JP2006035272A

JP2006035272A - 連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法および連続鋳造用タンディッシュ

Info

Publication number: JP2006035272A
Application number: JP2004218979A
Authority: JP
Inventors: Kimiharu Yamaguchi; 公治山口
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2004-07-27
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2006-02-09

Abstract

【課題】鉄鋼の連続鋳造用タンディッシュにおいて、効果的に介在物を除去することができ、またフラックス巻き込みや空気酸化による介在物の生成も防止できる連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法を提供する。
【解決手段】取鍋からの溶鋼注入位置と鋳型への溶鋼排出位置を仕切る隔壁の下流側に、側面を耐火物壁で囲まれたほぼ直立する気泡塔を設置し、該隔壁の下部に設けた接続通路から上流側溶鋼を気泡塔内に導くと共に、該気泡塔の底部から不活性ガスを吹き込んで該気泡塔内に溶鋼上昇流を形成させる。又気泡浮上領域を、溶鋼中に浸漬された上堰で仕切りかつ上蓋で覆って、該気泡浮上領域へのタンディッシュスラグの流入を阻止し、上部空間を実質的に不活性ガス雰囲気とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法および連続鋳造用タンディッシュに関し、特に通常のタンディッシュに気泡塔という簡易装置を付加することにより、非金属介在物の除去効率の有利な向上を図ろうとするものである。

製鋼プロセスでは、転炉あるいは電気炉などによる溶鋼の酸化精錬後、脱酸成分の添加により脱酸生成物として生じる非金属介在物を取鍋精錬で除去したのち、溶鋼を取鍋からタンディッシュを経由して連鋳鋳型内に注入して、連続鋳造を実施している。

近年、鋼の高級化指向に伴い、鋼中非金属介在物の低減および微小化に対する要求が高まっていて、取鍋精錬での溶鋼清浄化に力が入れられているが、プロセスの同期化や溶製コストの観点から、より効率的な溶鋼清浄化技術が求められている。また、取鍋精錬終了後も、タンディッシュでの空気酸化や酸化性スラグの流入などにより、溶鋼が再酸化を受けて非金属介在物を生成する場合があることが指摘されており、タンディッシュでの再酸化防止技術および溶鋼清浄化技術が注目されている。

従来、タンディッシュでは、溶鋼流の整流化により大型介在物の浮上分離を狙っていたが、近年、より積極的な精錬機能を付与することにより、大型介在物のみならず、これまであまり問題とならなかった微小介在物の除去も試みられている。
例えば特許文献１には、タンディッシュを２槽に分割し、溶鋼受容槽となる第１槽を円筒形状として、その第１槽の外部から溶鋼を水平回転させる移動磁界を付与することからなる非金属介在物の除去装置が開示されており、第１槽内で溶鋼撹拌と遠心分離効果により介在物を凝集、粗大化して中心部に集積させ、その外周付近から第２槽に溶鋼を流入させることで、清浄度の高い溶鋼を鋳型内に給湯することが可能である旨が記載されている。
しかしながら、この方法では、第１槽に受容した大容量の溶鋼を撹拌するために大型の移動磁界発生装置を必要とするだけでなく、タンディッシュの鉄皮も総ステンレス製とする必要があるなど、設備的な問題があって実用的でない上、第１槽での流入スラグの巻き込みや空気酸化による溶鋼再酸化の問題があり、実用上は精錬機能の面でも十分とは言えなかった。

また、他の介在物除去手段として、タンディッシュの底部からArなどの不活性ガスを溶鋼中に吹き込み、この不活性ガスの気泡に介在物を捕捉させて除去する方法が、種々提案されている。この技術では、気泡による介在物の捕捉効率を増大するために、溶鋼中に微細な気泡を分散させることが重要となる。
例えば特許文献２には、タンディッシュ内の一部領域を多数の貫通孔を備えた複数の隔壁で仕切って溶鋼の流れを整流化すると共に、この領域の底面全面にガス分散体（ポーラス羽口）を設置して不活性ガスを吹き込み、この気泡によって介在物を捕捉、浮上させる方法が開示されている。
この方法によれば、溶鋼の大きな下向き循環流が抑制されて、介在物の浮上分離が促進されるとしている。

また、特許文献３には、タンディッシュ内の取鍋ロングノズルと浸漬ノズルの間に、比較的溶鋼流速が大きく、流れ方向に凹凸を有する流路を設けると共に、その凸部からArガスを吹き込むことによって微細な気泡を溶鋼中に吹き込む方法が開示されている。
さらに、特許文献４には、タンディッシュを、溶鋼を受容する槽と鋳型に供給する槽の２槽に分けて、２槽の接続流路に回転磁界を付与すると共に不活性ガスを吹き込んで、微細な気泡を溶鋼中に吹き込む方法が開示されている。

特開平６−597号公報特開平６−7904号公報特開平８−117939号公報特開平11−179497号公報

しかしながら、上掲特許文献２のように、広範囲にわたってガス吹き込み用の多孔質耐火物を設置することは、大幅なコストアップを招く。また、高スループットに対応して介在物を除去するためにガスを高速で吹き込むと、多孔質耐火物は溶鋼との濡れ性が低いことから粗大な気泡となり、介在物の捕捉効率が低下して十分な除去効果が得られない上、粗大な気泡が浴面を激しく乱すために、タンディッシュスラグの巻き込みにより粗大なスラグ系介在物が生じたり、空気酸化により逆にアルミナ介在物が増加するという問題があった。

また、特許文献３および特許文献４に開示の方法では、ガス吹き込み位置での溶鋼流動を工夫して微細な気泡を得るとしているが、やはり高速でガスを吹き込んだ場合には気泡の合体による粗大化が避けられないため、十分な介在物除去効果が得られない上、タンディッシュスラグの巻き込みや空気酸化に起因して新たに介在物を生じるという問題があった。しかも、これらの気泡吹き込み方法では、重力あるいは遠心力の作用により気泡は溶鋼流中に十分分散せずに偏在するだけでなく、気泡は水平方向の溶鋼流から浮力により容易に離脱し、気泡との接触機会が十分でないまま下流へ流出する溶鋼の割合も大きくなるため、20〜50μm以上の比較的大きな介在物でも十分には除去できないという問題もあった。
さらに、特許文献４に開示の方法では、回転磁界を印加できる長い溶鋼流路を必要とするため、既存のタンディッシュ設備には適用が困難であり、大幅な設備改造を必要とするところにも問題を残していた。

本発明は、上記の問題を有利に解決するもので、連続鋳造用タンディッシュにおいて、ガス吹き込みを利用することによって介在物を除去するに当たり、高スループット条件下でも効果的に介在物を除去できるだけでなく、フラックス巻き込みや空気酸化による介在物の生成も併せて防止することができる連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法を、その実施に用いて好適な連続鋳造用タンディッシュと共に提案することを目的とする。

すなわち、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．鉄鋼の連続鋳造用タンディッシュにおいて、取鍋からの溶鋼注入位置と鋳型への溶鋼排出位置との間を隔壁で仕切ると共に、該隔壁の下流側に側面を耐火物壁で囲まれた実質的に直立する気泡塔を少なくとも１個設置し、また該隔壁の上流側から下流側に流入する全溶鋼が該気泡塔を経由して該隔壁下流側に流れるように、該隔壁の下部に、上流側溶鋼を該気泡塔内に導く接続流路を設け、さらに該気泡塔内に気泡が流入するように、底部から不活性ガスを吹き込んで該気泡塔内に溶鋼上昇流を形成させ、該気泡塔の上部開口から溶鋼を排出することによって、溶鋼中の介在物を除去するに当たり、
該気泡塔からの気泡浮上領域を、少なくとも下端が溶鋼中に浸漬する上堰で仕切って、該気泡浮上領域へのタンディッシュスラグの流入を阻止すると共に、該気泡浮上領域の上面を上蓋で覆って、該気泡浮上領域の上部空間を実質的に不活性ガス雰囲気とし、さらに該不活性ガスの吹き込み速度を通過溶鋼スループット当たり20〜500Nl/tとして、気泡塔内の平均ガス線速度を0.01〜0.2Nm/sとすることを特徴とする連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法。

２．前記気泡塔において、次式(1)で定義される気泡塔の相当径Ｄe（ｍ）が、次式(2)の関係を満足することを特徴とする上記１記載の連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法。
Ｄe＝４×Ａm／Ｌm ・・・（１）
Ｆ^1/2／20≦Ｄe≦Ｈ／３・・・（２）
ここで、Ａm：気泡塔の高さ方向の平均水平断面積（ｍ²）、
Ｌm：気泡塔の高さ方向の平均水平断面内周長（ｍ）、
Ｆ：気泡塔部通過溶鋼スループット（t/min）、
Ｈ：気泡塔高さ（ｍ）

３．前記気泡塔において、耐火物側壁の下部に、少なくとも一つの開口を設け、かつこれらの総開口面積を該気泡塔の平均水平断面積の0.3〜６倍の範囲に調整することを特徴とする上記１または２記載の連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法。

４．取鍋からの溶鋼注入位置と鋳型への溶鋼排出位置との間を隔壁で仕切ると共に、該隔壁の下流側に側面を耐火物壁で囲まれた実質的に直立する気泡塔を少なくとも１個設置し、該隔壁の上流側溶鋼を全て該気泡塔を経由させて下流側に導入するようにした鉄鋼の連続鋳造用タンディッシュであって、該隔壁の下部には、上流側溶鋼を該気泡塔内に導くための接続流路を設けると共に、該気泡塔内に気泡を吹き込むための不活性ガスの吹き込みノズルを設け、かつ該気泡塔の上部には気泡の浮上に帯同する溶鋼上昇流の排出口を設け、さらに気泡浮上領域へのタンディッシュスラグの流入阻止を司る、少なくとも下端が溶鋼中に浸漬する上堰および該気泡浮上領域の上部空間を実質的に不活性ガス雰囲気に保持するための上蓋をそなえることを特徴とする連続鋳造用タンディッシュ。

５．前記気泡塔において、耐火物側壁の下部に、少なくとも一つの気泡塔循環流用の開口を設けたことを特徴とする上記４記載の連続鋳造用タンディッシュ。

６．前記気泡塔において、耐火物側壁の内面に、高さ方向の凹凸を付与したことを特徴とする上記４または５記載の連続鋳造用タンディッシュ。

本発明では、タンディッシュを通過する全溶鋼を気泡塔内に導入し、気泡塔内で気液の接触を十分に行うようにしたので、気泡との接触が不十分なまま下流に流出する溶鋼がなくなり、確実に介在物の除去を行うことができる。
また、気泡塔上部から流出する溶鋼に同伴される気泡の浮上領域を、少なくとも下端が溶鋼中に浸漬する上堰で仕切ってタンディッシュスラグの流入を阻止すると共に、上部空間を実質的に不活性ガス雰囲気としたので、ガスを高速で吹き込んでもスラグ巻き込みや空気酸化に起因した介在物の生成を防止することができる。
さらに、適切な気泡塔設計により、高速でガスを吹き込んでも微細な気泡を均一に分散させることができ、また剪断による乱流などで介在物の凝集も促進されることから、気泡塔内の溶鋼滞留時間が短くても介在物を気泡により十分高い効率で捕捉することができる。なお、この効果は、気泡塔内面に凹凸を設けることによりさらに向上する。

また本発明では、気泡塔の側壁下部に適当な面積の循環流用開口を設けることにより、溶鋼スループットの大小や変動に関わらず安定した気液流動状態を維持することができ、また取鍋交換時などの非定常時にタンディッシュ内溶鋼量が減少した際にもその悪影響を低減することができる。

さらに、本発明では、一旦、凝集粗大化しアルゴン気泡に捕捉された介在物は、溶鋼の大きな表面張力のために、気泡の浮上とともにそのまま浴面に捕捉されているか、あるいは再度溶鋼中に巻き込まれても、微小な気泡が付着している確率が高いため、その後のタンディッシュでの滞留時間に容易に浮上可能であることから、タンディッシュ内で効率よく介在物を除去して連続鋳造を行うことができる。
また、アルミナ介在物量が低減されることから、介在物に起因した製品欠陥が低減されるのは勿論、ノズル詰まりが低減することから、連々鋳の数が増加しても安定して鋳型内溶鋼流動の維持が可能であり、連鋳フラックスや気泡の巻き込みによる欠陥も低減できる。
さらに、タンディッシュノズルおよび浸漬ノズルの詰まり防止のためにノズル内に吹き込んでいるアルゴンガス吹き込み速度を通常の半分程度まで減少しても、詰まりが軽微であることから、アルゴンガスの吹き込みに影響していると考えられる各種薄板表面欠陥も低減することができる。

以下、本発明を、図面に従い具体的に説明する。
図１は、本発明の実施に用いて好適な連続鋳造用タンディッシュを示したもので、同図(a)はタンディッシュの定常鋳込み時における長手方向の鉛直断面図、同図(b)は同じく定常鋳込み時における浴面付近の平面断面図、同図(c)は同じく定常鋳込み時における気泡塔部の鉛直横断面図である。
また、図２は、タンディッシュ内に設けた気泡塔の構造を示す分解図である。

さて、溶鋼１は、取鍋からロングノズル２を通じて隔壁３で仕切られたタンディッシュ受鋼槽４に注入された後、底面に不活性ガス例えばArガスの吹き込み用ポーラスノズル５を備えた接続流路６を通って気泡塔７内に導入される。このポーラスノズル５から吹き込まれたArガス気泡８による気泡ポンプ作用で、気泡塔７内に流入した溶鋼は上昇流となって、気泡塔上部の溶鋼排出口９からタンディッシュの側壁方向に向けて脱酸槽10に排出される。

この溶鋼排出口９の周囲の気泡浮上領域の上部空間は、タンディッシュの側壁と上蓋11、隔壁３および上堰12で囲まれて実質的に不活性ガス雰囲気となっているだけでなく、取鍋スラグや詰め砂の流入によるタンディッシュスラグ13やタンディッシュフラックス14の流入を阻止している。
また、この例では、気泡塔７の下部に、タンディッシュの側壁方向に向けて循環流用の開口15が設けられており、気泡塔の気泡ポンプ作用によりこの開口15からも溶鋼が吸引され、気泡塔内を上昇して脱酸槽内に循環する流れを形成する。
その後、溶鋼流は、上堰12と下堰16により沈静化されて下流に進み、タンディッシュノズル17よりスライドゲートバルブ18による流量調節を介し、さらに浸漬ノズル19を経由して、連鋳鋳型20に注入され、連続鋳造に供される。

上述したとおり、本発明では、タンディッシュ内に受鋼した全ての溶鋼を、隔壁３の底部に設けた接続流路６から気泡塔７内に導き、この気泡塔７内では、溶鋼を吹き込まれたArガス気泡に同伴させて該塔内を上昇させ、隔壁３の下流側に導くようにしたので、上流側から流入する比較的介在物密度の高い溶鋼は気泡との接触によって介在物が十分に除去されて下流に導かれるため、タンディッシュノズル直上での溶鋼中介在物密度を効果的に低減することができる。

図１に示したタンディッシュを用いて、極低炭素アルミキルド鋼を処理した場合における、タンディッシュ出側での溶鋼サンプル中の粒径別介在物個数密度について調べた結果を図４に示す。
なお、図４には、図３に示す、気泡塔がない他は図１とほぼ同様のタンディッシュを用いた場合の調査結果も、併せて示す。
図４に示したとおり、本発明に従って気泡塔を設け、この気泡塔内において気液接触を十分に行うようにしたことにより、実用上問題になることが多い比較的大粒径の介在物（粒径10μm 超、とりわけ20μm 超の介在物）が効果的に除去されていることが分かる。また、気泡塔内では、上流側からの溶鋼が流入して比較的介在物密度の高い領域において、気泡浮上による強力な乱流エネルギーが付与されることから、微小介在物同士の凝集、合体も進行するため、10μm以下の微小な介在物の除去効率も向上している。
なお、図４の横軸で５〜10（μm）とは、粒径が５μm超 10μm以下の介在物を示し、10〜20は10μm超 20μm以下、20〜40は20μm超 40μm以下の介在物をそれぞれ示す。

ところで、図１に示した構造のタンディッシュにおいて、気泡塔上部の溶鋼排出口９付近の領域すなわち気泡浮上領域に、アルミナ介在物吸収のためにCaO−Al₂O₃系のタンディッシュフラックスを添加した場合、20Nl/min程度の比較的少量のガス吹き込み速度でも、溶鋼中へのフラックス巻き込みが生じてスラグ系の大型介在物が生成する。この理由は、図１に示したような気泡塔を用いた場合には、その出口付近に集中する溶鋼流および気泡によりフラックスの巻き込みが生じるためである。従って、この気泡浮上領域には、溶融フラックスや溶融スラグ等を流入させないようにすることが重要である。
このため、本発明では、隔壁３によって取鍋スラグや詰め砂の流入により不可避的に生成するタンディッシュスラグの気泡浮上領域への流入を、また上堰12によって下流側のタンディッシュフラックスの該領域への流入を防止している。なお、上堰12は、気泡塔からの比較的強い浴面流動がタンディッシュ下流側に波及しないようにする役割も担っている。
ここに、上堰12の浸漬探さは、取鍋交換時などの湯面レベルの低下時でもフラックスの流入を防止できる程度に浸漬深さを十分大きくしておく必要があり、タンディッシュ満杯時溶鋼レベルの30〜70％程度とするのが好適である。

また、上記したような溶鋼被覆フラックスの無い領域では、上部空間の酸素ガス濃度を十分低下させていないと、溶鋼が再酸化されて新たに脱酸生成物の介在物を生成し、溶鋼清浄度を低下させることになる。
従って、上記した上部空間の酸素ガス濃度は、高くても0.5％以下とすることが望ましい。大気雰囲気との通気抵抗の程度によっては、溶鋼中から浮上した不活性ガスだけでも酸素ガス濃度を十分に低下することができるが、より積極的に不活性ガスをこの空間に吹き込んでもよい。

図１の例では、この上部空間は、タンディッシュ側壁と上蓋11、隔壁３および上堰12で囲まれてほぼ密閉された空間となっているが、耐火物の間には微小な隙間があるため、完全に気密な構造とすることは難しい。
しかしながら、溶鋼中への吹き込みアルゴンガス流量が50Nl/min以上の場合には、定常状態での酸素ガス濃度は安定して0.2％未満となっていることから、この場合には、再酸化による酸化物生成量は無視することができる。

気泡吹き込みにより介在物除去を有効に進めるには、ある程度ガス吹き込み速度を増大する必要があるのは言うまでもないが、本発明の方法によれば、適切な気泡塔条件の下では、ガス吹き込み速度を通過溶鋼スループット当たり20Nl/t以上とすれば、少なくとも30％以上のトータル酸素濃度低減効果があり、介在物の低減に有効であることが判明した。一方、ガス吹き込み速度を通過溶鋼スループット当たり500Nl/t超としても、さらなる介在物の低減効果は望めず、むしろ耐火物寿命の低下など操業上の弊害が生じるようになる。
そこで、本発明では、不活性ガスの吹き込み速度は、通過溶鋼スループット当たり20〜500Nl/tの範囲に限定した。

前述したとおり、図１のような気泡塔を用いずに単に溶鋼中にガスを吹き込んだ場合には、浴面の揺動による振動やフリーボードの不足、スプラッシュの発生による上蓋への地金付着などの問題が生じるため、20〜500Nl/tというような高速でのガス吹き込みは難しかったのであるが、本発明の方法に従えば、気泡塔形状に制約された一定の溶鋼流動パターンが得られ、しかも均一に微小な気泡が分散した状態で水平方向に向けて気泡塔から排出されることから、スプラッシュの発生も軽微であるため、タンディッシュにおいて上記したような高速でのガス吹き込みが可能となったのである。

また、気泡塔断面積当りのガス吹き込み速度にも好適な範囲があり、これが小さすぎると気泡塔内で溶鋼中に不活性ガス気泡が十分に分散せず、介在物が十分除去されないまま気泡塔からタンディッシュ内に排出される溶鋼の比率が高まることになる。一方、気泡塔断面積当りのガス吹き込み速度が大きすぎると、気泡が溶鋼中に均一に分散した気泡流の状態から、気泡塔内を粗大なガス空間管が断続的に占めるプラグ流の状態に変化して、安定した溶鋼流動の維持が困難となり、激しい浴面揺動やスプラッシュの発生を招くことになる。
そこで、この点について検討した結果、気泡を溶鋼中に均一に分散させて効率よく介在物を除去するには、気泡塔内に導入するガスの標準状態での体積速度を気泡塔断面積で除したガス線速度を、0.01〜0.2Nm/sの範囲にする必要があることが判明した。より望ましいガス線速度は0.03〜0.15Nm/sの範囲である。

さらに、効果的に介在物を除去するには気泡塔のサイズも重要な要件である。というのは、気泡塔部の溶鋼スループット当りの断面積が小さすぎると、気泡塔内での溶鋼の滞留時間が短くなるために介在物の除去率が低下するだけでなく、長時間の使用では気泡塔内への介在物付着による詰まりで流通抵抗が増大し正常に機能しなくなるおそれがあり、さらに気泡塔内溶鋼流速が過大となって耐火物粒子や付着介在物粒子の剥離により大型介在物が生成するおそれも増大する。

図１には、断面形状がほぼ正方形の角柱状の気泡塔の例を示したが、形状はこれだけに限定されるわけではなく、長方形、円形、長円形などでもよく、また高さ方向に一様でなくても良い。このような場合に、気泡塔の代表長さである相当径Ｄe（ｍ）は、気泡塔の高さ方向の平均水平断面積Ａm（ｍ²）と気泡塔の高さ方向の平均水平断面内周長Ｌm（ｍ）を用いて、Ｄe＝４×Ａm／Ｌmで表されるが、上流側から気泡塔へ流入する溶鋼スループットＦ（t/min）に対して、Ｄe＜Ｆ^1/2／20の範囲では、上記のような問題が顕在化してくるので、Ｄe≧Ｆ^1/2／20の範囲とすることが好適である。
また、気泡塔断面積が大きすぎると、気泡塔内全体に十分に気泡が分散せず、介在物が十分除去されないまま気泡塔からタンディッシュ内に排出される溶鋼の比率が高まり、好ましくない。
ここに、気泡塔内全体に気泡を十分に分散させて介在物を除去するには、気泡塔相当径Ｄeは気泡塔高さ（気泡塔内鋼浴探さ）Ｈ（ｍ）に対して、Ｄe≦Ｈ／３の範囲とすることが好適である。

また、図１に示した構造では、気泡塔下部にタンディッシュ側壁方向に向けて循環流用の開口15を設け、気泡塔内における気泡ポンプ作用により、この開口15から吸引される溶鋼が気泡塔内を上昇して、脱酸槽内に循環する流れを形成する仕組みとしている。
気泡塔内全体に微小な気泡を分散させるには、気泡塔内の溶鋼上昇流速を適正な範囲とする必要があるため、気泡塔内に隔壁３の上流側から接続流路６を介してのみ溶鋼が流入する構造では、溶鋼スループットに対して気泡塔断面積を限定して使用する必要がある。
これに対し、気泡塔側面に適正な開口面積の循環流用開口15を設けると、ここから吸引される溶鋼によって気泡塔内の溶鋼上昇流速が自動的に適正な範囲に調節されるため、大断面積の気泡塔でも小スループットの操業条件に対応できるようになる。

またこの場合、脱酸槽内の溶鋼が再度気泡塔内を循環することから、介在物の除去効果も一層向上する。
さらに、気泡塔の下部で、側面の開口15から流入する溶鋼流と吹き込みガスの軌跡が適切に干渉するような配置にすれば、より微小な気泡の分散を促進することが可能となる。
ここに、気泡塔側面開口の面積については、その総和が気泡塔の平均水平断面積の0.3〜６倍、より好ましくは0.5〜３倍の範囲とするのが好適であり、この範囲より小さい場合には上記のような側面開口の効果が得難くなり、一方この範囲より大きい場合には、側面の開口から流出する溶鋼の割合が高くなって、前述したような気泡塔を利用した効果が得難くなる。

なお、副次的な効果として、連続鋳造終了時には、気泡塔上端部の排出口９からだけでなく側面の開口15からも溶鋼が排出されるため、タンディッシュ内残鋼量が減少するだけでなく、取鍋交換時などタンディッシュ内の溶鋼レベルが低下する場合でも、低下浴面付近の側面に開口があればそこから溶鋼が排出されるので気泡塔部の流動特性が安定する、などの利点もある。

また、気泡塔の排出口９は、図１に示したように、浴面レベル付近で水平方向流速成分が大きくなるように開口させることが望ましく、これにより気泡の浮上領域が平面的に広範囲に及ぶため、気泡浮上領域面積当りの通過ガス流量が小さくなり、スプラッシュの発生を抑制しつつ高速でのガス吹き込みが可能となる。
なお、浴面レベルよりも気泡塔の排出口開口部が低い場合には、気泡は気泡塔の排出口直上付近に集中して浮上するようになるため、高速でガスを吹き込むとスプラッシュの発生や浴面の揺動が顕著となる。
一方、気泡塔上端部の排出口開口部が浴面レベルよりも著しく高い場合も、溶鋼静圧差の分だけ気泡塔部での溶鋼流動抵抗が増大するため好ましくないが、浴深さの20％程度までのレベル差であれば、ガス流量を適正に選択することにより、その影響を小さくすることができる。
さらに、前述したように、湯面レベル低下時には、気泡塔側面の開口15を通じて気泡塔から溶鋼を排出するようにすることもできる。

気泡塔内における溶鋼流動の乱流強度を増大して、気泡の微小化や介在物の凝集、合体を促進するには、溶鋼流速を増大させるだけでなく、図５に示すように、気泡塔の内面側壁に高さ方向の凹凸を設けることも効果的である。かような凹凸を設けることにより、気泡塔内での溶鋼流動の乱流強度をさらに向上させることができる。

また、一旦、凝集粗大化しアルゴン気泡に捕捉された介在物は、溶鋼の大きな表面張力のために、気泡の浮上と共にそのまま浴面に捕捉されるか、あるいは再度溶鋼中に巻き込まれても、微小な気泡が付着している確率が高いため、その後のタンディッシュでの滞留時間内に容易に浮上可能であるが、タンディッシュ脱酸槽の底面近くの下流側へ向かう流れを、下堰16により上向きに変えることも介在物の浮上分離の促進に有効である。

さらに、図１の例では、上堰12の下流側に、浮上した介在物を吸収するようタンディッシュフラックス14を添加した場合について示したが、これは使用後のタンディッシュ後処理の便宜を図るためであって、介在物除去を促進するという本発明の目的に対しては必ずしも必要な要件ではなく、添加しなくても、上部空間を不活性ガス雰囲気として再酸化を防止すれば介在物の除去機能に差はない。

なお、図１では、１ストランドにつき１個の気泡塔を設置した場合について示したが、図６(a)および(b)に模式で示すように、複数個の気泡塔を直列または並列にして使用できるのは言うまでもない。
かような複数個の気泡塔の使用により、介在物の除去効果を一層向上させることができる。

図１に示した構造になる、最大溶鋼容量：70tonのタンディッシュを用いて、取鍋ヒートサイズ約300tonの低炭素アルミキルド鋼を、スラブ連続鋳造した。鋳造条件は表１に示すとおりである。
上記のスラブ連続鋳造時に、定常鋳込み部でタンディッシュノズル直上より採取した溶鋼サンプルを分析し、取鍋内溶鋼中酸素濃度を基準としたトータル酸素濃度の減少率について調べた結果を表２に示す。
また、比較のため、図３に示した、気泡塔を用いないでガス吹きを実施する構造のタンディッシュを用いて鋳造した場合および図７に示すガス吹きを実施しない３重堰のタンディッシュを用いて鋳造した場合についても、同様の調査を行った。これらの場合の鋳造条件および調査結果も、表１、表２に併せて示す。

取鍋内の溶鋼中トータル酸素濃度は比較例も含め何れの場合も35〜45ppmの範囲であったが、本発明に従った場合には、溶鋼中トータル酸素濃度が大幅に低下しており、アルミナ介在物の低減に有効であることが分かる。特に気泡塔断面積およびアルゴンガス吹き込み速度を比較的大きくした場合（発明例２，４）に、トータル酸素濃度の低減効果が高かった。

また、同様に採取した溶鋼サンプル約１kgより抽出した大きさが40μm超の大型介在物個数密度を、ガス吹きを実施しない図７の場合の比較例１を基準とした相対値で評価した結果を、同じく表２に示す。
本発明法は、欠陥原因となるような大型介在物の低減に特に有効であることが分かる。

さらに、各条件のスラブを無手入れで熱間圧延した熱延コイルを、酸洗ラインの超音波式介在物センサで測定し、100μm以上の介在物相当の検出信号個数を評価した結果、および冷延板の製鋼起因の表面欠陥発生率を、ガス吹きを実施しない図７の場合の比較例１を基準とした相対値で評価した結果を、それぞれ表２に示す。
本発明法では、アルミナ介在物量の低減によりノズル詰まりが低減することから、連々鋳の数が増加しても安定な鋳型内溶鋼流動の維持が可能であり、連鋳フラックスや気泡の巻き込みによる欠陥も低減できることから、製品中の大型介在物および表面欠陥の大幅な低減が可能となることが分かる。

特にトータル酸素濃度が大幅に減少している発明例２，４では、詰まり防止用のアルゴンガス吹き込み速度を通常の半分程度まで減少できており、製品中大型介在物および表面欠陥とも著しく低減した。
これにより、無欠陥要求の厳しい用途に対して、従来実施していたスラブ表面溶削などの手入れを省略しても、従来以上の品質が得られるようになり、耐火物コストの増加を上回る大幅な手入れコストの削減が可能となる。

本発明は、鉄鋼の連続鋳造用タンディッシュにおける溶鋼の清浄化を行う介在物除去技術に関するものであり、通常のタンディッシュに気泡塔という簡易装置を付加するだけで、高効率の非金属介在物除去機能が得られ、低コストで清浄鋼の清浄度向上が達成できる。

本発明の実施に用いて好適な連続鋳造用タンディッシュの定常鋳込み時における長手方向の鉛直断面図(a)、浴面付近の平面断面図(b)、気泡塔部の鉛直横断面図(c)である。タンディッシュ内に設けた気泡塔の構造を示す分解図である。気泡塔を有しない連続鋳造用タンディッシュの定常鋳込み時における長手方向の鉛直断面図(a)、浴面付近の平面断面図(b)、下堰部での鉛直横断面図(c)である。図１の発明例と図２の比較例を用いて極低炭素アルミキルド鋼を処理した場合における、タンディッシュ出側での溶鋼サンプル中の粒径別介在物個数密度を比較して示した図である。気泡塔の内面側壁に高さ方向の凹凸を設けた場合の気泡塔形状を示す断面図である。複数個の気泡塔を直列(a)または並列(b)にして使用した場合のタンディッシュの構成例を示す模式図である。ガス吹きを実施しない３重堰の連続鋳造用タンディッシュの長手方向鉛直断面図である。

符号の説明

１溶鋼
２ロングノズル
３隔壁
４タンディッシュ受鋼槽
５不活性ガス吹き込み用ポーラスノズル
６接続流路
７気泡塔
８ Arガス気泡
９気泡塔溶鋼排出口
10 タンディッシュ脱酸槽
11 上蓋
12 上堰
13 タンディッシュスラグ
14 タンディッシュフラックス
15 気泡塔循環流用開口
16 下堰
17 タンディッシュノズル
18 スライドゲートバルブ
19 浸漬ノズル
20 連鋳鋳型

Claims

鉄鋼の連続鋳造用タンディッシュにおいて、取鍋からの溶鋼注入位置と鋳型への溶鋼排出位置との間を隔壁で仕切ると共に、該隔壁の下流側に側面を耐火物壁で囲まれた実質的に直立する気泡塔を少なくとも１個設置し、また該隔壁の上流側から下流側に流入する全溶鋼が該気泡塔を経由して該隔壁下流側に流れるように、該隔壁の下部に、上流側溶鋼を該気泡塔内に導く接続流路を設け、さらに該気泡塔内に気泡が流入するように、底部から不活性ガスを吹き込んで該気泡塔内に溶鋼上昇流を形成させ、該気泡塔の上部開口から溶鋼を排出することによって、溶鋼中の介在物を除去するに当たり、
該気泡塔からの気泡浮上領域を、少なくとも下端が溶鋼中に浸漬する上堰で仕切って、該気泡浮上領域へのタンディッシュスラグの流入を阻止すると共に、該気泡浮上領域の上面を上蓋で覆って、該気泡浮上領域の上部空間を実質的に不活性ガス雰囲気とし、さらに該不活性ガスの吹き込み速度を通過溶鋼スループット当たり20〜500Nl/tとして、気泡塔内の平均ガス線速度を0.01〜0.2Nm/sとすることを特徴とする連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法。
前記気泡塔において、次式(1)で定義される気泡塔の相当径Ｄe（ｍ）が、次式(2)の関係を満足することを特徴とする請求項１記載の連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法。
Ｄe＝４×Ａm／Ｌm ・・・（１）
Ｆ^1/2／20≦Ｄe≦Ｈ／３・・・（２）
ここで、Ａm：気泡塔の高さ方向の平均水平断面積（ｍ²）、
Ｌm：気泡塔の高さ方向の平均水平断面内周長（ｍ）、
Ｆ：気泡塔部通過溶鋼スループット（t/min）、
Ｈ：気泡塔高さ（ｍ）
前記気泡塔において、耐火物側壁の下部に、少なくとも一つの開口を設け、かつこれらの総開口面積を該気泡塔の平均水平断面積の0.3〜６倍の範囲に調整することを特徴とする請求項１または２記載の連続鋳造用タンディッシュにおける介在物除去方法。
取鍋からの溶鋼注入位置と鋳型への溶鋼排出位置との間を隔壁で仕切ると共に、該隔壁の下流側に側面を耐火物壁で囲まれた実質的に直立する気泡塔を少なくとも１個設置し、該隔壁の上流側溶鋼を全て該気泡塔を経由させて下流側に導入するようにした鉄鋼の連続鋳造用タンディッシュであって、該隔壁の下部には、上流側溶鋼を該気泡塔内に導くための接続流路を設けると共に、該気泡塔内に気泡を吹き込むための不活性ガスの吹き込みノズルを設け、かつ該気泡塔の上部には気泡の浮上に帯同する溶鋼上昇流の排出口を設け、さらに気泡浮上領域へのタンディッシュスラグの流入阻止を司る、少なくとも下端が溶鋼中に浸漬する上堰および該気泡浮上領域の上部空間を実質的に不活性ガス雰囲気に保持するための上蓋をそなえることを特徴とする連続鋳造用タンディッシュ。
前記気泡塔において、耐火物側壁の下部に、少なくとも一つの気泡塔循環流用の開口を設けたことを特徴とする請求項４記載の連続鋳造用タンディッシュ。
前記気泡塔において、耐火物側壁の内面に、高さ方向の凹凸を付与したことを特徴とする請求項４または５記載の連続鋳造用タンディッシュ。