JP6969707B2 - 溶鋼の鋳造方法、連続鋳造鋳片の製造方法及び軸受用鋼材の製造方法 - Google Patents
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Description
ところで、タンディッシュには、一般的に、耐火物を予熱するためのガスの通り道や、溶鋼の温度測定・サンプル採取を目的とした開口部等が予め加工されて設けられている。さらに、溶鋼のような高温下の環境での鉄容器の変形は不可避であるため、タンディッシュにおけるわずかな隙間の発生を工業的に抑止することは困難である。
このため、特に、軸受鋼といった鋼中の酸化物に対して厳格な鋼種において、設備のトラブル等を伴わず、溶鋼と大気中の酸素との気−液反応をより低減する方法が求められている。
図1を参照して、本発明の一実施形態に係る溶鋼の鋳造方法について説明する。本実施形態では、精錬処理された溶鋼を、連続鋳造設備を用いて連続鋳造する。連続鋳造設備は、溶鋼の鋳造において一般的に用いられるものであればよく、特に限定されない。連続鋳造設備を用いた連続鋳造では、取鍋(不図示)に収容された溶鋼を、図1に示すタンディッシュ1に注入し、その後、タンディッシュ1から鋳型(不図示)に溶鋼を注入することで所望の形状のスラブやブルーム、ビレット等の鋳片が鋳造される。タンディッシュ1は、図1に示すように、上蓋に形成される注入孔10と、4個のストッパー孔11a〜11dを有する。注入孔10は、タンディッシュ1の上蓋の中央に形成され、取鍋に接続されるロングノズル(不図示)が挿通される開口部である。4個のストッパー孔11a〜11dは、タンディッシュ1の長手方向に並ぶようにして形成される孔であり、4本のストッパー(不図示)がそれぞれ挿通される開口部である。なお、注入孔10は、中央のストッパー孔11b,11cの間に形成される。なお、図1に示すタンディッシュ1は、4ストランドでブルーム等の鋳片を鋳造する連続鋳造設備に設けられるものである。そして、4個のストッパー孔11a〜11dの位置は、鋳型が設置される各ストランドの位置に対応して設けられる。また、本実施形態において鋳造される溶鋼の鋼種は、非金属介在物として酸化物を低減する必要がある、軸受鋼である。
本実施形態では、まず、タンディッシュ1を加熱する加熱工程を行う。加熱工程では、図1に示すように、中央側の2個のストッパー孔11b,11cに、ガス供給管2がそれぞれ設けられる。ガス供給管2は、酸素含有ガスと可燃性ガスとを供給する(吹き込む)管であり、ガスが噴射される先端が2個のストッパー孔11b,11cからタンディッシュ1の内部に向かって設けられる。酸素含有ガス及び可燃性ガスは、ガス供給装置からガス供給管2に供給され、それぞれの供給量(流量)が個別に調整可能に構成される。可燃性ガスは、例えば、コークス炉にて発生し、回収された可燃性のガスであるCガスである。Cガスは、可燃性のガス成分である、COガス及び各種の炭化水素ガスを含み、例えば、表1に示すような組成からなる。また、酸素含有ガスは、例えば空気である。
加熱工程は、後述する置換工程に移行するまで行われる。なお、加熱工程が行われている間、ガス供給管2が設置されていない、2個のストッパー孔11a,11d及び注入孔10には、耐火性の蓋が設けられてもよい。
加熱工程の後、タンディッシュ1の内部に少なくとも可燃性ガスを含む置換ガスを不完全燃焼条件で吹き込んで、タンディッシュ1の内部のガスを置換する置換工程を行う。
置換ガスは、置換工程において、2個のガス供給管2からタンディッシュ1の内部に吹き込まれるガスであり、可燃性ガスと酸素含有ガスとを混合させたものであることが好ましい。この場合、置換ガスに含まれる上記酸素含有ガスの量を、置換ガスに含まれる上記可燃性ガスの完全燃焼に必要な量より少なくする。つまり、不完全燃焼条件とは、置換ガス中の酸素の量を可燃性ガスの完全燃焼に必要な量よりも少なくし、置換ガスを完全燃焼させない吹込み条件である。なお、置換ガスの空気比を1.3以下とすることが好ましく、1.0以下とすることがより好ましい。このようにすることで、可燃性ガスの一部が燃焼するため、置換工程におけるタンディッシュ1の内部の温度低下を抑制または防止することができる。また、置換ガスを、可燃性ガスのみとしてもよい。しかし、可燃性ガスのみを置換ガスとして吹き込んだ場合、可燃性ガスの燃焼が起こりにくいため、タンディッシュ1の内部の温度が低下する可能性がある。このため、可燃性ガスのみを置換ガスとして吹き込むことは、置換工程におけるガスの吹き込み時間が短い場合やタンディッシュ1の内部の温度が充分に高い場合等、温度低下が問題とならない場合のみに行うことが好ましい。
置換工程の後、置換ガスの吹き込みを停止し、タンディッシュ1を用いて、タンディッシュ1に置換ガスを吹き込まずに溶鋼の連続鋳造を行う鋳造工程が行われる。
鋳造工程では、注入孔10に挿通されたロングノズル(不図示)を通じて、取鍋からタンディッシュ1へと溶鋼が注入される。そして、タンディッシュ1の下面の各ストランドの位置に設けられた、浸漬ノズルを通じて鋳型へと溶鋼が注入されることで、鋳造が行われる。
CO+1/2O2→CO2 ・・・(6)
CmHn+(m/2+n/4)O2→mCO2+n/2H2O ・・・(7)
なお、置換工程が終了する時点は、置換ガスの送給を止めた時点である。また、鋳造工程が開始する時点は、取鍋からタンディッシュに溶鋼の注入を開始した時点である。
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態とともに種々の変形例を含む本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲に記載された発明の実施形態には、本明細書に記載したこれらの変形例を単独または組み合わせて含む実施形態も網羅すると解すべきである。
さらに、上記実施形態では、溶鋼の鋼種が軸受鋼であるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。溶鋼の鋼種は、溶鋼中のSi,Mn,Al,Ti等の活性元素の酸素ガスによる再酸化が懸念されるものであれば、他の鋼種であってもよい。
さらに、上記実施形態では、置換ガスを2個のストッパー孔11b,11cから吹き込むとしたが、本発明はかかる例に限定されない。置換ガスは、2個のストッパー孔11b,11c以外の孔、例えば、注入孔10やストッパー孔11a,11d、測温またはサンプリングのために設けられる他の孔を通じて供給されてもよい。
(1)本発明の一態様に係る溶鋼の鋳造方法は、連続鋳造設備を用いた溶鋼の鋳造方法であって、連続鋳造設備の中間容器であるタンディッシュ1の内部に、少なくとも可燃性ガスを含む置換ガスを不完全燃焼条件で吹き込んで、タンディッシュ1の内部のガスを置換する置換工程と、置換工程の後、置換ガスの吹込みを停止し、タンディッシュ1を用いて、連続鋳造設備でタンディッシュ1に置換ガスを吹き込まずに連続鋳造を行う鋳造工程と、を含む。
上記(1)の構成によれば、タンディッシュ1へ溶鋼を注入する際に、タンディッシュ1内に可燃性ガスの不完全燃焼状態のガス成分が存在している。このため、注入孔や隙間等から流入した大気中の酸素ガスが可燃性ガスの不完全燃焼状態のガス成分と反応し、溶鋼と大気中の酸素との気−液反応が抑制されるため、溶鋼の再酸化が抑制される。
(3)上記(2)の構成において、鋳造工程では、内部に不完全燃焼状態の可燃性ガス成分を含むタンディッシュ1を用いて連続鋳造を開始し、タンディッシュ1に注入された溶鋼体積がタンディッシュ1の容積の60%に達するまでの期間、タンディッシュ1の気相中の酸素濃度が2.0%以下である。
上記(3)の構成によれば、溶鋼の再酸化をより確実に抑制することができるようになる。
上記(4)の構成によれば、タンディッシュ1内に残っている不完全燃焼状態の可燃性ガス成分のタンディッシュ1外への放散を抑制することができ、溶鋼の再酸化をより確実に抑制することができるようになる。
(5)上記(1)〜(4)のいずれか1つ構成において、置換工程では、置換ガスとして可燃性ガス及び酸素含有ガスを少なくとも含むガスを用いる。
上記(5)の構成によれば、置換工程において、置換ガスの一部が燃焼するため、タンディッシュ1の温度低下を抑制または防止することができる。
(7)上記(6)の構成において、置換工程では、空気比を1.0以下とする。
上記(6),(7)の構成によれば、置換工程において、置換ガスの一部が燃焼するため、タンディッシュ1の温度低下をより効果的に抑制または防止することができる。
(8)上記(5)〜(7)のいずれか1つの構成において、酸素含有ガスが空気である。
上記(8)の構成によれば、設備構成を簡易なものとすることができ、酸素含有ガスに掛かるコストを低減することができる。
上記(9)の構成によれば、不完全燃焼状態の可燃性ガスのガス成分が、タンディッシュ1内に侵入した空気で置換・混合されにくくなり、溶鋼が酸化されにくい状態がより長く維持されやすくなる。
(10)上記(9)の構成において、可燃性ガスが、プロパンガスである。
上記(11)の構成によれば、CO2によるFeの酸化を抑えることができるため、鋳造工程における溶鋼中のAlの再酸化をより低減することができる。
(12)上記(1)〜(11)のいずれか1つの構成において、置換ガスは、CO2分圧に対するCO分圧の比が1.3以上である。
上記(12)の構成によれば、例えば高品質な軸受鋼等において、CO2によるFeの酸化を抑えることができる。
上記(13)の構成によれば、図2に示すような造塊設備3においても、上記(1)の構成と同様な理由から、溶鋼4の再酸化を抑制することができる。
上記(14)の構成によれば、上記(1)の構成と同様な理由から、清浄性の高い連続鋳造鋳片を製造することができる。
(15)上記(14)の構成において、連続鋳造鋳片が軸受鋼の素材となる連続鋳造鋳片である。
上記(15)の構成によれば、上記(1)の構成と同様な理由から、清浄性の高い軸受鋼の素材となる連続鋳造鋳片を製造することができる。
上記(16)の構成によれば、上記(1)の構成と同様な理由から、清浄性の高い軸受用鋼材を製造することができる。
実施例では、まず、加熱工程として、容量20t(容積:3.6m3)のタンディッシュ1の内部をCガスと空気とを混合燃焼させ、180分間予熱を行なった。この際、Cガス流量は10Nm3/minとした。このCガス流量に対する理論空気量は30Nm3/minであるが、Cガスを完全燃焼させるため、供給する空気流量は42Nm3/minとした。すなわち、空気比を1.4、つまりCガスを完全燃焼させるために理論的に必要な空気量の1.4倍とした。また、溶鋼には、予め、溶銑予備処理(脱リン・脱硫)、転炉(脱炭・脱リン)、LF(取鍋内造滓)、RH脱ガス(介在物浮上)処理を施した。
10 注入孔
11a〜11d ストッパー孔
2 ガス供給管
3 造塊設備
30 注入管
31 定盤
32 鋳型
33 蓋
34 注入経路
4 溶鋼
5 取鍋
Claims (14)
- 連続鋳造設備を用いた溶鋼の鋳造方法であって、
前記連続鋳造設備の中間容器であるタンディッシュの内部に、少なくとも可燃性ガスを含む置換ガスを不完全燃焼条件で吹き込んで、前記タンディッシュの内部のガスを置換する置換工程と、
前記置換工程の後、前記置換ガスの吹込みを停止し、前記タンディッシュを用いて、前記連続鋳造設備で前記タンディッシュに前記置換ガスを吹き込まずに連続鋳造を行う鋳造工程と、
を含み、
前記鋳造工程では、内部に不完全燃焼状態の可燃性ガス成分を含む前記タンディッシュを用いて連続鋳造を開始し、前記タンディッシュに注入された溶鋼体積が前記タンディッシュの容積の60%に達するまでの期間、前記タンディッシュの気相中の酸素濃度が2.0%以下である、溶鋼の鋳造方法。 - 前記置換工程が終了してから前記鋳造工程が開始するまでの期間が、10分以内である、請求項1に記載の溶鋼の鋳造方法。
- 前記置換工程では、前記置換ガスとして前記可燃性ガス及び酸素含有ガスを少なくとも含むガスを用いる、請求項1又は2に記載の溶鋼の鋳造方法。
- 前記置換工程では、前記置換ガス中の前記可燃性ガスを完全燃焼させるのに理論上必要な酸素の流量に対する前記置換ガス中の前記酸素含有ガス中の酸素の流量の比である空気比を1.3以下とする、請求項3に記載の溶鋼の鋳造方法。
- 前記置換工程では、前記空気比を1.0以下とする、請求項4に記載の溶鋼の鋳造方法。
- 前記酸素含有ガスが空気である、請求項3〜5のいずれか1項に記載の溶鋼の鋳造方法。
- 前記可燃性ガスが、空気より比重の大きい可燃性のガスである、請求項1〜6のいずれか1項に記載の溶鋼の鋳造方法。
- 前記可燃性ガスが、プロパンガスである、請求項7に記載の溶鋼の鋳造方法。
- 前記可燃性ガスに含まれるCO濃度を、前記可燃性ガスに含まれるCOガスとFeとのタンディッシュ内部の温度における平衡関係に基づいて、前記Feの酸化が起こらない範囲とする、請求項1〜8のいずれか1項に記載の溶鋼の鋳造方法。
- 前記置換ガスは、CO2分圧に対するCO分圧の比が1.3以上であり、
前記置換工程における、前記タンディッシュの温度が1000℃以下である、請求項1〜9のいずれか1項に記載の溶鋼の鋳造方法。 - 造塊設備を用いた溶鋼の鋳造方法であって、
前記造塊設備の鋳型の内部に、少なくとも可燃性ガスを含む置換ガスを不完全燃焼条件で吹き込んで、前記鋳型の内部のガスを置換する置換工程と、
前記置換工程の後、前記置換ガスの吹込みを停止し、前記鋳型を用いて、前記造塊設備で前記鋳型に前記置換ガスを吹き込まずに鋳造を行う鋳造工程と、
を含み、
前記鋳造工程では、内部に不完全燃焼状態の可燃性ガス成分を含む前記鋳型を用い、内部に不完全燃焼状態の可燃性ガス成分を含む前記鋳型を用いて鋳造を開始し、前記鋳型に注入された溶鋼体積が前記鋳型の容積の60%に達するまでの期間、前記鋳型の気相中の酸素濃度が2.0%以下である、溶鋼の鋳造方法。 - 転炉または電気炉から出鋼された溶鋼を二次精錬設備で精錬し、前記二次精錬設備で精錬した溶鋼を連続鋳造設備で鋳造し、連続鋳造鋳片を製造する方法であって、
前記連続鋳造設備の中間容器であるタンディッシュの内部に、少なくとも可燃性ガスを含む置換ガスを不完全燃焼条件で吹き込んで、前記タンディッシュの内部のガスを置換する置換工程と、
前記置換工程の後、前記置換ガスの吹込みを停止し、前記タンディッシュを用いて、前記連続鋳造設備で前記タンディッシュに前記置換ガスを吹き込まずに連続鋳造を行う鋳造工程と、
を含み、
前記鋳造工程では、内部に不完全燃焼状態の可燃性ガス成分を含む前記タンディッシュを用いて連続鋳造を開始し、前記タンディッシュに注入された溶鋼体積が前記タンディッシュの容積の60%に達するまでの期間、前記タンディッシュの気相中の酸素濃度が2.0%以下である、連続鋳造鋳片の製造方法。 - 前記連続鋳造鋳片が、軸受用鋼材の素材となる連続鋳造鋳片である、請求項12に記載の連続鋳造鋳片の製造方法。
- 転炉または電気炉から出鋼された溶鋼を二次精錬設備で精錬し、前記二次精錬設備で精錬した溶鋼を連続鋳造設備で鋳造した素材を使用して軸受用鋼材を製造する方法であって、
前記連続鋳造設備の中間容器であるタンディッシュの内部に、少なくとも可燃性ガスを含む置換ガスを不完全燃焼条件で吹き込んで、前記タンディッシュの内部のガスを置換する置換工程と、
前記置換工程の後、前記置換ガスの吹込みを停止し、前記タンディッシュを用いて、前記連続鋳造設備で前記タンディッシュに前記置換ガスを吹き込まずに連続鋳造を行う鋳造工程と、
を含み、
前記鋳造工程では、内部に不完全燃焼状態の可燃性ガス成分を含む前記タンディッシュを用いて連続鋳造を開始し、前記タンディッシュに注入された溶鋼体積が前記タンディッシュの容積の60%に達するまでの期間、前記タンディッシュの気相中の酸素濃度が2.0%以下である、軸受用鋼材の製造方法。
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