JP2001170762A - 冶金容器ノズルへの電気通電による金属塊の製造方法 - Google Patents
冶金容器ノズルへの電気通電による金属塊の製造方法Info
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- JP2001170762A JP2001170762A JP35342899A JP35342899A JP2001170762A JP 2001170762 A JP2001170762 A JP 2001170762A JP 35342899 A JP35342899 A JP 35342899A JP 35342899 A JP35342899 A JP 35342899A JP 2001170762 A JP2001170762 A JP 2001170762A
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 溶融金属浴とノズル壁を構成する酸素イオン
伝導性耐火材に電流を印加する電気化学的作用によりノ
ズルへの付着物形成を防止し金属塊を製造する方法にお
いて、酸素イオン伝導性耐火材の分解を防止しつつ、付
着防止効果を得る適正印加条件を提供することで、鋳造
性が高く、品質の高い金属塊を製造する方法を提供す
る。 【解決手段】 溶融金属とノズル壁を構成する酸素イオ
ン伝導性耐火材との間に流す電流を、イオン電流密度と
して0.1A/cm2以上1.0A/cm2以下とする。
伝導性耐火材に電流を印加する電気化学的作用によりノ
ズルへの付着物形成を防止し金属塊を製造する方法にお
いて、酸素イオン伝導性耐火材の分解を防止しつつ、付
着防止効果を得る適正印加条件を提供することで、鋳造
性が高く、品質の高い金属塊を製造する方法を提供す
る。 【解決手段】 溶融金属とノズル壁を構成する酸素イオ
ン伝導性耐火材との間に流す電流を、イオン電流密度と
して0.1A/cm2以上1.0A/cm2以下とする。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冶金容器から溶融
金属をノズルを介して鋳型に注入して金属塊を製造する
に当たり、電気化学的作用により冶金容器のノズル壁内
面上への酸化物の付着防止を図り、鋳造性を高めるとと
もに、清浄性が高く介在物が微細な鋳片または金属材料
を製造する方法に関する。
金属をノズルを介して鋳型に注入して金属塊を製造する
に当たり、電気化学的作用により冶金容器のノズル壁内
面上への酸化物の付着防止を図り、鋳造性を高めるとと
もに、清浄性が高く介在物が微細な鋳片または金属材料
を製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】本発明が対象とする金属材料はその種類
を限定されるものではないが、以下に鉄鋼材料を例にと
って説明する。
を限定されるものではないが、以下に鉄鋼材料を例にと
って説明する。
【０００３】鉄鋼材料は、一般に転炉または電気炉によ
り溶融・精錬された後、必要に応じて二次精錬工程を経
て造塊または連続鋳造により凝固せしめ鋳片となり、鋳
片の熱間圧延を経て圧延鋼材として製造される。この一
連の過程において、精錬後の溶解酸素を取り除くべく、
Al、Siなどの酸素親和力の大きい元素を用いて脱酸され
る。これにより、溶鋼中にAl2O3、SiO2などの脱酸生成
物を不可避的に生成し、その大部分は溶鋼から浮上分離
して除去されるが、一部は浮上しきれずに非金属介在物
として溶鋼中に残存する。特にAl2O3は、高融点である
ために、造塊または連続鋳造中に溶鋼の鋳型への移行を
行う注入ノズル内面に付着し、ノズルの閉塞を招き、注
入量制御の不安定を誘発し、その結果、鋳片の品質が阻
害される。
り溶融・精錬された後、必要に応じて二次精錬工程を経
て造塊または連続鋳造により凝固せしめ鋳片となり、鋳
片の熱間圧延を経て圧延鋼材として製造される。この一
連の過程において、精錬後の溶解酸素を取り除くべく、
Al、Siなどの酸素親和力の大きい元素を用いて脱酸され
る。これにより、溶鋼中にAl2O3、SiO2などの脱酸生成
物を不可避的に生成し、その大部分は溶鋼から浮上分離
して除去されるが、一部は浮上しきれずに非金属介在物
として溶鋼中に残存する。特にAl2O3は、高融点である
ために、造塊または連続鋳造中に溶鋼の鋳型への移行を
行う注入ノズル内面に付着し、ノズルの閉塞を招き、注
入量制御の不安定を誘発し、その結果、鋳片の品質が阻
害される。
【０００４】従来はこれらを防止することを目的に、ノ
ズル上部の内周にわたり多孔質耐火材料のポーラスリン
グをとくに設けて、その外周に導いたアルゴンや窒素な
ど溶鋼に対し事実上不活性なガスをノズルの内面から噴
出させることにより、アルミナの堆積を防止する方法が
試みられた。しかし、ガス配管が複雑化するだけでな
く、溶鋼流に巻き込まれた上記ガスが鋳型内に混入して
溶鋼を攪乱し、鋳型内メニスカスでの溶鋼の正常な凝固
を妨げ、その結果、鋳片表面に欠陥を発生するととも
に、連続鋳造パウダーの凝固鋳片への巻き込みを招き介
在物欠陥を発生する等、何れも品質上の問題を来す。
ズル上部の内周にわたり多孔質耐火材料のポーラスリン
グをとくに設けて、その外周に導いたアルゴンや窒素な
ど溶鋼に対し事実上不活性なガスをノズルの内面から噴
出させることにより、アルミナの堆積を防止する方法が
試みられた。しかし、ガス配管が複雑化するだけでな
く、溶鋼流に巻き込まれた上記ガスが鋳型内に混入して
溶鋼を攪乱し、鋳型内メニスカスでの溶鋼の正常な凝固
を妨げ、その結果、鋳片表面に欠陥を発生するととも
に、連続鋳造パウダーの凝固鋳片への巻き込みを招き介
在物欠陥を発生する等、何れも品質上の問題を来す。
【０００５】また別の方法では、介在物が付着し難い材
質の耐火物を選定しノズルに使用することが提唱されて
いるが、このような耐火物は高価であるとともに、ノズ
ル自体が介在物と反応し自ら溶損することで介在物の付
着を防止するものであり、ノズルを比較的短い使用期間
後に交換せねばならなず、それに加えて金属浴の品質に
影響を与える恐れがあった。
質の耐火物を選定しノズルに使用することが提唱されて
いるが、このような耐火物は高価であるとともに、ノズ
ル自体が介在物と反応し自ら溶損することで介在物の付
着を防止するものであり、ノズルを比較的短い使用期間
後に交換せねばならなず、それに加えて金属浴の品質に
影響を与える恐れがあった。
【０００６】さらに別の方法ではCa添加により脱酸生成
物であるAl2O3を低融点のカルシウムアルミネートに改
質することで、付着を防止する。しかしこの場合には、
高価なCa添加による溶鋼製造コストプッシュとともに、
改質された低融点介在物との反応によるノズル溶損の問
題がある。
物であるAl2O3を低融点のカルシウムアルミネートに改
質することで、付着を防止する。しかしこの場合には、
高価なCa添加による溶鋼製造コストプッシュとともに、
改質された低融点介在物との反応によるノズル溶損の問
題がある。
【０００７】これらの方法の問題点を解決するため特許
第2568076号公報においては、冶金容器のノズル壁を酸
素イオン伝導性耐火材で構成し、溶融金属との間に電流
を印加し電気化学的作用によりノズル壁への付着物形成
を防止する方法が開示されている。その付着防止原理は
以下のとおりである。
第2568076号公報においては、冶金容器のノズル壁を酸
素イオン伝導性耐火材で構成し、溶融金属との間に電流
を印加し電気化学的作用によりノズル壁への付着物形成
を防止する方法が開示されている。その付着防止原理は
以下のとおりである。
【０００８】冶金容器ノズル壁を構成する酸素イオン伝
導性耐火材と溶融金属との間に電流を印加することによ
り、冶金容器壁内部の溶融金属から酸素イオン伝導性耐
火材を通して酸素が輸送・除去され、溶融金属と酸素イ
オン伝導性耐火材の界面での酸素ポテンシャルが低下す
る。このため、該界面での新たな付着物生成が防止され
るとともに、既に形成した付着物も酸素を奪われ、浴中
に再溶解せしめられる。
導性耐火材と溶融金属との間に電流を印加することによ
り、冶金容器壁内部の溶融金属から酸素イオン伝導性耐
火材を通して酸素が輸送・除去され、溶融金属と酸素イ
オン伝導性耐火材の界面での酸素ポテンシャルが低下す
る。このため、該界面での新たな付着物生成が防止され
るとともに、既に形成した付着物も酸素を奪われ、浴中
に再溶解せしめられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】ところが特許第256807
6号公報に記載の方法に従って溶融金属の注入を行う
と、酸素イオン伝導性耐火物自体が溶損し、注入が継続
できない場合が発生した。
6号公報に記載の方法に従って溶融金属の注入を行う
と、酸素イオン伝導性耐火物自体が溶損し、注入が継続
できない場合が発生した。
【００１０】また近年、鋼材の品質向上に対する要求レ
ベルはますます高くなってきており、それに対応するた
めには製造コスト増を余儀なくされている。例えば、疲
労寿命は介在物量・サイズに依存しており、高清浄度化
ならびに介在物を小さくする必要がある。
ベルはますます高くなってきており、それに対応するた
めには製造コスト増を余儀なくされている。例えば、疲
労寿命は介在物量・サイズに依存しており、高清浄度化
ならびに介在物を小さくする必要がある。
【００１１】本発明の課題は、酸素イオン伝導性耐火物
分解を防止しつつ、付着防止効果を得る適正印加条件を
定めることで、鋳造性を高めるとともに、清浄性が高く
介在物が微細化された鋳片または金属材料を製造する方
法を提供することである。
分解を防止しつつ、付着防止効果を得る適正印加条件を
定めることで、鋳造性を高めるとともに、清浄性が高く
介在物が微細化された鋳片または金属材料を製造する方
法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】酸素イオン伝導性耐火材
と溶融金属との間に電流を印加して界面の酸素ポテンシ
ャルを低下させることは、付着物の分解を促進し付着の
防止を図ると同時に酸素イオン伝導性耐火材そのものの
分解をもたらす。
と溶融金属との間に電流を印加して界面の酸素ポテンシ
ャルを低下させることは、付着物の分解を促進し付着の
防止を図ると同時に酸素イオン伝導性耐火材そのものの
分解をもたらす。
【００１３】一般的に酸素イオン伝導性耐火材としては
安定化ZrO2が用いられる。このZrO2の分解の酸素ポテン
シャルはAl2O3のそれよりも低いが、過剰な電流を印加
した場合、酸素ポテンシャルが低下し過ぎ、ZrO2分解酸
素ポテンシャルに到達し、分解が促進される。つまり印
加する電流量の増加とともに、溶融金属とノズル壁を構
成するZrO2との界面での酸素ポテンシャルの低下量は増
大するためZrO2そのものの分解が問題になるわけであ
る。
安定化ZrO2が用いられる。このZrO2の分解の酸素ポテン
シャルはAl2O3のそれよりも低いが、過剰な電流を印加
した場合、酸素ポテンシャルが低下し過ぎ、ZrO2分解酸
素ポテンシャルに到達し、分解が促進される。つまり印
加する電流量の増加とともに、溶融金属とノズル壁を構
成するZrO2との界面での酸素ポテンシャルの低下量は増
大するためZrO2そのものの分解が問題になるわけであ
る。
【００１４】ZrO2分解が生じることは、ノズル自体が溶
損することであり、ノズルを比較的短い使用期間後に交
換せねばならないという問題が生じる。さらに、分解し
て溶出したZrは溶鋼内部において溶存酸素と再び結合し
てZrO2となり鋳片中に取り込まれ介在物となる。ZrO2は
高融点であるため硬度が高く、鋼材の品質、特に疲労寿
命に悪影響を与える。
損することであり、ノズルを比較的短い使用期間後に交
換せねばならないという問題が生じる。さらに、分解し
て溶出したZrは溶鋼内部において溶存酸素と再び結合し
てZrO2となり鋳片中に取り込まれ介在物となる。ZrO2は
高融点であるため硬度が高く、鋼材の品質、特に疲労寿
命に悪影響を与える。
【００１５】本発明の発明者は、溶融金属浴とノズル壁
を構成する酸素イオン伝導性耐火材に電流を印加する電
気化学的作用によりノズルへの付着物形成を防止する方
法において、通電条件を詳細に検討し、酸素イオン性耐
火材であるZrO2の分解を抑制しつつ、付着防止を図れる
適正なイオン電流密度を見出した。また、この電流密度
を印加して製造することにより、大型介在物の出現が抑
制されること、介在物が還元されるため介在物が微細化
された鋼を得られることがわかった。
を構成する酸素イオン伝導性耐火材に電流を印加する電
気化学的作用によりノズルへの付着物形成を防止する方
法において、通電条件を詳細に検討し、酸素イオン性耐
火材であるZrO2の分解を抑制しつつ、付着防止を図れる
適正なイオン電流密度を見出した。また、この電流密度
を印加して製造することにより、大型介在物の出現が抑
制されること、介在物が還元されるため介在物が微細化
された鋼を得られることがわかった。
【００１６】例えば鋳造用タンディッシュのような冶金
容器に収納される溶融金属浴には、脱酸により生成した
Al2O3、SiO2等の脱酸生成物が存在しており、溶鋼がノ
ズルを通過する際、それらがノズルに付着する。また溶
融金属の温度下がりにより、酸素の溶解度が下がるた
め、新たにAlと反応してAl2O3が生成し付着する。
容器に収納される溶融金属浴には、脱酸により生成した
Al2O3、SiO2等の脱酸生成物が存在しており、溶鋼がノ
ズルを通過する際、それらがノズルに付着する。また溶
融金属の温度下がりにより、酸素の溶解度が下がるた
め、新たにAlと反応してAl2O3が生成し付着する。
【００１７】本発明は、溶融金属浴と冶金容器のノズル
壁の少なくとも一部を構成する酸素イオン伝導性耐火材
に電流を印加することで、界面の酸素ポテンシャルを低
減させ付着を防止しつつ金属塊を製造する方法におい
て、付着防止効果を得るために必要な最小電流密度は、
酸素イオン伝導性耐火材と溶融金属との接触界面を流れ
るイオン電流密度として0.1A/cm2とし、一方、過大な電
流印加はZrO2そのものの分解を促進し、鋼の品質を阻害
するため、最大でも1.0A/cm2とすることを特徴とする。
壁の少なくとも一部を構成する酸素イオン伝導性耐火材
に電流を印加することで、界面の酸素ポテンシャルを低
減させ付着を防止しつつ金属塊を製造する方法におい
て、付着防止効果を得るために必要な最小電流密度は、
酸素イオン伝導性耐火材と溶融金属との接触界面を流れ
るイオン電流密度として0.1A/cm2とし、一方、過大な電
流印加はZrO2そのものの分解を促進し、鋼の品質を阻害
するため、最大でも1.0A/cm2とすることを特徴とする。
【００１８】このようにイオン電流密度を0.1〜1.0A/cm
2に制御することによりノズルへの付着を防止しつつ、Z
rO2分解を抑制できるため、操業の安定性、品質の向上
が図れるとともに、大型介在物の出現が抑制され、さら
には介在物が還元されるため介在物が微細化された鋼を
得ることができる。
2に制御することによりノズルへの付着を防止しつつ、Z
rO2分解を抑制できるため、操業の安定性、品質の向上
が図れるとともに、大型介在物の出現が抑制され、さら
には介在物が還元されるため介在物が微細化された鋼を
得ることができる。
【００１９】本発明において、金属を鋼とし、金属塊を
鋼片または鋼塊とすることができる。また、冶金容器を
タンディッシュとし、鋳型を連続鋳造鋳型とすることが
できる。
鋼片または鋼塊とすることができる。また、冶金容器を
タンディッシュとし、鋳型を連続鋳造鋳型とすることが
できる。
【００２０】
【発明の実施の形態】本発明の冶金容器ノズルへの電気
通電による金属塊の製造方法は、溶融金属浴と冶金容器
のノズル壁の少なくとも一部を構成する酸素イオン伝導
性耐火材に電流を印加することで、界面の酸素ポテンシ
ャルを低減させ付着を防止する方法において、溶融金属
とノズル壁を構成する酸素イオン伝導性耐火材との間に
流す電流が、イオン電流密度として0.1〜1.0A/cm2とす
ることにより為し得る。
通電による金属塊の製造方法は、溶融金属浴と冶金容器
のノズル壁の少なくとも一部を構成する酸素イオン伝導
性耐火材に電流を印加することで、界面の酸素ポテンシ
ャルを低減させ付着を防止する方法において、溶融金属
とノズル壁を構成する酸素イオン伝導性耐火材との間に
流す電流が、イオン電流密度として0.1〜1.0A/cm2とす
ることにより為し得る。
【００２１】安定化ZrO2などの酸素イオン伝導体は、優
勢的には酸素イオンによって電荷が運ばれるが、電子に
よる伝導も存在し、これらの割合は酸素イオン伝導体の
種類、安定化度合、使用温度等によって変化する。
勢的には酸素イオンによって電荷が運ばれるが、電子に
よる伝導も存在し、これらの割合は酸素イオン伝導体の
種類、安定化度合、使用温度等によって変化する。
【００２２】従って、酸素イオン伝導体を通しての酸素
の輸送現象を論ずる場合には、単純に電源から供給する
電流値で評価するのではなく、酸素イオン伝導体中を流
れる全電流のうち酸素イオンによって運ばれる電流分
（イオン電流）で評価を行う必要がある。
の輸送現象を論ずる場合には、単純に電源から供給する
電流値で評価するのではなく、酸素イオン伝導体中を流
れる全電流のうち酸素イオンによって運ばれる電流分
（イオン電流）で評価を行う必要がある。
【００２３】実際には、酸素イオン伝導体の単位表面積
当たり(酸素イオン伝導体と溶融金属とが接触する面の
単位面積)に供給される電流をItotal(A/cm2)とすると、
イオン電流密度Iionはそれにイオン輸率tion (酸素イオ
ン伝導体の全伝導に占める酸素イオン伝導割合)を乗じ
ることで求めることができる。以上の観点から、本発明
ではイオン電流密度を用いて適正印加条件を定める。 Iion ＝ Itotal × tion ……（１）
当たり(酸素イオン伝導体と溶融金属とが接触する面の
単位面積)に供給される電流をItotal(A/cm2)とすると、
イオン電流密度Iionはそれにイオン輸率tion (酸素イオ
ン伝導体の全伝導に占める酸素イオン伝導割合)を乗じ
ることで求めることができる。以上の観点から、本発明
ではイオン電流密度を用いて適正印加条件を定める。 Iion ＝ Itotal × tion ……（１）
【００２４】イオン輸率tionの値は、酸素イオン伝導体
が接する雰囲気の酸素ポテンシャルをPO2、部分電子伝
導パラメータをPe'、部分正孔伝導パラメータをPh'とす
ると次式で表される。 tion＝[１＋(PO2/ Pe' )-1/4＋( PO2/ Ph' ) 1/4 ]-1 ……（２）
が接する雰囲気の酸素ポテンシャルをPO2、部分電子伝
導パラメータをPe'、部分正孔伝導パラメータをPh'とす
ると次式で表される。 tion＝[１＋(PO2/ Pe' )-1/4＋( PO2/ Ph' ) 1/4 ]-1 ……（２）
【００２５】ここで、Arch.Eisenhuttenwes.45(1975),P
477-482等に記載されているとおり、酸素イオン伝導体
が接する雰囲気が脱酸された溶鋼である場合、溶鋼の酸
素ポテンシャルPO2は10-14ａｔｍ以下と小さく、一方部
分正孔伝導パラメータPh'は１より大きい値であるた
め、正孔伝導は無視できるため次式となる。 tion ＝ [ １＋ ( PO2/ Pe' )-1/4 ] -1 ……（３）
477-482等に記載されているとおり、酸素イオン伝導体
が接する雰囲気が脱酸された溶鋼である場合、溶鋼の酸
素ポテンシャルPO2は10-14ａｔｍ以下と小さく、一方部
分正孔伝導パラメータPh'は１より大きい値であるた
め、正孔伝導は無視できるため次式となる。 tion ＝ [ １＋ ( PO2/ Pe' )-1/4 ] -1 ……（３）
【００２６】なお、部分電子伝導パラメータPe'の値
は、種々の研究者によって研究がなされており、それら
を用いることができる。例えば、Arch.Eisenhuttenwes.
45(1975),P477-482等に種々の酸素イオン伝導体での値
が温度の関数として記載されている。溶鋼の酸素ポテン
シャルPO2は、固体電解質を用いた酸素センサーによっ
て測定することができる。
は、種々の研究者によって研究がなされており、それら
を用いることができる。例えば、Arch.Eisenhuttenwes.
45(1975),P477-482等に種々の酸素イオン伝導体での値
が温度の関数として記載されている。溶鋼の酸素ポテン
シャルPO2は、固体電解質を用いた酸素センサーによっ
て測定することができる。
【００２７】例えば、10mol%のCaOで安定化されたZrO2
の1600℃での部分電子伝導パラメータPe'の値は10-15ａ
ｔｍである。このとき、溶鋼温度を1600℃、溶鋼の酸素
ポテンシャルPO2を10-14ａｔｍとするとイオン輸率tion
は上式より0.64と求めることができる。
の1600℃での部分電子伝導パラメータPe'の値は10-15ａ
ｔｍである。このとき、溶鋼温度を1600℃、溶鋼の酸素
ポテンシャルPO2を10-14ａｔｍとするとイオン輸率tion
は上式より0.64と求めることができる。
【００２８】
【実施例】以下、図１〜図４を用い、本発明の実施の形
態を説明する。
態を説明する。
【００２９】（実施例１）図１は本発明の発明者が図５
に示すスライディングノズル（SN）方式の注入装置によ
り溶鋼を連続鋳造するたタンディッシュにおいて、ＳＮ
プレート７のノズル壁を10mol%のCaOで安定化した安定
化ZrO2で構成し、種々のイオン電流密度Iio nを印加した
場合のＳＮプレート７への酸化物の付着状況を調査した
結果を示したものである。
に示すスライディングノズル（SN）方式の注入装置によ
り溶鋼を連続鋳造するたタンディッシュにおいて、ＳＮ
プレート７のノズル壁を10mol%のCaOで安定化した安定
化ZrO2で構成し、種々のイオン電流密度Iio nを印加した
場合のＳＮプレート７への酸化物の付着状況を調査した
結果を示したものである。
【００３０】イオン電流密度が0.1A/cm2より小さいと、
イオン電流密度が小さい程、ノズル内径が縮小つまり付
着量が増加している。これは溶鋼側から安定化ZrO2を通
しての酸素輸送量が、付着物形成速度に比して小さいた
め付着が進行するためである。一方、イオン電流密度が
1.0A/cm2より大きい場合には、イオン電流密度の増加と
ともにノズル径が増大つまり溶損量が増大している。こ
れは付着物の形成は完全に抑制されるが、ZrO2そのもの
の分解反応が急激に生じたためである。このようにZrO2
の分解が生じると、ノズルを短い使用期間後に交換せね
ばならないとともに、分解して溶出したZrは溶鋼内部に
おいて溶存酸素と再び結合してZrO2となり鋳片中に取り
込まれ介在物となり、ZrO2は高融点であるため硬度が高
く、鋼材の品質、特に疲労寿命に悪影響を与える。
イオン電流密度が小さい程、ノズル内径が縮小つまり付
着量が増加している。これは溶鋼側から安定化ZrO2を通
しての酸素輸送量が、付着物形成速度に比して小さいた
め付着が進行するためである。一方、イオン電流密度が
1.0A/cm2より大きい場合には、イオン電流密度の増加と
ともにノズル径が増大つまり溶損量が増大している。こ
れは付着物の形成は完全に抑制されるが、ZrO2そのもの
の分解反応が急激に生じたためである。このようにZrO2
の分解が生じると、ノズルを短い使用期間後に交換せね
ばならないとともに、分解して溶出したZrは溶鋼内部に
おいて溶存酸素と再び結合してZrO2となり鋳片中に取り
込まれ介在物となり、ZrO2は高融点であるため硬度が高
く、鋼材の品質、特に疲労寿命に悪影響を与える。
【００３１】図２はノズル壁を上記と同様に安定化ZrO2
で構成し、種々のイオン電流密度を印加して製造した鋳
片での50μm以上の大型介在物出現頻度を調査した結果
である。イオン電流密度が0.1A/cm2より小さいと、図１
で示したようにノズル壁への付着が進行する。そして、
ある程度付着が進行した時点で付着物の剥離が生じ、溶
鋼流に巻き込まれ大型介在物として鋳片中に残留してし
まう。また1.0A/cm2よりイオン電流密度が大きい場合に
おいては、ZrO2の分解反応が生じるが、この反応が生じ
る場所は、常に溶鋼との界面であるとは限らず、分解反
応の進行に伴う電流パスの不均一化のため界面より内部
で生じることもあり得る。この場合、耐火材を構成する
粒子間の結合がはずれるため、時としては大きな固まり
として、溶鋼流に巻き込まれ大型介在物として鋳片中に
残留してしまう。このため、イオン電流密度が0.1A/cm2
より小さい場合、及び1.0A/cm2以上の場合では大型介在
物の出現頻度は高くなるわけである。
で構成し、種々のイオン電流密度を印加して製造した鋳
片での50μm以上の大型介在物出現頻度を調査した結果
である。イオン電流密度が0.1A/cm2より小さいと、図１
で示したようにノズル壁への付着が進行する。そして、
ある程度付着が進行した時点で付着物の剥離が生じ、溶
鋼流に巻き込まれ大型介在物として鋳片中に残留してし
まう。また1.0A/cm2よりイオン電流密度が大きい場合に
おいては、ZrO2の分解反応が生じるが、この反応が生じ
る場所は、常に溶鋼との界面であるとは限らず、分解反
応の進行に伴う電流パスの不均一化のため界面より内部
で生じることもあり得る。この場合、耐火材を構成する
粒子間の結合がはずれるため、時としては大きな固まり
として、溶鋼流に巻き込まれ大型介在物として鋳片中に
残留してしまう。このため、イオン電流密度が0.1A/cm2
より小さい場合、及び1.0A/cm2以上の場合では大型介在
物の出現頻度は高くなるわけである。
【００３２】さらに、上記の介在物の剥離、ZrO2分解に
よる耐火材の一部の落下は、急激な流量変化を引き起こ
すため、連続鋳造鋳型内で大きな湯面変動を生じ、操業
トラブルならびに湯面変動に基づくパウダー巻き込み等
が生じ品質異常につながる。
よる耐火材の一部の落下は、急激な流量変化を引き起こ
すため、連続鋳造鋳型内で大きな湯面変動を生じ、操業
トラブルならびに湯面変動に基づくパウダー巻き込み等
が生じ品質異常につながる。
【００３３】一方、0.1から1.0A/cm2のイオン電流密度
下では、ZrO2分解が生じることがなく、安定した付着防
止を図ることができる。従って付着物の剥離による大型
介在物の巻き込み等がなく品質が安定するとともに、酸
素ポテンシャル低減にとって介在物の分解が促進され、
図３に示すように全体的に介在物サイズを小さくでき、
図４に示すように疲労寿命向上を図ることができる。
下では、ZrO2分解が生じることがなく、安定した付着防
止を図ることができる。従って付着物の剥離による大型
介在物の巻き込み等がなく品質が安定するとともに、酸
素ポテンシャル低減にとって介在物の分解が促進され、
図３に示すように全体的に介在物サイズを小さくでき、
図４に示すように疲労寿命向上を図ることができる。
【００３４】（実施例２）SN方式の注入装置により溶鋼
を連続鋳造するたタンディッシュにおいて、図５に示す
ようにSNプレートの孔部を10mol%のCaOで安定化したZrO
2で構成し、上ノズルに対極を設置することで、溶鋼を
介して電気回路を構成し、安定化ZrO2側を正極、対極側
が負極となるように直流電流を流しながら1550℃の溶鋼
を連続鋳造した。なお、固体電解質を用いた酸素センサ
ーで溶鋼の酸素ポテンシャルを測定した結果、PO2＝4×
10-15ａｔｍであった。
を連続鋳造するたタンディッシュにおいて、図５に示す
ようにSNプレートの孔部を10mol%のCaOで安定化したZrO
2で構成し、上ノズルに対極を設置することで、溶鋼を
介して電気回路を構成し、安定化ZrO2側を正極、対極側
が負極となるように直流電流を流しながら1550℃の溶鋼
を連続鋳造した。なお、固体電解質を用いた酸素センサ
ーで溶鋼の酸素ポテンシャルを測定した結果、PO2＝4×
10-15ａｔｍであった。
【００３５】また使用した安定化ZrO2の部分電子伝導パ
ラメータはPe'＝1.4×10-16ａｔｍ(Arch.Eisenhuttenwe
s.45(1975),P477-482)であるので、イオン輸率を0.7と
して印加する電流密度を設定した。
ラメータはPe'＝1.4×10-16ａｔｍ(Arch.Eisenhuttenwe
s.45(1975),P477-482)であるので、イオン輸率を0.7と
して印加する電流密度を設定した。
【００３６】印加した電流は、イオン電流密度として０
〜1.5A/cm2の範囲で１０段階に変え、各水準でのSNプ
レート孔部への付着あるいは溶損量、鋳片での50μm
以上の大型介在物出現頻度、圧延製品での30000mm2中
で検出される最大介在物サイズ、圧延製品の転動疲労
寿命を調査した。調査結果を表１に示す。
〜1.5A/cm2の範囲で１０段階に変え、各水準でのSNプ
レート孔部への付着あるいは溶損量、鋳片での50μm
以上の大型介在物出現頻度、圧延製品での30000mm2中
で検出される最大介在物サイズ、圧延製品の転動疲労
寿命を調査した。調査結果を表１に示す。
【００３７】
【表１】
【００３８】表１でわかるように、イオン電流密度を0.
1A/cm2以上、1.0A/cm2以下であった実施例１〜４では、
以下の効果が得られることが確認された。 介在物の付着あるいはZrO2の分解・溶損が生じず、
安定鋳造可能。 大型介在物の出現は皆無であり、品質の向上が図れ
る。 介在物が微細化される。 疲労寿命が向上する。
1A/cm2以上、1.0A/cm2以下であった実施例１〜４では、
以下の効果が得られることが確認された。 介在物の付着あるいはZrO2の分解・溶損が生じず、
安定鋳造可能。 大型介在物の出現は皆無であり、品質の向上が図れ
る。 介在物が微細化される。 疲労寿命が向上する。
【００３９】これに対して、イオン電流密度が0.1A/cm2
未満の比較例１〜３およびイオン電流密度が1.0A/cm2よ
りも大きい比較例４〜６では実施例に比べ介在物の付着
あるいはZrO2分解により操業が不安定となるとともに大
型介在物の混入による品質異常が生じた。さらに介在物
は微細ではなく、疲労寿命は実施例に比べ劣った。
未満の比較例１〜３およびイオン電流密度が1.0A/cm2よ
りも大きい比較例４〜６では実施例に比べ介在物の付着
あるいはZrO2分解により操業が不安定となるとともに大
型介在物の混入による品質異常が生じた。さらに介在物
は微細ではなく、疲労寿命は実施例に比べ劣った。
【００４０】本実施例ではSN方式の注入系を使用した結
果を示したが、ストッパー方式の注入系に適用すること
は本発明の範囲から逸脱するものではない。
果を示したが、ストッパー方式の注入系に適用すること
は本発明の範囲から逸脱するものではない。
【００４１】
【発明の効果】本発明により、ZrO2の分解を抑制しつ
つ、ノズルへの介在物付着を抑制でき、鋳造性が安定す
るとともに、大型介在物の混入がなく品質の高い金属材
料を製造可能となった。
つ、ノズルへの介在物付着を抑制でき、鋳造性が安定す
るとともに、大型介在物の混入がなく品質の高い金属材
料を製造可能となった。
【００４２】また、本発明により介在物を微細化するこ
とが可能となり疲労寿命の優れた鋼材を提供することが
可能となった。
とが可能となり疲労寿命の優れた鋼材を提供することが
可能となった。
【図１】ノズル壁を安定化ZrO2で構成し、種々のイオン
電流密度を印加した場合のノズルへの付着状況を調査し
た結果を示した図である。
電流密度を印加した場合のノズルへの付着状況を調査し
た結果を示した図である。
【図２】ノズル壁を安定化ZrO2で構成し、種々のイオン
電流密度を印加した場合の鋳片での50μｍ以上の大型介
在物が出現した確率を示した図である。
電流密度を印加した場合の鋳片での50μｍ以上の大型介
在物が出現した確率を示した図である。
【図３】ノズル壁を安定化ZrO2で構成し、種々のイオン
電流密度を印加した場合の圧延製品で、30000mm2中に存
在する最大介在物サイズを示した図である。
電流密度を印加した場合の圧延製品で、30000mm2中に存
在する最大介在物サイズを示した図である。
【図４】ノズル壁を安定化ZrO2で構成し、種々のイオン
電流密度を印加した場合の圧延製品で、疲労寿命を調査
した結果を示した図である。
電流密度を印加した場合の圧延製品で、疲労寿命を調査
した結果を示した図である。
【図５】本発明を実施するためにSN方式の注入系に安定
化ZrO2および対極を設置した例を示す概要図である。
化ZrO2および対極を設置した例を示す概要図である。
１ 溶鋼 ２ 上ノズル ３ 羽口レンガ ４ 対極 ５ リード線 ６ 安定化ZrO2 ７ SNプレート ８ 下部ノズル ９ イマージョンノズル １０ 直流電源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小澤 修司 室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式会社室 蘭製鐵所内 (72)発明者 磯部 浩一 室蘭市仲町12番地 新日本製鐵株式会社室 蘭製鐵所内 Ｆターム(参考） 4E004 FA10 FB10 MB11 MB20 MD10 4E014 DD01 DD02
Claims (3)
- 【請求項１】 冶金容器から溶融金属をノズルを介して
鋳型に注入して金属塊を製造するに当たり、ノズル内壁
の少なくとも一部を酸素イオン伝導性耐火材で構成し、
該耐火材側を正極、溶融金属側を負極とし、前記酸素イ
オン伝導性耐火材と溶融金属との接触界面におけるイオ
ン電流密度として0.1〜1.0A/cm2となるように電流を印
加することを特徴とする金属塊の製造方法。 - 【請求項２】 金属が鋼であり、金属塊が鋼片または鋼
塊である請求項１記載の金属塊の製造方法。 - 【請求項３】 冶金容器がタンディッシュであり、鋳型
が連続鋳造鋳型である請求項１記載の金属塊の製造方
法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35342899A JP2001170762A (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 冶金容器ノズルへの電気通電による金属塊の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP35342899A JP2001170762A (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 冶金容器ノズルへの電気通電による金属塊の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001170762A true JP2001170762A (ja) | 2001-06-26 |
Family
ID=18430783
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP35342899A Withdrawn JP2001170762A (ja) | 1999-12-13 | 1999-12-13 | 冶金容器ノズルへの電気通電による金属塊の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001170762A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109843477A (zh) * | 2016-10-17 | 2019-06-04 | 株式会社Posco | 水口及其制造方法 |
-
1999
- 1999-12-13 JP JP35342899A patent/JP2001170762A/ja not_active Withdrawn
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109843477A (zh) * | 2016-10-17 | 2019-06-04 | 株式会社Posco | 水口及其制造方法 |
| EP3527305A4 (en) * | 2016-10-17 | 2019-08-21 | Posco | NOZZLE AND MANUFACTURING METHOD THEREFOR |
| CN109843477B (zh) * | 2016-10-17 | 2021-12-07 | 株式会社Posco | 水口及其制造方法 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A300 | Withdrawal of application because of no request for examination |
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