(57)【要約】【課題】大入熱溶接時にも十分なＨＡＺ靭性を得られるような、微細な酸化物系介在物が多量に分散した金属塊を製造する装置及び方法を提供する。【解決手段】溶融金属２０を収容する溶融金属容器２１と、少なくとも一部が固体電解質１５で構成される耐火物２２と、溶融金属容器２１内に収容された溶融金属２０に接触する対極電極１７と、直流電源９とを有し、耐火物２２はその一部が溶融金属２０中に浸漬し、耐火物２２に接触電極１６を設け、直流電源９の正極１８が対極電極１７に接続され、負極１９が接触電極１６に接続されている、微細酸化物分散金属塊の製造装置及び製造方法。直流電源９を用いて通電すると、固体電解質１５を経由して溶融金属２０に酸素が供給され、溶融金属中の脱酸材成分と反応して、微細な酸化物系介在物が多量に分散した金属塊を製造することができる。【選択図】図１
2020011261.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属を収容する溶融金属容器と、少なくとも一部が固体電解質で構成される耐火物と、溶融金属容器内に収容された溶融金属に接触する対極電極と、直流電源とを有し、前記耐火物は、前記溶融金属内に溶融金属を収容したときにその一部が溶融金属中に浸漬し、前記耐火物の溶融金属に接触しない部分に接触電極を設け、前記直流電源の正極が前記対極電極に接続され、直流電源の負極が前記接触電極に接続されていることを特徴とする、微細酸化物分散金属塊の製造装置。
【請求項２】
前記固体電解質で構成される耐火物が、ストッパーを形成する耐火物であることを特徴とする請求項１に記載の微細酸化物分散金属塊の製造装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の微細酸化物分散金属塊の製造装置を用い、
前記溶融金属容器に溶融金属を収容し、前記直流電源を用いて通電し、前記溶融金属容器から溶融金属を鋳型に注入して金属塊を製造する際、
固体電解質と溶融金属との接触面における平均電流密度を０．０５〜１．５Ａ／ｃｍ2とすることを特徴とする、微細酸化物分散金属塊の製造方法。
【請求項４】
金属塊の内部に最大径１μｍ以下の酸化物介在物が３５０個／ｍｍ2以上存在することを特徴とする請求項３に記載の微細酸化物分散金属塊の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属を凝固させて金属塊を製造するにあたり、微細な酸化物系介在物が多量に分散した金属塊を製造することのできる、微細酸化物分散金属塊の製造装置及び微細酸化物分散金属塊の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
本発明が対象とする金属材料はその種類を限定されるものではないが、以下に鉄鋼材料を例にとって説明する。
【０００３】
近年、船舶や建造物など鋼材を用いた構造物は大型化する傾向にあり、鋼材の高強度化、厚肉化が強く求められている。鋼材は一般的に溶接により接合されるが、鋼材の厚肉化に伴い、鋼材に対して大きな熱量を加える大入熱溶接を行うことが効率の観点から求められている。しかし、大入熱溶接時には溶接熱影響部（以下ＨＡＺと称する）が鋼材の溶融温度に近い高温にさらされるとともに、高温からの冷却速度が小さくなるため、組織がきわめて粗大化しやすく、さらに上部マルテンサイトや島状マルテンサイトといった鋼材の靭性を低下させる要因となる組織の形成が促進される。そのため、大入熱溶接構造物においては、ＨＡＺ部の靱性が低下する問題が生じていた。
【０００４】
ＨＡＺ部の靭性を改善する方法に関しては、微細なＴｉＮを分散析出させることでこれらをピン止め粒子として用い、溶接時のオーステナイト粒粗大化を抑制する技術が広く知られている。しかし、入熱量５０ｋＪ／ｍｍを超えるような大入熱溶接においては、ＨＡＺ部の温度が高温に達するため、鋼材内のＴｉＮが固溶、消失してしまい、オーステナイト粒粗大化を食い止められないという問題がある。
【０００５】
このような大入熱溶接ＨＡＺ靭性の問題を解決するために、近年は高温下においても固溶しづらい酸化物系介在物を溶鋼段階で鋼材内に多量に分散させ、ピン止め粒子として有効活用する技術に注目が集まり、これまでに例えば特許文献１〜２に挙げられるような技術が提案されている。
【０００６】
特許文献１は、母材およびＨＡＺ靭性に優れた鋼材およびその製造方法に関するものである。具体的には、鋼材に含まれる全Ｔｉ量のうち、２．０μｍを超えるＴｉ含有介在物として鋼材に含まれるＴｉ量が０．０１０％以下であり、０．１μｍを超えるＴｉ含有介在物として鋼材に含まれる全Ｔｉ量を全Ｔｉ量から引いた値が鋼材中全Ｔｉ量に対し０．３０〜０．７０の割合にするというものであり、溶鋼段階におけるＳｉ量の規定およびＡｌ2Ｏ3含有介在物の個数を１ｍｍ2あたり１０個以下としてから鋳造することで製造できるとしている。これにより、母材およびＨＡＺの靱性改善をより精度良く実現できるとしている。
【０００７】
特許文献２は、母材靭性およびＨＡＺ靭性に優れた高張力鋼板に関するものである。具体的には、最大径０．２〜２μｍ以下の酸化物が２００個／ｍｍ2以上存在し、マルテンサイト組織を２９体積％以上含有し残部がベイナイトであることを要点とする。これにより、母材靱性およびＨＡＺ靱性にすぐれる高張力鋼板を提供できるとしている。
【０００８】
外部から加えられた電場によってイオン（帯電した物質）を移動させることができる物質として、固体電解質が知られている。酸素イオンを移動させることができるので、酸素イオン導電体とも呼ばれる。固体電解質として安定化ジルコニアが古くから使われている。外部からジルコニアに電圧を加えるとマイナス極側からプラス極側へ酸素イオンが移動するため酸素ポンプを構成することができ、雰囲気制御などに利用される（例えば非特許文献１参照）。特許文献３には、溶融金属と接する面を酸素イオン導電体で構成し、電圧を付加して酸素イオン導電体側から溶融金属側に電流を流すことにより、金属酸化物からなる付着物の形成を防止する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１３−６０６３１号公報
【特許文献２】特開２０１４−９３８７号公報
【特許文献３】特開２００１−１７０７６１号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】「固体電解質の冶金学への利用」日本金属学会会報１０巻（１９７１）１号２８−４３頁
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および特許文献２はいずれも、溶接熱に起因するＨＡＺ靭性の低下に対処する方法として、酸化物系介在物を鋼材内に多数分散させることによるＨＡＺ靭性改善に言及している。しかし、これら方法では、鋼中に生成する酸化物系介在物の微細化が十分とは言えず、特に入熱量が大きい場合には十分なＨＡＺ靭性が得られないという課題を有していた。
【００１２】
本発明は上記のような事情に着目してなされたものであって、その目的は、大入熱溶接時にも十分なＨＡＺ靭性を得られるような、微細な酸化物系介在物が多量に分散した金属塊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】
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
（１）溶融金属を収容する溶融金属容器と、少なくとも一部が固体電解質で構成される耐火物と、溶融金属容器内に収容された溶融金属に接触する対極電極と、直流電源とを有し、前記耐火物は、前記溶融金属内に溶融金属を収容したときにその一部が溶融金属中に浸漬し、前記耐火物の溶融金属に接触しない部分に接触電極を設け、前記直流電源の正極が前記対極電極に接続され、直流電源の負極が前記接触電極に接続されていることを特徴とする、微細酸化物分散金属塊の製造装置。
（２）前記固体電解質で構成される耐火物が、ストッパーを形成する耐火物であることを特徴とする上記（１）に記載の微細酸化物分散金属塊の製造装置。
（３）上記（１）又は（２）に記載の微細酸化物分散金属塊の製造装置を用い、
前記溶融金属容器に溶融金属を収容し、前記直流電源を用いて通電し、前記溶融金属容器から溶融金属を鋳型に注入して金属塊を製造する際、
固体電解質と溶融金属との接触面における平均電流密度を０．０５〜１．５Ａ／ｃｍ2とすることを特徴とする、微細酸化物分散金属塊の製造方法。
（４）金属塊の内部に最大径１μｍ以下の酸化物介在物が３５０個／ｍｍ2以上存在することを特徴とする上記（３）に記載の微細酸化物分散金属塊の製造方法。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、微細な酸化物系介在物が多量に分散した金属塊（鋳片または金属材料）を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明を適用したタンディッシュ底部のストッパーおよび注入口の縦断面を模式的に示した図である。
【図２】本発明を適用したタンディッシュ底部のストッパーおよび注入口の縦断面を模式的に示した図である。
【図３】大気溶解炉を用いた実験の状況を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
鋼中の分散粒子による結晶粒成長のピンニングに関しては、基本的な式として、下の（ａ）式に示すＺｅｎｅｒの式や、（ｂ）式に示す修正Ｚｅｎｅｒの式がよく知られており、結晶粒径は分散粒子の径とその体積率で定式化されている。
Ｄ＝(４／３)・(ｄ／ｆ)         （ａ）
Ｄ＝(８／３)・(ｄ／ｆ2/3)             （ｂ）
ここで、Ｄ：結晶粒径、ｄ：分散粒子の半径、ｆ：分散粒子の体積率である。すなわち、酸化物系介在物を用いてより大きなピンニング効果を得るためには、介在物の体積率が大きく、酸化物系介在物の径は小さいほど望ましいと考えられる。
【００１７】
微細な酸化物系介在物をより多く鋼中に分散させる方法として従来は、（１）酸素を多く含む溶鋼に脱酸剤を添加して酸化物系介在物を形成する、（２）脱酸剤成分を多く含む溶鋼に気体又は固体酸素源を添加して酸化物系介在物を形成する方法が知られている。しかし、これらの方法では、前述のように、十分に微細な酸化物を大量に形成することができなかった。本発明者らはそこで、一般的な製造方法により製造される鋳片より多量の酸化物系介在物を溶鋼中で形成し、かつそれらが微細かつ多量であることが望ましいと考え、それを実現せしむ方法について検討した。
【００１８】
前述のように、固体電解質（酸素イオン導電体）に外部から電場を加えることにより、酸素イオンを移動させることができる。溶融金属と接する面を酸素イオン導電体で構成し、電圧を付加して固体電解質（酸素イオン導電体）側から溶融金属側に電流を流すことにより、金属酸化物からなる付着物の形成を防止する方法は知られていた。本発明者らは逆に、溶融金属と接する面を固体電解質で構成し、電圧の向きを逆にして、溶融金属側から固体電解質側に電流を流すこととすれば、固体電解質から溶融金属に酸素が供給され、供給された酸素によって溶融金属中に微細な酸化物系介在物を多量に生成できるのではないかと着想した。即ち、（３）脱酸剤成分を多く含む溶鋼に固体電解質から酸素分を添加する方法を着想した。
【００１９】
また、上記（１）〜（３）の方法で酸素もしくは脱酸剤を溶融金属中に添加するプロセスとして、（Ａ）鋳込み段階の前（例えば製錬段階）において添加する方法、（Ｂ）鋳込みの段階において添加する方法の２つによる効果の度合いを比較評価すべきと考えた。
【００２０】
そこで、これらの組み合わせのうち、微細酸化物を溶鋼中に多量分散させるために最も適正な方法を確認するため、以下に示す実験を実施した。
【００２１】
大気溶解炉と真空溶解炉のそれぞれで１００ｋｇの溶鋼を製造し、表１に示す成分１と成分２の成分系に調整した。成分１については、溶鋼中に自由酸素が残っており、方法（１）で用いる。成分２については、Ａｌによって完全脱酸がされており、方法（２）（３）で用いる。
【００２２】
大気溶解炉において溶鋼を製造したものについては、上記（１）〜（３）の方法で溶鋼中に酸化物系介在物を形成する工程を大気溶解炉にて行い、速やかにタンディッシュを介して溶鋼を鋳型に注入し、鋼塊を製造した。即ち上記（Ａ）の方法を用いている。
また、真空溶解炉において溶鋼を製造したものについては、溶鋼をタンディッシュに移注し、上記（１）〜（３）の方法で溶鋼中に酸化物系介在物を形成する工程をタンディッシュにて行い、鋼塊を製造した。即ち上記（Ｂ）の方法を用いている。
【００２３】
（Ａ）（Ｂ）いずれも、得られた鋼塊から２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさの介在物観察用サンプルを切り出し、ＳＥＭ観察することで円相当径０．０５〜１μｍならびに１μｍ以上の酸化物系介在物の個数密度（個／ｍｍ2）を調査した。
【００２４】
上記（３）の方法で脱酸剤成分を多く含む溶鋼に固体電解質から酸素分を添加する方法について説明する。固体電解質としては、５ｍｏｌ％ＣａＯ安定化ＺｒＯ2を用いた。
（Ａ）の方法で大気溶解炉内で固体電解質から酸素分を添加するに際しては、図３に示す手段を用いた。大気溶解炉１２内の溶融金属２０に、固体電解質１５で形成された棒状の酸素供給体１３を浸漬させる。酸素供給体１３と溶融金属２０の接触面積は３０ｃｍ2である。酸素供給体１３の溶融金属２０より上部側の外周に接触電極１６を設けている。大気溶解炉１２に対極電極１７を設ける。直流電源９を準備し、酸素供給体１３に設けた接触電極１６を負極１９側、大気溶解炉１２に設けた対極電極１７を正極１８側として、リード線８によって直流電源９と接続した。大気溶解炉１２内で、表１の成分２の成分系（完全脱酸）に対し、３６０秒にわたって電流１Ａで電流を流し、その後大気溶解炉１２からタンディッシュ１に移注した。
（Ｂ）の方法でタンディッシュ内で固体電解質から酸素分を添加するに際しては、図１に示す手段を用いた。タンディッシュ１の底部には上ノズル６と浸漬ノズル７が設けられ、ストッパー２によって溶融金属の流量調整が行われる。ストッパー２は、ストッパー鉄心３、ストッパーヘッド４、ストッパースリーブ５によって形成される。ここでは、ストッパースリーブ５を固体電解質１５によって形成した。固体電解質１５と溶融金属２０の接触面積は３０ｃｍ2である。ストッパースリーブ５の溶融金属２０より上部側の外周に接触電極１６を設けている。浸漬ノズル７がアルミナグラファイト製であり導電性を有するので、浸漬ノズル７の外周にリード線８を接触させ、浸漬ノズル７を対極電極１７とした。直流電源９を準備し、ストッパースリーブ５に設けた接触電極１６を負極、浸漬ノズル７（対極電極１７）を正極として、リード線８によって直流電源９と接続した。図示しない真空溶解炉から溶融金属２０をタンディッシュ１に移注し、浸漬ノズル７を経由してタンディッシュ１から溶融金属２０を流出する過程において、表１の成分２の成分系（完全脱酸）に対し、３６０秒にわたって電流１Ａで電流を流した。
【００２５】
方法（１）（酸素を多く含む溶鋼に脱酸剤を添加）については、表１の成分１（未脱酸）を対象とし、（Ａ）の方法では大気溶解炉１２内、（Ｂ）の方法ではタンディッシュ１内で、溶融金属中に表２に示す量のＡｌを添加した。
方法（２）（脱酸剤成分を多く含む溶鋼に酸素源を添加）については、（Ａ）の方法では大気溶解炉１２内、（Ｂ）の方法ではタンディッシュ１内で、溶融金属中に表２に示す合計量の気体酸素を、アルゴンとの混合ガスとして３６０秒にわたって吹き込んだ。
Ａｌ添加量、酸素ガス吹き込み量、通電条件、得られた鋼塊中のｓｏｌ．ＡｌおよびＴ．Ｏの濃度、酸化物系介在物個数を併せて表２に示す。
【００２６】
【表１】
2020011261.tif 000003
【００２７】
【表２】
2020011261.tif 000004
【００２８】
タンディッシュにおいて固体電解質を介した通電による酸素の添加を行ったもの（Ｂ３）において、微細な酸化物系介在物が最も多量に分散していた。その理由は詳細には不明であるが、以下のように推測できる。即ち、脱酸剤を添加したもの（Ａ１）（Ｂ１）は、脱酸剤が鋼中で溶融するとともに急速に酸化物形成反応が進行し、粗大な酸化物ができた。酸素を添加したもの（Ａ２）（Ｂ２）も同様に、酸素ガスの気泡周囲で急速に酸化物形成反応が進行し、粗大な酸化物ができたと推定される。また、同じ通電でも、溶解炉で通電されるもの（Ａ３）よりもタンディッシュにて通電した場合（Ｂ３）に微細な酸化物系介在物が多量に存在したのは、Ｂ３条件では、酸素が供給され、微細な酸化物系介在物ができてからすぐに溶鋼が鋳型に注入されるため、鋳型内で凝固するまで時間が短く、微細な酸化物系介在物の凝集合体が起こりづらかったためと推定される。
【００２９】
また、固体電解質を介した通電による酸素の添加により生成する酸化物系介在物は１μｍ未満のものが主であり、表２に示されるように、溶鋼全体の酸素量を大きく上げることなく微細な酸化物系介在物が多数分散する溶鋼を得ることができる。
【００３０】
この実験結果は、脱酸剤を上記のＡｌに替えて、Ｚｒ、ＲＥＭなど種々の酸化物の組み合わせに変更して行った実験においても、微細な酸化物系介在物はタンディッシュにて通電された場合において最も多量に存在する傾向は変わらなかった。
【００３１】
ここで、固体電解質を用いて溶鋼中に酸素を供給するためには、雰囲気中の酸素ガスを酸素イオンとして固体電解質内に取り込み、固体電解質内で酸素イオンを輸送し、溶鋼中に溶融酸素として放出する必要がある。すなわち、固体電解質はその一部が溶鋼内に浸漬し、他の一部が導線に接続された接触電極に接触し、接触電極部は雰囲気中に設置される。また、固体電解質への酸素の取り込みは固体電解質、接触電極、雰囲気の三相界面で行われるため、固体電解質と接触電極の接触面積は大きい方が望ましい。
【００３２】
本発明は、以上の知見に基づいてなされたものである。本発明の微細酸化物分散金属塊の製造装置は、溶融金属２０を収容する溶融金属容器２１と、少なくとも一部が固体電解質１５で構成される耐火物２２と、溶融金属容器２１内に収容された溶融金属２０に接触する対極電極１７と、直流電源９とを有し、前記耐火物２２は、溶融金属容器２１内に溶融金属２０を収容したときにその一部が溶融金属２０中に浸漬し、前記耐火物２２の溶融金属２０に接触しない部分に接触電極１６を設け、直流電源９の正極１８が対極電極１７に接続され、直流電源９の負極１９が接触電極１６に接続されていることを特徴とする。図１、図２に示すように、溶融金属容器２０をタンディッシュ１とすることができる。対極電極１７を浸漬ノズル７とすることができる。
固体電解質としては、酸化物系の固体電解質を用いることができる。安定化ジルコニア（ＺｒＯ2）が好ましい。例えば、ＣａＯ安定化ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3（イットリア）安定化ＺｒＯ2を用いることができる。
【００３３】
固体電解質で構成される耐火物２２が、ストッパー２を形成する耐火物であると好ましい。図１、図２に示す例では、ストッパースリーブ５を固体電解質１５で形成している。固体電解質１５において、溶融金属２０と接触する部位から接触電極１６を設けている部位に至るまでの温度は、溶融金属２０からの輻射熱と熱伝導の結果として、６００℃以上の温度を確保することができる。
【００３４】
上記本発明の微細酸化物分散金属塊の製造装置を用いた、微細酸化物分散金属塊の製造方法においては、溶融金属容器２１に溶融金属２０を収容し、直流電源９を用いて通電し、その後、溶融金属容器２０から溶融金属２０を図示しない鋳型に注入して金属塊を製造することを特徴とする。直流電源９の正極１８が対極電極１７に接続され、直流電源９の負極１９が接触電極１６に接続されているので、直流電源９を用いて通電すると、電流は、正極１８から対極電極１７を経由して溶融金属容器２１中の溶融金属２０内を流れ、耐火物２２の溶融金属との接触部から耐火物２２中に流れ、耐火物に接触する接触電極１６を経由して、直流電源９の負極１９へと流れる。このとき固体電解質である耐火物２２中では、接触電極１６の部分で雰囲気から耐火物２２に酸素が取り込まれ、電流の向きと逆向きに、接触電極１６の部分から溶融金属２０と接触する部分に向けて酸素イオンが移動し、溶融金属中に酸素が供給される。
【００３５】
本発明に係る通電による微細酸化物系介在物の分散方法において、直流電源９の正極１８を溶融金属２０側の対極電極１７に、負極１９を固体電解質１５側の接触電極１６に接続し、通電を行うことで溶融金属２０への酸素供給が可能であるが、過大な時間およびコストをかけることなく微細酸化物系介在物を鋳片内で一定数以上存在させるためには、平均電流密度を適正な範囲に制御することが望ましい。なお、ここで言う平均電流密度とは、電流量を固体電解質のうち溶鋼に浸漬されている部分の面積で除した単位面積当たりの電流値である。
【００３６】
平均電流密度が０．０５Ａ／ｃｍ2未満では、鋼中に十分な量の酸素を効率良く供給することができず、時間当たりの溶鋼の処理量を少なくせざるを得ないばかりか、鋼中で微細酸化物系介在物の凝集合体を招き望ましくない。一方、平均電流密度が１．５Ａ／ｃｍ2を超えると、固体電解質内において電荷の担体となる物質のうち電子が占める割合が高まる。電子による電気伝導は鋼中への酸素富化に寄与しないため、過大な電流は製造コスト上昇の原因となる。以上より、電流密度は０．０５Ａ／ｃｍ2以上１．５Ａ／ｃｍ2以下とすることが望ましい。
【００３７】
上記本発明の微細酸化物系介在物の分散金属塊の製造方法で製造された金属塊の内部には、最大径１μｍ以下の酸化物介在物が３５０個／ｍｍ2以上存在する。このように微細な酸化物を分散した結果として、この金属塊を用いて製造された金属構造物において、大入熱溶接を行ったときのＨＡＺ靱性が優れるという効果を得ることができる。
【００３８】
本発明に係る金属塊の製造方法においては、溶鋼中の酸素濃度は不可逆的に増大するため、当該溶融金属容器内に持ち込まれる溶鋼中にＡｌ2Ｏ3クラスターなどの粗大な酸化物系介在物を除去する効果は期待できない。粗大な酸化物系介在物が含有されていたとしても本発明により得られる微細な酸化物系介在物を多量分散させる効果は問題なく得られるが、浸漬ノズルの閉塞、金属塊加工時の割れ発生などが懸念される。よって、当該溶融金属容器への注入前に溶鋼中の酸素濃度は十分下げておくことが望ましい。
【００３９】
本発明の効果を得るためには、固体電解質を溶鋼に浸漬した上で、固体電解質が酸素を含む雰囲気と接する部分と溶鋼の間で通電を行う必要がある。その方法として、例えば図１に示す装置のように、ストッパー２のストッパースリーブ５を固体電解質１５とし、ストッパースリーブ５上方の非浸漬部に接触電極１６を設け、浸漬ノズル７を対極電極１７とし、固体電解質１５と溶融金属２０との接触部を介して通電する方法が有効である。また、図２に示す装置においては、ストッパースリーブ５を固体電解質１５とする点については図１と同様である。一方図２においては、円筒状のストッパースリーブ５の内周に接触電極１６を設けている。ストッパースリーブ５の内周側とストッパー鉄心３の外周との間に通気部を設け、ストッパースリーブ５の内周に金属メッシュ製の接触電極１６を設ける方法が考えられる。ストッパースリーブ５の内周側とストッパー鉄心３の外周との間に通気用のパイプを配設することもできる。図２に示す装置であれば、固体電解質１５における溶融金属２０との接触部と接触電極１６との間隔を短くすることができるので、効率よく通電を行うことが可能となる。また図２においては、対極電極１７として、溶融金属２０に浸漬した電極棒２３を用いている。
【００４０】
本発明では、その方法をストッパー方式の注入系を使用した図を代表例として示したが、固体電解質を溶鋼内に浸漬したもの、ここではストッパーを直流電源の負極に接続する電極として用い、電子を荷電粒子とする耐火物、ここでは浸漬ノズルを直流電源の正極に接続する電極として溶鋼との通電を図れば、その位置を問わず効果を得ることができる。また、本発明はストッパー方式のタンディッシュのみならず、ＳＮ（スライディングノズル）方式のタンディッシュやＳＮとストッパーを併用するタイプのタンディッシュにも適用することができる。
【実施例】
【００４１】
溶鋼を連続鋳造するに際して本発明を適用した。一次精錬装置で精錬した溶鋼を取鍋に出鋼し、その後、真空精錬装置で脱ガス処理を行い、取鍋の溶鋼を連続鋳造装置のタンディッシュに移注し、タンディッシュから連続鋳造鋳型内に溶鋼を注入し、鋼を連続鋳造して鋳片を形成した。タンディッシュ１の底部には注入用の開口部が設けられ（図１参照）、当該開口部は、上ノズル６と浸漬ノズル７から構成される。上ノズル６の上部にストッパー２が設けられ、ストッパーの先端部（ストッパーヘッド４）と上ノズル６の開口部との間の開口面積を調整することにより、タンディッシュ１から鋳型（図示せず）への注入速度を調整する。
【００４２】
以上説明したようなストッパー方式の注入装置により溶鋼を連続鋳造するためのタンディッシュ１において、図１に示すようにストッパー２の胴部のストッパースリーブ５を５ｍｏｌ％のＣａＯで安定化したＺｒＯ2（固体電解質１５）で構成した。ストッパースリーブ５の上部には、ストッパースリーブ５を取り巻くように接触電極１６を設けた。直流電源９を準備し、直流電源９の負極１９と接触電極１６の間をリード線８で接続した。浸漬ノズル７を対極電極１７とし、直流電源９の正極と対極電極１７との間をリード線８で接続した。以上のように設定することで溶鋼を介して電気回路を構成した。
【００４３】
このタンディッシュ１に、上記のようにあらかじめ真空精錬設備にて脱ガス処理を行い、表３に示すａもしくはｂの成分に調整した溶鋼を注入した。タンディッシュ内溶鋼表面がストッパースリーブ５の固体電解質１５（安定化ＺｒＯ2）の下限位置より上、接触電極１６より下に保持されるよう制御しつつ、直流電源９の正極１８から、対極電極１７である浸漬ノズル７を経由し、さらにタンディッシュ１内の溶融金属２０に電流が流れ、溶融金属２０と固体電解質１５との接触部において固体電解質１５に電流が流れる。固体電解質１５内においては、さらに接触電極１６まで電流が流れ、接触電極１６からリード線８を経由して直流電源９の負極１９に電流が戻る。このようにして直流電流を流しながら１５５０℃の溶鋼を２００ｍｍ×２００ｍｍの矩形鋳型に注入し、鋳造速度０．８０ｍ／分で連続鋳造した。固体電解質１５内の直流電流に対応して、接触電極１６の位置で大気から酸素が固体電解質１５内に供給され、固体電解質１５内の電流と逆向きに酸素イオンが移動し、固体電解質１５と溶融金属２０との接触部から溶融金属２０内に酸素が供給される。比較例においては、正極１８と負極１９の接続を逆にして固体電解質１５内の電流を逆向きとして比較例、電流を流さない比較例の鋳造も行った。
【００４４】
連続鋳造で製造した鋳片内における酸化物系介在物個数の測定は、鋳片の厚み中心部から２０ｍｍ×２０ｍｍの大きさの観察用サンプルを切り出し、鏡面研磨面をＳＥＭ観察することで行った。０．０５〜１μｍの大きさの酸化物系介在物は１００００〜５００００倍の倍率で１０ｍｍ2の面積にわたって、１μｍ以上の大きさの酸化物系介在物個数の測定は１０００〜５０００倍の倍率で２００ｍｍ2の面積にわたってそれぞれ観察した。
【００４５】
表３に鋼材の化学成分、表４通電条件と介在物の分散状態を示す。
【００４６】
【表３】
2020011261.tif 000005
【００４７】
【表４】
2020011261.tif 000006
【００４８】
表４からわかるように、ストッパー２の接触電極１６側を負極１９、浸漬ノズル７（対極電極１７）側を正極１８に接続して電流を流した実施例１〜４では、０．０５〜１μｍの微小な酸化物系介在物がいずれも３５０個／ｍｍ2を超えて存在し、しかも１μｍ以上の酸化物系介在物数の平均値は電流を流さなかった水準と大きな差は認められなかった。
【００４９】
一方、通電方向が同じでも平均電流密度が０．０４Ａ／ｍ2と過少であった比較例５は０．０５〜１μｍの微小な酸化物系介在物が３５０個／ｍｍ2に達しておらず、本発明例より劣った。また、ストッパー２の接触電極１６側を正極１８、浸漬ノズル７（対極電極１７）側を負極１９に接続して電流を流した比較例６〜８および、直流電源を接続しなかった比較例９〜１０では、０．０５〜１μｍの微小な酸化物系介在物がいずれも５０個／ｍｍ2未満であった。
【符号の説明】
【００５０】
１  タンディッシュ
２  ストッパー
３  ストッパー鉄心
４  ストッパーヘッド
５  ストッパースリーブ
６  上ノズル
７  浸漬ノズル
８  リード線
９  直流電源
１０  羽口レンガ
１１  金属メッシュ
１２  大気溶解炉
１３  酸素供給体
１５  固体電解質
１６  接触電極
１７  対極電極
１８  正極
１９  負極
２０  溶融金属
２１  溶融金属容器
２２  耐火物
２３  電極棒
【図１】
2020011261.tif 000007
【図２】
2020011261.tif 000008
【図３】
2020011261.tif 000009