CN100372633C - 钢的连续铸造用浸渍管及使用其的钢的连续铸造方法 - Google Patents

钢的连续铸造用浸渍管及使用其的钢的连续铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种纯净钢用连续铸造用管，该管能够消除Al2O3类夹杂物向钢水的连续铸造中的管内孔部壁面上附着，并且能够充分发挥旋转叶片的效果，该旋转叶片作为沿着管内孔内部流下的钢水流的偏流对策。在将由控制了CaO/MgO的重量比及表观气孔率的耐火材料构成、并且以3～20mm的厚度的环状耐火材料制成内层而设置的内孔中，通过设置旋转叶片，能够有效地实施防止Al2O3类夹杂物附着在内孔壁面及旋转叶片上、和防止长时间的钢水的偏流，进而通过从上管在旋转叶片上方位置之间喷出惰性气体，以此能够促进Al2O3类夹杂物的上浮、抑制向钢水的混入，能够获得操作的稳定性和高品质的高纯度纯净钢。

Description

钢的连续铸造用浸渍管及使用其的钢的连续铸造方法
技术领域
本发明涉及附设在钢水的连续铸造中的浇包、中间包等的金属溶液容器中使用的铸造用管(铸造用ノズル)，即，组合上管(上ノズル)、滑动管(スライデイングノズル)、中间管(中間ノズル)、下管(下ノズル)及浸渍管(浸渍ノズル)而形成的连续铸造管，特别是涉及适用于纯净钢用的连续铸造的连续铸造用的浸渍管和使用该浸渍管的纯净钢的连续铸造方法。
背景技术
在铝镇静钢的连续铸造中，在通过添加Al对钢水进行脱氧处理时，在钢水中生成的Al2O3类夹杂物附着在铸造用管的内壁面上，并堆积、产生管的内口径逐渐变小的管堵塞现象。
该管堵塞现象不仅使铸造用管的寿命降低，而且在注入铸造到铸模中时的钢水流中产生偏流现象，引起由保护渣的卷入和被称为气孔(ブロ—ホ—ル)的气泡的卷入而产生的铸造缺陷，不仅对连续作业本身造成了影响，而且降低了钢的品质。
作为防止该管堵塞现象的对策，提出了使用难以附着Al2O3的材料、制成难以附着Al2O3的结构等各种方案。
关于使用难以附着Al2O3的材料，例如，已知有如专利文献1所示的技术，即，使用ZrO2-CaO-C质的耐火材料，使CaO成分与钢水中的Al2O3类夹杂物反应，生成低熔点熔融物，使其表面熔融流下防止附着。但是，在该对策的情况下，在钢水的清净程度较低的情况下，由于在低熔点熔融物生成的同时，生成CaO·6Al2O3那样的比钢水的熔点高的化合物，因此不能够获得充分的附着防止效果。
另外，作为难以附着Al2O3的结构，在专利文献2中提出了如下的方案，即，在管孔部中设置使钢水旋转流动的螺旋状旋转叶片，对沿着管内部流下的钢水施加旋转流动，同时，通过调整螺旋状旋转叶片的设置条件、截面积等，防止Al2O3类夹杂物附着在螺旋状旋转叶片上。但是，在采用该结构的情况下，在螺旋状旋转叶片的下面的部分上，由于钢水的旋转，密度小的Al2O3类夹杂物和气泡容易向中心集中。因此，具有在从螺旋状旋转叶片到管内孔部的钢水液面部(二次弯液面)为止的内壁部分上，钢水容易沉淀、Al2O3的附着变大的问题。
专利文献1：特公平7-34978号
专利文献2：特开2003-33846号
发明内容
本发明的第一个目的是提供一种结构，该结构在如下的纯净钢用连续铸造用管中，能够在内孔整个面上发挥同样的旋转叶片的效果，所述纯净钢用连续铸造用管在内孔中设置有螺旋状旋转叶片，使流下的钢水成为旋转流而不偏流，防止向壁面附着Al2O3类夹杂物。
另外，本发明的第二个目的是提供一种机构，该机构特别是在进行来自浇包、中间包等的铁水容器的铝镇静钢的连续铸造时，能够减少Al2O3类夹杂物向与连续铸造用管内的钢水接触的内孔壁面的附着量。
而且，本发明的其他目的由以下本发明的详细记载所明确。
本发明通过如下的结构达到其目的，即，一种浸渍菅，在内孔中设置有钢水流旋转用叶片(以下称为旋转叶片)，用于钢水的连续铸造，与钢水接触的内孔壁面层(以下称为内层)的至少一部分，由包含CaO和MgO、并且控制CaO和MgO的重量比以及表观气孔率的耐火材料构成。
作为构成上述内层的耐火材料，MgO和CaO的合计成分值大于等于65％重量，CaO/MgO的重量比为0.4～2.3，最好为0.6～1.5，其余的部分以碳质材料为主要成分，将表观气孔率为5～25％的耐火材料，作为厚度为3～20mm的环状的耐火材料进行使用。
本发明的耐火材料的化学成分值，由将内孔部壁面层在非氧化或者还原环境下进行900～1200℃左右的热处理后的值进行表示。
若CaO/MgO的重量比小于0.4，则Al2O3类夹杂物的附着变多，容易发生堵塞现象，相反，如果超过2.3，则将无Al2O3类夹杂物的附着，但是具有生成CaO·Al2O3的低熔融物、耐火材料侧的熔损量增大的问题。
而且，构成上述内层的耐火材料，CaO和MgO的合计成分值为65％质量或65％质量以上，其余部分的主要成分为石墨或树脂等的碳质，通过使该碳质的含有量为35～1％质量的范围，能够构成热冲击性优异的内层。在CaO和MgO的合计成分值不到65％质量的情况下，碳向钢水的溶解现象将变得激烈，熔损量增大。作为其它的成分，为了防止碳的氧化，可以含有5％质量或者5％质量以内的B4C、SiC、Al、Si等。
此外，上述各成分的值，除去不可避免地混入原料中的不可避免的不纯物的值进行表示。
作为构成本发明的管的CaO及MgO的原料成分，除了天然石灰石、大理石、白云石、消石灰、死烧氧化镁、白云石熔渣、氧化钙熟料、水泥熟料等以外，还可以使用含有钙离子或镁离子的氟化合物。
耐火材料，虽然作为产品越致密其耐熔损性、Al2O3的耐附着性越好，但是实质的表观气孔率需要为5～25％。更好的为1～20％。在内层的表观气孔率不足5％的情况下，耐热冲击性降低，容易发生伴随着产生应力的增大的压开现象。另外，若使用表观气孔率超过25％的多孔质的材料，则通过由磨耗引起的熔损，将难以承受长时间的作业。
通过将与钢水接触的内层的一部分或者全部，制成由具有上述成分的耐火材料构成的厚度为3～20mm的环状耐火材料层，可以消除阻塞现象.若该内层的厚度不足3mm，则相对于实用的长时间使用不能获得充分的防阻塞效果。另外，如果超过20mm，则由于使用时的钢水的热，膨胀率较大的内层部压开管本体的可能性将变高。
配置在管内孔中的旋转叶片，可以使用将成形为带状的耐火材料相对于水平面扭转80～180°、最好是120°左右、形成为螺旋状的装置。
该旋转叶片的设置位置，只要是在管的排出孔部不发生钢水偏流的位置，可以设置在任意位置。
另外，由于管内孔的壁面在形成时容易发生模板拔出(型枠抜き出し)，所以可以形成从流入口朝向排出口前端稍微变细的锥体，另外，可以设置接受旋转叶片的台阶部或者突起。
此外，在本发明中，在设置于浸渍管的内孔的旋转叶片的上方，通过从设置在包含钢水容器上管部的之间的任意位置的气体排出部朝向钢水内喷出惰性气体，以此通过与基于旋转叶片的偏流防止效果相乘的效果，给钢水带来优异的脱氧效果。
即，对于向钢水中喷出的惰性气体，通过伴随着朝向旋转叶片的下游的钢水的旋转效果的离心力，气泡气体、钢水中的Al2O3类夹杂物利用与钢水的密度差，而容易向钢水流路的中央部分集中，并且与钢水的接触机会增加。其结果，Al2O3类夹杂物被气泡气体捕获的频度上升，进而，基于起泡效果的铸模内部的Al2O3类夹杂物的上浮变得容易，带来了钢的高清净化。
此外，在本发明中，虽然从旋转叶片通过仅在上侧的环状耐火材料层的配置就能够达到防止Al2O3类夹杂物附着的效果，但是也可以包括旋转叶片的下部侧，并设置在整个内层上。另外，气体喷出位置，在旋转叶片上部，在包含钢水容器的上管的之间的位置，也可以向钢水流中喷出。
在本发明中，对于适用的旋转叶片的材质没有特别的限制，例如可以适当使用氧化铝·碳类、氧化铝·硅石·碳类、氧化锆·碳类、氧化镁·碳类、氧化镁·氧化钙·碳类、氧化镁·氧化钙类等.
另外，作为浸渍管本体的材质，可以使用一般的氧化铝、氧化锆、氧化镁中的任意一种或者一种以上，和以碳素为主要成分的耐火材料。而且，粉末线部的材质可以使用一般的氧化锆·碳类的材质.
本发明的环状耐火材料层和旋转叶片的配置、及惰性气体的喷出效果，在防止Al2O3类夹杂物附着的效果的同时，能够长时间地防止铸模内的钢水偏流，不仅具有钢的高清净效果，而且能够带来操作的稳定性的提高，进而提高钢的品质及稳定性，有助于降低制造成本。
而且，在组合本发明的环状耐火材料层和旋转叶片的配置及惰性气体的喷出的情况下，与不组合这三者的方法的情况相比，能够减少惰性气体的喷出量，能够减少由惰性气体引起的钢的缺陷等，有助于进一步提高钢的品质和稳定性，并降低制造成本。
附图说明
图1表示在浸渍管的内孔部中设置旋转叶片的上侧的内层上配置本发明的环状耐火材料的截面图。
图2表示在浸渍管内孔部中设置旋转叶片、并在整个内层上配置本发明的环状耐火材料的截面图。
图3表示在浸渍管的内孔部中设置旋转叶片的上侧的内层上配置本发明的环状耐火材料、在旋转叶片的上部设置惰性气体的排出部的截面图。
具体实施方式
实施例1
图1通过截面图示出本发明的第一实施例，即，在浸渍管1的内孔中设置的旋转叶片4的上侧的内层上设置环状耐火材料层3的例子。
在图中，2是作为浸渍部分的钢水保温材料的、保护由粉末引起的侵蚀的粉末线部，3是环状耐火材料层。对于旋转叶片4，在将浸渍管1浸渍在钢水中的状态下，综合从钢水的流入口 5到排出口 6的长度、内孔直径等，将旋转叶片4设置在粉末线部2的上侧位置，防止在排出口6处发生钢水的偏流.
实施例2
图2表示本发明的第二实施例，表示如下的状态，即，在浸渍管1的钢水流通的整个内孔中设置环状耐火材料层，在粉末线部2的上方位置设置旋转叶片4。
实施例3
图3表示本发明的第3实施方式，通过在钢水容器13的底部上设置的上管12上安装的配置例，表示在浸渍管1的钢水流入口5附近设置气体排出部7的例子。
在该例中，从形成在浸渍管1上部外侧的气体供给口8通过环状耐火材料层3后部的狭缝9、从气体排出部7向钢水中喷出惰性气体。气体排出部7通过多孔质体或者贯通孔形式等的通气性耐火材料形成。
上述各实施例中的浸渍管1的内孔中设置的旋转叶片4和环状耐火材料层3的配置，可以任意地设置在中间管(下管)10、滑动管板11、上管12等的钢水流路上。
此外，在设置在上管12上的情况下，并不限于气体排出部7，也可以适用于通过多孔质体构成整体的情况.
使用上述各图所示的各个浸渍管进行铸造试验的结果如表1～表4所示。
作为表1～表3所示的浸渍管本体的材质，使用由41％质量的Al2O3、28％质量的SiO2、31％质量的C构成的氧化铝·二氧化硅·碳类耐火材料。
作为用于铸造试验的钢水，通过含有30ppm的C、0.03％质量的Si、0.7％质量的Mn、0.01％质量的P、0.01％质量的S、0.05％质量的Al的极低碳的铝镇静钢进行。铸造时间任何一个都是250分钟，对供于试验的浸渍管的配料方案(配材パタ—ン)及铸造试验后的排出口附近的内壁面的Al2O3类夹杂物附着厚度和熔损量，还有施加热冲击时发生龟裂的温度差ΔT进行调查。
表1表示在使用图1和图2所示的浸渍管的例子中，以CaO/MgO的重量比作为参数，Al2O3附着速度、附着评价、热冲击温度ΔT的关系。
表1
    比较例     实施例
    1     2     1     2     3     4     5     3     4
    CaO+MgO的合计重量     100     100     100     100     100     100     100     100     100
    CaO/MgO的重量比     0.3     0.4     0.6     1.0     1.5     2.4     3.0
    化学成分     MgO(％质量)     99.0     74.5     69.5     61.9     49.5     39.6     29.5     24.5
    CaO(％质量)     24.5     29.5     37.1     49.5     59.4     69.5     74.5     99.0
    C(％质量)     1.0     1.0     1.0     1.0     1.0     1.0     1.0     1.0     1.0
    测定     氧化铝附着速度(mm/min)     0.23     0.1     0.03     0.001     0.001     0     -0.01     -0.2     -0.8
    附着评价     ×附着大     ×附着     ○良好     ○良好     ○良好     ○良好     ○良好     ×熔损     ×熔损
    耐热冲击性ΔT温度<sup>*</sup>     500     520     550     550     600     600     680     780     850
*样品Ф：120/Ф80的圆筒形
如该表所示，实施例1～5表示Al2O3类夹杂物的附着较少、良好的状态。与此相对，CaO/MgO的重量比小于等于0.3的比较例1、2，Al2O3的附着速度较大。CaO/MgO的重量比大于2.3的比较例3、4，虽然没有Al2O3的附着，但是具有熔损增加的倾向。在施加热冲击时，发生龟裂的温度差ΔT，由于没有大量地含有碳，因此小于等于1000℃，没有实质的差别。
表2
    比较例     实施例
    5     6     6     7     8
    CaO+MgO的合计重量     55.0     60.0     65.0     85.0     95.0
    CaO/MgO的重量比     1.0     1.0     1.0     1.0     1.0
    化学成分     MgO(％质量)     27.5     30.0     32.5     42.5     47.5
    CaO(％质量)     27.5     30.0     32.5     42.5     47.5
    C(％质量)     45.0     40.0     35.0     15.0     5.0
    测定     氧化铝附着速度(mm/min)     -0.8     -0.3     -0.1     -0.03     -0.01
    附着评价     ×熔损大     ×熔损大     ○良好     ○良好     ○良好
    耐热冲击性ΔTT温度<sup>*</sup>     >1500     >1500     1350     1100     1000
*样品Ф：120/Ф80的圆筒形
表2，表示将CaO/MgO的重量比固定为1、改变碳的含量、观察其影响的例子。从该表可知，在碳的含有量为5％质量或5％质量以上时，具有1000℃或1000℃以上的ΔT。特别是，在实施例6～8中，碳的含量为35％质量或者35％质量以内，即，CaO和MgO的合计含量为65％或者65％以上，熔损也处于没有附着Al2O3的、平衡良好状态。另一方面，在比较例5、6中，可知由于碳的含量过多，因此在Al2O3的附着试验中，碳和钢水反应，发生显著的熔损现象。
表3
    实施例     比较例
    7     9     10     7     8     9
    CaO+MgO的重量合计     85.0     85.0     85.0     85.0     85.0     85.0
    CaO/MgO的重量比     1.0     1.0     1.0     1.0     1.0     1.0
    化学成分     MgO(％质量)     42.5     42.5     42.5     42.5     42.5     42.5
    CaO(％质量)     42.5     42.5     42.5     42.5     42.5     42.5
    C(％质量)     15.0     15.0     15.0     15.0     15.0     15.0
    测定     表观气孔率(％)     5     14     25     28     35     3
    氧化铝附着速度(mm/min)     -0.03     -0.05     -0.08     -0.15     -0.4     -0.03
    附着评价     ○良好     ○良好     ○良好     ×熔损     ×熔损     ○良好
    耐热冲击性ΔT温度<sup>*</sup>     1100     1150     1200     1300     1350     900
*样品Ф：120/Ф80的圆筒形
图3表示在实施例7的材质中，在将成形压力从300kg/cm2依次变更到2500kg/cm2的情况下、改变约1000℃下的还原燃烧后的表观气孔率、进行Al2O3附着评价的结果。在表观气孔率为25％或25％以内的实施例7、9、10中，微小的熔损消除Al2O3的附着，表示良好的状态。与此相对，在气孔率为28％或28％以上的比较例7、8中，没有附着Al2O3，但是熔损较大。在气孔率为3％的比较例9中，虽然对于熔损、Al2O3的附着性没有问题，但是耐热冲击性较差。
表4
    比较例10     实施例11
    管结构     图3     图3
    氩气体量     0     3NL/min
    铸片氧化铝夹杂物量(指数表示)     100     40
表4用于调查在图3所示的例子中，通过配置有表3所示的实施例7的内层的浸渍管，利用旋转叶片将惰性气体从上部的气体排出部的通气性耐火材料向钢水中喷出的情况下的影响。
在比较例10中，在不使氩气流动而铸造的铸片中的夹杂物量为100的情况下，和使实施例11的氩气以3NL/min流动的情况下，可使铸片中的Al2O3类夹杂物量降低到40％。
设置有实施例7所示的内层的浸渍管，由于完全没有Al2O3类夹杂物的附着，因此没有管堵塞的现象，能够在铸造时间中稳定保持旋转叶片的效果，获得在铸片及内部没有缺陷的制品。另外，在通过旋转叶片使惰性气体从上部的气体排出部的通气性耐火材料向钢水中喷出的情况下，Al2O3类夹杂物的量大幅地减小，进而，能够获得在铸片及内部没有缺陷的高品质的产品。
另一方面，在不使用耐火材料层而使用旋转叶片的情况下，旋转叶片和其上部的内壁面也附着7～8mm的层状的Al2O3类夹杂物，对稳定操作造成影响。
本发明，在付设于钢水的连续铸造中的浇包、中间包等上进行使用的铸造用管中，通过组合上管、滑动管、及下管或者中间管、浸渍管，能够防止由于在与钢水相接的各管内孔部壁面上附着本发明的环状耐火材料层而引起的管堵塞，同时，在设置于浸渍管内的旋转叶片的上部，能够防止在管内孔的钢水液面(二次弯液面)中由钢水滞留而引起的Al2O3类夹杂物向旋转叶片的附着，适用于基于与起泡相乘效果的纯净钢用的连续铸造。

Claims (8)

1.一种钢的连续铸造用浸渍管，在内孔中设置有钢水流旋转用叶片，用于钢水的连续铸造，其特征在于，包含至少从上述钢水流旋转用叶片开始与上游的钢水接触的内孔壁面层的、上述浸渍管的与钢水接触的整个内孔壁面层的一部分或全部，由包含CaO、MgO和碳质材料的耐火材料形成，
在上述耐火材料中，CaO和MgO的合计化学成分值大于等于65质量％且小于等于99质量％，碳质材料的含有量为1～35质量％，并且，CaO/MgO的重量比为0.4～2.3，
上述钢的连续铸造用浸渍管通过表观气孔率为5～25％、厚度为3～20mm的环状的上述耐火材料构成。
2.如权利要求1所述的钢的连续铸造用浸渍管，其特征在于，含有CaO、MgO和碳质材料的耐火材料，含有5％质量或5％质量以内的从B4C、SiC、Al、Si中选择的至少一种物质。
3.如权利要求1或2所述的钢的连续铸造用浸渍管，其特征在于，配置在内孔中的钢水流旋转用叶片，是通过将成形为带状的耐火材料相对于水平面扭转80°～180°而形成为螺旋状的装置。
4.如权利要求1或2所述的钢的连续铸造用浸渍管，其特征在于，在配置于内孔中的钢水流旋转用叶片的上方位置上设置气体排出部。
5.如权利要求1或2所述的钢的连续铸造用浸渍管，其特征在于，钢水流旋转用叶片，配置在与粉末线相对应的位置的上侧位置的内孔中。
6.如权利要求1所述的钢的连续铸造用浸渍管，其特征在于，在浸渍管本体上形成气体供给口，在配置于内孔中的钢水流旋转用叶片的上方位置设置气体排出部，并且，在上述环状的耐火材料的背部形成狭缝，
从气体排出部向钢水中喷出的惰性气体，从上述气体供给口通过上述环状的耐火材料的后部的狭缝进行供给。
7.一种钢的连续铸造方法，使用钢的连续铸造用浸渍管，该连续铸造用浸渍管在内孔中设置钢水流旋转用叶片，其特征在于，
上述钢是纯净钢，
使用浸渍管防止浸渍管内的偏流，并且防止Al2O3类夹杂物附着在内孔上，包含至少从上述钢水流旋转用叶片开始与上游的钢水接触的内孔壁面层的、上述浸渍管的与钢水接触的整个内孔壁面层的一部分或全部，由环状的耐火材料构成，在上述耐火材料中，CaO和MgO的合计化学成分值大于等于65质量％且小于等于99质量％，碳质材料的含有量为1～35质量％，并且，CaO/MgO的重量比为0.4～2.3，其表观气孔率为5～25％、厚度为3～20mm。
8.如权利要求7所述的钢的连续铸造方法，其特征在于，在设置于内孔中的钢水流旋转用叶片上方的、包含钢水容器的上管部的范围的位置上，设置有气体排出部，
从上述气体排出部向在内孔中流下的钢水中喷出惰性气体。
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