JP2001219253A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

鋼の連続鋳造方法

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JP2001219253A JP2000032325A JP2000032325A JP2001219253A JP 2001219253 A JP2001219253 A JP 2001219253A JP 2000032325 A JP2000032325 A JP 2000032325A JP 2000032325 A JP2000032325 A JP 2000032325A JP 2001219253 A JP2001219253 A JP 2001219253A
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昌司 原
Masafumi Hanao
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Abstract

(57)【要約】 【課題】Alで脱酸された溶鋼を鋳造する際、浸漬ノズ
ルの閉塞を防止でき、良好な品質の鋳片を得ることがで
きる連続鋳造方法の提供。 【解決手段】Alを含有する溶鋼を、タンディッシュか
ら鋳型に浸漬ノズルを用いて注入する連続鋳造方法であ
って、溶鋼中にCaを0.001〜0.005質量%含
有させ、かつ、下記(A)式を満足する条件で鋳造す
る。 −0.5−0.6×ln(ΔT×α)≦Q≦3.0−0.6×ln(Δ
T×α) ・・・(A) ここで、Q:単位時間に1本当たりの浸漬ノズルを通過
する溶鋼量(t/分)、ΔT:タンディッシュ内におけ
る溶鋼過熱度で10〜45℃の範囲の値、α:Ca含有
率で0.001〜0.005質量%の範囲の値。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、浸漬ノズルの閉塞
を防止でき、良好な内部品質の鋳片を得ることができる
鋼の連続鋳造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】連続鋳造される溶鋼は、通常、Al等で
脱酸処理されている。取鍋内の溶鋼は、いったんタンデ
ィッシュ内に注入された後、浸漬ノズルを介して、鋳型
内に注入される。
【0003】Alで脱酸した溶鋼を鋳造する際、浸漬ノ
ズルが閉塞する場合があり、極端な場合には鋳造作業の
継続が困難になる。浸漬ノズルが閉塞するのは、溶鋼中
のAlの酸化物などが浸漬ノズル内面に付着し、堆積す
ることが原因である。
【0004】浸漬ノズルが閉塞した際には、溶鋼が入っ
ているタンディッシュの上方からランスを浸漬ノズルの
近傍に挿入し、酸素ガスを吹き込むことにより、浸漬ノ
ズル内面に付着したAlの酸化物などを除去することが
行われる。しかし、この方法では、溶鋼中に酸素を吹き
込むので、溶鋼中に酸化物が発生するため、鋳片に残存
する非金属介在物が増加する。そのため、内部品質の良
好な鋳片が得られない。
【0005】浸漬ノズルの閉塞を防止する方法として、
タンディッシュの下部に配置する上ノズル(浸漬ノズル
を取り付ける部分)、または浸漬ノズルへの溶鋼の供給
量を制御するスライディングゲートから、浸漬ノズル内
を通過する溶鋼中にArガス等の不活性ガスを吹き込む
方法が採られている。しかし、吹き込まれたArガスが
溶鋼中で気泡となるので、その気泡が凝固殻に捕捉さ
れ、鋳片表皮下に気泡性欠陥が発生したり、極端な場合
には、その鋳片を素材として熱間圧延した製品表面に表
面疵が発生する場合がある。
【0006】浸漬ノズル内を通過する溶鋼中にArガス
などを吹き込まずに、浸漬ノズルの閉塞を防止する方法
として、溶鋼中にCaを含有させる方法が採られてい
る。たとえば、特開平9−192799号公報では、A
lで脱酸した溶鋼中にCaを1〜5ppm含有させる方
法が提案されている。この方法は、Caの添加によっ
て、溶鋼中に高融点であるAlの酸化物の凝集合体が形
成されるのを防止し、浸漬ノズルの閉塞を防止する方法
である。
【0007】また、特開平11−90597号公報で
は、タンデイッシュ内の溶鋼過熱度が20℃以下になっ
た場合に、タンディッシュ内の溶鋼中にCaを添加し、
溶鋼中のCa含有率を10〜50ppmとする方法が提
案されている。タンデイッシュ内の溶鋼過熱度が20℃
以下となり、溶鋼の温度が低温になった場合に浸漬ノズ
ル内面に付着する地金を、Ca添加により溶解するとさ
れている。
【0008】しかし、これら特開平9−192799号
公報および特開平11−90597号公報で提案された
方法を用いても、タンディッシュ内の溶鋼過熱度、鋳造
速度などの条件によっては、溶鋼中にCaを含有させて
も、浸漬ノズルが閉塞する場合がある。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、Al等で脱
酸された溶鋼を鋳造する際、浸漬ノズルの閉塞を防止で
き、良好な内部品質の鋳片を得ることができる鋼の連続
鋳造方法を提供することを目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、Alを
含有する溶鋼を、タンディッシュから鋳型に浸漬ノズル
を用いて注入する連続鋳造方法であって、溶鋼中にCa
を0.001〜0.005質量%含有させ、かつ、下記
(A)式を満足する条件で鋳造する鋼の連続鋳造方法に
ある。
【0011】 ここで、Q:単位時間に1本当たりの浸漬ノズルを通過
する溶鋼量(t/分) ΔT:タンディッシュ内における溶鋼過熱度で10〜4
5℃の範囲の値 α:Ca含有率で、0.001〜0.005質量%の範
囲の値 タンディッシュ内の溶鋼過熱度とは、タンディッシュ内
の溶鋼の温度と鋳造する鋼の融点との差の温度を意味す
る。
【0012】本発明者らは、前述の課題を次のように解
決した。すなわち、溶鋼中に含有させるCa含有率およ
びタンディッシュ内の溶鋼過熱度ΔTに応じて、浸漬ノ
ズル内を通過する溶鋼量Qを適正範囲とすることによっ
て、溶鋼中のAlの酸化物などが浸漬ノズル内面に付着
することに起因する浸漬ノズルの閉塞を防止する。
【0013】浸漬ノズルの閉塞は、溶鋼中のAlの酸化
物などが浸漬ノズル内面に付着し、堆積することが原因
である。その閉塞の発生のしやすさは、浸漬ノズル内を
通過する溶鋼の流速に依存する。ただし、通常用いられ
る浸漬ノズルの内径は70〜90mm程度であり、この
ような浸漬ノズルでは、浸漬ノズルの閉塞の発生のしや
すさは、浸漬ノズル内を通過する溶鋼量Qに依存すると
しても差し支えない。したがって、本発明の方法では、
浸漬ノズル内を通過する溶鋼量Qの適正な範囲を選択し
た。
【0014】図1は、溶鋼中のCa含有率、タンディッ
シュ内の溶鋼過熱度および浸漬ノズル内を通過する溶鋼
量が、浸漬ノズルの閉塞および鋳片品質に及ぼす影響を
示す図である。図1に示す2本の曲線のうち、上方の曲
線は下記(B)式を示し、下方の曲線は下記(C)式を
示す。また破線で示す2本の直線のうち、左の直線は下
記(D)式を示し、右の直線は下記(E)式を示す。
【0015】 Q1=−0.6×ln(ΔT×α)+3.0 ・・・(B) Q2=−0.6×ln(ΔT×α)−0.5 ・・・(C) ΔT×α=0.01 ・・・(D) ΔT×α=0.225 ・・・(E) 図1は、垂直部長さ1m、機長20mで1ストランドの
垂直曲げ型連続鋳造機を用い、Al脱酸されたC含有率
が0.05質量%の低炭素鋼を速度0.3〜10m/分
の範囲で鋳造した試験結果をまとめたものである。鋳片
サイズは、厚さ100mm、幅1000mmである。こ
の試験に用いた浸漬ノズルの条件は、吐出孔が2つで、
それぞれの吐出孔の大きさは、縦100mm、横30m
mで、ノズルの向きは下向き45°である。また、溶鋼
が通過する浸漬ノズルの部分の内径は80mmである。
【0016】Ca含有量は、0.0008〜0.005
2質量%、タンディッシュ内の溶鋼過熱度は5〜50℃
の条件である。浸漬ノズルの閉塞状況は、後述する浸漬
ノズル閉塞度、鋳片の内部品質は、後述する方法で鋳片
表皮下の非金属介在物の個数を求めて評価した。
【0017】図1に示すように、前述の(B)および
(C)式の示す曲線、および(D)および(E)式の示
す直線で囲まれた領域、すなわち、前述の(A)式の条
件を満足する領域では、浸漬ノズルの閉塞は発生せず、
また良好な品質の鋳片が得られることがわかった。これ
以外の領域では、浸漬ノズルの閉塞、鋳片の非金属介在
物の増加、浸漬ノズルなどの耐火物の溶損、ブレークア
ウトなどが生じた。
【0018】前述の(A)式の条件を満足する領域で
は、溶鋼中のCa含有率が0.0010〜0.0050
質量%であれば、Alで脱酸した溶鋼を鋳造する際、浸
漬ノズルの閉塞の原因となる溶鋼中のAlの酸化物を、
融点の低いCaO−Al23系の複合酸化物とするこ
とができる。また、タンディッシュ内の溶鋼過熱度が1
0〜45℃、単位時間に浸漬ノズルを通過する溶鋼量Q
(t/分)の値が適正な範囲であれば、溶鋼中のAlの
酸化物、CaO−Al23 系の複合酸化物などの浸漬
ノズル内面の付着を防止できることが明らかである。本
発明は、上記の結果を基に完成された。
【0019】
【発明の実施の形態】本発明の方法では、Alを含有
し、Caを0.001〜0.005質量%含有する鋼を
対象とする。
【0020】溶鋼中にCaを含有させることにより、浸
漬ノズルの閉塞の原因となる溶鋼中のAlの酸化物を、
融点の低いCaO−Al23 系の複合酸化物とするこ
とができる。このようなCaの効果を得るために、Ca
含有率を0.0010質量%以上とする。しかし、Ca
含有率が0.0050質量%を超えると、タンディッシ
ュ自体の耐火物、上ノズル、スライディングゲート、浸
漬ノズルなどが溶損しやすくなる。また、CaS等が形
成されやすくなるため、鋳片の非金属介在物が多くなる
場合がある。
【0021】本発明の方法では、タンディッシュ内の溶
鋼過熱度を10〜45℃とする。10℃未満では、溶鋼
の温度が低すぎるため、タンディッシュから浸漬ノズル
内で溶鋼が凝固し、ノズルが閉塞気味になる場合があ
る。つまり、目標の鋳造速度で鋳造できなくなる場合が
ある。極端な場合には、浸漬ノズルが鋳造中に閉塞す
る。鋳造速度を確保するために、タンディッシュの上方
からランスを溶鋼中に挿入して酸素ガスを吹き付ける処
理が採られるが、溶鋼中に酸化物が発生し、鋳片の非金
属介在物が増加するので、鋼の清浄度が悪くなる。一
方、過熱度が45℃を超えると、とくに鋳造速度が速い
場合に、鋳型内の凝固殻が浸漬ノズルの吐出流によって
再溶解しやすくなるので、ブレークアウトが発生する場
合がある。
【0022】本発明の方法では、浸漬ノズルは通常用い
られるノズルを使えばよい。たとえば、吐出孔は下向き
10〜30°程度の角度で、2つの吐出孔を備える浸漬
ノズルが用いられる。溶鋼が通過する浸漬ノズルの内部
の径は、通常の70〜90mm程度でよい。浸漬ノズル
の材質も、通常のアルミナグラファイトなどで構わな
い。本発明の方法では、単位時間に浸漬ノズルを通過す
る溶鋼量Q(t/分)が前述の(A)式を満足する条件
で鋳造する。図1を用いて、その理由を説明する。
【0023】内径の相違する浸漬ノズルでは、同じ単位
時間に浸漬ノズルを通過する溶鋼量でも、浸漬ノズルを
通過する溶鋼の流速は相違する。図1は、前述のとおり
厚さ100mm、幅1000mmの鋳片を、内径が80
mmの浸漬ノズルを用いて鋳造した結果である。しか
し、事前の鋳造試験によって、通常用いられる程度の、
内径が70〜90mm程度の浸漬ノズルであれば、単位
時間に浸漬ノズルを通過する溶鋼量によって、浸漬ノズ
ルの閉塞の発生の有無を予測できることを確認した。
【0024】(C)式の示す曲線、(D)式の示す直
線、(E)式の示す直線、および図の横軸とで囲まれた
図中にで示す領域では、Ca含有率およびタンディッ
シュ内の溶鋼過熱度が適正な範囲の値であっても、単位
時間に浸漬ノズルを通過する溶鋼量Q(t/分)が少な
すぎるので、浸漬ノズルの閉塞が発生しやすい。浸漬ノ
ズルの閉塞を解消するために、浸漬ノズル内面近傍の溶
鋼中に酸素ガスを吹き込むと、溶鋼の清浄度が悪化し、
鋳片表皮下の品質が悪くなる。
【0025】(C)式の示す曲線、(D)式の示す直
線、および図の縦軸とで囲まれた図中にで示す領域、
および、(B)式と(C)式の示す曲線、(D)式の示
す直線、および図の縦軸とで囲まれた図中にで示す領
域では、Ca含有率が低すぎるか、または、タンディッ
シュ内の溶鋼過熱度が低すぎる。そのために、浸漬ノズ
ルの閉塞しやすく、浸漬ノズルの閉塞を解消するため
に、浸漬ノズル内面近傍の溶鋼中に酸素ガスを吹き込む
と、溶鋼の清浄度が悪化し、鋳片表皮下の品質が悪くな
る。
【0026】(B)式の示す曲線、(D)式の示す直
線、および図の縦軸とで囲まれた図中にで示す領域で
は、前述のおよびの領域におけるのと同じく、浸漬
ノズルの閉塞が発生しやすくなったり、鋳片表皮下の品
質が悪くなったりするのに加えて、単位時間に浸漬ノズ
ルを通過する溶鋼量が多すぎるため、鋳型内の凝固殻が
浸漬ノズルの吐出流によって再溶解する場合もあり、極
端な場合にはブレークアウトが発生する。
【0027】(B)式の示す曲線と、(D)式および
(E)式の示す直線とで囲まれた図中にで示す領域で
は、Ca含有率およびタンディッシュ内の溶鋼過熱度が
適正な範囲の値であっても、単位時間に浸漬ノズルを通
過する溶鋼量が多すぎるため、鋳型内の凝固殻が浸漬ノ
ズルの吐出流によって再溶解しやすく、極端な場合には
ブレークアウトが発生する。
【0028】(B)式の示す曲線と(E)式の示す直線
とで囲まれた図中にで示す領域、および、(B)と
(C)式の示す曲線と(E)式の示す直線とで囲まれた
図中にで示す領域、さらに、(C)式の示す曲線、
(E)式の示す直線、および図の横軸とで囲まれた図中
にで示す領域では、Ca含有率が多すぎる。そのため
に、タンディッシュの耐火物や浸漬ノズル等が溶損しや
すくなるか、CaS等が形成されやすくなるため、鋳片
の非金属介在物が多くなりやすい。このほか、タンディ
ッシュ内の溶鋼過熱度が高すぎるために、鋳型内の凝固
殻が浸漬ノズルの吐出流によって再溶解しやすく、極端
な場合にはブレークアウトが発生する。
【0029】したがって、本発明の方法では、(B)と
(C)式の示す曲線、および(D)と(E)式の示す直
線とで囲まれた領域の条件、すなわち、前述の(A)式
を満足する条件で鋳造する。
【0030】本発明の方法を実施する手順は、たとえ
ば、Alを含有する溶鋼中にCa含有率が0.001〜
0.005質量%の範囲内になるように添加する。その
後、溶鋼中のCa含有率を測定する。溶鋼中のCa含有
率の分析方法は、たとえば、次の方法を用いることがで
きる。取鍋内の溶鋼を、通常用いられている紙管サンプ
ルなどで採取し、通常の放電発光分光法により分析す
る。次に、タンデイッシュ内の溶鋼の過熱度を求める。
これら求めた溶鋼中のCa含有率と溶鋼の過熱度から、
単位時間に1本当たりの浸漬ノズルを通過する溶鋼量Q
が、前述の(A)式を満足するように、鋳造速度を選択
する。鋳造速度を選択すれば、この溶鋼量Qが求まるか
らである。
【0031】
【実施例】垂直部長さ1m、機長20m、1ストランド
の垂直曲げ型連続鋳造機を用い、C含有率が0.05質
量%の低炭素鋼(Al脱酸鋼)を速度1.1〜7.1m
/分で、厚さ100mm、幅1000mmの鋳片に鋳造
した。吐出孔が2つで、それぞれの吐出孔の大きさは、
縦100mm、横30mmで、下向き45°の浸漬ノズ
ルを用いた。また、浸漬ノズルの内径は80mmであ
る。1ヒート約150tの溶鋼を、5ヒート連続して鋳
造した。
【0032】Caを0.0008〜0.0052質量%
の範囲内で含有させ、また、タンディッシュ内の溶鋼過
熱度を5〜50℃の範囲内で変化させて鋳造し、浸漬ノ
ズル閉塞度、鋳片表皮下の非金属介在物の発生状況、お
よびこれら鋳片を素材とした製品コイルの品質状況を調
査した。
【0033】浸漬ノズルの閉塞度は、次のようにして調
査した。まず、鋳造前に浸漬ノズルの内径を測定した。
次に、鋳造終了後に浸漬ノズルを回収して、浸漬ノズル
高さ方向の中央部でノズルを切断し、内径を測定した。
浸漬ノズル内部に付着物があり、内部の形状が円形でな
い場合には、長い径と短い径を求めて平均の径を内径と
した。そこで、鋳造後の浸漬ノズルの内径を鋳造前の内
径で除した値を浸漬ノズル閉塞度とした。したがって、
浸漬ノズル閉塞度が1.0未満は、閉塞していること、
また1.0を超えると、浸漬ノズル内部が溶損している
ことを意味する。
【0034】鋳片表皮下の非金属介在物の発生状況は、
次のようにして測定した。得られた鋳片から、鋳造方向
長さ200mmの鋳片サンプルを切出し、鋳片表皮1m
mを削除し、表面から1mmの研磨面を、100倍の光
学顕微鏡を用い、50μm以上の大きさの非金属介在物
の発生個数を測定し、1cm2 当たり発生個数を求め
た。
【0035】得られた鋳片を素材として、熱間圧延を行
って厚さ2.5mmの鋼帯を製造し、コイルに巻き取っ
た。この製品コイルを酸洗した後、表面疵の発生状況を
調査した。製品コイルの表面を手入れしても、製品コイ
ルとして使用できない場合には、格落ちの製品コイルと
判断した。この格落ちの製品コイルを、対象の試験で得
られた鋳片を熱間圧延した合計の製品コイル数で除した
値を、製品コイル格落ち指数とした。表1に試験条件と
試験結果を示す。
【0036】
【表1】 本発明例の試験No.1からNo.5では、本発明で規
定する条件の範囲内の浸漬ノズルを通過する溶鋼量とな
る鋳造速度で鋳造した。これらの試験では、浸漬ノズル
閉塞度は0.85〜1.00で、浸漬ノズル内部に極わ
ずか付着物が有ったが、問題にならない程度であった。
鋳片表皮下の非金属介在物の発生個数は、1〜3個/c
2 で良好な品質の鋳片であった。そのため、その鋳片
を素材とした製品コイルの格落ちは発生せず、良好な品
質の製品コイルが得られた。
【0037】比較例の試験No.6では、本発明で規定
する溶鋼量の条件の下限より小さい値0.8t/分で試
験した。浸漬ノズル閉塞度は0.35で、かなり閉塞が
進んでいた。鋳造中に鋳造速度を確保し、鋳造を継続す
るために、浸漬ノズル内面近傍の溶鋼中に酸素ガスを吹
き込んだ。そのために、溶鋼中の酸化物が生成し、鋳片
表皮下の非金属介在物が14個でかなり悪い品質の鋳片
となった。その鋳片を素材とする製品コイルの格落ち指
数も0.3で悪かった。
【0038】比較例の試験No.7では、本発明で規定
する溶鋼量の範囲より大きな溶鋼量の値4.5t/分で
試験した。浸漬ノズル閉塞度は0.97で、問題なかっ
た。しかし、3ヒート目の鋳造中に、ブレークアウトが
発生した。鋳造速度を速くして、浸漬ノズルを通過する
溶鋼量を大きくしたため、鋳型内の凝固殻が吐出流によ
って再溶解したためである。
【0039】比較例の試験No.8では、本発明で規定
する条件の範囲外で、低い溶鋼の過熱度5℃で試験し
た。浸漬ノズル閉塞度は0.25で、著しく閉塞が進ん
だ。鋳造中に鋳造速度を確保するために、浸漬ノズル内
面近傍の溶鋼中に酸素ガスを頻繁に吹き込んだ。そのた
めに、溶鋼中の酸化物が著しく生成し、鋳片表皮下の非
金属介在物が26個で著しく悪い品質の鋳片となった。
その鋳片を素材とする製品コイルの格落ち指数も0.6
で著しく悪かった。
【0040】比較例の試験No.9では、本発明で規定
する溶鋼の過熱度より高い50℃で試験した。1ヒート
目の鋳造中にブレークアウトが発生した。浸漬ノズルの
閉塞度は1.00で、内径は当初のままであった。
【0041】比較例の試験No.10では、本発明で規
定する条件の範囲外で、Ca含有率を0.0008質量
%と低くして試験した。Ca含有の効果が少なく、浸漬
ノズルが閉塞気味で、鋳造後の浸漬ノズル閉塞度は0.
65であった。鋳造中に鋳造速度を確保するために、溶
鋼中の浸漬ノズル内面近傍に酸素ガスを吹き込んだ。そ
のために、溶鋼中の酸化物が生成し、鋳片表皮下の非金
属介在物が9個で悪い品質の鋳片となった。その鋳片を
素材とする製品コイルの格落ち指数も0.2で悪かっ
た。
【0042】比較例の試験No.11では、本発明で規
定する条件の範囲外で、Ca含有率を0.0052質量
%と高くして試験した。浸漬ノズルが溶損気味で、鋳造
後の浸漬ノズル閉塞度は1.40であった。
【0043】
【発明の効果】本発明の方法の適用により、Alで脱酸
した溶鋼を鋳造する際、浸漬ノズルの閉塞を防止でき、
良好な品質の鋳片を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Ca含有率、タンディッシュ内の溶鋼過熱度お
よび浸漬ノズル内を通過する溶鋼量が、浸漬ノズルの閉
塞および鋳片品質に及ぼす影響を示す図である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花尾 方史 大阪府大阪市中央区北浜4丁目5番33号 住友金属工業株式会社内 Fターム(参考) 4E004 HA10 MB14 MB20

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】Alを含有する溶鋼を、タンディッシュか
    ら鋳型に浸漬ノズルを用いて注入する連続鋳造方法であ
    って、溶鋼中にCaを0.001〜0.005質量%含
    有させ、かつ、下記(A)式を満足する条件で鋳造する
    ことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。 −0.5−0.6×ln(ΔT×α)≦Q≦3.0−0.6× ln(ΔT×α) ・・・(A) ここで、Q:単位時間に1本当たりの浸漬ノズルを通過
    する溶鋼量(t/分) ΔT:タンディッシュ内における溶鋼過熱度で10〜4
    5℃の範囲の値 α:Ca含有率で、0.001〜0.005 質量%の範囲の値
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