專利名稱：連續鑄造用浸漬噴嘴的制作方法
技術領域：
本發明涉及在鋼鐵的連續鑄造中用于向鑄模注入融鋼的浸漬噴嘴。
背景技術：
在鑄模內，從浸漬噴嘴的左右一對的排出口排出的融鋼的排出流與鑄模的短邊側內壁發生沖撞而分流成沿鑄模內壁上升的上升流和沿鑄模內壁下降的下降流。此時，特別是在排出流速快的情況等，在排出口的上部和下部會產生不均一的流速分布。由此，在上升流和下降流中，左右的流量平衡被破壞，或者局部地產生強排出流，流動較大變動。這樣的變動成為凝固殼的生成不良以及氣泡及夾雜物引起的缺陷產生的主要原因。為了解決該問題，考慮有通過使鑄模內的融鋼的流動緩慢并且形成均一的流動， 能夠進行防止基于氣泡及夾雜物的缺陷的連續鑄造。基于這樣的考量，例如以下專利文獻中提出有在上下方向兩層設有融鋼的排出口的四孔式的浸漬噴嘴(四孔噴嘴)。在專利文獻1中，四孔噴嘴的設于上下的各排出口(上孔、下孔)具有橫長的開口形狀，并且將鑄模長度設為L、四孔噴嘴中的通過量設為y4、鑄模上端到彎液面的距離設為 Z時，上孔、下孔間的開口距離I為I < L-Z-64y4-370。此時，即使提高通過量也不卷入模制粉末，能夠得到高品質的鑄片。專利文獻2中提出有以下方案，在排出部減小四孔噴嘴的內部流路的截面面積， 并且使下孔的內尺寸(截面面積)比上孔的內尺寸(截面面積)小，在鑄模內抑制極端的上升排出流的產生。由此，避免液面的變動，防止產生粉末的卷入等缺陷。專利文獻1記載的技術的目的在于消除兩孔噴嘴中成為問題的、排出孔上部的負壓。但是，如專利文獻1那樣地使上孔和下孔為同一形狀的條件下，具有下孔側的偏流變大的問題。另外，專利文獻2的技術涉及在內部流路中形成有臺階部的特別形狀的噴嘴。在該技術中，隨著基于臺階部的截面面積變化，內部的流動變得不穩定，具有來自上孔、下孔的流動變動變大的情況。另外，在上述現有技術中，特別是著眼于剛從排出口排出后的融鋼的流速，對于在鑄模的短邊側內壁附近的融鋼流速未作充分的探討。例如，在融鋼向上部的凝固殼薄的位置沖擊的流速快的情況下，由于沖擊流的作用，凝固部再次熔解使得操作不穩定。與此同時，在下降流的流速快的情況下，氣泡以及夾雜物經由下降流而侵入鑄片的深部，使得品質產生缺陷。這樣，具有通過將排出口四孔化而僅減小噴流寬度是不夠的情況。因此，關于在上下排出口的噴流的控制，需要就鑄模的短邊側內壁附近的融鋼流速的方面進行進一步探討。專利文獻1 (日本)特開平2-187240號公報專利文獻2 (日本)特開2006-198655號公報
發明內容
因此，本發明提供一種四孔噴嘴，解決了在連續鑄造中，將現有的兩孔噴嘴的排出口分割成兩個后的形狀的四孔噴嘴中不能夠得到足夠的減速效果，不能充分抑制氣泡以及夾雜物侵入鑄片內部的問題，能夠減少內部缺陷的產生。本申請發明者們考慮到將現有的兩孔噴嘴的排出口單純地分割成兩個后的形狀的四孔噴嘴不能夠充分抑制氣泡以及夾雜物侵入鑄片內部的原因是不能夠得到融鋼流速的充分減速效果，進而對其原因進行調查。其結果，發現，在四孔噴嘴的情況下，將上孔和下孔的排出流的流量平衡控制在一定范圍內是重要的。另外，本申請發明者們發現，分別從上孔和下孔排出的噴流通過負壓在途中合流而成為一個噴流，其結果，具有噴流寬度變寬，流速衰減效果變小的情況。對將通過上孔和下孔的融鋼的流量分布均一化并且上下的噴流不合流的條件進行探討后的結果，構成如下的本發明。本發明第一方面的浸漬噴嘴為向連續鑄造鋼鐵用鑄模內排出融鋼的連續鑄造用浸漬噴嘴，具有筒狀的噴嘴主體，在所述噴嘴主體下端側的浸漬于所述鑄模內的融鋼中的部位，開設有左排上層、左排下層、右排上層以及右排下層四個融鋼排出口，所述左排的兩個排出口和所述右排的兩個排出口具有相對于所述噴嘴的軸心大致對稱的形狀，所述左排的排出口與所述鑄模的左側短邊側內壁相對，所述右排的排出口與所述鑄模的右側短邊側內壁相對，所述下層的排出口的開口部面積比所述上層的排出口的開口部面積小，所述下層的排出口的開口部面積與所述上層及下層的排出口的開口部面積之和的比值為0.2以上、0.4以下。本發明第二方面的浸漬噴嘴，在上述第一方面的基礎上，所述上層的排出口的下端與所述下層的排出口的上端的距離可以在15mm以上、150mm以下的范圍內。本發明第三方面的浸漬噴嘴，在上述第一或第二方面的基礎上，可以如下地形成有下孔和上孔，即，所述上層的排出口和所述下層的排出口的排出角度都在相對于水平向上傾斜5°至向下傾斜45°的范圍內，所述下層的排出口的排出角度以所述上層的排出口的排出角度為基準向下傾斜10°以上。本發明第四方面的浸漬噴嘴，在上述第一或第二方面的基礎上，所述上層的排出口以及所述下層的排出口可以都大致為矩形。通過使用本發明的四孔噴嘴進行連續鑄造，能夠充分控制鑄模的短邊側內壁附近的融鋼流速，抑制經由下降流而使氣泡以及夾雜物侵入鑄片的深部的情況，能夠得到內部缺陷發生少的鑄片。
圖1是表示本發明實施方式的四孔噴嘴的截面形狀的圖；圖2A是表示本發明實施方式的四孔噴嘴在鑄模內的配置的示意剖面圖，是從與鑄模的長邊側側面垂直的視線觀察到的圖；圖2B是表示本發明實施方式的四孔噴嘴在鑄模內的配置的示意剖面圖，是從沿噴嘴的軸向的視線觀察到的圖；圖3是表示由數值流體解析的結果得到的、兩孔噴嘴以及四孔噴嘴中的排出流速分布的圖。圖4是表示由數值流體解析的結果得到的、兩孔噴嘴以及四孔噴嘴中的排出流速的衰減效果的圖。圖5是說明水模試驗使用的四孔噴嘴的排出口的構成的圖；圖6是表示由水模實驗的結果得到的每個噴嘴的下降流速的圖；圖7是表示由數值流體解析和水模實驗的結果得到的、上孔與下孔的排出流的角度差和氣泡量的關系的圖。符號說明1 浸漬噴嘴主體2 上孔3 下孔D 上孔的下端與下孔的上端的距離5 鑄模5a:短邊側內壁5b:長邊側內壁
具體實施例方式圖1表示本發明實施方式的四孔噴嘴的形狀。在用于鋼鐵的連續鑄造的鑄模5中，通常使用俯視為矩形的結構。融鋼經由浸漬噴嘴向該鑄模5內排出。浸漬噴嘴主體1具有左右成對的排出口 2、3。一側的排出口包括上孔2以及下孔3。通過這些排出口將融鋼分左上、左下、右上以及右下四個方向向鑄模5 內排出。來自左右排出口的融鋼的排出流與鑄模5的短邊側內壁fe發生沖撞進而分流成沿鑄模5內壁上升的上升流和沿鑄模5內壁下降的下降流。浸漬噴嘴主體1以使融鋼能夠自上而下地通過的方式形成為筒狀，在其下端部的浸漬于鑄模5內的位置設有融鋼的排出口。該排出口分為上孔2和下孔3而形成上下兩層。 在與鋼鐵的鑄模5的兩個短邊側內壁fe相對的位置設有夾著噴嘴軸心左右各兩個、共計四個排出口。左排的兩個排出口和右排的兩個排出口具有相對于所述噴嘴的軸心大致對稱的形狀。左右的排出口也可以為相對于包含噴嘴軸心的平面鏡面對稱，左右的排出口還可以相對于噴嘴軸心旋轉對稱。左排的排出口與所述鑄模的左側短邊側內壁相對，而右排的排出口與所述鑄模的右側短邊側內壁相對。下層的排出口的開口部面積比上層的排出口的開口部面積小。在左右各排中，下層的排出口的開口部面積相對于上層及下層的排出口的開口部面積之和的比值為0. 2以上、0. 4以下。圖2A以及圖2B表示鑄模5中的浸漬噴嘴主體1的配置。構成鑄模5的垂直的壁面俯視看時為大致矩形，具有一組短邊和一組長邊。浸漬噴嘴主體1的左右一對排出口 2、 3分別與鑄模5的短邊側內壁fe相對并開口。通常，公知從噴嘴排出的融鋼的流速隨著噴流寬度的減小而衰減量變大，通過形成四孔噴嘴，能夠減小各排出孔的噴流寬度。其結果，通過流速的衰減效果，噴流內的最大流速的值減小，實現抑制氣泡以及夾雜物侵入鑄片內部的效果。
但是，本申請發明者們發現，使用四孔噴嘴實施連續鑄造的結果，僅形成單純地將現有的兩孔噴嘴的排出口分割為二的形狀，不能夠得到足夠的減速效果，不能充分抑制氣泡以及夾雜物侵入鑄片內部。本申請發明者們如下地對不能夠得到足夠的減速效果的原因進行了分析。即，在上孔和下孔的形狀相同的情況下，由于融鋼高度方向上的壓力差而使通過上孔和下孔的流量平衡破壞。另外，分別由上孔和下孔排出的噴流通過在這些噴流之間產生的負壓而在途中合流成一個噴流。結果，噴流寬度變寬，流速的衰減效果變小。本申請發明者們考慮這些為不充分流速的原因之一。因此，為了求出將通過上孔和下孔的融鋼的流量分布均一化且上下噴流不合流的條件，對上孔和下孔各自的大小以及上孔和下孔各自的融鋼噴流的排出角度進行了探討。首先，關于上孔和下孔大小的最佳值，通過數值流體解析對融鋼的動作進行了探討。由于具有融鋼高度方向上的壓力差，故而即使是相同的噴嘴形狀，通過上孔和下孔的容量的流量不同。因此，將通過上孔和下孔的融鋼的流量分配最佳化而降低在鑄模的短邊側內壁附近的融鋼的下降流的流速作為該解析的目標。對此，對使上孔和下孔的排出部的面積比變化的多個形狀的噴嘴進行數值流體解析，并對面積比的變化的影響進行了探討。在該解析中，噴嘴徑為160mm。作為排出口，假定形成有具有表1所示的開口面積的矩形的上孔和下孔的四孔噴嘴1 5和現有的兩孔噴嘴并分別進行評價。在這些評價中，在使剛從噴嘴排出后的融鋼最大流速為3. 4m/sec的條件下求出流速分布，評價在離開噴嘴軸心800mm位置的流速。圖3表示從各噴嘴排出的噴流的流量分布，圖4表示各噴嘴中的最大流速。圖3 是沿噴嘴軸心的各噴嘴的截面圖，在一定量以上的噴流存在點上圖示點。如圖3所示，在四孔噴嘴中，通過使上孔對下孔的面積比改變，來改變流量分布。接著，就表1代表的多個構成的噴嘴，求出各自距離噴嘴軸心800mm位置的最大下降流速(m/sec)。圖4對該結果進行了解析，相對于上孔與下孔的開口部的面積比(以下成為開口面積比)，圖示最大下降流速。如圖4所示，在開口面積比為0.2以上、0.4以下的范圍內，得到最大下降流速低這樣的效果。特別是，在開口面積比為0. 25以上、0. 375以下的范圍內，最大下降流速進一步降低。接著，對上孔和下孔各自的融鋼噴流的排出角度，進行水模試驗(水 試験) 而進行探討。使用240X1300X1390mm(厚度、寬度、深度)的鑄模，制作上孔和下孔的排出角度不同的四孔噴嘴。實施使水在這些噴嘴流通的水模實驗，測定排出流的流速、液面變動以及氣泡卷入量。圖5匯總表示水模試驗使用的四孔噴嘴的排出口的構成。如圖所示，上孔的排出角度為向下傾斜角度=15°、水平、向上傾斜角度=7°三種，下孔的排出角度全部為向下傾斜角度=15°。另外，為了進行比較，也制造兩孔噴嘴，對此進行試驗。在水模試驗中的液面變動的測定，利用高速攝像照相機拍攝彎液部(水面部)，通過測定60秒間的平均液面變動的振幅而進行。另外，卷入氣泡量的測定通過從噴嘴的中間部分吹入空氣并且在中心由高速攝像照相機拍攝鑄模內的下降流產生位置，測定畫面內的氣泡數而進行。圖6表示從噴嘴排出后，在距離彎液面IOOOmm位置的下降流速(最大值)。表示了通過使上孔的排出角度變化而使下降流速改變的情況，得到排出角度為0° (水平)的噴嘴表示最小值的結果。另外，關于排出角度，負值以水平方向為基準表示向上的情況，正值以水平方向為基準表示向下的情況。表2表示使用各噴嘴的水模試驗的結果。另外，測定值將兩孔噴嘴的測定結果設為100，將其他噴嘴的測定結果標準化而表示。關于基于下降流的卷入氣泡量，四孔噴嘴都為中等程度以下。但是，在以向上傾斜 7°的排出角度形成上孔的噴嘴的情況下，液面變動變大。另外，與上孔和下孔的排出角度相同的情況相比，設有15°差的噴嘴一方的卷入氣泡量少。由該結果可知，通過在來自上孔和下孔的融鋼噴流中設置排出角度差，能夠降低上孔排出流和下孔排出流的合流效果。表 2
兩孔噴嘴四孔噴嘴向下傾斜15°(上孔)(上孔)(上孔)向下傾斜15°水平0。向上傾斜7°(下孔)向下傾斜15°下降流速100755763液面變動1009895195卷入氣泡量100917574基于以上的、利用數值流體解析的探討以及使用水模的實驗，進一步探討的結果， 構成上述本發明。以下，對構成本發明的各個事項進一步說明。在本發明中，構成在噴嘴的兩側設有上下兩層排出口的四孔噴嘴。通過使用四孔噴嘴，與使用有兩孔噴嘴的情況相比，使融鋼的流動緩慢，容易形成均一的流動。在噴嘴下部的浸漬于融鋼中的部分，在與鑄模的兩個短邊側內壁相對的位置，分別設有由上孔和下孔構成的上下兩層的排出口。排出口的形狀不作特別限定，上孔、下孔都為矩形為好。這樣，能夠進一步減小從各排出口排出的排出量的波動，起到形成均一的流動的作用。理想的是，下孔的開口部的面積比上孔的開口部的面積小。理想的是，使下孔的開口面積為上孔和下孔的合計開口面積的0. 2 0. 4倍。 這樣，通過使下孔的開口面積為上孔和下孔的合計開口面積的0. 2 0. 4倍，即使融鋼具有高度方向上的壓力差也能夠使通過上孔和下孔的融鋼的流量分布均一。結果，能夠使從上孔和下孔排出的排出流緩慢化、均一化，可將融鋼向鑄模內排出，能夠降低融鋼在鑄模短邊側內壁附近的下降流的流速。來自下孔和上孔的融鋼噴流的排出角度(排出口軸心的傾斜角度)分別相對于水平在向上傾斜5°至向下傾斜45°的范圍為好。上孔、下孔向上傾斜角度都超過5°的話，由于液面變動而卷入粉末。另外，若向下傾斜角度都超過45°，則氣泡和夾雜物容易侵入鑄片的內部。為了更有效地防止氣泡以及夾雜物的進入，上孔的排出角度在向上傾斜5° 向下傾斜15°的范圍為好。另外，在圖1中表示上孔2的軸心為水平(傾斜角度α =0° )，下孔3的軸心相對于水平向下傾斜(傾斜角度β )而形成的情況。另外，由于上孔與下孔的排出角度差，來自上孔的排出流和來自下孔的排出流的合流位置變化。因此，以使下孔的排出角度比上孔的排出角度進一步向下傾斜10°以上的方式形成下孔和上孔的軸心角度為好。圖7表示由數值流體解析和水模試驗的結果得到的、上孔和下孔的排出流的角度差和氣泡量的關系。在圖7中，(a)部是表示上孔與下孔的角度差和上孔與下孔的排出流的合流位置(距離噴嘴中心的距離)的關系的圖表，(b)部是表示在合流位置的合流速度的關系的圖表，(c)部是表示噴流速度和卷入氣泡量的關系的圖表。如(a)部所示，若使排出流的角度差變化至0 22°，則伴隨角度差的增加，合流位置移動到遠離排出口的位置。伴隨合流位置自排出孔離開，如(b)部所示，噴流速度減小，伴隨該減少，如(c)部所示，氣泡卷入量減少。如從圖7的(C)部向(a)部的箭頭標記所示，在相對于上孔的排出角度在向下方向傾斜的方向上具有10°以上的角度差而設定下孔的排出角度的情況下，卷入氣泡量穩定地減少。在角度差在10°以上、22°以下的范圍內的情況下，氣泡量理想地減少。更加理想的是，角度差在15°以上、20°以下的范圍內。在這樣的構成中，能夠更加有效地防止來自上孔和下孔的融鋼的排出噴流的合流。若上孔(上層排出口)的下端與下孔(下層排出口)的上端的距離D為15mm 150mm的范圍，則更加理想。若該間隔為15mm以上，則自排出口排出的上下融鋼流的合流被更有效地防止，進一步加強使融鋼從兩孔分散而排出的效果。另外，若使上下排出口的間隔為150mm以下，則即使在融鋼具有高度方向上的壓力差的情況下，也能夠更加適當地維持通過上下排出口的流量平衡。本發明如上地構成，以下，通過實施例進一步說明本發明的實施可能性以及效果。實施例通過垂直彎曲連續鑄造機鑄造C量0. 08質量％的Al-Si鎮靜鋼。制造時，作為實施例，使用以下構成的噴嘴。(1)下孔的開口部面積為上孔和下孔的合計面積的37. 5%，上孔和下孔的排出角度都向下傾斜15°的四孔噴嘴(實施例1)。(2)上孔的排出角度為0°，下孔的排出角度向下傾斜15°的四孔噴嘴(實施例 2)。另外，作為比較例，使用有以下構成的噴嘴。(3)兩孔噴嘴(比較例1)。
(4)下孔和上孔的開口部面積相等，排出角度都向下傾斜15°的四孔噴嘴(比較例2)。利用光學顯微鏡對得到的鑄片中的中心部的氣泡、夾雜物進行觀察、測定，將使用比較例1的兩孔噴嘴得到的鑄片的測定結果設為100，將使用其他噴嘴得到的鑄片的測定結果指數化(標準化)。表3表示使用各個噴嘴鑄造的鑄片的氣泡、夾雜物指數。在本發明的實施例中，與比較例2的現有的四孔噴嘴相比，能夠抑制氣泡、夾雜物向鑄片的進入。另外，在上孔和下孔的排出角度設有10°以上的差的實施例2的情況下，可得到更好的結果。表權利要求
1.一種連續鑄造用浸漬噴嘴，該連續鑄造用浸漬噴嘴向連續鑄造鋼鐵用的鑄模內排出融鋼，其特征在于，具有筒狀的噴嘴主體，在所述噴嘴主體下端側的浸漬于所述鑄模內的融鋼中的部位，開設有左排上層、左排下層、右排上層以及右排下層四個融鋼排出口，所述左排的兩個排出口和所述右排的兩個排出口具有相對于所述噴嘴的軸心大致對稱的形狀，所述左排的排出口與所述鑄模的左側短邊側內壁相對，所述右排的排出口與所述鑄模的右側短邊側內壁相對，所述下層的排出口的開口部面積比所述上層的排出口的開口部面積小，所述下層的排出口的開口部面積與所述上層及下層的排出口的開口部面積之和的比值為0.2以上且0.4以下。
2.如權利要求1所述的連續鑄造用浸漬噴嘴，其特征在于，所述上層的排出口的下端與所述下層的排出口的上端的距離在15mm以上且150mm以下的范圍內。
3.如權利要求1或2所述的連續鑄造用浸漬噴嘴，其特征在于，以如下的方式形成下孔和上孔，即，所述上層的排出口和所述下層的排出口的排出角度都在相對于水平向上傾斜5°至向下傾斜45°的范圍內，所述下層的排出口的排出角度以所述上層的排出口的排出角度為基準向下傾斜10°以上。
4.如權利要求1或2所述的連續鑄造用浸漬噴嘴，其特征在于，所述上層的排出口以及所述下層的排出口都大致為矩形。
全文摘要
一種連續鑄造浸漬噴嘴，該浸漬噴嘴向連續鑄造鋼鐵用的鑄模內排出融鋼，其中，具有筒狀的噴嘴主體，在所述噴嘴主體下端側的浸漬于所述鑄模內的融鋼中的部位，開設有左排上層、左排下層、右排上層以及右排下層四個融鋼排出口，所述左排的兩個排出口和所述右排的兩個排出口具有相對于所述噴嘴的軸心大致對稱的形狀，所述左排的排出口與所述鑄模的左側短邊側內壁相對，所述右排的排出口與所述鑄模的右側短邊側內壁相對，所述下層的排出口的開口部面積比所述上層的排出口的開口部面積小，所述下層的排出口的開口部面積與所述上層及下層的排出口的開口部面積之和的比值為0.2以上、0.4以下。
文檔編號B22D41/50GK102361712SQ20108001305
公開日2012年2月22日 申請日期2010年3月25日 優先權日2009年3月25日
發明者土岐正弘, 大谷康彥, 山田勝范, 林聰 , 王丸善太, 町田和喜, 長谷川一 申請人:新日本制鐵株式會社