JP7136000B2

JP7136000B2 - 鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP7136000B2
Application number: JP2019091922A
Authority: JP
Inventors: 陽三岩城; 靖規穂積; 昌俊津田; 広明佐藤; 勇司近藤; 絋宗和田; 将司土田; 将行満園
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2019-05-15
Filing date: 2019-05-15
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2039-05-15
Also published as: JP2020185593A

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、取鍋からタンディッシュへ注入される溶鋼を、ロングノズル等の注入管を使用して空気を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。詳細には、複数のヒートの鋼の連続鋳造方法において、浸漬開口を行う鍋交換で取鍋の不開口の発生を防止する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注入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、また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。

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（以下、「ＳＮ」と記す）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。

また、従来はＳＮ開口時に急激にロングノズルの内圧が挙がって、取鍋ＳＮとロングノズルの嵌合面から溶鋼が吹きだす懸念があるため、ロングノズルの先端がタンディッシュ内の溶鋼に浸漬させない状態でＳＮを開口していた。しかし、近年、連々鋳の取鍋交換部の鋳片に含まれる非金属介在物を低減させるニーズが高まり、その対策として、ロングノズルの下端を溶鋼中に浸漬してからＳＮを開口する、「浸漬開口」が行なわれるようになった。従来の「非浸漬開口」においては高い自然開口率が得られるが、浸漬開口では、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、開口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、本発明者等は特許文献１及びさらに特許文献１を改善した特許文献２を提案した。この技術は、取鍋ＳＮが「閉」の時にはロングノズル内と外気との間の圧力差をなくすための「大気圧連通溝」をＳＮプレートに設け、次鍋を開口する際にロングノズルの内部が大気に対して正圧とならないようとする技術である。

特開２００３－１４５２５５号公報特開２００６－２３１３９８号公報

特許文献１、２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に自然開口率は大幅に向上した。しかしこの方法では、ＳＮプレートに連通溝を設けるのでＳＮプレートの加工費が生じ、連続鋳造のコストを押し上げるという課題があった。また圧力抜きの連通溝があることで、ＳＮプレートの強度が低下による操業管理やメンテナンスが難しい問題がある。たとえば、ＳＮプレートの摺動面に塗布する耐熱グリスが溝内に押し出されて、溝を塞ぐおそれがある。

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、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、スライディングプレートの強度低下によるトラブルを招くことなく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。

このような課題を解決する本発明の特徴は、以下の通りである。

（１）溶鋼を収容した取鍋と、前記取鍋のスライディングノズルと、前記スライディングノズルの流出口側にロングノズルの上端を圧着して溶鋼をタンディッシュへ注入する鋼の連続鋳造方法であって、
一の取鍋内の溶鋼の注入が終了した後に、前記一の取鍋を、タンディッシュへの溶鋼注入位置から退去させ、引き続いて溶鋼を収容した二の取鍋を前記溶鋼注入位置に載置し、前記二の取鍋の溶鋼のタンディッシュへの注入を開始するにあたり、前記ロングノズルを前記一の取鍋の前記スライディングノズルから脱着した後に溶鋼を収容した前記二の取鍋を前記溶鋼注入位置に載置し、前記二の取鍋の前記スライディングノズルの下部に前記ロングノズルを圧着してから前記ロングノズルの先端を前記タンディッシュに滞在する前記溶鋼に浸漬するまでの経過時間が、１０秒以上あることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。

本発明によれば、ロングノズル内部の圧力の上昇を防止し、且つ大気圧と同等になってからロングノズルの上端を取鍋のスライディングノズルに圧着し、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圧力抜きの連通溝を設けることなく高い自然開口率で開口させることができる。その結果、スライディングプレートの強度が低下を招くことが皆無になり操業管理やメンテナンスが容易となる、工業上有益な効果がもたらされる。

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。ロングノズル下端がタンディッシュ内溶鋼に浸漬していない延べ時間と自然開口率を調査した結果を示す図である。実施例における自然開口率を調査した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。このアクチュエータとしては油圧シリンダが用いられることが多いが、小型のＳＮでは電動モータが用いられることもある。

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に注入される。鋳型３に注入された溶鋼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の注入流は浸漬ノズル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、下記の手順により取鍋２の交換を行う。

空になった取鍋２のスライディングノズル４を閉とした後、ロングノズル５をスライディングノズル４より脱着後、下降する。次に、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の下部にロングノズル５を装着する。次に、装着したロングノズル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１６が充填されている。

以上の図１～３の鋼の連続鋳造設備を踏まえて本発明方法について説明する。

取鍋２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鋳造が行われる。

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し、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、開口不良を生じる。

本発明者らは、図１～３に示す連続鋳造装置を用いて、連続鋳造時の開口不良に対するロングノズルの非浸漬期間の影響について調査した。ロングノズルの非浸漬期間は、空になった取鍋２のスライディングノズル４を閉じた後、ロングノズル５をスライディング４より脱着してから溶鋼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の下部にロングノズル５を圧着し、装着したロングノズル５の先端をタンディッシュ１に滞在する溶鋼８に浸漬するまでの経過時間である。

以下に、実験例として説明する。

図１～３の連続鋳造装置を用いて下記の操業条件により非浸漬期間の影響を調査した。尚、非浸漬期間は連続鋳造においてロングノズルが非浸漬状態である時間であり、その間においてロングノズルが浸漬した場合はその時間を除いた時間とする。（以下、ロングノズル非浸漬延べ時間とする）
（１）試験条件
使用した溶鋼及び条件は下記のとおりである。
・上底吹き転炉にて溶鋼を溶製
・個々の取鍋につき転炉出鋼から鋳造開始までのリードタイム：９０分～１２０分
・鋳造ヒート数：７８０ヒート
・充填材：平均粒径０．５ｍｍ珪砂を５０ｋｇ投入
・タンディッシュへの注入管：下広ロングノズル
・ＳＮ形式：２層式
（２）調査項目
ロングノズル内部の圧力が高い状態で浸漬開口を行うと開口不良が生じると考えられ、その原因としては次のことが推定される。図３の示すように、取鍋の充填材（珪砂）は取鍋の流出口の位置まで充填され、流出口には珪砂の山ができ、さらに珪砂の山と接する溶鋼は薄く凝固し、また珪砂の山の、溶鋼に近い表面付近には珪砂の焼結層が生じやすくなる。その状態でＳＮを開とすると、溶鋼が抜けた時点では薄く凝固していた珪砂の山の地金や焼結層がドーム状になっているため、ロングノズル内部の圧力が高くなると、この地金ドームを支えるように作用するため、もともとドーム状の形状であるため崩壊しにくい地金ドームがさらに崩壊しにくくなり、取鍋の自然開口率が低下するものと考えられる。

本発明者は、ロングノズル内部圧力の上昇が防止し、且つ大気圧に同等となった時点において開口すると自然開口率が改善されると考えロングノズル非浸漬時間の影響を調査した。具体的には、ロングノズル非浸漬延べ時間を０秒、１０秒、３０秒、６０秒と変更し自然開口率への影響を調査した。

結果を図４に示す。図４に示すように自然開口率はロングノズル非浸漬延べ時間０秒、１０秒、３０秒、６０秒ではそれぞれ９３．０％、９９．０％、９９．５％、９９．８％であった。但し、自然開口率９８．０％以上を合格とした。

自然開口率はロングノズル非浸漬延べ時間を大きくするほど良好となり、ロングノズル非浸漬延べ時間が１０秒以上で自然開口率９９．０％以上となり、６０秒以上とすることにより自然開口率９９．８％以上であった。

本発明においては注入管として下広ロングノズルを用いたがストレート形状のロングノズルや直径が約５００ｍｍ以上ある土管形状のシュラウドを使用可能である。

図１～３に示す連続鋳造設備を用いて本発明を実施した（本発明例）。下広ロングノズル非浸漬時間を１０秒経過した時点（本発明例１）及び６０秒経過した時点（本発明例２）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、ロングノズル非浸漬時間を０秒（下広ロングノズル鍋交換時にロングノズル下端溶鋼へ浸漬）（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た場合（比較例）も実施した。そして、各々１００ヒート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、本発明例１では自然開口率は９９．０％で従来例に対し５．３％向上し、本発明例２では自然開口率は９９．８％で従来例に対し６．１％向上した。また、本発明例は比較例に対し本発明例１では自然開口率はほぼ同等（本発明例１は比較例に対し０．２％向上）であったが、本発明例２では１．０％向上し、また、比較例はロングノズルプレートに連通溝を設けるため加工費のアップ及び圧力抜きの連通溝があることで、スライディングプレートの強度が低下による操業管理やメンテナンスが難しい問題が生じ操業安定性に問題があった。

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充填材

Claims

溶鋼を収容した取鍋と、前記取鍋のスライディングノズルと、前記スライディングノズルの流出口側にロングノズルの上端を圧着して溶鋼をタンディッシュへ注入する連続鋳造方法であって、
一の取鍋内の溶鋼の注入が終了した後に、前記一の取鍋を、タンディッシュへの溶鋼注入位置から退去させ、引き続いて溶鋼を収容した二の取鍋を前記溶鋼注入位置に載置し、前記二の取鍋の溶鋼のタンディッシュへの注入を開始するにあたり、前記ロングノズルを前記一の取鍋の前記スライディングノズルから脱着した後に溶鋼を収容した前記二の取鍋を前記溶鋼注入位置に載置し、前記二の取鍋の前記スライディングノズルの下部に前記ロングノズルを圧着してから前記ロングノズルの先端を前記タンディッシュに滞在する前記溶鋼に浸漬するまでの経過時間が、１０秒以上あることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。