浸漬噴嘴及連續鑄造方法

2023-06-25 20:58:56 2

專利名稱：浸漬噴嘴及連續鑄造方法
技術領域：
本發明涉及熔融金屬的連續鑄造方法中使用的浸漬噴嘴、及包括預熱該浸漬噴嘴 的預熱工序的連續鑄造方法。
背景技術：
以往，已知有通過使熔融金屬連續地冷卻凝固來形成預定形狀的鑄坯的連續鑄造 方法，在該連續鑄造方法中，實施經由浸漬噴嘴而從中間包(timdish)將熔融金屬注入到 鑄型(水冷鑄型)內的鑄造工序。浸漬噴嘴被安裝在中間包的底部，以由噴嘴下端的排出口向鑄型內排出中間包內 的熔融金屬的方式構成。該浸漬噴嘴以使下端側浸漬在鑄型內的熔融金屬中的狀態使用， 由此防止注入熔融金屬的飛濺，同時通過防止注入熔融金屬與大氣的接觸來抑制氧化。另 外，浸漬噴嘴能以整流化的狀態注入，因此可防止漂浮在熔融金屬上的熔渣或非金屬夾雜 物等雜質捲入到熔融金屬中。結果，能夠改善鑄坯品質，並且能夠確保操作的安全性。這樣的浸漬噴嘴一般由Al2O3-SiO2-C (碳)耐火材料或Al2O3-C耐火材料形成。由 這些含有Al2O3-C的耐火材料製成的浸漬噴嘴由於Al2O3的耐火性及相對於熔融金屬的耐蝕 性優良，C相對於夾雜物(熔渣成分)難潤溼，而且具有低膨脹率及高熱傳導性，因此，目前 在熔融金屬的連續鑄造中應用最為廣泛。通常，浸漬噴嘴由於其內外層所暴露的環境不同，因而在內外層使用不同材質的 耐火材料，並且為了保護氧熔劑線(powder line)部不受漂浮在鑄型液面上的熔渣的侵害， 作為氧熔劑線部也使用不同材質的耐火材料。但是，由含有Al2O3-C的耐火材料製成的浸漬噴嘴具有在熔融金屬流通的噴嘴內 周部上容易附著析出物的性質。析出物的附著特別是在非浸漬部的噴嘴內周部的溫度梯度 大的部分及排出口附近的熔融金屬流速低下的部分較多，有時因附著物使得鑄造作業變得 困難。另外，鑄造中需要進行除去附著物的作業，這裡除去的附著物進入到鑄坯中而成為大 型夾雜物，其可能導致鑄坯品質的惡化。附著的析出物的主成分為αΑ1203，可以認為作為 脫氧生成物，包含在熔融金屬中的Al2O3析出並沉積在噴嘴內周部。特別是在鋁鎮靜鋼的連 續鑄造中，可明顯地觀察到析出物在噴嘴內周部的附著。對於該問題，以往例如在日本特開平2005-60128號公報中公開了用含有CaO 20 質量％以上、石墨30質量％以下、構成粒子的最大粒徑為0. 5mm以下的CaO-MgO-石墨的 耐火材料形成噴嘴內周部。但是，在該含有CaO-MgO-石墨的耐火材料中，當熔融金屬中所 含有的Al2O3析出而欲沉積在噴嘴內周部上時，該耐火材料中的CaO與沉積的Al2O3發生反 應而形成低熔點物質。由此，Al2O3不在噴嘴內周部沉積而依次被熔融金屬衝走，從而能夠 防止析出物在噴嘴內周部的附著。另外，對於上述問題，例如在日本特開平11-320047號公報中公開了用尖晶石 (MgO^Al2O3) :50 95質量％、方鎂石(MgO) :0 20質量％、石墨5 30質量％、不可避 免的雜質3質量％以下的尖晶石_方鎂石_石墨系的耐火材料形成噴嘴內周部。但是，在該尖晶石_方鎂石_石墨系的耐火材料中，因熔融金屬流動而使耐火材料暴露在高溫環境 下，所以耐火材料中的Mg成分與0成分或CO成分反應而在耐火材料表面生成緻密的MgO 層。該MgO層由於具有氣孔率大致接近零的非常緻密的組織，因此，熔融金屬中的Al2O3夾 雜物很少附著在MgO層上。由此，可防止析出物在噴嘴內周部的附著。可是，在上述鑄造工序中，在浸漬噴嘴的溫度較低的情況下，在開始注入熔融金屬 時，有時發生浸漬噴嘴出現裂紋或堵塞等不良情況。因此，可以考慮通過事先預熱浸漬噴 嘴，以減少開始注入熔融金屬時在浸漬噴嘴上形成的溫度差，從而防止上述不良情況的發 生。作為這樣的預熱法，例如可以考慮如圖4所示那樣藉助於燃燒器100而噴射燃燒 氣體。另外，還提出了用電熱器圍住浸漬噴嘴的外周，通過傳熱及輻射而進行加熱的方 法(例如參照日本特開平10-118746號公報)。但是，上述日本特開平2005-60128號公報中記載的含有CaO-MgO-石墨的耐火材 料、和日本特開平11-320047號公報中記載的尖晶石-方鎂石-石墨系的耐火材料都是高 熱膨脹材料。因此，在將使用這些耐火材料的浸漬噴嘴預熱後，在實施鑄造工序時，存在以 下(A)、⑶之類的問題。(A)在採用圖4所示的燃燒器100進行預熱時，從噴嘴的上端插入燃燒器100，向 內部噴射燃燒氣體，由下端側的排出孔排氣。因此，難以對噴嘴整體均勻地進行加熱，從而 發生起因於該溫度差帶來的熱應力及材質間的熱膨脹差的裂紋。另外，在利用燃燒器進行預熱時，預熱所需的時間長，而且在由燃燒氣體產生的氧 化性氣氛下，耐火材料中的C成分在氧化的作用下、成為CO氣體或CO2氣體而消失。因此， 所存在的問題是在耐火材料中形成大徑的氣孔，從而在鑄造工序中熔融金屬在該氣孔內 容易侵蝕，以致容易產生熔損。(B)在採用日本特開平11-320047號公報中記載的電熱器進行預熱時，儘管能夠 防止C成分的消失，但是由於通過傳熱及輻射對噴嘴進行加熱，所以儘管局部達到1400°C， 但仍難以對整體均勻地進行加熱。

發明內容
本發明的目的在於，提供能夠提高耐用性的浸漬噴嘴、及包含預熱該浸漬噴嘴的 預熱工序的連續鑄造方法。本發明是基於為了均勻加熱浸漬噴嘴而最好採用高頻感應加熱的見解而提出的， 作為本發明的要旨的構成如下。(1)本發明涉及一種浸漬噴嘴，其在熔融金屬的連續鑄造方法中使用，該浸漬噴嘴 的特徵在於由含有氧化鎂、尖晶石、白雲石熔塊、氧化鎂與尖晶石的混合物、氧化鎂與白雲 石熔塊的混合物之中的任一種、及游離碳而構成的耐火材料所形成，通過高頻感應加熱進 行預熱。本發明的浸漬噴嘴優選設定為用上述耐火材料只形成噴嘴內周部的結構、以及 用上述耐火材料形成噴嘴全部的結構等用上述耐火材料至少形成噴嘴內周部的結構。另 外，預熱結束時的溫度最低優選為iioo°c以上。
關於氧化鎂、尖晶石及白雲石熔塊，通常採用能夠添加的石熔塊狀作為原料。如果為氧化鎂，則是指含有作為主成分的90質量％以上的MgO和10質量％以下 的不可避免的雜質，更優選的是指含有95質量％以上的MgO和5質量％以下的不可避免的 雜質。作為尖晶石，則是指含有90質量％以上的Al2O3 · MgO和10質量％以下的不可避 免的雜質，更優選的是指含有95質量％以上的Al2O3 -MgO和5質量％以下的不可避免的雜質。作為白雲石熔塊，是指以高溫燒結天然白雲石而成的MgO及CaO的燒結體為主成 分的白雲石熔塊。作為游離碳，例如通常除了鱗片狀石墨、電極屑、無煙煤、土狀石墨等添加石墨以 外，還包含燒結粘合劑時殘留的碳成分。這樣的浸漬噴嘴例如採用如下的方法來形成用CIP法等將混煉各種無機物、鱗 片狀石墨和作為粘合劑的酚醛樹脂等所得到的混合物成形成預定的形狀，然後對其進行還
原燒結。此外，尖晶石和白雲石熔塊的組合因尖晶石中的Al2O3與白雲石熔塊中的CaO而形 成低熔點物質，因而是不合適的。根據該發明，由於在耐火材料中存在游離碳，因而能夠用高頻感應加熱有選擇性 地對上述游離碳進行加熱，與採用圖4及日本特開平10-118746號公報所示的以往的加熱 法進行預熱的情況相比，能夠均勻地對浸漬噴嘴進行預熱。因此，在鑄造工序中開始熔融金 屬的注入時，能夠緩和因熔融金屬而使浸漬噴嘴所受到的熱衝擊，從而能夠防止發生裂紋 等不良情況。另外，通過高頻感應加熱，可以不像以往那樣使用燃燒氣體而在短時間內結束預 熱，因此耐火材料中的游離碳的損失少，從而能夠降低熔融金屬對噴嘴內周部的熔損速度。而且，由於氧化鎂、尖晶石及白雲石熔塊分別含有MgO成分，因此在鑄造工序中能 夠在噴嘴內周面生成緻密的MgO層，從而能夠防止Al2O3夾雜物附著在噴嘴內周部上。另外，在使用白雲石熔塊形成噴嘴時，由於通過白雲石熔塊中的CaO和熔融金屬 中含有的Al2O3而形成低熔點物質，因而能夠防止Al2O3夾雜物附著在噴嘴內周部上。進而 在此情況下，在耐火材料中形成前述的低熔點化合物後，殘存於耐火材料中的MgO粒子相 互間合併且粗大化，形成熔點比較高的反應生成物，從而能夠抑制噴嘴內周部的熔損。再者，在使用氧化鎂和尖晶石、或氧化鎂和白雲石熔塊的混合物時，通過調整氧化 鎂的分量便能夠任意地控制熔損速度。因此，能夠提高浸漬噴嘴的耐用性。(2)本發明的浸漬噴嘴是根據上述(1)所述的浸漬噴嘴，其特徵在於是由內層及 外層構成的2層結構，所述內層形成使熔融金屬得以流通的噴嘴內周部，所述外層以覆蓋 內層外側的狀態而層疊形成，內層由含有氧化鎂、尖晶石、白雲石熔塊、氧化鎂與尖晶石的 混合物、氧化鎂與白雲石熔塊的混合物之中的任一種、及游離碳而構成的耐火材料所形成， 外層是組成及配比中的任一項與內層不同的耐火材料，由含有氧化鋁、莫來石、矽石、氧化 鋯、CaO-ZrO2熔塊、尖晶石、氧化鎂、氧化鋯-莫來石、碳化矽中的1 3種、及游離碳而構 成的耐火材料所形成，或者由含有白雲石熔塊、氧化鋯、CaO-ZrO2熔塊、氧化鎂中的1種或2 種、及游離碳而構成的耐火材料所形成。
這些原料都是天然地採取的原料、或是合成的原料。如果為氧化鋁，則以Al2O3為 主成分。莫來石以3Al203 *2Si02為主成分。矽石以SiO2為主成分。氧化鋯以&02為主成 分。CaO-ZrO2熔塊以CaO和&02的燒結體為主成分。氧化鋯-莫來石以32 42質量％、A1203 40 50質量％、及SiO2 13 23 質量％為主成分。碳化矽以SiC為主成分。此外，關於氧化鎂、尖晶石及白雲石熔塊如前所 述。這些原料都含有90質量％以上的主成分和10質量％以下的不可避免的雜質，更 優選的是含有95質量％以上的主成分和5質量％以下的不可避免的雜質。根據該發明，在構成內層及外層的耐火材料中都存在游離碳，因此能夠用高頻感 應加熱有選擇性地對游離碳進行加熱，能夠均勻地對浸漬噴嘴進行預熱。因此，能夠防止在 鑄造工序中開始熔融金屬的注入時發生裂紋等不良情況。另外，作為外層，使用組成與內層不同的耐火材料，或者使用與內層使用原料相同 但配比不同的耐火材料，因此能夠賦予內層及外層各自不同的功能。也就是說，由於內層的功能，能夠與上述(1)所述的浸漬噴嘴同樣，防止熔融金屬 中的Al2O3夾雜物附著在噴嘴內周部上，並且能夠抑制熔融金屬造成的該內層的熔損。而且，例如，在構成外層的耐火材料中含有氧化鎂、或尖晶石、白雲石熔塊時，由於 內層及外層的熱膨脹係數大致相等，因而能夠防止起因於該熱膨脹差的應力裂紋。另外，例如，在構成外層的耐火材料中含有氧化鋯時，能夠提高對於漂浮在鑄型內 的熔融金屬液面上的熔渣的耐蝕性，從而能夠抑制熔渣造成的外層熔損。再者，例如，在構成外層的耐火材料中使用氧化鋁、矽石、莫來石、CaO-ZrO2熔塊、 碳化矽、氧化鋯_莫來石作為外層的情況下，作為噴嘴的結構體，與氧化鎂相比可提高耐熱 衝擊性。(3)本發明的浸漬噴嘴是根據上述(1)或(2)所述的浸漬噴嘴，其特徵在於至少 使熔融金屬得以流通的噴嘴內周面被含有矽石的防氧化材料所覆蓋。—般地說，以防止熔融金屬造成的噴嘴內周面的氧化為目的而設置防氧化材料。 這樣的防氧化材料例如優選由60 100質量％的矽石粉體構成。在矽石粉體低於100質 量％時，作為剩餘部分，通過用粘合劑混煉Al2O3的粉體而形成漿料狀，將其塗布在噴嘴內 周面上並進行燒結來形成。此外，該防氧化材料也可以在包括噴嘴內周面地覆蓋噴嘴的全 部露出面的狀態下進行設置。而且，以往，在採用圖4所示的燃燒器100對用這樣的防氧化材料覆蓋內周面的浸 漬噴嘴進行預熱時，將產生熔融金屬嚴重熔損噴嘴內周部的問題。也就是說，在採用燃燒器 100的加熱法中，預熱時間長，並且來自燃燒器的熱經由防氧化材料傳熱到噴嘴內周部側， 因此與噴嘴內周部相比，防氧化材料將達到高溫。因此，防氧化材料中的SiO2擴散到噴嘴 內周部中，從而在噴嘴內周部中形成低熔點物質。由此，熔融金屬嚴重熔損噴嘴內周部。關於這一點，根據本發明，由於通過高頻感應加熱有選擇性地對耐火材料中的遊 離碳進行加熱，因此即使不經由防氧化材料也能對耐火材料本身進行加熱，並且預熱也在 短時間內完成。因此，防氧化材料中的SiO2不會擴散到噴嘴內周部，能夠防止在內部流通 的熔融金屬熔損噴嘴內周部。因此，能夠確保防氧化材料的功能，並且還能夠防止噴嘴內周
6部的熔損，因而能夠進一步提高浸漬噴嘴的耐用性。(4)本發明涉及一種連續鑄造方法，其特徵在於，具備預熱工序，利用高頻感應 加熱對上述(1) (3)中任一項所述的浸漬噴嘴進行預熱；以及鑄造工序，經由在所述預熱 工序中被預熱的所述浸漬噴嘴，從中間包將熔融金屬注入鑄型。根據這樣的發明，能夠獲得上述(1) (3)中任一項所述的效果。因此，能夠提高 浸漬噴嘴的耐用性。


圖1表示了本發明的一實施方式的連續鑄造機的概略構成。圖2是表示圖1的實施方式的浸漬噴嘴的側面剖視圖。圖3是表示安裝有圖1的實施方式的浸漬噴嘴的狀態的預熱裝置的側面剖視圖。圖4是表示通過以往的採用燃燒器的加熱法而對浸漬噴嘴進行預熱的狀態的側 面剖視圖。
具體實施例方式以下，基於附圖對本發明的一實施方式進行說明。[連續鑄造機的概略構成]圖1表示本實施方式的連續鑄造機的概略構成。在圖1中，1是連續鑄造機，該連 續鑄造機1用於使鋼水連續地冷卻凝固，從而形成預定形狀的鋼錠。這樣的連續鑄造機1 具備澆包2、長噴嘴3、中間包4、多個浸漬噴嘴5、多個鑄型6。此外，在圖1中，分別只圖 示了 1個浸漬噴嘴5及鑄型6。澆包2是在連續鑄造中最初導入鋼水的耐熱容器，在其底面部設有注入口 21。長噴嘴3安裝在澆包2的注入口 21上，其構成是將儲存在澆包2內部的鋼水由噴 嘴下端開口部31排放到中間包4內。中間包4配設在長噴嘴3的下方，是用於儲存從澆包2經由長噴嘴3注入的鋼水 的耐熱容器。該中間包4在底面部形成有與各鑄型6對應的多個注入口 41，在該注入口 41 的內部設有用於調節由注入口 41流出的鋼水的流量的流量調節機(未圖示)。藉助於這樣 的中間包4，可使來自澆包2的鋼水整流化，將該鋼水各自按預定量分配給各鑄型6。關於浸漬噴嘴5，具體情況如後所述，被安裝在中間包4上的注入口 41的下部，經 由該噴嘴將中間包4內的鋼水注入到鑄型6內。鑄型6是設在浸漬噴嘴5的下方的水冷式的鑄型。經由浸漬噴嘴5將來自中間包 4的鋼水連續地注入到該鑄型6內。藉助於這樣的鑄型6，鑄型6內的鋼水被冷卻，從鑄型 6的內周面側形成並生長凝固薄殼，從而形成凝固的鋼。另外，在鑄型6的下方設有輥列(roller apron)及拉拔輥(圖示省略)，用於將在 鑄型6的內部形成的鋼從鑄型6內的下方開口部連續地向下方拉拔。再者，在拉拔輥的下 遊側設有切斷機(圖示省略)，用於將由拉拔輥拉拔來的、從鑄型6內連續地延伸的狀態的 鋼切斷成預定的長度尺寸。通過用該切斷機切斷鋼，例如能夠形成板狀或棒狀等預定形狀 的鋼錠。[浸漬噴嘴的構成]
接著，基於圖2對浸漬噴嘴5的構成進行說明。圖2是表示本實施方式的浸漬噴 嘴的側面剖視圖。在圖2中，浸漬噴嘴5具備噴嘴主體51、安裝在注入口 41的下部上且用於保持 噴嘴主體51的上端部的夾具52。這樣的浸漬噴嘴5在後述的預熱工序中通過高頻感應加 熱被預熱後使用。噴嘴主體51形成大致圓筒狀，設有用於堵塞其下端的底面部511。在該噴嘴主體 51的側面部的底面部511附近，以相互對置的狀態設有一對排出口 512。另外，噴嘴主體51 以其下端側浸漬在鑄型6內的鋼水中的狀態而使用。藉助於這樣的噴嘴主體51，可將由噴 嘴主體51的上端開口流入的鋼水經由一對排出口 512向鑄型6內排出。這樣的噴嘴主體51如圖2所示，為由內層513及外層514構成的2層結構，該內 層513形成使鋼水得以流通的噴嘴內周部，該外層514以覆蓋該內層513的外側的狀態層 疊形成。內層513由含有以下的任一種骨料和游離碳而構成的耐火材料所形成。1種骨料氧化鎂尖晶石白雲石熔塊2種骨料氧化鎂和尖晶石氧化鎂和白雲石熔塊外層514是組成及配比中的任一項與內層513不同的耐火材料，如前所述，由含有 氧化鋁、莫來石、矽石、氧化鋯、CaO-ZrO2熔塊、尖晶石、氧化鎂、氧化鋯-莫來石、碳化矽中的 1 3種、及游離碳而構成的耐火材料所形成，或者由含有白雲石熔塊、氧化鋯、&0-21<)2熔 塊、氧化鎂中的1種或2種、及游離碳而構成的耐火材料所形成。其中，例如通常多使用含 有以下的任一種骨料和游離碳而構成的耐火材料。1種骨料氧化鋁氧化鋯CaO-ZrO2 熔塊尖晶石氧化鎂2種骨料氧化鋁和矽石氧化鋁和氧化鋯_莫來石氧化鋁和莫來石氧化鋁和尖晶石尖晶石和矽石氧化鎂和尖晶石氧化鋯和CaOIrO2熔塊白雲石熔塊和氧化鋯白雲石熔塊和氧化鎂3種骨料氧化鋁和矽石和氧化鋯_莫來石氧化鋁和矽石和氧化鋯
氧化鋁和莫來石和矽石氧化鋁和尖晶石和矽石氧化鋁和矽石和碳化矽氧化鋁和氧化鋯_莫來石和碳化矽氧化鋁和莫來石和碳化矽氧化鎂和尖晶石和矽石白雲石熔塊和氧化鋯和氧化鎂氧化鋁和莫來石和氧化鋯此外，噴嘴主體51也可以不是上述的2層結構，而由含有以下任一種骨料和游離 碳而構成的耐火材料形成為一體化產品。1種骨料氧化鎂尖晶石白雲石熔塊2種骨料氧化鎂和尖晶石氧化鎂和白雲石熔塊再者，在噴嘴主體51中，包括使鋼水得以流通的噴嘴內周面在內，噴嘴主體51的 全部露出面被含有矽石的防氧化材料所覆蓋。由此，可防止鋼水對噴嘴主體51的氧化。[預熱裝置的構成]接著，基於圖3就對上述構成的浸漬噴嘴5進行預熱的預熱裝置進行說明。圖3 是表示安裝有浸漬噴嘴的狀態的預熱裝置的側面剖視圖。在圖3中，7為預熱裝置，該預熱裝置7通過高頻感應加熱對浸漬噴嘴5進行預熱。 這樣的預熱裝置7的構成包括耐熱容器71、外線圈72、內線圈73、感應電流施加裝置(圖 示省略)。外線圈72是被收納在耐熱容器71內部的感應加熱線圈，其構成是在線圈內周側， 可收納噴嘴主體51的從下端部到中間部上方的部分。內線圈73是與外線圈72相同的感應加熱線圈，其構成是可以由噴嘴主體51的上 部開口插入到內部。感應電流施加裝置是用於分別對外線圈72及內線圈73施加高頻感應電流的裝置。[連續鑄造方法]以使用上述構成的連續鑄造機及預熱裝置7為例，對本實施方式的連續鑄造方法 進行說明。本實施方式的連續鑄造方法的構成包括預熱工序、鑄造工序、拉拔工序、鋼錠形 成工序。在預熱工序中，採用圖3所示的預熱裝置7，通過高頻感應加熱對浸漬噴嘴5進行 預熱。具體地說，首先，相對於處於從中間包4上卸下的狀態的浸漬噴嘴5設置預熱裝置7。 在該設置的狀態下，為噴嘴主體51被收納在外線圈72內，由噴嘴主體51的上部開口將內 線圈73插入到內部的狀態。然後，通過感應電流施加裝置對外線圈72及內線圈73施加感 應電流。由此，在噴嘴主體51所含的游離碳附近產生高密度的渦流，以致產生大的焦耳熱，從而對噴嘴主體51整體均勻地進行加熱。通過該高頻感應加熱，例如經過0. 5 2小時左右的加熱時間，噴嘴主體51的溫 度便達到1100°C以上。另外，例如在將噴嘴主體51加熱到1100°C以上的情況下，當如以往 那樣用燃燒器100(參照圖4)進行加熱時，在各部位間產生最大500°C 600°C的溫度差， 但如果採用高頻感應加熱，則在各部位間只產生最大300°C左右的溫度差。而且根據高頻感應加熱，不像以往那樣使用燃燒氣體，便以短時間結束預熱，因此 噴嘴主體51中的C成分不易損失，從而可防止噴嘴主體51中氣孔的擴大。另外，防氧化材 料中的Si02不會向噴嘴內周部擴散，從而在噴嘴內周部中不會形成低熔點物質。因此，在 後述的鑄造工序中，能夠防止在內部流通的鋼水對噴嘴內周部的熔損。在製造工序中，採用圖1所示的連續鑄造機1進行鋼水的鑄造。首先，將在預熱工 序中被預熱的浸漬噴嘴5安裝在中間包4的注入口 41上，然後向澆包2的內部導入鋼水。 該鋼水經由長噴嘴3從澆包2向中間包4內部流動，在中間包4的內部被整流化。此後，一 邊用流量調節機(圖示)調節流出量，一邊將被整流化的鋼水經由浸漬噴嘴5注入到鑄型 6內，在鑄型6中維持一定的液面水平。在該鑄造工序中，在開始鋼水的注入時，由於在預熱工序對噴嘴主體51均勻地進 行了預熱，因此可緩和鋼水對浸漬噴嘴5的熱衝擊，能夠防止裂紋等不良情況的發生。而 且，不用說噴嘴內周部中的氧化鎂，由於尖晶石及白雲石也分別含有MgO，白雲石含有CaO， 因而能夠防止熔融金屬中的A1203夾雜物附著在噴嘴內周部上。因此，能夠提高浸漬噴嘴5 的耐用性。在拉拔工序中，通過未圖示的輥列及拉拔輥將在鑄型6內被冷卻和固化的鋼連續 地向下方引出。在鋼錠形成工序中，將由該拉拔輥拉拔出來的鋼用切斷機切斷成預定的長度尺 寸，從而連續地形成預定形狀的鑄坯。此外，在預熱工序中，除了浸漬噴嘴5以外，還對長噴嘴3及中間包4進行預熱。另 外，雖然在預熱工序中設定以不將浸漬噴嘴5組裝在中間包4上的狀態對其進行預熱，但也 能夠以將浸漬噴嘴5組裝在中間包4上的狀態實施預熱。實施例下面就用於確認上述本實施方式的效果的實施例進行說明。[實驗試料]在實驗時，製成了以下的浸漬噴嘴(實施例1 14、比較例1 3)。這些浸漬噴 嘴的結構與圖2所示的上述實施方式的浸漬噴嘴5相同，噴嘴主體51的最大外徑尺寸為 ①140mm、內徑尺寸為①80mm、長度尺寸為700mm。另外，各試料中的噴嘴主體51是通過將 各種無機物的微粉和作為游離碳的鱗片狀石墨與酚醛樹脂一起進行混煉，將所得到的混合 物用CIP法進行成形，然後對其進行還原燒結而形成的。以下示出了各試料的耐火材料組 成。另外，對所有的噴嘴，用防氧化材料覆蓋噴嘴內周面。防氧化材料採用在配比為 Si02 : 80質量％、A1203 :20質量％的混合物中外加30質量％的矽酸鈉(Si02 : 35質量％、 Na20:18質量％、剩餘部分為水分)混煉而成的，作為防氧化材料，採用配比為Si02 :78質 量%、A1203 16質量%、Na20 6質量%的材料。
作為該防氧化材料的塗布方法，採用通過噴塗塗布在噴嘴內周面上，然後使其幹 燥的方法。〈實施例1>(2層結構)(內層)白雲石熔塊79質量％、石墨18質量％、粘合劑3質量％(外層)氧化鋁66質量％、矽石4質量％、氧化鋯5質量％、石墨23質量％、粘 合劑2質量％〈實施例2>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鋁66質量％、矽石4質量％、氧化鋯5質量％、石墨23質量％、粘 合劑2質量％〈實施例3>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鎂70質量％、石墨28質量％、粘合劑2質量％ ( 一體化產品)氧化鎂70質量％、石墨28質量％、粘合劑2質量％〈實施例5>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鋁80質量％、石墨17質量％、粘合劑3質量％〈實施例6>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)Ca0-Zr02熔塊80質量％、石墨17質量％、粘合劑3質量％〈實施例7>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鋁75質量％、矽石5質量％、石墨17質量％、粘合劑3質量％〈實施例8>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鎂30質量％、尖晶石50質量％、石墨17質量％、粘合劑3質量％〈實施例9>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鋁73質量％、矽石3質量％、氧化鋯-莫來石4質量％、石墨17 質量％、粘合劑3質量％〈實施例10>(2層結構)
(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鋁74質量％、矽石3質量％、碳化矽3質量％、石墨17質量％、粘 合劑3質量％〈實施例11>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鋁70質量％、莫來石7質量％、氧化鋯3質量％、石墨17質量％、 粘合劑3質量％〈實施例12>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鋁74質量％、矽石3質量％、氧化鋯3質量％、石墨17質量％、粘 合劑3質量％〈實施例13>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鎂50質量％、尖晶石25質量％、矽石5質量％、石墨17質量％、 粘合劑3質量％〈實施例14>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鎂14質量％、白雲石熔塊65質量％、石墨17質量％、粘合劑3質
量％ ( 一體化產品)剛玉66質量％、矽石4質量％、氧化鋯5質量％、石墨23質量％、粘合劑2質
量％〈比較例2>(2層結構)(內層)白雲石79質量％、石墨18質量％、粘合劑3質量％(外層)剛玉66質量％、矽石4質量％、氧化鋯5質量％、石墨23質量％、粘合 劑2質量％〈比較例3>(2層結構)(內層)氧化鎂17質量％、白雲石熔塊62質量％、石墨18質量％、粘合劑3質
量％(外層)氧化鎂70質量％、石墨28質量％、粘合劑2質量％[利用高頻感應加熱的預熱]預熱對象實施例1 14預熱裝置與圖3所示的預熱裝置7相同。外線圈72使用直徑尺寸為Φ200πιπι、 長度尺寸為500mm的線圈，內線圈73使用直徑尺寸為Φ70mm、長度尺寸為300mm的線圈。
感應電流對外線圈72施加頻率為30kHz、電流為200A、電能為15kW的感應電流。 對內線圈73施加頻率為37kHz、電流為200A、電能為12kW的感應電流。預熱時間40分鐘[利用燃燒器加熱的預熱]預熱對象比較例1 3預熱裝置採用圖4所示的燃燒器100進行預熱。在圖4中，以將浸漬噴嘴5收納 在耐熱容器101中的狀態，從浸漬噴嘴5的上端開口部將燃燒器100插入到內部，噴吹燃燒 氣體。燃燒氣體COG(Coke-oven Gas 焦爐煤氣)空氣比1.2預熱時間90分鐘[鑄造實驗]實驗對象實施例1 14、比較例1 3連續鑄造機使用與圖1所示的上述實施方式的連續鑄造機1相同的連續鑄造機 (8個裝料)。鑄造方法與上述實施方式中的鑄造工序相同。具體地說，在單個地將各浸漬噴嘴 5預熱後，分別安裝在中間包4上，從預熱結束的時刻算起，5分鐘後開始鑄造。鋼種低碳鋼鑄型氧熔劑的鹼度1.0操作時間合計360分鐘[實驗結果]關於實施例1 14、比較例1 3的浸漬噴嘴5，將上述鑄造實驗的結果(氧化鋁 附著指數、熔損速度指數、故障發生指數)與各耐火材料的組成及構成礦物一同列於下表 1 3中。氧化鋁附著指數將比較例1的氧化鋁附著量(用操作時間除附著在鑄造後的噴 嘴內周面上的氧化鋁層的最大厚度尺寸而得出的)設定為100時，使實施例1 14、比較例 2、3的該氧化鋁附著量指數化而得到的數值。熔損速度指數將比較例2的熔損速度(用操作時間除鑄造後的噴嘴內周部熔損 的量而得出的)設定為100時，使實施例1 14、比較例1、3的該熔損速度指數化而得到的數值。故障發生指數將比較例2的故障發生率(鑄造的次數與折損或裂紋等不良情況 發生的次數之比)設定為100時，使實施例1 14、比較例1、3的故障發生率指數化而得到
的數值。
表3 [研究1關於氧化鋁附著指數]實施例1的噴嘴內周部由含有白雲石熔塊和石墨等的耐火材料構成，實施例2 14的噴嘴內周部由含有氧化鎂、白雲石熔塊、石墨等的耐火材料構成。而且比較例1的噴嘴 內周部由含有氧化鋁、矽石、氧化鋯及石墨等的耐火材料構成，不含氧化鎂或白雲石熔塊。由表1 3的氧化鋁附著指數可知在比較例1的噴嘴內周部上附著有氧化鋁，在 實施例1 14的噴嘴內周部上都沒有附著氧化鋁。此外，雖在表1 3中沒有示出，但噴 嘴內周部含有尖晶石的情況也同樣，在噴嘴內周部上沒有附著氧化鋁。由此可知通過在噴嘴內周部至少含有MgO，能夠提高氧化鋁的難附著性。[研究2關於熔損速度指數]在實施例1和比較例2中，構成內層及外層的耐火材料相同，但預熱方法不同，實 施例1的預熱方法為高頻感應加熱(IH)，比較例2為利用燃燒器的預熱。在表1中，從它們 的熔損速度指數來看，實施例1的熔損速度指數相對於比較例2為低20%的值。由此，僅通 過採用高頻感應加熱進行預熱，就能夠抑制鋼水造成的熔損。另外，在實施例1中，內層的骨料含有白雲石熔塊1種，在實施例2、3中，內層的骨 料含有白雲石熔塊及氧化鎂2種。表1中，從它們的熔損速度指數來看，實施例2、3的熔損 速度指數相對於實施例1為低12. 5%的值。由此可知通過使用氧化鎂及白雲石熔塊的混 合物作為內層，能夠更加抑制鋼水造成的熔損。 而且在實施例4中，骨料只有氧化鎂，表1中，從熔損速度指數來看，實施例4的熔 損速度指數為與實施例1相同的值。由此可知在作為噴嘴內周部中的骨料只使用白雲石、或只使用氧化鎂時，能夠同等程度地抑制熔損。此外，雖在表1中沒有示出，但作為噴嘴內 周部的骨料只使用尖晶石的情況也同樣能夠抑制熔損。[研究3關於故障發生指數]在實施例1和比較例2中，構成內層及外層的耐火材料相同，但預熱方法不同，實 施例1的預熱方法為高頻感應加熱(IH)，比較例2為利用燃燒器的預熱。在表1中，從它們 的故障發生指數來看，實施例1的故障發生指數相對於比較例2為低80%的值。由此可知， 僅通過採用高頻感應加熱進行預熱，就能夠在鑄造工序中，在開始鋼水的注入時，使裂紋等 不良情況的發生頻率顯著降低。此外，本發明並不限定於上述實施例，在能夠達到本發明的目的的範圍內的變形、 改進等都包含在本發明中。例如，各耐火材料的組成及構成礦物並不限定於實施例1 14。 也就是說，只要至少噴嘴內周部含有氧化鎂、尖晶石及白雲石熔塊中的至少任一種，就包含 在本發明中。根據本發明，通過使構成浸漬噴嘴的耐火材料中存在游離碳，能夠通過高頻感應 加熱有選擇性地加熱該游離碳，從而能夠對浸漬噴嘴均勻地進行預熱。因此，在預熱後，在 開始鑄造時，能夠防止浸漬噴嘴發生裂紋等不良情況，並且能夠抑制熔融金屬造成的噴嘴 內周部的熔損。另外，由於尖晶石及白雲石熔塊分別含有MgO，白雲石熔塊含有CaO，並用含 有這些礦物的耐火材料而形成浸漬噴嘴，所以能夠防止熔融金屬中的Al2O3夾雜物附著在 噴嘴內周部上。因此，能夠提高浸漬噴嘴的耐用性。
權利要求
一種浸漬噴嘴，其在熔融金屬的連續鑄造方法中使用，該浸漬噴嘴的特徵在於由含有氧化鎂、尖晶石、白雲石熔塊、氧化鎂與尖晶石的混合物、氧化鎂與白雲石熔塊的混合物之中的任一種、及游離碳而構成的耐火材料所形成，並通過高頻感應加熱進行預熱。
2.根據權利要求1所述的浸漬噴嘴，其特徵在於是由內層及外層構成的2層結構， 所述內層形成使熔融金屬得以流通的噴嘴內周部，所述外層以覆蓋所述內層的外側的狀態 而層疊形成，所述內層由含有氧化鎂、尖晶石、白雲石熔塊、氧化鎂與尖晶石的混合物、氧化 鎂與白雲石熔塊的混合物之中的任一種、及游離碳而構成的耐火材料所形成，所述外層是 組成及配比中的任一項與所述內層不同的耐火材料，由含有氧化鋁、莫來石、矽石、氧化鋯、 CaO-ZrO2熔塊、尖晶石、氧化鎂、氧化鋯-莫來石、和碳化矽中的1 3種、及游離碳而構成 的耐火材料所形成，或者由含有白雲石熔塊、氧化鋯、CaO-ZrO2熔塊、和氧化鎂中的1種或2 種、及游離碳而構成的耐火材料所形成。
3.根據權利要求1或2所述的浸漬噴嘴，其特徵在於至少使熔融金屬得以流通的噴 嘴內周面被含有矽石的防氧化材料所覆蓋。
4.一種連續鑄造方法，其特徵在於，具備預熱工序，利用高頻感應加熱對權利要求 1 3中任一項所述的浸漬噴嘴進行預熱；以及鑄造工序，經由在所述預熱工序中被預熱的 浸漬噴嘴，從中間包將熔融金屬注入鑄型。
全文摘要
本發明提供一種能夠提高耐用性的浸漬噴嘴、及包含預熱該浸漬噴嘴的預熱工序的連續鑄造方法。該浸漬噴嘴在熔融金屬的連續鑄造方法中使用，其特徵在於由含有氧化鎂、尖晶石、白雲石熔塊、氧化鎂與尖晶石的混合物、氧化鎂與白雲石熔塊的混合物之中的任一種、及游離碳而構成的耐火材料所形成，並通過高頻感應加熱進行預熱。
文檔編號B22D41/50GK101888910SQ20078010181
公開日2010年11月17日 申請日期2007年12月5日 優先權日2007年12月5日
發明者伊藤智, 佐藤正治, 新妻峰郎, 松井泰次郎, 福永新一, 竹內友英 申請人:新日本制鐵株式會社