JP5910578B2

JP5910578B2 - 鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP5910578B2
Application number: JP2013146507A
Authority: JP
Inventors: 則親荒牧; 孝平古米; 暢井上; 三木　祐司; 祐司三木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2016-04-27
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: JP2015016499A

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、詳しくは、タンディッシュから鋳型への溶鋼流出孔の一部を構成する上ノズルを介して溶鋼流出孔内を流下する溶鋼中に不活性ガスを吹き込みながら溶鋼を連続鋳造する鋼の連続鋳造方法に関する。

鋼の連続鋳造においては、溶鋼を酸化させることなくタンディッシュから鋳型へ供給するために、浸漬ノズルを使用している。また、浸漬ノズルからの溶鋼排出流量を制御するために、通常、固定板及び摺動板からなるスライディングゲートを使用している。浸漬ノズルの内壁には、溶鋼中に懸濁するアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）などの非金属介在物が付着し、その付着量は鋳造時間の経過に伴って増大し、付着量が多い場合には、浸漬ノズルの閉塞を引き起こし、鋳造を停止しなければならない場合も発生する。

そこで、この浸漬ノズルの閉塞を防止するために、タンディッシュ内に堰を設けてアルミナなどの非金属介在物の浮上分離を促進させたり、スライディングゲートの上方に配置された、タンディッシュから鋳型への溶鋼流出孔の一部を構成する上ノズル、或いは、スライディングゲートから、アルゴンガスなどの不活性ガスを溶鋼中に吹き込むことによって浸漬ノズル内を洗浄したりして、浸漬ノズル内壁への非金属介在物の付着を防止している。

このうちで、浸漬ノズル内壁への非金属介在物の付着防止効果が顕著であることから、上ノズルやスライディングゲートからアルゴンガスなどの不活性ガスを溶鋼中に吹き込む方法が一般的に行われており、種々の提案がなされている。

例えば、特許文献１には、スライディングゲートの固定板に０．４〜１．０ｍｍ及び０．１〜０．４ｍｍの大小２種類のガス吹き込み貫通孔を設け、鋳造中には、０．１〜０．４ｍｍのガス吹き込み貫通孔から５〜１５ＮＬ／ｍｉｎの不活性ガスを吹き込んで、浸漬ノズルの閉塞を防止する方法が提案されている。

特許文献２には、上ノズルに配置したポーラス煉瓦からアルゴンガスを吹き込む際に、アルゴンガスの吹き込み流量を３．０〜５．０ＮＬ／溶鋼−トンとして鋳造速度に応じて変更する方法が提案されている。

特許文献３には、上ノズルの外周から内周に貫通する直径が３００μｍ以下のガス吹き込み貫通孔を上下複数段に分けて設置し、ガス吹き込み貫通孔の各段ごとに独立して不活性ガス流量を制御可能な上ノズルが提案されている。また、この上ノズルを使用することで、ガス背圧を０．７〜０．９ｋｇｆ／ｃｍ²に維持したまま、３．０〜５．０ＮＬ／ｍｉｎの不活性ガスを１０チャージ以上連続して吹き込むことが可能になるとしている。

特許文献４には、上ノズル、スライディングゲートの固定板、浸漬ノズルの３箇所から窒素ガスを含有するガスを吹き込む際に、上ノズルからは、ガス背圧を約１０〜１５psi（0.703〜1.055kgf/cm²）として８〜１２ＮＬ／ｍｉｎ、スライディングゲートの固定板からは、ガス背圧を約１２〜２０psi（0.844〜1.406kgf/cm²）として２〜６ＮＬ／ｍｉｎ、浸漬ノズルからは、ガス背圧を約１．５〜５．０psi（0.105〜0.352kgf/cm²）として２〜６ＮＬ／ｍｉｎのガスを吹き込む連続鋳造方法が提案されている。

しかしながら、特許文献１〜４を適用して鋳造された鋳片から熱間圧延によって製造される鋼製品では、ＨＩＣ試験（ＨＩＣ：水素誘起割れ）において、鋼製品の表面側（鋳片表層部に相当する部位）でＨＩＣが発生することがあった。

ここでＨＩＣとは、サワーガス環境で使用されるラインパイプ材などにおいて、腐食反応によって鋼内部に侵入した水素が鋼中の酸化物や炭窒化物などの非金属介在物の周囲に拡散・集積し、その内圧によって発生する割れであり、連続鋳造鋳片の厚み中心部の中心偏析に相当する部位で発生することが知られている。尚、ＨＩＣ試験とは、ＣＨ₃ＣＯＯＨを添加したＮａＣｌ水溶液にＨ₂Ｓを飽和させたｐＨ＝１．０〜５．０の試験溶液中に試験片を９６時間浸漬させ、その後、試験片の板厚方向に超音波探傷してＨＩＣの発生の有無を調査する試験である。

本発明者らは、鋳片表層部に相当する位置で発生するＨＩＣの発生機構について試験・調査した。

試験は、ＨＩＣ試験にて鋳片表層部に相当する部位で発生したＨＩＣの部位に残存するガス成分をガスクロマトグラフィーにて分析した。その結果、ＨＩＣが発生した部位に残存するガス成分は、アルゴンガスが主たる成分であることが判明した。つまり、ＨＩＣの発生は、溶鋼中に吹き込まれたアルゴンガスなどの不活性ガスの一部が、鋳型内溶鋼中を浮上中に凝固シェルに捕捉され、気泡として鋳片内に残留したものが原因であることが判明した。

即ち、特許文献１〜４は、吹き込み条件が適切ではなく、上ノズルや浸漬ノズルなどから溶鋼流出孔内を流下する溶鋼中に吹き込まれたアルゴンガスなどの不活性ガスが鋳片に気泡として捕捉される。つまり、溶鋼に混合して浸漬ノズルから鋳型内に排出された不活性ガスの気泡は、溶鋼との比重差の関係から鋳型内溶鋼湯面に大部分が浮上するが、一部の気泡は、溶鋼を浮上中に鋳片の凝固シェルに捕捉され、そのまま気泡として鋳片内に残留する。

この鋳片内に残留した気泡は、熱間圧延後も圧着されず、また、未圧着の気泡の周辺には、ニオブ（Ｎｂ）やチタン（Ｔｉ）の炭窒化物などの粗大な非金属介在物が存在しており、この粗大な非金属介在物を起点としてＨＩＣが発生する。このＨＩＣは、カルシウム（Ｃａ）処理により、非金属介在物の形態制御を施した耐ＨＩＣ対策鋼であっても発生する。

特開昭６１−２０６５９号公報特開平２−３７９４８号公報実開平２−１６２５２号公報特開２０００−７９４５３号公報

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、タンディッシュから鋳型への溶鋼流出孔を流下する溶鋼中に吹き込まれる不活性ガスの鋳片への残留気泡に起因したＨＩＣの発生を防止することができると同時に、アルミナなどの非金属介在物の付着による浸漬ノズルの閉塞を防止することのできる鋼の連続鋳造方法を提供することである。

本発明者らは、上記課題を解決するべく、鋭意検討・研究を行った。

ＨＩＣを防止する手段として、特開２０００−１２６８５１号公報には、上ノズル、スライディングゲート及び浸漬ノズルからの不活性ガスの吹き込みを行わずに連続鋳造することが効果的であることが開示されている。但し、同号公報では、不活性ガスを吹き込まない連続鋳造においては浸漬ノズルの閉塞が問題であるとして、溶鋼中のカルシウム濃度を０．００１０〜０．００５０質量％として、非金属介在物をＣａ−Ａｌ−Ｏ系とし、ノズル閉塞の原因となるアルミナの生成を防止することが必要であるとしている。つまり、カルシウム処理によって、アルミナをＣａ−Ａｌ−Ｏ系介在物に形態制御する必要があるとしている。

しかしながら、タンディッシュから鋳型への溶鋼流出孔内を流下する溶鋼中に不活性ガスを吹き込まない場合には、ガスが溶鋼中を浮上することによる鋳型内での溶鋼攪拌効果が失われるので、鋳型内溶鋼湯面への熱供給が不足する。これにより、モールドパウダーの溶融不良や、鋳型内溶鋼湯面で溶鋼の凝固が発生して、所謂ディッケルと呼ばれる浮沈塊が沈降して鋳片の内部に滞留することによって新たな欠陥が発生する。この欠陥は、鋼製品製造時の圧延加工において、強度不足や内部割れを誘発する重篤な欠陥であり、圧延後の鋼製品は超音波探傷試験で不合格となる。

そこで、本発明者らは、タンディッシュの上ノズルから不活性ガスを吹き込むことを前提として試験・研究した。その結果、或る特定の条件下で不活性ガスを吹き込むことで、吹き込まれる不活性ガスは鋳造される鋳片には残留せず、不活性ガスの鋳片への残留気泡に起因したＨＩＣの発生を防止することができるとの知見を得た。また、その場合に、非金属介在物の付着による浸漬ノズルの閉塞も防止できるとの知見も得た。

本発明は上記知見に基づきなされたものであり、その要旨は以下のとおりである。
［１］連続鋳造におけるタンディッシュから鋳型への溶鋼流出孔の一部を構成する上ノズルを介して前記溶鋼流出孔内を流下する溶鋼中に不活性ガスを吹き込みながら溶鋼を連続鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、前記上ノズルは、外周を鉄皮で被覆され、且つ、外周から内周に貫通する直径が１００μｍ以上４００μｍ以下の複数のガス吹き込み貫通孔を備えており、該上ノズルから２ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下のアルゴンガス、窒素ガスまたはアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを、前記溶鋼流出孔内を流下する溶鋼中に吹き込むときのガスの背圧が１．５ｋｇｆ／ｃｍ²（≒１４７ｋＰａ）以上５．０ｋｇｆ／ｃｍ²（≒４９０ｋＰａ）以下となるように、前記ガス吹き込み貫通孔の設置数が設定された前記上ノズルを使用し、該上ノズルを介して前記溶鋼流出孔内を流下する溶鋼中に２ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下のアルゴンガス、窒素ガスまたはアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを吹き込むことを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。

本発明によれば、外周から内周に貫通する直径が１００μｍ以上４００μｍ以下の複数のガス吹き込み貫通孔を備えた上ノズルを介して、２ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下のアルゴンガス、窒素ガスまたはアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを、ガスの背圧が１．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上５．０ｋｇｆ／ｃｍ²以下となる条件で溶鋼流出孔内を流下する溶鋼中に吹き込むので、吹き込まれるアルゴンガスや窒素ガスは鋳造される鋳片には残留せず、吹き込まれたガスの鋳片への残留気泡に起因したＨＩＣ（水素誘起割れ）の発生を防止することができるとともに、アルゴンガスや窒素ガスの洗浄効果により浸漬ノズル内壁へのアルミナなどの非金属介在物の付着が防止され、浸漬ノズルの閉塞を防止することができる。更に、吹き込まれたガスが鋳型内の溶鋼中を浮上することによって鋳型内溶鋼湯面は攪拌されるので、モールドパウダーの溶融不足や鋳型内溶鋼湯面での溶鋼の凝固が防止され、これらに起因するモールドパウダー性欠陥などが未然に防止される。

本発明が適用されるスラブ連続鋳造設備の鋳型部の概略縦断面図である。上ノズルの拡大概略縦断面図である。ＨＩＣ発生指数とガス吹き込み貫通孔の直径との関係の調査結果を示す図である。浸漬ノズル閉塞指数及びモールドパウダー性欠陥指数と吹き込みガス流量との関係の調査結果を示す図である。超音波探傷不合格指数と吹き込みガス流量との関係の調査結果を示す図である。超音波探傷不合格指数及びモールドパウダー性欠陥指数と吹き込みガスの背圧との関係の調査結果を示す図である。

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、本発明の形態例を示す図であって、本発明が適用されるスラブ連続鋳造設備の鋳型部の概略縦断面図である。

図１において、相対する鋳型長辺８と、この鋳型長辺８に挟持された、相対する鋳型短辺９とを具備した鋳型７の上方所定位置に、外殻を鉄皮１１で覆われ、内部を耐火物１２で施行されたタンディッシュ１０が配置されている。タンディッシュ１０の底部には、耐火物１２と嵌合する上ノズル１３が設置され、そして、上ノズル１３の下面に接して、上部固定板１８、摺動板１９、下部固定板２０及び整流ノズル２１からなるスライディングゲート１５が配置され、更に、スライディングゲート１５の下面に接して、下部に一対の吐出孔１７を有する浸漬ノズル１６が配置され、上ノズル１３、スライディングゲート１５、浸漬ノズル１６から構成される、タンディッシュ１０から鋳型７への溶鋼流出孔２２が形成されている。

上ノズル１３の拡大概略縦断面図を図２に示す。上ノズル１３は、耐火物１２と接触する側の外周を鉄皮１３ｂで被覆された、中心部に溶鋼流出孔２２として内孔を形成する成形煉瓦１３ａからなり、鉄皮１３ｂは不活性ガス供給配管１４と接続されている。また、成形煉瓦１３ａと鉄皮１３ｂとの間には、均圧室１３ｃが設けられ、この均圧室１３ｃに開口して、成形煉瓦１３ａには、外周から内周（内孔）に貫通する直径が１００μｍ以上４００μｍ以下の複数のガス吹き込み貫通孔１３ｄが形成されている。即ち、不活性ガス供給配管１４から上ノズル１３に供給された不活性ガスは、均圧室１３ｃで均圧された後、ガス吹き込み貫通孔１３ｄを介して、上ノズル１３の内部の溶鋼流出孔２２に吹き込まれるように構成されている。不活性ガスとしては、アルゴンガス（Ａｒガス）若しくは窒素ガス（Ｎ₂ガス）、またはアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを使用する。ガス吹き込み貫通孔１３ｄは、例えば、成形煉瓦１３ａの成形時に所定の直径の繊維体を成形煉瓦１３ａの内部に配置し、その後の成形煉瓦１３ａの焼成時に繊維体を燃焼・消失させることで形成される。

摺動板１９は、往復型アクチュエーター（図示せず）と接続されており、往復型アクチュエーターの作動によって、摺動板１９は、上部固定板１８と下部固定板２０との間をこれらの固定板と接触したまま移動する。摺動板１９を移動させて、摺動板１９と上部固定板１８及び下部固定板２０とで形成する開口部面積を調整することにより、溶鋼流出孔２２を通過する溶鋼量が制御される。

鋳型７の下方には、鋳造される鋳片５を支持するための複数のガイドロール（図示せず）と鋳片５を鋳型７の下方に引き抜くための複数のピンチロール（図示せず）とが設置され、ガイドロール及びピンチロールが設置される範囲は、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレノズルが配置された、鋳片５を冷却するための二次冷却帯（図示せず）となっている。本発明を適用するスラブ連続鋳造機は、このようにして構成されている。

このように構成されるスラブ連続鋳造機において、溶鋼１を取鍋（図示せず）からタンディッシュ１０に注入し、タンディッシュ１０に所定量の溶鋼１を滞在させた状態で、摺動板１９を開き、溶鋼流出孔２２を介して溶鋼１を鋳型７の内部空間（「キャビティ」ともいう）に注入する。溶鋼１は、浸漬ノズル１６の吐出孔１７から、鋳型短辺９に向かう吐出流４となって鋳型７に注入される。鋳型７に注入された溶鋼１は鋳型７により冷却され、鋳型７との接触面に凝固シェル２を形成する。そして、鋳型７に所定量の溶鋼１が注入されたなら、吐出孔１７を鋳型内の溶鋼１に浸漬した状態でピンチロールを駆動して、外殻を凝固シェル２として内部に未凝固の溶鋼１を有する鋳片５の引き抜きを開始する。引き抜き開始後は鋳型内溶鋼湯面３の位置をほぼ一定位置に制御しながら、鋳造速度を増速して所定の鋳造速度とする。鋳型内溶鋼湯面３の上にはモールドパウダー６を添加する。モールドパウダー６は溶融し、溶融したモールドパウダー６は、溶鋼１の酸化防止剤としての効果や、凝固シェル２と鋳型７との間に流れ込んで潤滑剤としての効果を発揮する。また、不活性ガス供給配管１４から、アルゴンガス若しくは窒素ガスまたはアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを上ノズル１３に供給し、供給したこれらのガスを、上ノズル１３のガス吹き込み貫通孔１３ｄを介して溶鋼流出孔２２を流下する溶鋼１に吹き込む。

この場合、溶鋼流出孔２２を流下する溶鋼１に吹き込むガス流量を２ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下の範囲とし、且つ、そのときのガスの背圧を１．５ｋｇｆ／ｃｍ²（≒１４７ｋＰａ）以上５．０ｋｇｆ／ｃｍ²（≒４９０ｋＰａ）以下とする。これは、ガス流量を２ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下の範囲としたときにガスの背圧が１．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上５．０ｋｇｆ／ｃｍ²以下となるように、ガス吹き込み貫通孔１３ｄの設置数を設定し、そのように設定したガス吹き込み貫通孔１３ｄを有する上ノズル１３を使用することで実現することができる。尚、ガスの背圧は、不活性ガス供給配管１４または均圧室１３ｃにおけるガス圧力であり、厳密には均圧室１３ｃにおけるガス圧力である。

本発明において、上ノズル１３に設置するガス吹き込み貫通孔１３ｄの直径を１００μｍ以上４００μｍ以下に限定した理由は、直径が１００μｍ未満では、吹き込んだガスが溶鋼中に残存してしまい、耐ＨＩＣ性能を劣化させ、一方、直径が４００μｍ超えでは、気泡径が大きすぎて、浸漬ノズル１６におけるアルミナ閉塞抑制の効果が少なくなるからである。ガス吹き込み貫通孔１３ｄは、それぞれの直径が１００μｍ以上４００μｍ以下であるならば、直径の異なるガス吹き込み貫通孔１３ｄが１つの上ノズル１３に混在しても構わない。

また、本発明において、上ノズル１３からのガス吹き込み流量を２ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下に限定した理由は、以下のとおりである。即ち、ガス吹き込み流量が２ＮＬ／ｍｉｎ未満では、浸漬ノズル１６におけるアルミナ閉塞抑制の効果が殆どなくなるからであり、また、鋳型内での溶鋼１の攪拌効果が低下することで鋳型内溶鋼湯面３への熱供給が低下し、この熱供給の低下に起因する弊害を防止するためである。鋳型内溶鋼湯面３への熱供給が低下することで、モールドパウダー６の溶融不良によってブレークアウトが発生したり、鋳型内溶鋼湯面３で溶鋼１が凝固して生成する、所謂、ディッケルと呼ばれる浮沈塊が沈降して鋳片５の内部に停滞することによって欠陥が発生したりする。一方、ガス吹き込み流量が１５ＮＬ／ｍｉｎを超えると、吹き込んだガスが溶鋼中に残存してしまい、耐ＨＩＣ性能を劣化させるのみならず、吹き込んだガスによる溶鋼１の湯暴れが発生し、モールドパウダー６の巻き込みによる欠陥が発生するからである。

また、吹き込みガスの背圧を１．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上５．０ｋｇｆ／ｃｍ²以下に限定した理由は、以下のとおりである。即ち、背圧が１．５ｋｇｆ／ｃｍ²未満では、吹き込んだガスが鋳型内で直ちに浮上してしまい、溶鋼中に懸濁するアルミナなどの非金属介在物のガス気泡による浮上・分離の効果が得られなくなるからである。一方、背圧が５．０ｋｇｆ／ｃｍ²を超えると、吹き込んだガスによる溶鋼１の湯暴れが発生し、モールドパウダー６の巻き込みによる欠陥が発生するからである。

以上説明したように、本発明によれば、外周から内周に貫通する直径が１００μｍ以上４００μｍ以下の複数のガス吹き込み貫通孔１３ｄを備えた上ノズル１３を介して、２ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下のアルゴンガス、窒素ガスまたはアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを、ガスの背圧が１．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上５．０ｋｇｆ／ｃｍ²以下となる条件で溶鋼流出孔内を流下する溶鋼中に吹き込むので、吹き込まれるアルゴンガスや窒素ガスは鋳造される鋳片５には残留せず、吹き込まれたガスの鋳片５への残留気泡に起因したＨＩＣ（水素誘起割れ）の発生を防止することができるとともに、アルゴンガスや窒素ガスの洗浄効果により浸漬ノズル内壁へのアルミナなどの非金属介在物の付着が防止され、浸漬ノズル１６の閉塞を防止することができる。

Ｃ：０．０５質量％、Ｓｉ：０．２２質量％、Ｍｎ：１．１４質量％、Ｐ：０．０１０質量％、Ｓ：０．００１０質量％、Ｍｏ：０．２０質量％、Ｔｉ：０．０２２質量％、Ｎｂ：０．０４３質量％、Ａｌ：０．０４０質量％、Ｎ：０．００５０質量％、Ｃａ：０．００３０質量％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる代表化学成分の耐ＨＩＣ対策鋼を溶製し、次いで、溶製した各試験溶鋼を、連続鋳造機を使用し、溶鋼の鋳込み速度をおよそ５トン／ｍｉｎとして、２５０ｍｍ厚、２１００ｍｍ幅のスラブ鋳片に鋳造した。

この連続鋳造において、ガス吹き込み貫通孔の直径が２０μｍから５００μｍである、直径の異なるガス吹き込み貫通孔が形成された上ノズルを使用し、吹き込みガス流量を０〜２５ＮＬ／ｍｉｎの範囲で変化させてアルゴンガスまたは窒素ガスを吹き込んだ。また、上ノズルのガス吹き込み貫通孔の設置数を変化させて、上ノズルから吹き込まれるガスの背圧を０〜１０．０ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲で変化させた。連続鋳造中、浸漬ノズルの閉塞状況を浸漬ノズル閉塞指数を用いて調査した。浸漬ノズル閉塞指数は、｛(鋳造末期のスライディングゲートの開度−鋳造初期のスライディングゲートの開度)／(鋳造初期のスライディングゲートの開度)｝×100によって求めた。尚、スライディングゲートの開度は、鋳造初期及び末期での溶鋼の鋳込み速度が同一の時点で測定される開度である。

また、得られた各鋳片に対して熱間圧延を施し、その後、製造された圧延鋼板に対して耐ＨＩＣ評価試験、モールドパウダー性欠陥試験、超音波探傷試験の各評価試験を実施した。

耐ＨＩＣ評価試験は、０．５％ＣＨ₃ＣＯＯＨを添加した５％ＮａＣｌ水溶液にＨ₂Ｓを飽和させたｐＨ＝２．７〜４．０の溶液中に試験片を９６時間浸漬したのち、試験片の板厚方向に超音波探傷してＨＩＣの有無を調査し、全試験片数に占めるＨＩＣ発生片数の百分率をＨＩＣ発生指数とした。モールドパウダー性欠陥試験は、圧延鋼板の検査においてモールドパウダー性欠陥の有無を判断し、全試験片数に占める、モールドパウダー性欠陥発生片数の百分率をモールドパウダー性欠陥指数とし、このモールドパウダー性欠陥指数で評価した。また、超音波探傷試験は、超音波探傷での欠陥発生本数の超音波探傷試験の実施本数に対する百分率を超音波探傷不合格指数とし、この超音波探傷不合格指数で評価した。

上ノズルからのアルゴンガスまたは窒素ガスの吹き込み流量を５ＮＬ／ｍｉｎの一定とし、且つ、上ノズルから吹き込まれるガスの背圧を１．５ｋｇｆ／ｃｍ²の一定とし、上ノズルのガス吹き込み貫通孔の直径を２０〜５００μｍと変化させ、耐ＨＩＣ評価試験によるＨＩＣ発生指数とガス吹き込み貫通孔の直径との関係を調査した。図３に調査結果を示す。

図３に示すように、上ノズルからのアルゴンガスまたは窒素ガスの吹き込み流量を５ＮＬ／ｍｉｎの一定とし、且つ、そのときのガスの背圧を１．５ｋｇｆ／ｃｍ²の一定とした場合には、圧延鋼板のＨＩＣ発生指数は、上ノズルのガス吹き込み貫通孔の直径が大きくなるほど低下し、ガス吹き込み貫通孔の直径が１００μｍ以上の領域においてはＨＩＣの発生は皆無であった。

即ち、図３に示す結果から、ＨＩＣの発生を防止するためには、上ノズルのガス吹き込み貫通孔の直径を１００μｍ以上とする必要であることがわかった。但し、前述したように、ガス吹き込み貫通孔の直径が４００μｍを超えると、気泡径が大きすぎて、浸漬ノズルにおけるアルミナ閉塞抑制の効果が少なくなる。

上ノズルのガス吹き込み貫通孔の直径を３００μｍの一定とし、且つ、上ノズルから吹き込まれるガスの背圧を１．５ｋｇｆ／ｃｍ²の一定とし、上ノズルから吹き込むアルゴンガスまたは窒素ガスの流量を０〜２５ＮＬ／ｍｉｎに変化させ、鋳造中の浸漬ノズル閉塞指数及び圧延後のモールドパウダー性欠陥指数と吹き込みガス流量との関係を調査した。図４に調査結果を示す。

図４に示すように、浸漬ノズル閉塞指数は、吹き込みガス流量が２ＮＬ／ｍｉｎ未満では、増加する傾向にあるが、２ＮＬ／ｍｉｎ以上の領域ではゼロであった。また、モールドパウダー性欠陥指数は、吹き込みガス流量が２〜１５ＮＬ／ｍｉｎの範囲はゼロであるが、１５ＮＬ／ｍｉｎを超えると増加する傾向であった。一方、吹き込みガス流量が２ＮＬ／ｍｉｎ未満では、鋳型内溶鋼湯面への熱供給が不足し、モールドパウダーの溶融不良が発生し、モールドパウダー性欠陥指数が発生した。

即ち、図４に示す結果から、浸漬ノズルの閉塞防止及びモールドパウダー性欠陥を防止するためには、上ノズルから吹き込むガス流量は、２〜１５ＮＬ／ｍｉｎの範囲内とする必要のあることがわかった。

上ノズルのガス吹き込み貫通孔の直径を３００μｍの一定とし、且つ、上ノズルから吹き込まれるガスの背圧を１．５ｋｇｆ／ｃｍ²の一定とし、上ノズルから吹き込むアルゴンガスまたは窒素ガスの流量を０〜２５ＮＬ／ｍｉｎに変化させ、圧延後の鋼板での超音波探傷不合格指数と吹き込みガス流量との関係を調査した。図５に調査結果を示す。

図５に示すように、上ノズルのアルゴンガス流量及び窒素ガス流量が２ＮＬ／ｍｉｎ未満の場合には、鋳型内溶鋼湯面での攪拌効果が低下し、これにより鋳型内溶鋼湯面への熱供給が低下し、モールドパウダーの溶融不良や、鋳型内溶鋼湯面で溶鋼が凝固してしまう現象が発生し、超音波探傷欠陥が増加する傾向にあることが判明した。

即ち、図５に示す結果から、超音波探傷欠陥を防止するためには、上ノズルから吹き込むガス流量は、２ＮＬ／ｍｉｎ以上とする必要のあることがわかった。

上ノズルのガス吹き込み貫通孔の直径を３００μｍの一定とし、且つ、上ノズルから吹き込むアルゴンガスまたは窒素ガスの流量を５ＮＬ／ｍｉｎの一定とし、上ノズルから吹き込まれるガスの背圧を０．４〜１０ｋｇｆ／ｃｍ²に変化させ、圧延後の鋼板での超音波探傷不合格指数と吹き込みガスの背圧との関係、及び、圧延後のモールドパウダー性欠陥指数と吹き込みガスの背圧との関係を調査した。図６に調査結果を示す。

図６に示すように、吹き込みガスの背圧が１．５ｋｇｆ／ｃｍ²未満では、溶鋼中に懸濁するアルミナなどの非金属介在物のガス気泡による浮上・分離の効果が得られなくなり、超音波探傷欠陥が増加する傾向であるが、１．５ｋｇｆ／ｃｍ²以上ではゼロであった。また、モールドパウダー性欠陥指数は、吹き込みガス流量の背圧が５ｋｇｆ／ｃｍ²以下ではゼロであるが、５ｋｇｆ／ｃｍ²を超えると増加する傾向であった。

即ち、図６に示す結果から、超音波探傷欠陥を防止し、且つ、モールドパウダー性欠陥を防止するためには、上ノズルから吹き込むガスの背圧は、１．５〜５．０ｋｇｆ／ｃｍ²の範囲内とする必要のあることがわかった。

実施例１に示す代表化学成分の耐ＨＩＣ対策鋼を溶製し、溶製した各試験溶鋼を、連続鋳造機を使用し、溶鋼の鋳込み速度をおよそ５トン／ｍｉｎとして、２５０ｍｍ厚、２１００ｍｍ幅のスラブ鋳片に鋳造した。鋳造された各鋳片に対して熱間圧延を施して圧延鋼板とした。

連続鋳造では、本発明の範囲内となる条件で上ノズルからアルゴンガス（Ａｒガス）または窒素ガス（Ｎ₂ガス）を吹き込んで行う試験（本発明例）と、上ノズルからガスを吹き込まずに連続鋳造する試験（比較例）、及び、本発明の範囲外となる条件で上ノズルからアルゴンガスを吹き込んで行う試験（比較例）とを実施した。

各試験において、実施例１と同様に、連続鋳造中での浸漬ノズルの閉塞状況の調査、及び、圧延鋼板での耐ＨＩＣ評価試験、モールドパウダー性欠陥試験、超音波探傷試験の各評価試験を実施した。表１に、各試験での鋳造条件、上ノズルからのガス吹き込み条件、及び、各種評価試験の結果を示す。

表１に示すように、試験Ｎo.１〜１０の本発明例では、浸漬ノズル閉塞指数、ＨＩＣ発生指数、モールドパウダー性欠陥指数、超音波探傷不合格指数の全てにおいて指数はゼロであった。

これに対して、上ノズルからのガス吹き込みを行わない試験Ｎo.１１、及び、上ノズルのガス吹き込み貫通孔の直径が本発明の範囲外である試験Ｎo.１２〜１５、１９、２０では、浸漬ノズル閉塞指数、ＨＩＣ発生指数、モールドパウダー性欠陥指数、超音波探傷不合格指数のいずれかで本発明例よりも劣る結果であった。

上ノズルのガス吹き込み貫通孔の直径が本発明の範囲内であるものの、ガス流量が本発明の範囲外である試験Ｎo.１６〜１８では、モールドパウダー性欠陥指数が高位であり、更に、ガス流量が少ない場合は浸漬ノズル閉塞指数が高位であり、ガス流量が多い場合はＨＩＣ発生指数が高位であった。また、上ノズルのガス吹き込み貫通孔の直径及びガス流量が本発明の範囲内であるものの、ガスの背圧が本願発明の範囲よりも低い試験Ｎo.２１〜２３では、浸漬ノズル閉塞指数及び超音波探傷不合格指数が高位であった。

１溶鋼
２凝固シェル
３鋳型内溶鋼湯面
４吐出流
５鋳片
６モールドパウダー
７鋳型
８鋳型長辺
９鋳型短辺
１０タンディッシュ
１１鉄皮
１２耐火物
１３上ノズル
１３ａ成形煉瓦
１３ｂ鉄皮
１３ｃ均圧室
１３ｄガス吹き込み貫通孔
１４不活性ガス供給配管
１５スライディングゲート
１６浸漬ノズル
１７吐出孔
１８上部固定板
１９摺動板
２０下部固定板
２１整流ノズル
２２溶鋼流出孔

Claims

連続鋳造におけるタンディッシュから鋳型への溶鋼流出孔の一部を構成する上ノズルを介して前記溶鋼流出孔内を流下する溶鋼中に不活性ガスを吹き込みながら、カルシウム処理を施した耐ＨＩＣ対策鋼の溶鋼を連続鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、
前記上ノズルは、外周を鉄皮で被覆され、且つ、外周から内周に貫通する直径が１００μｍ以上４００μｍ以下の複数のガス吹き込み貫通孔を備えており、該上ノズルから２ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下のアルゴンガス、窒素ガスまたはアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを、前記溶鋼流出孔内を流下する溶鋼中に吹き込むときのガスの背圧が１．５ｋｇｆ／ｃｍ²（≒１４７ｋＰａ）以上５．０ｋｇｆ／ｃｍ²（≒４９０ｋＰａ）以下となるように、前記ガス吹き込み貫通孔の設置数が設定された前記上ノズルを使用し、
該上ノズルを介して、前記溶鋼流出孔内を流下する、カルシウム処理を施した耐ＨＩＣ対策鋼の溶鋼中に２ＮＬ／ｍｉｎ以上１５ＮＬ／ｍｉｎ以下のアルゴンガス、窒素ガスまたはアルゴンガスと窒素ガスとの混合ガスを吹き込むことを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。