JP2005305489A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 浸漬ノズルの閉塞を抑制し、かつ気泡欠陥の少ない鋳片の連続鋳造方法を提供すること。
【解決手段】 タンディッシュ内の溶鋼を底部に設けた浸漬ノズルを通して連続鋳造用モ−ルドに供給する際、上記浸漬ノズルを通過する溶鋼中へアルゴンガスおよび溶鋼へ可溶なガスの混合ガスを吹き込む連続鋳造方法において、鋳型の断面積によってアルゴンガス流量を決定し、且つ、スループットによって全体のガス流量を決定することにより、鋳造中の浸漬ノズルの閉塞を抑制する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、浸漬ノズルの詰まりを抑制し、かつ気泡欠陥の少ない鋳片の連続鋳造方法に関する。

一般に、鋼の連続鋳造においては、タンディッシュに収容された溶鋼を、底部に設けた浸漬ノズルを通して連続鋳造用鋳型へ供給する。
このとき、タンディッシュ内の溶鋼中にアルミナなどの非金属介在物が含まれている場合には、溶鋼中の非金属介在物が浸漬ノズルの壁面に付着し、短期のうちに浸漬ノズル閉塞を引き起こす不具合があった。
このため、通常はアルゴンガスや窒素ガスといった不活性ガスを浸漬ノズル内に吹き込んで非金属介在物の付着を防止しており、この点に関する文献としては特許文献１や特許文献２などが知られている。

しかしながら、不活性ガスとしてアルゴンガスを使用した場合は、浸漬ノズルの内部を通過し、吐出口から鋳型内に放出される際、気泡を形成し、溶鋼が凝固して生成する凝固殻に気泡が捕捉され、気泡欠陥の原因となる。気泡欠陥とは凝固殻に捕捉された気泡が原因となって圧延時に線状の疵が生成するもので、製品の外観を著しく損ねる。このため、一定量以上のアルゴンガスを吹き込むことは困難である。

一方、不活性ガスとして窒素ガスを使用した場合は、浸漬ノズル内に吹き込んだガスの一部分が速やかに溶鋼中に溶解するため、アルゴンガスを吹き込む方法において問題となるような品質欠陥は発生しにくい。しかし、一定量以上の窒素ガスは溶解せず、溶解しなかったガスはアルゴンガスと全く同じ挙動を示し気泡欠陥の原因になる。さらに、この方法では製造した鋳片の窒素濃度が上がり、場合によっては製品の機械特性に悪影響を及ぼすことがあるため、一定量以上の窒素ガスを吹き込むことは困難である。

そこで、特許文献３では溶鋼トン当たり４（ＮＬ）以下に制限したアルゴンガスと残余窒素ガスを吹き込むことを提案し、浸漬ノズル閉塞防止と気泡欠陥防止を両立できるとしている。また、特許文献４は連続鋳造の際のスループットおよび鋼中酸素量に基づいて溶鋼に吹き込むべきガスの吹き込み量を予め計算によって求め、得られた結果に従って浸漬ノズルを通過する溶鋼にアルゴンガス、窒素ガスを吹き込む方法を提案し、浸漬ノズル閉塞防止と気泡欠陥防止を両立できるとしている。これらの方法はいずれも溶鋼のスループット当たりのガス吹き込み量を規定するものであった。
特開昭５３−５６１２９号公報 特開昭５８−１５１９４８号公報 特開昭６２−３８７４７号公報 特開平６−２８５５９７号公報で

ところが、最近の連続鋳造設備では製品形状の自由度を上げるために、様々な断面積の鋳片を鋳造するのが一般的であり、かつ鋳造中に断面積を変化させることもしばしば行われている。また、生産性を確保する観点から、鋳型の断面積が小さい場合には鋳造速度を大きくし、スループットがほぼ一定となる操業を実施している。
この場合、同じスループット、同じガス吹き込み量であっても、鋳型の断面積によって気泡欠陥の発生頻度が大きく異なるという問題がある（図１）。従って、スループットに応じてガスの吹き込み量を決定する方法では様々な断面積の鋳片において一律に気泡欠陥を抑制することは難しい。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、様々な断面積の鋳片の製造において、浸漬ノズルの詰まりを抑制し、かつ気泡欠陥を少なくする連続鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明は、タンディッシュ内の溶鋼をタンデイツシユの底部に設けた浸漬ノズルを通して連続鋳造用モ−ルドに供給する際、上記浸漬ノズルを通過する溶鋼中へアルゴンガスおよび溶鋼へ可溶なガスの混合ガスを吹き込む連続鋳造方法において、鋳型の断面積によってアルゴンガス流量を決定し、且つ、スループットによって全体のガス流量を決定することを特徴とする鋳片の連続鋳造方法である。

ここで、アルゴンガス流量は以下の式より記載される範囲に制御し、
Ｑａ≦５ （Ｓ≦０．２５の場合）
Ｑａ≦５×（Ｓ−０．１２５）／０．１２５ （０．２５＜Ｓ≦０．３７５の場合）
Ｑａ≦１０ （０．３７５＜Ｓの場合）
（ここで、Ｓは鋳型の断面積（ｍ^２）、Ｑａは常温−１気圧に換算したアルゴンガス流量（ＮＬ／ｍｉｎ）である。）
且つ、全体のガス流量が以下の式より記載される範囲に制御することが好ましい。
１．５×７×Ｓ×Ｖ≦Ｑａ＋Ｑｂ≦５×７×Ｓ×Ｖ
（ここで、Ｓは鋳型の断面積（ｍ^２）、Ｖは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｑａ＋Ｑｂは常温−１気圧に換算した全体のガス流量（ＮＬ／ｍｉｎ）である。）

特に、炭素濃度０．０１（ｍａｓｓ％）以下の極低炭素鋼は外板材として利用されることが多く、気泡欠陥が問題になりやすい。また、炭素濃度が低いことから酸素濃度が高くなり、結果として非金属介在物が多く、浸漬ノズル閉塞も発生しやすい。このため、浸漬ノズル閉塞防止と気泡欠陥防止を両立できる本発明の方法で製造することがより好ましい。

また、前記溶鋼へ可溶なガスは窒素ガスであると良い。窒素ガスは比較的安価で容易に入手可能であり、溶鋼に吸収されても一部鋼種を除いてさほど悪影響を及ぼさない。
さらに、予め窒素ガス吹き込み量が決定できる場合には、予め溶鋼中にチタン、アルミニウムといった窒素原子を固定できる元素を添加しておくと溶解した窒素が固定され、材質への悪影響が少なくなるのでなお良い。

この発明によれば、鋳型の断面積によってアルゴンガス流量を決定し、且つ、スループットによって全体のガス流量を決定することになるので、様々な断面積の鋳片の製造に当たり、鋳造中の浸漬ノズル閉塞による鋳造中止トラブルを少なくした上で、気泡欠陥も同時に軽減できるようになる。

現状の連続鋳造では、図２に示すように、スループット（鋳型断面積と鋳造速度の積）が大きくなると浸漬ノズルの閉塞が起こりやすくなる。従って、スループットが大きい場合にはそれに応じてガス吹き込み量を大きくすることが有効である。
一方、気泡欠陥に関しては、図１に示すように同じスループット、同じアルゴンガス吹き込み量であっても鋳型の断面積が小さくなると悪化する傾向にある。このような現象が起きる要因として、以下のことが考えられる。吹き込んだガスの大部分は溶鋼流とともに一旦鋳型内に運ばれ、鋳型表面から放散される。このとき、鋳型表面には潤滑、保温などの目的から溶融酸化物を主成分とするフラックスが使用されており、気泡が通過しにくく、放散しにくい状況になっている。特に、鋳型の断面積が小さい場合には気泡が放散しにくく、フラックス直下に気泡が滞留し、凝固殻に捕捉されやすい状態になっていると考えられ、このために鋳型の断面積が小さいと気泡欠陥が生じやすい。

すなわち、スループットが大きく、かつ鋳型の断面積が小さい場合には、浸漬ノズル閉塞防止と気泡欠陥を両立することが難しい。つまり、浸漬ノズル閉塞防止のためにガス吹き込み量を大きくすれば気泡欠陥が悪化し、気泡欠陥防止のためにガス吹き込み量を小さくすれば浸漬ノズル閉塞により鋳造そのものが不可能になる。

本発明においては、鋳型の断面積によってアルゴンガス流量を決定し、且つ、スループットによって全体のガス流量を決定することにより、様々な断面積の鋳片の製造においても浸漬ノズル閉塞防止と気泡欠陥を両立することが可能となる。
具体的には、鋳型の断面積に応じて気泡欠陥防止に必要なアルゴンガス流量を決定した上で、溶鋼のスループットに応じて浸漬ノズル閉塞抑制に充分なガス流量を決定し、アルゴンガスでの不足分を溶鋼へ可溶なガスに置き換えて操業する。このような操業を行えば、溶鋼へ可溶なガスは浸漬ノズル内部では非金属介在物の付着防止に役立つ上、鋳型内では溶鋼に溶解するために気泡欠陥は生じにくくなる。
しかも、溶鋼へ可溶なガスを使用した場合に発生する溶鋼成分の変化を極力小さくすることも同時に達成できる。

このとき、常温−１気圧に換算したアルゴンガスの流量Ｑａ（ＮＬ／ｍｉｎ）については、鋳型の断面積に応じて以下の範囲で制御することが好ましい。
Ｑａ≦５ （Ｓ≦０．２５の場合）
Ｑａ≦５×（Ｓ−０．１２５）／０．１２５ （０．２５＜Ｓ≦０．３７５の場合）
Ｑａ≦１０ （０．３７５＜Ｓの場合）
ここで、Ｓは鋳型断面積（ｍ^２）である。
アルゴンガスの流量がこの範囲より大きいときには気泡欠陥が発生しやすくなり良くない。

一方、浸漬ノズル閉塞抑制のために必要な常温−１気圧に換算した全体のガス吹き込み量（Ｑａ＋Ｑｂ）（ＮＬ／ｍｉｎ）としては、スループットに応じて以下の範囲で制御することが好ましい。
１．５×７×Ｓ×Ｖ≦Ｑａ＋Ｑｂ≦５×７×Ｓ×Ｖ
このとき、Ｓは鋳型断面積（ｍ^２）、Ｖは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）であり、Ｓ×Ｖは溶鋼のスループットに相当する。
ガス吹き込み量がこの範囲より小さいときには吹き込み量が足りず、浸漬ノズル閉塞を引き起こす危険が極めて高くなり良くない。また、この範囲より大きいときにはガス吹き込み量が多すぎて鋳型内でスプラッシュなどを引き起こし、鋳造が不安定になるので避けるべきである。

なお、本発明は基本的にいかなる鋼の連続鋳造にも適用できるが、特に炭素濃度０．０１（ｍａｓｓ％）以下の極低炭素鋼では気泡欠陥が問題になりやすく、浸漬ノズル閉塞も発生しやすいことから、このような極低炭素鋼について適用することが最も効果的である。

また、アルゴンガスとともに吹き込む溶鋼へ可溶なガスとしてはいろいろ想定される。ひとつは窒素ガスであり、比較的安価で容易に入手可能であり、溶鋼に吸収されても一部鋼種を除いてさほど悪影響を及ぼさないため、広く使用することが可能である。
また、窒素ガス以外にもＨ_２ガス、ＣＯガス、炭化水素系ガスなども考えられる。特に窒素ガスを使用した場合に材質特性が悪化する鋼種に対して有効と言える。これらのガス種の選択については、鋼種や吹き込み量、さらにはコストなどを勘案して決定すればよく、窒素ガス以外を否定するものではない。

さらに、窒素ガスを吹き込む場合で、予めその吹き込み量が決定できるときには、溶鋼成分調整の段階で窒素ガス吹き込み量に応じてチタン、アルミニウムなどの窒素を固定する元素を添加しておくと、溶解した窒素が窒化物として固定されるため、材質への悪影響を少なくできる。このときの添加元素としては、チタン、アルミニウム以外であっても、窒素を固定する能力があれば何でも良く、バナジウム、クロム、ホウ素なども考えられる。これらの元素の選択については、鋼種や窒素ガス吹き込み量、さらにはコストなどを勘案して決定すればよい。

添加量としては、吹き込んだ窒素ガスを固定するため、常温−１気圧に換算した窒素ガスの吹き込み量Ｑｂ（ＮＬ／ｍｉｎ）、および鋳型断面積Ｓ（ｍ^２）、鋳造速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）の積Ｓ×Ｖで決まるスループットに基づいて決定する。例えばチタンであれば、溶鋼１（ｔｏｎ）あたり以下の量ＷＮ（ｋｇ）を通常の成分規定値に追加して添加すれば良い。
ＷＮ＝６．１２×Ｑｂ／（１００００×Ｓ×Ｖ）

次に、本発明の実施例について説明する。実施例１〜３では、炭素濃度０．０１（ｍａｓｓ％）以下の極低炭素溶鋼を３００（ｔｏｎ）溶製し、浸漬ノズルの内側に設けたポーラス耐火物から浸漬ノズル内を通過する溶鋼に、アルゴンガスと窒素ガスの混合ガスを吹き込みながら、表１のごとく鋳型断面積Ｓ（ｍ^２）、鋳造速度Ｖ（ｍ／ｍｉｎ）、常温−１気圧に換算したアルゴンガスの吹き込み量Ｑａ（ＮＬ／ｍｉｎ）、常温−１気圧に換算した窒素ガスの吹き込み量Ｑｂ（ＮＬ／ｍｉｎ）、溶鋼１（ｔｏｎ）あたりのチタン追加量ＷＮ（ｋｇ）をそれぞれ変化させ、鋳型に溶鋼を注湯し、鋳片を製造した。そして、浸漬ノズル閉塞の有無、気泡欠陥の発生状況、その他鋳造状況について調査した。

表１において、実施例１は、スループット３〜４（ｔｏｎ／ｍｉｎ）の条件であるが鋳型断面積が異なっており、本発明の条件に従ってＱａ、Ｑｂを制御した場合の結果である。本発明の条件で鋳造することによりすべての場合について浸漬ノズル閉塞は発生せず、気泡欠陥もない鋳片を得ることができた。
実施例２は従来法の結果である。スループット条件を一定とし、ガス吹き込み量も一定で操業した。すべての場合について浸漬ノズル閉塞は発生しなかったが、鋳型断面積が小さい場合には気泡欠陥が発生する結果となった。
実施例３はスループット条件、鋳型断面積を一定とし、ガス吹き込み量を様々に変化させた場合の結果である。全体のガス吹き込み量が本発明の条件を下回った場合には浸漬ノズル閉塞が発生した。また、アルゴンガス吹き込み量が本発明の条件を上回った場合は気泡欠陥が発生した。さらに、全体のガス吹き込み量が本発明の条件を上回った場合は浸漬ノズル閉塞、気泡欠陥は問題なかったが鋳型より多量のスプラッシュが飛散し、操業は極めて不安定であった。

実施例４では炭素濃度０．１（ｍａｓｓ％）の低炭素溶鋼を３００（ｔｏｎ）溶製し、表２のごとく条件を変更して鋳型に溶鋼を注湯し、鋳片を製造した。この場合、吹き込んだ窒素ガスを固定するためのチタンの添加は実施しなかった。そして、同じく浸漬ノズル閉塞の有無、気泡欠陥の発生状況、その他鋳造状況について調査した。その結果、本発明の条件で鋳造した場合は浸漬ノズル閉塞が発生せず、気泡欠陥もない鋳片を得ることができた。ところが、本発明の条件から外れた場合には浸漬ノズル閉塞や気泡欠陥の問題が発生した。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、その要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。例えば、鋳型に溶鋼を注湯した際、電磁撹拌装置を用いて鋳型内の溶鋼を撹拌することができる。更に、ガスの吹き込みは、浸漬ノズルのポーラス耐火物からの吹き込みの他に、浸漬ノズルの上流側に設けたタンディッシュに取付けた上ノズルから行うことができ、ポーラス耐火物と浸漬ノズルから併用して吹き込むこともできる。

同一スループット条件、同一アルゴンガス吹き込み量条件下での鋳型断面積と気泡欠陥指数の関係を示したグラフである。 同一鋳型断面積、同一アルゴンガス吹き込み量条件下でのスループットと浸漬ノズル閉塞指数の関係を示したグラフである。

Claims (5)

1. タンディッシュ内の溶鋼をタンデイツシユの底部に設けた浸漬ノズルを通して連続鋳造用モ−ルドに供給する際、上記浸漬ノズルを通過する溶鋼中へアルゴンガスおよび溶鋼へ可溶なガスの混合ガスを吹き込む連続鋳造方法において、鋳型の断面積によってアルゴンガス流量を決定し、且つ、スループットによって全体のガス流量を決定することを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
2. 請求項１記載の連続鋳造方法において、アルゴンガス流量が以下の式より記載される範囲であり、
   Ｑａ≦５ （Ｓ≦０．２５の場合）
   Ｑａ≦５×（Ｓ−０．１２５）／０．１２５ （０．２５＜Ｓ≦０．３７５の場合）
   Ｑａ≦１０ （０．３７５＜Ｓの場合）
   （ここで、Ｓは鋳型の断面積（ｍ^２）、Ｑａは常温−１気圧に換算したアルゴンガス流量（ＮＬ／ｍｉｎ）である。）
   かつ、全体のガス流量が以下の式より記載される範囲であることを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
   １．５×７×Ｓ×Ｖ≦Ｑａ＋Ｑｂ≦５×７×Ｓ×Ｖ
   （ここで、Ｓは鋳型の断面積（ｍ^２）、Ｖは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｑａ＋Ｑｂは常温−１気圧に換算した全体のガス流量（ＮＬ／ｍｉｎ）である。）
3. 請求項１または２記載の連続鋳造方法により、炭素濃度０．０１（ｍａｓｓ％）以下の極低炭素鋼を製造することを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の連続鋳造方法において、前記溶鋼へ可溶なガスが窒素ガスであることを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
5. 請求項４記載の連続鋳造方法において、窒素ガス吹き込み量とスループットに応じて予め溶鋼中にチタン、アルミニウムといった窒素原子を固定できる元素を添加しておくことを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。

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