JP2009066603A - 鋼の連続鋳造方法及び連続鋳造用タンディッシュ上ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】 連続鋳造用タンディッシュ上ノズルから浸漬ノズルに至る溶鋼流出孔におけるノズル詰まりを防止すると同時に鋼製品における欠陥発生を防止し、且つモールドパウダーの溶融層厚を十分に確保してブレークアウトのような操業トラブルをも防止することのできる鋼の連続鋳造方法及びタンディッシュ上ノズルを提供する。
【解決手段】 ポーラス煉瓦からなるガス吹き込み部が上下２段に設けられ、上段のガス吹き込み部３ａのポーラス煉瓦の気孔径が下段のガス吹き込み部３ｂのポーラス煉瓦の気孔径よりも小さく、上段のガス吹き込み部と下段のガス吹き込み部とで独立してガスを吹き込むことが可能であるタンディッシュ上ノズル３を用い、鋳造中に、上段のガス吹き込み部からはＡｒガスを、下段のガス吹き込み部からは窒素ガスまたは窒素ガスとＡｒガスとの混合ガスを吹き込む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、溶鋼の清浄化及び溶鋼流出孔の詰まり防止などを目的として、タンディッシュから鋳型へ注入される溶鋼中にタンディッシュ上ノズルからＡｒガスなどのガスを吹き込みながら鋳造する連続鋳造方法、並びに、これに使用される連続鋳造用タンディッシュ上ノズルに関するものである。

鋼の連続鋳造では、一般に、取鍋内の溶鋼を一旦タンディッシュに注入し、タンディッシュ内に所定量の溶鋼が滞在した状態で、タンディッシュ内の溶鋼を、タンディッシュ底部に設置した浸漬ノズルを介して各鋳型に注入している。その際に、タンディッシュ上ノズルから浸漬ノズルに至る溶鋼流出孔におけるアルミナなどの非金属介在物の付着に起因するノズル詰まりを防止する目的で、溶鋼流出孔の最上部を構成するタンディッシュ上ノズルから溶鋼流出孔を流下する溶鋼中にＡｒガスなどが吹き込まれている。

連続鋳造用タンディッシュ上ノズルからのガス吹き込み方法としては、例えば、特許文献１では、タンディッシュ上ノズルに上下２段のガス吹き込み部を設け、主として下段ガス吹き込み部からノズル詰まり防止用のＡｒガスを吹き込み、上段ガス吹き込み部からはノズル詰まりが生じない最小流量のＡｒガスを吹き込む方法を提案している。また、特許文献２では、タンディッシュ上ノズルに上下２段のガス吹き込み部を設け、上段部からのＡｒガス吹き込み量を下段部からの吹き込み量の１．２倍以上とするＡｒガスの吹き込み方法を提案している。また更に、特許文献３では、タンディッシュ上ノズルにそれぞれ個別にガス吹き込みが可能な上下２段のガス吹き込み部を設け、上段のガス吹き込み部からは溶鋼に可溶なガスまたは溶鋼に可溶なガスとＡｒガスとの混合ガスを、下段のガス吹き込み部からはＡｒガスを吹き込む方法を提案している。
特開昭６３−７２４５５号公報 特開平２−３７９４７号公報 特開平１１−５７９５８号公報

連続鋳造用タンディッシュ上ノズルから吹き込まれるノズル詰まり防止用ガスには、次の２つの機能がある。即ち、１つ目の機能は、鋳型に通じる浸漬ノズル内壁への非金属介在物の付着を防止する機能であり、２つ目の機能は、タンディッシュ上ノズルの上部側における非金属介在物の付着を防止する機能である。

特許文献１及び特許文献２は、何れもこれらの機能に着目し、特に特許文献２では、２つ目の機能を満足するべくタンディッシュ上ノズルの上段部からのガス吹き込み量を増加させている。しかしながら、タンディッシュ上ノズルの上段部から吹き込まれたガスが上記機能を十分に発揮するためには、タンディッシュ内を上方へ浮上するに足る量のガスをタンディッシュ上ノズルの上段部から供給する必要があるが、上方へ浮上したガスは、最終的にタンディシュ内の溶鋼表面に到達し、タンディッシュ内の溶鋼と溶鋼表面を覆っているスラグとを攪拌し、溶鋼中へのスラグ巻き込みを生じさせたり、或いは溶鋼湯面を露出させて溶鋼の再酸化をもたらしたりするなど好ましくない作用を生じる。

また、特許文献１では、下段ガス吹き込み部からのガス流量を多くし、上段ガス吹き込み部からのガス流量を少なくするため、鋳造時間が長くなるとタンディッシュ上ノズルの上部においてアルミナなどの非金属介在物の付着が進み、鋳造不能となることが多い。また、特許文献２では、上段部からのガス流量を多くしているため、低鋳造速度の場合には、吹き込みガスの一部が上方に抜け、タンディッシュ内のスラグを攪拌して溶鋼を汚染し、一方、高鋳造速度の場合には、過剰の吹き込みガスが鋳型内に持ち込まれ、鋳片のブローホール欠陥の発生を招く、という問題があった。

これらに対して、特許文献３では、ガス流量が過不足なく確保されることから、（１）タンディッシュ上ノズルから浸漬ノズルに至る溶鋼流出孔におけるノズル詰まりが防止される、（２）上方に抜けるガス流量が少なく、タンディッシュ内スラグと溶鋼との攪拌に起因する溶鋼の汚染が防止される、（３）鋳型内に持ち込まれるガス量が過剰とならず、過剰なガス流量に起因する鋳片のブローホール欠陥が防止されるという点で、一定の効果が得られた。しかしながら、本発明者等がこの方法による連続鋳造を種々の鋼種、鋳造条件において試験した結果、一部の鋼種、鋳造条件においては、モールドパウダーの溶融層厚みが薄くなって鋳片と鋳型との間隙へのモールドパウダーの流入不足が生じ、鋳片と鋳型との焼付（「スティッキング」ともいう）による鋳片表面欠陥や、極端な場合にはブレークアウトにつながりかねない操業トラブルが生じる場合があった。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、連続鋳造用タンディッシュ上ノズルから浸漬ノズルに至る溶鋼流出孔におけるノズル詰まりを防止すると同時に、鋼製品における欠陥発生を防止し、且つモールドパウダーの溶融層厚を十分に確保してブレークアウトのような操業トラブルをも可及的に防止することのできる鋼の連続鋳造方法を提供するとともに、それに使用する連続鋳造用タンディッシュ上ノズルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するための第１の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、連続鋳造用タンディッシュ上ノズルにポーラス煉瓦からなるガス吹き込み部を上下２段に設け、上段のガス吹き込み部のポーラス煉瓦の気孔径を下段のガス吹き込み部のポーラス煉瓦の気孔径よりも小さくし、鋳造中に、上段のガス吹き込み部からはＡｒガスを、下段のガス吹き込み部からは窒素ガスまたは窒素ガスとＡｒガスとの混合ガスを吹き込むことを特徴とするものである。

また、第２の発明に係る連続鋳造用タンディッシュ上ノズルは、ポーラス煉瓦からなるガス吹き込み部が上下２段に設けられ、上段のガス吹き込み部のポーラス煉瓦の気孔径が下段のガス吹き込み部のポーラス煉瓦の気孔径よりも小さく、上段のガス吹き込み部と下段のガス吹き込み部とで独立してガスを吹き込むことが可能であることを特徴とするものである。

上記構成の本発明によれば、鋼の連続鋳造においてタンディッシュ上ノズルから浸漬ノズルに至る溶鋼流出孔におけるノズル詰まりを防止することができるとともに、鋼製品における欠陥発生を防止することができ、且つモールドパウダーの溶融層厚みが十分に確保されるので、ブレークアウトのような操業トラブルをも防止することができる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明に係る連続鋳造方法を実施する際に用いたスラブ連続鋳造機のタンディッシュ及び鋳型の部位の概略図、図２は、本発明に係る連続鋳造用タンディッシュ上ノズルの概略図である。

図１において、相対する鋳型長辺１３と、鋳型長辺１３の内側に内装された、相対する鋳型短辺１４と、により構成される鋳型２の上方所定位置に、外郭を鉄皮１５で覆われ、内部を耐火物１６で施行されたタンディッシュ１が配置されている。このタンディッシュ１の底部には、耐火物１６に嵌合するタンディッシュ上ノズル３（以下、単に「上ノズル」と記す）が設置され、そして、上ノズル３の下面に接して、上部固定板５、摺動板６、下部固定板７及び整流ノズル８からなるスライディングノズル４が配置され、更に、スライディングノズル４の下面に接して、その下部に一対の吐出孔１０を有する浸漬ノズル９が配置され、タンディッシュ１から鋳型２への溶鋼流出孔１１が形成されている。

浸漬ノズル９は、下部に設置される吐出孔１０が鋳型内の溶鋼１７に埋没するようにその先端が浸漬されて使用される。摺動板６は、往復型アクチュエーター１２と接続されており、往復型アクチュエーター１２の作動により、上部固定板５と下部固定板７との間をこれらの固定板と接触したまま移動し、摺動板６と上部固定板５及び下部固定板７とで形成する開口部面積を調整することにより溶鋼流出孔１１を通過する溶鋼量が制御される。

上ノズル３は、図２に示すように、上段ガス吹き込み部３ａ、下段ガス吹き込み部３ｂ、及び、上段ガス吹き込み部３ａと下段ガス吹き込み部３ｂとを取り囲む本体部３ｅの３つの部分で構成され、その外周には鉄皮３ｆが配置されている。上段ガス吹き込み部３ａ及び下段ガス吹き込み部３ｂは、アルミナ質のポーラス煉瓦で形成され、本体部３ｅは、比較的緻密なアルミナ質で形成されている。図２では、上段ガス吹き込み部３ａ及び下段ガス吹き込み部３ｂが本体部３ｅと明確に区別できるように表示しているが、実際には明確な境界はなく、本体部３ｅを形成するアルミナ質煉瓦と、上段ガス吹き込み部３ａ及び下段ガス吹き込み部３ｂを形成するアルミナ質ポーラス煉瓦とが、徐々にその配合比率を変えるようにして形成されている。つまり、一体的に形成されている。

鉄皮３ｆを貫通して２本のガス導入管３ｃ，３ｄが配置されていて、ガス導入管３ｃは上段ガス吹き込み部３ａに開口し、ガス導入管３ｄは下段ガス吹き込み部３ｂに開口している。即ち、ガス導入管３ｃから供給されるガスは上段ガス吹き込み部３ａを介して溶鋼流出孔１１の内部に吹き込まれ、一方、ガス導入管３ｄから供給されるガスは下段ガス吹き込み部３ｂを介して溶鋼流出孔１１の内部に吹き込まれるように構成されている。上ノズル３の外周に配置される鉄皮３ｆは、上ノズル３の強度を確保する目的もあるが、吹き込まれるガスが上ノズル３の外周面から流出することを防止している。従って、ガス導入管３ｃ，３ｄから供給されたガスは、確実に溶鋼流出孔１１の内部に吹き込まれるようになっている。ガス導入管３ｃ，３ｄはそれぞれ独立したガス供給装置に接続しており、それぞれ独立してガス供給量が制御されるようになっている。

本発明に係る上ノズル３においては、上段ガス吹き込み部３ａを構成するアルミナ質ポーラス煉瓦の気孔径が、下段ガス吹き込み部３ｂを構成するアルミナ質ポーラス煉瓦の気孔径よりも小さいことを特徴とする。尚、ポーラス煉瓦の気孔径は分布を持っているので、本発明においては気孔径を平均気孔径で評価する。つまり、本発明に係る上ノズル３においては、上段ガス吹き込み部３ａを構成するアルミナ質ポーラス煉瓦の平均気孔径が、下段ガス吹き込み部３ｂを構成するアルミナ質ポーラス煉瓦の平均気孔径よりも小さいことを特徴とする。

この場合、上段ガス吹き込み部３ａを構成するアルミナ質ポーラス煉瓦の気孔径は５００μｍ未満が好ましく、より好ましくは１００μｍ以下である。下限は特に設けないが、製造上の制約及び通気抵抗の問題から０．１μｍ以上であることが好ましい。一方、下段ガス吹き込み部３ｂを構成するアルミナ質ポーラス煉瓦の気孔径は５００μｍ以上とし、上限はガスの均一な吹き込みを保証するために１０００μｍ以下とすることが望ましい。

平均気孔径を調整してポーラス煉瓦を製造するには、耐火物粉末原料の粒度を調整する、粉体原料からポーラス煉瓦を圧縮成形加工する際の圧縮成形力を調整するなど、原料条件及び製造条件を特定することで得ることができる。因みに、ポーラス煉瓦の平均気孔径が大きくなると、吹き込むガス流量が同一の条件下において形成されるガス気泡の平均気泡径は大きくなり、逆に、ポーラス煉瓦の平均気孔径が小さくなると、吹き込むガス流量が同一の条件下において形成されるガス気泡の平均気泡径は小さくなる。

尚、ポーラス煉瓦の平均気孔径を直接測定する方法としては、次のような方法がある。即ち、ポーラス煉瓦を水銀中に埋没させ、特定の気孔径に相当する圧力をかけた際にポーラス煉瓦内に吸い込まれる水銀量を求め、この水銀量から該当する気孔径の比率を求める。この測定を、様々な圧力下で行うことにより全体の気孔径の分布を求め、その後に平均径を求める方法である。

このように構成されるスラブ連続鋳造機を用い、以下のようにして本発明の連続鋳造方法を実施する。

転炉または電気炉などの一次精錬炉若しくはＲＨ真空脱ガス装置などの二次精錬炉で溶製されたアルミキルド鋼の溶鋼１７を、取鍋（図示せず）からタンディッシュ１に注入し、タンディッシュ内の溶鋼量が所定量になったなら、摺動板６を開き、溶鋼流出孔１１を介して溶鋼１７を鋳型２に注入する。溶鋼１７は、吐出孔１０から、鋳型短辺１４に向かう吐出流１８となって鋳型内に注入される。鋳型内に注入された溶鋼１７は鋳型２により冷却され、凝固シェル２１を形成する。そして、鋳型内に所定量の溶鋼１７が注入されたなら、吐出孔１０を鋳型内の溶鋼１７に浸漬した状態で、鋳型２の下方に設置したピンチロール（図示せず）を駆動して、外殻を凝固シェル２１とし、内部に未凝固の溶鋼１７を有する鋳片の引き抜きを開始する。引き抜き開始後は溶鋼湯面１９の位置を鋳型内の略一定位置に制御しながら鋳片引き抜き速度を増速し、その速度を維持して鋳造を継続する。その際に、鋳型内の溶鋼湯面１９の上にはモールドパウダー２０を添加する。モールドパウダー２０は溶融して、溶鋼１７の酸化防止や凝固シェル２１と鋳型２との間隙に流れ込み潤滑剤としての効果を発揮する。

この鋳造中、上ノズル３の上段ガス吹き込み部３ａからは溶鋼１７に不溶なガスであるＡｒガスを、また、下段ガス吹き込み部３ｂからは溶鋼１７に可溶な窒素ガスを単独またはＡｒガスと混合して、溶鋼流出孔１１を流下する溶鋼１７の通過質量に応じて吹き込むガス流量を調整しながら、溶鋼流出孔１１の内部に吹き込む。因みに、この吹き込み方法は、上段ガス吹き込み部３ａからは溶融金属に可溶なガスまたは溶融金属に可溶なガスと不活性ガスとの混合ガスが、下段ガス吹き込み部３ｂからは不活性ガスがそれぞれ吹き込まれる、前述した特許文献３の吹き込み方法とは上下逆の組合せである。

上ノズル３の上段ガス吹き込み部３ａから溶鋼中に吹き込まれたＡｒガスは気泡径が小さいために、上方へ浮上するものだけではなく、上方へ浮上するものと、溶鋼流出孔１１を流下する溶鋼流に随伴して浸漬ノズル９を下降するものとに分かれる。上方に浮上するものは上ノズル３の上部付近を洗浄するので、この部分へのアルミナなどの非金属介在物の付着防止に役立つ。また、上方に浮上してタンディッシュ１の溶鋼浴面に到達するＡｒガス量は、吹き込まれたＡｒガス量のうちの一部分であり少ないので、タンディッシュ内の溶鋼浴面を過度に撹拌することが防止でき、これによりタンディッシュ内のスラグの溶鋼１７への巻き込みが防止される。

一方、溶鋼流出孔１１の内部を流下する溶鋼流に随伴して下降するＡｒガスは、下段ガス吹き込み部３ｂから溶鋼中に吹き込まれた窒素ガスまたは窒素ガスとＡｒガスとの混合ガスとともに、浸漬ノズル９の吐出孔１０を経て鋳型内の溶鋼中に流出する。これらのガスの気泡による洗浄作用によって、浸漬ノズル９の内壁及び吐出孔１０ではアルミナなどの非金属介在物の付着が妨げられる。

吐出孔１０から鋳型短辺１４に向かう吐出流１８は、鋳型短辺１４の側の凝固シェル２１に衝突し、衝突した後に上昇流１８ａと下降流１８ｂとに分かれる。Ａｒガスは溶鋼１７に不溶なので溶鋼流に随伴している間にその気泡径を減じることはなく、従って、主に上昇流１８ａに随伴して鋳型内の溶鋼湯面１９に到達する。これによって、鋳型内の溶鋼湯面１９の近傍の溶鋼１７を適度に撹拌するため、モールドパウダー２０の溶融を促進する効果が得られる。つまり、モールドパウダー２０の溶融層厚みが十分に確保され、鋳型２と凝固シェル２１との焼付によるブレークアウトのような操業トラブルが防止される。

一方、下降流１８ｂには、Ａｒガス気泡のうちの上段ガス吹き込み部３ａから吹き込まれた微細な気泡径のものと、溶鋼中に溶解することによって微細化した窒素ガスの気泡が随伴する。これらは、仮に凝固シェル２１の凝固界面に捕捉されても、微小であることから気泡性欠陥となることはない。

上段ガス吹き込み部３ａ及び下段ガス吹き込み部３ｂから吹き込む窒素ガスとＡｒガスとの合計吹き込み量は、特に限定するものではないが、溶鋼流出孔１１を流下する溶鋼注入量１トン当たりに対して０．７〜３．０ＮＬ（標準状態換算）とすればよく、この場合、上段ガス吹き込み部３ａからの吹き込み量と下段ガス吹き込み部３ｂからの吹き込み量との比率は、特に規定するものではなく１：１程度で構わないが、両者の吹き込み面積などに応じて変更しても構わない。

以上説明したように、本発明によれば、鋼の連続鋳造において上ノズル３から浸漬ノズル９に至る溶鋼流出孔１１におけるアルミナなどの非金属介在物によるノズル詰まりを防止することができるとともに、鋼製品における欠陥発生を防止することができ、且つモールドパウダー２０の溶融層厚みが十分に確保されるので、ブレークアウトのような操業トラブルも防止することができる。

転炉及びＲＨ真空脱ガス装置によって精錬した極低炭素アルミキルド鋼を、２ストランドの垂直曲げ型スラブ連続鋳造装置を用いて２６０ｍｍ厚×１８００ｍｍ幅のスラブ鋳片に鋳造した。鋳造速度を２．０ｍ／ｍｉｎとし、３００トンの溶鋼を５チャージ連続して鋳造した。この鋳造条件においては、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入量は、ストランド当たり７．３トン／ｍｉｎとなる。浸漬ノズルはアルミナグラファイト質２孔ノズルを使用した。

上ノズルは、ガス吹き込みを可能とするために、図２に示すように上下２段のガス吹き込み部を有するものを使用し、上段ガス吹き込み部のポーラス煉瓦は平均気孔径を７５μｍ、下段ガス吹き込み部のポーラス煉瓦は平均気孔径を７００μｍとした。また、比較のために、上段ガス吹き込み部及び下段ガス吹き込み部ともに平均気孔径が７５μｍのポーラス煉瓦で構成した上ノズルを用いた鋳造も実施した。

連続鋳造操業においては、浸漬ノズルのノズル詰まりに起因する鋳片表面欠陥の発生率及び鋳片と鋳型との焼付の発生頻度を調査した。また、鋳造したスラブ鋳片を熱間圧延、冷間圧延して薄鋼板とし、これを連続溶融亜鉛めっき設備（ＣＧＬ）でめっきしたＣＧＬ薄鋼板における欠陥発生状況を調査した。表１に、鋳造時のガス吹き込み条件、並びに、鋳造結果及びＣＧＬ薄鋼板の欠陥発生率を示す。

表１に示すように、本発明例である試験Ｎo.１，２では、鋳片と鋳型との焼付、ノズル詰りに起因する鋳片表面欠陥、及びＣＧＬ薄鋼板でのフクレ欠陥、ヘゲ欠陥による格落ちが著しく少なかった。これに対して、本発明の条件を外れた比較例である試験Ｎo.３，４では、ノズル詰りによる鋳片表面欠陥、及び、ＣＧＬ薄鋼板でのフクレ欠陥、ヘゲ欠陥が本発明例よりも劣る結果であった。また、従来法である試験Ｎo.５，６では、鋳片と鋳型との焼付またはノズル詰りに起因する鋳片表面欠陥の何れかが本発明例よりも劣る結果であった。

本発明に係る連続鋳造方法を実施する際に用いたスラブ連続鋳造機のタンディッシュ及び鋳型の部位の概略図である。 本発明に係る連続鋳造用タンディッシュ上ノズルの概略図である。

符号の説明

１ タンディッシュ
２ 鋳型
３ タンディッシュ上ノズル
３ａ 上段ガス吹き込み部
３ｂ 下段ガス吹き込み部
３ｃ ガス導入管
３ｄ ガス導入管
３ｅ 本体部
３ｆ 鉄皮
４ スライディングノズル
５ 上部固定板
６ 摺動板
７ 下部固定板
８ 整流ノズル
９ 浸漬ノズル
１０ 吐出孔
１１ 溶鋼流出孔
１２ 往復型アクチュエーター
１３ 鋳型長辺
１４ 鋳型短辺
１５ 鉄皮
１６ 耐火物
１７ 溶鋼
１８ 吐出流
１８ａ 上昇流
１８ｂ 下降流
１９ 溶鋼湯面
２０ モールドパウダー
２１ 凝固シェル

Claims (2)

1. 連続鋳造用タンディッシュ上ノズルにポーラス煉瓦からなるガス吹き込み部を上下２段に設け、上段のガス吹き込み部のポーラス煉瓦の気孔径を下段のガス吹き込み部のポーラス煉瓦の気孔径よりも小さくし、鋳造中に、上段のガス吹き込み部からはＡｒガスを、下段のガス吹き込み部からは窒素ガスまたは窒素ガスとＡｒガスとの混合ガスを吹き込むことを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
2. ポーラス煉瓦からなるガス吹き込み部が上下２段に設けられ、上段のガス吹き込み部のポーラス煉瓦の気孔径が下段のガス吹き込み部のポーラス煉瓦の気孔径よりも小さく、上段のガス吹き込み部と下段のガス吹き込み部とで独立してガスを吹き込むことが可能であることを特徴とする、連続鋳造用タンディッシュ上ノズル。

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