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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022189431
(43)【公開日】2022-12-22
(54)【発明の名称】鋼の連続鋳造方法
(51)【国際特許分類】
   B22D 11/10 20060101AFI20221215BHJP
   B22D 11/106 20060101ALI20221215BHJP
   B22D 41/50 20060101ALI20221215BHJP
【FI】
B22D11/10 310Z
B22D11/106 A
B22D41/50 520
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2021097998
(22)【出願日】2021-06-11
(71)【出願人】
【識別番号】000006655
【氏名又は名称】日本製鉄株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106909
【弁理士】
【氏名又は名称】棚井 澄雄
(74)【代理人】
【識別番号】100175802
【弁理士】
【氏名又は名称】寺本 光生
(74)【代理人】
【識別番号】100134359
【弁理士】
【氏名又は名称】勝俣 智夫
(74)【代理人】
【識別番号】100188592
【弁理士】
【氏名又は名称】山口 洋
(72)【発明者】
【氏名】淵上 勝弘
(72)【発明者】
【氏名】村上 峻介
(72)【発明者】
【氏名】尾形 和洋
【テーマコード(参考)】
4E004
4E014
【Fターム(参考)】
4E004MB20
4E004NC01
4E014DB00
(57)【要約】
【課題】生産性が高く低コストで清浄度の高い鋼鋳片を製造可能な鋼の連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】ロングノズルの底面開口孔の面積をSB(m)、側面開口孔の総開口面積をST(m)、ロングノズルの側面開口孔位置での流路断面積をS(m)、次鍋開孔時の流量調整装置の開口面積をs(m)、次鍋開孔時のロングノズルの側面開口孔上端のタンディッシュ湯面からの浸漬深さをh(m)とした場合に、以下の(1)~(3)式を満足することを特徴とする。
(1)式:3.5×s≦S≦(SB+ST)/0.85
(2)式:0.15≦SB/(SB+ST)≦0.45
(3)式:h≧0.1
【選択図】図2
【特許請求の範囲】
【請求項1】
取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入し、前記タンディッシュから連続鋳造用鋳型に前記溶鋼を供給し、鋳片を連続的に鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、
前記取鍋の下端に、前記取鍋から前記タンディッシュにまで延びる筒状のロングノズルが接続され、前記ロングノズルを介して、前記取鍋から前記タンディッシュへの前記溶鋼が注入される構成とされており、
前記ロングノズルは、前記ロングノズルの下端において下側へ開口する底面開口孔が設けられた底面と、側面に開口する側面開口孔と、を有しており、前記ロングノズルの前記底面開口孔の面積をSB(m)、前記側面開口孔の総開口面積をST(m)、前記ロングノズルの前記側面開口孔位置での流路断面積をS(m)、次鍋開孔時の流量調整装置の開口面積をs(m)、次鍋開孔時の前記ロングノズルの前記側面開口孔上端のタンディッシュ湯面からの浸漬深さをh(m)とした場合に、以下の(1)~(3)式を満足することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
(1)式:3.5×s≦S≦(SB+ST)/0.85
(2)式:0.15≦SB/(SB+ST)≦0.45
(3)式:h≧0.1
【請求項2】
請求項1に記載の鋼の連続鋳造方法であって、前記ロングノズルの前記底面開口孔が下側から見て前記タンディッシュの鋳型への注入孔と前記ロングノズルとを結ぶ直線に対して、垂直方向にスリット状であることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項3】
請求項1または2に記載の鋼の連続鋳造方法であって、前記ロングノズル内に不活性ガスを吹き込むことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項4】
請求項1~3のいずれか1項に記載の鋼の連続鋳造方法であって、前記タンディッシュに下堰を設置することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【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に向けて溶鋼を注入し、このタンディッシュから連続鋳造用鋳型に前記溶鋼を供給し、鋳片を連続的に鋳造する鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
例えば、自動車用外板向け極低炭素鋼板、缶用低炭ブリキ鋼板向けの低炭アルミキルド鋼板、鋼管向け熱延鋼板、自動車用の構造部材等に用いられるハイテン鋼においては、高加工性や良好な表面性状が求められる。
これらの高加工性や良好な表面性状を実現するためには、鋼中の非金属介在物およびそれらを含む表面や内部欠陥が大きな課題となる。したがって、高加工性、良好な表面性状が必要な場合、溶鋼から非金属介在物を除去して清浄性を高めることが必要である。
【0003】
従来は、タンディッシュに堰を設けて溶鋼の上昇流を形成したり、連続鋳造の鋳型内で電磁ブレーキを用いて浸漬ノズルからの吐出流を制動させたりすることで、非金属介在物の浮上除去を行っていたが、十分に除去されておらず、有害なアルミナクラスターに代表される非金属介在物が最終成品である薄鋼板まで持ち込まれ、一定量残存している。
【0004】
そこで、非金属介在物のさらなる除去を行うために、例えば、特許文献1~4に示すように、タンディッシュ内の溶鋼において非金属介在物の浮上分離を促進する技術が提案されている。
特許文献1においては、スラグ・非金属介在物起因の欠陥を生じさせないために、タンディッシュの注入流落下領域に凹部を形成して撹拌してロングノズルから鋳型への直送流を防止することによって、スラグの浮上を図るものである。
【0005】
特許文献2においては、タンディッシュに溶鋼を注入するロングノズルについて底部を持つ構造とするとともに横方向に開口した横孔を形成し、この横孔から溶鋼を吐出することによって上昇流を生じさせ、タンディッシュ内での非金属介在物の浮上を効果的に行う溶鋼注入方法を提案している。
特許文献3においては、特許文献2と同様に、ロングノズルの下端部を閉塞し、側面に上向きの吐出口を持つロングノズルを提案し、タンディッシュ内における溶鋼の滞留時間を長くし、非金属介在物の浮上分離を効果的に行うものとしている。
特許文献4においては、特許文献2、3と同様の考え方をもつものであり、ノズルに底とその周面に形成された吐出用開口孔1個を持つロングノズルを提案することで、タンディッシュ内において溶鋼中の介在物が浮上するのに十分な時間を確保するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開平04-344854号公報
【特許文献2】特開昭59-183960号公報
【特許文献3】特開平05-200507号公報
【特許文献4】特開平07-155911号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
ところで、前述した自動車用外板向け極低炭素鋼板、缶用低炭ブリキ鋼板向けの低炭アルミキルド鋼板、鋼管向け熱延鋼板、自動車用の構造部材等に用いられるハイテン鋼においては、高強度化やコストダウンを目的とした薄肉化の要求があり、問題となる介在物のサイズも小さくなっており、さらなる清浄度向上が求められる。精錬工程を含めて清浄度向上対策を施すことにより定常部は清浄度が向上できたとしても、取鍋交換部における清浄度の悪化が1級品の歩留を低下させ生産性の低下やコスト増加を招いており、高清浄度鋼製造の上での大きな課題である。ここで1級品とは、清浄度の要求レベルに応じて定められた清浄度の指標で、加工が厳しく最も高い清浄度が要求されるグレードである。
【0008】
本発明は、前述した状況に鑑みてなされたものであって、取鍋交換部の清浄度の悪化を抑制し1級品の歩留を向上させることにより、生産性が高く低コストで清浄度の高い鋼鋳片を製造可能な鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
上記課題を解決するために、本発明者らが鋭意検討した結果、以下に示すような知見を得た。
本発明者らは、上記課題を解決して取鍋交換部の清浄度を向上させるためには、ロングノズルを活用することが有効であると考えた。取鍋交換部の清浄度の悪化は、溶鋼の注入末期に取鍋から鍋上スラグが流出することや、取鍋交換部でのタンディッシュ内の湯面低下や次鍋の開孔時の大きな溶鋼流による非定常な溶鋼流れに起因するものであり、これらの悪化要因をロングノズルを適正化することで抑制する。
そこで、(1)次鍋開孔直後の強い溶鋼流が鋳型注入孔に直送しないこと、(2)タンディッシュ湯面低下時のタンディッシュの表面流を抑制できること、を満たしたロングノズルとすることで取鍋交換部の清浄度を向上させることを試みた。
【0010】
連続鋳造装置における一般的な取鍋交換部の操業方法では、前鍋からタンディッシュへの溶鋼注入終了後から次鍋の注入開始までの取鍋交換の間も鋳造を継続するため、徐々にタンディッシュ内の湯面が低下していく。取鍋の排出孔には、詰め砂と呼ばれる詰め物を入れておき、溶鋼注入時にスライディングノズル等の流量調整装置を開き、詰め砂とともに溶鋼を注入する。この次鍋開孔時にはスライディングノズルを全開にして詰め砂を一気に排出した後、タンディッシュ内の湯面を定常高さまで早期に回復する目的でスライディングノズルを全開のまま、あるいは定常の鋳造時よりも広く開いた状態にするため、定常状態の数倍の溶鋼流量となる。下端が開孔している一般的な管状のロングノズルでは、次鍋開孔時の強い溶鋼流がタンディッシュ底面に衝突し、一部がタンディッシュ底部に沿った鋳型注入孔への直送流となり、一部が反転しタンディッシュ内の湯面を乱す強い流れとなり、詰め砂やタンディッシュ内スラグ等を鋳型へ流出させる原因となる。
【0011】
本発明者らは、次鍋開孔時のロングノズル下端からの強い溶鋼流を抑制するために、ロングノズルの下端に開口孔を有する底面を設けるとともに側面にも開口孔を設けて下向きの強い流れを抑制することとした。この際に、側面開口孔からの溶鋼流れがタンディッシュ内の湯面に強い溶鋼流を引き起こさないように、底面の開口孔面積と側面開口孔面積とのバランスや側面開口孔とタンディッシュの湯面位置との関係を検討し、定常的な鋳造時ではなく次鍋開孔時のスループット(溶鋼流量)増大時に対して最適化することが良いことを知見した。
【0012】
また、底面開口孔の形状の最適化も検討した。ロングノズルと鋳型注入孔を結ぶ直線に対して垂直なスリット状形状とすることでさらに直送流を抑制できることを知見した。
こうして、取鍋交換部の清浄度の悪化を抑制し1級品の歩留向上をさせることで、生産性が高く低コストで清浄度の高い鋼鋳片を製造可能な鋼の連続鋳造方法を見出した。
【0013】
本発明は、上述の知見に基づいてなされたものであって、本発明の鋼の連続鋳造方法は、取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入し、このタンディッシュから連続鋳造用鋳型に前記溶鋼を供給し、鋳片を連続的に鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、
前記取鍋の下端に、前記取鍋から前記タンディッシュにまで延びる筒状のロングノズルが接続され、前記ロングノズルを介して、前記取鍋から前記タンディッシュへの前記溶鋼が注入される構成とされており、
前記ロングノズルは、前記ロングノズルの下端において下側へ開口する底面開口孔が設けられた底面と、側面に開口する側面開口孔と、を有しており、前記ロングノズルの前記底面開口孔の面積をSB(m)、前記側面開口孔の総開口面積をST(m)、前記ロングノズルの前記側面開口孔位置での流路断面積をS(m)、次鍋開孔時の流量調整装置の開口面積をs(m)、次鍋開孔時の前記ロングノズルの側面開口孔上端のタンディッシュ湯面からの浸漬深さをh(m)とした場合に、以下の(1)~(3)式を満足することを特徴とする。
(1)式:3.5×s≦S≦(SB+ST)/0.85
(2)式:0.15≦SB/(SB+ST)≦0.45
(3)式:h≧0.1
【0014】
また、前記ロングノズルの底面開口孔が下側から見て前記タンディッシュの鋳型への注入孔と前記ロングノズルとを結ぶ直線に対して略垂直方向にスリット状となっている形状とすることで、ロングノズルからの鋳型注入孔へ向かう直送流を一層抑制できる。ここで略垂直方向とは鋳型への注入孔とロングノズルを結ぶ直線に対して80°~100°である。
【0015】
また、前記ロングノズル内に不活性ガスを吹き込むことによりロングノズル内で不活性ガス気泡表面に介在物を付着させる気泡とともに浮上除去することで、より清浄度を高めることができる。吹き込む不活性ガスは、ノズル形状(内径など)とスループット(t/min)により介在物除去に最適な流量を求めておけば良い。
【0016】
さらに、前記タンディッシュに下堰を設置することで、ロングノズルからの直送流を抑制し鋳型注入孔への介在物の流出を防止でき、さらに清浄度を高めることができる。下堰の位置や高さなどは、タンディッシュ形状やロングノズルと鋳型注入孔までの距離から、あらかじめ介在物除去に最適な配置を決めておくと良い。
【発明の効果】
【0017】
上述のように、本発明によれば、取鍋交換部の清浄度の悪化を抑制し1級品の歩留向上をさせることで、生産性が高く低コストで清浄度の高い鋼鋳片を製造可能な鋼の連続鋳造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0018】
図1】本発明の実施形態である鋼の連続鋳造方法を実施する連続鋳造装置の一例を示す説明図である。
図2】本実施形態における鋼の連続鋳造方法において用いられるロングノズルの概略説明図である。(a)が軸線に沿った断面説明図、(b)がX-X断面図である。
図3】本実施形態における鋼の連続鋳造方法において用いられるロングノズルの概略説明図である。(a)が軸線に沿った断面説明図、(b)がX-X断面図である。
図4】鋼の連続鋳造方法において用いられる通常のロングノズルの概略説明図である。(a)が軸線に沿った断面説明図、(b)がX-X断面図である。
図5】取鍋とロングノズルの位置関係を示す連続鋳造装置の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下に、本発明の実施形態について、添付した図面を参照して説明する。なお、本発明は、以下の実施形態に限定されるものではない。
【0020】
図1に示す連続鋳造装置10においては、取鍋11によって転炉から溶鋼を移送し二次精錬を行った後、ロングノズル20を介してタンディッシュ13に溶鋼2を注入し、このタンディッシュ13において介在物を浮上分離した後、浸漬ノズル14を介して連続鋳造用鋳型である鋳型15に溶鋼を供給し、鋳型15内で凝固シェルを形成し、得られた鋳片1を連続的に鋳造するものである。そして、鋳型15から製出された鋳片1は、複数のサポートロール18からなるサポートロール群17によって引き抜かれ、2次冷却手段(図示なし)によってさらに冷却することで凝固シェルを成長させて完全凝固させる。
【0021】
そして、本発明の実施形態である鋼の連続鋳造方法においては、取鍋11からタンディッシュ13へ溶鋼を注入する際に用いられるロングノズル20の特徴を有している。図2に、本発明の実施形態である鋼の連続鋳造方法において用いられるロングノズル20を示す。図2(b)は、図2(a)のX-X断面である。
【0022】
本実施形態におけるロングノズル20は、図2に示すように、有底筒状をなし、具体的には、概略円筒形状をなしており、その上端に、取鍋11へ取り付けるためのフランジ部21が形成されている。
また、ロングノズル20は、軸線Oに沿って延在する溶鋼経路22を有しており、この溶鋼経路22の下端に底面部23が形成されている。そして、ロングノズル20には、底面部23に(下側に)開口する底面開口孔24と、溶鋼経路22の側面に開口する側面開口孔25と、が設けられている。なお、側面開口孔25は、周方向に間隔をあけて複数設けられており、本実施形態では、図2(b)に示すように、4つの側面開口孔25が周方向に等間隔に配設されている。なお、本実施形態では、舟型(箱型)タンディッシュ及び2ストランド連続鋳造機を想定して記載しているものの、側面開口孔25の個数や配置は連続鋳造機のストランド数やタンディッシュ形状などを考慮して、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
また、図5は取鍋11とロングノズル20の位置関係が記載されている。取鍋11の下面に開口する取鍋排出孔40に、スライディングノズル30が取り付けられている。スライディングノズル30の下端に、ロングノズル20の上端が接続される。ロングノズル20の流路は、スライディングノズル30の内部流路を通じて取鍋11の内部に繋がる。スライディングノズル30は、内部流路を開閉する板状のバルブを有する。溶鋼注入時にスライディングノズル30を開いて、溶鋼を注入する。スライディングノズル30の開閉度を変えることで、取鍋11からロングノズル20への溶鋼の流入量を調整可能である。溶鋼の流量調整装置としては、スライディングノズル30に限られず、例えばストッパー等の公知の流量調整装置を採用可能であり、その場合は、スライディングノズル30は設けず、ロングノズル20の上端が、取鍋11下面の取鍋排出孔40に直結されていてもよい。次鍋開孔後タンディッシュ13内の湯面が定常高さに回復するまでの定常状態よりも広く開かれた流量調整装置の開口面積を「次鍋開孔時の流量調整装置の開口面積」と定義する。流量調整装置がスライディングノズル30の場合、次鍋開孔直後は詰め砂を一気に排出するためスライディングノズル30を一旦全開とした後、開口面積を少し狭めてタンディッシュ13内の湯面が定常高さに回復するまで注入する場合は、その狭めた面積とする。全開のままの場合は全開の開口面積であり、これは取鍋排出孔の面積とほぼ同じとなる。
【0023】
ここで、ロングノズル20においては、底面開口孔24の面積をSB(m)、側面開口孔25の総開口面積をST(m)、ロングノズルの側面開口孔位置での流路断面積(以下、ロングノズル20内の流路断面積という。)26をS(m)とし、側面開口孔25の上端部からタンディッシュ湯面までの距離をh(m)、次鍋開孔時の流量調整装置の開口面積(ここでは次鍋開孔時のスライディングノズル30の開口面積)をs(m)として、以下の(1)~(2)式を満足するように構成されている。
(1)式:3.5×s≦S≦(SB+ST)/0.85
(2)式:0.15≦SB/(SB+ST)≦0.45
【0024】
さらに、本実施形態では、(3)式で示すように取鍋交換時のタンディッシュ湯面の最低高さ時の側面開口孔25の上端とタンディッシュ湯面の距離h(m)を0.1以上とするように構成されている。
(3)式:h≧0.1
【0025】
以下に、本実施形態において、上述の(1)~(3)式を規定した理由について説明する。
【0026】
本実施形態においては、ロングノズル20に側面開口孔25を設けて底面開口孔24から流出する溶鋼流を低減し、タンディッシュ13底面に衝突した後の鋳型注入孔へ向かう直送流と反転上昇流を抑制している。
また、側面開口孔25の上端から取鍋交換部のタンディッシュ湯面位置(最低高さ)との距離を一定以上確保することによりタンディッシュ湯面での溶鋼流速を抑制している。
【0027】
取鍋11開孔時には、次鍋開孔時の流量調整装置の開口面積と取鍋11内の溶鋼高さに応じた流量で溶鋼が排出される。排出された溶鋼は、ロングノズル20内の溶鋼表面に滝つぼのように流入し、ロングノズル20の下部では平均的な流速で流れることになる。ロングノズル20の底面開口孔24と側面開口孔25の総面積が十分大きければ、ロングノズル20内の溶鋼高さを過剰に上昇させない状態でタンディッシュ13側に溶鋼を排出し、平均流速の増加も抑制できる。(1)式は、ロングノズル20の開口孔からの平均流速抑制とロングノズル20からの溶鋼のオーバーフロー(ロングノズル20内の溶鋼表面の上昇)を抑制するための関係式であり、(2)式は、ロングノズル20の底面開口孔24からの溶鋼量を抑制するための関係式である。
【0028】
まず、(1)式の左辺の関係式は、次鍋開孔時の流量調整装置の開口面積(スライディングノズル30の次鍋開孔時の開口面積)とロングノズル20の流路断面積26に関わるものである。ロングノズルの流路断面積26をスライディングノズル30の次鍋開孔時の開口面積の3.5倍以上とすることで、ロングノズル20内の溶鋼の平均流速をスライディングノズル30通過時の1/3未満に低減することができる。ここで、取鍋11の開孔時のスライディングノズル30通過時の溶鋼流速は5~10(m/s)程度であり、この流速を3(m/s)以下に抑制できロングノズル20内の開口孔からの溶鋼流速を抑制できることがわかった。なお、上限は特に設けないものの、10倍程度以下が好ましい。これは、ロングノズル20の重量増加による耐火物コスト増加や操業性の悪化に加え、ロングノズル20の側面開口孔25からの溶鋼排出による分散効果が低下するためである。分散効果が低下する原因は、ロングノズル20の流路断面積が大きくなりすぎると、流路内で流速分布ができてしまい、壁面近傍の流速が低下し、側面開口孔25から排出される溶鋼量が低下してしまうためである。
(1)式の右辺の関係式は、ロングノズル20の流路の断面積と開口孔(底面開口孔24と側面開口孔25)の総面積に関わるものである。ロングノズル20の開口孔の総面積をロングノズル20の流路の断面積の0.85倍以上とするのは、ロングノズル20内のオーバーフローを抑制するとともに、開口孔から排出される溶鋼流速の増加を防止するためである。開口孔の総面積がロングノズル20の流路の断面積よりも小さくなると、開口孔からの溶鋼排出が追い付かずロングノズル20内の溶鋼湯面高さが上昇し、取鍋11との接続部から溶鋼が漏出するオーバーフローが発生する恐れがある。また、ロングノズル20内の溶鋼高さが上昇することによる溶鋼静圧により開口孔の平均流速が増加する。ロングノズル20の開口孔の総面積をロングノズル20の流路の断面積の0.85倍以上であれば、ロングノズル20内の溶鋼湯面高さの上昇は高々100mm程度でオーバーフローなどの悪影響はないことがわかった。また、ロングノズル20の開口孔の総面積は、スライディングノズル30の全開時の面積の約3倍以上となり、平均流速も十分に抑制できる。(1)式を満足することにより、ロングノズル20内での溶鋼のオーバーフローを抑制しつつ、ロングノズル20の開口孔からの溶鋼の平均流速を低減することができる。
【0029】
次に、(2)式で示したロングノズル20の底面開口孔24の面積と側面開口孔25の面積に関わる関係について説明する。ロングノズル20の側面に開口孔を設ける理由は、底面開口孔24からの溶鋼供給量を抑制するためであり、最適な溶鋼供給量の配分が存在する。(2)式で示した割合が0.15未満となると、底面開口孔24からの溶鋼流れは大きく抑制されるものの、側面開口孔25からの溶鋼流れが強くなるため、タンディッシュ湯面の溶鋼流れが強くなり、タンディッシュ13内の湯面上のスラグや浮上してきた介在物を再度巻き込む割合が増加し、底面開口孔24からの溶鋼流れを抑制することによる清浄度向上の効果が相殺されることがわかった。一方、0.45を超えると、底面開口孔24からの溶鋼流れを十分に低減できなくなり、鋳型注入孔への直送流抑制効果が不十分となり清浄度向上が不十分となる。
【0030】
さらに、上述のように(2)式で示したロングノズル20の底面開口孔24の面積と側面開口孔25の面積に関わる関係を適正化したとしても、取鍋11の交換時のタンディッシュ湯面が低下した状態で、タンディッシュ湯面とロングノズル20の側面開口孔25の上端が近い、あるいは側面開口孔25の上端がタンディッシュ湯面よりも高い場合には、側面開口孔25からの溶鋼流れによりタンディッシュ湯面上のスラグの巻き込みや浮上途中の介在物の再巻き込みが生じて清浄度が悪化する。このため、(2)式を満足した上で、取鍋11の交換時のタンディッシュ湯面が低下した状態で、ロングノズル20の側面開口孔25の上端とタンディッシュ湯面までの距離が0.1m以上となれば、側面開口孔25からの溶鋼流れにより、タンディッシュスラグの巻き込みや浮上途中の介在物の再巻き込みが抑制されることを確認した。
【0031】
次に、ロングノズル20の底面開口孔24の形状について説明する。円形の開口孔の形状の場合、タンディッシュ13底部に衝突した流れは鋳型注入孔への流れを形成しやすい。
【0032】
そこで、図3に示すようにロングノズル20の底面開口孔24の形状を鋳型注入孔とロングノズル20を結んだ直線に対して垂直方向に延びるスリット状の開口孔とすることで、扇形に溶鋼流れが広がり、鋳型注入孔への直送流が抑制され、タンディッシュ13側壁に沿った緩やかな上昇流が形成されることがわかった。鋳型注入孔への直送流を大幅に低減するためには、上述のようなスリット状の形状とすることが良いことがわかった。なお図3(b)は、図3(a)のX-X断面である。
【0033】
本実施形態においては、上述のように、次鍋の注入開始時の溶鋼流量(t/min)の大きな条件において、ロングノズル20に側面開口孔25を設け、(1)式乃至(3)式の条件を満足することで、ロングノズル20の底面部23からの溶鋼流速を抑制することができ取鍋交換部の清浄度を向上させるに至った。これにより、溶鋼流量が定常的な鋳造時の数倍にもなる次鍋の注入開始時においても、ロングノズル形状の最適化により、清浄度が悪化する領域や最大値を低減し、1級品の歩留を大幅に向上させることができる。
取鍋交換部の一層の清浄度向上(1級品のさらなる歩留向上)のためには、ロングノズル20内に不活性ガスを吹き込むことが好ましい。不活性ガスを吹き込むことにより、溶鋼中に気泡が分散し、気泡の表面に介在物が付着することで浮上除去を促進することができる。特に、取鍋交換時の再酸化で生じるアルミナは気泡表面に付着しやすく効果が大きい。不活性ガスの吹込み効果を向上させるためには、ロングノズル20の内面をポーラス状にしてロングノズル20内の溶鋼内に直径5mm以下の微細な気泡として吹き込むことが好ましい。
【0034】
さらに、取鍋交換部の清浄度向上のためには、タンディッシュ13に下堰13aを設けても良い。上述したようにロングノズル形状の最適化により、ロングノズル20から鋳型注入孔に向かう直送流は大きく低減できるものの、次鍋の注入開始時に完全に抑制することは困難であるため、タンディッシュ13に下堰13aを設けることで直送流のさらなる抑制が可能となる。下堰13aは、ロングノズル20と鋳型注入孔との距離(0%をロングノズル20位置、100%を鋳型注入孔位置として)の30~70%位置に高さ200mm以上の堰を設けることが好ましい。
【0035】
以上、本発明の実施形態である鋼の連続鋳造方法について、具体的に説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0036】
例えば、本実施形態では、側面開口孔25を4つ設けたものとして説明したが、これに限定されることはなく、側面開口孔25の個数は4、6、8・・・のように偶数個設けることが好ましい。
タンディッシュ13から2つのストランドに溶鋼を供給する場合、側面開口孔25を、タンディッシュ13の長手方向別に半分ずつ(2、3、4・・・)、かつ、両ストランド左右で対照に配置することにより、両ストランドに対照な流れを得て、なおかつタンディッシュ13の壁に直接向かう流れや、鋳型15内に直接向かう直送流を避けることが可能となる。
【0037】
また、本実施形態においては、側面開口孔25の上下方向の吐出角度について言及していないが、タンディッシュ13底に這う流れが生じることをさらに抑制するためには、側面開口孔25の吐出角度を水平面(上向き0°)とすることが好ましい。
【実施例0038】
本発明の効果について検証するために実施した検証試験について説明する。
飲料缶に用いられるブリキ素材(低炭アルミキルド鋼)を転炉出鋼、RH二次精錬工程で、脱ガス処理を行い、その後、表1に示す条件のロングノズル及び鋳造条件(特に取鍋交換部)を用いて、取鍋からタンディッシュに溶鋼を注入し、連続鋳造を行った。なお、ロングノズルは、側面開口孔がなく且つ下端に底面がなく開口している筒状のロングノズル(表1中のA、図4参照、図4(b)は、図4(a)のX-X断面である。)と開口孔が設けられた底面及び側面に開口孔を持つロングノズル(表1中のB:底面の開口孔が円状のタイプ、C:底面の開口孔がスリット状のタイプ)で、側面開口孔が4個水平面に開口しているものを用いた。側面開口孔は長方形の形状とし、ロングノズルの円周方向に4つの側面開口孔が90°毎に配置し、4つの側面開口孔の下端がロングノズルの底面の内部位置になるように高さ方向を調整した。なお、ロングノズル水平面で180°位置に対向している側面開口孔を直線で結んだ方向は、ロングノズルと鋳型注入孔を結ぶ直線に対して45°となるようにロングノズルを設置した。流量調整装置にはスライディングノズルを用いた。取鍋の溶鋼量は400t、連続鋳造機は2ストランドの垂直曲型で各ストランドのスループットは4t/minである。表1には、ロングノズルの底面開口孔面積(SB)、側面開口孔総面積(ST)、取鍋交換部の次鍋鋳造開始時のロングノズルの側面開口孔上端のタンディッシュ湯面からの浸漬深さ、次鍋開孔時の流量調整装置(スライディングノズル)の開口面積(s)、ロングノズルの流路断面積(S)を示しており、次鍋開孔時の流量調整装置の開口取鍋の排出孔の面積とロングノズルの流路断面積の比(S/s)、ロングノズル流路断面積とロングノズル総開口孔面積の比((SB+ST)/S)、ロングノズル開口孔総面積に対するロングノズルの底面開口孔面積の比(SB/(SB+ST))を算出している。なお、本実施例では全ての例で次鍋開孔後タンディッシュ内の湯面が定常高さに回復するまでスライディングノズルを全開とした。また、表1には、ロングノズル内への不活性ガス吹込み有無とタンディッシュでの下堰設置有無も記載している。なお、不活性ガスとしてはArを使用し、ロングノズル内の溶鋼に浸漬している壁面に設置したポーラス状の耐火物から20(Nl/min)吹き込んだ。また、下堰は、ロングノズルと鋳型注入孔を結ぶ直線上の中央に高さ200mmの堰を設置した。
【0039】
試験結果を表2に示す。表1の条件で鋳造した鋳片を熱間圧延および冷間圧延を行って製造した板厚0.2mmのブリキ用冷延鋼板について、漏洩磁束(磁粉探傷と同様)を用いて検出される内部欠陥を測定した。内部欠陥は冷延板の全幅、全長で測定し、長さ方向1m毎に冷延鋼板単位面積当たりの内部欠陥の個数(個/m)を算出した。1級品のブリキとして使用可能な単位面積当たりの内部欠陥の個数の上限値を1として規格化して内部欠陥指標とし、取鍋交換部において内部欠陥指標が1未満(=1級品として使用可能)となる長さの割合を1級品の歩留指標として評価し記載している。本実施例では取鍋交換部とは、取鍋交換前後の鋳造長20m(交換前5m、交換後15m)に相当する範囲を示す。なお、ここで定義する取鍋交換部はタンディッシュ容量やスループットなどの鋳造条件により変化する。1級品の歩留指標は、取鍋交換部の鋳片に対して1級品として使用できる鋳片の割合を示しており、1の場合は全ての鋳片が1級品として使用可能であることを示している。取鍋交換部の清浄度向上、とりわけ1級品の歩留向上を目的としていることから、総合評価として1級品歩留指標が、0.8以上をexcellent、0.7以上をgood、0.5以上をaverageとし、0.5未満をbadとした。表2中のNo.1の通常のロングノズル使用時の1級品歩留指標が0.1であるので歩留落ちが90%となるのに対して、0.5を超える場合は歩留落ちが50%未満となり、歩留落ちが約半減していることに対応しており、0.5を超える場合を本発明例とした。
【0040】
【表1】
【0041】
【表2】
【0042】
No.1は無底形状のロングノズル(A)を使用した場合の比較例であり、取鍋交換部の1級品の歩留指標が0.1と低い。
No.2~13はロングノズルの底部と側面に開口孔がある形状のもので、底部の開口孔は円状のタイプ(B)の実施例である。この中で、No.5~10は、本発明例であり、S/s、(SB+ST)/S、SB/(SB+ST)の各指標及び次鍋注入開始時の側面開口孔上端の浸漬深さが本発明の範囲内であり、1級品歩留指標も0.5を超えている。No.7はロングノズル内に不活性ガスを吹き込んでおり、No.9はタンディッシュ内に下堰を設置しているため、1級品歩留指標が0.7を超えており、良好である。また、No.10は、ロングノズル内の不活性ガス吹込みと下堰を併用しており、1級品歩留指標も0.85と非常に良好である。No.2、3は、ロングノズル流路断面積が小さく(S/s<3.5)、1級品歩留がそれぞれ0.15、0.2と比較の通常タイプのロングノズルからの向上がわずかである。これは、ロングノズル内の流路断面積が小さく、次鍋開孔時にロングノズル内の溶鋼面が上昇し、ロングノズル上部内壁に付着していたスラグなどを巻き込んだためと考えられる。No.4は、SB/(SB+ST)が0.15未満であり1級品歩留が0.15と比較の通常タイプのロングノズルからの向上がわずかである。これは、底部からの強い溶鋼流が抑制されたものの、側面開口孔からの溶鋼流が強く、タンディッシュ溶鋼表面での流れが強くなり介在物などの再巻き込みが生じたためと考えられる。No.11は、SB/(SB+ST)が0.45を超えておりNo.4と同様に1級品歩留の向上が少ない。これは、底面開口孔からの溶鋼流れを十分に低減できなくなり、鋳型注入孔への直送流抑制効果が不十分となり清浄度向上が不十分となったと考えられる。No.12は、(SB+ST)/Sが0.77と0.85未満であり、1級品歩留の向上が少ない。これはロングノズルの総開口面積が小さく、次鍋開孔時にロングノズル内の溶鋼高さが上昇しロングノズル上部内壁に付着していたスラグなどを巻き込んだためと考えられる。No.13は、次鍋注入開始時の側面開口孔の浸漬深さが0.08mと0.1mに満たないために、1級品歩留の向上が見られない。これは、取鍋交換時の側面開口孔の浸漬深さが浅く、タンディッシュ溶鋼表面に強い流れが生じたためと考えられる。
【0043】
No.14~16はロングノズルの底部と側面に開口孔がある形状のもので、底部の開口孔はスリット状タイプ(C)の例である。No.14は、SB/(SB+ST)が0.15未満であり1級品歩留指標の向上が少ない。No.15及び16は、本発明例であり、S/s、(SB+ST)/S、SB/(SB+ST)の各指標及び次鍋注入開始時の側面開口孔上端の浸漬深さが本発明の範囲内であり、底面開口指標が0.25~0.45の範囲内に入っており、1級品歩留が0.7を超えており、良好である。
【符号の説明】
【0044】
1 鋳片
10 連続鋳造装置
11 取鍋
13 タンディッシュ
14 浸漬ノズル
15 鋳型
20 ロングノズル
23 底面部
24 底面開口孔
25 側面開口孔
図1
図2
図3
図4
図5