JP3892569B2 - 溶鋼の清浄化方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶鋼の清浄化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、タンディッシュは取鍋と鋳型間に位置し、操業、品質上最も重要な役割を果たす部分の一つである。その機能は、鋳型内への溶鋼供給量の調整、溶鋼貯蔵、介在物の分離除去等である。特に、介在物除去の機能は、近年の鋼材品質厳格化に伴い極めて重要な機能となっている。しかし、タンディッシュ内では空気による再酸化、鍋スラグの巻き込み、耐火物の溶損等による溶鋼汚染の問題が生じ、タンディッシュ内における介在物の除去効果が十分に発揮されていないのが現状である。このため、タンディッシュ内における溶鋼汚染の防止は勿論のこと、生成した介在物を積極的に除去するための技術についても検討され、例えば特開平５−１０４２１９号公報に開示された介在物吸着用フラックスを溶鋼表面に添加する方法、特開昭６３−１４９０５７号公報に開示された注入流を利用してＣａＯフラックスを溶鋼中に添加する方法が実施されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、溶鋼表面に介在物吸着用のフラックスを添加する方法は、溶鋼表面まで浮上してきた介在物を吸収し、再巻き込みを防止する機能を有しているものの、介在物の除去速度自体を向上させる効果は期待できない。また、取鍋からタンディッシュ内への注入流を利用してＣａＯフラックスを溶鋼中に添加する方法については、ＣａＯフラックスがＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物を低融点化し、凝集・合体を容易にするため、介在物の浮上分離を促進する効果を有しているものの、このような添加方法ではＣａＯフラックスを溶鋼中に分散させることが難しく、安定してＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物を低融点化できていない。さらに、ＣａＯフラックスを溶鋼中に添加するとタンディッシュ内で溶鋼温度が低下するため、鋳型内でのディッケル生成や浸漬ノズル及び上ノズルの閉塞等の問題を生じ、品質面および操業面で必ずしも十分な効果は得られていなかった。
【０００４】
これらの問題に鑑み、本発明は溶鋼温度の低下に伴う種々の品質・操業の問題を解決して、タンディッシュ内の介在物を確実に、かつ迅速に低減できる溶鋼の清浄化方法を提示することを課題としている。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、（１）プラズマ加熱装置の作動ガスを用いてＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｇの内１種類又は複数種類を含有するＣａＯフラックスを溶鋼表面に吹き付けることを特徴とする溶鋼の清浄化方法であり、また（２）鋼の連続鋳造用タンディッシュにおいて、プラズマ加熱装置の作動ガスを用いてＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｇの内１種類又は複数種類を含有するＣａＯフラックスを溶鋼表面に吹き付けることを特徴とする溶鋼の清浄化方法である。
【０００６】
【発明の実施の形態】
一般に、タンディッシュ内における介在物の除去速度は溶鋼との密度差に基づく介在物の浮上過程に律速され、ストークスの法則にしたがうものと考えられる。このため、タンディッシュ内で溶鋼中の介在物を積極的に除去するためには、タンディッシュ内の溶鋼滞留時間を長くし、浮上分離の時間を確保するか、あるいは介在物同士の凝集・合体を促進し浮上速度自体を速める必要がある。しかし、タンディッシュ内の溶鋼滞留時間はタンディッシュ容量により決まるため、これを自由に変更することはできない。さらに、５０μｍ程度の微細な介在物の除去まで狙うと、滞留時間は２０分以上必要となり（タンディッシュ内の溶鋼高さ１．０ｍの場合）、現状のタンディッシュでこのような長い滞留時間を確保することは難しい。
【０００７】
そこで、本発明者らは、介在物同士の凝集・合体を促進し、介在物の浮上速度を高める方法について研究開発を重ねた結果、Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｇ等の比較的強い脱酸力を有する金属を含有したＣａＯを主成分とするフラックスをプラズマ加熱装置の作動ガスを利用して溶鋼表面に吹き付けることが介在物除去に極めて効果的であることを見いだした。
【０００８】
現在、溶鋼の温度低下防止を目的として、タンディッシュ内にプラズマ加熱装置が導入されている。図１にタンディッシュプラズマ加熱装置及び本発明の実施形態を示す。プラズマ加熱装置はプラズマトーチ１とタンディッシュ２内の溶鋼３を対極として、その間に直流放電を生起させ、発生した熱を溶鋼３の昇温に利用するものである。このプラズマ加熱装置の作動ガス４を利用してＡｌ含有ＣａＯフラックス５を溶鋼表面６に吹き付けると、作動ガス４は高温に加熱され体積膨張するため、ＣａＯフラックス５を高温・高速で溶鋼３内部まで侵入させることができる。その際、ＣａＯフラックス５は溶鋼３を強攪拌し、介在物同士の衝突頻度を高めると共に、溶鋼３中のＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物を低融点化し、凝集・合体が起こり易い介在物に改質する。さらに、ＣａＯフラックス５の一部は、（１）式で示すように、高温の作動ガス４中でＡｌにより還元され、より活性度の高いＣａガスとなりＣａＯフラックス５に随伴して溶鋼中に吸収されるため、ＣａＯフラックス５だけの吹き付けに比べてＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物の改質能は格段に向上する。
【０００９】
３ＣａＯ＋２Ａｌ＝Ａｌ₂ Ｏ₃ ＋３Ｃａ（ガス） （１）
また、ＣａＯフラックスは作動ガス中で（１）式により生成したＡｌ₂ Ｏ₃ を吸収し、その後溶鋼中に一旦侵入するが、直ちに浮上・分離されるため、ＣａＯフラックス及び（１）式で生成したＡｌ₂ Ｏ₃ は何れも溶鋼清浄性を低下させる原因とはならない。これに対し、ＣａＯフラックス又は金属Ｃａをワイヤーやインジェクション等で添加する方法も考えられるが、低温のＣａＯフラックスでは高温のＣａＯフラックスやＣａガスに比べてＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物の改質能が低いため、また金属Ｃａは添加時に溶鋼表面付近でガス化し（Ｃａの沸点が溶鋼温度よりも低いため）、粗大なＣａガス気泡となり溶鋼外に逃げてしまうため、何れも本発明に比べて十分なアルミナ介在物の改質効果は得られない。さらに、ＣａＯフラックスや金属Ｃａを単純に溶鋼中に添加すると、タンディッシュ内で溶鋼温度が低下し、鋳型内でのディッケル生成や浸漬ノズル及び上ノズルの閉塞の原因ともなる。
【００１０】
したがって、本発明により、溶鋼温度を低下させることなく、介在物同士の衝突頻度を増大させ、かつ溶鋼中のＡｌ₂ Ｏ₃ 介在物を凝集・合体し易い低融点介在物に改質できるため、Ａｌ₂ Ｏ₃ 介在物の除去速度は格段に向上する。
これまでは、ＣａＯフラックスに添加する金属としてＡｌを例に説明したが、ＣａＯフラックスにはＺｒ、Ｔｉ、Ｍｇ、或いはこれら金属を複数種類添加しても、同様の介在物除去効果が得られる。
【００１１】
また、ＣａＯフラックスはＣａＯを主成分とするものであれば良く、その他の成分としてＡｌ₂ Ｏ₃ 、ＭｇＯ、ＺｒＯ₂ 等の安定な酸化物（溶鋼中のＡｌにより還元され難い酸化物）が含まれても本発明の効果は損なわれないが、ＭｎＯやＳｉＯ₂ 等の低級酸化物（Ａｌによる還元され易い酸化物）は溶鋼中のＡｌと反応し、Ａｌ₂ Ｏ₃ 介在物を生成するため、低級酸化物の総含有率は１０％以下にすることが好ましい。
【００１２】
本発明に関する上記説明はタンディッシュを想定しているが、タンディッシュ以外、例えば取鍋等で本発明を実施しても、十分な介在物除去効果を得ることができる。さらに、タンディッシュ内であっても、本発明の溶鋼清浄化方法を連続的に実施するのではなく、継ぎ目部等、特に溶鋼清浄性が低下する部位のみで実施することも可能である。金属含有ＣａＯフラックス５の作動ガス４中への混合方法は、図１に示すように金属含有ＣａＯフラックス５をホッパー７から事前に作動ガス４中に混合してから溶鋼表面６に吹き付ける方式以外に、図２に示すようにホッパー７から金属含有ＣａＯフラックスをプラズマトーチ１から吹き出した作動ガス４中に直接混合する方法でも良い。さらに、使用するプラズマ装置もここで説明した移行型である必要はなく、非移行型で本発明を実施しても、十分な効果が得られる。
【００１３】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例に基づいて、本発明について説明する。
＜実施例１＞
容量５０ｔのタンディッシュを用いて、成分Ｃ：３０ｐｐｍ, Ｓｉ：０．０１５％, Ｍｎ：０．２５％, Ｐ：０．０２％, Ｓ：０．０１％, Ａｌ：０．０３５％, 温度１５６０℃の溶鋼１０００ｔを１０ｔ/min（２ストランド）で鋳造した。出力２．０ＭＷの直流移行型プラズマトーチ２基を用いて、１％Ａｌ含有ＣａＯフラックスを１ｋｇ／ｍｉｎで連続的に吹き付けた。タンディッシュ内の溶鋼温度は１５６０℃一定であり、溶鋼温度の低下は生じなかった。タンディッシュ出側の全酸素濃度は定常部で１９ｐｐｍ、継ぎ目部で２９ｐｐｍと安定して推移し、圧延後の製品には表面欠陥は全く発生しなかった。
＜実施例２＞
容量５０ｔのタンディッシュを用いて、成分Ｃ：３０ｐｐｍ, Ｓｉ：０．０１５％, Ｍｎ：０．２５％, Ｐ：０．０２％, Ｓ：０．０１％, Ａｌ：０．０３５％, 温度１５６０℃の溶鋼１０００ｔを１０ｔ/min（２ストランド）で鋳造した。出力２．０ＭＷの直流移行型プラズマトーチ２基を用いて、０．５％Ａｌ−０．５％Ｚｒ含有ＣａＯフラックスを１ｋｇ／ｍｉｎで連続的に吹き付けた。タンディッシュ内の溶鋼温度は１５６０℃一定であり、溶鋼温度の低下は生じなかった。タンディッシュ出側の全酸素濃度は定常部で１８ｐｐｍ、継ぎ目部で２７ｐｐｍと安定して推移し、圧延後の製品には表面欠陥は全く発生しなかった。
＜比較例１＞
容量５０ｔのタンディッシュを用いて、成分Ｃ：３０ｐｐｍ，Ｓｉ：０．０１５％，Ｍｎ：０．２５％，Ｐ：０．０２％，Ｓ：０．０１％，Ａｌ：０．０３５％，温度１５６０℃の溶鋼１０００ｔを１０ｔ／ｍｉｎ（２ストランド）で鋳造した。出力２．０ＭＷの直流移行型プラズマトーチ２基を用いて、溶鋼加熱は行ったが、金属含有ＣａＯフラックスの吹き付けは実施しなかった。タンディッシュ内の溶鋼温度は１５６０℃一定であり、溶鋼温度の低下は生じなかった。タンディッシュ出側の全酸素濃度は定常部で４０ｐｐｍ、継ぎ目部で６０ｐｐｍとなり、圧延後の製品には表面欠陥が発生した。
＜比較例２＞
容量５０ｔのタンディッシュを用いて、成分Ｃ：３０ｐｐｍ，Ｓｉ：０．０１５％，Ｍｎ：０．２５％，Ｐ：０．０２％，Ｓ：０．０１％，Ａｌ：０．０３５％，温度１５６０℃の溶鋼１０００ｔを１０ｔ／ｍｉｎで鋳造した。粉体吹き込み装置２基を用いて、ＣａＯフラックスを１ｋｇ／ｍｉｎで連続的に吹き込んだ。タンディッシュ内の溶鋼温度はフラックス添加により平均で７℃低下し、浸漬ノズルは閉塞ぎみになった。タンディッシュ出側の全酸素濃度は定常部で５０ｐｐｍ、継ぎ目部で７０ｐｐｍであり、圧延後の製品には表面欠陥が発生した。
【００１４】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によりタンディッシュ内における溶鋼温度の低下を防止した上で、溶鋼中の介在物を効率的に除去できるため鋳片品質が向上すると共に、溶鋼温度低下に伴うノズル閉塞の問題も解消されるため、操業性も格段に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】タンディッシュプラズマ加熱装置及び本発明の実施形態を示す図。
【図２】金属含有ＣａＯフラックスをプラズマトーチから吹き出した作動ガス中に直接混合する本発明の実施形態を示す図。
【符号の説明】
１…プラズマトーチ
２…タンディッシュ
３…溶鋼
４…作動ガス
５…金属含有ＣａＯフラックス
６…溶鋼表面
７…ホッパー
８…取鍋

Claims (2)

1. プラズマ加熱装置の作動ガスを用いてＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｇの内１種類又は複数種類を含有するＣａＯフラックスを溶鋼表面に吹き付けることを特徴とする溶鋼の清浄化方法。
2. 鋼の連続鋳造用タンディッシュにおいて、プラズマ加熱装置の作動ガスを用いてＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｍｇの内１種類又は複数種類を含有するＣａＯフラックスを溶鋼表面に吹き付けることを特徴とする溶鋼の清浄化方法。

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