JP6493635B1 - 鋼の連続鋳造方法および薄鋼板の製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、微小なスラグ系介在物の生成を抑制し、鋼の清浄度を向上させることが可能な鋼の連続鋳造方法を提供する。本発明は、取鍋６からタンディッシュ１を介して連続鋳造鋳型１４内に溶鋼１５を供給して連続鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、ロングノズル５の側面に開口させたガス流路から、ロングノズル内を通過する溶鋼流に流量Ｑ（NL/min）の窒素ガスを供給し、前記流量Ｑが、以下の（１）式を満たすことを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。２ ≦ Ｑ／Ｗ ＜ ２００×Ｈ１／２×Ｄ３／２・・・（１）ここで、Ｑ：窒素ガス流量（NL/min）、Ｗ：溶鋼スループット（t/min）、Ｈ：ロングノズル浸漬深さ（m）、Ｄ：ロングノズル内径（m）である。

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、特に取鍋から連続鋳造タンディッシュに溶鋼を注入するためのロングノズルでのガス吹込みによるスラグ流出判定技術を用いる連続鋳造方法と、この連続鋳造方法を用いた薄鋼板の製造方法に関する。

高清浄度鋼の連続鋳造では、取鍋からタンディッシュに溶鋼を注入する際には、図１に示すように取鍋底部に設置された取鍋上ノズル７、取鍋スライディングノズル８、及びロングノズル５を介して溶鋼をタンディッシュ内溶鋼に注入することで、溶鋼の空気酸化やタンディッシュスラグ１９の巻き込みを防止している。

特許文献１，２には、取鍋スラグの流出を検知する技術が記載されている。この技術では、図２に例示するスラグ流出検知装置を用いて、取鍋ノズルまたはロングノズルに不活性ガスを流し、溶鋼流への取鍋スラグの混入に起因する吸引力の変化を、不活性ガスの流量や背圧の変化によって検知する。これにより、スラグ流出を早期に検知して、タンディッシュでの溶鋼の再酸化の原因となる取鍋スラグの流入量を低減する。

特許文献３には、アルミナ介在物を低減するため、タンディッシュ内の溶鋼に、CaO/Al₂O₃が1.5以上の介在物吸収剤とSiO₂を含む融点降下剤とを含むパウダーを投入して、溶鋼表面に滓化スラグを形成させ、浮上したアルミナ介在物をスラグに吸収させる溶鋼浄化方法が記載されている。

特許文献４には、不活性ガスを吹き込んでロングノズル内の圧力を大気圧よりも高くすることによって、（１）空気の吸い込みによる溶鋼の再酸化を防止すること、（２）ロングノズル内の不活性ガスの圧力が過大になって、ロングノズルの浸漬深さに対してロングノズル内の湯面位置が低下し過ぎることによって、ロングノズルの周囲に大量の不活性ガスが浮上（ボイリング）してスラグの巻き込みが生じることを防止すること、を目的としたガス吹き込み条件が記載されている。

特許文献５には、窒素濃度を高めた強度及び加工性等に優れる缶用鋼板が開示されている。特許文献６には、溶鋼に窒素を添加するための、特許文献１，２に類似のスラグ流出検知方法が開示されており、取鍋底部のノズルの、スラグ流出検知用のガス吹き込みに用いる開孔よりも下流側に設けた開孔から窒素含有ガスを吹き込んで加窒する方法が記載されている。

特開昭６１−２６２４５４号公報 特開平２−７０３７２号公報 特開平４−１１１９５２号公報 特開平２−１８７２３９号公報 特開２００７−１７７３１５号公報 特開平４−７５７６７号公報

鋼に高清浄度が要求される中、薄鋼板製品において欠陥を発生させた介在物の成分を詳細に調査した結果、タンディッシュ内のスラグの検出が多いことが判明した。タンディッシュスラグ系の大型介在物が薄鋼板製品に存在すると、アルミナクラスタ系の介在物の場合とは異なる形態で製品欠陥の問題が顕著となる場合がある。これらの介在物は圧延によって圧延方向に長く延ばされる。このとき、アルミナクラスタ系の介在物の場合には、微小なアルミナの一次粒子があまり変形することなく鋼中に分散した状態でその存在範囲が圧延方向に長く広げられる。これに対して、タンディッシュスラグ系の大型介在物の場合には、連続相を保ったまま薄く長く広げられるため、層状に薄く変形した介在物によって表裏面側の鋼が隔てられた部分が線状に形成されることになる。また、介在物の変形能は鋼よりも大幅に劣るため、表面側の鋼の厚みは著しく薄くなる。特に、容器向け素材などの0.2mm以下といった厚みの薄鋼板製品においては、曲げや深絞りなどの加工によって、上記の鋼が薄くなった部分で割れて線状の疵欠陥が顕在化する場合があり、スラグ系介在物サイズの極小化や含有量を低減させることが強く求められている。

特許文献３の方法は、アルミナ系介在物の低減には効果があり、上記のような0.2mm以下といった厚みの容器用の薄鋼板製品用素材の連続鋳造にも有効である。しかし、特許文献３の方法において、特許文献１，２のロングノズルへのガス吹込みによるスラグ流出検知技術を利用する場合、タンディッシュ内の溶鋼表面に浮上したガス気泡による撹拌に起因して、スラグ系の介在物が生成されるおそれがある。

特許文献４のように、ロングノズルへのガス吹込み条件を制御して、ボイリングを防止することにより、粗大なスラグ系介在物の生成はある程度抑制できる。しかし、上記のような0.2mm以下といった厚みの容器用の薄鋼板製品で問題となるような微小なスラグ系介在物まで十分低減することは困難であった。

特許文献５のような高窒素濃度の製品を製造する場合には、特許文献６のようにして溶鋼に溶解し易い窒素ガスを吹き込んで加窒しながらスラグ流出検知を行うことも行われていたが、スラグ系介在物の低減の観点からは、十分な効果は得られていなかった。

すなわち本発明は、上記課題に鑑み、微小なスラグ系介在物の生成を抑制し、鋼の清浄度を向上させることが可能な鋼の連続鋳造方法、およびこの連続鋳造方法を用いた薄鋼板の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決すべく、本発明者らが鋭意検討したところ、タンディッシュ内のスラグが溶鋼中に微小な介在物として混入する原因は、ロングノズルからのスラグ流出検知用のガス吹き込みによって、タンディッシュ内のスラグ／溶鋼界面に小径のガス気泡が浮上することであることが分かった。そして、従来一般的に使用しているArガスはスラグ系介在物低減の支障となりうることが判明した。具体的には、Arガスは溶鋼に溶解しにくいため、タンディッシュ内溶鋼内を気泡として浮上して、スラグ／溶鋼界面を通過する際に、微小な溶融スラグ滴を生成してしまうのである。この問題を解決すべく本発明者らがさらに検討したところ、スラグ流出検知用のガス吹き込みに、Arガスに代えて、溶鋼内に溶解しやすい窒素ガスを用い、しかも窒素ガス流量を、溶鋼スループット、ロングノズル浸漬深さ、およびロングノズル内径との関係で所定の範囲に調整することが重要であることを見出した。これにより、ガスを吹き込んでから気泡がタンディッシュ内の溶鋼表面に到達するまでに気泡を鋼中に溶解させて、タンディッシュ内のスラグ／溶鋼界面を通過する気泡を低減あるいは微小化することができる。その結果、気泡がタンディッシュ内のスラグ／溶鋼界面を通過することに起因する微小なスラグ系介在物の生成を抑制できることを見出した。

本発明は、上記の知見に基づき完成されたものであり、その要旨構成は、以下のとおりである。
［１］取鍋からタンディッシュを介して連続鋳造鋳型内に溶鋼を供給して連続鋳造する、鋼の連続鋳造方法であって、
取鍋の底部に設けたノズルに連通するロングノズルの先端を、溶融スラグに表面を覆われたタンディッシュ内溶鋼に浸漬させた状態で、該ロングノズルを介して、前記取鍋から供給する溶鋼を前記タンディッシュ内溶鋼に注入し、
その際、前記ロングノズルの側面に開口させたガス流路から、前記ロングノズル内を通過する溶鋼流に流量Ｑ（NL/min）の窒素ガスを供給し、
前記流量Ｑが、以下の（１）式を満たすことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
２ ≦ Ｑ／Ｗ ＜ ２００×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２ ・・・（１）
ここで、Ｑ：窒素ガス流量（NL/min）、Ｗ：溶鋼スループット（t/min）、Ｈ：ロングノズル浸漬深さ（m）、Ｄ：ロングノズル内径（m）である。

［２］前記溶融スラグが少なくとも液相スラグを含み、CaO、SiO₂、Al₂O₃及びMgOの４元系における前記溶融スラグの組成が下記（２）式及び(３)式を満たす、上記［１］に記載の鋼の連続鋳造方法。
{(%CaO)＋(%MgO)}／(%SiO₂) ≧ １ ・・・（２）
25 ≦ (%Al₂O₃) ≦ 45 ・・・（３）
ここで、(%CaO)、(%SiO₂)、(%Al₂O₃)及び(%MgO)は、それぞれCaO、SiO₂、Al₂O₃及びMgOの質量百分率であり、合計が１００となるように換算した値である。

［３］前記溶鋼を用いて製造する鉄鋼製品の窒素含有量の目標範囲の上限値が５０質量ｐｐｍ以下であり、前記溶鋼を前記上限値よりも１０質量ｐｐｍ以上低い窒素含有量とするように精錬した後に連続鋳造する、上記［１］または［２］に記載の鋼の連続鋳造方法。

［４］前記溶鋼を用いて製造する鉄鋼製品の窒素含有量の目標範囲の下限値が８０質量ｐｐｍ以上であり、前記溶鋼を前記下限値よりも高い窒素含有量とするように精錬した後連続鋳造する、上記［１］または［２］に記載の鋼の連続鋳造方法。

［５］前記窒素ガスの流量および／または背圧の変化を検出することにより、前記タンディッシュ内への取鍋スラグの流出を検知する、上記［１］〜［４］のいずれか一項に記載の鋼の連続鋳造方法。

［６］上記［１］〜［５］のいずれか一項に記載の鋼の連続鋳造方法を用いて製造した鋼の鋳片を、熱間圧延後、冷間圧延して、板厚０．２ｍｍ以下の容器用鋼板または絞り加工用鋼板を製造することを特徴とする薄鋼板の製造方法。

本発明の鋼の連続鋳造方法および薄鋼板の製造方法によれば、微小なスラグ系介在物の生成を抑制し、鋼の清浄度を向上させることができる。

一般的な鋼の連続鋳造装置の溶鋼注入部を示す概略断面図である。 本発明の一実施形態による鋼の連続鋳造方法において用いる連続鋳造装置の、ロングノズルおよびスラグ流出検知装置の概要を示す模式図である。 実験例１において、溶鋼スループットＷをパラメータとしたときの、窒素ガス流量Ｑと介在物密度指数との関係を示すグラフである。 実験例１において、溶鋼スループットＷをパラメータとしたときの、Ｑ／（Ｗ×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２）と介在物密度指数との関係を示すグラフである。 実験例２において、ロングノズル内径Ｄをパラメータとしたときの、窒素ガス流量Ｑと介在物密度指数との関係を示すグラフである。 実験例２において、ロングノズル内径Ｄをパラメータとしたときの、Ｑ／（Ｗ×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２）と介在物密度指数との関係を示すグラフである。 実験例３において、ロングノズル浸漬深さＨをパラメータとしたときの、窒素ガス流量Ｑと介在物密度指数との関係を示すグラフである。 実験例３において、ロングノズル浸漬深さＨをパラメータとしたときの、Ｑ／（Ｗ×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２）と介在物密度指数との関係を示すグラフである。

本発明の一実施形態による鋼の連続鋳造方法は、取鍋からタンディッシュを介して連続鋳造鋳型内に溶鋼を供給して連続鋳造するものであり、例えば図１に示す溶鋼注入部を有する一般的な連続鋳造装置を用い、さらに、スラグ流出検知装置としては図２に示す構成を用いて、実施することができる。

図１に示す連続鋳造装置は、２ストランド型のスラブ連続鋳造装置であり、タンディッシュ１の両端部に鋳型への溶鋼流出孔２が設けられ、タンディッシュ１の中央部に取鍋６からの溶鋼の湯当り部３が配置されている。

図１において、外殻を鉄皮９とし、この鉄皮９の内側を耐火物１０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）に搭載されて連続鋳造鋳型１４の上方所定位置に配置される。また、タンディッシュ１の上方所定位置には、溶鋼１５を収容した取鍋６が配置されている。取鍋６の底部には取鍋上ノズル７が設置される。この取鍋上ノズル７の下面に接して、固定板８Ａ及び摺動板８Ｂからなる取鍋スライディングノズル８が溶鋼流量制御装置として設置される。更に、取鍋スライディングノズル８の下面に接して、大気を遮断するためのロングノズル５が接続されている。摺動板８Ｂ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８Ａと密に接触したまま移動する。この移動により固定板８Ａの開口部と摺動板８Ｂの開口部との開口部面積を調整することで、取鍋６からタンディッシュ１への溶鋼注入量が制御される。なお、取鍋上ノズル７内で溶鋼が凝固して取鍋上ノズル７を閉塞することを防ぐために、取鍋の移送中には取鍋上ノズル７には溶鋼が侵入せぬようにノズル詰砂を詰めている。また、タンディッシュ１の底部には、溶鋼流出孔２を形成するタンディッシュ上ノズル１１が耐火物１０と嵌合して設置される。このタンディッシュ上ノズル１１の下面に接して、固定板１２Ａ及び摺動板１２Ｂからなるタンディッシュスライディングノズル１２が溶鋼流量制御装置として設置される。更に、タンディッシュスライディングノズル１２の下面に接して、先端を連続鋳造鋳型１４の内部の溶鋼１５に浸漬させた浸漬ノズル１３が接続されている。摺動板１２Ｂ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１２Ａと密に接触したまま移動する。この移動により固定板１２Ａの開口部と摺動板１２Ｂの開口部との開口部面積を調整することで、タンディッシュ１から鋳型１４への溶鋼供給量が制御される。

タンディッシュ１の底面は、ロングノズル５の直下に位置する湯当り部３の部位が最も高くなり、一方、湯当り部３の両側に位置する溶鋼流出孔２の部位が最も低くなっている。湯当り部３の底面及び溶鋼流出孔２の部位の底面はともに水平になっていて、湯当り部３を含む水平部から溶鋼流出孔２の部位を含む水平部にかけての底面は傾斜面となっており、湯当り部３を含む水平部の端部にはそれぞれ堰４が設置されている。

ロングノズル５の先端を、タンディッシュスラグ１９（溶融スラグ）に表面を覆われたタンディッシュ内溶鋼に浸漬させた状態で、ロングノズル５を介して、取鍋６から供給する溶鋼をタンディッシュ内溶鋼に注入する。さらに、タンディッシュ１に溶鋼１５を滞在させた状態で、タンディッシュ１から溶鋼流出孔２を介して連続鋳造鋳型１４に溶鋼１５を供給する。鋳型１４に供給された溶鋼１５は、鋳型１４と接触して冷却されて凝固シェル１７を形成し、外殻を凝固シェル１７として内部を未凝固の溶鋼１５とする鋳片１６が、連続鋳造鋳型１４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が製造される。取鍋６からタンディッシュ１への溶鋼１５の注入流はロングノズル５によって大気と遮断されている。また、タンディッシュ１から鋳型１４への溶鋼１５の注入流は浸漬ノズル１３によって大気と遮断されている。また、取鍋６内溶鋼はその表面が取鍋スラグ１８によって覆われており、タンディッシュ１内溶鋼はその表面がタンディッシュスラグ１９によって覆われている。

ここで、取鍋６内の溶鋼がなくなった場合には、空の取鍋を別のヒートの溶鋼が収容された取鍋と交換して連続連続鋳造（以下、「連連鋳」という。）が行われる。取鍋６内の溶鋼がなくなるときには、取鍋スラグ１８がロングノズル５内に流入するので、これを早期に検知して、取鍋スラグ１８がタンディッシュ１内に流出するのを抑制する必要がある。この検知方法を、図２を参照して説明する。

ガス配管２０が区画するガス流路はロングノズル５の側面に開口しており、このガス流路を介して、ロングノズル内を通過する溶鋼流に不活性ガスを供給する。ガス配管２０は、Ｎ_２用配管２１とＡｒ用配管２２が合流してなる。配管２１，２２にそれぞれ設けられた減圧弁２３，２４と、ガス配管２０に設けられた調節弁２５を制御することによって、ガス配管２０内での不活性ガスの種類および流量を制御できる。

本実施形態では、ロングノズル５を介して、取鍋６から供給する溶鋼をタンディッシュ内溶鋼に注入する際に、ガス配管２０から、ロングノズル内を通過する溶鋼流に窒素ガスを供給する。ロングノズル内を溶鋼のみが通過している段階では、ガス配管２０内のガス流路にかかる吸引力は一定であるため、ガス配管２０に設けた圧力計２６や流量計２７が示す圧力（背圧）や流量は一定である。一方、ロングノズル内を溶鋼に加えて取鍋スラグ１８も通過するようになると、取鍋スラグ１８は溶鋼よりも軽量のため、吸引力が小さくなる。その結果、圧力計２６が示す圧力（通常は大気圧に対して負圧）は上昇し、流量計２７が示す流量は小さくなる。このような、窒素ガスの流量および／または背圧の変化を記録計２８で検出することにより、タンディッシュ１内への取鍋スラグ１８の流出を検知する。

本発明者らは、図１，２に示す２ストランド型のスラブ連続鋳造装置を用いて、取鍋スラグ流出検知用のロングノズルへの吹込みガスとして溶鋼に溶解する窒素ガスを使用するとともに、種々の溶鋼スループットＷ(t/min)、ロングノズル浸漬深さＨ(m)及びロングノズル内径Ｄ(m)の条件において、微小介在物の生成に及ぼす窒素ガス流量Ｑ(NL/min)の影響について調査した。以下に、実験例１〜３として説明する。

各実験例においては、板厚０．２ｍｍ以下に冷間圧延した薄鋼板を漏洩磁束式の介在物センサーで測定し、粒径約１００μｍ以上の微小介在物の鋼中の個数密度を評価した。すると、この介在物の個数密度は、Ｑ／（Ｗ×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２）を指標とすることによって、種々の条件における調査結果を統一的に整理できることを見出した。

上記の介在物の個数密度を、ロングノズルへの吹込みガスとしてＡｒガスを使用し、溶鋼スループットＷを7.0(t/min)、ロングノズル浸漬深さＨを0.5(m)、ロングノズル内径Ｄを0.175(m)、定常鋳込み時のＡｒガス流量Ｑ_Ａｒを20(NL/min)とした場合の値を基準（すなわち１）とする指数（介在物密度指数）で種々の条件において評価した。

（実験例１）
まず、Ｗ(t/min)をパラメータとして5、7、9と変更し、Ｈを0.4ｍで、Ｄを0.175ｍで一定とした条件で、Ｑ(NL/min)を15〜100の範囲で変更した場合の介在物密度指数の変化を調査し、図３に結果を示した。いずれの溶鋼スループットＷにおいても、窒素ガス流量Ｑが増大するに従って介在物密度指数が増大する傾向となっており、また、相対的にＷが小さい場合の方がこの傾向が顕著になっている。

そこで、グラフの横軸をＱとともにＷも用いる指標に変更し、Ｗの影響を種々評価した結果、図４のように、Ｑ／（Ｗ×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２）を指標とすることによって、種々の条件における調査結果を統一的に整理できることが分かった。

（実験例２）
次に、ロングノズル内径Ｄ(m)をパラメータとして0.115、0.145、0.175と変更し、Ｈを0.4ｍで、Ｗを7t/minで一定とした条件で、Ｑ(NL/min)を15〜80の範囲で変更した場合の介在物密度指数の変化を調査し、図５に結果を示した。いずれのロングノズル内径Ｄにおいても、窒素ガス流量Ｑが増大するに従って介在物密度指数が増大する傾向となっており、また、相対的にＤが小さい場合の方がこの傾向が顕著になっている。

そこで、グラフの横軸をＱとともにＤも用いる指標に変更し、Ｄの影響を種々評価した結果、図６のように、Ｑ／（Ｗ×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２）を指標とすることによって、種々の条件における調査結果を統一的に整理できることが分かった。

（実験例３）
次に、ロングノズル浸漬深さＨ(m)をパラメータとして0.2、0.3、0.4、0.5と変更し、Ｄを0.175ｍで、Ｗを7t/minで一定とした条件で、Ｑ(NL/min)を15〜80の範囲で変更した場合の介在物密度指数の変化を調査し、図７に結果を示した。いずれのロングノズル浸漬深さＨにおいても、窒素ガス流量Ｑが増大するに従って介在物密度指数が増大する傾向となっており、また、相対的にＨが小さい場合の方がこの傾向が顕著になっている。

そこで、グラフの横軸をＱとともにＨも用いる指標に変更し、Ｈの影響を種々評価した結果、図８のように、Ｑ／（Ｗ×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２）を指標とすることによって、種々の条件における調査結果を統一的に整理できることが分かった。

以上のように、取鍋スラグ流出検知用のロングノズルへの吹込みガスとして窒素ガスを使用した場合に、窒素ガス流量Ｑ(NL/min)、溶鋼スループットＷ(t/min)、ロングノズル浸漬深さＨ(m)、及びロングノズル内径Ｄ(m)の種々の操業条件において、Ｑ／（Ｗ×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２）を指標とすることによって、介在物密度指数が統一的に整理できることが分かった。そして、指標値Ｑ／（Ｗ×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２）を２００未満、より望ましくは１５０未満とすることにより、ロングノズルへの吹込みガスとしてＡｒガスを使用する従来技術よりも介在物の個数密度を大幅に低減できることが確認できた。

ただし、溶鋼スループットＷに対して窒素ガス流量Ｑを小さくし過ぎると、定常注入時においてもスラグ流出検知用ガスの吹込み圧力（負圧）がハンチングして安定せず、スラグ流出に伴う吹込み圧力の上昇を判定するのが難しくなる場合がある。従って、窒素ガスの吹込み圧力を安定させて、スラグ流出を短時間で精度よく判定することを可能とするため、Ｑ／Ｗを２以上、より望ましくは３以上とすることが好ましい。

つまり、Ｑ／Ｗを下記（１）式を満たす範囲とすることにより、スラグ流出検知用ガスとして窒素ガスを用いた場合において、スラグ流出を短時間で精度よく判定することを可能としつつ、タンディッシュスラグに起因する微小介在物の生成を抑制することができる。
２ ≦ Ｑ／Ｗ ＜ ２００×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２ ・・・（１）
Ｑ：窒素ガス流量（NL/min）
Ｗ：溶鋼スループット（t/min）
Ｈ：ロングノズル浸漬深さ（m）
Ｄ：ロングノズル内径（m）
上記（１）式の条件式は、Ｗが4〜12t/min、Ｈが0.2〜0.8m、Ｄが0.1〜0.25mの幅広い条件にわたって適用でき、スラグ流出の判定を可能としつつ微小介在物の抑制に効果があることを実験的に確認した。

なお、上記の調査において、タンディッシュ内の溶鋼を大気から遮断するためにタンディッシュへ添加されるタンディッシュフラックスとしては表１に示した組成のものを用い、取鍋上ノズルを開放した際に、タンディッシュ内へ流れ込むノズル詰砂の量及び溶鋼のタンディッシュへの流入量に応じて添加した。

タンディッシュスラグは、添加したタンディッシュフラックス、ＳｉＯ_２が主要な成分であるノズル詰砂、Ａｌ_２Ｏ_３が主要な成分であり鋼中から浮上した脱酸生成物、ＣａＯ及びＡｌ_２Ｏ_３が主要な成分でありＳｉＯ_２、ＭｇＯ、ＦｅＯ等を含有する取鍋スラグの流入分、並びに高アルミナ質耐火物にＭｇＯコーティングを施すことが一般的であるタンディッシュの内張り耐火物の溶解分等、が合わさって合成される。従って、それぞれの混合割合の変化や、スラグと溶鋼との反応によって、タンディッシュスラグの組成は変化する。これらの結果として、タンディッシュスラグの組成が、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＭｇＯの４元系において、｛（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）｝／ （％ＳｉＯ_２）≧１、且つ、２５≦（％Ａｌ_２Ｏ_３）≦４５の範囲を連続鋳造中に推移するようにした。ここで、（％ＣａＯ）、（％ＳｉＯ_２）、（％Ａｌ_２Ｏ_３）及び（％ＭｇＯ）は、それぞれＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＭｇＯの質量百分率であり、これらの合計が１００となるように換算した値である。タンディッシュスラグの組成の例を表２に示す。

上記の組成範囲のスラグでは、タンディッシュ内の溶鋼温度において低粘度の液相が多量に生じて、溶鋼から浮上したＡｌ_２Ｏ_３系介在物を効率よく吸収できると共に、溶鋼中のＡｌがスラグによって酸化されてＡｌ_２Ｏ_３系介在物が増加することを抑制できる。

この際、本発明の対象とする鋼は、主には鋼中Ａｌ含有量が０．００５〜０．０６質量％のＡｌキルド鋼であるが、必ずしもこれには限定されない。タンディッシュスラグ系の介在物を特に低減することが望ましい場合には、上記のＡｌキルド鋼に限らず本発明を適用することができる。

上記のような流動性の高いスラグでは、溶鋼中から浮上した気泡による撹拌で微小なスラグ系介在物を生じ易いので、ロングノズルへの吹込みガスには、Ａｒガスに代えて溶鋼に溶解し易い窒素ガスを用いるとともに、操業条件に応じた適正な窒素ガス吹込み速度に制限する必要がある。

ただし、スラグ流出検知用ガスにＡｒガスに代えて窒素ガスを用いる場合、鋼中窒素濃度の上昇が避けられない。このため、精錬段階において予め十分に窒素濃度を低下させておくことが必要であり、溶鋼を用いて製造する鉄鋼製品の窒素含有量の目標範囲の上限値よりも１０質量ｐｐｍ以上低い窒素含有量とするように該溶鋼を精錬することが望ましい。従って、この上限値が５０ｐｐｍ以下である場合には、転炉等の精錬工程では、連続鋳造に供する溶鋼の窒素含有量を十分低下させることに留意して、使用する副原料や各種プロセスガス種、合金添加方法等を決定する必要がある。

また、目標窒素含有量が例えば８０質量ｐｐｍ以上と高い鋼種の連続鋳造において、従来はロングノズルに多量の窒素ガスを吹き込んで加窒する方法が用いられていた。しかし、本発明の方法では、ロングノズルに吹き込む窒素ガス流量を必ずしも大きくできず、十分な加窒量を確保できるとは限らない。従って、目標窒素含有量の下限値が８０質量ｐｐｍ以上の鋼種の連続鋳造においても、精錬段階においてこの下限値よりも高い窒素含有量とするように、精錬方法、副原料、添加合金等を決定する必要がある。

以上のようにして連続鋳造した鋳片を熱間圧延後、板厚０．２ｍｍ以下に冷間圧延して製造した容器用鋼板あるいは絞り加工用鋼板では、スラグ流出検知用ガスにＡｒガスを用いていた従来の方法と比較して、スラグ系の微小介在物が低減されたことにより、プレス加工後の線状疵による不良率が１／２以下と大幅に低減できた。

図１，２に示す２ストランド型のスラブ連続鋳造装置を用いて、容器向け素材の低炭アルミキルド鋼の連続鋳造にて、本発明例と比較例を比較する実験を行った。

溶銑予備処理で脱燐処理を施した溶銑を容量３００トンの転炉で脱炭して得た溶鋼を未脱酸状態で取鍋に受鋼した。その後、取鍋内のスラグ上にアルミ灰を添加してスラグを還元改質してから、ＲＨ脱ガス装置でアルミを添加して溶鋼を脱酸し、二次精錬を行った。二次精錬を経て表３に示す成分の溶鋼を得た後、２ストランドの垂直曲げスラブ連続鋳造機にて熱間圧延用の素材である厚さ２６０ｍｍの鋼スラブ鋳片を製造した。図１に示すように、取鍋６の底部の取鍋上ノズル７から、ロングノズル５を介して容量５０トンのタンディッシュ１に溶鋼を注入した。さらにタンディッシュ１の底部のタンディッシュ上ノズル１１から浸漬ノズル１３を介して連続鋳造鋳型１４に注入して鋳片１６を引抜き、表４に示した各条件で連続鋳造を実施した。連続鋳造鋳型内の溶鋼レベルを一定に保つようにタンディッシュスライディングノズル１２の開度を自動制御するとともに、定常鋳込み時においてタンディッシュ内の溶鋼量を一定に保つように取鍋スライディングノズル８の開度を自動制御した。取鍋からの溶鋼スループットＷは、単位時間の間に引き抜いた鋳片の質量とタンディッシュ内溶鋼質量の増加量との和によって算出される。

取鍋からの溶鋼注入中に、図２に概要を模式的に示した装置を用いて、ロングノズル５の上部に設けたガス吹込み孔からスラグ流出検知用のガスを吹き込んだ。この際、ガスの吹込み圧力及びガスの吹込み速度を測定した結果に基づいて、取鍋からの溶鋼注入末期の取鍋スラグ流出を判定して、取鍋からの溶鋼の注入を終了し、取鍋交換を行った。スラグ流出検知用のガスとして窒素ガスまたはアルゴンガスを用い、減圧弁２３又は２４で所定の供給圧に調整した後、定常鋳込み時において所定の吹込み速度Ｑ（NL/min）となるように調整した流量調節弁２５の開度を一定に保ち、流量調節弁２５の下流側（ロングノズルの吹込み孔側）に設けた圧力計２６および流量計２７で、ガスの吹込み圧力及び吹込み速度を測定した。取鍋からの溶鋼注入の末期に注入流に取鍋スラグが混入するようになると、ロングノズル内の落下流による吸引力が減少し、ガスの吹込み圧力が上昇するとともにガスの吹込み速度が低下する。そこで、これら吹込み圧力および吹込み速度の少なくとも何れか一方を検知して、取鍋の溶鋼注入を終了し、取鍋を交換して連連鋳を継続した。

何れの試験条件においても、タンディッシュフラックスは表１に示した組成のものを用い、ノズル詰砂及び溶鋼のタンディッシュへの流入量に応じて添加し、その結果、タンディッシュスラグの組成が、ＣａＯ、ＳｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３及びＭｇＯの４元系において、｛（％ＣａＯ）＋（％ＭｇＯ）｝／ （％ＳｉＯ_２）≧１、且つ、２５≦（％Ａｌ_２Ｏ_３）≦４５の範囲を連続鋳造中に推移するようにして、溶鋼／スラグ界面近傍に浮上した介在物の吸収促進を図った。タンディッシュスラグの組成は、取鍋からの溶鋼注入量が、取鍋内の初期の溶鋼量の１０％、５０％及び９０％となった各時点においてタンディッシュから試料を採取し、蛍光Ｘ線分析装置によって分析して求めた。

目標窒素濃度（鋼製品の窒素含有量の目標範囲）の低い鋼種Ａ及び目標窒素濃度の高い鋼種Ｂについて、連続鋳造時のスラグ流出検知用ガスのガス種及びガス吹込み速度Ｑ（Ｎｌ／ｍｉｎ）、ロングノズルの内径Ｄ（ｍ）及び浸漬深さＨ（ｍ）、取鍋からの溶鋼スループットＷ（ｔ／ｍｉｎ）の各条件を表４のように変更し、各発明例及び各比較例を実施した。

目標窒素濃度の低い鋼種Ａにおいてスラグ流出検知用ガスに窒素ガスを用いた発明例１及び比較例２では、溶鋼の窒素含有量を低減させるため、転炉精錬時に熱源として通常添加するコークスを使用しないで、熱源としては比較的高価な土壌黒鉛またはフェロシリコンを使用した。目標窒素濃度の高い鋼種Ｂにおいて本発明を実施した発明例２では、２次精錬段階での溶鋼の窒素含有量を十分高めておくため、ＲＨ処理後に窒化マンガンを添加するとともに窒素ガスを吹き込んで溶鋼を撹拌して成分調整を行った。

連続鋳造機にて熱間圧延用の鋼素材である鋼スラブとした後、これらの鋼スラブを、熱間仕上げ温度：890℃、巻き取り温度：650℃で熱間圧延し、酸洗後、圧延率92％で冷間圧延を施し、板厚0.14mmとした。次いで連続焼鈍炉にて焼鈍温度760℃に昇温後、500℃までの平均冷却速度5℃/sで冷却する連続焼鈍を施した。その後、圧延率1.5%で調質圧延を施した後、これによって得られた鋼板を介在物直径100μmまで検出可能な漏洩磁束式の介在物センサーを有する製造ラインへ通板することで介在物指数（単位質量の鋼中の直径100μm以上の介在物の個数密度を、スラグ流出検知用ガスにアルゴンガスを用いた比較例１の場合の値で除して指数化した値）の評価を行った。

スラグ流出検知用ガスとして窒素ガスを用いて、Ｑ／（Ｗ×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２）＜２００を満たす条件とした発明例１，２では、介在物指数が大幅に低減し、得られた鋼板製品を食缶用容器にプレス加工した製品の線状疵による不良率が１／２以下と大幅に低減できた。

スラグ流出検知用ガスとして窒素ガスを用いても、Ｑ／（Ｗ×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２）＜２００の条件を満たさなかった比較例２，３では、介在物指数の減少は認められず、プレス加工後の製品の線状疵による不良率もアルゴンガスを用いた比較例１と同程度であった。

何れの試験条件においても、取鍋からの溶鋼注入末期におけるスラグ流出検知用ガスの吹込み圧の変化の検知状況は良好であり、取鍋スラグの流出検知には問題は無かった。

本発明の鋼の連続鋳造方法および薄鋼板の製造方法によれば、微小なスラグ系介在物の生成を抑制し、鋼の清浄度を向上させることができる。

１ タンディッシュ
２ 溶鋼流出孔
３ 湯当り部
４ 堰
５ ロングノズル
６ 取鍋
７ 取鍋上ノズル
８ 取鍋スライディングノズル
９ タンディッシュ鉄皮
１０ 耐火物
１１ タンディッシュ上ノズル
１２ タンディッシュスライディングノズル
１３ 浸漬ノズル
１４ 連続鋳造鋳型
１５ 溶鋼
１６ 鋳片
１７ 凝固シェル
１８ 取鍋スラグ
１９ タンディッシュスラグ
２０ ガス配管
２１ Ｎ_２用配管
２２ Ａｒ用配管
２３，２４ 減圧弁
２５ 調節弁
２６ 圧力計
２７ 流量計（マスフロメーター）
２８ 記録計
Ｈ ロングノズル浸漬深さ
Ｄ ロングノズル内径

Claims (6)

1. 取鍋からタンディッシュを介して連続鋳造鋳型内に溶鋼を供給して連続鋳造する、鋼の連続鋳造方法であって、
   取鍋の底部に設けたノズルに連通するロングノズルの先端を、溶融スラグに表面を覆われたタンディッシュ内溶鋼に浸漬させた状態で、該ロングノズルを介して、前記取鍋から供給する溶鋼を前記タンディッシュ内溶鋼に注入し、
   その際、前記ロングノズルの側面に開口させたガス流路から、前記ロングノズル内を通過する溶鋼流に流量Ｑ（NL/min）の窒素ガスを供給し、
   前記流量Ｑが、以下の（１）式を満たすことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
   ２ ≦ Ｑ／Ｗ ＜ ２００×Ｈ^１／２×Ｄ^３／２ ・・・（１）
   ここで、Ｑ：窒素ガス流量（NL/min）、Ｗ：溶鋼スループット（t/min）、Ｈ：ロングノズル浸漬深さ（m）、Ｄ：ロングノズル内径（m）である。
2. 前記溶融スラグが少なくとも液相スラグを含み、CaO、SiO₂、Al₂O₃及びMgOの４元系における前記溶融スラグの組成が下記（２）式及び(３)式を満たす、請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
   {(%CaO)＋(%MgO)}／(%SiO₂) ≧ １ ・・・（２）
   25 ≦ (%Al₂O₃) ≦ 45 ・・・（３）
   ここで、(%CaO)、(%SiO₂)、(%Al₂O₃)及び(%MgO)は、それぞれCaO、SiO₂、Al₂O₃及びMgOの質量百分率であり、合計が１００となるように換算した値である。
3. 前記溶鋼を用いて製造する鉄鋼製品の窒素含有量の目標範囲の上限値が５０質量ｐｐｍ以下であり、前記溶鋼を前記上限値よりも１０質量ｐｐｍ以上低い窒素含有量とするように精錬した後に連続鋳造する、請求項１または２に記載の鋼の連続鋳造方法。
4. 前記溶鋼を用いて製造する鉄鋼製品の窒素含有量の目標範囲の下限値が８０質量ｐｐｍ以上であり、前記溶鋼を前記下限値よりも高い窒素含有量とするように精錬した後連続鋳造する、請求項１または２に記載の鋼の連続鋳造方法。
5. 前記窒素ガスの流量および／または背圧の変化を検出することにより、前記タンディッシュ内への取鍋スラグの流出を検知する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の鋼の連続鋳造方法。
6. 請求項１〜５のいずれか一項に記載の鋼の連続鋳造方法を用いて製造した鋼の鋳片を、熱間圧延後、冷間圧延して、板厚０．２ｍｍ以下の容器用鋼板または絞り加工用鋼板を製造することを特徴とする薄鋼板の製造方法。

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