JP4998705B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶鋼を通すための開口部を有する堰が配置されたタンディッシュを用い、前記開口部を適正に配置することによって、酸化物系非金属介在物の少ない鋳片を製造することのできる鋼の連続鋳造方法に関するものである。

鋼の連続鋳造では、取鍋内の溶鋼を、取鍋底部に設置したロングノズル（「注入ノズル」ともいう）を通してタンディッシュに供給しながら、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溶鋼流出孔を通して各鋳型に分配・注入し、鋳片を製造している。溶鋼中には脱酸生成物を起源とするアルミナなどの酸化物系非金属介在物（以下「介在物」と記す）が懸濁しており、溶鋼が凝固する際に介在物が凝固層の中に取り込まれてしまうと、軸受鋼や薄鋼板などの最終製品において介在物性の欠陥を引き起こす。そのため、タンディッシュには、介在物を浮上分離させる機能も求められている。

タンディッシュ内で介在物を浮上・分離させるために、開口部を有する堰をタンディッシュ内に設置し、この堰によってタンディッシュ内の溶鋼流動を改善する方法が従来から行われている。これは、堰を用いることにより、取鍋からの溶鋼注入点から溶鋼流出孔に向かって直線的に流れる、いわゆる短絡流が解消されて、溶鋼のタンディッシュ内における滞留時間が増加し、介在物の浮上時間が長くなるからである。

タンディッシュに堰を設置することの基本的な目的は、短絡流を防止して溶鋼のタンディッシュ内における滞留時間を増加させることであるが、その具体的な方法は様々であり、従って、タンディッシュに堰を設置するに当たり様々な方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、取鍋からの溶鋼注入点と鋳型への溶鋼流出孔との間に複数の堰を配置し、それら複数の堰のうちの少なくとも２枚の隣り合う堰の一方は、溶鋼浴の高さ方向の上部の片側の側壁方向のみ溶鋼が流通可能な開口部を有し、他方の堰は、溶鋼浴の高さ方向の下部の前記開口部と反対側の側壁方向のみ開口部を有する連続鋳造用タンディッシュが提案されている。

特許文献２には、取鍋からの溶鋼注入点と鋳型への溶鋼流出孔との間に少なくとも２個の堰を配置し、第１の堰はタンディッシュ内溶鋼浴の一方の側壁側であって且つ溶鋼浴の上方部の溶鋼流を遮断することができ、第２の堰はタンディッシュ内溶鋼浴の他方の側壁側であって且つ溶鋼浴の上方部の溶鋼流を遮断することができ、第１、第２の堰何れも遮断した側とは反対側の側壁側は溶鋼が流通することができ、堰の下方側も溶鋼が流通することができるようにした連続鋳造用タンディッシュが提案されている。

また、特許文献３には、タンディッシュを、取鍋からの溶鋼受容槽と、鋳型への溶鋼供給槽と、溶鋼受容槽及び溶鋼供給槽を接続する溶鋼流通路と、の３つに分割し、溶鋼流通路を流通する溶鋼に回転磁界を印加することにより溶鋼中の介在物を凝集肥大化させて、浮上分離を促進させる方法が提案されている。
特開２００６−２３９７４６号公報 特開２００５−１０３５６７号公報 特開平６−３１４０９号公報

しかしながら上記従来技術には以下の問題点がある。

即ち、特許文献１は、隣り合う堰における開口部の位置をそれぞれ反対側として溶鋼の滞留時間を確保し、介在物の鋳型への流出を防止する方法であるが、溶鋼注入点と溶鋼流出孔との間に堰を２つ以上配置する必要があり、しかも堰は消耗品であることから、堰用の耐火物コストが高くなるという問題点がある。特許文献２も、タンディッシュ内における溶鋼の流路を長くすることによって溶鋼の滞留時間を確保し、介在物の鋳型への流出を防止する方法であるが、特許文献１と同様に、溶鋼注入点と溶鋼流出孔との間に堰を２つ以上配置する必要があり、耐火物コストが高くなるという問題点がある。また、開口部の断面積によって堰を通過した後の溶鋼の流速は決定されることから、開口部の断面積を小さくし過ぎると、溶鋼の流速が速くなりすぎ、却って介在物の低減効果が低下することがあるが、特許文献１及び特許文献２はこの点について何ら提案しておらず、却って介在物を増加させる恐れもある。

特許文献３は、回転磁界を用いて溶鋼に攪拌力を与え、凝集による介在物浮上促進を狙ったものであるが、従来のタンディッシュに比べて大きく形状が異なるため、現状のタンディッシュから改造するには大掛かりの改造が必要であるという基本的な問題点がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、溶鋼を通すための開口部を有する堰が配置されたタンディッシュを用いて溶鋼を連続鋳造するに当たり、前記開口部を適正な位置に配置するとともに、鋳造量に応じた適正な大きさとすることによって、介在物の少ない鋳片を安定して鋳造することのできる鋼の連続鋳造方法を提供することである。

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、取鍋からの溶鋼注入点と鋳型への溶鋼流出孔との間に、溶鋼を通すための開口部を有する堰が配置されたタンディッシュであって、水平方向の辺の長さが鉛直方向の辺の長さの３倍以上となる長方形状の前記開口部の上端がタンディッシュ内溶鋼湯面より低いタンディッシュを用いて、前記タンディッシュ内溶鋼にフラックスを添加して前記溶鋼湯面上にフラックス層を形成させつつ溶鋼を連続鋳造するに際し、タンディッシュ底面から前記開口部の下端位置までの高さを、タンディッシュ底からタンディッシュ内溶鋼湯面までの高さの６０％以上とするとともに、前記開口部の断面積をＳ（ｍ² ）とし、当該開口部を通過する１秒間当たりの溶鋼の体積をＴ（ｍ³／ｓｅｃ）としたときに、前記開口部を通過する溶鋼流れが前記フラックス層に接触しつつ前記フラックスを巻き込まないように、断面積Ｓと体積Ｔとが下記の（１）式の関係を満足するようにして連続鋳造することを特徴とするものである。

第２の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、第１の発明において、前記開口部は１つのみ設置されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、タンディッシュ底面から堰開口部の下端位置までの高さを、タンディッシュ内溶鋼湯面高さの６０％以上としているので、堰の開口部を通過した溶鋼はタンディッシュ内の溶鋼湯面近傍を流れた後に溶鋼流出孔に向かい、これによって溶鋼中に懸濁した介在物の浮上・分離が促進され、介在物はタンディッシュ内の溶鋼湯面上に存在するフラックス中に吸収される。この場合に、溶鋼流速が速すぎるとフラックスが溶鋼流によって巻き込まれ、却って介在物が増加することが発生するが、本発明では、上記（１）式を満足させて鋳造する、換言すれば、開口部からの溶鋼流速を０．３５ｍ／ｓｅｃ以下としているので、溶鋼湯面上に存在するフラックスの巻き込みもなく、介在物の少ない清浄性の高い鋳片を安定して製造することができ、工業上有益な効果がもたらされる。

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、本発明を適用した連続鋳造設備の概略側断面図である。

図１において、水平方向の４箇所にそれぞれ独立して設けられた水冷構造の鋳型３の上方所定位置に、タンディッシュ２が配置され、このタンディッシュ２の上方所定位置に、溶鋼１２を収容した取鍋１が配置されている。取鍋１の底部には、取鍋１からタンディッシュ２へ注入される溶鋼量を調整するためのスライディングノズル４が配置され、このスライディングノズル４の下面に、溶鋼１２を空気から遮断するためのロングノズル５が配置されており、ロングノズル５を介してタンディッシュ２の溶鋼注入点６に向けて溶鋼１２が注入されるようになっている。また、タンディッシュ２の底部には、それぞれの鋳型３に溶鋼１２を流出するための溶鋼流出孔１１が配置されており、更に、この溶鋼流出孔１１の下面に、スライディングノズル９及び浸漬ノズル１０が配置されており、タンディッシュ内の溶鋼１２は、溶鋼流出孔１１、スライディングノズル９及び浸漬ノズル１０を通って鋳型３に注入されるようになっている。スライディングノズル９は、タンディッシュ２から鋳型３への溶鋼流量を調整するための装置である。

本発明では、図１に示すように、取鍋１からの溶鋼注入点６と鋳型３への溶鋼流出孔１１との間に、溶鋼１２を通すための開口部８を有する堰７が設置されたタンディッシュ２を用いる。堰７は、溶鋼注入点６と溶鋼流出孔１１との間に１つのみ設置すれば十分であり、２つ以上は必要としない。

そして、タンディッシュ２の底面から開口部８の下端部までの高さをＨ、タンディッシュ２の底面からタンディッシュ内の溶鋼湯面１４までの高さをＨ₀ としたときに、Ｈ／Ｈ₀ が０．６以上を確保するように、開口部８を設置する。ここで、高さＨ₀は、定常鋳造中の溶鋼湯面１４を基準とする。また、堰７を通過した以降、溶鋼流出孔１１に向かってタンディッシュ２の底面が傾斜している、つまり徐々に溶鋼深さが深くなっているタンディッシュもあるが、高さＨ₀は、堰７の開口部８を通過した直後の位置における測定値とする。また、鋳造終了時点にタンディッシュ２に残留する溶鋼量を少なくするために、溶鋼注入点６を含む、一対の堰７，７で囲まれた範囲がそれ以外の部位の底面に比べて高くなっているタンディッシュもあるが、高さＨは、高さＨ₀と同様に、開口部８を通過した直後の位置における測定値とする。

尚、本発明において、Ｈ／Ｈ₀ を０．６以上とする理由は以下のとおりである。即ち、タンディッシュ底面から開口部８の下端までの高さＨを種々変更して流動解析した結果、Ｈ／Ｈ₀を０．６以上とすると、開口部８を通過した溶鋼１２に懸濁している介在物のおよそ８０％が溶鋼湯面１４まで浮上し、溶鋼湯面１４の上に添加した介在物吸収用のフラックス１５に吸収され、除去できることが確認できたからである。Ｈ／Ｈ₀が０．５以下では介在物の浮上分離の効果が少ない。

そして更に、開口部８の断面積をＳ（ｍ² ）とし、開口部８を通過する１秒間当たりの溶鋼１２の体積をＴ（ｍ³ ／ｓｅｃ）としたときに、断面積Ｓと体積Ｔとの関係が下記の（１）式の関係を満足するように、即ち、開口部８から流れ出る溶鋼１２の流速が０．３５ｍ／ｓｅｃ以下となるように、断面積Ｓ及び体積Ｔの何れか一方または双方を調整する。通常は、予定される溶鋼１２の１秒間当たりの体積Ｔつまり溶鋼１２の鋳造量に応じて、（１）式を満足するように開口部８の断面積Ｓを設定する。本発明者等は、溶鋼流速を種々変更した試験結果から、溶鋼１２の流速が０．３５ｍ／ｓｅｃ以下であるならば、溶鋼湯面１４の上に添加した介在物吸収用のフラックス１５の巻き込みが発生しないことを確認している。

この場合に、開口部８を１つの堰７に対して１つのみ配置し、そして、開口部８の形状を、鉛直方向の辺よりも水平方向の辺の方が長い長方形とすること、更に、水平方向の辺の長さが鉛直方向の辺の長さの３倍以上である長方形とすることが好ましい。これは、開口部８の形状を横に広い長方形とすることにより、開口部８を通過した溶鋼１２がタンディッシュ２の幅方向全体に流れ、タンディッシュ２の溶鋼湯面１４の上に添加した介在物吸収用のフラックス１５と接触する頻度が高くなり、溶鋼１２に懸濁した介在物の浮上分離が促進されるからである。

尚、図１では鋳型３よりも下流側の装置を省略しているが、鋳型３の直下にはガイドロールやピンチロールなどの鋳片支持ロールが設置され、この鋳片支持ロールの設置範囲には、二次冷却帯が配置されている。

このように構成される連続鋳造設備を用い、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またはＲＨ真空脱ガス装置などの二次精錬炉で溶製された溶鋼１２を、ロングノズル５を介して取鍋１からタンディッシュ２に注入する。そして、タンディッシュ２に滞留する溶鋼量が所定量になったなら、スライディングノズル９を開き、溶鋼流出孔１１及び浸漬ノズル１０を介して溶鋼１２を鋳型３に注入する。鋳型内に注入された溶鋼１２は鋳型３により冷却され、鋳型３と接触する部位に凝固シェル（図示せず）を形成する。そして、鋳型内に所定量の溶鋼１２が注入されたなら、鋳型３の下方に設置したピンチロール（図示せず）を駆動して、外殻を凝固シェルとし、内部に未凝固の溶鋼１２を有する鋳片１３の引き抜きを開始する。引き抜き開始後は鋳型内の溶鋼湯面の位置を略一定位置に制御しながら鋳片１３の引き抜きを継続する。

タンディッシュ内の溶鋼湯面１４の上には、ＣａＯ−ＳｉＯ₂ −Ａｌ₂ Ｏ₃ などからなる、介在物吸収用のフラックス１５を添加する。また、鋳型内の溶鋼湯面の上にはモールドパウダー（図示せず）を添加する。モールドパウダーは溶融して、溶鋼１２の酸化防止や凝固シェルと鋳型３との間に流れ込み潤滑剤としての効果を発揮する。

このようにして、溶鋼１２を連続鋳造することで、堰７の開口部８を通過した溶鋼１２は、０．３５ｍ／ｓｅｃ以下の流速でタンディッシュ内の溶鋼湯面１４の近傍を流れた後に溶鋼流出孔１１に向かう流れとなり、これによって開口部８を通過した溶鋼中に懸濁した介在物の浮上・分離が促進され、介在物はタンディッシュ内のフラックス１５に吸収される。その結果、介在物の少ない清浄性の高い鋳片１３を安定して製造することが可能となる。

尚、上記説明では４基の鋳型３を備えた連続鋳造設備の例で説明したが、鋳型３は１基以上設置されている限り本発明を適用することができる。また、溶鋼注入点６をタンディッシュの片側の端部に設けたタンディッシュであっても、上記に沿って本発明を適用することができる。更に、スライディングノズル９の代わりにストッパーなどの他の流量制御手段を用いたタンディッシュであっても何ら問題なく本発明を適用することができる。

図１に示す連続鋳造設備と同様形式の４ストランドのブルーム連続鋳造設備を用いて、高Ｃ高Ｃｒ鋼（Ｃ：１質量％、Ｃｒ：１．５質量％）の鋳造を実施した（本発明例）。鋳片の断面寸法は、３００ｍｍ×４００ｍｍである。

堰に設ける開口部の下端を、高さ比Ｈ／Ｈ₀ が０．６５の位置とし、幅０．４６ｍ、高さ０．０６５ｍの長方形の開口部を堰に設置した。この開口部を設置した場合、鋳造量から求められる開口部出口における溶鋼流速は０．１１ｍ／ｓｅｃであり、（１）式を十分に満足する範囲である。

また、比較のために、堰に設ける開口部の下端を、高さ比Ｈ／Ｈ₀ が０．２６の位置とする以外は上記のタンディッシュと同様のタンディッシュを用いた鋳造も実施した（比較例）。

鋳造後、得られたブルーム鋳片をビレットに熱間圧延し、このビレットから断面サンプルを採取して顕微鏡を用いて介在物個数を測定した。その結果、比較例では介在物の浮上分離が不十分であり、ビレットには介在物が存在したが、本発明例では介在物は大幅に減少し、比較例に比べて約５０％介在物個数を減少させることが確認できた。

本発明を適用した連続鋳造設備の概略側断面図である。

符号の説明

１ 取鍋
２ タンディッシュ
３ 鋳型
４ スライディングノズル
５ ロングノズル
６ 溶鋼注入点
７ 堰
８ 開口部
９ スライディングノズル
１０ 浸漬ノズル
１１ 溶鋼流出孔
１２ 溶鋼
１３ 鋳片
１４ 溶鋼湯面
１５ フラックス

Claims (2)

1. 取鍋からの溶鋼注入点と鋳型への溶鋼流出孔との間に、溶鋼を通すための開口部を有する堰が配置されたタンディッシュであって、水平方向の辺の長さが鉛直方向の辺の長さの３倍以上となる長方形状の前記開口部の上端がタンディッシュ内溶鋼湯面より低いタンディッシュを用いて、前記タンディッシュ内溶鋼にフラックスを添加して前記溶鋼湯面上にフラックス層を形成させつつ溶鋼を連続鋳造するに際し、
   タンディッシュ底面から前記開口部の下端位置までの高さを、タンディッシュ底からタンディッシュ内溶鋼湯面までの高さの６０％以上とするとともに、前記開口部の断面積をＳ（ｍ² ）とし、当該開口部を通過する１秒間当たりの溶鋼の体積をＴ（ｍ³／ｓｅｃ）としたときに、前記開口部を通過する溶鋼流れが前記フラックス層に接触しつつ前記フラックスを巻き込まないように、断面積Ｓと体積Ｔとが下記の（１）式の関係を満足するようにして連続鋳造することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
   Ｓ≧Ｔ／０．３５ …（１）
2. 前記開口部は１つのみ設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。

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