JP2024042561A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ノズルの閉塞を抑制することができる鋼の連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】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、浸漬ノズル、及び上ノズルと浸漬ノズルとの間に配置されるスライディングゲートを有し、高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流し、高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流す条件が、（Ａ）上ノズルから高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流し、スライディングゲートから高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流さず、上ノズルから供給される高純度Ａｒガスの流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下であるか、又は、（Ｂ）上ノズル及びスライディングゲートから高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流し、上ノズル及びスライディングゲートから供給される高純度Ａｒガスの合計流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下である。
【選択図】図２

Description

本願は鋼の連続鋳造方法に関する。

タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入にノズルを用いる鋼の連続鋳造方法において、溶鋼中の非金属酸化物（介在物）がノズルの内壁に付着・堆積し流路が閉塞されるという問題がある。

鋳造中に流路が閉塞されると、鋳造を一旦停止して付着物を除去する作業を行うため生産性が低下する。また、付着物と一緒に堆積した地金も除去されるため歩留まりが悪化する。さらに、鋳片の品質にも大きな影響を与える。

従来、ノズルの閉塞を防止するため、ノズル内へのＡｒガスの吹き込みが実施されている。ノズル内に吹き込まれたＡｒガスは内壁に沿って扁平し、カーテン状の気膜を形成する。気膜が浸漬ノズル内壁に存在することで、溶鋼が内壁に接触する機会が減少し、介在物が付着し難くなり、ノズルの閉塞を抑制することができる。また、Ａｒガスを高純度化することで、溶鋼と気膜との界面張力を高めることができるため、気膜を安定的に形成し、ノズルの閉塞を一層抑制することができると考えられている。

特許文献１及び特許文献２には、浸漬ノズルに吹き込むＡｒガスの純度や酸素濃度、露点、流量、吹き込み位置を調整することで、浸漬ノズルの閉塞を抑制するできることが記載されている。特許文献３には、Ａｒガスの高純度化に加えて、スライディングゲートの摺動面の外周部にＡｒガスの吹き付けを実施することや、スライディングゲートの代わりに摺動面のないストッパーを用いることで、浸漬ノズルの閉塞抑制効果をより享受できることが記載されている。

特開２０１４－８５３０号公報 特開２０１４－１８４４６２号公報 特開２０２１－１５１６６０号公報

鋼の連続鋳造に上ノズル、スライディングゲート、及び浸漬ノズルを有するノズルを用いる場合、各部材の嵌合部及びスライディングゲートの摺動面から外気がノズル内に吸引される問題がある。外気がノズル内に吸い込まれると、Ａｒガスの純度が低下し、ノズルの内壁に形成された気膜が不安定になり、溶鋼が再酸化されてアルミナ系介在物が粗大化し、ノズルの閉塞が進行する。

特許文献１及び特許文献２に記載の方法は、ノズル内への外気の吸い込みを考慮していない。そのため、スライディングゲートの摺動面や、ノズルの各部材の篏合部から不可避的に外気が吸い込まれ、Ａｒガスの純度が低下し、気膜を安定的に維持できないと考えられる。特許文献３に記載の方法は、スライディングゲートの摺動面の外周部にＡｒガスを吹き付けているが、摺動面以外にも各部材の篏合部から外気吸い込みが発生するため、まだまだ改善の余地がある。例えば、特許文献３に記載の方法では、上ノズルからＡｒガスを供給しておらず、上ノズルとスライディングゲートとの嵌合部には気膜が存在しないため、当該嵌合部からの外気の吸い込みが特に問題となる。

また、特許文献１～３に記載の方法は、溶鋼と浸漬ノズルとの接触機会の減少を主な課題としているが、篏合部や摺動面からの外気の吸い込みを抑制することもノズル閉塞抑制のために重要な課題である。

そこで、本開示の主な目的は、上記実情を鑑み、ノズルの閉塞を抑制することができる鋼の連続鋳造方法を提供することである。

本開示は上記課題を解決するための一つの態様として、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、浸漬ノズル、及び上ノズルと浸漬ノズルとの間に配置されるスライディングゲートを有し、純度が９９．９９％以上、酸素濃度が２ｐｐｍ以下、かつ、露点が－６５℃以下である高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流し、高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流す条件が、
（Ａ）上ノズルから高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流し、スライディングゲートから高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流さず、上ノズルから供給される高純度Ａｒガスの流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下であるか、
又は、
（Ｂ）上ノズル及びスライディングゲートから高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流し、上ノズル及びスライディングゲートから供給される高純度Ａｒガスの合計流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下である、
鋼の連続鋳造方法を提供する。

上記方法において、高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流す条件が（Ｂ）であってもよい。また、鋳造後、浸漬ノズルの内壁に付着したアルミナ系介在物のＦｅＯ濃度が５ａｔｏｍ％以下であり、かつ、アルミナ系介在物の平均粒子径が５０μｍ以下となっていてもよい。

本開示の鋼の連続鋳造方法によれば、ノズルの閉塞を抑制することができる。

鋼の連続鋳造の様子を表す概略図である。 ノズル１００の断面概略図である。

本開示の鋼の連続鋳造方法について、一実施形態を用いて詳しく説明する。図１に鋼の連続鋳造の様子を表す概略図を示した。また、図２に一実施形態に用いることができるノズルの一例であるノズル１００の断面概略図を示した。

一実施形態は、タンディッシュ１から鋳型３への溶鋼２の注入にノズル１００を用いる鋼の連続鋳造方法であって、ノズル１００は上ノズル１０、浸漬ノズル２０、及び上ノズル１０と浸漬ノズル２０との間に配置されるスライディングゲート３０を有し、純度が９９．９９％以上、酸素濃度が２ｐｐｍ以下、かつ、露点が－６５℃以下である高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流し、高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流す条件が、
（Ａ）上ノズル１０から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流し、スライディングゲートから高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流さず、上ノズル１０から供給される高純度Ａｒガスの流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下であるか、
又は、
（Ｂ）上ノズル１０及びスライディングゲート３０から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流し、上ノズル１０及びスライディングゲート３０から供給される高純度Ａｒガスの合計流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下である、
鋼の連続鋳造方法である。

まず、図１を用いて、典型的な鋼の連続鋳造方法について簡単に説明する。図１に示した通り、取鍋（不図示）からタンディッシュ１に供給された溶鋼２はノズル１００を通り、浸漬ノズル２０の吐出孔２１から吐出し、鋳型３に注入される。このとき、ノズル１００の内部を通過する溶鋼２は、スライディングゲート３０の開閉度合いにより、その流量が調整される。そして、鋳型３に供給された溶鋼２は、冷却されながら下方に引き抜かれ、鋳片となる。

また、典型的には、溶鋼２がノズル１００を通過する際、ノズル１００内にＡｒガスを流す。これにより、図２に示した通り、ノズル１００の内壁に沿ってカーテン状の気膜Ａが形成されるため、溶鋼２がノズル１００の内壁に接触する機会を減少させることができ、介在物が付着し難くなる。さらに、高純度のＡｒガスを流すことにより、溶鋼２と気膜Ａとの界面張力を高め、気膜Ａを安定化することができる。また、安定的Ａな気膜を形成することにより、外気の吸い込みを一層抑制することができる。

ここで、一実施形態では、上ノズル１０から高純度Ａｒガスを流すことを必須としている。これにより、気膜Ａをノズル１００の上方から存在させることができ、ノズル１００の各部材の嵌合部５１～５３及びスライディングゲート３０の摺動面５４、５５からの外気の吸い込みを抑制することができる。特に、一実施形態では、特許文献１～３では検討されていない上ノズル１０とスライディングゲート３０との嵌合部からの外気の吸い込みを抑制することができる。外気の吸い込みが抑制されると、溶鋼の再酸化を抑制して、アルミナ系介在物を分散維持し、ノズルの閉塞を抑制できる。また、高純度Ａｒガスの純度の低下を抑制することができるため、気膜Ａを安定的に存在させることができる。さらに、一実施形態では、高純度Ａｒガスの流量を所定の範囲に設定している。これにより、外気の吸い込みが発生しうる場所には気膜が存在し、かつ、鋳片の気泡欠陥を増加させることもない。

このように、一実施形態は、高純度Ａｒガスの気膜Ａをノズルの内壁（上ノズル１０のＡｒガス供給部１１から浸漬ノズル２０の吐出孔２１）に安定的に存在させることで、ノズル１００の各部材の嵌合部５１～５３及びスライディングゲート３０の摺動面５４、５５からの外気の吸い込みを抑制できるため、アルミナ系介在物が分散維持され、浸漬ノズル３０の内壁への介在物の付着が抑制される。従って、一実施形態によれば、ノズル１００の閉塞を顕著に抑制することができる。

以下、一実施形態の鋼の連続鋳造方法について詳しく説明する。

＜ノズル１００＞
ノズル１００はタンディッシュ１から鋳型３に溶鋼２の注入を実施する役割を有する。ノズル１００は、ノズル１０、浸漬ノズル２０、及び上ノズル１０と浸漬ノズル２０との間に配置されるスライディングゲート３０を有する。また、ノズル１００は、さらにスライディングゲート３０と浸漬ノズル２０との間に配置される下ノズル４０を有する。ただし、一実施形態で用いることができるノズルはこれに限定されず、ノズルは上ノズル、浸漬ノズル、及びスライディングゲートを有していればよい。

上ノズル１０はタンディッシュ１及びスライディングゲート３０に接続されており、タンディッシュ１から供給される溶鋼２を受け取る部分である。

浸漬ノズル２０はタンディッシュ１から供給された溶鋼２を鋳型３に注入する部分であり、その下部は鋳型３中の溶鋼２に浸漬するように配置されている。また、浸漬ノズル２０の下部（鋳型３側）には溶鋼２を鋳型３に注入するための吐出孔２１が設けられている。吐出孔２１の数は特に限定されず、少なくとも１つあればよい。

スライディングゲート３０は、浸漬ノズル２０（鋳型３）に供給される溶鋼２の流量を調整するための部材である。スライディングゲート３０は３層構造であり、上固定板３１と、下固定板３２と、上固定板３１及び下固定板３２の間に配置される中間プレート３３とを備えている。中間プレート３３は、上固定板３１及び下固定板３２の間を摺動可能に配置されている。中間プレート３３はスライド板とも呼ばれ、中間プレート３３が摺動することによって流路を絞る構造となっている。

下ノズル４０はスライディングゲート３０と浸漬ノズル２０との間に設けられており、これらの部材を接続する役割を有する。なお、下ノズル４０は任意の部材である。従って、ノズル１００は、下ノズル４０を用いずに、スライディングゲート３０と浸漬ノズル２０とを接続してもよい。

連続鋳造時において、各部材の嵌合部及びスライディングゲート３０の摺動面から外気がノズルの内部に吸い込まれる問題がある。ノズル１００では、上ノズル１０とスライディングゲート３０（上固定板３１）とが嵌合し嵌合部５１を形成し、スライディングゲート３０（下固定板３２）と下ノズル４０とが嵌合し嵌合部５２を形成し、下ノズル４０と浸漬ノズル２０とが嵌合し嵌合部５３を形成している。これらの嵌合部５１～５３は完全に密閉されていないため、ノズル１００の内部への外気吸い込みが生じる。また、スライディングゲート３０の摺動面も完全に密閉されていないため、外気の吸い込みが生じる虞がある。「摺動面」とは、スライディングゲート３０の固定板と中間プレート３３との摺動面である。具体的には、上固定板３１と中間プレート３３との摺動面５４、及び、下固定板３２と中間プレート３３との摺動面５５である。このような摺動面５４、５５は摺動面の合わせ目から外気を吸引しやすい。

外気がノズル１００の内部に吸い込まれると溶鋼２が酸化され、ノズルの閉塞を引き起こす。そこで、一実施形態では、高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流している。これにより、ノズル１００の内壁の表面を覆うカーテン状の気膜Ａが形成され、各部材の嵌合部５１～５３及びスライディングゲート３０の摺動面５４、５５からの外気の吸い込みを抑制することができる。

＜高純度アルゴンガス＞
一実施形態で用いる高純度Ａｒガスは、純度が９９．９９％以上、酸素濃度が２ｐｐｍ以下、かつ、露点が－６５℃以下であるＡｒガスである。このような高純度Ａｒガスを用いることにより、ノズル１００の内壁に沿って形成されるカーテン状の気膜Ａと溶鋼２との界面張力を高めることができるため、気膜Ａを安定化することができる。また、安定的な気膜を形成することにより、外気の吸い込みを一層抑制することができる。

高純度Ａｒガスの純度は９９．９９％以上であればよいが、より安定的な気膜を形成する観点から、純度は９９．９９９％以上であってもよい。高純度Ａｒガスの酸素濃度は２ｐｐｍ以下であればよいが、より安定的な気膜Ａを形成する観点から、１ｐｐｍ以下であってもよい。高純度Ａｒガスの露点は－６５℃以下であればよいが、より安定的な気膜Ａを形成する観点から、露点は－８０℃以下としてもよい。

＜高純度Ａｒガスを供給する位置＞
一実施形態において、高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流す条件は、次の（Ａ）又は（Ｂ）のいずれかである。
（Ａ）上ノズル１０から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流し、スライディングゲート３０から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流さず、上ノズル１０から供給される高純度Ａｒガスの流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下である。
（Ｂ）上ノズル１０及びスライディングゲート３０から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流し、上ノズル１０及びスライディングゲート３０から供給される高純度Ａｒガスの合計流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下である。

まず、条件（Ａ）について説明する。条件（Ａ）では、上ノズル１０から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流し、スライディングゲート３０から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流さない。すなわち、上ノズル１０及びスライディングゲート３０のうち、上ノズル１０のみから高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流す。これにより、ノズル１００の嵌合部５１よりも上方から気膜Ａを形成することができ、特に嵌合部５１からの外気の吸い込みを抑制することができる。

上ノズル１０から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流す方法は特に限定されない。例えば、上ノズル１０の周方向に複数のＡｒガス供給部１１を設け、Ａｒガス吐出孔１１から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流してもよい。Ａｒガス供給部１１の形態は特に限定されないが、Ａｒガスを供給可能な孔であってもよい。また、隙間からＡｒガスを供給可能な多孔質耐火物であってもよい。Ａｒガス供給部１１の数は特に限定されないが、ノズル１００の内壁に沿ってカーテン上の気膜Ａが形成されるように適宜設定してよい。Ａｒガス供給部１１の位置は特に限定されない。上ノズル１０の流路内のいずれの位置に配置されていてもよい。

また、条件（Ａ）では、上ノズル１０から供給される高純度Ａｒガスの流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下である。これにより、ノズル１００の内壁に気膜を安定的に存在させることができる。従って、条件（Ａ）によれば、各部材の嵌合部５１～５３及びスライディングゲート３０の摺動面５４、５５からの外気の吸い込みを抑制することができる。

ここで、上ノズル１０において、複数のＡｒガス供給部１１から高純度Ａｒガスを流す場合、合計の流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下あることを意味する。上ノズル１０から供給される高純度Ａｒガスの流量が１ＮＬ／ｍｉｎ未満であると、ノズル１００の内壁に気膜が安定的に存在せず、嵌合部５１～５３及びスライディングゲート３０の摺動面５４、５５の何れかからの外気の吸い込みが発生する。上ノズル１０から供給される高純度Ａｒガスの流量が２５ＮＬ／ｍｉｎ超であると、鋳片の気泡欠陥の増加を招く。また、気膜Ａが溶鋼２の流れに逆らってタンディッシュ１へ浮上し、フラックスを巻き込んで溶鋼汚染を引き起こす虞がある。

ノズル１００の上方から下方（上ノズル１０のＡｒガス供給部１１から浸漬ノズル２０の吐出孔２１）にかけて気膜を安定的に存在させる観点から、高純度Ａｒガスの流量は３ＮＬ／ｍｉｎ以上でもよく、５ＮＬ／ｍｉｎ以上でもよく、１０ＮＬ／ｍｉｎ以上でもよく、２５ＮＬ／ｍｉｎ未満でもよく、２２ＮＬ／ｍｉｎ以下でもよく、２１ＮＬ／ｍｉｎ以下でもよく、２０ＮＬ／ｍｉｎ以下でもよい。

続いて、条件（Ｂ）について説明する。条件（Ｂ）では、上ノズル１０及びスライディングゲート３０から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流す。上ノズル１０から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流す方法は上述のとおりである。

スライディングゲート３０から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流す方法は特に限定されない。例えば、高純度Ａｒガスを供給可能なＡｒガス供給部３４をスライディングゲート３０に設けてもよい。Ａｒガス供給部３４は上固定板３１に設けてもよく、下固定板３２に設けてもよい。上固定板３１と中間プレート３３との摺動面５４からの外気の吸い込みをより抑制する観点から、Ａｒガス供給部３４は上固定板３１に設けてもよい。Ａｒガス供給部３４の形態は特に限定されないが、Ａｒガスを供給可能な孔であってもよい。また、スライディングゲート３０は上ノズル１０と同様に、周方向に設けられた複数のＡｒガス供給部３４から高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流してもよい。Ａｒガス吐出孔３４の数は特に限定されないが、ノズル１００の内壁に沿ってカーテン上の気膜Ａが形成されるように適宜設定してよい。

また、条件（Ｂ）では、上ノズル１０及びスライディングゲート３０から供給される高純度Ａｒガスの流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下である。これにより、ノズル１００の上方から下方（上ノズル１０のＡｒガス供給部１１から浸漬ノズル２０の吐出孔２１）にかけて気膜Ａを安定的に形成させることができる。従って、条件（Ｂ）によれば、各部材の嵌合部５１～５３及びスライディングゲート３０の摺動面５４、５５からの外気の吸い込みを抑制することができる。

ここで、上ノズル１０及びスライディングゲート３０において、複数のＡｒガス供給部１１、３４から高純度Ａｒガスを流す場合、合計の流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下であることを意味する。上ノズル１０及びスライディングゲート３０から供給される高純度Ａｒガスの合計の流量が１ＮＬ／ｍｉｎ未満であると、ノズル１００の嵌合部５１～５３及びスライディングゲート３０の摺動面５４、５５に気膜が安定的に存在せず、外気の吸い込みが発生する。上ノズル１０及びスライディングゲート３０から供給される高純度Ａｒガスの合計の流量が２５ＮＬ／ｍｉｎ超であると鋳片の気泡欠陥の増加を招く。また、気膜Ａが溶鋼２の流れに逆らってタンディッシュ１へ浮上し、フラックスを巻き込んで溶鋼汚染を引き起こす虞がある。

ノズル１００の上方から下方（上ノズル１０のＡｒガス供給部１１から浸漬ノズル２０の吐出孔２１）にかけて気膜を安定的に存在させる観点から、高純度Ａｒガスの流量は３ＮＬ／ｍｉｎ以上でもよく、５ＮＬ／ｍｉｎ以上でもよく、１０ＮＬ／ｍｉｎ以上でもよく、２５ＮＬ／ｍｉｎ未満でもよく、２２ＮＬ／ｍｉｎ以下でもよく、２１ＮＬ／ｍｉｎ以下でもよく、２０ＮＬ／ｍｉｎ以下でもよい。

また、上ノズル１０から供給される高純度Ａｒガスの流量は、スライディングゲート３０から供給される高純度Ａｒガスの流量よりも多くしてよい。これにより、上ノズル１０とスライディングゲート３０との嵌合部５１よりも上方から安定な気膜Ａを形成することでき、特に嵌合部５１からの外気の吸い込みを一層抑制することができる。

以上の通り、一実施形態では、条件（Ａ）、（Ｂ）のいずれを採用してもよい。ただし、気膜Ａをより安定的に形成する観点から、高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流す条件として（Ｂ）を採用してよい。

なお、一実施形態では、条件（Ａ）、（Ｂ）のいずれにおいても、予備的に浸漬ノズル２０からＡｒガスをノズル１００（浸漬ノズル２０）の溶鋼流路内に流すことを許容している。浸漬ノズル２０からＡｒガスを流すことにより、浸漬ノズル２０の内壁に形成された気膜Ａの安定性を向上させることができ、一層ノズルの閉塞を抑制することができる。浸漬ノズル２０からＡｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流す方法は特に限定されない。図２では、浸漬ノズル２０にＡｒガス供給部２２を設けている。Ａｒガス供給部２２は、上ノズル１０に適用可能な形態を適宜採用してよい。ここで、浸漬ノズル２０から供給されるＡｒガスの純度は特に限定されない。ただし、ノズル閉塞抑制効果を高める観点から、上述した高純度Ａｒガスを用いてもよい。

＜鋳造後の浸漬ノズル２０に付着するアルミナ系介在物＞
本発明者らによれば、ノズル１００の閉塞は浸漬ノズル２０の内壁に付着したアルミナ系介在物の粗大化によるものであると知見されている。アルミナ系介在物によるノズル閉塞の推定メカニズムは次のとおりである。まず、アルミナ系介在物が溶鋼中のＦｅＯを介して凝集・合体して粗大化し、粗大化したアルミナ系介在物が浸漬ノズル２０の内壁に付着する。あるいは、浸漬ノズル２０の内壁に付着したアルミナ系介在物が粗大化する。このような機構で、ノズルの閉塞が進行すると考えられている。ここで、溶鋼中のＦｅＯの主な生成原因は、ノズル１００の各嵌合部５１～５３及び摺動面５４、５５から吸い込まれる外気による溶鋼の再酸化であると考えられている。

そこで、一実施形態では、所定の条件で高純度Ａｒガスをノズル１００の溶鋼流路内に流すことにより、嵌合部５１～５３及び摺動面５４、５５に気膜を存在させ、外気の吸い込みを抑制している。これにより、アルミナ介在物のＦｅＯ濃度を低位にし、かつ、アルミナ介在物の粒子径を小さくすることができるため、溶鋼２中におけるアルミナ介在物の分散性を維持することができる。従って、一実施形態によれば、ノズル１００の閉塞の抑制効果に加えて、浸漬ノズル２０に付着するアルミナ介在物の粗大化を抑制する効果も有する。

よって、一実施形態は、アルミナ介在物の粗大化抑制効果を明確に規定する観点から、次の特徴を有していてもよい。すなわち、一実施形態は、鋳造後、浸漬ノズル２０の内壁に付着したアルミナ系介在物のＦｅＯ濃度が５ａｔｏｍ％以下であり、かつ、平均粒子径が５０μｍ以下であってもよい。これにより、より一層ノズル１００の閉塞を抑制することができる。

「鋳造後」とは、鋼の連続鋳造の終了後である。鋼の連続鋳造の条件は一実施形態に規定されている条件以外の条件は特に限定されず、いかなる条件を用いてもよい。条件とは、例えば鋳型厚みや、鋳型幅、鋳造速度、鋼の組成等の条件が挙げられる。また、「アルミナ系介在物」とはアルミナを主成分とする介在物である。

ここで、アルミナ系介在物のＦｅＯ濃度が低いほど、ノズルの閉塞抑制効果は高い。従って、アルミナ系介在物のＦｅＯ濃度は４ａｔｏｍ％以下であってもよく、３ａｔｏｍ％以下であってもよく、２ａｔｏｍ％以下であってもよい。アルミナ系介在物のＦｅＯ濃度の下限値は特に限定されないが、例えば、０．１ａｔｏｍ％以上であってもよい。

また、アルミナ系介在物の平均粒子径が小さいほど、ノズルの閉塞抑制効果は高い。従って、アルミナ系介在物の平均粒子径は４５μｍ以下であってもよく、３０μｍ以下であってもよく、２５μｍ以下であってもよい。アルミナ系介在物の平均粒子径の下限値は特に限定されないが、例えば、１μｍ以上であってもよい。

アルミナ系介在物のＦｅＯ濃度及び平均粒子径はＳＥＭによる画像解析から得ることができる。具体的には次のとおりである。まず、鋳造後の浸漬ノズルを縦に割断し、断面の任意の５カ所からアルミナ系介在物のサンプルを切り出す。そして、得られたサンプルに対しＳＥＭによる観察を実施する。ＳＥＭによる画像解析において、サンプル毎に３０カ所のスポット組成分析および粒子径測定を行う。そして、得られた結果の加算平均値をアルミナ系介在物のＦｅＯ濃度及び平均粒子径とする。

以上、一実施形態を用いて、本開示の鋼の連続鋳造方法について説明した。本開示の鋼の連続鋳造方法によれば、ノズルの閉塞を抑制することができる。

以下、本開示について、実施例を用いてさらに説明する。

表１に示す条件で鋼の連続鋳造試験を行った。ノズルは、図２に示したノズル１００を用いた。鋳造試験は、鋳型厚みが０．２５ｍ、鋳型幅が１．０～１．６ｍ、鋳造速度が１．０ｍ／ｍｉｎ～１．２ｍ／ｍｉｎとなる条件で実施した。表２に鋼の組成を示した。表１のアルミナ介在物のＦｅＯ濃度及び平均粒子径の測定方法は上述のとおりである。

表１のノズル閉塞指数の算出方法について説明する。ノズル閉塞指数は、浸漬ノズルの直径に対する閉塞度合いを数値化したものである。算出方法は次のとおりである。まず、鋳造試験後の浸漬ノズルを回収し、その縦断面から内面全体の平均付着厚さを算出する。続いて、比較例４の平均付着厚さを１０として指数化し、その他の試験例のノズル閉塞指数を算出した。本実施例では、ノズル閉塞指数が３以下であるものを良好な結果であると評価した。

表１より、実施例１～６は比較例１～４に比べて、アルミナ介在物のＦｅＯ濃度が低く、かつ、アルミナ介在物の平均粒子径も小さい結果であった。また、実施例１～６は比較例１～４に比べて、ノズル閉塞指数が顕著に小さい結果であった。これらの結果について、以下考察する。

まず、Ａｒガスの純度について検討する。実施例２と比較例１とを比較すると、実施例１は高純度のＡｒガスを使用している一方で、比較例１はそれよりも純度の低いＡｒガスを使用している。その結果、アルミナ介在物のＦｅＯ濃度及び平均粒子径、並びにノズル閉塞指数は、実施例２の方が比較例１よりも顕著に優れた結果となった。このことから、ノズルの閉塞抑制のためには、高純度のＡｒガスを使用することが重要であると考えられる。

これは次の理由によるものと考えられる。実施例２で用いたＡｒガスは純度が９９．９９％以上、酸素濃度が２ｐｐｍ以下、露点が－６５℃以下であり、非常に高純度である。そのため、Ａｒガスの気膜をノズルの内壁に安定的に形成することができるので、各部材の嵌合部やスライディングゲートの内壁に気膜を存在させることができ、嵌合部及びスライディングゲートの摺動面からの外気の吸い込みを抑制することができたと考えられる。一方で、比較例１で用いたＡｒガスは純度が９９．９％以上、酸素濃度が５ｐｐｍ以下、露点が－５５℃以下であり、実施例２のＡｒガスに比べて純度が低い。そのため、気膜と溶鋼との界面張力が減少し、各部材の嵌合部及びスライディングゲートの内壁に安定的に気膜を形成することができなくなったと考えられる。その結果、嵌合部及びスライディングゲートの摺動面から外気吸い込みが発生したことにより、浸漬ノズルの内壁に付着したアルミナ介在物のＦｅＯ濃度が高くなり、粒子が粗大化し、ノズル閉塞指数が高くなったと考えられる。

次に、Ａｒガスを流す位置について検討する。実施例１～６と比較例３を比較すると、実施例１～６は全て上ノズルからＡｒガスを流している一方で、比較例３は上ノズルからＡｒガスを流していない。この結果から、上ノズルからのＡｒガスを流すことが重要であると考えられる。

これは次の理由によるものと考えられる。ノズル閉塞抑制効果は、ノズルの各部材の嵌合部及びスライディングゲートの摺動面からの外気の吸い込みを抑制することによって向上すると考えられる。従って、ノズルの各部材の嵌合部及びスライディングゲートの摺動面よりも上方である、上ノズルからＡｒガスを供給することにより、ノズル閉塞抑制効果を向上することができると考えられる。特に、上ノズルとスライディングゲートとの嵌合部からの外気の吸い込みを抑制することができると考えられる。また、上ノズルに加えて、スライディングゲートからＡｒガスを供給することにより、気膜の安定性をさらに高め、ノズル閉塞抑制効果を向上することができると考えられる。一方で、浸漬ノズルはノズルの各部材の嵌合部及びスライディングゲートの摺動面よりも下方に存在する。そのため、浸漬ノズルからＡｒガスを供給したとしても、ノズル閉塞抑制効果にほとんど影響を与えられなかったと考えられる。

ここで、比較例３についてさらに検討する。比較例３は高純度のＡｒガスを使用しているが、上ノズルからＡｒガスを供給していない。そのため、上ノズルとスライディングゲートとの嵌合部からの外気の吸い込みを抑制できなかったと考えられる。従って、比較例３は浸漬ノズルの内壁に付着したアルミナ介在物のＦｅＯ濃度が高くなり、粒子が粗大化し、ノズル閉塞指数が高くなったと考えられる。

続いて、Ａｒガスの流量について検討する。実施例１～６によれば、上ノズルから供給されるＡｒガスの流量、又は上ノズル及びスライディングゲートから供給されるＡｒガスの合計の流量が１ＮＬ／ｍｉｎ～２５ＮＬ／ｍｉｎの範囲である。一方で、比較例２によれば、上ノズルから供給されるＡｒガスの流量が２７ＮＬ／ｍｉｎである。その結果、実施例１～６はノズル閉塞指数が顕著に低かったが、比較例２はノズル閉塞指数が高くなった。

これは次の理由によるものと考えられる。Ａｒガスの流量が１ＮＬ／ｍｉｎ～２５ＮＬ／ｍｉｎの範囲であると、Ａｒガスの気膜が安定的に形成されると考えられる。一方で、Ａｒガスの流量が２７ＮＬ／ｍｉｎであると、形成される気膜の浮力が大きくなり、溶鋼の流れに逆らってタンディッシュに浮上し、フラックスを巻き込んで溶鋼汚染を引き起こしたと考えられる。また、比較例４によれば、上ノズルからＡｒガスを供給しているが、その流量は０．５ＮＬ／ｍｉｎである。そのため、気膜が安定的に形成されず、外気の吸い込みが発生したと考えられる。

以上のような理由から、Ａｒガスの流量が１ＮＬ／ｍｉｎ～２５ＮＬ／ｍｉｎの範囲であると、Ａｒガスの気膜が安定的に形成されると考えられる。ここで、発明者らの知見によれば、１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下であれば、Ａｒガスの気膜を安定的に形成することができると考えられている。

以上の結果から、ノズル閉塞抑制のためには、次の条件が重要であると考えられる。
・高純度が９９．９９％以上、酸素濃度が２ｐｐｍ以下、露点が－６５℃以下である高純度Ａｒガスを使用する。
・高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流す条件が次の（Ａ）又は（Ｂ）である。
（Ａ）上ノズルから高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流し、スライディングゲートから高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流さず、上ノズルから供給される高純度Ａｒガスの流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下である。
（Ｂ）上ノズル及びスライディングゲートから高純度Ａｒガスをノズルの溶鋼流路内に流し、上ノズル及びスライディングゲートから供給される高純度Ａｒガスの合計流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下である。

これらの条件を適用することにより、鋳造後、浸漬ノズルの内壁に付着したアルミナ系介在物のＦｅＯ濃度が５ａｔｏｍ％以下、かつ、アルミナ系介在物の平均粒子径が５０μｍ以下とすることができると考えられる。その結果、浸漬ノズルの閉塞を防止できると考えられる。

１ タンディッシュ
２ 溶鋼
３ 鋳型
１０ 上ノズル
１１ Ａｒガス供給部
２０ 浸漬ノズル
２１ 吐出孔
２２ Ａｒガス供給部
３０ スライディングゲート
３１ 上固定板
３２ 下固定板
３３ 中間プレート
３４ Ａｒガス供給部
４０ 下ノズル
５１～５３ 嵌合部
５４、５５ 摺動面
１００ ノズル
Ａ 気膜

Claims (3)

1. 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、浸漬ノズル、及び前記上ノズルと前記浸漬ノズルとの間に配置されるスライディングゲートを有し、
   純度が９９．９９％以上、酸素濃度が２ｐｐｍ以下、かつ、露点が－６５℃以下である高純度Ａｒガスを前記ノズルの溶鋼流路内に流し、
   前記高純度Ａｒガスを前記ノズルの溶鋼流路内に流す条件が、
   （Ａ）前記上ノズルから前記高純度Ａｒガスを前記ノズルの溶鋼流路内に流し、前記スライディングゲートから前記高純度Ａｒガスを前記ノズルの溶鋼流路内に流さず、前記上ノズルから供給される前記高純度Ａｒガスの流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下であるか、
   又は、
   （Ｂ）前記上ノズル及び前記スライディングゲートから前記高純度Ａｒガスを前記ノズルの溶鋼流路内に流し、前記上ノズル及び前記スライディングゲートから供給される前記高純度Ａｒガスの合計流量が１ＮＬ／ｍｉｎ以上２５ＮＬ／ｍｉｎ以下である、
   鋼の連続鋳造方法。
2. 前記高純度Ａｒガスを前記ノズルの溶鋼流路内に流す条件が前記（Ｂ）である、請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
3. 鋳造後、前記浸漬ノズルの内壁に付着したアルミナ系介在物のＦｅＯ濃度が５ａｔｏｍ％以下であり、かつ、前記アルミナ系介在物の平均粒子径が５０μｍ以下となる、
   請求項１又は２に記載の鋼の連続鋳造方法。

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