(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
連続鋳造に用いられるタンディッシュ内で溶鋼に含まれる非金属介在物の除去方法であって、
前記タンディッシュ内の溶鋼に、耐火物層が金属核を内包した構造を有し、前記耐火物層の厚さまたは前記金属核のサイズの少なくともいずれかを変更することによって比重を異ならせた複数の吸着体を浮遊させ、該吸着体が前記非金属介在物を吸着除去する、非金属介在物の除去方法。
【請求項２】
前記耐火物層は、アルミナ−シリカ−カーボン系の耐火物を含む、請求項１に記載の非金属介在物の除去方法。
【請求項３】
前記金属核は、鉄系金属を含む、請求項１または２に記載の非金属介在物の除去方法。
【請求項４】
前記吸着体の比重は、４〜６．５の範囲にある、請求項１〜３のいずれか１項に記載の非金属介在物の除去方法。
【請求項５】
溶鋼の連続鋳造に用いられるタンディッシュ内で溶鋼に含まれる非金属介在物を吸着除去するための複数の吸着体を有する吸着体組成物であって、
前記吸着体は、
金属核と、
前記金属核を内包する耐火物層と、
を含み、
前記耐火物層の厚さまたは前記金属核のサイズの少なくともいずれかを変更することによって、複数の前記吸着体の比重を異ならせた、吸着体組成物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非金属介在物の除去方法および吸着体に関し、特に、連続鋳造に用いられるタンディッシュ内の溶鋼に含まれる非金属介在物の除去方法、および該除去方法に用いられる吸着体に関する。
【背景技術】
【０００２】
高炉法で鉄を生産する場合、高炉でコークスと鉄鉱石とを反応させることによって溶銑を製造する。次に、転炉で溶銑中に酸素を吹き込む脱炭吹錬を実施する。溶銑に吹き込まれた酸素のうち、炭素と反応して一酸化炭素になったもの以外は、脱炭吹錬後の溶鋼に残存する。残存した酸素を減少させるために、転炉から取鍋に出鋼された溶鋼にアルミニウムなどの酸化剤が投入される。酸化剤は、酸素との反応によって酸化アルミニウムなどの酸化物になる。
【０００３】
このようにして生成された酸化物のうち、溶鋼との比重差によって取鍋内で浮上したものは除去されるが、浮上しきれなかったものは取鍋から注入される溶鋼とともにタンディッシュに持ち込まれ、非金属介在物となる。タンディッシュ内の溶鋼に含まれる非金属介在物は、浸漬ノズルの閉塞などによって操業を不安定化させる原因になる。また、浸漬ノズル内に付着した非金属介在物が剥離して鋳型内に入ると、凝固鋳片に取り込まれて疵を発生させる原因にもなる。
【０００４】
それゆえ、連続鋳造において操業を安定化させ、鋳片の品質を向上させるためには、タンディッシュ内の溶鋼に含まれる非金属介在物を減少させる必要がある。そのための技術として、例えば特許文献１には、球状のアルミナ系耐火物を吸着体としてタンディッシュ内の溶鋼に浮遊させて、非金属介在物を吸着除去する技術が記載されている。この技術は、アルミナ系耐火物をフィルタとして用いるのではなく溶鋼に浮遊させることによって目詰まりの心配をなくし、またアルミナ系耐火物を球状にすることによって表面積を最大化することを特徴としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平９−２０６８９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、アルミナ系耐火物の比重（約２．５）は溶鋼の比重（約７．０）よりもずっと小さいため、例えば特許文献１の図１にも示されているように、吸着体の多くはタンディッシュ内の溶鋼湯面近くを浮遊することになる。その一方で、取鍋から供給される溶鋼は、湯面よりも深い位置まで浸漬されたノズルからタンディッシュ内に注入された後、タンディッシュの底部に設けられたノズルからモールド内に注入される。つまり、溶鋼の大部分は、湯面近くを浮遊する吸着体と接触することなくタンディッシュ内を通過する。従って、特許文献１に記載されたような技術では、非金属介在物を必ずしも十分に減少させられるわけではなかった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、タンディッシュ内の溶鋼の全体について効果的に非金属介在物を除去することが可能な、新規かつ改良された非金属介在物の除去方法および吸着体を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、連続鋳造に用いられるタンディッシュ内で溶鋼に含まれる非金属介在物の除去方法であって、タンディッシュ内の溶鋼に、耐火物層が金属核を内包した構造を有し、耐火物層の厚さまたは金属核のサイズの少なくともいずれかを変更することによって比重を異ならせた複数の吸着体を浮遊させ、該吸着体が非金属介在物を吸着除去する、非金属介在物の除去方法が提供される。
【０００９】
上記の非金属介在物の除去方法では、タンディッシュ内の溶鋼の浴中に浮遊する吸着体を、耐火物層が金属核を内包した構造とする。これによって、吸着体の比重が溶鋼の比重に近づき、吸着体が溶鋼の浴中のより深い位置まで分布するようになる。従って、タンディッシュ内の溶鋼の全体について効果的に非金属介在物を除去することができる。
【００１０】
上記の非金属介在物の除去方法において、耐火物層は、アルミナ−シリカ−カーボン系の耐火物を含んでもよい。金属核は、鉄系金属を含んでもよい。吸着体の比重は、４〜６．５の範囲にありうる。
【００１１】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、溶鋼の連続鋳造に用いられるタンディッシュ内で溶鋼に含まれる非金属介在物を吸着除去するための複数の吸着体を有する吸着体組成物であって、吸着体は、金属核と、金属核を内包する耐火物層と、を含み、耐火物層の厚さまたは金属核のサイズの少なくともいずれかを変更することによって、複数の吸着体の比重を異ならせた、吸着体組成物が提供される。
【発明の効果】
【００１２】
以上説明したように本発明によれば、タンディッシュ内の溶鋼の全体について効果的に非金属介在物を除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態において非金属介在物の除去方法が実施される装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の一実施形態において用いられる吸着体の断面図である。
【図３】アルミナ−シリカ−カーボン系の耐火物で形成された浸漬ノズルを用いてアルミキルド鋼を鋳造した後の内部状態を示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００１５】
図１は、本発明の一実施形態において非金属介在物の除去方法が実施される装置の構成を示す図である。図１を参照すると、本実施形態では、タンディッシュ１内の溶鋼２に含まれる非金属介在物が除去される。溶鋼２は、取鍋３からロングノズル４を経由してタンディッシュ１内に注入される。ここで、ロングノズル４は、タンディッシュ１内で、溶鋼２の湯面よりも深い位置まで浸漬されている。タンディッシュ１内に一時的に貯留された溶鋼２は、タンディッシュ１の底部に設けられた浸漬ノズル５を介して、モールド６内に注入される。
【００１６】
図示された例では、ロングノズル４および浸漬ノズル５に、それぞれのノズルにおける溶鋼２の流量を調節するためのスライドノズルプレート７，８が設けられている。また、図示された例では、タンディッシュ１から２つのモールド６に溶鋼２が供給されている。なお、これらの構成は、溶鋼の連続鋳造設備では一般的であるため、詳細には説明しない。また、これらの構成については、当業者には明らかな範囲において、適宜改変することが可能である。さらに、図では、タンディッシュ１内の溶鋼湯面に存在するタンディッシュスラグ９と、モールド６内の湯面に存在するモールドパウダー１０とが示されている。
【００１７】
本実施形態に特有の構成として、タンディッシュ１では、球状の吸着体１１が溶鋼２の浴中を浮遊している。後述するように、吸着体１１は、金属核と、金属核を内包した耐火物とからなる。非金属介在物は、耐火物の表面に付着したり、非金属介在物同士で凝集したりする性質を有するため、表面が耐火物で形成された吸着体１１を浮遊させることによって、溶鋼２に含まれる非金属介在物を吸着除去することができる。さらに、吸着体１１には金属核が内包されているため、全体が耐火物で形成された従来の吸着体よりも比重が大きい。それゆえ、吸着体１１と溶鋼との比重の差は従来よりも小さく、吸着体１１は湯面近くに限らず溶鋼２の浴中のより深い位置にも分布する。
【００１８】
図２は、本実施形態において用いられる吸着体１１の断面図である。図２を参照すると、吸着体１１は、表面の耐火物層１１ａと、内部の金属核１１ｂとからなる。耐火物層１１ａは、例えばアルミナ−シリカ−カーボン系の耐火物で形成されうる。あるいは、耐火物層１１ａは、非金属介在物を吸着する作用を有する他の耐火物で形成されてもよい。以下では、例として、アルミナ−シリカ−カーボン系の耐火物で耐火物層１１ａを形成した場合の、溶鋼２の浴中における吸着体１１の表面での反応について説明する。
【００１９】
溶鋼２の浴中において、吸着体１１の表面では、耐火物層１１ａに含まれるシリカがカーボンによって還元されて、ＣＯガスとＳｉＯガスとが生成される（式１）。一方、溶鋼２には、転炉から取鍋に出鋼した後に酸化剤として投入されたアルミニウムの一部が、金属アルミニウムとして含まれている。この金属アルミニウムが、ＣＯガスとＳｉＯガスとをそれぞれ還元して、酸化アルミニウムが生成される（式２，３）。
【００２０】
Ｃ（ｓ）＋ＳｉＯ２（ｓ）→ＣＯ（ｇ）＋ＳｉＯ（ｇ）  ・・・（式１）
３ＣＯ（ｇ）＋２Ａｌ→Ａｌ２Ｏ３（ｓ）＋３Ｃ  ・・・（式２）
３ＳｉＯ（ｇ）＋２Ａｌ→Ａｌ２Ｏ３（ｓ）＋３Ｓｉ  ・・・（式３）
【００２１】
このような反応の結果、吸着体１１の表面で酸化アルミニウムが発生するとともに、吸着体１１の表面に近い溶鋼２の浴中に、還元されたＣおよびＳｉの濃度勾配が生じる。溶鋼２に含まれる非金属介在物である酸化アルミニウムは、上記の濃度勾配による界面張力の作用（いわゆるマランゴニ対流）によって吸着体１１の表面に引き寄せられる。さらに、吸着体１１の表面付近まで引き寄せられた酸化アルミニウムは、既に吸着体１１の表面に存在する酸化アルミニウムと凝集する。このような過程を経て、吸着体１１は溶鋼２の含まれる非金属介在物を吸着除去する。
【００２２】
なお、アルミナ−シリカ−カーボン系の耐火物は、例えば浸漬ノズル５の材質としても用いられる。図３に、アルミナ−シリカ−カーボン系の耐火物で形成された浸漬ノズル５を用いてアルミキルド鋼を鋳造した後の内部状態を写真で示す。なお、このときの操業では、吸着体１１は使用されていない。この場合、写真に示されるように、アルミナ−シリカ−カーボン系の耐火物で形成される浸漬ノズル５の内面に、付着した非金属介在物の層が形成されていることがわかる。このことからも、アルミナ−シリカ−カーボン系の耐火物が溶鋼２に含まれる非金属介在物を効果的に吸着可能であり、本実施形態における吸着体１１の耐火物層１１ａの材質として適していることがわかる。
【００２３】
一方、吸着体１１で耐火物層１１ａに内包される金属核１１ｂは、例えば鋳鉄、銑鉄、鋼などの鉄系金属で形成される。ここで、金属核１１ｂの作用は、吸着体１１ｂ全体の比重を大きくして溶鋼２の比重に近づけることである。従って、金属核１１ｂは、鉄系金属に限らず、様々な材質によって形成されてもよい。ただし、アルミニウムのような軽金属は比重を大きくする作用が期待できず、また鉄系以外の重金属は高価であるため、現実的には鉄系金属で金属核１１ｂを形成することが合理的である。
【００２４】
耐火物層１１ａが金属核１１ｂを内包する構造の吸着体１１は、例えば、金属核１１ｂに耐火物を塗布した上で焼成することによって製造される。この場合、焼成された耐火物が耐火物層１１ａを構成する。あるいは、吸着体１１は、耐火物の容器に金属核１１ｂを収容して密封することによって製造されてもよい。この場合、密封後の耐火物の容器が耐火物層１１ａを構成する。なお、耐火物層１１ａおよび金属核１１ｂによって構成される吸着体１１の形状は、表面積が最大化される球体が望ましいが、例えば上記のような製造工程の都合のために、球体以外の多面体などの形状が採用されてもよい。
【００２５】
ここで、耐火物層１１ａの厚みは、概ね１０ｍｍ以上あれば十分である。その上で、耐火物層１１ａの厚みと金属核１１ｂの径とを変更することによって、吸着体１１の比重が調節される。吸着体１１の比重は、概ね４〜６．５の範囲であることが望ましい。比重が４未満の場合、溶鋼２との比重差が大きすぎ、多くの吸着体１１が従来の吸着体と同様に溶鋼湯面近くだけを浮遊することになってしまう。一方、比重が６．５を超える場合、溶鋼２との比重差が小さすぎ、吸着体１１がタンディッシュ１の底に沈みやすくなる。吸着体１１の比重をこれらの範囲の中間に設定することによって、吸着体１１が溶鋼２の浴中で広い範囲に分布し、より多くの溶鋼２と接触することによって非金属介在物を効果的に除去することができる。
【００２６】
さらに、吸着体１１のサイズ（球状の場合は径）は、タンディッシュ１内での溶鋼２の流れを妨げず、かつ吸着体１１がタンディッシュ１内に安定して留まれるように設定される。例えば、吸着体１１の直径は、タンディッシュ１の幅または深さのうち短い方の半分を超えないように設定される。直径がこれよりも大きくなると、タンディッシュ１の底部に設けられた浸漬ノズル５を介してモールド６内に注入される溶鋼２の流れが妨げられる可能性があるためである。また、吸着体１１の直径は、浸漬ノズル５の内径を超えるように設定される。直径がこれよりも小さいと、浸漬ノズル５に吸い込まれる可能性があるためである。
【００２７】
連続鋳造の操業時において、吸着体１１は、タンディッシュ１とともに予熱される。予熱終了後、タンディッシュ１内に取鍋３から溶鋼２が注入され、以降、吸着体１１は溶鋼２の浴中を浮遊しながら非金属介在物を吸着除去する。鋳造の終了後、吸着体１１はタンディッシュ１内から回収される。回収された吸着体１１は、表面への非金属介在物の付着量が少なければ再利用され、付着量が多ければ交換される。
【００２８】
タンディッシュ１内に配置される吸着体１１の数に、特に制限はない。溶鋼２に含まれる非金属介在物を十分に吸着除去可能であり、かつタンディッシュ１内での溶鋼２の流れを妨げない範囲において、１つの吸着体１１が配置されてもよいし、複数の吸着体１１が配置されてもよい。複数の吸着体１１が配置される場合、それぞれの吸着体１１の比重やサイズが異なっていてもよい。より具体的には、比重が上述した４〜６．５の範囲内で異なる複数の吸着体１１が、タンディッシュ１内に配置されてもよい。これによって、それぞれの吸着体１１が異なる深さで溶鋼２の浴中を浮遊するため、溶鋼２に含まれる非金属介在物をより効果的に吸着除去することができる。
【実施例】
【００２９】
次に、本発明の実施例について説明する。本実施例では、長さ７ｍ、深さ１ｍ、湯面部の幅が１．２ｍ、底部の幅が０．６ｍ、２ストランドのタンディッシュ１で連続鋳造を実施した。取鍋３からの溶鋼注入量は、１ストランドあたり５ｔ／分とした。吸着体１１は２０個用意され、いずれも直径は０．１ｍであった。吸着体１１の耐火物層１１ａは、浸漬ノズル５と同じアルミナ−シリカ−カーボン系の耐火物で形成されている。また、金属核１１ｂは、ＪＩＳ  ＳＳ４００の鋼材で形成した。ここで、本実施例における吸着体１１には、耐火物層１１ａの厚みと金属核１１ｂのサイズとを調整することによって比重を異ならせた５種類の吸着体が含まれる。より具体的には、比重が４．５、５、５．５、６、６．５の吸着体が４個ずつ含まれる。
【００３０】
本実施例では、吸着体１１を内部に配置した状態でタンディッシュ１を予熱した後、取鍋３からタンディッシュ１内に溶鋼２を注入して、４０分間の連続鋳造を実施した。鋳造開始後２０分が経過した時点で、２ストランドのそれぞれの浸漬ノズル５の上部、タンディッシュ１の底面から０．１ｍの位置で溶鋼サンプルを採取し、電解抽出法によって非金属介在物を抽出した。抽出された非金属介在物は、サイズごと（５０μｍ未満と５０μｍ以上）の粒子数によって評価した。なお、粉末Ｘ線回折の結果、抽出された非金属介在物は酸化アルミニウム（α−アルミナ）であることが確認された。
【００３１】
一方、比較例として、上記の実施例と同様の条件で、吸着体１１を用いずに連続鋳造を実施した。比較例でも、実施例と同様に、鋳造開始後２０分が経過した時点で溶鋼サンプルを採取し、電解抽出法によって抽出された非金属介在物をサイズごとの粒子数によって評価した。実施例および比較例について、非金属介在物の粒子数を比較した結果を、表１に示す。なお、表１では、非金属介在物の粒子数が、比較例を１とする指数によって示されている。また、それぞれの例における非金属介在物の粒子数は、いずれも２ストランドのそれぞれで採集されたサンプルの平均値である。
【００３２】
【表１】
0006459643.tif 000002
【００３３】
以上の結果によって、本発明の実施形態に係る非金属介在物の除去方法は非金属介在物のサイズにかかわらず有効であり、溶鋼に含まれる非金属介在物を大幅に減らすことができることが示された。
【００３４】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【符号の説明】
【００３５】
１    タンディッシュ
２    溶鋼
３    取鍋
４    ロングノズル
５    浸漬ノズル
６    モールド
７，８    スライドノズルプレート
９    タンディッシュスラグ
１０    モールドパウダー
１１    吸着体
１１ａ    耐火物層
１１ｂ    金属核
【図１】
0006459643.tif 000003
【図２】
0006459643.tif 000004
【図３】
0006459643.tif 000005