JP4042657B2

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

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Publication number: JP4042657B2
Application number: JP2003291312A
Authority: JP
Inventors: 友一塚口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2003-08-11
Filing date: 2003-08-11
Publication date: 2008-02-06
Anticipated expiration: 2023-08-11
Also published as: JP2005059049A

Description

本発明は、取鍋と鋳型との間にあるタンディッシュ内のスラグを脱酸し、スラグからの
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。

取鍋からの注湯初期においては、いくつかの要因により、タンディッシュ内において溶
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。

従来、取鍋からの注湯初期の清浄性悪化に対しては種々の対策が講じられている。雰囲
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。

他方、スラグによる溶鋼の酸化を防止する方法としては、下記の特許文献５〜８に開示
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。

さらに、特許文献７には、前鍋から注入末期にロングノズル内に貯留しているノロを、
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。

また、取鍋からタンディッシュへの注湯には、一般に、（Ａ）取鍋ロングノズルを用いてタンディッシュ内溶鋼に浸漬給湯する方法、および、（Ｂ）先端部が溶鋼に浸漬した注入管をタンディッシュに備え取鍋下の短いノズルからの落下流を注入管内に給湯する方法の２種類が用いられている。

本発明者らが両注湯方法の機能を比較調査した結果、前記（Ｂ）の注入管方式は、鋳造定常部での介在物の浮上効率に優れている反面、取鍋からの注湯初期には前の取鍋から流出したスラグを落下流でたたき込み、溶鋼が汚染される問題を有することが判明した。

上述の従来技術のうち、雰囲気からの酸化を防止する方法は、スラグからの酸化を防止
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。

上述のとおり、連続鋳造方法において、スラグからの溶鋼の汚染を防止し、清浄度の高い鋳片を製造するためには、なお幾多の改善すべき問題が残されている。

特開平７−１００６０３号公報（特許請求の範囲および段落〔００１２〕）

特開平９−１３０２号公報（特許請求の範囲および段落〔０００５〕）特開平１０−８５９１５号公報（特許請求の範囲および段落〔０００５〕）特開２００２−２６３８０８号公報（特許請求の範囲および段落〔０００５〕）特開平７−１８５７５３号公報（特許請求の範囲および段落〔０００６〕）特公昭５９−４８６９６号公報（特許請求の範囲および２頁第３欄）特開平７−２３６９４６号公報（特許請求の範囲および段落〔０００８〕）特開平８−４９０１１号公報（特許請求の範囲および段落〔０００５〕）

本発明は、上記の問題の調査結果に鑑みてなされたものであり、注入管を反応容器として活用することにより、注入管方式のデメリットである取鍋からの注湯初期における溶鋼の汚染問題を解消し、高い介在物の浮上除去効率を確保できる連続鋳造方法を提供することを課題としている。

本発明者は、上述の課題を解決するために、前記した従来の問題点を踏まえて、スラグからの溶鋼の汚染を防止できる連続鋳造方法を検討し、下記の（ａ）〜（ｃ）の知見を得た。
（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。

（ｂ）上記（ａ）の方法を行うには、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脱酸剤を添加し、その後に次の取鍋からの注湯を開始すればよい。

（ｃ）上記（ｂ）の方法においては、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の総質量が１〜２０ｋｇとなる範囲内で添加した後、６０秒以上の反応時間をおいて、次の取鍋からの注湯を開始することが好ましい。

本発明は、上記の知見に基いて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（３）に示す溶鋼の汚染を防止する鋼の連続鋳造方法にある。
（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。

（２）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前記（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。

（３）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前記（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。

本発明において、「注入管」とは、取鍋底部のノズルからタンディッシュ蓋およびタンディッシュ内の湯面へと通じ、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入流を大気と遮断し、添加された脱酸剤とスラグとを反応させるための閉鎖空間を形成する筒をいう。タンディッシュ蓋の下面から湯面に浸漬するように設置された上堰により閉鎖空間を形成しても同様な効果が得られる。
「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。

また、「次の取鍋」とは、スラグ脱酸剤を添加した後に注湯する取鍋を意味し、後述の「前の取鍋」とは、スラグ脱酸剤を添加する以前に注湯した取鍋を意味する。
を意味する。

本発明の連続鋳造方法によれば、取鍋から注入管を用いてタンディッシュに注湯する方
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。

本発明者は、注入管内で発生する取鍋スラグによる溶鋼の汚染およびその防止方法について種々の検討および実験を重ね、本発明の連続鋳造方法を完成させた。以下にその内容を詳細に述べる。
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。

１．第１発明について
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。

また、脱酸剤の添加量は、スラグ量に応じて決定するのが理想的であるが、注入管内のスラグ量を正確に見積もるのは難しいため、脱酸剤の添加量を変化させながらその影響を調査する試験を行った。その結果、脱酸剤中の金属Ａｌ、ＣａおよびＳｉの合計質量が１〜２０ｋｇとなる量だけ添加した場合に、全体として良好な効果が得られた。前記脱酸金属元素の合計量が１ｋｇ未満では、十分な脱酸効果が得られず、一方、合計量が２０ｋｇを超える過剰な脱酸剤を添加すると、脱酸剤の金属元素による溶鋼成分の変化が大きくなり、問題を生じるからである。したがって、脱酸剤の添加量は、脱酸剤中の金属Ａｌ、ＣａおよびＳｉの合計量が１〜２０ｋｇの範囲であることが好ましい。なお、より好ましい添加量の範囲は、前記金属の合計量が２〜１０ｋｇである。
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。

３．第３発明について
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。

また、第３発明の方法を行う場合に、タンディッシュから鋳型への注湯を停止する直前の取鍋だけでなく、タンディッシュから鋳型への注湯が始まって以降全ての取鍋からの注湯終了時に、第１発明または第２発明の方法により注入管内のスラグを脱酸しておけば、より安定した効果が得られることは言うまでもない。

本発明の連続鋳造方法の効果を確認するため、以下に示す本発明例および比較例についての試験を行い、その結果を評価した。表１および表２に試験条件および試験結果を示した。

（試験条件および結果の評価方法）
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Ｆ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発明の方法を試験した例である。試験番号Ｆにおいては添加脱酸剤量が第２発明で規定する範囲を超えて多すぎたために、次の取鍋初期に脱酸剤に起因して鋼中のＣａおよびＳｉ含有量が過剰になるという現象を生じた。
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。

試験番号ＤおよびＥにおける次の取鍋初期における鋼中介在物の増加が試験番号Ａ〜Ｃに比較して大きいのは、初期の鋳型内注湯時の大気による二次酸化や、試験番号Ａ〜Ｃに比較して注入管内脱酸剤添加から次の取鍋からの注湯開始までに長時間を要したため、タンディッシュの温度が低下し介在物の浮上分離が悪化したことなどによると考えられる。
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。

試験番号Ｇ〜Ｊは、本発明による注入管内スラグ脱酸を行わなかった比較例についての試験である。試験番号Ｇ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、注入管内スラグを金属Ａｌ粒を用いて脱酸した後、取鍋の交換作業を行ない、次の取鍋からの注湯を開始した例である。試験番号Ｇは、スラグ脱酸剤の組成のみが本発明で規定する範囲から外れている。試験番号Ｇにおける次の取鍋初期の介在物増加指数が本発明例に比べて劣るのは、脱酸剤として用いた金属Ａｌ粒をＣａあるいはＭｇという気化性の強いアルカリ土類金属と合金化していなかったために、脱酸剤とスラグとの反応が遅く、十分に脱酸反応が進行しない時点で次の取鍋からの注湯が始まり、反応性が高まっていたスラグが溶鋼中に多く巻き込まれたことが原因と考えられる。

試験番号Ｈ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、注入管内スラグ脱酸を実施せずに通常の取鍋交換作業を行ない、次の取鍋からの注湯を開始した例である。試験番号Ｈでは、前の取鍋から注入管内に流出した取鍋スラグが溶鋼との反応性の高い低級酸化物を多く含んだまま、次の取鍋からの注湯流によってたたき込まれ、微細な介在物として溶鋼中に懸濁したために、介在物がタンディッシュ内で十分に浮上除去されずに鋳型内に流出し、次の取鍋初期における介在物が大幅に増加した。

試験番号Ｉは、容量２０トンのタンディッシュにロングノズルを用いて取鍋から注湯する場合に、通常の取鍋交換作業を行ない、ロングノズルをタンディッシュ内の湯面に浸漬しない状態で次の取鍋からの注湯を開始した例である。ロングノズルの場合、先端が湯面に浸漬した時点で、タンディッシュ内スラグのたたき込みが終了するので、微細介在物の懸濁は注入管を用いた試験番号Ｈに比べると軽微である。しかしながら、ロングノズルを用いる方式が介在物浮上特性に劣ることと相俟って、本発明例に比較して次の取鍋初期の介在物は増加した。

試験番号Ｊでは、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、前の取鍋からの注湯終了後、そのままタンディッシュ内溶鋼量が１トン以下になるまで鋳型内に注湯し、しかる後に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、タンディッシュを正立させたまま、酸素ランスを用いてタンディッシュ内残鋼およびスラグを浸漬ノズルから可能な限り排出させつつ浸漬ノズル内を洗浄し、並行して、鋳片引き抜きおよびダミーバーの再挿入を行った後、前の取鍋からの注湯終了後２３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。試験番号Ｊにおいては、前の取鍋から流出した取鍋スラグが溶鋼との反応性の高い低級酸化物を多く含んだままタンディッシュ内に広がり、十分に排出されないまま次の取鍋からの注湯流に巻き込まれて微細な介在物として溶鋼中に懸濁した。このため、鋳造開始時においてタンディッシュ内溶鋼滞留時間が短く、介在物の浮上時間が十分に確保できなかったことに加えて、介在物がタンディッシュ内で十分に浮上除去されずに鋳型内に流出し、次の取鍋初期における介在物が大幅に増加した。

本発明の連続鋳造方法によれば、取鍋から注入管を用いてタンディッシュに注湯する方
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。

タンディッシュ内溶鋼の汚染を防止する連続鋳造方法を模式的に示す図である。

符号の説明

１：取鍋、
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

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。