JP4665551B2

JP4665551B2 - 鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP4665551B2
Application number: JP2005053287A
Authority: JP
Inventors: 澄広亀田; 朝行加藤; 俊博細川; 義巳岩田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2005-02-28
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2025-02-28
Also published as: JP2006231398A

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、詳しくは、取鍋からタンディッシュへ注入される溶鋼を、ロングノズルを使用して空気と遮断しながら注入する鋼の連続鋳造方法に関するものである。

鋼の連続鋳造では、取鍋に収容された溶鋼を一旦タンディッシュに注入し、次いで、タンディッシュに注入された溶鋼を、タンディッシュ底部に設置されたノズルから鋳型内に鋳造する方法が広く用いられている。タンディッシュは、複数の鋳型に溶鋼を分配・供給する、溶鋼中の非金属介在物を浮上・分離させる、複数のヒートの連続連続鋳造（以下、「連々鋳」と記す）時の溶鋼の供給を継続させる、などの目的がある。その際、取鍋からタンディッシュへ注入される溶鋼の空気による酸化を防止するために、取鍋底部の溶鋼流出孔に接続させて耐火物製のロングノズルを配置し、ロングノズルの下端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させ、取鍋からタンディッシュへ注入される溶鋼と空気とを遮断することによって、溶鋼の空気による酸化を防止する方法が広く行われている。

取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入量を制御するために、取鍋底部の溶鋼流出孔には、所謂、スライディングノズル或いはロータリーノズルなどと呼ばれる、摺動する耐火物製のプレート（以下、「摺動板」と記す）を供えた溶鋼流量制御装置が設置されている。この溶鋼流量制御装置は、摺動板の開口部を、固定されて配置された耐火物製のプレート（以下、「固定板」と記す）の開口部に合わせ、溶鋼を流出するようになっている。また、両者の開口部面積を調整することで、溶鋼の流出量が調整できるようになっている。

この溶鋼流量制御装置では、初期開口のために固定板の上部の溶鋼流出孔内には珪砂を主成分とする充填材が充填されており、固定板及び摺動板の開口部を合わせたときに、充填材自体の自重及び取鍋内の溶鋼による重力によって充填材が抜け出し、自然に開口するようになっている。尚、この自然に開口する場合の比率を「自然開口率」と称している。自然に開口しない場合には、充填材に酸素ガスを吹き込むなどして強制的に流出させる必要があり、そのときには、この部位の鋳片は空気或いは吹き込んだ酸素ガスによって酸化されるので品質が低下し、そのため、鋳片の表面手入れ方法を強化する、製品の検査を厳しくする、などの運用変更を余儀なくされる。

しかし、通常の使用状況においては高い自然開孔率が得られるが、空気と遮断するために溶鋼流量制御装置の溶鋼流出孔にロングノズルを接続し、且つ、このロングノズルの先端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させると、ロングノズルの内部に閉じ込められた空気が、ロングノズルの内部に流入して溶鋼によって圧縮されると同時に、溶鋼及び予熱されているロングノズルによって加熱されて膨張し、ロングノズルの内部の圧力が上昇する。そのため、この状態で開口させると、ロングノズル内部の圧力上昇に起因して充填材が円滑に流下せず、開孔不良を生じるという問題があった。

この問題を解決するために、本発明者等は先に特許文献１を提案した。この技術は、閉鎖状態の溶鋼流量制御装置においてロングノズルの内部と外気とを連通するための溝を、固定板或いは摺動板に設け、ロングノズルの先端を浸漬させた際のロングノズル内部の圧力を大気圧と同等にするという技術である。
特開２００３−１４５２５５号公報

特許文献１に提案された技術により、ロングノズルの先端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させた状態で開口した場合の自然開口率は大幅に向上した。しかしながら、ロングノズルの先端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させない場合に比べると、依然として自然開口率は低いままであった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、特許文献１に提案される溶鋼流量制御装置を備えた取鍋を用いて連々鋳の取鍋交換時に次ヒートの溶鋼をタンディッシュ内に注入するに当たり、取鍋の溶鋼流量制御装置に接続して取り付けたロングノズルの先端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させて開口しても、高い自然開口率で開口させることができる、鋼の連続鋳造方法を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決すべく、調査検討した。その結果、ロングノズルの内部と外気とを連通するための溝を設置していても、ロングノズルの内部の空気は、ロングノズルの先端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させたなら直ちに排出完了するわけではなく、ロングノズルの先端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させてから１０秒間程度の時間を経過しないと、ロングノズルの内部は大気圧と同等にはならないことが判明した。即ち、ロングノズルの先端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させた後、ロングノズルの内部が大気圧と同等になるまでは、ロングノズルの内部と外気とを連通させた状態に維持しなければならないとの知見を得た。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、固定板と摺動板とを有する溶鋼流量制御装置を閉止状態とし且つ溶鋼流量制御装置よりも上部側の溶鋼流出孔内に充填材が充填された状態で、溶鋼流量制御装置の下部に接続されたロングノズルをタンディッシュ内の溶鋼中に浸漬したときに、ロングノズルの内部と外気とを連通するための大気圧連通手段として、閉止状態の前記摺動板の開口部が位置する、前記固定板の摺動面の部位から該固定板の側面にまで至り、前記摺動板の開口部が前記固定板の開口部と重なるときには前記摺動板の開口部と外気は連通せず、閉止状態のときには前記摺動板の開口部と外気が連通する大気連通溝を有する溶鋼流量制御装置が、その底部に設置された溶鋼保持容器を用い、当該溶鋼保持容器からタンディッシュへの溶鋼の注入を開始するに際し、前記ロングノズルの先端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させてから１０秒以上経過し、ロングノズルの内部の圧力が大気圧と同等になった後に溶鋼流量制御装置を作動させ、溶鋼保持容器からタンディッシュへの溶鋼の注入を開始することを特徴とするものである。

本発明によれば、ロングノズルの内部の圧力が大気圧と同等になってから溶鋼流量制御装置を作動させるので、溶鋼流量制御装置の作動時には、ロングノズルの内部の圧力は、ロングノズルの先端を溶鋼に浸漬させない場合と同等の圧力となり、従って、ロングノズルの先端を溶鋼に浸漬させない場合と同等の高い自然開口率で開口させることができる。その結果、鋳片の品質が向上する及び鋳片の運用変更が回避されるなど、工業上有益な効果がもたらされる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明を実施した連続鋳造設備の概略図、図２は、図１におけるロングノズルの取り付け構造の詳細図である。

図１及び図２において、内面を耐火物で施工されたタンディッシュ１が、タンディッシュカー（図示せず）に搭載されて鋳型３の上方所定位置に配置され、また、タンディッシュ１の上方所定位置には、溶鋼８を収容した取鍋２が溶鋼保持容器として配置されている。取鍋２の底部には、鉄皮１４を貫通し、取鍋耐火物１５と嵌合する上ノズル７が設置され、この上ノズル７の下面に接して、固定板１０、摺動板１１及び整流ノズル１２からなるスライディングノズル４が溶鋼流量制御装置として設置され、更に、スライディングノズル４の下面に接して、大気を遮断するためのロングノズル５が接続され、取鍋２からタンディッシュ１への溶鋼流出孔１３が形成されている。摺動板１１は、往復型アクチュエーター（図示せず）に接続されており、往復型アクチュエーターの作動により、固定板１０と密に接触したまま移動し、固定板１０の開口部と摺動板１１の開口部との開口部面積を調整することにより溶鋼流出孔１３を通過する溶鋼量が制御されるようになっている。

即ち、取鍋２に収容された溶鋼８は、溶鋼流量制御装置として設置されたスライディングノズル４によって流量を調整されながら、タンディッシュ１に滞在する溶鋼８にその先端を浸漬させたロングノズル５を介してタンディッシュ１に注入され、タンディッシュ１に注入された溶鋼８は、タンディッシュ１の底部に設置された浸漬ノズル６を介して鋳型３に鋳造される。鋳型３に鋳造された溶鋼８は、鋳型３と接触して冷却されて凝固シェル（図示せず）を形成し、外殻を凝固シェルとして内部を未凝固の溶鋼８とする鋳片９は鋳型３の下方に連続的に引き抜かれ、やがて中心部まで完全に凝固して鋳片９が製造される。鋳片９の引き抜き中は鋳型内の溶鋼湯面位置をほぼ一定位置に制御する。取鍋２からタンディッシュ１への溶鋼８の注入流はロングノズル５によって大気と遮断され、タンディッシュ１から鋳型３への溶鋼８の注入量は浸漬ノズル６によって大気と遮断されている。

このようにして鋳造することで、取鍋２に収容された溶鋼８はやがて無くなる。更に、連続鋳造を続ける場合、空になった取鍋２を取り除き、溶鋼８を収容した別の取鍋２をタンディッシュ１の上方所定位置に配置し、スライディングノズル４の下部に接続させたロングノズル５の先端をタンディッシュ１に滞在する溶鋼８に浸漬させる。この場合、新たに配置される取鍋２のスライディングノズル４は閉止の状態になっている。この状態、即ち、スライディングノズル４を閉止状態とし、ロングノズル５の先端をタンディッシュ１に滞在する溶鋼８に浸漬させた状態を図３に示す。図３に示すように、上ノズル７の部位の溶鋼流出孔１３には、初期開口のために、珪砂を主成分とする充填材１９が充填されている。

本発明で使用するスライディングノズル４の固定板１０には、スライディングノズル４を閉止状態としたときにロングノズル５の内部と外気とを連通するために、大気圧連通手段が設置されている。具体的には、ロングノズルの内部と外気とを連通する大気連通溝１６及び大気連通溝１７が設置されている。この固定板１０を摺動板１１との摺動面側から見た図を、図４に示す。図４において、符号１８は開口部であり、Ｓはスライディングノズル４を閉止状態としたときに摺動板１１の開口部が位置する部位である。

図４に示すように、固定板１０の摺動面には、部位Ｓの範囲から固定板１０の側面に至る１本の大気連通溝１６と、２本の大気連通溝１７とが設置されており、図３に示すように、スライディングノズル４を閉止状態にすると、大気連通溝１６及び大気連通溝１７を介してロングノズル５の内部は外気と連通するように構成されている。尚、図２などに示すように、摺動板１１の開口部が固定板１０の開口部１８と重なるときには、大気連通溝１６及び大気連通溝１７は摺動板１１の開口部とは連通しないように大気連通溝１６及び大気連通溝１７の位置が設定されている。

溶鋼８を収容した別の取鍋２をタンディッシュ１の上方所定位置に配置し、スライディングノズル４の下部に接続させたロングノズル５の先端をタンディッシュ１に滞在する溶鋼８に浸漬させると、ロングノズル５の浸漬部には溶鋼８が流入してくる。大気連通溝１６及び大気連通溝１７が設置されていない場合には、ロングノズル５の内部の空気は、溶鋼８及びロングノズル５によって加熱されると同時に下部から流入してくる溶鋼８によって圧力が上昇するが、本発明で使用する固定板１０には大気連通溝１６及び大気連通溝１７が設置されているので、ロングノズル５の内部の空気は大気連通溝１６及び大気連通溝１７を介して外気に流出する。

但し、圧力が上昇したロングノズル５の内部の空気が大気連通溝１６及び大気連通溝１７を介して流出し、ロングノズル５の内部が大気圧と同等になるには或る程度の時間を必要とするので、この時間が経過するまでは、スライディングノズル４を作動させず、図３に示す状態、つまり閉止状態を維持する。この時間は１０秒間程度であれば十分であるが、大気連通溝１６及び大気連通溝１７の設置数及びその断面積によって異なるので、予め圧力計などを用いてロングノズル５の内部の圧力を測定することが好ましい。一旦測定した後は、その都度圧力を測定する必要はなく、経過時間によって対処することができる。

そして、ロングノズル５の内部が大気圧とほぼ同等になったなら、スライディングノズル４を作動させて摺動板１１の開口部を固定板１０の開口部に合わせる。ロングノズル５の内部の圧力は大気圧とほぼ同等であるので、充填材１９は円滑に上ノズル７の部位から流下し、スライディングノズル４は自然に開口する。開口後は、タンディッシュ１に滞在する溶鋼量がほぼ一定になるように、スライディングノズル４の開度を調整しながら、溶鋼８の注入を継続する。

本発明では、このようにして取鍋２からタンディッシュ１への溶鋼８の注入を開始するので、スライディングノズル４の作動時には、ロングノズル５の内部の圧力は、ロングノズル５の先端を溶鋼８に浸漬させない場合と同等の圧力となり、従って、ロングノズル５の先端を溶鋼８に浸漬させない場合と同等の高い自然開口率で開口させることができる。

尚、上記説明は、溶鋼流量制御装置として、１つの固定板と１つの摺動板とからなるスライディングノズル４の例で説明したが、２つの固定板の間を１つの摺動板が摺動するスライディングノズルであっても、摺動板に大気連通溝を設置することで、上記に従って本発明を適用することができる。また、上記のスライディングノズルは摺動板が直線上を往復移動する型式であるが、摺動板が固定板に対して回転する型式の溶鋼流量制御装置であっても、上記に従って本発明を適用することができる。要は、溶鋼流量制御装置を閉止状態にしたときにロングノズルの内部と外気とを連通する大気連通溝を備えている溶鋼流量制御装置を使用する限り、溶鋼流量制御装置の型式はどのようであっても構わない。更に、ロングノズル５の内部と外気とを連通するための大気圧連通手段として、大気連通溝１６及び大気連通溝１７を合計３個設置しているが、１つ以上設置される限り、設置数は幾つであっても構わない。

図１〜４に示す連続鋳造設備を用いて本発明を実施（本発明例）した。固定板に設置した大気連通溝の断面形状は、幅１０ｍｍ、深さ５ｍｍの長方形とした。そして、ロングノズルを浸漬させて１０秒経過した時点で、スライディングノズルを作動させ、取鍋からタンディッシュへの注入を開始した。また、比較のために、大気連通溝が設置されていない固定板を使用した場合（従来例）と、固定板に大気連通溝が設置されているものの、ロングノズルの先端を浸漬させた直後にスライディングノズルを作動させた場合（比較例）も実施した。そして、各々１００チャージ以上の浸漬開口作業を実施し、自然開口をしなかった比率（自然開口失敗率）を調査し比較した。図５に調査結果を示す。

図５に示すように、本発明を適用することにより自然開口失敗率は０．４％に低減された。この数値は、ロングノズルを浸漬させずに開口した場合と同等であった。一方、従来例の自然開口失敗率は１１．６％、比較例の自然開口失敗率は３．４％であった。

本発明を実施した連続鋳造設備の概略図である。図１におけるロングノズルの取り付け構造の詳細図である。本発明の実施の形態を示す図であって、スライディングノズルを閉止状態とし、ロングノズルの先端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させた状態を示す図である。本発明で使用する固定板の概略図である。実施例１における自然開口失敗率を調査した結果を示す図である。

符号の説明

１タンディッシュ
２取鍋
３鋳型
４スライディングノズル
５ロングノズル
６浸漬ノズル
７上ノズル
８溶鋼
９鋳片
１０固定板
１１摺動板
１２整流ノズル
１３溶鋼流出孔
１４鉄皮
１５取鍋耐火物
１６大気連通溝
１７大気連通溝
１８開口部
１９充填材

Claims

固定板と摺動板とを有する溶鋼流量制御装置を閉止状態とし且つ溶鋼流量制御装置よりも上部側の溶鋼流出孔内に充填材が充填された状態で、溶鋼流量制御装置の下部に接続されたロングノズルをタンディッシュ内の溶鋼中に浸漬したときに、ロングノズルの内部と外気とを連通するための大気圧連通手段として、閉止状態の前記摺動板の開口部が位置する、前記固定板の摺動面の部位から該固定板の側面にまで至り、前記摺動板の開口部が前記固定板の開口部と重なるときには前記摺動板の開口部と外気は連通せず、閉止状態のときには前記摺動板の開口部と外気が連通する大気連通溝を有する溶鋼流量制御装置が、その底部に設置された溶鋼保持容器を用い、当該溶鋼保持容器からタンディッシュへの溶鋼の注入を開始するに際し、前記ロングノズルの先端をタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させてから１０秒以上経過し、ロングノズルの内部の圧力が大気圧と同等になった後に溶鋼流量制御装置を作動させ、溶鋼保持容器からタンディッシュへの溶鋼の注入を開始することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。