JPH11320046A - 鋳造用浸漬ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶鋼等の溶融金属をモールド内に注入する
際、ノズルの内孔部での閉塞等のトラブルが回避される
だけでなく、モールド内に於ける注入溶鋼等の溶湯の流
動状態が適度に制御されて湯面の過度な攪乱、変動が回
避され、これにより高品質な鋼インゴット等の金属鋳造
物を得ることができる鋳造用浸漬ノズルを提供する。 【解決手段】 溶融金属をモールドに注入するための鋳
造用浸漬ノズル１であって、溶融金属が流下する内孔部
２と、該内孔部２端部と連通した溶融金属流路及びノズ
ル外周壁に形成された複数の開口を有する溶融金属吐出
部４とを備えた鋳造用浸漬ノズル１において、前記ノズ
ルの内孔部２には段差部３が形成されると共に、前記吐
出部の溶融金属流路水平断面形状が、内孔部側から開口
に向けて扇形形状に形成されていることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は鋳造用溶融金属をモ
ールド内に注入するための鋳造用浸漬ノズルに関し、よ
り詳細には、溶鋼等の溶融金属をモールド内に注入する
際、鋳造用浸漬ノズルの内孔部の閉塞等のトラブルが回
避されるだけでなく、モールド内における注入溶鋼等の
溶湯流動状態が適度に制御されて湯面の過度な攪乱、変
動が回避され、これによりパウダー、気泡等の巻き込み
が抑制された高品質な鋼インゴット等の金属鋳造物を得
ることができる鋳造用浸漬ノズルに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、溶融金属を用いた鋳造、例えば、
鋼の連続鋳造等においては、タンディシュからモールド
へ浸漬ノズルを介して溶湯が注入される。この浸漬ノズ
ルからモールドへの溶鋼の注入に際しては、定量且つ適
量の溶鋼を浸漬ノズル流路途中で、閉塞、流量変化、偏
流等を起こすことなくスムーズにモールド内に注湯させ
てモールド内の溶鋼の流動状態を適度に制御することが
重要である。即ち、いわゆる「湯暴れ」等の激しい液面
変動を回避することが、非金属介在物の混入、パウダー
や気泡の巻き込み等による鋳鋼の品質劣化を抑止し、良
質の鋳鋼を得る上で非常に重要である。

【０００３】従来から、このような浸漬ノズル内の閉
塞、不規則流量変化、偏流等を回避し、且つ、モールド
内の溶鋼等の溶湯の流動が適度な流動状態となるように
ノズル形状を改善する提案は数多くなされている。例え
ば、実開平４−６３５１号公報、実開平４−４５５号公
報、実公昭６１−７２３６１号公報、実公昭６１−６９
８８号公報、実公昭５９−２２９１３号公報、実公昭５
７−１８０４３号公報等には、浸漬ノズルの内孔部に夫
々各様の段差あるいは絞り部を設け内孔部の流速を速め
ることにより、溶鋼流が停滞しやすいメニスカス近傍の
流速を速めたり、内孔部の流路閉塞や流量の不規則な変
動、偏流等を回避するという提案が開示されている。

【０００４】また、実開昭５３ー１４６５０号公報に
は、「モールドの短辺壁方向に向かう複数吐出孔の中心
線の交点位置を、ノズル本体の中心から外し、反対側短
辺壁側に偏心させて位置させたタンディシュ浸漬ノズ
ル」を要旨とする発明、即ちモールドに対するノズル浸
漬位置をずらすことにより、モールド内の溶湯の流動状
態を改善する提案が開示されている。また、実公昭５４
−２８９２号公報、実公昭５３−５７８号公報等にもモ
ールドに対する浸漬ノズルの吐出開口位置、方向を特定
することによる溶湯の流動状態改善提案が開示されてい
る。更に、特公平８−１８１１７号公報には、モールド
の湯面変動を制御するために溶鋼に電磁力を与えて制御
する湯面変動制御装置の発明が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記実
開平４−６３５１号等の浸漬ノズル内孔部に段差あるい
は絞り部を設ける提案にあっては、内孔部の湯流れが速
くなるためモールドへの吐出流速も速くなり、モールド
内の流れ状態を変化させて適正流動状態から偏奇させて
しまうという技術的課題があった。また、実公昭５３−
１４６５０号公報等のモールドに対する浸漬ノズルの開
口位置、方向を変更あるいは特定する提案にあっては、
場合によってはパウダーライン（メニスカスライン）面
の湯面変動が大きくなってしまう危険性があるだけでな
く、ノズル使用時間が長くなり、その結果ノズルの閉塞
が発生し易く、更に閉塞が発生した場合には初期の設定
流れが得られなくなるという技術的課題があった。更
に、特公平８−１８１１７号公報の場合は、該湯面を制
御するための電磁力付与及びその制御手段を必要とし、
その分余分の設備及び費用を要する。

【０００６】本発明は上記技術的課題を解決するために
なされたものであり、浸漬ノズルの内孔部途中で溶鋼等
の溶湯の不規則な流量変動や閉塞を生じることなく定量
且つ適量の溶湯をスムーズにモールド内に注湯させ、し
かも注湯時に、モールド内の溶湯の流動を適正な状態に
維持できる特定構造の鋳造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】本発明によれば、溶融金
属をモールドに注入するための鋳造用浸漬ノズルであっ
て、溶融金属が流下する内孔部と、該内孔部端部と連通
した溶融金属流路及びノズル外周壁に形成された複数の
開口とを有する溶融金属吐出部とを備えた鋳造用ノズル
において、前記内孔部には段差部が形成されると共に、
前記溶融金属吐出部の溶融金属流路の水平断面形状が内
孔部側から前記開口に向けて拡がった扇形形状に形成さ
れていることを特徴とする鋳造用浸漬ノズルが提供され
る。本発明の鋳造用浸漬ノズルは、内孔部に段差部が設
けられると共に、溶融金属吐出部の溶融金属流路の水平
断面形状が開口に向けて特定の拡がり角度を有する扇形
形状に形成されている点が顕著な構造上の特徴である。

【０００８】本発明の鋳造用浸漬ノズルには、その内孔
部、特にメニスカスの直上部に位置する内孔部に段差部
を設けることにより、この部分の溶鋼流速が速められ、
これによりアルミナその他の非金属夾雑物やパウダー等
が流路壁面に付着すること、またこれ等が核となり溶湯
金属がこれに絡んで付着すること等による該付着部分の
流路径の急激な狭小化に起因する流量の不規則変動や、
流路の閉塞等が回避される。

【０００９】一般に、タンディシュから浸漬ノズルへの
溶湯の供給開始、停止または出湯量の調節等は、タンデ
ィシュ底部と浸漬ノズル上部との間に設けられたスライ
ドバルブ等の摺動開閉装置の作動により行われる。通
常、該装置はボトムプレートとスライドプレートからな
り、それらの口径は、アルミナ等介在物による閉塞、そ
の他の流れ異常を回避する観点から、定常時の注入速度
に必要な有効径よりも１．５乃至２倍程度大きく穿孔さ
れている。従って、通常操業時には、スライドプレート
をずらし、所定の注入速度に必要な有効径まで絞った状
態に設定して注入される。

【００１０】しかし、この絞り状態での注入では開閉装
置孔位置は偏心するため、注入中の溶湯にしばしば偏流
を生じさせ、そのため浸漬ノズルの下端部に設けられた
複数の吐出開口からの溶湯流出量が不均等になるいわゆ
る片流れ現象が現れる。その結果、そのままの状態では
モールド内の溶湯流動も特定方向に偏った偏流が発生し
やすくなる。しかし、本発明の鋳造用浸漬ノズルにあっ
ては、前記段差部が所定位置に所定長さに設けられてい
ることにより、その部分以降の溶湯流の流速が速まり、
定常乱流状態となるため、偏流が解消され、該複数開口
部からの溶湯吐出量を均等化させることができる。

【００１１】また一方、単に浸漬ノズル内孔部に段差部
を設けただけでは、既に述べた通り、段差部によって溶
湯流の流速が速められ、吐出孔付近の流れも速くなる。
その結果、モールドに排出された溶湯流における上昇流
や巻き込み流（吸引流）等が増大すると共に、モールド
内壁に当たる溶湯流の流速を上昇させてしまう。この上
昇流、巻き込み流の増加、モールド内壁に当たる溶湯流
の流速上昇は、モールド内の溶湯の流動状態を激しく変
化させ、パウダーライン面の激しい上下変動や攪乱を招
来し、往々にして、非金属介在物の混入やパウダーの巻
き込み及び製品鋳造物中のピンホール発生の原因となる
気体の巻き込み等を生じさせるものである。よって、浸
漬ノズル内孔部の流下溶湯の不規則流量変動、閉塞、偏
流等の抑制するために溶湯流の流速を速めることと、モ
ールド内の溶湯の流動状態の適正制御とは二律背反的要
素を有し、従来その両者の完全な解決は困難とされてい
た。

【００１２】本発明は、溶融金属吐出部の溶融金属流路
の水平断面形状を内部側から前記開口に向けて拡がった
扇形形状に形成することにより、段差部で速められた流
速を開口で再び低下させ、上記の吐出流による好ましく
ないモールド内流動状態の発現を回避して上記問題点を
解決したものである。この場合において、モールドの短
辺壁の両端の２つの角部に該モールドに浸漬したノズル
の吐出開口から吐出される溶湯流が丁度当たるように、
該鋳造用浸漬ノズルが浸漬される長方形モールドの中心
位置と短辺壁両端の２つの角部との間のなす角度βに対
し、上記扇状吐出部の拡がり角度αを下記条件を満たす
ように設定すると特に好適なモールド内溶湯流動状態を
得ることができる。 ２β＞α＞１／４β

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に本発明の鋳造用浸漬ノズル
を図面に基づき詳細に説明する。図１は本発明の一実施
態様の鋳造用浸漬ノズルを示し、図１（ａ）は縦断正面
図、図１（ｂ）はノズル吐出部の水平断面図を示す。図
１に示されているように、本発明にかかる鋳造用浸漬ノ
ズル１は、金属溶湯が流下する管状の内孔部２と、その
内部に設けられた段差部３と、内孔部２の下端に接続す
る溶融金属吐出部４、及びノズル１の外周壁面に設けら
れたパウダーライン部７とを備えている。鋼等の連続鋳
造においては、浸漬ノズル１の上端１ａは、通常タンデ
ィシュの底板に取り付けられたスライドプレート等より
成る摺動開閉装置（図示せず）の下部に装着され、溶湯
は、所定注入量に必要な口径開度に絞り開口されたスラ
イドプレートから内孔部２の上部２ａに導入される。

【００１４】前記パウダーライン部７の直上に位置した
ノズル内孔部２の内孔壁には、段差部３が設けられてお
り、溶湯流はここで流速を速め、定常乱流状態で流路内
を流下し、内孔部下端に接続する溶融金属吐出部４に到
達する。本発明の溶融金属吐出部４は、溶融金属流路６
が図１（ｂ）に示されているように水平断面形状が内孔
部２側から開口５に向けて拡がった扇形形状に形成され
ている。この浸漬ノズル１の場合には、浸漬ノズル中心
軸を通る垂直平面に対して対称形に２個の扇形形状の溶
融金属流路６及び開口５が設けられている。

【００１５】この図の溶融金属吐出部４の場合には、中
心部から外周壁面に設けられた開口５に通ずる２個の扇
形形状の溶融金属流路６は、夫々水平に対し略１５度の
下降傾斜を有するように形成されている。そして、段差
部３によって溶湯流は流速が速められ、溶融金属吐出部
４に到達した溶湯流は、この溶融金属吐出部４で均等に
２流に分割され、且つ、夫々の速度を次第に緩めてモー
ルド内の溶湯流動状態が適度となる吐出速度にまで緩和
された状態で両開口５，５からモールド内に排出され
る。

【００１６】本発明において、浸漬ノズルは、図２に示
すように通常長方形の上面を有するモールド８の４個の
角部の各対角線の交点の近傍、即ちモールド８の中心近
傍にその中心軸線を位置させてモールド８内に浸漬さ
れ、溶湯（溶鋼）界面上に層状に存在するパウダー層の
表面が、前記ノズルパウダーライン部７に位置するよう
に挿入配置される。

【００１７】本発明の浸漬ノズル１において、溶湯（溶
鋼）流を縮流化し、局部的に流速を速めることを目的と
して内孔部２に設けられる段差部３の設置位置は、必ず
しも上記実施形態の位置に限定されるものではないが、
メニスカスの直上部に位置する内孔部に段差部を設けた
場合には、この部分の溶鋼流速が速められ、これにより
アルミナその他の非金属夾雑物やパウダー等が内孔部等
の壁面に付着すること、またこれ等が核となり溶湯金属
がこれに絡んで付着すること等をより防止することがで
きる。その結果、該付着部分の流路径の急激な狭小化に
起因する流量の不規則変動や流路の閉塞等がより回避さ
れる。

【００１８】また、段差部３の形状としては、これも上
記目的が達成できる限り特に限定されるものではなく、
スパイラル形状等を含めて任意の形状に形成して差し支
えないが、一般に、段差厚み３乃至１０ｍｍ、長さ５０
乃至２００ｍｍ程度の円環筒形状に形成することがより
好ましい。また前記段差部３は、一段あるいは複数段設
置して差し支えない。この場合において、段差部３によ
る溶湯（溶鋼）流の流速が速くなればなるほどそれに対
応して、扇形形状の溶融金属流路６の拡がり角度を大き
く設定する。本発明の扇形形状の溶融金属流路６を有す
る溶融金属吐出部４は、上記段差部３により速められた
溶湯流速をモールド８内の溶湯の流動状態が適正な状態
を保持できる流速にまで緩和してからモールド周辺壁に
向けて吐出させる作用をする。

【００１９】この扇形形状の溶融金属流路６の拡がり角
度αは、図２に示すように、長方形モールド８の短辺壁
の両端角部に該モールド８に浸漬したノズル１の開口５
から吐出される溶湯流が丁度当たるように、モールド８
の中心点とモールド８の該両角部が作る角度βに対し、
上記扇形形状の溶融金属流路６の拡がり角度αを下記条
件を満たす範囲内に設定するすることが好ましく、これ
により、特に好適なモールド内溶湯流動状態を得ること
ができる。 ２β＞α＞１／４β

【００２０】扇形形状の溶融金属流路６の拡がり角度α
が２βを越える場合は、浸漬ノズル１の開口５から吐出
される溶湯流がモールド長辺側の中点近くの壁面に突き
当たりメニスカス面（パウダーライン面）が攪拌されて
激しく変動するため好ましくなく、またαが１／４βよ
り小さい場合は、角部に当たる溶湯流が減少し効果が半
減する。

【００２１】また、本発明の浸漬ノズルの構成材質は、
特に限定されるものでなく、通常この種のノズル構成材
料に使用される耐火物材料を用いることができる。例え
ばノズル本体にはアルミナ・グラファイト質、ジルコニ
ア・グラファイト質、ジルコニア・グラファイト・窒化
硼素質等から成る耐火物を用いることができる。

【００２２】

【実施例】「実施例１及び比較例１乃至比較例３」「実
施例１」として、図１に示した浸漬ノズル（ノズル長７
３０ｍｍ、内孔部径７０ｍｍ、パウダーライン部直上の
内孔部内に肉厚５ｍｍ、長さ１５０ｍｍの段差付き、吐
出部は開口に向けて拡がる対称形の扇形形状の吐出部２
個、拡がり角度α＝２５度、吐出部流路傾斜は水平に対
し１５度、開口は７０×８０ｍｍ）を用意した。「比較
例１」として、図３に示した浸漬ノズル（ノズル長、内
孔部径は実施例１と同じ、内孔部段差無し、吐出部はス
トレート形状の吐出部２個、流路傾斜は１５度、開口は
７０×８０ｍｍ）を用意した。「比較例２」として、図
４に示した浸漬ノズル（ノズル長、内孔部径は実施例１
と同じ、実施例１と同様の段差付き、吐出部はストレー
ト形状の吐出部２個、流路傾斜は１５度、開口は７０×
８０ｍｍ）を用意した。「比較例３」として、図５に示
した浸漬ノズル（ノズル長、内孔部径は実施例１と同
じ、内孔部段差無し、吐出部に実施例１と同じ扇形形状
の吐出部２個、流路傾斜は１５度、開口は７０×８０ｍ
ｍ）を用意した。

【００２３】各ノズルを、図２に示したモールド（長方
形：サイズ：３００×１８００ｍｍ、モールド中心と短
辺壁両端角部との間の角度β＝１９度）の中心位置に、
図２に示すように浸漬し、溶鋼をスル−プット５．１ｔ
ｏｎ／ｍｉｎ．で該モールド内に注入した。各ノズルに
ついて６チャージ、約３００分の使用状況を確認した結
果を表１にまとめて示した。

【００２４】

【表１】

【００２５】表１の結果から、内孔部に段差を有する
が、吐出部が扇形でなくストレートの比較例２の浸漬ノ
ズルでは、吐出流がメニスカス部（パウダーライン部）
の湯面を激しく変動させ、鋼の品質に悪影響を与えるこ
とが認められた。また、逆に、吐出部を本願の条件を満
たす扇形形状に形成し、内孔部には段差を設けなかった
比較例３の浸漬ノズルでは、徐々に内孔部が閉塞し、そ
の結果内孔径及び容積が縮小されるため吐出流速は加速
され、初期に設定した流出速度が変化してしまい扇形吐
出流路の有効性が失われてしまうことが認められた。良
品質の鋼をを得るためには、鋳造が行われている間、最
初に設定した吐出流速等の諸条件が一貫して維持される
ことが必要であるが、段差部、扇形形状の吐出部の一方
のみを設けたノズルでこれを達成することは達成でき
ず、この両手段を特定条件下に組み合わせた本発明品の
ノズルにより初めて達成可能であることが判明した。

【００２６】

【発明の効果】本発明の鋳造用浸漬ノズルは、上記した
特定組合せ構成により、溶鋼等の溶融金属をモールド内
に注入する際、ノズル内孔部における溶鋼流の不規則な
流量変動や内孔閉塞等のトラブルが回避されるだけでな
く、モールド内における注入溶鋼等の溶湯の流動状態が
適度に制御されて吐出溶鋼流による湯面の過度な攪乱、
変動が回避され、これにより、非金属介在物の混入、パ
ウダーの巻き込み、気体の巻き込み等が抑制され、高品
質な鋼インゴット等の金属鋳造物を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明にかかる鋳造用浸漬ノズルの一実
施形態を示す図であって、（ａ）は浸漬ノズルの断面
図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図２】図２は、モールド及び鋳造用浸漬ノズルの浸漬
状態を示す概略図である。

【図３】図３（ａ）は比較例１にかかる浸漬ノズル（内
孔部段差無し、吐出孔部ストレート）の縦断面図であっ
て、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図４（ａ）は比較例２にかかる浸漬ノズル（内
孔部段差付き、吐出孔部ストレート）の縦断面図であっ
て、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【図５】図５（ａ）は比較例３にかかる浸漬ノズル（内
孔部段差無し、吐出孔部扇形）の縦断面図であって、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。

【符号の説明】

１ 浸漬ノズル １ａ 浸漬ノズル上端部 ２ 内孔部 ２ａ 内孔壁 ３ 段差部 ４ 溶融金属吐出部 ５ 開口 ６ 溶融金属流路 ７ パウダーライン部 ８ モ−ルド

フロントページの続き (72)発明者 望月 陽一郎 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 (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶融金属をモールドに注入するための鋳
   造用浸漬ノズルであって、溶融金属が流下する内孔部
   と、該内孔部端部と連通した溶融金属流路及びノズル外
   周壁に形成された複数の開口とを有する溶融金属吐出部
   とを備えた鋳造用ノズルにおいて、 前記内孔部には段差部が形成されると共に、前記溶融金
   属吐出部の溶融金属流路の水平断面形状が内孔部側から
   前記開口に向けて拡がった扇形形状に形成されているこ
   とを特徴とする鋳造用浸漬ノズル。
2. 【請求項２】 前記段差部が、溶融金属メニスカスの直
   上部に位置する内孔部に設けられていることを特徴とす
   る請求項１に記載された鋳造用浸漬ノズル。
3. 【請求項３】 前記段差部が、内孔部を形成する内孔壁
   から内側に段差厚み３乃至１０ｍｍ、長さ５０乃至２０
   ０ｍｍの円環筒状に形成されていることを特徴とする請
   求項１または請求項２に記載された鋳造用浸漬ノズル。
4. 【請求項４】 前記溶融金属吐出部の溶融金属流路の水
   平断面形状の拡がり角度αと、該鋳造用浸漬ノズルが浸
   漬される長方形モールドの中心位置と短辺壁両端の２つ
   の角部との間のなす角度βとに、 ２β＞α＞１／４β の関係が成立することを特徴とする請求項１乃至請求項
   ３のいずれかに記載された鋳造用浸漬ノズル。