JP4494550B2 - 鋳型内の溶鋼流動制御方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はタンディッシュから鋳型内へ溶鋼を注入するに際して、ノズルの閉塞を防止し異鋼種の連々鋳を可能となし、かつ鋳片の表面性状が良好な低合金鋼、ステンレス鋼、各種鋼合金鋼などを鋳造できる連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、連続鋳造工程では、タンディッシュの整備コストを低減するため、１基タンディッシュで複数の鍋を交換する多連続鋳造（連々鋳）操業が行われており、コストの低減を図るためにはより多くの溶鋼を１キャストで鋳造する必要がある。
【０００３】
しかし、従来からタンディッシュノズルの材質としては、一般的にはハイアルミナ質が使用されているが、非金属介在物（以下介在物と略称する）であるアルミナクラスターがノズル内孔表面に付着し、ノズル閉塞を発生し易い欠点を有していた。
【０００４】
タンディッシュ上部ノズル材質がたとえ他の材質であっても前記連々鋳、例えば数チャージ分の取鍋内溶鋼を鋳込むような場合には、取鍋交換前の溶鋼温度の低下もアルミナ付着現象を助長する一因となり、徐々にアルミナの付着が進行し、最終的にはノズル閉塞が発生して鋳造不可能になってしまうケースが度々発生し、多大な損害を被り、改善を求められていた。
【０００５】
ノズル内にアルミナが付着することは、鋳造中にノズルがやがて閉塞して鋳造速度を低下しなければならなくなったり、ノズル上方から閉塞部を洗浄する必要が生じ、鋳造スラブの品質を悪化させたり、鋳造操業面で支障をきたすことが多発していた。
【０００６】
連々鋳回数を増加させて長時間の鋳造を行う場合には、溶鋼を供給するノズル内にアルミナなどが付着してノズルが閉塞することを防止してやらなければならず、このノズルが閉塞の問題に対処するためには、上ノズルや浸漬ノズルなどからアルゴンなどの不活性ガスを吹き込んで、ノズル内壁に異物が付着するのを防止することが一般的に行われている。
【０００７】
このようなノズル内壁への異物付着防止のための発明として、例えば特開昭５８−１５１９４８号公報が開示されており、上ノズルや浸漬ノズル中に不活性ガスを吹き込む技術が記載されている。その記載内容によれば、連続鋳造工程は取鍋に受けた溶鋼をタンディッシュに連続的に移し、そこから浸漬ノズルを通じて鋳型内に供給することによって行われる。
【０００８】
連続鋳造では可能なかぎり長時間、つまりなるべく多数の取鍋溶鋼を連続して処理（多連鋳）できることが望ましいが、その限界を与える要因はいくつかあり、浸漬ノズルの閉塞が最大の問題である。そしてこの閉塞は、溶鋼がアルミニウムを含有する場合、特に０．０２％またはそれ以上の高含有量において起こりやすい。また、この事実からも裏付けられるが、ノズルを閉塞するものは、アルミナを主成分とする介在物のノズル内壁への付着、成長である。
【０００９】
この対策としては、浸漬ノズルの内部にガス流路を設け、そこからノズル内壁に向かってスリットを設けたり、ポーラスな部分を設けたりして、そこから不活性ガス、例えばアルゴンや窒素を吹き出して、アルミナのノズル内壁への付着防止することを行っていると言うものである。
【００１０】
一方、高級自動車用鋼板などのように、特に表面の清浄性に厳格な鋼では、圧延時のスリパーなどの起因になる鋳片表面近傍のアルミナ系介在物や気泡（表層欠陥）を除去することが重要な事項である。
また、連々鋳回数を高位に保つために、異なる用途の鋼種を同一キャストで鋳造する異鋼種の連々鋳が行われている。自動車の外板用の鋼板などのように、厳格な表面清浄性が要求される鋼では、圧延時のスリバーの起因になる鋳片表面近傍のアルミナ系介在物や気泡（表層欠陥）を除去することが重要事項である。
【００１１】
鋳片の表層欠陥を除去するためには、鋳型上部で初期に凝固する鋳片の比較的薄いシェル部分の介在物や気泡が影響を及ぼしていることから、その原因となる介在物、気泡を除去する必要がある。このことから、これらを洗い流すためメニスカス部の溶鋼に流れを与えることが考慮され、溶鋼の流動を表層のシェルに付与することが望ましい。
【００１２】
一般に、スラブの連鋳鋳型に用いる浸漬ノズルは、ノズル下部近傍の側面に下向きで２孔の吐出孔を有するものが主に用いられる。しかして、鋳片の表層欠陥の防止に重点が置かれる鋼種に対しては吐出孔の下向きの角度を浅くして、鋳型短辺からメニスカスに流れる反転流を強くすることによって、メニスカス付近でのシェル表面の洗い効果を促進することが望ましいとされている。
【００１３】
一方、ツーピース缶用ブリキに代表される高い加工性が求められる鋼板に対しては、鋳型内上面のパウダー巻き込みによる内部欠陥の発生を防止する意味合いから、パウダー巻き込みを回避するのに重点が置かれ、鋳型上部のメニスカスでの溶鋼流速を低減させることを狙いとして、浸漬ノズルの下向き吐出孔の角度を比較的大きくしたノズルを用いることが望ましいとされている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、高位の連々鋳回数を実現するためには、ノズル閉塞防止に必要な流量の不活性ガスを浸漬ノズル内に吹込みつつ、他種類の鋼を鋼種毎に要求される条件で鋳造する必要があるが、上記のような表層欠陥防止に重点を置く鋼種と内部欠陥防止に重点を置く鋼種を同一キャストで鋳造するときには、同一の浸漬ノズルでは鋳造を行うことはできず、角度の異なる他のノズルに交換する必要が生する。
【００１５】
このため、複数の浸漬ノズルを用いなければならず、ノズルのコストが増大する他、タンディッシュにおいては、ノズル交換が可能な設備として置かなければならず、また、ノズル交換作業は鋳型近辺において実施するが必要があるため、高熱で塵埃の多い場所での作業となり、環境衛生上好ましくない。
【００１６】
本発明は、同一ノズルを用いて、異なる鋳型内溶鋼流動パターンが要求される鋼種に適した溶鋼流動状態を、ノズル閉塞にならないガス吹き込み量を維持しながら実施できる技術を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来方法における問題点を解決するためになされたものであっ
て、その要旨とするところは、下記手段にある。
（１）タンディッシュから鋳型へ溶鋼を注入するための上ノズル及び浸漬ノズルに不活性ガスを吹き込む浸漬ノズルを交換しない連続鋳造方法において、異鋼種を連続鋳造する場合に浸漬ノズルから吸引する不活性ガス流量を変化させ、鋳型内の溶鋼へ流入する不活性ガス流量の変更量を下記（１）式の範囲内とすることによって鋳型内での鋳型内での溶鋼流動状態を変化させることを特徴とする鋳型内の溶鋼流動制御方法。
４５０＜Ｆ／Ａの変更量＜５０００ ・・・・・（１）
ただし、Ｆ：浸漬ノズルから鋳型へ流入する不活性ガス流量（Ｎリットル／ｍｉｎ）、Ａ：浸漬ノズルの吐出孔の総断面積（ｍ^２）である。
【００１８】
【発明の実施の形態】
浸漬ノズルに吹き込んだ不活性ガスは、吐出孔から溶鋼と共に鋳型内へ流入するが、気液二相流である吐出流は、見かけ比重が溶鋼よりも軽くなることから、リフティング効果によって、実際の吐出角度からの溶鋼単体流よりも鋳型の上方に持ち上げられた状態となる。
【００１９】
このとき、不活性ガスの流量を変更すると、吐出流内での溶鋼の比率も同時に変化することから、リフティングによる吐出角度の上昇度合いが変わり、一旦鋳型短辺に衝突した吐出流が分岐して発生する上昇に起因するメニスカスにおける溶鋼流速を変化させることができる。
【００２０】
久保田らはＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ，１０（１９９７）２３５に、実機におけるメニスカス流速を浸漬ノズル内へ吹き込んだＡｒガス流量を変更した条件で測定した結果を報告しているが、ガス流量の変更によってメニスカス流速が変化する測定結果が得られている。
【００２１】
上記の事実に着目し、ノズル吐出孔からの不活性ガス流量を変更することによって、同一ノズルであっても、異なる流動パターンを形成させることが可能となる。
したがって、ノズル交換を行わずに同一ノズルによって、ノズルへのガス吹き込み量をその鋼種に合った適正な量に保持すれば、連々鋳を高位回数に維持することができるはずである。
【００２２】
図１は本発明の実施態様の１例を示したもので、タンディッシュ１から鋳型２に注入される溶鋼３は、上ノズル４、スライディングノズル５、浸漬ノズル６を介して供給される。上ノズル４には外部からの配管が設置されており、アルゴンガスが供給される。
浸漬ノズル６の下部には溶鋼メニスカスよりも低い部分に存在する吐出孔閉鎖防止のために、上ノズルと同様に外部からの配管が設置されており、ノズル内面に設けられた多孔質体を介して少量のアルゴンガスを吹き込むと共に、上部からはアルゴンガスの吸引を行っている。なお、７は溶鋼上面に供給されているパウダーである。
【００２３】
ノズル内に吹き込まれた不活性ガス（この場合はアルゴンガス）は、溶鋼と共に二相流として吐出孔から流出するが、吐出溶鋼流の比重はアルゴンによって、該溶鋼近傍に存在する溶鋼よりも小さくなっているため、溶鋼の流出角度はノズル吐出角度よりも上向きにシフトする。
タンディッシュ上ノズルへの吹き込みアルゴンガスは、ノズル閉塞を防止するための適正量を供給しつつ、浸漬ノズル上部からの吸引ガス量をコントロールして吐出孔から鋳型内に流入するガス量を適切な量となし溶鋼流動パターンを適正に維持する。
【００２４】
実施に際して表層欠陥の防止が重要視される鋼種に対しては、浸漬ノズルからの吸引量を減少、または停止させて、吐出流を上方に変化させて、吐出孔の角度が小さいノズルを用いた場合と同様に、メニスカス流速アップによるシェル洗い効果を強めることができる。
また、パウダー性介在物による内部欠陥の防止が問題となる鋼種に対しては、浸漬ノズル上部からの吸引量を増加させ、ノズル吐出孔からの流出溶鋼のリフティングを抑制して、ノズル吐出孔角度が大きい場合と同様にメニスカスへの反転流の流速を低減することができる。
【００２５】
このとき、異なる流動パターンを得るために変更するガス吹き込み量の調整は、吐出孔の単位断面積当たりから不活性ガ流量を目安に行うことが簡易かつ効率的であり、浸漬ノズルから鋳型へ流入する不活性ガス流量Ｆ（Ｎリットル／ｍｉｎ）と、浸漬ノズル吐出孔
総断面積Ａ（ｍ^２）の比であるＦ／Ａを指標にして、下記（１）式の範囲で変化させることが望ましい。
４５０＜Ｆ／Ａの変更量＜５０００ ・・・・・（１）
【００２６】
このとき、Ｆ／Ａの変化量に望ましい下限値を持つのは、下限値未満では吐出流の変化が小さいため、異なる条件に有効な複数の流動パターンを形成することができないためであり、上限値を設けた理由は、過剰に大きな流量変更を行う場合には、最大ガス流量時には過剰なガスによるボイリングなどによって、安定操業が妨げられるためである。
したがって、連々鋳操業においても同一の浸漬ノズルを用いて、ノズル内に付着する異物によってノズル吐出孔の閉塞を防止しつつ、ノズル吐出孔角度を変更した場合と同様の流動パターンのコントロールを実現することができる。
【００２７】
なお、本説明では上ノズルへのアルゴンガス吹込みをノズルへの直接配管で行っているが、ストッパーによる溶鋼の流量制御を行う場合には、ストッパーからの吹込みでも同様の効果が得られる。
また、後記する実施例は食用缶用鋼板の鋳造から自動車用鋼板の鋳造を連々鋳した態様を示したが、これとは逆に自動車用鋼板の鋳造から食用缶用鋼板の鋳造へ連々鋳操業を実施することは勿論可能である。
【００２８】
【実施例】
本発明の効果を検証するために、１鍋３４０ｔ、２ストランドの連続鋳造機を用いて適用試験を実施した。鋼種は、アルミキルドの低合金鋼であり、表層欠陥防止が重視される自動車用鋼板と、内部欠陥防止が重要視される食用缶用鋼板を対象にして、食用缶用鋼板を７チャージ鋳造した後、自動車用鋼板を７チャージ連々鋳する１４連続連々鋳操業を行い、１〜７鍋と８〜１４鍋についてアルゴンガスの吸引条件を変更して鋳造を行った。品質調査は、自動車用鋼板については、冷延板の目視検査によるスリバー評点（表層欠陥の指標）、内部欠陥については食用缶用鋼板については、熱延板段階におけるＵＳＴ検査による内部欠陥評点を調査し、Ｎ＝２０コイルの平均値で評価した。
【００２９】
予備試験の段階で、本試験条件下では浸漬ノズルから吸引するガス中のアルゴン濃度はほぼ純粋とみなして良いということが判明していたため、鋳型内への流入するアルゴンガス流量は以下の式で定義した。
鋳型内へのアルゴンガス流入量（リットル／ｍｉｎ）＝上ノズルへの供給アルゴンガス量＋浸漬ノズル（ＩＮ）下部への供給アルゴンガス量−浸漬ノズル（ＩＮ）上部での吸引アルゴンガス量
【００３０】
また、連々鋳の予定回数は１４鍋まで行うつもりであったが、途中でノズルが閉塞して鋳造が著しく困難になった場合は、予定よりも少ない鍋数で鋳造を打ち切った。
浸漬ノズルは下向き１５度の９０ｍｍφの２孔ノズルを用い、鋳造は９〜１１ｔ／ｍｉｎ（１ストランドあたり）で行った。
【００３１】
【表１】
【００３２】
本発明によるものは、いずれも良好な鋳片が得られたが、比較例，従来例では本発明の条件から外れていたために、予定した連々鋳回数まで鋳造を継続できなかったもの、また予定した連々鋳回数を確保できても、それぞれの理由によって、スリバー疵または内部欠陥において、合格基準点（８０点）を満たすことができなかった。
【００３３】
【発明の効果】
本発明は不活性ガスの吹き込み量を制御することにより、ノズル閉塞を回避しつつ鋳型内流動パターンを鋼種に対して適正なパターンに制御でき、連々鋳回数向上と品質を維持しつつ、実現できるようになり、表面性状または内部品質の良好な鋳片を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明での実施状況を示す概略説明図
【符号の説明】
１ タンディッシュ
２ 鋳型
３ 溶鋼
４ 上ノズル
５ スライディングノズル
６ 浸漬ノズル
７ パウダー
８ 凝固シェル

Claims (1)

1. タンディッシュから鋳型へ溶鋼を注入するための上ノズル及び浸漬ノズルに不活性ガスを吹き込む浸漬ノズルを交換しない連続鋳造方法において、
   異鋼種を連続鋳造する場合に浸漬ノズルから吸引する不活性ガス流量を変化させ、鋳型内の溶鋼へ流入する不活性ガス流量の変更量を下記（１）式の範囲内とすることによって鋳型内での鋳型内での溶鋼流動状態を変化させることを特徴とする鋳型内の溶鋼流動制御方法。
   ４５０＜Ｆ／Ａの変更量＜５０００ ・・・・・（１）
   ただし、Ｆ：浸漬ノズルから鋳型へ流入する不活性ガス流量（Ｎリットル／ｍｉｎ）
   Ａ：浸漬ノズルの吐出孔の総断面積（ｍ^２）
   である。