WO2022259925A1 - 連続鋳造用のストッパー - Google Patents

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WO2022259925A1
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stopper
porous refractory
refractory
porous
peripheral surface
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Inventor
新一 福永
敏雄 加来
大樹 古川
Original Assignee
黒崎播磨株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
    • B22D41/18—Stopper-rods therefor
    • B22D41/186—Stopper-rods therefor with means for injecting a fluid into the melt
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22D—CASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D41/00—Casting melt-holding vessels, e.g. ladles, tundishes, cups or the like
    • B22D41/14—Closures
    • B22D41/16—Closures stopper-rod type, i.e. a stopper-rod being positioned downwardly through the vessel and the metal therein, for selective registry with the pouring opening
    • B22D41/18—Stopper-rods therefor

Definitions

  • the present invention is a gas blowing method that controls the flow rate of molten steel by fitting it from above into a nozzle installed at the bottom of the tundish when the molten steel is discharged from the tundish into the mold.
  • the present invention relates to a functional stopper for continuous casting.
  • Patent Document 1 As a technique for suppressing the adhesion of inclusions near the fitting portion of the stopper, a technique is known in which a part of the tip region of the stopper is made of a porous refractory material (see Patent Document 1, for example). Also, there is known a configuration in which a through hole is provided in the tip region of the stopper (see, for example, Patent Document 2).
  • FIG. 4 of Patent Document 1 when the tip of the stopper is composed of a porous tip portion 76, gas is blown only from the porous tip portion 76, so the vicinity of the fitting portion of the stopper Adhesion of inclusions in can not be suppressed.
  • FIG. 3 of Patent Document 1 there is also known a configuration in which a porous tip portion 66 is sandwiched between low-permeability refractory materials in the vertical direction of the tip region of the stopper. When viewed in cross section in the lateral direction, the entire surface is composed of a porous material (porous tip portion 66), so the structural strength is not sufficient. For this reason, there is a possibility that the porous tip portion 66 may crack or peel off due to impact, vibration, or the like during control during casting.
  • Patent Document 2 in a configuration in which through holes are provided in the tip region of the stopper, a large number of through holes (for example, a large number of through holes as shown in FIG. 5) are provided to suppress adhesion of alumina inclusions. ) must be provided. Then, there is a problem that manufacturing is complicated and manufacturing cost is high. In addition, there is also a problem in that the air bubbles coming out of the through-holes are not fine air bubbles like the air bubbles coming out of the porous refractory material, and adhesion of inclusions cannot be suppressed. Further, in general, in a configuration in which a through hole is provided, the hole diameter of the through hole is as large as 2 to 5 mm. In this case, the bubble diameter becomes large, and the effect of suppressing adhesion of inclusions cannot be exhibited. In addition, boiling in the mold is likely to occur, and powder entrainment is likely to occur.
  • an object of the present invention is to suppress adhesion of inclusions in the vicinity of the fitting portion of the stopper, and to prevent cracking or peeling of the tip region of the stopper due to insufficient strength.
  • a stopper for the following continuous casting comprising a cavity for gas circulation in the center in the vertical direction, In at least part of the vertical cross section of the tip side region, a porous refractory having gas permeability is arranged on the outer peripheral surface side, and a refractory material having a higher strength than the porous refractory is arranged on the inner peripheral surface side. , stopper for continuous casting.
  • gas bubbles blown into the molten steel from the porous refractory disposed on the outer peripheral surface side of the tip side region of the stopper are drawn into the vicinity of the fitting portion of the stopper by the molten steel.
  • air bubbles are supplied to the vicinity of the fitting portion of the stopper, and adhesion of inclusions such as alumina to the vicinity of the fitting portion of the stopper can be suppressed.
  • the gas bubbles blown into the molten steel from the porous refractory are finer than the gas bubbles blown into the molten steel through the through-holes.
  • the refractory having a higher strength than the porous refractory is arranged on the inner peripheral surface side of the tip side region of the stopper, the tip region of the stopper, especially the tip side region, cracks or peels due to lack of strength. can be prevented.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, showing one aspect of the arrangement of the porous refractory.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. 1, showing another aspect of the arrangement of the porous refractories.
  • Graph showing the results of a water model test.
  • FIG. 1 shows a continuous casting stopper (hereinafter simply referred to as "stopper") 1, which is an embodiment of the present invention, in a vertical cross section.
  • FIG. 2 shows a cross section along the line AA of FIG.
  • the vertical cross section of the stopper 1 means a vertical cross section passing through the vertical central axis B of the stopper 1 .
  • FIG. 1 also shows a virtual nozzle 2 into which the stopper 1 is fitted from above. This nozzle 2 is specifically a nozzle (upper nozzle) installed at the bottom of the tundish.
  • the stopper 1 has a cavity 11 for gas circulation in the center in the vertical direction. Then, in at least a part of the vertical cross section of the tip side region C of the stopper 1, a porous refractory 12 having gas permeability on the outer peripheral surface side and a higher strength than the porous refractory 12 on the inner peripheral surface side A refractory (hereinafter referred to as “high-strength refractory”) 13 is arranged.
  • the tip side region C of the stopper 1 refers to the tip region above the fitting portion 14 of the stopper 1 with the nozzle 2.
  • the tip side region C and the stopper 1 The area below the fitting portion 14 is collectively referred to as a tip area D of the stopper.
  • the porous refractory 12 is arranged on the outer peripheral surface side in at least part of the vertical cross section of the tip side region C. Specifically, the porous refractory 12 is the fitting portion 14 of the stopper 1. It is preferable to arrange it in an upper region of 10 mm or more and 250 mm or less. This is based on the water model test results and the like described below.
  • FIG 4 shows the results of the water model test.
  • the arrangement position of the porous refractory 12, that is, from the fitting portion 14 to the porous was changed, and the floating rate of the air bubbles coming out of the porous refractory 12 into the tundish (TD) was measured.
  • the water model test was conducted by adjusting the gap between the fitting portion 14 of the stopper 1 and the fitting portion 21 of the nozzle 2 so that the water flow rate was 0.42 m 3 /min. This water flow rate of 0.42 m 3 /min corresponds to a casting rate of 3 t/min.
  • the flow rate of the gas blown into the water from the porous refractory 12 was set to 5 L/min, and the diameter of the bubbles coming out of the porous refractory 12 was set to approximately 0.3 to 1 mm.
  • the distance from the fitting portion 14 to the porous refractory 12 means the distance from the fitting portion 14 to the lower end of the porous refractory 12 .
  • the floating rate of air bubbles coming out of the porous refractory 12 into the tundish increases.
  • a high rate of floating into the tundish means that fewer air bubbles are supplied to the vicinity of the fitting portion 14 . Therefore, from the viewpoint of suppressing adhesion of inclusions in the vicinity of the fitting portion 14, the smaller the distance from the fitting portion 14 to the porous refractory 12, the better.
  • the floating rate into the tundish can be suppressed to less than about 80%.
  • the distance from the portion 14 to the porous refractory 12 is preferably 250 mm or less.
  • the tip side region C in which the porous refractory 12 is arranged in the present embodiment refers to a region up to approximately 250 mm above the fitting portion 14 .
  • the distance to the object 12 is more preferably 150 mm or less, and even more preferably 100 mm or less.
  • the lower limit of the distance from the fitting portion 14 to the porous refractory 12 is not particularly limited. is preferably 10 mm or more.
  • the porous refractory 12 is arranged on the entire periphery of the outer peripheral surface side in at least a part of the vertical cross section of the tip side region C. As shown in FIG.
  • the porous refractory 12 By arranging the porous refractory 12 on the entire circumference of the outer peripheral surface side in this way, the gas bubbles blown from the porous refractory 12 can be uniformly supplied to the vicinity of the fitting portion 14 of the stopper 1. .
  • the porous refractory 12 instead of arranging the porous refractory 12 on the entire circumference of the outer peripheral surface side, as shown in FIG.
  • the porous refractories 12 may be arranged in a dispersed state adjacent to the refractory 13 . Even when the porous refractories 12 are arranged in a dispersed state in this way, the bubbles generated by the gas blown from the porous refractories 12 can be almost uniformly supplied to the vicinity of the fitting portion 14 of the stopper 1 .
  • the high-strength refractory 13 is arranged on the outer peripheral surface side, so compared to the case where the porous refractory 12 is arranged on the entire outer peripheral surface side, the tip The effect of preventing the side regions C from cracking or peeling due to insufficient strength can be remarkably exhibited.
  • the porous refractory 12 is divided into eight and arranged in a dispersed state, but the number of divisions of the porous refractory 12 is not limited to this. That is, from the viewpoint of uniformly supplying the bubbles generated by the gas blown from the porous refractory 12 to the vicinity of the fitting portion 14 of the stopper 1, it is preferable that the number of divisions of the porous refractory 12 is large. If this is the case, the manufacturing process becomes complicated and the manufacturing cost increases.
  • the porous refractory 12 is arranged in one stage in a part of the vertical cross section of the tip side region C, but for example, the stage of the porous refractory 12 in FIG. It is also possible to arrange another stage of the porous refractory 12 as shown in FIG. 2 or FIG. It can also be placed on all sides.
  • the materials, physical properties, etc. of the porous refractory 12 and the high-strength refractory 13 will be described.
  • alumina-graphite graphite
  • the gas permeability (air permeability), pore size, and the like are adjusted.
  • the range of air permeability of the porous refractory 12 can be about 2 ⁇ 10 ⁇ 15 M 2 to 5 ⁇ 10 ⁇ 14 M 2 .
  • the thickness of the porous refractory 12 (horizontal dimension in the vertical cross section (FIG. 1) of the tip side region C) is 5 mm or more.
  • the thickness of the porous refractory 12 is 10 mm or more.
  • the height of the porous refractory 12 (the vertical dimension in the vertical cross section of the tip side region C (FIG. 1)) is preferably 15 mm or more.
  • the high-strength refractory 13 is used for parts other than the porous refractory 12, and as described above, alumina/graphite (graphite), which is typical as a stopper material, can be used as the material.
  • the room-temperature bending strength of the high-strength refractory 13 is preferably 105 or more as an index, where 100 is the room-temperature bending strength of the porous refractory 12 .
  • the room temperature bending strength of the refractory disposed on the inner peripheral surface side of the porous refractory 12 is set to 105 or more by setting the room temperature bending strength of the porous refractory 12 to 100, so that the tip side region The effect of preventing C from cracking or peeling due to lack of strength can be remarkably exhibited. It is more preferable that the bending strength at room temperature of the high-strength refractory 13 is 110 or more as an index, where the bending strength at room temperature of the porous refractory 12 is 100.
  • the upper limit of the room temperature bending strength of the high-strength refractory 13 is not particularly limited, the upper limit is about 300 in terms of the room temperature bending strength of the porous refractory 12 as 100 in reality.
  • the porous refractory 12 has a higher permeability than the high-strength refractory 13 .
  • the air permeability of the porous refractory 12 can be 300 or more as an index based on the air permeability of the high-strength refractory 13 as 100 in the measurement based on JIS-R2115.
  • the upper limit of the permeability of the high-strength refractory 13 is not particularly limited, but in reality, the upper limit is about 9000 as an index where the permeability of the high-strength refractory 13 is 100.
  • the stopper 1 has a cavity 11 for gas circulation in the center in the vertical direction, and the gas supplied to this cavity 11 is blown from the porous refractory 12 into the molten steel. Therefore, the stopper 1 has a gas passageway 15 for allowing gas to flow from the cavity 11 to the porous refractory 12 .
  • the gas passage 15 includes a slit-shaped gas pool 15a provided between the inner peripheral surface of the porous refractory 12 and the outer peripheral surface of the high-strength refractory 13, and the gas pool 15a from the cavity 11. It consists of the through-hole 15b which connects. In this embodiment, as shown in FIG.
  • the through holes 15b are provided in two stages, and as shown in FIG. 2 and FIG. That is, the gas supplied to the cavity 11 is supplied to the porous refractory 12 via the 16 through-holes 15b and the gas pool 15a, and is blown into the molten steel from the porous refractory 12.
  • the gas pool 15a has a bridging portion that partially bridges the inner peripheral surface of the porous refractory 12 and the outer peripheral surface of the high-strength refractory 13.
  • the configuration of the gas passage 15 is not limited to the configurations shown in FIGS. 1 to 3.
  • the gas may be supplied directly from the through holes 15b to the porous refractory 12 without providing the gas pool 15a.
  • the amount of gas blown from the stopper can be in the range of 1 L/min or more and 15 L/min or less.
  • Such a stopper 1 arranges the clay for forming the porous refractory 12 and the clay for forming the high-strength refractory 13 at predetermined positions in the forming mold, and pressurizes the gas. It can be obtained by arranging a material that disappears by heat treatment to form the passageway 15 so as to form the shape of the gas passageway 15, molding it, and then heat-treating it.
  • the porous refractory 12 is formed as shown in FIG. and the high-strength refractory 13 have a continuous structure without joints.
  • the gas bubbles blown into the molten steel from the porous refractory 12 arranged on the outer peripheral surface side of the tip side region C of the stopper 1 are generated by the molten steel. Pulled in around 14.
  • air bubbles are supplied to the vicinity of the fitting portion 14 of the stopper, and adhesion of inclusions such as alumina to the vicinity of the fitting portion 14 of the stopper can be suppressed.
  • the gas bubbles blown into the molten steel from the porous refractory 12 are finer than the gas bubbles blown into the molten steel through the through-holes.
  • the high-strength refractory 13 is arranged on the inner peripheral surface side of the tip side region C of the stopper, the tip region D of the stopper, particularly the tip side region C, is prevented from cracking or peeling due to insufficient strength. can be prevented.
  • a continuous casting test for controlling the flow rate of molten steel was performed using the stoppers of the examples and comparative examples shown in Table 1, and the state of the tip region of the stopper and the adhesion of inclusions near the fitting portion of the stopper were evaluated. .
  • the continuous casting test was performed under the condition that the number of casting charges (ch) was 6 ch.
  • Other casting conditions (casting speed, casting size, etc.) were general conditions.
  • Alumina/graphite was used as the material for the porous refractories and high-strength refractories used for the stoppers of the examples and comparative examples.
  • the porous refractory material on the outer peripheral surface side was arranged in a region of 20 to 50 mm above the fitting portion of the stopper. That is, in the stoppers of Examples 1 to 3, the height of the porous refractory material on the outer peripheral surface side was set to 30 mm.
  • the thickness of the porous refractory on the outer peripheral side is as shown in Table 1.
  • the thickness of the porous refractory on the outer peripheral surface side differs in the height direction, but Table 1 shows the minimum thickness.
  • the room temperature bending strength of the porous refractory on the outer peripheral surface side and the high-strength refractory on the inner peripheral surface side was measured based on JIS-R2213 using a test piece of 20 ⁇ 20 ⁇ 70 mm. measured by In Table 1, the room-temperature bending strength of the high-strength refractory on the inner peripheral surface side is shown as an index with 100 as the room-temperature bending strength of the porous refractory.
  • the state of the tip region of the stopper was evaluated by visually confirming the state of the tip region of the stopper after the continuous casting test.
  • the state of adhesion of inclusions near the fitting portion of the stopper was evaluated by measuring the adhesion thickness near the fitting portion of the stopper of each example after the continuous casting test. It was expressed as an index with 100 as the adhesion thickness near the joint.
  • the stopper of Comparative Example 1 has a porous refractory disposed only at the tip of the stopper as shown in FIG. 4 of Patent Document 1 above.
  • the effect of suppressing the adhesion of inclusions in the vicinity of the fitting portion of the stopper was not obtained, and the adhesion of inclusions in the vicinity of the fitting portion of the stopper increased.
  • the stopper of Comparative Example 2 did not have the high-strength refractory placed on the inner peripheral side of the porous refractory as shown in FIG. 3 of Patent Document 1 above. Since the structural strength was not sufficient, the porous refractory part cracked during continuous casting of 6ch, and the tip of the stopper fell off. Therefore, the continuous casting had to be stopped, and the adhesion of inclusions in the vicinity of the fitting portion of the stopper could not be evaluated.

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Abstract

本発明は、ストッパーの嵌合部付近における介在物の付着を抑制するとともに、ストッパーの先端領域が強度不足により割れたり剥離することを防止することを目的とする。そのため本発明では、上下方向中心部にガス流通のための空洞１１を備える連続鋳造用のストッパー１において、先端側部領域Ｃの上下方向断面の少なくとも一部において、外周面側にガス透過性を有する多孔質耐火物１２、内周面側に多孔質耐火物１２よりも高強度の耐火物１３を配置した。

Description

連続鋳造用のストッパー
　本発明は、溶鋼の連続鋳造において、主としてタンディッシュから鋳型に溶鋼を排出する際に、そのタンディッシュ底部に設置されているノズルに上方から嵌合することにより溶鋼の流量制御を行う、ガス吹き込み機能を備える連続鋳造用のストッパーに関する。
　従来、ストッパーとノズルの嵌合部付近においては、アルミナ等の介在物が付着する問題があった。例えば、鋳造中において、ストッパーの嵌合部付近に介在物が付着し、その付着した介在物が剥離すると、瞬間的にストッパーとノズルとの間の隙間が大きくなって多量の溶鋼が供給されるため鋳型内の湯面変動が発生する。そうすると、鋳型内でパウダー巻き込み等が発生し、鋳片にパウダーや介在物等が巻き込まれ、製品に介在物起因の疵や欠陥が発生する問題があった。このため、ストッパーの嵌合部付近の介在物の付着を抑制する必要があった。
　ストッパーの嵌合部付近の介在物の付着を抑制する技術としては、ストッパーの先端領域の一部を多孔質耐火物で構成した技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、ストッパーの先端領域に貫通孔を設けた構成も知られている（例えば、特許文献２参照）。
特開平２－６０４０号公報 特開平３－１１００４８号公報
　例えば、特許文献１の第４図に示すように、ストッパーの先端を多孔質先端部分７６で構成した場合、多孔質先端部分７６からのみガスが吹き込まれる構成であるので、ストッパーの嵌合部付近における介在物の付着は抑制できない。また、特許文献１の第３図に示すようにストッパーの先端領域の上下方向において多孔質先端部分６６が低透過性耐火材料に挟まれた構成も知られているが、この構成の場合、ストッパーの横方向断面で見たときに、全面が多孔質材質（多孔質先端部分６６）で構成されているので、構造上強度が十分ではない。このため、鋳造中の制御時における衝撃や振動などにより多孔質先端部分６６が割れたり剥離する可能性がある。
　一方、特許文献２に示すように、ストッパーの先端領域に貫通孔を設けた構成では、アルミナ介在物の付着を抑制するために多数の貫通孔（例えば第５図に示すように多数の貫通孔）を設ける必要がある。そうすると、製造が複雑になり製造コストが高くなる問題があった。また、貫通孔から出る気泡は、多孔質耐火物から出る気泡のように微細な気泡とならず、介在物の付着を抑制できない問題もあった。また、一般的に貫通孔を設ける構成において貫通孔の孔径は２～５ｍｍと大きくなる。この場合、気泡径が大きくなり、介在物の付着を抑制する効果を発揮できない。また、鋳型内でのボイリングも発生しやすく、パウダー巻き込みを発生しやすくなる。
　そこで本発明の課題は、ストッパーの嵌合部付近における介在物の付着を抑制するとともに、ストッパーの先端領域が強度不足により割れたり剥離することを防止することにある。
　本発明の一観点によれば、次の連続鋳造用のストッパーが提供される。
　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、
　先端側部領域の上下方向断面の少なくとも一部において、外周面側にガス透過性を有する多孔質耐火物、内周面側に前記多孔質耐火物よりも高強度の耐火物が配置されている、連続鋳造用のストッパー。
　本発明によれば、ストッパーの先端側部領域の外周面側に配置された多孔質耐火物から溶鋼中に吹き込まれたガスによる気泡は、溶鋼によりストッパーの嵌合部付近に引き込まれる。これにより、ストッパーの嵌合部付近に気泡が供給され、ストッパーの嵌合部付近におけるアルミナ等の介在物の付着を抑制することができる。また、多孔質耐火物から溶鋼中に吹き込まれたガスによる気泡は、貫通孔から溶鋼中に吹き込まれたガスによる気泡よりも微細な気泡となる。このため、貫通孔から溶鋼中にガスを吹き込む構成よりも介在物の付着を抑制することができる。さらに、ストッパーの先端側部領域の内周面側には多孔質耐火物よりも高強度の耐火物が配置されているので、ストッパーの先端領域、特に先端側部領域が強度不足により割れたり剥離するのを防止することができる。
本発明の一実施形態である連続鋳造用のストッパーの上下方向断面を示す図。 多孔質耐火物の配置の一態様を示す図１のＡ－Ａ方向断面図。 多孔質耐火物の配置の他の態様を示す図１のＡ－Ａ方向断面図。 水モデル試験の結果を示すグラフ。
　図１に、本発明の一実施形態である連続鋳造用のストッパー（以下、単に「ストッパー」という。）１を上下方向断面で示している。また、図２には図１のＡ－Ａ方向断面を示している。ここで、ストッパー１の上下方向断面とは、ストッパー１の上下方向中心軸Ｂを通る縦方向断面のことをいう。また、図１では、ストッパー１が上方から嵌合するノズル２を仮想的に示している。このノズル２は、具体的にはタンディッシュ底部に設置されているノズル（上ノズル）である。
　ストッパー１は、上下方向中心部にガス流通のための空洞１１を備えている。そして、ストッパー１の先端側部領域Ｃの上下方向断面の少なくとも一部において、外周面側にガス透過性を有する多孔質耐火物１２、内周面側に多孔質耐火物１２よりも高強度の耐火物（以下「高強度耐火物」という。）１３が配置されている。
　ここで、ストッパー１の先端側部領域Ｃとは、ストッパー１のノズル２との嵌合部１４より上方の先端領域のことをいい、本明細書では、この先端側部領域Ｃと、ストッパー１の嵌合部１４より下方の領域とを合わせてストッパーの先端領域Ｄという。
　本発明では、先端側部領域Ｃの上下方向断面の少なくとも一部において外周面側に多孔質耐火物１２を配置するが、具体的に多孔質耐火物１２は、ストッパー１の嵌合部１４の上方１０ｍｍ以上２５０ｍｍ以下の領域に配置することが好ましい。これは、以下に述べる水モデル試験結果等に基づく。
　図４に、水モデル試験の結果を示している。水モデル試験では、図１に示したようなストッパー１とノズル２（タンディッシュ底部に設置されている上ノズル）との取り合いで、多孔質耐火物１２の配置位置、すなわち嵌合部１４から多孔質耐火物１２まで距離を変化させ、多孔質耐火物１２から出た気泡のタンディッシュ（ＴＤ）内への浮上率を測定した。水モデル試験は、通水量が０．４２ｍ３／ｍｉｎとなるように、ストッパー１の嵌合部１４とノズル２の嵌合部２１との間の隙間を調整して実施した。この通水量＝０．４２ｍ３／ｍｉｎは、鋳造量＝３ｔ／ｍｉｎに相当する。また、多孔質耐火物１２から水中に吹き込むガスの流量は５Ｌ／ｍｉｎとし、多孔質耐火物１２から出る気泡径は約０．３～１ｍｍ程度とした。なお、嵌合部１４から多孔質耐火物１２まで距離とは、嵌合部１４から多孔質耐火物１２の下端までの距離のことをいう。
　図４に示すように、嵌合部１４から多孔質耐火物１２までの距離が大きくなるにつれて多孔質耐火物１２から出た気泡のタンディッシュ内への浮上率が高くなる。タンディッシュ内への浮上率が高いということは、嵌合部１４付近に供給される気泡が少なくなるということである。したがって、嵌合部１４付近における介在物の付着を抑制する観点からは、嵌合部１４から多孔質耐火物１２までの距離は小さい方がよい。図４の水モデル試験結果より、嵌合部１４から多孔質耐火物１２までの距離が約２５０ｍｍ以下であるとタンディッシュ内への浮上率を約８０％未満に抑えることができるので、嵌合部１４から多孔質耐火物１２までの距離は２５０ｍｍ以下とすることが好ましい。言い換えると、本実施形態でいう多孔質耐火物１２を配置する先端側部領域Ｃとは、嵌合部１４より上方に概ね２５０ｍｍまでの領域のことをいう。なお、多孔質耐火物１２から出た気泡のタンディッシュ内への浮上率をより低くして嵌合部１４付近に供給される気泡をより多くする観点からは、嵌合部１４から多孔質耐火物１２までの距離は１５０ｍｍ以下とすることがより好ましく、１００ｍｍ以下とすることがさらに好ましい。一方、嵌合部１４から多孔質耐火物１２までの距離の下限値は特に限定されないが、嵌合部１４の強度を確保する等の観点からは、嵌合部１４から多孔質耐火物１２までの距離は１０ｍｍ以上とすることが好ましい。
　次に、多孔質耐火物１２の配置の態様について説明する。本実施形態の一態様では図２に示すように多孔質耐火物１２は、先端側部領域Ｃの上下方向断面の少なくとも一部において外周面側の全周に配置されている。このように、多孔質耐火物１２を外周面側の全周に配置することで、多孔質耐火物１２から吹き込まれるガスによる気泡をストッパー１の嵌合部１４付近に均一に供給することができる。また、多孔質耐火物１２を外周面側の全周に配置する代わりに、図３に示すように、多孔質耐火物１２を、先端側部領域Ｃの上下方向断面の外周面側において高強度耐火物１３と隣接する分散状態で配置してもよい。このように多孔質耐火物１２を分散状態で配置する場合においても、多孔質耐火物１２から吹き込まれるガスによる気泡をストッパー１の嵌合部１４付近にほぼ均一に供給することができる。また、多孔質耐火物１２を分散状態で配置する場合は、外周面側に高強度耐火物１３が配置されるので、多孔質耐火物１２を外周面側全周に配置する場合に比べ、先端側部領域Ｃが強度不足により割れたり剥離することを防止する効果を顕著に発揮することができる。
　ここで図３では、多孔質耐火物１２を８分割して分散状態で配置しているが、多孔質耐火物１２の分割数はこれに限定されるものではない。すなわち、多孔質耐火物１２から吹き込まれるガスによる気泡をストッパー１の嵌合部１４付近に均一に供給する観点からは、多孔質耐火物１２の分割数は多い方がよいが、分割数が多くなると製造が複雑になり製造コストが高くなるので、これらのバランスを考慮して多孔質耐火物１２の分割数を適宜決定すればよい。
　なお、本実施形態では図１に示すように、多孔質耐火物１２を先端側部領域Ｃの上下方向断面の一部に１段で配置したが、例えば図１の多孔質耐火物１２の段の上にもう１段、図２又は図３に示したような多孔質耐火物１２の段を配置することもできるし、多孔質耐火物１２を先端側部領域Ｃの上下方向断面の外周面側全部に配置することもできる。
　次に、多孔質耐火物１２及び高強度耐火物１３の材質、物性等について説明する。まず、多孔質耐火物１２の材質は、ストッパーの材質として代表的なアルミナ・黒鉛（グラファイト）質を用いることができる。そして、原料配合物の粒度構成や原料配合物中の揮発分の含有率等を調整することで、ガス透過性（通気率）や気孔径等を調整する。多孔質耐火物１２の通気率の範囲は２×１０－１５Ｍ２～５×１０－１４Ｍ２程度とすることができる。
　ここで、多孔質耐火物１２の厚み（先端側部領域Ｃの上下方向断面（図１）において横方向の寸法）は５ｍｍ以上であることが好ましい。多孔質耐火物１２の厚みを５ｍｍ以上とすることで、多孔質耐火物１２が剥離しにくくなる。また、多孔質耐火物１２の厚みを十分に確保できるので、製造しやすいという効果も得られる。多孔質耐火物１２の厚みは１０ｍｍ以上であることがより好ましい。
　また、多孔質耐火物１２の高さ（先端側部領域Ｃの上下方向断面（図１）において上下方向の寸法）は１５ｍｍ以上であることが好ましい。多孔質耐火物１２の高さを１５ｍｍ以上とすることにより、多孔質耐火物１２から十分な量のガスを溶鋼中に吹き込むことができる。
　本実施形態において高強度耐火物１３は多孔質耐火物１２以外の部分に使用されており、その材質は上述の通りストッパーの材質として代表的なアルミナ・黒鉛（グラファイト）質を用いることができる。高強度耐火物１３の常温曲げ強度は、多孔質耐火物１２の常温曲げ強度を１００とする指数で１０５以上であることが好ましい。すなわち、多孔質耐火物１２の内周面側に配置される耐火物の常温曲げ強度を、多孔質耐火物１２の常温曲げ強度を１００とする指数で１０５以上とすることにより、先端側部領域Ｃが強度不足により割れたり剥離することを防止する効果を顕著に発揮することができる。高強度耐火物１３の常温曲げ強度は、多孔質耐火物１２の常温曲げ強度を１００とする指数で１１０以上であることがより好ましい。なお、高強度耐火物１３の常温曲げ強度の上限は特に限定されないが、現実的には多孔質耐火物１２の常温曲げ強度を１００とする指数で３００程度が上限である。
　また、本実施形態において多孔質耐火物１２の通気率は高強度耐火物１３の通気率より高い。具体的に多孔質耐火物１２の通気率は、ＪＩＳ‐Ｒ２１１５に基づく測定において高強度耐火物１３の通気率を１００とする指数で３００以上とすることができる。高強度耐火物１３の通気率の上限は特に限定されないが、現実的には高強度耐火物１３の通気率を１００とする指数で９０００程度が上限である。
　次に、ストッパー１のガス吹き込み機能について説明する。上述の通りストッパー１は、上下方向中心部にガス流通のための空洞１１を備えており、この空洞１１に供給されたガスが、多孔質耐火物１２から溶鋼中に吹き込まれる。そのためストッパー１は、空洞１１から多孔質耐火物１２へガスを流通させるためにガス通過経路１５を備えている。本実施形態においてガス通過経路１５は、多孔質耐火物１２の内周面と高強度耐火物１３の外周面との間に設けられたスリット状のガスプール１５ａと、空洞１１からガスプール１５ａにつながる貫通孔１５ｂとからなる。本実施形態において貫通孔１５ｂは図１に表れているように２段設けられており、図２及び図３に表れているように１段あたり８個、合計で１６個設けられている。すなわち、空洞１１に供給されたガスは１６個の貫通孔１５ｂ及びガスプール１５ａを経由して多孔質耐火物１２に供給され、多孔質耐火物１２から溶鋼中に吹き込まれる。なお、図１から図３には図示していないが、ガスプール１５ａには、多孔質耐火物１２の内周面と高強度耐火物１３の外周面との間を部分的に架橋する架橋部分がある。
　なお、ガス通過経路１５の構成は図１から図３に示した構成には限定されず、例えば、ガスプール１５ａを設けずに貫通孔１５ｂから直接多孔質耐火物１２へガスを供給することもできる。ただし、多孔質耐火物１２へガスを均一に供給する観点からは、多孔質耐火物１２の内周面側にスリット状のガスプールを設けることが好ましい。なお、ストッパーからのガス吹き込み量については、１Ｌ/ｍｉｎ以上１５Ｌ/ｍｉｎ以下の範囲とすることができる。
　このようなストッパー１は、成形用型枠内に、多孔質耐火物１２を形成するための坏土及び高強度耐火物１３を形成するための坏土をそれぞれ所定の位置に配置するとともに、ガス通過経路１５を形成するために熱処理で消失する材料をガス通過経路１５の形状となるように配置し、成形後、熱処理することで得ることができる。このように、多孔質耐火物１２を形成するための坏土及び高強度耐火物１３を形成するための坏土を一体的に成形することで、図１に示すように、多孔質耐火物１２と高強度耐火物１３との少なくとも上下方向の境界部は、目地のない連続した構造となる。これにより、先端側部領域Ｃが強度不足により割れたり剥離することを防止する効果を顕著に発揮することができる。また、地金が多孔質耐火物１２と高強度耐火物１３との間に侵入することを防止することができる。
　以上の通り本実施形態によれば、ストッパー１の先端側部領域Ｃの外周面側に配置された多孔質耐火物１２から溶鋼中に吹き込まれたガスによる気泡は、溶鋼によりストッパーの嵌合部１４付近に引き込まれる。これにより、ストッパーの嵌合部１４付近に気泡が供給され、ストッパーの嵌合部１４付近におけるアルミナ等の介在物の付着を抑制することができる。また、多孔質耐火物１２から溶鋼中に吹き込まれたガスによる気泡は、貫通孔から溶鋼中に吹き込まれたガスによる気泡よりも微細な気泡となる。このため、貫通孔から溶鋼中にガスを吹き込む構成よりも介在物の付着を抑制することができる。さらに、ストッパーの先端側部領域Ｃの内周面側には高強度耐火物１３が配置されているので、ストッパーの先端領域Ｄ、特に先端側部領域Ｃが強度不足により割れたり剥離するのを防止することができる。
　表１に示す実施例及び比較例のストッパーを用いて溶鋼の流量制御を行う連続鋳造試験を実施し、ストッパーの先端領域の状態と、ストッパーの嵌合部付近における介在物の付着状況を評価した。連続鋳造試験は鋳造チャージ（ｃｈ）数が６ｃｈの条件で実施した。なお、その他の鋳造条件（鋳造速度、鋳造サイズ等）は一般的な条件とした。
　実施例及び比較例のストッパーに用いた多孔質耐火物及び高強度耐火物の材質はいずれもアルミナ・黒鉛（グラファイト）質を適用した。なお、実施例１～３のストッパーにおいて外周面側の多孔質耐火物は、ストッパーの嵌合部から上方に２０～５０ｍｍの領域に配置した。すなわち、実施例１～３のストッパーにおいて外周面側の多孔質耐火物の高さは３０ｍｍとした。一方、実施例１～３のストッパーにおいて外周面側の多孔質耐火物の厚みは表１に示した通りである。ここで、実施例１～３のストッパーにおいて外周面側の多孔質耐火物の厚みは高さ方向で異なるが、表１ではその最小の厚みを表記した。また、実施例１～３のストッパーにおいて外周面側の多孔質耐火物及び内周面側の高強度耐火物の常温曲げ強度は、２０×２０×７０ｍｍの試験片を用いてＪＩＳ－Ｒ２２１３に基づいて測定した。そして表１には、内周面側の高強度耐火物の常温曲げ強度を、多孔質耐火物の常温曲げ強度を１００とする指数で表記した。
　連続鋳造試験の評価のうち、ストッパーの先端領域の状態は、連続鋳造試験後におけるストッパーの先端領域の状態を目視で確認して評価した。また、ストッパーの嵌合部付近における介在物の付着状況は、連続鋳造試験後に各例のストッパーの嵌合部付近の付着厚みを測定して評価し、表１では、比較例１のストッパーにおける嵌合部付近の付着厚みを１００とする指数で表記した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　実施例１～３のストッパーは本発明の範囲内に属するストッパーであり、６ｃｈの連続鋳造後においても先端領域に割れや剥離は見られず、嵌合部付近における介在物の付着は比較例１のストッパーに比べて大幅に減少した。
　比較例１のストッパーは、上記特許文献１の第４図のように多孔質耐火物をストッパーの先端にのみ配置したものである。ストッパーの嵌合部付近における介在物の付着を抑制する効果が得られず、ストッパーの嵌合部付近における介在物の付着が多くなった。
　比較例２のストッパーは、上記特許文献１の第３図のように多孔質耐火物の内周側に高強度耐火物を配置しなかったものである。構造上強度が十分ではないため、６ｃｈの連続鋳造の途中で、多孔質耐火物部分が割れてストッパーの先端部分が脱落した。そのため、連続鋳造を中止せざるを得なくなり、ストッパーの嵌合部付近における介在物の付着は評価できなかった。
　１　ストッパー
　１１　空洞
　１２　多孔質耐火物
　１３　高強度耐火物
　１４　嵌合部
　１５　ガス通過経路
　１５ａ　ガスプール（ガス通過経路）
　１５ｂ　貫通孔（ガス通過経路）
　２　ノズル（上ノズル）
　２１　嵌合部
　Ｂ　ストッパーの上下方向中心軸
　Ｃ　ストッパーの先端側部領域
　Ｄ　ストッパーの先端領域

Claims (4)

  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、
    　先端側部領域の上下方向断面の少なくとも一部において、外周面側にガス透過性を有する多孔質耐火物、内周面側に前記多孔質耐火物よりも高強度の耐火物が配置されている、連続鋳造用のストッパー。
  2. 　前記内周面側に配置される耐火物の常温曲げ強度は、前記多孔質耐火物の常温曲げ強度を１００とする指数で１０５以上である、請求項１に記載の連続鋳造用のストッパー。
  3. 　前記先端側部領域の上下方向断面の少なくとも一部において、前記多孔質耐火物は、前記外周面側の全周に配置、又は前記外周面側において前記多孔質耐火物よりも高強度の耐火物と隣接する分散状態で配置されている、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。
  4. 　前記先端側部領域の上下方向断面の少なくとも一部において、前記多孔質耐火物の厚みが５ｍｍ以上である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の連続鋳造用のストッパー。
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