JP2021151660A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第一態様は、タンディッシュから鋳型への溶鋼注入にノズルを用いる鋼の連続鋳造方法であって、ノズルは上ノズルと浸漬ノズルとを含み、タンディッシュ内の上ノズルの上側に上下方向に移動可能なストッパーが配置されており、浸漬ノズルの流路内に純度が99.99%以上、酸素濃度が2ppm以下、露点が−65℃以下、窒素濃度が10ppm以下のArガスを流し、上ノズルとストッパーとの間隙を調整することにより鋳型に注入される溶鋼の流量を調整することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法である。
しかしながら、溶鋼の流量調整にスライディングゲートを用いる場合、上ノズルとスライディングゲートとの継目、スライディングゲートの摺動面と摺動面との合わせ目、スライディングゲートと浸漬ノズルとの継目などから外気が吸引され、当該外気によりノズルの流路内面に吹き込まれるArガスの純度が低下することが確認されている。特に、これらの継目において、流路断面積の変化がある場合に、継目からの外気吸引が顕著に生じることが分かっている。その観点では、スライディングゲートは主要な外気吸引場所と言える。そこで、第一態様ではスライディングゲートを用いた流量調整ではなく、ストッパーを用いて流量調整することで、流路内面への外気の吸引を抑制している。
図1に第一態様に用いることができるノズルの一例であるノズル100を示した。図1に示したように、ノズル100は上ノズル110と浸漬ノズル120とを備えている。上ノズル110はタンディッシュから供給される溶鋼を受け取る部分であり、上ノズル110の高さ方向の上側(タンディッシュ側)の流路断面積(又は流路直径)は下側(鋳型側)の流路断面積よりも大きく形成されている。浸漬ノズル120は上ノズル110に供給された溶鋼を鋳型に注入する部分であり、鋳型中の溶鋼に浸漬するように配置されている。また、浸漬ノズル120の下部(鋳型側)には溶鋼を注入するための孔120a(ノズル吐出孔)が設けられている。
しかしながら、上記したようにノズルの流路内面の継目から外気が吸引されることにより、吹き込まれるArガスの純度が低下する虞がある。
第一態様では、タンディッシュ内の上ノズル110の上側に上下方向に移動可能なストッパー150が配置されている。ストッパー150は、タンディッシュからノズルに供給する溶鋼の流量を調整するための部材であり、図1のように、ストッパーを上下方向に移動させることにより、ストッパー150と上ノズル110との間隙を調整し、タンディッシュから鋳型に注入される溶鋼の流量を調整している。第一態様では、上記したとおり、流量調整にストッパー150を用いることにより、スライディングゲートを用いた場合に比べて、外気の吸引を抑制しつつ、溶鋼の流量を調整することができる。このようなストッパー150としては、公知のストッパーを用いることができる。
通常の鋼の連続鋳造時において、浸漬ノズル内に流すArガスは、純度が99.9%程度のものが用いられる。Arガス中の酸素等不純成分による溶鋼の汚染を防止する観点からは、99.9%という純度は十分に高いと考えられているためである。
溶鋼の表面張力に対し、酸素や水分の影響は大きいので、第一態様ではこれら不純分に対する濃度の規定は厳しい値となっている。一方で、溶鋼の表面張力に対する窒素の影響は、酸素や水分の影響に比べると小さいので、窒素に対する濃度の規定は酸素等の規定に比べて緩くなっている。ただし、窒素の影響を完全に無視することはできない。
浸漬ノズル120の流路内に高純度Arガスを流す方法は、例えば、浸漬ノズル120の流路内に直接高純度Arガスを流す方法、上ノズル110の流路内に高純度Arガスを流し、間接的に浸漬ノズル120の流路内に高純度Arガスを流す方法、又はこれらを組み合わせた方法等を挙げることができる。図1では、好ましい形態である上ノズル110及び浸漬ノズル120の両方の流路内に高純度Arガスを流す方法を採用している。
上ノズル110のArガス吹き込み部113からノズル100の流路内に高純度Arガスを吹き込む量も特に限定されないが、2NL/min以上50NL/min以下であることが好ましい。ただし、上ノズル110及び浸漬ノズル120の両方の流路内に高純度Arガスを流す場合は、Arガス吹き込み部113から吹き込む高純度Arガスの量はArガス吹き込み部123から吹き込む高純度Arガスの量の2〜10倍とすることが好ましい。上ノズル110のArガス吹き込み部113からノズル100の流路内に吹き込まれる高純度Arガスは、一部がタンディッシュ内に浮上するため、通常、浸漬ノズル120のArガス吹き込み部123から吹き込む高純度Arガスの量よりも多量のガス量を必要とするためである。
本発明の第二態様は、タンディッシュから鋳型への溶鋼注入にノズルを用いる鋼の連続鋳造方法であって、ノズルは上ノズルと、スライディングゲートと、浸漬ノズルとを含み、スライディングゲートは上ノズルと浸漬ノズルとの間に配置されており、浸漬ノズルの流路内に純度が99.99%以上、酸素濃度が2ppm以下、露点が−65℃以下、窒素濃度が10ppm以下のArガスを流し、スライディングゲートを用いて鋳型に注入される溶鋼の流量調整を行い、且つ、スライディングゲートの摺動面の外周部に不活性ガスを流し、該外周部の酸素濃度を5%以下にすることを特徴とする、鋼の連続鋳造方法である。
図4に第二態様に用いることができるノズル400の一例を示した。図4の左側はノズル400の断面図であり、右側は左側図の紙面右側から観察したスライディングゲート430の図である。直線lはノズル400の中心線である。
そこで、第二態様では、スライディングゲート430の摺動面の外周部に不活性ガスを流し、当該外周部の酸素濃度を5%以下にしている。これにより、スライディングゲート430を用いたノズル400であっても、摺動面からの外気の吸引による悪影響を抑制することができる。
「摺動面の外周部」とは、摺動面の外周より外側の所定の範囲であり、具体的には摺動面の外周から5mm以内の位置である。
「不活性ガス」とは、Arガス、窒素ガス、又はこれらの混合ガスである。Arガス又は窒素ガスは一般的に用いられる純度のガスで良い。好ましくはArガスである。
第二態様では、浸漬ノズル420の流路内に純度が99.99%以上、酸素濃度が2ppm以下、露点が−65℃以下、窒素濃度が10ppm以下である高純度Arガスを流す。
浸漬ノズル420の流路内に高純度Arガスを流す方法は、例えば、浸漬ノズル420の流路内に直接高純度Arガスを流す方法、スライディングゲート430の上固定板431から高純度Arガスを流し、間接的に浸漬ノズル420の流路内に高純度Arガスを流す方法、又はこれらを組み合わせた方法等を挙げることができる。図4では、好ましい形態である上固定板431及び浸漬ノズル420の両方の流路内に高純度Arガスを流す方法を採用している。
本発明の第三態様は、第一態様又は第二態様であって、さらに、ノズルの流路内面のうち少なくとも浸漬ノズルの流路内面に、化学組成として、ZrO2を50〜85mass%、CaOを1〜25mass%、Cを8〜40mass%含有するジルコニアグラファイト系耐火物を配し、ノズルに一方の電極を接続するとともに、タンディッシュ内の溶鋼に他方の電極を浸漬して、ノズルとその内部を通過する溶鋼との間に通電回路を構成し、ノズルにおける平均電流密度の絶対値を1〜50mA/cm2とし、ノズルの極性が正となるように通電しながら、鋳造することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法である。
第三態様では、ノズルの流路内面うち少なくとも浸漬ノズルの流路内面にジルコニアグラファイト系耐火物を配する。従来、ジルコニアの脱酸効果を発揮するにはグラファイト等の導電性カーボンとの共存はできないと考えられていた。しかしながら、本発明者らの研究によって、溶鋼と触れる耐火物の稼働面においては脱炭が生じジルコニア単体として作用し脱酸効果が発揮されることが確認できている。
ZrO2の濃度(含有量)が50〜85mass%であるのは、50mass%未満では耐火物としての耐食性が失われるからであり、85mass%を越えると熱衝撃に弱くなるからである。CaOの濃度が1〜25mass%であるのは、1mass%未満ではジルコニアが不安定化し耐火物の耐久性が低下してしまうからであり、25mass%を越えると介在物であるアルミナと反応した時に低融点化が著しく生じて溶損が過大になってしまうからである。なお、ジルコニア結晶の安定化にはCaOに代えてMgOやY2O3を同じ組成範囲で用いても構わない。Cの濃度が8〜40mass%であるのは、8mass%未満であると電気抵抗が増大して安定した通電が難しくなるからであり、40mass%を越えると耐火物の耐食性が低下するからである。
第三態様では、ノズルに一方の電極を接続するとともに、タンディッシュ内の溶鋼に他方の電極を浸漬して、ノズルとその内部を通過する溶鋼との間に通電回路を構成し、ノズルにおける平均電流密度の絶対値を1〜50mA/cm2とし、ノズルの極性が正となるように通電する。通電は直流であっても交流であってもよい。
第三態様において、交流パルス状の電流波形で通電する場合は、次のように通電しながら鋳造を行うことが好ましい。すなわち、上記の構成に加えて、さらにノズルの極性が正負交互に入れ替わる交流パルス状の電流波形で通電し、電流波形の周期が0.5ms〜20msであり、ノズルの極性が負の期間における平均電流密度×通電時間よりも、ノズルの極性が正の期間における平均電流密度×通電時間の方が大きいことによって、ノズルの極性が正となるよう通電しながら、鋳造することが好ましい。
同様に、「浸漬ノズルの極性が正の期間における平均電流密度」とは、ノズルの極性が正、すなわち、陽極である期間において、ノズルと溶鋼との間に流れる平均電流値を、溶鋼と接する浸漬ノズル内外面の総面積(通電面積)で除して得られる電流密度を意味し、正極実効電流密度とも言い換えることができる。「浸漬ノズルの極性が正の期間における平均電流密度×通電時間」とは、ノズルの極性が正の期間における平均電流密度(正極実効電流密度)に、ノズルの極性が正の期間における通電時間(正極通電時間)を掛けたものである。
「ノズルの極性が正となる」とは、交流パルス状波形を用いて通電を行う場合は、ノズルの極性が負の期間における平均電流密度×通電時間よりも、ノズルの極性が正の期間における平均電流密度×通電時間の方が大きくなることを意味する。なお、直流で通電を行う場合は、ノズルの極性が正となるように通電されていることを意味する。
ジルコニアグラファイト系耐火物は正極で通電を行うことにより、溶鋼の脱酸効果を得ることができるものであるが、正極で長時間の通電を行うと、下記(1)式の反応が進行し、グラファイトが酸化されCOガスが発生してしまう問題がある。
C+O2−→CO+2e−・・・(1)
2Al+3CO→Al2O3+3C・・・(2)
次に、本発明の連続鋳造方法を実施するために用いる連続鋳造装置について説明する。図7は、本発明の連続鋳造方法を実施するために用いる連続鋳造装置の一例である連続鋳造装置50を模式的に示した図である。ただし、本発明の連続鋳造方法を実施するために用いる連続鋳造装置はこれに限定されない。例えば、図7では、スライディングゲートを含むノズルを用いた形態を示したが、ノズルの形態もこれに限定されない。また、図7では連続鋳造装置に通電を行う形態を示したが、通電を行わない形態であってもよい。
実施例a〜dは、ストッパーを用いてタンディッシュから鋳型への流量調整を行ないつつ、ノズルから高純度Arガスを吹き込んで鋳造を行った例である。
実施例aは、流路内面の継ぎ目に段差があるノズルを用いている。図1に実施例aで用いたノズルの断面を示している。実施例bは、流路内面の継ぎ目に段差がないノズルを用いている。図2に実施例bに用いたノズルの断面を示している。実施例c、dはノズルの流路内面に継目が無い一体型浸漬ノズルを用いている。図3に実施例c、dに用いたノズルの断面を示している。
実施例a〜cの結果を比較すると、継目に段差が無いノズルを用いている実施例bに比べると、継目に段差があるノズルを用いている実施例aは継目からの外気吸引の影響でノズル閉塞防止効果は小さいものとなっていた。また、継目が無い一体型浸漬ノズルを用いている実施例cに比べると、影響は小さいものの実施例bは継目からの外気吸引の影響でノズル閉塞防止効果は小さいものとなっていた。このことから、継目からの外気吸引の影響によりノズルの閉塞防止効果が小さくなることが分かり、さらに継目に段差があるとさらにノズルの閉塞防止効果が小さくなることが分かる。また、実施例c、dの結果を比較すると、Arガスの純度が高いほどノズルの閉塞防止効果が高いことが分かる。後述する比較例qの結果からも上記の効果が裏図けられる。
実施例e、fは、スライディングゲート(S/G)を用いてタンディッシュから鋳型への流量調整を行ないつつ、ノズルから高純度Arガスを吹き込んで鋳造を行った例である。図4に実施例e、fで用いたノズルの断面を示している。
実施例g〜iは、溶鋼とノズルとの間を直流で通電して鋳造を行った例である。実施例g、iは実施例dの条件にさらに直流通電を行ったものであり、実施例hは実施例eの条件にさらに直流通電を行ったものである。ここで、実施例g、iはノズルの極性を正負逆にして試験している。
実施例g、hは、それぞれ実施例d、eよりもノズル閉塞指数が低くなっており、通電による電気化学的脱酸作用により浸漬ノズル閉塞防止効果が向上することが確認できた。
一方で、実施例iはノズルの極性が負であることから、電気化学的脱酸作用は発揮されず逆に酸素イオンを溶鋼側へ供給する条件となったことから、通電を行わない実施例dに比べてノズル閉塞防止効果が劣る結果となった。ただし、ノズルに対して高純度のArガスを吹き込みながら鋳造を行っていることから、高純度のArガスを吹き込みによるノズル閉塞防止効果は十分に発揮されていた。これは。高純度Arガス吹き込まない比較例qの結果から確認することができる。
実施例j〜mは、溶鋼とノズルとの間を交流パルス状の通電波形で通電して鋳造を行った例である。実施例jは実施例gの通電条件を交流パルスに変更した例であり、実施例kは実施例hの通電条件を交流パルスに変更した例であり、実施例mは実施例kにおいてスライディングゲート外周に流す不活性ガスをN2ガスに変更し、通電条件を再設定した例である。ここで、実施例jの通電波形を図8に、実施例mの通電波形を図9に示した。
比較例nは、実施例kのArガスに低純度のArガスを用い、さらに耐火物にCaOが30mass%含まれたノズルを用いた例である。表1より、比較例nはノズルの閉塞指数が0であり非常に優れた例であるように見える。しかしながら、ノズル内面の耐火物が溶損し、損耗が激しいものであったため、実用には適さないものであった。また、溶損した耐火物とアルミナ介在物が合体した大きな介在物が鋳片内に持ち込まれ品質欠陥を生じる虞がある。
2:溶鋼
3:上ノズル
4:タンディッシュ
5:スライディングゲート
6:浸漬ノズル
7:電極
8:対極
9a:ケーブル
9b:ケーブル
10:電源装置
11:絶縁用耐火物
12:絶縁用耐火物
13:吐出口
14:鋳型
15:凝固殻
16:鋳片、
17:モールドパウダー
50:連続鋳造装置
100、200、300、400:ノズル
110、410:上ノズル
120、420:浸漬ノズル
130:コレクターノズル
150:ストッパー
430:スライディングゲート
431:上固定板
432:下固定板
433:中間プレート
Claims (6)
- タンディッシュから鋳型への溶鋼注入にノズルを用いる鋼の連続鋳造方法であって、
前記ノズルは上ノズルと浸漬ノズルとを含み、前記タンディッシュ内の前記上ノズルの上側に上下方向に移動可能なストッパーが配置されており、
前記浸漬ノズルの流路内に純度が99.99%以上、酸素濃度が2ppm以下、露点が−65℃以下、窒素濃度が10ppm以下のArガスを流し、前記上ノズルと前記ストッパーとの間隙を調整することにより前記鋳型に注入される溶鋼の流量を調整することを特徴とする、
鋼の連続鋳造方法。 - 前記ノズルは流路内面の継目に段差が無いことを特徴とする、請求項1に記載の鋼の連続鋳造方法。
- 前記ノズルは流路内面に継目が無い一体型浸漬ノズルであることを特徴とする、請求項1に規定の鋼の連続鋳造方法。
- タンディッシュから鋳型への溶鋼注入にノズルを用いる鋼の連続鋳造方法であって、
前記ノズルは上ノズルと、スライディングゲートと、浸漬ノズルとを含み、前記スライディングゲートは前記上ノズルと前記浸漬ノズルとの間に配置されており、
前記浸漬ノズルの流路内に純度が99.99%以上、酸素濃度が2ppm以下、露点が−65℃以下、窒素濃度が10ppm以下のArガスを流し、前記スライディングゲートを用いて前記鋳型に注入される溶鋼の流量調整を行い、且つ、前記スライディングゲートの摺動面の外周部に不活性ガスを流し、該外周部の酸素濃度を5%以下にすることを特徴とする、
鋼の連続鋳造方法。 - 前記ノズルの流路内面のうち少なくとも前記浸漬ノズルの流路内面に、化学組成として、ZrO2を50〜85mass%、CaOを1〜25mass%、Cを8〜40mass%含有するジルコニアグラファイト系耐火物を配し、
前記ノズルに一方の電極を接続するとともに、前記タンディッシュ内の溶鋼に他方の電極を浸漬して、前記ノズルとその内部を通過する溶鋼との間に通電回路を構成し、前記ノズルにおける平均電流密度の絶対値を1〜50mA/cm2とし、前記ノズルの極性が正となるように通電しながら、鋳造することを特徴とする、
請求項1〜4のいずれか1項に記載の鋼の連続鋳造方法。 - 前記ノズルの極性が正負交互に入れ替わる交流パルス状の電流波形で通電し、前記電流波形の周期が0.5ms〜20msであり、前記ノズルの極性が負の期間における平均電流密度×通電時間よりも、前記ノズルの極性が正の期間における平均電流密度×通電時間の方が大きいことによって、前記ノズルの極性が正となるよう通電しながら、鋳造することを特徴とする、請求項5に記載の鋼の連続鋳造方法。
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