(57)【要約】【課題】  低コストで且つ補修が容易なタンディッシュを用いて、鋳片歩留りを低下させることなく、タンディッシュへの注入開始時期の鋳片の清浄性を向上する。【解決手段】  鉛直方向上部の８０体積％以上の範囲を複数の領域に分割したタンディッシュ１を用い、タンディッシュに設置された溶鋼流出孔３を閉鎖した後、複数に分割された各領域に不活性ガスを個別に供給しつつ酸素濃度を測定し、各領域のうちで取鍋からの溶鋼の注入位置以外の領域における酸素濃度が１体積％以下になった以降に取鍋からのタンディッシュへの溶鋼の注入を開始し、その後、タンディッシュの基準収容溶鋼質量の３０質量％以上の溶鋼がタンディッシュ内に溜まった時点で、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入を開始する。【選択図】            図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉛直方向上部の８０体積％以上の範囲を複数の領域に分割したタンディッシュを用い、タンディッシュに設置された溶鋼流出孔を閉鎖した後、複数に分割された各領域に不活性ガスを個別に供給しつつ酸素濃度を測定し、各領域のうちで取鍋からの溶鋼の注入位置以外の領域における酸素濃度が１体積％以下になった以降に取鍋からのタンディッシュへの溶鋼の注入を開始し、その後、タンディッシュの基準収容溶鋼質量の３０質量％以上の溶鋼がタンディッシュ内に溜まった時点で、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入を開始することを特徴とする、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、タンディッシュへの注入開始時期の鋳片の清浄性を向上することのできる鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造においては、取鍋内の溶鋼を一旦タンディッシュに注入し、タンディッシュ内に所定量の溶鋼が滞在した状態で、タンディッシュ内の溶鋼を鋳型に注入している。取鍋内の溶鋼が無くなった場合には、空の取鍋を別のヒートの溶鋼が収容された取鍋と交換して連続連続鋳造（「連々鋳」ともいう）が行われている。多ヒートの連々鋳では、取鍋交換と同時にタンディッシュを交換して連々鋳を続ける場合もある。
【０００３】
この連続鋳造工程においては、鋳造開始時や取鍋交換時などの非定常部鋳片の品質が定常鋳造域の鋳片に比べて低下するという問題がある。これは、鋳造開始時には、タンディッシュ内に滞在する溶鋼量が少なく、タンディッシュ内における溶鋼の滞在時間が短くなり、酸化物系非金属介在物（以下、「介在物」と記す）の浮上分離に悪影響を与えたり、また、タンディッシュ内で溶鋼が酸化されて新たに介在物が形成されたりして、これらの介在物がタンディッシュから鋳型内に注入されて鋳片に捕捉されるからである。また、鋳造開始時には、タンディッシュ内の溶鋼の温度が低下しやすく、溶鋼中に懸濁した介在物の溶鋼からの浮上分離が悪くなることも品質の低下を招く原因になっている。
【０００４】
取鍋交換時には、取鍋内に収容される溶鋼が少なくなった時点で、取鍋内の溶鋼上に存在するスラグが溶鋼とともにタンディッシュ内に流出し、或いは、タンディッシュ内で溶鋼が酸化して介在物が新たに形成するなどして、これらの介在物が最終的に鋳型内に混入し、鋳片に捕捉されるからである。連々鋳において、タンディッシュ交換と取鍋交換とを同時に行う時には、前述した鋳造開始時の問題と取鍋交換時の問題とが重なり合って、品質の低下を来している。
【０００５】
このように、連続鋳造工程の非定常部においては、複数の原因により品質が低下しやすいという問題がある。
【０００６】
一方、タンディッシュに関しては、連続鋳造の操業上からは耐火物コストの削減、堰の撤廃による補修時間の短縮及び簡略化、更にはタンディッシュ内残溶鋼の削減による鋳片歩留りの向上などの要求がある。これらの要求の多くは、前述した鋳片品質対策とは二律背反の関係であり、従って、構造が簡便でありながら品質向上に効果的なタンディッシュ形状或いはそれを用いた連続鋳造方法が強く望まれてきた。
【０００７】
特許文献１には、タンディッシュ内の溶鋼から介在物を効率的に除去することを目的として、溶鋼吐出孔を有する仕切壁を用いてタンディッシュ内を複数の溶鋼プールに分割し、前記溶鋼吐出孔から下流側の溶鋼プールに溶鋼を落下・注入させることによって溶鋼の攪拌力を強化させ、この攪拌力の強化によって介在物の凝集・浮上分離を促進させることを意図したタンディッシュが開示されている。特許文献１によれば、このタンディッシュを使用することにより、簡便に介在物を除去できると同時に、タンディッシュで簡単な精錬を行うことができるようになり、溶鋼品質の向上が可能としている。
【０００８】
しかしながら、特許文献１は、タンディッシュ内に多くの仕切壁つまり堰を設置して、溶鋼の流れを細かく制御する手法を採用しており、タンディッシュの構造及びメンテナンスなどを考えると、簡便な手法とはいいがたく、タンディッシュのコスト上昇は避けられない。また、多数の仕切壁を設けているので、タンディッシュ内の残溶鋼が多くなり、鋳片歩留りの低下を来す。
【特許文献１】特開平８−１４１７０９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記説明のように、鋼の連続鋳造工程においては、構造や操作が簡便なタンディッシュを用いても確実に品質を向上できる連続鋳造方法が切望されているにも拘わらず、未だ有効な提案はなされていないのが現状である。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、低コストで且つ補修が容易なタンディッシュを用いて、鋳片歩留りを低下させることなく、タンディッシュへの注入開始時期の鋳片の清浄性を向上することのできる、鋼の連続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】
【００１１】
上記課題を解決するための本発明に係る鋼の連続鋳造方法は、鉛直方向上部の８０体積％以上の範囲を複数の領域に分割したタンディッシュを用い、タンディッシュに設置された溶鋼流出孔を閉鎖した後、複数に分割された各領域に不活性ガスを個別に供給しつつ酸素濃度を測定し、各領域のうちで取鍋からの溶鋼の注入位置以外の領域における酸素濃度が１体積％以下になった以降に取鍋からのタンディッシュへの溶鋼の注入を開始し、その後、タンディッシュの基準収容溶鋼質量の３０質量％以上の溶鋼がタンディッシュ内に溜まった時点で、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入を開始することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、タンディッシュを複数の領域に分割し、分割された各領域に個別に不活性ガスを供給するので、取鍋からの溶鋼の注入位置以外の領域においては迅速に酸素濃度を１体積％以下に低減することができ、そして、酸素濃度が１体積％以下の状態で取鍋から溶鋼を注入するので、タンディッシュにおける溶鋼の酸化を防止することができる。また、タンディッシュの基準収容溶鋼質量の３０質量％以上の溶鋼がタンディッシュ内に溜まった以降にタンディッシュから鋳型への溶鋼の注入を開始するので、この溶鋼を溜める期間に介在物の浮上・分離が促進される。つまり、タンディッシュ内における溶鋼の酸化が防止されるとともに、タンディッシュにおける溶鋼中介在物の浮上・分離が促進されるので、タンディッシュへの溶鋼注入開始時期の鋳片の清浄性を向上させることができる。また、タンディッシュの底部には堰などの仕切りが設置されていないので、鋳造終了時にタンディッシュ内に残留する溶鋼量は少なく、鋳片歩留りを低下させることがなく、且つ、簡単なタンディッシュ構造であるので、タンディッシュの補修作業を妨げることがない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００１４】
先ず、本発明に至った検討結果について説明する。基準収容溶鋼質量が５０トンで２ストランドのタンディッシュを用い、ストランド当たり５トン／分の鋳造条件で、ＳＰＣＣ材（冷間圧延鋼板）用の溶鋼を連続鋳造する際に、取鍋からタンディッシュへ溶鋼を注入する直前のタンディッシュ内雰囲気の酸素濃度を変更する試験を実施し、各試験において得られた鋳片の介在物量を定量分析した。
【００１５】
ここで、タンディッシュの基準収容溶鋼質量とは、設備の仕様から定められる収容溶鋼質量であり、通常、連続鋳造工程の定常部においてタンディッシュに収容される溶鋼質量である。また、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入開始時期は、全ての試験において、タンディッシュ内に３０トンの溶鋼が溜まった時点とした。尚、本発明においては、鋳型への注入開始前にタンディッシュ内に溶鋼を溜めることを「湯溜」と称し、溜まった溶鋼量を「湯溜量」と称す。
【００１６】
図１に、最ボトム部の鋳片の介在物量とタンディッシュ内雰囲気の酸素濃度との関係の調査結果を示す。図１では、各鋳片の介在物量を、タンディッシュ内雰囲気の酸素濃度が１体積％のときの最ボトム鋳片の介在物量を１とする介在物指数で表示している。ここで、最ボトム鋳片とは、空のタンディッシュに注入された溶鋼から最初に鋳造される鋳片のことである。図１に示すように、タンディッシュ内雰囲気の酸素濃度を１体積％以下とすることにより、最ボトム鋳片の介在物量は少なく、良好な品質の鋳片を得られることが明らかになった。
【００１７】
湯溜量を変更する試験を実施した。この試験では取鍋からタンディッシュに溶鋼を注入する直前のタンディッシュ内雰囲気の酸素濃度は何れも１体積％以下の条件に揃えて実施した。各試験で得られた最ボトム鋳片を熱間圧延及び冷間圧延し、冷間圧延後の薄鋼板を介在物センサーで検査し、単位面積当たりの介在物個数を計測した。図２に、薄鋼板における介在物調査結果と湯溜量との関係を示す。図２では、各薄鋼板の介在物量を、湯溜量が２０トンのときの介在物量を１とする介在物指数で表示している。
【００１８】
図２に示すように、湯溜量が１５トン以上になると、つまり湯溜比率が３０質量％以上になると、それ以下の湯溜量に比較して介在物が減少することが明らかになった。ここで、湯溜比率とは、タンディッシュから鋳型内へ溶鋼を注ぐ前に予めタンディッシュ内に溜める溶鋼質量の基準収容溶鋼質量に対する百分率表示の比率である。
【００１９】
ところで、通常、タンディッシュはシール性を確保するために、タンディッシュ本体と蓋との間の空間を閉塞するように設計されている。しかし、溶鋼のオーバーフローを防止するための開口部が必要であることから、完全な密閉性の確保は実質上困難である。また、タンディッシュの蓋及びタンディッシュ本体は、溶鋼の熱の影響による変形が避けられないために、完全な密閉を確保することが難しい。
【００２０】
そこで、完全な密閉性が確保されていなくても、タンディッシュ内雰囲気の酸素濃度を迅速に下げることを目的として、タンディッシュ内を複数の領域に分割し、各領域にそれぞれ不活性ガスを吹き込むことを検討した。具体的には、通常使用しているタンディッシュを用い、タンディッシュの内部を分割しない場合（条件１）と、仕切壁やカーテンにより少なくとも２つ以上に分割した場合（条件２）とで、不活性ガス吹き込みと雰囲気の酸素濃度との関係を調査した。この試験は、雰囲気の酸素濃度の変化を調査することを目的としているので、溶鋼は注入しないで試験した。
【００２１】
試験に使用した２ストランド型のタンディッシュ本体の平面形状を図３に示す。図３に示すように、タンディッシュ本体１の平面形状はＴ字型であり、Ｔ字型タンディッシュの特徴である突出部１Ａに取鍋からの溶鋼の注入点４が形成され、突出部１Ａに注入された溶鋼は両側の溶鋼流出孔３に流れ、この溶鋼流出孔３から鋳型内に注入されるようになっている。突出部１Ａの底部は、他の部位の底部に比べて高くなるように段差が設けられている。
【００２２】
この形状のタンディッシュ本体１において、図４及び図５に示すＰ及びＱの位置（以下「Ｐ位置」、「Ｑ位置」と記す）で酸素濃度を測定した。Ｐ位置は突出部１Ａに、Ｑ位置はタンディッシュ本体１の中央部に位置している。尚、図４及び図５は、タンディッシュ本体１の片側半分のみを、耐火物の内壁面形状で表示している。図４は、条件１の場合、つまりタンディッシュ本体１の内部を分割しない場合を示し、図５は、条件２の場合、つまり突出部１Ａとその他の部位との境界である段差部に仕切壁５を設け、タンディッシュ本体１を２つに分割した場合を示している。試験の際には、条件１及び条件２ともに、タンディッシュ本体１の上には蓋（図示せず）を載せている。但し、突出部１Ａに載せる蓋には、取鍋の底に取り付けられたロングノズル（図示せず）が挿入される開口部が設けられており、また、突出部１Ａの側壁には、所定量以上の溶鋼がタンディッシュ本体１に注入された際のオーバーフローを防止するための切欠部２が設けられている。つまり、切欠部２から優先的に溶鋼が流出するように構成されている。
【００２３】
これらのタンディッシュを用い、溶鋼流出孔３をスライディングノズル（図示せず）により閉鎖し、１分間当たり８Ｎｍ3 の窒素ガスを不活性ガスとして吹き込んで時間経過に伴うタンディッシュ内雰囲気の酸素濃度の変化を調査した。条件２の場合は、分割された領域の体積に応じて８Ｎｍ3の窒素ガスを個別に分配した。条件１も条件２と同様の条件とした。窒素ガスの噴射位置は、図４及び図５に示すＰ位置及びＱ位置の近傍とした。尚、Ｐ位置及びＱ位置は、鉛直方向ではタンディッシュ本体の上面に相当する。
【００２４】
酸素濃度の測定結果を図６及び図７に示す。図６は条件１の結果を示し、図７は条件２の結果を示している。条件１では、図６に示すようにＰ位置及びＱ位置の何れの場所でも酸素濃度は５体積％程度までしか低下していないが、条件２では、図７に示すようにＱ位置では４分経過以降から酸素濃度は１体積％以下に低下することが明らかになった。
【００２５】
これらの結果から、タンディッシュ内雰囲気の酸素濃度を１体積％以下に低減してからタンディッシュへの溶鋼の注入を開始するとともに、湯溜比率が３０質量％以上になるように湯溜を行った後に鋳型への注入を開始することで、品質の良好な鋳片を得られることが明らかになった。この場合に、タンディッシュ内雰囲気の酸素濃度を一様に１体積％以下に低減することは極めて困難であるが、タンディッシュ内を複数の領域に分割し、各領域に個別に不活性ガスを供給することによって、酸素濃度の高い領域を取鍋からの溶鋼注入箇所に制限することができ、つまり、タンディッシュのほとんどの部分の酸素濃度を低減することができ、タンディッシュ内雰囲気の全体の酸素濃度を低減した場合と同様に品質の良好な鋳片を得られることが分かった。
【００２６】
タンディッシュ内を複数の領域に分割する際に、タンディッシュ内の空間の鉛直方向上部の８０体積％以上の範囲を分割すればよいことが分かっている。当然ながら、タンディッシュの鉛直方向全体に亘って分割すれば不活性ガスの置換が迅速になるが、供給する不活性ガスは常温であり、加熱昇温したタンディッシュ内に常温の不活性ガスを供給すると、タンディッシュ内の加熱された雰囲気空気に比べて、相対的に温度が低く重い不活性ガスがタンディッシュの底部に滞留する。つまり、タンディッシュの底部から優先的に不活性ガスの置換が進行する。従って、タンディッシュの底部側を開放していても不活性ガスの置換速度には大差が生じず、迅速に雰囲気の酸素濃度を低減することができる。また、タンディッシュの底部側を開放することにより、鋳造終了時のタンディッシュ内残溶鋼を少なくすることができる。耐火物などを用いてタンディッシュの鉛直方向全体に亘って分割する場合には、当然ながら溶鋼の流路となる開口部を設置するが、開口部を設置したとしても、鋳造終了時のタンディッシュ内残溶鋼は増加する。
【００２７】
本発明はこれらの検討結果に基づきなされたものであって、本発明に係る鋼の連続鋳造方法は、鉛直方向上部の８０体積％以上の範囲を複数の領域に分割したタンディッシュを用い、タンディッシュに設置された溶鋼流出孔を閉鎖した後、複数に分割された各領域に不活性ガスを個別に供給しつつ酸素濃度を測定し、各領域のうちで取鍋からの溶鋼の注入位置以外の領域における酸素濃度が１体積％以下になった以降に取鍋からのタンディッシュへの溶鋼の注入を開始し、その後、タンディッシュの基準収容溶鋼質量の３０質量％以上の溶鋼がタンディッシュ内に溜まった時点で、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入を開始することを特徴とする。
【００２８】
タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入を開始した以降は、通常の連続鋳造操業を行えばよい。つまり、タンディッシュには基準収容溶鋼質量に相当する量の溶鋼を注入し、鋳型内に注入された溶鋼は適宜の鋳造速度で鋳型から引き抜けばよい。
【００２９】
タンディッシュ内を複数の領域に分割する際に、取鍋からの溶鋼の注入点の範囲は酸素濃度が低減しにくいので、酸素濃度の高い範囲を狭くする観点から、取鍋からの溶鋼の注入点を含む範囲は可能な限り狭くなるように分割することが好ましい。また、多数に分割するほど、雰囲気の酸素濃度は低下しやすくなるが、２以上に分割される限り、幾つに分割しても構わない。分割するための材料は、一般的には耐火物とするが、タンディッシュ内に所定量の溶鋼が滞留した以降には存在する必要はないので、溶鋼に対しては耐えられないものの、タンディッシュの加熱時には耐えられる、例えば耐熱性の織布などを使用してもよい。
【００３０】
本発明はタンディッシュへの溶鋼の注入開始時期に適用されるものであり、具体的には、連々鋳（１ヒートのみの連続鋳造も含む）の鋳造開始時期及び連々鋳のタンディッシュ交換時期に適用することができる。
【００３１】
本発明によれば、鋳片歩留りを低下させることなく、タンディッシュへの溶鋼注入開始時期の鋳片の清浄性を向上させることができる。
【実施例１】
【００３２】
基準収容溶鋼質量が５０トンで、２ストランド型である、前述した図４及び図５に示す形状のタンディッシュを用い、ＳＰＣＣ材用の溶鋼を幅１２００ｍｍ、厚み２５０ｍｍの鋳片に連続鋳造する際に、不活性ガスの供給量や湯溜量を変更し、溶鋼の品質を調査する試験を実施した。
【００３３】
即ち、タンディッシュの内部を分割していない図４に示すタンディッシュと、タンディッシュを２分割した図５に示すタンディッシュとを用い、取鍋からタンディッシュに溶鋼を注入する前、タンディッシュ内雰囲気の酸素濃度を測定しながら、タンディッシュ内に１分間当たり５Ｎｍ3 の窒素ガスを不活性ガスとして分割した領域に個別に供給し、窒素ガスを供給した以降、所定時間経過した時点で取鍋からロングノズルを介してタンディッシュに溶鋼を注入し、湯溜量を５〜２０トンの範囲に変更してタンディッシュから鋳型への注入を開始した。
【００３４】
鋳造後、得られた最ボトム鋳片を熱間圧延及び冷間圧延して、板厚０．４ｍｍの薄鋼板とした。この薄鋼板を介在物センサーで検査し、薄鋼板の１ｍ2 当たりで検出された１０μｍ以上の介在物個数によって品質を評価した。表１に、鋳造条件及び品質評価結果などの試験結果を示す。尚、表１の品質評価の欄の◎印は、薄鋼板表面の１ｍ2中に検出された１０μｍ以上の介在物個数が０．１個未満、○印は、前記介在物個数が０．１個以上０．３個未満、×印は、前記介在物個数が０．３個以上であることを表しており、何れのユーザーへも問題なく提供できる品質レベルは◎印である。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
表１からも明らかなように、タンディッシュの内部を分割しない試験番号１，２では、取鍋開口時のＱ位置における酸素濃度が高く、良好な品質の鋳片を得ることができなかった。試験番号３は、内部が分割されたタンディッシュを用いたが、取鍋開口時のＱ位置における酸素濃度が９体積％と高く、しかも、湯溜量も少なく、良好な品質の鋳片を得ることができなかった。試験番号４は、取鍋開口時のＱ位置における酸素濃度が２．５体積％であり、管理値に比べて若干高く、また、湯溜量も若干少なく、品質レベルは○印であった。これらに対して、取鍋開口時のＱ位置における酸素濃度が１体積％以下であり、湯溜量が１５トン以上である、つまり湯溜比率が３０質量％以上である、本発明範囲内の試験番号５，６では、良好な品質の鋳片を得ることができた。但し、試験番号６では湯溜のために試験番号５に比べて１分間余分に費やしており、生産性と品質とを同時に満足する条件としては、試験番号５の条件が好適であることが確認できた。
【００３７】
また、本発明はタンディッシュの基準収容溶鋼質量が５０トンの場合のみならず、２０トン、８０トンなど大小各サイズで適用可能であって、その場合の必要な湯溜比率は３０質量％、タンディッシュ内雰囲気の酸素濃度の管理値は、タンディッシュのサイズに拘らず全て１体積％である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】最ボトム部の鋳片の介在物量とタンディッシュ内雰囲気の酸素濃度との関係を示す図である。
【図２】薄鋼板における介在物調査結果と湯溜量との関係を示す図である。
【図３】試験に使用したタンディッシュ本体の平面形状を示す図である。
【図４】タンディッシュの内部を分割しないときのタンディッシュ本体の片側半分を示す斜視図である。
【図５】タンディッシュの内部を分割したときのタンディッシュ本体の片側半分を示す斜視図である。
【図６】条件１における酸素濃度の測定結果を示す図である。
【図７】条件２における酸素濃度の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
【００３９】
１  タンディッシュ本体
２  切欠部
３  溶鋼流出孔
４  注入点
５  仕切壁
【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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