JP4042657B2 - タンディッシュ内溶鋼の汚染を防止する鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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溶鋼汚染を防止する鋼の連続鋳造方法に関するものであり、さらに詳しくは、取鍋から注
入管を用いてタンディッシュに注湯した後、その注入管内のスラグを脱酸し、次の取鍋か
らの注湯を行う鋼の連続鋳造方法に関する。
鋼の再酸化が起こり、溶鋼の清浄性が悪化する。清浄性悪化の要因は、大別して2つあり
、その第1は大気を含む雰囲気からの酸化であり、その第2は低級酸化物を含むスラグに
よる酸化である。
気からの酸化を防止する方法としては、例えば下記の特許文献1〜4に開示された方法な
どがある。特許文献1には、取鍋底部とタンディッシュ底部とをスライディングノズル付
下注ぎ用ロングノズルで連結し、取鍋内溶鋼をタンディッシュ内に下注ぎで供給すること
により大気と遮断する方法が開示されている。また、ロングノズルの先端を溶鋼に浸漬さ
せた状態で取鍋を開孔することも一般に行われている。特許文献2および特許文献3には
、タンディッシュに蓋を設置して密閉するとともに、Arなどの不活性ガスを吹き込んで
タンディッシュ内の酸素濃度を低減した状態で溶鋼を注入する方法が開示されている。さ
らに、特許文献4には、タンディッシュ内への溶鋼注入前に、Mg合金をタンディッシュ
内へ添加し、Mg蒸気によりタンディッシュ内を大気からシールする溶鋼の清浄化方法が
開示されている。
された方法などがある。特許文献5には、筒状の側壁部とその上部の円錐状の屋根部と平
板状の底部よりなるスラグ侵入防止用容器を取鍋の注入口の中心部と容器中心が一致する
ように取鍋より吊り下げて、スラグ侵入を防止する方法が、また、特許文献6には、ロン
グノズルにスラグブレーカーを装着するとともに、スラグブレーカーをその筒部下端がタンディッシュ湯面下の溶湯内に位置するように浸漬させて注入を行う方法がそれぞれ開示されている。その他、スラグ検知システムを用いて取鍋スラグの流入量を低減する方法も広く行われている。
ロングノズルを溶鋼から上昇させることによりタンディッシュ内に排出し、再びロングノ
ズルを溶鋼中に浸漬して後鍋内溶鋼を鋳造する際に、ロングノズルの下端がタンディッシュ湯面下一定深さ以上浸漬した時点で、後鍋溶鋼の注入を開始し、かつ、ロングノズルの
浸漬深さを一定深さ以上に保持し、タンデイツシュへの溶鋼供給量を制御する高清浄鋼の
鋳造方法が開示されている。そして、特許文献8には、金属Alを主体とするスラグ脱酸
剤および粉末状フラックスをタンディッシュ内に添加することによって、タンディッシュ
内の溶鋼上のスラグ組成中のT.Fe及びMnOを低減する高清浄度溶鋼の製造方法が開
示されている。
し得ない点において不備がある。また、スラグからの酸化を防止する方法として特許文献5に開示されたスラグ侵入防止容器を用いる方法は、容器の取り扱いなどの操作性に問題がある。また、特許文献6および7に開示されたロングノズルを使用する方法は、注入管を用いる方法に比べて鋳造の定常部において介在物の浮上に劣る。特許文献8に開示されたタンディッシュに金属Al粒子および粉末状フラックスを添加する方法は、注入管をスラグの脱酸反応容器として活用したり、還元剤のAlをスラグとの混合促進作用を有する気化性のアルカリ土類金属と合金化して添加するなどの技術的要素に欠けており、スラグの還元効果が小さく、また不安定である。
(a)注湯前に予め注入管内のスラグを金属Al、Ca、Si、Mgなどの脱酸剤により脱酸しておけば、FeO、MnOなどの低級酸化物がAl2O3、CaO、MgO、SiO2などの安定な酸化物に置換され、溶鋼との反応性に乏しいスラグとなるので、次の取鍋からの落下流にたたき込まれても微細な介在物として懸濁しにくく、容易に浮上除去される。
(1)取鍋から注入管を用いてタンディッシュに注湯し、取鍋からの注湯を終了後、タンディッシュ内湯面の高さが前記注入管の下端以上の高さにあり、取鍋から流出したスラグが注入管内に留まっている期間に、注入管内のスラグ上に金属AlまたはSiのうちの1種とCaまたはMgのうちの1種との合金を含有するスラグ脱酸剤を添加し、その後に次の取鍋からの注湯を開始することを特徴とするタンディッシュ内溶鋼の汚染を防止する鋼の連続鋳造方法。
「湯面の高さが注入管の下端以上の高さにある期間」とは、湯面の高さが注入管の下端と同一高さまたはそれ以上の高さにある期間を意味する。
「注入管の内径が円形断面の直径に換算して0.3〜1m」とは、注入管の内径が注入管の内断面積と同一断面積を有する円形断面の内径(内直径)に換算して0.3〜1mであることを意味する。また、注入管の内断面の形状は円形以外に長円形、多角形、方形などのいずれであってもよい。
を意味する。
法において、鋳造定常部における介在物の高い浮上効率を確保しつつ、注入管方式の弱点とされる次の取鍋注湯による鋳造開始時における汚染を効果的に防止し、全鋳造領域において清浄度の高い鋳片を得ることが可能となる。
前の取鍋の注湯末期に注入管内に流入したスラグは、FeOやMnOなどの低級酸化物を多く含み、流入直後から、溶鋼中の脱酸元素であるAlやSiなどにより還元される。このような酸化還元反応が起こっているときには、スラグと溶鋼とは良く濡れる状態となっているので、次の取鍋からの落下流により激しく撹拌されると、スラグ中の酸化物は微細な介在物として溶鋼中に懸濁しやすい。
微細な介在物は浮上速度が小さいので、タンディッシュ内あるいは鋳型内で浮上せずに鋳片に残留しやすい。発明者はこのような溶鋼汚染を防止する方法として、次の取鍋からの注湯前に、予め注入管内のスラグを金属Al、Ca、Si、Mgなどにより脱酸しておくことが有効であることを把握した。すなわち、このような方法により、注入管内の酸化物量には変化が無くても、FeO、MnOなどの低級酸化物がAl2O3、CaO、MgO、SiO2などの比較的安定な酸化物に置換され、溶鋼との反応性に乏しいスラグとなるので、これらが次の取鍋からの落下流によりたたき込まれても、微細な介在物として懸濁しにくく、タンディッシュあるいは鋳型内において容易に浮上除去できることを見出し、本発明を完成するに至った。
本発明のうち、第1発明は、取鍋から注入管を用いてタンディッシュに注湯し、取鍋からの注湯を終了後、タンディッシュ内湯面の高さが前記注入管の下端よりも高く、取鍋から流出したスラグが注入管内に留まっている時期に、取鍋からの注湯を終了後、注入管内のスラグ上に金属AlまたはSiのうちの1種とCaまたはMgのうちの1種との合金を含有するスラグ脱酸剤を添加し、その後に次の取鍋からの注湯を開始する鋼の連続鋳造方法である。
本発明において、スラグの脱酸反応を速やかに進行させるためには、スラグ脱酸剤がガスを発生し、脱酸剤とスラグとの混合を促進しなければならない。スラグの脱酸反応を速やかに進めることが重要である理由は、還元反応が十分に進行しておらず反応が激しい時期に次の取鍋からの注湯が開始されると、反応性の高まっているスラグが溶鋼中に巻き込まれやすくなるからである。
ガス発生物質としては、金属Caあるいは金属Mgといった加熱により蒸気を発生するアルカリ土類金属をAlまたはSiと合金化して用いるのが適切である。合金化していない金属Caや金属Mgは、反応性が高く危険な上、迅速に気化しすぎてスラグ脱酸剤をスラグと混合する作用に乏しいからである。ガス発生物質として、炭酸カルシウムなどの炭酸塩を用いる方法もあるが、分解により発生する炭酸ガスが溶鋼を酸化するという点で、本発明法よりも劣る。金属Caや金属Mgは、ガス発生物質として作用することに加え、スラグ脱酸用物質としても作用するが、金属Mgの場合には合金化しても気化速度が大きいことからスラグの脱酸作用は大きくはない。
前の取鍋スラグの脱酸において、注入管が無い場合には、スラグはタンディッシュ内の全面に広がるので、効果的な脱酸は困難である。それに対して、タンディッシュ内の湯面が注入管下端よりも高い位置にあり、注入管内にスラグが留まっている時期に脱酸剤を添加すると、スラグ全体に脱酸剤が有効に作用する。そして、脱酸剤を添加した後にタンディッシュ内の湯面が注入管の下端よりも低下し、スラグがタンディッシュ内の全面に広がった場合には、スラグとともに脱酸剤の存在範囲も広がるので、有効な脱酸が可能である。
図1は、タンディッシュ内溶鋼の汚染を防止する連続鋳造方法の一例を模式的に示す図である。取鍋1内の溶鋼2は、注入管3を経てタンディッシュ4内に注湯され、さらにタンディッシュから浸漬ノズル6により連続鋳造鋳型7に供給された後、引き抜かれて鋳片となる。スラグ脱酸剤は、取鍋の交換時に上部の取鍋が上昇もしくは移動した時に、注入管蓋31を外すなどして注入管上部の開口部より注入管内に添加され、閉鎖空間8内において注入管内のスラグを脱酸する。
注入管3は、タンディッシュ蓋5を貫通してタンディッシュ蓋との隙間無く設置された耐火物製の筒を用いる。タンディッシュ蓋5との隙間をなくしたのは、タンディッシュ4内を密閉し、不活性ガスによるシール効果を高めるためである。注入管3に替えてタンディッシュ蓋5の下面から湯面21に浸漬するように設置された上堰によって閉じた空間を形成しても本発明の目的とする効果が得られる。
2.第2発明について
前述のとおり、第2発明は、前記第1発明に加えて、注入管の内径が円形断面換算で0.3〜1mであり、Ca−Al合金、Ca−Si合金またはAl−Mg合金のうちのいずれか1種以上を含有するスラグ脱酸剤を、金属Al、CaおよびSiの合計質量が1〜20kgの範囲内で添加した後、60秒以上の反応時間をおいて、注入管内にガス流量が10〜120Nm 3 /hの範囲でArガスを吹き込みながら次の取鍋からの注湯を開始するタンディッシュ内溶鋼の汚染を防止する鋼の連続鋳造方法である。
注入管の断面積には好ましい範囲が存在する。前記断面積が大きすぎる場合にはスラグと脱酸剤とが十分に混合することが困難となるので、注入管の内径は円形断面の直径に換算して1.0m以下が好ましい。一方、注入管の内径が円形断面の直径に換算して0.3m未満の場合には、注入管の内面に付着した地金による管の閉塞が発生しやすくなり、安定操業が困難となる。したがって、注入管の内径は円形断面の直径に換算して0.3〜1.0mであることが好ましい。
脱酸剤によりスラグを十分に脱酸するには一定の反応時間を確保することが好ましい。脱酸剤を添加後、次の取鍋からの注湯が開始されるまでの時間を60秒以上確保すると、本発明におけるスラグの脱酸が十分に進行し、本発明の効果が安定した。よって、脱酸剤添加後、次の取鍋からの注湯が開始されるまでに60秒以上を確保することが好ましい。
脱酸用物質は、コスト、安全性および添加効果の面で、Ca−Al合金、Ca−Si合金およびAl−Mg合金の3種類が有用である。これら3種類の脱酸用合金のうち1種以上を含有するスラグ脱酸剤を用いることが好ましい。
さらに、注入管内のスラグを脱酸した効果を活用するには、注入管内にガス流量が10〜120Nm 3 /hの範囲でArガスを吹き込みながら次の取鍋からの注湯を開始し、溶鋼の空気酸化を低減することが好ましい。Arガス流量が10Nm3/h未満では溶鋼の空気酸化を低減する効果が小さく、また、120Nm3/hを超えて吹き込んでも改善効果が飽和し、経済的でなくなるからである。
第3発明は、前記第1発明または第2発明において、次の取鍋からの注湯開始前に、一旦タンディッシュから鋳型への注湯を停止し、浸漬ノズル内を酸素ガスを用いて洗浄もしくは浸漬ノズルを交換した後、タンディッシュから鋳型への注湯停止から40分以内に次の取鍋からの注湯を開始することを特徴とするタンディッシュ内溶鋼の汚染を防止する鋼の連続鋳造方法である。
本発明の効果は、脱酸剤添加後、介在物の付着により閉塞したタンディッシュ下部浸漬ノズルの酸素による洗浄やノズルの交換作業などのように、操業上の都合により次の取鍋からの注湯開始までの時間が長くなる場合にも損なわれるものではない。しかしながら、 タンディッシュから鋳型への注湯停止から次の取鍋からの注湯開始までに40分以上を経過すると、タンディッシュ内温度が低下し、次の鋳造に支障をきたすので、経過時間は40分以内とすることが好ましい。さらに好ましくは、経過時間は30分以内とするのがよい。
鋳型への注湯を一旦停止する場合には、タンディッシュ内の溶鋼量を例えば5トン以下にまで減らしたり、全溶鋼を鋳型内に鋳込み切るか、または残鋼を排出しても構わない。また、浸漬ノズルの洗浄もしくは交換は鋳型上で行っても良いし、鋳込床上の別の場所にタンディッシュを移動して行ってもよい。タンディッシュ内の残鋼を排出した場合には、浸漬ノズルの洗浄とともに、スライディングゲートや上ノズルを洗浄してもよい。また、このようなタンディッシュの準備時間中に、鋳片を引き抜いてから新たにダミーバーを挿入して次の鋳込みに備えてもよいし、鋳型内に鋳片を留めたまま接続冶具を投入するなどして待機してもよい。
連続鋳造試験には、化学組成が質量%で、C:0.04〜0.25%、Si:0.04〜0.28%、Mn:0.4〜1.3%、sol.Al:0.02〜0.06%およびCa:0.0025%以下の普通鋼の溶鋼を用い、鋳造速度は定常部において1.0〜1.6m/minとした。
鋳片において観察された介在物は、ほとんどがアルミナ(Al2O3)あるいはカルシウムアルミネート(CaO−Al2O3)であった。懸濁しやすいFeOあるいはMnOなどの低級酸化物が発見されなかったのは、これらが鋼中のAlなどの脱酸元素により還元されたためと考えられた。
前記表1および表2中に記載された次の取鍋初期の介在物増加指数とは、SiO2チューブサンプラーによって採取した鋳型内溶鋼サンプルの化学分析により、次の取鍋初期の鋳型内における鋼中全酸素含有率;T.[O]の推移を求め、そのピーク値と前後の取鍋の鋳造定常部における平均値との差によって、表1の欄外に記述したとおり、5段階で評価したものである。
表1および表2中に記載された脱酸材として用いたCa−Alフラックス粒とは、質量%でCa:15%、Al:25%、CaO:32%、Al2O3:18%およびCaF2:10%を含有する粒度1〜3mmの粒であり、Ca−Si粒とは粒度2〜3mmのCa−Si合金粒であり、金属Al粒とは粒度3〜5mmのAl粒であり、そして、Al−Mg粒とは粒度3〜5mmのAl−Mg合金粒である。また、注入管は、断面形状が円形のものを用いた。
(試験結果)
試験番号A〜Fは、本発明例についての試験である。試験番号AおよびCは、容量35トンのタンディッシュに内径550mmの注入管を備えた連続鋳造機において、本発明の第1発明および第2発明の方法を試験した例であり、試験番号Bは、容量50トンのタンディッシュに内径600mmの注入管を備えた連続鋳造機において、本発明の第1発明および第2発明の方法を試験した例である。これらの試験では、いずれも、注入管内のスラグ中低級酸化物が有効に脱酸され、鋼中に巻き込まれにくくなった結果、次の取鍋初期における鋼中介在物の増加は抑えられ、軽微な増加に止まった。
試験番号DおよびEは、本発明の第3発明で規定する条件を満たす例である。試験番号Dでは、前の取鍋からの注湯終了直後に内径630mmの注入管内にスラグ脱酸剤を添加した後、容量80トンのタンディッシュ内に5トンの溶鋼を残した状態でタンディッシュから鋳型への注湯を一旦停止した。その後、タンディッシュを鋳込床上の整備位置に移動し、浸漬ノズルを交換するとともに、鋳片引き抜きおよびダミーバーの再挿入を行った後、注入管内への脱酸剤添加から30分の間隔をおいて次の取鍋からの注湯を開始し、連続鋳造を再開した。
また、試験番号Eでは、前の取鍋からの注湯終了直後に内径600mmの注入管内にスラグ脱酸剤を添加し、容量50トンのタンディッシュ内溶鋼量がほとんど0になるまで鋳型内に鋳込んだ後、タンディッシュから鋳型への注湯を一旦停止した。その後、タンディッシュを鋳込床上の整備位置に移動して傾転し、可能な限りスラグを排出し、浸漬ノズルを酸素ランスを用いて洗浄するとともに、鋳型内鋳片は留め置いたまま鋳型内に接続用の冶具を投入して待機し、注入管内脱酸剤投入から18分の間隔をおいて次の取鍋からの注湯を開始し、連続鋳造を再開した。これらの試験においては、いずれも、注入管内のスラグ中の低級酸化物が有効に脱酸され、鋼中に巻き込まれにくくなった結果、次の取鍋初期における鋼中介在物の増加が抑制され、介在物の増加は比較的軽微であった。
脱酸剤が含有する金属元素Al、Ca、SiおよびMgのうち、生成した酸化物が二次的にAlなどの鋼中脱酸元素により還元され溶鋼を汚染することを防止するには、例えばCa−SiのようにSiを使用するのではなく、Ca−AlのようにSi以外の他の元素を使用することが望ましいと考えられたが、本発明例では、Si添加の有無による明確な差は認められなかった。
法において、鋳造定常部における介在物の高い浮上効率を確保しつつ、次の取鍋注湯による鋳造開始時における汚染を効果的に防止し、全鋳造領域において清浄度の高い鋳片を得ることができる。よって、本発明の方法は、簡便な設備により良好かつ安定した操作性のもとに、スラグからの介在物による溶鋼の汚染を防止し、高清浄度で良好な品質の鋳片を製造可能とする連続鋳造方法であり、鋼製品の高清浄化に広く適用できる価値ある鋳造方法である。
2:溶鋼、
21:湯面、
3:注入管、
31:注入管蓋、
4:タンディッシュ、
5:タンディッシュ蓋、
6:浸漬ノズル、
7:連続鋳造鋳型、
8:閉鎖空間
Claims (3)
- 取鍋から注入管を用いてタンディッシュに注湯し、取鍋からの注湯を終了後、タンディッシュ内湯面の高さが前記注入管の下端以上の高さにあり、取鍋から流出したスラグが注入管内に留まっている期間に、注入管内のスラグ上に金属AlまたはSiのうちの1種とCaまたはMgのうちの1種との合金を含有するスラグ脱酸剤を添加し、その後に次の取鍋からの注湯を開始することを特徴とするタンディッシュ内溶鋼の汚染を防止する鋼の連続鋳造方法。
- 前記注入管の内径が円形断面の直径に換算して0.3〜1mであり、Ca−Al合金、Ca−Si合金またはAl−Mg合金のうちのいずれか1種以上を含有する前記スラグ脱酸剤を、金属Al、Ca、Siの合計質量が1〜20kgの範囲内で添加した後、60秒以上経過させ、注入管内にガス流量が10〜120Nm 3 /hの範囲でArガスを吹き込みながら次の取鍋からの注湯を開始することを特徴とする請求項1に記載のタンディッシュ内溶鋼の汚染を防止する鋼の連続鋳造方法。
- 次の取鍋からの注湯開始前に、一旦、タンディッシュから鋳型への注湯を停止し、浸漬ノズル内を酸素ガスを用いて洗浄するか、または浸漬ノズルを交換した後、タンディッシュから鋳型への前記注湯停止から40分以内に次の取鍋からの注湯を開始することを特徴とする請求項1または2に記載のタンディッシュ内溶鋼の汚染を防止する鋼の連続鋳造方法。
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