浸漬ノズルおよび連続鋳造方法
【課題】耐用性を向上できる浸漬ノズル、および、この浸漬ノズルを予熱する予熱工程を含む連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】本発明の浸漬ノズルは、溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズルであって、少なくとも外周部のスラグと接触する部分が、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）３０質量％以下とを含んで構成された耐火物、あるいは、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）２０質量％以下と、ＺｒＯ２の安定化材を含む残部１０質量％以下とを含んで構成された耐火物にて形成されており、高周波誘導加熱によって予熱されることを特徴とする。
【解決手段】本発明の浸漬ノズルは、溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズルであって、少なくとも外周部のスラグと接触する部分が、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）３０質量％以下とを含んで構成された耐火物、あるいは、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）２０質量％以下と、ＺｒＯ２の安定化材を含む残部１０質量％以下とを含んで構成された耐火物にて形成されており、高周波誘導加熱によって予熱されることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズル、および、この浸漬ノズルを予熱する予熱工程を含む連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶融金属を連続的に冷却凝固させて所定形状の鋳片を形成する連続鋳造方法が知られており、この連続鋳造方法では、浸漬ノズルを介してタンディッシュからモールド（水冷鋳型）内に溶融金属を注入する鋳造工程が実施される。
【０００３】
浸漬ノズルは、タンディッシュの底部に取り付けられて、タンディッシュ内の溶融金属をノズル下端の吐出口よりモールド内に吐出するように構成されている。この浸漬ノズルは、下端側をモールド内の溶融金属中に浸漬させた状態で使用され、これにより、注入溶融金属の飛散を防止すると共に、注入溶融金属の大気との接触を防止して酸化を抑制している。また、浸漬ノズルは、整流化した状態で注入可能であるため、溶融金属に浮遊するスラグや非金属介在物などの不純物が溶融金属中へ巻き込まれることを防止している。結果、鋳片品質を改善できると共に、操業の安定性を確保できる。
【０００４】
このような浸漬ノズルは、一般的に、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｃ（カーボン）耐火物やＡｌ２Ｏ３−Ｃ耐火物にて形成されている。これらＡｌ２Ｏ３−Ｃ含有耐火物製の浸漬ノズルは、Ａｌ２Ｏ３が耐火性および溶融金属に対する耐食性に優れ、Ｃが介在物（スラグ成分）に対して濡れ難く、膨張量が低く、かつ、熱伝導性が良好なことから、現在、溶融金属の連続鋳造において最も広く用いられている。
ここで、溶融金属の連続鋳造の際、モールド内の溶鋼湯面上にはモールドパウダーと呼ばれる低塩基度で侵食性の強いスラグが浮遊している。このモールドパウダーは一般的にＣａＯ、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｎａ２Ｏ、Ｃを含有しており、その塩基度は１程度であるため、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２を含む耐火物を著しく溶損させてしまう。このため、従来のＡｌ２Ｏ３−Ｃ含有耐火物では、浸漬ノズルの外周部におけるモールドパウダーに接する部位（以下、パウダーライン部と称す）の溶損が大きく、長期の使用に耐えられないという問題があった。
【０００５】
この問題に対して、従来、浸漬ノズルのパウダーライン部にＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物を使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
ＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物は、ＺｒＯ２のモールドパウダーに対する優れた耐食性と、Ｃの耐熱衝撃性とを組み合わせた特徴を有しており、このＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物をパウダーライン部に使用することで、浸漬ノズルの耐用性を向上できる。
【０００６】
このようなＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物において、耐食性をより向上させるためには、Ｃの配合量を少なくして、ＺｒＯ２の配合量を増加させることが効果的である。しかし、ＺｒＯ２の増量は耐熱衝撃性の低下を引き起こし、使用時の割れや折れの問題が発生する。一方、耐熱衝撃性を向上させるためには、Ｃの配合量を増加させて、ＺｒＯ２の配合量を少なくすることが効果的であるが、耐食性は低下する。
このように、耐食性および高耐用性を高めるためにはＺｒＯ２およびＣの配合量を最適化する必要がある。上記特許文献１に記載の構成では、ＺｒＯ２の配合量を７０〜９５質量％、Ｃの配合量を５〜３０質量％とすることで当該最適化を図っている。
【０００７】
ところで、上記鋳造工程では、浸漬ノズルの温度が低い場合、溶融金属の注入を開始する際に浸漬ノズルの割れや閉塞が起こったり、溶融金属上にスラグが十分に浮上せずに鋳片の品質が低下してしまう等の不具合が発生することがある。このため、浸漬ノズルを予熱しておくことで、溶融金属の注入を開始した際に浸漬ノズルに生じる温度差を減少させて、上記不具合の発生を防止することが考えられる。
このような予熱法としては、例えば図５に示すようにバーナー１００により燃焼ガスを吹き付けるものが考えられる。
また、浸漬ノズルの外周を電熱器で囲み伝熱・輻射により加熱する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３０２０７３号公報
【特許文献２】特開平１０−１１８７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載のようなＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物をパウダーライン部に使用した浸漬ノズルを予熱した後、鋳造工程を実施する場合、ＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物は高熱膨張材であるため、次の（Ａ）（Ｂ）のような問題がある。
【００１０】
（Ａ）図５に示すようなバーナー１００を用いて予熱する場合、ノズルの上端からバーナー１００を挿入して、内部に燃焼ガスを吹き付け下端側の吐出孔より排気する。このため、ノズル全体を均一に加熱することが困難であり、この温度差に伴うＺｒＯ２の熱膨張差に起因して応力割れなどが発生してしまう。
また、バーナーによる予熱の場合、予熱に要する時間が長く、かつ、燃焼ガスより生じる酸化性雰囲気により、ＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物におけるＣ成分が酸化によりＣＯガスあるいはＣＯ２ガスとなって消失してしまう。このため、ＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物中に大径の気孔が形成されて当該気孔内にモールドパウダーが侵食し易くなり、モールドパウダーによる溶損が助長されてしまう問題がある。
【００１１】
（Ｂ）上記特許文献２に記載の電熱器を用いて予熱する場合、Ｃ成分の消失は防止できるものの、伝熱・輻射によりノズルを加熱しているので、部分的には１４００℃に達するが全体を均一に加熱することはやはり難しい。
【００１２】
本発明の目的は、耐用性を向上できる浸漬ノズル、および、この浸漬ノズルを予熱する予熱工程を含む連続鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、浸漬ノズルを均一に加熱するためには、高周波誘導加熱を用いるのが良いとの知見に基づいて案出されたものであり、本発明の要旨とすることころは以下の通りである。
【００１４】
（１）本発明に係る浸漬ノズルは、溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズルであって、少なくとも外周部のスラグと接触する部分が、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）３０質量％以下とを含んで構成された耐火物にて形成されており、高周波誘導加熱によって予熱されることを特徴とする。
より好ましくは、前記ＺｒＯ２は８０質量％以上であり、前記ＦＣは２０質量％以下であることを特徴とする。
ここで、ＺｒＯ２の配合量が７０質量％よりも低い場合、および、ＦＣの配合量が３０質量％よりも高い場合は、モールドパウダーに対する十分な耐食性が得られない。
【００１５】
このような浸漬ノズルは、例えば、各種無機物の微粉と、フェノール樹脂などのバインダとを混練したものを、ＣＩＰ法などにて所定の形状に成形し、これを還元焼成することにより形成される。ＺｒＯ２は、結晶粒サイズが数μｍから２ｍｍ程度のものが使用される。また、ＦＣは、例えば通常鱗状黒鉛、電極屑、無煙炭、土状黒鉛等の添加黒鉛の他、バインダが焼成した際に残留した炭素分をも含む。
【００１６】
このような発明によれば、耐火物中にＦＣが存在することにより、高周波誘導加熱にて当該ＦＣを選択的に加熱でき、図５や上記特許文献２に示すような従来の加熱法にて浸漬ノズルを予熱する場合に比べて、浸漬ノズルを均一に予熱できる。このため、鋳造工程にて溶融金属の注入を開始する際、溶融金属により浸漬ノズルが受ける熱衝撃を緩和でき、割れ等の不具合が発生することを防止できる。特に、ノズルを均一に予熱できるので、耐熱衝撃性にも優れたＦＣの配合量を２０質量％以下に下げたとしても、割れ等の不具合が発生することがない。これにより、ＺｒＯ２の配合割合をさらに増大させることが可能となるので、スラグによる溶損速度を低減できる。
また、高周波誘導加熱によれば、従来のように燃焼ガスを使用せずに短時間で予熱を完了できるので、耐火物中のＦＣの消失が少なく、スラグによる溶損速度を低減できる。
したがって、浸漬ノズルの耐用性を向上させることができる。
【００１７】
（２）本発明に係る浸漬ノズルは、上記（１）に記載の浸漬ノズルの他に、以下の構成としても成立するものである。すなわち、本発明に係る浸漬ノズルは、溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズルであって、少なくとも外周部のスラグと接触する部分が、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）２０質量％以下と、ＺｒＯ２の安定化材を含む残部１０質量％以下とを含んで構成された耐火物にて形成されており、高周波誘導加熱によって予熱されることを特徴とする。
【００１８】
このような発明によれば、上記（１）の本発明と同様の効果を奏することができる。これに加えて、安定化材の添加によりＺｒＯ２を安定した状態で耐火物組織内に固定でき、スラグ中にＺｒＯ２結晶粒が脱落することを防ぐことができる。これにより、スラグと接触する部分がスラグにより溶損してしまうことを抑制できる。したがって、浸漬ノズルの耐用性をさらに向上させることができる。
【００１９】
（３）本発明に係る浸漬ノズルは、上記（２）に記載の浸漬ノズルにおいて、安定化材は、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＹ２Ｏ３のうち少なくともいずれか１種を含むことが好ましい。
ここで、ＺｒＯ２の配合量が７０質量％よりも低い場合、ＦＣおよび残部の配合量を合計したものが３０質量％よりも高い場合は、モールドパウダーに対する十分な耐食性が得られない。
【００２０】
（４）本発明は、方法の発明としても成立するものである。
すなわち、本発明に係る連続鋳造方法は、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の浸漬ノズルを、高周波誘導加熱により予熱する予熱工程と、前記予熱工程にて予熱された前記浸漬ノズルを介してタンディッシュからモールドに溶融金属を注入する鋳造工程と、を備えることを特徴とする。
このような発明によれば、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の効果を奏することができる。したがって、浸漬ノズルの耐用性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、耐火物中にＦＣが存在することにより、高周波誘導加熱にて当該ＦＣを選択的に加熱でき、浸漬ノズルを均一に予熱できる。このため、予熱後、鋳造開始時において浸漬ノズルに割れ等の不具合が発生することを防止でき、鋳造工程時におけるスラグと接触する部分のスラグによる溶損を抑制できる。したがって、浸漬ノズルの耐用性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔連続鋳造機の概略構成〕
図１に本実施形態における連続鋳造機の概略構成を示す。図１において、１は連続鋳造機であって、この連続鋳造機１は、溶鋼を連続的に冷却凝固させて、所定形状の鋼塊を形成するものである。このような連続鋳造機１は、取鍋２と、ロングノズル３と、タンディッシュ４と、複数の浸漬ノズル５と、複数のモールド６とを備えている。なお、図１では、浸漬ノズル５およびモールド６をそれぞれ１つだけ図示している。
【００２３】
取鍋２は、連続鋳造において最初に溶鋼が導入される耐熱容器であり、底面部には注入口２１が設けられている。
ロングノズル３は、取鍋２の注入口２１に取り付けられて、取鍋２内部に貯留された溶鋼をノズル下端開口部３１よりタンディッシュ４内に吐出するように構成されている。
タンディッシュ４は、ロングノズル３の下方に配設されて、取鍋２からロングノズル３を介して注入された溶鋼を貯留する耐熱容器である。このタンディッシュ４は、底面部には各モールド６に対応した複数の注入口４１が形成されており、この注入口４１の内部には注入口４１より流出する溶鋼の流量を調整する流量調整機（図示しない）が設けられている。このようなタンディッシュ４により、取鍋２からの溶鋼が整流化され、当該溶鋼が各モールド６に所定量ずつ分配されるようになっている。
【００２４】
浸漬ノズル５は、具体的には後述するが、タンディッシュ４における注入口４１の下部に取り付けられており、このノズルを介してタンディッシュ４内の溶鋼がモールド６に注入される。
モールド６は、浸漬ノズル５の下方に設けられた水冷式の鋳型である。モールド６内は所定の断面形状を有しており、このモールド６内に浸漬ノズル５を介してタンディッシュ４からの溶鋼が連続的に注入される。このようなモールド６により、モールド６内の溶鋼は冷却されて、モールド６内の内周面側から凝固シェルが形成・成長して、凝固した鋼が形成されるようになっている。
【００２５】
また、図示省略したが、モールド６の下方には、モールド６内にて形成された鋼を、モールド６内の下方開口部から下方に連続的に引き抜くローラーエプロンおよび引抜ロールが設けられている。さらに、引抜ロールの下流側には、引抜ロールにて引き抜かれて、モールド６内から連続して延びた状態の鋼を、所定の長さ寸法に切断する切断機（図示省略）が設けられている。この切断機にて鋼が切断されることにより、例えば板状や棒状など所定形状の鋼塊が形成されるようになっている。
【００２６】
〔浸漬ノズルの構成〕
次に、浸漬ノズル５の構成について、図２，３に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る浸漬ノズルを示す側断面図である。図３は、浸漬ノズルのパウダーライン部に使用する耐火物のＺｒＯ２とＦＣの配合量を示した図である。
図２において、浸漬ノズル５は、ノズル本体５１と、注入口４１の下部に取り付けられてノズル本体５１の上端部を保持するホルダー５２とを備えている。このような浸漬ノズル５は、後述する予熱工程において高周波誘導加熱により予熱されてから使用される。
【００２７】
ノズル本体５１は、略円筒状に形成されて、その下端を閉塞する底面部５１１が設けられている。このノズル本体５１における側面部の底面部５１１近傍には、一対の吐出口５１２が、互いに対向する状態で設けられている。このようなノズル本体５１により、ノズル本体５１の上端開口より流入した溶鋼が、一対の吐出口５１２を介してモールド６内へと吐出されるようになっている。
【００２８】
また、ノズル本体５１は、その下端側がモールド６内の溶鋼に浸漬された状態で使用される。ここで、図２中二点鎖線はスラグラインＳを示す。ノズル本体５１が当該溶鋼中に浸漬された状態では、ノズル本体５１の外周面におけるスラグラインＳよりも下側にてモールドパウダーに接触（パウダー厚みは１０ｍｍ程度）し、さらにモールドパウダーよりも下側が溶鋼中に浸漬している。予熱不良の場合、パウダーラインＳよりも上側にて割れが発生する場合がある。
【００２９】
このようなノズル本体５１は、外周面部のうち吐出口５１２よりも上側のパウダーライン部５１３と、それ以外の部位とが、それぞれ異なる耐火物で形成された２層構造となっている。
パウダーライン部５１３を形成する耐火物は、図３中領域Ａおよび領域Ｂに示すように、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）３０質量％以下とを含んで構成されている。また、パウダーライン部５１３を形成する耐火物は、図３中領域Ａで示すように、ＺｒＯ２７０質量％以上と、黒鉛を含むＦＣ２０質量％以下と、ＺｒＯ２を安定化させる安定化材を含む残部１０質量％以下とを含んで構成されていてもよい。
ＺｒＯ２含有量の上限値は特に規定するものではなく、１００質量％未満であれば良く、またＦＣ（フリーカーボン）含有量の下限値も特に規定するものではなく、０質量％超であれば良い。さらに、安定化材を含む残部の下限値も特に規定するものではなく、０質量％超であれば良い。
【００３０】
ノズル本体５１におけるパウダーライン部５１３以外の部位は、例えばＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣやＡｌ２Ｏ３−Ｃ等の耐火物にて形成されている。なお、パウダーライン部５１３以外の部位に使用する耐火物はこれに限定されず、ノズル本体５１内部を流通する溶鋼に対して優れた耐火性および低い溶融濡れ性が得られる材料であれば、いずれをも採用できる。
【００３１】
〔予熱装置の構成〕
次に、上記した構成の浸漬ノズル５を予熱する予熱装置について、図４に基づいて説明する。図４は、浸漬ノズルが装着された状態の予熱装置を示す側断面図である。
図４において、７は予熱装置であって、この予熱装置７は浸漬ノズル５を高周波誘導加熱により予熱する。このような予熱装置７は、耐熱容器７１と、外コイル７２と、内コイル７３と、図示しない誘導電流印加装置とを備えて構成されている。
【００３２】
外コイル７２は、耐熱容器７１の内部に収用された誘導加熱コイルであって、コイル内周側にノズル本体５１の下端部から中間部上方までを収容可能に構成されている。
内コイル７３は、外コイル７２と同様の誘導加熱コイルであって、ノズル本体５１の上部開口より内部に挿入可能に構成されている。
誘導電流印加装置は、外コイル７２および内コイル７３のそれぞれに高周波の誘導電流を印加する装置である。
【００３３】
〔連続鋳造方法〕
本実施形態に係る連続鋳造方法について、上記のような構成の連続鋳造機１および予熱装置７を使用した例で説明する。
本実施形態の連続鋳造方法は、予熱工程と、鋳造工程と、引抜工程と、鋼塊形成工程とを備えて構成されている。
【００３４】
予熱工程では、図４に示す予熱装置７を用いて、浸漬ノズル５を高周波誘導により予熱する。具体的には、まず、タンディッシュ４から外された状態の浸漬ノズル５に対して予熱装置７をセットする。このセットされた状態では、ノズル本体５１は、外コイル７２内に収容され、ノズル本体５１の上部開口より内部に内コイル７３が挿入された状態となっている。そして、誘導電流印加装置により、外コイル７２および内コイル７３に誘導電流を印加する。これにより、ノズル本体５１に含まれるＦＣ近傍に高密度のうず電流が発生して大きなジュール熱が発生し、ノズル本体５１全体が均一に加熱される。
【００３５】
この高周波誘導加熱により、例えば０．５〜２時間程度の加熱時間で、ノズル本体５１の温度は１０００℃以上に達する。また、例えばノズル本体５１を１１００℃以上に加熱する場合、従来の如くバーナー１００（図５参照）で加熱する場合には各部間で最大５００℃〜６００℃の温度差が生じるが、高周波誘導加熱によれば各部間で最大３００℃程度の温度差しか生じない。
そして、高周波誘導加熱によれば、従来のように燃焼ガスを使用せずに短時間で予熱が完了するので、パウダーライン部５１３中のＣが消失し難く、当該耐火物中における気孔の拡大が防止される。
【００３６】
鋳造工程では、図１に示した連続鋳造機１を用いて溶鋼の鋳造を行う。まず、予熱工程にて予熱された浸漬ノズル５をタンディッシュ４の注入口４１に取り付けた後、取鍋２の内部に溶鋼を導入する。この溶鋼は、ロングノズル３を介して取鍋２からタンディッシュ４内部へと流動し、タンディッシュ４の内部にて整流化される。この後、整流化された溶鋼を、流量調整機（図示）にて流出量を調整しながら、浸漬ノズル５を介してモールド６内に注入し、モールド６において一定の湯面レベルを維持する。
【００３７】
この鋳造工程において、溶鋼の注入を開始する際、予熱工程にてノズル本体５１を均一に予熱してあるので、浸漬ノズル５が溶鋼により受ける熱衝撃が緩和されて、割れ等の不具合の発生を防止できる。そして、パウダーライン部５１３は、ＺｒＯ２およびＦＣ等を上記範囲で含有した耐火物にて形成されているので、モールドパウダーに対する高い耐食性を有しており、モールドパウダーによる溶損を抑制できる。また、予熱工程での予熱によりパウダーライン部５１３中の気孔が拡大されていないので、当該気孔内部にモールドパウダーが侵食して耐火物中の結晶粒がモールドパウダー中に脱落することを防止できる。したがって、浸漬ノズル５の耐用性を向上できる。
【００３８】
引抜工程では、モールド６内において冷却・固化された鋼を、図示しないローラーエプロンおよび引抜ロールにより下方に連続的に引き出す。
鋼塊形成工程では、当該引抜ロールにて引き抜かれた鋼を切断機により所定の長さ寸法で切断して、所定形状の鋳片を連続的に形成する。
【００３９】
なお、予熱工程では、浸漬ノズル５の他にも、ロングノズル３およびタンディッシュ４をも予熱する。また、予熱工程において浸漬ノズル５をタンディッシュ４に組み付けない状態で予熱するとしたが、浸漬ノズル５をタンディッシュ４に組み付けた状態で予熱を施してもよい。
【実施例】
【００４０】
上述した本実施形態の効果を確認するための実施例について説明する。
〔実験試料〕
・浸漬ノズル：図２に示す上記実施形態の浸漬ノズル５と同様のものを複数準備した。
・ノズル寸法：ノズル本体５１の最大外径寸法はφ１４０ｍｍ、内径寸法はφ８０ｍｍ、長さ寸法は７００ｍｍとした。
・耐火物組成：各パウダーライン部５１３を形成する耐火物の組成は、以下の表１に示すものを含め、図３中各プロットに示した組成のものも含まれている。
・形成法：耐火骨材、鱗状黒鉛をバインダーと共に混練した後、ノズル形状のゴム型に混練物（はい土）を流し込む。異材質を流し込む場合には、ゴム型に仕切りを入れて混入しないように流し込む。その後、湿式のＣＩＰ成形法にて高圧（５０〜１００ＭＰａ）の水圧をかけて固める。枠から成形品を取り出した後は、還元雰囲気で１０００℃以上の高温で焼成を行う。冷却後は、必要な寸法に加工し、酸化防止材を塗布した後、実機での使用となる。
【００４１】
【表１】
【００４２】
〔高周波誘導加熱による予熱〕
・予熱対象：実施例１〜６
・予熱装置：図４に示す予熱装置７と同様である。外コイル７２には径寸法φ２００ｍｍ、長さ寸法５００ｍｍのものを使用し、内コイル７３には径寸法φ７０ｍｍ、長さ寸法３００ｍｍのものを使用した。
・誘導電流：外コイル７２には周波数３０ｋＨｚ、電流２００Ａ、電力量１５ｋＷの誘導電流を印加した。内コイル７３には、周波数３７ｋＨｚ、電流２００Ａ、電力量１２ｋＷの誘導電流を印加した。
・予熱時間：４０分
【００４３】
〔バーナー加熱による予熱〕
・予熱対象：比較例１，２
・予熱装置：図５に示すバーナー１００を用いて予熱した。図５において、浸漬ノズル５を耐熱容器１０１中に収容した状態で、浸漬ノズル５の上端開口部より内部にバーナー１００を挿入して燃焼ガスを吹き付けている。
・燃焼ガス：ＣＯＧ（Coke-oven Gas：コークス炉ガス）
・空気比：１．２
・予熱時間：９０分
【００４４】
〔鋳造実験〕
・実験対象：実施例１〜６および比較例１，２
・連続鋳造機：図１に示す上記実施形態の連続鋳造機１と同様のものを使用した（８チャージ）。
・鋳造方法：上記実施形態における鋳造工程と同様である。具体的には、各浸漬ノズル５を単体で予熱した後、それぞれタンディッシュ４に取り付けて、予熱終了の時点から５分後に鋳造を開始した。
・鋼種：低炭素鋼（炭素濃度０．０６質量％）
・モールドパウダーの塩基度：１．０
・操業時間：合計３６０分
【００４５】
〔実験結果〕
実施例１〜６、比較例１，２の浸漬ノズル５について、上記鋳造実験の結果（溶損速度指数、トラブル発生指数）を表１に併せて示す。
・溶損速度指数：比較例１についての溶損速度（鋳造によってパウダーライン部５１３が溶損した量を操業時間で除算したもの）を１００とした場合における、実施例１〜６および比較例２についての当該溶損速度を指数化したものである。
・トラブル発生指数：比較例１についてのトラブル発生率（鋳造した回数と、折損や割れなどの不具合が発生した回数との比）を１００とした場合における、実施例１についてのトラブル発生率を指数化したものである。
【００４６】
〔知見１：高周波誘導加熱の効果について〕
表１に示すように、実施例１と比較例１とはパウダーライン部５１３の組成が同一であり（ＺｒＯ２：ＦＣ：ＣａＯ＝７５：２０：５）、実施例２と比較例２とはパウダーライン部５１３の組成が同一である（ＺｒＯ２：ＦＣ：ＣａＯ＝８２：１３：５）。また、実施例１，２は予熱方法が高周波誘導加熱（ＩＨ）であり、比較例１，２はバーナーによる加熱であるという点で異なっている。
【００４７】
表１の結果において、溶損速度指数を比較すると、実施例１は比較例１に対して１０％低い値となっており、また、実施例２は比較例に対して約９．５％低い値となっている。これは、高周波誘導加熱により予熱した場合、バーナーで予熱した場合と異なって燃焼ガスを使用せずに短時間で予熱が終了するので、パウダーライン部５１３におけるＣの消失が防止されためと考えられる。
また、表１の結果において、トラブル発生指数を比較すると、実施例１は比較例１に対して８５％低い値となっている。これは、高周波誘導加熱により予熱した場合、バーナーにより予熱した場合よりも、ノズル本体５１の各部が均一に予熱されたためと考えられる。
【００４８】
以上より、高周波誘導加熱にて浸漬ノズル５を予熱することで、モールドパウダーに溶損し難くなり、かつ、鋳造開始時における割れなどの不具合の発生頻度を著しく低減できることが分かった。つまり、浸漬ノズル５の耐用性を向上できることが分かった。
【００４９】
〔知見２：ＺｒＯ２とＦＣとの配合割合について〕
表１に示すように、実施例１〜３，６とを比較すると、いずれもパウダーライン部５１３にＣａＯが５質量％程含まれており、ＺｒＯ２の配合量は、７５質量％（実施例１）、８２質量％（実施例２）、８８質量％（実施例３）、７０質量％（実施例６）であり、実施例３が最も高く、実施例６が最も低くなっている。この分、ＦＣの配合量は、２０質量％（実施例１）、１３質量％（実施例２）、８質量％（実施例３）、２６質量％（実施例６）であり、実施例３が最も低く、実施例６が最も高くなっている。
【００５０】
そして、表１の結果において、溶損速度指数を比較すると、実施例１は実施例６に対して約５％低く、実施例２は実施例６に対して約９％低く、実施例３は実施例６に対して約１３％低い値となっている。これは、耐食性に優れたＺｒＯ２の配合割合が増大したため、パウダーライン部５１３のモールドパウダーに対する耐食性が向上したことによるものと考えられる。
これら実施例１〜３，６においては、溶鋼の注入開始時において殆ど割れ等が発生しておらず、いずれも良好な耐熱衝撃性を示していた。これは、耐熱衝撃性に優れたＦＣの配合量が十分であったことと、高周波誘導加熱によりノズル本体５１が均一に加熱されたためによるものと考えられる。
なお、表１には示さなかったが、ＺｒＯ２の配合量が７０質量％よりも低い場合や、ＦＣの配合量が３０質量％よりも高い場合は、ＺｒＯ２の配合量が十分でなく、モールドパウダーに対する十分な耐食性が得られなかった。
【００５１】
以上より、ＺｒＯ２の配合量を７０質量％以上とすることで、モールドパウダーに対する十分な耐食性が得られ、さらに、ＺｒＯ２の配合量を８０質量％以上とすることで、当該耐食性をより向上できることが分かった。
また、ＦＣの配合量を３０質量％以下とすることで、パウダーライン部５１３の高度な耐熱衝撃性が得られることが分かった。さらに、ＦＣの配合量を２０質量％以下としても、パウダーライン部５１３の良好な耐熱衝撃性を維持できることが分かった。
【００５２】
〔知見３：安定化材の添加による効果について〕
表１に示すように、実施例３，４と実施例５とを比較すると、いずれもパウダーライン部５１３に含まれるＺｒＯ２の量が、８８質量％（実施例３）、８６質量％（実施例４）、８５質量％（実施例５）と同程度となっている。また、実施例３，４にはそれぞれ安定化材としてＣａＯ、ＭｇＯが４％含まれており、実施例５には安定化材が添加されていない。
【００５３】
そして、表１の結果において、溶損速度指数を比較すると、実施例３は実施例５に対して約５％低い値となっており、さらに、実施例４は実施例５に対して約７％低い値となっている。これは、安定化材の添加により耐火物組織内からＺｒＯ２結晶粒が脱落し難くなったためと考えられる。
また、安定化材を含んだ残部が１０質量％よりも多い場合でも、その効果は発揮されるものの、相対的にＺｒＯ２の配合割合が少なく、モールドパウダーに対する十分な耐食性が得られ難くなるため、１０質量％以下とすることが好ましい。
なお、表１には示さなかったが、安定化材としてＹ２Ｏ３を添加した場合も同様の結果が得られた。
以上より、安定化材を１０質量％以下添加することにより、パウダーライン部５１３の溶損速度を低減できることが分かった。
【００５４】
なお、本発明は上述の実施例に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。例えば、パウダーライン部５１３の組成は、実施例１〜６の組成に限定されず、図３の領域Ａ，Ｂ内に収まる組成であれば、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態における連続鋳造機の概略構成を示す。
【図２】前記実施形態に係る浸漬ノズルを示す側断面図である。
【図３】前記実施形態における浸漬ノズルのパウダーライン部に使用する耐火物のＺｒＯ２とＦＣの配合量を示した図である。
【図４】前記実施形態における浸漬ノズルが装着された状態の予熱装置を示す側断面図である。
【図５】従来のバーナーを用いた加熱法により浸漬ノズルを予熱している状態を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ …連続鋳造機
２ …取鍋
２１ …注入口
３ …ロングノズル
３１ …ノズル下端開口部
４ …タンディッシュ
４１ …注入口
５ …浸漬ノズル
５１ …ノズル本体
５１１…底面部
５１２…吐出口
５１３…パウダーライン部
５２ …ホルダー
６ …モールド
７ …予熱装置
７１ …耐熱容器
７２ …外コイル
７３ …内コイル
１００…バーナー
１０１…耐熱容器
Ａ，Ｂ…領域
Ｓ …スラグライン
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズル、および、この浸漬ノズルを予熱する予熱工程を含む連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶融金属を連続的に冷却凝固させて所定形状の鋳片を形成する連続鋳造方法が知られており、この連続鋳造方法では、浸漬ノズルを介してタンディッシュからモールド（水冷鋳型）内に溶融金属を注入する鋳造工程が実施される。
【０００３】
浸漬ノズルは、タンディッシュの底部に取り付けられて、タンディッシュ内の溶融金属をノズル下端の吐出口よりモールド内に吐出するように構成されている。この浸漬ノズルは、下端側をモールド内の溶融金属中に浸漬させた状態で使用され、これにより、注入溶融金属の飛散を防止すると共に、注入溶融金属の大気との接触を防止して酸化を抑制している。また、浸漬ノズルは、整流化した状態で注入可能であるため、溶融金属に浮遊するスラグや非金属介在物などの不純物が溶融金属中へ巻き込まれることを防止している。結果、鋳片品質を改善できると共に、操業の安定性を確保できる。
【０００４】
このような浸漬ノズルは、一般的に、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−Ｃ（カーボン）耐火物やＡｌ２Ｏ３−Ｃ耐火物にて形成されている。これらＡｌ２Ｏ３−Ｃ含有耐火物製の浸漬ノズルは、Ａｌ２Ｏ３が耐火性および溶融金属に対する耐食性に優れ、Ｃが介在物（スラグ成分）に対して濡れ難く、膨張量が低く、かつ、熱伝導性が良好なことから、現在、溶融金属の連続鋳造において最も広く用いられている。
ここで、溶融金属の連続鋳造の際、モールド内の溶鋼湯面上にはモールドパウダーと呼ばれる低塩基度で侵食性の強いスラグが浮遊している。このモールドパウダーは一般的にＣａＯ、ＳｉＯ２、ＣａＦ２、Ｎａ２Ｏ、Ｃを含有しており、その塩基度は１程度であるため、Ａｌ２Ｏ３やＳｉＯ２を含む耐火物を著しく溶損させてしまう。このため、従来のＡｌ２Ｏ３−Ｃ含有耐火物では、浸漬ノズルの外周部におけるモールドパウダーに接する部位（以下、パウダーライン部と称す）の溶損が大きく、長期の使用に耐えられないという問題があった。
【０００５】
この問題に対して、従来、浸漬ノズルのパウダーライン部にＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物を使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
ＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物は、ＺｒＯ２のモールドパウダーに対する優れた耐食性と、Ｃの耐熱衝撃性とを組み合わせた特徴を有しており、このＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物をパウダーライン部に使用することで、浸漬ノズルの耐用性を向上できる。
【０００６】
このようなＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物において、耐食性をより向上させるためには、Ｃの配合量を少なくして、ＺｒＯ２の配合量を増加させることが効果的である。しかし、ＺｒＯ２の増量は耐熱衝撃性の低下を引き起こし、使用時の割れや折れの問題が発生する。一方、耐熱衝撃性を向上させるためには、Ｃの配合量を増加させて、ＺｒＯ２の配合量を少なくすることが効果的であるが、耐食性は低下する。
このように、耐食性および高耐用性を高めるためにはＺｒＯ２およびＣの配合量を最適化する必要がある。上記特許文献１に記載の構成では、ＺｒＯ２の配合量を７０〜９５質量％、Ｃの配合量を５〜３０質量％とすることで当該最適化を図っている。
【０００７】
ところで、上記鋳造工程では、浸漬ノズルの温度が低い場合、溶融金属の注入を開始する際に浸漬ノズルの割れや閉塞が起こったり、溶融金属上にスラグが十分に浮上せずに鋳片の品質が低下してしまう等の不具合が発生することがある。このため、浸漬ノズルを予熱しておくことで、溶融金属の注入を開始した際に浸漬ノズルに生じる温度差を減少させて、上記不具合の発生を防止することが考えられる。
このような予熱法としては、例えば図５に示すようにバーナー１００により燃焼ガスを吹き付けるものが考えられる。
また、浸漬ノズルの外周を電熱器で囲み伝熱・輻射により加熱する方法も提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
【特許文献１】特開平１１−３０２０７３号公報
【特許文献２】特開平１０−１１８７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記特許文献１に記載のようなＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物をパウダーライン部に使用した浸漬ノズルを予熱した後、鋳造工程を実施する場合、ＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物は高熱膨張材であるため、次の（Ａ）（Ｂ）のような問題がある。
【００１０】
（Ａ）図５に示すようなバーナー１００を用いて予熱する場合、ノズルの上端からバーナー１００を挿入して、内部に燃焼ガスを吹き付け下端側の吐出孔より排気する。このため、ノズル全体を均一に加熱することが困難であり、この温度差に伴うＺｒＯ２の熱膨張差に起因して応力割れなどが発生してしまう。
また、バーナーによる予熱の場合、予熱に要する時間が長く、かつ、燃焼ガスより生じる酸化性雰囲気により、ＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物におけるＣ成分が酸化によりＣＯガスあるいはＣＯ２ガスとなって消失してしまう。このため、ＺｒＯ２−Ｃ質の耐火物中に大径の気孔が形成されて当該気孔内にモールドパウダーが侵食し易くなり、モールドパウダーによる溶損が助長されてしまう問題がある。
【００１１】
（Ｂ）上記特許文献２に記載の電熱器を用いて予熱する場合、Ｃ成分の消失は防止できるものの、伝熱・輻射によりノズルを加熱しているので、部分的には１４００℃に達するが全体を均一に加熱することはやはり難しい。
【００１２】
本発明の目的は、耐用性を向上できる浸漬ノズル、および、この浸漬ノズルを予熱する予熱工程を含む連続鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、浸漬ノズルを均一に加熱するためには、高周波誘導加熱を用いるのが良いとの知見に基づいて案出されたものであり、本発明の要旨とすることころは以下の通りである。
【００１４】
（１）本発明に係る浸漬ノズルは、溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズルであって、少なくとも外周部のスラグと接触する部分が、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）３０質量％以下とを含んで構成された耐火物にて形成されており、高周波誘導加熱によって予熱されることを特徴とする。
より好ましくは、前記ＺｒＯ２は８０質量％以上であり、前記ＦＣは２０質量％以下であることを特徴とする。
ここで、ＺｒＯ２の配合量が７０質量％よりも低い場合、および、ＦＣの配合量が３０質量％よりも高い場合は、モールドパウダーに対する十分な耐食性が得られない。
【００１５】
このような浸漬ノズルは、例えば、各種無機物の微粉と、フェノール樹脂などのバインダとを混練したものを、ＣＩＰ法などにて所定の形状に成形し、これを還元焼成することにより形成される。ＺｒＯ２は、結晶粒サイズが数μｍから２ｍｍ程度のものが使用される。また、ＦＣは、例えば通常鱗状黒鉛、電極屑、無煙炭、土状黒鉛等の添加黒鉛の他、バインダが焼成した際に残留した炭素分をも含む。
【００１６】
このような発明によれば、耐火物中にＦＣが存在することにより、高周波誘導加熱にて当該ＦＣを選択的に加熱でき、図５や上記特許文献２に示すような従来の加熱法にて浸漬ノズルを予熱する場合に比べて、浸漬ノズルを均一に予熱できる。このため、鋳造工程にて溶融金属の注入を開始する際、溶融金属により浸漬ノズルが受ける熱衝撃を緩和でき、割れ等の不具合が発生することを防止できる。特に、ノズルを均一に予熱できるので、耐熱衝撃性にも優れたＦＣの配合量を２０質量％以下に下げたとしても、割れ等の不具合が発生することがない。これにより、ＺｒＯ２の配合割合をさらに増大させることが可能となるので、スラグによる溶損速度を低減できる。
また、高周波誘導加熱によれば、従来のように燃焼ガスを使用せずに短時間で予熱を完了できるので、耐火物中のＦＣの消失が少なく、スラグによる溶損速度を低減できる。
したがって、浸漬ノズルの耐用性を向上させることができる。
【００１７】
（２）本発明に係る浸漬ノズルは、上記（１）に記載の浸漬ノズルの他に、以下の構成としても成立するものである。すなわち、本発明に係る浸漬ノズルは、溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズルであって、少なくとも外周部のスラグと接触する部分が、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）２０質量％以下と、ＺｒＯ２の安定化材を含む残部１０質量％以下とを含んで構成された耐火物にて形成されており、高周波誘導加熱によって予熱されることを特徴とする。
【００１８】
このような発明によれば、上記（１）の本発明と同様の効果を奏することができる。これに加えて、安定化材の添加によりＺｒＯ２を安定した状態で耐火物組織内に固定でき、スラグ中にＺｒＯ２結晶粒が脱落することを防ぐことができる。これにより、スラグと接触する部分がスラグにより溶損してしまうことを抑制できる。したがって、浸漬ノズルの耐用性をさらに向上させることができる。
【００１９】
（３）本発明に係る浸漬ノズルは、上記（２）に記載の浸漬ノズルにおいて、安定化材は、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＹ２Ｏ３のうち少なくともいずれか１種を含むことが好ましい。
ここで、ＺｒＯ２の配合量が７０質量％よりも低い場合、ＦＣおよび残部の配合量を合計したものが３０質量％よりも高い場合は、モールドパウダーに対する十分な耐食性が得られない。
【００２０】
（４）本発明は、方法の発明としても成立するものである。
すなわち、本発明に係る連続鋳造方法は、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の浸漬ノズルを、高周波誘導加熱により予熱する予熱工程と、前記予熱工程にて予熱された前記浸漬ノズルを介してタンディッシュからモールドに溶融金属を注入する鋳造工程と、を備えることを特徴とする。
このような発明によれば、上記（１）〜（３）のいずれかに記載の効果を奏することができる。したがって、浸漬ノズルの耐用性を向上させることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、耐火物中にＦＣが存在することにより、高周波誘導加熱にて当該ＦＣを選択的に加熱でき、浸漬ノズルを均一に予熱できる。このため、予熱後、鋳造開始時において浸漬ノズルに割れ等の不具合が発生することを防止でき、鋳造工程時におけるスラグと接触する部分のスラグによる溶損を抑制できる。したがって、浸漬ノズルの耐用性を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔連続鋳造機の概略構成〕
図１に本実施形態における連続鋳造機の概略構成を示す。図１において、１は連続鋳造機であって、この連続鋳造機１は、溶鋼を連続的に冷却凝固させて、所定形状の鋼塊を形成するものである。このような連続鋳造機１は、取鍋２と、ロングノズル３と、タンディッシュ４と、複数の浸漬ノズル５と、複数のモールド６とを備えている。なお、図１では、浸漬ノズル５およびモールド６をそれぞれ１つだけ図示している。
【００２３】
取鍋２は、連続鋳造において最初に溶鋼が導入される耐熱容器であり、底面部には注入口２１が設けられている。
ロングノズル３は、取鍋２の注入口２１に取り付けられて、取鍋２内部に貯留された溶鋼をノズル下端開口部３１よりタンディッシュ４内に吐出するように構成されている。
タンディッシュ４は、ロングノズル３の下方に配設されて、取鍋２からロングノズル３を介して注入された溶鋼を貯留する耐熱容器である。このタンディッシュ４は、底面部には各モールド６に対応した複数の注入口４１が形成されており、この注入口４１の内部には注入口４１より流出する溶鋼の流量を調整する流量調整機（図示しない）が設けられている。このようなタンディッシュ４により、取鍋２からの溶鋼が整流化され、当該溶鋼が各モールド６に所定量ずつ分配されるようになっている。
【００２４】
浸漬ノズル５は、具体的には後述するが、タンディッシュ４における注入口４１の下部に取り付けられており、このノズルを介してタンディッシュ４内の溶鋼がモールド６に注入される。
モールド６は、浸漬ノズル５の下方に設けられた水冷式の鋳型である。モールド６内は所定の断面形状を有しており、このモールド６内に浸漬ノズル５を介してタンディッシュ４からの溶鋼が連続的に注入される。このようなモールド６により、モールド６内の溶鋼は冷却されて、モールド６内の内周面側から凝固シェルが形成・成長して、凝固した鋼が形成されるようになっている。
【００２５】
また、図示省略したが、モールド６の下方には、モールド６内にて形成された鋼を、モールド６内の下方開口部から下方に連続的に引き抜くローラーエプロンおよび引抜ロールが設けられている。さらに、引抜ロールの下流側には、引抜ロールにて引き抜かれて、モールド６内から連続して延びた状態の鋼を、所定の長さ寸法に切断する切断機（図示省略）が設けられている。この切断機にて鋼が切断されることにより、例えば板状や棒状など所定形状の鋼塊が形成されるようになっている。
【００２６】
〔浸漬ノズルの構成〕
次に、浸漬ノズル５の構成について、図２，３に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る浸漬ノズルを示す側断面図である。図３は、浸漬ノズルのパウダーライン部に使用する耐火物のＺｒＯ２とＦＣの配合量を示した図である。
図２において、浸漬ノズル５は、ノズル本体５１と、注入口４１の下部に取り付けられてノズル本体５１の上端部を保持するホルダー５２とを備えている。このような浸漬ノズル５は、後述する予熱工程において高周波誘導加熱により予熱されてから使用される。
【００２７】
ノズル本体５１は、略円筒状に形成されて、その下端を閉塞する底面部５１１が設けられている。このノズル本体５１における側面部の底面部５１１近傍には、一対の吐出口５１２が、互いに対向する状態で設けられている。このようなノズル本体５１により、ノズル本体５１の上端開口より流入した溶鋼が、一対の吐出口５１２を介してモールド６内へと吐出されるようになっている。
【００２８】
また、ノズル本体５１は、その下端側がモールド６内の溶鋼に浸漬された状態で使用される。ここで、図２中二点鎖線はスラグラインＳを示す。ノズル本体５１が当該溶鋼中に浸漬された状態では、ノズル本体５１の外周面におけるスラグラインＳよりも下側にてモールドパウダーに接触（パウダー厚みは１０ｍｍ程度）し、さらにモールドパウダーよりも下側が溶鋼中に浸漬している。予熱不良の場合、パウダーラインＳよりも上側にて割れが発生する場合がある。
【００２９】
このようなノズル本体５１は、外周面部のうち吐出口５１２よりも上側のパウダーライン部５１３と、それ以外の部位とが、それぞれ異なる耐火物で形成された２層構造となっている。
パウダーライン部５１３を形成する耐火物は、図３中領域Ａおよび領域Ｂに示すように、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）３０質量％以下とを含んで構成されている。また、パウダーライン部５１３を形成する耐火物は、図３中領域Ａで示すように、ＺｒＯ２７０質量％以上と、黒鉛を含むＦＣ２０質量％以下と、ＺｒＯ２を安定化させる安定化材を含む残部１０質量％以下とを含んで構成されていてもよい。
ＺｒＯ２含有量の上限値は特に規定するものではなく、１００質量％未満であれば良く、またＦＣ（フリーカーボン）含有量の下限値も特に規定するものではなく、０質量％超であれば良い。さらに、安定化材を含む残部の下限値も特に規定するものではなく、０質量％超であれば良い。
【００３０】
ノズル本体５１におけるパウダーライン部５１３以外の部位は、例えばＡｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣやＡｌ２Ｏ３−Ｃ等の耐火物にて形成されている。なお、パウダーライン部５１３以外の部位に使用する耐火物はこれに限定されず、ノズル本体５１内部を流通する溶鋼に対して優れた耐火性および低い溶融濡れ性が得られる材料であれば、いずれをも採用できる。
【００３１】
〔予熱装置の構成〕
次に、上記した構成の浸漬ノズル５を予熱する予熱装置について、図４に基づいて説明する。図４は、浸漬ノズルが装着された状態の予熱装置を示す側断面図である。
図４において、７は予熱装置であって、この予熱装置７は浸漬ノズル５を高周波誘導加熱により予熱する。このような予熱装置７は、耐熱容器７１と、外コイル７２と、内コイル７３と、図示しない誘導電流印加装置とを備えて構成されている。
【００３２】
外コイル７２は、耐熱容器７１の内部に収用された誘導加熱コイルであって、コイル内周側にノズル本体５１の下端部から中間部上方までを収容可能に構成されている。
内コイル７３は、外コイル７２と同様の誘導加熱コイルであって、ノズル本体５１の上部開口より内部に挿入可能に構成されている。
誘導電流印加装置は、外コイル７２および内コイル７３のそれぞれに高周波の誘導電流を印加する装置である。
【００３３】
〔連続鋳造方法〕
本実施形態に係る連続鋳造方法について、上記のような構成の連続鋳造機１および予熱装置７を使用した例で説明する。
本実施形態の連続鋳造方法は、予熱工程と、鋳造工程と、引抜工程と、鋼塊形成工程とを備えて構成されている。
【００３４】
予熱工程では、図４に示す予熱装置７を用いて、浸漬ノズル５を高周波誘導により予熱する。具体的には、まず、タンディッシュ４から外された状態の浸漬ノズル５に対して予熱装置７をセットする。このセットされた状態では、ノズル本体５１は、外コイル７２内に収容され、ノズル本体５１の上部開口より内部に内コイル７３が挿入された状態となっている。そして、誘導電流印加装置により、外コイル７２および内コイル７３に誘導電流を印加する。これにより、ノズル本体５１に含まれるＦＣ近傍に高密度のうず電流が発生して大きなジュール熱が発生し、ノズル本体５１全体が均一に加熱される。
【００３５】
この高周波誘導加熱により、例えば０．５〜２時間程度の加熱時間で、ノズル本体５１の温度は１０００℃以上に達する。また、例えばノズル本体５１を１１００℃以上に加熱する場合、従来の如くバーナー１００（図５参照）で加熱する場合には各部間で最大５００℃〜６００℃の温度差が生じるが、高周波誘導加熱によれば各部間で最大３００℃程度の温度差しか生じない。
そして、高周波誘導加熱によれば、従来のように燃焼ガスを使用せずに短時間で予熱が完了するので、パウダーライン部５１３中のＣが消失し難く、当該耐火物中における気孔の拡大が防止される。
【００３６】
鋳造工程では、図１に示した連続鋳造機１を用いて溶鋼の鋳造を行う。まず、予熱工程にて予熱された浸漬ノズル５をタンディッシュ４の注入口４１に取り付けた後、取鍋２の内部に溶鋼を導入する。この溶鋼は、ロングノズル３を介して取鍋２からタンディッシュ４内部へと流動し、タンディッシュ４の内部にて整流化される。この後、整流化された溶鋼を、流量調整機（図示）にて流出量を調整しながら、浸漬ノズル５を介してモールド６内に注入し、モールド６において一定の湯面レベルを維持する。
【００３７】
この鋳造工程において、溶鋼の注入を開始する際、予熱工程にてノズル本体５１を均一に予熱してあるので、浸漬ノズル５が溶鋼により受ける熱衝撃が緩和されて、割れ等の不具合の発生を防止できる。そして、パウダーライン部５１３は、ＺｒＯ２およびＦＣ等を上記範囲で含有した耐火物にて形成されているので、モールドパウダーに対する高い耐食性を有しており、モールドパウダーによる溶損を抑制できる。また、予熱工程での予熱によりパウダーライン部５１３中の気孔が拡大されていないので、当該気孔内部にモールドパウダーが侵食して耐火物中の結晶粒がモールドパウダー中に脱落することを防止できる。したがって、浸漬ノズル５の耐用性を向上できる。
【００３８】
引抜工程では、モールド６内において冷却・固化された鋼を、図示しないローラーエプロンおよび引抜ロールにより下方に連続的に引き出す。
鋼塊形成工程では、当該引抜ロールにて引き抜かれた鋼を切断機により所定の長さ寸法で切断して、所定形状の鋳片を連続的に形成する。
【００３９】
なお、予熱工程では、浸漬ノズル５の他にも、ロングノズル３およびタンディッシュ４をも予熱する。また、予熱工程において浸漬ノズル５をタンディッシュ４に組み付けない状態で予熱するとしたが、浸漬ノズル５をタンディッシュ４に組み付けた状態で予熱を施してもよい。
【実施例】
【００４０】
上述した本実施形態の効果を確認するための実施例について説明する。
〔実験試料〕
・浸漬ノズル：図２に示す上記実施形態の浸漬ノズル５と同様のものを複数準備した。
・ノズル寸法：ノズル本体５１の最大外径寸法はφ１４０ｍｍ、内径寸法はφ８０ｍｍ、長さ寸法は７００ｍｍとした。
・耐火物組成：各パウダーライン部５１３を形成する耐火物の組成は、以下の表１に示すものを含め、図３中各プロットに示した組成のものも含まれている。
・形成法：耐火骨材、鱗状黒鉛をバインダーと共に混練した後、ノズル形状のゴム型に混練物（はい土）を流し込む。異材質を流し込む場合には、ゴム型に仕切りを入れて混入しないように流し込む。その後、湿式のＣＩＰ成形法にて高圧（５０〜１００ＭＰａ）の水圧をかけて固める。枠から成形品を取り出した後は、還元雰囲気で１０００℃以上の高温で焼成を行う。冷却後は、必要な寸法に加工し、酸化防止材を塗布した後、実機での使用となる。
【００４１】
【表１】
【００４２】
〔高周波誘導加熱による予熱〕
・予熱対象：実施例１〜６
・予熱装置：図４に示す予熱装置７と同様である。外コイル７２には径寸法φ２００ｍｍ、長さ寸法５００ｍｍのものを使用し、内コイル７３には径寸法φ７０ｍｍ、長さ寸法３００ｍｍのものを使用した。
・誘導電流：外コイル７２には周波数３０ｋＨｚ、電流２００Ａ、電力量１５ｋＷの誘導電流を印加した。内コイル７３には、周波数３７ｋＨｚ、電流２００Ａ、電力量１２ｋＷの誘導電流を印加した。
・予熱時間：４０分
【００４３】
〔バーナー加熱による予熱〕
・予熱対象：比較例１，２
・予熱装置：図５に示すバーナー１００を用いて予熱した。図５において、浸漬ノズル５を耐熱容器１０１中に収容した状態で、浸漬ノズル５の上端開口部より内部にバーナー１００を挿入して燃焼ガスを吹き付けている。
・燃焼ガス：ＣＯＧ（Coke-oven Gas：コークス炉ガス）
・空気比：１．２
・予熱時間：９０分
【００４４】
〔鋳造実験〕
・実験対象：実施例１〜６および比較例１，２
・連続鋳造機：図１に示す上記実施形態の連続鋳造機１と同様のものを使用した（８チャージ）。
・鋳造方法：上記実施形態における鋳造工程と同様である。具体的には、各浸漬ノズル５を単体で予熱した後、それぞれタンディッシュ４に取り付けて、予熱終了の時点から５分後に鋳造を開始した。
・鋼種：低炭素鋼（炭素濃度０．０６質量％）
・モールドパウダーの塩基度：１．０
・操業時間：合計３６０分
【００４５】
〔実験結果〕
実施例１〜６、比較例１，２の浸漬ノズル５について、上記鋳造実験の結果（溶損速度指数、トラブル発生指数）を表１に併せて示す。
・溶損速度指数：比較例１についての溶損速度（鋳造によってパウダーライン部５１３が溶損した量を操業時間で除算したもの）を１００とした場合における、実施例１〜６および比較例２についての当該溶損速度を指数化したものである。
・トラブル発生指数：比較例１についてのトラブル発生率（鋳造した回数と、折損や割れなどの不具合が発生した回数との比）を１００とした場合における、実施例１についてのトラブル発生率を指数化したものである。
【００４６】
〔知見１：高周波誘導加熱の効果について〕
表１に示すように、実施例１と比較例１とはパウダーライン部５１３の組成が同一であり（ＺｒＯ２：ＦＣ：ＣａＯ＝７５：２０：５）、実施例２と比較例２とはパウダーライン部５１３の組成が同一である（ＺｒＯ２：ＦＣ：ＣａＯ＝８２：１３：５）。また、実施例１，２は予熱方法が高周波誘導加熱（ＩＨ）であり、比較例１，２はバーナーによる加熱であるという点で異なっている。
【００４７】
表１の結果において、溶損速度指数を比較すると、実施例１は比較例１に対して１０％低い値となっており、また、実施例２は比較例に対して約９．５％低い値となっている。これは、高周波誘導加熱により予熱した場合、バーナーで予熱した場合と異なって燃焼ガスを使用せずに短時間で予熱が終了するので、パウダーライン部５１３におけるＣの消失が防止されためと考えられる。
また、表１の結果において、トラブル発生指数を比較すると、実施例１は比較例１に対して８５％低い値となっている。これは、高周波誘導加熱により予熱した場合、バーナーにより予熱した場合よりも、ノズル本体５１の各部が均一に予熱されたためと考えられる。
【００４８】
以上より、高周波誘導加熱にて浸漬ノズル５を予熱することで、モールドパウダーに溶損し難くなり、かつ、鋳造開始時における割れなどの不具合の発生頻度を著しく低減できることが分かった。つまり、浸漬ノズル５の耐用性を向上できることが分かった。
【００４９】
〔知見２：ＺｒＯ２とＦＣとの配合割合について〕
表１に示すように、実施例１〜３，６とを比較すると、いずれもパウダーライン部５１３にＣａＯが５質量％程含まれており、ＺｒＯ２の配合量は、７５質量％（実施例１）、８２質量％（実施例２）、８８質量％（実施例３）、７０質量％（実施例６）であり、実施例３が最も高く、実施例６が最も低くなっている。この分、ＦＣの配合量は、２０質量％（実施例１）、１３質量％（実施例２）、８質量％（実施例３）、２６質量％（実施例６）であり、実施例３が最も低く、実施例６が最も高くなっている。
【００５０】
そして、表１の結果において、溶損速度指数を比較すると、実施例１は実施例６に対して約５％低く、実施例２は実施例６に対して約９％低く、実施例３は実施例６に対して約１３％低い値となっている。これは、耐食性に優れたＺｒＯ２の配合割合が増大したため、パウダーライン部５１３のモールドパウダーに対する耐食性が向上したことによるものと考えられる。
これら実施例１〜３，６においては、溶鋼の注入開始時において殆ど割れ等が発生しておらず、いずれも良好な耐熱衝撃性を示していた。これは、耐熱衝撃性に優れたＦＣの配合量が十分であったことと、高周波誘導加熱によりノズル本体５１が均一に加熱されたためによるものと考えられる。
なお、表１には示さなかったが、ＺｒＯ２の配合量が７０質量％よりも低い場合や、ＦＣの配合量が３０質量％よりも高い場合は、ＺｒＯ２の配合量が十分でなく、モールドパウダーに対する十分な耐食性が得られなかった。
【００５１】
以上より、ＺｒＯ２の配合量を７０質量％以上とすることで、モールドパウダーに対する十分な耐食性が得られ、さらに、ＺｒＯ２の配合量を８０質量％以上とすることで、当該耐食性をより向上できることが分かった。
また、ＦＣの配合量を３０質量％以下とすることで、パウダーライン部５１３の高度な耐熱衝撃性が得られることが分かった。さらに、ＦＣの配合量を２０質量％以下としても、パウダーライン部５１３の良好な耐熱衝撃性を維持できることが分かった。
【００５２】
〔知見３：安定化材の添加による効果について〕
表１に示すように、実施例３，４と実施例５とを比較すると、いずれもパウダーライン部５１３に含まれるＺｒＯ２の量が、８８質量％（実施例３）、８６質量％（実施例４）、８５質量％（実施例５）と同程度となっている。また、実施例３，４にはそれぞれ安定化材としてＣａＯ、ＭｇＯが４％含まれており、実施例５には安定化材が添加されていない。
【００５３】
そして、表１の結果において、溶損速度指数を比較すると、実施例３は実施例５に対して約５％低い値となっており、さらに、実施例４は実施例５に対して約７％低い値となっている。これは、安定化材の添加により耐火物組織内からＺｒＯ２結晶粒が脱落し難くなったためと考えられる。
また、安定化材を含んだ残部が１０質量％よりも多い場合でも、その効果は発揮されるものの、相対的にＺｒＯ２の配合割合が少なく、モールドパウダーに対する十分な耐食性が得られ難くなるため、１０質量％以下とすることが好ましい。
なお、表１には示さなかったが、安定化材としてＹ２Ｏ３を添加した場合も同様の結果が得られた。
以上より、安定化材を１０質量％以下添加することにより、パウダーライン部５１３の溶損速度を低減できることが分かった。
【００５４】
なお、本発明は上述の実施例に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。例えば、パウダーライン部５１３の組成は、実施例１〜６の組成に限定されず、図３の領域Ａ，Ｂ内に収まる組成であれば、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態における連続鋳造機の概略構成を示す。
【図２】前記実施形態に係る浸漬ノズルを示す側断面図である。
【図３】前記実施形態における浸漬ノズルのパウダーライン部に使用する耐火物のＺｒＯ２とＦＣの配合量を示した図である。
【図４】前記実施形態における浸漬ノズルが装着された状態の予熱装置を示す側断面図である。
【図５】従来のバーナーを用いた加熱法により浸漬ノズルを予熱している状態を示す側断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１ …連続鋳造機
２ …取鍋
２１ …注入口
３ …ロングノズル
３１ …ノズル下端開口部
４ …タンディッシュ
４１ …注入口
５ …浸漬ノズル
５１ …ノズル本体
５１１…底面部
５１２…吐出口
５１３…パウダーライン部
５２ …ホルダー
６ …モールド
７ …予熱装置
７１ …耐熱容器
７２ …外コイル
７３ …内コイル
１００…バーナー
１０１…耐熱容器
Ａ，Ｂ…領域
Ｓ …スラグライン
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズルであって、
少なくとも外周部のスラグと接触する部分が、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）３０質量％以下とを含んで構成された耐火物にて形成されており、
高周波誘導加熱によって予熱される
ことを特徴とする浸漬ノズル。
【請求項２】
溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズルであって、
少なくとも外周部のスラグと接触する部分が、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）２０質量％以下と、ＺｒＯ２の安定化材を含む残部１０質量％以下とを含んで構成された耐火物にて形成されており、
高周波誘導加熱によって予熱される
ことを特徴とする浸漬ノズル。
【請求項３】
請求項２に記載の浸漬ノズルにおいて、
前記安定化材は、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＹ２Ｏ３のうち少なくともいずれか１種を含む
ことを特徴とする浸漬ノズル。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の浸漬ノズルを、高周波誘導加熱により予熱する予熱工程と、
前記予熱工程にて予熱された前記浸漬ノズルを介してタンディッシュからモールドに溶融金属を注入する鋳造工程と、を備える
ことを特徴とする連続鋳造方法。
【請求項１】
溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズルであって、
少なくとも外周部のスラグと接触する部分が、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）３０質量％以下とを含んで構成された耐火物にて形成されており、
高周波誘導加熱によって予熱される
ことを特徴とする浸漬ノズル。
【請求項２】
溶融金属の連続鋳造方法に使用される浸漬ノズルであって、
少なくとも外周部のスラグと接触する部分が、ＺｒＯ２７０質量％以上と、ＦＣ（フリーカーボン）２０質量％以下と、ＺｒＯ２の安定化材を含む残部１０質量％以下とを含んで構成された耐火物にて形成されており、
高周波誘導加熱によって予熱される
ことを特徴とする浸漬ノズル。
【請求項３】
請求項２に記載の浸漬ノズルにおいて、
前記安定化材は、ＣａＯ、ＭｇＯおよびＹ２Ｏ３のうち少なくともいずれか１種を含む
ことを特徴とする浸漬ノズル。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の浸漬ノズルを、高周波誘導加熱により予熱する予熱工程と、
前記予熱工程にて予熱された前記浸漬ノズルを介してタンディッシュからモールドに溶融金属を注入する鋳造工程と、を備える
ことを特徴とする連続鋳造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−３２６１１０（Ｐ２００７−３２６１１０Ａ）
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−１５７１５５（Ｐ２００６−１５７１５５）
【出願日】平成１８年６月６日（２００６．６．６）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年１２月２０日（２００７．１２．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年６月６日（２００６．６．６）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
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