JP2004195541A

JP2004195541A - 連続鋳造におけるノズル詰まり防止方法

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Publication number: JP2004195541A
Application number: JP2002369940A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Yokoyama; 隆宏横山; Yoshiyuki Uejima; 良之上島; Jun Yamaguchi; 純山口; Yoji Yasui; 洋二安井
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2002-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2004-07-15
Anticipated expiration: 2022-12-20
Also published as: JP3971698B2

Abstract

【課題】Ti を含有するAl脱酸厚板用鋼の連続鋳造において、ノズルの詰まり防止方法を提供する。
【解決手段】Tiを含有するAl脱酸厚板用鋼の連続鋳造において、溶鋼中のトータルCa濃度(CaO＋溶存Caの和) が10〜30ppm となるようにCa又はCa合金を添加して、非金属介在物をCaO 、Ti酸化物、Al₂O₃、SiO₂を主体とする液体介在物にすることによって、溶鋼が鍋ノズルおよび浸漬ノズルを通過する際にノズル内壁への介在物の付着を防止し、ノズル詰まりを防止する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、Tiを含有するAl脱酸鋼の連続鋳造におけるノズルの詰まり防止方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
【特許文献１】特開平9-192799号公報
【特許文献２】特開2000−219253号公報
【特許文献３】特開平11−302772号公報
【０００３】
溶鋼の連続鋳造において、精錬後の溶鋼は取鍋から鍋ノズルを介してタンディッシュに注入された後、浸漬ノズルを介して鋳型内に注入される。Al脱酸の場合は、鋳造中に鍋ノズルおよび浸漬ノズルの内壁に溶鋼中のAl₂O₃介在物が付着してノズル詰まりが発生し、極端な場合は鋳造作業の継続が困難になる。また、Ti脱酸の場合はノズル内壁に付着しノズル詰まりの原因となる介在物はTi酸化物が主体である。
【０００４】
Alで脱酸した溶鋼中のアルミナ系介在物が浸漬ノズル内面に付着することによって発生するノズル詰まりを防止する方法として溶鋼中のトータルCaを１〜5ppmに調整する方法が提案されている（特開平9-192799）。また、Caを0.001 〜0.005 質量％含有させ、かつ、浸漬ノズルを通過する溶鋼量とタンディッシュ内の溶鋼過熱度を最適化することにより、浸漬ノズル詰まりを防止する方法が提案されている（特開2000-219253)。例えばＣ：0.003 ％以下の極低炭素鋼において、Ca添加は生成した固体Al₂O₃がクラスターとなるのを防止でき、ノズル詰まり低減に効果がある。
【０００５】
Ti:0.02 〜0.08重量％、Al:0.008重量％以下含有するTi脱酸の極低炭薄板用鋼の連続鋳造において、溶鋼中のトータルCa濃度が５〜20ppm となるようにCa添加量を調整することにより、生成する酸化物系介在物をTi酸化物主体でCaO 、Al₂O₃を含む組成にし、ノズル詰まりを防止する方法が提案されている（特開平11−302772）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のごとき、浸漬ノズルの詰まり防止方法においては、対象とする溶鋼はTiをあまり含まない極低炭素薄板用鋼であり、Tiを0.1%以上含有するAl脱酸厚板用鋼のノズル詰まりに対する提案はなされていない。
【０００７】
すなわち、薄板用鋼の場合はノズル詰まりの原因は固体のアルミナクラスターであるのに対して、Siを多く含む厚板用鋼の酸化物系介在物はAl₂O₃主体でSiO₂を含むため、介在物中に固体と液体が共存して凝集合体し易い介在物が生成する。完全液体の介在物であればノズル詰まりは発生しないが、固液共存の介在物は凝集合体し易くノズルに付着し易いのでノズル詰まりの原因となる。含有するSi量によってはノズル詰まりが発生し易い状態になる。
【０００８】
また、Tiを含有していないAl脱酸鋼では生成するアルミナをCa添加により液相のカルシウムアルミネートにすることによりノズル詰まりを防止できる。城田ら（材料とプロセス,4(1991),p.124参照) によれば、アルミナを溶鋼中で液相のカルシウムアルミネートにするためには[Ca]/T.[O]を0.7 〜1.2 の範囲に制御する必要がある。そのためには、例えばT.O が45ppm で32〜54ppm という多量のCaを添加する必要がある。ただし、トータル酸素T.O は酸化物と溶存酸素の和である。さらに、Al脱酸し、0.1 〜0.3%のTiを含有した溶鋼は、Tiを含有していないAl脱酸鋼よりもノズル詰まりを起こしやすい。ノズル詰まりの原因となっているノズル付着物を調査すると、チタン酸化物とアルミナを主体とする複合酸化物であることが分った。
【０００９】
すなわち、Tiを0.1%以上含有するAl脱酸厚板用鋼の介在物はAl₂O₃、Ti₂O₃、SiO₂を主体とする介在物である。Tiを0.1%以上含有するAl脱酸厚板用鋼の場合、ノズル詰まり防止に効果のある介在物組成は不明であった。
【００１０】
また、Ti脱酸の場合、ノズル詰まりの原因となる介在物はTi酸化物が主体であり、Al₂O₃が主体であるAl脱酸の場合とはノズル詰まり防止に有効な介在物組成は異なる。すなわち、Ti脱酸の場合はCaを添加することにより、Ti酸化物主体でCaO とAl₂O₃を含む低融点の複合酸化物を生成させるが、Al脱酸にTi添加した場合とは目標とする低融点介在物組成は異なると考えられる。
【００１１】
したがって、Tiを0.1%以上含むAl脱酸鋼においては、生成する介在物はAl₂O₃主体でTi酸化物、SiO₂を含む複合酸化物であり、固液共存の介在物が生成し凝集合体が起こり易く頻繁にノズル詰まりが発生するが、その防止方法は不明であった。
【００１２】
一方、鋼中の酸化物系介在物をAl₂O₃、Ti酸化物、CaO を主成分とする介在物に制御しようとする場合、以下に記述する基本的な技術課題があった。すなわち、例えばH.Honma et al.(Welding Res. Suppl.,(1987),p.301)によれば、Ti酸化物は溶鋼中では、Ti₂O₃として存在することが知られている。また、Seifert etal.(Z.Metallkd.,87(1996)11,p.841 参照) によれば、2.5 ×10^-9atm 、1700℃ではTi₂O₃やTi₃O₅がより安定であることが示されている。しかしながら、TiO₂以外の TiO_x−Al₂O₃−CaO 系状態図に関する研究は、例えばNityanand et al.(Metall. Trans.,14B(1983),p.685)らの極めて狭い組成範囲での限られた研究があるだけであり、目標とする TiO_x、Al₂O₃、CaO 、SiO₂を主体とする介在物の低融点領域が明らかではなかった。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明の発明者らは上記課題を解決するため、検討を重ね、TiO₂以外のTi酸化物である TiO_x−Al₂O₃−CaO 系複合酸化物の低融点領域を明らかにした。さらに、SiO₂を含む TiO_x−Al₂O₃−CaO −SiO₂系複合酸化物において、低融点となる領域およびこの低融点領域に酸化物組成を制御するためにTiを0.1%以上含むAl脱酸鋼中の必要Ca濃度を明らかにした。この酸化物組成に制御することにより、鍋ノズルおよび浸漬ノズルの詰まりが大幅に改善できることが分った。
【００１４】
本発明の要旨は、重量% で、C:0.005 〜0.20％、Si:0.05 〜0.30％、Mn:0.20 〜2.0 ％、P:0.025 ％以下、S:0.003 ％以下、Al:0.010〜0.060 ％、Ti:0.10 〜0.30％を含み、選択元素としてNb:0.005〜0.015 ％、V:0.020 ％以下、N:0.0050％以下、H:0.00015 ％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物元素からなるアルミ脱酸厚板用鋼を、取鍋から鍋ノズルを介してタンディッシュに注入、さらにタンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型に注入する連続鋳造において、Al脱酸した後、所定量のTi又はTi合金を添加した該溶鋼中のトータルCa濃度(CaO＋溶存Caの和) が10〜30ppm となるようにCa又はCa合金を添加して、該溶鋼の非金属介在物をCaO 、Ti酸化物、Al₂O₃、SiO₂を主体とする液体介在物にすることを特徴とする連続鋳造におけるノズル詰まり防止方法である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の好ましい実施の形態を示す。
重量％で、C:0.005 〜0.20％、Si:0.05 〜0.30％、Mn:0.20 〜2.0 ％、P:0.025 ％以下、S:0.003 ％以下、Al:0.010〜0.060 ％、Ti:0.10 〜0.30％、Nb:0.005〜0.015 ％、V:0.020 ％以下、N:0.0050％以下、H:0.00015 ％以下を含み、残部Feおよび不可避的不純物元素からなるアルミ脱酸厚板用鋼を、上記のごとく、溶鋼中のトータルCa濃度(CaO＋溶存Caの和) を10〜30ppm に調整して、溶鋼中のAl₂O₃、Ti₂O₃、SiO₂、CaO を主体とする介在物を低融点にし、完全液体介在物とすることによって、溶鋼が鍋ノズルおよび浸漬ノズルを通過する際にノズル内壁へのAl₂O₃、Ti₂O₃、SiO₂、CaO を主体とする介在物の付着を防止するものである。すなわち、ノズル詰まりの原因となる20μm 以上の固液共存の介在物を、スライム法で検出される20μm 以上の介在物全体（酸化物以外およびFeO 単体は除く) の10％以下とすることにより、ノズル詰まりを防止する。しかし、溶鋼中のトータルCa濃度が10ppm 未満であると、Al₂O₃、Ti₂O₃、SiO₂を主体とする介在物は十分に低融点とならず固液共存状態となり、ノズル内壁に付着することになる。また、トータルCa濃度が30ppm を超えると、Caは蒸気圧が高いために歩留まりが低く、コストがかかり経済性を損ねる。また、溶鋼中の過剰なCaはノズル耐火物と反応しノズルの溶損が大きくなり操業上好ましくない。
【００１６】
次に鋼の化学成分について述べる。
Ｃは鋼の強度を最も安定して向上させる基本的な元素であるため、所望する材料の強度によって含有量を0.005 〜0.20％の範囲で調整する。強度あるいは硬度確保のためには0.005%以上含有させることが望ましいが、0.20％より多いと加工性が悪くなるので0.2%以下がよい。
【００１７】
Siは脱酸と鋼の強化のために添加されるが、0.05％未満では脱酸不足となり、0.30％より多いと鋼を強化しすぎ加工性が劣化するので、0.05〜0.30％とした。
【００１８】
Mnは鋼の強化のために添加されるが、強度および硬度確保のためには0.2 ％以上含有させることが望ましく、2.0 ％より多いと鋼材の加工性が著しく劣化するので、0.20〜2.0 ％とした。
【００１９】
Ｐを0.025 ％以下としたのは、0.025 ％より多いと鋼材の加工性が大きく劣化するためである。
【００２０】
Ｓを0.003 ％以下としたのは、0.003%より多いと鋼材の加工性と耐食性が大きく劣化するためである。
【００２１】
Alは脱酸とともにＮの固定にも用いられるので、0.010%未満ではAlN としてＮを固定し固溶Ｎを減少させることができない。Alが0.060%よりおおいと加工性が劣化するので0.060%以下がよい。
【００２２】
TiはTiN 、TiC としてＮ、Ｃを固定し、鋼の強化のために添加されるが、強度および硬度確保のためには0.10％以上含有させることが望ましく、0.30％より多いと延性の劣化に繋がる。
【００２３】
Nbは必要に応じて添加される元素であり、耐時効性あるいはめっき密着性を改善する。0.005%未満では添加効果が小さく、0.015 ％を超えると効果が飽和するので、0.005 〜0.015 ％とした。
【００２４】
Ｖは鋼の強度向上のために必要に応じて添加される元素であるが、0.020 ％より多いと延性の著しい劣化に繋がるので、0.020 ％以下とした。
【００２５】
Ｎは不可避的不純物元素であり、TiN として鋼の強化に利用されるが、0.0050％より多くなると粗大なTiN が生成し延性の劣化に繋がるので、0.0050％以下とした。
【００２６】
Ｈは不可避的不純物元素であり水素脆性に繋がるので、0.00015 ％以下とした。
【００２７】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
＜実施例＞
270t転炉において吹錬後、0.01％Ｃに調整して出鋼した。２次精錬のCAS で表1 の実施例１〜５に示す溶鋼成分に調整後、溶鋼は取鍋から鍋ノズルを介してタンディッシュに注入した後、浸漬ノズルを介して鋳型内に注入した。垂直曲げ型連続鋳造機により、鋳片寸法250 ｍｍ厚×1300ｍｍ幅、鋳造速度が1.3m/minで鋳片を製造した。溶鋼中のトータルCa濃度は、２次精錬のCAS において、取鍋内溶鋼をAl脱酸後にTiを添加し、次に塊状のCa-Si 合金を添加して調整した。鍋ノズルおよび浸漬ノズルは、一般的に用いられている材質のアルミナグラファイト主体ものを使用した。図１にトータルCa濃度とノズル詰まり状況との関係を調査した結果の例を示す。鍋およびTD内の溶鋼重量変化から鍋からTDおよびTDからモールドへの溶鋼の流出状況をモニタリングし、溶鋼流量の変動からノズル詰まり状況を判断した。すなわち、鋳造初期から末期まで溶鋼流量がほぼ3.0t/min一定の場合はノズル詰まり無しとし、鋳造中に溶鋼流量が2.0 〜2.7t/min程度に低下したがスライディングノズル開度の調整により最後まで鋳造が完了した場合をノズル詰まり気味とし、溶鋼流量が1.8t/min以下に低下しスライディングノズル開度を最大にしても溶鋼流量が増加せず鋳造を中断した場合をノズル詰まり発生とした。図１に見られるように、溶鋼中のトータルCa濃度が10〜30ppm の範囲であれば、鋳造初期から末期まで溶鋼流量がほぼ3.0t/min一定で鍋ノズル、浸漬ノズルとも詰まりは全く発生しなかった。モールド内の湯面変動、偏流もなく、安定に鋳造が完了できた。上記の実施例では、CAS において塊状のCa-Si 合金を添加したが、Caの添加方法はその他、ワイヤー添加、Ca-Si 合金細粒の吹き込みが考えられる。鋳造後の鋳片からスライム法にて抽出した20μm 以上の介在物をSEM-EDX を用いて調査し、酸化物以外およびFeO 単体を除いて、完全な球形ではない固相晶出が認められる固液共存の介在物の割合を求めた。ノズル詰まり無しの場合は、鋳片中の固液共存介在物の割合は10％以下であった。また、鋳片および鋳片を圧延して製造した鋼板は介在物起因の欠陥が少なく品質も良好であった。
【００２８】
＜比較例＞
実施例と同様に、270t転炉、２次精錬、垂直曲げ型連続鋳造機により、表１の比較例１に示す成分のAl脱酸後Ti添加した鋼の鋳片を製造した。ただし、２次精錬のCAS においてCa-Si 合金は添加しなかった。鋳造初期は溶鋼流量が3.0t/minであったものが、鋳造末期には1.5t/minに減少し、鍋ノズルのスライディングノズル開度を最大まで大きくしても湯面レベルが低下したため、残り15t で鋳造を中止した。鋳造後鍋ノズルを調査したところ、ノズル内壁にはAl₂O₃、Ti酸化物を主体とする介在物が大量に付着しノズルが詰まっていた。鋳片の介在物をスライム法、SEM-EDX にて調査したところ、ノズル詰まりの原因となる20μm 以上の固液共存介在物の割合が43％であった。
また、実施例と同様に270t転炉、２次精錬、垂直曲げ型連続鋳造機により、表1 の比較例3 に示す成分の鋳片を製造した。２次精錬のCAS において、Ca-Si 合金を添加しCa濃度を7ppmに調整した。鋳造初期の溶鋼流量は3.0t/minであったが、鋳造末期には2.2t/minに減少した。鍋ノズルの溶鋼流量が大きくなるようにスライディングノズル開度を調節しつつ鋳造は最後まで完了した。鋳造後の鍋ノズルを調査したところ、ノズル内壁にAl₂O₃、Ti酸化物、CaO 、SiO₂を主体とする介在物の付着が認められた。鋳片の介在物を調査したところ、ノズル詰まりの原因となる20μm 以上の固液共存介在物の割合が24% であった。
【００２９】
【表１】

【００３０】
【表２】

【００３１】
【発明の効果】
本発明によれば、Tiを含有するAl脱酸鋼の連続鋳造における鍋ノズルおよび浸漬ノズルの詰まりを防止し安定した鋳造ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例におけるトータルCa濃度とノズル詰まり状況との関係を示す図である。

Claims

重量％で、C:0.005 〜0.20％、Si:0.05 〜0.30％、Mn:0.20 〜2.0 ％、P:0.025 ％以下、S:0.003 ％以下、Al:0.010〜0.060 ％、Ti:0.10 〜0.30％を含み、残部Feおよび不可避的不純物元素からなるアルミ脱酸厚板用鋼を、取鍋から鍋ノズルを介してタンディッシュに注入、さらにタンディッシュから浸漬ノズルを介して鋳型に注入する連続鋳造において、Al脱酸した後、所定量のTi又はTi合金を添加した該溶鋼中のトータルCa濃度(CaO＋溶存Caの和) が10〜30ppm となるようにCa又はCa合金を添加して、該溶鋼の非金属介在物をCaO 、Ti酸化物、Al₂O₃、SiO₂を主体とする液体介在物にすることを特徴とする連続鋳造におけるノズル詰まり防止方法。
重量％で、Nb:0.005〜0.015 ％、V:0.020 ％以下、N:0.0050％以下、H:0.00015 ％以下の1 種または2 種以上を含むアルミ脱酸厚板用鋼を特徴とする請求項1 記載の連続鋳造におけるノズル詰まり防止方法。