JP5637087B2

JP5637087B2 - 連続鋳造方法

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Publication number: JP5637087B2
Application number: JP2011152187A
Authority: JP
Inventors: 信太郎大賀; 塚口　友一; 友一塚口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2014-12-10
Anticipated expiration: 2031-07-08
Also published as: JP2013018014A

Description

本発明は、タンディッシュ内からスライディングゲートを経て浸漬ノズルに至る溶鋼経路の内面と前記溶鋼経路を通過する溶鋼との間に電位差を与えて通電しつつ連続鋳造する方法に関し、特に連続鋳造操業の安定化、及び鋳片への介在物低減による品質の安定化を図る方法に関するものである。

鋼の連続鋳造において、鋳型内へ溶鋼を注入する際に使用する浸漬ノズルの内壁が、溶鋼中の介在物によって閉塞することで、鋳造時間の長期化、及び鋳造開始から１００分以上経過後の鋳造末期の鋳片品質悪化が問題となっている。

従って、鋼の連続鋳造において、タンディッシュから浸漬ノズルに至る溶鋼経路の内壁への、アルミナ等に代表される非金属介在物の付着による溶鋼経路の閉塞防止は重要な課題である。

そこで、前記アルミナ等による溶鋼経路の閉塞防止を目的として、従来から多くの対策が実施されてきた。例えば特許文献１では、溶鋼経路に不活性ガスを吹き込むことで、アルミナ等の非金属介在物の付着反応を抑制するという方法が提案されている。

この特許文献１で提案されたようなガスの吹き込み技術では、吹き込みガス量の増大に伴って非金属介在物の付着量は減少する。しかしながら、吹き込みガス量の増加に伴い、鋳片にピンホールが捕捉される量が増加し、鋳片欠陥の原因となる。

また、特許文献２では、タンディッシュの上ノズルからスライディングゲートを経て浸漬ノズルに至る溶鋼経路の全体または一部が一方の電極を構成し、溶鋼経路の内面と溶鋼との間に電位差を与えて通電する鋼の連続鋳造方法が提案されている。

すなわち、特許文献２で提案された方法では、前記一方の電極を構成する耐火物を除く他の部位に対極を設けて溶鋼経路との間に通電回路を構成している。そして、前記一方の電極の極性と対極の極性が１〜１００m秒の周期で陰／陽繰り返して入れ替わり、かつ前記一方の電極が陰極で対極が陽極である時間又は／及び期間の平均電位差が、陰極と陽極が前記と逆の場合よりも長いか又は大きくして、前記一方の電極が陰極で対極が陽極となるように通電している。このようにすることで、溶鋼経路の内面への非金属介在物の付着量を低減して溶鋼経路の閉塞を防止する効果を狙っている。

特許文献２で提案された方法の場合、電流の印加タイミングによって浸漬ノズルの内壁閉塞抑制効果が変化するが、特許文献２では、電流の印加タイミングについての考察が成されていない。また、対極と溶鋼の接触面積についての考察も成されていないが、発明者らの実験によれば、対極と溶鋼の接触面積が狭くなると取鍋交換時に通電が切断されることが判明している。通電が切断した場合、特許文献２に記載の発明の効果は得られない。

特開平０４−３１９０５５号公報国際公開２００８／０９０６４９号パンフレット

本発明が解決しようとする問題点は、鋼の連続鋳造において、特に浸漬ノズルの内壁への非金属介在物の付着による溶鋼経路の閉塞防止は重要な課題であるが、効果的に溶鋼経路の閉塞を抑制できる方法はないという点である。

本発明の連続鋳造方法は、
浸漬ノズルの内壁への非金属介在物の付着による溶鋼経路の閉塞を効果的に抑制するために、
タンディッシュ内からスライディングゲートを経て浸漬ノズルに至る溶鋼経路を構成する浸漬ノズル
、この一方の電極と、前記溶鋼経路を流れる溶鋼と、タンディッシュと電気的に接続しないように、タンディッシュ内の溶鋼に浸漬すべく配置した他方の電極となる対極とで通電回路を構成し、一方の電極と他方の電極の極性が１〜１００m秒の周期で陰と陽が入れ替わるように、前記溶鋼経路の内面と溶鋼経路を通る溶鋼との間に電位差を与えて通電する連続鋳造方法において、
鋳込み開始と同時、もしくは鋳込み開始から３０分以内に、前記一方の電極の時間平均電位が陰極の値となるよう電流を印加し、
かつ、連続鋳造を連続操業する時の取鍋交換時においても継続的に電流を印加することを最も主要な特徴としている。

本発明において、「時間平均電位」とは、瞬時における電位値を対象時間において平均した値をいう。

上記の本発明では、鋳込み開始から３０分以内に、溶鋼経路の全体又は一部で構成された一方の電極の時間平均電位が陰極の値となるよう電流を継続して印加することで、浸漬ノズルの内壁に塗布している酸化防止剤（SiO₂）及びFeOの還元反応を抑制して安定的に保持できる。

本発明では、浸漬ノズルの内壁に塗布している酸化防止剤（SiO₂）及びFeOの還元反応を抑制して安定的に保持できるので、浸漬ノズルの内壁の閉塞を効果的に抑制することができる。

本発明の連続鋳造方法を実施するための装置構成の一例を示した模式図である。対極から溶鋼を介して浸漬ノズルが陰極となるように印加する電流の波形の一例を示した図である。鋳造開始から電流印加までの時間と、浸漬ノズル内へ付着する耐火物等の付着速度の関係を示した図である。鋳造時間と実効電流値の関係を示した図である。取鍋交換時における電流の印加の有無と、浸漬ノズル内へ付着する耐火物等の付着速度の関係を示した図である。溶鋼と対極の接触面積と、浸漬ノズル内へ付着する耐火物等の付着速度の関係を示した図である。対極から溶鋼を介して浸漬ノズルが陰極となるように印加する電流の実効電流値と、浸漬ノズル内へ付着する耐火物等の付着速度の関係を示した図である。電流非印加時（比較例１）と、比較例２〜１０と、発明例１〜１１において、浸漬ノズル内へ付着する耐火物等の付着速度を示した図である。比較例１と発明例２，５，８における実効電流値と、浸漬ノズル内へ付着する耐火物等の付着速度の関係を示した図である。

本発明では、浸漬ノズルの内壁への非金属介在物の付着による溶鋼経路の閉塞を効果的に抑制するという目的を、鋳込み開始から３０分以内に、例えば一方の電極となる浸漬ノズルの時間平均電位が陰極の値となるよう電流を継続して印加することで実現した。

以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を用いて説明する。
図１は本発明の連続鋳造方法を実施するための装置構成の一例を示した模式図である。

１は取鍋から供給される溶鋼２を受け取るタンディッシュであり、タンディッシュ１に供給された溶鋼２は、上ノズル３を通過してスライディングゲート４により流量を制御された後、浸漬ノズル５を介して鋳型６に注入される。鋳型６に注入された溶鋼２は、鋳型６からの抜熱作用により、鋳型６との接触部から凝固殻７を形成し、下方に引き抜かれて鋳片となる。

このような連続鋳造を実施する装置において、タンディッシュ１内からスライディングゲート４を経て浸漬ノズル５に至る溶鋼経路のうちの、例えば電気伝導性を有する浸漬ノズル５を一方の電極とする。また、タンディッシュ１と電気的に接続しないように、タンディッシュ１内の溶鋼２に浸漬すべく、タンディッシュ上蓋８に絶縁体９を介して他方の電極となる対極１０を配置する。

そして、前記対極１０及び浸漬ノズル５と、前記溶鋼経路を流れる溶鋼２とで通電回路を構成し、浸漬ノズル５と対極１０の極性が１〜１００m秒の周期で陰と陽が入れ替わるように、パルス発信器を備えた電源装置１１から溶鋼経路の内面と溶鋼２との間に電位差を与えて通電する。

このような連続鋳造方法において、発明者らが浸漬ノズル５の内壁閉塞抑制効果を安定的に発揮させることについて実験を重ねた結果、電流の印加タイミングが大きな影響を及ぼすことを知見した。

すなわち、上記連続鋳造方法において、鋳込み開始と同時、もしくは鋳込み開始から３０分以内に、対極１０から溶鋼２、溶鋼２から浸漬ノズル５へと、例えば図２に示すような波形で、浸漬ノズル５の時間平均電位が陰極となるような電流を継続的に印加するのである。

上記方法によれば、浸漬ノズル５の内壁に塗布している酸化防止剤（SiO₂）及びFeOの還元反応を抑制できて鋳込み開始と共に溶鋼２内に流れることを抑制でき、耐火物表面に酸化防止剤（SiO₂）およびFeOを安定的に保持することができる。

従って、浸漬ノズル５の内壁へのAl₂O₃等の酸化物の鋳造初期における付着抑制効果を安定的に発揮できることになって（図３参照）、浸漬ノズル５の閉塞抑制により長時間鋳造時間の制約を延長することが可能となる。また、浸漬ノズル５の閉塞を抑制することで、浸漬ノズル５内の溶鋼流動が著しく乱れる片流れ等の現象を抑制することができる。

その際、連続鋳造を連続して操業する連々続鋳造時の取鍋交換時においても、図４に示すように、継続的に電流を印加することで、浸漬ノズル５の内壁への介在物の付着を抑制する効果が増加する（図５参照）。

また、発明者らの実験結果によれば、上記の本発明方法による鋳込み中、前記対極１０の溶鋼２との接触面積が１１０cm²以上となるように溶鋼２に浸漬させることで、安定的な通電を確保でき、浸漬ノズル５の内壁への耐火物等の付着抑制効果を安定的に発揮できることが判明した（図６参照）。

また、発明者らの実験結果によれば、上記本発明方法においては、実効電流値が５０A以上の時、浸漬ノズル５の内壁に付着する介在物の量が低位となることが判明した（図７参照）。この実効電流値を増加させることで浸漬ノズル５の内壁に付着する介在物量は減少していくが、１０００Aを超えるような電流は配線断面極太化で配線取り扱い困難である。従って、本発明における実効電流値は、１０００A以下が適切であると考えられる。

以下、本発明を成立する際に行った実験の一例について説明する。
本発明の実験条件を下記表１に、実験に供した溶鋼の主要な化学成分を下記表２に、実験結果を下記表３に示す。

実験設備は、先に説明した図１に示したものを使用した。ここで、時間平均電位は、図２に示したパルス波形で、浸漬ノズル側の極性が、陰極３．５m秒−陽極２．５m秒の電流が一定となるような通電となるように制御し、タンディッシュ上蓋に設置した対極が陽極、タンディッシュ下部の浸漬ノズルが陰極となるようにした。

ここで、浸漬ノズル内閉塞量の評価は、鋳造後の該浸漬ノズルを、軸芯を通る断面で縦方向に切断し、吐出孔部下端から１５０〜８００mmの範囲での該浸漬ノズル片側の付着厚みを専用のノギスにて計測し、鋳造時間で除した浸漬ノズル内付着速度の平均値で示した。

発明者らが行った実験から、浸漬ノズル内付着速度が０．０８mm／分を超えると片流れ等が発生しやすくなって鋳造不能に陥る可能性が高いため、浸漬ノズル閉塞抑制効果の閾値は０．００８mm／分以下とした。

電流印加開始を鋳込み開始から３０分以内とし、かつ取鍋交換時も継続的に電流を印加する発明例１〜１１の場合、前記条件の少なくともどちらか一方を充足しない比較例１〜１０と比較して大幅に浸漬ノズル内付着速度が減少した（図８参照）。

これらの発明例１〜１１と比較例１〜１０において、電流を印加しない比較例１と、溶鋼と対極との接触面積が１５０cm²の同じ発明例において印加電流値（実効電流値）を５０Ａとした発明例２と、１００Ａとした発明例５と、２００Ａとした発明例８の、浸漬ノズル内平均付着速度の差を評価した。その結果を図９に示すが、電流を印加しない比較例１と比べて、電流を印加した発明例２，５，８の浸漬ノズル内平均付着速度は減少することが分かる。

また、電流を印加しない比較例１と、溶鋼と対極との接触面積が１５０cm²で印加電流値（実効電流値）が５０Ａの発明例２を比較すると、印加電流値（実効電流値）を５０Ａまで増加することにより、浸漬ノズル内平均付着速度は０．０１３０mm／分から０．００７７mm／分に大幅に減少することが分かる。

そして、電流を印加した発明例２，５，８を比較すると、印加電流値（実効電流値）が増加することにより浸漬ノズル内平均付着速度は、０．００７７mm／分、０．００２４mm／分、０．００１９mm／分と減少している。これは、印加電流値を増加させることで、浸漬ノズル内壁へのAl₂O₃の付着が抑制されたことに起因するものである。

次に、印加電流値（実効電流値）が１００Ａの場合における印加時期について比較して浸漬ノズル内平均付着速度を評価した場合について説明する（図３参照）。

鋳込み開始と同時に電流の印加を開始した発明例５，１１及び比較例９と、鋳込み開始から１０分後に電流の印加を開始した発明例６及び比較例２と、鋳込み開始から２０分後に電流の印加を開始した発明例４及び比較例１０と、鋳込み開始から４０分後に電流の印加を開始した比較例５と、鋳込み開始から６０分後に電流の印加を開始した比較例６，８と、鋳込み開始から９０分後に電流の印加を開始した比較例７を比較した。

図３より、鋳込み開始と同時、或いは鋳込み開始から３０分以内に電流を印加することで、鋳込み開始から４０分以上経過してから印加するよりも、浸漬ノズル内閉塞厚が減少していることが分かる。これは、鋳込み開始から３０分以内に電流を印加していないことにより、酸化防止材として利用していた浸漬ノズル内壁に付着したスラグ層が溶鋼によって洗い流され、溶鋼と耐火物表面との濡れ性が悪くなり、溶鋼内のAl₂O₃が耐火物との界面に排斥され、浸漬ノズル内壁に付着したもの推測される。

以上より、鋳込み開始と同時、もしくは鋳込み開始から３０分以内に通電を開始することによって、付着防止効果が安定することが確認された。図３より、鋳込み開始から通電開始までの時間は短いほど好ましいことは言うまでもない。

また、印加電流値（実効電流値）が１００Ａで、溶鋼と対極との接触面積が１５０cm²の場合における連々続鋳造中にパルス電流を継続的に印加したか否での浸漬ノズル内壁付着速度についての評価を実施した。

その結果、鋳込み開始と同時に印加した図２に示したパルス電流を、連々続鋳造の取鍋交換時においても継続的に印加した発明例５では（図４の破線）、浸漬ノズル内平均付着速度は０．００２４mm／分であった。一方、連々続鋳造の取鍋交換時に図２に示したパルス電流を印加しなかった比較例９（図４の実線）では、浸漬ノズル内平均付着速度は０．００９９mm／分であった。

前記の結果を図５に示したが、この図５より取鍋交換時に電流を印加した発明例５は、取鍋交換時に非印加とした比較例９と比べて、浸漬ノズル内平均付着速度が大幅に減速していることが分かる。これは、取鍋交換時に電流を非印加とすることで、浸漬ノズル内に塗布している溶鋼との濡れ性が、浸漬ノズル内壁材質よりも良好である酸化防止材（スラグ層）が溶鋼によって洗い流され、その後の電流の効果が不安定となったものと推定される。

また、鋳込み開始と同時に、１００Ａの図２に示すパルス電流を印加した場合における浸漬ノズル内壁付着速度が、溶鋼と対極との接触面積によってどのように変化するのかについて調査した。

溶鋼と対極との接触面積が０、すなわちパルス電流を印加しない比較例１では、浸漬ノズル内平均付着速度は０．０１３０mm／分、溶鋼と対極との接触面積が５０cm²の比較例２では０．０１０７mm／分、溶鋼と対極との接触面積が１００cm²の発明例１１では０．００６０mm／分であった。

これに対して、溶鋼と対極との接触面積が１５０cm²の発明例５では、浸漬ノズル内平均付着速度は０．００２４mm／分であった。また、鋳込み開始から２０分後に電流を印加した場合ではあるものの、溶鋼と対極との接触面積が２５０cm²の発明例４では、浸漬ノズル内平均付着速度は０．００２４mm／分であった。

これらの結果を示した図６より、対極と溶鋼の接触面積が１１０cm²以上であれば、浸漬ノズル内壁に付着する介在物の量が大幅に減少することが確認できた。

上記のように、本発明方法により特許文献２で提案された連続鋳造方法における浸漬ノズル閉塞抑制効果を、大幅に改善することができた。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば、上記の例では電気伝導性を有する浸漬ノズル５を一方の電極としているが、電気伝導性を有さない場合は浸漬ノズル５に一方の電極を取り付ければよい。また、タンディッシュ内からスライディングゲートを経て浸漬ノズルに至る溶鋼経路であれば、浸漬ノズル５以外を一方の電極としても良い。

１タンディッシュ
２溶鋼
４スライディングゲート
５浸漬ノズル
１０対極
１１電源装置

Claims

タンディッシュ内からスライディングゲートを経て浸漬ノズルに至る溶鋼経路を構成する浸漬ノズル、この一方の電極と、前記溶鋼経路を流れる溶鋼と、タンディッシュと電気的に接続しないように、タンディッシュ内の溶鋼に浸漬すべく配置した他方の電極となる対極とで通電回路を構成し、一方の電極と他方の電極の極性が１〜１００m秒の周期で陰と陽が入れ替わるように、前記溶鋼経路の内面と溶鋼経路を通る溶鋼との間に電位差を与えて通電する連続鋳造方法において、
鋳込み開始と同時、もしくは鋳込み開始から３０分以内に、前記一方の電極の時間平均電位が陰極の値となるよう電流を印加し、
かつ、連続鋳造を連続操業する時の取鍋交換時においても継続的に電流を印加することを特徴とする連続鋳造方法。
鋳込み中、前記対極が溶鋼に１１０cm²以上浸漬していることを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
通電する電流の実効電流値が５０〜１０００Ａであることを特徴とする請求項１又は２に記載の連続鋳造方法。