高清浄度鋼の製造方法
【課題】 取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入時に取鍋からタンディッシュへのスラグの流出を効率的に防止して高清浄度鋼を製造する。
【解決手段】 本発明の高清浄度鋼の製造方法は、取鍋１の底部の溶鋼流出孔８を囲むようにポーラス煉瓦６を配置し、該ポーラス煉瓦から取鍋内の溶鋼９に不活性ガスを吹き込みながら、前記溶鋼流出孔を介して取鍋内の溶鋼をタンディッシュ内へ注入する。この場合、前記ポーラス煉瓦から溶鋼中に吹き込む不活性ガス流量Ｇ（Ｎｍ3／ｓｅｃ）と前記取鍋内の溶鋼深さＨ（ｍ）との関係が下記の（１）式の範囲内となるように、取鍋内の溶鋼量に応じて不活性ガスの吹き込み流量を調整することが好ましい。
Ｇ×Ｈ2＜０．０１０…（１）
【解決手段】 本発明の高清浄度鋼の製造方法は、取鍋１の底部の溶鋼流出孔８を囲むようにポーラス煉瓦６を配置し、該ポーラス煉瓦から取鍋内の溶鋼９に不活性ガスを吹き込みながら、前記溶鋼流出孔を介して取鍋内の溶鋼をタンディッシュ内へ注入する。この場合、前記ポーラス煉瓦から溶鋼中に吹き込む不活性ガス流量Ｇ（Ｎｍ3／ｓｅｃ）と前記取鍋内の溶鋼深さＨ（ｍ）との関係が下記の（１）式の範囲内となるように、取鍋内の溶鋼量に応じて不活性ガスの吹き込み流量を調整することが好ましい。
Ｇ×Ｈ2＜０．０１０…（１）
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入時に取鍋からタンディッシュへのスラグの流出を防止して、高清浄度鋼を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼材料の高機能化及び高品質化への要求の高まりから、鋼中の不純物成分（Ｐ、Ｓなど）及び不純物（非金属介在物など）を極限まで低減することが望まれており、製鋼段階においては、鋼の高純度化及び高清浄度化のための技術が必要とされている。
【０００３】
現在、一般的な鋼は、溶銑を転炉にて脱炭精錬して溶鋼を製造し、転炉から取鍋に出鋼された溶鋼に対して真空脱ガス精錬などの二次精錬を施し、その後、取鍋内の溶鋼を取鍋底部に設けた溶鋼流出孔からタンディッシュに注入し、タンディッシュから連続鋳造用鋳型へ鋳込んで鋳片とする工程で製造されている。この製造工程において、取鍋内溶鋼をタンディッシュに注入する際、取鍋内での溶鋼残留量の低下に伴って取鍋の溶鋼流出孔の上方に渦流が発生し、この渦流に取鍋内溶鋼上に存在するスラグが巻き込まれ、溶鋼とともにスラグがタンディッシュへ流出する現象が発生する。このタンディッシュへ流出したスラグそのもの、或いは、該スラグ中の低級酸化物が溶鋼中のＡｌと反応して発生するＡｌ2Ｏ3介在物が、溶鋼中に残留したまま鋳造されると、鋳片の清浄度が悪化して圧延後の鋼板における欠陥の原因となる。
【０００４】
この取鍋からタンディッシュへのスラグの流出を防止するために、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入末期において、取鍋内の溶鋼渦流発生の防止可能な取鍋内残鋼高さの段階で、取鍋の溶鋼流出孔を閉塞してしまう方法が提案されている。特許文献２には、取鍋内の溶鋼レベルが低下して渦流が発生する時期になったなら、耐火物製のフローティングバルブを取鍋の溶鋼流出孔の直上に位置させて渦流の発生を防止する方法が提案されている。
【０００５】
特許文献３には、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入流に、取鍋の溶鋼流出孔の上方に渦流が生成する前は静磁場を印加し、渦流が生成した後は渦流の回転方向とは逆方向の回転磁場を印加する方法が提案されている。また、特許文献４には、取鍋からの溶鋼注入流ではなく、転炉から取鍋への出鋼流でのスラグ混入を防止する方法であるが、転炉からの出鋼時に出鋼口の周囲に設けた複数のパイプ状ノズルからガスを吹き込み、渦流発生を防止するとともに、出鋼口直上のスラグを排除する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２３０９４７号公報
【特許文献２】特開昭６２−２０３６６７号公報
【特許文献３】特開平２−５４７１１号公報
【特許文献４】特開昭６２−２３０９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術には以下の問題点がある。
【０００８】
即ち、特許文献１に記載の方法では、取鍋内に残留する溶鋼量が多くなり、残留溶鋼の処理、溶鋼歩留りの低下、取鍋での地金付着による取鍋整備の負荷増大などの、鋼の品質以外の様々な弊害が起こり、実操業への適用は現実的ではない。
【０００９】
特許文献２に記載の方法では、フローティングバルブを昇降させる装置や、フローティングバルブの投下前に取鍋内スラグ表面が固化していた場合には、スラグ表面を砕くための装置も必要であり、更に、消耗品であるフローティングバルブ自体も高価であり、コストが多大なものとなる。
【００１０】
特許文献３に記載の方法では、静磁場或いは回転磁場を印加するための磁場発生装置のみならず、渦流の生成する時期を検出するための装置も必要であり、設備コストが嵩む。また、溶鋼流出孔内を流下する溶鋼注入流に磁場を印加しており、流下する溶鋼注入流は確かに回転するが、溶鋼注入流は直ちに流下してしまうことから、溶鋼流出孔の上方にまで回転磁場の効果が働くのか極めて疑問である。
【００１１】
特許文献４に記載の方法では、パイプ状ノズルを介してガスを吹き込んでいるために、転炉のように出鋼時のみ出鋼口が溶鋼と接触する場合であれば、その時だけガスを吹き込めばよいが、取鍋のように、転炉からの受鋼時からタンディッシュへの溶鋼注入終了時まで、常に溶鋼流出孔が溶鋼と接触している場合は、その期間、常にガスを吹き込み続けないとガス吹き込み管であるパイプ状ノズルが閉塞してしまい、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入時には必要量のガスを吹き込むことができなくなる。つまり、特許文献４に記載の方法は取鍋に適用することはできない。
【００１２】
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、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入時に取鍋からタンディッシュへのスラグの流出を効率的に防止して高清浄度鋼を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための第１の発明に係る高清浄度鋼の製造方法は、取鍋底部の溶鋼流出孔を囲むようにポーラス煉瓦を配置し、該ポーラス煉瓦から取鍋内の溶鋼に不活性ガスを吹き込みながら、前記溶鋼流出孔を介して取鍋内の溶鋼をタンディッシュ内へ注入することを特徴とする。
【００１４】
第２の発明に係る高清浄度鋼の製造方法は、第１の発明において、前記ポーラス煉瓦から溶鋼中に吹き込む不活性ガス流量と前記取鍋内の溶鋼深さとの関係が下記の（１）式の範囲内となるように、取鍋内の溶鋼量に応じてポーラス煉瓦からの不活性ガスの吹き込み流量を調整することを特徴とする。
Ｇ×Ｈ2＜０．０１０…（１）
但し、（１）式において、Ｇはポーラス煉瓦からの不活性ガス吹き込み流量（Ｎｍ3／ｓｅｃ）、Ｈは取鍋内の溶鋼深さ（ｍ）である。
【００１５】
第３の発明に係る高清浄度鋼の製造方法は、第１または第２の発明において、前記溶鋼流出孔を構成する上ノズルの上部をポーラス煉瓦とし、該ポーラス煉瓦から不活性ガスを吹き込むことを特徴とする。
【００１６】
第４の発明に係る高清浄度鋼の製造方法は、第１または第２の発明において、前記溶鋼流出孔を構成する上ノズルの周囲にポーラス煉瓦を配置し、該ポーラス煉瓦から不活性ガスを吹き込むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、溶鋼流出孔の周囲に配置したポーラス煉瓦から不活性ガスを吹き込みながら、取鍋内溶鋼をタンディッシュに注入するので、従来、取鍋内溶鋼量が少なくなったときに発生していた取鍋内での渦流の生成を抑制することができ、これにより、取鍋内のスラグがタンディッシュ内に流出することが抑制されるために、即ち、鋼製品での欠陥の原因となる取鍋スラグのタンディッシュへの流出を抑制できるために、清浄度の高い鋼が得られ、鋼製品の品質向上、歩留り向上などの工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を実施した連続鋳造設備の概略図である。
【図２】図１に示す取鍋を上方から見たときの概略図である。
【図３】不活性ガスの吹き込み流量及び不活性ガス吹き込み時の取鍋内の溶鋼深さを種々変更して溶鋼の空気酸化の程度を調査した結果を示す図である。
【図４】タンディッシュ内スラグの成分分析結果を本発明例と比較例とで対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明に至った経緯を説明する。
【００２０】
流体が排出口のような、或る特定の位置に急に集められる場合、流体の各部分がその位置へ向かう方向に対して水平方向の運動量を有していると、その位置を中心とする回転運動を行いながら次第に中心に向かって移動し、中心に近づくにつれて、角運動量保存の法則によって回転速度は増加する。実際には各部分は異なった方向の運動量を有するため、次第にぶつかり合って、やがて一定の方向の回転を行うようになり、渦流となる。
【００２１】
そこで、溶鋼を収容する取鍋において、渦流発生の要因となる溶鋼流出孔へ向かう溶鋼の水平方向の運動量を分散させることによって渦流の形成を抑制することを検討した。
【００２２】
その結果、取鍋では溶鋼流出孔が取鍋の底部に配置されており、取鍋底面に近づくほど溶鋼の水平方向の運動量が大きくなることから、この運動量を分散させるには、取鍋底部から溶鋼中にガスを吹き込むことが効果的であることを知見した。つまり、溶鋼流出孔に向かう溶鋼の運動量が吹き込まれるガスによって上方へ分散され、渦流の生成が抑制されるからである。この場合、ガスは溶鋼流出孔を囲むように取鍋底部から吹き込むこととした。
【００２３】
また、ガスの吹き込みは、ポーラス煉瓦から吹き込むこととした。これは、ノズルによるガス吹き込みでは、隣り合うノズル間にはガスの存在しない領域が発生し、そこに溶鋼が優先的に流れ込み、これにより溶鋼の運動量が大きくなって、渦流の発生を促進する懸念があり、また、取鍋では溶鋼の差し込みによるノズルの閉塞を防止するために、常にガスを吹き込む必要がある。これに対して、ポーラス煉瓦であれば、溶鋼流出孔の周囲で均一にガスを吹き込むことが可能であり、且つ、取鍋内に溶鋼が収容されていても、気孔径が小さいことからガスを吹き込まなくても溶鋼の差し込みを防止でき、受鋼してからタンディッシュへの注入までの時間が長くなっても、タンディッシュへの注入の段階でガス吹き込みを開始することが可能であるからである。
【００２４】
本発明は、上記検討結果に基づいてなされたもので、取鍋底部の溶鋼流出孔を囲むようにポーラス煉瓦を配置し、該ポーラス煉瓦から取鍋内の溶鋼に不活性ガスを吹き込みながら、前記溶鋼流出孔を介して取鍋内の溶鋼をタンディッシュ内へ注入することを特徴とする。
【００２５】
本発明において、ガスの吹き込み方向は、鉛直方向の上方、即ち、取鍋内溶鋼湯面へ向かう方向とする。溶鋼流出孔の内部へ吹き込むと、吹き込んだガスの大半が溶鋼流出孔を流下する注入流とともに下方へ流されてしまい、渦流の発生抑制に使われない懸念があるからである。
【００２６】
この鉛直方向上方へのガスの吹き込み方法としては、溶鋼流出孔を構成する耐火物群のうちの上端部の耐火物を、上方を露出させたポーラス煉瓦にする場合と、溶鋼流出孔を構成する耐火物群のうちの上端部の耐火物を囲むようにポーラス煉瓦を配する場合との２つの方法があるが、どちらの方法を用いても同等の効果が得られる。尚、取鍋の溶鋼流出孔は、一般的に、上部側から上ノズル、スライディングノズル、整流ノズル、ロングノズルが組み合わさって構成されており、前記の「溶鋼流出孔を構成する耐火物群のうちの上端部の耐火物」とは、「上ノズル」を差す。
【００２７】
次いで、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。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に示す取鍋を上方から見たときの概略図である。
【００２８】
図１に示すように、タンディッシュ２の上方所定位置に、溶鋼９を収容した取鍋１が配置されている。取鍋内には溶鋼９の上に、転炉（図示せず）から取鍋１への出鋼時に溶鋼９に混入して流出したスラグ１０が滞留している。取鍋１の底部には、取鍋１の底部耐火物と嵌合する上ノズル３が配置され、この上ノズル３の下部に接続してスライディングノズル４が配置され、更に、このスライディングノズル４の下部に接続してロングノズル５が配置され、これらの上ノズル３、スライディングノズル４、ロングノズル５によって、取鍋１からタンディッシュ２への溶鋼流出孔８が形成されている。スライディングノズル４は、上部固定板、摺動板、下部固定板の３つの板で構成された、溶鋼流出孔８を流下する溶鋼注入流の流量を制御する装置であり、取鍋内の溶鋼９は、スライディングノズル４によって流量制御されながら、上ノズル３、スライディングノズル４、ロングノズル５の内孔を通ってタンディッシュ２に注入されるように構成されている。尚、一般的には、スライディングノズル４とロングノズル５との間に整流ノズルを配置するが、図１では配置していない。
【００２９】
また、図２に示すように、取鍋１の底部には、上ノズル３の周囲に、上ノズル３を囲むようにして、ガス供給管７と接続するポーラス煉瓦６が配置されている。このポーラス煉瓦６は、その表面が溶鋼９と直接接触するように取鍋底部で露出している。即ち、ガス供給管７から供給されるＡｒガスなどの不活性ガスがポーラス煉瓦６から取鍋内部に吹き込まれるように構成されている。尚、図１及び図２では、ポーラス煉瓦６が上ノズル３の周囲に配置されているが、上ノズル３の上端部を、その上面が露出するポーラス煉瓦で構成し、上ノズル３の上端部から不活性ガスを吹き込むようにしてもよい。
【００３０】
転炉から取鍋１へ出鋼され、更に真空脱ガス精錬などの二次精錬の施された溶鋼９を収容する取鍋１を、図１に示すように、タンディッシュ２の上方所定位置に設置し、スライディングノズル４を開いて取鍋内の溶鋼９をタンディッシュ２に注入する。タンディッシュ内に所定量の溶鋼９が溜まったなら、タンディッシュ２から鋳型（図示せず）への鋳込みを開始する。鋳造中、タンディッシュ２には所定量の溶鋼９が滞留してロングノズル５の下部はタンディッシュ内の溶鋼９に浸漬した状態に維持される。
【００３１】
鋳造が進行し、取鍋内の溶鋼量が少なくなってきたならば、遅くとも溶鋼９に渦流が発生する前に、ポーラス煉瓦６からの不活性ガスの吹き込みを開始する。渦流の観察が難しい場合は、早い段階でガスの吹き込みを開始することが望ましい。当然、タンディッシュ２への溶鋼９の注入開始と同時に、ポーラス煉瓦６からの不活性ガスの吹き込みを開始しても構わない。
【００３２】
但し、ポーラス煉瓦６から吹き込む不活性ガス流量が多すぎると、浮上する不活性ガス気泡によって溶鋼上に存在するスラグ１０が排斥されて溶鋼湯面が露出する。溶鋼湯面が露出すると、取鍋内の溶鋼９の空気による酸化が懸念されるので、溶鋼湯面が露出しないように、不活性ガスの吹き込み流量を制御することが好ましい。
【００３３】
この点に関し、本発明者らは、ポーラス煉瓦６から吹き込む不活性ガス流量及び不活性ガス吹き込み時の取鍋内の溶鋼深さを種々変更して、溶鋼９の空気による酸化の影響を調査した。尚、溶鋼９の空気酸化の程度は溶鋼中の溶存Ａｌの減少量で評価した。Ａｌは酸素との親和力が強く、空気酸化が発生すると、溶鋼中の溶存Ａｌの減少として捉えることができる。空気酸化が少ない場合は、溶鋼中の溶存Ａｌの減少量は少ない。
【００３４】
調査結果を図３に示す。図３に示すように、ポーラス煉瓦６からの不活性ガス吹き込み流量をＧ（Ｎｍ3／ｓｅｃ）、不活性ガス吹き込み時の取鍋内の溶鋼深さをＨ（ｍ）とすると、不活性ガス吹き込み流量（Ｇ）と取鍋内の溶鋼深さ（Ｈ）とが、下記の（１）式の範囲内となるように、取鍋内の溶鋼深さ（Ｈ）、つまり溶鋼量に応じてポーラス煉瓦６からの不活性ガスの吹き込み流量（Ｇ）を調整することで、溶鋼９の空気酸化が防止できることを確認した。
Ｇ×Ｈ2＜０．０１０…（１）
従って、本発明においては、（１）式を満足する範囲内で、取鍋内の溶鋼量に応じて、ポーラス煉瓦６からの不活性ガスの吹き込み流量を調整することが好ましい。ここで、取鍋内の溶鋼深さ（Ｈ）とは、図１に示すように、取鍋内の溶鋼湯面から取鍋の底部までの距離（ｍ）である。
【００３５】
上記（１）式を満たすためには、取鍋内溶鋼深さ（Ｈ）を把握することが必要である。取鍋内溶鋼深さ（Ｈ）は、取鍋１の設計寸法に基づき、ロードセルなどで測定される取鍋内の溶鋼質量から算出してもよいし、適宜の距離計で上方から取鍋内の溶鋼湯面までの距離を測定し、予め測定しておいた取鍋１の底部の厚みとの差分で求めてもよい。
【００３６】
上記（１）式を満足するには、注入開始初期は不活性ガスの吹き込み流量（Ｇ）を少なくする必要がある。また、ガスの吹き込み流量は、（１）式を満たしていれば特に規定する必要はないが、スラグ１０のタンディッシュ２への流出を防止する観点から、（１）式を満足する上限近傍の値とすることが好ましい。特に、タンディッシュ２への溶鋼９の注入流量が多くなると、渦流が発生しやすくなるので、注入流量が多い場合には、（１）式を満足する上限の値とすることが好ましい。
【００３７】
溶鋼中にガスを吹き込むことで溶鋼９の見掛け比重が小さくなり、取鍋１からタンディッシュ２への溶鋼９の注入流量が、ガス吹き込みを実施しない場合に比べて少なくなる可能性がある。その場合には、溶鋼流出孔８の内径を大きくすることで対処することができる。また、溶鋼流出孔８の内径を大きくすれば、渦流はより一層生成しにくい条件となるので（1992 STEELMAKING CONFERENCE PROCEEDINGS，p.665を参照）、更なる効果も期待できる。
【００３８】
以上説明したように、本発明によれば、溶鋼流出孔８の周囲に配置したポーラス煉瓦６から不活性ガスを吹き込みながら、取鍋１に収容された溶鋼９をタンディッシュ２に注入するので、取鍋内での渦流の生成を抑制することができ、これにより、取鍋内のスラグ１０がタンディッシュ２に流出することが抑制されるために、即ち、鋼製品での欠陥の原因となる取鍋スラグ１０のタンディッシュ２への流出を抑制できるために、清浄度の高い鋼が得られる。
【実施例１】
【００３９】
転炉で溶銑を脱炭精錬して約２５０トンの溶鋼を製造し、この溶鋼を取鍋に出鋼した後、ＲＨ真空脱ガス装置で脱ガス精錬を施した。この脱ガス精錬中に、取鍋内スラグのタンディッシュへの流出状況を観察すべく、取鍋内溶鋼上のスラグへ酸化イットリウムを、その濃度が約５質量％となるように添加した。
【００４０】
その後、取鍋を連続鋳造機の鋳型上方に設置されたタンディッシュの上方へ搬送し、スライディングノズルの下部にロングノズルを接続した。次に、スライディングノズルを開けて、タンディッシュへの溶鋼の注入を開始した。タンディッシュ内の溶鋼量が所定量になった時点で、タンディッシュから連続鋳造機の２つのストランドへの溶鋼の供給を開始し、その後、各ストランドへの溶鋼供給量が５トン／ｍｉｎになるように制御した。また、タンディッシュ内の溶鋼量が所定量になった時点で、タンディッシュ内の溶鋼上に、ＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｇＯを含有するフラックスを添加した。フラックスは溶融してスラグとなり、タンディッシュ内溶鋼の保温剤及び空気酸化防止剤として機能する。
【００４１】
その後、取鍋内の溶鋼深さが１．０ｍになった時点から、溶鋼流出孔を構成する上ノズルの周囲に配置したポーラス煉瓦から１００ＮＬ／ｍｉｎ（０．００１６７Ｎｍ3／ｓｅｃ）のＡｒガスの吹き込みを開始した。
【００４２】
前記取鍋からのタンディッシュへの溶鋼の注入が完了したなら、次の処理順の取鍋と入れ替え、引き続き取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入を行い、連々鋳を継続した。
【００４３】
上記処理中に、タンディッシュ内の溶鋼上のスラグを採取し、採取したスラグの成分分析を行った。また、比較例として、ポーラス煉瓦を配していない取鍋を用いて、上記と同様の処理を行い、タンディッシュ内スラグの成分分析を行った。
【００４４】
タンディッシュ内スラグの成分分析結果を図４に示す。図４に示すように、溶鋼流出孔を囲むようにポーラス煉瓦を配し、該ポーラス煉瓦からガスを吹き込んで注入した本発明例では、取鍋交換時のタンディッシュスラグ中に酸化イットリウムが若干観察されたが、比較例では、時間の経過とともにタンディッシュスラグ中の酸化イットリウム濃度が増加する傾向にあり、次の処理順の溶鋼を注入開始した直後までその傾向が継続していた。
【００４５】
即ち、本発明を適用することにより、取鍋スラグの流出が最小限に抑えられていることが確認できた。
【符号の説明】
【００４６】
１ 取鍋
２ タンディッシュ
３ 上ノズル
４ スライディングノズル
５ ロングノズル
６ ポーラス煉瓦
７ ガス供給管
８ 溶鋼流出孔
９ 溶鋼
１０ スラグ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入時に取鍋からタンディッシュへのスラグの流出を防止して、高清浄度鋼を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼材料の高機能化及び高品質化への要求の高まりから、鋼中の不純物成分（Ｐ、Ｓなど）及び不純物（非金属介在物など）を極限まで低減することが望まれており、製鋼段階においては、鋼の高純度化及び高清浄度化のための技術が必要とされている。
【０００３】
現在、一般的な鋼は、溶銑を転炉にて脱炭精錬して溶鋼を製造し、転炉から取鍋に出鋼された溶鋼に対して真空脱ガス精錬などの二次精錬を施し、その後、取鍋内の溶鋼を取鍋底部に設けた溶鋼流出孔からタンディッシュに注入し、タンディッシュから連続鋳造用鋳型へ鋳込んで鋳片とする工程で製造されている。この製造工程において、取鍋内溶鋼をタンディッシュに注入する際、取鍋内での溶鋼残留量の低下に伴って取鍋の溶鋼流出孔の上方に渦流が発生し、この渦流に取鍋内溶鋼上に存在するスラグが巻き込まれ、溶鋼とともにスラグがタンディッシュへ流出する現象が発生する。このタンディッシュへ流出したスラグそのもの、或いは、該スラグ中の低級酸化物が溶鋼中のＡｌと反応して発生するＡｌ2Ｏ3介在物が、溶鋼中に残留したまま鋳造されると、鋳片の清浄度が悪化して圧延後の鋼板における欠陥の原因となる。
【０００４】
この取鍋からタンディッシュへのスラグの流出を防止するために、種々の方法が提案されている。例えば、特許文献１には、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入末期において、取鍋内の溶鋼渦流発生の防止可能な取鍋内残鋼高さの段階で、取鍋の溶鋼流出孔を閉塞してしまう方法が提案されている。特許文献２には、取鍋内の溶鋼レベルが低下して渦流が発生する時期になったなら、耐火物製のフローティングバルブを取鍋の溶鋼流出孔の直上に位置させて渦流の発生を防止する方法が提案されている。
【０００５】
特許文献３には、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入流に、取鍋の溶鋼流出孔の上方に渦流が生成する前は静磁場を印加し、渦流が生成した後は渦流の回転方向とは逆方向の回転磁場を印加する方法が提案されている。また、特許文献４には、取鍋からの溶鋼注入流ではなく、転炉から取鍋への出鋼流でのスラグ混入を防止する方法であるが、転炉からの出鋼時に出鋼口の周囲に設けた複数のパイプ状ノズルからガスを吹き込み、渦流発生を防止するとともに、出鋼口直上のスラグを排除する方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−２３０９４７号公報
【特許文献２】特開昭６２−２０３６６７号公報
【特許文献３】特開平２−５４７１１号公報
【特許文献４】特開昭６２−２３０９３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記従来技術には以下の問題点がある。
【０００８】
即ち、特許文献１に記載の方法では、取鍋内に残留する溶鋼量が多くなり、残留溶鋼の処理、溶鋼歩留りの低下、取鍋での地金付着による取鍋整備の負荷増大などの、鋼の品質以外の様々な弊害が起こり、実操業への適用は現実的ではない。
【０００９】
特許文献２に記載の方法では、フローティングバルブを昇降させる装置や、フローティングバルブの投下前に取鍋内スラグ表面が固化していた場合には、スラグ表面を砕くための装置も必要であり、更に、消耗品であるフローティングバルブ自体も高価であり、コストが多大なものとなる。
【００１０】
特許文献３に記載の方法では、静磁場或いは回転磁場を印加するための磁場発生装置のみならず、渦流の生成する時期を検出するための装置も必要であり、設備コストが嵩む。また、溶鋼流出孔内を流下する溶鋼注入流に磁場を印加しており、流下する溶鋼注入流は確かに回転するが、溶鋼注入流は直ちに流下してしまうことから、溶鋼流出孔の上方にまで回転磁場の効果が働くのか極めて疑問である。
【００１１】
特許文献４に記載の方法では、パイプ状ノズルを介してガスを吹き込んでいるために、転炉のように出鋼時のみ出鋼口が溶鋼と接触する場合であれば、その時だけガスを吹き込めばよいが、取鍋のように、転炉からの受鋼時からタンディッシュへの溶鋼注入終了時まで、常に溶鋼流出孔が溶鋼と接触している場合は、その期間、常にガスを吹き込み続けないとガス吹き込み管であるパイプ状ノズルが閉塞してしまい、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入時には必要量のガスを吹き込むことができなくなる。つまり、特許文献４に記載の方法は取鍋に適用することはできない。
【００１２】
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、取鍋からタンディッシュへの溶鋼注入時に取鍋からタンディッシュへのスラグの流出を効率的に防止して高清浄度鋼を製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するための第１の発明に係る高清浄度鋼の製造方法は、取鍋底部の溶鋼流出孔を囲むようにポーラス煉瓦を配置し、該ポーラス煉瓦から取鍋内の溶鋼に不活性ガスを吹き込みながら、前記溶鋼流出孔を介して取鍋内の溶鋼をタンディッシュ内へ注入することを特徴とする。
【００１４】
第２の発明に係る高清浄度鋼の製造方法は、第１の発明において、前記ポーラス煉瓦から溶鋼中に吹き込む不活性ガス流量と前記取鍋内の溶鋼深さとの関係が下記の（１）式の範囲内となるように、取鍋内の溶鋼量に応じてポーラス煉瓦からの不活性ガスの吹き込み流量を調整することを特徴とする。
Ｇ×Ｈ2＜０．０１０…（１）
但し、（１）式において、Ｇはポーラス煉瓦からの不活性ガス吹き込み流量（Ｎｍ3／ｓｅｃ）、Ｈは取鍋内の溶鋼深さ（ｍ）である。
【００１５】
第３の発明に係る高清浄度鋼の製造方法は、第１または第２の発明において、前記溶鋼流出孔を構成する上ノズルの上部をポーラス煉瓦とし、該ポーラス煉瓦から不活性ガスを吹き込むことを特徴とする。
【００１６】
第４の発明に係る高清浄度鋼の製造方法は、第１または第２の発明において、前記溶鋼流出孔を構成する上ノズルの周囲にポーラス煉瓦を配置し、該ポーラス煉瓦から不活性ガスを吹き込むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、溶鋼流出孔の周囲に配置したポーラス煉瓦から不活性ガスを吹き込みながら、取鍋内溶鋼をタンディッシュに注入するので、従来、取鍋内溶鋼量が少なくなったときに発生していた取鍋内での渦流の生成を抑制することができ、これにより、取鍋内のスラグがタンディッシュ内に流出することが抑制されるために、即ち、鋼製品での欠陥の原因となる取鍋スラグのタンディッシュへの流出を抑制できるために、清浄度の高い鋼が得られ、鋼製品の品質向上、歩留り向上などの工業上有益な効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明を実施した連続鋳造設備の概略図である。
【図２】図１に示す取鍋を上方から見たときの概略図である。
【図３】不活性ガスの吹き込み流量及び不活性ガス吹き込み時の取鍋内の溶鋼深さを種々変更して溶鋼の空気酸化の程度を調査した結果を示す図である。
【図４】タンディッシュ内スラグの成分分析結果を本発明例と比較例とで対比して示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明を詳細に説明する。先ず、本発明に至った経緯を説明する。
【００２０】
流体が排出口のような、或る特定の位置に急に集められる場合、流体の各部分がその位置へ向かう方向に対して水平方向の運動量を有していると、その位置を中心とする回転運動を行いながら次第に中心に向かって移動し、中心に近づくにつれて、角運動量保存の法則によって回転速度は増加する。実際には各部分は異なった方向の運動量を有するため、次第にぶつかり合って、やがて一定の方向の回転を行うようになり、渦流となる。
【００２１】
そこで、溶鋼を収容する取鍋において、渦流発生の要因となる溶鋼流出孔へ向かう溶鋼の水平方向の運動量を分散させることによって渦流の形成を抑制することを検討した。
【００２２】
その結果、取鍋では溶鋼流出孔が取鍋の底部に配置されており、取鍋底面に近づくほど溶鋼の水平方向の運動量が大きくなることから、この運動量を分散させるには、取鍋底部から溶鋼中にガスを吹き込むことが効果的であることを知見した。つまり、溶鋼流出孔に向かう溶鋼の運動量が吹き込まれるガスによって上方へ分散され、渦流の生成が抑制されるからである。この場合、ガスは溶鋼流出孔を囲むように取鍋底部から吹き込むこととした。
【００２３】
また、ガスの吹き込みは、ポーラス煉瓦から吹き込むこととした。これは、ノズルによるガス吹き込みでは、隣り合うノズル間にはガスの存在しない領域が発生し、そこに溶鋼が優先的に流れ込み、これにより溶鋼の運動量が大きくなって、渦流の発生を促進する懸念があり、また、取鍋では溶鋼の差し込みによるノズルの閉塞を防止するために、常にガスを吹き込む必要がある。これに対して、ポーラス煉瓦であれば、溶鋼流出孔の周囲で均一にガスを吹き込むことが可能であり、且つ、取鍋内に溶鋼が収容されていても、気孔径が小さいことからガスを吹き込まなくても溶鋼の差し込みを防止でき、受鋼してからタンディッシュへの注入までの時間が長くなっても、タンディッシュへの注入の段階でガス吹き込みを開始することが可能であるからである。
【００２４】
本発明は、上記検討結果に基づいてなされたもので、取鍋底部の溶鋼流出孔を囲むようにポーラス煉瓦を配置し、該ポーラス煉瓦から取鍋内の溶鋼に不活性ガスを吹き込みながら、前記溶鋼流出孔を介して取鍋内の溶鋼をタンディッシュ内へ注入することを特徴とする。
【００２５】
本発明において、ガスの吹き込み方向は、鉛直方向の上方、即ち、取鍋内溶鋼湯面へ向かう方向とする。溶鋼流出孔の内部へ吹き込むと、吹き込んだガスの大半が溶鋼流出孔を流下する注入流とともに下方へ流されてしまい、渦流の発生抑制に使われない懸念があるからである。
【００２６】
この鉛直方向上方へのガスの吹き込み方法としては、溶鋼流出孔を構成する耐火物群のうちの上端部の耐火物を、上方を露出させたポーラス煉瓦にする場合と、溶鋼流出孔を構成する耐火物群のうちの上端部の耐火物を囲むようにポーラス煉瓦を配する場合との２つの方法があるが、どちらの方法を用いても同等の効果が得られる。尚、取鍋の溶鋼流出孔は、一般的に、上部側から上ノズル、スライディングノズル、整流ノズル、ロングノズルが組み合わさって構成されており、前記の「溶鋼流出孔を構成する耐火物群のうちの上端部の耐火物」とは、「上ノズル」を差す。
【００２７】
次いで、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。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に示す取鍋を上方から見たときの概略図である。
【００２８】
図１に示すように、タンディッシュ２の上方所定位置に、溶鋼９を収容した取鍋１が配置されている。取鍋内には溶鋼９の上に、転炉（図示せず）から取鍋１への出鋼時に溶鋼９に混入して流出したスラグ１０が滞留している。取鍋１の底部には、取鍋１の底部耐火物と嵌合する上ノズル３が配置され、この上ノズル３の下部に接続してスライディングノズル４が配置され、更に、このスライディングノズル４の下部に接続してロングノズル５が配置され、これらの上ノズル３、スライディングノズル４、ロングノズル５によって、取鍋１からタンディッシュ２への溶鋼流出孔８が形成されている。スライディングノズル４は、上部固定板、摺動板、下部固定板の３つの板で構成された、溶鋼流出孔８を流下する溶鋼注入流の流量を制御する装置であり、取鍋内の溶鋼９は、スライディングノズル４によって流量制御されながら、上ノズル３、スライディングノズル４、ロングノズル５の内孔を通ってタンディッシュ２に注入されるように構成されている。尚、一般的には、スライディングノズル４とロングノズル５との間に整流ノズルを配置するが、図１では配置していない。
【００２９】
また、図２に示すように、取鍋１の底部には、上ノズル３の周囲に、上ノズル３を囲むようにして、ガス供給管７と接続するポーラス煉瓦６が配置されている。このポーラス煉瓦６は、その表面が溶鋼９と直接接触するように取鍋底部で露出している。即ち、ガス供給管７から供給されるＡｒガスなどの不活性ガスがポーラス煉瓦６から取鍋内部に吹き込まれるように構成されている。尚、図１及び図２では、ポーラス煉瓦６が上ノズル３の周囲に配置されているが、上ノズル３の上端部を、その上面が露出するポーラス煉瓦で構成し、上ノズル３の上端部から不活性ガスを吹き込むようにしてもよい。
【００３０】
転炉から取鍋１へ出鋼され、更に真空脱ガス精錬などの二次精錬の施された溶鋼９を収容する取鍋１を、図１に示すように、タンディッシュ２の上方所定位置に設置し、スライディングノズル４を開いて取鍋内の溶鋼９をタンディッシュ２に注入する。タンディッシュ内に所定量の溶鋼９が溜まったなら、タンディッシュ２から鋳型（図示せず）への鋳込みを開始する。鋳造中、タンディッシュ２には所定量の溶鋼９が滞留してロングノズル５の下部はタンディッシュ内の溶鋼９に浸漬した状態に維持される。
【００３１】
鋳造が進行し、取鍋内の溶鋼量が少なくなってきたならば、遅くとも溶鋼９に渦流が発生する前に、ポーラス煉瓦６からの不活性ガスの吹き込みを開始する。渦流の観察が難しい場合は、早い段階でガスの吹き込みを開始することが望ましい。当然、タンディッシュ２への溶鋼９の注入開始と同時に、ポーラス煉瓦６からの不活性ガスの吹き込みを開始しても構わない。
【００３２】
但し、ポーラス煉瓦６から吹き込む不活性ガス流量が多すぎると、浮上する不活性ガス気泡によって溶鋼上に存在するスラグ１０が排斥されて溶鋼湯面が露出する。溶鋼湯面が露出すると、取鍋内の溶鋼９の空気による酸化が懸念されるので、溶鋼湯面が露出しないように、不活性ガスの吹き込み流量を制御することが好ましい。
【００３３】
この点に関し、本発明者らは、ポーラス煉瓦６から吹き込む不活性ガス流量及び不活性ガス吹き込み時の取鍋内の溶鋼深さを種々変更して、溶鋼９の空気による酸化の影響を調査した。尚、溶鋼９の空気酸化の程度は溶鋼中の溶存Ａｌの減少量で評価した。Ａｌは酸素との親和力が強く、空気酸化が発生すると、溶鋼中の溶存Ａｌの減少として捉えることができる。空気酸化が少ない場合は、溶鋼中の溶存Ａｌの減少量は少ない。
【００３４】
調査結果を図３に示す。図３に示すように、ポーラス煉瓦６からの不活性ガス吹き込み流量をＧ（Ｎｍ3／ｓｅｃ）、不活性ガス吹き込み時の取鍋内の溶鋼深さをＨ（ｍ）とすると、不活性ガス吹き込み流量（Ｇ）と取鍋内の溶鋼深さ（Ｈ）とが、下記の（１）式の範囲内となるように、取鍋内の溶鋼深さ（Ｈ）、つまり溶鋼量に応じてポーラス煉瓦６からの不活性ガスの吹き込み流量（Ｇ）を調整することで、溶鋼９の空気酸化が防止できることを確認した。
Ｇ×Ｈ2＜０．０１０…（１）
従って、本発明においては、（１）式を満足する範囲内で、取鍋内の溶鋼量に応じて、ポーラス煉瓦６からの不活性ガスの吹き込み流量を調整することが好ましい。ここで、取鍋内の溶鋼深さ（Ｈ）とは、図１に示すように、取鍋内の溶鋼湯面から取鍋の底部までの距離（ｍ）である。
【００３５】
上記（１）式を満たすためには、取鍋内溶鋼深さ（Ｈ）を把握することが必要である。取鍋内溶鋼深さ（Ｈ）は、取鍋１の設計寸法に基づき、ロードセルなどで測定される取鍋内の溶鋼質量から算出してもよいし、適宜の距離計で上方から取鍋内の溶鋼湯面までの距離を測定し、予め測定しておいた取鍋１の底部の厚みとの差分で求めてもよい。
【００３６】
上記（１）式を満足するには、注入開始初期は不活性ガスの吹き込み流量（Ｇ）を少なくする必要がある。また、ガスの吹き込み流量は、（１）式を満たしていれば特に規定する必要はないが、スラグ１０のタンディッシュ２への流出を防止する観点から、（１）式を満足する上限近傍の値とすることが好ましい。特に、タンディッシュ２への溶鋼９の注入流量が多くなると、渦流が発生しやすくなるので、注入流量が多い場合には、（１）式を満足する上限の値とすることが好ましい。
【００３７】
溶鋼中にガスを吹き込むことで溶鋼９の見掛け比重が小さくなり、取鍋１からタンディッシュ２への溶鋼９の注入流量が、ガス吹き込みを実施しない場合に比べて少なくなる可能性がある。その場合には、溶鋼流出孔８の内径を大きくすることで対処することができる。また、溶鋼流出孔８の内径を大きくすれば、渦流はより一層生成しにくい条件となるので（1992 STEELMAKING CONFERENCE PROCEEDINGS，p.665を参照）、更なる効果も期待できる。
【００３８】
以上説明したように、本発明によれば、溶鋼流出孔８の周囲に配置したポーラス煉瓦６から不活性ガスを吹き込みながら、取鍋１に収容された溶鋼９をタンディッシュ２に注入するので、取鍋内での渦流の生成を抑制することができ、これにより、取鍋内のスラグ１０がタンディッシュ２に流出することが抑制されるために、即ち、鋼製品での欠陥の原因となる取鍋スラグ１０のタンディッシュ２への流出を抑制できるために、清浄度の高い鋼が得られる。
【実施例１】
【００３９】
転炉で溶銑を脱炭精錬して約２５０トンの溶鋼を製造し、この溶鋼を取鍋に出鋼した後、ＲＨ真空脱ガス装置で脱ガス精錬を施した。この脱ガス精錬中に、取鍋内スラグのタンディッシュへの流出状況を観察すべく、取鍋内溶鋼上のスラグへ酸化イットリウムを、その濃度が約５質量％となるように添加した。
【００４０】
その後、取鍋を連続鋳造機の鋳型上方に設置されたタンディッシュの上方へ搬送し、スライディングノズルの下部にロングノズルを接続した。次に、スライディングノズルを開けて、タンディッシュへの溶鋼の注入を開始した。タンディッシュ内の溶鋼量が所定量になった時点で、タンディッシュから連続鋳造機の２つのストランドへの溶鋼の供給を開始し、その後、各ストランドへの溶鋼供給量が５トン／ｍｉｎになるように制御した。また、タンディッシュ内の溶鋼量が所定量になった時点で、タンディッシュ内の溶鋼上に、ＣａＯ、ＳｉＯ2、ＭｇＯを含有するフラックスを添加した。フラックスは溶融してスラグとなり、タンディッシュ内溶鋼の保温剤及び空気酸化防止剤として機能する。
【００４１】
その後、取鍋内の溶鋼深さが１．０ｍになった時点から、溶鋼流出孔を構成する上ノズルの周囲に配置したポーラス煉瓦から１００ＮＬ／ｍｉｎ（０．００１６７Ｎｍ3／ｓｅｃ）のＡｒガスの吹き込みを開始した。
【００４２】
前記取鍋からのタンディッシュへの溶鋼の注入が完了したなら、次の処理順の取鍋と入れ替え、引き続き取鍋からタンディッシュへの溶鋼の注入を行い、連々鋳を継続した。
【００４３】
上記処理中に、タンディッシュ内の溶鋼上のスラグを採取し、採取したスラグの成分分析を行った。また、比較例として、ポーラス煉瓦を配していない取鍋を用いて、上記と同様の処理を行い、タンディッシュ内スラグの成分分析を行った。
【００４４】
タンディッシュ内スラグの成分分析結果を図４に示す。図４に示すように、溶鋼流出孔を囲むようにポーラス煉瓦を配し、該ポーラス煉瓦からガスを吹き込んで注入した本発明例では、取鍋交換時のタンディッシュスラグ中に酸化イットリウムが若干観察されたが、比較例では、時間の経過とともにタンディッシュスラグ中の酸化イットリウム濃度が増加する傾向にあり、次の処理順の溶鋼を注入開始した直後までその傾向が継続していた。
【００４５】
即ち、本発明を適用することにより、取鍋スラグの流出が最小限に抑えられていることが確認できた。
【符号の説明】
【００４６】
１ 取鍋
２ タンディッシュ
３ 上ノズル
４ スライディングノズル
５ ロングノズル
６ ポーラス煉瓦
７ ガス供給管
８ 溶鋼流出孔
９ 溶鋼
１０ スラグ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋底部の溶鋼流出孔を囲むようにポーラス煉瓦を配置し、該ポーラス煉瓦から取鍋内の溶鋼に不活性ガスを吹き込みながら、前記溶鋼流出孔を介して取鍋内の溶鋼をタンディッシュ内へ注入することを特徴とする、高清浄度鋼の製造方法。
【請求項２】
前記ポーラス煉瓦から溶鋼中に吹き込む不活性ガス流量と前記取鍋内の溶鋼深さとの関係が下記の（１）式の範囲内となるように、取鍋内の溶鋼量に応じてポーラス煉瓦からの不活性ガスの吹き込み流量を調整することを特徴とする、請求項１に記載の高清浄度鋼の製造方法。
Ｇ×Ｈ2＜０．０１０…（１）
但し、（１）式において、Ｇはポーラス煉瓦からの不活性ガス吹き込み流量（Ｎｍ3／ｓｅｃ）、Ｈは取鍋内の溶鋼深さ（ｍ）である。
【請求項３】
前記溶鋼流出孔を構成する上ノズルの上部をポーラス煉瓦とし、該ポーラス煉瓦から不活性ガスを吹き込むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高清浄度鋼の製造方法。
【請求項４】
前記溶鋼流出孔を構成する上ノズルの周囲にポーラス煉瓦を配置し、該ポーラス煉瓦から不活性ガスを吹き込むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高清浄度鋼の製造方法。
【請求項１】
取鍋底部の溶鋼流出孔を囲むようにポーラス煉瓦を配置し、該ポーラス煉瓦から取鍋内の溶鋼に不活性ガスを吹き込みながら、前記溶鋼流出孔を介して取鍋内の溶鋼をタンディッシュ内へ注入することを特徴とする、高清浄度鋼の製造方法。
【請求項２】
前記ポーラス煉瓦から溶鋼中に吹き込む不活性ガス流量と前記取鍋内の溶鋼深さとの関係が下記の（１）式の範囲内となるように、取鍋内の溶鋼量に応じてポーラス煉瓦からの不活性ガスの吹き込み流量を調整することを特徴とする、請求項１に記載の高清浄度鋼の製造方法。
Ｇ×Ｈ2＜０．０１０…（１）
但し、（１）式において、Ｇはポーラス煉瓦からの不活性ガス吹き込み流量（Ｎｍ3／ｓｅｃ）、Ｈは取鍋内の溶鋼深さ（ｍ）である。
【請求項３】
前記溶鋼流出孔を構成する上ノズルの上部をポーラス煉瓦とし、該ポーラス煉瓦から不活性ガスを吹き込むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高清浄度鋼の製造方法。
【請求項４】
前記溶鋼流出孔を構成する上ノズルの周囲にポーラス煉瓦を配置し、該ポーラス煉瓦から不活性ガスを吹き込むことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の高清浄度鋼の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１９４４２０（Ｐ２０１１−１９４４２０Ａ）
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−６２１９４（Ｐ２０１０−６２１９４）
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月６日（２０１１．１０．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月１８日（２０１０．３．１８）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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