JPH0417966A - 含Ｔｉ極低炭素鋼の連続鋳造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は含Ｔｉ極低炭素鋼の連続鋳造法に関する。

従来の技術 現在、連続鋳造においては、溶鋼を酸化させることなく
タンデイツシュからモールド内に供給するために、浸漬
ノズルが利用されている。

第１図は浸漬ノズルの概略を説明するための図である。

浸漬ノズルｌの材質としては、アルミナ及び炭素を主体
とし、これに２０ｗｔ％程度のシリカを含有するものが
主流となっている。このような浸漬ノズル１では、鋳造
時間の経過とともに鋼中析出物のアルミナ及び地金がノ
ズル内壁４に付着し、激しい場合にはノズル閉塞を引き
起こし鋳造を停止する場合もあった。

これを防止するために、ガス導入管７からガス均圧室２
および内孔体３を通して、Ａｒガス５の吹き込みを行い
、ノズル内壁４と溶鋼６の接触面積を低減するか、又は
Ａｒガス５により溶鋼６を攪拌し温度の均一化を図るこ
とが行われている（例えば、実公平１−３３２５８号公
報、特公平１−４０７９０号公報）。

また、ぶりきや自動車用鋼板等の高級鋼板は、内部品質
に対する要求レベルが高く、加工による割れ等のトラブ
ルが発生し易い。この原因としては、タンデイツシュ内
のスラグ巻き込みやモールド内のパウダー巻き込みに起
因して、溶鋼中に５０〜４００４　ｍの微小介在物が混
入するためである。

この微小介在物を除去する方法としても、Ａｒガスに代
表される不活性ガスの吹き込みが有効である。これは、
吹き込まれたガス気泡が、その表面に介在物を吸着させ
浮上分離を促進するためである。以上のように、浸漬ノ
ズルからＡｒガスのような不活性ガスを吹き込むことは
、連続鋳造の安定な操業に不可欠なものになっている。

第２図は連続鋳造時に浸漬ノズル１から吹き込まれたＡ
ｒガス５の挙動を説明するための図である。浸漬ノズル
ｌから吹き込まれたＡｒガス５はモールド８内に供給さ
れるが、その大部分は連続鋳造機内で溶鋼流速の低下に
伴い、溶鋼６とＡｒガス５の比重差に基づき浮上して行
く。この時、Ａｒカス５は表面に微細な介在物を吸着さ
せるため、介在物の分離除去の効果も有する。

しかし、一部のガスは浮上中に、鋳片の凝固界面９に捕
捉され鋳片内に気泡として残留する。この気泡は、表面
に介在物を多く吸着しているため、熱間圧延、冷間圧延
後も圧着されず鋼板表面にふくれ欠陥として現れる。ふ
くれ欠陥にならない場合でも、気泡に吸着した介在物が
プレス成形の際に、割れの起点になることもある。

ここで、ふくれ欠陥とは熱間圧延、冷間圧延後の鋼板表
面に現れる欠陥で幅１〜４腸厘、長さ数■に隆起した、
あるいはこれら数暦履の隆起が点状に連続して３００ｍ
ｍにもわたって連なったものをいう。このふくれ欠陥は
、鋼板中の炭素濃度を極力低下させた、例えば炭素濃度
が０．００５ｗｔｔ以下の極低炭素鋼において、製品中
の固溶炭素や窒素を析出物として固定させるために、炭
素や窒素との親和力が強いＴｉを添加させた鋼種にとり
わけ多く発生し、製品歩留まりの大幅な低下を招いてい
る。

近年、鋼材使用環境の厳格化にともない鋼材特性の向上
が望まれており、特に加工性に優れ、時効し難いＴｉを
含有する極低炭素鋼（Ｃ＜０．００５％）の需要は、今
後益々増加していくものと予想される。したがって、ふ
くれ欠陥と介在物欠陥の防止は、Ｔｉを含む極低炭素鋼
の熱延、冷延加工用鋼板製造における最大の課題となっ
ている。

以上のように、ふくれ欠陥の主原因が溶鋼中のＡｒ気泡
であることから、ふくれ欠陥抑制のためにＡｒカスの吹
き込み流量を低下することが考えられるが１本来の目的
であるノズル閉塞防止の効果および介在物の浮上分離促
進効果を十分に享受できないという問題を生じる。

そこで、浸漬ノズルの閉塞防止および介在物の浮上分離
効果を確実に享受しつつ、ふくれ欠陥の発生を抑制する
ために、溶鋼トン当たり４Ｎ１以下に制限したＡｒと残
余Ｎ２との混合ガスを用い、鋳片内部に捕捉されるガス
気泡に基づ＜１ｍｒａφ以下のピンホール数をトン当た
り１０個以内に低減させる方法（特開昭６２−３８７４
７号公報）が報告され効果を発揮している。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、浸漬ノズルからＮ２ガスを吹き込んだ場
合には、特に鋳造速度が速くなりＮ気泡が鋳片の奥深く
まで持ち込まれ溶鋼と接触する時間が長くなると、溶鋼
中に少なからず吸収され、すでに存在する以上に溶鋼中
の窒素濃度が増加する。この窒素成分は凝固段階あるい
は冷却段階において種々の窒化物として鋼材中に析出し
てくるため、薄板鋼板の加工性、成形性に支障をきたす
恐れがあり、極力低いほうが好ましいと言われている。

実際に現状の窒素濃度の鋼材においても、材料の加工性
を確保するために、Ｔｉといった成分を鋼中成分として
添加し、製品段階で窒素成分を窒化物として固定させて
おく方法が取られている。

したがって、鋼材特性の一層の向上が望まれている今日
にあっては、窒素濃度が現状以上に増加した場合には、
材質を確保するために、これら添加合金の量が増加し、
精錬上のコスト増加をまぬがれない。才た、ふくれ欠陥
防止のために、Ａｒカスとともに窒素ガス以外の不活性
ガス、例えばＨｅガスを吹き込むことも考えられるが、
これらのガスはＡｒガスに比へて数倍値段が高く、製造
コストの増加を招く結果となる。

これらの問題を鑑み、本発明は、ノズル閉塞の防止に必
要なガス吹き込み流量を確保した上で、大幅な精錬コス
トの増加もなく、また鋼材の材質を損ねることなく、常
に安定してふくれ欠陥および介在物欠陥のない加工用鋼
板素材の連続鋳造方法を提示することを目的とするもの
である。

課題を解決するための手段 本発明は、重量％にてＣ：　０．００５％以下、Ｔｉ二
０．００５〜０．１％を含有する鋼の連続鋳造において
、内孔体の気孔径を溶鋼が侵入しない範囲で大きくした
ガス吹込み浸漬ノズルを用いるとともに、吹込みガスを
冷却しつつ供給することを特徴とする含Ｔｉ極低炭素鋼
の連続鋳造法である。

作用 発明者等は、浸漬ノズルの閉塞を防止するためにガス吹
き込みは積極的に行い、且つふくれ欠陥および介在物欠
陥につながる気泡を鋳片に捕捉させない方法について鋭
意研究を行った結果、浸漬ノズル内孔体の気孔径を大き
くし、さらに吹き込みガスを冷却することで、溶鋼中に
吹き込まれたガスの気泡径が大きくなり、気泡の浮上が
促進されることを見出した。これにより、溶鋼中の気泡
は鋳片に捕捉されることなく、介在物をも吸着させ溶鋼
外に除去できるため、本発明はふくれ欠陥および介在物
欠陥の防止に有効となる。以下に、その詳細を述べる。

発明者等は、浸漬ノズルから吹き込まれたＡｒ気泡の挙
動を詳細に調査するために、鋳片から厚み７ｍｍのサン
プルを切り出しＸ線透過により気泡径と気泡個数の測定
を行った。

第３図は、測定結果に基づき気泡径と気泡個数の関係を
示したものである。第３図は、気泡径０．２〜０．５　
ｍｍの気泡が鋳片内に最も多く捕捉されており、気泡径
が０．８腸層を越えると鋳片内の気泡個数は５個以下に
減少することを示す。すなわち、溶鋼中の気泡径を０．
８■以上にすれば、気泡の浮上分離が促進され鋳片に捕
捉される気泡個数は格段に減少することになる。そこで
、発明者等は気泡径を決定する要因を詳細に解析し、気
泡径を大きくする方法について検討を行った。

般に、ノズルから液体中に吹き込まれるガスの単一気泡
の直径ｄａは、溶鋼の表面張力をσ、ノズルの直径をｄ
、溶鋼の密度をρ、重力加速度をｇとすると（１）式（
α＝１）で与えられる。

ここで、ｄを浸漬ノズル内孔体の気孔径であると考えれ
ば、ｄＢは溶鋼中に吹き込まれるガスの気泡径を示すこ
とになる。（１）式は、厳密には、単一ノズルから生成
する気泡径を示すものであるから、浸漬ノズル内孔体の
ように多孔質から生成する気泡においては（１）式を修
正する必要がある。ここで、修正係数をαとおき、実験
により算出した。

しかし、（１）式にはＡｔガスが高温の溶鋼中に吹き込
まれることによる体積膨張は考慮されていない。圧力が
一定の場合、気体の状態方程式から気体の温度と体積の
関係は（２）式で与えられる。

なお、Ｔは溶鋼の温度、■は温度Ｔにおけるガスの体積
、Ｔｉｎはガスの吹き込み温度、Ｖｌｎは温度Ｔ１１に
おけるガスの体積である。（１）式と（２）式を用いて
温度による体積膨張を考慮した溶鋼中のカスの気泡径Ｄ
ｅを求めると（３）式が得られる。

そこで、（３）式を用いて溶鋼中のカスの気泡径と浸漬
ノズル内孔体の気孔径の関係をカスの吹き込み温度Ｔｉ
ｎに関して求めると第４図が得られる。第４図には浸漬
ノズルを用いたＡｒガス吹き込み実験により得られた気
泡径も同時に示している。この図は、Ａｒガスの気泡径
を大きくするためには、内孔体の気孔径を大きくするこ
と、　Ａｒガスの吹き込み温度を下げることが有効であ
ることを示す。

通常のガス吹き込みにおいては、吹き込みガスは溶鋼中
に吹き込まれる以前にガス導入管およびカス均圧室で加
熱されるため、Ａｒガスの吹き込み温度は４００℃程度
に達している。また鋳造に使用される浸漬ノズル内孔体
の気孔径は２０ｐｍ程度である。したがって、第４図よ
り溶鋼中に吹き込まれるＡｒガスの気泡径は０．４５ｍ
腸になる。しかし、Ａｒガスを吹き込み前に冷却すれば
、吹き込み時のＡｒガス温度は５０℃程度に抑えること
ができ、溶鋼中の気泡径は０，６５層選となる。

ここで、Ａｒガスの冷却方法の一例を第５図に示す。第
５図は、Ａｒガスをガス均圧室２に供給するためのガス
導入管７を蛇行させて配管し、これを覆うように冷却ガ
ス循環室１０を設は冷却ガスを循環させることで、Ａｒ
ガスを冷却できる構造となっている。ガス導入管７を蛇
行させたのは、Ａｒガスの冷却効率を上げるためである
。また、液体窒素は一１！３５．８℃で気化するため、
冷却ガスとしてこの窒素ガスを利用すれば、ガス均圧室
での温度上昇を考慮しても吹き込みガス温度を５０℃程
度に抑えることができる。

さらに、気泡の大型化を促進するためには、気孔径を大
きくすることが有効であるが、気孔径が大きくなり過ぎ
ると、溶鋼が気孔内に侵入し耐火物を劣化させる可能性
がある。そこで、気孔内に溶鋼が侵入しないための最大
気孔径ｄ１．ａ８を、溶鋼静圧と溶鋼・耐火物間の表面
張力との釣り合いを考慮することにより求めた。その結
果を、（４）式なお、σは表面張力、θは溶鋼と耐火物
の接触角、ρは溶鋼密度、ｇは重力の加速度、Ｈは溶鋼
の高さである。ここで、溶鋼の高さＨと溶鋼が侵入しな
い最大気孔径ｄ＆Ｌｘとの関係を求めると、第６図が得
られる。なお、耐火物と溶鋼の接触角は高温ｍ微鏡で測
定した値を用いた。したがって、標準的な操業条件とし
て、タンプイー、シュ内の溶鋼高さＨを１ｍとすると、
耐火物の気孔に溶鋼が侵入しない最大気孔径ｄｍＸは４
５ｇｍとなる。この時の気孔径を用いて、さらに吹き込
みガスを５０℃に冷却すれば、第４図から溶鋼中の気泡
径は０．８５１まで大型化できる。したがって、　Ａｒ
ガスの冷却および気孔径の拡大により、０．８■以上の
気泡径を十分に確保でき、Ａ′を気泡の浮上分離効果を
促進できる。

以上の結果から、吹き込みガスの気泡径を太きくし、気
泡及び介在物の浮上を促進することで内質欠陥を防止す
るためには、浸漬ノズル内孔体の気孔径を溶鋼が侵入し
ない範囲内で大きくし、さらに吹き込みガスの温度を下
げることが有効である。

しかして本発明において成分限定した理由は次の通りで
ある。

Ｃは０．００５％を超えると加工性が劣化し極低炭素鋼
としての鋼材特性が得られない。

Ｔｉは鋼中の固溶炭素や窒素を析出物として固定させる
ために添加するものであり、極低炭素鋼（Ｃ≦０．００
５＄）の炭素多び窒素濃度により決定されるが、０．０
０５〜０．１％で必要十分である。

実施例 表１に示す溶鋼をアルミナと炭素を主成分とし、それに
シリカを２０％含有した浸漬ノズル（内径９０ｍｍ、吐
出孔径７０ｍｍ、吐出孔角度３５度の２孔道Ｙ字型）を
用い、表２に示す条件で鋳造した。

尚、−本発明実施例、比較例ともタンデイツシュ内の溶
鋼高さはｌｏ＋ｓ、＠造温度は１５５０℃で吹き込みガ
スはＡｔガスを用いた。また鋳造寸法は厚２４５ｍｍＸ
巾１５００＋ｕ＋で８５００ｍ■長さに切断してエコイ
ル単位とした。このスラブを常法により熱間圧延−流量
圧延をし、最終的に０．７腸厘Ｘ　１５００＋＊ｍＸコ
イルの冷延鋼帯とした。該冷延鋼帯のふくれ欠陥の発生
状況を併せて表２に示す。尚ふくれ欠陥発生指標は、１
コイル当りに発生するふくれ欠陥の個数と定義する。

しかして表２により明らかなように、内孔体の気孔径が
小さくＡｒガスを冷却しない比較例の場合には、何れも
ふくれ欠陥が発生し歩留低下をきたしたのに対し、本発
明実施例の場合ふくれ欠陥は全く発生しなかった。

（以下余白） 発明の効果 以上に説明したように、本発明においては、熱延、冷延
加工用鋼板に向けられる含Ｔｉ極低炭素鋼の連続鋳造の
際に、浸漬ノズル内孔体の気孔径を大きくし、さらに吹
き込みガスの冷却を行うことにより、浸漬ノズルの閉塞
防止に必要な吹き込みガス流量を確保しつつ、内質欠陥
を防止できる。

したがって、連続鋳造法で鋳造される熱延、冷延鋼板の
品質は非常に安定し、歩留まりも格段に向上する。

また、本発明によれば吹き込みガスが耐火物を冷却する
ため、熱による耐火物の劣化を抑制する附随的効果も得
られ、多連鋳化をさらに進める上で非常に有利な方法と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は浸漬ノズルの構造を説明するための図、第２図
は溶鋼中に吹き込まれたガスの挙動を説明するための図
、第３図は鋳片内の気泡径と気泡個数の関係を示すグラ
フ、第４図は浸漬ノズル内孔体の気孔径と気泡径の関係
を吹き込み温度に間して求めたグラフ、第５図は吹き込
みガスの冷却方法の一例を示す断面図、第６図は溶鋼の
高さと溶鋼が侵入しない最大気孔径の関係を示したグラ
フである。 １・・・浸漬ノズル、２φ・・ガス均圧室、３・・・浸
漬ノズル内孔体、４・・争ノズル内壁、５・・＠ＡＴガ
ス、６・・Φ溶鋼、７・・・ガス導入管、８・慟・モー
ルド、９拳争・凝固界面、１０・・・冷却カス循環室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 重量％にてＣ：０．００５％以下、Ｔｉ：０．００５〜
   ０．１％を含有する鋼の連続鋳造において、内孔体の気
   孔径を溶鋼が侵入しない範囲で大きくしたガス吹込み浸
   漬ノズルを用いるとともに、吹込みガスを冷却しつつ供
   給することを特徴とする含Ｔｉ極低炭素鋼の連続鋳造法
   。