JP4216663B2 - 品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型内の溶鋼中の介在物を効率的に除去して製造する品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、連続鋳造により鋳片を製造する場合、タンディッシュの下部ノズル、スライディングノズル、あるいは浸漬ノズルの溶鋼が通過する内面側には溶鋼中のＡｌから生成したＡｌ2 Ｏ3 系介在物や、溶鋼脱酸により生成したＡｌ2 Ｏ3 系介在物が付着して、ノズル詰まりが発生していた。
そして、ノズル詰まりが起こると、鋳型内で溶鋼の吐出流に偏流が生じて、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 系介在物が鋳型内からストランド内の深部に存在する溶鋼中まで運ばれるようになる。また、ノズルの内面側に付着したＡｌ2 Ｏ3 系介在物が剥離して溶鋼中に混入したりする。
その結果、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物を含んだ鋳片が製造されて、それを用いて製品を製造した際に表層や内部に品質上の欠陥を引き起こすことになる。更に、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物の付着が顕著な場合には、例えば、浸漬ノズルに閉塞が発生して、連続鋳造の操業が中断される事態となる。
【０００３】
そこで、一般には下部ノズル、スライディングノズル、あるいは浸漬ノズル内に不活性ガス、例えばアルゴンガスを吹き込み、溶鋼が各ノズルの内壁に直接接触するのを抑制して、各ノズルの内面側へのＡｌ2 Ｏ3 系介在物の付着防止を図っている。
このとき、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物の付着防止効果を高めようとして、アルゴンガスの吹き込み量を過剰に増加すると、鋳型内に吐出したアルゴンガスは粗大な気泡となって鋳型内の溶鋼内を浮上し湯面で激しく破裂するようになる。その結果、鋳型潤滑や湯面保温、溶鋼酸化防止等のために湯面に浮かべているモールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれ易くなり、巻き込まれたモールドパウダーが除去されずに鋳片内に介在物として残存すると、製品にした場合に品質上の欠陥となる。このため、アルゴンガスの吹き込み量はできるだけ低減することが好ましく、アルゴンガスの吹き込みによるノズル詰まり防止には限度がある。
【０００４】
以上のことから、各ノズルを構成する耐火物の組成を変更することにより、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物の付着を低減しようとする対策が検討されている。
例えば、特許文献１には、石灰４０〜９０重量％及び炭素１０〜６０重量％に、炭化硼素、窒化硼素、及び硼素の中のいずれか１を添加して焼成する連続鋳造用ノズルが提案され、連続鋳造用ノズルに付着生成するＡｌ2 Ｏ3 系介在物の低融点化を図って、連続鋳造ノズルの閉塞を防止することが行われている。
また、石灰クリンカー及び／又はドロマイトクリンカーからなる骨材３５〜８５重量％と炭素５〜５０重量％に対して、アルカリあるいはアルカリ土類金属の塩類と消石灰との反応生成物の粉末３〜２５重量％を添加して得られる炭素含有の石灰質連続鋳造用ノズルが提案され、連続鋳造用ノズルに付着生成するＡｌ2 Ｏ3 系介在物の低融点化が図られている（例えば、特許文献２参照）。
更に、ＣａＯ換算で２〜４０重量％の粉末と、ＳｉＯ2 含有量が１重量％未満のアルミナクリンカー、スピネルクリンカー、及びマグネシアクリンカーの中から選ばれる１種以上との混合粉末からなり、この混合粉末中の炭素、ＳｉＯ2 のそれぞれの含有量が１重量％以下で、かつ０．２１ｍｍ以下の粒径のものを２０〜７０重量％含む連続鋳造用ノズルの内孔体が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５７−５６３７７号公報
【特許文献２】
特開昭５７−３８３６６号公報
【特許文献３】
特開平５−２８５６１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの提案は、いずれもノズル内面側に付着したＡｌ2 Ｏ3 系介在物とノズルを構成する耐火物中のＣａＯ成分とを反応させることにより、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物を低融点のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物に改質して溶鋼中に洗い流すことを基本としている。
しかしながら、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が除去されずに鋳片に取り込まれ、その鋳片から製品を製造した際に製品の表層にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が存在すると、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は水溶性であるため発銹起点になり易く、製品の耐食性を損なうという問題が発生する。
従って、薄鋼板や食缶、特に、耐食性が要求されるステンレス鋼製品の製造に使用される鋳片においては、鋳片内に存在するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の量を低減することが大きな課題となっている。
【０００７】
また、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物を低融点のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物に改質して溶鋼中に洗い流すことにより各ノズル内面側へのＡｌ2 Ｏ系介在物の付着が低減でき、アルゴンガス等の不活性ガスの吹き込み量の低減が可能になる。このため、不活性ガスの気泡が鋳型内の溶鋼中を浮上して湯面で破裂する頻度が少なくなって、モールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれ難くなるという効果が期待できる。しかし、不活性ガスの吹き込み量を低減し過ぎると、鋳片内のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の量が増加する傾向がみられる。これは、不活性ガスの気泡には、溶鋼中に洗い流されたＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を捕捉しながら浮上するという浮上除去作用があるため、不活性ガスの吹き込みを低減し過ぎるとこの浮上除去作用が利用できなくなるためと考えられる。
従って、各ノズル内面側へのＡｌ2 Ｏ3 系介在物の付着が低減できても、鋳片内のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の低減を図るためには、不活性ガスの吹き込みが必要で、その吹き込み量を最適化する必要がある。
【０００８】
更に、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の比重は溶鋼の比重に比べて小さいため、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を浮上させることにより、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を除去することが可能になる。
この浮上除去を促進するには、浮上に要する時間を十分に確保することが効果的で、そのためには鋳造速度を低下させることが必要となる。しかし、鋳造速度の低下は生産性の低下を招くことになり好ましくない。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ドロマイト製ノズルを適用してＡｌ2 Ｏ3 系介在物を低融点のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物に改質することによりノズル内面側への付着を防止すると共に、溶鋼中に混入するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を効率的に除去して鋳片中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を低減することが可能な品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法は、骨材にドロマイトクリンカーが配合され全ＭｇＯ成分の含有量が２０質量％以上かつ６７質量％以下、ＣａＯ成分の含有量が３１質量％以上かつ６０質量％以下で、前記ＭｇＯ成分とＣａＯ成分を除いた残差成分として０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ 2 及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ 2 Ｏ 3 の少なくとも一方を含有すると共に、１質量％以上かつ１０質量％以下のＣを含有し、ＣａＯ質量％／ＭｇＯ質量％が０．４６以上かつ３以下である内装体が溶鋼の通過する内面側に配設された浸漬ノズルを介して、鋳型及びストランド内に配置された鋳片支持セグメント群の上流側の一部を有して形成される垂直部の長さが１．５ｍ以上かつ３．５ｍ以下の垂直曲型連続鋳造機の該鋳型内に溶鋼を注湯する第１工程と、
前記鋳型内に注湯された溶鋼を冷却し該鋳型との接触面側に凝固殻を形成する第２工程と、
前記凝固殻を前記鋳片支持セグメント群で支持しながら引き抜いて散水冷却し、前記垂直部によって溶鋼中のＡｌ 2 Ｏ 3 −ＣａＯ系介在物をＡｌ 2 Ｏ 3 −ＣａＯ系介在物と溶鋼との比重差により浮上させながら前記ストランド内の前記凝固殻の内部の溶鋼を凝固して鋳片を製造する第３工程とを有する。
【００１１】
骨材にドロマイトクリンカーが配合されている内装体が溶鋼の通過する浸漬ノズルの内面側に配設されていると、溶鋼中のＡｌから生成したＡｌ2 Ｏ3 や脱酸により生成したＡｌ2 Ｏ3 がこの内面（以下、稼動面ともいう）に付着した場合、内装体中のＣａＯとこのＡｌ2 Ｏ3 が反応して、稼動面にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が形成される。
Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相内では、ドロマイトクリンカー中の未溶解のＣａＯ成分が徐々にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中に溶解していき、ＭｇＯ粒子の周囲にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が存在するようになる。
また、このＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中へのＣａＯ成分の溶解と共に、内装体中のＭｇＯ粒子は徐々に稼動面側から遠ざかる方向に移動しながら、徐々に凝集していくものと考えられる。そして、このようなＭｇＯ粒子のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中での移動と凝集が繰り返されることにより、ＭｇＯ粒子の粗大化を伴いつつ、稼動面側にＭｇＯリッチな層が形成される。
【００１２】
なお、ＣａＯ成分はこのＭｇＯリッチな層に存在するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中に、温度で決まる飽和濃度に達するまで連続して溶解する。その結果、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の融点は徐々に低下し、流動し易い状態になる。
このため、ＭｇＯリッチな層の背部に存在するドロマイトクリンカー中のＣａＯがＭｇＯリッチな層を介してＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の形で稼動面側に持続的に供給されるので、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 が稼動面側に付着するのを防止する。
更に、稼動面側に形成されるＭｇＯリッチな層により、稼動面側の耐食性が向上するという特徴が出現する。
【００１３】
ここで、全ＭｇＯ成分の含有率は２０質量％以上あれば、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中の流出により、ＭｇＯリッチな層が形成され易くなる。このため、稼動面側の耐食性が向上し、内装体の寿命が延長する。
一方、全ＭｇＯ成分の含有率が７０質量％を超えると、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 と反応してＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相を形成するためのＣａＯ供給量が不足して、稼動面側にＡｌ2 Ｏ3 系介在物が付着し易くなる。
以上のことから、ＭｇＯ成分の含有率は２０質量％以上かつ７０質量％以下、好ましくは２５質量％以上かつ６０質量％以下がよい。
【００１４】
このように、骨材にドロマイトクリンカーが配合されている内装体が溶鋼の通過する内面側に配設されている浸漬ノズルを介して溶鋼を鋳型内に注湯すると、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 が稼動面側に付着するのを防止しながら稼動面側の耐食性を向上させることができる。一方、稼動面で形成されたＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相は剥離して溶鋼中に混入していくため、溶鋼中にはＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が存在することになる。
ここで、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は水溶性であるためにＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が存在する溶鋼から鋳片を製造した際に、鋳片の表層部にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が存在していると、製品、例えば鋼板を形成したときに製品表面の発銹起点や、疵、割れ等の欠陥となる。
【００１５】
Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の比重は溶鋼の比重に比べて軽いため、連続鋳造機に垂直部を設けた垂直曲型連続鋳造機を用いることにより、凝集したＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物や未凝集の微細なＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を垂直部を活用して溶鋼中から浮上する方向に作用させ、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を効率的に低減することができる。
ここで、鋳片から製造した製品表面の発銹性を改善するには、鋳片表層部（鋳片表面から厚み方向に２０ｍｍの範囲）に存在するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を、例えば、従来の鋳片表層部におけるＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量に比べて減少させる必要があり、この清浄度を満たすには、垂直部の長さを１．５ｍ以上にする必要がある。
また、垂直部が長い程、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の浮上が促進されて、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物をより多く除去することができるが、垂直部の長さの増加に対する除去率の増加割合は次第に低下する。一方、垂直部が長くなると、それに応じて垂直曲型連続鋳造機の設備全体の高さが高くなり、設備コストが大きく上昇する。このため、鋳片の品質と設備の経済性を考慮すると、垂直部の長さの上限は３．５ｍと考えられる。
このため、垂直曲型連続鋳造機における垂直部の長さを１．５ｍ以上かつ３．５ｍ以下に規定した。
【００１６】
本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳片支持セグメント群内の前記鋳型の下方側から湾曲部を含む鋳片支持セグメントには少なくとも１組の第１の電磁撹拌装置が設けられて、前記ストランド内の前記凝固殻の内部の溶鋼を撹拌することが好ましい。
【００１７】
鋳型内からストランド内に引き抜かれた凝固殻の内部には溶鋼が存在し、凝固殻の内部の溶鋼を徐々に凝固させて凝固殻を成長させることにより鋳片が製造される。
そして、垂直曲型連続鋳造機では、引き抜かれた凝固殻はストランド内に進入するにつれてその接線方向の傾斜角度が徐々に低下するので、ストランド内の深部位置に存在する溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は自発的に浮上しても上部に存在する凝固殻に接触し、凝固殻の凝固界面に捕捉される。
【００１８】
そこで、鋳型の下方側から湾曲部の鋳片支持セグメント群の領域に、少なくとも１組の第１の電磁撹拌装置を設け、ストランド内に存在する凝固殻の内部の溶鋼に撹拌流を形成して、凝固殻の凝固界面に捕捉されたＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を洗い流すことにより、凝固殻の凝固界面を清浄に保つことができる。
更に、撹拌流によって鋳片の内部の未凝固の溶鋼を撹拌し、凝固が進行中の鋳片内部にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が凝集するのを抑制することができ、洗い流されたＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は、撹拌流に随伴して垂直部を介して浮上させて、溶鋼中から除去することができる。その結果、製造される鋳片の内部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量も低減することができる。
【００１９】
本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記浸漬ノズル内には不活性ガスが、０．１ＮＬ／分以上で１５ＮＬ／分以下の流量で吹き込まれることが好ましい。
【００２０】
浸漬ノズル内に吹き込まれた不活性ガス（例えば、アルゴンガス）は、浸漬ノズルの吐出口から鋳型内に溶鋼と共に吐出される。そして、吐出された不活性ガスは気泡となって鋳型内に拡散し、凝固殻に衝突する溶鋼の吐出流に随伴して浮上したり、直ちに浮上を開始したりする。
このとき、不活性ガスの気泡は、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を捕捉しながら鋳型内を浮上するので、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を低減することができる。
また、凝固殻に衝突する溶鋼の吐出流に随伴した不活性ガスの気泡は、凝固殻の表面近傍の溶鋼中に存在するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を捕捉して浮上するので、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が凝固殻の凝固界面に付着するのを防止でき、凝固殻の凝固界面を更に清浄に保つことができる。
【００２１】
ここで、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を除去して凝固殻の凝固界面を清浄に保つには、不活性ガスの吹き込み量が０．１ＮＬ／分未満では不十分である。
また、不活性ガスの吹き込み量が１５ＮＬ／分を超えると、不活性ガスの気泡が鋳型内の溶鋼中を浮上して湯面変動の要因となり、湯面上のモールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれて溶鋼が汚染されるため好ましくない。
このため、不活性ガスの吹き込み量は０．１ＮＬ／分以上で１５ＮＬ／分以下、好ましくは０．１ＮＬ／分以上で１０ＮＬ／分以下、より好ましくは０．１ＮＬ／分以上で５ＮＬ／分以下とするのがよい。
なお、ＮＬ（ノルマルリットル）／分は、標準状態に換算した場合の１分間当たりに吹き込む不活性ガスの流量を示す。また、このときの不活性ガスの流量は浸漬ノズル内を通過する不活性ガスの総量を指しており、例えば、不活性ガスはタンディッシュの下部ノズル、スライディングノズル、浸漬ノズルのいずれか１だけから吹き込んでも、あるいは、任意に組み合わせた２以上の各ノズルからそれぞれ吹き込んでもよい。
【００２２】
本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳片の鋳造速度は０．８ｍ／分以上で２．３ｍ／分以下であることが好ましい。
垂直曲型連続鋳造機の垂直部ではＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の浮上が妨げられないので、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を効率的に低減することができる。その結果、鋳造速度を低下させる必要がなく、鋳造速度を０．８ｍ／分以上としてもＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量の低減した鋳片を製造することができる。
一方、２．３ｍ／分を超えた鋳造速度で鋳片を製造すると、溶鋼の下向きの吐出流が強くなり過ぎ、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を含んだ溶鋼が鋳片の深部にまで存在するようになって、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の除去が困難となる。
このため、鋳造速度は０．８ｍ／分以上で２．３ｍ／分以下と規定した。
この鋳造速度は前記の理由から０．８ｍ／分以上で２．１ｍ／分以下にするとより好ましい。
【００２３】
本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記内装体は前記ＭｇＯ成分とＣａＯ成分を除いた残差成分として０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ2及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ2Ｏ3の少なくとも一方を含有する。
【００２４】
残差成分としてＳｉＯ2 及びＦｅ2 Ｏ3 の少なくとも一方が存在すると、稼動面側に付着したＡｌ2 Ｏ3 系介在物と内装体に含まれるＣａＯを活性化して、ＣａＯとの反応から形成されるＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の生成、及び生成したＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の低融点化が促進される。
ここで、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 がいずれも０．１質量％未満であると、内装体中のＣａＯの活性化が不十分となる。このため、ＭｇＯリッチな層を介してのＣａＯの供給が十分に確保できなくなる。その結果、溶鋼接触面において、Ａｌ2 Ｏ3 介在物の付着が進行すると解される。
一方、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 がいずれも３質量％を超えると、溶鋼中のＡｌと反応して溶鋼接触面でＡｌ2 Ｏ3 が生成し、溶鋼接触面においてＡｌ2 Ｏ3 系介在物の付着が生じ易くなる。更に、Ａｌ2 Ｏ3 と内装体中のＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 が反応して低融点化合物を形成し、内装体の溶損を促進させる。
以上のことから、内装体中のＣａＯを活性化させＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の低融点化と液相量を確保して、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物の付着を抑制するためには、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 のそれぞれの含有率を０．１質量％以上かつ３質量％以下になるように規定した。
【００２５】
本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳型の外側には第２の電磁撹拌装置が設けられて、前記鋳型内に注湯された溶鋼を撹拌しながら該鋳型との接触面側に凝固殻を形成させることが好ましい。
【００２６】
鋳型内の溶鋼を第２の電磁撹拌装置を用いて撹拌して鋳型内に水平面内の撹拌流を形成させながら冷却して鋳型との接触面側に凝固殻を形成するようにすると、凝固殻の凝固界面は常に溶鋼流で洗われるので、この凝固界面にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物や気泡が付着するのを防止できる。
その結果、凝固殻の凝固界面を清浄に保ちながら、鋳型内のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減し、同時に吹き込まれたアルゴンガス等の不活性ガスの気泡が凝固殻の凝固界面に捕捉されるのを防止して清浄度の極めて高い凝固殻を成長させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機の説明図、図２、図３は内装体にＭｇＯリッチな層が形成されるメカニズムの説明図、図４は本発明の第２の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機の説明図、図５は鋳片表層からの距離に対する単位面積当たりの介在物個数の分布を示すグラフである。
【００２８】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機１０は、溶鋼１１を貯留するタンディッシュ１２と、タンディッシュ１２の底に設けられた開口部に挿入された下部ノズル１３にスライディングノズル１４を介して接続している浸漬ノズル１５を有している。
また、垂直曲型連続鋳造機１０は、浸漬ノズル１５を介して注湯された溶鋼１１を冷却して鋳片の外殻となる凝固殻１６を形成する鋳型１７と、鋳型１７の下流側のストランド内に配置され、鋳型１７から排出された凝固殻１６を周囲から複数の鋳片支持セグメント１８で支持しながら冷却する鋳片支持セグメント群１９を有している。更に、鋳片支持セグメント群１９内で鋳型１７の下方側から湾曲し始める位置を含む領域に配置された鋳片支持セグメント１８には、ストランド内の凝固殻１６の内部の溶鋼１１を撹拌する１組の第１の電磁撹拌装置２０が設けられている。以下、これらについて詳細に説明する。
【００２９】
タンディッシュ１２は鉄皮２１の内側を耐火物２２で内張りして構成された溶鋼１１を一定量貯留する容器であり、その底に設けられた開口部には耐火物で形成された下部ノズル１３が挿入されている。
また、スライディングノズル１４は耐火物で形成されて、開口部２３を備えた上部プレート２４と、上部プレート２４に対して摺動する開口部２５を備えた下部プレート２６を有している。そして、下部ノズル１３の出口側は上部プレート２４の開口部２３と接続し、下部プレート２６の開口部２５は浸漬ノズル１５の入口側に接続している。
浸漬ノズル１５は、溶鋼１１の通過する内側面に配設される内装体２７と、内装体２７の内面側が溶鋼１１との接触面側になるように熱膨張を考慮した目地２８を介して内装体２７を外側から保持しているノズル本体２９と、ノズル本体２９の上部側に設けられニップル３０を介して流入させた不活性ガスの一例であるアルゴンガスを、通過する溶鋼１１に対して吹き込む多孔質耐火物３１を備えたガス吹き込み部３２を有している。
【００３０】
ここで、内装体２７は、骨材にドロマイトクリンカーが配合され全ＭｇＯ成分の含有量が２０質量％以上かつ７０質量％以下の組成を有するように調製されている。更に、ＣａＯ成分及びＭｇＯ成分を除いた残差成分として、０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ2 及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ2 Ｏ3 の少なくとも一方を含有するように調製されている。
また、ノズル本体２９は、従来から使用されている、例えば、アルミナ−黒鉛質耐火物を用いて形成することができる。更に、目地２８には、従来から用いられている、例えば、マグネシア質のモルタルを使用することができる。
このような構成とすることにより、上部プレート２４に対して下部プレート２６を摺動させて、上部プレート２４の開口部２３と下部プレート２６の開口部２５とを導通させることにより、下部ノズル１３と浸漬ノズル１５を連通状態にすることができる。その結果、ガス吹き込み部３２からアルゴンガスを吹き込みながら、タンディッシュ１２内の溶鋼１１を浸漬ノズル１５の吐出口３３から吐出させることができる。
【００３１】
鋳型１７は、例えば、横断面が長方形の銅製の竪型筒状体で、その周囲が水冷される構造を有している。このため、鋳型１７内に浸漬ノズル１５を介して注湯された溶鋼１１を鋳型１７との接触面側で冷却して、鋳型１７との接触面側には凝固殻１６が徐々に形成される。そして、形成された凝固殻１６は鋳型１７の出口から垂直下方に排出される。
鋳型１７の下流側のストランド内に設けられた各鋳片支持セグメント１８は、複数の水冷された鋼製の支持ロール３４と、これらを支えるフレーム３５を有しており、鋳型１７から引き抜かれる凝固殻１６を周囲から支持するように配置されている。
【００３２】
ここで、鋳片支持セグメント１８は、鋳型１７に隣接する側では垂直に配置されている。このため、鋳型１７と鋳片支持セグメント群１９の上流側の一部によって、例えば、１．５〜３．５ｍの垂直部が構成される。また、鋳片支持セグメント１８は、ストランド内の深部に入るにつれて徐々に湾曲するように配置されている。更に、フレーム３５には支持ロール３４の間から水を噴出する噴出口３６が設けられている。
鋳片支持セグメント群１９内で湾曲が開始する位置を含む領域に配置された鋳片支持セグメン１８に配置された第１の電磁撹拌装置２０は、周波数が１０Ｈｚ以下（例えば、５〜６Ｈｚ）の回転磁界を、ストランド内に引き抜かれた凝固殻１６の内部に存在する溶鋼１１に加える機能を有している。
このような構成とすることにより、鋳型１７から凝固殻１６をストランド内で垂直下方に引き抜きながら、ストランド内の深部に進入するにつれて凝固殻１６を徐々に湾曲させることができ、しかも、凝固殻１６を引き抜きながら周囲から水を吹きかけて凝固殻１６を更に冷却して凝固殻１６を成長させて鋳片を製造することができる。このとき、ストランドが湾曲し始める位置を含む領域においては、第１の電磁撹拌装置２０によって凝固殻１６の内部に存在する溶鋼１１に撹拌流を形成して、溶鋼１１を撹拌しながら凝固させることができる。
【００３３】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法について詳細に説明する。
先ず、タンディッシュ１２内に溶鋼１１を注入する。浸漬ノズル１５のガス吹き込み部３２にニップル３０を介してアルゴンガスを供給して、多孔質耐火物３１より、例えば、０．１ＮＬ／分以上で１５ＮＬ／分以下の流量で吹き込む。また、鋳型１７と各鋳片支持セグメント１８の各支持ロール３４を水冷すると共に、各鋳片支持セグメント１８の各フレーム３５の噴出口３６から水を噴出させる。更に、第１の電磁撹拌装置２０を駆動させる。
そして、スライディングノズル１４の下部プレート２６を摺動させて、下部プレート２６に設けられた開口部２５と上部プレート２４に設けられた開口部２３を導通させる。その結果、タンディッシュ１２の下部ノズル１３と浸漬ノズル１５が連通状態になり、タンディッシュ１２内の溶鋼１１は浸漬ノズル１５内を通過して浸漬ノズル１５の吐出口３３から、アルゴンガスと共に鋳型１７内に吐出する。
【００３４】
浸漬ノズル１５の内面側に配設された内装体２７の内側を溶鋼１１が通過する際、溶鋼１１中のＡｌから生成したＡｌ2 Ｏ3 や脱酸により生成したＡｌ2 Ｏ3 は内装体２８の稼動面に付着する。
ここで、図２に示すように、内装体２７にはドロマイトクリンカーが配合されているため、付着したＡｌ2 Ｏ3 はドロマイトクリンカー内のＣａＯと反応して低融点のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相を形成する。また、内装体２７では、ＭｇＯ成分とＣａＯ成分を除いた残差成分として０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ2 及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ2 Ｏ3 の少なくとも一方が含有されるように調製されている。このため、ドロマイトクリンカー内のＣａＯはＳｉＯ2 又はＦｅ2 Ｏ3 と反応して低融点の化合物を形成して、ＣａＯの移動を活発化させると共に、ＣａＯの反応性を向上させることができる。その結果、付着したＡｌ2 Ｏ3 とドロマイトクリンカー内のＣａＯとの反応が促進されて、低融点のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の形成が促進される。
【００３５】
ドロマイトクリンカーの稼動面では、生成したＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が溶鋼１１中に流出しても、溶鋼１１中のＡｌから生成したＡｌ2 Ｏ3 や脱酸により生成したＡｌ2 Ｏ3 が頻繁に付着する。
このため、ドロマイトクリンカーの稼動面側にはＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相がほぼ連続して形成されるようになる。そして、このＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相には、ドロマイトクリンカー中の未溶解のＣａＯ粒子が徐々に溶解していき、ＭｇＯ粒子の周囲にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が存在するようになる。
【００３６】
図３に示すように、ＭｇＯ粒子の周囲にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が存在し、このＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中にＣａＯ粒子が溶解している状態では、ＭｇＯ粒子は溶解したＣａＯ粒子とその位置を交換するように徐々に稼動面側から遠ざかる方向に移動し、徐々に凝集していく。そして、ＭｇＯ粒子のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中での移動と凝集が繰り返されることにより、ＭｇＯ粒子が粗大化し、稼動面側にＭｇＯリッチな層が連続して形成される。
更に、このＭｇＯリッチな層内にはＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が存在するため、ＣａＯはこのＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中に、温度で決まる飽和濃度に達するまで連続して溶解する。その結果、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の融点は徐々に低下し、流動し易い状態になる。このため、ＭｇＯリッチな層の背部に存在するドロマイトクリンカー中のＣａＯがＭｇＯリッチな層を介してＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の形で稼動面側に供給されるようになる。
その結果、稼動面側にＭｇＯリッチな層が形成されても、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 が稼動面側に付着するのを防止する。なお、稼動面側に形成されるＭｇＯリッチな層により、稼動面側の耐食性が向上する。
【００３７】
鋳型１７内に吐出した溶鋼１１は鋳型１７内に貯留されながら冷却されて、鋳型１７との接触面側に凝固殻１６を形成する。そして、形成された凝固殻１６は内部に溶鋼１１を含んだ状態で鋳型１７の出口から排出し、鋳片支持セグメント１８で支持されながらストランド内に引き抜かれる。
ここで、鋳型１７、及び鋳型１７に隣接する側の鋳片支持セグメント１８は垂直に配置され、鋳型１７を含んで、例えば、１．５〜３．５ｍの垂直部が構成されている。この垂直部によって、溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は、溶鋼１１よりも比重が軽いので積極的に浮上することができ、溶鋼１１を清浄にすることができる。
その結果、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量の少ない溶鋼１１が凝固していくため、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量の少ない凝固殻１６が形成される。
【００３８】
また、鋳型１７内には溶鋼１１と共にアルゴンガスが吐出されており、このアルゴンガスは気泡となって鋳型１７内を拡散し、溶鋼１１の吐出流に随伴して凝固殻１６に衝突して形成される反転流によって浮上したり、溶鋼１１中から浮力により直接浮上する。このとき、反転流に随伴して浮上するアルゴンガスの気泡は、凝固殻１６近傍の溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を捕捉して浮上する。このため、鋳型１７内の溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物、及び凝固殻１６のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の量は、更に低減される。
なお、アルゴンガスの吹き込み量は、０．１ＮＬ／分以上で１５ＮＬ／分以下としているので、アルゴンガスの気泡が鋳型１７内を浮上して溶鋼１１の湯面で破裂しても、湯面が大きく乱れることがなく、湯面上に浮遊しているモールドパウダー３７が溶鋼１１中に巻き込まれ溶鋼１１を汚染することはない。
【００３９】
ここで、形成した凝固殻１６を０．８〜２．３ｍ／分の鋳造速度で引き抜くと、溶鋼を垂直部に一定時間滞留させることが可能となる。このため、溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が積極的に浮上するのに必要な時間を確保することができ、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量は確実に低減される。
以上のように、溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を除去して、凝固殻１６の表面を清浄に保ちながら凝固殻１６を成長させるので、凝固殻１６中に取り込まれるＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の量を低減することができる。
【００４０】
鋳型１７から引き抜かれた凝固殻１６は、周囲を鋳片支持セグメント群１９で支持されながら、周囲から水を吹きかけられて更に冷却される。このため、凝固殻１６の内部の溶鋼１１も冷却されて凝固し、凝固殻１６が徐々に成長する。
このとき、鋳型１７よりも下流となる鋳片支持セグメント群１９内で湾曲が開始する位置を含む領域に配置された鋳片支持セグメン１８に設けられた第１の電磁撹拌装置２０により、引き抜かれた凝固殻１６がストランド内に深く進入する手前で凝固殻１６の内部に存在する溶鋼１１に撹拌流を形成して、凝固殻１６の凝固界面に捕捉されたＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を洗い流し、ストランド内に深く進入する凝固殻１６の凝固界面を清浄に保つ。
更に、垂直部内の溶鋼１１側に向かう撹拌流に、ストランド内に存在する凝固殻１６の内部の溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を随伴させ、垂直部を介してＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の浮上を促進する。そして、鋳片内に深く進入するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を低減することができる。
【００４１】
図４に示す本発明の第２の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機３８、及びそれを用いた品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法について説明するが、垂直曲型連続鋳造機３８は、第１の実施の形態に係る垂直曲型連続鋳造機１０において鋳型１７の外側に第２の電磁撹拌装置３９を設けたことが特徴となっている。このため、垂直曲型連続鋳造機１０と同一の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
鋳型１７の外側に配置される第２の電磁撹拌装置３９は、周波数が１０Ｈｚ以下（例えば、５〜６Ｈｚ）の回転磁界を鋳型１７内の溶鋼１１に加える機能を有している。このような構成とすることにより、鋳型１７内に浸漬ノズル１５を介して注湯された溶鋼１１は、鋳型１７内で水平面内の撹拌流を形成しながら鋳型１７との接触面側に凝固殻１６を徐々に形成することができる。
【００４２】
本発明の第２の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法では、第１の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、更に鋳型１７の外側に第２の電磁撹拌装置３９を設けて、鋳型１７内に注湯された溶鋼１１を撹拌しながら鋳型１７との接触面側に凝固殻１６を形成させることが特徴となっている。従って、この特徴点に関してのみ説明する。
浸漬ノズル１５を介して鋳型１７内に吐出した溶鋼１１は鋳型１７内に一旦貯留されるが、鋳型１７内の溶鋼１１には第２の電磁撹拌装置３９により回転磁界が加えられているので、鋳型１７内の溶鋼１１中には水平面内の鋳型１７の内壁に沿った旋回流が形成される。
その結果、溶鋼１１は撹拌されながら冷却されて鋳型１７との接触面側に凝固殻１６を形成すると共に、凝固殻１６の凝固界面は常に溶鋼１１の撹拌流で洗われる状態になる。このため、凝固殻１６の凝固界面に付着したＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は洗い流されて凝固殻１６の凝固界面は更に清浄に保たれ、得られた鋳片の鋳片表層部におけるＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量は大きく低減する。
【００４３】
【実施例】
（１）実施例１〜７
１５０トン／チャージの容量で垂直部の長さが１．５ｍの垂直曲型連続鋳造機にＳＵＳ４３０（クロムを１７質量％含有するフェライト系ステンレス鋼）の溶鋼を浸漬ノズルを介して注湯して、鋳造速度０．８ｍ／分で鋳造幅１２５０ｍｍ、鋳片厚み２５０ｍｍの鋳片の連続鋳造を行った。なお、鋳型内への溶鋼の注湯は、浸漬ノズル内にアルゴンガス流量を１５ＮＬ／分と５ＮＬ／分と０．１ＮＬ／分に設定して吹き込みながら行った。
このとき、使用した浸漬ノズルには、水平方向から下向きに１５°の吐出角度を有する吐出口が対向して２個設けられている。そして、アルミナ−黒鉛質の耐火物で形成したノズル本体の溶鋼の通過する内面側には表１に示すＤ１〜Ｄ３の組成を有する内装体が配設され、ノズル本体の上部側にはアルゴンガスを吹き込むガス吹き込み部が形成されている。
また、鋳型内の溶鋼のメニスカスより５０〜４００ｍｍの範囲に長さ３５０ｍｍ第２の電磁撹拌装置を配置して、鋳造中に鋳型内の溶鋼の撹拌を行った。更に、鋳型内の溶鋼のメニスカスより４０００〜４３５０ｍｍの範囲に、すなわち、湾曲し始める位置に長さ３５０ｍｍの第１の電磁撹拌装置を配置して、鋳造中にストランド内に引き抜かれた凝固殻内に存在する溶鋼の撹拌を行った。
【００４４】
【表１】
【００４５】
そのときの鋳造結果を各評価項目毎に分けて、表２に記載する。また、得られた鋳片の表層からの距離に対する単位面積当たりの介在物個数の分布を図５に示す。
ここで、ノズル絞り頻度は、鋳造中にノズル絞りが生じて鋳造が継続できなくなった頻度である。
表層介在物頻度は、得られた鋳片から表層部を含んで鋳片の厚み方向に横断面が３０ｍｍ×３０ｍｍの角柱状の試料を切り出し、表層に平行な観察面内に存在する１２．５μｍ以上の介在物の個数を数えて単位面積当たりの個数に変換して示したものである。なお、観察面は、表層から１ｍｍ内部の面から始めて３ｍｍ間隔毎に設定し、表層から２０ｍｍ以内の範囲とした。
内部介在物頻度は、表層介在物頻度と同一の方法で各観察面毎に介在物の単位面積当たりの個数を求めたものである。なお、観察面の設定は、表層より２０ｍｍの位置から鋳片の厚み方向に６０ｍｍまでの範囲とした。
製品発銹性は、鋳片を１．５ｍｍ厚みに圧延した後、塩水噴霧試験を実施して発銹起点の個数を目視で数え、１００ｃｍ2 当たりの個数に変換したものである。
【００４６】
【表２】
【００４７】
実施例１は第１及び第２の電磁撹拌装置を稼動しない場合で、ノズル絞りはほとんど発生せず安定した操業が可能であった。また、ノズル絞りがほとんど発生しないため鋳型内では偏流が発生せず、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減できた。このため、図５に示すように、鋳片表層部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を低減でき、製品発銹性が改善された。
実施例２は第１の電磁撹拌装置を稼動した場合で、ノズル絞りはほとんどなく操業は安定する。また、ノズル絞りがほとんど発生しないため鋳型内では偏流が発生せず、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減できた。更に、第１の電磁撹拌装置によりストランド内に引き抜かれた凝固殻内の溶鋼の撹拌が行われるため、凝固殻内の溶鋼中に鋳型内に通じる流れを発生させることができ、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の鋳型内への移送が促進される。このため、ストランド内に引き抜かれた凝固殻の表面を清浄に保つと共に、図５に示すように、凝固殻内の溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減し、鋳片内部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を低減でき、製品発銹性が改善される。
【００４８】
実施例３は第１及び第２の電磁撹拌装置を稼動した場合で、ノズル絞りはほとんどなく操業は安定する。また、ノズル絞りがほとんど発生しないため鋳型内では偏流が発生せず、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減される。鋳型内の溶鋼を電磁撹拌することにより、図５に示すように、鋳片表層部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を一層低減することができる。更に、ストランド内に引き抜かれた凝固殻内の溶鋼の撹拌が行われるため、鋳片内部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を低減できる。その結果、鋳片品質は最良となる。
実施例４ではアルゴンガス流量を５ＮＬ／分と低下しても実施例１と同等の結果が得られた。また、実施例５ではアルゴンガス流量を０．１ＮＬ／分と更に低下させたが、実施例１と同等の結果が得られた。
従って、鋳型内の溶鋼撹拌及び／又はストランド内に引き抜かれた凝固殻内の溶鋼撹拌を行うと共に、アルゴンガス流量を０．１〜１５ＮＬ／分とすることにより、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の少ない鋳片を製造できることが確認できた。
【００４９】
実施例６、７は、実施例５において浸漬ノズルの内面側に表１に示すＤ２、Ｄ３の組成を有する内装体を配設した場合で、いずれも実施例５と同等の結果が得られた。
従って、骨材の一部にドロマイトクリンカーを配合して全ＭｇＯ成分の含有量を２０質量％以上かつ７０質量％以下にすると共に、ＭｇＯ成分とＣａＯ成分を除いた残差成分として０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ2 及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ2 Ｏ3 の少なくとも一方を含有するように調製した内装体を使用することにより、ノズル絞りが防止されて操業の安定が図られると共に、鋳型内での偏流が発生しないため溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を低減できることが確認できた。そして、鋳型内の溶鋼を電磁撹拌することにより、特に鋳片表層部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を低減でき、製品発銹性が改善できることが判った。
また、第１及び第２の電磁撹拌装置を稼動させ、アルゴンガス流量を５ＮＬ／分及び１０ＮＬ／分の２水準に設定して、鋳造速度０．８ｍ／分で鋳造幅１２５０ｍｍ、鋳片厚み２５０ｍｍの鋳片の連続鋳造を行った。その結果、表層介在物頻度、内部介在物頻度、及び製品発銹性は、いずれの場合においても格段に優れた結果（◎）を得ることができた。
更に、前記条件の中で鋳造速度のみを１．２ｍ／分及び２．１ｍ／分の２水準に設定して連続鋳造を行ったところ、鋳造速度１．２ｍ／分では表層介在物頻度、内部介在物頻度、及び製品発銹性はすべて格段に優れた結果（◎）が得られ、鋳造速度２．１ｍ／分では表層介在物頻度、内部介在物頻度、及び製品発銹性はすべて優れた結果（○）が得られた。
【００５０】
比較例１は、１５０トン／チャージの容量の湾曲型連続鋳造機にＳＵＳ４３０の溶鋼を浸漬ノズルを介して注湯して、鋳造速度０．８ｍ／分で鋳造幅１２５０ｍｍ、鋳片厚み２５０ｍｍの鋳片の連続鋳造を行った場合である。なお、浸漬ノズルにはアルミナ−黒鉛質の耐火物のみで形成したものを使用し、水平方向から下向きに１５°の吐出角度を有する吐出口が対向して２個設けられている。また、溶鋼の通過する内面側の上部側に設けられたガス吹き込み部から、アルゴンガスを１５ＮＬ／分の流量で吹き込んだ。
比較例２は、比較例１で用いた浸漬ノズルの代りに、アルミナ−黒鉛質の耐火物で形成したノズル本体と、溶鋼の通過する内面側に表１に示すＤ１の組成を有する内装体を配設して構成した浸漬ノズルを使用して、アルゴンガスを１５ＮＬ／分の流量で吹き込みながら溶鋼を注湯しながら鋳造を行った場合である。
比較例３は、実施例１〜７で使用した垂直曲型連続鋳造機において、アルミナ−黒鉛質の耐火物でのみ形成した浸漬ノズルを使用して、アルゴンガスを１５ＮＬ／分の流量で吹き込みながら溶鋼を注湯すると共に、第１及び第２の電磁撹拌装置を使用しないで鋳造を行った場合である。
そのときの鋳造結果を表２に併せて示す。また、比較例２において、得られた鋳片の表層からの距離に対する単位面積当たりの介在物個数の分布を図５に併せて示す。
【００５１】
比較例１では、浸漬ノズルの材質がアルミナ−黒鉛質の耐火物であるため、ノズル絞りが発生して偏流が生じ易く、介在物量は鋳片の表層部及び内部のいずれにおいても多くなった。但し、介在物の材質がＡｌ2 Ｏ3 系であるため、製品発銹性は良好であった。
比較例２では、内装体が配設されているため、ノズル絞りはほとんど発生せず安定した操業が可能であった。また、ノズル絞りがほとんど発生しないため鋳型内では偏流が発生せず、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減できた。しかし、鋳型内で形成される凝固殻の表面にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が捕捉された状態で凝固が進行するため、図５に示すように、鋳片表層部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が多く、製品発銹性は劣る。
比較例３では、浸漬ノズルの材質がアルミナ−黒鉛質の耐火物であるため、ノズル絞りが発生して偏流が生じ易く、溶鋼の深部まで介在物が移送される。一方、垂直曲型連続鋳造機を使用したため、溶鋼中の介在物の浮上除去が促進されて、鋳型で形成される凝固殻に取り込まれる介在物量は低減した。このため、鋳片表層部の介在物量は、比較例１よりも低下した。但し、溶鋼の深部まで介在物が移送されるため、鋳片内部の介在物量は増加した。なお、介在物の材質がＡｌ2 Ｏ3 系であるため、製品発銹性は良好であった。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、鋳片支持セグメント群内で湾曲が開始する位置を含む領域に配置された鋳片支持セグメントに１組の第１の電磁撹拌装置を設けたが、１つの鋳片支持セグメントに複数の第１の電磁撹拌装置を設けても、複数の鋳片支持セグメントに１組以上の第１の電磁撹拌装置を設けてもよい。
また、鋳片支持セグメント群内で湾曲が開始する位置を含む領域に配置された鋳片支持セグメントに第１の電磁撹拌装置を設けたが、ストランド内に引き抜かれた凝固殻の内部に溶鋼が存在する範囲内に存在する鋳片支持セグメントであればいずれの鋳造支持セグメントに第１の電磁撹拌装置を１組又は２個以上設けてもよい。
内装体をノズル本体と一体化させる際に、内装体とノズル本体との間に形成される目地にモルタルを充填したが、ノズル本体側で内装体を機械的に掛止して脱落を防止するようにすると、モルタルの使用を省略、すなわち空目地にすることができる。また、浸漬ノズルの内面側に内装体を配設したが、浸漬ノズルの他にタンディッシュの下部ノズル及び／又はスライディングノズルの各内面側にそれぞれ内装体を形成することもできる。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１〜５記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、骨材にドロマイトクリンカーが配合され全ＭｇＯ成分の含有量が２０質量％以上かつ６７質量％以下の内装体が溶鋼の通過する内面側に配設された浸漬ノズルを介して、鋳型及びストランド内に配置された鋳片支持セグメント群の上流側の一部を有して形成される垂直部の長さが１．５ｍ以上かつ３．５ｍ以下の垂直曲型連続鋳造機の鋳型内に溶鋼を注湯する第１工程と、鋳型内に注湯された溶鋼を冷却し鋳型との接触面側に凝固殻を形成する第２工程と、凝固殻を鋳片支持セグメント群で支持しながら引き抜いて散水冷却し、ストランド内の凝固殻の内部の溶鋼を凝固して鋳片を製造する第３工程とを有するので、ＭｇＯリッチな層の背部に存在するドロマイトクリンカー中のＣａＯをＭｇＯリッチな層を介して持続的に供給して溶鋼中のＡｌ2Ｏ3をＡｌ2Ｏ3−ＣａＯ系液相に変化させて溶鋼中に混入させてノズル閉塞を防止すると共に、稼動面側に形成されるＭｇＯリッチな層により稼動面側の耐食性を向上させることができ、安定した鋳造を行うことが可能になる。
更に、垂直曲型連続鋳造機の垂直部ではＡｌ2Ｏ3−ＣａＯ系介在物の浮上が妨げられず溶鋼中のＡｌ2Ｏ3−ＣａＯ系介在物量が効率的に低減でき、Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系介在物量が低減された溶鋼を用いて鋳片を製造することが可能になる。その結果、鋳片表層部、例えば、表層から２０ｍｍの範囲におけるＡｌ2Ｏ3−ＣａＯ系介在物を除去することが可能になって、表層欠陥の少ない製品を安定して製造することが可能になる。
【００５４】
特に、請求項２記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、鋳片支持セグメント群内の鋳型の下方側から湾曲部を含む鋳片支持セグメントには少なくとも１組の第１の電磁撹拌装置が設けられて、ストランド内の凝固殻の内部の溶鋼を撹拌するので、ストランド内に存在する凝固殻の内部の溶鋼に撹拌流を形成して、自発的に浮上するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が凝固殻の凝固界面に捕捉されるのを防止して鋳型内に浮上するのを促進することができ、鋳片内部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物除去することが可能になる。
その結果、鋼板端面での発銹防止や、深絞り加工時の割れ防止が達成できる。
【００５５】
請求項３記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、浸漬ノズル内には不活性ガスが、０．１ＮＬ／分以上で１５ＮＬ／分以下の流量で吹き込まれているので、湯面でのモールドパウダーの巻き込みを防止して溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を除去できると共に、凝固殻の表面近傍の溶鋼中に存在するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を捕捉して凝固殻の表面をより清浄に保つことができ、鋳片表層部におけるＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を更に除去することが可能になる。
【００５６】
請求項４記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、鋳片の鋳造速度は０．８ｍ／分以上で２．３ｍ／分以下であるので、鋳型内で溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が自発的に浮上して除去されるのを促進することができ、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を低減させて良好な品質の鋳片を製造し、かつ鋳片の生産性を向上することが可能になる。
【００５７】
請求項１記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、内装体はＭｇＯ成分とＣａＯ成分を除いた残差成分として０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ2及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ2Ｏ3の少なくとも一方を含有するので、ドロマイトクリンカー中のＣａＯを活性化してＭｇＯリッチな層を介しての持続的な供給を促進することができ、溶鋼中のＡｌ2Ｏ3を融点の低いＡｌ2Ｏ3−ＣａＯ系液相に変化させることが可能になる。その結果、Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系液相を溶鋼中に混入させることが容易になって、ノズル閉塞を更に防止することが可能になる。
【００５８】
請求項５記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、鋳型の外側には第２の電磁撹拌装置が設けられて、鋳型内に注湯された溶鋼を撹拌しながら鋳型との接触面側に凝固殻を形成させるので、鋳型内で凝固殻の表面を清浄に保ちながら凝固殻を成長させることができ、表層部の介在物量を一層低減した鋳片を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機の説明図である。
【図２】浸漬ノズルの内装体にＭｇＯリッチな層が形成されるメカニズムの説明図である。
【図３】浸漬ノズルの内装体にＭｇＯリッチな層が形成されるメカニズムの説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機の説明図である。
【図５】鋳片表層からの距離に対する単位面積当たりの介在物個数の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：垂直曲型連続鋳造機、１１：溶鋼、１２：タンディッシュ、１３：下部ノズル、１４：スライディングノズル、１５：浸漬ノズル、１６：凝固殻、１７：鋳型、１８：鋳片支持セグメント、１９：鋳片支持セグメント群、２０：第１の電磁撹拌装置、２１：鉄皮、２２：耐火物、２３：開口部、２４：上部プレート、２５：開口部、２６：下部プレート、２７：内装体、２８：目地、２９：ノズル本体、３０：ニップル、３１：多孔質耐火物、３２：ガス吹き込み部、３３：吐出口、３４：支持ロール、３５：フレーム、３６：噴出口、３７：モールドパウダー、３８：垂直曲型連続鋳造機、３９：第２の電磁撹拌装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型内の溶鋼中の介在物を効率的に除去して製造する品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、連続鋳造により鋳片を製造する場合、タンディッシュの下部ノズル、スライディングノズル、あるいは浸漬ノズルの溶鋼が通過する内面側には溶鋼中のＡｌから生成したＡｌ2 Ｏ3 系介在物や、溶鋼脱酸により生成したＡｌ2 Ｏ3 系介在物が付着して、ノズル詰まりが発生していた。
そして、ノズル詰まりが起こると、鋳型内で溶鋼の吐出流に偏流が生じて、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 系介在物が鋳型内からストランド内の深部に存在する溶鋼中まで運ばれるようになる。また、ノズルの内面側に付着したＡｌ2 Ｏ3 系介在物が剥離して溶鋼中に混入したりする。
その結果、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物を含んだ鋳片が製造されて、それを用いて製品を製造した際に表層や内部に品質上の欠陥を引き起こすことになる。更に、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物の付着が顕著な場合には、例えば、浸漬ノズルに閉塞が発生して、連続鋳造の操業が中断される事態となる。
【０００３】
そこで、一般には下部ノズル、スライディングノズル、あるいは浸漬ノズル内に不活性ガス、例えばアルゴンガスを吹き込み、溶鋼が各ノズルの内壁に直接接触するのを抑制して、各ノズルの内面側へのＡｌ2 Ｏ3 系介在物の付着防止を図っている。
このとき、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物の付着防止効果を高めようとして、アルゴンガスの吹き込み量を過剰に増加すると、鋳型内に吐出したアルゴンガスは粗大な気泡となって鋳型内の溶鋼内を浮上し湯面で激しく破裂するようになる。その結果、鋳型潤滑や湯面保温、溶鋼酸化防止等のために湯面に浮かべているモールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれ易くなり、巻き込まれたモールドパウダーが除去されずに鋳片内に介在物として残存すると、製品にした場合に品質上の欠陥となる。このため、アルゴンガスの吹き込み量はできるだけ低減することが好ましく、アルゴンガスの吹き込みによるノズル詰まり防止には限度がある。
【０００４】
以上のことから、各ノズルを構成する耐火物の組成を変更することにより、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物の付着を低減しようとする対策が検討されている。
例えば、特許文献１には、石灰４０〜９０重量％及び炭素１０〜６０重量％に、炭化硼素、窒化硼素、及び硼素の中のいずれか１を添加して焼成する連続鋳造用ノズルが提案され、連続鋳造用ノズルに付着生成するＡｌ2 Ｏ3 系介在物の低融点化を図って、連続鋳造ノズルの閉塞を防止することが行われている。
また、石灰クリンカー及び／又はドロマイトクリンカーからなる骨材３５〜８５重量％と炭素５〜５０重量％に対して、アルカリあるいはアルカリ土類金属の塩類と消石灰との反応生成物の粉末３〜２５重量％を添加して得られる炭素含有の石灰質連続鋳造用ノズルが提案され、連続鋳造用ノズルに付着生成するＡｌ2 Ｏ3 系介在物の低融点化が図られている（例えば、特許文献２参照）。
更に、ＣａＯ換算で２〜４０重量％の粉末と、ＳｉＯ2 含有量が１重量％未満のアルミナクリンカー、スピネルクリンカー、及びマグネシアクリンカーの中から選ばれる１種以上との混合粉末からなり、この混合粉末中の炭素、ＳｉＯ2 のそれぞれの含有量が１重量％以下で、かつ０．２１ｍｍ以下の粒径のものを２０〜７０重量％含む連続鋳造用ノズルの内孔体が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭５７−５６３７７号公報
【特許文献２】
特開昭５７−３８３６６号公報
【特許文献３】
特開平５−２８５６１２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これらの提案は、いずれもノズル内面側に付着したＡｌ2 Ｏ3 系介在物とノズルを構成する耐火物中のＣａＯ成分とを反応させることにより、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物を低融点のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物に改質して溶鋼中に洗い流すことを基本としている。
しかしながら、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が除去されずに鋳片に取り込まれ、その鋳片から製品を製造した際に製品の表層にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が存在すると、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は水溶性であるため発銹起点になり易く、製品の耐食性を損なうという問題が発生する。
従って、薄鋼板や食缶、特に、耐食性が要求されるステンレス鋼製品の製造に使用される鋳片においては、鋳片内に存在するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の量を低減することが大きな課題となっている。
【０００７】
また、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物を低融点のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物に改質して溶鋼中に洗い流すことにより各ノズル内面側へのＡｌ2 Ｏ系介在物の付着が低減でき、アルゴンガス等の不活性ガスの吹き込み量の低減が可能になる。このため、不活性ガスの気泡が鋳型内の溶鋼中を浮上して湯面で破裂する頻度が少なくなって、モールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれ難くなるという効果が期待できる。しかし、不活性ガスの吹き込み量を低減し過ぎると、鋳片内のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の量が増加する傾向がみられる。これは、不活性ガスの気泡には、溶鋼中に洗い流されたＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を捕捉しながら浮上するという浮上除去作用があるため、不活性ガスの吹き込みを低減し過ぎるとこの浮上除去作用が利用できなくなるためと考えられる。
従って、各ノズル内面側へのＡｌ2 Ｏ3 系介在物の付着が低減できても、鋳片内のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の低減を図るためには、不活性ガスの吹き込みが必要で、その吹き込み量を最適化する必要がある。
【０００８】
更に、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の比重は溶鋼の比重に比べて小さいため、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を浮上させることにより、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を除去することが可能になる。
この浮上除去を促進するには、浮上に要する時間を十分に確保することが効果的で、そのためには鋳造速度を低下させることが必要となる。しかし、鋳造速度の低下は生産性の低下を招くことになり好ましくない。
【０００９】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、ドロマイト製ノズルを適用してＡｌ2 Ｏ3 系介在物を低融点のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物に改質することによりノズル内面側への付着を防止すると共に、溶鋼中に混入するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を効率的に除去して鋳片中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を低減することが可能な品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法は、骨材にドロマイトクリンカーが配合され全ＭｇＯ成分の含有量が２０質量％以上かつ６７質量％以下、ＣａＯ成分の含有量が３１質量％以上かつ６０質量％以下で、前記ＭｇＯ成分とＣａＯ成分を除いた残差成分として０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ 2 及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ 2 Ｏ 3 の少なくとも一方を含有すると共に、１質量％以上かつ１０質量％以下のＣを含有し、ＣａＯ質量％／ＭｇＯ質量％が０．４６以上かつ３以下である内装体が溶鋼の通過する内面側に配設された浸漬ノズルを介して、鋳型及びストランド内に配置された鋳片支持セグメント群の上流側の一部を有して形成される垂直部の長さが１．５ｍ以上かつ３．５ｍ以下の垂直曲型連続鋳造機の該鋳型内に溶鋼を注湯する第１工程と、
前記鋳型内に注湯された溶鋼を冷却し該鋳型との接触面側に凝固殻を形成する第２工程と、
前記凝固殻を前記鋳片支持セグメント群で支持しながら引き抜いて散水冷却し、前記垂直部によって溶鋼中のＡｌ 2 Ｏ 3 −ＣａＯ系介在物をＡｌ 2 Ｏ 3 −ＣａＯ系介在物と溶鋼との比重差により浮上させながら前記ストランド内の前記凝固殻の内部の溶鋼を凝固して鋳片を製造する第３工程とを有する。
【００１１】
骨材にドロマイトクリンカーが配合されている内装体が溶鋼の通過する浸漬ノズルの内面側に配設されていると、溶鋼中のＡｌから生成したＡｌ2 Ｏ3 や脱酸により生成したＡｌ2 Ｏ3 がこの内面（以下、稼動面ともいう）に付着した場合、内装体中のＣａＯとこのＡｌ2 Ｏ3 が反応して、稼動面にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が形成される。
Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相内では、ドロマイトクリンカー中の未溶解のＣａＯ成分が徐々にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中に溶解していき、ＭｇＯ粒子の周囲にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が存在するようになる。
また、このＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中へのＣａＯ成分の溶解と共に、内装体中のＭｇＯ粒子は徐々に稼動面側から遠ざかる方向に移動しながら、徐々に凝集していくものと考えられる。そして、このようなＭｇＯ粒子のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中での移動と凝集が繰り返されることにより、ＭｇＯ粒子の粗大化を伴いつつ、稼動面側にＭｇＯリッチな層が形成される。
【００１２】
なお、ＣａＯ成分はこのＭｇＯリッチな層に存在するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中に、温度で決まる飽和濃度に達するまで連続して溶解する。その結果、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の融点は徐々に低下し、流動し易い状態になる。
このため、ＭｇＯリッチな層の背部に存在するドロマイトクリンカー中のＣａＯがＭｇＯリッチな層を介してＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の形で稼動面側に持続的に供給されるので、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 が稼動面側に付着するのを防止する。
更に、稼動面側に形成されるＭｇＯリッチな層により、稼動面側の耐食性が向上するという特徴が出現する。
【００１３】
ここで、全ＭｇＯ成分の含有率は２０質量％以上あれば、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中の流出により、ＭｇＯリッチな層が形成され易くなる。このため、稼動面側の耐食性が向上し、内装体の寿命が延長する。
一方、全ＭｇＯ成分の含有率が７０質量％を超えると、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 と反応してＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相を形成するためのＣａＯ供給量が不足して、稼動面側にＡｌ2 Ｏ3 系介在物が付着し易くなる。
以上のことから、ＭｇＯ成分の含有率は２０質量％以上かつ７０質量％以下、好ましくは２５質量％以上かつ６０質量％以下がよい。
【００１４】
このように、骨材にドロマイトクリンカーが配合されている内装体が溶鋼の通過する内面側に配設されている浸漬ノズルを介して溶鋼を鋳型内に注湯すると、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 が稼動面側に付着するのを防止しながら稼動面側の耐食性を向上させることができる。一方、稼動面で形成されたＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相は剥離して溶鋼中に混入していくため、溶鋼中にはＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が存在することになる。
ここで、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は水溶性であるためにＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が存在する溶鋼から鋳片を製造した際に、鋳片の表層部にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が存在していると、製品、例えば鋼板を形成したときに製品表面の発銹起点や、疵、割れ等の欠陥となる。
【００１５】
Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の比重は溶鋼の比重に比べて軽いため、連続鋳造機に垂直部を設けた垂直曲型連続鋳造機を用いることにより、凝集したＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物や未凝集の微細なＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を垂直部を活用して溶鋼中から浮上する方向に作用させ、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を効率的に低減することができる。
ここで、鋳片から製造した製品表面の発銹性を改善するには、鋳片表層部（鋳片表面から厚み方向に２０ｍｍの範囲）に存在するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を、例えば、従来の鋳片表層部におけるＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量に比べて減少させる必要があり、この清浄度を満たすには、垂直部の長さを１．５ｍ以上にする必要がある。
また、垂直部が長い程、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の浮上が促進されて、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物をより多く除去することができるが、垂直部の長さの増加に対する除去率の増加割合は次第に低下する。一方、垂直部が長くなると、それに応じて垂直曲型連続鋳造機の設備全体の高さが高くなり、設備コストが大きく上昇する。このため、鋳片の品質と設備の経済性を考慮すると、垂直部の長さの上限は３．５ｍと考えられる。
このため、垂直曲型連続鋳造機における垂直部の長さを１．５ｍ以上かつ３．５ｍ以下に規定した。
【００１６】
本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳片支持セグメント群内の前記鋳型の下方側から湾曲部を含む鋳片支持セグメントには少なくとも１組の第１の電磁撹拌装置が設けられて、前記ストランド内の前記凝固殻の内部の溶鋼を撹拌することが好ましい。
【００１７】
鋳型内からストランド内に引き抜かれた凝固殻の内部には溶鋼が存在し、凝固殻の内部の溶鋼を徐々に凝固させて凝固殻を成長させることにより鋳片が製造される。
そして、垂直曲型連続鋳造機では、引き抜かれた凝固殻はストランド内に進入するにつれてその接線方向の傾斜角度が徐々に低下するので、ストランド内の深部位置に存在する溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は自発的に浮上しても上部に存在する凝固殻に接触し、凝固殻の凝固界面に捕捉される。
【００１８】
そこで、鋳型の下方側から湾曲部の鋳片支持セグメント群の領域に、少なくとも１組の第１の電磁撹拌装置を設け、ストランド内に存在する凝固殻の内部の溶鋼に撹拌流を形成して、凝固殻の凝固界面に捕捉されたＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を洗い流すことにより、凝固殻の凝固界面を清浄に保つことができる。
更に、撹拌流によって鋳片の内部の未凝固の溶鋼を撹拌し、凝固が進行中の鋳片内部にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が凝集するのを抑制することができ、洗い流されたＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は、撹拌流に随伴して垂直部を介して浮上させて、溶鋼中から除去することができる。その結果、製造される鋳片の内部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量も低減することができる。
【００１９】
本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記浸漬ノズル内には不活性ガスが、０．１ＮＬ／分以上で１５ＮＬ／分以下の流量で吹き込まれることが好ましい。
【００２０】
浸漬ノズル内に吹き込まれた不活性ガス（例えば、アルゴンガス）は、浸漬ノズルの吐出口から鋳型内に溶鋼と共に吐出される。そして、吐出された不活性ガスは気泡となって鋳型内に拡散し、凝固殻に衝突する溶鋼の吐出流に随伴して浮上したり、直ちに浮上を開始したりする。
このとき、不活性ガスの気泡は、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を捕捉しながら鋳型内を浮上するので、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を低減することができる。
また、凝固殻に衝突する溶鋼の吐出流に随伴した不活性ガスの気泡は、凝固殻の表面近傍の溶鋼中に存在するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を捕捉して浮上するので、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が凝固殻の凝固界面に付着するのを防止でき、凝固殻の凝固界面を更に清浄に保つことができる。
【００２１】
ここで、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を除去して凝固殻の凝固界面を清浄に保つには、不活性ガスの吹き込み量が０．１ＮＬ／分未満では不十分である。
また、不活性ガスの吹き込み量が１５ＮＬ／分を超えると、不活性ガスの気泡が鋳型内の溶鋼中を浮上して湯面変動の要因となり、湯面上のモールドパウダーが溶鋼中に巻き込まれて溶鋼が汚染されるため好ましくない。
このため、不活性ガスの吹き込み量は０．１ＮＬ／分以上で１５ＮＬ／分以下、好ましくは０．１ＮＬ／分以上で１０ＮＬ／分以下、より好ましくは０．１ＮＬ／分以上で５ＮＬ／分以下とするのがよい。
なお、ＮＬ（ノルマルリットル）／分は、標準状態に換算した場合の１分間当たりに吹き込む不活性ガスの流量を示す。また、このときの不活性ガスの流量は浸漬ノズル内を通過する不活性ガスの総量を指しており、例えば、不活性ガスはタンディッシュの下部ノズル、スライディングノズル、浸漬ノズルのいずれか１だけから吹き込んでも、あるいは、任意に組み合わせた２以上の各ノズルからそれぞれ吹き込んでもよい。
【００２２】
本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳片の鋳造速度は０．８ｍ／分以上で２．３ｍ／分以下であることが好ましい。
垂直曲型連続鋳造機の垂直部ではＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の浮上が妨げられないので、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を効率的に低減することができる。その結果、鋳造速度を低下させる必要がなく、鋳造速度を０．８ｍ／分以上としてもＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量の低減した鋳片を製造することができる。
一方、２．３ｍ／分を超えた鋳造速度で鋳片を製造すると、溶鋼の下向きの吐出流が強くなり過ぎ、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を含んだ溶鋼が鋳片の深部にまで存在するようになって、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の除去が困難となる。
このため、鋳造速度は０．８ｍ／分以上で２．３ｍ／分以下と規定した。
この鋳造速度は前記の理由から０．８ｍ／分以上で２．１ｍ／分以下にするとより好ましい。
【００２３】
本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記内装体は前記ＭｇＯ成分とＣａＯ成分を除いた残差成分として０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ2及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ2Ｏ3の少なくとも一方を含有する。
【００２４】
残差成分としてＳｉＯ2 及びＦｅ2 Ｏ3 の少なくとも一方が存在すると、稼動面側に付着したＡｌ2 Ｏ3 系介在物と内装体に含まれるＣａＯを活性化して、ＣａＯとの反応から形成されるＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の生成、及び生成したＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の低融点化が促進される。
ここで、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 がいずれも０．１質量％未満であると、内装体中のＣａＯの活性化が不十分となる。このため、ＭｇＯリッチな層を介してのＣａＯの供給が十分に確保できなくなる。その結果、溶鋼接触面において、Ａｌ2 Ｏ3 介在物の付着が進行すると解される。
一方、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 がいずれも３質量％を超えると、溶鋼中のＡｌと反応して溶鋼接触面でＡｌ2 Ｏ3 が生成し、溶鋼接触面においてＡｌ2 Ｏ3 系介在物の付着が生じ易くなる。更に、Ａｌ2 Ｏ3 と内装体中のＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 が反応して低融点化合物を形成し、内装体の溶損を促進させる。
以上のことから、内装体中のＣａＯを活性化させＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の低融点化と液相量を確保して、Ａｌ2 Ｏ3 系介在物の付着を抑制するためには、ＳｉＯ2 、Ｆｅ2 Ｏ3 のそれぞれの含有率を０．１質量％以上かつ３質量％以下になるように規定した。
【００２５】
本発明に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳型の外側には第２の電磁撹拌装置が設けられて、前記鋳型内に注湯された溶鋼を撹拌しながら該鋳型との接触面側に凝固殻を形成させることが好ましい。
【００２６】
鋳型内の溶鋼を第２の電磁撹拌装置を用いて撹拌して鋳型内に水平面内の撹拌流を形成させながら冷却して鋳型との接触面側に凝固殻を形成するようにすると、凝固殻の凝固界面は常に溶鋼流で洗われるので、この凝固界面にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物や気泡が付着するのを防止できる。
その結果、凝固殻の凝固界面を清浄に保ちながら、鋳型内のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減し、同時に吹き込まれたアルゴンガス等の不活性ガスの気泡が凝固殻の凝固界面に捕捉されるのを防止して清浄度の極めて高い凝固殻を成長させることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここに、図１は本発明の第１の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機の説明図、図２、図３は内装体にＭｇＯリッチな層が形成されるメカニズムの説明図、図４は本発明の第２の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機の説明図、図５は鋳片表層からの距離に対する単位面積当たりの介在物個数の分布を示すグラフである。
【００２８】
図１に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機１０は、溶鋼１１を貯留するタンディッシュ１２と、タンディッシュ１２の底に設けられた開口部に挿入された下部ノズル１３にスライディングノズル１４を介して接続している浸漬ノズル１５を有している。
また、垂直曲型連続鋳造機１０は、浸漬ノズル１５を介して注湯された溶鋼１１を冷却して鋳片の外殻となる凝固殻１６を形成する鋳型１７と、鋳型１７の下流側のストランド内に配置され、鋳型１７から排出された凝固殻１６を周囲から複数の鋳片支持セグメント１８で支持しながら冷却する鋳片支持セグメント群１９を有している。更に、鋳片支持セグメント群１９内で鋳型１７の下方側から湾曲し始める位置を含む領域に配置された鋳片支持セグメント１８には、ストランド内の凝固殻１６の内部の溶鋼１１を撹拌する１組の第１の電磁撹拌装置２０が設けられている。以下、これらについて詳細に説明する。
【００２９】
タンディッシュ１２は鉄皮２１の内側を耐火物２２で内張りして構成された溶鋼１１を一定量貯留する容器であり、その底に設けられた開口部には耐火物で形成された下部ノズル１３が挿入されている。
また、スライディングノズル１４は耐火物で形成されて、開口部２３を備えた上部プレート２４と、上部プレート２４に対して摺動する開口部２５を備えた下部プレート２６を有している。そして、下部ノズル１３の出口側は上部プレート２４の開口部２３と接続し、下部プレート２６の開口部２５は浸漬ノズル１５の入口側に接続している。
浸漬ノズル１５は、溶鋼１１の通過する内側面に配設される内装体２７と、内装体２７の内面側が溶鋼１１との接触面側になるように熱膨張を考慮した目地２８を介して内装体２７を外側から保持しているノズル本体２９と、ノズル本体２９の上部側に設けられニップル３０を介して流入させた不活性ガスの一例であるアルゴンガスを、通過する溶鋼１１に対して吹き込む多孔質耐火物３１を備えたガス吹き込み部３２を有している。
【００３０】
ここで、内装体２７は、骨材にドロマイトクリンカーが配合され全ＭｇＯ成分の含有量が２０質量％以上かつ７０質量％以下の組成を有するように調製されている。更に、ＣａＯ成分及びＭｇＯ成分を除いた残差成分として、０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ2 及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ2 Ｏ3 の少なくとも一方を含有するように調製されている。
また、ノズル本体２９は、従来から使用されている、例えば、アルミナ−黒鉛質耐火物を用いて形成することができる。更に、目地２８には、従来から用いられている、例えば、マグネシア質のモルタルを使用することができる。
このような構成とすることにより、上部プレート２４に対して下部プレート２６を摺動させて、上部プレート２４の開口部２３と下部プレート２６の開口部２５とを導通させることにより、下部ノズル１３と浸漬ノズル１５を連通状態にすることができる。その結果、ガス吹き込み部３２からアルゴンガスを吹き込みながら、タンディッシュ１２内の溶鋼１１を浸漬ノズル１５の吐出口３３から吐出させることができる。
【００３１】
鋳型１７は、例えば、横断面が長方形の銅製の竪型筒状体で、その周囲が水冷される構造を有している。このため、鋳型１７内に浸漬ノズル１５を介して注湯された溶鋼１１を鋳型１７との接触面側で冷却して、鋳型１７との接触面側には凝固殻１６が徐々に形成される。そして、形成された凝固殻１６は鋳型１７の出口から垂直下方に排出される。
鋳型１７の下流側のストランド内に設けられた各鋳片支持セグメント１８は、複数の水冷された鋼製の支持ロール３４と、これらを支えるフレーム３５を有しており、鋳型１７から引き抜かれる凝固殻１６を周囲から支持するように配置されている。
【００３２】
ここで、鋳片支持セグメント１８は、鋳型１７に隣接する側では垂直に配置されている。このため、鋳型１７と鋳片支持セグメント群１９の上流側の一部によって、例えば、１．５〜３．５ｍの垂直部が構成される。また、鋳片支持セグメント１８は、ストランド内の深部に入るにつれて徐々に湾曲するように配置されている。更に、フレーム３５には支持ロール３４の間から水を噴出する噴出口３６が設けられている。
鋳片支持セグメント群１９内で湾曲が開始する位置を含む領域に配置された鋳片支持セグメン１８に配置された第１の電磁撹拌装置２０は、周波数が１０Ｈｚ以下（例えば、５〜６Ｈｚ）の回転磁界を、ストランド内に引き抜かれた凝固殻１６の内部に存在する溶鋼１１に加える機能を有している。
このような構成とすることにより、鋳型１７から凝固殻１６をストランド内で垂直下方に引き抜きながら、ストランド内の深部に進入するにつれて凝固殻１６を徐々に湾曲させることができ、しかも、凝固殻１６を引き抜きながら周囲から水を吹きかけて凝固殻１６を更に冷却して凝固殻１６を成長させて鋳片を製造することができる。このとき、ストランドが湾曲し始める位置を含む領域においては、第１の電磁撹拌装置２０によって凝固殻１６の内部に存在する溶鋼１１に撹拌流を形成して、溶鋼１１を撹拌しながら凝固させることができる。
【００３３】
次に、本発明の第１の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法について詳細に説明する。
先ず、タンディッシュ１２内に溶鋼１１を注入する。浸漬ノズル１５のガス吹き込み部３２にニップル３０を介してアルゴンガスを供給して、多孔質耐火物３１より、例えば、０．１ＮＬ／分以上で１５ＮＬ／分以下の流量で吹き込む。また、鋳型１７と各鋳片支持セグメント１８の各支持ロール３４を水冷すると共に、各鋳片支持セグメント１８の各フレーム３５の噴出口３６から水を噴出させる。更に、第１の電磁撹拌装置２０を駆動させる。
そして、スライディングノズル１４の下部プレート２６を摺動させて、下部プレート２６に設けられた開口部２５と上部プレート２４に設けられた開口部２３を導通させる。その結果、タンディッシュ１２の下部ノズル１３と浸漬ノズル１５が連通状態になり、タンディッシュ１２内の溶鋼１１は浸漬ノズル１５内を通過して浸漬ノズル１５の吐出口３３から、アルゴンガスと共に鋳型１７内に吐出する。
【００３４】
浸漬ノズル１５の内面側に配設された内装体２７の内側を溶鋼１１が通過する際、溶鋼１１中のＡｌから生成したＡｌ2 Ｏ3 や脱酸により生成したＡｌ2 Ｏ3 は内装体２８の稼動面に付着する。
ここで、図２に示すように、内装体２７にはドロマイトクリンカーが配合されているため、付着したＡｌ2 Ｏ3 はドロマイトクリンカー内のＣａＯと反応して低融点のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相を形成する。また、内装体２７では、ＭｇＯ成分とＣａＯ成分を除いた残差成分として０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ2 及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ2 Ｏ3 の少なくとも一方が含有されるように調製されている。このため、ドロマイトクリンカー内のＣａＯはＳｉＯ2 又はＦｅ2 Ｏ3 と反応して低融点の化合物を形成して、ＣａＯの移動を活発化させると共に、ＣａＯの反応性を向上させることができる。その結果、付着したＡｌ2 Ｏ3 とドロマイトクリンカー内のＣａＯとの反応が促進されて、低融点のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の形成が促進される。
【００３５】
ドロマイトクリンカーの稼動面では、生成したＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が溶鋼１１中に流出しても、溶鋼１１中のＡｌから生成したＡｌ2 Ｏ3 や脱酸により生成したＡｌ2 Ｏ3 が頻繁に付着する。
このため、ドロマイトクリンカーの稼動面側にはＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相がほぼ連続して形成されるようになる。そして、このＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相には、ドロマイトクリンカー中の未溶解のＣａＯ粒子が徐々に溶解していき、ＭｇＯ粒子の周囲にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が存在するようになる。
【００３６】
図３に示すように、ＭｇＯ粒子の周囲にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が存在し、このＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中にＣａＯ粒子が溶解している状態では、ＭｇＯ粒子は溶解したＣａＯ粒子とその位置を交換するように徐々に稼動面側から遠ざかる方向に移動し、徐々に凝集していく。そして、ＭｇＯ粒子のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中での移動と凝集が繰り返されることにより、ＭｇＯ粒子が粗大化し、稼動面側にＭｇＯリッチな層が連続して形成される。
更に、このＭｇＯリッチな層内にはＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相が存在するため、ＣａＯはこのＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相中に、温度で決まる飽和濃度に達するまで連続して溶解する。その結果、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の融点は徐々に低下し、流動し易い状態になる。このため、ＭｇＯリッチな層の背部に存在するドロマイトクリンカー中のＣａＯがＭｇＯリッチな層を介してＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系液相の形で稼動面側に供給されるようになる。
その結果、稼動面側にＭｇＯリッチな層が形成されても、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 が稼動面側に付着するのを防止する。なお、稼動面側に形成されるＭｇＯリッチな層により、稼動面側の耐食性が向上する。
【００３７】
鋳型１７内に吐出した溶鋼１１は鋳型１７内に貯留されながら冷却されて、鋳型１７との接触面側に凝固殻１６を形成する。そして、形成された凝固殻１６は内部に溶鋼１１を含んだ状態で鋳型１７の出口から排出し、鋳片支持セグメント１８で支持されながらストランド内に引き抜かれる。
ここで、鋳型１７、及び鋳型１７に隣接する側の鋳片支持セグメント１８は垂直に配置され、鋳型１７を含んで、例えば、１．５〜３．５ｍの垂直部が構成されている。この垂直部によって、溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は、溶鋼１１よりも比重が軽いので積極的に浮上することができ、溶鋼１１を清浄にすることができる。
その結果、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量の少ない溶鋼１１が凝固していくため、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量の少ない凝固殻１６が形成される。
【００３８】
また、鋳型１７内には溶鋼１１と共にアルゴンガスが吐出されており、このアルゴンガスは気泡となって鋳型１７内を拡散し、溶鋼１１の吐出流に随伴して凝固殻１６に衝突して形成される反転流によって浮上したり、溶鋼１１中から浮力により直接浮上する。このとき、反転流に随伴して浮上するアルゴンガスの気泡は、凝固殻１６近傍の溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を捕捉して浮上する。このため、鋳型１７内の溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物、及び凝固殻１６のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の量は、更に低減される。
なお、アルゴンガスの吹き込み量は、０．１ＮＬ／分以上で１５ＮＬ／分以下としているので、アルゴンガスの気泡が鋳型１７内を浮上して溶鋼１１の湯面で破裂しても、湯面が大きく乱れることがなく、湯面上に浮遊しているモールドパウダー３７が溶鋼１１中に巻き込まれ溶鋼１１を汚染することはない。
【００３９】
ここで、形成した凝固殻１６を０．８〜２．３ｍ／分の鋳造速度で引き抜くと、溶鋼を垂直部に一定時間滞留させることが可能となる。このため、溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が積極的に浮上するのに必要な時間を確保することができ、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量は確実に低減される。
以上のように、溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を除去して、凝固殻１６の表面を清浄に保ちながら凝固殻１６を成長させるので、凝固殻１６中に取り込まれるＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の量を低減することができる。
【００４０】
鋳型１７から引き抜かれた凝固殻１６は、周囲を鋳片支持セグメント群１９で支持されながら、周囲から水を吹きかけられて更に冷却される。このため、凝固殻１６の内部の溶鋼１１も冷却されて凝固し、凝固殻１６が徐々に成長する。
このとき、鋳型１７よりも下流となる鋳片支持セグメント群１９内で湾曲が開始する位置を含む領域に配置された鋳片支持セグメン１８に設けられた第１の電磁撹拌装置２０により、引き抜かれた凝固殻１６がストランド内に深く進入する手前で凝固殻１６の内部に存在する溶鋼１１に撹拌流を形成して、凝固殻１６の凝固界面に捕捉されたＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を洗い流し、ストランド内に深く進入する凝固殻１６の凝固界面を清浄に保つ。
更に、垂直部内の溶鋼１１側に向かう撹拌流に、ストランド内に存在する凝固殻１６の内部の溶鋼１１中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を随伴させ、垂直部を介してＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の浮上を促進する。そして、鋳片内に深く進入するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を低減することができる。
【００４１】
図４に示す本発明の第２の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機３８、及びそれを用いた品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法について説明するが、垂直曲型連続鋳造機３８は、第１の実施の形態に係る垂直曲型連続鋳造機１０において鋳型１７の外側に第２の電磁撹拌装置３９を設けたことが特徴となっている。このため、垂直曲型連続鋳造機１０と同一の構成要素については同一の符号を付して詳細な説明は省略する。
鋳型１７の外側に配置される第２の電磁撹拌装置３９は、周波数が１０Ｈｚ以下（例えば、５〜６Ｈｚ）の回転磁界を鋳型１７内の溶鋼１１に加える機能を有している。このような構成とすることにより、鋳型１７内に浸漬ノズル１５を介して注湯された溶鋼１１は、鋳型１７内で水平面内の撹拌流を形成しながら鋳型１７との接触面側に凝固殻１６を徐々に形成することができる。
【００４２】
本発明の第２の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法では、第１の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、更に鋳型１７の外側に第２の電磁撹拌装置３９を設けて、鋳型１７内に注湯された溶鋼１１を撹拌しながら鋳型１７との接触面側に凝固殻１６を形成させることが特徴となっている。従って、この特徴点に関してのみ説明する。
浸漬ノズル１５を介して鋳型１７内に吐出した溶鋼１１は鋳型１７内に一旦貯留されるが、鋳型１７内の溶鋼１１には第２の電磁撹拌装置３９により回転磁界が加えられているので、鋳型１７内の溶鋼１１中には水平面内の鋳型１７の内壁に沿った旋回流が形成される。
その結果、溶鋼１１は撹拌されながら冷却されて鋳型１７との接触面側に凝固殻１６を形成すると共に、凝固殻１６の凝固界面は常に溶鋼１１の撹拌流で洗われる状態になる。このため、凝固殻１６の凝固界面に付着したＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物は洗い流されて凝固殻１６の凝固界面は更に清浄に保たれ、得られた鋳片の鋳片表層部におけるＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量は大きく低減する。
【００４３】
【実施例】
（１）実施例１〜７
１５０トン／チャージの容量で垂直部の長さが１．５ｍの垂直曲型連続鋳造機にＳＵＳ４３０（クロムを１７質量％含有するフェライト系ステンレス鋼）の溶鋼を浸漬ノズルを介して注湯して、鋳造速度０．８ｍ／分で鋳造幅１２５０ｍｍ、鋳片厚み２５０ｍｍの鋳片の連続鋳造を行った。なお、鋳型内への溶鋼の注湯は、浸漬ノズル内にアルゴンガス流量を１５ＮＬ／分と５ＮＬ／分と０．１ＮＬ／分に設定して吹き込みながら行った。
このとき、使用した浸漬ノズルには、水平方向から下向きに１５°の吐出角度を有する吐出口が対向して２個設けられている。そして、アルミナ−黒鉛質の耐火物で形成したノズル本体の溶鋼の通過する内面側には表１に示すＤ１〜Ｄ３の組成を有する内装体が配設され、ノズル本体の上部側にはアルゴンガスを吹き込むガス吹き込み部が形成されている。
また、鋳型内の溶鋼のメニスカスより５０〜４００ｍｍの範囲に長さ３５０ｍｍ第２の電磁撹拌装置を配置して、鋳造中に鋳型内の溶鋼の撹拌を行った。更に、鋳型内の溶鋼のメニスカスより４０００〜４３５０ｍｍの範囲に、すなわち、湾曲し始める位置に長さ３５０ｍｍの第１の電磁撹拌装置を配置して、鋳造中にストランド内に引き抜かれた凝固殻内に存在する溶鋼の撹拌を行った。
【００４４】
【表１】
そのときの鋳造結果を各評価項目毎に分けて、表２に記載する。また、得られた鋳片の表層からの距離に対する単位面積当たりの介在物個数の分布を図５に示す。
ここで、ノズル絞り頻度は、鋳造中にノズル絞りが生じて鋳造が継続できなくなった頻度である。
表層介在物頻度は、得られた鋳片から表層部を含んで鋳片の厚み方向に横断面が３０ｍｍ×３０ｍｍの角柱状の試料を切り出し、表層に平行な観察面内に存在する１２．５μｍ以上の介在物の個数を数えて単位面積当たりの個数に変換して示したものである。なお、観察面は、表層から１ｍｍ内部の面から始めて３ｍｍ間隔毎に設定し、表層から２０ｍｍ以内の範囲とした。
内部介在物頻度は、表層介在物頻度と同一の方法で各観察面毎に介在物の単位面積当たりの個数を求めたものである。なお、観察面の設定は、表層より２０ｍｍの位置から鋳片の厚み方向に６０ｍｍまでの範囲とした。
製品発銹性は、鋳片を１．５ｍｍ厚みに圧延した後、塩水噴霧試験を実施して発銹起点の個数を目視で数え、１００ｃｍ2 当たりの個数に変換したものである。
【００４６】
【表２】
実施例１は第１及び第２の電磁撹拌装置を稼動しない場合で、ノズル絞りはほとんど発生せず安定した操業が可能であった。また、ノズル絞りがほとんど発生しないため鋳型内では偏流が発生せず、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減できた。このため、図５に示すように、鋳片表層部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を低減でき、製品発銹性が改善された。
実施例２は第１の電磁撹拌装置を稼動した場合で、ノズル絞りはほとんどなく操業は安定する。また、ノズル絞りがほとんど発生しないため鋳型内では偏流が発生せず、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減できた。更に、第１の電磁撹拌装置によりストランド内に引き抜かれた凝固殻内の溶鋼の撹拌が行われるため、凝固殻内の溶鋼中に鋳型内に通じる流れを発生させることができ、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の鋳型内への移送が促進される。このため、ストランド内に引き抜かれた凝固殻の表面を清浄に保つと共に、図５に示すように、凝固殻内の溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減し、鋳片内部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を低減でき、製品発銹性が改善される。
【００４８】
実施例３は第１及び第２の電磁撹拌装置を稼動した場合で、ノズル絞りはほとんどなく操業は安定する。また、ノズル絞りがほとんど発生しないため鋳型内では偏流が発生せず、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減される。鋳型内の溶鋼を電磁撹拌することにより、図５に示すように、鋳片表層部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を一層低減することができる。更に、ストランド内に引き抜かれた凝固殻内の溶鋼の撹拌が行われるため、鋳片内部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を低減できる。その結果、鋳片品質は最良となる。
実施例４ではアルゴンガス流量を５ＮＬ／分と低下しても実施例１と同等の結果が得られた。また、実施例５ではアルゴンガス流量を０．１ＮＬ／分と更に低下させたが、実施例１と同等の結果が得られた。
従って、鋳型内の溶鋼撹拌及び／又はストランド内に引き抜かれた凝固殻内の溶鋼撹拌を行うと共に、アルゴンガス流量を０．１〜１５ＮＬ／分とすることにより、Ａｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物の少ない鋳片を製造できることが確認できた。
【００４９】
実施例６、７は、実施例５において浸漬ノズルの内面側に表１に示すＤ２、Ｄ３の組成を有する内装体を配設した場合で、いずれも実施例５と同等の結果が得られた。
従って、骨材の一部にドロマイトクリンカーを配合して全ＭｇＯ成分の含有量を２０質量％以上かつ７０質量％以下にすると共に、ＭｇＯ成分とＣａＯ成分を除いた残差成分として０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ2 及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ2 Ｏ3 の少なくとも一方を含有するように調製した内装体を使用することにより、ノズル絞りが防止されて操業の安定が図られると共に、鋳型内での偏流が発生しないため溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量を低減できることが確認できた。そして、鋳型内の溶鋼を電磁撹拌することにより、特に鋳片表層部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を低減でき、製品発銹性が改善できることが判った。
また、第１及び第２の電磁撹拌装置を稼動させ、アルゴンガス流量を５ＮＬ／分及び１０ＮＬ／分の２水準に設定して、鋳造速度０．８ｍ／分で鋳造幅１２５０ｍｍ、鋳片厚み２５０ｍｍの鋳片の連続鋳造を行った。その結果、表層介在物頻度、内部介在物頻度、及び製品発銹性は、いずれの場合においても格段に優れた結果（◎）を得ることができた。
更に、前記条件の中で鋳造速度のみを１．２ｍ／分及び２．１ｍ／分の２水準に設定して連続鋳造を行ったところ、鋳造速度１．２ｍ／分では表層介在物頻度、内部介在物頻度、及び製品発銹性はすべて格段に優れた結果（◎）が得られ、鋳造速度２．１ｍ／分では表層介在物頻度、内部介在物頻度、及び製品発銹性はすべて優れた結果（○）が得られた。
【００５０】
比較例１は、１５０トン／チャージの容量の湾曲型連続鋳造機にＳＵＳ４３０の溶鋼を浸漬ノズルを介して注湯して、鋳造速度０．８ｍ／分で鋳造幅１２５０ｍｍ、鋳片厚み２５０ｍｍの鋳片の連続鋳造を行った場合である。なお、浸漬ノズルにはアルミナ−黒鉛質の耐火物のみで形成したものを使用し、水平方向から下向きに１５°の吐出角度を有する吐出口が対向して２個設けられている。また、溶鋼の通過する内面側の上部側に設けられたガス吹き込み部から、アルゴンガスを１５ＮＬ／分の流量で吹き込んだ。
比較例２は、比較例１で用いた浸漬ノズルの代りに、アルミナ−黒鉛質の耐火物で形成したノズル本体と、溶鋼の通過する内面側に表１に示すＤ１の組成を有する内装体を配設して構成した浸漬ノズルを使用して、アルゴンガスを１５ＮＬ／分の流量で吹き込みながら溶鋼を注湯しながら鋳造を行った場合である。
比較例３は、実施例１〜７で使用した垂直曲型連続鋳造機において、アルミナ−黒鉛質の耐火物でのみ形成した浸漬ノズルを使用して、アルゴンガスを１５ＮＬ／分の流量で吹き込みながら溶鋼を注湯すると共に、第１及び第２の電磁撹拌装置を使用しないで鋳造を行った場合である。
そのときの鋳造結果を表２に併せて示す。また、比較例２において、得られた鋳片の表層からの距離に対する単位面積当たりの介在物個数の分布を図５に併せて示す。
【００５１】
比較例１では、浸漬ノズルの材質がアルミナ−黒鉛質の耐火物であるため、ノズル絞りが発生して偏流が生じ易く、介在物量は鋳片の表層部及び内部のいずれにおいても多くなった。但し、介在物の材質がＡｌ2 Ｏ3 系であるため、製品発銹性は良好であった。
比較例２では、内装体が配設されているため、ノズル絞りはほとんど発生せず安定した操業が可能であった。また、ノズル絞りがほとんど発生しないため鋳型内では偏流が発生せず、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が低減できた。しかし、鋳型内で形成される凝固殻の表面にＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が捕捉された状態で凝固が進行するため、図５に示すように、鋳片表層部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物量が多く、製品発銹性は劣る。
比較例３では、浸漬ノズルの材質がアルミナ−黒鉛質の耐火物であるため、ノズル絞りが発生して偏流が生じ易く、溶鋼の深部まで介在物が移送される。一方、垂直曲型連続鋳造機を使用したため、溶鋼中の介在物の浮上除去が促進されて、鋳型で形成される凝固殻に取り込まれる介在物量は低減した。このため、鋳片表層部の介在物量は、比較例１よりも低下した。但し、溶鋼の深部まで介在物が移送されるため、鋳片内部の介在物量は増加した。なお、介在物の材質がＡｌ2 Ｏ3 系であるため、製品発銹性は良好であった。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲での変更は可能であり、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組み合わせて本発明の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
例えば、鋳片支持セグメント群内で湾曲が開始する位置を含む領域に配置された鋳片支持セグメントに１組の第１の電磁撹拌装置を設けたが、１つの鋳片支持セグメントに複数の第１の電磁撹拌装置を設けても、複数の鋳片支持セグメントに１組以上の第１の電磁撹拌装置を設けてもよい。
また、鋳片支持セグメント群内で湾曲が開始する位置を含む領域に配置された鋳片支持セグメントに第１の電磁撹拌装置を設けたが、ストランド内に引き抜かれた凝固殻の内部に溶鋼が存在する範囲内に存在する鋳片支持セグメントであればいずれの鋳造支持セグメントに第１の電磁撹拌装置を１組又は２個以上設けてもよい。
内装体をノズル本体と一体化させる際に、内装体とノズル本体との間に形成される目地にモルタルを充填したが、ノズル本体側で内装体を機械的に掛止して脱落を防止するようにすると、モルタルの使用を省略、すなわち空目地にすることができる。また、浸漬ノズルの内面側に内装体を配設したが、浸漬ノズルの他にタンディッシュの下部ノズル及び／又はスライディングノズルの各内面側にそれぞれ内装体を形成することもできる。
【００５３】
【発明の効果】
請求項１〜５記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、骨材にドロマイトクリンカーが配合され全ＭｇＯ成分の含有量が２０質量％以上かつ６７質量％以下の内装体が溶鋼の通過する内面側に配設された浸漬ノズルを介して、鋳型及びストランド内に配置された鋳片支持セグメント群の上流側の一部を有して形成される垂直部の長さが１．５ｍ以上かつ３．５ｍ以下の垂直曲型連続鋳造機の鋳型内に溶鋼を注湯する第１工程と、鋳型内に注湯された溶鋼を冷却し鋳型との接触面側に凝固殻を形成する第２工程と、凝固殻を鋳片支持セグメント群で支持しながら引き抜いて散水冷却し、ストランド内の凝固殻の内部の溶鋼を凝固して鋳片を製造する第３工程とを有するので、ＭｇＯリッチな層の背部に存在するドロマイトクリンカー中のＣａＯをＭｇＯリッチな層を介して持続的に供給して溶鋼中のＡｌ2Ｏ3をＡｌ2Ｏ3−ＣａＯ系液相に変化させて溶鋼中に混入させてノズル閉塞を防止すると共に、稼動面側に形成されるＭｇＯリッチな層により稼動面側の耐食性を向上させることができ、安定した鋳造を行うことが可能になる。
更に、垂直曲型連続鋳造機の垂直部ではＡｌ2Ｏ3−ＣａＯ系介在物の浮上が妨げられず溶鋼中のＡｌ2Ｏ3−ＣａＯ系介在物量が効率的に低減でき、Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系介在物量が低減された溶鋼を用いて鋳片を製造することが可能になる。その結果、鋳片表層部、例えば、表層から２０ｍｍの範囲におけるＡｌ2Ｏ3−ＣａＯ系介在物を除去することが可能になって、表層欠陥の少ない製品を安定して製造することが可能になる。
【００５４】
特に、請求項２記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、鋳片支持セグメント群内の鋳型の下方側から湾曲部を含む鋳片支持セグメントには少なくとも１組の第１の電磁撹拌装置が設けられて、ストランド内の凝固殻の内部の溶鋼を撹拌するので、ストランド内に存在する凝固殻の内部の溶鋼に撹拌流を形成して、自発的に浮上するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が凝固殻の凝固界面に捕捉されるのを防止して鋳型内に浮上するのを促進することができ、鋳片内部のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物除去することが可能になる。
その結果、鋼板端面での発銹防止や、深絞り加工時の割れ防止が達成できる。
【００５５】
請求項３記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、浸漬ノズル内には不活性ガスが、０．１ＮＬ／分以上で１５ＮＬ／分以下の流量で吹き込まれているので、湯面でのモールドパウダーの巻き込みを防止して溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を除去できると共に、凝固殻の表面近傍の溶鋼中に存在するＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を捕捉して凝固殻の表面をより清浄に保つことができ、鋳片表層部におけるＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を更に除去することが可能になる。
【００５６】
請求項４記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、鋳片の鋳造速度は０．８ｍ／分以上で２．３ｍ／分以下であるので、鋳型内で溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物が自発的に浮上して除去されるのを促進することができ、溶鋼中のＡｌ2 Ｏ3 −ＣａＯ系介在物を低減させて良好な品質の鋳片を製造し、かつ鋳片の生産性を向上することが可能になる。
【００５７】
請求項１記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、内装体はＭｇＯ成分とＣａＯ成分を除いた残差成分として０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ2及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ2Ｏ3の少なくとも一方を含有するので、ドロマイトクリンカー中のＣａＯを活性化してＭｇＯリッチな層を介しての持続的な供給を促進することができ、溶鋼中のＡｌ2Ｏ3を融点の低いＡｌ2Ｏ3−ＣａＯ系液相に変化させることが可能になる。その結果、Ａｌ2Ｏ3−ＣａＯ系液相を溶鋼中に混入させることが容易になって、ノズル閉塞を更に防止することが可能になる。
【００５８】
請求項５記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法においては、鋳型の外側には第２の電磁撹拌装置が設けられて、鋳型内に注湯された溶鋼を撹拌しながら鋳型との接触面側に凝固殻を形成させるので、鋳型内で凝固殻の表面を清浄に保ちながら凝固殻を成長させることができ、表層部の介在物量を一層低減した鋳片を製造することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機の説明図である。
【図２】浸漬ノズルの内装体にＭｇＯリッチな層が形成されるメカニズムの説明図である。
【図３】浸漬ノズルの内装体にＭｇＯリッチな層が形成されるメカニズムの説明図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法に使用する垂直曲型連続鋳造機の説明図である。
【図５】鋳片表層からの距離に対する単位面積当たりの介在物個数の分布を示すグラフである。
【符号の説明】
１０：垂直曲型連続鋳造機、１１：溶鋼、１２：タンディッシュ、１３：下部ノズル、１４：スライディングノズル、１５：浸漬ノズル、１６：凝固殻、１７：鋳型、１８：鋳片支持セグメント、１９：鋳片支持セグメント群、２０：第１の電磁撹拌装置、２１：鉄皮、２２：耐火物、２３：開口部、２４：上部プレート、２５：開口部、２６：下部プレート、２７：内装体、２８：目地、２９：ノズル本体、３０：ニップル、３１：多孔質耐火物、３２：ガス吹き込み部、３３：吐出口、３４：支持ロール、３５：フレーム、３６：噴出口、３７：モールドパウダー、３８：垂直曲型連続鋳造機、３９：第２の電磁撹拌装置
Claims (5)
- 骨材にドロマイトクリンカーが配合され全ＭｇＯ成分の含有量が２０質量％以上かつ６７質量％以下、ＣａＯ成分の含有量が３１質量％以上かつ６０質量％以下で、前記ＭｇＯ成分とＣａＯ成分を除いた残差成分として０．１質量％以上かつ３質量％以下のＳｉＯ 2 及び０．１質量％以上かつ３質量％以下のＦｅ 2 Ｏ 3 の少なくとも一方を含有すると共に、１質量％以上かつ１０質量％以下のＣを含有し、ＣａＯ質量％／ＭｇＯ質量％が０．４６以上かつ３以下である内装体が溶鋼の通過する内面側に配設された浸漬ノズルを介して、鋳型及びストランド内に配置された鋳片支持セグメント群の上流側の一部を有して形成される垂直部の長さが１．５ｍ以上かつ３．５ｍ以下の垂直曲型連続鋳造機の該鋳型内に溶鋼を注湯する第１工程と、
前記鋳型内に注湯された溶鋼を冷却し該鋳型との接触面側に凝固殻を形成する第２工程と、
前記凝固殻を前記鋳片支持セグメント群で支持しながら引き抜いて散水冷却し、前記垂直部によって溶鋼中のＡｌ 2 Ｏ 3 −ＣａＯ系介在物をＡｌ 2 Ｏ 3 −ＣａＯ系介在物と溶鋼との比重差により浮上させながら前記ストランド内の前記凝固殻の内部の溶鋼を凝固して鋳片を製造する第３工程とを有することを特徴とする品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法。 - 請求項１記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳片支持セグメント群内の前記鋳型の下方側から湾曲部を含む鋳片支持セグメントには少なくとも１組の第１の電磁撹拌装置が設けられて、前記ストランド内の前記凝固殻の内部の溶鋼を撹拌することを特徴とする品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法。
- 請求項１記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記浸漬ノズル内には不活性ガスが、０．１ＮＬ／分以上で１５ＮＬ／分以下の流量で吹き込まれていることを特徴とする品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法。
- 請求項１〜３のいずれか１項に記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳片の鋳造速度は０．８ｍ／分以上で２．３ｍ／分以下であることを特徴とする品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法。
- 請求項１〜４のいずれか１項に記載の品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法において、前記鋳型の外側には第２の電磁撹拌装置が設けられて、前記鋳型内に注湯された溶鋼を撹拌しながら該鋳型との接触面側に前記凝固殻を形成させることを特徴とする品質特性に優れた鋳片の連続鋳造方法。
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