JP2004136367A - 炭素含有ＣａＯ系耐火物層を有する連続鋳造用ノズルの接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】　内孔周面への析出物の堆積を防止するために鉱物相としてのＣａＯを含むクリンカーと炭素を含有する炭素含有ＣａＯ系耐火物を少なくとも溶鋼と接する内孔部壁面に配置した連続鋳造用ノズルにおいて、その上方に位置する接合対象ノズル体との接合部の融着とその近傍での異常溶損を防止すること。
【解決手段】　鉱物相としてのＣａＯを含むクリンカーと炭素を含有する炭素含有ＣａＯ系耐火物を少なくとも溶鋼と接する内孔部３の壁面に炭素含有ＣａＯ系耐火物層として配置した鋳造用浸漬ノズル１のノズル上端部とその上方に位置する接合対象ノズル体下端部との接合構造であって、鋳造用浸漬ノズル１のノズル上端部に凹部５を設け、この凹部に耐火物製リング６を嵌合して耐火性接着材により固着し、鋳造用浸漬ノズル１の炭素含有ＣａＯ系耐火物層の上端から上方に向けて、耐火物製リング６、接合部目地材７、接合対象ノズル体８の順で配列されており、この配列において、接合するそれぞれの耐火物が相互に反応性を有さない材質の組み合わせからなる。
【選択図】　　図１

Description

　本発明は、溶鋼連続鋳造において、溶鋼を取鍋からタンディシュあるいはタンディシュからモールドへと移送の際に使用する連続鋳造用ノズルの接合構造に関する。

　従来から、連続鋳造用ノズルには、耐食性と耐スポーリング性を兼ね備えて長時間の耐久性を持ち、かつ、溶鋼の清浄性を維持することが求められ、そのための構成耐火物には、溶鋼やスラグに対する耐溶損性と耐摩耗性に優れ、熱衝撃や機械的衝撃性に耐え得る材質として、アルミナ・カーボン質、ジルコニア・カーボン質などが多く使用されている。

　しかし、アルミキルド鋼やアルミ・シリコンキルド鋼の連続鋳造の場合、溶鋼から析出するアルミナなどの非金属介在物がノズル内孔壁に付着し、ノズル孔を次第に狭くし、ついには閉塞状態になってしまう事態が生じることがある。

　例えば、Ａｌ_２Ｏ_３+Ｃ含有耐火物性浸漬ノズルにおいては、溶融金属が流通するノズル孔の溶融金属流通部の内周面に析出物が付着しやすいという性質を有している。この析出物の付着は、とくにノズルの非浸漬部の内壁面の温度勾配の大きな部分および吐出口付近の溶融金属流速が低下する部分に多く、付着物によって鋳造作業が困難になることがある。

　また、鋳造中に付着物を除去する作業を行う必要があり、除去された付着物は鋳片中に取り込まれて大型介在物となり、鋳片品質を悪化させる原因となる。付着する析出物は、αＡｌ_２Ｏ_３を主成分とし、脱酸生成物として溶融金属中に含まれているＡｌ_２Ｏ_３がノズル内壁に析出して堆積するものと考えられる。浸漬ノズル内壁への析出物の付着は、とくにアルミキルド鋼の連統鋳造において顕著に観察される。

　このような連続鋳造用ノズルにおける析出物の付着を低減する対策として、ノズル内周面への不活性ガスの噴出、あるいは、アルミナが付着し難い材質を内孔周面に配置することが一般に行われている。

　この連続鋳造用ノズルにおける析出物の付着物を低減するための後者の手段として、鋳造用ノズルの内孔部に溶鋼中の非金属介在物を吸着し鋼の清浄化に効果を示すＣａＯ系耐火物が使用されているものがある。例えば、特許文献１には、内孔部に石灰−炭素質耐火物としてドロマイト・リん状黒鉛質を使用する例が開示されており、また、特許文献２には、ノズル孔壁部および吐出口の材質を、従来のＡｌ_２Ｏ_３−Ｃ（アルミナ・グラフアイト）から溶鋼析出物が付着し難いＺｒＯ_２−ＣａＯ−Ｃに変更することが開示されている。

　また、特許文献３には、ノズル内部の少なくとも一部にドロマと黒鉛からなる耐火物を使用したものが開示されている。ドロマとはドロマイトの焙焼物であって、最低５６．５質量％のＣａＯと４１．５質量％のＭｇＯを含んでいることが好ましく、これによって、ドロマがノズルを詰まらせない可溶反応物を作り出すので、Ａ１_２Ｏ_３＋Ｃ含有耐火物ノズルに見られるような付着物の詰まりによるトラブルを避けることができるとされている。

　このドロマ／黒鉛質耐火物を採用するに際しては、注入する溶融金属が接触するノズル内周面をドロマ／黒鉛質耐火物とし、注入溶融金属が接触しない外側、いわゆる本体の構成材料としてより廉価な材料を用いることができる。本体材料として、従来から用いられているＡｌ_２Ｏ_３＋Ｃ含有耐火物を用いたとしても、ノズル詰まりの問題は発生しない。このようなドロマ／黒鉛を用いた連統鋳造用ノズルは、アルミキルド鋼の連統鋳造に用いられ、ノズル詰まりの少ない鋳造を実現している。
特開昭６１−５３１１５０号公報 特開２００１−１５０１０９号公報 特表平１１−５０６３９３号公報

　このように、鉱物相としてのＣａＯを含むクリンカーと炭素を含有する炭素含有ＣａＯ系耐火物を少なくとも溶鋼と接する内孔部壁面に配置した鋳造用浸漬ノズルの採用により、ノズル詰まりの少ない鋳造を行うことができる。ところが、この耐火物中のＣａＯは、接合対象ノズル体を構成する耐火物中のＡｌ_２Ｏ_３と反応して、低融点化合物を生成し、異常溶損あるいは接合した中間ノズルと融着する。このため、ノズルの再使用率が大幅に低下すると共に、操業上、湯漏れの危険性が高くなるなどの問題を生じることになる。

　従って、この連続鋳造用ノズルは、ステンレス鋼の連続鋳造のような少量生産の連続鋳造においては用いることができるものの、普通鋼の連続鋳造のように大量の溶融金属を鋳造する場合においては、鋳造中に炭素含有ＣａＯ系耐火物の部分が溶損するとともに炭素含有ＣａＯ系耐火物と接する耐火物部分の溶損が進行して溶損部が形成されるため、浸漬ノズルの寿命が短く、従来に等しい生産性とコストを維持することができなかった。

　本発明が解決しようとする課題は、内孔部壁面への析出物の堆積を防止するために鉱物相としてのＣａＯを含むクリンカーと炭素を含有する炭素含有ＣａＯ系耐火物を少なくとも溶鋼と接する内孔部壁面に配置した連続鋳造用ノズルにおいて、その上方に位置する接合対象ノズル体との接合部の融着とその近傍での異常溶損を防止することにある。

　本発明は、係る鋳造用浸漬ノズルの鋳造中における溶損はノズル上端接合面あるいは接合目地材との接合面に極めて近接している部位で、集中的に発生しており、その溶損の進行はノズルの内孔部壁面に配置する炭素含有ＣａＯ系耐火物と接合した中間ノズルの両方で同時に進行している現象を確認したことに基づくものである。

　すなわち、本発明の特定発明は、鉱物相としてのＣａＯを含むクリンカーと炭素を含有する炭素含有ＣａＯ系耐火物層を少なくとも溶鋼と接する本体内孔部壁面に形成した鋳造用浸漬ノズルの溶鋼注入口であるノズル上端部とその上方に位置する接合対象ノズル体下端部との連続鋳造用ノズルにおける接合構造であって、接合対象ノズル本体との接合部となる鋳造用浸漬ノズル上端部に凹部を設け、この凹部に耐火物製リングを嵌合して、必要であれば耐火性接着材により固着し、炭素含有ＣａＯ系耐火物層の上端から上方に向けて、耐火物製リング、必要に応じて接合部目地材、接合対象ノズル体の順で配列したものである。そして、この配列において、接合部分を構成するそれぞれの耐火物が相互に反応し、低融点物資を生成しない材質を組み合わせたことを特徴とする。

　本発明は、鋳造用ノズルの内孔部壁面の炭素含有ＣａＯ系の組成を持つ耐火物と接する部分に、ＣａＯ成分と反応し、低融点物資を生成しない材質から作られた耐火物製リングを設けると共に、異種耐火物が接合する箇所も互いに反応し、低融点化しない材質とすることによって、接合部の剥離や異常溶損による湯漏れ防止、相互の融着を防止をするものである。これによって、前記ＣａＯ系耐火物によるノズル閉塞を防止する機能と、耐火物製リングと、接合対象ノズル体の材質の耐用性が、相互に影響を受けることなく、それぞれが、十分にその機能を発揮することができる。

　前記鋳造用ノズルの内孔部壁面は、ドロマイト・カーボン質、ライム・カーボン質、マグネシア・ライム・カーボン質、ライム・ドロマイト・カーボン質、マグネシア・ドロマイト・カーボン質等の鉱物相としてのＣａＯを含む炭素含有ＣａＯ系耐火物を内孔部用耐火物として使用することによって介在物付着防止効果を発揮できる。例えば、ドロマイト・カーボン質で、ドロマイト・黒鉛質耐火物（ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ）の場合、０．０３≦ＭｇＯ／ＣａＯ≦０．０５≦Ｃ／（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｃ）≦０．４、かつＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｃの合計が９０質量％以上の組成が望ましい。なお、鉱物相としてのＣａＯを含むクリンカーとして、カルシアクリンカー、ドロマイトクリンカーを含めたカルシア・マグネシアクリンカーなどがある。

　このＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物の場合は、ＭｇＯ／ＣａＯ比が低いほどＣａＯ相の存在比率が増大するので析出物付着防止効果を向上させることができる。ＭｇＯ／ＣａＯが３２以下であれば、耐火物中に確実にＣａＯ相を存在させることができ、析出物付着防止効果を発揮することができる。ＭｇＯ／ＣａＯ≦１であるとより好ましい。ＭｇＯ／ＣａＯ≦０．７２であるとさらに好ましい。

　その反面ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物中のＭｇＯ相は、溶融金属中のＡ１_２Ｏ_３と比較的融点の高い反応生成物をつくるため、ノズル内孔部壁面耐火物の溶損を抑制するという機能を有する。溶融金属中のＡ１_２Ｏ_３に対して、この機能を発揮させるためには、ＭｇＯ／ＣａＯ≧０．０３とすることが必要である。ＭｇＯ／ＣａＯ≧０．２であるとより好ましい。ＭｇＯ／ＣａＯ≧０.４２であるとさらに好ましい。

　すなわちＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物の製造に際しては、ＣａＯ−ＭｇＯ源として通常はドロマイトを用いる。ドロマイトを用いて製造した耐火物中のＭｇＯ／ＣａＯ比は通常０．４９〜ｌの範囲に存在することになるが、この範囲であれば好ましいＭｇＯ／ＣａＯ比を実現することができる。

　ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物中のＣは、Ｃがもつ高熱伝導性により、耐熱スポーリング性に優れるという機能を有する。この機能を発揮させるためには、Ｃ／（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｃ）を０．０５以上とする必要がある。０．１５であればより好ましい。ただし、Ｃ含有量が高すぎると、Ｃの酸化による損耗が大きくなるので、Ｃ／（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｃ）≦０．４とする。Ｃ／（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｃ）≦０．３５であるとより好ましい。

　ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物においては、ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｃの合計を９０質量％以上とする。不純物の含有量が１０％超となると、耐火性が低下するとともに、耐火物の主要物質との低融点物質を形成し易くなるため本発明の内孔体としての特性が得られなくなるためである。

　このＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物の結晶構造は、ＣａＯ相とＭｇＯ相が混在したものであり、ＣはＣａＯとＭｇＯとが共存する結晶粒の粒子間に板状に充填される形で存在している。ノズル内孔部壁面の材質がＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物であるとＡｌ_２Ｏ_３析出物の付着が少ない理由は、溶融金属から析出したＡ１_２Ｏ_３がノズル内孔部壁面に付着したとき、耐火物中のＣａＯ相と付着Ａ１_２Ｏ_３とが反応して低融点物質を生成し、そのために付着した析出物が再度溶融金属中に浮遊していくためであると考えられる。

　ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物の形状しては、図４に示される連統鋳造用ノズルのノズル本体２と、内孔部用耐火物３を構成するＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物とを別々に製作し、外側を構成する耐火物（ノズル本体）２の内側にこのＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物（内孔部用耐火物ともいう）３を上方から挿入する方法を採用すれば、製作が容易であって好ましい。この場合、連続鋳造用ノズル下端の吐出口１１において、図４に示すように溶融金属流通路に外側を構成する耐火物（ノズル本体）２が露出するが、もともとこの部分への析出物の付着はそれほど多くなかったので問題とはならない。また、同じ吐出口１１において外側を構成する耐火物（ノズル本体）２と内孔部用耐火物３との接触部が溶融金属流通路に露出する。この接触部における耐火物の溶損は、直接外気の侵入という弊害はもたらさないものの、溶損を最小限とするためには、ノズルの外側を構成する耐火物（ノズル本体）２としてＳｉＯ_２含有量５質量％以下のＡｌ_２Ｏ_３＋Ｃ含有耐物を用いると好ましい。

　次に、耐火物製リングについては、溶鋼注入口部の上方に位置する接合対象ノズル体、および鋳造用ノズルの内孔部壁面に使用する耐火物中のＣａＯと反応し低融点物質を生成しない材質として、主要材質がジルコニア質系、マグネシア質系が有り、これらの組み合わせとしてはジルコニア・マグネシア質、さらにはジルコニア・カーボン質、マグネシア・カーボン質、ジルコニア・マグネシア・カーボン質などのカーボンを含んだものが良く、例えば、ＺｒＯ_２、ＭｇＯ、Ｃの１種または２種以上を含有する耐火物製とし、接着材を使用する場合は、ノズル本体および内孔部壁面、接合部目地材などと反応して悪影響がないように、同系の耐火物を使用する。例えば、マグネシア系耐火性接着材の場合、特に水分を含まない非水系マグネシアモルタルを使用すると良い。

　このように、ノズル内孔部壁面のノズル上端を除く一部又は全部を炭素含有ＣａＯ系耐火物によって形成した場合には、ノズル内孔部壁面のノズル上端部に配置した耐火物リングを形成する耐火物としては、前記したような材質が好ましく、ノズル内孔部壁面あるいは本体部分を構成する炭素含有ＣａＯ系耐火物と接触しても、ＣａＯ・Ａ１_２Ｏ_３あるいはＣａＯ・ＳｉＯ_２等の低融点物質を形成することのない耐火物である必要がある。

　すなわち、耐火物製リングの主要材質はジルコニア系、マグネシア系の１種又は２種以上あるいは、これに炭素を含んだ耐火物からなり、主成分以外に存在するＳｉＯ_２やＡｌ_２Ｏ_３の含有率をできる限り少なくすることが望ましい。特にＳｉＯ_２が多いと問題がありその含有量は５質量％以下、好ましくは３質量％以下であれば良い。Ａ１_２Ｏ_３の場合は１０質量％以下、５質量％以下であればさらに好ましい。

　ジルコニア系耐火物では耐食性の問題からＺｒＯ_２を９０質量％以上が好ましい。ジルコニア・カーボン質の場合は、ＺｒＯ_２が７０〜８５質量％、Ｃ含有量は１５〜３０質量％の範囲内。これにより各材料の特性を十分に生かして溶鋼と接する少なくとも内孔体部分に含有されるＣａＯとの反応性による融着、溶損を防止可能となり、接合対象ノズルとも反応することなく密着性を維持でき安定した接合構造となる。

　マグネシア系耐火物で、ＭｇＯはＡ１_２Ｏ_３、Ａ１_２Ｏ_３−ＳｉＯ_２系に比べＣａＯと反応して低融点化合物を形成しない点で耐火物製リングの材質として好ましい。マグネシア質ではＭｇＯを９０質量％以上と、その他に１０質量％の範囲内でＡ１_２Ｏ_３（ＭｇＯ・Ａｌ_２Ｏ_３含む）、Ｃｒ_２Ｏ_３等を含む材料を溶鋼と接する少なくとも内孔体部分に使用された耐火物中のＣａＯと反応し低融物化しない範囲で使用できる。マグネシア・カーボン質ではＭｇＯが７０〜８０質量％、Ｃは１５〜３０質量％が好ましい。これにより各材料の特性を十分に生かして内孔体に含有されるＣａＯとの反応性による融着、溶損を防止可能となり、接合対象ノズル体とも反応することなく密着性を椎持でき安定した接合構造となる。

　ジルコニアやマグネシアを複合した耐火物では、ＺｒＯ_２＋ＭｇＯの場合ＺｒＯ_２が４０〜１０質量％、ＭｇＯが６０〜９０質量％が好ましく、ＺｒＯ_２＋ＭｇＯ＋Ｃの場合、ＺｒＯ_２が１０〜２０質量％、ＭｇＯが６０〜８５質量％、Ｃが５〜１５質量％の含有量とすることが好ましい。これにより各材料の特性を十分に生かして内孔部用耐火物に含有されるＣａＯとの反応性による融着、溶損を防止可能となり、接合対象ノズル体とも反応することなく密着性を維持でき安定した接合構造となる。

　上記の発明における耐火物製リング６の材質は、主成分としてＡｌ_２Ｏ_３を含まず、不純物としてはＡｌ_２Ｏ_３もＳｉＯ_２もできるだけ少ない含有量としている。このように、耐火物製リング６として内孔部用耐火物３と接触しても溶損の発生しない材質を選択することが最も好ましい。一方、浸漬ノズル１を設置したタンディッシュにおいて、溶融金属通路１２への外気の侵入を防止するためには、浸漬ノズル１の上端２４で接合対象ノズル体８との接合面１３の溶損を防止することが最も大切である。従って、上記の発明と同様に耐火物製リング６を配置する場合において、図５（ａ）（ｂ）の状態が考えられ、たとえ耐火物製リング６と内孔部用耐火物３との接合面１４に図５（ａ）に示すような溶損２５が発生したとしても、その溶損に起因して直ちに外気の侵入が発生するわけではない。但し、図５（ｂ）において溶損が発生した場合の接合面１４における圧着保持構造からすると図５（ａ）が好ましい。

　本発明の第５の発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、図１、２に示すように、ノズル内周面のノズル上端を除く一部又は全部が炭素含有ＣａＯ系耐火物からなり、ノズル内周面のノズル上端部には耐火物製リング６を配置してなることを特徴とする連続鋳造用ノズルである。耐火物製リング６を配設した結果として、浸漬ノズル１の内孔部用耐火物３と接合対象ノズル体８の下端とが接触することがないので、浸漬ノズル１と接合対象ノズル体８の接合面１３における耐火物の溶損が発生しない。

　第５の発明では耐火物製リング６の材質を緩和しているので、耐火物製リング材質の選択によっては隣接する内孔部用耐火物３との間で低融点物質を形成し、当該接触面で耐火物の溶損が進行することがある。しかし、図５（ａ）に示すように溶損が進行して溶損２５が形成されても、溶損が極端でなければ外気に通じる面、すなわち耐火物製リング６の上面と接合対象ノズル体８との接触面が健全であれば、溶融金属流通路１２と外気とが接触するには至らない。

　第５の発明における耐火物製リング６の材質としては、ＭｇＯ、ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３ＭｇＯスピネル、ＭｇＯ＋Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３ＭｇＯスビネル、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ａｌ_２Ｏ_３ＭｇＯスピネル、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｇＯ＋Ｃ、ＭｇＯ＋Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｃ、Ａｌ_２Ｏ_３＋Ｃ、ＺｒＯ_２＋Ｃ、Ａｌ_２Ｏ_３ＭｇＯスピネル＋Ｃのいずれかを９０質量％以上含有するものを選択すると好ましい。上記材質中には、Ａｌ_２Ｏ_３を主成分として含有するものが含まれる。Ａｌ_２Ｏ_３はＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物３との接触で低融点物質を形成するが、融点の低下代はそれほど大きくないので、鋳造中に耐火物の溶損が発生するものの浸漬ノズル１の寿命を低下させるほどの溶損には至らない。従って、上記耐火物はいずれも、鋼の連続鋳造時の温度ではＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物３との反応で浸漬ノズル１の寿命を低下させる程の溶損を生じさせることがなく、耐火物製リング６の耐火物材質として有効である。主成分以外の不純物濃度は１０質量％以下とする。不純物の含有量が１０％超となると、耐火性が低下するとともに、耐火物の主要物質との低融点物質を形成し易くなるため本発明の耐火物製リング６としての特性が得られなくなるためである。

　耐火物製リング６の材質においてＳｉＯ_２含有量が高いと、内孔部用耐火物３との接合面１４で低融点のＣａＯ・ＳｉＯ_２を形成するので好ましくない。従って、耐火物製リング６中のＳｉＯ_２含有量が５質％以下であるとあると好ましい。ＳｉＯ_２含有量が３質量％以下であるとさらに好ましい。

　この耐火物製リング６は、その形態として、上方との接合面外径をａおよび内径をｂ、上方の接続対象ノズル体８下部の接合部における外径をｃ、内径をｄとしたとき、ｄ＜ａ＜ｃ、ｂ＞ｄとする。これは、耐火物製リング６の幅厚差（２分のａ−２分のｂ）を接合対象ノズル体８の接合面幅厚差（２分のｃ−２分のｄ）より小さく、耐火物製リング６の厚みが接合対象ノズル体８の厚みの範囲内に位置することで、接合対象ノズル体８が耐火物製リング６に対し偏芯した場合においても、溶鋼鋳造時に耐火物製リングセット目地部からのエアー吸引を抑制することができ鋼品質の劣化抑制を図ることができる。

　また、耐火物製リング６が、上方との接合面外径をａ、内径をｂ、嵌合下方端面外径をａ’内径をｂ’とし、本体内孔部壁面の内孔部用耐火物３である炭素含有ＣａＯ系耐火物層の上部端面の外径をｅ、内径をｆとしたとき、外径はａ≧ａ’＞ｅであり内径がｂ＞ｂ’＝ｆとすることもできる。これは、耐火物製リング６の外径ａ、ａ’が内孔部用耐火物３の外径ｅより大きいことで、内孔部用耐火物３が溶損により損失しても、耐火物製リング６の脱落を防止すことができる。

　なお、耐火物製リング６が、上方との接合面外径をａ、内径をｂとし、嵌合下方端面外径をａ’、内径をｂ’としたとき、ａ＞ａ’、ｂ≧ｂ’のテーパーを設けた外周壁面であれば、耐火物製リング６のセット時に耐火性接着材の充填性が向上し、目地溶損、目地部からのエアー吸引をより抑制できる。

　耐火物製リング６自体の厚みについて特に限定はなく、内孔壁面部の損耗を抑制可能な強度と耐用性を考慮した物を嵌合すれば良い。

　さらに、鋳造用ノズル１の溶鋼注入口上方に位置する接合部目地材７を使用する場合は、接合対象ノズル体８を形成するアルミナ質系、アルミナ・シリカ質系、マグネシア質系などで炭素を含む耐火物からなる下端部に対して反応性を有さない、アルミナ質系、アルミナ・シリカ質系、ジルコニア質系、マグネシア質系を主成分とし、これらにカーボンを含んだ耐火物を目地材として用いることができる。すなわち、接合部目地材７は、接合する各耐火物との接合面からの空気の侵入や、溶鋼侵入による漏れを防止する役割をはたすものである。この目地材７は、接合対象ノズル体８と浸漬ノズル１の間に介在し高圧力で挟み込まれて圧縮された状態で介在し、上部に位置する接合対象ノズル体８と反応しない材質の組み合わせを考えて適用する。

　前記目地材の例として、マグネシア質系では、マグネシア６０〜９０質量％、残部に粘土、フリット、カーボンブラックなどの副原料を１０〜３０質量％の範囲で適用し、マグネシアが６０質量％未満では副原料が多くなりすぎ、耐火性に劣るため、接合部目地材７としては不向きである。また、マグネシアが９０質量％を越えると副原料が少なくなりすぎて、熱間での可塑性、シール性が劣ることになる。

　また、アルミナ質系では、６０〜９０質量％のアルミナと、残部に粘土、フリット、カーボンブラックなどの副原料を１０〜３０質量％の範囲で適用し、アルミナ６０質量％未満では副原料が多くなりすぎ、耐火性に劣るため、接合部目地材７としては不向きである。また、アルミナが９０質量％を越えると副原料が少なくなりずぎて、熱間での可塑性、シール性が劣ることになる。

　これにより、接合する接合対象ノズル体８や耐火物製リング６の各々の材質が互いに反応することが避けられるため融着防止、異常溶損の原因となる剥離、損耗を防止することに繋がる。なお、他に列記した主成分においても同様の効果が得られることは言うまでもない。

　ノズル本体２およびスラグライン部４は、耐食性、耐スポーリング性、耐スラグ侵食性の点から、従来と同様に、主としてアルミナ・カーボン質、ジルコニア・カーボン質、ジルコニア・ライム・カーボン質、アルミナ・ジルコニア・カーボン質等の系が使用される。　その組成については特に限定される物ではなく、一般に従来から使用されているものが適用可能であり、例えば、ジルコニア・カーボン質系においては、カーボン１０〜３０質量％、ジルコニア９０〜７０質量％のものが使用できる。

　接合対象ノズル体８とは、下部ノズル、中間ノズル、スライディングノズル下部プレート、取鍋出鋼上ノズルなどを言い、耐火物として前述したアルミナ質、アルミナ・シリカ質、マグネシア質あるいはこれらに炭素成分を含んだものが使用される。さらには、カルシア質あるいはこれらに炭素成分を含んだものも溶鋼に接する内孔部壁部分にも接合対象ノズル体８の材質に適合性を考慮し使用することもできる。

　上記本発明の連続鋳造用ノズルは、ダンディッシュに接続する浸漬ノズル１として使用したときに最も優れた効果を発揮するが、この用途に限定されるものではなく、例えば取鍋に接続して溶融金属をダンディッシュに注入する際の連続鋳造用ノズルとして使用しても同様に効果を発揮することができる。

　本発明の耐火物製リング６を用いた接合部の組み合わせにより、炭素含有ＣａＯ系耐火物を使用する場合も、接合部の剥離や異常溶損による湯漏れ防止、接合するその他の耐火物との融着防止効果を発揮し、接合部の耐用性においても各箇所における耐火物の特性を十分に生かすことができる。

　また、多連鋳での使用においても、ノズル閉塞を起こすことなく、鋼材製造における品質の向上と維持、および安定した操業を継続させることができる。

　以下に、本発明を実施するための最良の形態を実施例によって説明する。

　本発明の浸漬ノズル１は、図１に示すように、タンディッシュ２０に上部ノズル３０と固定プレート、移動プレート、固定プレートからなるスライディンノズル体４０と接合対象ノズル体である中間ノズル８と、それに接合する浸漬ノズル１上部の耐火物製リング６と接合部目地材７を有する接合構造を介して、装着される。

　図２は、本発明の浸漬ノズル１を上部の接合対象ノズル体８部分を含めて示す分解断面図を示す。（ａ）は本発明の浸漬ノズル１を示し、２はノズル本体、３は内孔部用耐火物、４はスラグライン部、５は溶鋼注入部に設けられた凹部を示し、６は凹部５に嵌合する耐火物製リングを示し、接合部目地材７により、接合対象ノズル体である中間ノズル８と接合されている。（ｂ）は、中間ノズル８の断面を、（ｃ）は接合部目地材７の断面を、（ｄ）は耐火物製リング６をそれぞれ示す。

　耐火物製リング６は、上方の接合部目地材７側の上端部の外径ａに対し、凹部５に嵌合する下端部の外径ａ’が等しいかもしくは、耐火物製リング６嵌合時の接着材９の充填を良くするためやや小さい差ｇを有する。耐火物製リング６の下端部の外径ａ’は内孔部用耐火物３の耐火物層上部端面の外径ｅより大きくする。内径ｂは下端部の内径ｂ’より大きく、内孔部用耐火物３の耐火物層上部端面の内径ｆと内径ｂ’は同じくし、全体が軸線方向に傾斜を持った壁面とする。接合部目地材７は、中間ノズル８の接合面外径ｃより大きめの外径とし、内径は中間ノズル８の接合面内径ｄと一致させれば良い。ノズル本体２の凹部５に嵌合された耐火物製リング６は、接合部目地材７を介して中間ノズル８と接合された状熊で、耐火物製リング６の幅厚差（２分のａ−２分のｂ）が中間ノズル８の接合面幅厚差（２分のｃ−２分のｄ）より小さい範囲内とする。

　内孔部用耐火物３の形状としては、連統鋳造用ノズル１のノズル本体２を構成する耐火物と、内孔部用耐火物３の壁面を構成するＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物とを別々に製作し、ノズル本体２の内側に内孔部用耐火物３を上方から挿入する方法を採用すれば、製作が容易であって好ましい。この場合、連続鋳造用ノズル下端の吐出口１１においては、ノズル本体２を構成する耐火物が露出するが、もともとこの部分への析出物の付着はそれほど多くなかったので問題とはならない。

　また、同じ吐出口１１においてノズル本体２を構成する耐火物と内孔部用耐火物３を構成するＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物との接触部が溶融金属流通路に露出する。この接触部における耐火物の溶損は、直接外気の侵入という弊害はもたらさないものの、溶損を最小限とするためには、ノズル本体２を構成する耐火物としてＳｉＯ_２含有量が５質量％以下のＡ１_２Ｏ_３＋Ｃ含有耐火物を用いることが好ましい。

　そして、図３に示す接合構造のように、ノズル本体２の溶鋼注入口部に、内孔部用耐火物３の耐火物層の上部端面を押さえる状態で、耐火物製リング６を凹部５に嵌合し接着材９で固定、接合部目地材７を介して中間ノズル８と接合する。

　以下に、ノズルの内孔部用耐火物３としてノズル上端を除く一部又は全部にＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物を、外側を構成する耐火物（ノズル本体）２にＡｌ_２Ｏ_３＋Ｃ含有耐火物を、さらに、スラグライン部４には、ジルコニア・カーボン質を用いた上記各図に示す連続鋳造用ノズルｌを用いてアルミキルド鋼の連続鋳造を行った。

　アルミキルド鋼の連続鋳造において、本発明を適用した連続鋳造装置においては、ストランド数は２ストランド、取鍋容量は３１０トン、タンディッシュ容量は５０トン、鋳造サイズは幅１５００ｍｍ×厚さ２４２ｍｍ、鋳造速度は概略１．３ｍ／ｍｉｎである。タンディッシュ底部に２組の連続鋳造用ノズルを配置し、注入量の調整はスライデングノズルによって行う。鋳造したアルミキルド鋼の成分を表１に示す。

　本発明例においては、図１に示す構成のノズルを用いた。浸漬ノズル１の外側を構成する耐火物（ノズル本体）２はＡｌ_２Ｏ_３−Ｃ含有耐火物であり、内孔部の上端を除く部分には内孔部用耐火物３を配置し、内孔部用耐火物３の上端には耐火物製リング６を配置している。比較例Ｎ０．１においては図６に示す構成のノズルを用いた。内孔部用耐火物３の上端に耐火物製リング６を有していない以外は本発明例と同様である。比較例Ｎｏ．２においては、浸漬ノズル１の内孔部用耐火物３にＣａＯ−Ｍｇ〇−Ｃ含有耐火物を配置しておらず、その他の点は比較例Ｎｏ．１と同様である。いずれの実施例においても、各耐火物の組成は表２に示すとおりである。

　浸漬ノズル１と中間ノズル８の接合面１３における耐火物溶損状況ついては、４００分鋳造後の湯漏れの発生率によって評価を行った。接合面１３において耐火物が溶損すると、その結果として当該箇所で湯漏れが発生するからである。鋳造においてはノズル内へのＡｒ吹き込みは行わず、浸漬ノズル１の内周面へのノズル絞り（ノズル詰り）の発生状況について、ノズル絞りが発生するまでの鋳造可能時間を比較した。ノズル絞り発生鋳造可能時間指数は、比較例２の鋳造可能時間を１として相対的に評価した。

　結果を表３に示す。比較例Ｎｏ．ｌにおいては４００分鋳造後の湯漏れ発生率が２０％のレベルで発生したのに対し、本発明例および比較例Ｎｏ．２においては湯漏れ発生率は０％であった。また、ノズル絞りが発生するまでの鋳造可能時間は、比較例Ｎｏ．２が比較例Ｎｏ．１の４倍、本発明例は比較例Ｎｏ．１の６倍という長時間の鋳造が可能であった。鋳造を停止させる要因は、比較例Ｎｏ．２がノズル絞り、比較例Ｎｏ．１が湯漏れおよびスラグラインの溶損であったのに対し、本発明例はスラグラインの溶損が発生するまで鋳造を継統することが可能であった。

　本発明の連続鋳造用ノズルは、タンディッシュに接続する浸漬ノズルとして使用したときに最も優れた効果を発揮するが、この用途に限定されるものではなく、たとえば取鍋に接続して溶融金属をタンディッシュに注入する際の連続鋳造用ノズルとして使用しても同様に効果を発揮することができる。

本発明の浸漬ノズルをタンディッシュに組み込んだ状態を示す。 本発明の浸漬ノズルの構成部分を示す断面図である。 本発明の浸漬ノズルと上部中間ノズルとの接合状態を示す図である。 本発明の浸漬ノズルを示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）はＣ−Ｃ矢視図、（ｄ）はＤ−Ｄ矢視断面図、（ｅ）はＥ−Ｅ矢視断面図である。 本発明の浸漬ノズルの部分断面図である。 従来の連続鋳造用ノズルを浸漬ノズルとしてタンディッシュに装着した状況を示す部分断面図である。

符号の説明

１　 浸漬ノズル（鋳造用ノズル）
２　 ノズル本体
３　　内孔部用耐火物（ＣａＯ−ＭｇＯ−Ｃ含有耐火物）
４　　スラグイン部
５　　凹部
６　　耐火物製リング
７　　接合部目地材
８　　接合対象ノズル体（中間ノズル）
９　　接着材
１０　内孔部接合部目地材
１１　吐出孔
１２　溶融金属通路
１３　接合対象ノズル体との接合面
１４　内孔部用耐火物との接合面
２０　タンディッシュ
２４　浸漬ノズルの上端
２５　溶損
３０　上部ノズル
４０　スライディングノズル体
　a　　　　 耐火物製リング外径
　ａ'　　　 耐火物製リング下端部の外径
　ｂ　　　　耐火物製リング内径
　ｂ’　　　耐火物製リング下端部の内径
　ｃ　　　　中間ノズルの接合面外径
　ｄ　　　　中間ノズルの接合面内径
　ｅ　　　　浸漬ノズル内孔部耐火物層上部端面の外径
　ｆ　　　　浸漬ノズル内孔部耐火物層上部端面の内径
　ｇ　　　　耐火物製リング上方外径と下端部外径差　

Claims (10)

1. 　鉱物相としてのＣａＯを含むクリンカーと炭素を含有する炭素含有ＣａＯ系耐火物を少なくとも溶鋼と接する内孔部壁面に炭素含有ＣａＯ系耐火物層として配置した鋳造用浸漬ノズルのノズル上端部とその上方に位置する接合対象ノズル体下端部との接合構造であって、
   　前記鋳造用浸漬ノズルのノズル上端部に凹部を設け、この凹部に耐火物製リングを嵌合し、前記鋳造用浸漬ノズルの炭素含有ＣａＯ系耐火物層の上端から上方に向けて、耐火物製リング、接合対象ノズル体の順で配列された連続鋳造用ノズルの接合構造。
2. 　前記炭素含有ＣａＯ系耐火物がドロマイト・カーボン質系のドロマイト・黒鉛質耐火物であり、その組成が０．０３≦ＭｇＯ／ＣａＯ≦３２で、０．０５≦Ｃ／（ＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｃ）≦０．４で、かつＣａＯ＋ＭｇＯ＋Ｃの合計が９０質量％以上である請求項１記載の連続鋳造用ノズルの接合構造
3. 　前記耐火物製リングの主要材質が、ジルコニア質系、マグネシア質系の１種または２種以上、あるいは、これらに炭素を含んだ耐火物からなる請求項１または２に記載の連続鋳造用ノズルの接合構造。
4. 　前記耐火物製リングのリングの組成が、ＺｒＯ_２＋Ｃ、ＭｇＯ＋Ｃ、ＺｒＯ_２＋ＭｇＯ＋Ｃ、ＭｇＯ、ＭｇＯ＋Ｃｒ_２Ｏ_３のいずれかを９０質量％以上含有した耐火物からなる請求項１または２に記載の連続鋳造用ノズルの接合構造。
5. 　前記耐火物製リングのリングの組成が、ＭｇＯ、ＭｇＯ＋Ａ１_２Ｏ_３、ＭｇＯ＋Ａ１_２Ｏ_３ＭｇＯスピネル、ＭｇＯ＋Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｇＯ＋Ａ１_２Ｏ_３＋Ａ１_２Ｏ_３ＭｇＯスピネル、Ａ１_２Ｏ_３＋Ａ１_２Ｏ_３ＭｇＯスピネル、Ａ１_２Ｏ_３＋Ｃｒ_２Ｏ_３、ＭｇＯ＋Ｃ、ＭｇＯ+Ａ１_２Ｏ_３＋Ｃ、Ａ１_２Ｏ_３＋Ｃ、ＺｒＯ_２＋Ｃ、Ａ１_２Ｏ_３ＭｇＯスピネル＋Ｃのいずれかを９０質量％以上含有した耐火物からなる請求項１または２に記載の連続鋳造用ノズルの接合構造。
6. 　前記耐火物製リング中のＳｉＯ_２含有量が５質量％以下であることを特徴とする請求項１から５のいずれかにに記載の連続鋳造用ノズルの接合構造。
7. 　前記耐火物製リングと接合対象ノズル体との間に接合部目地材を設けたことを特徴とする請求項１から６のいずれかにに記載の連続鋳造用ノズルの接合構造。
8. 　前記接合部目地材が、接合対象ノズル体を形成するアルミナ質系、アルミナ・シリカ質系等で炭素を含む耐火物からなる下端部に対して反応し低融点物質を生成しない、アルミナ質、アルミナ・シリカ質系、ジルコニア質系、マグネシア質系、及び、これらに炭素を含んだ耐火物から選択して組み合わせた請求項７に記載の連続鋳造用ノズルの接合構造。
9. 　前記耐火物製リングが上方との接合面の外径をａ、内径をｂとし、また、上方の接合対象ノズル体下部の接合部における外径をｃ、内径をｄとしたとき、これらが、ｄ＜ａ＜ｃおよびｂ＞ｄの関係にある請求項１から８の何れかに記載の鋳造用浸漬ノズルの接合構造。
10. 　前記耐火物製リングの上方との接合面外径をａ、内径をｂとし、嵌合すべき下方端面外径をａ’内径をｂ’とし、内孔部壁面の炭素含有ＣａＯ系耐火物層の上部端面の外径をｅ、内径をｆとしたとき、外径はａ≧ａ’＞ｅの関係にあり、内径はｂ＞ｂ’＝ｆである請求項１から８の何れかに記載の鋳造用浸漬ノズルの接合構造。

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