专利名称：连续铸造用浸渍喷嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及在钢铁的连续铸造中用于向铸模注入融钢的浸渍喷嘴。
背景技术：
在铸模内，从浸渍喷嘴的左右一对的排出口排出的融钢的排出流与铸模的短边侧内壁发生冲撞而分流成沿铸模内壁上升的上升流和沿铸模内壁下降的下降流。此时，特别是在排出流速快的情况等，在排出口的上部和下部会产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坏，或者局部地产生强排出流，流动较大变动。这样的变动成为凝固壳的生成不良以及气泡及夹杂物引起的缺陷产生的主要原因。为了解决该问题，考虑有通过使铸模内的融钢的流动缓慢并且形成均一的流动， 能够进行防止基于气泡及夹杂物的缺陷的连续铸造。基于这样的考量，例如以下专利文献中提出有在上下方向两层设有融钢的排出口的四孔式的浸渍喷嘴(四孔喷嘴)。在专利文献1中，四孔喷嘴的设于上下的各排出口(上孔、下孔)具有横长的开口形状，并且将铸模长度设为L、四孔喷嘴中的通过量设为y4、铸模上端到弯液面的距离设为 Z时，上孔、下孔间的开口距离I为I < L-Z-64y4-370。此时，即使提高通过量也不卷入模制粉末，能够得到高品质的铸片。专利文献2中提出有以下方案，在排出部减小四孔喷嘴的内部流路的截面面积， 并且使下孔的内尺寸(截面面积)比上孔的内尺寸(截面面积)小，在铸模内抑制极端的上升排出流的产生。由此，避免液面的变动，防止产生粉末的卷入等缺陷。专利文献1记载的技术的目的在于消除两孔喷嘴中成为问题的、排出孔上部的负压。但是，如专利文献1那样地使上孔和下孔为同一形状的条件下，具有下孔侧的偏流变大的问题。另外，专利文献2的技术涉及在内部流路中形成有台阶部的特别形状的喷嘴。在该技术中，随着基于台阶部的截面面积变化，内部的流动变得不稳定，具有来自上孔、下孔的流动变动变大的情况。另外，在上述现有技术中，特别是着眼于刚从排出口排出后的融钢的流速，对于在铸模的短边侧内壁附近的融钢流速未作充分的探讨。例如，在融钢向上部的凝固壳薄的位置冲击的流速快的情况下，由于冲击流的作用，凝固部再次熔解使得操作不稳定。与此同时，在下降流的流速快的情况下，气泡以及夹杂物经由下降流而侵入铸片的深部，使得品质产生缺陷。这样，具有通过将排出口四孔化而仅减小喷流宽度是不够的情况。因此，关于在上下排出口的喷流的控制，需要就铸模的短边侧内壁附近的融钢流速的方面进行进一步探讨。专利文献1 (日本)特开平2-187240号公报专利文献2 (日本)特开2006-198655号公报
发明内容
因此，本发明提供一种四孔喷嘴，解决了在连续铸造中，将现有的两孔喷嘴的排出口分割成两个后的形状的四孔喷嘴中不能够得到足够的减速效果，不能充分抑制气泡以及夹杂物侵入铸片内部的问题，能够减少内部缺陷的产生。本申请发明者们考虑到将现有的两孔喷嘴的排出口单纯地分割成两个后的形状的四孔喷嘴不能够充分抑制气泡以及夹杂物侵入铸片内部的原因是不能够得到融钢流速的充分减速效果，进而对其原因进行调查。其结果，发现，在四孔喷嘴的情况下，将上孔和下孔的排出流的流量平衡控制在一定范围内是重要的。另外，本申请发明者们发现，分别从上孔和下孔排出的喷流通过负压在途中合流而成为一个喷流，其结果，具有喷流宽度变宽，流速衰减效果变小的情况。对将通过上孔和下孔的融钢的流量分布均一化并且上下的喷流不合流的条件进行探讨后的结果，构成如下的本发明。本发明第一方面的浸渍喷嘴为向连续铸造钢铁用铸模内排出融钢的连续铸造用浸渍喷嘴，具有筒状的喷嘴主体，在所述喷嘴主体下端侧的浸渍于所述铸模内的融钢中的部位，开设有左排上层、左排下层、右排上层以及右排下层四个融钢排出口，所述左排的两个排出口和所述右排的两个排出口具有相对于所述喷嘴的轴心大致对称的形状，所述左排的排出口与所述铸模的左侧短边侧内壁相对，所述右排的排出口与所述铸模的右侧短边侧内壁相对，所述下层的排出口的开口部面积比所述上层的排出口的开口部面积小，所述下层的排出口的开口部面积与所述上层及下层的排出口的开口部面积之和的比值为0.2以上、0.4以下。本发明第二方面的浸渍喷嘴，在上述第一方面的基础上，所述上层的排出口的下端与所述下层的排出口的上端的距离可以在15mm以上、150mm以下的范围内。本发明第三方面的浸渍喷嘴，在上述第一或第二方面的基础上，可以如下地形成有下孔和上孔，即，所述上层的排出口和所述下层的排出口的排出角度都在相对于水平向上倾斜5°至向下倾斜45°的范围内，所述下层的排出口的排出角度以所述上层的排出口的排出角度为基准向下倾斜10°以上。本发明第四方面的浸渍喷嘴，在上述第一或第二方面的基础上，所述上层的排出口以及所述下层的排出口可以都大致为矩形。通过使用本发明的四孔喷嘴进行连续铸造，能够充分控制铸模的短边侧内壁附近的融钢流速，抑制经由下降流而使气泡以及夹杂物侵入铸片的深部的情况，能够得到内部缺陷发生少的铸片。
图1是表示本发明实施方式的四孔喷嘴的截面形状的图；图2A是表示本发明实施方式的四孔喷嘴在铸模内的配置的示意剖面图，是从与铸模的长边侧侧面垂直的视线观察到的图；图2B是表示本发明实施方式的四孔喷嘴在铸模内的配置的示意剖面图，是从沿喷嘴的轴向的视线观察到的图；图3是表示由数值流体解析的结果得到的、两孔喷嘴以及四孔喷嘴中的排出流速分布的图。图4是表示由数值流体解析的结果得到的、两孔喷嘴以及四孔喷嘴中的排出流速的衰减效果的图。图5是说明水模试验使用的四孔喷嘴的排出口的构成的图；图6是表示由水模实验的结果得到的每个喷嘴的下降流速的图；图7是表示由数值流体解析和水模实验的结果得到的、上孔与下孔的排出流的角度差和气泡量的关系的图。符号说明1 浸渍喷嘴主体2 上孔3 下孔D 上孔的下端与下孔的上端的距离5 铸模5a:短边侧内壁5b:长边侧内壁
具体实施例方式图1表示本发明实施方式的四孔喷嘴的形状。在用于钢铁的连续铸造的铸模5中，通常使用俯视为矩形的结构。融钢经由浸渍喷嘴向该铸模5内排出。浸渍喷嘴主体1具有左右成对的排出口 2、3。一侧的排出口包括上孔2以及下孔3。通过这些排出口将融钢分左上、左下、右上以及右下四个方向向铸模5 内排出。来自左右排出口的融钢的排出流与铸模5的短边侧内壁fe发生冲撞进而分流成沿铸模5内壁上升的上升流和沿铸模5内壁下降的下降流。浸渍喷嘴主体1以使融钢能够自上而下地通过的方式形成为筒状，在其下端部的浸渍于铸模5内的位置设有融钢的排出口。该排出口分为上孔2和下孔3而形成上下两层。 在与钢铁的铸模5的两个短边侧内壁fe相对的位置设有夹着喷嘴轴心左右各两个、共计四个排出口。左排的两个排出口和右排的两个排出口具有相对于所述喷嘴的轴心大致对称的形状。左右的排出口也可以为相对于包含喷嘴轴心的平面镜面对称，左右的排出口还可以相对于喷嘴轴心旋转对称。左排的排出口与所述铸模的左侧短边侧内壁相对，而右排的排出口与所述铸模的右侧短边侧内壁相对。下层的排出口的开口部面积比上层的排出口的开口部面积小。在左右各排中，下层的排出口的开口部面积相对于上层及下层的排出口的开口部面积之和的比值为0. 2以上、0. 4以下。图2A以及图2B表示铸模5中的浸渍喷嘴主体1的配置。构成铸模5的垂直的壁面俯视看时为大致矩形，具有一组短边和一组长边。浸渍喷嘴主体1的左右一对排出口 2、 3分别与铸模5的短边侧内壁fe相对并开口。通常，公知从喷嘴排出的融钢的流速随着喷流宽度的减小而衰减量变大，通过形成四孔喷嘴，能够减小各排出孔的喷流宽度。其结果，通过流速的衰减效果，喷流内的最大流速的值减小，实现抑制气泡以及夹杂物侵入铸片内部的效果。
但是，本申请发明者们发现，使用四孔喷嘴实施连续铸造的结果，仅形成单纯地将现有的两孔喷嘴的排出口分割为二的形状，不能够得到足够的减速效果，不能充分抑制气泡以及夹杂物侵入铸片内部。本申请发明者们如下地对不能够得到足够的减速效果的原因进行了分析。即，在上孔和下孔的形状相同的情况下，由于融钢高度方向上的压力差而使通过上孔和下孔的流量平衡破坏。另外，分别由上孔和下孔排出的喷流通过在这些喷流之间产生的负压而在途中合流成一个喷流。结果，喷流宽度变宽，流速的衰减效果变小。本申请发明者们考虑这些为不充分流速的原因之一。因此，为了求出将通过上孔和下孔的融钢的流量分布均一化且上下喷流不合流的条件，对上孔和下孔各自的大小以及上孔和下孔各自的融钢喷流的排出角度进行了探讨。首先，关于上孔和下孔大小的最佳值，通过数值流体解析对融钢的动作进行了探讨。由于具有融钢高度方向上的压力差，故而即使是相同的喷嘴形状，通过上孔和下孔的容量的流量不同。因此，将通过上孔和下孔的融钢的流量分配最佳化而降低在铸模的短边侧内壁附近的融钢的下降流的流速作为该解析的目标。对此，对使上孔和下孔的排出部的面积比变化的多个形状的喷嘴进行数值流体解析，并对面积比的变化的影响进行了探讨。在该解析中，喷嘴径为160mm。作为排出口，假定形成有具有表1所示的开口面积的矩形的上孔和下孔的四孔喷嘴1 5和现有的两孔喷嘴并分别进行评价。在这些评价中，在使刚从喷嘴排出后的融钢最大流速为3. 4m/sec的条件下求出流速分布，评价在离开喷嘴轴心800mm位置的流速。图3表示从各喷嘴排出的喷流的流量分布，图4表示各喷嘴中的最大流速。图3 是沿喷嘴轴心的各喷嘴的截面图，在一定量以上的喷流存在点上图示点。如图3所示，在四孔喷嘴中，通过使上孔对下孔的面积比改变，来改变流量分布。接着，就表1代表的多个构成的喷嘴，求出各自距离喷嘴轴心800mm位置的最大下降流速(m/sec)。图4对该结果进行了解析，相对于上孔与下孔的开口部的面积比(以下成为开口面积比)，图示最大下降流速。如图4所示，在开口面积比为0.2以上、0.4以下的范围内，得到最大下降流速低这样的效果。特别是，在开口面积比为0. 25以上、0. 375以下的范围内，最大下降流速进一步降低。接着，对上孔和下孔各自的融钢喷流的排出角度，进行水模试验(水 試験) 而进行探讨。使用240X1300X1390mm(厚度、宽度、深度)的铸模，制作上孔和下孔的排出角度不同的四孔喷嘴。实施使水在这些喷嘴流通的水模实验，测定排出流的流速、液面变动以及气泡卷入量。图5汇总表示水模试验使用的四孔喷嘴的排出口的构成。如图所示，上孔的排出角度为向下倾斜角度=15°、水平、向上倾斜角度=7°三种，下孔的排出角度全部为向下倾斜角度=15°。另外，为了进行比较，也制造两孔喷嘴，对此进行试验。在水模试验中的液面变动的测定，利用高速摄像照相机拍摄弯液部(水面部)，通过测定60秒间的平均液面变动的振幅而进行。另外，卷入气泡量的测定通过从喷嘴的中间部分吹入空气并且在中心由高速摄像照相机拍摄铸模内的下降流产生位置，测定画面内的气泡数而进行。图6表示从喷嘴排出后，在距离弯液面IOOOmm位置的下降流速(最大值)。表示了通过使上孔的排出角度变化而使下降流速改变的情况，得到排出角度为0° (水平)的喷嘴表示最小值的结果。另外，关于排出角度，负值以水平方向为基准表示向上的情况，正值以水平方向为基准表示向下的情况。表2表示使用各喷嘴的水模试验的结果。另外，测定值将两孔喷嘴的测定结果设为100，将其他喷嘴的测定结果标准化而表示。关于基于下降流的卷入气泡量，四孔喷嘴都为中等程度以下。但是，在以向上倾斜 7°的排出角度形成上孔的喷嘴的情况下，液面变动变大。另外，与上孔和下孔的排出角度相同的情况相比，设有15°差的喷嘴一方的卷入气泡量少。由该结果可知，通过在来自上孔和下孔的融钢喷流中设置排出角度差，能够降低上孔排出流和下孔排出流的合流效果。表 2
两孔喷嘴四孔喷嘴向下倾斜15°(上孔)(上孔)(上孔)向下倾斜15°水平0。向上倾斜7°(下孔)向下倾斜15°下降流速100755763液面变动1009895195卷入气泡量100917574基于以上的、利用数值流体解析的探讨以及使用水模的实验，进一步探讨的结果， 构成上述本发明。以下，对构成本发明的各个事项进一步说明。在本发明中，构成在喷嘴的两侧设有上下两层排出口的四孔喷嘴。通过使用四孔喷嘴，与使用有两孔喷嘴的情况相比，使融钢的流动缓慢，容易形成均一的流动。在喷嘴下部的浸渍于融钢中的部分，在与铸模的两个短边侧内壁相对的位置，分别设有由上孔和下孔构成的上下两层的排出口。排出口的形状不作特别限定，上孔、下孔都为矩形为好。这样，能够进一步减小从各排出口排出的排出量的波动，起到形成均一的流动的作用。理想的是，下孔的开口部的面积比上孔的开口部的面积小。理想的是，使下孔的开口面积为上孔和下孔的合计开口面积的0. 2 0. 4倍。 这样，通过使下孔的开口面积为上孔和下孔的合计开口面积的0. 2 0. 4倍，即使融钢具有高度方向上的压力差也能够使通过上孔和下孔的融钢的流量分布均一。结果，能够使从上孔和下孔排出的排出流缓慢化、均一化，可将融钢向铸模内排出，能够降低融钢在铸模短边侧内壁附近的下降流的流速。来自下孔和上孔的融钢喷流的排出角度(排出口轴心的倾斜角度)分别相对于水平在向上倾斜5°至向下倾斜45°的范围为好。上孔、下孔向上倾斜角度都超过5°的话，由于液面变动而卷入粉末。另外，若向下倾斜角度都超过45°，则气泡和夹杂物容易侵入铸片的内部。为了更有效地防止气泡以及夹杂物的进入，上孔的排出角度在向上倾斜5° 向下倾斜15°的范围为好。另外，在图1中表示上孔2的轴心为水平(倾斜角度α =0° )，下孔3的轴心相对于水平向下倾斜(倾斜角度β )而形成的情况。另外，由于上孔与下孔的排出角度差，来自上孔的排出流和来自下孔的排出流的合流位置变化。因此，以使下孔的排出角度比上孔的排出角度进一步向下倾斜10°以上的方式形成下孔和上孔的轴心角度为好。图7表示由数值流体解析和水模试验的结果得到的、上孔和下孔的排出流的角度差和气泡量的关系。在图7中，(a)部是表示上孔与下孔的角度差和上孔与下孔的排出流的合流位置(距离喷嘴中心的距离)的关系的图表，(b)部是表示在合流位置的合流速度的关系的图表，(c)部是表示喷流速度和卷入气泡量的关系的图表。如(a)部所示，若使排出流的角度差变化至0 22°，则伴随角度差的增加，合流位置移动到远离排出口的位置。伴随合流位置自排出孔离开，如(b)部所示，喷流速度减小，伴随该减少，如(c)部所示，气泡卷入量减少。如从图7的(C)部向(a)部的箭头标记所示，在相对于上孔的排出角度在向下方向倾斜的方向上具有10°以上的角度差而设定下孔的排出角度的情况下，卷入气泡量稳定地减少。在角度差在10°以上、22°以下的范围内的情况下，气泡量理想地减少。更加理想的是，角度差在15°以上、20°以下的范围内。在这样的构成中，能够更加有效地防止来自上孔和下孔的融钢的排出喷流的合流。若上孔(上层排出口)的下端与下孔(下层排出口)的上端的距离D为15mm 150mm的范围，则更加理想。若该间隔为15mm以上，则自排出口排出的上下融钢流的合流被更有效地防止，进一步加强使融钢从两孔分散而排出的效果。另外，若使上下排出口的间隔为150mm以下，则即使在融钢具有高度方向上的压力差的情况下，也能够更加适当地维持通过上下排出口的流量平衡。本发明如上地构成，以下，通过实施例进一步说明本发明的实施可能性以及效果。实施例通过垂直弯曲连续铸造机铸造C量0. 08质量％的Al-Si镇静钢。制造时，作为实施例，使用以下构成的喷嘴。(1)下孔的开口部面积为上孔和下孔的合计面积的37. 5%，上孔和下孔的排出角度都向下倾斜15°的四孔喷嘴(实施例1)。(2)上孔的排出角度为0°，下孔的排出角度向下倾斜15°的四孔喷嘴(实施例 2)。另外，作为比较例，使用有以下构成的喷嘴。(3)两孔喷嘴(比较例1)。
(4)下孔和上孔的开口部面积相等，排出角度都向下倾斜15°的四孔喷嘴(比较例2)。利用光学显微镜对得到的铸片中的中心部的气泡、夹杂物进行观察、测定，将使用比较例1的两孔喷嘴得到的铸片的测定结果设为100，将使用其他喷嘴得到的铸片的测定结果指数化(标准化)。表3表示使用各个喷嘴铸造的铸片的气泡、夹杂物指数。在本发明的实施例中，与比较例2的现有的四孔喷嘴相比，能够抑制气泡、夹杂物向铸片的进入。另外，在上孔和下孔的排出角度设有10°以上的差的实施例2的情况下，可得到更好的结果。表权利要求
1.一种连续铸造用浸渍喷嘴，该连续铸造用浸渍喷嘴向连续铸造钢铁用的铸模内排出融钢，其特征在于，具有筒状的喷嘴主体，在所述喷嘴主体下端侧的浸渍于所述铸模内的融钢中的部位，开设有左排上层、左排下层、右排上层以及右排下层四个融钢排出口，所述左排的两个排出口和所述右排的两个排出口具有相对于所述喷嘴的轴心大致对称的形状，所述左排的排出口与所述铸模的左侧短边侧内壁相对，所述右排的排出口与所述铸模的右侧短边侧内壁相对，所述下层的排出口的开口部面积比所述上层的排出口的开口部面积小，所述下层的排出口的开口部面积与所述上层及下层的排出口的开口部面积之和的比值为0.2以上且0.4以下。
2.如权利要求1所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其特征在于，所述上层的排出口的下端与所述下层的排出口的上端的距离在15mm以上且150mm以下的范围内。
3.如权利要求1或2所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其特征在于，以如下的方式形成下孔和上孔，即，所述上层的排出口和所述下层的排出口的排出角度都在相对于水平向上倾斜5°至向下倾斜45°的范围内，所述下层的排出口的排出角度以所述上层的排出口的排出角度为基准向下倾斜10°以上。
4.如权利要求1或2所述的连续铸造用浸渍喷嘴，其特征在于，所述上层的排出口以及所述下层的排出口都大致为矩形。
全文摘要
一种连续铸造浸渍喷嘴，该浸渍喷嘴向连续铸造钢铁用的铸模内排出融钢，其中，具有筒状的喷嘴主体，在所述喷嘴主体下端侧的浸渍于所述铸模内的融钢中的部位，开设有左排上层、左排下层、右排上层以及右排下层四个融钢排出口，所述左排的两个排出口和所述右排的两个排出口具有相对于所述喷嘴的轴心大致对称的形状，所述左排的排出口与所述铸模的左侧短边侧内壁相对，所述右排的排出口与所述铸模的右侧短边侧内壁相对，所述下层的排出口的开口部面积比所述上层的排出口的开口部面积小，所述下层的排出口的开口部面积与所述上层及下层的排出口的开口部面积之和的比值为0.2以上、0.4以下。
文档编号B22D41/50GK102361712SQ20108001305
公开日2012年2月22日 申请日期2010年3月25日 优先权日2009年3月25日
发明者土岐正弘, 大谷康彦, 山田胜范, 林聪 , 王丸善太, 町田和喜, 长谷川一 申请人:新日本制铁株式会社