JPH05123840A

JPH05123840A - 連続鋳造用浸漬ノズル

Info

Publication number: JPH05123840A
Application number: JP3313143A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiro Sasai; 勝浩笹井; Yoshimasa Mizukami; 義正水上
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1991-11-01
Filing date: 1991-11-01
Publication date: 1993-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】パウダーライン部の耐蝕性を向上しノズル折
損を防ぐこと。【構成】アルミナ黒鉛質ガス吹き込み型連続鋳造用浸
漬ノズルにおいて、ガス吹き込み部にあたる内孔体の組
成をシリカ≦５ｗｔ％、アルミナ３０〜９０ｗｔ％、黒
鉛５〜４０ｗｔ％とし、パウダーライン部の組成をカー
ボンブラック１〜１０ｗｔ％、ジルコニア５５〜９０ｗ
ｔ％、黒鉛５〜４０ｗｔ％として構成した連続鋳造用浸
漬ノズル。【効果】カーボンブラックを添加すると、パウダーラ
インからのジルコニア消失を抑制し耐蝕性を向上でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、鋼の連続鋳造におい
て、溶鋼をタンディッシュからモールド内へ鋳込むため
に使用されるガス吹き込み型浸漬ノズルに関するもので
ある。

【０００２】

【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ィッ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。浸漬ノズルの
材質としては、アルミナ及び炭素を主体とし、これに２
０ｗｔ％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。

【０００３】この問題を解決する手段の１つとして、例
えば、特公昭５８−３４６７号公報に示されるように、
浸漬ノズル内孔と同心円となる多孔質の筒状耐火物（内
孔体）を浸漬ノズル本体に内挿し、この多孔質耐火物内
壁からＡｒその他の不活性ガスを吹き込むことが知られ
ている。しかし、本方法により吹き込まれたＡｒガス
は、一部モールド内で浮上中に凝固界面に捕捉され、気
泡として鋳片内に残留する。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１〜４ｍ
ｍ、長さ数ｍｍに隆起した、あるいはこれら数ｍｍの隆
起が点状に連続し３００ｍｍにも渡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５０ｐｐｍ以下の極低炭素鋼に
おいて、製品中の固溶炭素を析出物として固定させるた
めに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。

【０００４】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４Ｎｌ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１
ｍｍφ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６２−３８７４７号公報）が報告
され効果を発揮している。

【０００５】

【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Ｎ₂気泡が鋳片の奥深くまで持ち込まれ溶鋼
との接触時間が長くなると、溶鋼中に吸収され、既に存
在する以上に溶鋼中窒素濃度が増加する。この窒素成分
は、薄鋼板の加工性、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。したがって、鋼材特性の
一層の向上が望まれる今日にあっては、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。
これらの問題点を鑑み、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のない加工用鋼板素材を鋳造で
きる連続鋳造用浸漬ノズルを提供することを目的とする
ものである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、アルミナ黒鉛
質ガス吹き込み型連続鋳造用浸漬ノズルにおいて、ガス
吹き込み部にあたる内孔体の組成をシリカ含有率５ｗｔ
％以下、アルミナ含有率３０〜９０ｗｔ％、黒鉛含有率
５〜４０ｗｔ％とし、パウダーライン部の組成をカーボ
ンブラック含有率１〜１０ｗｔ％、ジルコニア含有率５
５〜９０ｗｔ％、黒鉛含有率５〜４０ｗｔ％として構成
したことを特徴とする連続鋳造用浸漬ノズルに関するも
のである。

【０００７】

【作用】発明者等は、ノズル閉塞を防止するための浸漬
ノズルからのＡｒガス吹き込みは従来どうり積極的に実
施し、その上でふくれ欠陥につながらない熱延、冷延鋼
板用鋳片を鋳造できる連続鋳造用浸漬ノズルの研究開発
を続けてきた。鋳片内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。そこで、本発明者等は浸漬ノズル内孔体の劣化によ
るＡｒ気泡径の粗大化がふくれ欠陥発生の原因と考え、
特に欠陥発生率の高いＴｉを含有する極低炭素鋼を鋳造
した浸漬ノズルについて詳細な調査を行った。

【０００８】なお、浸漬ノズル内孔体の組成はシリカ２
６ｗｔ％、黒鉛２４ｗｔ％、アルミナ５０ｗｔ％であ
る。水中でのＡｒガス吹き込み試験では、未使用内孔体
の平均気泡径が０．３ｍｍであるのに対し、Ｔｉを含有
する極低炭素鋼を鋳造した内孔体では平均気泡径が２．
０ｍｍにも達していた。また、気泡径が粗大化する原因
を明らかにするために浸漬ノズルから内孔体部を切り出
し、溶鋼接触面の組織観察及びＥＰＭＡによる面分析を
行った。これにより、内孔体中に含まれているシリカが
溶鋼中のＴｉにより還元され、組織中から消失すること
で、Ａｒ気泡径が粗大化していることを見出した。した
がって、Ｔｉを含有する極低炭素鋼に発生するふくれ欠
陥を防止するためには、内孔体中のシリカ含有率を０と
し、生成するＡｒ気泡の粗大化を抑制することが有効と
なる。

【０００９】しかしながら、内孔体にシリカを含有しな
いアルミナ黒鉛質ノズルを用いて溶鋼を鋳造すると、Ａ
ｒガスの吹き込み圧力は従来より高くなり内孔体に亀裂
を生じる。これは、シリカを含まない内孔体では気孔率
が増大しないため、Ａｒガスの吹き込み圧力が高くな
り、内孔体の脆弱部に大きな負荷がかかるためである。
また、低膨張性であるシリカは耐スポーリング性を高め
る効果を有しているため、内孔体のシリカ含有率を０に
することは耐スポーリング性を低下させ、亀裂の発生を
助長することになる。

【００１０】従って、シリカ含有率を変更するだけで
は、浸漬ノズルの割れ発生防止とＡｒ気泡の粗大化防止
という相反する問題を同時に解決することは困難であ
る。そこで、本発明者等は、かかる問題を生じない浸漬
ノズルの研究開発を続けた結果、図１に示すガス吹き込
み型浸漬ノズルにおいて、気泡粗大化防止の観点から内
孔体１のシリカ含有率を低減し耐蝕性を向上させた上
で、シリカ低減に基づく耐スポーリング性の低下を、パ
ウダーライン部２の耐蝕性改善によるノズル強度向上に
より補償することで、割れの発生もなく常に安定してふ
くれ欠陥を防止できる浸漬ノズルの開発に成功した。

【００１１】図２に示すように、連続鋳造においては、
溶鋼４の酸化防止、鋳型５と凝固シェル６間の潤滑の為
に主にライム、シリカ、アルミナ等からなるモールドパ
ウダー３が使用されている。このパウダー３は浸漬ノズ
ルを激しく溶損するため、パウダーライン部２に局部的
損傷を生じさせる。従来からパウダーライン部２に
は、耐蝕性が良好であるジルコニア黒鉛質の耐火物が使
用されてきたが、十分な耐蝕性向上対策には到っておら
ず、他の部分が使用できる状態にも関わらず、パウダー
ライン部２の寿命がネックとなり、浸漬ノズルの使用限
界が決められている。

【００１２】このように非常に激しい局部的損傷は、浸
漬ノズルの寿命のみならず、鋳造末期の強度低下につな
がり、割れ発生を助長する原因ともなる。事実、内孔体
にシリカを含有しない浸漬ノズルを用いて溶鋼を鋳造し
ても、パウダーラインの溶損が軽い鋳造初期には内孔体
に加わる負荷が小さく、割れ発生の問題は生じない。本
発明は、このような知見から浸漬ノズルの割れ発生防止
対策として、直接的に内孔体の耐スポーリング性を向上
させるのではなく、パウダーライン部の耐蝕性を向上さ
せ、割れ発生が問題となる鋳造後半で内孔体部にかかる
負荷を軽減しようとするものである。

【００１３】このような観点に立ち、現在パウダーライ
ン部に使用されているジルコニア黒鉛質耐火物の溶損機
構を詳細に検討し、以下に示す結果を得た。パウダーラ
イン部の溶損は、単純にジルコニアと黒鉛がパウダー中
へ溶解するのではなく、まずジルコニアと黒鉛が（１）
式の反応によりガス化し耐火物中から消失する。その
後、劣化した耐火物組織内にパウダーが侵入し、ジルコ
ニアと黒鉛の溶解を促進する。これら２つの過程が次々
と繰り返されることで、パウダーライン部の局部的溶損
は加速度的に進行するのである。ＺｒＯ₂（ｓ）＋Ｃ（ｓ）＝ＺｒＯ（ｇ）＋ＣＯ（ｇ）（１）

【００１４】これに対し、ジルコニア含有率を上げて耐
蝕性を向上する方法が考えられるが、ジルコニアは高熱
膨張性を持つため耐スポーリング性が低下し、かえって
ノズルの割れ発生を助長する結果となる。そこで、本発
明者等は、いたずらにジルコニア含有率を上げるのでは
なく、黒鉛の特性を改善することで、（１）式に基づく
パウダーラインからのジルコニア消失を抑制し、耐蝕性
を向上する方法について研究開発を続けた。その結果、
パウダーライン部に黒鉛と共にカーボンブラックを添加
することで、（１）式で生じたＺｒＯガスは（２）式に
よりさらに還元されＺｒＣとしてパウダーライン部に残
留することを見出した。ＺｒＯ（ｇ）＋Ｃ（ｓ）＝ＺｒＣ（ｓ）＋ＣＯ（ｇ）（２）

【００１５】したがって、カーボンブラックの添加によ
り、ジルコニアはＺｒＯガスとしてパウダーライン部か
ら消失しないため、耐火物内部へのパウダー侵入を抑制
でき、パウダーライン部の溶損防止に有効となる。さら
に、カーボンブラックは溶鋼やパウダーへの溶解速度が
小さいため、溶損防止にはいっそう効果を発揮する。ま
た、カーボンブラックを含有する耐火物は成形性が悪
く、耐スポーリング性が低下する欠点を有しているが、
黒鉛と組み合わせて使用することでこの問題を十分解消
できる。以上の結果から、本発明により割れ発生の問題
もなく、内孔体の気孔率増大および気孔径拡大を抑制
し、微細な気泡を安定して吹き込むことができるため、
ふくれ欠陥防止に非常に有効な浸漬ノズルを提供でき
る。

【００１６】本発明の浸漬ノズルにおいて、パウダーラ
インへのカーボンブラックの添加は、１ｗｔ％未満の場
合その効果が認められず、１０ｗｔ％を超えると耐スポ
ーリング性及び成形性が低下する。したがって、カーボ
ンブラックの効果的な添加量は１〜１０ｗｔ％の範囲で
ある。また、パウダーライン部のジルコニア含有率を５
５〜９０ｗｔ％の範囲が好ましい。５５ｗｔ％未満では
耐蝕性に劣り、９０ｗｔ％を超えると耐スポーリング性
が低下するためである。黒鉛はカーボンブラックに比べ
て成形性及び耐スポーリング性に優れていることから、
パウダーライン部には耐蝕性を低下させない範囲で黒鉛
を添加する。パウダーラインへの黒鉛の配合範囲につい
ては５〜４０ｗｔ％程度が好ましい。５ｗｔ％未満では
カーボンブラック添加による成形性及び耐スポーリング
性の低下を十分に補うことができない。また、４０ｗｔ
％を超えると黒鉛の酸化や溶鋼及びパウダー中への溶出
により耐蝕性が低下する。

【００１７】次に、本発明の浸漬ノズル内孔体の組成に
ついて述べる。アルミナは耐蝕性を付与する役割を持
ち、内孔体への好ましい配合率は３０〜９０ｗｔ％であ
る。３０ｗｔ％未満では耐蝕性が不十分で、９０ｗｔ％
を超えると熱膨張率が大きくなり耐スポーリング性が低
下する。また、耐蝕性の面から内孔体にシリカを含有し
ないことが望ましいが、必要な場合には５ｗｔ％以下に
限って添加しても良い。これは、シリカ含有率が５ｗｔ
％を超えると、気孔率及び気孔径が増大し、安定なＡｒ
ガス吹き込みができなくなるため、ふくれ欠陥が発生す
るからである。

【００１８】黒鉛は熱伝導率が極めて高く、また溶鋼と
非常に濡れ難い性質を有することから、内孔体には耐蝕
性を低下させない範囲で黒鉛を添加し、溶鋼の浸漬ノズ
ル気孔内への侵入を防止すると共に耐スポーリング性を
向上させる。内孔体への黒鉛の配合範囲については５〜
４０ｗｔ％程度が好ましい。５ｗｔ％未満では耐スポー
リング性に劣り、４０ｗｔ％を超えると黒鉛の酸化や溶
鋼中への溶出により耐蝕性が低下する。また、高熱伝導
率のためノズル詰まりを生ずる恐れもある。これら構成
成分から成る耐火物を用いて、ノズル内孔体を構成する
際、ノズル本体に関しても同一材料を使用することが望
ましいが、溶鋼と接触しない部分に関しては、従来のシ
リカを含有する組成の材料を用いることもでき、また両
者の中間的な材質を介在させることも可能である。

【００１９】さらに、浸漬ノズル内孔体の厚みは一概に
規定できるものではないが、浸漬ノズル厚みの１／２以
下にすることが望ましい。１／２以上では耐スポーリン
グ性を低下させる。逆に薄くすると通気流量が安定せ
ず、ガス吹き込み効果が十分に得られなくなるため６ｍ
ｍ以上が好ましい。

【００２０】

【実施例】以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明
について説明する。表１に示した原料含有物に樹脂バイ
ンダーとしてフェノール樹脂を１５ｗｔ％添加して混練
し、アイソスタティックプレスを用いて１．０ｔ／ｃｍ
²の圧力でノズル形状に成形した。

【００２１】

【表１Ａ】

【００２２】

【表１Ｂ】

【００２３】さらに、この成形体を１２００℃の温度で
還元焼成し、連続鋳造用ガス吹き込み型浸漬ノズル（内
径９０ｍｍφ、吐出孔径７０ｍｍφ、吐出孔角度３５度
の逆Ｙ型ノズル）を作製した。なお、浸漬ノズル内孔体
の厚みは１３ｍｍ、パウダーライン部の厚みは３６ｍｍ
とした。このようにして得られた浸漬ノズルを用いてＴ
ｉを０．０８ｗｔ％含有する炭素濃度３０ｐｐｍの極低
炭素鋼を４００分間鋳造した。この際、Ａｒガス吹き込
み流量は溶鋼トン当たり６Ｎｌ一定とした。本発明の実
施例及び比較例とも鋳造寸法は厚み２４５ｍｍ×幅１５
００ｍｍ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０．７ｍｍ×幅１５００ｍｍコイルの
冷延鋼板とした。ふくれ欠陥防止に対する浸漬ノズル耐
火物の評価は、水中でのＡｒ吹き込み試験により得られ
た気泡径と、冷間圧延後の検査ラインで目視観察を行
い、１コイル当たりに発生するふくれ欠陥の個数（ふく
れ欠陥指標）により評価した。また、耐蝕性については
パウダーライン部の溶損速度を、耐スポーリング性につ
いては浸漬ノズルに亀裂が生じた時間を指標として評価
した。表２に、実施例及び比較例の品質評価結果を示
す。

【００２４】

【表２Ａ】

【００２５】

【表２Ｂ】

【００２６】表２に示す如く、実施例では、内孔体のシ
リカ含有率を５ｗｔ％以下とし、且つパウダーライン部
のカーボンブラック含有率を１〜１０ｗｔ％、黒鉛含有
率を５〜４０ｗｔ％にしたことで、割れ発生の問題もな
く常に安定してふくれ欠陥を防止できた。これに対し、
比較例１はパウダーライン部のカーボンブラック含有率
が低かったため、耐蝕性向上の効果が認められず、ノズ
ルの強度が低下し、鋳造開始後６０分で割れが発生し
た。比較例２は、逆にパウダーライン部のカーボンブラ
ック含有率が高かったため、パウダーライン部の耐スポ
ーリング性が低下し、鋳造開始後１１０分でノズルに割
れが発生した。また、比較例３はパウダーライン部の黒
鉛含有率が高かったため、酸化や溶鋼及びパウダーへの
溶出が激しくなり耐蝕性が低下した。このため、ノズル
の強度低下が起こり、鋳造開始後８５分で割れが発生し
た。さらに、比較例４はパウダーライン部の黒鉛含有率
が小さかったため、カーボンブラック添加による成形性
及び耐スポーリング性の低下を補えず、鋳造開始後９０
分で割れが発生した。最後に、比較例５は内孔体のシリ
カ含有率が高かったために、溶鋼中Ｔｉとの反応により
シリカ消失が起こり、その結果鋳造末期に気泡の粗大化
が起こりふくれ欠陥が多発した。

【００２７】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の連続鋳
造用浸漬ノズルによれば、耐蝕性及び耐スポーリング性
を確保した上で、内孔体から微細な気泡を安定して吹き
込むことができる。したがって、ふくれ欠陥の防止に留
まらず、気泡による介在物の浮上分離効果及びノズル閉
塞の防止効果をより効率的に行うことができる。以上の
効果により、連続鋳造法で製造される鋼板の品質は非常
に安定し、歩留まりも格段に向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】浸漬ノズルの構造を示す図である。

【図２】連続鋳造機の概略を示す図である。

【符号の説明】

１浸漬ノズル内孔体（ガス吹き込み部）２パウダーライン部３パウダー４溶鋼５鋳型６凝固シェル７浸漬ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アルミナ黒鉛質ガス吹き込み型連続鋳造
用浸漬ノズルにおいて、ガス吹き込み部にあたる内孔体
の組成をシリカ含有率５ｗｔ％以下、アルミナ含有率３
０〜９０ｗｔ％、黒鉛含有率５〜４０ｗｔ％とし、パウ
ダーライン部の組成をカーボンブラック含有率１〜１０
ｗｔ％、ジルコニア含有率５５〜９０ｗｔ％、黒鉛含有
率５〜４０ｗｔ％として構成したことを特徴とする連続
鋳造用浸漬ノズル。