JP2009501085A - 連続鋳造用タンディッシュ - Google Patents

Abstract

本発明は、鋼の連続鋳造に関し、特に鋼の再酸化の問題に関する。詳細には、本発明は、ノズル（１）および鋼の再酸化を防止または制限する耐火周囲要素（４）を含んで成るアセンブリを含んで成るタンディッシュ（５０）に関する。他の態様によれば、本発明は、そのような耐火周囲要素および鋼の連続鋳造方法にも関する。

Description

本発明は、鋼の連続鋳造に関し、特に鋼の再酸化の問題に関する。詳細には、本発明は、ノズルと、鋼の再酸化を防止または制限する耐火周囲要素とを含んで成るアセンブリを含んで成るタンディッシュに関する。他の観点によれば、本発明は、そのような耐火周囲要素および鋼の連続鋳造方法にも関する。

品質および性質の制御に対する要求が高まるにつれ、鋼の清浄度はますます重要になっている。化学組成の制御および均質性などの問題に代わって、非金属介在物の存在により発生する問題が重視されてきた。特に酸化アルミニウム介在物の存在が、製造プロセス自体と鋼の性質の両方にとって有害であると考えられている。これらの介在物は、連続鋳造にとって必要なレードル内での鋼の脱酸中に主に形成される。二次冶金処理での非金属介在物の不十分な除去および鋼溶融物の再酸化は、連続鋳造中にノズルの詰まりを引き起こす。詰まった物質の層は、一般的に酸化アルミニウムの大きなクラスターを含む。層の厚さは、鋳造される鋼の量ならびに鋼の清浄度に関係する。ノズルが詰まると、単位時間あたりに鋳造される鋼が少なくなり（直径低下の結果）、鋳造を中断してノズルを交換するため、生産性が低下する。詰まりの他に、再酸化生成物の存在は、ノズルのエロージョンを起こし、鋼中の介在物系欠陥の形成を起こす。

鋼の再酸化を防ぐ解決法がいくつか当分野で開発されてきた。特に、溶融金属流は一般的に、鋳造容器から下流側容器（または鋳型）への移動の間、鋳込まれる鋼と周囲雰囲気との直接接触を防ぐため、注湯シュラウドにより覆われている。溶融金属流を遮蔽するために、注湯ノズルの表面にアルゴンを直接噴射することが多い。一般に、冶金容器（例えばタンディッシュ）内の溶鋼の表面は、鋼と周囲雰囲気の間の直接接触を防ぐために、液状スラグ層で覆われている。あるいは（またはそれに加え）、タンディッシュの上方の雰囲気を不活性とすることもできる（酸素スカベンジャーまたはアルゴンなどの不活性ガスを利用）。

非金属介在物および再酸化生成物がタンディッシュ内に存在する時にそれらを除去するさらなる解決法が当業界内で開発されてきた。一般に、これらの解決法では、介在物および再酸化生成物の浮上を促進して浮遊スラグ層に捕獲させる。例えば、ダム、堰、バッフルおよび／またはインパクトパッドを使用して、タンディッシュ内の溶融金属流を上向きに逸らせることができる。不活性ガスバブリング装置を使用して、介在物および再酸化生成物を浮上分離させることもできる。

介在物および酸化生成物を無害にする他の解決法も存在する。例えば、カルシウム系合金を使用して、酸化アルミニウム介在物の存在により発生する問題のいくつかを解消できる。

これらの従来技術の解決法は全て、鋼の一般的な清浄度の向上に貢献したが、鋳造起因の介在物または再酸化生成物の無い鋼をまだ可能にはしていない。さらに、今度は、従来技術解決法のいくつかは、鋼中に新たな欠陥を生みだし（ガスバブリング、カルシウム系合金など）、高価であり（不活性雰囲気の使用）または環境的に許容できないことがある。これらの理由から、経済的で環境問題を起こさずに、上記の問題を解決する他の解決法を提案できれば望ましいであろう。

本発明は、鋼を比較的清浄にすることができるとしても、通常の状態で鋳型に至るまでその鋼を清浄に保つことが不可能であるという仮定に基づいている。特に、連続鋳造に使われる容器内張り、スラグ、ノズル、ストッパーなどの耐火要素（一般的に金属酸化物）同士の化学反応による鋼の再酸化も再酸化生成物を生み出すことがある。再酸化の他の潜在的な源は、これらの耐火要素を透過する酸素、底部壁内張りとノズル入口の間の透過性ジョイントを透過する酸素、耐火要素から脱着した酸素である。

したがって、本発明の目的は、再酸化生成物が鋳造ノズルに達するのを防ぎ、かつ／または再酸化生成物が鋳造ノズルの近傍またはその中で形成することを防ぐことにより、上記の問題を解決することである。

本発明によれば、この目的は、請求項１に記載のタンディッシュの使用により達成される。

タンディッシュの注湯口の周りに周囲要素を設けることは当業界にすでに知られている。例えば、ＦＲ−Ａ−２３９４３４８は、注湯口への「冷たい」鋼の流入を避けるため、十分なレベルの、その結果十分な熱量に達するまで、タンディッシュ中に鋼を保持するためのリングを開示している。しかし、従来技術は、周囲要素またはリングの主表面の最低レベルがノズルの頂部外縁より低くなることを開示できていない。

特開２００３−２０５３６０号は、鋼の連続鋳造のためのタンディッシュを開示している。このタンディッシュの羽口ブロックは２つの要素から構成されている。ノズルは羽口ブロックの底部内に位置している。付加的な耐火要素が、ノズルの上部より上に配置され、ノズルと羽口ブロックの間のセメント結合部を覆って保護している。しかし、この文書は、耐火要素の外周が、タンディッシュの底部壁の表面よりも高くなくてはならないことを開示していない。

本発明の特殊な構成によれば、冶金容器内に存在し、容器の底面に蓄積しやすく、溶鋼流により流される再酸化生成物および／または介在物はノズルの入り口に到達できない。

ノズルを取り巻く要素は、どのような適切な形状でもよい。冶金容器としての構造の機能上、円形でも、楕円でも、多角形でもよい。主開口部は、中心にあってもよいし中心を外れていてもよい。ノズルを取り巻く要素は、１つまたは複数のタンディッシュ壁が注湯口に近い場合に適応するため切除加工を施すこともできる。要素の主表面は平面でもよいし非平面でもよい（円錐台形状でも、波形でも、傾斜していてもよい）。ノズルは、内部ノズルでもよいし（例えば、溶鋼流が、スライドゲートバルブにより制御されている、または、チューブまたは較正済ノズル交換器が備えられている場合）、浸漬式流入シュラウドすなわちＳＥＳでもよい（例えば、ストッパー制御の場合）。冶金容器またはタンディッシュは、本発明のアセンブリを１つまたは複数備えていてよい。アセンブリは、一体型予備形成物品としても（例えば、共圧縮成形または鋳包まれて）、別々な物品としても供給できる。

本発明によると、耐火要素は、主表面と、主表面を取り巻く周縁部とを含んで成り、周縁部の上面は耐火要素の主表面よりも高い。それにより、一種の偏向トラップが、ノズルを取り巻く領域につくられる。周縁部の上面が平面である必要はなく、周縁部に沿って波形あるいは高さ変化していてもよい（例えば、容器の側壁に近い周縁の領域では高く、他の面では低い）。少なくとも１つの耐火要素の周縁部の高さは、タンディッシュの底部壁の表面より高い。それにより、ノズルタンディッシュの周りに、介在物または再酸化生成物がタンディッシュの入口に到達することを防ぐ第二の障害が作られる。この種の形態が特に有利である。

有利な形態として、耐火周囲要素は、ガス不透過性材料、好ましくはキャスタブル材料からつくられている。材料がガス不透過性と見なされるには、開放気孔率（使用温度での）が２０％より低い（したがって、典型的には３０％を超える従来の内張材料の開放気孔率より低い）ことが必要である。耐火材料、特にキャスタブル材料では、透過率は、一般的に気孔率と直接関係がある。したがって、低気孔率キャスタブルは気体の透過率が低い。そのような低気孔率は、周囲要素を構成する材料中に酸素スカベンジャー物質（例えば、酸化防止剤）を含むことにより得られる。好適な材料は、炭化ホウ素または炭化ケイ素あるいはケイ素またはアルミニウムなどの金属（またはその合金）である。好ましくは、それらは、５wt％以下の量で使用される。あるいは（またはそれに加え）、溶融相を発生させる製品（例えばＢ₂Ｏ₃）を、周囲要素を構成する材料中に含めてもよい。好ましくは、それらは５wt％以下の量で使用される。あるいは（またはそれに加え）、より嵩張る新たな相を形成し（反応時または温度の影響で）それにより存在する気孔を閉鎖する材料を、予備形成要素を構成する材料中に含めてもよい。好適な材料としては、アルミナおよびマグネシアの組成物がある。それにより、ノズルを取り巻く領域中で鋼の再酸化が防止される。

本発明の特に好ましい実施形態によると、ノズルまたは（その構成層）自体がガス不透過性材料からできている。一般的に、このノズルは、耐火性酸化物（アルミナ、マグネシア、カルシア）からできており、等方圧縮成形されている。本発明の意味でガス不透過性と見なされるには、候補材料の１００ｇ試料をアルゴン雰囲気下で炉内に置き（穏やかなアルゴン流（約１Ｌ／分）を炉内に連続的に流す）、温度を１０００℃に上げる。次いで、温度を段々に１５００℃に上げ（１時間で）、次いで１５００℃に２時間保つ。次いで、１０００℃と１５００℃の間の試料の重量減を測定する。その材料がガス不透過性であると見なされるにはこの重量減が２％未満でなくてはならない。それにより、介在物または再酸化生成物がノズルに到達できないだけでなく、それらはノズル自体の中で生成できない。この特殊な組み合わせによって、介在物および再酸化生成物が完全に無い鋼が鋳造できるという相乗効果が得られる。

ノズルを構成する材料は、以下の３つの分類の材料から選択できる。
ａ）炭素を含まない材料、
ｂ）炭素と組み合わさって非還元性耐火性酸化物から基本的に構成されている材料、または、
ｃ）発生する一酸化炭素と反応する元素を含んで成る材料。
好ましくは、選択される材料は、上記の分類のうち２つまたは３つに属する。

第１の分類の好適な材料の例は、アルミナ、ムライト、ジルコニアまたはマグネシア系材料（スピネル）である。

第２の分類の好適な材料は、例えば、純粋なアルミナ・カーボン組成物である。特に、これらの組成物は、シリカまたはシリカ中に通常見いだされる従来の不純物（酸化ナトリウムまたは酸化カリウム）の含有量が極少量でなくてはならない。特に、シリカおよびその従来の不純物は、１．０wt％未満、好ましくは０．５wt％未満に保たなくてはならない。

第３の分類の好適な材料は、例えば、一酸化炭素と結合して金属酸化物と遊離炭素とを形成できる遊離金属である。ケイ素およびアルミニウムがこの用途に好適である。これらの材料は、酸素化合物と反応できる炭化物または窒化物（例えば、炭化ケイ素または炭化ホウ素）も含んでいてもよいしそれら自体であってもよい。

好ましくは、選択される材料は、第２または第３の分類に属し、さらに好ましくは第２および第３の分類に属するであろう。

使用温度で一酸化炭素を生じない層を構成する好適な材料は、６０〜８８wt％のアルミナ、１０〜２０wt％のグラファイトおよび２〜１０wt％の炭化ケイ素を含んでよい。そのような材料は、基本的に非酸化物種または非還元性酸化物から構成されており、使用状態で存在する場合酸素と反応できる炭化ケイ素を含んで成る。

変形態様において、鋼が接触する表面（ノズルの内部および外部）に存在する内張りのみがそのような材料でできている。他の変形態様において、ノズルおよび周囲要素は一体（単一部材）として作られる。

周囲要素とノズルの間の結合部が完全に密閉性でない場合、ガス不透過性モルタルからできているモルタルジョイントを設けるのが有利であろう。従来のモルタルは、開放気孔率が４０〜５０％である。この有利な実施形態によると、モルタルは、開放気孔率が２０％未満でなくてはならない。モルタルのそのような低気孔率は、周囲要素と同じ手段を採ることにより得られる。

他の態様によると、本発明は、本発明によるアセンブリに使用される特定の耐火性周囲要素に関する。この周囲要素は、ノズルの外表面の少なくとも一部と係合するようにされている主開口部と、主開口部を取り巻く主表面と、主表面を取り巻く周縁部とを含んでなり、周縁部の上面の高さが主表面の高さより高い。有利な形態においては、耐火周囲要素は、ガス不透過性材料からできている。それによりノズルを取り巻く領域での鋼の再酸化は防止される。例えば、このために特に好適な組成物は、７５wt％以上のＡｌ₂Ｏ₃、１．０wt％未満のＳｉＯ₂、５wt％未満のＣ、使用温度でアルミニウム（特に溶融鉄に熔解しているアルミニウム）により還元されない耐火性酸化物または酸化物化合物（例えば、カルシアおよび／またはスピネル）から構成されている残部を含んで成る高アルミナ材料から基本的に構成されている。特に好適な材料は、ＶＥＳＵＶＩＵＳ ＵＫ Ｌｔｄ．から市販のＣＲＩＴＥＲＩＯＮ ９２ＳＲキャスタブルである。この材料は、融解アルミナ・マグネシアスピネルで強化された高アルミナ低セメントキャスタブル材料である。この製品の典型的な分析値は以下のとおりである。
Ａｌ₂Ｏ₃ ９２．７wt％
ＭｇＯ ５．０wt％
ＣａＯ １．８wt％
ＳｉＯ₂ ０．１wt％
その他 ０．４wt％

さらに他の態様によると、本発明は、上述のタンディッシュから溶鋼を注湯することを含んで成る鋼の連続鋳造方法を対象とする。

本発明を、添付図面を参照して説明する。

冶金容器（ここではタンディッシュ）の底部壁３は、一般的に、耐火レンガまたはキャスタブル材料でできている永久内張り３３から構成されている。永久内張り３３の上に、キャスタブル材料の作用層３２が一般的に存在する。作用層の表面３１は、鋳造操業中に溶鋼に接触する。冶金容器の金属外殻３５を保護するため、断熱材料の層３４が通常永久内張り３３の下に存在する。

ノズル１はタンディッシュの底部を貫通し、タンディッシュから連続鋳造鋳型への溶鋼の移動を役割とする。ノズルには、溶鋼通路２を画定する孔への流入口１１がある。流入口の上端は参照符号１２で示してある。図１は、浸漬式流入シュラウドすなわちＳＥＳを示すが、上記で説明のとおり、他の種のノズル（内部ノズルなど）も本発明の範囲に包含される。ＳＥＳの場合、連続鋳造操業には、一般的に、詰まった場合にノズル１を破壊し鋳造操業の継続を可能にするギロチン３７がある。一般的に、ＳＥＳはラミング材３６により所定の位置に維持される。

耐火周囲要素４は、ノズル１の流入口部分１１を取り巻く。周囲要素４は、主開口部４０を取り巻く主表面４１を備えている。主表面は、図１では円錐台形に、図２および３では平面に表したが、上記で説明のとおり、他の形態も可能である。持ち上がった周縁部が主表面４１を取り巻く。周縁部の上面４２は、主表面４１の高さより高い。

図１から分かるように、タンディッシュの表面３１より周縁部の上面４２が高く持ち上がっていることが有利である。

耐火要素４とノズル１の間の結合部５にモルタルまたはセメントジョイントを付与して、さらに密閉性を向上できる。

本発明の効果を確認する実験を行なった。鋳造操業の終了時に内部ノズル中に残る凝固した鋼スカルを回収し、中央で垂直に切断した。図４（比較のため示す）は、従来装置（耐火周囲要素無し）で回収されたスカルを示し、図５は、本発明による装置で回収されたスカルを示す。

図４のスカル２０は、領域２１、２１’に、ノズルの内壁に堆積したアルミナの存在を示す著しい障害を示す。このアルミナ堆積は、上記で説明した有害な結果全てを伴うノズルの詰まりの原因である。図４のスカル２０は、領域２２、２２’に、ノズル入口の深刻なエロージョンを示す拡大した部分も示す。

図５に示すスカル２０はノズルの内部形状に対応しており、このことはノズルがエロージョンもアルミナの詰まりも受けなかったことを示す。

切除部を備えた周囲要素４を例示する本発明の特定の実施形態を図６、６ａおよび７に示す。

図１は、本発明によるアセンブリを備えた冶金容器の底部壁の断面を示す。 図２は、本発明による周囲要素の平面図を示す。 図３は、本発明による周囲要素の斜視図を示す。 図４は、ノズルの上部で鋳造操業の終了時に回収されたスカルを示す。 図５は、ノズルの上部で鋳造操業の終了時に回収されたスカルを示す。 図６は、本発明の１実施形態による周囲要素の平面図を示す。 図６ａは、本発明の１実施形態による周囲要素の側面図を示す。 図７は、本発明によるタンディッシュの平面図を示す。タンディッシュ５０（底部壁３を有する）は、タンディッシュ壁の近傍に適応するように切除部を有する耐火要素４を含んで成る。明快にするためノズル１は詳細に描いていない。

Claims (8)

1. 冶金容器の底部壁（３）を貫通して溶融金属を移動させるための通路（２）を形成する耐火ノズル（１）と、該ノズル（１）の入口部分（１１）を取り巻く耐火要素（４）とのアセンブリを少なくとも１つ含んで成る溶鋼の連続鋳造のためのタンディッシュであって、該要素（４）が、該ノズル（１）の外表面の少なくとも１部分と係合する主開口部（４０）と、該主開口部（４０）を取り巻き且つ最低レベル部を有する主表面（４１）であって、該耐火要素（４）の主表面（４１）の最低レベル部が該ノズル（１）の入口部分（１１）の頂部外縁（１２）より低い主表面（４１）と、該要素（４）の主表面（４１）を取り巻く周縁部であって、該周縁部の上面（４２）が該耐火要素（４）の主表面（４１）より高い周縁部とを含んで成るタンディッシュにおいて、該耐火要素（４）の該周縁部の上面（４２）がタンディッシュの底部壁（３）の表面（３１）より高いことを特徴とするタンディッシュ。
2. 該要素（４）がガス不透過性耐火材料からできていることを特徴とする、請求項１に記載のタンディッシュ。
3. 該ノズル（１）が基本的にガス不透過性耐火材料から構成されていることを特徴とする、請求項１または２に記載のタンディッシュ。
4. 該ノズル（１）と該耐火要素（４）の間にモルタルジョイント（５）が存在し、該モルタル（５）がガス不透過性であることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のタンディッシュアセンブリ。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のタンディッシュに使用するための耐火要素（４）であって、
   該ノズル（１）の外表面の少なくとも１部分と係合する主開口部（４０）と、
   該主開口部（４０）を取り巻く主表面（４１）と、
   主表面（４１）を取り巻く周縁部と
   を含んで成り、該周縁部の上面（４２）のレベルが主表面（４１）より高い要素（４）において、
   ガス不透過性材料から構成されていることを特徴とする該要素（４）。
6. ７５wt％以上のＡｌ₂Ｏ₃、１．０wt％未満のＳｉＯ₂、５wt％未満のＣ、使用温度でアルミニウムにより還元されない耐火性酸化物または酸化物化合物から構成されている残部を含んで成る高アルミナ材料から基本的に構成されていることを特徴とする、請求項５に記載の要素（４）。
7. 切除加工を施されている、請求項５または６に記載の要素（４）。
8. レードルからタンディッシュへ、タンディッシュから鋳造鋳型へと溶鋼を注湯することを含んで成る鋼の連続鋳造方法において、
   該タンディッシュが請求項１から４のいずれかに記載のタンディッシュであることを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。

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