JP3876543B2

JP3876543B2 - 鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP3876543B2
Application number: JP22807598A
Authority: JP
Inventors: 義起伊藤; 誠治古橋; 善久白井
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-08-12
Filing date: 1998-08-12
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2018-08-12
Also published as: JP2000052005A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、非金属介在物が少なく清浄性に優れた鋳片を得ることが可能なタンディッシュを用いる鋼の連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造では、取鍋内の溶鋼は、いったんタンディッシュに注入された後に、浸漬ノズルを介して鋳型内に鋳込まれる。このタンディッシュ内で鋼の清浄性を高めるために、溶鋼中のＡｌの酸化物（Ａｌ₂Ｏ₃）等を、さまざまな方法で除去することが行われている。とくに近年は、鋼材の性能向上に対する要望が強まっており、微小な酸化物まで除去することが要求されている。
【０００３】
ＣＡＭＰＩＳＩＪＶｏｌ．８（１９９５）、Ｐ．２７７には、鋳片内の非金属介在物の低減方法として、タンディッシュ内に複数の孔を開けた耐火物の堰を設け、これらの孔に溶鋼を通し、孔の内面に溶鋼中の酸化物を吸着させる方法が提案されている。しかし、この方法では、孔の径が酸化物の付着により次第に小さくなり、連続鋳造作業が困難となることがある。
【０００４】
特開平５−７７００２号公報には、タンディッシュ内の溶鋼を電磁力により回転させ、比重の軽い酸化物を回転する溶鋼の中心部に集積させることにより、酸化物を浮上分離させる方法が提案されている。この方法では、回転する溶鋼から清浄性の高い溶鋼のみを分離して鋳型内に注入することが難しいこと、さらに設備が複雑で設備費が増大するという問題がある。
【０００５】
一般的な酸化物の除去手段として、タンディッシュの底部からＡｒなどの不活性ガスを溶鋼中に吹き込み、酸化物を不活性ガスの気泡に捕捉させ、溶鋼系外に除去する方法が提案されている。この方法では、溶鋼中に吹き込まれた不活性ガスの気泡は、界面張力および温度の影響により肥大する傾向がある。肥大した気泡では、微小な酸化物を効率的に捕捉できない。
【０００６】
鉄と鋼７８(１９９２)、Ｐ．７４５には、微細なガス気泡を吹き込む方法が開示されている。ガス吹き込みノズルに超音波振動を付与することにより、気泡の微細化を図るものである。しかし、耐火物であるガス吹き込みノズルに超音波振動を付与した場合に、耐火物の破壊が発生する場合がある。
【０００７】
特開平６−３１４０９号公報には、タンディッシュの下部に設けた溶鋼通路内の溶鋼を回転磁界による電磁力により回転させ、溶鋼中の酸化物を凝集させることにより肥大させて除去する方法が提案されている。この方法では、すべての微小な酸化物を肥大させることは困難であり、したがって微小な酸化物の除去が難しい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、大型の非金属介在物はもとより、微小な非金属介在物も少なく、清浄性に優れた鋳片を得ることが可能なタンディッシュを用いた鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、図１に例示するような装置構成を持つ下記（１）および（２）のタンディッシュの連続鋳造方法にある。
【００１２】
（１）溶鋼の受湯部２と受湯した溶鋼３の鋳型６への給湯部４が、受湯部２および給湯部４に開口する少なくとも１つの横方向通路５で接続され、横方向通路５の外部に、横方向通路５を通過する溶鋼３に回転磁界による電磁力を付与する電磁撹拌装置７を備え、かつ横方向通路５の壁部に不活性ガスと粉体の吹き込み孔８を備えるタンディッシュを用いる連続鋳造方法であって、前記タンディッシュの受湯部２にＡｌを含有する溶鋼３を注入し、横方向通路５内の前記溶鋼３に不活性ガスとともに金属酸化物粉体を吹き込む鋼の連続鋳造方法。
【００１３】
（２）さらに、横方向通路内の溶鋼に回転磁界による電磁力を付与する上記（１）に記載の鋼の連続鋳造方法。
【００１４】
本発明では、対象とする溶鋼中の微小な酸化物とは、径が５０ミクロン未満程度の酸化物を意味する。本発明の鋼の連続鋳造方法で用いるタンディッシュは、取鍋からの溶鋼の受湯部と鋳型への給湯部が、受湯部と給湯部に開口する少なくとも１つの横方向通路で接続されている構造のタンディッシュである。受湯部に注入された溶鋼は、横方向通路を経て給湯部に入り、鋳型への給湯孔から鋳型に鋳造される。
【００１５】
この横方向通路の外部には、回転磁界により電磁力を付与し溶鋼を流れの方向に対して直角方向に回転させる電磁撹拌装置、壁部には、不活性ガスとともに金属酸化物粉体の吹き込みが可能な孔を備えている。この孔は、不活性ガス以外に、金属酸化物の粉体を吹き込むため、細管とするのが望ましい。
【００１６】
溶鋼が、少なくともこの横方向通路を流れ始めるときから、溶鋼の鋳型への鋳造の終了時まで、この吹き込み孔から不活性ガスおよび金属酸化物粉体を吹き込む。
【００１７】
不活性ガスおよび金属酸化物粉体の吹き込みに加えて、電磁力を付与すれば、溶鋼中の微小な酸化物を効果的に除去できる。以下に、この理由について説明する。
【００１８】
横方向通路内を通過する溶鋼に、不活性ガスを吹き込みつつ、電磁撹拌装置により回転磁界の電磁力を溶鋼に付与し、溶鋼の流れに対して直角方向の回転運動を溶鋼に起こさせると、吹き込まれたガスの気泡は、回転運動している溶鋼により破砕され、微細な気泡となって溶鋼中に分散する。微細な気泡には、微小な酸化物が捕捉されやすい。
【００１９】
この微小な酸化物を捕捉した微細な気泡を含んだ溶鋼が給湯部に達し、ここで微小な酸化物は、微細な気泡とともに浮上する。浮上した酸化物は、タンディッシュ内の溶鋼表面に添加したフラックス等に吸着され、溶鋼系外に除去されるので、鋳型内の溶鋼中に残存することが少ない。
【００２０】
電磁力により横方向通路内で回転運動する溶鋼には、上述のような気泡を破砕する作用があるが、その他に次の作用がある。すなわち、回転する溶鋼には遠心力が作用する。そのため、比重の軽い溶鋼中の酸化物は、回転する溶鋼の中心部に集積する。集積した微小な酸化物は、酸化物同士が接触を繰り返す頻度が高くなり、酸化物の凝集が促進され、より肥大しやすくなる。肥大した酸化物は浮上しやすいので、給湯部内で効果的に除去される。
【００２１】
横方向通路内を通過する溶鋼に、不活性ガスを吹き込みつつ、適切な大きさの金属酸化物の粉体を吹き込むと、金属酸化物が溶鋼中のＡｌによって還元されて、吹き込まれる粉体の大きさに応じた大型のＡｌの酸化物（Ａｌ_２Ｏ_３）が生成する。
【００２２】
溶鋼中に金属酸化物を吹き込むことは、溶鋼の清浄度を悪化させるように思われる。しかし、本発明では、大型の酸化物を生成させる。すなわち、この生成した大型のＡｌの酸化物は、微小な酸化物を吸着しながら、横方向通路を溶鋼とともに通過する。給湯部に達した微小な酸化物を吸着した大型のＡｌの酸化物は、気泡とともに浮上する。大型のＡｌの酸化物は、微細な気泡でも捕捉されるが、微細な気泡でなくても、通常の大きさの気泡にも捕捉されて浮上しやすいという特徴がある。
【００２３】
上述した電磁力の付与と、金属酸化物の粉体の吹き込みを同時に行えば、これらの相乗効果により、溶鋼中の微小な酸化物がさらに効果的に除去される。
【００２４】
この場合には、電磁力の付与により生成した微細なガスの気泡では捕捉できなかったような、さらに微小な酸化物を、同時に金属酸化物の粉体の吹き込むことにより生成した大型のＡｌの酸化物が吸着して除去する。微細なガスの気泡でも、大型の酸化物を浮上させることができるからである。また、金属酸化物の粉体を吹き込むことにより生成した大型のＡｌの酸化物に、必ずしも全ての微小な酸化物は吸着されないとしても、吸着されなかった微小な酸化物が、同時に電磁力を付与することにより生成した微細なガスの気泡により捕捉され、浮上し除去される。
【００２５】
なお、吹き込まれた金属酸化物が、溶鋼中で還元されるためには、少なくとも溶鋼中にＡｌの存在が必要である。したがって、金属酸化物の粉体を吹き込む場合には、Ａｌを含有する溶鋼とする。
【００２６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明のタンディッシュの例および本発明の連続鋳造方法の例を説明するための図である。図１（ａ）は、図１（ｂ）におけるＢ−Ｂ’断面を示す縦断面図である。また、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ’断面を示す平面図である。
【００２７】
タンディッシュ１の受湯部２および給湯部４の間には、受湯部２と給湯部４に開口した少なくとも１つの横方向通路５を備える。受湯部２から給湯部４に達した溶鋼３は、鋳型６への給湯孔１２、浸漬ノズル１３を経て鋳型６内に鋳造される。横方向通路５の外部には電磁撹拌装置７、壁部には粉体が吹き込める孔８を設ける。吹き込み孔８には、不活性ガス供給管が接続されている。溶鋼がタンディッシュ内にある場合には、吹き込み孔８から、不活性ガスを吹き込む。給湯部４に達した溶鋼中の酸化物は、ここで不活性ガスの気泡とともに浮上し、溶鋼系外に除去される。
【００２８】
横方向通路は、タンディッシュの底部に近い位置に設けるのが望ましい。また、溶鋼が通過する横方向通路内の孔の横断面形状は、溶鋼に回転運動をさせやすいように丸形が望ましい。この孔の径は、鋳造する鋳片の断面サイズ、鋳造速度および設置する横方向通路の個数により選択すればよいが、直径１００〜２００ｍｍ程度の孔が望ましい。
【００２９】
横方向通路の長さは、不活性ガスの気泡による溶鋼中の微小な酸化物の捕捉および金属酸化物と溶鋼中のＡｌとの還元反応に要する時間などを考慮し、長い方がよい。ただし、タンディッシュへの横方向通路の取り付け施工性やタンディッシュの製造コストなどを考慮し、１〜２ｍ程度とするのが望ましい。
【００３０】
横方向通路の材質は耐火物が適しており、高アルミナ質、マグネシア質、ジ
ルコニア質などの一般的な耐火物でよい。
【００３１】
横方向通路の傾きは、水平でもよく、受湯部から給湯部の方向に向かって、上向きまたは下向きに傾斜させてもよい。上向きの傾斜を設けた場合には、横方向通路から給湯部に流れ出る溶鋼の方向が上方向となり、溶鋼中の酸化物がより浮上しやすくなる。また、下向きに傾斜させた場合には、酸化物の浮上効果は水平の場合とほぼ変わらず、連続鋳造を終了する際に、受湯部にある残溶鋼が給湯部に流れ出やすくなる。
【００３２】
横方向通路の給湯部への開口部と鋳型への給湯孔との間の距離は、１ｍ程度以上とするのが望ましい。１ｍ未満の場合に、開口部から流れ出た溶鋼が、給湯孔に直接流入する場合がある。このときには、溶鋼中の酸化物も溶鋼とともに給湯孔を経て鋳型内に混入する。
【００３３】
それぞれの横方向通路の外側には、回転磁界による電磁力により、通過する溶鋼に回転力を付与するための電磁撹拌装置を設ける。溶鋼に効果的に回転運動を与えるためには、電磁力を付与できる長さは長い方がよい。一方、電磁撹拌装置と周囲の横方向通路やタンディッシュとの設備的な干渉やタンディッシュの施工性からは長さは短い方が良いが、電磁力の効果を確保するために、長さは少なくとも横方向通路の１／３程度が望ましい。このとき、電磁撹拌装置は、横方向通路の受湯部側に近い位置に設置することが望ましい。電磁撹拌装置の性能にもよるが、回転磁界の回転速度は５０〜６０ｒｐｍ程度、電磁撹拌装置のコイル電流は５００〜６００Ａ程度が望ましい。
【００３４】
金属酸化物は不活性ガスをキャリアガスとして吹き込む。金属酸化物を溶鋼中に効率的に分散させるために、不活性ガス吹き込み孔は、横方向通路の壁部の下部に設けること、横方向通路の受湯部側から、受湯部と給湯部までの中間の位置までの間に設置することが望ましい。吹き込み孔は、金属酸化物の粉体を吹き込むため、直径１〜２ｍｍ程度の細管とするのが望ましい。これより細いと金属の酸化物が効率的に吹き込めなかったり、大きいと溶鋼が細管に進入する場合がある。吹き込み孔の個数は、吹き込む金属酸化物の量、横方向通路の設置個数、長さなどによるが、１つの横方向通路で、１〜５個程度が望ましい。
【００３５】
金属の酸化物としては、溶鋼中へ分散しやすいこと、溶鋼中のＡｌで還元されやすいことなどから、Ｆｅ₂Ｏ₃が望ましい。また、この粉体の大きさは、１００メッシュ（約３０μｍ）〜５００（約１５０μｍ）メッシュが望ましい。
【００３６】
溶鋼中のＡｌ含有率は、吹き込む金属酸化物の量によるが、タンディッシュの受湯部に注入する前の取鍋内の溶鋼として、少なくとも０．０１０％程度含有することが望ましい。この程度のＡｌ含有率であれば、金属酸化物との間で十分に還元反応が起こる。製品の特性から、これ以上のＡｌ含有率が必要な場合には、それにより含有率を決めればよい。
【００３７】
不活性ガスとしては、Ｎ₂ガス、Ａｒガスなどを用いることができる。
【００３８】
【実施例】
垂直曲げ型連続鋳造機を用いて、横断面形状が、厚み２５０ｍｍ、幅１２００ｍｍの鋳片を２．１ｍ／分の速度で鋳造した。
【００３９】
用いたタンディッシュは、図１に示した装置構成であり、表１に示す化学組成の極低炭素鋼を鋳造した。
【００４０】
【表１】

【００４１】
タンディッシュの容量は２７ｔである。直径２００ｍｍ、長さ１ｍの大きさの横方向通路を２つ設置した。この孔の中心線がタンディッシュの底部から２５０ｍｍの位置になるように施工した。
【００４２】
これら横方向通路の外側に、ほぼ横方向通路の全長を覆う長さで、それぞれ出力３５０ｋＷの電磁撹拌装置を設置した。回転磁界の回転速度を６０ｒｐｍとし、コイル電流を６００Ａとして試験した。
【００４３】
金属酸化物の粉体の吹き込み孔を、この横方向通路の底部で受湯部側の開口部から３００〜５００ｍｍの範囲の間の位置に４個設置した。吹き込み孔の径は１．５ｍｍとした。４個のガス吹き込み孔から、合計で毎秒１×１０^-3Ｎｍ³のＡｒガスを吹き込んだ。また、金属酸化物の粉体を吹き込む場合には、５００メッシュの粉体のＦｅ₂Ｏ₃を毎秒３．３〜１０．０ｇｒ吹き込んだ。これは、溶鋼ｔ当たり、約４〜１２ｇｒの吹き込み量に相当する。
【００４４】
タンディッシュの受湯部の溶鋼の表面にあるスラグを一部除いて、そこから溶鋼を採取し、直径３０ｍｍ、長さ１００ｍｍの形状に鋳造し、得られた鋳造サンプルの全酸素量を調査した。また、得られた鋳片から鋳造方向の長さ１ｍの横断面鋳片を採取し、この鋳片の幅中央部で鋳片厚み１／４の部位から、一辺が３０ｍｍの立方体試片を切り出し、全酸素量を調査した。
【００４５】
さらに、上述の直径３０ｍｍ、長さ１００ｍｍの鋳造サンプルの断面および一辺が３０ｍｍの立方体試片の表面を研磨し、１００倍の倍率、さらに必要により４０倍の倍率の光学顕微鏡により、５ミクロン以上の大きさの非金属介在物の個数を調査した。このとき、５０ミクロン未満と５０ミクロン以上の大きさで区分した。なお、クラスター状、塊状の非金属介在物は、最大長さを介在物の直径と見なし、球状の介在物は、その直径を介在物の直径とした。
【００４６】
また、得られた鋳片を素材として、厚さ０．８ｍｍの熱間圧延鋼帯に圧延し、コイル状に巻き取り、このコイルの表面欠陥発生率を調査した。
【００４７】
表２に、試験条件と試験結果を示す。
【００４８】

【００４９】
本発明例の試験Ｎｏ．２では、Ａｒガスを吹き込みつつ、金属酸化物の粉体を吹き込んだ。本発明例の試験Ｎｏ．３では、Ａｒガスを吹き込みつつ、電磁力の付与を行い、かつ金属酸化物の粉体を吹き込んだ。
【００５０】
いずれの試験でも、タンディッシュの受湯部の溶鋼が、鋳造されて鋳片になるまでの間で、全酸素量は顕著に低減した。とくに、試験Ｎｏ．３での全酸素量の低減が著しかった。また、いずれの試験でも、５０ミクロン以上の非金属介在物は完全に除去されており、５０ミクロン未満の非金属介在物の個数も、１／２〜１／５程度に減少した。さらに、コイルの表面欠陥発生率指数も、０．０５から０．２１であって、品質は安定して良好であった。なお、コイルの表面欠陥発生指数は、後述する比較例の試験Ｎｏ．４のコイルに発生した表面欠陥の程度を指数１．０として、その他の試験結果を指数化して表示している。
【００５１】
比較例の試験Ｎｏ．４では、これら本発明の方法をまったく用いなかった。比較例の試験Ｎｏ．５では、ガスの吹き込み孔を塞いで、Ａｒガスを吹き込まずに、電磁力のみを付与して試験した。また、比較例の試験Ｎｏ．６では、Ａｒガス吹き込みのみ行って試験した。
【００５２】
いずれの比較例の試験でも、タンディッシュの受湯部の溶鋼が鋳片になるまでの間で、全酸素量はわずかしか低減しなかった。また、いずれの試験でも、５０ミクロン以上の非金属介在物は、完全には除去されておらず、５０ミクロン未満の介在物は、わずかしか除去されなかった。さらに、コイルの表面欠陥発生率指数は０．７５〜１．０で、本発明例の試験結果に比べて、欠陥発生状況は悪かった。
【００５３】
【発明の効果】
本発明の連続鋳造方法によれば、大型の非金属介在物はもとより、微小な非金属介在物まで少なく、清浄性に優れた鋳片を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の連続鋳造方法の例を説明するための図である。
【符号の簡単な説明】
１タンディッシュ２取鍋からの受湯部
３溶鋼４鋳型への給湯部
５横方向通路６鋳型
７電磁撹拌装置８吹き込み孔
９不活性ガス吹き込みタンク
１０金属酸化物の粉体の吹き込みタンク
１１ガスの気泡１２鋳型への給湯孔
１３浸漬ノズル１４スラグ

Claims

溶鋼の受湯部と受湯した溶鋼の鋳型への給湯部が、受湯部および給湯部に開口する少なくとも１つの横方向通路で接続され、前記横方向通路の外部に、横方向通路を通過する溶鋼に回転磁界による電磁力を付与する電磁撹拌装置を備え、かつ前記横方向通路の壁部に不活性ガスと粉体の吹き込み孔を備えるタンディッシュを用いる連続鋳造方法であって、前記タンディッシュの受湯部にＡｌを含有する溶鋼を注入し、横方向通路内の溶鋼に不活性ガスとともに金属酸化物粉体を吹き込むことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
さらに、横方向通路内の溶鋼に回転磁界による電磁力を付与することを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。