JP3330496B2 - 溶鋼流れの測定方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶鋼の流れを測定
する方法に係わるものである。

【０００２】

【従来の技術】溶鋼を精錬する際の反応効率の向上や、
溶鋼中に含まれる非金属介在物の減少のためには、特に
溶鋼とその上に存在する溶融スラグとの反応を解析、制
御することが重要となってくる。溶鋼中の不純物元素の
多くは溶融スラグ中に吸収されるが、この反応は溶融ス
ラグと溶鋼の界面を通して行われる。従って、溶融スラ
グと溶鋼の界面の実態や挙動を把握する事は非常に重要
であり、特に界面での溶鋼の流れは、その反応を支配す
る要因のひとつとなっている。溶鋼流れを測定する方法
としては、一般的に、融点の高い材料からなる棒を溶鋼
中に浸漬させて、その歪みを測定する方法が用いられて
いる。また、複数の電極を溶鋼中に浸漬させて、電磁誘
導起電力を測定する方法が特開平５−３２２９１２号公
報に記載されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の測定方法は、溶鋼に浸漬する物の耐熱性が要求される
ために高価であり、かつ耐久性が乏しく、また取り扱い
が難しく、更に精度に関しても不十分であるという種々
の問題がある。これは、１６００℃以上という高温環境
が非常に厳しいものであるためである。従って、簡単で
かつ精度の良い溶鋼流れの測定方法が望まれていた。そ
こで本発明は、簡易な溶鋼流れの測定方法を提供するも
のである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、任意の大きさ
の鉄板を溶鋼内に数秒間浸漬した後に引き上げ、鉄板の
回りに付着凝固した地金を浸漬方向と垂直の面で切断
し、エッチングにより凝固組織を顕出させて、現れたデ
ンドライトの傾きから溶鋼内の流れと向きを推定するこ
とを特徴とする溶鋼流れの測定方法である。

【０００５】本発明者らは、まず鋼が凝固する際に、そ
の凝固組織であるデンドライトの成長方向がその時のデ
ンドライト−溶鋼界面の溶鋼の流れに依存するという凝
固現象に着目した。デンドライトの成長方向は溶鋼の流
れの上流向きであり、この時の傾きと溶鋼流速の関係に
ついては、高橋らの式（鉄と鋼，６１（１９７５），
ｐ．２１９８）や岡野らの式（鉄と鋼，６１（１９７
５），ｐ．２９８２）が知られている。この現象が生じ
る機構に関しては、デンドライトの本来の成長方向（凝
固時の熱の流れと平行な向き）と垂直な方向に溶鋼が流
れている場合に、デンドライトの回りの溶質拡散層が、
溶鋼流れの影響を受けて上流側が薄くなる結果、溶質の
供給が速くなって、上流側へ傾いて成長するためといわ
れている。更に、上流側では溶質が洗い流される結果、
溶質の濃化層が消失し、組成的過冷が起こって凝固が促
進される。このために、溶鋼流れの上流側に傾いてデン
ドライトが成長する。

【０００６】この時のデンドライト傾きと溶鋼流速の関
係として代表的なものとしては、例えば数１が求められ
ている（岡野忍、西村隆、大井浩、千野達吉：鉄と鋼，
６１（１９７５），ｐ．２９８２）。

【０００７】

【数１】 岡野らの式： ｌｎＵ＝（θ＋9.73ｌｎＶ＋33.7）／（1.45ｌｎＶ＋12.5）、Ｕ＜５０ ｌｎＵ＝（θ＋4.83ｌｎＶ＋ 7.2）／（0.11ｌｎＶ＋ 5.4）、Ｕ＞５０ ここで、 θ：偏向角（ｄｅｇ）、Ｖ：凝固速度（ｃｍ／ｓ）、
Ｕ：流速（ｃｍ／ｓ）

【０００８】このような現象および原理を用いた評価法
としては、連続鋳造材の凝固組織から、連続鋳造鋳型内
での溶鋼流速を推定することが時折試みられている。す
なわち、鋳型内に電磁力を用いた攪拌装置を組み込んだ
場合の溶鋼流速の評価や、浸漬ノズルからの溶鋼流れの
影響を見る場合に、その時に鋳造された鋳片の凝固組織
を調査し、そのデンドライトの傾きを測定して、溶鋼流
速を見積もるのである。

【０００９】しかしながら、この方法では、鋳片が鋳造
される場での溶鋼流速しか測定することが出来ない。そ
こで本発明者らは、この現象および原理を一般的な溶鋼
流速の測定法として応用しようと考え、鋳片の代わり
に、鉄板を溶鋼中に浸漬させて鉄板に溶鋼を付着凝固さ
せ、付着した地金の凝固組織を解析することによって、
その時の溶鋼流速を測定する本発明の方法に至った。

【００１０】図１には、溶鋼中に鉄板１を浸漬させた場
合に、鉄板１に付着凝固した地金２の凝固組織を模式的
に示す。（ａ）は溶鋼中に流れを生じさせた場合であ
り、デンドライト３が一様に傾いている様子が見られ
る。一方、（ｂ）は流れがない場合であり、この場合に
は殆どのデンドライト３は鉄板１に垂直に成長してお
り、明確な傾きの傾向は見られない。従って、この場合
には溶鋼の流れが大きくないことが判る。このように、
鉄板を溶鋼中に浸漬させて鉄板に溶鋼を付着凝固させる
と、その地金の凝固組織と溶鋼流れには関係が見られる
ことが判った。

【００１１】図２には、歪測定法で測定した溶鋼流速と
本法で測定した溶鋼流速の関係を示す。ここで、本法で
測定した溶鋼流速は、測定したデンドライトの傾きを前
述の岡野らの式で換算したものである。換算の際の凝固
速度は、付着地金厚みを浸漬時間で割って求めた。歪測
定法自体の測定ばらつきもあるので、完全な一対一の関
係は得られないが、図２より、両者には明確な相関が見
られる。

【００１２】以下、本発明について詳細に説明する。

【００１３】まず、浸漬する鉄板であるが、溶鋼中への
浸漬の間に溶解しなければ任意の大きさで構わないが、
取り扱いの容易さも考慮すると、厚みが５〜５０ｍｍ、
幅が５０〜５００ｍｍ、長さが２００〜１０００ｍｍの
板状のものが望ましい。厚みは浸漬時間の長さや溶鋼温
度によっても異なるが、一般的には浸漬時間２〜２０
秒、溶鋼温度１５５０〜１７００℃の範囲が考えられる
ので、この条件からは上記厚みの範囲で十分である。な
お、長さは溶鋼中のどの深さの部分を測定するかによっ
ても異なる。また、作業場から鉄板を浸漬するために
は、例えば棒状の柄の先に鉄板を取り付けることも考え
られる。鉄板の素材は通常の軟鋼で問題ないが、高炭素
鋼は融点が低く、浸漬中に溶解する恐れもあるので避け
たほうが望ましい。また、面の精度については極力平滑
なものが望ましい。代表的な浸漬用鉄板を図３に示す。

【００１４】浸漬時間も特に限定する理由はないが、長
く浸漬した場合には、浸漬時間中の溶鋼流速の変化の様
子を見ることが出来る。すなわち、浸漬時間中に溶鋼流
速が変化していれば、デンドライトの傾きが途中で変化
するような凝固組織が見られる。この場合には、浸漬中
に鉄板が完全に溶融しない程度の厚みが必要である。し
かしながら、一般的な測定の場合には、２〜２０秒で十
分である。

【００１５】次に浸漬の仕方について説明する。デンド
ライトの傾きに影響を与える溶鋼流速は、デンドライト
成長方向と垂直な方向の流れである。従って、もし、事
前に溶鋼の流れの向きが判る場合には、浸漬する鉄板の
広面を流れの方向と平行に向けることが望ましい。この
ようにすれば、より正確に溶鋼流速を評価できる。も
し、溶鋼の流れの向きが予測できない場合には、鉄板の
広面の向きをいろいろと変えて、最大となる溶鋼流速を
測定すれば良い。

【００１６】取鍋内の溶鋼や連鋳鋳型内の溶鋼に浸漬す
る場合には、溶鋼上面にスラグや連鋳パウダーが存在し
ている。このスラグやパウダーが浸漬する鉄板の表面に
付着すると、溶鋼の付着凝固が阻害される恐れがあるの
で、対策として、スラグ中では溶融せず、溶鋼中ですぐ
に溶融するようなものを鉄板表面に張り付けるかコーテ
ィングすることが望ましい。発明者らは、手近な材料と
して、布製ガムテープを鉄板表面に張り付けたところ、
短時間ではスラグ中で溶融せずに、溶鋼中で直ちに溶融
し、地金が均一に鉄板に付着凝固することが出来た。

【００１７】次に、凝固組織の調査方法であるが、付着
した地金を鉄板長手方向と垂直な断面を含む面で切断
し、この面を鏡面研磨後、デンドライトが顕出するよう
なエッチングを行う。断面を切断する位置は、測定した
い溶鋼深さ位置によって決まる。図４に示すような形で
地金が付着凝固するので、地金上端から切断面までの距
離が測定する溶鋼深さの位置となる。また、デンドライ
トの顕出法は特に限定しない。鋼種によって使用するエ
ッチング液が異なるが、これらは公知の文献に頼れば良
い。例えば、普通鋼では、実施例に示したようなエッチ
ング法が利用できる。

【００１８】溶鋼流速の評価法を以下に示す。デンドラ
イトの傾き方は、大まかには一様とはいえ、拡大して見
ると、細かくは微妙に変化している。従って、幅方向で
あるブロックで区切り、その中でほぼ平均の傾きを出す
ようにすることが望ましい。角度の測定は、図５に示し
たように鉄板表面に垂線を立て、垂線からの傾きとして
計る。

【００１９】溶鋼流速の評価方法としては、以下の二つ
のやり方がある。すなわち、溶鋼流速への換算を行う場
合と、換算式を用いないでそのまま角度の数値で評価す
る場合である。前者の場合には、溶鋼流速への換算には
前述の高橋らの式や岡野らの式を用いる。この場合に
は、凝固速度の数値を代入する必要があるので、これに
は地金の平均厚みを浸漬時間で割った値を用いる。

【００２０】なお、これらの換算式で得られた溶鋼流速
は必ずしも絶対値を保証するものではない。これらの換
算式は実験結果に基づいて得られたものであり、凝固条
件や鋼種が異なればこれらの換算式は使用できない。従
って、実際の使い方としては、あくまで同一条件内での
相対比較として用いるか、または、時々歪測定法のよう
な測定法で測定することにより、その結果と対比させて
結果を補正して用いることが望ましい。

【００２１】

【実施例】溶鋼が入った取鍋の底からＡｒを溶鋼内へ吹
き込む際の、取鍋内溶鋼の表面近傍の流速を求めた。試
験条件を表１に示す。用いた鉄板は長さ６００ｍｍ、幅
１５０ｍｍ、厚み２０ｍｍであり、取鍋内溶鋼の中心付
近に予想される溶鋼流れと平行に、溶鋼表面から２５０
ｍｍの位置に浸漬し、５秒後に引き上げた。浸漬する
際、溶鋼表面に浮遊しているスラグの影響を避けるため
に、鉄板表面にガムテープを巻いた。ガムテープはスラ
グ層を通過し、溶鋼表面に達した時点で直ちに燃えた。

【００２２】

【表１】

【００２３】引き上げた鉄板には地金が付着しており、
付着した地金を鉄板長手方向と垂直な断面を含む面で切
断し、この面を鏡面研磨後、デンドライトが顕出するよ
うなエッチングを行った。すなわち、ピクリン酸（３０
ｇ／５００ｃｃ＋１０ｃｃ界面活性剤）を用いて、６０
℃で５分間エッチングし、凝固組織を顕出させた。これ
を１０倍に拡大した写真で、幅方向に１０ｍｍずつのブ
ロックで区切り、その中でほぼ平均の傾きを示すデンド
ライトの傾きを求めた。デンドライト傾角から溶鋼流速
への換算には、前述の岡野らの式を用いた。この時の凝
固速度としては、地金の平均厚み５ｍｍを浸漬時間５秒
で割った１ｍｍ／秒を用いた。

【００２４】付着地金の凝固組織を解析した結果、取鍋
底からＡｒを７００Ｎｌ／ｍｉｎ吹き込み、溶鋼中に流
れを生じさせた場合は、デンドライトが一様に傾いてい
る様子が見られた。一方、取鍋底からのＡｒ吹きを停止
させた場合は、殆どのデンドライトは鉄板に垂直に成長
しており、明確な傾きの傾向は見られなかった。従っ
て、この場合には溶鋼の流れが大きくないことが判る。
このデンドライトの傾きを溶鋼流速に換算した結果を表
２に示す。更に、取鍋底からのＡｒ流量を変化させた場
合の溶鋼流速の変化も示すが、Ａｒ流量が多くなるに従
い、溶鋼流速が増加することが判る。また、比較法とし
て同時に測定した歪みゲージ法による結果も示すが、本
発明法は、鉄板を溶鋼中に浸漬するという簡易な方法に
もかかわらず、歪みゲージ法とほぼ同等の結果が得られ
た。

【００２５】

【表２】

【００２６】

【発明の効果】本発明により、溶鋼を精錬する際の反応
効率の向上や介在物の減少のために重要な溶鋼流速を、
安価でかつ簡易な測定装置を用い、精度の優れた測定を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】浸漬鉄板に付着した地金の断面の凝固組織を示
す図である。

【図２】本発明法による溶鋼流速の測定結果を示す図で
ある。

【図３】溶鋼に浸漬する鉄板形状の一例を示す図であ
る。

【図４】浸漬後の鉄板に付着した地金を示す図である。

【図５】デンドライト角度の測定法を示す図である。

【符号の説明】

１ 鉄板 ２ 地金 ３ デンドライト ４ 柄

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 遠藤 公一 大分市大字西ノ洲１ 新日本製鐵株式会 社 大分製鐵所内 審査官 白石 光男 (56)参考文献 特開 平６−299223（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−116312（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01P 13/00 C21C 7/00 B22D 11/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 任意の大きさの鉄板を溶鋼内に数秒間浸
   漬した後に引き上げ、鉄板の回りに付着凝固した地金を
   浸漬方向と垂直の面で切断し、エッチングにより凝固組
   織を顕出させて、現れたデンドライトの傾きから溶鋼内
   の流れと向きを推定することを特徴とする溶鋼流れの測
   定方法。