特表 2024-533667 防漏上部タンディッシュノズル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-09-12

(54)【発明の名称】防漏上部タンディッシュノズル

(51)【国際特許分類】

   B22D 11/10 20060101AFI20240905BHJP

【ＦＩ】

B22D11/10 320D

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024518366

(86)(22)【出願日】2021-09-24

(85)【翻訳文提出日】2024-05-17

(86)【国際出願番号】 IB2021058717

(87)【国際公開番号】W WO2023047153

(87)【国際公開日】2023-03-30

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】515214729

【氏名又は名称】アルセロールミタル

(74)【代理人】

【識別番号】110001173

【氏名又は名称】弁理士法人川口國際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】フォルマン，ブルース・アール

【テーマコード（参考）】

4E004

【Ｆターム（参考）】

4E004FA00

4E004MB08

(57)【要約】

ガス吹込上部タンディッシュノズルは、保護缶、前記保護缶内に配置されたセラミック内側部分であって、内部にガス流路を有するセラミック内側部分と、前記保護缶に取り付けられたガス吹込口であって、前記保護缶を通ってセラミック内側部分内のガス流路へのガスの吹き込みを可能にするガス吹込口とを備える。保護缶とセラミック内側部分との間にガス流シールが形成されている。ガス流シールは、保護缶とセラミック内側部分との間の間隙からのガス漏れを遮断する。ガス流シールは、ニッケルまたはニッケル合金で形成されている。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ガス吹込上部タンディッシュノズル（４）であって、前記ノズルは、
保護缶（５）と、
前記保護缶（５）内に配置されたセラミック内側部分（６）であって、内部にガス流路を有するセラミック内側部分（６）と、
前記保護缶（５）に取り付けられたガス吹込口（７）であって、前記保護缶（５）を通って前記セラミック内側部分（６）内の前記ガス流路（８）にガスを吹き込むことを可能にするガス吹込口（７）と、
前記保護缶（５）と前記セラミック内側部分（６）との間に形成されたガス流シール（１１、１１’）であって、前記保護缶（５）と前記セラミック内側部分（６）との間の間隙からのガス漏れを遮断し、ニッケルまたはニッケル合金で形成されたガス流シール（１１、１１’）と、
を備える、ガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項2】

前記ガス流シール（１１、１１’）は、電気めっき、無電解めっき、ニッケル／合金箔ストリップ、スパッタリング、プラズマ蒸着、および金属印刷からなる群から選択される方法によって、前記保護缶（５）と前記セラミック内側部分（６）との間のあらゆる間隙にニッケルまたはニッケル合金を堆積させることによって形成されている、請求項１に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項3】

前記ガス流シール（１１、１１’）は、前記保護缶（５）と前記セラミック内側部分（６）との間の任意の間隙にニッケルまたはニッケル合金を電気めっきすることによって形成されている、請求項２に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項4】

前記ニッケルまたはニッケル合金は、前記保護缶（５）の外側の前記間隙および前記セラミック内側部分（６）にわたって電気めっきされている、請求項３に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項5】

前記保護缶（５）およびセラミック内側部分（６）が一体部品に形成された後に、前記ニッケルまたはニッケル合金は、前記保護缶（５）の外側の前記間隙および前記セラミック内側部分（６）にわたって電気めっきされている、請求項４に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項6】

前記ニッケルまたはニッケル合金は、前記保護缶（５）の内面および前記セラミック内側部分（６）の外面の一方または両方に堆積されている、請求項２に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項7】

前記保護缶（５）およびセラミック内側部分（６）が一体部品に形成される前に、前記ニッケルまたはニッケル合金は、前記保護缶（５）の内面および前記セラミック内側部分（６）の外面の一方または両方に堆積されている、請求項６に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項8】

前記保護缶（５）は金属材料で形成されている、請求項１に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項9】

前記保護缶（５）は鋼材で形成されている、請求項８に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項10】

前記セラミック内側部分（６）は、多孔質セラミック材料から形成され、前記ガス流路は、前記多孔質セラミック材料内に細孔を備える、請求項１に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項11】

前記セラミック内側部分（６）は、アルミニウム、ケイ素、マグネシウム、クロム、もしくはジルコニウム、またはそれらの混合物のうちの１つ以上のセラミック酸化物からなるガス透過性耐火材料から形成されている、請求項１０に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項12】

前記セラミック内側部分（６）は多孔質でもガス透過性でもなく、前記ガス流路は前記セラミック内側部分の本体内に直接形成されている、請求項１に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項13】

前記ガス流路は、ガス分配マニホールドおよびガス分配チャネルを含む、請求項１２に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【請求項14】

前記ガス分配チャネルは、前記ガスを前記上部タンディッシュノズル内を流れる鋼中に放出するためのガス出口を有する、請求項１３に記載のガス吹込上部タンディッシュノズル（４）。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、鋼スラブの鋳造に関し、より具体的には、そのような鋳造に使用される上部タンディッシュノズルに関する。最も具体的には、本発明は、アルゴン漏れを最小化／排除するアルゴン吹込上部タンディッシュノズルの設計に関する。

【背景技術】

【0002】

本発明は、上部タンディッシュノズルの改良された設計に関する。ノズルは、鋼のスラブへの連続鋳造に使用されるように設計されている。図１は、そのような連続鋳造ラインの断面を示す。ラインは、新鮮な鋼をタンディッシュ２に連続的にもたらす取鍋１を含む。タンディッシュ２は、そこから鋳型３への流れを制御する。

【0003】

図２は、タンディッシュ２および鋳造鋳型３のより近接した図であり、本発明の焦点である上部タンディッシュノズル４の位置を具体的に示す。上部タンディッシュノズル４は、タンディッシュ２からの溶鋼を収集し、ゲートバルブを通って鋳型３内に鋼を導く。

【0004】

図３は、上部タンディッシュノズル４の簡略断面図である。上部タンディッシュノズル４は、セラミック内側部分６と、脆弱なセラミック内側部分６を収容して保護する保護缶５とから構成される。

【0005】

そのようなノズルのセラミック内側部分６は、アルミニウム、ケイ素、マグネシウム、クロム、もしくはジルコニウム、またはそれらの混合物のセラミック酸化物であってもよい多孔質のガス透過性耐火材料から形成されることが多い。あるいは、ノズルのセラミック内側部分６は、セラミック内側部分６内に設定されたガス流路を提供するために、セラミック内に穿孔／トンネル状の孔を有するセラミック材料で形成されていてもよい。

【0006】

多孔質のガス透過性耐火材料および／または穿孔された／トンネル状の孔は、固体介在物による上部タンディッシュノズル４の目詰まりを防止するために、連続鋳造中に上部タンディッシュノズル４に吹き込まれるアルゴンガスのための流路を提供する。アルゴン流はまた、上部タンディッシュノズル４、ゲートバルブ、およびその後の鋳型３内での鋼の流れパターンに影響を及ぼす。

【0007】

上記で示唆したように、上部タンディッシュノズル４のセラミック内側部分６の内側表面は、液体鋼の流れを導くための穴を画定する。セラミック内側部分６の外側表面は、保護缶５に包まれている。保護缶５は、１つ以上の環状のガス伝導空間を画定するために、セラミック内側部分６の外側表面から離間することができる鋼などの金属シート材料で形成することができる。アルゴンガスは、ガス吹込口７を介して上部タンディッシュノズル４に吹き込まれる。図３は、アルゴンガス吹込口７、ならびに多孔質セラミック内側部分６を有する上部タンディッシュノズル４内のアルゴン流路８を示す。

【0008】

多孔質セラミック内側部分６を有する上部タンディッシュノズル４の動作時に、加圧された不活性ガス（アルゴンなど）は、上部タンディッシュノズル４の穴を通って溶融金属が流れる間に、セラミック内側部分６の外側表面とこれに外接し得る保護缶５との間の環状空間を通って透過する。不活性ガスは、多孔質セラミック内側部分６のガス流路８を流れる。アルゴンは、最終的に、アルゴン気泡９として多孔質セラミック内側部分６から逃げる。これらの気泡は、有利には、上部タンディッシュノズル４内の穴の表面上に流体膜を形成することができ、これにより、溶融金属が穴を形成する内面と直接接触することが防止される。穴表面を溶融金属から隔離することによって、ガスの流体膜は、そのような鋼中に存在する少量のアルミナがノズル穴の表面に付着して蓄積するのを防止する。そのようなアルミナ堆積物の防止は重要であり、そのような堆積物は、最終的に、穴の壁の周りで凝固するまで溶鋼の流れを妨害し、それによって上部タンディッシュノズル４を詰まらせる。このようなノズル４の詰まりは、鋳造プロセスの停止およびノズル４の交換を必要とする。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

そのような上部タンディッシュノズル４は、穴を閉塞するアルミナ堆積物の蓄積を遅らせるのに有効であることが一般的に示されているが、本発明者らは、そのようなノズルに関連する複数の欠点を観察した。１つの特定の問題は、アルゴンガスの漏れ、すなわち、上部タンディッシュノズル４の内側穴表面ではない領域における、系からのアルゴンの損失に関する。このような漏れは、上部タンディッシュノズル６の内部穴に浸透するガスの機能を台無しにする可能性がある。ガス漏れが重大である場合、ノズル穴の表面上に保護流体膜を形成することを妨げる可能性がある。不活性ガスの圧力は、溶鋼が穴の表面に加えるかなりの背圧を克服するのに十分高いレベルに維持されなければならない。理想的には、ガス圧は、所望の膜を形成するのに十分であるべきである。ガス圧が高すぎる場合、ガスは鋼を過度に撹拌し、したがってさらなる欠陥を生成する可能性がある。したがって、ガスの圧力および流量の制御は重要であり、狭い範囲内に維持されなければならない。あらゆる重大な漏れは、所望の微妙な圧力バランスを台無しにする可能性がある。さらに、このようなアルゴン損失は、製造のためのさらなる費用であり、したがって可能であれば最小限に抑える必要がある。

【0010】

明らかに、従来技術の設計に固有の漏れ機構を最小化または排除する、改良された上部タンディッシュノズル４の設計が必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明は、防漏ガス吹込上部タンディッシュノズルに関する。ノズルは、保護缶と、保護缶内に配置されたセラミック内側部分とを含む。セラミック内側部分は、好ましくは、内部にガス流路を有する。ノズルは、保護缶に取り付けられたガス吹込口をさらに含み、これにより、保護缶を通ってセラミック内側部分内のガス流路にガスを吹き込むことが可能になる。

【0012】

ノズルはまた、保護缶とセラミック内側部分との間に形成された少なくとも１つのガス流シールを含む。ガス流シールは、保護缶とセラミック内側部分との間の間隙からのガス漏れを遮断する。ガス流シールは、ニッケルまたはニッケルの合金から形成されていてもよい。

【0013】

ガス流シールは、電気めっき、無電解めっき、ニッケル／合金箔ストリップ、スパッタリング、プラズマ蒸着、および金属印刷からなる群から選択される方法によって、保護缶とセラミック内側部分との間の任意の間隙にニッケルまたはニッケル合金を堆積させることによって形成することができる。

【0014】

一実施形態では、ガス流シールは、保護缶とセラミック内側部分との間の任意の間隙にニッケルまたはニッケル合金を電気めっきすることによって形成することができる。ニッケルまたはニッケル合金は、保護缶の外側の間隙およびセラミック内側部分の外側にわたって電気めっきされていてもよい。ニッケルまたはニッケル合金は、保護缶およびセラミック内側部分が一体部品に形成された後に、保護缶の外側の間隙およびセラミック内側部分の外側にわたって電気めっきすることができる。

【0015】

ニッケルまたはニッケル合金は、保護缶の内面およびセラミック内側部分の外面の一方または両方に堆積されていてもよい。好ましくは、ニッケルまたはニッケル合金は、保護缶およびセラミック内側部分が一体部品に形成される前に、保護缶の内面およびセラミック内側部分の外面の一方または両方に堆積されていてもよい。

【0016】

保護缶は、金属材料、好ましくは鋼で形成されてもよい。セラミック内側部分は、多孔質セラミック材料から形成されてもよく、ガス流路は、多孔質セラミック材料内に細孔を備えていてもよい。セラミック内側部分は、アルミニウム、ケイ素、マグネシウム、クロム、もしくはジルコニウム、またはそれらの混合物の１つまたは複数のセラミック酸化物からなるガス透過性耐火材料から形成されてもよい。

【0017】

セラミック内側部分は多孔質またはガス透過性でなくてもよく、ガス流路はセラミック内側部分の本体に直接形成されていてもよい。ガス流路は、ガス分配マニホールドおよびガス分配チャネルを含むことができる。ガス分配チャネルは、上部タンディッシュノズル内を流れる鋼中にガスを放出するためのガス出口を有していてもよい。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の上部タンディッシュノズルが好適に使用される連続鋳造ラインの断面図を示す。

【図2】タンディッシュおよび鋳造鋳型のより近接した図であり、上部タンディッシュノズルの位置を具体的に示す。

【図3】上部タンディッシュノズルの簡略断面図である。

【図4】上部タンディッシュノズルの典型的な断面図を示しており、ガスが漏れる可能性のある間隙を具体的に示している。

【図5】本発明の間隙シールの解決策を含む上部タンディッシュノズルの断面図を示す。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明は、不活性ガス（アルゴンなど）の望ましくない漏れを最小化／排除する改良されたアルゴン吹込上部タンディッシュノズル４である。

【0020】

図４は、上部タンディッシュノズル４の典型的な断面図を示す。同図は、保護缶５、セラミック内側部分６、アルゴン吹込口７およびセラミック内側部分６内のアルゴンガス流路８などの主要な構成要素を示している。このタイプの上部タンディッシュノズル４では、セラミック内側部分６は多孔質であってもなくてもよいが、アルゴン流路８（ガスをノズルの穴内に放出するためのガス出口を含むガス分配マニホールドおよびガス分配チャネルを含む）は、製造中にセラミック内側部分６に成形される。上述したように、セラミック内側部分６は、代替的に、予め作製されたガス流路８なしで多孔質セラミックから形成されてもよい。

【0021】

図４はまた、本発明によって対処される問題を示している。すなわち、保護缶５とセラミック内側部分６との間の間隙からのアルゴンガスの著しい漏れがあり得る。漏れ経路１０は、上部間隙および底部間隙にあり得る。製造時に、内側セラミック部６が保護缶５内にプレス成形され、それによって一体部品が形成される。金属保護缶５とセラミック内側部分６との間の熱膨張の差に起因して、それらの間の気密シールは不可能ではないにしても非常に困難である。これらの間隙は小さくてわずかに見えるかもしれないが、典型的な上部タンディッシュノズル４では、保護缶５とセラミック内側部分６との間の０．０４３１８ｍｍの間隙は、３．１７５ｍｍのパイプと同じ流れ面積を有することに留意されたい。これにより、アルゴンの体積および圧力が大幅に低下する可能性がある。

【0022】

図５は、本発明者らによって考案された本発明の解決策を示す。本発明者らは、保護缶５とセラミック内側部分６との間のシール１１、１１’がアルゴンの漏れを塞ぐことができることを見出した。具体的には、シール１１，１１’は、ニッケルまたはニッケル合金で形成されている。保護缶５とセラミック内側部分６との間の界面の温度は、ニッケル／合金シール１１、１１’の融点よりも低い。このシール１１、１１’は、間隙内における高温にも延性を維持し、保護缶５およびセラミック内側部分の膨張中に亀裂なしに伸張すると考えられる。これは、間隙から漏れるのを防ぐのに役立つ。

【0023】

本発明者らは、受領したままの市販の上部タンディッシュノズル４を加圧試験して、保護缶５とそのセラミック内側部分６との間の間隙に漏れがあるかどうかを判定した。加圧されたノズルおよび石鹸水溶液を間隙に適用した。気泡が形成され、ガスの著しい漏れを示している。

【0024】

本発明者らは、保護缶５とセラミック内側部分６との間の間隙と完全に重なる領域において、上部タンディッシュノズル４上にニッケルを電気めっきした。シール１１、１１’の電気めっき後、ノズルを再び圧力試験し、漏れが塞がっていることが分かった。これは当然、室温であり、鋼鉄鋳造温度ではなかった。

【0025】

次に、電気めっきされたニッケルシール１１、１１’を有する缶を、１００ｌｂの開放空気炉を使用してノズルに液体鋼を注ぐことによって熱試験に供した。注ぎは、取鍋から上部タンディッシュノズル４を通ってノズルの下のインゴット型に入った。鋼が凝固した後、ノズルを調べたところ、電気めっきされたニッケルシール１１、１１’は完全に無傷であり、直接の金属スプラッシュに耐え抜きさえすることが分かった。

【0026】

本発明者は、２つの異なるタイプのニッケルシールを想定している。第１の種類のニッケルシール１１については上述した。これは、保護缶５とセラミック内側部分６との間の間隙を覆うために外部から適用される。この種のシール１１は、一般に、上部タンディッシュノズル４が形成された後に適用される。

【0027】

あるいは、上部タンディッシュノズル４を形成する前に、保護缶５およびセラミック内側部分６の一方または両方にニッケル材料を適用してもよい。ニッケルは、保護缶５および／またはセラミック内側部分６上に戦略的に堆積され、その間にニッケルシール１１’を形成する。

【0028】

本発明者らは、電気めっきを使用してニッケルシール１１、１１’を堆積させている。他の実行可能な技術としては、無電解めっき、ニッケル箔ストリップ、スパッタリング、プラズマ堆積、金属印刷などが挙げられる。重要なのは、ニッケルがどのように位置に入ったかではなく、むしろ保護缶５とセラミック内側部分との間にニッケルシール１１、１１’を形成することである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【国際調査報告】