JP3713182B2 - 溶鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造において、タンディッシュから鋳型へ溶鋼を注入する際に使用する浸漬ノズルなどの連続鋳造用耐火物の耐用性を改善した連続鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造において使用される耐火物に浸漬ノズルがある。この浸漬ノズルは、タンディッシュから鋳型へ溶鋼を注入するために使用される。使用する目的は、溶鋼と大気との接触を妨げ、溶鋼の酸化を抑制し、また、注入される溶鋼の飛散を防止し、整流化した状態で溶鋼を注入することによって溶鋼の上に浮遊する連鋳パウダーや非金属介在物などの不純物が溶鋼中に巻き込まれることを防止し、鋼の品質を改善すると同時に操業の安定性を確保することにある。
【０００３】
鋼の連続鋳造において、鋳型内の溶鋼湯面上には連鋳パウダーと呼ばれる低塩基度で侵食性の強いスラグが浮遊している。この連鋳パウダーは一般的にCaO、SiO₂、CaF₂、Na₂O、Cを含有しており、塩基度は１程度であるためAl₂O₃やSiO₂は著しく侵食される。そのためAl₂O₃−SiO₂−黒鉛質やAl₂O₃−黒鉛質では溶損が大きく、長時間の使用は不可能であり、浸漬ノズルの鋳型内で連鋳パウダーと接触する部位には、連鋳パウダーに対して溶損の小さいZrO₂−黒鉛質が適用される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ZrO₂−黒鉛質耐火物は、その耐食性を向上させるためZrO₂含有量を増加させるが、ZrO₂含有量が増えすぎると黒鉛含有量が相対的に減少し、その結果耐熱衝撃性が低下してしまう。したがって、割れや折損を生ずることなく耐食性を向上させる技術としては、例えば、特開平５−３６７号公報に、ZrO₂が７０〜９０重量％、黒鉛が１０〜３０重量％でしかもZrO₂の粒径が１２５μｍを越える粒子が３０〜５５重量％、１２５〜４５μｍの粒子が２０〜５５重量％、４５μｍ未満の粒子が１５〜４５重量％であるZrO₂−黒鉛質耐火物が開示されている。しかしながら、現在では鋳造時間の長時間化にともない、さらに高耐用なZrO₂−黒鉛質耐火物が望まれていた。
【０００５】
本発明は、従来使用されている連続鋳造用浸漬ノズルのパウダーライン部のZrO₂−黒鉛質耐火物の耐食性を向上させる連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
係る課題を解決するため、本発明の要旨とするところは、浸漬ノズルから溶鋼を鋳型に注入し連続鋳造する方法において、鋳型のメニスカス部の浸漬ノズルのパウダーライン表層部と連鋳パウダーとの境界部分に、粒径が５００μｍ以下のZrO₂粒子を体積で８０％〜１００％含有するバリヤーを１０μｍ以上の厚みで形成させながら溶鋼を鋳造することを特徴とする溶鋼の連続鋳造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１（ａ）に本発明を実施する際の浸漬ノズル付近の鋳型内における概略断面を、また、図１（ｂ）にパウダーライン表層部と連鋳パウダーとの境界部分を拡大した概略断面を示す。
【０００８】
本発明者らは、連続鋳造時のZrO₂−黒鉛質耐火物と連鋳パウダーとの反応に関して詳細に検討を行った結果、以下の知見を得た。
【０００９】
連続鋳造を行った後に回収した種々の浸漬ノズル１のパウダーライン２のZrO₂−黒鉛質耐火物の表層断面を走査型電子顕微鏡で観察したところ、ZrO₂−黒鉛質耐火物のZrO₂粒子が微細な場合には、パウダーライン２の表層部と連鋳パウダー４との境界部分３にこのZrO₂粒子が密集した状態で停滞し、バリヤー３ａを形成していた。一方、ZrO₂−黒鉛質耐火物のZrO₂粒子が粗大な場合には境界部分にこのようなバリヤーは形成されなかった。形成されたバリヤー３ａの厚みは走査型電子顕微鏡で測定した結果、いずれも１０μｍ以上の厚みであった。バリヤー３ａに含まれるZrO₂粒子はいずれも体積で８０％〜１００％の範囲であった。また、パウダーライン部の溶損速度は、境界部分３にバリヤーが形成された場合のほうが形成されなかった場合よりも小さかった。
【００１０】
以上の知見から、パウダーライン２の表層部と連鋳パウダー４との境界部分３に形成されるZrO₂粒子が密集したバリヤー３ａは、浸漬ノズル１のパウダーライン２の溶損を抑制する効果があることが判明した。そこで、本発明者らは、ZrO₂−黒鉛質耐火物のZrO₂粒子がどの程度の大きさであればこのようなZrO₂粒子が密集したバリヤーが形成されるのかを明らかにするため、１分間に３００回振動する壁面に連鋳パウダー層を接触させ、壁面近傍に種々の大きさのZrO₂粒子を置き、１０秒後このZrO₂粒子がどの程度壁面から離れるかを調べた。図２に１０秒後のZrO₂粒子の壁面からの位置を示す。ZrO₂粒子の大きさが５００μｍを越えると急激に壁面からの離脱が顕著になることがわかった。
【００１１】
以上の知見をもとにして本発明の連続鋳造方法を完成した。
【００１２】
この場合、ZrO₂粒子の粒径を５００μｍ以下とする理由は、粒径が５００μｍを越えると壁面からのZrO₂粒子の離脱が顕著になるためバリヤーは形成されないからである。例えば、ZrO₂粒子径が５００μｍ以下であるZrO₂−黒鉛質耐火物を使用すれば、前記バリヤーを得ることができる。また、ZrO₂粒子の粒径の下限は特に定めることなく本発明の効果を得ることができるが、浸漬ノズルの製造が可能な範囲としては１μｍ以上とすることが望ましい。
【００１３】
バリヤー中のZrO₂粒子の含有率を体積で８０％〜１００％とする理由は、８０％未満ではパウダーラインの溶損を抑制するバリヤーとしての機能が不十分であるからである。さらに、バリヤーの厚みを１０μｍ以上とする理由は、同じく１０μｍ未満ではパウダーラインの溶損を抑制するバリヤーとしての機能が不十分であるからである。バリヤーの厚みの上限は特に定めることなく本発明の効果を得ることができる。
【００１４】
バリヤーのZrO₂粒子以外の部位の組成は特に制限しない。バリヤーは上記の通り、鋳造時にパウダーラインの表層部と連鋳パウダーとの境界部分に形成されるものであるため、パウダー成分や溶鋼に起因するＦｅなどが含まれている。
【００１５】
本発明においては、バリヤーは上記のように例えば、所定のＺｒＯ₂−黒鉛質耐火物をパウダーラインに有する浸漬ノズルを使用することにより得ることができる。又、他の方法として、例えば、所定の粒径のＺｒＯ₂を鋳型内に供給することによっても得ることができる。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明を実施例に基づいて、さらに詳細に説明する。
【００１７】
１００μｍ以下の微細なZrO₂粒子のみを使用したZrO₂−黒鉛質耐火物でパウダーラインを形成した浸漬ノズルと、５００μｍを越す粗大なZrO₂粒子を２０体積％含んだZrO₂−黒鉛質耐火物でパウダーラインを形成した浸漬ノズルを各々５本ずつ用意した。これらの浸漬ノズルをそれぞれ１本ずつ同一タンディッシュに装着して実炉試験に供した。実炉試験は５回行った。ここで各々の浸漬ノズルの寸法は同一で、黒鉛含有量もすべて２０質量％であった。
【００１８】
図３に５回の実炉試験のそれぞれのノズルのパウダーライン部の溶損量の平均値を指数で示す。本発明の鋳造方法、すなわち１００μｍ以下の微細なZrO₂粒子のみを使用したZrO₂−黒鉛質耐火物でパウダーラインを形成した浸漬ノズルを使用した場合、従来の鋳造方法に比べて溶損速度が３０％抑制された。
【００１９】
図４はそれぞれの浸漬ノズルのパウダーラインの鋳造後の表層断面の模式図である。本発明の鋳造方法で使用した浸漬ノズルの場合、パウダーラインの表層に粒径が１００μｍ以下の微細なZrO₂粒子７が体積％で９０％以上含まれた厚み２ｍｍ以上のバリヤーが形成されていた。一方、従来の鋳造方法で使用した浸漬ノズルの場合、パウダーラインの表層に上記の微細なZrO₂粒子のバリヤーは形成されていなかった。
【００２０】
以上のように、本発明の鋳造方法によればZrO₂−黒鉛質耐火物の耐用が向上し、その結果、浸漬ノズルの耐用も向上した。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によって浸漬ノズルの耐用が向上し、タンディッシュ耐火物全体の寿命向上とそれにともなう、タンディッシュ耐火物のコスト低下が達成される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する際の浸漬ノズル付近の鋳型内における概略断面図（同図（ａ））、および、パウダーライン表層部と連鋳パウダーとの境界部分の拡大概略断面図（同図（ｂ））である。
【図２】振動する壁面近傍のパウダー層内のZrO₂粒子の１０秒後の壁面からの位置を示す図である。
【図３】実炉試験後のノズルのパウダーライン部の溶損速度指数の平均値を示す図である。
【図４】実炉試験後の浸漬ノズルのパウダーライン表層部断面の模式図である。
【符号の説明】
１ 浸漬ノズル
２ パウダーライン
３ 境界部分
３ａ バリヤー
４ 連鋳パウダー
５ 溶鋼
６ 鋳型
７ ZrO₂粒子
８ 鱗状黒鉛

Claims (1)

1. 浸漬ノズルから溶鋼を鋳型に注入し連続鋳造する方法において、鋳型のメニスカス部の浸漬ノズルのパウダーライン表層部と連鋳パウダーとの境界部分に、粒径が５００μｍ以下のZrO₂粒子を体積で８０％〜１００％含有するバリヤーを１０μｍ以上の厚みで形成させながら溶鋼を鋳造することを特徴とする溶鋼の連続鋳造方法。

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