(57)【要約】【課題】タンディッシュ内における溶鋼の再酸化を防止し、効率よく非金属介在物を抑制することができる鋳片の鋳造装置及び鋳片の鋳造方法を提供する。【解決手段】タンディッシュ２内の溶鋼表面とタンディッシュとによって囲まれる空間内の溶鋼表面流速が０．１ｍ/ｓ以上の部分に、不活性ガス及び／またはタンディッシュフラックスを投入することにより、溶鋼の再酸化を防止する。酸素濃度計により測定された酸素濃度に応じて、投入量を制御することが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼鍋と、この溶鋼鍋の下方に位置するタンディッシュと、このタンディッシュの下方に位置する鋳型が備えられ、前記溶鋼鍋とタンディッシュとの間には、前記タンディッシュに固定された溶鋼流路が設置されており、前記溶鋼流路の先端は前記タンディッシュ内の溶鋼表面下まで延びる、もしくは溶鋼表面上にある場合は、溶鋼流路とタンティッシュ蓋とで閉空間を築ける鋳片の鋳造装置において、
前記タンディッシュ内の溶鋼表面とタンディッシュ蓋とによって囲まれる空間内で、溶鋼表面流速が０．１ｍ/ｓ以上の部分に、不活性ガス及び／またはタンディッシュフラックスを投入する投入手段が配置されていることを特徴とする鋳片の鋳造装置。
【請求項２】
前記空間内の溶鋼表面流速が０．１ｍ/ｓ以上の部分に酸素濃度計を配置するとともに、測定された酸素濃度に応じて不活性ガス及び／またはタンディッシュフラックスの投入量を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の鋳片の鋳造装置。
【請求項３】
前記溶鋼表面流速が０．１ｍ／ｓの部分は、流路が絞られたトンネル堰の出側、流路が耐火物によって遮られ、直角に流動方向を変更している部分の出側、堰を立てたことにより、溶鋼流が下方から上面方向へ流れ、その反転流が溶鋼表面を通過するポイントのいずれか、又はそれらのうちの複数の組み合わせであることを特徴とする請求項１または２に記載の鋳片の鋳造装置。
【請求項４】
前記不活性ガスがＡｒガスであることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の鋳片の鋳造装置。
【請求項５】
溶鋼鍋と、この溶鋼鍋の下方に位置するタンディッシュと、このタンディッシュの下方に位置する鋳型が備えられ、前記溶鋼鍋とタンディッシュ蓋との間には、前記タンディッシュに固定された溶鋼流路が設置されており、前記溶鋼流路の先端は前記タンディッシュ内の溶鋼表面下まで延びる、もしくは溶鋼表面上にある場合は、溶鋼流路とタンティッシュ蓋とで閉空間を築ける鋳片の鋳造装置を用いた鋳片の鋳造方法であって、
前記タンディッシュ内の溶鋼表面とタンディッシュとによって囲まれる空間内の溶鋼表面流速が０．１ｍ/ｓ以上の部分に、不活性ガス及び／またはタンディッシュフラックスを投入することにより、溶鋼の再酸化を防止することを特徴とする鋳片の鋳造方法。
【請求項６】
溶鋼表面流速が０．１ｍ/ｓ以上の部分を、予めシミュレーションで求めておくことを特徴とする請求項５に記載の鋳片の鋳造方法。
【請求項７】
前記空間内の溶鋼表面流速が０．１ｍ/ｓ以上の部分に酸素濃度計を配置し、測定された酸素濃度に応じて不活性ガス及び／またはタンディッシュフラックスの投入量を制御することを特徴とする請求項５または６に記載の鋳片の鋳造方法。
【請求項８】
前記不活性ガスとしてＡｒガスを用いることを特徴とする請求項５乃至７の何れかに記載の鋳片の鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンディッシュと鋳型を用いた鋳片の鋳造装置及び鋳片の鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車用大外板、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、高清浄性、高強度高加工性が求められる。これらの高清浄性、高加工性にとっては、鋼中の非金属介在物およびそれらを含む表面欠陥が大きな課題である。従って、高加工性、高延性、良好な表面形状、高清浄性が必要な場合、非金属介在物の徹底的な除去が必要である。
【０００３】
従来は、二次精錬工程で非金属介在物の形態制御のためにＣａの添加を行ったり、その後、タンディッシュ内で介在物の浮上除去を行っていた。しかしこれらの操作は溶鋼が再酸化される状況で行われていたため、害となるアルミナクラスターや、非金属介在物となる酸化物が多く生成される。その結果、非金属介在物の量を提言することができなかった。
【０００４】
また、二次精錬で脱酸元素として添加するＡｌや形態制御用のＣａ等の添加歩留が低下し、Ａｌ２Ｏ３クラスターや、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３等が生成し５μｍ超の延伸再酸化物が生成して除去されずに鋳片まで残存し、成品の材料特性の悪化、表面性状の悪化などを招いていた。
【０００５】
なお特許文献１には、タンディッシュ内に気泡塔を形成してその下部から不活性ガスを吹き込み、介在物を浮上させる技術が開示されている。しかしこの方法では大量の不活性ガスが必要となり、効率よく非金属介在物を抑制することはできなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−３５２７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従って本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、タンディッシュ内における溶鋼の再酸化を防止し、効率よく非金属介在物を抑制することができる鋳片の鋳造装置及び鋳片の鋳造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の課題を解決するためになされた本発明の鋳片の鋳造装置は、溶鋼鍋と、この溶鋼鍋の下方に位置するタンディッシュと、このタンディッシュの下方に位置する鋳型が備えられ、前記溶鋼鍋とタンディッシュとの間には、前記タンディッシュに固定された溶鋼流路が設置されており、前記溶鋼流路の先端は前記タンディッシュ内の溶鋼表面下まで延びる鋳片の鋳造装置、もしくは溶鋼表面上にある場合は、溶鋼流路とタンティッシュ蓋とで閉空間を築けるにおいて、前記タンディッシュ内の溶鋼表面とタンディッシュ蓋とによって囲まれる空間内で、溶鋼表面流速が０．１ｍ/ｓ以上の部分に、不活性ガス及び／またはタンディッシュフラックスを投入する投入手段が配置されていることを特徴とするものである。
【０００９】
なお、前記空間内の溶鋼表面流速が０．１ｍ/ｓ以上の部分に酸素濃度計を配置するとともに、測定された酸素濃度に応じて不活性ガス及び／またはタンディッシュフラックスの投入量を制御する制御手段を備えることが好ましい。溶鋼表面流速が０．１ｍ／ｓの部分は、流路が絞られたトンネル堰の出側、流路が耐火物によって遮られ、直角に流動方向を変更している部分の出側、堰を立てたことにより、溶鋼流が下方から上面方向へ流れ、その反転流が溶鋼表面を通過するポイントのいずれか、又はそれらのうちの複数の組み合わせであることが多い。また、前記不活性ガスがＡｒガスであることが好ましい。
【００１０】
上記の課題を解決するためになされた本発明の鋳片の鋳造方法は、溶鋼鍋と、この溶鋼鍋の下方に位置するタンディッシュと、このタンディッシュの下方に位置する鋳型が備えられ、前記溶鋼鍋とタンディッシュとの間には、前記タンディッシュに固定された溶鋼流路が設置されており、前記溶鋼流路の先端は前記タンディッシュ内の溶鋼表面下まで延びる、もしくは溶鋼表面上にある場合は、溶鋼流路とタンティッシュ蓋とで閉空間を築ける鋳片の鋳造装置を用いた鋳片の鋳造方法であって、前記タンディッシュ内の溶鋼表面とタンディッシュとによって囲まれる空間内の溶鋼表面流速が０．１ｍ/ｓ以上の部分に、不活性ガス及び／またはタンディッシュフラックスを投入することにより、溶鋼の再酸化を防止することを特徴とするものである。
【００１１】
なお、溶鋼表面流速が０．１ｍ/ｓ以上の部分を、予めシミュレーションで求めておくことが好ましい。また、前記空間内の溶鋼表面流速が０．１ｍ/ｓ以上の部分に酸素濃度計を配置し、測定された酸素濃度に応じて不活性ガス及び／またはタンディッシュフラックスの投入量を制御することが好ましい。さらに、前記不活性ガスとしてＡｒガスを用いることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】鋳片の連続鋳造装置の代表例を示す斜視図である。
【図２】タンディッシュ内溶鋼流動の表面流速計算結果を示す図である。
【図３】タンディッシュ内溶鋼流動の表面流速と△[O]ピックアップとの管径を示すグラフである。
【図４】Ｈ型形状のタンディッシュにおける表面流速の大きい部位を示す図である。
【図５】お結び型形状のタンディッシュにおける表面流速の大きい部位を示す図である。
【図６】舟形形状のタンディッシュにおける表面流速の大きい部位を示す図である。
【図７】不活性ガスの投入手段を示す断面図である。
【図８】タンディッシュフラックスの投入手段を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に本発明の実施形態を示す。
図１は鋳片の連続鋳造装置の代表例を示す図であり、１は溶鋼鍋である取鍋、２はタンディッシュ、３は鋳型、４は鋳片である。この図ではタンディッシュ２は１槽目タンディッシュ５と２槽目タンディッシュ６とに分かれており、トンネル堰７で接続されている。溶鋼鍋である取鍋１とタンディッシュ２との間にはタンディッシュに固定された溶鋼流路８が設置されており、この溶鋼流路８の先端はタンディッシュ２内の溶鋼表面下まで延びている。製鋼工程から取鍋１により運ばれてきた溶鋼は溶鋼流路８を通じて１槽目タンディッシュ５に流入し、１槽目タンディッシュ５からトンネル堰７を経由して２槽目タンディッシュ６に流入し、浸漬ノズル９から鋳型３に注入され、鋳片４が連続鋳造されることは従来と同様である。
【００１４】
本発明者は、図１に示すような連続鋳造装置において、取鍋１から、タンディッシュ２、タンディッシュにおける各部所、鋳片４まで、種々溶鋼のサンプリング、タンディッシュ内スラグのサンプリングを行い、メタル、スラグの成分分析、メタル中非金属介在物の調査、解析を詳細に行った。それらの鋭意研究の結果、タンディッシュ２内の溶鋼は全体で平均的に再酸化を受けているのではなく、ある特定の場所で、再酸化を受けていることを知見した。従来、タンディッシュ２内の溶鋼をタンディッシュフラックスで覆い、攪拌力が大きな溶鋼流動が大きな溶鋼表面においても、見た目には再酸化を抑制できていると考えていたが、タンディッシュフラックスで単純に覆うだけでは、再酸化を抑制できていないことが判明した。
【００１５】
そこで鋭意研究の結果、図１内の溶鋼流路、中でもタンディッシュ２内の雰囲気ガスと接触している溶鋼表面流速が０．１ｍ／ｓ以上の部分について、不活性ガス雰囲気とし、酸素分圧を測定しながら酸素分圧を一定濃度以下に制御すべく、当該部分に流し込む不活性ガス流量を測定している酸素分圧に合わせてフィードバック制御する、あるいは当該部分を重点的にタンディッシュフラックスで覆うことで、確実に再酸化を抑制しながら、かつ酸化物系非金属介在物を浮上除去することが可能になることを知見した。
【００１６】
タンディッシュ内の溶鋼流速については、市販の流動解析ソフトで計算でき、例えば、ＦＬＵＥＮＴバージョン１０以上であれば、同様の溶鋼表面流速が計算できる。図２に流動解析ソフトによるタンディッシュ内溶鋼流動の表面流速計算結果を示す。溶鋼表面の大気と接する表面流速をコンター図で示している。
【００１７】
図１に示した１槽目タンディッシュ５から２槽目タンディッシュ６へはそれぞれの槽をつなぐトンネル堰７があり、このトンネル堰７で溶鋼流動が絞られて集中するために、流速が大きくなる。そこから２槽目タンディッシュ６に噴出すことから、２槽目タンディッシュ６の底部から、湧き上がったような流れが起きるために、この部分の溶鋼表面流速が大きくなり、図２で示す計算結果のように、大きな最大表面流速を呈する。
【００１８】
図３に、表面流速に対する△[O]ピックアップを示す。表面流速が０．１ｍ／ｓを超えると、大気を巻き込み、酸素ピックアップが増大することがわかった。このことから、表面流速≧０．１ｍ／ｓを設定した。
【００１９】
このように溶鋼表面流速になる場所は、タンディッシュの形状によっていくつか特徴がある。図４に示すようなＨ型の形状、あるいは、図５に示すようなおむすび（三角形型）の形状をしたタンディッシュにおいては、溶鋼鍋からタンディッシュに注入される点の流動、溶鋼落下エネルギーによる攪拌力が大きく、取鍋注入点直下における溶鋼表面流速が大きいことが分かった。
【００２０】
また、図４や図５に示すような、ある流路を絞って、別の槽へ溶鋼を移動させるようなトンネル形状の堰の出側では、その絞りゆえに溶鋼表面流速が大きくなる。また流路が耐火物によって遮られ、直角に流動方向を変更している部分の出側や、堰を立てたことにより、溶鋼流が下方から上面方向へ流れ、その反転流が溶鋼表面を通過するポイント等が溶鋼表面流速が大きいことが分かった。
【００２１】
図６に示すような大きな舟形（太鼓型）の形状をしたタンディッシュにおいても、前述した溶鋼鍋からタンディッシュに注入される取鍋注入点直下、堰によって、流路を絞って、溶鋼流に上方に流れる流速を与えている出側、電磁力等を利用して、溶鋼流を旋回させるような流動を与えているポイントや、熱対流と相まって下方から上面方向へ流動させ、反転流が溶鋼表面を通過するポイント等が、溶鋼表面流動が大きいことが分かった。
【００２２】
このような溶鋼表面流速が大きなタンディッシュ内において、溶鋼表面をタンディッシュ内の大気雰囲気から遮断し酸素濃度を低減する方法としては、例えばＡｒガスによる不活性ガスシールと、タンディッシュフラックスによるシールの手段がある。高級鋼においては、不活性ガスシールとタンディッシュフラックスによるシールの強シール手段が望ましい。低級鋼においては、Ａｒシールもしくは、タンディッシュフラックスシールのどちらかによって、確実にシールできることが望ましい。
【００２３】
具体的には、これらのタンディッシュ２内の溶鋼の表面流速が大きい部位には、図７に示すように酸素濃度計１０と不活性ガスの投入手段１１を設け、測定された酸素分圧に合わせて制御手段１２が不活性ガス流量をフィードバック制御する。
【００２４】
あるいは図８に示すように、タンディッシュ２内の溶鋼の表面流速が大きい部位に酸素濃度計１０とタンディッシュフラックスの投入手段１３を設け、測定された酸素分圧に合わせてタンディッシュフラックスの投入量を制御する。これらの不活性ガスの投入手段１１とタンディッシュフラックスの投入手段１３は併用することもできる。
【００２５】
尚、不活性ガスシールにおいて、不活性ガスを導入する導管は、タンディッシュ蓋の開口部で、外気と触れる境界から、５０ｍｍ以上内部に入れることが好ましい。
【００２６】
タンディッシュフラックスはタンディッシュ内の溶鋼の保温、大気による再酸化を防止する為に、タンディッシュ内の溶鋼表面に使用するフラックスのことで、タンディッシュ保温材と呼ぶこともある。タンディッシュフラックスは、ＣａＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系をベースとした低融点組成で、溶鋼温度で十分溶融し、溶鋼表面をしっかりと覆うものであることが望ましい。
【００２７】
Ｃ−ＳｉＯ2系（焼き籾(もみ)系）、Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ系が一般的に良く使用されるタンディッシュで、Ｃ−ＳｉＯ2系には、（ＣとＳｉＯ2が主成分のもので他にＡｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯが含まれるもの）、（ＳｉＯ2が主成分のもので、他にＣ、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯが含まれるもの）、（ＳｉＯ2、Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯが主成分のもので、他にＣ、ＭｇＯが含まれるもの）がある。また、Ａｌ２Ｏ３−ＣａＯ系には、（Ａｌ２Ｏ３、ＣａＯ、ＭｇＯが主成分で、他にＣ、ＳｉＯ2が含まれるもの）がある。
【００２８】
本発明では、こうした溶鋼表面流速が大きくなるポイントで、不活性ガス及び／またはタンディッシュフラックスを投入する。これにより、溶鋼表面の酸素濃度を制御しながら、再酸化を抑制しつつ、非金属介在物の除去を図ることで、大きなアルミナクラスターの低減効果を得ることができる。
【００２９】
さらには、予めシミュレーション等で溶鋼表面流速が大きくなる部分を見つけておき、その部分をＡｒなどの不活性ガスでシールおよび／またはタンディッシュフラックスでシールすることが好ましく、あるいは溶鋼表面流速が大きくなる部分に酸素濃度計を配置し、酸素濃度を測定しつつ、その結果を元にＡｒなどの不活性ガスおよび／またはタンディッシュフラックスの投入量を制御することも好ましい。
【００３０】
尚、酸素濃度は、酸素分圧でＰＯ２＝１０−１４（ａｔｍ）以下とすることが好ましく、その様に制御することが好ましい。
【００３１】
以上に説明したように、本発明によれば、タンディッシュ内の、再酸化がなくなり、高清浄鋼が製造可能となり、スリバー欠陥品位が向上する。また、こうして再酸化を抑制できるため、精度良く溶鋼成分組成を安定的に制御でき、非金属介在物が少ない従来よりも強度が高く、且つ靭性に優れた鋳片を製造することが可能になる。
【００３２】
本発明を出願人の連続鋳造装置に適用したところ、鋳片の表面疵発生を従来の１/１０にまで低減させることに成功した。
【符号の説明】
【００３３】
１  溶鋼鍋
２  タンディッシュ
３  鋳型
４  鋳片
５  １槽目タンディッシュ
６  ２槽目タンディッシュ
７  トンネル堰
８  溶鋼流路
９  浸漬ノズル
１０  酸素濃度計
１１  不活性ガスの投入手段
１２  制御手段
１３  タンディッシュフラックスの投入手段
【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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【図７】
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【図８】
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