JP2005205474A - 鋼の連続鋳造用浸漬ノズルおよび連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズル内面の平滑化により非金属介在物の付着を抑制した浸漬ノズル、およびそれを用いた浸漬ノズルの閉塞を防止した連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】(1)溶鋼と接触するノズル内壁面4が、平均粗さ(Ra)が7μm以下の平滑な面である鋼の連続鋳造用浸漬ノズル3である。前記浸漬ノズルは、ノズル内壁面4が厚さ0.1〜1.5mmのAl₂O₃、ZrO₂またはTiO₂材により被覆されるか、ノズル内壁面4の溶鋼との接触角が100度未満であるか、被覆を施されるノズル内壁面の耐火物がSiO₂含有率が５質量％以下のアルミナグラファイトであることが好ましい。(2)前記の浸漬ノズルを用い、浸漬ノズル内における溶鋼の平均下降流速を1.0〜2.5m/sとし、浸漬ノズル内の溶鋼にArガスを吹き込みながら、Ca非添加のAlキルド鋼を鋳造する鋼の連続鋳造方法である。浸漬ノズル内壁面と浸漬ノズル内の鋼との間に通電することが好ましい。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鋼の連続鋳造用浸漬ノズルおよび鋼の連続鋳造方法に関し、さらに詳しくは、ノズル内壁面へのＡｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物の付着を低減しノズルの閉塞を防止できる浸漬ノズル、および前記浸漬ノズルを用いた鋼の連続鋳造方法に関する。

鋼の連続鋳造においては、Ａｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物が浸漬ノズル内面に付着することにより浸漬ノズルが閉塞しやすいため、浸漬ノズルの閉塞防止は、解決すべき重要な課題であり、多くの対策が検討され、実施されてきた。浸漬ノズルの閉塞防止に対しては、ノズルの材質および形状、ノズル内の溶鋼へのガス吹き込み、および電気化学的アプローチの各面から対策が検討されてきた。

ノズルの材質面からのアプローチとしては、例えば特許文献１や特許文献２に開示されているように、耐火物中のＳｉＯ₂、Ａｌ₂Ｏ₃およびＣ含有量の規定や、Ｃ含有量および耐火材料の最大粒度の規定により、溶鋼とノズル耐火物との反応を抑制して反応生成物であるＡｌ₂Ｏ₃の付着を抑制する方法がある。また、特許文献３および特許文献４には、溶鋼との接触面にＺｒＯ₂−ＣａＯ−Ｃからなる耐火物およびＭｎＯ−ＳｉＯ₂−Ａｌ₂Ｏ₃系耐火物のようにＡｌ₂Ｏ₃と反応して融点を低下させる材料を配置し、Ａｌ₂Ｏ₃を洗い流す方法が開示されている。

ノズルの形状面からのアプローチとしては、特許文献５および特許文献６に、ノズル内部流路断面積と吐出孔断面積の比率を規定したノズル、および溶鋼と接する部分の耐火材料が黒鉛を含有し、溶鋼通過量に対するノズル内孔部の段差構造のない部位の最小内径や最小横断面積を規定したノズルが開示されている。また、特許文献７および特許文献８には、吐出孔の縦方向と横方向の比およびノズル内孔部断面積と吐出孔総断面積の比を規定したノズル、ならびに溶鋼通過量に対してノズル内孔部の段差構造でない部位の最小内径や最小横断面積および下側段差構造の下端位置を規定したノズルが開示されている。これらはいずれも、ノズル内における流動の淀みを防止し、非金属介在物の付着を抑制することを狙ったものである。

ノズル内の溶鋼へのガス吹き込み技術としては、特許文献９に、ガス吹き込み部のシリカ含有率および使用前の冷間通気量を規定した成形したノズルが、また、特許文献１０には、Ａｌよりも高い還元能を有するガスまたは不活性ガスとの混合ガスを耐火物を通してノズル内に供給するノズル詰まり防止方法が開示されている。

電気化学的アプローチとしては、特許文献１１に、浸漬ノズルなどの溶鋼と接する内面を電気伝導性を有する耐火物で構成したノズル、および浸漬ノズルの内面とその内部を通過する溶鋼との間に通電する連続鋳造方法が開示されている。

上記のとおり、幾多の技術が開示されているにも拘わらず、これらの技術においては、ノズル内面を平滑にして溶鋼中のＡｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物が物理的に付着することを抑制するという観点からのアプローチが欠けていたことから、介在物の付着防止効果が充分には発揮されない場合があった。

上記のノズル内面の平滑化に関して、例えば、特許文献１２および特許文献１３には、下記の浸漬ノズルが開示されている。特許文献１２には、ノズル全体または溶鋼と接する部分をスピネル−ペリクレース−黒鉛系の耐火物で構成し、溶鋼との反応により緻密で平滑なＭｇＯ層を形成させて、溶鋼中のＡｌ₂Ｏ₃の物理的付着を抑制する浸漬ノズルが開示されている。しかし、ここで開示された浸漬ノズルは、ノズルの予熱温度や時間、あるいは溶鋼の組成や温度などの操業条件次第では、緻密なＭｇＯ層が形成されない場合があり、その効果が安定しないという問題がある。

また、特許文献１３には、少なくとも内孔表面層を溶鋼との接触角が９０度以下である耐火物材料とすることによって、内孔表面などと溶鋼とを濡れやすくし、耐火物と溶鋼との親和性を高めて溶鋼中のＡｌ₂Ｏ₃の物理的付着を抑制する浸漬ノズルが開示されている。耐火物表面に溶鋼と濡れやすい耐火物材料を配置することは、ノズル内面を平滑化することと同様に、Ａｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物の付着を抑制する効果を有する。しかしながら、上記の浸漬ノズルにおいては、同時に耐火物表面を凹凸状の形状とすることが規定されており、ノズル内面が平滑ではないことから、溶鋼中のＡｌ₂Ｏ₃などの物理的付着の増加は避け難いという問題がある。

特開平７−５１８１９号公報（特許請求の範囲および段落〔０００５〕）

特開平１１−７７２５７号公報（特許請求の範囲および段落〔００１５〕） 特開平５−５７４１０号公報（特許請求の範囲、段落〔００１２〕および段落［００１３］） 特開平６−７１３９３号公報（特許請求の範囲および段落〔０００６〕） 特開平５−３１８０５７号公報（特許請求の範囲および段落〔０００６〕） 特開平１１−１２３５０９号公報（特許請求の範囲、段落〔００１５〕および［００１６］） 特開２００１−１２９６４５号公報（特許請求の範囲および段落〔００２４〕〜［００２９］） 特開２００１−２３９３５１号公報（特許請求の範囲および段落〔００１５〕〜［００１８］） 特開平５−１５９５３号公報（特許請求の範囲および段落〔０００４］） 特開平８−２８１３９３号公報（特許請求の範囲および段落〔０００７］） 特開２００３−１２６９４５号公報（特許請求の範囲および段落〔００２０］〜［００２６］） 特開平１１−３２００４７号公報（特許請求の範囲および段落〔００１４］） 特開平２００１−１０５１０６号公報（特許請求の範囲および段落〔００１０］〜段落［００１４］）

前述のとおり、従来技術には下記の問題があった。すなわち、(1)ノズル内面を平滑化することによる非金属介在物の付着抑制のアプローチが欠けていた。(2)ノズル内面に溶鋼との反応により緻密で平滑なＭｇＯ層を形成させて、介在物の付着を抑制する浸漬ノズルは開示されているが、緻密なＭｇＯ層の形成が不安定であり、付着抑制効果が安定しない。(3)溶鋼との濡れ性の高い耐火物を用い、介在物の付着を抑制するノズルは開示されているが、同時に存在する耐火物表面を凹凸形状のために物理的付着が増加する。

本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は、ノズル内面を平滑化
することによりＡｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物の付着を抑制した浸漬ノズル、および、それを用いた浸漬ノズルの閉塞を防止した連続鋳造方法を提供することにある。

本発明者らは、上述の課題を解決するために、従来の問題点を踏まえて、浸漬ノズルの内表面へのＡｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物の付着を抑制できる浸漬ノズル、およびそれを用いたノズル閉塞を防止できる連続鋳造方法を検討し、下記の（ａ）〜（ｇ）の知見を得て、本発明を完成させた。

（ａ）浸漬ノズル内面へのＡｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物の付着には、二つの機構がある。第一の機構は、Ａｌなどの鋼中脱酸元素が耐火物中のＳｉＯ₂などの低級酸化物を還元し、反応生成物であるＡｌ₂Ｏ₃などが付着するという機構であり、第二の機構は、溶鋼中にすでに存在しているＡｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物が耐火物表面に物理的に付着するという機構である。

（ｂ）上記（ａ）の第二の機構による非金属介在物の付着を抑制するためには、溶鋼とノズル内面の耐火物との濡れ性を向上させる（すなわち、接触角を低下させる）必要があり、濡れ性の向上は、ノズル内面の耐火物と溶鋼との界面張力の低下、またはノズル内面の平滑化により達成できる。

（ｃ）溶鋼と接触するノズル内面の平均粗さ（Ｒａ）を７μｍ以下とすることにより、上記（ｂ）のノズル内面の平滑化が達成でき、非金属介在物の付着を抑制できる。

（ｄ）高融点酸化物のうち、ＴｉＯ₂は溶鋼との界面張力が小さいので、ＴｉＯ₂により浸漬ノズルの内面を平滑に被覆することによって、ノズル内面と溶鋼との濡れ性を向上させ、非金属介在物の付着を抑制できる。また、ノズル内面と溶鋼との接触角を１００度未満とすれば、さらに介在物の付着を抑制できる。

（ｅ）融点が高く熱力学的にも安定なＡｌ₂Ｏ₃あるいはＺｒＯ₂によりノズルの内面を平滑に被覆することによっても、上記（ｄ）と同様に溶鋼との濡れ性を改善し、非金属介在物の付着を抑制できる。なお、上記（ｄ）の場合も含めて、被覆層の厚さは０．１〜１．５ｍｍとすることが好ましい。

（ｆ）アルミナグラファイトで構成されたノズル内面耐火物をＴｉＯ₂により被覆する場合は、アルミナグラファイト中のＳｉＯ₂含有率は５質量％以下とすることにより、前記（ａ）の第一の機構によるＡｌ₂Ｏ₃などの付着が抑制されるので好ましい。

（ｇ）Ｃａを添加しないＡｌキルド鋼の連続鋳造方法において、上記（ａ）〜（ｆ）の浸漬ノズルを用い、浸漬ノズル内における溶鋼の平均下降流速を１．０〜２．５ｍ／ｓとし、ノズル内の溶鋼にＡｒガスを吹き込みながら鋳造すると、非金属介在物のノズルへの付着抑制効果が大きい。なお、浸漬ノズル内壁面とノズル内の溶鋼との間に通電することによりさらに付着抑制効果を向上させることができる。

本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（６）に示す鋼の連続鋳造用浸漬ノズル、ならびに（７）および（８）に示す鋼の連続鋳造方法にある。

（１）溶鋼と接触するノズル内壁面が、平均粗さ（Ｒａ）が７μｍ以下の平滑な面である鋼の連続鋳造用浸漬ノズル（以下、「第１発明」と称する）。

（２）前記（１）に記載の浸漬ノズルにおいて、溶鋼と接触するノズル内壁面がＡｌ₂Ｏ₃またはＺｒＯ₂により被覆された鋼の連続鋳造用浸漬ノズル（以下、「第２発明」と称する）。

（３）前記（１）に記載の浸漬ノズルにおいて、溶鋼と接触するノズル内壁面の溶鋼との接触角が１００度未満である鋼の連続鋳造用浸漬ノズル（以下、「第３発明」と称する）。

（４）前記（１）または（３）に記載の浸漬ノズルにおいて、溶鋼と接触するノズル内壁面がＴｉＯ₂により被覆された鋼の連続鋳造用浸漬ノズル（以下、「第４発明」と称する）。

（５）前記（４）に記載の浸漬ノズルにおいて、被覆を施されるノズル内壁面の耐火物が、ＳｉＯ₂含有率が５質量％以下のアルミナグラファイトである鋼の連続鋳造用浸漬ノズル（以下、「第５発明」と称する）。

（６）前記（２）〜（５）のいずれかに記載の浸漬ノズルにおいて、被覆層の厚さが０．１〜１．５ｍｍである鋼の連続鋳造用浸漬ノズル（以下、「第６発明」と称する）。

（７）前記（１）〜（６）のいずれかに記載の浸漬ノズルを用いる鋼の連続鋳造方法であって、前記浸漬ノズル内における溶鋼の平均下降流速を１．０〜２．５ｍ／ｓとし、浸漬ノズル内を下降する溶鋼にＡｒガスを吹き込みながら、Ｃａを添加しないＡｌキルド鋼を鋳造する鋼の連続鋳造方法（以下、「第７発明」と称する）。

（８）前記（７）に記載の連続鋳造方法において、浸漬ノズル内壁面と浸漬ノズル内を下降する溶鋼との間に通電する鋼の連続鋳造方法（以下、「第８発明」と称する）。

本発明において、「平均粗さ（Ｒａ）」とは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１（１９９４年）に規定された算術平均粗さを意味し、触針先端が頂角９０度および曲率半径２μｍのダイヤモンド製の接触式面粗さ計による測定結果を用いる。

また、「接触角」とは、後述の図１に示されるとおり、静止溶鋼１の自由表面１１が耐火物壁２と接触する位置において、溶鋼と耐火物とのなす角のうち、溶鋼の内部にある角θを意味する。

本発明の浸漬ノズルは、溶鋼と接触するノズル内壁面を平滑化したことにより、ノズル内面へのＡｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物の主として物理的な付着を抑制する効果を有する。また、本発明の浸漬ノズルを用いた連続鋳造方法によれば、Ａｌキルド鋼の多連続鋳造においても安定操業を確保できるとともに、高品質の鋳片を製造することができる。

前記のとおり、本発明は、溶鋼と接触するノズル内壁面が、平均粗さ（Ｒａ）が７μｍ以下の平滑な面である連続鋳造用浸漬ノズル、および、その浸漬ノズルを用い、ノズル内における溶鋼の平均流速を１．０〜２．５ｍ／ｓとして、ノズル内の溶鋼にＡｒガスを吹き込みながら、Ｃａを添加しないＡｌキルド鋼を鋳造する鋼の連続鋳造方法である。以下に本発明についてさらに詳しく説明する。

本発明者らは、従来技術において考慮されていなかったか、または考慮されてはいたもののその効果が不安定であったり、他の要素技術との組み合わせが不適切であった溶鋼中非金属介在物の物理的付着の抑制について研究を重ね、本発明を完成させた。

浸漬ノズル内壁部へのＡｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物の付着には、下記の二つの機構がある。第一の機構は、Ａｌなどの鋼中の脱酸元素が耐火物中のＳｉＯ₂などの低級酸化物を還元し、その反応生成物であるＡｌ₂Ｏ₃などが付着するという機構である。また、第二の機構は、溶鋼中に既に存在しているＡｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物が耐火物表面に物理的に付着するという機構である。

一般に、耐火物は溶鋼との濡れ性が悪いことから、溶鋼中の非金属介在物は溶鋼中から排斥されて、耐火物表面に優先的に付着する。これが、上記の第二の物理的な付着機構である。本発明は、この溶鋼と耐火物表面との濡れ性を高め、非金属介在物の物理的付着を低減することを主体としたものである。溶鋼と耐火物表面との濡れ性は、界面張力の大きさと、耐火物表面の粗さの影響を受ける。すなわち、溶鋼と耐火物表面との界面張力が小さく、また、耐火物表面が平滑なほど、濡れ性が改善され（すなわち、接触角が低下し）、耐火物表面への非金属介在物の物理的付着は抑制される。

本発明者らは、種々の高融点酸化物のうち、ＴｉＯ₂と溶鋼との界面張力が小さいことに着目し、ノズル内壁面をＴｉＯ₂により平滑に被覆することによって、溶鋼とノズル内壁面との濡れ性が改善され、非金属介在物の付着が軽減することを見出した。また、耐火物表面を高融点酸化物のＡｌ₂Ｏ₃あるいはＺｒＯ₂により被覆し、耐火物表面を平滑化した場合にも、ＴｉＯ₂による被覆の場合と同様の濡れ性の改善効果が得られることを見出し、本発明を完成するに至った。

ここで、高融点酸化物を選んだ理由は、低融点酸化物の場合には溶鋼との濡れ性の向上には有利であるが、被覆材としての耐久性に劣り、長時間鋳造の場合にその効果が失われるからである。高融点を有するＡｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂あるいはＴｉＯ₂により被覆すると、連続鋳造の操業条件によらず安定した平滑面が得られるという利点がある。以下に本発明を前記の範囲に規定した理由および好ましい範囲につき説明する。

１）ノズル内壁面の平均粗さ（Ｒａ）が７μｍ以下
図２は、浸漬ノズルの縦断面を模式的に示す図である。本発明において浸漬ノズル３のノズル内面４への非金属介在物の付着抑制効果を得るためには、ノズル内壁面４の平均粗さ（Ｒａ）は７μｍ以下とする必要がある。上記の平均粗さ（Ｒａ）が７μｍを超えて大きくなると、浸漬ノズル３のノズル内面４の平滑度が低下し、溶鋼と耐火物表面との濡れ性が低下して溶鋼中の非金属介在物が溶鋼中から排斥され、耐火物表面に付着しやすくなるからである。そこで、第１発明においては、ノズル内壁面４の平均粗さ（Ｒａ）を７μｍ以下と規定した。なお、ノズル内壁面の平均粗さ（Ｒａ）の好ましい範囲は５μｍ以下である。

ここで、溶鋼と接する耐火物内面の平均粗さ（Ｒａ）とは、前述のとおり、ＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４年）で規定された算術平均粗さを意味し、触針先端が頂角９０度、
曲率半径２μｍのダイヤモンド製の接触式面粗さ計を用いて測定した結果をいう。評価指
標として算術平均粗さを採用するのは、面の全体的な粗さを評価する指標として適してい
るからである。例えば、最大粗さなる指標は、局部的な突起や窪みの影響を大きく受ける
ので、全体の粗さを評価する指標としては適していない。

酸化防止剤を塗布する場合は、浸漬ノズルを一旦予熱し、酸化防止剤を溶かし去った耐火物表面あるいは酸化防止剤塗布前の平均粗さ測定値を採用する。そうすることによって、実際の鋳造開始時に溶鋼によって酸化防止剤が洗い流された後の耐火物表面粗さを把握することができるからである。

耐火物内面の平均粗さ（Ｒａ）を上記の範囲とするには、耐火物を構成する原料として微粉末を配合するなどの粒度構成の調整、あるいは加圧成形の圧力を増大するなどの耐火物製造上の改善や、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂などの緻密層を表面に被覆するなどの方法によればよい。また、成形後孔開け加工される吐出孔内面の平滑化には、上記の方法に加え、加工工具の送り速度やピッチの低下も有効である。なお、一般に、緻密な耐火物層は熱衝撃に弱いが、本発明のように薄い被覆を施す場合には問題は生じない。

２）溶鋼とノズル内壁面との接触角が１００度未満
溶鋼と接するノズル内壁面４の接触角は１００度未満であることが好ましい。ノズル内壁面４が平均粗さ（Ｒａ）７μｍ以下の平滑な面であることに加えて、さらに接触角を１００度未満とすることにより、溶鋼とノズル内壁面耐火物との濡れ性が一層良好となり、溶鋼中の非金属介在物のノズル内壁面４への付着抑制効果がさらに向上するからである。そこで、第３発明においては、溶鋼とノズル内壁面４との接触角を１００度未満とした。

なお、接触角を１００度未満とする耐火物としては、溶鋼との界面張力が小さいＴｉＯ₂などを被覆材として用いた耐火物が好ましい。

ここで、溶鋼と耐火物との接触角は、下記のとおり定義する。図１は、耐火物と溶鋼との接触角を説明するための図である。同図において、耐火物壁２に静止溶鋼１が接触するとき、静止溶鋼１の自由表面１１が耐火物壁２と接触する場所において、溶鋼と耐火物とがなす溶鋼の内部側の角θを接触角とする。

ノズル内壁面と溶鋼との接触角の値は、温度および溶鋼組成により大きく影響される。したがって、厳密には、鋳造対象である組成の溶鋼を用いて鋳造時の浸漬ノズルと溶鋼との界面温度において測定すべきであるが、界面温度の正確な測定は困難である。そこで、鋳造時の浸漬ノズルと溶鋼との界面温度を浸漬ノズル耐火物の厚さ方向の温度分布から外挿して求めたところ、鋳造条件によって差異はあるものの、概ね溶鋼の液相線温度よりも５〜２０℃程度高い温度の範囲内にあることが明らかとなった。これに基いて、本発明では、鋳造する溶鋼の液相線温度よりも２０℃高い温度における接触角を「ノズル内壁面と溶鋼との接触角」とした。

３）被覆層の材質およびノズル内壁部の耐火物材質
溶鋼中に含まれるＡｌ₂Ｏ₃介在物の量が多く、物理的付着が支配的な場合には、被覆層５の材質としては、溶鋼との接触角が小さく溶鋼中の非金属介在物の物理的付着を抑制する効果に優れたＴｉＯ₂が好ましい（第４発明）。また、逆に、溶鋼中に含まれるＡｌ₂Ｏ₃介在物の量が比較的少なく、かつ溶鋼中ｓｏｌ．Ａｌ含有率（酸可溶Ａｌ含有率）が高く、ノズル耐火物中のＳｉＯ₂含有率が高い場合には、被覆層５の材質としてＡｌ₂Ｏ₃またはＺｒＯ₂が好ましい（第２発明）。

下記にその理由を説明する。溶鋼との接触角が小さいＴｉＯ₂は、上記のとおり、溶鋼中の非金属介在物の物理的付着を抑制する効果において優れている。しかし、他方では、溶鋼との濡れ性が良好なことは、溶鋼との反応が促進されやすいことを意味する。例えば、溶鋼中の脱酸元素であるＡｌ含有率が高く、かつ耐火物中に溶鋼中のＡｌによって還元されやすいＳｉＯ₂が多量に含有されている場合には、被覆層５を介して溶鋼中のＡｌによるＳｉＯ₂の還元反応が活発に生じる。その結果、溶鋼中に含有されるＡｌ₂Ｏ₃介在物の物理的付着に比して、反応生成物であるＡｌ₂Ｏ₃介在物の付着が優勢となり、かえって、ノズル詰まりが悪化する場合がある。したがって、上記の場合には、被覆層５の材質として、溶鋼と濡れにくいＡｌ₂Ｏ₃またはＺｒＯ₂を選択することが、Ａｌ₂Ｏ₃介在物の付着防止のためには好ましい。

本発明者らのさらに詳細な調査によれば、被覆層５の材質としてＴｉＯ₂が好ましいのは、Ａｌキルド鋼においてタンディッシュ内の溶鋼中のトータル酸素含有率（Ｔ．［Ｏ］）が２０ｐｐｍ程度以上の場合であった。一方、被覆材としてＡｌ₂Ｏ₃またはＺｒＯ₂が好ましいのは、Ａｌキルド鋼においてタンディッシュ内溶鋼中のトータル酸素含有率（Ｔ．［Ｏ］）が１５ｐｐｍ程度以下の場合、または浸漬ノズル内管部の耐火物中のＳｉＯ₂含有率が５質量％を超え、かつ溶鋼中のｓｏｌ．Ａｌ含有率が０．０４０質量％以上の場合であることが判明した。また、上記のいずれの場合にも該当しない条件下においては、Ａｌ₂Ｏ₃介在物の付着厚さに与える被覆材質の影響に明確な差異は見られなかった。

なお。上記のトータル酸素含有率（Ｔ．［Ｏ］）は、Ｃａを添加しないＡｌキルド溶鋼において測定した値である。

上記の調査結果から、ノズル内壁面をＴｉＯ₂により被覆する場合には、ノズル内面のアルミナグラファイト耐火物中のＳｉＯ₂含有率を５質量％以下に制限することが好ましいことが明らかとなった（第５発明）。

４）被覆層の厚さが０．１〜１．５ｍｍ
第６発明において被覆層５の厚さを上記のとおり規定した理由について説明する。被覆層５の厚さが０．１ｍｍ未満では、被覆層５が溶損により失われやすく、被覆の効果が得られにくい。また、被覆層の厚さが１．５ｍｍを超えて厚い場合には、浸漬ノズル本体との熱膨張率の差異により亀裂を生じて剥落しやすくなる。したがって、被覆層の厚さは、０．１〜１．５ｍｍの範囲であることが好ましい。なお、被覆層のさらに好ましい厚さの範囲は、０．２〜０．８ｍｍである。

また、被覆方法としては、吹き付け法やドブ漬け法などがあるが、発明者らの調査によれば、平滑なノズル内壁面が容易に得られるのは、ドブ漬け法であった。

次に、上記で述べた浸漬ノズルを使用した鋼の連続鋳造方法を前記のように規定した理由および好ましい態様について説明する。

５）溶鋼の平均下降流速が１．０〜２．５ｍ／ｓ、ノズル内溶鋼へのＡｒガス吹き込みおよびＣａを添加しないＡｌキルド鋼の鋳造
第７発明の鋼の連続鋳造方法の範囲を上記のとおり規定した理由を下記に説明する。ノズル内の溶鋼の平均下降流速が１．０ｍ／ｓ未満では、溶鋼による付着物の洗浄作用が弱いため、本発明の浸漬ノズル３を使用しても非金属介在物の付着を充分に抑制することが困難である。また、溶鋼の平均下降流速が２．５ｍ／ｓを超えて速くなると、浸漬ノズル吐出孔６からの溶鋼の吐出流速が過大となり、鋳型内流動が乱れるという問題が生じる。さらに、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＴｉＯ₂などの被覆層５を有する浸漬ノズルを使用する場合には、溶損などにより被覆層５が損なわれやすくなる。そこで、ノズル内における溶鋼の平均下降流速を、１．０〜２．５ｍ／ｓの範囲と規定した。なお、溶鋼の平均下降流速とは、溶鋼の下降体積流量（ｍ³／ｓ）をノズル内の断面積で除した値をいう。

浸漬ノズル内を下降する溶鋼にＡｒガスを吹き込むことにより、ノズル内壁面への非金属介在物の付着をさらに抑制する作用が得られる。なお、浸漬ノズル内に吹き込まれたＡｒガスの一部は、配管と耐火物との接合部や耐火物中にリークしたり、タンディッシュ内に浮上したりし、それらの量が正確には把握できないことから、浸漬ノズル内の溶鋼中に吹き込まれ、溶鋼中に存在したＡｒガス量を正確に把握することは困難である。そこで、本発明において浸漬ノズル内の溶鋼にＡｒガスが吹き込まれている状態とは、浸漬ノズル上部に設置された流量調整機構（例えば、スライディングゲートの絞り機構）の上流側（例えば、スライディングゲートの上部固定プレート）からのみ吹き込む場合には、５〜２０ＮＬ／ｍｉｎ、流量調整機構の上流側および浸漬ノズル本体から吹き込む場合には、流量調整機構の上流側において２〜１０ＮＬ／ｍｉｎ、および浸漬ノズル本体から０．５〜２ＮＬ／ｍｉｎを、それぞれ吹き込むことをいう。

また、Ｃａを添加しないＡｌキルド鋼を本発明の鋳造の対象とする理由は、Ｃａを含有するＡｌキルド鋼の場合には、溶鋼中の非金属介在物であるＡｌ₂Ｏ₃がＣａＯと反応して低融点化合物を形成するので、本発明が解決課題とするノズル詰まりが問題とならないからである。

６）浸漬ノズル内壁面とノズル内の下降溶鋼との間における通電
浸漬ノズル内面４とノズル内溶鋼との間に通電しながら鋳造する第８発明の連続鋳造方法について説明する。上記の第７発明の連続鋳造方法において、さらに浸漬ノズル内面と溶鋼との間に電位差を与えて通電すると、一層安定した非金属介在物付着防止効果が発揮されるので好ましい。この場合、浸漬ノズル本体の耐火物としては、アルミナグラファイトなどの導電性耐火物を用いる。被覆層として用いられるＡｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂あるいはＴｉＯ₂は、本来、導電性を有しないが、例えば第６発明に記載のような薄い被覆厚さにおいては、鋳造中に導電性を有していることが確認された。

浸漬ノズル内面と溶鋼との間に電位差を与えて通電することにより介在物の付着抑制効果が促進される理由は、下記のとおりと考えられる。すなわち、ノズル内面と溶鋼との間に電位差を与えると、溶鋼と耐火物との間の界面張力が低下して両者間の濡れ性が良好となり、非金属介在物が溶鋼中から排斥されにくくなるため、耐火物表面に付着しにくくなるからである。加えて、本発明のように浸漬ノズル耐火物の内表面を平滑にすると、凸部に集中しやすい電流が均一化されるので、ノズル内壁面と溶鋼との間の界面張力が位置によらず均一に低下し、一層好ましい。さらに、Ａｌ₂Ｏ₃、ＺｒＯ₂あるいはＴｉＯ₂といった電気抵抗の大きな被覆層がノズル本体の耐火物と溶鋼との界面に存在すると、浸漬ノズル本体材質の電気抵抗の影響が相対的に小さくなるので、例えば、浸漬ノズル上部に設置した電極から遠いノズル下部に電流が流れにくいという現象が緩和される点においても好ましい。

本発明の鋼の連続鋳造用浸漬ノズルおよびそれを用いた連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示す鋳造試験を行い、浸漬ノズルへの介在物の付着速度を調査した。

表１に、試験に用いたＡｌキルド鋼の化学成分組成を、また、表２に、試験条件および試験結果を示した。

表２に記載された溶鋼平均下降流速、溶鋼トータル酸素含有率、溶鋼ｓｏｌ．Ａｌ含有率、介在物付着速度などの値は、内径７５〜９５ｍｍφの円筒状本体および底部に対向する２個の吐出孔を有する一般的な浸漬ノズルを用い、表１に示された化学組成を有するすＣａを添加しないＡｌキルド炭素鋼を、浸漬ノズル１本当たりの溶鋼通過量４５０〜６００ｔ（トン）の条件において連続鋳造したときの結果である。

同表において、溶鋼と耐火物壁面との接触角は、前記の「発明を実施するための最良の形態」の２）にて述べた方法により求めた温度において、液滴法によって測定し、測定結果を表２の欄外に注記したとおり、３段階に区分して表示した。

介在物付着速度は、浸漬ノズル本体をスラグラインの上下各１００ｍｍにおいて切断した横断面における平均付着厚さを通鋼時間で除し、その結果を下記の４段階に区分して表示した。すなわち、介在物付着速度が０．７ｍｍ／ｈ未満の場合を◎印により、０．７ｍｍ／ｈ以上１．０ｍｍ／ｈ未満の場合を○印により、１．０ｍｍ／ｈ以上２．０ｍｍ／ｈ未満の場合を△印により、そして、２．０ｍｍ／ｈ以上の場合を×印により表示した。

また、浸漬ノズル内面の平均粗さは、酸化防止剤の塗布前において、前記のＪＩＳ Ｂ０６０１（１９９４年）に規定された方法により測定した算術平均粗さを表示した。

試験番号Ａ〜Ｆは、本発明で規定する条件を満足する本発明例であり、試験番号Ｇ〜Ｉは、本発明で規定する条件を満たさない比較例である。

なお、試験番号Ａ、ＤおよびＥにおける通電は、鋼製の浸漬ノズルホルダーに電極を設けるとともに、タンディッシュ内にアルミナグラファイト製の対極を浸漬し、両極に直流電流を通じることにより電気回路を構成した。試験番号ＤおよびＥに示すパルス状電流の印加は、上記回路内にＯＮ−ＯＦＦスイッチ回路を設けることにより行った。

本発明例の試験番号Ａ〜Ｆは、ノズル内壁面の平均粗さ（Ｒａ）が７μｍ以下であることから、介在物の付着速度は１．０ｍｍ／ｈ未満の良好な結果（評価：○印または◎印）であった。

特に、内壁面を厚さ０．３ｍｍのＡｌ₂Ｏ₃材により被覆し、溶鋼平均下降流速が１．７ｍ／ｓの条件でＡｒガスを吹き込み、ノズルと溶鋼間に通電しながら鋳造した試験番号Ａ、および内壁面を厚さ０．３ｍｍのＴｉＯ₂材により被覆するとともにアルミナグラファイト中のＳｉＯ₂含有率を１質量％とし、溶鋼平均下降流速が２．０ｍ／ｓの条件でＡｒガスを吹き込みながら鋳造した試験番号Ｂは、介在物の付着速度が０．７ｍｍ／ｈを下回る極めて良好な結果（評価：◎印）であった。

また、内壁面を厚さ０．５ｍｍのＺｒＯ₂材により被覆し、溶鋼平均下降流速が２．０ｍ／ｓの条件でＡｒガスを吹き込みながら鋳造した試験番号Ｃ、および内壁面を厚さ０．４ｍｍのＡｌ₂Ｏ₃材により被覆するとともにアルミナグラファイト中のＳｉＯ₂含有率を質量１％とし、溶鋼平均下降流速が１．５ｍ／ｓの条件でＡｒガスを吹き込み、ノズルと溶鋼間に通電しながら鋳造した試験番号Ｄも、介在物の付着速度が０．７ｍｍ／ｈを下回る極めて良好な結果（評価：◎印）であった。

これらに対して、比較例の試験番号Ｇ〜Ｉは、ノズル内壁面の平均粗さ（Ｒａ）が７μｍを超えていることから、介在物付着速度は１．０ｍｍ／ｈ以上の劣った結果（評価： △印または×印）となった。特に、溶鋼平均下降流速が０．９ｍ／ｓと低く、浸漬ノズル内の溶鋼にＡｒガスを吹き込まず、また溶鋼トータル酸素含有率も平均２０ｐｐｍと高く介在物が多い試験番号Ｉは、介在物付着速度が２．０ｍｍ／ｈ以上の非常に劣った結果（評価：×印）となり、介在物付着抑制効果は全く見られなかった。

本発明の浸漬ノズルは、溶鋼と接触するノズル内壁面を平滑化することによりノズル内面へのＡｌ₂Ｏ₃などの非金属介在物の主として物理的付着の抑制効果を有する。また、本発明の浸漬ノズルを用いた鋼の連続鋳造方法によれば、Ａｌキルド鋼の多連続鋳造においても安定操業を確保できるとともに、高品質の鋳片を製造することができる。したがって、本発明の浸漬ノズルおよびそれを用いた鋼の連続鋳造方法は、特にＡｌキルド鋼の連続鋳造操業の安定化および鋳片品質の向上に広く適用できる。

耐火物と溶鋼との接触角を説明するための図である。 浸漬ノズルの縦断面を模式的に示す図である。

符号の説明

１：静止溶鋼
１１：溶鋼の自由表面
２：耐火物壁
３：浸漬ノズル
４：ノズル内壁面
５：被覆層
６：ノズル吐出孔

Claims (8)

1. 溶鋼と接触するノズル内壁面が、平均粗さ（Ｒａ）が７μｍ以下の平滑な面であることを特徴とする鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
2. 溶鋼と接触するノズル内壁面がＡｌ₂Ｏ₃またはＺｒＯ₂により被覆されたことを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
3. 溶鋼と接触するノズル内壁面の溶鋼との接触角が１００度未満であることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
4. 溶鋼と接触するノズル内壁面がＴｉＯ₂により被覆されたことを特徴とする請求項１または３に記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
5. 被覆を施されるノズル内壁面の耐火物が、ＳｉＯ₂含有率が５質量％以下のアルミナグラファイトであることを特徴とする請求項４に記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
6. 被覆層の厚さが０．１〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項２、４または５のいずれかに記載の鋼の連続鋳造用浸漬ノズル。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の浸漬ノズルを用いる鋼の連続鋳造方法であって、前記浸漬ノズル内における溶鋼の平均下降流速を１．０〜２．５ｍ／ｓとし、浸漬ノズル内を下降する溶鋼にＡｒガスを吹き込みながら、Ｃａを添加しないＡｌキルド鋼を鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
8. 浸漬ノズル内壁面と浸漬ノズル内を下降する溶鋼との間に通電することを特徴とする請求項７に記載の鋼の連続鋳造方法。
   

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