JP7342436B2 - 連続鋳造方法およびこれに用いるスライディングノズル - Google Patents

Description

本発明は、溶鋼の連続鋳造方法、およびこれに用いるスライディングノズルに関する。

一般に、溶鋼の連続鋳造方法においては、一旦タンディッシュ内に貯留した溶鋼を該タンディッシュの底部側に順次付設したスライディングノズルおよび浸漬ノズルを通じて下方の鋳型内に、適正な鋳込み温度域で注湯する必要がある。
例えば、前記浸漬ノズルにおける溶鋼の吐出口側を断熱材で覆うことによって、該浸漬ノズルからの放熱を防ぎ、且つ前記断熱材を前記溶鋼によって熔解して消失させる溶鋼の連続鋳造方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
更に、前記浸漬ノズルの周囲に筒形状のカーボンヒータを備えたノズル加熱装置を配置し、該加熱装置による輻射加熱によって、上記浸漬ノズルの外表面温度を１０００℃以上に加熱することにより、該浸漬ノズルへの付着物の付着を防止つしながら、溶融金属を鋳型内に注湯する連続鋳造方法およびノズル加熱装置も提案されている（例えば、特許文献２参照）。

しかし、前記特許文献１，２に開示された各発明は、何れもタンディッシュの底面側に付設されたスライディングノズルの直下に配置される浸漬ノズルにおける温度低下を防ぐことを主眼としている。そのため、上記スライディングノズルを構成する要素のうち、上記浸漬ノズルの上端部に隣接し、且つ外部に露出している下ノズル部の垂直片を介した溶鋼の温度低下を阻止することができなかった。
また、前記特許文献１，２に開示された各発明では、前記スライディングノズルを構成している耐火物が炭素を含んでいる場合、溶鋼との接触により高温となった際に、大気中の酸素と反応して脱炭作用を招来するため、前記耐火物が劣化し易くなり且つ寿命が低下する、おそれもあった。

特開２００６－２０５１７９号公報（第１～８頁、図１～４） 特開２０１０－１６７４９５号公報（第１～１８頁、図１～６）

本発明は、背景技術で説明した問題点を解決し、前記スライディングノズルに起因する溶鋼の温度低下を防止し、該スライディングノズルを構成する耐火物の脱炭による劣化を抑制できる溶鋼の連続鋳造方法、および係る連続鋳造方法に用いるスライディングノズルを提供する、ことを課題とする。

課題を解決するための手段および発明の効果

本発明は、前記課題を解決するため、炭素を含む耐火材から構成される前記スライディングノズルのうち、前記浸漬ノズルの上端部に隣接し、且つ外部に露出している下ノズル部の垂直片を、耐火性断熱材で包囲し、更に、該耐火性断熱材を外気から遮蔽する、ことに着想して成されたものである。
即ち、本発明による溶鋼の連続鋳造方法（請求項１）は、タンディッシュ内の溶鋼をスライディングノズルおよび浸漬ノズルを通じて連続鋳造用の鋳型内に注湯する溶鋼の連続鋳造方法であって、下ノズル部を含む前記スライディングノズルを構成する耐火材は、炭素を含み、上記タンディッシュの底面に付設された上記スライディングノズルのうち、外気に曝される前記下ノズル部における垂直片の外周面を耐火性断熱材で包囲して、前記下ノズル部を保温すると共に、前記耐火性断熱材の外側に配置され、平面視が環状で且つ内周面側に複数の吹付孔を有する不活性ガスの供給管から、上記下ノズル部における垂直片の外周面を包囲する上記耐火性断熱材に対し、不活性ガスを吹き付けることによって、該耐火性断熱材と外気との間を遮蔽状態にしつつ、上記タンディッシュ内の溶鋼を上記鋳型内に連続して注湯する、ことを特徴とする。

前記溶鋼の連続鋳造方法によれば、以下の効果（１）、（２）を得ることができる。
（１）前記タンディッシュの底面に付設された前記スライディングノズルにおいて、外気に曝される下ノズル部における垂直片の外周面を耐火性断熱材で包囲することによって、前記下ノズル部を保温しつつ、上記タンディッシュ内の溶鋼を前記鋳型内に連続して注湯できる。従って、前記溶鋼を所要の鋳込み温度域に確実に維持しながら、上記鋳型内に連続して注湯できるので、健全な連続鋳造片を安定して鋳造することが可能となる。
後述するように、前記下ノズル部における垂直片の外周面を耐火性断熱材で包囲した形態によれば、該耐火性断熱材で包囲しない形態に比べ、例えば、同じ鋼種を用いた際に、約１２０～１３０℃の温度低下（抜熱）を阻止することができる。
（２）前記スライディングノズルを構成する耐火材が炭素を含有していても、前記下ノズル部における垂直片の外周面を包囲する前記耐火性断熱材に対し、不活性ガスを吹き付けることによって、該耐火性断熱材と外気との間が遮蔽（パージ）状態とされているので、上記耐火物が大気中の酸素と結合し酸化して脱炭する事態を、確実に阻止することができる。従って、下ノズル部を含む前記スライディングノズルを構成する各ノズル部の耐火物材の寿命を長期化できるため、該スライディングノズルの取り替えなどのメンテナンス作業および同コストを低減することが可能となる。

尚、前記溶鋼は、普通鋼、特殊鋼、またはステンレス鋼などである。
また、前記スライディングノズルは、所定位置に固定された上ノズル部および下ノズル部と、これらの間に位置し且つ水平方向に沿ってスライドする中ノズル部とからなり、何れも溶鋼を通過させる貫通孔を有している。上ノズル部および中ノズル部は、平板状の耐火材からなり、同様の耐火材からなる下ノズル部は、前記貫通孔が穿孔された平板状の水平片と、前記貫通孔を囲むように該水平片から下側に突出した筒形状の垂直片とからなる。
更に、前記鋳型は、その内側面が鋳肌側となる角筒体あるいは円筒体の何れの形態でも良く、その中空部内を冷却水が循環可能とされている。
加えて、前記連続鋳造方法は、垂直式および垂直曲げ式の何れであっても良い。

尚、前記炭素を含む耐火材としては、例えば、Ａｌ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、およびＣの混合物（Ａｌ₂Ｏ₃－ＭｇＯ－Ｃ）が例示される。
また、前記不活性ガスは、窒素、水素、アルゴン、ネオン、またはこれらの混合ガス（例えば、窒素と水素との混合ガス）である。
更に、本発明には、前記不活性ガスの供給管が有する複数の吹付孔は、求心状に穿設されている、溶鋼の連続鋳造方法（請求項２）も含まれる。

一方、本発明の前記連続鋳造方法に用いるスライディングノズル（請求項３）は、タンディッシュ内の溶鋼をスライディングノズルおよび浸漬ノズルを通じて連続鋳造用の鋳型内に注湯する溶鋼の連続鋳造方法に用いる前記スライディングノズルであって、下ノズル部を含む上記スライディングノズルを構成する耐火材は、炭素を含み、上記タンディッシュの底面に付設された上記スライディングノズルのうち、該スライディングノズルの周囲を囲む鉄皮の底面から下側に垂下し、且つ外気に曝される上記下ノズル部における垂直片の外周面を耐火性断熱材によって包囲していると共に、上記下ノズル部の垂直片の外周面を包囲する上記耐火性断熱材の外側に、平面視が環状で且つ内周面側に複数の吹付孔を有する不活性ガスの供給管が配置されている、ことを特徴とする。

これによれば、前記タンディッシュの底面に付設された前記スライディングノズルの周囲を囲む鉄皮の底面から下側に垂下した下ノズル部の垂直片の外周面を耐火性断熱材により包囲しているので、前記効果（１）を確実に得ることができる。
更に、前記スライディングノズルを構成する耐火材が炭素を含有していても前記下ノズル部における垂直片の外周面を包囲する前記耐火性断熱材に対し、不活性ガスを吹き付けられ、該耐火性断熱材と外気との間が遮蔽状態にできるので、前記効果（２）を更に得ることができる。
尚、前記不活性ガスの供給管の環状とは、平面視が円環形状または四角形以上の正多角形形である。
また、本発明には、前記不活性ガスの供給管が有する複数の吹付孔は、求心状に穿設されている、連続鋳造方法に用いるスライディングノズル（請求項４）も含まれる。
尚、前記スライディングノズルの周囲とは、少なくとも該スライディングノズルの側面側と底面側のことである。

更に、本発明には、前記耐火性断熱材は、セラミックファイバーからなる、スライディングノズル（請求項５）も含まれる。
これによれば、前記耐火性断熱材が、セラミックファイバーからなっているので、前記スライディングノズルにおける下ノズル部の垂直片の外周面に対して厚地のシート状体を巻き付け、且つその両端を適宜の耐熱性の結合手段で接続するか、モルタルなどの不定形耐火物を使った接着にて固定することにより、前記効果（１）および（２）を奏する前記スライディングノズルを迅速且つ安価に構成することが可能となる。
尚、上記セラミックファイバーは、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ_３）とケイ酸（ＳｉＯ_３）との混合物（Ａｌ₂Ｏ_３－ＳｉＯ_３、通称リフラクトリーセラミック）からなり、所謂ブランケット状の厚地のシート状体である。

本発明が適用されるタンディッシュ、スライディングノズル、浸漬ノズル、および連続鋳造用の鋳型の付近を示す概略の垂直断面図。 図１中における前記スライディングノズル付近の拡大断面図。

以下において、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明を適用したタンディッシュ１、スライディングノズル１０、浸漬ノズル５、および連続鋳造用の鋳型３０の付近を示す垂直断面図、図２は、上記スライディングノズル１０付近の拡大断面図である。
上記タンディッシュ１は、図１，図２に示すように、水平な底面および外側に傾斜した複数の側面からなる容器形状の鉄皮２と、該鉄皮２の内側面に沿ってほぼ一定の厚みで貼り付けられた耐火物３と、底面の中央付近に開設された吐出口４とを備えている。該タンディッシュ１は、予め図示しない取鍋などからその内側に注湯され且つ一旦貯留された溶鋼Ｍを、上記吐出口４を閉塞する耐火物製で且つ棒状のストッパー（図示せず）を引き上げて開放することにより、該吐出口４付近の下側に付設したスライディングノズル１０側に供給可能としている。

前記スライディングノズル１０は、図１，図２に示すように、平板状の上ノズル部１２、平板状の中ノズル部１４、および、平板部とその底面中央付近から円筒形状に垂下する垂直片１８とからなる下ノズル部１６より構成されている。これら上・中・下ノズル部１２，１４，１６は、何れも炭素を含む耐火物（例えば、Ａｌ₂Ｏ₃－ＭｇＯ－Ｃ）からなり、個々の平面視における中央部には、貫通孔１３，１５，１７が垂直方向に沿って貫通している。上・下ノズル部１２，１６は、全体が円筒形状の鉄皮１１の内側における所定の位置ごとで固定されている。
一方、中ノズル部１４は、図２中の水平な矢印で示すように、上ノズル部１２と下ノズル部１６との間を水平方向に沿ってスライド可能となるように、前記タンディッシュ１の下側において水平姿勢で配設された油圧シリンダ（流体圧シリンダ）２８におけるピストンロッド２９の先端部が連結されている。

即ち、前記中ノズル部１４を水平方向に沿ってスライドさせ、その貫通孔１５が上・下ノズル部１２，１６の貫通孔１３，１７と連通した際に、前記溶湯Ｍを下方側に所要の湯量および時間に亘って流下させることができる。この際、図２中の下向きの矢印で示すように、前記タンディッシュ１の吐出口４から流下した溶湯Ｍは、上・中ノズル部１２，１４の貫通孔１３，１５ごとの内壁面に接触しつつ流れ落ち、更に下ノズル部１６の貫通孔１７の内壁面に一部が接触しつつ、該貫通孔１７内を下方に流下している。
また、図２に示すように、下ノズル部１６の垂直片１８は、前記鉄皮１１における底面の中央付近から下側に垂下しており、係る垂直片１８の外周面１９には、耐火性断熱材２０が数ｍｍないし数ｃｍの厚みで円筒形に巻き付けることによって、当該垂直片１８を外側から包囲している。
上記耐火性断熱材２０は、例えば、アルミナ（Ａｌ₂Ｏ_３）とケイ酸（ＳｉＯ_３）との混合物（Ａｌ₂Ｏ_３－ＳｉＯ_３）からなり、所謂ブランケット状の厚地のシート状体を巻き付けたものである。尚、該シート状体の耐火性断熱材２０は、例えば、円筒形状にした際の両端部同士を金属ワイヤーなどで結合するか、円筒形状の外周面に沿って単数列または複数列の金属ベルト（金属バンド）を締め込むか、あるいは、例えば、予め配設したモルタルやセメントのような不定形の耐火物の上から貼り付けることで、その姿勢を保持し得る。

更に、図１，図２に示すように、前記スライディングノズル１０における下ノズル部１６の垂直片１８の下側には、全体が円筒形状の浸漬ノズル５が同軸状で且つ垂直姿勢にして連設されている。該浸漬ノズル５は、例えば、Ａｌ₂Ｏ_３－Ｃの耐火物からなり、底面８が閉塞されており、該底面８に近接する側壁６には、複数の吐出孔９が放射状に穿設されている。係る浸漬ノズル５における側壁６の上端には、円盤形状のフランジ７は、外側に張り出し、該フランジ７の上面に前記耐火性断熱材２０の底面が密接している。
尚、上記浸漬ノズル５は、上記側壁６の上部から外側に水平方向に沿って対称に突出したトラニオンを、左右一対のハンガー（何れも図示せず）で個別に支えることによって、所定の位置に支持されている。

また、図２に示すように、前記耐火性断熱材２０の外側で且つ前記鉄皮１１の底面と前記浸漬ノズル５のフランジ７の上面とに囲まれた位置には、平面視がリング形状（環状）である不活性ガスの供給管２５が配管されている。係る供給管２５の内周面側には、複数の吹付孔２６が求心状に穿設され、且つ外周面の何れかには、ガス供給用ノズル（図示せず）が接続されている。
図示しない貯留タンクから上記ガス供給用ノズルを介して、上記供給管２５内に圧送された不活性ガス（例えば、窒素）は、上記複数の吹付孔２６から前記耐火性断熱材２０の外周面に対して、大気圧よりも比較的高い圧力で吹き付けられる。その結果、前記耐火性断熱材２０を周囲の大気から遮蔽状態（パージ）にすることができる。

加えて、図１に示すように、前記浸漬ノズル５は、前記複数の吐出孔９を含むその底面８側を、連続鋳造用の鋳型３０における内側（貫通孔）に配置されている。係る鋳型３０は、耐熱鋼などの金属製で且つ外形が四角筒形状を呈し、角筒体状の中空部内には、冷却水Ｗが循環流通していると共に、図示の垂直方向に沿って所定ピッチで連続した昇降運動が加えられている。
図１に示すように、前記浸漬ノズル５の内側を流下し且つ複数の吐出孔９から上記鋳型３０の内側に注がれた溶鋼Ｍは、含有している比重が比較的軽い不純物を湯面側に浮上させると共に、当該鋳型３０によって冷却され徐々に凝固していく。上記溶鋼Ｍが凝固した断面角形状の鋳造片Ｃは、外形が円柱形である複数対のピンチローラＲによって、図１中の白抜き矢印で示すように、順次下側に引き抜かれる。
尚、前記鋳型３０は、全体が円筒形状でも良く、係る形態の場合、上記ピンチローラＲは、鼓形状のものが用いられる。

以下において、本発明による溶鋼の連続鋳造方法について説明する。
予め、図１，図２に示すように、前記タンディッシュ１内に所定の湯面レベルまで溶鋼Ｍが貯留されている。また、前記スライディングノズル１０では、その中ノズル部１４が、前記油圧シリンダー２８によって所定の位置にスライドされ、前記貫通孔１３，１５，１７を連通状態としている。更に、前記供給管２５における複数の吹付孔２６から窒素（ガス）が、約数～１０数気圧の圧力で下ノズル部１５における垂直片１８の外周面に巻き付けられた前記耐火性断熱材２０に対して吹き付けられている。
係る状態において、上記タンディッシュ１の前記吐出口４を開放すると、前記溶鋼Ｍは、前記スライディングノズル１０ａの各貫通孔１３，１５，１７を通過して流下し、更に前記浸漬ノズル５の内側を流れ落ちた後、該浸漬ノズル５における複数の吐出孔９から前記鋳型３０の内側に順次流出する。

この間において、前記溶鋼Ｍは、前記耐火性断熱材２０によって、前記下ノズル部１６の垂直片１８からの抜熱を抑制されているため、所要の鋳込み温度域に保たれつつ前記鋳型３０の内側に流れ出た後、該鋳型３０の内壁面との接触により徐々に凝固して前記連続鋳造片Ｃとなる。従って、所要の健全な連続鋳造片Ｃを確実に且つ安定して得ることができる。
因みに、同じタンディッシュ１，スライディングノズル１０、浸漬ノズル５，鋳型３０を用い、前記スライディングノズル１０の下ノズル部１６における垂直片１８の外周面１９に、セラミックファイバー（Ａｌ₂Ｏ_３－ＳｉＯ_３）からなり且つ平均厚さが約数ｍｍないし数ｃｍの耐火性断熱材２０を巻き付けて包囲して、同じ鋼種による溶鋼Ｍの前記連続鋳造方法を行った。その結果、前記耐火性断熱材２０を巻き付けた本発明の実施例による場合、下ノズル部１６の前記貫通孔１７の内壁面から外周面に至る範囲において、上記耐火性断熱材２０を用いなかった比較例に比べて、温度を約１２０℃～１３０℃程高く保てることが確認できた。

更に、前記供給管２５から吹き付けられた窒素により、前記耐火性断熱材２０に包囲された前記下ノズル部１６の垂直片１８は、外気と遮蔽状態とされているので、当該下ノズル部１６と、これに隣接する中ノズル部１４および上ノズル部１２とを構成する耐火材中の炭素の酸化され且つ脱炭する事態が阻止されている。その結果、前記スライディングノズル１０を構成している上・中・下ノズル部１２，１４，１６の脱炭による劣化を確実に抑制することができる。
以上のように、本発明による前記溶鋼の連続鋳造方法、およびこれに用いる前記スライディングノズル１０によれば、前記効果（１），（２）が得られることを裏付けることができた。

尚、本発明は、以上において説明した各形態に限定されるものではない。
例えば、前記スライディングノズル１０の上・中・下ノズル部１２，１４，１６を構成し且つ炭素を含有する耐火材は、前述した物の他、Ａｌ₂Ｏ_３－Ｃや、ＺｒＯ₂－Ｃなどとしても良い。
また、前記耐火性断熱材２０を構成するセラミックファイバーは、前述したリフラクトリーセラミックの他、アルミナ繊維からなるものとしても良い。

更に、前記供給管２５から吹き出させる不活性ガスは、水素、アルゴン、またはネオン、あるいは、これらの何れかと窒素との混合ガスとしても良い。
また、前記供給管２５は、前記耐火性断熱材２０の外側に上下２列以上を平行状に配管した形態としても良い。
加えて、前記耐火性断熱材２０と同様な形状の耐火性断熱材を、前記鉄皮１１における側壁の内側に配置しても良い。
以上のほか、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

本発明によれば、スライディングノズルに起因する溶鋼の温度低下を防止し、該スライディングノズルを構成する耐火物の脱炭による劣化を抑制できる溶鋼の連続鋳造方法、およびこれに用いるスライディングノズルを確実に提供できる。

１…………………タンディッシュ
５…………………浸漬ノズル
１０………………スライディングノズル
１１………………鉄皮
１６………………下ノズル部
１８………………垂直片
１９………………外周面
２０～２２………耐火性断熱材
２５………………供給管
２６………………吹付孔
３０………………鋳型
Ｍ…………………溶鋼
ｇ…………………窒素（不活性ガス）

Claims (5)

1. タンディッシュ内の溶鋼をスライディングノズルおよび浸漬ノズルを通じて連続鋳造用の鋳型内に注湯する溶鋼の連続鋳造方法であって、
   下ノズル部を含む前記スライディングノズルを構成する耐火材は、炭素を含み、
   上記タンディッシュの底面に付設された上記スライディングノズルのうち、外気に曝される前記下ノズル部における垂直片の外周面を耐火性断熱材で包囲して、前記下ノズル部を保温すると共に、
   前記耐火性断熱材の外側に配置され、平面視が環状で且つ内周面側に複数の吹付孔を有する不活性ガスの供給管から、上記下ノズル部における垂直片の外周面を包囲する上記耐火性断熱材に対し、不活性ガスを吹き付けることによって、該耐火性断熱材と外気との間を遮蔽状態にしつつ、上記タンディッシュ内の溶鋼を上記鋳型内に連続して注湯する、
   ことを特徴とする溶鋼の連続鋳造方法。
2. 前記不活性ガスの供給管が有する複数の吹付孔は、求心状に穿設されている、
   ことを特徴とする請求項１に記載の溶鋼の連続鋳造方法。
3. タンディッシュ内の溶鋼をスライディングノズルおよび浸漬ノズルを通じて連続鋳造用の鋳型内に注湯する溶鋼の連続鋳造方法に用いる前記スライディングノズルであって、
   下ノズル部を含む上記スライディングノズルを構成する耐火材は、炭素を含み、
   上記タンディッシュの底面に付設された上記スライディングノズルのうち、該スライディングノズルの周囲を囲む鉄皮の底面から下側に垂下し、且つ外気に曝される上記下ノズル部における垂直片の外周面を耐火性断熱材によって包囲していると共に、
   上記下ノズル部の垂直片の外周面を包囲する上記耐火性断熱材の外側に、平面視が環状で且つ内周面側に複数の吹付孔を有する不活性ガスの供給管が配置されている、
   ことを特徴とする連続鋳造用スライディングノズル。
4. 前記不活性ガスの供給管が有する複数の吹付孔は、求心状に穿設されている、
   ことを特徴とする請求項３に記載の連続鋳造用スライディングノズル。
5. 前記耐火性断熱材は、セラミックファイバーからなる、
   ことを特徴とする請求項３または４に記載の連続鋳造用スライディングノズル。

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