JP2013208643A - 連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属片を鋳造する際の窒素含有量の増加を抑えると共に表面欠陥の低減を図る連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】ステンレス鋼片３ｃを鋳造する連続鋳造装置１００では、タンディッシュ１０１内に延びるロングノズル２が取鍋１に設けられる。ロングノズル２を通じてタンディッシュ１０１内にステンレス溶鋼３が注入され、ロングノズル２の注出口２ａを注入したステンレス溶鋼３に浸漬させる。注入時、アルゴンガス４ａがタンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼３の周囲に供給される。さらに、ロングノズル２の注出口２ａをタンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼３に浸漬させつつ、ステンレス溶鋼３が取鍋１からタンディッシュ１０１内に注入されると共にタンディッシュ１０１内から鋳型１０５に注入される、連続鋳造が行われる。鋳造時、アルゴンガス４ａに換えて窒素ガス４ｂがタンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼３の周囲に供給される。
【選択図】図１

Description

この発明は、連続鋳造方法に関する。

金属の一種であるステンレス鋼の製造工程では、電気炉で原料を溶解して溶銑が生成され、生成された溶銑は、転炉、真空脱ガス装置でステンレス鋼の特性を低下させる炭素を除去する脱炭処理等を含む精錬が行われて溶鋼とされ、その後、溶鋼が連続鋳造されることによって凝固して板状のスラブ等を形成する。なお、精錬工程では、溶鋼の最終的な成分の調整が行われる。

連続鋳造工程では、溶鋼は、取鍋からタンディッシュに注がれ、さらに、タンディッシュから連続鋳造用の鋳型の中に注がれて鋳造される。このとき、最終的な成分調整後の溶鋼が、大気中の窒素や酸素と反応して窒素の含有量を増大させることや酸化されるのを防ぐために、取鍋から鋳型に至る溶鋼の周囲には、溶鋼との反応を起こしにくい不活性ガスがシールガスとして供給され、溶鋼表面を大気から遮断する。
例えば、特許文献１には、不活性ガスとしてアルゴンガスを使用する連鋳（連続鋳造）スラブの製造方法が記載されている。

特開平４−２８４９４５号公報

しかしながら、特許文献１の製造方法のように、シールガスとしてアルゴンガスを使用すると、溶鋼内に取り込まれたアルゴンガスが気泡として残り、連鋳スラブの表面には、アルゴンガスによる気泡欠陥、つまり表面欠陥が生じやすいという問題がある。さらに、連鋳スラブに表面欠陥が生じると、所要の品質を確保するために表面を削り取る必要があり、コストが増大するという問題がある。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、スラブ（金属片）を鋳造する際の窒素含有量の増加を抑えると共に表面欠陥の低減を図る連続鋳造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る連続鋳造方法は、取鍋内の溶融金属を下方のタンディッシュ内に注入し、タンディッシュ内の溶融金属を鋳型に連続注入して金属片を鋳造する連続鋳造方法において、取鍋内の溶融金属をタンディッシュ内に注入するための注入ノズルとして、タンディッシュ内に延びるロングノズルを取鍋に設けるロングノズル設置ステップと、ロングノズルを通じてタンディッシュ内に溶融金属を注入し、ロングノズルの注出口をタンディッシュ内の溶融金属に浸漬させる注入ステップと、注入ステップで、シールガスとして不活性ガスをタンディッシュ内の溶融金属の周囲に供給する第一シールガス供給ステップと、ロングノズルの注出口をタンディッシュ内の溶融金属に浸漬させつつ、ロングノズルを通じてタンディッシュ内に溶融金属を注入すると共に、タンディッシュ内の溶融金属を鋳型に注入する鋳造ステップと、鋳造ステップで、シールガスとして不活性ガスに換えて窒素ガスをタンディッシュ内の溶融金属の周囲に供給する第二シールガス供給ステップとを含む。

第一シールガス供給ステップの不活性ガスがアルゴンであってもよい。
上記連続鋳造方法は、注入ステップから鋳造ステップまでの間で、タンディッシュ内の溶融金属の表面を覆うようにタンディッシュパウダーを散布する散布ステップをさらに含んでもよい。
鋳造ステップでは、複数の取鍋を順次交換しながら複数の取鍋の溶融金属を連続して鋳造し、ロングノズルの注出口をタンディッシュ内の溶融金属に浸漬させつつ取鍋を交換してもよい。
鋳造ステップでは、ロングノズルの注出口を、タンディッシュ内の溶融金属に１００〜１５０ｍｍの深さで貫入させてもよい。
鋳造される金属片は、含有窒素の濃度が４００ｐｐｍ以下のステンレス鋼であってもよい。

この発明に係る連続鋳造方法によれば、金属片を鋳造する際の窒素含有量の増加を抑えると共に表面欠陥を低減することが可能になる。

この発明の実施の形態１に係る連続鋳造方法で用いる連続鋳造装置の構成を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る連続鋳造方法におけるタンディッシュの状態を示す模式図である。 この発明の実施の形態２に係る連続鋳造方法におけるタンディッシュの状態を示す模式図である。 実施例３と比較例３との間でステンレス鋼片に生じる気泡個数を比較した図である。 実施例４と比較例４との間でステンレス鋼片に生じる気泡個数を比較した図である。 比較例３と比較例３においてロングノズルを使用した場合との間でステンレス鋼片に生じる気泡個数を比較した図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る連続鋳造方法について添付図面に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態では、ステンレス鋼の連続鋳造方法について説明する。

まず、ステンレス鋼の製造は、溶解工程、一次精錬工程、二次精錬工程、及び鋳造工程がこの順で実施されて行われる。
溶解工程では、ステンレス製鋼用の原料となるスクラップや合金を電気炉で溶解して溶銑を生成し、生成した溶銑が転炉に注銑される。さらに、一次精錬工程では、転炉内の溶銑に酸素を吹精することによって含有されている炭素を除去する粗脱炭処理が行われ、それによりステンレス溶鋼と炭素酸化物及び不純物を含むスラグとが生成する。また、一次精錬工程では、ステンレス溶鋼の成分が分析され、目的とする成分に近づけるために合金を投入する、成分の粗調整も実施される。さらに、一次精錬工程で生成したステンレス溶鋼は、取鍋に出鋼されて二次精錬工程に移される。

二次精錬工程では、ステンレス溶鋼が取鍋と共に真空脱ガス装置に入れられ、仕上げ脱炭処理が行われる。そして、ステンレス溶鋼が仕上げ脱炭処理されることによって、純粋なステンレス溶鋼が生成する。また、二次精錬工程では、ステンレス溶鋼の成分が分析され、目的とする成分にさらに近づけるために合金を投入する、成分の最終的な調整も実施される。

鋳造工程では、図１を参照すると、真空脱ガス装置から取鍋１が取り出されて連続鋳造装置（ＣＣ）１００にセットされる。溶融金属である取鍋１のステンレス溶鋼３は、連続鋳造装置１００に注ぎ込まれ、さらに連続鋳造装置１００が備える鋳型１０５によって、例えば金属片としてスラブ状のステンレス鋼片３ｃに鋳造される。鋳造されたステンレス鋼片３ｃは、次の図示しない圧延工程において、熱間圧延又は冷間圧延され熱間圧延鋼帯又は冷間圧延鋼帯とされる。

さらに、連続鋳造装置（ＣＣ）１００の構成の詳細を説明する。
連続鋳造装置１００は、取鍋１から送られるステンレス溶鋼３を一時的に受け止めて鋳型１０５に送るための容器であるタンディッシュ１０１を有している。タンディッシュ１０１は、上部が開放した本体１０１ｂと、本体１０１ｂの開放した上部を閉鎖し外部と遮断する上蓋１０１ｃと、本体１０１ｂの底部から延びる浸漬ノズル１０１ｄとを有している。そして、タンディッシュ１０１では、本体１０１ｂ及び上蓋１０１ｃによってこれらの内部に閉鎖された内部空間１０１ａが形成される。浸漬ノズル１０１ｄは、入口１０１ｅで本体１０１ｂの底部から内部１０１ａに開口している。
また、取鍋１は、タンディッシュ１０１の上方にセットされ、タンディッシュ１０１の上蓋１０１ｃを貫通して内部１０１ａに延びるタンディッシュ用注入ノズルであるロングノズル２が、取鍋１の底部に接続されている。そして、ロングノズル２の下方先端の注出口２ａが、内部１０１ａで開口している。また、ロングノズル２における上蓋１０１ｃの貫通部と上蓋１０１ｃとの間は、シールされ気密性が保たれている。

タンディッシュ１０１の上蓋１０１ｃには、複数のガス供給ノズル１０２が設けられている。ガス供給ノズル１０２は、図示しないガスの供給源に接続されており、タンディッシュ１０１の内部１０１ａに上方から下方に向かって所定のガスを送出する。また、この所定のガスがロングノズル２内にも供給されるように、ロングノズル２が構成されている。

さらに、タンディッシュ１０１の上蓋１０１ｃには、タンディッシュ１０１の内部１０１ａに、タンディッシュパウダー（以下、ＴＤパウダーを呼ぶ）５を投入するためのパウダノズル１０３が設けられている。パウダノズル１０３は、図示しないＴＤパウダー供給源に接続されており、タンディッシュ１０１の内部１０１ａに上方から下方に向かってＴＤパウダー５を送出する。なお、ＴＤパウダー５は、合成スラグ剤等からなり、ステンレス溶鋼３の表面を覆うことによって、ステンレス溶鋼３の表面の酸化防止作用、ステンレス溶鋼３の保温作用、ステンレス溶鋼３の介在物を溶解吸収する作用等を、ステンレス溶鋼３に対して奏する。なお、本実施の形態１では、パウダノズル１０３及びＴＤパウダー５は、使用されない。

また、浸漬ノズル１０１ｄの上方には、上下方向に移動可能な棒状のストッパ１０４が設けられており、ストッパ１０４は、タンディッシュ１０１の上蓋１０１ｃを貫通してタンディッシュ１０１の内部１０１ａから外部にわたって延在している。
ストッパ１０４は、下方に移動することによってその先端で浸漬ノズル１０１ｄの入口１０１ｅを閉鎖することができる他、入口１０１ｅを閉鎖した状態から上方に引き上げられることによって、タンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼３を浸漬ノズル１０１ｄ内に流入させると共に、引き上げ量に応じて入口１０１ｅの開口面積を調節してステンレス溶鋼３の流量を制御することができるように構成されている。また、ストッパ１０４における上蓋１０１ｃの貫通部と上蓋１０１ｃとの間は、シールされ気密性が保たれている。

また、タンディッシュ１０１の底部の浸漬ノズル１０１ｄの先端１０１ｆは、下方の鋳型１０５の貫通穴１０５ａ内に延び、側方で開口している。
鋳型１０５の貫通穴１０５ａは、矩形断面を有し上下に鋳型１０５を貫通している。貫通穴１０５ａは、その内壁面は図示しない一次冷却機構によって水冷されるように構成され、内部のステンレス溶鋼３を冷却して凝固させ所定の断面の鋳片３ｂを形成する。
さらに、鋳型１０５の貫通穴１０５ａの下方には、鋳型１０５によって形成された鋳片３ｂを下方に引き出して移送するためのロール１０６が間隔をあけて複数設けられている。また、ロール１０６の間には、鋳片３ｂに対して散水して冷却するための図示しない二次冷却機構が設けられている。

次に、本実施の形態１における連続鋳造装置１００の動作を説明する。
図１及び図２をあわせて参照すると、連続鋳造装置１００では、タンディッシュ１０１の上方に、二次精錬後のステンレス溶鋼３を内部に含む取鍋１が設置される。さらに、取鍋１の底部にはロングノズル２が取り付けられ、注出口２ａを有するロングノズル２の先端がタンディッシュ１０１の内部１０１ａに延びている。このとき、ストッパ１０４は、浸漬ノズル１０１ｄの入口１０１ｅを閉鎖している。
なお、以下の実施の形態では、２つの取鍋１を順次使用し、取鍋１の交換時に鋳造を終了することなく継続して実施する場合について、説明する。つまり、以下の実施の形態では、溶解工程における電気炉で製造された２チャージ分のステンレス溶鋼を連続して鋳造する。

次に、ガス供給ノズル１０２からタンディッシュ１０１の内部１０１ａに、シールガス４として不活性ガスであるアルゴン（Ａｒ）ガス４ａが噴射されると共に、ロングノズル２の内部にもアルゴンガス４ａが供給される。これによって、タンディッシュ１０１の内部１０１ａ及びロングノズル２内に存在していた不純物を含む空気が、タンディッシュ１０１から外部に押し出され、内部１０１ａ及びロングノズル２内がアルゴンガス４ａで満たされる。つまり、取鍋１からタンディッシュ１０１の内部１０１ａにわたり、そして鋳型１０５に至るまでの領域が、アルゴンガス４ａで満たされる。

その後、ロングノズル２に設けられた図示しないバルブが開放され、取鍋１内のステンレス溶鋼３が、重力の作用によってロングノズル２内を流下し、タンディッシュ１０１の内部１０１ａに流入する。つまり、タンディッシュ１０１内は、図２の工程Ａに示す状態となる。
このとき、流入したステンレス溶鋼３は、内部１０１ａに充満するアルゴンガス４ａによって周囲がシールされ空気と接触しないため、空気中に含まれるステンレス溶鋼３への溶解性を有する窒素（Ｎ_２）がステンレス溶鋼３へ溶け込み窒素成分を増加させることが抑制される。また、ロングノズル２の注出口２ａから流下するステンレス溶鋼３がタンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼３の表面３ａをたたき込むことによって、少量であるがアルゴンガス４ａがステンレス溶鋼３に巻き込まれて混入する。しかしながら、アルゴンガス４ａは、不活性であるため、ステンレス溶鋼３と反応を起こしたり、溶け込んだりしない。

そして、流入するステンレス溶鋼３によって、タンディッシュ１０１の内部１０１ａのステンレス溶鋼３の表面３ａが上昇する。上昇する表面３ａがロングノズル２の注出口２ａの近傍となると、注出口２ａから流下するステンレス溶鋼３による表面３ａのたたき込みが小さくなり周囲の気体の巻き込み量も少なくなるため、ガス供給ノズル１０２からアルゴンガス４ａに代わり窒素ガス４ｂが、タンディッシュ１０１の内部１０１ａに噴射される。これにより、タンディッシュ１０１の内部１０１ａでは、アルゴンガス４ａが外部に押し出され、ステンレス溶鋼３とタンディッシュ１０１の上蓋１０１ｃとの間の領域が、窒素ガス４ｂで満たされる。

上昇する表面３ａがロングノズル２の注出口２ａをステンレス溶鋼３に浸漬させ、さらにタンディッシュ１０１の内部１０１ａにおけるステンレス溶鋼３の深さが所定深さＤとなると、ストッパ１０４が上昇され、内部１０１ａのステンレス溶鋼３が、浸漬ノズル１０１ｄ内を通って鋳型１０５の貫通穴１０５ａ内に流入し、鋳造が開始する。また、同時に、取鍋１内のステンレス溶鋼３は、ロングノズル２を通ってタンディッシュ１０１の内部１０１ａに継続して注出され、新たなステンレス溶鋼３が補充される。このとき、タンディッシュ１０１内は、図２の工程Ｂに示すような状態となる。

なお、内部１０１ａにおけるステンレス溶鋼３の深さが所定深さＤのとき、ロングノズル２は、注出口２ａがステンレス溶鋼３の表面３ａから約１００〜１５０ｍｍの深さとなるように、ステンレス溶鋼３に貫入していることが好ましい。上記の深さよりも深くロングノズル２が貫入すると、内部１０１ａに溜まっているステンレス溶鋼３の内圧による抵抗によって、ロングノズル２の注出口２ａからのステンレス溶鋼３の注出が困難になる。一方、上記の深さよりも浅くロングノズル２が貫入すると、後述するように、鋳造時に所定の位置付近に維持するように制御されるステンレス溶鋼３の表面３ａが変動した場合、注出口２ａが露出すると、注出されたステンレス溶鋼３が表面３ａをたたき込み、窒素ガス４ｂを巻き込み混入させる可能性があるためである。

また、鋳型１０５の貫通穴１０５ａ内に流入したステンレス溶鋼３は、貫通穴１０５ａを流通する過程で図示しない一次冷却機構によって冷却され、貫通穴１０５ａの内壁面側を凝固させて凝固シェル３ｂａを形成する。形成された凝固シェル３ｂａは、貫通穴１０５ａ内の上方で新たに形成される凝固シェル３ｂａによって、下方に向かって鋳型１０５の外へ押し出される。なお、貫通穴１０５ａの内壁面には、浸漬ノズル１０１ｄの先端１０１ｆ側からモールドパウダーが供給される。モールドパウダーは、ステンレス溶鋼３の表面でスラグ溶融化する、貫通穴１０５ａ内でのステンレス溶鋼３の表面の酸化を防止する、鋳型１０５と凝固シェル３ｂａとの間を潤滑する、貫通穴１０５ａ内でのステンレス溶鋼３の表面を保温する等の役割を果たす。

押し出された凝固シェル３ｂａとその内部の未凝固のステンレス溶鋼３とによって鋳片３ｂが形成され、鋳片３ｂは、ロール１０６によって両側から挟まれてさらに下方に向かって引き出される。引き出された鋳片３ｂは、ロール１０６の同士の間を通って送られる過程で、図示しない二次冷却機構によって散水冷却され、内部のステンレス溶鋼３を完全に凝固させる。これにより、鋳片３ｂがロール１０６によって鋳型１０５から引き出されつつ、新たな鋳片３ｂが鋳型１０５内で形成されることで、鋳型１０５からロール１０６の延在方向の全体にわたって連続する鋳片３ｂが形成される。さらに、ロール１０６の端部からは、ロール１０６の外側に鋳片３ｂが送り出され、送り出された鋳片３ｂが切断されることによって、スラブ状のステンレス鋼片３ｃが形成される。

そして、鋳片３ｂが鋳造される鋳造速度は、ストッパ１０４による浸漬ノズル１０１ｄの入口１０１ｅの開放面積を調節することによって、制御される。さらに、入口１０１ｅからのステンレス溶鋼３の流出量と同等になるように、取鍋１からのロングノズル２を通じたステンレス溶鋼３の流入量が調節される。これにより、タンディッシュ１０１の内部１０１ａにおけるステンレス溶鋼３の表面３ａは、ステンレス溶鋼３の深さが所定深さＤの近傍を維持する状態で、鉛直方向にほぼ一定の位置を維持するように制御される。このとき、ロングノズル２は、先端の注出口２ａをステンレス溶鋼３に浸漬させている。そして、上述のように、ロングノズル２の注出口２ａをタンディッシュ１０１の内部１０１ａのステンレス溶鋼３に浸漬させつつ、内部１０１ａのステンレス溶鋼３の表面３ａの鉛直方向の位置をほぼ一定に維持した鋳造状態を、定常状態と呼ぶ。
よって、定常状態で鋳造が行われている間、ロングノズル２から流入するステンレス溶鋼３による表面３ａのたたき込みが生じないため、窒素ガス４ｂは、ステンレス溶鋼３に巻き込まれることなくステンレス溶鋼３の穏やか表面３ａと接触した状態を維持する。これにより、ステンレス溶鋼３への溶解性を有する窒素ガス４ｂであっても、定常状態でステンレス溶鋼３への溶け込みが低く抑えられる。

また、取鍋１内のステンレス溶鋼３が無くなると、ロングノズル２が取り外され、ステンレス溶鋼３を含む別の取鍋１に取り替えられる。取り替えられる取鍋１は、タンディッシュ１０１に設置されて、ロングノズル２が接続される。また、この取鍋１の交換作業中も鋳造作業は継続して実施され、それにより、タンディッシュ１０１の内部１０１ａにおけるステンレス溶鋼３の表面３ａが下降する。この取鍋１の交換作業中も、窒素ガス４ｂのタンディッシュ１０１の内部１０１ａへの供給は継続される。そして、タンディッシュ１０１内は、図２の工程Ｃに示すような状態となる。

なお、取鍋１の交換作業中、タンディッシュ１０１の内部１０１ａにおけるステンレス溶鋼３の表面３ａがロングノズル２の注出口２ａよりも下方とならないように、ストッパ１０４によって浸漬ノズル１０１ｄの入口１０１ｅの開口面積を調節し、ステンレス溶鋼３の流量、つまり鋳造速度が制御される。上述のように２つの取鍋１のステンレス溶鋼３を連続して鋳造することによって、鋳造した２つの取鍋１のステンレス溶鋼３により形成される連続した鋳片３ｂにおける継ぎ目の品質を、定常状態で鋳造した鋳片３ｂと同等に保持することができる。つまり、後述するが、取鍋１が変わる毎に鋳造の初期等で鋳片３ｂの品質が変化することが低減され、それにより、品質が変化した部位の廃棄又は処理等が不要となり、コスト低減が可能になる。さらに、２つの取鍋１のステンレス溶鋼３を連続して鋳造することによって、１つの取鍋１毎に鋳造を終了する場合と比べて、タンディッシュ１０１にステンレス溶鋼３を溜めて鋳造を開始するまでの工程を１回省略することができ、作業効率が向上するため、コスト低減が可能になる。

さらに、鋳造が進行して交換した取鍋１内のステンレス溶鋼３が無くなると、タンディッシュ１０１の内部１０１ａにおけるステンレス溶鋼３の表面３ａは、ロングノズル２の注出口２ａよりも下降するが、ステンレス溶鋼３の新たな流下がないためたたき込み等による乱れを生じることなく、窒素ガス４ｂと接触している。よって、タンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼３がなくなる鋳造終了まで、窒素ガス４ｂのステンレス溶鋼３への溶け込みによる混入が低く抑えられる。このとき、タンディッシュ１０１内は、図２の工程Ｄに示すような状態となる。

また、ロングノズル２の注出口２ａがタンディッシュ１０１の内部１０１ａのステンレス溶鋼３に浸漬する前においても、注出口２ａとタンディッシュ１０１の本体１０１ｂの底部及び内部１０１ａのステンレス溶鋼３の表面３ａとの距離が短いこと、並びに、ステンレス溶鋼３による表面３ａのたたき込みが注出口２ａの浸漬までの短時間に限られることによって、ステンレス溶鋼３への空気やアルゴンガス４ａの巻き込みによる混入が低減している。

なお、ステンレス溶鋼３による表面３ａのたたき込みが発生するときにシールガスとして窒素ガス４ｂを使用すると、窒素ガス４ｂがステンレス溶鋼３に過度に溶解してその成分を製品として不適合なものにする可能性がある、つまり、ロングノズル２の注出口２ａが浸漬するまでにタンディッシュ１０１の内部１０１ａに溜められたステンレス溶鋼３から鋳造されたステンレス鋼片３ｃの全てを廃棄する必要が生じる可能性がある。しかしながら、アルゴンガス４ａを使用することによって、ステンレス溶鋼３の成分を大きく変化させずに所要の範囲に収めることができる。

よって、ロングノズル２の注出口２ａがタンディッシュ１０１の内部１０１ａのステンレス溶鋼３に浸漬するまでの短時間にステンレス溶鋼３に混入した僅かな空気やアルゴンガス４ａによる影響が生じる鋳造初期のステンレス鋼片３ｃは、所要の成分構成を得ることができ、これにより、アルゴンガス４ａの混入により発生する気泡を除去するために表面を切削すれば、ステンレス鋼片３ｃを製品として使用するができる。また、鋳造の開始から終了までの鋳造時間の大部分を占める上記鋳造初期以外の時期に鋳造されたステンレス鋼片３ｃは、ロングノズル２の注出口２ａの浸漬までに混入した空気及びアルゴンガス４ａの影響を受けなくなり、さらに鋳造時における窒素ガス４ｂの混入も低く抑えられる。このため、上記の鋳造時間の大部分を占めるステンレス鋼片３ｃは、二次精錬後の状態からの窒素含有量の増加が抑えられると共に、少量であるが混入する窒素ガス４ｂがステンレス溶鋼３へ溶解することによって気泡による表面欠陥の発生が大きく抑えられるので、製品としてそのまま使用することができる。

従って、鋳造開始前、シールガスとしてアルゴンガス４ａを用いることによって、鋳造前のステンレス溶鋼３の成分の変化が抑えられ、鋳造中、シールガスとして窒素ガス４ｂを用い且つタンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼３に注出口２ａを浸漬させたロングノズル２を介して取鍋１のステンレス溶鋼３を注入することによって、鋳造後のステンレス鋼片３ｃにおける気泡の発生が抑制されると共に、二次精錬後の状態からの窒素含有量の増加が抑えられる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る連続鋳造方法は、実施の形態１に係る連続鋳造方法においてタンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼３の表面３ａ上にＴＤパウダー５を散布し被覆するようにしたものである。
なお、実施の形態２に係る連続鋳造方法では、実施の形態１と同様に連続鋳造装置１００を使用するため、連続鋳造装置１００の構成の説明を省略する。

図１及び図３を参照して、実施の形態２における連続鋳造装置１００の動作を説明する。
連続鋳造装置１００において、取鍋１がセットされ且つ取鍋１にロングノズル２が取り付けられたタンディッシュ１０１では、実施の形態１と同様に、ストッパ１０４によって浸漬ノズル１０１ｄの入口１０１ｅを閉鎖した状態で、内部１０１ａ及びロングノズル２内にガス供給ノズル１０２等からアルゴンガス４ａが供給され、アルゴンガス４ａで満たされる。次いで、取鍋１からタンディッシュ１０１の内部１０１ａにロングノズル２を通じてステンレス溶鋼３が注ぎ込まれる。つまり、タンディッシュ１０１内は、図３の工程Ａに示す状態となる。

そして、タンディッシュ１０１の内部１０１ａにおいて、流入するステンレス溶鋼３によって上昇するステンレス溶鋼３の表面３ａがロングノズル２の注出口２ａの近傍となると、注出口２ａから流下するステンレス溶鋼３による表面３ａのたたき込みが小さくなりたたき込みによる巻き込みも少なくなるため、パウダノズル１０３から内部１０１ａのステンレス溶鋼３の表面３ａに向かって、ＴＤパウダー５が散布される。ＴＤパウダー５は、ステンレス溶鋼３の表面３ａ上の全体を覆うように散布される。

ＴＤパウダー５の散布後、ガス供給ノズル１０２からは、アルゴンガス４ａに換えて、窒素ガス４ｂが噴射される。これにより、タンディッシュ１０１の内部１０１ａでは、アルゴンガス４ａが外部に押し出され、ＴＤパウダー５とタンディッシュ１０１の上蓋１０１ｃとの間の領域が、窒素ガス４ｂで満たされる。
なお、ステンレス溶鋼３の表面３ａ上に層状に堆積したＴＤパウダー５が、ステンレス溶鋼３の表面３ａと窒素ガス４ｂとの接触を遮断し、窒素ガス４ｂのステンレス溶鋼３への溶け込みを抑える。

さらに、ステンレス溶鋼３が注ぎ込まれるタンディッシュ１０１の内部１０１ａにおいて、ステンレス溶鋼３の表面３ａが上昇し、その深さが所定深さＤとなると、ストッパ１０４が上昇され、それにより内部１０１ａのステンレス溶鋼３が、鋳型１０５内に流入し、鋳造が開始される。
そして、鋳造中、タンディッシュ１０１では、ロングノズル２の注出口２ａをタンディッシュ１０１の内部１０１ａのステンレス溶鋼３に浸漬させつつ、内部１０１ａのステンレス溶鋼３が所定深さＤの近傍の深さを維持し、表面３ａがほぼ一定の位置になるように、浸漬ノズル１０１ｄからのステンレス溶鋼３の流出量及びロングノズル２を通じたステンレス溶鋼３の流入量が調節される。

よって、ＴＤパウダー５で覆われたステンレス溶鋼３の表面３ａでは、注入されるステンレス溶鋼３によって堆積しているＴＤパウダー５が乱れることが抑えられ、それによって、表面３ａが窒素ガス４ｂに露出し直接接触することが防がれる。従って、定常状態で鋳造が行われている間、ＴＤパウダー５は、ステンレス溶鋼３の表面３ａと窒素ガス４ｂとの間を遮断し続ける。
このとき、タンディッシュ１０１内は、図３の工程Ｂに示す状態となる。

また、取鍋１内のステンレス溶鋼３が無くなると、実施の形態１と同様にして、鋳造を継続し且つタンディッシュ１０１の内部１０１ａにおけるステンレス溶鋼３の表面３ａをロングノズル２の注出口２ａよりも上方に維持しつつ、ロングノズル２の取り外し、ステンレス溶鋼３を含む別の取鍋１への取り替え、及び取り替えられた取鍋１へのロングノズル２の接続が順次実施される。このとき、タンディッシュ１０１内は、図３の工程Ｃに示すような状態となる。

さらに、鋳造が進行して交換した取鍋１内のステンレス溶鋼３が無くなると、タンディッシュ１０１の内部１０１ａにおけるステンレス溶鋼３の表面３ａがロングノズル２の注出口２ａよりも下方に下降する。このとき、ステンレス溶鋼３の表面３ａ上のＴＤパウダー５が、ロングノズル２が貫通し穴になっていた部位を埋め、表面３ａ上の全体を覆い、ステンレス溶鋼３の表面３ａと窒素ガス４ｂとの直接接触を遮り続ける。このとき、タンディッシュ１０１内は、図３の工程Ｄに示すような状態となる。
そして、タンディッシュ１０１の内部１０１ａのステンレス溶鋼３は、鋳造の終了まで、ＴＤパウダー５で表面３ａ全体が覆われた状態で鋳型１０５に流れ込み、ＴＤパウダー５はステンレス溶鋼３の表面３ａと窒素ガス４ｂとの接触を遮り続ける。

従って、タンディッシュ１０１では、ＴＤパウダー５の散布後の鋳造の定常状態及びその後の鋳造終了までの間、内部１０１ａのステンレス溶鋼３がＴＤパウダー５で覆われ、さらに、取鍋１内のステンレス溶鋼３は、内部１０１ａのステンレス溶鋼３に注出口２ａを浸漬させたロングノズル２を通じて、内部１０１ａのステンレス溶鋼３内に注ぎ込まれる。これにより、ステンレス溶鋼３は窒素ガス４ｂと直接接触せず、窒素ガス４ｂのステンレス溶鋼３への混入がほとんど発生しない。

そして、ＴＤパウダー５を散布するまでの短時間にステンレス溶鋼３内に混入した僅かな空気やアルゴンガス４ａによる影響が生じる鋳造初期に鋳造されるステンレス鋼片３ｃは、実施の形態１と同様に、所要の成分を得ることができ、表面切削を施せば製品として使用するができる。また、鋳造の開始から終了までの鋳造時間の大部分を占める上記鋳造初期以外の時期に鋳造されたステンレス鋼片３ｃは、ＴＤパウダー５の散布前に混入した空気及びアルゴンガス４ａの影響を受けなくなり、さらに鋳造時における窒素ガス４ｂの混入もほとんどない。このため、上記の鋳造時間の大部分で鋳造されるステンレス鋼片３ｃは、二次精錬後の状態から窒素含有量がほとんど増加せず、混入する窒素ガス４ｂ等の気体の気泡化による表面欠陥の発生が大きく抑えられるため、低窒素鋼種のステンレス鋼であっても製品としてもそのまま使用することができる。

従って、鋳造開始前、シールガスとしてアルゴンガス４ａを用いることによって、鋳造前のステンレス溶鋼３の成分の変化が抑えられる。さらに、鋳造中、シールガスとして窒素ガス４ｂを用い、タンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼３に注出口２ａを浸漬させたロングノズル２を介してステンレス溶鋼３を注入し、さらに、タンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼３の表面３ａをＴＤパウダー５で被覆してステンレス溶鋼３と窒素ガス４ｂとの直接接触を防ぐことによって、鋳造後のステンレス鋼片３ｃにおける気泡の発生が抑制されると共に、二次精錬後の状態からの窒素含有量の増加が実施の形態１よりも大幅に抑えられる。
また、この発明の実施の形態２に係る連続鋳造方法を用いた連続鋳造装置１００に関するその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。

（実施例）
以下、実施の形態１及び２に係る連続鋳造方法を用いてステンレス鋼片を鋳造した実施例を説明する。
ＳＵＳ４３０、フェライト単相系ステンレス鋼（化学成分：１９Ｃｒ−０．５Ｃｕ−Ｎｂ−ＬＣＮ）及びＳＵＳ３１６Ｌのステンレス鋼について実施の形態１及び２の連続鋳造方法を用いてステンレス鋼片であるスラブを鋳造した実施例１〜４と、ＳＵＳ４３０のステンレス鋼について注入ノズルとしてショートノズルを使用し、シールガスとしてアルゴンガス又は窒素ガスを用いてスラブを鋳造した比較例１〜２とについて特性を評価した。なお、以下の検出結果は、実施例では、鋳造の初期を除く定常状態で鋳造されたスラブからサンプリングしたものであり、比較例では、鋳造開始から実施例のサンプリング時期と同時期に鋳造されたスラブからサンプリングしたものである。

実施例及び比較例のそれぞれについて、鋼種、シールガスの種類・供給流量、注入ノズルの種類、ＴＤパウダーの使用の有無を表１に示す。なお、表１におけるショートノズルとは、図１において、ロングノズル２に換えて取鍋１に取り付けられたとき、その下方側先端が、タンディッシュ１０１の上蓋１０１ｃの下面とほぼ同じ高さとなるような長さが短い構成のものである。

実施例１は、実施の形態１の連続鋳造方法を用いてＳＵＳ４３０のステンレス鋼スラブを鋳造した例である。
実施例２は、実施の形態２の連続鋳造方法を用いてＳＵＳ４３０のステンレス鋼スラブを鋳造した例である。
実施例３は、実施の形態２の連続鋳造方法を用いて低窒素鋼種であるフェライト単相系ステンレス鋼（化学成分：１９Ｃｒ−０．５Ｃｕ−Ｎｂ−ＬＣＮ）のステンレス鋼スラブを鋳造した例である。
実施例４は、実施の形態２の連続鋳造方法を用いて低窒素鋼種であるＳＵＳ３１６Ｌ（オーステナイト系低窒素鋼種）のステンレス鋼スラブを鋳造した例である。
比較例１は、実施の形態１の連続鋳造方法においてロングノズル２の代わりにショートノズルを使用し、且つシールガスとして窒素ガスの代わりにアルゴン（Ａｒ）ガスを使用して、ＳＵＳ４３０のステンレス鋼スラブを鋳造した例である。
比較例２は、実施の形態１の連続鋳造方法においてロングノズル２の代わりにショートノズルを使用してＳＵＳ４３０のステンレス鋼スラブを鋳造した例である。

さらに、実施例１〜４及び比較例１〜２で鋳造したスラブにおける窒素（Ｎ）のピックアップ量であるＮピックアップの結果を表２に示す。なお、表２では、実施例１〜４及び比較例１〜２のそれぞれについて鋳造された複数のスラブで測定したＮピックアップをまとめている。また、Ｎピックアップは、二次精錬工程での最終的な成分調整後の取鍋１内のステンレス溶鋼３の窒素成分に対して、鋳造後のスラブに含有される窒素成分の増加量であり、鋳造工程においてステンレス溶鋼が新たに含んだ窒素成分の質量である。Ｎピックアップは、質量濃度で示し、単位はｐｐｍである。

比較例１では、シールガスとして窒素ガスを用いずにアルゴンガスを用いているため、Ｎピックアップが０〜２０ｐｐｍの間となり、その平均が８ｐｐｍと低くなっている。
比較例２では、ショートノズルを使用するため、タンディッシュ１０１内に注ぎ込まれたステンレス溶鋼が、タンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼の表面をたたき込んで周囲の多くの窒素ガスを巻き込むので、Ｎピックアップが５０ｐｐｍとなり、その平均も５０ｐｐｍと高くなっている。

実施例１では、鋳造の定常状態時において、ロングノズル２の注出口２ａをステンレス鋼に浸漬させることによって、注ぎ込まれたステンレス溶鋼によるタンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼の表面のたたき込みが防がれ、窒素ガスはステンレス溶鋼の穏やかな表面と接触しているのみであるため、Ｎピックアップが比較例１と同程度に低くなっている。具体的には、実施例１でのＮピックアップは、０〜２０ｐｐｍの間となり、その平均が１０ｐｐｍと低くなっている。

実施例２〜４では、鋳造の定常状態時において、ロングノズル２の使用に加えてＴＤパウダーによってタンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼と窒素ガスとを遮断するため、Ｎピックアップが比較例１及び実施例１よりもかなり小さくなっている。具体的には、実施例２でのＮピックアップは、−１０〜０ｐｐｍの間となり、その平均が−４ｐｐｍと非常に低くなっている。つまり、スラブにおける窒素含有量が、二次精錬後のステンレス溶鋼よりも少なくなっており、これは、ＴＤパウダーがステンレス溶鋼中の窒素成分を吸収していると考えられる。また、実施例３でのＮピックアップも、−１０〜０ｐｐｍの間となり、その平均が−９ｐｐｍと非常に低くなっている。さらに、実施例４でのＮピックアップも、−１０〜０ｐｐｍの間となり、その平均が−７ｐｐｍと非常に低くなっている。

また、不活性ガスであるアルゴンガスは、ステンレス溶鋼に含まれると多くがステンレス溶鋼に溶け込まずに気泡として鋳造後のスラブ内に残留するが、ステンレス溶鋼への溶解性を有する窒素は、多くがステンレス溶鋼に溶け込むため、シールガスに窒素ガスを使用した例では、スラブからは気泡としてほとんど検出されなかった。つまり、実施例１〜４及び比較例２では、スラブに気泡がほとんど確認されず、一方、比較例１では、スラブに表面欠陥となる気泡が多く確認された。

例えば、図４には、実施例３とさらなる比較例３（鋼種：フェライト単相系ステンレス鋼（化学成分：１９Ｃｒ−０．５Ｃｕ−Ｎｂ−ＬＣＮ），シールガス：Ａｒ，シールガス供給流量：６０Ｎｍ^３／ｈ，注入ノズル：ショートノズル）との間でスラブに生じるΦ０．４ｍｍ以上の気泡個数を比較した図が示されている。図４では、スラブ表面の幅方向の中央から端部までの半分の領域において、中央から端部に向かって等分した６つの測点での１００００ｍｍ^２（１００ｍｍ×１００ｍｍの領域）当りの気泡個数が示されている。
図４に示すように、実施例３では、全域にわたり気泡個数が０個であり、比較例３では、ほぼ全域にわたり気泡が確認され、各測点で０〜１４個の気泡が確認されている。

また、図５には、実施例４とさらなる比較例４（鋼種：ＳＵＳ３１６Ｌ（オーステナイト系低窒素鋼種），シールガス：Ａｒ，シールガス供給流量：６０Ｎｍ^３／ｈ，注入ノズル：ショートノズル）との間でスラブに生じるΦ０．４ｍｍ以上の気泡個数を比較した図が示されている。図５では、スラブ表面の幅方向の中央から端部までの半分の領域において、中央から端部に向かって等分した５つの測点での１００００ｍｍ^２（１００ｍｍ×１００ｍｍの領域）当りの気泡個数が示されている。
図５に示すように、実施例４では、全域にわたり気泡個数が０個であり、比較例４では、ほぼ全域にわたり気泡が確認され、各測点で５〜３５個の気泡が確認されている。

ちなみに、図６には、前記の比較例３でスラブに生じるΦ０．４ｍｍ以上の気泡個数と、比較例３においてショートノズルの代わりにロングノズル２を使用した場合における初期を除く定常状態で鋳造されたスラブに生じるΦ０．４ｍｍ以上の気泡個数とを、比較した図が示されている。図６では、スラブ表面の幅方向の中央から端部までの半分の領域において、中央から端部に向かって等分した６つの測点での１００００ｍｍ^２（１００ｍｍ×１００ｍｍの領域）当りの気泡個数が示されている。
図６に示すように、ロングノズル２を使用した場合でも、比較例３よりも気泡個数は減少しているが、全域にわたり３〜７個の気泡が確認されており、実施例１〜４のような気泡低減効果は確認できない。

よって、実施の形態１の連続鋳造方法を用いた実施例１では、スラブにおける気泡欠陥をほぼ０に抑制しつつ、鋳造工程でのＮピックアップを、シールガスに窒素ガスを使用しない比較例１と同程度まで低く抑えることができる。従って、実施の形態１の連続鋳造方法は、窒素成分の含有量が４００ｐｐｍ以下となる窒素含有量が低いステンレス鋼の製造に、従来のアルゴンガスをシールガスとして使用する鋳造方法に換えて適用することが十分に可能であり、さらに気泡欠陥を低減する効果を有している。
また、実施の形態２の連続鋳造方法を用いた実施例２〜４では、スラブにおける気泡欠陥をほぼ０に抑制しつつ、鋳造工程でのＮピックアップを、シールガスに窒素ガスを使用しない比較例１よりも低く抑え、ほぼ０とすることができる。従って、実施の形態２の連続鋳造方法は、低窒素鋼種のステンレス鋼の製造に適用することが十分に可能であり、さらに気泡欠陥を低く抑える効果を有している。

従って、鋳造の定常状態時に窒素ガスをシールガスとして用いることによって、鋳造後のステンレス鋼片における気泡の発生を抑制することができる。さらに、鋳造の定常状態時にタンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼に注出口２ａを浸漬させたロングノズル２を使用してステンレス溶鋼の注ぎ込みを行うことによって、Ｎピックアップを低減することができる。さらにまた、鋳造の定常状態時にタンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼の表面をＴＤパウダーで覆うことによって、Ｎピックアップを０近くまで低減することができる。

なお、上記鋼種以外にもＳＵＳ４０９Ｌ、ＳＵＳ４４４、ＳＵＳ４４５Ｊ１、ＳＵＳ３０４Ｌなどについて本発明を適用し、実施例１〜４に示すようなＮピックアップ低減効果及び気泡低減効果が得られることを確認した。
また、実施の形態１及び２に係る連続鋳造方法は、ステンレス鋼の製造に適用されていたが、他の金属の製造に適用してもよい。
また、実施の形態１及び２に係る連続鋳造方法におけるタンディッシュ１０１での制御は、連続鋳造に適用されていたが、他の鋳造方法に適用してもよい。

１ 取鍋、２ ロングノズル、２ａ 注出口、３ ステンレス溶鋼（溶融金属）、３ｃ ステンレス鋼片（金属片）、４ シールガス、４ａ アルゴンガス（不活性ガス）、４ｂ 窒素ガス、５ タンディッシュパウダー、１００ 連続鋳造装置、１０１ タンディッシュ、１０５ 鋳型。

Claims (6)

1. 取鍋内の溶融金属を下方のタンディッシュ内に注入し、前記タンディッシュ内の前記溶融金属を鋳型に連続注入して金属片を鋳造する連続鋳造方法において、
   前記取鍋内の前記溶融金属を前記タンディッシュ内に注入するための注入ノズルとして、前記タンディッシュ内に延びるロングノズルを前記取鍋に設けるロングノズル設置ステップと、
   前記ロングノズルを通じて前記タンディッシュ内に前記溶融金属を注入し、前記ロングノズルの注出口を前記タンディッシュ内の前記溶融金属に浸漬させる注入ステップと、
   前記注入ステップで、シールガスとして不活性ガスを前記タンディッシュ内の前記溶融金属の周囲に供給する第一シールガス供給ステップと、
   前記ロングノズルの前記注出口を前記タンディッシュ内の前記溶融金属に浸漬させつつ、前記ロングノズルを通じて前記タンディッシュ内に前記溶融金属を注入すると共に、前記タンディッシュ内の前記溶融金属を前記鋳型に注入する鋳造ステップと、
   前記鋳造ステップで、シールガスとして前記不活性ガスに換えて窒素ガスを前記タンディッシュ内の前記溶融金属の周囲に供給する第二シールガス供給ステップと
   を含む連続鋳造方法。
2. 前記第一シールガス供給ステップの不活性ガスがアルゴンである請求項１に記載の連続鋳造方法。
3. 前記注入ステップから前記鋳造ステップまでの間で、前記タンディッシュ内の前記溶融金属の表面を覆うようにタンディッシュパウダーを散布する散布ステップをさらに含む請求項１または２に記載の連続鋳造方法。
4. 前記鋳造ステップでは、複数の前記取鍋を順次交換しながら前記複数の取鍋の前記溶融金属を連続して鋳造し、前記ロングノズルの前記注出口を前記タンディッシュ内の前記溶融金属に浸漬させつつ前記取鍋を交換する請求項１〜３のいずれか一項に記載の連続鋳造方法。
5. 前記鋳造ステップでは、前記ロングノズルの前記注出口を、前記タンディッシュ内の前記溶融金属に１００〜１５０ｍｍの深さで貫入させる請求項１〜４のいずれか一項に記載の連続鋳造方法。
6. 鋳造される前記金属片は、含有窒素の濃度が４００ｐｐｍ以下のステンレス鋼である請求項１〜５のいずれか一項に記載の連続鋳造方法。

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