JP2007260711A

JP2007260711A - 鋼の連続鋳造方法。

Info

Publication number: JP2007260711A
Application number: JP2006087298A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Abe; 正道阿部; Makoto Suzuki; 真鈴木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2006-03-28
Filing date: 2006-03-28
Publication date: 2007-10-11
Anticipated expiration: 2026-03-28
Also published as: JP5034288B2

Abstract

【課題】汎用的な浸漬ノズルの設計・操業条件を適正化することによって連続鋳造操業の安定化と鋳片品質の向上を図り得る連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】連続鋳造鋳型内に浸漬ノズルを通して溶鋼を供給して連続鋳造するに当たり、前記浸漬ノズルからの溶鋼吐出量を4.0（t／min）以上とするとともに、前記浸漬ノズルの直胴部の内断面積A（mm²）に対する吐出孔面積の総和B（mm²）の比B／Aが1.5以上、2.3以下の浸漬ノズルを用い、かつ、該浸漬ノズルの直胴部の内断面積A（mm²）に対する溶鋼供給量Q（kg/min）の比Q/A（kg/min/mm²）を1.0以上とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、特に連続鋳造操業の安定化と鋳片品質の向上を図り得る連続鋳造方法に関する。

鋼の連続鋳造に当たっては、大きなスループットの下で、操業が安定して行えることと、鋳片の品質が優れていること、例えば、圧延後の製品に連続鋳造時のパウダー巻き込みなどに起因する疵が発生しないことが要求される。この要求を満たすために、連続鋳造条件を鋳造される鋼種やスラブ形状、さらには連続鋳造機の形式などに合わせて適正に選択することが行われている。

なかでも、連続鋳造時の鋳型内溶鋼の偏流と溶鋼表面の変動は、鋳片の品質に大きな影響を与えることが知られている。また、スループットも鋳片の品質に影響を与えることが知られている。さらに、操業の安定性の観点から、浸漬ノズルへの外気侵入とそれによる鋼中アルミニウムの酸化によるノズル閉塞を起こさないことが求められている。いい換えれば、偏流や表面変動の発生を抑制し、また、スループットを適正に確保しながら、連続鋳造操業の安定化と鋳片品質の向上を図り得る連続鋳造条件の確立が求められており、下記の手段が公知である。

たとえば、特許文献１には、ノズルの外径とモールド内部厚さの関係を規定し、モールド壁とノズルとの間隔を適切に調整してモールド内の溶鋼偏流を防止する発明が開示されている。また、特許文献２には、ノズルの吐出孔総断面積を内部流路断面積で除した値が0.8〜1.2の範囲とすることによりノズルの閉塞を長期間安定して防止するという発明が開示されている。特許文献３には、鋳造速度と、モールド断面積とノズル吐出孔面積の比の少なくとも何れか一方を調整して溶鋼吐出流速を制御し、吐出流によるモールド内に形成された凝固シェルの洗浄を抑制して鋳片縦割れの発生を防止する発明が開示されている。特許文献４には、浸漬ノズルの側面の他に底面にも吐出孔を設けて、その断面積比と溶鋼供給量との関係を規定して、鋳片のクレータエンド形状を改善して鋳片の未凝固領域における圧下効果を効果的に行うという発明が開示されている。さらに、特許文献５には、浸漬ノズルの内部に備える旋回羽根のパラメータを規定することによって、２孔ノズルの場合の鋳片表面積疵を低減するという発明が開示されている。

特開平5-154625号公報特開平5-318057号公報特開平3-114638号公報特開平8-243696号公報特開2000-239690号公報

しかしながら、特許文献１に開示の発明は、偏流の防止に当たり、浸漬ノズルの外径と鋳型の内法の厚みのみに着目しており、鋳型内溶鋼の偏流発生原因の一つと考えられるノズル内での偏流発生防止に着目していない。そのため、特許文献１に開示の発明によっては、鋳型内溶鋼の偏流を十分抑制することができない。また、特許文献２に開示の発明は、スループット、すなわち溶鋼供給量が大きい場合には、浸漬ノズル吐出孔出口における溶鋼速度が過大になり、鋳型短辺面の凝固シェル溶解によるブレークアウトトラブルにつながるという危険がある。特許文献３及び４に開示の発明は、鋳型内溶鋼の偏流や表面変動の抑制について示唆するところがなく、これらに基づく鋳片の品質低下を防止することができない。さらに、特許文献５に記載の発明は、鋳型内流動の不均一化に起因する鋳型表面疵の低減を示唆しているが、その実施のために特殊なノズルを必要とする。

本発明は、上記従来技術に係る問題点を解決することを目的とし、汎用的な浸漬ノズルの設計・操業条件を適正化することによって連続鋳造操業の安定化と鋳片品質の向上を図り得る連続鋳造方法を提供することを目的とする。

本発明者は、鋳型内溶鋼の偏流を防止するためには、ノズル内部における負圧の発生を防止することが重要であること、さらに、溶鋼表面の変動を防止するためには、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流速の変動を抑えることが重要であり、そのためには、ノズルの吐出孔総断面積とノズル直胴部断面積の比を適切な値にする必要があることを確認し、実験を繰り返して本発明の目的を達成できる条件を確立したものである。

本発明に係る鋼の連続鋳造方法は、連続鋳造鋳型内に浸漬ノズルを通して溶鋼を供給して連続鋳造するに当たり、前記浸漬ノズルからの溶鋼吐出量を4.0（t／min）以上とするとともに、前記浸漬ノズルの直胴部の内断面積A（mm²）に対する吐出孔面積の総和B（mm²）の比B／Aが1.5以上、2.3以下の浸漬ノズルを用い、かつ、該浸漬ノズルの直胴部の内断面積A（mm²）に対する溶鋼供給量Q（kg/min）の比Q/A（kg/min/mm²）を1.0以上とすることに特徴がある。

前記発明において、浸漬ノズルからの溶鋼吐出量が9.0（t／min）以下であることとするのが好ましく、また、浸漬ノズルの直胴部の内断面積A（mm²）に対する溶鋼供給量Q（kg/min）の比Q/A（kg/min/mm²）が2.0（kg/min/mm²）以下であることが好ましい。

本発明により、溶鋼の偏流と溶鋼表面の変動を防止するとともに、大きなスループットを得ながらノズル内部における負圧の発生を効果的に防止することができる。それにより、モールドフラックスの巻き込みなどによる鋳片品質の劣化を防止することができ、また、連続鋳造操業の安定化を図り得ることになる。

本発明が適用される鋼の連続鋳造機の鋳型形式は特に問わないが、鋳型サイズは幅（鋳型の長辺長さ）が900〜2200mm、厚さ（鋳型の短辺長さ）が150〜250mmのスラブ連続鋳造用のものであればよい。また、連続鋳造される鋼種も特に限定されない。

本発明では、かかるスラブ用の連続鋳造鋳型内に浸漬ノズルを通して溶鋼を注入する際の条件定めるに当たり、まず、浸漬ノズルからの溶鋼吐出量を4.0（t/min）以上とする。溶鋼吐出量が4.0（t/min）未満の場合には、上記範囲の鋳型サイズにおいて、鋳型内の溶鋼流速が小さくなりすぎて溶鋼中の非金属介在物が凝固シェルに捕捉され易くなり、清浄度の高い鋳片を得ることが難しくなるためである。これに対し、溶鋼吐出量が4.0（t/min）以上の場合には、上記範囲の鋳型サイズにおいて、鋳型内の溶鋼流速が十分大きくなり、溶鋼流のシェルに対する洗浄効果によって介在物がシェルに捕捉されるのを有効に防止できる。なお、溶鋼吐出量は4.0（t/min）以上であればよいが、その上限は、9.0(t/min)以下とするのがよい。溶鋼吐出量が9.0(t/min)を超えると、鋳型内の溶鋼流速が大きくなり過ぎて、溶鋼表面に存在するモールドフラックスが溶鋼中に巻き込まれて溶鋼の清浄度を低下させるからである。

浸漬ノズル1としては、図１、２に示すように、上部でスライディングゲート2に接続され、先端に閉塞部5を有し、直胴部3に鋳型7の両短辺9に向けて吐出孔4を設けた円筒形の２孔ノズルを用いる。吐出口4の断面形状は、本例ではほぼ図１(b)に示すように正方形となっているが、特に限定する必要がなく、円形、長方形（横長、縦長）等であってもよい。なお、浸漬ノズルの材質は、一般的に使用されているアルミナーグラファイト質が好ましいが、これも特に限定されるものではない。

本発明では、上記浸漬ノズル1の直胴部3の内断面積A（mm²）に対する吐出孔4の面積の総和B（mm²）の比B／Aを1.5以上、2.3以下とする。直胴部3の内断面積とは、図１（c）に示すように、浸漬ノズル1の直胴部における溶鋼流通部の横断面Aの占める面積をいい、吐出孔4の面積とは、図２に示すように浸漬ノズル1の吐出口4の鋳型7の短辺9に対する投影面積をいう。その総和とは、各短辺に対する上記投影面積の和をいう。

上記のように、浸漬ノズルの直胴部の内断面積A（mm²）に対する吐出孔面積の総和B（mm²）の比B/Aを制限するのは、比B/Aが1.5より小さいと、浸漬ノズル吐出孔口4の出口における溶鋼速度が過大になり、鋳型短辺9の上に形成された凝固シェルが溶解することによるブレークアウトが発生しやすくなるからである。一方、比B/Aが2.3より大きいと、溶鋼吐出流が不安定になり、吐出流速が変動することによる溶鋼の表面変動が増大し、モールドフラックスが溶鋼流中に巻き込まれやすくなり、凝固シェルが接触してフラックスに起因する製品欠陥の原因になるからである。

上記条件を満たした上で、本発明では、上記浸漬ノズルの直胴部の内断面積A（mm²）に対する溶鋼供給量Q（kg/min）の比Q/A（kg/min/mm²）を1.0以上とする。ここに溶鋼供給量Qとは、浸漬ノズル1を通して鋳型7内に供給される溶鋼の1min当たりの溶鋼供給量（kg）をいい、スライディングゲートの開度の調整によりコントロールされるものである。

上記比Q/Aを1.0（kg/min/mm²）以上とすることによって、浸漬ノズル直胴部における溶鋼の充てん度が高くなり、負圧の発生を抑制する。すなわち、浸漬ノズルの直胴部の断面積が、スループット（溶鋼供給量）に対して大きい場合は、ノズル内部の容鋼の充てん度が低下し、ノズル直胴部を落下する溶鋼の流速が、タンディッシュからの溶鋼ヘッドによって決まることになり、ノズル直胴部に負圧が発生する。これに対して、ノズル直胴部の断面積が、スループットに対して大きくない場合には、ノズル内部に溶鋼が十分に充てんされるようになるので、負圧の発生は減少するのである。なお、上記比Q/Aは、2.0(kg/min/mm2)以下とするのがよい。Q/Aが2.0(kg/min/mm²)を超えると、スライディングゲートでの流量調節をほとんど行わずに鋳造することになり、ノズル直胴部での充てん度は極限的に高まるものの、流量調節が難しくなり、モールドの湯面レベル調整の感度が鈍るためである。

また、上記充てん度の上昇は、第一に負圧の発生を抑制して、タンディッシュとスライディングノズル、さらにはスライディングノズルと浸漬ノズル間の僅かの隙間から外気が侵入するのを防止する。それによって、ノズル内部で溶鋼、特に脱酸剤であるアルミニウム再酸化してノズル閉塞の原因となるのを防止できる。このことは、安定した鋳造操業につながる。また、溶鋼中の介在物量の増加を防止して製品欠陥を減少させる。

充てん度の上昇は、充てん度の低い場合には溶鋼がノズル内を自由落下するため偏流が発生し易くなることとの対比から分かるように、浸漬ノズル内での偏流の発生が抑制される。このことは、偏流によってモールド溶鋼湯面には縦渦が形成され易くなり、形成された縦渦によってモールドフラックスが溶鋼中に巻込まれてフラックス起因の製品欠陥の発生防止に役立つ。また、偏流によって溶鋼表面流速が局部的に増加してモールドフラックスが巻込まれ、鋳型内の凝固シェルに取り込まれて生ずる製品欠陥の発生の防止にも役立つ。さらに、モールド内の溶鋼偏流によって介在物や気泡の侵入深さが増加し、これらが凝固シェルに捕捉される頻度の低減にも寄与する。

使用する浸漬ノズルの直胴部の内断面積Aを種々に変化させ、表１に示す条件で鋳片厚：220mm、鋳片幅：1600mmの低炭アルミキルド鋼スラブを連続鋳造した。鋳造速度は2.0m/minとし、また、浸漬ノズルからの溶鋼吐出量は5.5t/minとした。浸漬ノズルとしては、図１に示すように正方形の吐出孔を有する２孔ノズルを用い、連続鋳造の際のモールド内における偏流発生の有無、モールド内における湯面変動状況、ノズル閉塞の有無および鋳片品質について調査し、総合評価を行った。得られた結果を表１に示す。

モールド内における偏流発生の有無は、鋳型短辺の冷却水温度から推定し、左右の鋳型短辺での総括熱流束の差が基準値を超えることがある場合（例えば、冷却水の流量が左右で同−の場合、入側温度と出側温度の差が、左右の短辺で3℃以上異なることがある場合）を×、常に基準値の範囲内である場合を○で表した。モールド内における湯面変動状況は、鋳型湯面直上に設置した湯面位置検出装置で測定した湯面位置の変動量が、常に基準値の範囲内（例えば±7mm以内）の場合を○、基準値を超える場面変動が発生することがある場合を×で表した。ノズル閉塞の有無は、鋳造後のノズルを回収して、ノズル内部のアルミナ付着量を調査し、基準値（例えば5mm）を超える付着個所がある場合を×、どの部位でも付着量が基準値以下の場合を○で表した。鋳片品質は、該当する鋳片を圧延して製造した製品（冷延コイル）について、介在物（アルミナ性およびパウダー性）欠陥を検出する欠陥検出計で全面調査し、欠陥率が基準値を超えたコイルが10％を超えたものを×、基準値を超えるコイルが10％以下だったものを△、すべてのコイルが基準値以下だったものを○で表した。総合評価は、上記の調査結果を総合して評価した結果で、○は操業・品質上、全く問題がないもの、△は操業・品質上、項目によっては多少問題があるものの、実用に供することは可能なもの、×は、操業上または品質上、重大な問題があり、適用すべきではないものを意味する。

本発明に用いる浸漬ノズルの概要を示す断面図である。連続鋳造鋳型内における浸漬ノズルの配置状況を示す概念図である。

符号の説明

1：浸漬ノズル、2：スライディングノズル、3：直胴部、4：吐出孔、5：閉塞部、7：連続鋳造鋳型、8：長辺、9：短辺

Claims

連続鋳造鋳型内に浸漬ノズルを通して溶鋼を供給して連続鋳造するに当たり、
前記浸漬ノズルからの溶鋼吐出量を4.0（t／min）以上とするとともに、前記浸漬ノズルの直胴部の内断面積A（mm²）に対する吐出孔面積の総和B（mm²）の比B／Aが1.5以上、2.3以下の浸漬ノズルを用い、かつ、該浸漬ノズルの直胴部の内断面積A（mm²）に対する溶鋼供給量Q（kg/min）の比Q/A（kg/min/mm²）を1.0以上とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
前記浸漬ノズルからの溶鋼吐出量が9.0（t／min）以下であることを特徴とする請求項１記載の鋼の連続鋳造方法。
浸漬ノズルの直胴部の内断面積A（mm²）に対する溶鋼供給量Q（kg/min）の比Q/A（kg/min/mm²）が2.0以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の鋼の連続鋳造方法