JP2004276093A

JP2004276093A - 高清浄度鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP2004276093A
Application number: JP2003073577A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Fuchigami; 勝弘淵上; Masamitsu Wakao; 昌光若生; Takeshi Seki; 健関
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-03-18
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】連続鋳造における取鍋交換部のスラグ流出に伴う清浄性の悪化を改善すること。
【解決手段】取鍋からタンディッシュを介して鋳型へ溶鋼を注入する高清浄度鋼の連続鋳造方法において、取鍋交換部位の前後の一定時間内に粒径が２００μｍ以上かつ融点が１６００℃以上の高融点フラックスを取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入位置の近傍のタンディッシュ内溶鋼に添加することにより、取鍋交換部位の清浄性を向上させることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、連続鋳造時の取鍋交換部において不可避的に混入するスラグ粒子を効率的に除去し１級品の歩留向上させるための高清浄度鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造法の普及後、種々の技術開発により鋼材の清浄性は格段に向上している。しかしながら、直近の高清浄度鋼では定常的な鋳造を行える部分、いわゆる定常部においては問題ないが、取鍋交換部位などのいわゆる非定常部での鋼材の清浄度の向上には限界があり、１級品に当たる歩留が著しく低下する場合がある。このため、鋳造の非定常部、特に取鍋交換部位の清浄度の改善が取り組まれている。
【０００３】
取鍋交換部の鋼材の清浄度を悪化させる原因としては、（１）スラグ、空気、耐火物などからの再酸化、（２）スラグなどの混入が挙げられる。（１）の再酸化によるアルミナの生成は、表面欠陥厳格材で問題となり、スラグ改質による再酸化防止、空気の遮断、耐火物の成分の変更、連鋳機内での溶鋼流動制御などの対策が行われている。表面欠陥に対しては、これらの対策及び鋳片以降での表面手入れにより１級品の充当は可能である。（２）のスラグ混入は、内部欠陥厳格材で問題となり、表面欠陥と異なり鋳造後の救済は不可能であるため、鋳造段階で清浄性を確保する必要がある。
【０００４】
上記のスラグ混入については、抜本的に取鍋からタンディッシュへのスラグ流出を防止するか、もしくはタンディッシュ内スラグを鋳型へ巻き込みさせないあるいはスラグ系介在物をタンディッシュ内で浮上させることが必要である。これまでのスラグ流出防止技術としては、取鍋内に溶鋼を残し注入を停止することにより取鍋内の溶鋼表面のスラグの流出を防止する方法（例えば、特許文献１参照）やスラグ流出防止用の物体をスラグとメタルの間に挿入する方法（例えば、特許文献２参照）やスラグ流出検知技術（例えば、特許文献３参照）が挙げられる。しかしながら、前記取鍋内に溶鋼を残す場合は、多量の溶鋼を残すこととなり歩留を大幅に悪化させる。また、スラグ流出防止用の物体をスラグとメタルの間に挿入する方法では、スラグ流出防止用の物体を挿入する際にスラグを巻き込むため、完全にスラグ流出を防止することが難しい。さらにスラグ流出検知技術については、既にタンディッシュへスラグが流出したことを検知しているため、完全な流出防止はできない。
一方、タンディッシュ側でのスラグの巻き込み防止や浮上促進といった観点では、タンディッシュの形状などの改善（例えば、特許文献４参照）や取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入する耐火物浸漬ノズルの内部にタンディッシュスラグの侵入あるいは流出スラグの残留を防止する技術（例えば、特許文献５、６参照）が挙げられる。しかしながら、タンディッシュの形状を変更する場合、特にタンディッシュの浴深を深くする場合には、非常に多大なコストが必要となる。また、耐火物浸漬ノズルの内部にタンディッシュスラグの侵入あるいは流出スラグの残留を防止する技術のみでは、取鍋交換部を定常鋳造状態の清浄性のレベルを確保することは困難である。
【０００５】
以上のように従来技術においては、操業性の問題やスラグ流出が完全に防止できていない上に、多大なコスト増の問題もあり、低コストで効果的な方法が求められる。
【０００６】
【特許文献１】
特開昭５５−１１７５４８号公報
【特許文献２】
特開平０８−２６７２２３号公報
【特許文献３】
特開昭５６−１２２２６５６号公報
【特許文献４】
特開平０５−１６９２０７号公報
【特許文献５】
特開昭５９−１９７３５６号公報
【特許文献６】
特開平０７−２３６９４８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
連続鋳造法における取鍋交換部位の取鍋スラグ流出に伴う清浄性の著しい悪化を低コストで改善させることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
課題を解決するための手段は、以下の通りである。
手段１は、取鍋からタンディッシュを介して鋳型へ溶鋼を注入する連続鋳造方法において、取鍋交換部位の前後に粒径が２００μｍ以上かつ融点が１６００℃以上の高融点フラックスを取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入位置の近傍のタンディッシュ内溶鋼に添加することを特徴とする高清浄度鋼の連続鋳造方法である。
手段２は、取鍋からタンディッシュを介して鋳型へ溶鋼を注入する連続鋳造方法において、少なくとも（１）式から求まる取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入末期の間及び次取鍋の溶鋼注入開始後タンディッシュ内溶鋼量が定常量に達する間に取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入位置の近傍のタンディッシュ内溶鋼にフラックスを添加することを特徴とする手段１記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法である。
Ｈ／Ｑ≦５・・・（１）
Ｈ：取鍋内の注入口直上での溶鋼高さ（ｃｍ）
Ｑ：取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入速度（ｔｏｎ／ｍｉｎ）
手段３は、取鍋からタンディッシュを介して鋳型へ溶鋼を注入する連続鋳造方法において、取鍋注入ノズル内にフラックスを添加することを特徴とする手段１又は２記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法である。
手段４は、取鍋からタンディッシュを介して鋳型へ溶鋼を注入する連続鋳造方法において、タンディッシュ内溶鋼に０．１ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎ以上の添加速度でフラックスを添加することを特徴とする手段１、２又は３記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
取鍋交換部位の鋳片の介在物組成調査及び製品欠陥部での介在物組成調査を行った結果、スラグ系介在物の中でも溶鋼中では液体である球形のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系の介在物が悪影響を及ぼしていることがわかった。ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系介在物の特徴は圧延時の変形能が小さく、圧延後にも比較的大きな塊状として残存し、ブリキなどの極薄材で欠陥になりやすいと考えられる。このため、スラグ混入起因の中でも比較的融点の低い球形介在物を低減することが必要である。
【００１０】
ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系の液体介在物は、溶鋼との濡れ性が良く溶鋼中での形態が球形であるために凝集しにくい。そこで、タンディッシュ内溶鋼に懸濁した球形のスラグ粒子を効率的に除去するために、これらの介在物と凝集しやすいフラックスを添加し凝集合体を促進させ浮上除去することを検討した。まず、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系の液体介在物と凝集しやすいフラックスという観点でフラックスの融点に関して検討した。小型炉を用いて、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液体介在物に対する凝集性を評価した。評価方法は、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液体介在物が混入している溶鋼中に融点の異なるフラックスを添加し一定時間保持前後の溶鋼中の介在物を調査し、ＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液体介在物個数密度を比較し、フラックス添加前の個数で規格化した。結果を図１に示す。図１に示すように、フラックスの融点が１６００℃以上のもので介在物残存率が０．１以下となる。通常、取鍋交換部位でのＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３系液体介在物の増加量は定常部位の１０倍程度であるため、介在物残存率が０．１以下であれば定常部並となる。これらの評価においては、タンディッシュでの溶鋼温度を想定して溶鋼温度を１５８０℃としており、この温度で固体であるフラックスにおいて凝集効率が高いと考えられる。
【００１１】
次に、フラックスの粒径について検討した。上記に示したような溶鋼温度で固体のフラックスを添加する場合には、ノズル詰まりへの悪影響及び鋳片残存の悪影響を極力抑えるために、フラックス粒径はできるだけ大きい方が好ましい。また、高融点フラックスとしてはコストや供給面から考えて酸化物系となり、代表的な酸化物（ＣａＯ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯなど）は比重が３〜４ｇ／ｃｍ^３である。このため、フラックスの比重を３．５ｇ／ｃｍ^３と代表させた場合のタンディッシュでの粒子浮上のシミュレーション計算を行った。図２にその結果を示すが、２００μｍ以上の粒径であれば、タンディッシュ内で完全に浮上することがわかる。
【００１２】
また、フラックスの添加時期については、取鍋交換部位でのスラグ流出に伴うスラグ系介在物の悪化タイミングに添加することが好ましい。取鍋の溶鋼注入末期における取鍋スラグが流出するタイミング及び次取鍋の溶鋼注入初期のタンディッシュ溶鋼量の回復期でのタンディッシュスラグの巻き込みタイミングに添加することが好ましい。取鍋の溶鋼注入末期における取鍋スラグが流出するタイミングを実際の鋳造時に評価した結果、Ｈ／Ｑで整理できることがわかった。ここで、Ｈは取鍋注入口の直上の溶鋼高さ（ｃｍ）、Ｑは取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入速度（ｔｏｎ／ｍｉｎ）である。取鍋注入口の直上の溶鋼高さは、取鍋の幾何学的形状と取鍋内溶鋼重量から求めた。Ｈ／Ｑとスラグ流出タイミングの関係を図３に示す。図３に示すように、スラグが最も早く流出するタイミングはＨ／Ｑ＝５程度であることがわかった。このため、取鍋注入末期でのフラックス添加タイミングは、Ｈ／Ｑ≦５の期間が好ましい。また、次取鍋の溶鋼注入初期では、タンディッシュ溶鋼量が定常量までに回復する間に添加することが好ましい。なお、鋳造中に断続的にフラックスを添加しても構わないが、添加コストや操業性とのバランスを考慮して行う必要がある。
【００１３】
さらに、フラックスを添加する方法について検討を行った。基本的には、タンディッシュの溶鋼内特に取鍋から溶鋼が注入される近傍に均一に添加することが望ましい。これは、取鍋から溶鋼が注入される近傍が最も溶鋼流速が大きく、凝集が進行しやすいためである。通常、取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入する際には、ノズルを介して行っており、これらのノズルには空気酸化防止のために不活性ガスを吹き込むことが多い。これらの不活性ガスとともにフラックスをノズル内に吹き込むことにより、溶鋼への均一添加とスラグ流出時の効率的添加が可能である（図４参照）。また、上記以外の方法では、取鍋からタンディッシュへ注入するノズルの近傍にランスを用いて吹き込むことも可能である（図５参照）。コスト的な面を考慮すると、ノズル内に吹き込む不活性ガスとともに添加する方法が好ましい。
【００１４】
最後にフラックスの必要添加量について検討した。低炭Ａｌ−Ｋ鋼の取鍋交換部位に２００〜１０００μｍの粒径のアルミナ粒子を添加速度を種々変更し、取鍋交換部位の製品欠陥の発生率で評価した。アルミナ粒子の添加速度は０．０１〜０．３ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎとし、取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入するためのロングノズル内に吹き込む不活性ガスとともに添加した。アルミナ粒子の添加部位は、前記の取鍋の溶鋼注入末期のＨ／Ｑ≦５の間と次取鍋の溶鋼注入初期のタンディッシュ溶鋼の回復期である。図６にアルミナ粒子の添加速度と取鍋交換部位の製品欠陥発生率指標との関係を示す。図６に示すように、添加速度が０．１ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎ以上で定常部と同等以下の欠陥発生率になることがわかった。
【００１５】
添加するフラックスの組成については基本的にはどのような組成であっても構わない。ただし、フラックスのコスト、スラグ系介在物との凝集性、溶鋼との反応性、フラックスの比重を考慮して選択する必要がある。コストや供給面から考えると、Ａｌ_２Ｏ_３、ＣａＯ、ＭｇＯなどの酸化物の単体や複合体が好ましい。ただし、ＳｉＯ_２などのような溶鋼の再酸化を引き起こす成分やＺｒＯ_２などのような比重の大きい成分が多量に含まれるフラックスは好ましくない。取鍋交換部位での溶鋼の再酸化を極力抑えるために、ＳｉＯ_２やＭｎＯ、ＦｅＯなどの成分は、５０ｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎ（酸素量換算で１０ｐｐｍ程度）以下が好ましく、フラックス中濃度に換算すると５％以下となることが好ましい。フラックスの比重は４ｇ／ｃｍ^３以上であるとタンディッシュ内で２００μｍのフラックスを完全に浮上させることができないため、フラックスの比重が４ｇ／ｃｍ^３以下となるフラックス組成が好ましい。
【００１６】
また、フラックスの形態としては、球状の形態よりも不定形の形態が好ましい。これは、球形の形態よりも不定形の形態の方が凝集に有利であるためである。
【００１７】
【実施例】
実施例を以下に示す。
ブリキ用素材を対象に実施した。供試鋼の成分は、表１の成分である。製造条件を表２に示す。本発明以外の条件については、統一した製造条件とした。二次精錬におけるＡｌ脱酸後の環流時間を１０分とし、連続鋳造では垂直曲げ連鋳機とした。本発明例では、ベースとして取鍋注入ノズルに不活性ガスとともに２００〜５００μｍのアルミナ粒子（融点２０００℃以上）を吹き込んだ。本発明例１では、吹き込み速度０．０５ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎで鋳造中に添加した。本発明例２では、吹き込み速度０．０５ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎで取鍋注入末期のＨ／Ｑ≦５の間及び次取鍋注入開始後のタンディッシュの溶鋼量が定常量に回復する間に添加した。本発明例２では、フラックスとしてＡｌ_２Ｏ_３−５％ＣａＯを用い、２００μｍ以下のフラックスが１％残留したものを使用した。本発明例３では、吹き込み速度０．２ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎで取鍋注入末期のＨ／Ｑ≦５の間及び次取鍋注入開始後のタンディッシュの溶鋼量が定常量に回復する間に添加した。
比較例１は、タンディッシュ溶鋼へのフラックス添加を全く行っていない。比較例２は、取鍋注入ノズルに不活性ガスとともに吹き込み速度０．１ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎで取鍋注入末期のＨ／Ｑ≦５の間のみ２００〜５００μｍのアルミナ粒子を吹き込んだ。比較例３は、取鍋注入ノズルに不活性ガスとともに吹き込み速度０．１ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎで次取鍋注入開始後のタンディッシュの溶鋼量が定常量に回復する間のみ２００〜５００μｍのアルミナ粒子を吹き込んだ。比較例４は、タンディッシュから鋳型へ注入するノズルの直上に吹き込み速度０．１ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎで取鍋注入末期のＨ／Ｑ≦５の間及び次取鍋注入開始後のタンディッシュの溶鋼量が定常量に回復する間に２００〜５００μｍのアルミナ粒子を吹き込んだ。比較例５は、取鍋注入ノズルに不活性ガスとともに吹き込み速度０．１ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎで取鍋注入末期のＨ／Ｑ≦５の間及び次取鍋注入開始後のタンディッシュの溶鋼量が定常量に回復する間に２００〜５００μｍの融点が１５００℃のＣａＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＭｇＯ系フラックスを吹き込んだ。比較例６は、取鍋注入ノズルに不活性ガスとともに吹き込み速度０．１ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎで取鍋注入末期のＨ／Ｑ≦５の間及び次取鍋注入開始後のタンディッシュの溶鋼量が定常量に回復する間に１００〜５００μｍのアルミナ粒子を吹き込んだ。取鍋交換部位の鋳片の製品での欠陥発生率で評価した結果を表３に示す。欠陥発生率の指標は、１以下が合格であり、定常部位の鋳片の平均値は０．５である。欠陥発生率の指標が１以上の場合に×、１以下の場合に○、０．５以下の場合に◎とした。
【００１８】
本発明例１は、吹き込み速度０．０５ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎで鋳造中に取鍋注入ノズルに不活性ガスとともに２００〜５００μｍのアルミナ粒子（融点２０００℃以上）を吹き込んでおり、欠陥発生率指標も１以下で合格である。
【００１９】
本発明例２は、本発明例１と同じフラックスを、吹き込み速度０．０５ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎで取鍋注入末期のＨ／Ｑ≦５の間及び次取鍋注入開始後のタンディッシュの溶鋼量が定常量に回復する間に添加しており、欠陥発生率指標も１以下で合格である。
【００２０】
本発明例３は、本発明例１、２と同じフラックスを、吹き込み速度０．２ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎで取鍋注入末期のＨ／Ｑ≦５の間及び次取鍋注入開始後のタンディッシュの溶鋼量が定常量に回復する間に添加しており、欠陥発生率指標も０．５以下で定常部と同等以上の成績である。
【００２１】
比較例１は、フラックス添加を行わなかったもので、欠陥発生率指標は１を大幅に超えて不合格である。
【００２２】
比較例２は、次取鍋注入開始後のタンディッシュの溶鋼量が定常量に回復する間にフラックス添加を行っていないため、欠陥発生率指標は１を超えており、不合格である。
【００２３】
比較例３は、取鍋注入末期のＨ／Ｑ≦５の間にフラックス添加を行っていないため、欠陥発生率指標は１を超えており、不合格である。
【００２４】
比較例４は、フラックス添加速度及び添加時期は問題ないが、添加位置が取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入する近傍に添加していないため、欠陥発生率指標は１を超えており、不合格である。
【００２５】
比較例５は、融点が１５００℃のフラックスを添加しているため、凝集合体の効果は少なく欠陥発生率指標は１を大幅に超えており、不合格である。
【００２６】
比較例６は、フラックス粒径が１００〜５００μｍであり鋳片にフラックスが残存したため、欠陥発生率指標は１を超えており、不合格である。
【００２７】
【表１】

【００２８】
【表２】

【００２９】
【表３】

【００３０】
【発明の効果】
以上の結果から、本発明法により連続鋳造における取鍋交換部位のスラグ流出に伴う清浄性の悪化を改善でき、ばらつきがなく安定的に高清浄度鋼が製造できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】フラックス融点と凝集効率との関係。
【図２】フラックス粒径とフラックス浮上率との関係。
【図３】Ｈ／Ｑとスラグ流出割合との関係。
【図４】ノズル内へのフラックス添加例。
【図５】タンディッシュ溶鋼へのフラックス添加例。
【図６】フラックス添加速度と欠陥発生率指標との関係。

Claims

取鍋からタンディッシュを介して鋳型へ溶鋼を注入する連続鋳造方法において、取鍋交換部位の前後に粒径が２００μｍ以上かつ融点が１６００℃以上の高融点フラックスを取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入位置の近傍のタンディッシュ内溶鋼に添加することを特徴とする高清浄度鋼の連続鋳造方法。
取鍋からタンディッシュを介して鋳型へ溶鋼を注入する連続鋳造方法において、少なくとも（１）式から求まる取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入末期の間及び次取鍋の溶鋼注入開始後タンディッシュ内溶鋼量が定常量に達する間に取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入位置の近傍のタンディッシュ内溶鋼にフラックスを添加することを特徴とする請求項１記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法。
Ｈ／Ｑ≦５・・・（１）
Ｈ：取鍋内の注入口直上での溶鋼高さ（ｃｍ）
Ｑ：取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入速度（ｔｏｎ／ｍｉｎ）
取鍋からタンディッシュを介して鋳型へ溶鋼を注入する連続鋳造方法において、取鍋注入ノズル内にフラックスを添加することを特徴とする請求項１又は２記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法。
取鍋からタンディッシュを介して鋳型へ溶鋼を注入する連続鋳造方法において、タンディッシュ内溶鋼に０．１ｋｇ／ｓｔｅｅｌ−ｔｏｎ以上の添加速度でフラックスを添加することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法。