライドバルブ２１のスライドゲー
ト２１Ａを移動させて、該ゲート２１Ａに開設された開
口部２８を絞ることにより行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】スライドバルブ２１の
開口部２８を絞った場合、ノズル内の流路を流れる溶融
金属の流れは、図１０中の破線で示すような流速分布を
有しており、スライドバルブ２１の開口側で溶融金属の
流速が大きく、溶融金属の流れに偏流が生じており、引
いては浸漬ノズル２３の各吐出孔２６から流出する溶融
金属の流れも不均一になる。このため、図１１に示すよ
うに、スライドバルブ開口側の吐出孔２６Ａから強い流
れＡが発生する。この流れＡにより鋳型２４のメニスカ
スＭに浮遊するパウダーの溶融物２９がＢで示すように
溶融金属２７内に巻き込まれ、また反転流Ｃにより巻き
込まれる場合もあり、これらは介在物欠陥となる。ま
た、溶融金属中含まれていた介在物、気泡もＤで示すよ
うに鋳型の深部に引き込まれて浮上し難くなり、介在
物、気泡欠陥となる。

【０００５】浸漬ノズル内の偏流を改善するには、ノズ
ルの長さを長くすればよいが、タンディッシュと鋳型と
の距離は限られており、十分な長さを確保することは実
際上困難である。そこで、特開昭６３−４０６７０号公
報に開示されているように偏流が衝突するノズル内面部
分に溝を形成する方法や、特開平５−１５４６２５号公
報に開示されているようにノズル外径を鋳型内寸と所定
の関係にする方法が提案されている。また、特公昭６３
−２５００１号公報に開示されているようにノズル下端
部の内底の形状を非対象とする方法が提案されている。

【０００６】上記偏流改善方法により、一応の改善効果
が認められたが、まだ十分とは言いがたく、より一層の
偏流の抑制、引いては鋳造欠陥の低減が求められてい
る。本発明はかかる問題に鑑みなされたものであり、ス
ライドバルブから浸漬ノズル内に流入する溶融金属に偏
流が生じても、浸漬ノズルの各吐出孔から溶融金属を均
一に吐出することができる連鋳用浸漬ノズルを提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の連鋳用浸漬ノズ
ルは、タンディッシュ内の溶融金属をタンディッシュの
下方に設けた連鋳用鋳型内に供給するためのノズルであ
って、ノズル本体の内部に溶融金属の流路が形成され、
ノズル本体の下端部に前記流路に連通する複数の吐出孔
が形成された連鋳用浸漬ノズルにおいて、前記流路の中
途部に偏流緩衝用段部が設けられ、該段部から下方に流
路内面が漸次縮径されたテーパー周面で形成されたテー
パー管部が設けられている。この際、スライドバルブの
出口から浸漬ノズルの段部までの長さＬ１を５０〜４０
０mmとし、段部の上側と下側とにおける流路の段差Ｓを
１０mm以上とし、テーパー管部の長さＬ２を２００〜４
００mmとするのが好ましい。また、テーパー管部の下端
に該下端における流路と同断面の流路を有する下端部を
連成するとよい。この場合、段部の上側の流路の直径を
Ｄ、テーパー管部の下端における流路の直径をｄとした
とき、テーパー周面の流路方向のテーパー勾配を０．０
４〜０．４２×（Ｄ−２Ｓ）／Ｌ２とするのがよい。ま
た、下端部の流路はテーパー管部の上端における流路の
断面積よりも大きな断面積を有するように膨出状に形成
してもよい。

【０００８】

【作用】ノズル本体の内部に形成された流路の中途部に
偏流緩衝用段部が形成されると共に、該段部の下方に、
流路が所定のテーパー周面で形成されたテーパー管部が
設けられているので、スライドバルブを通過する際に生
じた溶融金属の偏流は、先ず偏流緩衝用段部に衝突し
て、局部的に乱流状態となり、流れの偏りが急激に緩和
される。更に、これに続くテーパー管部において下流側
に流れるほど、縮径されたテーパー周面より流れに対す
る抵抗が漸次増大するため、流れの偏りがより一層緩和
される。この際、段部、テーパー管部の寸法を所定の値
に設定することにより、前記整流作用を有効に発揮させ
ることができる。テーパ管部の下端に該下端における流
路と同径の流路を有する直管状の下端部を連成すること
により、流れの整流化をより一層促進することができる
ほか、メニスカスにおけるノズル外径を小さくすること
ができるため、鋳型内の湯面の監視が容易になる。

【０００９】

【実施例】図１は、スライドバルブ２１の出口に付設さ
れた整流ノズル２２の下端に、実施例にかかる連鋳用浸
漬ノズル１を連設した状態を示している。前記スライド
バルブ２１及び整流ノズル２２の流路と、浸漬ノズル１
のノズル本体２に形成された流路３の上部とは同径Ｄに
形成されており、スライドバルブ２１の開操作によりタ
ンディッシュの溶湯ノズルに連通する。尚、従来と同様
の部分は図１０と同符号で示している。

【００１０】前記ノズル本体２の中途部の内面には、周
方向に沿うと共に軸心側に凸設した一定段差Ｓを有する
段部４が形成されている。図中、Ｌ１はスライドバルブ
２１の出口から段部４までの長さを示す。前記段部４の
下方には、前記段部４から下方Ｌ２に渡り、ノズル本体
２の内面が内径ｄに漸次縮径されたテーパー周面５で形
成されたテーパー管部６が連設されている。更に、テー
パー管部６の下方には一定の流路径ｄを有する直管状で
有底の下端部８が連成されており、その側壁に前記流路
３に連通する複数個（図示例では２個）の吐出孔９、９
が開設されている。

【００１１】前記ノズル本体２は、適宜の耐熱材で形成
すればよいが、例えば、溶鋼に対してはアルミナ−黒鉛
質耐火材や、ジルコニア−カルシア−黒鉛質耐火材のよ
うに、高融点耐火材と黒鉛との混合焼成材が好適であ
る。黒鉛の作用により、熱衝撃を緩和することができ、
耐久性に優れるからである。図１において、破線で示し
たＦ１，Ｆ２，Ｆ３はノズル本体２内の流路３の所定位
置における溶融金属の流路径方向の流速分布を示してお
り、スライドバルブ２１を通過した直後の流れは、Ｆ１
で示すように、スライドバルブ２１の開口側で流速が大
きく、偏流が生じている。段部４を通過後の流れは、Ｆ
２で示すように、段部４により偏流が大幅に緩和されて
流速の径方向の偏差が低下している。更に、下端部８に
おける流れは、Ｆ３で示すように、ほぼ整流状態になっ
ている。

【００１２】前記浸漬ノズル１の設計に際しては、各部
の長さを長くすることにより、偏流防止効果は大きくな
るが、実用上ノズルの長さには限度がある。このため、
流れの計算、水モデルの実験結果に基づいて、最小の長
さで偏流を抑制することができる各部の寸法について説
明する。以下の測定データは、スライドバルブとして開
口部の大きさが９０mmφの実用的寸法のものを使用し、
開口面積が２０％になるように絞った状態で偏流を発生
させ、測定したものである。尚、一般的には、スライド
バルブの開口部の大きさは６０mmφ〜１００mmφ程度で
あり、溶融金属の流量は３kg/s〜１５０kg/s程度であ
る。

【００１３】先ず、流路内径が長さ方向で同一（９０mm
φ）のノズルを用いて、スライドバルブ直下（出口）か
らノズル底部までの長さＬ１による偏流抑制効果を調べ
た。その結果を図２に示す。図中、Ｒはノズル流路の半
径、ｒは流路の中心からスライドバルブ開口側のノズル
内面に向かう半径方向の距離、Ｖは平均流速、｜ｕ｜は
流路中心からｒの位置における流速の大きさを意味す
る。図２に基づき、流速の偏り度を示す｜ｕ｜／Ｖの最
大値とＬ１との関係を整理したものが図３である。図２
及び図３より、Ｌ１が５０mm以上で、大きくなるほど｜
ｕ｜／Ｖは小さくなるが、Ｌ１が４００mmを越えると減
少量が少なくなることが分かる。これより、Ｌ１として
５０〜４００mmがノズル内の流れの偏りに対して改善効
果があることが分かる。

【００１４】次に、９０mmφの流路の途中に一定幅の段
差Ｓを有する段部を設け、段部の下方の流路を段差の内
径と同径にしたノズルを用いて、段差の大きさによる偏
流抑制効果を調べた。その結果を図４に示す。図中、最
大｜ｕ｜／Ｖは、段差下側の平均流速Ｖに対する流路半
径方向のある位置における段差下側の流速ｕの大きさの
比に関する最大値を意味する。図４から、段差の下側に
おける最大の｜ｕ｜／Ｖは、段差Ｓの大きさが５mm以上
で効果的であり、好ましくは１０mm以上で効果が大きい
ことが分かる。もっとも、段差を大きく取りすぎると、
段差の下流側のノズル内径（流路断面積）が小さくな
り、吐出流速が過度に大きくなるおそれがあるため、後
述のテーパー勾配を考慮してＳの値を決定する必要があ
る。

【００１５】更に、段部４の下流側にテーパー管部６を
備えた図１の形状のノズルを用いて、テーパー管部の長
さＬ２及びテーパーの勾配が偏流抑制効果に及ぼす影響
を調べた。但し、Ｄ＝９０mmφ、Ｌ１＝２００mm、Ｓ＝
１０mmとした。その結果を図５に示す。図中、最大｜ｕ
｜／Ｖの意味は、図３と同様である。また、テーパーの
勾配は、長さＬ２に対する縮径量（テーパー管部上端に
おける流路径−Ｌ２の位置における流路径）をδとした
とき、δ／Ｌ２を意味する。図５から、テーパー管部の
長さＬ２が２００mm以上で｜ｕ｜／Ｖの減少効果が大き
く、４００mm以上では流れがほぼ均一になることが分か
った。一方、テーパーの勾配は０．０４以上で効果が大
きいことが分かる。もっとも、前記段差Ｓ及び勾配を大
きくするほど、テーパー管部下端における流速も大きく
なり、テーパー管部上端（段部の直下）に対する下端に
おける流路の断面積の比が１／３以下になると、吐出孔
から吐出される溶融金属の流速が過大となり、メニスカ
スでのパウダーの巻き込みが増加するようになる。かか
る理由により、テーパーの勾配（Ｄ−２Ｓ−ｄ）／Ｌ２
は下記式を満足するように決定するのがよい。

【００１６】 ０．０４≦（Ｄ−２Ｓ−ｄ）／Ｌ２≦０．４２×（Ｄ−２Ｓ）……(1) 前記実施例では、テーパー管部６の下端と同径の流路を
有する直管状下端部８を設けたが、図６に示すようにテ
ーパー管部６の下端に直管部を介して、あるいは直管部
を介することなく直接に、テーパー管部６の下端の最小
流路断面積よりも大きな流路断面積を有する膨出状下端
部８Ａを連成してもよい。かかる膨出状下端部８Ａを設
けることにより、該下端部８Ａに設けられた吐出孔９、
９から吐出される溶融金属の流速を低下させるこがで
き、前記(1) 式に関係なく、テーパーの勾配を最適に設
定することができ、しかもパウダーや気泡の巻き込みを
防止することができる。吐出孔９が設けられる膨出状下
端部８Ａの内径は、段部４の直下（テーパー管部の上
端）における流路径以上、好ましくは段部４の上側（ノ
ズル本体の上部）における流路径（Ｄ）以上に設定する
のがよい。

【００１７】また、前記実施例ではノズル本体２の下端
部８の外周面が鋳型内のメニスカスに直接接触するが、
この部分には溶融したパウダーも浮遊しており、溶損さ
れ易い。そこで、図７に示すように、鋳型内のメニスカ
スＭに対応する下端部８の外周面に、溶損防止用耐火部
材１１を付設してもよい。この部材１１を形成する耐火
材としては、耐火性に優れるほか、パウダーと反応し難
い材質がよく、組成例としてＺｒＯ₂ ：６０〜９０wt
％、Ｃ＋ＳｉＣ：１０〜４０wt％を挙げることができ
る。また、前記実施例では、浸漬ノズル１を整流ノズル
２２を介してスライドバルブ２１に付設した例を示した
が、整流ノズル２２を介することなくスライドバルブ２
１に直接付設してもよい。

【００１８】尚、本発明は、連鋳対象材の種類に関係な
く、あらゆる種類の連続鋳造機に適用可能であり、浸漬
ノズルの材質は連鋳対象材の物性に応じて適宜の耐熱
材、耐火材を選択使用することができる。次に、具体的
実施例を掲げる。図１に示したスライドバルブ、整流ノ
ズル、実施例にかかる浸漬ノズルを備えた垂直曲型スラ
ブ連鋳機を用いて、２３０×１２５０mm断面の極低炭素
鋼及び低炭素Ａｌキルド鋼スラブを連鋳した。浸漬ノズ
ルから吐出された流れの均一性を判定するために、鋳型
内メニスカスの変動差（鋳型内端部での湯面変動差）を
種々の鋳造速度の下で測定した。比較のため、従来例と
して、図１０の直管状の浸漬ノズルを用いた場合につい
ても同様の条件で変動差を測定した。尚、使用したノズ
ルの寸法は、Ｄ＝１２０mmφ、ｄ＝８０mmφ、Ｓ＝１０
mm、Ｌ１＝４００mm、Ｌ２＝２６０mm、Ｌ３＝３２５m
m、テーパー勾配＝０．０７７である。また、従来ノズ
ルの内径は前記Ｄ寸法に等しい。また、湯面の変動は渦
電流方式のセンサーを用いて測定した。

【００１９】極低炭素鋼の連鋳における測定結果を図８
に示す。尚、低炭素Ａｌキルド鋼スラブの連鋳の際にも
ほぼ同様の結果が得られた。同図より、実施例のノズル
を使用した場合、湯面の変動量が従来例に比して１／２
以下であり、特に鋳造速度が大きいほど優れた偏流抑制
効果が得られることが分かる。また、前記実施例および
従来例の浸漬ノズルを備えた曲型スラブ連鋳機を用い
て、２４０×１７５０mm断面の中炭素Ａｌキルド鋼スラ
ブを１．４ｍ／min で連鋳した。鋳造後の鋼片横断面内
の曲げ内側部おける介在物の分布を測定した。その結果
を図９に示す。尚、鋳造速度を１．４ｍ／min から１．
８ｍ／min に増大した場合についても測定したが、ほぼ
同様の結果が得られた。

【００２０】図９より、実施例のノズルを用いた場合、
鋼片の幅方向の各位置において、介在物はほぼ一様に分
布しており、しかも４個以下と非常に少ないことが分か
る。一方、従来例のノズルを用いた場合、スライドバル
ブの開口側では開口反対側に比して介在物が５倍程度以
上偏在していることが認められる。これは、浸漬ノズル
の２個の吐出孔の内、スライドバルブ開口側の吐出孔か
ら吐出された溶湯の流速が非常に大きいことを示してい
る。流速の大きい吐出流によって鋳型内溶湯の深部に運
び込まれた介在物は、流速の弱くなった所で浮上し、鋼
片の曲げ内側にトラップされ、前記偏在した多量の介在
物となったものと推測される。

【００２１】

【発明の効果】以上説明した通り、本発明の浸漬ノズル
は、ノズル本体の内部に形成された流路の中途部に偏流
緩衝用段部が設けられ、該段部から下方に流路内面が漸
次縮径されたテーパー周面で形成されたテーパー管部が
設けられているので、スライドバルブを通過する際に生
じた溶融金属の偏流は、先ず偏流緩衝用段部に衝突し
て、局部的に乱流状態となり、流れの偏りが一気に緩和
され、更にこれに続くテーパー周面により、流れに対す
る抵抗が漸次増大し、流れの偏りがより一層緩和される
ため、下端部の複数個の吐出孔から溶融金属が鋳型内に
均等に吐出され、引いては偏流に起因した鋳造欠陥の発
生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】スライドバルブに整流ノズルを介して連設され
た実施例にかかる浸漬ノズルの断面図である。

【図２】ノズル半径方向位置とスライドバルブ出口から
段部までの種々の長さＬ１における平均流速Ｖに対する
流速比との関係を示すグラフである。

【図３】スライドバルブ出口から段部までの長さＬ１と
平均流速Ｖに対する最大流速比との関係を示すグラフで
ある。

【図４】段差Ｓと段部の下側における平均流速Ｖに対す
る最大流速比との関係を示すグラフである。

【図５】テーパー管部の長さＬ２と種々のテーパー勾配
における平均流速Ｖに対する最大流速比との関係を示す
グラフである。

【図６】他の実施例におけるノズル本体下部の部分断面
図である。

【図７】他の実施例におけるノズル本体下部の部分断面
図である。

【図８】極低炭素鋼の連鋳における鋳造速度とメニスカ
スの変動差との関係を示すグラフである。

【図９】連鋳により得られた中炭素Ａｌキルド鋼鋼片の
曲げ内側における幅方向の鋼片内介在物の分布を示すグ
ラフである。

【図１０】スライドバルブに整流ノズルを介して連設さ
れた従来例の浸漬ノズルの断面図である。

【図１１】鋳型内に生じた偏流の概念説明図である。

【符号の説明】

１ 浸漬ノズル ２ ノズル本体 ３ 流路 ４ 段部 ５ テーパー周面 ６ テーパー管部 ８、８Ａ 下端部 ９ 吐出孔 ２１ スライドバルブ ２２ 整流ノズル

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンディッシュ内の溶融金属をタンディ
   ッシュの下方に設けた連鋳用鋳型内に供給するためのノ
   ズルであって、ノズル本体の内部に溶融金属の流路が形
   成され、ノズル本体の下端部に前記流路に連通する複数
   の吐出孔が形成された連鋳用浸漬ノズルにおいて、 前記流路の中途部に偏流緩衝用段部が設けられ、該段部
   から下方に流路内面が漸次縮径されたテーパー周面で形
   成されたテーパー管部が設けられている連鋳用浸漬ノズ
   ル。
2. 【請求項２】 スライドバルブの出口から浸漬ノズルの
   段部までの長さＬ１が５０〜４００mmであり、段部の上
   側と下側とにおける流路の段差Ｓが１０mm以上であり、
   テーパー管部の長さＬ２が２００〜４００mmである請求
   項１に記載した連鋳用浸漬ノズル。
3. 【請求項３】 テーパー管部の下端に該下端における流
   路と同断面の流路を有する下端部が連成されている請求
   項１又は２に記載した連鋳用浸漬ノズル。
4. 【請求項４】 段部の上側の流路の直径をＤ、テーパー
   管部の下端における流路の直径をｄとしたとき、テーパ
   ー周面の流路方向のテーパー勾配が０．０４〜０．４２
   ×（Ｄ−２Ｓ）／Ｌ２である請求項３に記載した連鋳用
   浸漬ノズル。
5. 【請求項５】 下端部の流路はテーパー管部の上端にお
   ける流路の断面積よりも大きな断面積を有する請求項１
   又は２に記載した連鋳用浸漬ノズル。