JP2002346707A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続鋳造開始時に、タンディッシュの流出口
の自然開口率が高い鋼の連続鋳造方法を提供する。 【解決手段】 鋼の連続鋳造方法は、スライディングノ
ズル5を閉状態としたときに流出口3を塞ぐ部分を気孔率
が10〜30%かつ平均気孔径が5〜150μmの耐火性を有する
ポーラス煉瓦15で構成し、スライディングノズル5を閉
じた状態で、前記ポーラス煉瓦15より下記式1を満足す
る流量Q(L/min)で不活性ガスを吹き込みつつ、タンディ
ッシュ1内に所定量の溶鋼を注ぎ上げ、前記スライディ
ングノズル5を開き、鋳造を開始する。 ２×１０^−３×π（ｄ／２）^２≦Ｑ≦４．３×Ｖ ……
… 式１ ただし、d:タンディッシュ上ノズル4下端部の内径(m
m)、V:タンディッシュ1内注ぎ上げ保持時の溶鋼容量(to
n)である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼等の連続鋳造において、鋳造の最初の
部分では、タンディッシュへの注湯開始時の酸化等の影
響で、非金属介在物の量が多くなりやすい。このための
対策としては、予めタンディッシュ内に溶鋼を注入し、
ある程度の時間をとって、溶鋼中の介在物を浮上分離さ
せてから鋳造を開始する方法が考えられる。

【０００３】しかし、タンディッシュのスライディング
ノズルを閉じた状態として、溶鋼を注入し、その状態で
保持すると、タンディッシュ耐火物から外壁への抜熱等
により、溶鋼の温度が低下し耐火物と接する部分に凝固
膜が形成されやすい。特に、スライディングノズルと接
する部分は、タンディッシュの底部に相当しており、注
ぎ上げ保持中の溶鋼の対流によって、温度の低い溶鋼が
集まりやすく、凝固膜が形成されやすい。このため、溶
鋼の保持を終えて、鋳造を開始するためにスライディン
グノズルを開いても、流出口近傍に形成された凝固膜の
ために流出口が自然開口せず、溶鋼を鋳型へ流出させる
ことができない場合が生じる。このような場合には、例
えば酸素バーナー等で強制的に流出口を開口させること
になるが、そのような方法では酸化によって溶鋼を汚染
させることになり、溶鋼を注入保持した効果が失われて
しまう。また、そのような操作によっても開口できない
場合には、鋳造が不可能となる。

【０００４】このような問題を解決するため、スライデ
ィングノズルを閉じるプレートの閉栓に相当する部分
に、複数の貫通孔が穿孔された耐火物煉瓦を配し、この
貫通孔からタンディッシュ内の溶鋼中に不活性ガスを吹
き込む方法が採られることが多い。このように貫通孔を
設けてガスを吹き込むのは、貫通孔を介することで溶鋼
中に吹き込まれるガスの流速を大きくすることができ、
これにより上ノズル部分の溶鋼の攪拌効果を高くして、
溶鋼の低温部と高温部との混合を活発にすることができ
ると考えられているためである。

【０００５】しかし、このようにスライディングノズル
のスライディングプレートに設けた貫通孔から溶鋼中に
不活性ガスを噴出させる方法では、溶鋼を攪拌する効果
によって、低温溶鋼がタンディッシュ底部に集積するこ
とを抑制することにより自然開口率をある程度向上する
効果が認められるが、一般的に吹き込まれる不活性ガス
の温度は溶鋼の温度よりも低いため不活性ガスの吹き込
みにより溶鋼が温度低下して、かえって凝固膜の生成を
促してしまう可能性もあり、その効果は十分ではない。
このため、不活性ガスの吹き込みと、流出口近傍におけ
る溶鋼の温度低下を防止する他の技術とを組み合わせて
タンディッシュの流出口を自然開口させる種々の方法が
提案されている。

【０００６】例えば、特開平５−１１１７４２号公報で
は、スライディングノズルをあらかじめ予熱し、さら
に、スライディングノズルのスライディングプレートか
ら不活性ガスを噴出させて溶鋼を攪拌することによっ
て、タンディッシュ底部の温度低下を防止する方法が示
されている。

【０００７】また、特開平８−２５７７０８号公報で
は、熱間再使用タンディッシュにおいて、タンディッシ
ュ待機中に、タンディッシュ敷面に設けた溶鋼注入口
（上ノズル）を加熱し、また、スライディングノズルの
ガス吹き込み口から不活性ガスを吹き込むことによっ
て、スライディングノズルを開口させる方法が示されて
いる。

【０００８】しかし、特開平５−１１１７４２号公報に
開示された技術のようにスライディングノズル等を予め
９５０℃以上の高温に予熱する方法では、予熱作業の終
了から溶鋼を注入するまでの間にタンディッシュの温度
が降下するため効率が悪い。

【０００９】また、これら公報等に示されている技術の
ように、スライディングプレートに設けた貫通孔からの
不活性ガスの吹き込みと、流出口近傍における溶鋼の温
度低下を防止する他の技術とを組み合わせてもタンディ
ッシュの流出口を自然開口する効果が十分でなく、連続
鋳造開始時に自然開口しないケースが少なくないため、
酸素バーナー等を用いた強制開口による鋳片品質の劣化
が問題となっている。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる事情
に鑑みなされたものであって、溶鋼をタンディッシュか
ら鋳型内に供給して連続鋳造を行うにあたり、連続鋳造
開始時におけるタンディッシュの自然開口率が高い鋼の
連続鋳造方法を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、タンディッシュ内の溶鋼をその底部に設
けられた流出口から、上ノズル、前記流出口を開閉可能
なスライディングプレートを有するスライディングノズ
ル、および浸漬ノズルを介して鋳型内に供給して連続的
に鋳造を行う鋼の連続鋳造方法であって、前記スライデ
ィングプレート上側表面の少なくとも前記スライディン
グノズルを閉状態としたときに前記流出口を塞ぐ部分を
気孔率が１０〜３０％かつ平均気孔径が５〜１５０μｍ
の耐火性を有するポーラス煉瓦で構成し、前記スライデ
ィングノズルを閉じた状態で、前記ポーラス煉瓦の前記
流出口を塞ぐ部分より下記式１を満足する流量Ｑ（Ｌ／
ｍｉｎ）で不活性ガスを吹き込みつつ、前記タンディッ
シュ内に所定量の溶鋼を注ぎ上げ、前記スライディング
ノズルを開き、鋳造を開始することを特徴とする鋼の連
続鋳造方法を提供する。 ２×１０^−３×π（ｄ／２）^２≦Ｑ≦４．３×Ｖ ……… 式１ ただし、ｄ：タンディッシュ上ノズル下端部の内径（ｍ
ｍ）、Ｖ：タンディッシュ内注ぎ上げ保持時の溶鋼容量
（ｔｏｎ）である。このように、前記スライディングプ
レートを閉状態としたときに前記流出口を塞ぐ部分を前
記ポーラス煉瓦で構成し、かつ、前記ポーラス煉瓦から
の不活性ガスの吹き込み量を規定することにより、連続
鋳造開始時に高い自然開口率を得ることができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態に係る
連続鋳造方法が適用される連続鋳造設備を示す概略断面
図であり、スライディングノズルを開けて連続鋳造を行
っている状態を示している。タンディッシュ１は、その
上方に配置された取鍋１１からロングノズル１２を介し
て溶鋼２が流入される。タンディッシュ１の底部には２
箇所に流出口３が形成されており、それぞれに上ノズル
４が嵌め込まれている。この図では、一方の流出口３の
上ノズル４の下に３層式のスライディングノズル５が設
けられ、他方の流出口３の上ノズル４の下に２層式のス
ライディングノズル５′が設けられた状態を示してい
る。これらスライディングノズル５、５′はノズル孔を
開閉するとともに溶鋼の流量を調節するためのものであ
り、これらの下には浸漬ノズル６が設けられている。そ
して、いずれの場合においても、浸漬ノズル６からモー
ルド（鋳型）７へ連続的に溶鋼が供給され、溶鋼はモー
ルド７において半凝固状態の鋳片となり図示しないロー
ルにガイドされながら引き抜かれ完全に凝固した鋳片と
なる。なお、図１には便宜上２層式、３層式の両方を描
いているが、実際には２層式、３層式のいずれかのスラ
イディングノズルが使用される。

【００１３】次に、図１に示したタンディッシュ１の流
出口３周辺の構造について詳細に説明する。図２は、図
１に示したタンディッシュ１の底部に設けられ、３層式
のスライディングノズル５を用いた流出口３の構造を示
す断面図であり、スライディングノズル５を閉じた状態
を示している。

【００１４】スライディングノズル５は、固定プレート
１６と、スライディングプレート１３と、下プレート１
７とを有し、このスライディングプレート１３を駆動用
油圧シリンダー（図示せず）により固定プレート１６お
よび下プレート１７と接した状態で摺動させることで、
流出口３を開いた開状態（図１参照）と、流出口３を閉
じた閉状態（図２参照）との間で切り替えることができ
る。なお、２層式のスライディングノズル５′を用いた
流出口３は、下プレート１７がない他は、３層式のスラ
イディングノズル５とほぼ同様に構成されている。

【００１５】スライディングプレート１３上面の、スラ
イディングノズル５を閉状態としたときに流出口３を塞
ぐ部分には、ポーラス煉瓦１５が設けられており、この
ポーラス煉瓦１５にはガス流路１４を介して図示しない
不活性ガス供給手段が接続されている。好ましくは、ス
ライディングプレート１３上面の溶鋼と接触する部分の
全体をポーラス煉瓦１５で構成する。このような構成に
より、スライディングノズル５を閉じた状態として、ポ
ーラス煉瓦１５の気孔から溶鋼中に不活性ガスを吹き込
みながら溶鋼の注湯および保持を行うことができる。溶
鋼中に吹き込む不活性ガスとしては、溶鋼に影響を及ぼ
さないガスであれば、どのようなガスであっても適用可
能であるが、Ａｒ等の希ガス、Ｎ_２等が好ましい。

【００１６】多孔質でない耐火物煉瓦に貫通孔を設けて
ガスの吹き込みを行った場合には、貫通孔の部分からは
ガスが吹き込まれて溶鋼が攪拌されているが、貫通孔の
ない部分では溶鋼が滞留し、凝固しやすい状態となって
いる。これを防止するためには、貫通孔の数を多くして
溶鋼の滞留をなくす方法が考えられるが、耐火物煉瓦に
貫通孔を設ける加工には手間とコストがかかり、その数
を増やすことは、鋳片の製造コストを増大させることに
なり、好ましくない。

【００１７】これに対して、本実施形態のようにポーラ
ス煉瓦１５からガスの吹き込みを行った場合には、ポー
ラス煉瓦１５の有する多数の気孔から溶鋼中に偏りなく
ガスを吹き込むことができるため、上記のような溶鋼の
局部的な滞留は起こらない。

【００１８】また、耐火物煉瓦に設けられた貫通孔から
ガスの吹き込みを行った場合には、貫通孔を通過するガ
スの流速が大きく、低温のガスがそのまま溶鋼中に吹き
込まれるため溶鋼温度の低下をもたらすが、ポーラス煉
瓦１５からガスの吹き込みを行った場合には、ポーラス
煉瓦１５の気孔は通気抵抗が大きいためガスが減速さ
れ、溶鋼の熱等で高温になっているポーラス煉瓦１５か
らの伝熱によって溶鋼中に吹き込まれる前にガス温度が
上昇するので、溶鋼温度への影響は小さい。

【００１９】ポーラス煉瓦１５としては、気孔率１０〜
３０％かつ平均気孔径５〜１５０μｍで耐火性の高いも
のを用いることが好ましい。このような耐火性の高いポ
ーラス煉瓦としては、Ａｌ_２Ｏ_３質、Ａｌ_２Ｏ_３−Ｓｐ
ｉｎｅｌ質、ＭｇＯ質、または、Ｓｐｉｎｅｌ質が好適
である。

【００２０】ポーラス煉瓦１５から溶鋼中に吹き込む不
活性ガスの流量Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）は、下記式１の範囲に
規定する。 ２×１０^−３×π（ｄ／２）^２≦Ｑ≦４．３×Ｖ…… 式１ ただし、ｄ：タンディッシュ上ノズル下端部の内径（ｍ
ｍ）、Ｖ：タンディッシュ内注ぎ上げ保持時の溶鋼容量
（ｔｏｎ）である。

【００２１】以下、不活性ガスの流量をこのように規定
した理由について説明する。ノズル孔を自然開口するた
めには、上ノズルでの溶鋼の凝固を抑える必要があり、
そのためには、上ノズル内部およびその上方に存在する
溶鋼の循環、入れ替わりを促進する必要がある。

【００２２】本発明者らの水モデル実験等によれば、上
ノズル内部およびその上方に存在する溶鋼の容積のおよ
そ１／３に相当する不活性ガスを溶鋼中に吹き込むこと
により、上ノズル内部およびその上方から溶鋼が適切に
排除されて入れ替わり、溶鋼の循環が起こる。図３は、
この実験結果の一例を示すグラフであり、横軸は吹き込
んだガスの流量を示し、縦軸は、それぞれの流量でガス
を吹き込んだときに、水中に混ぜた電解質液を用いて水
の混合に要する時間を求めて指数化したもの（以下、攪
拌所要時間指数という）を示している。実験は上ノズル
４下端部の内径ｄ＝６０，８０，１００のそれぞれの場
合について行い、攪拌所要時間指数が「１」以下であれ
ば、実際の溶鋼においても十分な混合、循環が起こると
考えられる。

【００２３】ここで、上ノズル４内部およびその上方の
溶鋼の容積は、上ノズル４下端部の内径をｄ（ｍｍ）、
タンディッシュ溶鋼深さをｈ（ｍ）とすると、π（ｄ／
２） ^２×ｈ×１０^−３Ｌで表される。ただし、不活性ガ
スの溶鋼中での浮上速度は、ガス気泡の大きさを１〜数
ｍｍとすると、およそ毎秒０．１ｍと考えられる。した
がって、溶鋼深さがｈ（ｍ）であれば、ガスの溶鋼中滞
留時間は１０×ｈ（ｓｅｃ）、すなわちｈ／６（ｍｉ
ｎ）となる。以上のことから、不活性ガス流量の下限値
を、π（ｄ／２）^２×ｈ×１０^−３×（１／３）÷（ｈ
／６）＝２×１０ ^−３×π（ｄ／２）^２（Ｌ／ｍｉｎ）
と規定した。

【００２４】一方、ガスの吹き込み量が過剰であると、
タンディッシュ内全体の溶鋼運動量が上昇し、湯面が活
性化し、スラグ等の巻き込み等の悪影響が発生するた
め、ガス吹き込み量には上限を設ける必要がある。本発
明者らの知見によれば、このような悪影響はガスの占有
率が溶鋼全体の３％を超えると発生する。したがって、
ガスの占有率の上限は、Ｖ×１０^３×（１／７）×０．
０３＝４．３×Ｖ（Ｌ／ｍｉｎ）である。ただし、Ｖは
タンディッシュ内注ぎ上げ保持時の溶鋼容量（ｔｏｎ）
である。なお、ガス吹き込み量が過剰になると、気泡に
より溶鋼温度が低下し、凝固が発生する可能性もある
が、式１の範囲内であればその可能性も十分防止するこ
とができる。

【００２５】以上のようなタンディッシュ１からモール
ド７に溶鋼を注入して連続鋳造を行う際には、スライデ
ィングノズル５を閉状態として、ガス供給源からの不活
性ガスをポーラス煉瓦１５から上ノズル４内に上記の流
量で吹き込みつつ、取鍋１１からタンディッシュ１内へ
溶鋼を注湯し、所定量の溶鋼を注ぎ上げた後に所定時間
保持し、溶鋼中の介在物を浮上分離する。この際、溶鋼
を保持している間もポーラス煉瓦１５からのガス吹き込
みは継続して行う。その後、スライディングプレート１
３を摺動させてスライディングノズル５を開状態に切り
替えることにより、タンディッシュ１の流出口が自然開
口し、タンディッシュ１内の溶鋼が浸漬ノズル６を介し
てモールド７内に流入し、連続鋳造が行われる。

【００２６】このように、溶鋼の注湯および保持を、ポ
ーラス煉瓦１５から不活性ガスを吹き込みながら行うこ
とによって、上ノズル４内およびその上方の溶鋼を十分
に攪拌することができ、これによりこの部分における溶
鋼の凝固を防止することができる。したがって、この状
態でスライディングノズル５を開くことにより、タンデ
ィッシュ１の流出口３を高い自然開口率で開口し、連続
鋳造を開始することができる。このようにすることで、
酸素を使用した強制開口により鋳造初期の鋳片が汚染さ
れることを防止することができ、また、鋳造開始前に溶
鋼をタンディッシュ１内で所定時間保持した場合には、
それにより介在物を浮上分離する効果も十分に得られ、
鋳造初期の品質を定常部の鋳片並に改善することができ
る。

【００２７】本発明の効果を確認するため、貫通孔の穿
孔された耐火物煉瓦を有するスライディングプレートＮ
ｏ．１および２と、ポーラス煉瓦を有するスライディン
グプレートＮｏ．３とを準備し、各スライディングプレ
ートを実験用タンディッシュに組み込んで、上ノズルお
よびスライディングノズル周辺における溶鋼の状態を調
査した。

【００２８】すなわち、それぞれのスライディングプレ
ートの貫通孔またはポーラス煉瓦の気孔から不活性ガス
を吹き込みながら溶鋼を注湯し、所定時間経過後に、ガ
スの吹き込みを継続した状態で溶鋼中にＦｅＳを投入
し、スライディングノズルを閉じた状態のままで溶鋼を
凝固させ、上ノズル内で凝固した鋼を採取し、その断面
のサルファプリントを得た。得られたサルファプリント
を図４に示す。

【００２９】これにより、ＦｅＳを投入した時点での上
ノズルおよびスライディングノズル周辺における溶鋼の
凝固の状態を知ることができる。すなわち、その時点で
溶鋼が凝固している部分にはＳが含まれず、凝固してい
ない部分にはＳが含まれるので、サルファプリントには
ＦｅＳ投入時に凝固していた部分が白くあらわれる。

【００３０】図４より、スライディングプレートＮｏ．
１および２を用い、耐火物煉瓦に穿孔した貫通孔からガ
スを吹き込んだ場合には、溶鋼保持中に上ノズル側壁面
で溶鋼が凝固しているが、スライディングプレートＮ
ｏ．３を用い、ポーラス煉瓦からガスを吹き込んだ場合
には溶鋼保持中に溶鋼が凝固していないことが確認でき
る。

【００３１】なお、本実施形態では、溶鋼の連続鋳造の
場合について示したが、他の溶融金属であっても適用可
能である。

【００３２】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。図
１および図２に示した構造のタンディッシュを用いた連
続鋳造機で、低炭アルミキルド鋼の鋳造を行った。タン
ディッシュの容量は７０ｔｏｎで、タンディッシュ上ノ
ズル下端部の内径ｄは８０ｍｍである。また、スライデ
ィングプレートの上側表面の、スライディングノズルを
閉状態としたときに流出孔を塞ぐ部分は、気孔率２０
％、平均気孔径１００μｍのポーラス煉瓦で構成した。

【００３３】以上のようなタンディッシュのポーラス煉
瓦からアルゴンガスを吹き込みつつ、タンディッシュ内
に溶鋼を注入した。このとき、アルゴンガスの流量は５
０Ｌ／ｍｉｎとした。その後、タンディッシュ内に溶鋼
を５０ｔｏｎまで注ぎ上げて保持してから、スライディ
ングノズルを開状態にしたところ、タンディッシュの流
出口が自然開口し、タンディッシュからモールドへの溶
鋼の出湯が確認され、強制開口することなく連続鋳造を
開始することができた。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば連続鋳造
開始時におけるタンディッシュの自然開口率を向上する
ことができる。また、本発明によれば、タンディッシュ
内に溶鋼を注ぎ上げて保持することにより溶鋼中介在物
を浮上分離する効果を十分に発揮させることができるの
で、鋳造初期における鋳片品質を定常部における鋳片品
質並みに改善することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る連続鋳造方法が適用さ
れる連続鋳造設備を示す概略断面図。

【図２】図１に示したタンディッシュ１における３層式
スライディングノズル側の流出口の構造を示す断面図。

【図３】本発明者らの行った実験結果の一例を示すグラ
フ。

【図４】実験用タンディッシュを用いて溶鋼の状態を調
査した結果に係るサルファプリント。

【符号の説明】

１；タンディッシュ ２；溶鋼 ３；溶鋼流出部 ４；上ノズル ５；３層式スライディングノズル ５′；２層式スライディングノズル ６；浸漬ノズル ７；モールド １１；取鍋 １２；ロングノズル １３；スライディングプレート １４；ガス流路 １５；ポーラス煉瓦 １６；固定プレート １７；下プレート

フロントページの続き (72)発明者 久保田 淳 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 石井 健司 東京都千代田区丸の内一丁目１番２号 日 本鋼管株式会社内 (72)発明者 吉野 良一 東京都千代田区九段北四丁目１番７号 品 川白煉瓦株式会社内 (72)発明者 井上 淳一 東京都千代田区九段北四丁目１番７号 品 川白煉瓦株式会社内 (72)発明者 尾方 寛 東京都千代田区九段北四丁目１番７号 品 川白煉瓦株式会社内 Ｆターム(参考） 4E014 MA05 MA11 MA20

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 タンディッシュ内の溶鋼をその底部に設
   けられた流出口から、上ノズル、前記流出口を開閉可能
   なスライディングプレートを有するスライディングノズ
   ル、および浸漬ノズルを介して鋳型内に供給して連続的
   に鋳造を行う鋼の連続鋳造方法であって、 前記スライディングプレート上側表面の少なくとも前記
   スライディングノズルを閉状態としたときに前記流出口
   を塞ぐ部分を気孔率が１０〜３０％かつ平均気孔径が５
   〜１５０μｍの耐火性を有するポーラス煉瓦で構成し、
   前記スライディングノズルを閉じた状態で、前記ポーラ
   ス煉瓦の前記流出口を塞ぐ部分より下記式１を満足する
   流量Ｑ（Ｌ／ｍｉｎ）で不活性ガスを吹き込みつつ、前
   記タンディッシュ内に所定量の溶鋼を注ぎ上げ、前記ス
   ライディングノズルを開き、鋳造を開始することを特徴
   とする鋼の連続鋳造方法。 ２×１０^−３×π（ｄ／２）^２≦Ｑ≦４．３×Ｖ ……… 式１ ただし、ｄ：タンディッシュ上ノズル下端部の内径（ｍ
   ｍ）、Ｖ：タンディッシュ内注ぎ上げ保持時の溶鋼容量
   （ｔｏｎ）である。