JPH0417967A

JPH0417967A - 含Ｔｉ極低炭素鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JPH0417967A
Application number: JP11764290A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Sasai; 勝浩笹井; Yoshimasa Mizukami; 水上　義正
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1990-05-09
Filing date: 1990-05-09
Publication date: 1992-01-22

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方法に関し、詳し
くは話調のふくれ欠陥を防止できる連続鋳造方法に関す
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図は浸漬ノズルの構造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ｌ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ｗ４６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、特公平１−４０７８０
号公報）。このため、Ａｔガス５の吹き込みは連続鋳造
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
１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、シかし、一部のＡｒガス５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、大きなものほど熱間圧延、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。

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ｌ〜４ｍｍ、長さ数■に隆起し
た、あるいはこれら数ｆｆ１厘の隆起が点状に連続して
３００ｍｍ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０．００５ｗｔ＄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、Ｔｉといった炭素や窒素との親和力が強い第３元
素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
くれ欠陥防止はＴｉを含む極低炭素鋼の熱延、冷延鋼板
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ガスの吹
き込み流量を低下することが考えられるが、本来の目的
であるノズル閉塞防止の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４Ｎ
ｌ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く１ｍｌ１φ以上
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８２−３８７４７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、浸漬ノズルから心ガスを吹き込んだ場合
には、特に鋳造速度が速くなりＮ２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。また、ふくれ欠陥
防止のために、Ａｒガ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Ａｔガスに比べて数倍値段が高く、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１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：
０．００５〜０．１％を含有する鋼の連続鋳造において
、浸漬ノズルのガス吹き込みを行う内孔体の初期気孔径
を７〜２０μｍとし、該ノズルの経時劣化に伴い吹き込
みガスを６００〜１０００℃に加熱して吹き込むことを
特徴とする含Ｔｉ極低炭素鋼の連続鋳造方法である。

作用従来から、鋳片に捕捉された気泡は、大きなものほど熱
間圧延、冷間圧延後にふくれ欠陥につながり易いといわ
れている。しかし、この知見を裏付ける定量的なデータ
ーはこれまで得られていない。

そこで、発明者等はＣ：　０．００５％以下、Ｔｉ：０
．００５〜０．１％含有する熱延、冷延鋼板のふくれ欠
陥の幅と欠陥発生位置を詳細に調査し、第３図に示す結
果を得た。鋳造中に捕捉されたＡｒ気泡は圧延により長
手方向に伸ばされるが、幅方向には変化しないため、鋳
片断面のふくれ欠陥の幅は鋳片に捕捉された時の気泡径
を示す、したがって、第３図でふくれ欠陥の幅が０．５
　ｍｍ以上であることから、鋳片段階で０．５■以上の
気泡径を宥する気泡がふくれ欠陥の直接的原因になり、
それ以下の気泡については鋳片に捕捉されても欠陥につ
ながらない。

また、実機で鋳造を行った低炭アルミキルド鋼とＴｉを
含有する極低炭素鋼の浸漬ノズル１を調査したところ、
厚み１２ｍｍの浸漬ノズル内孔体３は溶鋼６と接触して
いる表面から内部に向かって炭素及びＳｉＯ２濃度が低
下した変質層が存在し、この変質層厚みは低炭アルミギ
ルド鋼で２ｍｍ、極低炭素鋼では６＋ａｍにもなってい
ることを見出した。さらに、浸漬ノズル内孔体表面を光
学顕微鏡で観察したところ、ガス吹き込みを行う気孔部
分が優先的に浸食され、初期に１５ｐｍであった気孔径
が。

特進後、低炭アルミギルド鋼で２０μｍ、Ｔｉを含有す
る極低炭素鋼で７０ｐｍにも達している。

以上の結果から、Ｔｉを含有する極低炭素鋼の鋳造では
浸漬ノズル内孔体３は溶鋼６と反応し易く、溶鋼中にＡ
ｒガス５を吹き込むノズル内壁４の劣化に伴い０．５　
ｍｍ以上の気泡径を有する大型気泡が増加したために、
ふくれ欠陥が多発したことが明らかとなった。

また、発明者等は、Ｔｉを含有する極低炭素鋼の鋳造で
浸漬ノズル内孔体の劣化が急激に進行する原因について
も究明しており、その機構は以下の通りである。浸漬ノ
ズル内孔体３中の５ｉ０２が溶鋼６中のＴｉと（１）式
で示される反応を生じ、特に内孔体３の気孔部分には溶
鋼６が差込み、優先的に（１）式の反応が進むため、Ｔ
ｉを含有する極低炭素５ｉ０２＋Ｔｉ→ＴｉＯ２＋Ｓｉ
　　　　　　　　　（１）鋼で使用したノズルの劣化が
激しくなると考えられる。また、炭素濃度が低い極低炭
素鋼の鋳造では、浸漬ノズル内孔体３中の炭素も溶鋼６
中に溶は出すため、さらに劣化が進行することになる。

ここに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。

Ｔ１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．
００５〜０．１で必要十分である。

しかして、Ｔｉを含有する極低炭素鋼用の浸漬ノズル内
孔体の材質としては、炭素濃度および５ｉ０２濃度を極
力低下させたものが望ましいが、浸漬ノズルの熱特性を
悪化させない範囲内でこれら構成成分を低減するには限
界がある。

そこで１発明者等は、浸漬ノズル内孔体３から吹き込む
Ａｒガス５の気泡径を決定する要因を詳細に調査し、溶
鋼６中のＡｒガス５の気泡径を０．５層層以下に抑える
方法を検討した。

一般に、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ｄＢ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（２）式
（α＝１）で与えられる。

ρ　・　ｇ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、ｄｅは溶鋼中に吹き込まれるＡｒガスの気泡径を示
すことになる。（２）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（２）式
を修正する必要がある。ここでは、修正係数をαとおき
、実験により算出した。

しかし、（２）式にはＡｒ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（３）式で与えられる。

なお、Ｔは溶鋼の温度、■は温度ＴにおけるＡｒガスの
体積、ＴｉｎはＡｒガスの吹き込み温度、Ｖｌｎは温度
ＴｉｎにおけるＡｒガスの体積である。（２）式と（３
）式を用いて温度による体積膨張を考慮した溶鋼中のＡ
ｔガスの気泡径ＤＢを求めると（４）式が得られる。

そこで、（４）式を用いて溶鋼中のＡｒガスの気泡径と
浸漬ノズル内孔体の気孔径の関係をＡｒガスの吹き込み
温度Ｔｉｎ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ガスの気泡径を小さくするためには、内
孔体の気孔径を小さくすること、Ａｒガスの吹き込み温
度を上げることが有効であることを示す。

通常のＡｒガス５吹き込みにおいては、溶鋼６中に吹き
込まれる以前にガス導入管７およびガス均圧室２で加熱
されるため、Ａｒガス５の初期温度は３００〜４００℃
程度に達している。したがって、第４図より気泡径０．
５ｍ１以上の気泡を抑制するためには、浸漬ノズル内孔
体３の気孔径を２０ルｍ以下にする必要がある。

１ヒー）　２５０ｔで所要時間５０分かかる連続鋳造を
９ヒ一ト分連続鋳造後の浸漬ノズル１を調査すると、低
度アルミキルト鋼では気孔径は２０μｍ程度であり、極
低炭素鋼では７０ルｍにも達している。

なお、鋳造前に測定した内孔体の気孔径は１５ｐｍであ
った。したがって、通常の鋳造条件では、極低炭素鋼鋳
造で使用した浸漬ノズル内孔体の気孔径が７０μｍとな
り、このため０．５厘厘以上の気泡が発生し易く、ふく
れ欠陥が多発する傾向にある。

したがって長時間に亘って安定してふくれ欠陥を防止す
るためには、第４図からノズルの経時劣化に伴い吹き込
みガスを６００〜１０００℃の温度に加熱する必要があ
る。

すなわち、６００℃未満ではノズルの耐用寿命が短くな
って不都合であり、１０００℃超では加熱手段の容量が
大型化し操業上及び保守の面から不利な面が多い。

第５図は、吹き込みガスの加熱方法を示す一例である。

第５図は、ガス導入管７の入口に設けた加熱装置ｌＯで
Ａｒガス５を加熱し、さらにガス導入管７を保温カバー
１１で覆うことにより高温のＡｒガス５をガス均圧室２
に送り込める構造になっている６発熱体１２として炭素
を用いれば、　２０００℃程度までの加熱は充分行うこ
とができる。また、吹き込みガス温度の設定は、浸漬ノ
ズル内孔体に埋め込んだ熱電体（図示省略）の指示温度
を読み取り、加熱装置ｔｏのパワーを調整することによ
り行う。

一方、Ａｒガス５の加熱コストを考える場合、使用前の
気孔径をできるかぎり小さくしておくことも必要である
。これは、内孔体３の気孔径を小さくすることにより耐
火物中への溶鋼侵入が抑制され、浸漬ノズル内孔体３の
気孔径拡大を防止できるため、気泡径が０．５　ｍｍ以
下の気泡生成に必要な加熱温度を下げることができるか
らである。

しかし、必要な吹き込みガス流量を確保しつつ気孔径を
小さくしていくと、気孔から吹き込まれるガスの流速が
増し、浸漬ノズル内壁に気泡が滞留する時間が短くなり
、直ちにＡｔガスは溶鋼流の乱れの中まで達することに
なる０本来の目的からすれば、気孔から吹き込まれたガ
スは内孔体３と溶鋼６の界面に存在している必要があり
、吹き込まれるＡｒガス５が溶鋼流の乱れの中まで達す
ると、ノズル閉塞防止の目的を達することができない。

この点を満足する最小気孔径は、実験の結果７ｋｍであ
った。

以上の結果から０．５璽腸以上の気泡径を有する大型気
泡を低減しふくれ欠陥を防止するためには、浸漬ノズル
内孔体の気孔径を７〜２０＃１．ｍとし、ノズル閉塞防
止効果を享受できる範囲内で小さくし、さらに吹き込み
ガス温度を６００〜１０００℃に上昇させることが重要
である。

実施例次に、本発明における実施例と比較例を挙げる。

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９０履ｍ、吐
出孔径７０層１、吐出孔角度３５度の逆Ｙ字型ノズル）
を用い、表２に示す条件で鋳造した。

なお、本発明の実施例、比較例とも鋳造寸法は厚み２４
５ｍｍＸ輻１５００ｍｍで、８５００ｍｍ長さに切断し
て１コイル単位とした。このスラブを常法により熱間圧
延、冷間圧延し、最終的に厚み０．７■■×輻１５００
ｍｒｍコイルの冷延、Ｉ＋？？Ｆ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。

表２に示す如く、本発明の実施例は、気孔径を小さくし
さらに吹き込みガス加熱を行った結果、最終製品におい
てふくれ欠陥が全く発生しなかったのに対し、比較例は
ふくれ欠陥が発生し歩留まり低下を生じた。

（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、加工用鋼板
素材となる含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低減し、さらに吹き込みガスの予
熱を行うことにより、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、ふくれ欠陥を防止できる
。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、本発明によれば気泡の熱膨張による不安定要因を
回避できるため気泡を均一化する効果も得られ、ノズル
閉塞の防止にも有効になる。このため、多連鋳化をさら
に進めることも可能であり、効率的な操業を実現できる
。

【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図はふくれ欠陥の輻とふくれ欠陥発生位置の関係
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関して求めたグラフ、第５
図は吹き込みガスの加熱方法の１例を示す断面図である
。１・句・浸漬ノズル、２・・・ガス均圧室、３・・・浸
漬ノズル内孔体、４・・・ノズル内壁。５・・＊Ａｒガス、６・・・溶鋼、７・・・ガス導入管
、８・・・モールド、９串・・凝固界面、１゜・・拳加
熱装置、１１・・・保温カバー、１２・・・発熱体。

Claims

【特許請求の範囲】

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、浸漬ノズル
のガス吹き込みを行う内孔体の初期気孔径を７〜２０μ
ｍとし、該ノズルの経時劣化に伴い吹き込みガスを６０
０〜１０００℃に加熱して吹き込むことを特徴とする含
Ｔｉ極低炭素鋼の連続鋳造方法。