JP2005088021A

JP2005088021A - 浸漬ノズル

Info

Publication number: JP2005088021A
Application number: JP2003321717A
Authority: JP
Inventors: Koji Enomoto; 浩二榎本; Koji Kawarada; 幸司瓦田
Original assignee: Toshiba Ceramics Co Ltd
Current assignee: Coorstek KK
Priority date: 2003-09-12
Filing date: 2003-09-12
Publication date: 2005-04-07

Abstract

【課題】溶融金属流入口を高耐食性の材質からなるリング部材で構成することにより、フランジ部及びノズル本体の亀裂、破損を抑制すると共に溶融金属流入口の近傍（湯当たり部）における溶損を抑制した浸漬ノズルを提供する。
【解決手段】耐火物からなるノズル本体２と、前記ノズル本体内の長手方向に設けられた、溶融金属流入口３と流出口４を有する溶融金属流路５と、前記溶融金属流入口を形成するリング部材７と、前記リング部材７が嵌合するノズル本体の上端部に形成された凹部２ａと、ノズル本体の流入口側外周端部に設けられたフランジ部６とを備えた浸漬ノズル１において、前記リング部材７が、耐食性および高強度性材質により形成されると共に、前記ノズル本体２を構成する材質とリング部材７を構成する材質の熱膨張率（体積膨張率）の差が、０．１〜０．３／Ｋ以下であり、前記リング部材７の長手方向の寸法Ａと、前記フランジ部の長手方向の寸法Ｂとの比率Ａ／Ｂが０．６乃至０．８に形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造設備において用いられる浸漬ノズルに関し、特に、溶融金属流入口近傍を耐食性、高強度性の材質のリング部材で構成し、破損、溶損を抑制した浸漬ノズルに関する。

一般的に、浸漬ノズルは、タンディッシュ（中間容器）の底部に流量調整用のスライドゲート装置等を介して取り付けられ、前記タンディッシュから供給される溶融金属をモールド（鋳型）へ吐出するために用いられている。
この浸漬ノズルについては、従来から種々提案されており、その一例として、特許文献１（特開平１１−３４７７１８号公報）記載された浸漬ノズルを、図７に基づいて説明する。

図７に示すように、浸漬ノズル５０は、耐火物製のノズル本体５１と、このノズル本体５１内の長手方向に設けられた溶融金属流入口５２と流出口５３を有する溶融金属流路５４を有している。
また、ノズル本体５１の流入口５２側外周端部にフランジ部（外周フランジ部）５７が設けられ、このフランジ部５７の下方に首付け部のとしてのフランジ部段部５６が形成されている。
このフランジ部５７は金属製のカバー、例えば、鉄皮５８で覆われ、この鉄皮５８とノズル本体５１間には鉄皮をフランジ部５７に接着するためにモルタル５５が用いられている。

そして、このように構成された浸漬ノズル５０は、スライドゲート装置（図示せず）によって、下ノズルに接して取り付けられ、前記タンディッシュ（下ノズル）から供給される溶融金属をモールド（鋳型）へ吐出する。

このとき、この浸漬ノズル５０の溶融金属流路５４を溶融金属が流れるため、その内壁面に溶損が生じる。特に、溶融金属流入口５２の近傍（湯当たり部ａ）には、溶融金属が当たるため、溶損が生じやすい。そのため、浸漬ノズル５０を所定時間使用した後、新しい浸漬ノズルに交換している。

特開平１１−３４７７１８号公報（第３頁左欄第２７行乃至同欄第３８行）

ところで、浸漬ノズル内を流れる溶融金属を停止させる方法として、前記したスライドゲート装置による方法と、浸漬ノズルの溶融金属流路をノズルストッパで閉塞する方法が一般的に知られている。ここで、浸漬ノズルの溶融金属流路をノズルストッパで閉塞する場合、ノズルストッパが浸漬ノズルの流入口の近傍（湯当り部）に当たるため、磨耗、亀裂が生じやすく、その対策が従来から望まれていた。
また、前記したように、浸漬ノズルの流入口の湯当り部は、溶融金属が当たるため、著しく溶損し、亀裂が生ずる。そのため、浸漬ノズルの長寿命化の観点から、かかる溶損、亀裂の抑制策が望まれていた。

更に、連続鋳造設備に浸漬ノズルを着脱する際（例えば、スライドゲートに着脱する際）、前記浸漬ノズルは外力を受けるため、大きな外力が加わった場合にも、フランジ部、ノズル本体の破損、亀裂を防止する必要がある。
従来例に示した浸漬ノズルは鉄皮で覆われているため、外力に対して抵抗力を有しているが、浸漬ノズルに亀裂が一旦入ると、その亀裂に対して抵抗力が無く、亀裂が進行するという課題があった。

本願発明者らは上記事情に鑑み、溶融金属流入口近傍を高耐食性、高強度性の材質で構成することに着目し鋭意研究した。
しかしながら、溶融金属流入口近傍を高耐食性、高強度性の材質からなる部材で構成し、該部材をノズル本体に嵌合すると、熱膨張率の差からノズル本体あるいは（及び）フランジ部に亀裂が生じるという新たな問題が発生した。
更に、本願発明者らは上記問題を解決すべく、鋭意研究した。その結果、溶融金属流入口近傍を高耐食性、高強度性の材質からなる部材をリング部材とし、該リング部材の長手方向の寸法と、前記フランジ部の長手方向の寸法との比率が特定の範囲にある場合に、上記課題を解決できると共に、リング部材とフランジ部の熱膨張率の差に基づく破損も抑制できることを見出し、本発明を完成するに至った。

本発明は、溶融金属流入口を高耐食性の材質からなるリング部材で構成することにより、熱膨張及び外力に起因するフランジ部及びノズル本体の亀裂、破損を抑制すると共に溶融金属流入口の近傍（湯当たり部）における溶損、磨耗を抑制した浸漬ノズルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明にかかる浸漬ノズルは、耐火物からなるノズル本体と、前記ノズル本体内の長手方向に設けられた、溶融金属流入口と流出口を有する溶融金属流路と、前記溶融金属流入口を形成するリング部材と、前記リング部材が嵌合するノズル本体の上端部に形成された凹部と、ノズル本体の流入口側外周端部に設けられたフランジ部とを備えた浸漬ノズルにおいて、前記リング部材が耐火物であって耐食性および高強度性材質により形成されると共に、前記ノズル本体を構成する材質とリング部材を構成する材質の熱膨張率（体積膨張率）の差が、０．１〜０．３／Ｋ以下であり、前記リング部材の長手方向の寸法Ａと前記フランジ部の長手方向の寸法Ｂとの比率Ａ／Ｂが０．６乃至０．８に形成されていることを特徴としている。

このように、ノズル本体に溶融金属流入口を形成するリング部材を設けると共に、かかるリング部材を高耐食性、高強度性の材質で構成することにより、ノズルストッパに起因する浸漬ノズルの流入口の近傍（湯当り部）の磨耗、亀裂を抑制でき、また、溶融金属に起因する溶損、亀裂を抑制でき、浸漬ノズルの長寿命化を図ることができる。また、浸漬ノズルを脱着する際に外力を受けても、フランジ部、ノズル本体の破損、亀裂を防止でき、フランジ部、ノズル本体を保護することができる。
更に、前記ノズル本体を構成する材質とリング部材を構成する材質の熱膨張率（体積膨張率）の差を、０．１〜０．３／Ｋ以下とし、リング部材の長手方向の寸法Ａと、前記フランジ部の長手方向の寸法Ｂとの比率Ａ／Ｂが０．６乃至０．８になるように形成されているため、熱膨張によるフランジ部及びノズル本体の亀裂、破損を抑制すると共に、脱着する際に外力を受けても、フランジ部、ノズル本体の破損、亀裂を防止でき、フランジ部、ノズル本体を保護することができる。

特に、前記ノズル本体の組成がＡｌ₂Ｏ₃１０〜８０重量％、ＳｉＯ₂５〜５０重量％、Ｃ１０〜５０重量％からなると共に、リング部材の組成がＡｌ₂Ｏ₃５０〜８０重量％、ＳｉＯ₂５〜２５重量％、Ｃ１０〜２５重量％およびＭｇＯ、ＺｒＯ₂、ＢＮ、Ｂ₄Ｃの１種または２種以上の無機化合物を１重量％含むことが望ましい。

以上の説明で明らかなとおり、本発明によれば、溶融金属流入口を高耐食性、高強度性の材質からなるリング部材で構成することにより、フランジ部及びノズル本体の亀裂、破損を抑制すると共に溶融金属流入口の近傍（湯当たり部）における溶損を抑制することができる。

以下、本発明の浸漬ノズルにかかる一実施形態を、図１及び図２に基づいて説明する。なお、図１は、本発明に係る浸漬ノズルの構成を模式的に示す断面図であり、図２は、図１の浸漬ノズルの平面図である。
図１に示す浸漬ノズル１は、従来の浸漬ノズルと同様に、耐火物製のノズル本体２と、このノズル本体２内の長手方向に設けられた、溶融金属流入口３と流出口４を有する溶融金属流路５を有している。また、前記流出口４は、溶融金属流路５が分岐され、二つの流出口４が形成されている。

また、ノズル本体２の上部には、後に詳述するリング部材７が嵌合する凹部２ａが形成されている。また、流入口３側外周端部にフランジ部６が設けられ、このフランジ部６の下方に首付け部のとしてのフランジ部段部６ａが形成されている。

また、図１に示した浸漬ノズル１にあっては、従来の浸漬ノズルと異なり、このフランジ部６は鉄皮によって覆われていないが、従来と同様、鉄皮のような金属製のカバー等で覆って、機械的強度を増しても良い。なお、従来例に示した鉄皮で覆われた浸漬ノズルは、亀裂が一旦入ると、その亀裂に対して抵抗力が無く、亀裂が進行するものであったが、本発明にかかる浸漬ノズル１は、後に述べるように、高耐食性、高強度性の材質からなるリング部材が用いられているため、亀裂の進行を抑制できる。

特に、本発明にかかる浸漬ノズル１は、ノズル本体２の流入口３をリング部材７で構成し、前記ノズル本体２を構成する材質とリング部材７を構成する材質の熱膨張率（体積膨張率）の差を、０．１〜０．３／Ｋ（Ｋ：ケルビン温度）以下とし、しかも、このリング部材７の長手方向の寸法（長さ）Ａとフランジ部６の長手方向の寸法（長さ）との比率（Ａ／Ｂ）が所定の値になるように構成した点に特徴がある。
前記したように、前記ノズル本体２の上端面中央には、凹部２ａが形成され、この凹部２ａに流入口３が形成されたリング部材７を嵌合する。なお、リング部材７を嵌合することなく、前記リング部材７を前記凹部２ａの壁面にモルタルで接着しても良い。

このリング部材２の長さＡは前記凹部２ａの長さと同じ寸法に形成されているため、ノズル本体２の上端面とリング部材７の上端面は同一面となり、図示しない下ノズルと密接するように構成されている。

また、前記したノズル本体１は、高耐食性、高強度性の材質から構成され、具体的にはアルミナ・グラファイト、ジルコニア・グラファイト、スピネル等の耐火物が用いられ、特にアルミナ・グラファイトが好ましい。
また、アルミナ・グラファイトを用いた場合には、その具体的組成が、Ａｌ₂Ｏ₃１０〜８０重量％、ＳｉＯ₂５〜５０重量％、Ｃ１０〜５０重量％の範囲のものが好ましい。
そして、その機械的強度は、曲げ強さで、８〜１３ＭＰａ程度のものが用いられる。

また、前記したリング部材７は、高耐食性、高強度性の材質から構成され、具体的にはアルミナ・グラファイト、ジルコニア・グラファイト、スピネル等の耐火物が用いられ、特にアルミナ・グラファイトが好ましい。
また、アルミナ・グラファイトを用いた場合には、その具体的組成が、Ａｌ₂Ｏ₃５０〜８０重量％、ＳｉＯ₂５〜２５重量％、Ｃ１０〜２５重量％およびＭｇＯ、ＺｒＯ₂、ＢＮ、Ｂ₄Ｃの１種または２種以上の無機化合物を１重量％含むものが望ましい。
そして、その機械的強度は、曲げ強さで、８〜１３ＭＰａ程度のものが用いられる。

また、前記リング部材７の寸法Ａと前記フランジ部６の寸法Ｂとの比率Ａ／Ｂは０．６乃至０．８の範囲内に形成されている。この比率Ａ／Ｂは次のようにして定められる。
まず、前記したノズル本体１を、Ａｌ₂Ｏ₃５５重量％、ＳｉＯ₂２０重量％、Ｃ２５重量％からなる耐火物で構成した。この材質自体の機械的強度は、曲げ強さで、１０ＭＰａあった。また、ノズル本体１の長さＬを５００ｍｍ、フランジ部長さＢを５０ｍｍ、フランジ部下長さＣを４５０ｍｍ、フランジ部径Ｄ１を１５０ｍｍ、ノズル本体１の直径Ｄ２を１００ｍｍ、溶融金属流路５の直径Ｄ３を６０ｍｍとして形成した。

一方、前記したリング部材７をＡｌ₂Ｏ₃７５重量％、ＳｉＯ₂１０重量％、Ｃ１５重量％、Ｂ₄Ｃ１重量％からなる耐火物で構成した。この材質自体の機械的強度は、曲げ強さで、１２ＭＰａであった。このとき、ノズル本体２を構成する材質の熱膨張率（体積膨張率）は、０．２〜０．３／Ｋ（Ｋ：ケルビン温度）であり、リング部材７を構成する材質の熱膨張率（体積膨張率）は、０．４〜０．５／Ｋ（Ｋ：ケルビン温度）であり、両者の差は、０．１〜０．３／Ｋであった。
更に、リング部材７の直径ｄ１を７６ｍｍ、リング部材７の内径ｄ２（溶融金属流入口３）を６０ｍｍに形成し、リング部材７の長さＡを変えたものを複数種類用意した。
そして、スポーリング試験および湯当たり部の溶損試験を行ない、比率Ａ／Ｂの最適値を求めた。具体的には、前記比率Ａ／Ｂ＝０．４、０．６、０．９、１．４の４種とした。

まず、前記したノズル本体１、リング部材７の熱膨張の差によって生じる熱応力を解析によって求めた。その結果を図３に示す。この結果から比率Ａ／Ｂが大きくなるにつれて、熱応力が大きくなり、亀裂、破損の危険性が増すことがわかった。
なお、当然に、比率Ａ／Ｂが大きくなるにつれて、機械的強度は大きくなり、スライドゲート装置などの取り付け時（着脱時）の衝撃対して、強度が増大することは理解できる。

次に、スポーリング試験および湯当たり部溶損試験の結果を図４に示す。
尚、スポーリング試験は、１６００℃まで加熱後急冷することによって行なった。また、湯当たり部溶損試験は、高周波誘導炉にて加熱した１５５０℃の溶鋼をポンプにて汲み上げ３０分間流し込んだ。
この結果から、前記比率Ａ／Ｂが約０．８以下であれば前記亀裂が生じないことが判った。また、前記比率Ａ／Ｂが０．４のときに湯当たり部の溶損が生じた。すなわち前記比率Ａ／Ｂが約０．６以上であれば湯当たり部の溶損がないことが判った。
これらの結果から、前記比率Ａ／Ｂが０．６乃至０．８の範囲内であれば、フランジ部の亀裂等を防止し、しかもリング部材の溶損を防ぐことができることを確認した。

このように、ノズル本体、リング部材を特定形状、特定寸法に形成することによって、連続鋳造時およびノズル交換時にノズル本体１のフランジ部等に亀裂等が発生せず、しかも流れ込む溶融金属による流入口の溶損を抑えることができる。

続いて、このように構成された浸漬ノズル１の連続鋳造時の状態について図５に基づき説明する。
図５に示すように、溶融金属分配用の中間容器であるタンディッシュ２０には溶融金属排出量を調整するスライドゲート装置１０が取り付けられている。このスライドゲート装置１０による溶融金属排出量の調節は、図示しない油圧シリンダによりスライドゲート装置１０のスライドゲートプレート１１が進退制御されることによって行なわれる。
浸漬ノズル１は、スプリング１５により常に上方に付勢されている支持部１４を有する支持装置１３によって吊持され、スライドゲート装置１０の下ノズル１２に嵌合されている。

このように浸漬ノズル１が下ノズル１２に密着した状態で、溶融金属はタンディッシュ２０の流出孔２０ａからスライドゲート装置１０のノズル孔１０ａに流入する。このとき浸漬ノズル１の流入口３には溶融金属の湯当たりによる摩擦力が加わる。
しかしながら前記流入口３は、高耐食性、高強度性の材質によりリング部材７によって形成されているため、溶融金属湯当たりによる溶損、亀裂等が抑制される。
また、前記ノズル本体を構成する材質とリング部材を構成する材質の熱膨張率（体積膨張率）の差を、０．１〜０．３／Ｋ以下とし、リング部材の長手方向の寸法Ａと、前記フランジ部の長手方向の寸法Ｂとの比率Ａ／Ｂが０．６乃至０．８になるように形成されているため、熱膨張によるフランジ部及びノズル本体の亀裂、破損を抑制することができる。

なお、上記したスライドゲート装置１０を用いることなく、溶融金属の流入を停止するために、棒状のノズルストッパ（図示せず）が用いられることがある。
このとき、棒状のノズルストッパは前記タンディッシュ２０の流出孔２０ａから挿入され、ノズルストッパが浸漬ノズル１と下ノズル１２との密接部付近に干渉する。従来は、この干渉による衝撃によって前記干渉部近傍が損耗し、破損する場合があったが、このような破損も前記リング部材７によって抑制される。

次に、浸漬ノズル１の交換作業について図５、図６に基づき説明する。
図６に示すように、先ず、新浸漬ノズル１ｎを支持装置１３と同一面に設けられたレール状のガイドレール１６間に吊持させ、次いで押圧シリンダ１８により新浸漬ノズル１ｎをガイドレール１６上で移動させる。
一方、使用済みの旧浸漬ノズル１ｕは、支持装置１３の支持部１４に挟持されている。ここで、前記支持装置１３に吊持された新浸漬ノズル１ｎを引き続き押圧ロッド１７によりガイドレール１６上で移動させると新浸漬ノズル１ｎは旧浸漬ノズル１に当接する。
その後もさらに新浸漬ノズル１ｎを移動させ、旧浸漬ノズル１ｕのフランジ部６の一部を支持装置１３の位置から押し出し、代わりに新浸漬ノズル１ｎのフランジ部６を下ノズル１２の下面１２ａと支持部１３の間隙に挿入させる。このようにして、旧浸漬ノズル１ｕと新浸漬ノズル１ｎとの交換が行なわれる。

ここで、前記したように新浸漬ノズル１ｎのフランジ部６は、旧浸漬ノズル１ｕのフランジ部６および押圧ロッド１７と接触し、このフランジ部６には前記接触による衝撃とガイドレール１６との摩擦力が加わる。
しかしながら、前記リング部材７の厚さＡと前記フランジ部６の厚さＢとの比率Ａ／Ｂが０．６乃至０．８の範囲内に形成されることで、ノズル本体１の強度が保たれ、前記衝撃および摩擦力によるノズル本体１の破損等が防止される。

以上説明したように本発明の実施形態によれば、ノズル本体に溶融金属流入口を形成するリング部材を設けると共に、かかるリング部材を高耐食性、高強度性の材質で構成し、前記ノズル本体を構成する材質とリング部材を構成する材質の熱膨張率（体積膨張率）の差が、０．１〜０．３／Ｋ以下とし、リング部材の長手方向の寸法Ａと、前記フランジ部の長手方向の寸法Ｂとの比率Ａ／Ｂが０．６乃至０．８になるように形成されているため、フランジ部及びノズル本体の亀裂、破損を抑制し、フランジ部、ノズル本体を保護することができる。
また、溶融金属流入口の近傍（湯当たり部）における溶損を抑制することができる。なお、従来のような金属製のカバー（鉄皮）を用いた場合には、より機械的強度を増すことができる。

以上の説明で明らかなとおり、本発明は、連続鋳造設備において用いられる浸漬ノズルにおいて広く活用することができる。

図１は、本発明にかかる一実施形態を模式的に示した断面図である。図２は、図１の平面図である。図３は、リングの厚さＡとフランジ部の厚さＢとの比率Ａ／Ｂと計算熱応力との関係を示すグラフである。図４は、ノズル本体での亀裂発生有無と溶損の結果を示す表である。図５は、スライドゲート装置に装着された状態を示す断面図である。図６は、浸漬ノズルの交換過程を示す断面図である。図７は、従来における浸漬ノズルの構成例を示す図である。

符号の説明

１浸漬本体
２ノズル本体
２ａ凹部
３流入口
４流出口
５溶融金属流入口
６フランジ部
Ａリング部材長手方向寸法
Ｂフランジ部長手方向寸法

Claims

耐火物からなるノズル本体と、前記ノズル本体内の長手方向に設けられた、溶融金属流入口と流出口を有する溶融金属流路と、前記溶融金属流入口を形成するリング部材と、前記リング部材が嵌合するノズル本体の上端部に形成された凹部と、ノズル本体の流入口側外周端部に設けられたフランジ部とを備えた浸漬ノズルにおいて、
前記リング部材が耐火物であって耐食性および高強度性材質により形成されると共に、
前記ノズル本体を構成する材質とリング部材を構成する材質の熱膨張率（体積膨張率）の差が、０．１〜０．３／Ｋ以下であり、
前記リング部材の長手方向の寸法Ａと前記フランジ部の長手方向の寸法Ｂとの比率Ａ／Ｂが０．６乃至０．８に形成されていることを特徴とする浸漬ノズル。
前記ノズル本体の組成がＡｌ₂Ｏ₃１０〜８０重量％、ＳｉＯ₂５〜５０重量％、Ｃ１０〜５０重量％からなると共に、
リング部材の組成がＡｌ₂Ｏ₃５０〜８０重量％、ＳｉＯ₂５〜２５重量％、Ｃ１０〜２５重量％およびＭｇＯ、ＺｒＯ₂、ＢＮ、Ｂ₄Ｃの１種または２種以上の無機化合物を１重量％含むことを特徴とする請求項１に記載された浸漬ノズル。