(57)【要約】【課題】非金属介在物の付着・堆積によるノズル詰まりを抑え、且つ気泡欠陥の少ない高品質の鋳片を安定して連続鋳造する。【解決手段】タンディッシュ内の溶鋼を鋳型に注入する際に、溶鋼注入手段のガス吹き込み部からの吹き込みガス流量を、当該ガス吹き込み部における溶鋼流速に応じて制御する。好ましくは、ガス吹き込み部での溶鋼流速を５０〜２５０ｍ／分とし、且つガス吹き込み部から０．０４×Ｖ≦Ｌ≦０．２×Ｖ（Ｌ：吹き込みガス流量、Ｖ：ガス吹き込み部での溶鋼流速）を満足する流量Ｌの不活性ガスを吹き込む。ガス吹き込み部での溶鋼流速に応じて、吹き込みガス流量を制御することにより、気泡欠陥となりやすい微細気泡の発生が抑えられ、ノズル詰まりを抑えつつ、気泡欠陥の発生を防止できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部を流れる溶鋼に不活性ガス（但し、不活性ガス種としては、窒素ガスを含む。）を吹き込むためのガス吹き込み部を備えた溶鋼注入手段を用い、そのガス吹き込み部から不活性ガスを吹き込みつつ、タンディッシュ内の溶鋼を連続鋳造用鋳型に注入する連続鋳造方法において、
前記ガス吹き込み部からの吹き込みガス流量を、当該ガス吹き込み部における溶鋼流速に応じて制御することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項２】
ガス吹き込み部での溶鋼流速を５０〜２５０ｍ／分とするとともに、ガス吹き込み部から下記（1）式を満足する流量Ｌの不活性ガスを吹き込むことを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
０．０４×Ｖ≦Ｌ≦０．２×Ｖ  …（1）
但し  Ｌ：吹き込みガス流量（ＮＬ／分）
Ｖ：ガス吹き込み部での溶鋼流速（ｍ／分）
【請求項３】
溶鋼注入手段が、タンディッシュの底部に設けられる上ノズルと、該上ノズルの下端に接続されるスライディングノズルと、該スライディングノズルの下端に接続される浸漬ノズルとから構成され、少なくとも前記浸漬ノズルにガス吹き込み部が設けられることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼の連続鋳造方法。
【請求項４】
ガス吹き込み部がポーラス煉瓦で構成され、該ポーラス煉瓦の平均気孔径が１〜６０μｍであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部を流れる溶鋼に不活性ガスを吹き込むためのガス吹き込み部を備えた溶鋼注入手段を用い、そのガス吹き込み部から不活性ガスを吹き込みつつ、タンディッシュ内の溶鋼を連続鋳造用鋳型に注入する、鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、鋼の連続鋳造においては、タンディッシュに収容された溶鋼を、その底部に接続された溶鋼注入手段（浸漬ノズルなど備えた溶鋼注入手段）を通じて連続鋳造用鋳型に注入する。このとき、溶鋼中にアルミナなどの非金属介在物が含まれていると、その非金属介在物が浸漬ノズル内壁面に付着・堆積し、浸漬ノズルの閉塞（ノズル詰まり）が発生するという問題がある。このようなノズル詰まりが発生すると、鋳造作業および鋳片品質の面で様々な問題が生じる。例えば、鋳片引き抜き速度を低下させざるを得ず、生産性が低下するのみならず、甚だしい場合には、鋳込み作業そのものの中止を余儀なくされる。また、浸漬ノズルなどのノズル内壁面に付着・堆積し、粗大化した非金属介在物が突然剥離し、これが鋳型内に排出され、鋳型内の凝固シェルに捕捉された場合には製品欠陥となり、製品歩留まりの低下につながる。
【０００３】
このため従来では、浸漬ノズルなどの内部にＡｒガスや窒素ガスなどの不活性ガスを吹き込むことにより、非金属介在物の付着・堆積を防止する対策が採られている（例えば、特許文献１）。しかし、このようにして吹込まれた不活性ガスは、浸漬ノズルの吐出孔から鋳型内に放出される際に気泡を形成し、一部の気泡が、溶鋼が凝固して生成する凝固殻に捕捉され、気泡欠陥の原因となる。この気泡欠陥が発生すると製品外観が著しく損なわれ、製品歩留まりの低下につながる。このような気泡欠陥の発生を抑えるためには、不活性ガスの吹き込み流量を制限する必要があるが、吹き込みガス流量が少なすぎるとノズル閉塞が発生してしまう。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献２では、浸漬ノズルの内壁面から溶鋼トン当たり４ＮＬ以下に制限したＡｒガスと残余窒素ガスとの混合ガスを吹き込む方法が提案されており、これにより浸漬ノズルの閉塞防止と気泡欠陥の発生防止を両立できるとしている。また、特許文献３には、Ａｒガスと溶鋼に可溶なガス（例えば、窒素ガス）の混合ガスを吹き込むとともに、鋳型の断面積によってＡｒガス流量を決定し、溶鋼の通過質量によって全体のガス流量を決定する方法が提案されており、これにより浸漬ノズルの閉塞防止と気泡欠陥の発生防止を両立できるとしている。
【特許文献１】特開昭５３−５６１２９号公報
【特許文献２】特開昭６２−３８７４７号公報
【特許文献３】特開２００５−３０５４８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献２，３の方法でも、気泡欠陥の発生防止効果は十分ではない。
したがって本発明の目的は、鋼の連続鋳造において、溶鋼中の非金属介在物の付着・堆積による浸漬ノズルの閉塞が抑えられるとともに、気泡欠陥の少ない高品質の鋳片を安定して鋳造することができる連続鋳造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
鋼の連続鋳造における溶鋼注入手段（浸漬ノズルなど）内でのガス吹き込みに関しては、さきに述べたように、吹き込みガス流量を低減すると浸漬ノズルの閉塞が発生し、また、ガスを吹き込むことで発生した気泡が凝固殻に捕捉されると、気泡欠陥が発生する。この気泡欠陥について、溶鋼注入手段内の溶鋼の通過質量（スループット）と気泡欠陥の発生頻度との関係を調べた結果を図１に示す。同図に示されるように、溶鋼の通過質量が大きくなると気泡欠陥が発生しやすくなる。
さらに、凝固殻に捕捉されて気泡欠陥となる気泡の大きさ（直径）を調査した結果を図２に示す。これによると、溶鋼中で浮上せずに凝固殻に捕捉されて残留するのは、直径１ｍｍ以下の微細な気泡である。これは、気泡径が小さくなると浮力が小さくなり、気泡が溶鋼中で滞在する時間が長くなることから、凝固殻に捕捉されやすくなるためであると考えられる。以上の結果から、気泡径を大きくすることで、気泡欠陥を低減できることが判った。
【０００７】
さらに、水モデル実験を行って検討した結果、ガス吹き込み部から発生する気泡の大きさ（気泡径）を、吹き込みガス流量とガス吹き込み部での液体の流速により制御できることが判った。水モデル実験による調査の結果では、気泡径（直径）と吹き込みガス流量とガス吹き込み部での水の流速との関係は下記（a）式で表される。
Ｄwater＝ｂ＋ｋ１×Ｌ＋ｋ２×Ｖ    …（a）
但し  Ｄwater：気泡の直径（ｍｍ）
Ｌ：吹き込みガス流量（ＮＬ／分）
Ｖ：ガス吹き込み部での水の流速（ｍ／分）
ここで、ｂ＝１．５、ｋ１＝１．０×１０−３、ｋ２＝−３．２×１０−３であり、また、ガス吹き込み部のポーラス煉瓦としては、図６の気孔径分布（平均気孔径：約３０μｍ）を有するものを使用した。
【０００８】
本発明は、以上のような知見に基づき、溶鋼注入手段のガス吹き込み部における溶鋼流速に応じて、吹き込みガス流量を適切に制御することにより、気泡径を制御して微細気泡の発生を抑え、これにより浸漬ノズルの閉塞を抑えつつ、気泡欠陥の発生防止を図るようにしたものであり、以下を要旨とするものである。
［1］内部を流れる溶鋼に不活性ガス（但し、不活性ガス種としては、窒素ガスを含む。）を吹き込むためのガス吹き込み部を備えた溶鋼注入手段を用い、そのガス吹き込み部から不活性ガスを吹き込みつつ、タンディッシュ内の溶鋼を連続鋳造用鋳型に注入する連続鋳造方法において、前記ガス吹き込み部からの吹き込みガス流量を、当該ガス吹き込み部における溶鋼流速に応じて制御することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【０００９】
［2］上記［1］の連続鋳造方法において、ガス吹き込み部での溶鋼流速を５０〜２５０ｍ／分とするとともに、ガス吹き込み部から下記（1）式を満足する流量Ｌの不活性ガスを吹き込むことを特徴とする連続鋳造方法。
０．０４×Ｖ≦Ｌ≦０．２×Ｖ  …（1）
但し  Ｌ：吹き込みガス流量（ＮＬ／分）
Ｖ：ガス吹き込み部での溶鋼流速（ｍ／分）
［3］上記［1］または［2］の連続鋳造方法において、溶鋼注入手段が、タンディッシュの底部に設けられる上ノズルと、該上ノズルの下端に接続されるスライディングノズルと、該スライディングノズルの下端に接続される浸漬ノズルとから構成され、少なくとも前記浸漬ノズルにガス吹き込み部が設けられることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
［4］上記［1］〜［3］のいずれかの連続鋳造方法において、ガス吹き込み部がポーラス煉瓦で構成され、該ポーラス煉瓦の平均気孔径が１〜６０μｍであることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、鋼の連続鋳造において、溶鋼注入手段のガス吹き込み部における溶鋼流速に応じて、吹き込みガス流量を適切に制御することにより、鋳型内での浮上速度が遅く、凝固殻に捕捉されやすい微細気泡の発生を抑えることができ、このため浸漬ノズルの閉塞を抑えつつ、気泡欠陥の発生防止を図ることができる。すなわち、浸漬ノズルの閉塞防止と気泡欠陥の発生防止を両立することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図３は、本発明の実施に供されるスラブ連続鋳造設備において、タンディッシュから鋳型に溶鋼を注入するための溶鋼注入手段Ａの一実施形態を示す縦断面である。
溶鋼注入手段Ａは、タンディッシュ１の底部１０に嵌め込まれた上ノズル２と、この上ノズル２の下端に接続されたスライディングノズル３と、このスライディングノズル３の下端に接続された浸漬ノズル４とから構成され、この溶鋼注入手段Ａにより、タンディッシュ１から鋳型（図示せず）に溶鋼を流出させるための溶鋼流出孔５が形成される。
【００１２】
前記スライディングノズル３は、上部固定板３０、流量調整用の摺動板３１、下部固定板３２および整流ノズル３３から構成される。前記摺動板３１は、上部固定板３０と下部固定板３２との間で、アクチュエーターなどの駆動装置（図示せず）の駆動力により摺動し、その開口部面積を調整することにより、溶鋼流出孔５を通過する溶鋼量が制御される。また、前記浸漬ノズル４の下端部近傍の両側壁には、１対の吐出孔４０が形成されている。
この実施形態では、浸漬ノズル４の吐出孔４０の周辺のノズル内壁部と、上ノズル２の下部が、それぞれガス吹き込み用のポーラス煉瓦ｐで構成され、ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２を構成している。
【００１３】
以上のような溶鋼注入手段Ａを用いた鋼の連続鋳造では、タンディッシュ１内の溶鋼が溶鋼注入手段Ａの溶鋼流出孔５を下方に流れ、浸漬ノズル４の吐出孔４０から鋳型内に流れ込む。そして、前記ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２からは、溶鋼流出孔５を流れる溶鋼中に不活性ガス（但し、不活性ガス種としては、窒素ガスを含む。）が吹き込まれる。この不活性ガスとしては、Ａｒガス、Ｈｅガス、Ｎｅガス、窒素ガスなどの１種または２種以上のガスの混合ガスが用いられる。
【００１４】
さきに述べた図２が示すように、気泡欠陥を生じさせるのは、主に直径１ｍｍ以下の微細な気泡である。径が小さい気泡は、アレンの式より浮上速度が小さく、溶鋼中で滞在する時間が長くなり、吐出流とともに鋳型短辺および長辺まで到達することから、凝固殻に到達しやすくなる。また、径が小さい気泡は、凝固殻に到達した際にも、浮力が小さいことから凝固殻近傍での滞在時間が長くなり、凝固殻に捕捉されやすい状態になっていると考えられ、このために１ｍｍ以下の微細な気泡が発生すると気泡欠陥が生じやすい。
【００１５】
本発明は、前記ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２からの吹き込みガス流量を、そのガス吹き込み部ｂ１，ｂ２における溶鋼流速に応じて制御することで、気泡径を制御し、微細気泡（特に直径が１ｍｍ以下の気泡）の発生を抑えるものである。また、この際に、ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２からの吹き込みガス流量Ｌ（常温−１気圧に換算した吹き込みガス流量）を、ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２での溶鋼流速Ｖに応じて下記（1）式を満足するように制御することが好ましい。
０．０４×Ｖ≦Ｌ≦０．２×Ｖ  …（1）
但し  Ｌ：吹き込みガス流量（ＮＬ／分）
Ｖ：ガス吹き込み部での溶鋼流速（ｍ／分）
【００１６】
不活性ガスの吹き込みガス流量が上記（1）式の下限未満では、吹き込みガス流量が足りず、非金属介在物の付着・堆積により浸漬ノズルの閉塞を引き起こす危険が極めて高く、さらに、微細気泡が多く発生し、この微細気泡による気泡欠陥が発生しやすくなることから、好ましくない。また、吹き込みガス流量が上記（1）式の上限を超えると、湯面変動量が大きくなり、パウダーの巻き込みが生じるため好ましくない。
また、ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２での溶鋼流速が５０ｍ／分未満では浸漬ノズルの閉塞や気泡欠陥が発生しやすく、一方、溶鋼流速が２５０ｍ／分を超えると、パウダー巻き込みが発生しやすい。このためガス吹き込み部ｂ１，ｂ２での溶鋼流速は５０〜２５０ｍ／分とすることが好ましい。
【００１７】
また、ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２はポーラス煉瓦ｐで構成されるが、このポーラス煉瓦ｐの平均気孔径は１〜６０μｍであることが好ましい。ポーラス煉瓦ｐの平均気孔径が１μｍ未満では微細気泡が多く発生するため、気泡欠陥が発生しやすい。一方、６０μｍを超えると湯面変動が発生しやすくなるため、パウダー巻込みによる欠陥が発生しやすい。
本発明の実施に供される溶鋼注入手段Ａのガス吹き込み部ｂは、任意の位置に設けることができるが、通常は少なくとも浸漬ノズルの内壁面に設けられる。例えば、図４に示す実施形態の溶鋼注入手段Ａは、浸漬ノズル４の吐出孔４０よりも上方の側胴部の内壁部と上ノズル２の下部にガス吹き込み部ｂ１，ｂ２を設けたものであり、このような溶鋼注入手段Ａであってもよい。
また、浸漬ノズルの種類としては、Ｙ字型ノズル、逆Ｙ字型ノズル、スリット型ノズルなどがあるが、本発明はいずれの形式の浸漬ノズルであっても適用可能である。また、例えば、鋳型内の溶鋼に対して、電磁誘導装置を用いて磁場を印加して行われるような操業でも、問題なく適用することができる。
【００１８】
なお、溶鋼の通過質量とガス吹き込み部での溶鋼流速は下記（b）式の関係にあり、ガス吹き込み部のノズル内径ｄを大きくすると、同じ溶鋼の通過質量であってもガス吹き込み部での溶鋼流速Ｖは小さくなるので、この点を考慮してノズル内径ｄを選択することが好ましい。
Ｑsteel＝Ｖ×（ｄ／２）２×π×７．６    …（b）
但し  Ｑsteel：溶鋼の通過質量（ｔｏｎ／分）
Ｖ：ガス吹き込み部での溶鋼流速（ｍ／分）
ｄ：ガス吹き込み部でのノズル内径（ｍ）
但し、浸漬ノズルの内壁部からガス吹き込みを行う場合、浸漬ノズル内径を大きくし過ぎると、鋳型と浸漬ノズル外壁の距離が近くなり、凝固殻が浸漬ノズルに付着してノズル破損を招くおそれもあるので、例えば、浸漬ノズルの内径を１３０ｍｍを超えるような大きさにすることは避けることが好ましい。
【実施例】
【００１９】
Ｃ：０．０１mass％以下の極低炭素鋼を１０００ｔｏｎ溶製し、図３に示すような溶鋼注入手段Ａを用い、タンディッシュ１内の溶鋼をガス吹き込み部ｂ１，ｂ２からＡｒガスを吹き込みつつ、連続鋳造用鋳型に注入した。
浸漬ノズル４としては、ガス吹き込み部ｂ１でのノズル内径ｄが７０ｍｍ、９０ｍｍ、１１０ｍｍものを使用した。また、ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２を構成するポーラス煉瓦の平均気孔径は５〜３０μｍとした。
溶鋼の通過質量（スループット）は２〜９ton／分とし、ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２での溶鋼流速Ｖに応じて、ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２からのＡｒガスの合計吹き込みガス流量Ｌ（常温−１気圧に換算したガス流量）を調整し、操業を行った。なお、溶鋼流速Ｖは、溶鋼の通過質量（スループット）とガス吹き込み部のノズル内径に基づいて求めた。
【００２０】
各実施例におけるノズル閉塞の有無、気泡欠陥の有無、パウダー巻き込みに起因する表面欠陥（パウダー性欠陥）の有無を、以下のように測定・評価した。それらの結果を、鋳造条件とともに表１〜表４に示す。また、図５は、これら実施例の結果をガス吹き込み部での溶鋼流速Ｖと吹き込みガス流量Ｌで整理して示したものである。なお、図５では、表１〜表４において“ノズル閉塞有り”だけのものについても、欠陥鋳片とした。
（1）ノズル閉塞の有無
鋳造後の浸漬ノズルを切断して、浸漬ノズル内面において非金属介在物の付着厚が最大の部位の厚みを測定する方法で評価し、１０００トン鋳造後、厚さ５０ｍｍ以上の非金属介在物の付着があるものを“ノズル閉塞有り”とした。
（2）気泡欠陥の有無、パウダー性欠陥の有無
鋳造後のスラブ鋳片を熱間圧延および冷間圧延して薄鋼板とし、さらに、この薄鋼板に溶融亜鉛めっき処理を施し、この溶融亜鉛めっき鋼板について気泡欠陥とパウダーの巻き込みに起因する表面欠陥（パウダー性欠陥）の有無を評価した。なお、欠陥部をＦＥ−ＳＥＭにかけてＮａが検出されたものをパウダー性欠陥とし、それ以外を気泡欠陥とした。欠陥の有無および程度を綜合的に評価し、合格レベルのものを“欠陥無し”、不合格レベルのものを“欠陥有り”とした。
【００２１】
表１〜表４および図５によれば、ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２での溶鋼流速Ｖが５０ｍ／分未満では、ノズル閉塞および／または気泡欠陥が発生している。一方、ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２での溶鋼流速Ｖが２５０ｍ／分超ではパウダー性欠陥が発生している。
また、ガス吹き込み部ｂ１，ｂ２での溶鋼流速Ｖが５０〜２５０ｍ／分の範囲であっても、吹き込みガス流量Ｌが０．０４×Ｖ未満、すなわち（1）式の左辺の条件から外れるとノズル閉塞や気泡欠陥が発生している。一方、吹き込みガス流量Ｌが０．２×Ｖ超、すなわち（1）式の右辺の条件から外れると、湯面変動量が大きくなるためにパウダー性欠陥が発生している。
これに対して、溶鋼流速Ｖが５０〜２５０ｍ／分であって、且つ（1）式の条件を満足するものは、ノズル閉塞、気泡欠陥の発生、パウダー性欠陥の発生がいずれも適切に抑えられている。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
【表２】
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【００２４】
【表３】
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【００２５】
【表４】
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【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】鋼の連続鋳造における溶鋼注入手段内の溶鋼の通過質量と気泡欠陥の発生頻度との関係を示すグラフ
【図２】鋳型内において凝固殻に捕捉されて気泡欠陥となる気泡の直径別の割合を示すグラフ
【図３】本発明の実施に供されるスラブ連続鋳造設備において、タンディッシュから鋳型に溶鋼を注入するための溶鋼注入手段Ａの一実施形態を示す縦断面
【図４】本発明の実施に供されるスラブ連続鋳造設備において、タンディッシュから鋳型に溶鋼を注入するための溶鋼注入手段Ａの他の実施形態を示す縦断面
【図５】実施例の結果をガス吹き込み部での溶鋼流速Ｖと吹き込みガス流量Ｌで整理して示したグラフ
【図６】本発明者が行った水モデル試験において使用したガス吹き込み部用のポーラス煉瓦の気孔径分布を示すグラフ
【符号の説明】
【００２７】
１  タンディッシュ
２  上ノズル
３  スライディングノズル
４  浸漬ノズル
５  溶鋼流出孔
１０  底部
３０  上部固定板
３１  摺動板
３２  下部固定板
３３  整流ノズル
４０  吐出孔
Ａ  溶鋼注入手段
ｐ  ポーラス煉瓦
ｂ１，ｂ２  ガス吹き込み部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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