JP2007237246A - アルミキルド鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 浸漬ノズルにＡｒガスなどの不活性ガスを吹き込んでアルミキルド溶鋼を連続鋳造するに当たり、吹き込む不活性ガス流量が経験上から定められる上限値の範囲内であってもＡｌ₂ Ｏ₃ の付着を効率良く防止する。
【解決手段】 浸漬ノズル９へ吹き込む不活性ガスの背圧または流量を鋳造中に増減させながら、該浸漬ノズルを介して溶鋼１７を鋳型２に注入する。その際に、前記不活性ガスの背圧または流量を一定周期で増減させること、及び、前記不活性ガスをタンディッシュ１に設置した上ノズル３から吹き込むことが好ましい。
【選択図】 図１

Description

本発明は、アルミキルド鋼の連続鋳造方法に関し、詳しくは、溶鋼を鋳型内に供給するための浸漬ノズルにおいてＡｌ₂ Ｏ₃ による閉塞を防止することのできる、アルミキルド鋼の連続鋳造方法に関するものである。

アルミキルド鋼は、転炉などにおいて溶銑を酸化精錬して溶鋼を溶製し、得られた溶鋼をＡｌにより脱酸し、酸化精錬により増加した溶鋼中の酸素が除去されて製造される。この脱酸工程で生成したＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子（アルミナ粒子）は、溶鋼とＡｌ₂Ｏ₃ との密度差を利用して溶鋼から除去されているが、数１０μｍ以下の微小なＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子の浮上速度は極めて遅く、浮上分離に長時間を要するため、実際のプロセスでは、このような微小のＡｌ₂Ｏ₃ 粒子を完全に浮上・分離させることは困難であり、そのため、アルミキルド溶鋼中には微細なＡｌ₂ Ｏ₃粒子が懸濁した状態で残留する。また、溶鋼中の酸素を安定して低減させるために、Ａｌ脱酸後の溶鋼中にはＡｌが溶解して存在しており、このＡｌが取鍋からタンディッシュへの注入過程やタンディッシュ内において大気と接触するなどして酸化した場合には、Ａｌ₂Ｏ₃ が生成される。溶鋼中に懸濁しているこれらのＡｌ₂ Ｏ₃ 粒子が、連続鋳造工程においてＡｌ₂Ｏ₃ −黒鉛質或いはＡｌ₂ Ｏ₃ 質の浸漬ノズルを通過する際に、浸漬ノズルの内壁に付着・堆積し、浸漬ノズルの閉塞が発生する。

浸漬ノズルが閉塞すると、鋳造作業上及び鋳片品質上で様々な問題が発生する。例えば、鋳造速度を低下せざるを得ず、生産性が落ちるのみならず、甚だしい場合には、鋳込み作業そのものの中止を余儀なくさせる。また、浸漬ノズル内壁に堆積したＡｌ₂ Ｏ₃ が突然剥離し、大きなＡｌ₂Ｏ₃ 粒子となって鋳型内に排出され、これが鋳型内の凝固シェルに捕捉された場合には製品欠陥となる。このような理由から、浸漬ノズル内壁でのＡｌ₂Ｏ₃ の付着・堆積の防止対策が従来から行われてきた。

Ａｌ₂ Ｏ₃ の付着・堆積の防止対策の１つとして、浸漬ノズルにＡｒガスなどの不活性ガスを吹き込む方法が広く行われている。不活性ガスを吹き込むことにより、浸漬ノズル内壁と溶鋼との間にガス膜をつくってＡｌ₂Ｏ₃ 粒子が内壁に接触しないようにする、或いは、吹き込んだ不活性ガスによって乱流を形成し、付着したＡｌ₂ Ｏ₃粒子を強制的に洗浄するなどにより、Ａｌ₂ Ｏ₃ の付着・堆積を防止するという技術である。

この場合、不活性ガスの吹き込み流量が多いほどＡｌ₂ Ｏ₃ の付着防止効果は顕著になるが、不活性ガスの吹き込み流量が過剰になると、溶鋼とともに浸漬ノズルから鋳型内に流出する不活性ガスにより、鋳型内の湯面変動が激しくなったり、鋳型内の湯面が沸き立つような現象を起こしたりする。このような現象が生ずると、モールドパウダーの巻き込みなどを発生させ、鋳片の品質を劣化させる。従って、このような現象が発生しないようにするべく、経験に基づいて不活性ガスの吹き込み流量の上限値を定め、上限値の範囲内で吹き込み量を設定することが行われている。しかしながら、上限値近傍で吹き込んでいても、Ａｌ₂Ｏ₃ の付着程度にはばらつきが生じ、鋳造速度を低下せざるを得ない場合も発生する。

そこで、特許文献１では、浸漬ノズルに吹き込むＡｒガス流量を鋳造中に一定の時間毎に単位設定量だけ増加させ、鋳型内の湯面状況を観察して湯面変動或いは沸き立ち現象が発生するまで繰り返して増加させ、湯面変動或いは沸き立ち現象が発生したならば、単位設定量だけ減少させて吹き込み量を決定する方法を提案している。特許文献１によれば、湯面変動或いは沸き立ち現象の発生しない条件で常に最大量のＡｒガスを流すことができ、Ａｌ₂ Ｏ₃ の付着を防止することができるとしている。
特開平８−２３８５４７号公報

Ａｒガス吹き込み量の上限値は鋼種毎或いは同一鋼種であってもヒート毎に変動する。特許文献１に提案された方法によれば、これに対処することができ、最大限のＡｒガスを常に吹き込むことが可能になり、Ａｌ₂ Ｏ₃ の付着は防止されることが予想される。しかしながら、最大流量を定める際に、鋳型内の湯面変動或いは沸き立ち現象を一旦発生させた後に、この現象が発生しない範囲で調整している。つまり、一時的ではあるが、鋳型内で激しい湯面変動や沸き立ち現象を発生させることから、モールドパウダーの巻き込みなどを発生させる恐れが極めて高い。換言すれば、一部の鋳片の品質を低下させているという問題点がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、Ａｌ₂ Ｏ₃ の付着を防止するべく、タンディッシュから鋳型に溶鋼を供給するための浸漬ノズルにＡｒガスなどの不活性ガスを吹き込んでアルミキルド溶鋼を連続鋳造するに当たり、吹き込む不活性ガス流量が経験上から定められる上限値の範囲内であってもＡｌ₂Ｏ₃ の付着を効率良く防止することのできる、アルミキルド鋼の連続鋳造方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく、鋭意検討・研究を行った。その結果、同一鋼種において、Ａｌ₂ Ｏ₃ の付着が少ない鋳造と、Ａｌ₂Ｏ₃ の付着が激しい鋳造とを比較すると、浸漬ノズルに吹き込んでいる不活性ガスの背圧挙動に差があることが観察された。具体的には、Ａｌ₂Ｏ₃ の付着が著しい鋳造の場合には、背圧に細かなハンチングがなく、ほぼ一定圧力で推移するのに対し、Ａｌ₂ Ｏ₃の付着が軽微である鋳造の場合には、０．１〜０．３ｋｇ／ｃｍ² 程度の圧力範囲で常にハンチングして推移していることが確認された。この場合、背圧が変化すると吹き込まれるガス流量も変化する。

これらの結果から、浸漬ノズルにおけるＡｌ₂ Ｏ₃ 付着は、浸漬ノズル内の溶鋼の流れに関係していることが確認された。これは、不活性ガスの背圧や流量が鋳造中に変化すると、浸漬ノズル内の溶鋼流はその影響を受け、流れが乱れることが連続鋳造機の水モデル試験などから知られていることに基づくものである。。

これらから判断して、不活性ガスの背圧に細かなハンチングがなく、ほぼ一定圧力で推移する場合には、浸漬ノズル内の溶鋼流に乱れが少なく、浸漬ノズル内で偏流が生ずるなどによって淀みが形成され、この淀みによりＡｌ₂ Ｏ₃ 付着が進行すると考えた。不活性ガスの背圧が常にハンチングしている場合にＡｌ₂Ｏ₃ 付着が少ない理由は、浸漬ノズル内の溶鋼流が乱れ、淀みが解消されるからであると考えられる。

即ち、浸漬ノズル内の溶鋼の偏流などによって生ずる浸漬ノズル内の淀みがＡｌ₂ Ｏ₃ 付着の主たる原因であり、鋳造中に不活性ガスの背圧或いは流量を強制的に且つ頻繁に増減させることで、浸漬ノズル内の溶鋼の流れが乱れ、これにより淀みが解消され、Ａｌ₂Ｏ₃ 付着が抑制されるとの知見を得た。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係るアルミキルド鋼の連続鋳造方法は、浸漬ノズルへ吹き込む不活性ガスの背圧または流量を鋳造中に増減させながら、該浸漬ノズルを介して溶鋼を鋳型内に注入することを特徴とするものである。

第２の発明に係るアルミキルド鋼の連続鋳造方法は、第１の発明において、前記不活性ガスの背圧または流量を一定周期で増減させることを特徴とするものである。

第３の発明に係るアルミキルド鋼の連続鋳造方法は、第１または第２の発明において、前記不活性ガスをタンディッシュに設置した上ノズルから吹き込むことを特徴とするものである。

本発明によれば、Ａｌ₂ Ｏ₃ 付着防止のために浸漬ノズルに吹き込む不活性ガスの背圧或いは流量を増減させながら鋳造するので、浸漬ノズルを流下する溶鋼流が乱され、浸漬ノズル内の淀みが解消されるので、浸漬ノズル内壁におけるＡｌ₂Ｏ₃ の付着を効率的に防止することができる。その結果、Ａｌ₂ Ｏ₃ などの非金属介在物の少ない清浄鋼を安定して製造することができ、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明による連続鋳造方法を実施する際に用いたスラブ連続鋳造機の鋳型部の概略図である。

図１において、相対する鋳型長辺１３と、鋳型長辺１３の内側に内装された、相対する鋳型短辺１４と、により構成される鋳型２の上方所定位置に、外殻を鉄皮１５で覆われ、内部を耐火物１６で施行されたタンディッシュ１が配置されている。このタンディッシュ１の底部には、耐火物１６に嵌合する上ノズル３が設置され、そして、上ノズル３の下面に接して、上部固定板５、摺動板６、下部固定板７及び整流ノズル８からなるスライディングノズル４が配置され、更に、スライディングノズル４の下面に接して、その下部に一対の吐出孔１０を有する浸漬ノズル９が配置され、タンディッシュ１から鋳型２への溶鋼流出孔１１が形成されている。即ち、タンディッシュ１から鋳型２への溶鋼注入手段として、上ノズル３、スライディングノズル４及び浸漬ノズル９が設置されている。

浸漬ノズル９は、下部に設置される吐出孔１０が鋳型内の溶鋼１７に埋没するようにその先端が浸漬されて使用される。摺動板６は、往復型アクチュエーター１２と接続されており、往復型アクチュエーター１２の作動により、上部固定板５と下部固定板７との間をこれらの固定板と接触したまま移動し、摺動板６と上部固定板５及び下部固定板７とで形成する開口部面積を調整することにより溶鋼流出孔１１を通過する溶鋼量が制御される。

上部ノズル３の拡大図を図２に示す。図２に示すように、上ノズル３は、上部吹込部３ａ、下部吹込部３ｂ、及び、上部吹込部３ａと下部吹込部３ｂとの中間に位置する本体部３ｅの３つの部分で構成され、その外周には鉄皮３ｆが配置されている。上部吹込部３ａ及び下部吹込部３ｂは、ガス吹込部であり、アルミナ質のポーラス煉瓦で形成されている。本体部３ｅは、比較的緻密なアルミナ質で形成されている。図２では、上部吹込部３ａ及び下部吹込部３ｂが本体部３ｅと明確に区別できるように表示しているが、実際には明確な境界はなく、本体部３ｅを形成するアルミナ質煉瓦と、上部吹込部３ａ及び下部吹込部３ｂを形成するアルミナ質ポーラス煉瓦とが、徐々にその配合比率を変えるようにして形成されている。つまり、一体的に形成されている。

鉄皮３ｆを貫通して２本のガス導入管３ｃ，３ｄが配置されていて、ガス導入管３ｃは上部吹込部３ａに開口し、ガス導入管３ｄは下部吹込部３ｂに開口している。即ち、ガス導入管３ｃから供給されるＡｒガスなどの不活性ガスは上部吹込部３ａを介して溶鋼流出孔１１の内部に吹き込まれ、一方、ガス導入管３ｄから供給される不活性ガスは下部吹込部３ｂを介して溶鋼流出孔１１の内部に吹き込まれるように構成されている。上ノズル３の外周に配置される鉄皮３ｆは、上ノズル３の強度を確保する目的もあるが、不活性ガスが上ノズル３の外周面から流出することを防止している。従って、ガス導入管３ｃ，３ｄから供給された不活性ガスは、確実に溶鋼流出孔１１の内部に吹き込まれるようになっている。ガス導入管３ｃ，３ｄはそれぞれ独立したガス供給装置に接続しており、それぞれ独立して不活性ガスの供給量が制御されるようになっている。

このように構成されるスラブ連続鋳造機を用い、以下のようにして本発明の連続鋳造方法を実施する。

転炉または電気炉などの一次精錬炉またはＲＨ真空脱ガス装置などの二次精錬炉で溶製されたアルミキルド鋼の溶鋼１７を、取鍋（図示せず）からタンディッシュ１に注入し、タンディッシュ１に滞留する溶鋼量が所定量になったなら、摺動板６を開き、溶鋼流出孔１１を介して溶鋼１７を鋳型２に注入する。溶鋼１７は、吐出孔１０から、鋳型短辺１４に向かう吐出流１８となって鋳型内に注入される。鋳型内に注入された溶鋼１７は鋳型２により冷却され、凝固シェル２１を形成する。そして、鋳型内に所定量の溶鋼１７が注入されたなら、吐出孔１０を鋳型内の溶鋼１７に浸漬した状態で、鋳型２の下方に設置したピンチロール（図示せず）を駆動して、外殻を凝固シェル２１とし、内部に未凝固の溶鋼１７を有する鋳片の引き抜きを開始する。引き抜き開始後は溶鋼湯面１９の位置を鋳型内の略一定位置に制御しながら鋳造する。鋳型内の溶鋼湯面１９の上にはモールドパウダー２０を添加する。モールドパウダー２０は溶融して、溶鋼１７の酸化防止や凝固シェル２１と鋳型２との間に流れ込み潤滑剤としての効果を発揮する。

この鋳造中、上ノズル３の上部吹込部３ａ及び下部吹込部３ｂから、Ａｒガスなどの不活性ガスを溶鋼流出孔１１の内部に吹き込む。その際に、不活性ガスの背圧または流量を増減させながら不活性ガスを吹き込むが、上部吹込部３ａ及び下部吹込部３ｂの双方ともに増減させる必要はなく、どちらか一方のみを増減させることで十分である。ここでは、上部吹込部３ａから吹き込む不活性ガスの背圧または流量を増減させ、下部吹込部３ｂからは一定背圧または流量で吹き込む場合について説明する。

図３に、不活性ガスの流量を周期的に変更する例を示す。図３において、Ｌ₁ は上限流量、Ｌ₂ は下限流量であり、Ｔ₁は上限流量吹き込み時間、Ｔ₂ は下限流量吹き込み時間である。つまり、上限流量（Ｌ₁ ）の流量で上限流量吹き込み時間（Ｔ₁）の吹き込みと、下限流量（Ｌ₂ ）の流量で下限流量吹き込み時間（Ｔ₂ ）の吹き込みとを交互に且つ周期的に行う。例えば、上限流量（Ｌ₁）は４〜１０Ｌ／分、下限流量（Ｌ₂ ）は２〜６Ｌ／分、上限流量吹き込み時間（Ｔ₁ ）は１〜２０秒、下限流量吹き込み時間（Ｔ₂）は１〜１０秒とすればよい。勿論、鋳造速度などに応じて上限流量（Ｌ₁ ）を更に大きくすることもできるし、上限流量吹き込み時間（Ｔ₁）及び下限流量吹き込み時間（Ｔ₂ ）をこれ以上に長くしても構わない。また、周期的でなく、不規則に増減させてもよい。但し、流量を徐々に変化させると効果が少ないので、図３に示すようなステップ状に変更することが望ましい。ガス導入管３ｃに接続するガス供給装置に流量調節弁（図示せず）及びタイマー（図示せず）を設けることで、容易に流量調整することができる。下部吹込部３ｂからは、例えば２〜６Ｌ／分の範囲で一定背圧または一定流量で吹き込めばよい。

上限流量（Ｌ₁ ）は、吹き込まれる不活性ガスにより、鋳型内の溶鋼湯面１９の変動が激しくなったり、溶鋼湯面１９に沸き立ち現象が発生したりする範囲よりも少ない流量に設定する必要がある。但し、上限流量（Ｌ₁）は鋳造条件に応じて変化するので、予め鋳造条件毎に把握しておくこととする。

不活性ガスの背圧を増減する場合も、流量を調整する場合に準じて行えばよい。圧力の上限値と下限値との差は、０．１〜０．５ｋｇ／ｃｍ² 程度の差とすればよい。但し、この場合も、吹き込まれる不活性ガスにより、鋳型内の溶鋼湯面１９の変動が激しくなったり、溶鋼湯面１９に沸き立ち現象が発生したりする範囲よりも少ない圧力を上限圧力として設定する必要がある。また、この場合には流量調節弁に代えて圧力調節弁を配置する必要がある。

このようにして、アルミキルド鋼を連続鋳造することで、溶鋼流出孔１１を流下する溶鋼流が攪乱され、偏流が防止されて偏流に伴う淀みが解消されるので、浸漬ノズル内壁におけるＡｌ₂ Ｏ₃ の付着を効率的に防止することができる。その結果、Ａｌ₂Ｏ₃ などの非金属介在物の少ない清浄鋼を安定して製造することが可能となる。

尚、上記説明ではガス吹込部位が２箇所の上ノズル３の例で説明したが、１箇所としても、また３箇所以上としても、上記に沿って本発明を適用することができる。また、上記説明では３枚板構成のスライディングノズル４の例を挙げたが、２枚板構成のスライディングノズルについても上記に沿って本発明を適用することができる。

前述した図１に示すスラブ連続鋳造機を用いて本発明を実施した。タンディッシュの容量は５０トンであり、厚みが２５０ｍｍ、幅が９５０ｍｍのスラブ鋳片を２．５ｍ／分の鋳造速度で鋳造した。上ノズルから吹き込む不活性ガスとしては、Ａｒガスを使用し、下部吹込部からのＡｒガス吹き込み流量は３．０Ｌ／分の一定とし、上部吹込部からのＡｒガス吹き込み流量は、上限流量（Ｌ₁ ）を８Ｌ／分、下限流量（Ｌ₂ ）を４Ｌ／分とし、上限流量吹き込み時間（Ｔ₁）を２０秒、下限流量吹き込み時間（Ｔ₂ ）を５秒として周期的に増減させた。

この条件で８ヒートの連続連続鋳造（「連々鋳」）を実施し、鋳造後、浸漬ノズル内壁のＡｌ₂ Ｏ₃ 付着量を測定した。その結果、Ａｌ₂Ｏ₃ 付着量は少なく、８ヒートの連々鋳は全く問題なく、更に連々鋳を続けることが可能であることが確認された。これに対して、従来の一定流量でＡｒガスを吹き込んだ場合（下部吹込部：３．０Ｌ／分、上部吹込部：８Ｌ／分）には、浸漬ノズル内壁のＡｌ₂Ｏ₃ 付着が激しく、８ヒートを超えて連々鋳を続けることは無理であることが確認されている。

本発明を実施する際に用いたスラブ連続鋳造機の鋳型部の概略図である。 図１における上部ノズルの拡大図である。 不活性ガスの流量を周期的に変更する例を示す図である。

符号の説明

１ タンディッシュ
２ 鋳型
３ 上ノズル
３ａ 上部吹込部
３ｂ 下部吹込部
３ｃ ガス導入管
３ｄ ガス導入管
３ｅ 本体部
３ｆ 鉄皮
４ スライディングノズル
５ 上部固定板
６ 摺動板
７ 下部固定板
８ 整流ノズル
９ 浸漬ノズル
１０ 吐出孔
１１ 溶鋼流出孔
１２ 往復型アクチュエーター
１３ 鋳型長辺
１４ 鋳型短辺
１５ 鉄皮
１６ 耐火物
１７ 溶鋼
１８ 吐出流
１９ 溶鋼湯面
２０ モールドパウダー
２１ 凝固シェル

Claims (3)

1. 浸漬ノズルへ吹き込む不活性ガスの背圧または流量を鋳造中に増減させながら、該浸漬ノズルを介して溶鋼を鋳型内に注入することを特徴とする、アルミキルド鋼の連続鋳造方法。
2. 前記不活性ガスの背圧または流量を一定周期で増減させることを特徴とする、請求項１に記載のアルミキルド鋼の連続鋳造方法。
3. 前記不活性ガスをタンディッシュに設置した上ノズルから吹き込むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のアルミキルド鋼の連続鋳造方法。

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