JP2006035274A - 溶融パウダーの投入方法 - Google Patents

Abstract

【要 約】
【課 題】 溶融パウダーの歩留り低下や異物混入を防止するとともに、溶融パウダーを投入する際の落下速度を安定させて、スプラッシュの発生を防止できる溶融パウダーの投入方法を提供する。
【解決手段】 モールドパウダーを溶融して紙製樋上を流下させて連続鋳造用鋳型内の溶鋼浴面に投入するにあたって、紙製樋の長さが 0.5〜3.0 ｍを満足し、かつ傾斜角が15〜70°を満足する範囲内で溶融パウダーを投入する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、溶融したモールドパウダー（以下、溶融パウダーという）を連続鋳造用鋳型内の溶鋼浴面に投入する方法に関するものである。

連続鋳造は、４つの側面で構成される連続鋳造用鋳型（以下、鋳型という）に上方から溶鋼を注入して冷却（いわゆる１次冷却）し、鋳型内で形成された凝固シェルを下方へ引き抜くことによって、鋳片を連続的に製造する技術である。鋳型の出側では凝固シェル内に未凝固の溶鋼が残存しているので、鋳型から引き抜いた凝固シェルに冷却水を吹き付けて冷却（いわゆる２次冷却）し、未凝固の溶鋼を凝固させる。なお、凝固シェルとその内部に残存する溶鋼とを包含して鋳片と記す。

連続鋳造の操業では、鋳片の欠陥を抑制し、かつ操業の安定性を高めるために、鋳型内の溶鋼にモールドパウダーを投入する。鋳型内に投入されたモールドパウダーは、溶鋼浴面で溶融してスラグ化し、鋳型内の溶鋼浴面の保温および酸化防止，溶鋼内の介在物の捕捉，鋳型と凝固シェルとの潤滑性の維持等の役割を果たす。

連続鋳造の操業を開始するとき（以下、操業開始時という）には、鋳型にダミーバーを挿入し、鋳型の下面を閉鎖して溶鋼を注入する。溶鋼が鋳型で冷却されて、凝固シェルが形成された後、ダミーバーを下方へ引き抜きながら、溶鋼を鋳型に注入し、さらにモールドパウダーを必要に応じて溶鋼浴面に投入する。このようにしてダミーバーとともに鋳片を連続的に引き抜いて、凝固シェル内の未凝固の溶鋼が全て凝固した時点でダミーバーを鋳片から取り外して定常状態の連続鋳造に移行する。

１次冷却の抜熱量について、操業開始時と定常状態を比べると、定常状態の連続鋳造では鋳型から抜熱されるのに対して、操業開始時には鋳型のみならずダミーバーから抜熱される。したがって鋳型内の溶鋼浴面の温度は、操業開始時には比較的低く、定常状態では比較的高くなる。したがって操業開始時から定常状態まで同一成分のモールドパウダーを使用すると、操業開始時にはモールドパウダーが十分に溶融せず、鋳型と凝固シェルとの潤滑性不良に起因する焼き付き，あるいは未溶融モールドパウダーの巻き込みに起因する鋳片欠陥（たとえばノロカミ等）が発生する。

このような操業開始時に特有の問題を解決するために、
(a) 操業開始時にはモールドパウダーに発熱剤を添加する
(b) 操業開始時には融点の低いモールドパウダーを使用する
(c) 操業開始時には鋳片の引き抜き速度を増速する
等の技術が検討されている。

しかし、上記の(a),(b) の技術では、連続鋳造の操業中にモールドパウダーの成分を変更しなければならないので、モールドパウダーの貯蔵装置や供給装置を各々複数基ずつ設置する必要がある。しかも鋳片の性状が、モールドパウダーの成分を変更した部位で劣化するので、歩留りが低下する恐れがある。

上記の (c)の技術では、連続鋳造の操業中に引き抜き速度を変更するので、ブレークアウトが発生する恐れがある。しかも、鋳型内の溶鋼浴面の位置を安定させるために、溶鋼の注入速度も変更しなければならない。鋳型内の溶鋼浴面の位置が変動すると、未溶融のモールドパウダーやスラグ化したモールドパウダーの巻き込みに起因する種々の鋳片欠陥が生じる。

そこで、近年、操業開始時から定常状態まで同一成分のモールドパウダーを使用し、かつ一定の引き抜き速度で連続鋳造を行なうために、操業開始時には予め溶融したモールドパウダーを溶鋼浴面に投入する技術が検討されている。

たとえば特許文献１には、連続鋳造の操業開始時に、予め溶融したモールドパウダー（すなわち溶融パウダー）を鋳型内の溶鋼浴面に投入した後、電極を浸漬して加熱する技術が開示されている。しかし、この技術では、溶融パウダーが流下する供給樋の耐火物が剥離して溶融パウダーに混入するばかりでなく、溶融パウダーが供給樋に付着して歩留りが低下するという問題がある。

特許文献２および特許文献３には、溶融パウダーを鋳型内の溶鋼浴面に投入する際に、紙製パイプを用いる技術が開示されている。この技術では、溶融パウダーの歩留り低下や異物混入を防止できる。しかし、溶融パウダーの流速が安定せず、紙製パイプの終端から落下する速度が不安定になる。溶融パウダーが鋳型内の溶鋼に投入されるときの落下速度が過剰に大きい場合は、溶融パウダーのみならず、溶鋼やスラグの飛沫（いわゆるスプラッシュ）が飛散して鋳型に付着する。鋳型に付着したスプラッシュが凝固すると、鋳片に欠陥（たとえばノロカミ等）を生じる原因になる。さらに凝固したスプラッシュによって溶融パウダーが鋳型と凝固シェルとの隙間に流入するのが妨げられ、鋳片の欠陥や焼き付き等が発生する原因になる。
特開平6-7907号公報 特開平6-7908号公報 特開平6-47511 号公報

本発明は上記のような問題を解消し、溶融パウダーの歩留り低下や異物混入を防止するとともに、溶融パウダーを投入する際の落下速度を安定させて、スプラッシュの発生を防止できる溶融パウダーの投入方法を提供することを目的とする。

本発明は、モールドパウダーを溶融して紙製樋上を流下させて連続鋳造用鋳型内の溶鋼浴面に投入する溶融パウダーの投入方法において、紙製樋の長さが 0.5〜3.0 ｍの範囲内を満足し、かつ傾斜角が15〜70°の範囲内を満足する溶融パウダーの投入方法である。

本発明によれば、溶融パウダーの歩留り低下や異物混入を防止し、かつ溶融パウダーを投入する際の落下速度を安定させて、スプラッシュの発生を防止できる。その結果、鋳型と鋳片の焼き付きを防止して、安定した操業を維持するとともに、鋳片の欠陥を抑制して、鋳片の歩留りを向上できる。

本発明者らは、連続鋳造の操業開始時に、溶融パウダーを鋳型内の溶鋼浴面に投入するにあたって、溶融パウダーが流下する樋の材質と溶融パウダーの付着量について調査した。樋の材質は表１に示す４種類とし、いずれも樋の長さは 1.6ｍ，傾斜角は20°とした。なお樋は断面形状がＵ字型で上面が開放されたものを使用した。傾斜角は水平に対する樋のなす角度を指す。

これらの樋を用いて、操業開始時に溶融パウダーを鋳型内の溶鋼浴面に投入した後、樋に付着した溶融パウダーを回収して、その質量を測定した。表１に示した４種類の樋について、各々２回の操業開始時に溶融パウダーを投入した後の付着量をそれぞれ測定した。その結果は表１に示す通りである。

表１中の最大値は、各々の樋に付着した溶融パウダーを２回測定した内の大きい方のデータであり、最小値は２回測定した内の小さい方のデータである。平均値は、最大値と最小値の算術平均で求めた値である。

表１から明らかなように、溶融パウダーの付着量は、紙製樋が最も少なかった。

次に、紙製樋の傾斜角を変化させて、溶融パウダーの歩留りを調査した。その結果は図１に示す通りである。なお溶融パウダーの歩留りは、下記の (1)式で算出される値である。

溶融パウダーの歩留り（％）＝ 100×（Ｐ_T −Ｐ_L ）／Ｐ_T ・・・ (1)
Ｐ_T ：溶融パウダーの消費量（kg）
Ｐ_L ：紙製樋に付着した溶融パウダーの質量（kg）
図１から明らかなように、紙製樋の傾斜角が15°以上の範囲で、溶融パウダーの歩留りが90％以上となった。したがって本発明では、紙製樋の傾斜角は15°以上とする。ただし、傾斜角が20°を超えても、溶融パウダーの歩留りの大幅な向上は期待できない。

一方、紙製樋の傾斜角が70°を超えると、紙製樋の終端から落下する溶融パウダーの落下速度が増大するので、鋳型内で溶融パウダーに起因するスプラッシュが生じる。したがって本発明では、紙製樋の傾斜角は70°以下とする。

つまり、紙製樋の傾斜角は15〜70°の範囲内とする。

また、紙製樋の長さが 0.5ｍ未満では、紙製樋上を流下する溶融パウダーの流速が安定しないので、鋳型内で溶融パウダーに起因するスプラッシュが生じる。一方、紙製樋の長さが３ｍを超えると、紙製樋上を流下するのに長時間を要するので溶融パウダーの温度が低下して、操業開始時に特有の鋳片欠陥や焼き付きを防止する効果が得られない。

したがって、紙製樋の長さは 0.5〜3.0 ｍの範囲内とする。

なお、ここでは断面形状がＵ字型の紙製樋について説明したが、紙製樋はパイプであっても良い。紙製樋は、溶融パウダーが流下できる形状であれば、どのような断面形状でも問題なく使用できる。

本発明は、様々な鋼種の連続鋳造の操業開始時に適用できるが、とりわけステンレス鋼の連続鋳造の操業開始時に適用するのが好ましい。その理由を以下に説明する。

連続鋳造の操業開始時には、図２に示すように、４つの側面で構成される鋳型１の下面をダミーバー２で閉鎖した空間に溶鋼３を注入する。鋳型１内の空間に溶鋼３の注入を開始すると、溶鋼３はノズル４の先端から浴面に落下する距離に応じて落下エネルギーを蓄積して浴面に衝突する。したがって鋳型１内の溶鋼浴面は、大きく波打つ状態で上昇していく。

鋳型１内の溶鋼浴面が上昇し、図３に示すように、ノズル４の先端部が溶鋼３に浸漬する状態になると、溶鋼３の注入を継続しても、溶鋼浴面は静止した状態を保つ。

通常の連続鋳造の操業開始時には、図３に示すように、ノズル４の先端部が溶鋼３に浸漬して、溶鋼浴面が静止した状態で、溶融パウダーを溶鋼浴面に投入する。ところが、ステンレス鋼の連続鋳造では、図２に示すように、操業開始時に、ノズル４の先端部が溶鋼３に浸漬する前（すなわち溶鋼浴面が波打つ状態）から溶融パウダーの投入を始める。

本発明は、ステンレス鋼のように、鋳型内の溶鋼浴面が波打つ状態で溶融パウダーを投入しても、溶融パウダーに起因するスプラッシュを抑えて、鋳片の欠陥を抑制することができる。しかも連続鋳造の操業開始時の鋳片も、ステンレス鋼を加工した製品に要求される表面光沢を問題なく得ることができる。

市販されているモールドパウダー（日本サーモ社製NSP-111 ）を用いてステンレス鋼（SUS430相当）の連続鋳造を行なった。操業開始時には、このモールドパウダー（以下、NSP パウダーという）を溶融して、紙製樋を用いて鋳型内の溶鋼浴面に投入した。紙製樋の断面形状はＵ字型とし、長さは 1.6ｍ，傾斜角は20°とした。連続鋳造が定常状態になると、粉体のNSP パウダーを溶融せず、従来の手段を用いて溶鋼浴面に投入した。

このようにしてステンレス鋼の連続鋳造を行ない、種々の寸法の鋳片（幅1140〜1340mm，厚さ 200〜265mm ）を製造した。なお、鋳片の寸法に応じて引き抜き速度を 0.5〜1.0 ｍ／min としたが、同一寸法の鋳片では操業開始から終了まで引き抜き速度を一定にした。これを発明例とする。

一方、比較例として、溶融したNSP パウダーを投入するにあたって、紙製樋を使用せず、アルミナキャスタブル製の樋を使用した。その他の条件は発明例と同一であるから説明を省略する。

発明例と比較例について、操業開始時の鋳片（いわゆるボトム鋳片）のノロカミの発生個数を調査した。さらに紙製樋あるいはアルミナキャスタブル製樋に付着したNSP パウダーを回収して質量を測定し、 (1)式から溶融パウダー（すなわち溶融したNSP パウダー）の歩留りを算出した。その結果を表２に示す。

溶融パウダーの歩留り（％）＝ 100×（Ｐ_T −Ｐ_L ）／Ｐ_T ・・・ (1)
Ｐ_T ：溶融パウダーの消費量（kg）
Ｐ_L ：紙製樋に付着した溶融パウダーの質量（kg）
表２中のノロカミの個数は鋳片１個あたりの平均値であり、溶融パウダーの歩留りは各鋳片毎に算出した歩留りの平均値である。

表２から明らかなように、発明例の方がノロカミの発生が抑制され、しかも溶融パウダーの歩留りが優れていた。

紙製樋の傾斜角と溶融パウダーの歩留りとの関係を示すグラフである。 鋳型内の溶鋼浴面が波打つ状態を模式的に示す断面図である。 鋳型内の溶鋼浴面が静止した状態を模式的に示す断面図である。

符号の説明

１ 鋳型
２ ダミーバー
３ 溶鋼
４ ノズル

Claims (1)

1. モールドパウダーを溶融して紙製樋上を流下させて連続鋳造用鋳型内の溶鋼浴面に投入する溶融パウダーの投入方法において、前記紙製樋の長さが 0.5〜3.0 ｍの範囲内を満足し、かつ傾斜角が15〜70°の範囲内を満足することを特徴とする溶融パウダーの投入方法。

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