JP2012110946A - 高清浄度鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】 取鍋からタンディッシュへ流出する詰め砂や取鍋スラグの影響を抑制しながら、タンディッシュ内溶鋼上に存在するスラグ組成を制御して溶鋼中介在物のスラグへの捕捉を促進させる。
【解決手段】 タンディッシュ１の溶鋼注入点６と溶鋼流出孔７との間に、溶鋼湯面１３をタンディッシュの全幅に亘って区切る堰４を配置し、堰の下流側のタンディッシュ内溶鋼湯面を覆うスラグの組成が、下記の（１）式及び（２）式を満たすように、堰の下流側の溶鋼湯面にフラックスを添加する。但し、ＷCaO、ＷSiO2、ＷAl2O3は、それぞれスラグ中のＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）、ＭAl2O3は取鍋内溶鋼中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）である。
ＷCaO/ＷSiO2≧4.0 …(1) 0.6×(ＷAl2O3＋ＭAl2O3)≦ＷCaO≦1.6×ＷAl2O3…(2)
【選択図】 図１
【解決手段】 タンディッシュ１の溶鋼注入点６と溶鋼流出孔７との間に、溶鋼湯面１３をタンディッシュの全幅に亘って区切る堰４を配置し、堰の下流側のタンディッシュ内溶鋼湯面を覆うスラグの組成が、下記の（１）式及び（２）式を満たすように、堰の下流側の溶鋼湯面にフラックスを添加する。但し、ＷCaO、ＷSiO2、ＷAl2O3は、それぞれスラグ中のＣａＯ、ＳｉＯ2、Ａｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）、ＭAl2O3は取鍋内溶鋼中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）である。
ＷCaO/ＷSiO2≧4.0 …(1) 0.6×(ＷAl2O3＋ＭAl2O3)≦ＷCaO≦1.6×ＷAl2O3…(2)
【選択図】 図１
Description
本発明は、連続鋳造機のタンディッシュ内の溶鋼上に存在するスラグの組成を制御することにより、溶鋼中の酸化物系非金属介在物を吸収・除去して高清浄度鋼を製造する連続鋳造方法に関する。
鉄鋼材料の高機能化及び高品質化への要求の高まりから、鋼中の不純物元素を極限まで低減することが望まれており、溶鋼段階においては、鋼の高純度化及び高清浄度化のための技術が必要とされている。鋼中の不純物元素の１つである酸素は、鋼中に酸化物系非金属介在物として存在した場合、鉄鋼製品における欠陥の原因となるので、極力除去する必要がある。
現在、一般的な鋼は、転炉で精錬された後に取鍋に出鋼され、その後、必要に応じてＲＨ真空脱ガス装置などの二次精錬を経由した後、連続鋳造機で鋳造されて製造されている。連続鋳造機では、取鍋内の溶鋼を一旦タンディッシュに注入し、タンディッシュに所定量の溶鋼を滞留させた状態でタンディッシュから鋳型に溶鋼を注入して鋳片を製造している。連続鋳造機のタンディッシュは、溶鋼を各鋳型に分配する保持容器としての機能とともに、溶鋼中の酸化物系非金属介在物（以下、単に「介在物」と記す）を浮上分離させて溶鋼の清浄性を向上させる機能を有している。
また、タンディッシュでは、介在物の浮上分離を促進させる目的で、浮上してきた介在物を捕捉除去するためのフラックスを添加することが行われることがある。また、フラックスをタンディッシュ内溶鋼の汚染防止の対策に用いる場合もあり、添加したフラックスで溶鋼を被覆して溶鋼と空気との接触を防止する、或いは、タンディッシュ内の酸素ポテンシャルの高いスラグをフラックスによって改質し、スラグによる溶鋼の再酸化を防止するなどが行われている。
例えば、特許文献１には、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が１．５以上で、且つ、１０〜２０質量％のＳｉＯ2を含有するパウダーをタンディッシュ内に添加して溶鋼上に滓化スラグを形成し、その後、ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3が１．５以上、ＣａＯ＋Ａｌ2Ｏ3が５０質量％以上で、且つ、ＳｉＯ2の含有量が１０質量％以下であるパウダーを添加し、タンディッシュにおいて介在物の吸収を促進すると同時に、タンディッシュ耐火物の溶損やＳｉＯ2による溶鋼汚染を防止する方法が開示されている。
また、特許文献２には、ＣａＯ／ＳｉＯ2が４〜１０の粉末状フラックスを、タンディッシュ内スラグのＣａＯ／ＳｉＯ2が３〜５に維持されるように逐次添加し、取鍋からの溶鋼の注入開始時の詰め砂（スライディングノズルに詰めた砂、主成分：一般的にはＳｉＯ2）の影響を抑制する方法が開示されている。
また更に、特許文献３には、２７〜６０質量％ＣａＯ、３６〜７０質量％Ａｌ2Ｏ3、５〜２５質量％ＭｇＯを主成分とするフラックスをタンディッシュに添加し、タンディッシュ内に溶融したスラグを生成させ、更に、スラグ中のＳｉＯ2を７質量％以下として溶鋼表面を覆い、これにより、空気との接触、並びに、ＳｉＯ2による溶鋼の酸化を抑制する方法が開示されている。
しかしながら、上記従来技術には以下の問題点がある。
即ち、特許文献１の方法では、取鍋からの溶鋼の注入開始時にタンディッシュ内に流出する詰め砂や、取鍋からの溶鋼の注入末期にタンディッシュ内に流出する取鍋スラグによるスラグの組成変化の影響が考慮されておらず、介在物の吸収を十分に行えないという問題点がある。
また、特許文献２及び特許文献３の方法では、タンディッシュ内スラグの組成を維持するようにフラックスを添加しているが、取鍋からの注入開始時に流出する詰め砂や、取鍋からの注入末期に流出する取鍋スラグの混入によって、スラグ組成の維持のために添加するフラックスが多くなり、処理コストが増大す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、取鍋からタンディッシュへ流出する詰め砂や取鍋スラグの影響を抑制しながら、タンディッシュ内の溶鋼上に存在するスラグの組成を制御して溶鋼中介在物のスラグへの捕捉を促進し、介在物の少ない、清浄性に優れた鋳片を製造することのできる、高清浄度鋼の連続鋳造方法を提供することである。
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
（１） 取鍋から連続鋳造用鋳型へタンディッシュを介して溶鋼を供給するにあたり、前記タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と前記鋳型への溶鋼流出孔との間に、タンディッシュ内の溶鋼湯面をタンディッシュの全幅に亘って区切る堰を配置し、当該堰の下流側のタンディッシュ内溶鋼湯面を覆うスラグの組成が、下記の（１）式及び（２）式を満たすように、堰の下流側の溶鋼湯面にフラックスを添加することを特徴とする、高清浄度鋼の連続鋳造方法。
ＷCaO/ＷSiO2≧4.0 …(1)
0.6×(ＷAl2O3＋ＭAl2O3)≦ＷCaO≦1.6×ＷAl2O3…(2)
但し、（１）式及び（２）式において、ＷCaOはスラグ中のＣａＯの質量（ｋｇ）、ＷSiO2はスラグ中のＳｉＯ2の質量（ｋｇ）、ＷAl2O3はスラグ中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）、ＭAl2O3は鋳造前の取鍋内溶鋼中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）である。
（２） 前記堰は、複数のチャージが連続した連続鋳造中における取鍋交換時のタンディッシュ内の溶鋼湯面が最も低下した時点において、下記の（３）式、（４）式及び（５）式を満たすように、その形状及びその設置位置が定められていることを特徴とする、上記（１）に記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法。
0.07×(Ｂ/Ａ)-1.5≦ｄ/Ｄ≦2.0−2.0×(Ｂ/Ａ) …(3)
0.2≦Ｂ/Ａ≦0.8 …(4)
0.1≦ｄ/Ｄ≦0.9 …(5)
但し、（３）式、（４）式及び（５）式において、Ａは、タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と鋳型への溶鋼流出孔との間の水平方向距離（ｍ）、Ｂは、タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と堰の溶鋼注入点側の側壁までの水平方向距離（ｍ）、Ｄは、堰の設置された位置でのタンディッシュ内の溶鋼深さ（ｍ）、ｄは、堰の溶鋼への浸漬深さ（ｍ）である。
（３） 前記堰の上流側のタンディッシュ内溶鋼湯面を覆うスラグの組成が、下記の（６）式を満たすように、堰の上流側の溶鋼湯面にフラックスを添加することを特徴とする、上記（１）または上記（２）に記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法。
（１） 取鍋から連続鋳造用鋳型へタンディッシュを介して溶鋼を供給するにあたり、前記タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と前記鋳型への溶鋼流出孔との間に、タンディッシュ内の溶鋼湯面をタンディッシュの全幅に亘って区切る堰を配置し、当該堰の下流側のタンディッシュ内溶鋼湯面を覆うスラグの組成が、下記の（１）式及び（２）式を満たすように、堰の下流側の溶鋼湯面にフラックスを添加することを特徴とする、高清浄度鋼の連続鋳造方法。
ＷCaO/ＷSiO2≧4.0 …(1)
0.6×(ＷAl2O3＋ＭAl2O3)≦ＷCaO≦1.6×ＷAl2O3…(2)
但し、（１）式及び（２）式において、ＷCaOはスラグ中のＣａＯの質量（ｋｇ）、ＷSiO2はスラグ中のＳｉＯ2の質量（ｋｇ）、ＷAl2O3はスラグ中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）、ＭAl2O3は鋳造前の取鍋内溶鋼中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）である。
（２） 前記堰は、複数のチャージが連続した連続鋳造中における取鍋交換時のタンディッシュ内の溶鋼湯面が最も低下した時点において、下記の（３）式、（４）式及び（５）式を満たすように、その形状及びその設置位置が定められていることを特徴とする、上記（１）に記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法。
0.07×(Ｂ/Ａ)-1.5≦ｄ/Ｄ≦2.0−2.0×(Ｂ/Ａ) …(3)
0.2≦Ｂ/Ａ≦0.8 …(4)
0.1≦ｄ/Ｄ≦0.9 …(5)
但し、（３）式、（４）式及び（５）式において、Ａは、タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と鋳型への溶鋼流出孔との間の水平方向距離（ｍ）、Ｂは、タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と堰の溶鋼注入点側の側壁までの水平方向距離（ｍ）、Ｄは、堰の設置された位置でのタンディッシュ内の溶鋼深さ（ｍ）、ｄは、堰の溶鋼への浸漬深さ（ｍ）である。
（３） 前記堰の上流側のタンディッシュ内溶鋼湯面を覆うスラグの組成が、下記の（６）式を満たすように、堰の上流側の溶鋼湯面にフラックスを添加することを特徴とする、上記（１）または上記（２）に記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法。
ＷCaO/ＷSiO2≧2.0 …(6)
但し、（６）式において、ＷCaOはスラグ中のＣａＯの質量（ｋｇ）、ＷSiO2はスラグ中のＳｉＯ2の質量（ｋｇ）である。
但し、（６）式において、ＷCaOはスラグ中のＣａＯの質量（ｋｇ）、ＷSiO2はスラグ中のＳｉＯ2の質量（ｋｇ）である。
本発明によれば、タンディッシュに設置した堰によってタンディッシュ内の溶鋼湯面を取鍋からの溶鋼注入点側と鋳型への溶鋼流出孔側とに仕切り、堰の下流側の領域に存在するタンディッシュ内スラグの組成をフラックスの添加により制御するので、溶鋼の注入開始時に取鍋からタンディッシュへ流出する詰め砂や注入末期に取鍋からタンディッシュへ流出する取鍋スラグの大半は堰の上流側に留まり、これにより、堰の下流側では詰め砂や取鍋スラグの影響を抑制させた状態で、タンディッシュ内スラグを介在物の吸収能に優れた組成に維持することが実現される。その結果、溶鋼中介在物のタンディッシュ内スラグへの捕捉が促進され、介在物の少ない、清浄性に優れた鋳片を安定して製造することが達成される。
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明に到った経緯を説明する。
本発明者らは、酸化物系非金属介在物の少ない、清浄性に優れた鋳片を製造することを目的として、取鍋からタンディッシュへ流出する詰め砂や取鍋スラグの影響を抑制しながら、タンディッシュ内の溶鋼上に存在するスラグの組成を制御して溶鋼中介在物のスラグへの捕捉を促進させるための手段を種々検討した。
その結果、溶鋼中を浮上してくる介在物を溶鋼上のタンディッシュ内スラグによって効率的に捕捉するには、スラグは溶融している方が、その効果は大きいことが分った。即ち、スラグは溶鋼温度域（１５３０〜１５５０℃）で溶融する組成であることが必要である。また、介在物を捕捉するとスラグの組成は変化するが、介在物の捕捉能力を維持するためには、この変化後の組成でも溶融している必要がある。一方、スラグ中の酸素と溶鋼中の酸化しやすい元素（Ａｌ、Ｓｉ、Ｔｉなど）との反応による介在物の生成（再酸化）を抑制するには、スラグの酸素ポテンシャルを低減することが有効であり、そのためにはスラグ中のＳｉＯ2濃度を低く抑えることが必要である。
これら条件を満たすスラグ組成を検討した結果、スラグ中のＣａＯとＳｉＯ2との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を２以上とすれば、スラグによる再酸化を抑制できることが分った。また、溶鋼温度域で溶融するスラグ組成にするためには、上記の条件下では、スラグ中のＣａＯとＡｌ2Ｏ3との質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．６〜１．６の範囲で、且つ、ＣａＯとＳｉＯ2との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を４．０以上にする必要のあることが、３元系状態図から分った。
また、現在の高清浄度鋼はアルミキルド鋼が主体であり、アルミキルド鋼の溶鋼中介在物は脱酸生成物であるＡｌ2Ｏ3であり、これがスラグに捕捉されるとスラグ中のＣａＯとＡｌ2Ｏ3との質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が小さくなる。Ａｌ2Ｏ3を吸収してスラグの質量比（ＣａＯ／Ａｌ2Ｏ3）が０．６未満になると、スラグは溶融状態を保てず、介在物捕捉の効率が低下する。これを防止するために、この介在物捕捉量を考慮してスラグ組成を検討した。
その結果、鋳造前の取鍋内の溶鋼中に懸濁する全てのＡｌ2Ｏ3がスラグに捕捉された状態が、スラグのＡｌ2Ｏ3捕捉量の最大値となることから、鋳造前の取鍋内の溶鋼中に懸濁する全てのＡｌ2Ｏ3を捕捉したとしても、スラグが溶融した状態の組成であるＣａＯとＡｌ2Ｏ3との質量比を０．６以上に維持すれば、スラグは常に溶融状態に維持されることが分った。つまり、脱酸生成物であるＡｌ2Ｏ3の全量を吸収してもスラグ中のＣａＯとＡｌ2Ｏ3との質量比が０．６以上となるためには、スラグ中のＣａＯの質量を、スラグ中のＡｌ2Ｏ3の質量と鋳造前の取鍋内の溶鋼中に懸濁する全てのＡｌ2Ｏ3の質量との和に対して、０．６倍以上に確保すれば、スラグは常に溶融状態に維持されることが分った。
以上の結果をまとめると、溶鋼中を浮上してくる介在物を溶鋼上のタンディッシュ内スラグによって効率的に捕捉するには、タンディッシュ内スラグの組成は、下記の（１）式及び（２）式を満たす必要があることが分った。
ＷCaO/ＷSiO2≧4.0 …(1)
0.6×(ＷAl2O3＋ＭAl2O3)≦ＷCaO≦1.6×ＷAl2O3…(2)
但し、（１）式及び（２）式において、ＷCaOはスラグ中のＣａＯの質量（ｋｇ）、ＷSiO2はスラグ中のＳｉＯ2の質量（ｋｇ）、ＷAl2O3はスラグ中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）、ＭAl2O3は鋳造前の取鍋内溶鋼中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）である。
ＷCaO/ＷSiO2≧4.0 …(1)
0.6×(ＷAl2O3＋ＭAl2O3)≦ＷCaO≦1.6×ＷAl2O3…(2)
但し、（１）式及び（２）式において、ＷCaOはスラグ中のＣａＯの質量（ｋｇ）、ＷSiO2はスラグ中のＳｉＯ2の質量（ｋｇ）、ＷAl2O3はスラグ中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）、ＭAl2O3は鋳造前の取鍋内溶鋼中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）である。
上記の条件を満足させて実際に鋳造試験を行った結果、スラグの組成が目標値に対して大きく乖離する場合が発生した。この原因は、取鍋からの溶鋼の注入開始時の詰め砂や、注入末期に流出する取鍋スラグの影響であると考えられた。そこで、タンディッシュ内に、タンディッシュ内の溶鋼湯面をタンディッシュの全幅に亘って区切る堰を配置し、この堰によってタンディッシュ内を、詰め砂及び取鍋スラグが取鍋から流出されて浮上する領域と、その下流側とに分割し、スラグによるＡｌ2Ｏ3の吸収は、詰め砂及び取鍋スラグの影響の少ない堰の下流側で行うこととした。これにより、堰の下流側は、詰め砂及び取鍋スラグの影響が少なく、スラグ組成が安定することを確認した。
本発明は、上記検討結果に基づくものであり、タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と鋳型への溶鋼流出孔との間に、タンディッシュ内の溶鋼湯面をタンディッシュの全幅に亘って区切る堰を配置し、当該堰の下流側のタンディッシュ内溶鋼湯面を覆うスラグの組成が、上記の（１）式及び（２）式を満たすように、堰の下流側の溶鋼湯面にフラックスを添加する。
また、本発明者らは堰の設置位置及び堰の形状について検討を行った。堰が取鍋からの溶鋼注入点側に近過ぎたり、堰の溶鋼への浸漬深さが浅過ぎたりすると、取鍋から流出する詰め砂或いは取鍋スラグが堰の下流側へ流出してしまう虞がある。一方、堰が鋳型への溶鋼流出孔側に近過ぎたり、堰の溶鋼への浸漬深さが深過ぎたりすると、堰を通過した後の溶鋼の上方への浮上が不足して溶鋼湯面まで到らず、スラグによる介在物の捕捉が十分に行われない虞がある。更に、取鍋スラグの取鍋からの流出は、複数のチャージが連続した連続鋳造（「連々鋳」という）における取鍋交換時に発生し、その時点ではタンディッシュへの溶鋼の供給が一旦停止し、タンディッシュ内溶鋼の湯面が低下することから、堰はこの湯面低下時にあっても有効に作用する必要がある。
そこで、タンディッシュ内の溶鋼湯面が最も低下した時点での堰の最適浸漬深さについて、堰の設置位置を変更しながら水モデル実験で調査した。その結果、下記の（３）式、（４）式及び（５）式を満たすように、堰の設置位置及び形状を定めることで、取鍋から流出する詰め砂或いは取鍋スラグの堰下流側への流入を抑制でき、また、堰通過後の溶鋼の溶鋼湯面への流れも十分に確保でき、スラグによるＡｌ2Ｏ3の捕捉を確保することができることが確認された。つまり、堰の形状及び設置位置は、下記の（３）式〜（５）式を満たすことが好ましいことが分った。
0.07×(Ｂ/Ａ)-1.5≦ｄ/Ｄ≦2.0−2.0×(Ｂ/Ａ) …(3)
0.2≦Ｂ/Ａ≦0.8 …(4)
0.1≦ｄ/Ｄ≦0.9 …(5)
但し、（３）式、（４）式及び（５）式において、Ａは、タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と鋳型への溶鋼流出孔との間の水平方向距離（ｍ）、Ｂは、タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と堰の溶鋼注入点側の側壁までの水平方向距離（ｍ）、Ｄは、堰の設置された位置でのタンディッシュ内の溶鋼深さ（ｍ）、ｄは、堰の溶鋼への浸漬深さ（ｍ）である。
0.07×(Ｂ/Ａ)-1.5≦ｄ/Ｄ≦2.0−2.0×(Ｂ/Ａ) …(3)
0.2≦Ｂ/Ａ≦0.8 …(4)
0.1≦ｄ/Ｄ≦0.9 …(5)
但し、（３）式、（４）式及び（５）式において、Ａは、タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と鋳型への溶鋼流出孔との間の水平方向距離（ｍ）、Ｂは、タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と堰の溶鋼注入点側の側壁までの水平方向距離（ｍ）、Ｄは、堰の設置された位置でのタンディッシュ内の溶鋼深さ（ｍ）、ｄは、堰の溶鋼への浸漬深さ（ｍ）である。
上記の対策によって堰の下流側では、スラグ組成がＡｌ2Ｏ3吸収の最適範囲に制御可能となったが、堰の上流側では、取鍋からタンディッシュに流出する詰め砂及び取鍋スラグによる溶鋼の再酸化の懸念がある。堰の上流側のスラグ組成も堰の下流側と同様に（１）式及び（２）式の範囲に制御することが望ましいが、詰め砂及び取鍋スラグの影響で、多量のフラックスを必要とする場合があり、経済的な負荷が高い。そこで、更に堰の上流側のスラグ組成制御について検討した。
その結果、上記のように、堰の下流側では、スラグ組成の制御によってスラグによるＡｌ2Ｏ3の捕捉が十分に行えるようになっていることから、堰の上流側では、スラグによるＡｌ2Ｏ3の捕捉は考慮しなくても、詰め砂或いは取鍋スラグの混入したスラグによる溶鋼の再酸化を防止するだけで十分であるとの知見を得た。即ち、堰の上流側では、スラグによる溶鋼の再酸化を防止するために、下記の（６）式を満たすことが好ましいこと、つまり、スラグ中のＣａＯとＳｉＯ2との質量比（ＣａＯ／ＳｉＯ2）を２．０以上としてスラグの酸素ポテンシャルを下げることが好ましいことが分った。これにより、堰の上流側では、多量のフラックスを用いずに、スラグによる溶鋼の再酸化を抑制可能となる。
ＷCaO/ＷSiO2≧2.0 …(6)
但し、（６）式において、ＷCaOはスラグ中のＣａＯの質量（ｋｇ）、ＷSiO2はスラグ中のＳｉＯ2の質量（ｋｇ）である。
ＷCaO/ＷSiO2≧2.0 …(6)
但し、（６）式において、ＷCaOはスラグ中のＣａＯの質量（ｋｇ）、ＷSiO2はスラグ中のＳｉＯ2の質量（ｋｇ）である。
以下、本発明の具体的な実施方法を図面を参照して説明する。図１は、本発明が適用される連続鋳造設備の縦断面概略図、図２は、図１におけるタンディッシュ１の平面概略図である。
図１及び図２において、符号１はタンディッシュ、２は取鍋、３は鋳型、４は堰、５は浸漬ノズル、６は取鍋からの溶鋼注入点、７はタンディッシュから鋳型への溶鋼流出孔、８はスライディングノズル、９はロングノズル、１０は取鍋に配置される上ノズル、１１は溶鋼、１２は鋳片、１３はタンディッシュ内の溶鋼湯面である。取鍋２に収容された溶鋼１１は、スライディングノズル８で流量を制御されながら、ロングノズル９を介して溶鋼注入点６の位置でタンディッシュ１に注入されてタンディッシュ内に一旦滞留し、次いで、タンディッシュ内の溶鋼１１は、溶鋼流出孔７及び浸漬ノズル５を介して鋳型３に注入されて鋳片１２が製造される。浸漬ノズル５には、一般的には流量調整用のスライディングノズルなどが配置されるが、図１では省略している。尚、溶鋼注入点６とは、鉛直方向を向いたロングノズル９の直下位置のことである。
タンディッシュ１には、取鍋２から溶鋼１１を受ける位置である溶鋼注入点６と、タンディッシュ内の溶鋼１１を鋳型３に流出させる位置である溶鋼流出孔７との間に、タンディッシュ内の溶鋼湯面１３をタンディッシュ１の全幅に亘って区切るための堰４が配置されている。
本発明においては、タンディッシュ内の溶鋼上に存在するスラグ（図示せず）の組成を制御するために、連続鋳造中にフラックスをタンディッシュ内に添加する。フラックスの添加は、堰４の上流側及び下流側で、それぞれ個別に実施する。本発明において、堰４の下流側ではフラックスの添加を必須とするが、堰４の上流側ではフラックの添加は必須ではなく、添加しなくとも構わない。但し、より清浄な鋳片を製造する観点から、堰４の上流側でもフラックを添加することが好ましく、以下の説明は、堰４の下流側及び上流側の双方でフラックを添加する場合を例示する。
添加するフラックスは、堰４の下流側では、生石灰、消石灰、石灰石などのＣａＯを主成分とするフラックスと、ボーキサイト、電融ボーキサイト、仮焼アルミナ、焼結アルミナなどのＡｌ2Ｏ3を主成分とするフラックスとを使用する。この場合に、ＣａＯとＡｌ2Ｏ3とが混合されたフラックスも使用することができる。堰４の上流側では、生石灰、消石灰、石灰石などのＣａＯを主成分とするフラックスを使用する。タンディッシュ１へのフラックスの添加は、人手或いは専用の投入装置を用いて実施する。
フラックスの添加にあたり、溶鋼１１の取鍋２からの注入開始時には取鍋底部の上ノズル１０に装入されていた詰め砂がタンディッシュ内に流出し、連々鋳の１チャージ目にはタンディッシュ内に溶鋼１１は存在せず、堰４が設置されていても、詰め砂が堰４の下流側にも流出するので、その流出量に応じて、堰４の下流側では、（１）式及び（２）式を満足するスラグ組成となるようにフラックスを添加する。詰め砂の堰４の下流側への流出量は目視、または、流出量が多い場合にはスラグ層の厚みを測定することで算定する。或いは、予めタンディッシュ１の形状、出湯速度などによる詰め砂の堰４の下流側への流出量を予め測定しておき、その量に応じてフラックス成分の添加量を決めることもできる。
この場合に、溶鋼中のＡｌ2Ｏ3量については、タンディッシュ１への溶鋼１１の注入前に分析によって求めておく。また、予め精錬時に溶鋼中Ａｌ2Ｏ3量を測定しておき、その値を用いても構わない。
一方、堰４の上流側では、上ノズル１０に装入されていた詰め砂の使用量（全質量）が取鍋整備時の記録から分るので、この使用量から堰４の下流側への流出量を差し引いた量が堰４の上流側に留まるとして、スラグ組成が（６）式を満足するようにフラックスを添加する。
取鍋２からの溶鋼１１の注入が終了し、続けて次チャージの取鍋（図示せず）から溶鋼１１をタンディッシュ１に注入する際には、注入末期の前の取鍋から流出する取鍋スラグ、及び、注入開始時の次の取鍋から流出する詰め砂が、タンディッシュ１に流入する。取鍋スラグは、溶鋼１１に混入してロングノズル９を流下するので、溶鋼１１ともに堰４を通り抜けて堰４の下流側まで流出する場合がある。
この取鍋スラグについては、タンディッシュ１への流出量を、センサーなどで測定するか予め出湯速度などに基づいて測定しておき、堰４の下流側に流出する比率を把握しておき、これに基づいて、スラグ組成が（１）式及び（２）式を満足するようにフラックスを添加する。但し、前工程の精錬中に、取鍋スラグの組成を（１）式及び（２）式を満足する範囲に調整しておけば、取鍋スラグが堰４の下流側に流出してもタンディッシュ内スラグの組成への影響はなく、従って、この場合には、取鍋スラグが堰４の下流側に流出してもタンディッシュ内スラグの組成を調整する必要はない。
堰４の上流側も取鍋スラグの流入量に応じて、タンディッシュ内スラグの組成が（６）式を満足するようにフラックスを添加する。但し、取鍋スラグは、転炉での脱炭精錬時のスラグ（「転炉スラグ」という）を起源としており、ＣａＯ含有量が多く、特段の調整を行わなくても（６）式を満足する場合が殆どであり、従って、取鍋スラグが流入しても、堰４の上流側では通常はスラグ組成の調整は不要である。
一方、詰め砂は、次チャージの取鍋からの溶鋼１１の流出の直前に溶鋼１１と混合しないままタンディッシュ内に流出することから、大半が溶鋼湯面１３に浮上し、しかも、タンディッシュ内の溶鋼湯面１３は堰４によって分割されているので、詰め砂の殆どが堰４の上流側に浮上する。従って、前述したように、詰め砂の使用量が取鍋整備時の記録から分るので、それに応じてスラグ組成が（６）式を満足するようにフラックスを追加する。
堰４の下流側は、スラグ組成に対する詰め砂の影響は無視できるが、取鍋交換以降には次チャージの溶鋼中に懸濁するＡｌ2Ｏ3が新たに流入してくるので、それに対応してフラックスを追加添加する。
堰４の設置位置及び形状については、（３）式〜（５）式を満足することが好ましい。更に、操業上及び堰４の施工上から特に問題がなければ、フラックスによる溶鋼湯面１３の被覆及びフラックス添加の作業性の観点から、堰４を溶鋼注入点６と溶鋼流出孔７との中間近くに設置するのが望ましい。尚、堰４の下端とタンディッシュ１の底部との間は、タンディッシュ１の全幅に亘って開放されている必要はなく、堰４の流路が複数の開孔部から構成されているような形状でも構わない。また、タンディッシュ１は、本発明で規定する堰４を設置できれば、ストランド数、形状はどのようであっても構わず、また更に、本発明で規定する以外の堰の設置に規定はない。
以上説明したように、本発明によれば、タンディッシュ１に設置した堰４によってタンディッシュ内の溶鋼湯面１３を取鍋２からの溶鋼注入点側と鋳型３への溶鋼流出孔側とに仕切り、堰４の下流側の領域に存在するタンディッシュ内スラグの組成をフラックスの添加により制御するので、溶鋼１１の注入開始時に取鍋２からタンディッシュ１へ流出する詰め砂や注入末期に取鍋２からタンディッシュ１へ流出する取鍋スラグの大半は堰４の上流側に留まり、これにより、堰４の下流側では詰め砂や取鍋スラグの影響を抑制させた状態で、タンディッシュ内スラグを介在物の吸収能に優れた組成に維持することが実現される。また、堰４の上流側でも、詰め砂や取鍋スラグの流入量に応じてフラックスを添加し、スラグを酸素ポテンシャルの低い組成に制御する場合には、スラグによる溶鋼１１の再酸化が抑制される。その結果、溶鋼中介在物のタンディッシュ内スラグへの捕捉が促進されると同時に再酸化による介在物の生成が抑制され、介在物の少ない、清浄性に優れた鋳片を安定して製造することが達成される。
転炉にて溶銑の酸素吹錬によって約２５０トンの溶鋼を溶製し、次いで、溶鋼を取鍋に出鋼し、ＲＨ真空脱ガス装置に搬送して必要に応じた精錬を施した。その後、２ストランド連続鋳造機へ溶鋼を供給する溶鋼容量７０トンのタンディッシュ上へ取鍋を搬送し、溶鋼注入速度１０．０トン／分でタンディッシュ内に溶鋼を供給すると同時に、タンディッシュ内の溶鋼を各ストランドの鋳型へ供給して、鋳片を製造した。
使用したタンディッシュは、（４）式及び（５）式の条件は満たすものの、（３）式の条件は満たさない堰が配置されたタンディッシュであり、また、堰の上流側は、全ての操業において、特にフラックを添加せずに行った。
堰の下流側へのフラックス（生石灰（ＣａＯ）及び仮焼アルミナ(Ａｌ2Ｏ3)）の添加は表１に示す条件で実施した。本発明例１〜３は、スラグ組成が（１）式及び（２）式の条件を満足するが、比較例１は（１）式の条件を満足せず、比較例２及び比較例３は（２）式の条件を満足していない。尚、溶鋼中Ａｌ2Ｏ3量は、取鍋内溶鋼中のトータル酸素分析値から、分析値の酸素が全てＡｌ2Ｏ3中の酸素であるとして、溶鋼量及びトータル酸素分析値から算出した。また、詰め砂の流出量は、予め本実施例の操業と同じ操業条件でフラックスを用いなかった際の流出量を測定しておき、その値を用いた。
本発明例２については、その後、３チャージ続けて鋳造した（４チャージの連々鋳）。表２に、その後の３チャージの操業条件を示す。表２に示すように、３チャージ目及び４チャージでは、ストランド毎にフラックスの添加量を変更した。つまり、３チャージ目及び４チャージ目では、第１ストランド側で、溶鋼から持ち込まれるＡｌ2Ｏ3、流出する詰め砂中のＳｉＯ2を考慮して（２）式の条件を満足させるべく、フラックスとして生石灰を添加した。
本発明例及び比較例において、鋳造後のスラブ全数で、超音波探傷法を用いて介在物個数の測定を行った。それぞれのスラブ中の単位体積あたりの介在物個数を介在物指数として比較したものを表１及び表２に併記する。比較例に対して本発明例では、スラブ中の介在物個数は大幅に低減していた。即ち、本発明によって溶鋼中の介在物を効率的に除去できることが分った。
転炉にて溶銑の酸素吹錬によって約２５０トンの溶鋼を溶製し、次いで、溶鋼を取鍋に出鋼し、ＲＨ真空脱ガス装置に搬送して必要に応じた精錬を施した。その後、２ストランド連続鋳造機へ溶鋼を供給する溶鋼容量７０トンのタンディッシュ上へ取鍋を搬送し、溶鋼注入速度１０．０トン／分でタンディッシュ内に溶鋼を供給すると同時に、タンディッシュ内の溶鋼を各ストランドの鋳型へ供給して、鋳片を製造した。全ての条件で３チャージの連々鋳を行った。
堰の上流側には、全ての操業において、特にフラックスを添加せずに行った。堰の下流側は、全ての操業において、タンディッシュ内スラグの組成が（１）式及び（２）式の条件を満たすように、フラックス（生石灰及び仮焼アルミナ）を添加し、この条件下で、タンディッシュの堰の設置位置及び堰の形状を種々変更し、その影響を調査した。表３に、堰の形状及び設置位置を示す。表３には、堰の下流側における生石灰の添加量を合わせて示す。尚、堰の形状及び設置位置が本発明の好ましい範囲外である本発明例７、８、１２、１４では、取鍋の詰め砂（主成分：ＳｉＯ2）が堰の下流側に流出したため、（１）式及び（２）式の条件を満たすために、多量の生石灰の添加が必要であった。
本発明例１０は、１チャージ目で鋳造中に堰の下流側に対して堰の上流側の湯面が上昇し始めたため、鋳造を中止した。その後、タンディッシュ内を観察したところ、堰とタンディッシュ底部との間に地金が付着して、流路が狭くなっていた。
鋳造が完了した試験において、鋳造後のスラブ全数で、超音波探傷法を用いて介在物個数の測定を行った。それぞれのスラブ中の単位体積あたりの介在物個数を介在物指数として比較したものを表３に併記する。堰の形状及び設置位置が本発明の好ましい範囲である試験では、フラックス添加量が少なくてもスラブ中の介在物個数は大幅に低減していた。
転炉にて溶銑の酸素吹錬によって約２５０トンの溶鋼を溶製し、次いで、溶鋼を取鍋に出鋼し、ＲＨ真空脱ガス装置に搬送して必要に応じた精錬を施した。その後、２ストランド連続鋳造機へ溶鋼を供給する溶鋼容量７０トンのタンディッシュ上へ取鍋を搬送し、溶鋼注入速度１０．０トン／分でタンディッシュ内に溶鋼を供給すると同時に、タンディッシュ内の溶鋼を各ストランドの鋳型へ供給して、鋳片を製造した。
使用したタンディッシュは、本発明例１５〜１６では、（４）式及び（５）式の条件は満たすものの、（３）式の条件は満たさない堰が配置されたタンディッシュであり、本発明例１７〜１８では、（３）式〜（５）式の条件を満たす堰が配置されたタンディッシュである。また、堰の下流側は、全ての操業において、タンディッシュ内スラグの組成が（１）式及び（２）式の条件を満たすように、フラックス（生石灰及び仮焼アルミナ）を添加した。
堰の上流側へのフラックスの添加は、この領域ではスラグ中のＣａＯとＳｉＯ2との比のみの調整なので、フラックスとして生石灰を用い、連々鋳の１チャージ目において表４に示す条件で生石灰を添加した。本発明例１５及び本発明例１７は、生石灰の添加量が不足してスラグ組成が（６）式の条件を満足しない条件であり、本発明例１６及び本発明例１８は、生石灰の添加によってスラグ組成が（６）式の条件を満足した条件である。
本発明例において、鋳造後のスラブ全数で、超音波探傷法を用いて介在物個数の測定を行った。それぞれのスラブ中の単位体積あたりの介在物個数を介在物指数として比較したものを表４に併記する。（６）式を満たした本発明例１６、１８では、スラブ中の介在物個数は大幅に低減していた。また、本発明の好ましい範囲の全てを満たした本発明例１８では、特に介在物個数を少なくできることが分った。即ち、本発明によって溶鋼中の介在物を効率的に除去できることが分った。
１ タンディッシュ
２ 取鍋
３ 鋳型
４ 堰
５ 浸漬ノズル
６ 溶鋼注入点
７ 溶鋼流出孔
８ スライディングノズル
９ ロングノズル
１０ 上ノズル
１１ 溶鋼
１２ 鋳片
１３ 溶鋼湯面
２ 取鍋
３ 鋳型
４ 堰
５ 浸漬ノズル
６ 溶鋼注入点
７ 溶鋼流出孔
８ スライディングノズル
９ ロングノズル
１０ 上ノズル
１１ 溶鋼
１２ 鋳片
１３ 溶鋼湯面
Claims (3)
- 取鍋から連続鋳造用鋳型へタンディッシュを介して溶鋼を供給するにあたり、前記タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と前記鋳型への溶鋼流出孔との間に、タンディッシュ内の溶鋼湯面をタンディッシュの全幅に亘って区切る堰を配置し、当該堰の下流側のタンディッシュ内溶鋼湯面を覆うスラグの組成が、下記の（１）式及び（２）式を満たすように、堰の下流側の溶鋼湯面にフラックスを添加することを特徴とする、高清浄度鋼の連続鋳造方法。
ＷCaO/ＷSiO2≧4.0 …(1)
0.6×(ＷAl2O3＋ＭAl2O3)≦ＷCaO≦1.6×ＷAl2O3…(2)
但し、（１）式及び（２）式において、ＷCaOはスラグ中のＣａＯの質量（ｋｇ）、ＷSiO2はスラグ中のＳｉＯ2の質量（ｋｇ）、ＷAl2O3はスラグ中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）、ＭAl2O3は鋳造前の取鍋内溶鋼中のＡｌ2Ｏ3の質量（ｋｇ）である。 - 前記堰は、複数のチャージが連続した連続鋳造中における取鍋交換時のタンディッシュ内の溶鋼湯面が最も低下した時点において、下記の（３）式、（４）式及び（５）式を満たすように、その形状及びその設置位置が定められていることを特徴とする、請求項１に記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法。
0.07×(Ｂ/Ａ)-1.5≦ｄ/Ｄ≦2.0−2.0×(Ｂ/Ａ) …(3)
0.2≦Ｂ/Ａ≦0.8 …(4)
0.1≦ｄ/Ｄ≦0.9 …(5)
但し、（３）式、（４）式及び（５）式において、Ａは、タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と鋳型への溶鋼流出孔との間の水平方向距離（ｍ）、Ｂは、タンディッシュの取鍋からの溶鋼注入点と堰の溶鋼注入点側の側壁までの水平方向距離（ｍ）、Ｄは、堰の設置された位置でのタンディッシュ内の溶鋼深さ（ｍ）、ｄは、堰の溶鋼への浸漬深さ（ｍ）である。 - 前記堰の上流側のタンディッシュ内溶鋼湯面を覆うスラグの組成が、下記の（６）式を満たすように、堰の上流側の溶鋼湯面にフラックスを添加することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高清浄度鋼の連続鋳造方法。
ＷCaO/ＷSiO2≧2.0 …(6)
但し、（６）式において、ＷCaOはスラグ中のＣａＯの質量（ｋｇ）、ＷSiO2はスラグ中のＳｉＯ2の質量（ｋｇ）である。
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