(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融金属に水平方向の回転力を付与する回転力付与手段と該溶融金属中にガスを吹込むためのガス吹込部を備える溶融金属の非金属介在物分離用中間容器を用いて、前記回転力付与手段により溶融金属に水平方向の回転力を付与するとともに、前記ガス吹込部から溶融金属にガスを吹込み溶融金属中の非金属介在物を分離除去するにあたり、前記中間容器は実質円筒状の側壁と底面を有し、前記ガス吹込部は前記中間容器の側壁および／または底面に設けられ、さらに前記ガス吹込部が前記中間容器内面に形成する吹込面を、前記ガス吹込部が側壁に設けられる場合は該吹込面が水平面となす交線の最大長さｗと、該吹込面内で該交線と直交する直交線の最大長さｌの比ｎ＝l/w が２以上である吹込面とし、前記ガス吹込部が底面に設けられる場合は該吹込面を、該吹込面の円周方向の最大長さｗと、該吹込面の半径方向の最大長さｌの比ｎ＝l/w が２以上である吹込面とする中間容器とし、前記ガス吹込み部が前記中間容器内面に形成する吹込面の寸法比ｎと、ガス吹込み量Ｑと、溶融金属の回転流速Ｖとの関係を下記（１）式を満たす条件とすることを特徴とする溶融金属の非金属介在物分離方法。
記
（Ｑ／Ｖ）／ｎ≦3.7 ×10-4  ………（１）
ここに、Ｑ：ガス吹込み量（Nm3/sec ）、
Ｖ：溶融金属の回転流速（m/sec ）、
ｎ：ｌ／ｗ、
ｗ：吹込面が水平面となす交線の最大長さ（m ）、または、吹込面 の円周方向の最大長さ（m ）
ｌ：吹込面が水平面となす交線と吹込面内で直交する直交線の最大 長さ（m ）、または吹込面の半径方向の最大長さ（m ）
【請求項２】
溶融金属に水平方向の回転力を付与する回転力付与手段と該溶融金属中にガスを吹込むためのガス吹込み部を備える溶融金属の非金属介在物分離用中間容器を用いて、前記回転力付与手段により溶融金属に水平方向の回転力を付与するとともに、前記ガス吹込部から溶融金属にガスを吹込み溶融金属中の非金属介在物を分離除去するにあたり、前記中間容器は実質円筒状の側壁と底面を有し、前記ガス吹込み部は前記中間容器の側壁および／または底面に設けられ、さらに前記ガス吹込み部は隔離して複数個設けられた管状のノズルからなる中間容器とし、前記ガス吹込部のノズル相互間の距離Ｌと、ガス吹込み量Ｑと、溶融金属の回転流速Ｖとが下記（２）式の関係を満たす条件とすることを特徴とする溶融金属の非金属介在物分離方法。
記
Ｑ／（Ｌ・Ｖ）≦1.7 ×10-2  ………（２）
ここに、Ｑ：ガス吹込み量（Nm3 ／sec ）
Ｖ：溶湯の回転流速（m ／sec ）
Ｌ：ノズル相互間の距離（m ）
ガス吹込部が側壁の場合は、水平方向の平均距離（m ）
ガス吹込部が底面の場合は、円周方向の距離（m ）。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶融金属中の非金属介在物の分離を促進し、品質の高い金属製品を生産するための溶融金属の非金属介在物分離方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼等の製造に一般に広く用いられている連続鋳造法におけるタンディッシュにおいて溶融金属中の非金属介在物の浮上分離をさらに徹底することは、製品の品質レベルを決める重要な技術課題である。
溶融金属中の非金属介在物を分離する方法としては、例えば特開昭５８−２２３１７  号公報に、容器内の溶鋼を磁界によって水平回転させ、溶鋼に遠心力を与えて非金属介在物を回転中心部に集中させ、かつ浮上させながら溶鋼の回転中心から遠い容器の底部から溶鋼を流出させる非金属介在物の除去方法が提案されている。
【０００３】
また、特開平４−３６５８０９号公報には、溶融金属に遠心力を与え、さらにＡｒなどのガスを吹き込む非金属介在物除去装置が開示されている。この非金属介在物除去装置（図６（ａ））は、溶融金属を水平回転させる回転槽からなり、回転槽の側壁内面から中心に向かって半径の１／４  範囲までの底面および／または側壁底部から湯面高さの１／４  範囲までの側面にガス吹込み用の通気性耐火物を埋設し、さらに回転槽に連設する浮上槽を備えたものである。
【０００４】
また、特開平７−３１６６２７号公報には、溶融金属の注入・注出機能を有する中間保持容器（図６（ｂ））で、溶融金属を水平回転させるともに、注湯ノズル直下の中間保持容器の底部から上方に向けてガスを吹込む溶融金属中の非金属介在物の除去方法が提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特開平４−３６５８０９号公報、特開平７−３１６６２７号公報に記載された技術では、溶融金属に吹き込まれたガスの気泡が粗大化すると、非金属介在物の捕捉分離効率が下がるため、微細気泡を吹き込むことが重要となる。しかしながら、大量の気泡を吹き込むと、単位体積当たりの気泡の数が多くなって気泡の合体が起こり、気泡が粗大化して、溶鋼表面へ吹き抜けたりして、非金属介在物の捕捉分離効果が低減してしまう。このように、吹き込まれたガスの気泡が粗大化すると、同量のガスを吹き込んでも非金属介在物が分離されないだけでなく、溶鋼表面の撹乱が生じ、スラグの巻き込みや溶鋼再酸化が助長される恐れがあった。
【０００６】
本発明は、上記した従来技術の問題を有利に解決し、効率的かつ経済的に溶融金属中の非金属介在物を分離できる非金属介在物分離方法を提案することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を達成するために、鋭意検討した結果、溶融金属中の非金属介在物を効率的に分離、除去するためには溶融金属に回転力を付与するとともに、均一分散した大量の微細気泡を吹き込むことが有効であることに想到した。回転する溶融金属にガス気泡を吹き込むと、気泡は溶融金属の回転流によって剪断力を受けることで分断され、微細化されるものと考えられるが、同時に気泡は溶融金属の流動により流され、吹き込まれた気泡が均一に分散しにくくなる。
【０００８】
そこで、本発明者らは、ガス吹込部の形状に注目し、容器に配設されるガス吹込み部が容器内面に形成する吹込面を、吹込面の溶融金属の回転流に沿う方向の長さが、吹込面内でそれと直交する方向の長さより短く、具体的には１／２  以下となる、細長い吹込面とするのが、気泡を均一に分散させ、ガス体積分率を場所的に均一にするのに有効であることを見いだした。具体的には、ガス吹込部は、スリット状ノズルあるいは細長い多孔性耐火物（ポーラスプラグ）とするのがよい。また、ガス吹込部として、管状のノズルを複数配設してもよく、この場合には複数の管状のノズルを離隔して配置し、吹き込む気泡が合体するのを防止する必要があることを知見した。
【０００９】
さらに、上記した形状のガス吹込部を用い、容器内壁近くの溶融金属流速と吹き込むガス流量を最適化することにより、溶融金属中に大量の微細気泡を吹き込むことができ、溶融金属中の非金属介在物を効率よく捕捉し、溶融金属の清浄度を向上することができることを見いだした。
本発明は、上記した知見に基づいて構成されたものである。
【００１０】
すなわち、本発明は、溶融金属に水平方向の回転力を付与する回転力付与手段と該溶融金属中にガスを吹込むためのガス吹込部を備える溶融金属の非金属介在物分離用中間容器を用いて、前記回転力付与手段により溶融金属に水平方向の回転力を付与するとともに、前記ガス吹込部から溶融金属にガスを吹込み溶融金属中の非金属介在物を分離除去するにあたり、前記中間容器は実質円筒状の側壁と底面を有し、前記ガス吹込部は前記中間容器の側壁および／または底面に設けられ、さらに前記ガス吹込部が前記中間容器内面に形成する吹込面を、前記ガス吹込部が側壁に設けられる場合は該吹込面が水平面となす交線の最大長さｗと、該吹込面内で該交線と直交する直交線の最大長さｌの比ｎ＝l/w が２以上である吹込面とし、前記ガス吹込部が底面に設けられる場合は該吹込面を、該吹込面の円周方向の最大長さｗと、該吹込面の半径方向の最大長さｌの比ｎ＝l/w が２以上である吹込面とする中間容器とし、前記ガス吹込み部が前記中間容器内面に形成する吹込面の寸法比ｎと、ガス吹込み量Ｑと、溶融金属の回転流速Ｖとの関係を次（１）式
（Ｑ／Ｖ）／ｎ≦3.7 ×10-4  ………（１）
（ここに、Ｑ：ガス吹込み量（Nm3/sec ）、Ｖ：溶融金属の回転流速（m/sec ）、ｎ：ｌ／ｗ、ｗ：吹込面が水平面となす交線の最大長さ（m ）、または、吹込面の円周方向の最大長さ（m ）ｌ：吹込面が水平面となす交線と吹込面内で直交する直交線の最大長さ（m ）、または吹込面の半径方向の最大長さ（m ）を満たす条件とすることを特徴とする溶融金属の非金属介在物分離方法である。
ここで、前記吹込面は、スリット状とするのがよく、また、前記ガス吹込部は、多孔質耐火物を用いてもよい。本発明で用いる中間容器は溶融金属の連続鋳造用タンディッシュとするのが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、溶融金属に水平方向の回転力を付与する回転力付与手段と該溶融金属中にガスを吹込むためのガス吹込み部を備える溶融金属の非金属介在物分離用中間容器を用いて、前記回転力付与手段により溶融金属に水平方向の回転力を付与するとともに、前記ガス吹込部から溶融金属にガスを吹込み溶融金属中の非金属介在物を分離除去するにあたり、前記中間容器は実質円筒状の側壁と底面を有し、前記ガス吹込み部は前記中間容器の壁側および／または底面に設けられ、さらに前記ガス吹込み部は隔離して複数個設けられた管状ノズルからなる中間容器とし、前記ガス吹込部のノズル相互間の距離Ｌと、ガス吹込み量Ｑと、溶融金属の回転流速Ｖとが次（２）式
Ｑ／（Ｌ・Ｖ）≦1.7 ×10-2  ………（２）
（ここに、Ｑ：ガス吹込み量（Nm3/sec ）、Ｖ：溶湯の回転流速（m/sec ）、Ｌ：ノズル相互間の距離（m ）、ガス吹込部が側壁の場合は、水平方向の平均距離（m ）、ガス吹込部が底面の場合は、円周方向の距離（m ））
の関係を満たす条件とすることを特徴とする溶融金属の非金属介在物分離方法である。
なお、前記中間容器を溶融金属の連続鋳造用タンディッシュとするのが好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明で用いる非金属介在物分離用中間容器１は、溶融金属４を取鍋20等から注湯ノズル13を介し注入させ、溶融金属４に回転力を付与し回転流６となし、該回転流６にガスを微細気泡５として大量に吹込むことができ、溶融金属４中の非金属介在物の捕捉除去を促進し、溶融金属の清浄度を向上させることができる。非金属介在物を分離除去された溶融金属は、注出ノズル17を介し注出される。本発明で用いる中間容器の１例を図１に示す。
【００１５】
本発明で用いる中間容器１は、溶融金属４に水平方向の回転力を付与する回転力付与手段２と該溶融金属４中にガス５を吹込むためのガス吹込部３を備える。本発明で用いる中間容器１の形状は、溶融金属に水平方向の均一な回転流を付与するために実質円筒形の側壁と、これを下側で閉止する底面を有する。なお、実質円筒形とは、円筒形の他、水平方向の回転流に支障を生じない程度にこれを変形した形状、例えば逆円錐台形などが含まれる。
【００１６】
溶融金属に水平方向の回転流を付与する回転付与手段２として、中間容器１の外部に移動磁場の発生装置を設けて、電磁力によって溶融金属に駆動力を与えるのがよい。
また、ガス吹込部３は、図２に示すように中間容器１の側壁および／または底面に設けられる。ガス吹込部３が中間容器内面１ａと形成する面を吹込面３ａ、３ｂと称し、本発明では、この吹込面の形状を細長い形状とする。具体的には、ガス吹込部は、吹込面が下記条件を満足する、スリット状ノズルあるいは細長い多孔性耐火物（ポーラスプラグ）とするのがよい。
【００１７】
ガス吹込部が側壁に設けられる場合は、吹込面３ａが水平面ｓとなす交線の最大長さｗと、該吹込面内で該交線と直交する直交線の最大長さｌの比ｎ＝ｌ／ｗ  が２以上である細長い吹込面とするのが好ましい。これにより、溶融金属中に吹き込まれたガスは、回転流の作用により微細な気泡となり、さらに気泡同士合体することもなく均一に分散され、ガス体積分率を場所的に均一になる。
【００１８】
ガス吹込部が底面に設けられる場合は、吹込面の円周方向の最大長さｗと、該吹込面の半径方向の最大長さｌの比ｎ＝ｌ／ｗ  が２以上である吹込面３ｂとするのが好ましい。
また、本発明では、上記した非介在物分離用中間容器を用いて、回転力付与手段により溶融金属に水平方向の回転力を付与するとともに、ガス吹込部から溶融金属にガスを吹込み溶融金属中の非介在物を分離除去する。本発明者の知見によれば、溶融金属の流速をＶ（ｍ／ｓｅｃ）  、ガス吹込量をＱ（Ｎｍ３／ｓｅｃ）  とすると、気泡の分散はＶ／Ｑに比例してよくなる。Ｖを一定とすると、気泡の分散を良くするためには、Ｑを少なくする必要があるが、Ｑを少なくすると、気泡数が少なくなり非介在物を捕捉する機会が少なくなる。一方、回転流の流速が十分に大きい場合は、ガス吹込面の、溶融金属の水平回転流に沿う方向の長さ、すなわち水平面となす交線の最大長さｗ（ｍ  ）を、該交線と吹込面内で直交する直交線の最大長さｌ（ｍ  ）の１／ｎ  とすれば、ｎ倍のガスを吹き込んでも、吹込面が正方形の場合と同等の気泡分散密度が得られる。このような考えをもとに、本発明者らは、（Ｑ／Ｖ）／ｎというパラメータを考えた。
【００１９】
吹込面の寸法比ｎと、ガス吹込み量Ｑと、溶融金属の回転流速Ｖとの関係を次（１）式
（Ｑ／Ｖ）／ｎ≦3.7 ×10-4  ………（１）
ここに、Ｑ：ガス吹込み量（Nm3/sec ）、Ｖ：溶融金属の回転流速（m/sec ）、ｎ：ｌ／ｗ、ｗ：吹込面が水平面となす交線の最大長さ（m ）、または、吹込面の円周方向の最大長さ（m ）、ｌ：吹込面が水平面となす交線と吹込面内で直交する直交線の最大長さ（m ）、または吹込面の半径方向の最大長さ（m ）
を満たす条件とする。
【００２０】
（Ｑ／Ｖ）／ｎが３．７  ×１０−４以下であれば、気泡の合体する機会が少なく、非金属介在物の分離がよい。
本発明では、ガス吹込部として、上記したスリット状ノズルあるいは細長い多孔性耐火物（ポーラスプラグ）に代表される細長い形状のガス吹込部に代えて、管状のノズルを使用したガス吹込部としてもよい。管状のノズルとしては、ステンレスパイプのような高融点金属のパイプを使用するのが好ましい。管状のノズルとする場合には、複数の管状のノズルを、中間容器の底面および／または側壁に、離隔して、配置するのが好ましい。管状ノズルが側壁に配設された場合には、各ノズルは側壁面の一定の高さ位置で、等間隔にノズル相互間の平均距離Ｌで配置するのが好ましく、また、千鳥状に配置してもよい。なお、千鳥状に配置した場合には、ノズル相互間の距離Ｌは、同一高さにあるノズル相互間の水平距離を使用するものとする。
【００２１】
上記したように、ガス吹込部として管状のノズルを複数個隔離して配設した非金属介在物分離用中間容器を用いて、回転力付与手段により溶融金属に水平方向の回転力を付与するとともに、ガス吹込部から溶融金属にガスを吹込み溶融金属中の非金属介在物を分離除去する。この際、管状ノズルの数が多い場合には、気泡が合体する機会も増加するが、管状ノズル相互間の水平方向平均距離をＬ（ｍ）  とすると、Ｌが大きいほど、気泡の分散が良くなる。このことから、溶融金属の流速をＶ（ｍ／ｓｅｃ）  、ガス吹込量をＱ（Ｎｍ３／ｓｅｃ）  とすると、気泡の分散はＬ・Ｖ／Ｑに比例してよくなる。そこで、本発明者らは、ガス吹込部に、管状ノズルを用いたときには、Ｑ／（ＬＶ）をパラメータとして使用することを考えた。
【００２２】
ガス吹込部のノズル相互間の距離Ｌと、ガス吹込み量Ｑと、溶融金属の回転流速Ｖとを次（２）式
Ｑ／（Ｌ・Ｖ）≦1.7 ×10-2  ………（２）
（ここに、Ｑ：ガス吹込み量（Nm3/sec ）、Ｖ：溶湯の回転流速（m/sec ）、Ｌ：ノズル相互間の距離（m ）、ガス吹込部が側壁の場合は、水平方向の平均距離（m ）、ガス吹込部が底面の場合は、円周方向の距離（m ））
の関係を満たす条件とする。Ｑ／（Ｌ・Ｖ）を1.7 ×10-2以下とすることにより、気泡の分散が良くなる。
【００２３】
本発明で用いる中間容器は、例えば特開平４−365809号公報や特開平７−316627号公報に本発明者らが開示する如き連続鋳造用タンディッシュが有利に適合する。
【００２４】
【実施例】
図１に示す形状の３０ｔｏｎ  タンディッシュに、取鍋から１６０ｔｏｎの溶鋼をスループット量：３ｔｏｎ  ／ｍｉｎで注入させ、溶鋼に水平方向の回転流を付与するとともに、溶鋼４中にガスを気泡５として吸込み、非金属介在物を分離除去した。このような処理を行ったのち、タンディッシュから注出した溶鋼中の非金属介在物量を測定し、タンディッシュによる溶鋼の非金属介在物の分離状況を調査した。用いた溶鋼成分はＣ＝０．０２％、Ｓｉ＝０．０１％、Ａｌ＝０．０２％の低炭アルミキルド鋼とした。
【００２５】
本発明例では、内径０．９ｍの円筒容器と、容器外側に溶鋼に回転力を付与する回転力付与手段２として回転磁気発生装置と、容器側壁または底面にガスを吹き込むガス吹込部３とを有する中間容器１を用いた。回転磁気発生装置により、溶鋼に最外周における回転流速を０．８ｍ／ｓとする回転流を付与しながら、溶鋼中にガス吹込部からＡｒガスを吹き込んだ。なお、ガス吹込部は、表１に示す各種の大きさのスリット状ノズル、多孔性耐火物（ポーラスプラグ）、および複数の管状ノズルを用いた。
【００２６】
また、比較例として、本発明例と同一の容器を用いて溶鋼回転のみ（ガス吹込なし）を施した場合についても実験した。
なお、スリット状ノズル、多孔性耐火物（ポーラスプラグ）についてのガス吹込部の大きさは、ガス吹込部が側壁にある場合には、中間容器内面とガス吹込部とが形成する吹込面の水平面となす交線の最大長さｗ、該交線と吹込面内で直交する直交線の最大長さｌとで表示する。ガス吹込部が底面にある場合には、吹込面の円周方向の最大長さｗと、吹込面の半径方向の最大長さｌとで表示した。一方、管状ノズルの場合のガス吹込部の大きさは、ノズル相互間の距離Ｌで表示する。ノズル相互間の距離Ｌは、ノズルが容器側壁にある場合には、ノズル間の容器壁面に沿う水平平均距離とし、底面にある場合には、円周方向の平均距離とした。溶鋼の非金属介在物の分離状況は、タンディッシュから注出した溶鋼中の介在物量を測定し、溶鋼に回転を施したのみの場合（No. １（比較例））の介在物量を基準として、No. １（比較例）（溶鋼に回転のみを施す）に対する比で示した。それらの結果を表１に示す。
【００２７】
なお、Ｎｏ．６は、ガス吹込部として、図５に示すように複数の管状ノズルを容器底面に配置した例であり、Ｎｏ．９は、図３に示すように複数の管状ノズルを容器側壁の同一高さ上に等間隔に配置した例であり、Ｎｏ．１０  は、図４に示すように複数の管状ノズルを容器器側壁に千鳥状に配設した例である。
【００２８】
【表１】
0003632442.tif 000002
【００２９】
表１から、本発明例は、いずれも注出した溶鋼中の非金属介在物量は低く、非金属介在物の捕捉効果が大きいことがわかる。これに対し、溶鋼回転流速、ガス吹込量とガス吹込部の形状、間隔との関係が本発明の範囲から外れる比較例は、非金属介在物の捕捉効果が小さい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、溶融金属中の非金属介在物の分離が効率的かつ経済的に実施でき製品欠陥が低減し、製品品質が向上するという産業上格別の効果を奏する。また、高清浄度鋼の生産効率が格段に向上するという効果も期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる中間容器の１例を示す断面模式図である。
【図２】本発明で用いる中間容器におけるガス吹込部配置の１例を示す模式図である。
【図３】管状ノズル配置の１例を示す模式図である。
【図４】千鳥状の管状ノズル配置の１例を示す模式図である。
【図５】管状ノズル配置の１例を示す模式図である。
【図６】従来のタンディッシュの１例を示す模式図である。
【符号の説明】
１  中間容器
1a  容器内面
２  回転付与手段
３  ガス吹込部
3a  吹込面（側壁）
3b  吹込面（底面）
４  溶融金属
５  気泡（ガス）
６  回転方向
11  回転槽
12  浮上槽
13  注湯ノズル
14  磁場発生装置
15  通気性耐火物
16  気泡
17  注出ノズル
19  仕切り壁
20  取鍋
Ｏ  回転中心（回転軸）
ｓ  水平面
【図１】
0003632442.tif 000003
【図２】
0003632442.tif 000004
【図３】
0003632442.tif 000005
【図４】
0003632442.tif 000006
【図５】
0003632442.tif 000007
【図６】
0003632442.tif 000008