(57)【要約】【課題】浸漬ノズル内面への酸化物などの付着を防止し、表面品質の良好な鋳片を製造できる連続鋳造方法を提供する。【解決手段】浸漬ノズルの内表面の一部あるいは全部を鋼の融点以上の温度で電気伝導性を有する耐火物で構成し、さらに耐火物の内表面にＳｉＯ２を主成分とし融点が８００℃以上の酸化防止剤を塗布し、耐火物を介して浸漬ノズルの内部を流れる溶鋼流に通電しながら鋳造する鋼の連続鋳造方法。Ｃを０．００５質量％未満含有する極低炭素鋼の場合に、付着物の低減効果が大きい。溶鋼中へ５〜１５ＮＬ／ｍｉｎのガスを吹き込むことが好ましく、また、浸漬ノズルを負の電位として通電することが好ましい。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
浸漬ノズルの内表面の一部あるいは全部を鋼の融点以上の温度で電気伝導性を有する耐火物で構成し、さらに該耐火物の内表面にＳｉＯ２を主成分として含有し融点が８００℃以上の酸化防止剤を塗布し、前記耐火物を介して前記浸漬ノズルの内部を流れる溶鋼流に通電しながら鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記の鋼が、Ｃを０．００５質量％未満含有する極低炭素鋼であることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
【請求項３】
タンディッシュのスライディングゲートより上方に溶鋼中へのガス吹き込み機構を配設し、該ガス吹き込み機構から５〜１５ＮＬ／ｍｉｎのガスを吹き込む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】
浸漬ノズルの内表面の電気伝導性を有する耐火物として、比抵抗の値が５×１０−５〜１×１０−３Ωｍである材質を使用す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。
【請求項５】
浸漬ノズルを負の電位、溶鋼を正の電位として通電することを特徴とする請求項１〜４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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳造時に付着物の形成によりノズル閉塞を起こしやすい鋼種を対象とする連続鋳造において、付着物の生成を防止し、鋳片品質を向上させることのできる溶鋼の連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造では、タンディッシュから水冷銅鋳型に溶鋼を供給する浸漬ノズルの内面に酸化物や地金などが堆積し、ノズルが閉塞することがある。このような閉塞が発生すると、鋳型内の溶鋼流動に「片流れ」などが生じやすく、「湯面変動」や「パウダー巻き込み」を惹起して鋳片表面の品質低下を招く。
【０００３】
極低炭素鋼は、一般の炭素鋼と比べて炭素濃度が低いために酸素濃度が高くなる。さらに、多くの場合、Ｔｉを添加していることもあり、ノズル閉塞が発生する頻度が高い。一方では、自動車用鋼板や家電製品などのように、美麗さを要求される用途が多く、したがって、表面品質の要求レベルが高い。このような状況下においては、ノズルの閉塞が特に大きな問題となり、このノズル閉塞の原因となるＡｌ酸化物などの堆積を防止する技術の開発が必要となる。
【０００４】
鋼を高い生産性で連続的に製造する方法として、連続鋳造法が知られている。この連続鋳造法は、タンディッシュ内に収容された溶鋼を、その下部に設けられた浸漬ノズルを通して、上下が開放された鋳型の上部に供給し、鋳型内で凝固殻を形成させて、その後、鋳型下部から引き抜いて鋳片を連続的に製造する方法である。このタンディッシュ内に収容された例えばＡｌ脱酸された溶鋼を鋳型内に供給する際、溶鋼中のＡｌの酸化物などが浸漬ノズル内面に付着しやすく、浸漬ノズル内の溶鋼の流れが阻害される。
【０００５】
そのため、通常、スラブの連続鋳造に用いられている例えば２つの吐出孔を有する浸漬ノズルの場合には、片方の吐出孔からの吐出流が強くなるなど、双方の吐出孔からの吐出流が均等とならず、いわゆる鋳型内の溶鋼の流れが「片流れ」になりやすい。この「片流れ」が発生すると、鋳型内の溶鋼表面に添加したモールドパウダが溶鋼中に巻き込まれる。また、浸漬ノズルの内面に付着したＡｌの酸化物などが剥離した場合には、この剥離したＡｌの酸化物などが溶鋼中に巻き込まれる。
【０００６】
鋳型内の溶鋼中に巻き込まれたモールドパウダやＡｌの酸化物などは、鋳型内の凝固殻に捕捉されて、鋳造後の鋳片の表層部に欠陥を発生しやすい。これらの鋳片の表層部の欠陥は、その鋳片を素材として圧延された製品の表面または内部欠陥の原因となる。極低炭素鋼は、自動車や家電製品の外装など美麗さを要求される部分に使用されることが多く、このような表面庇の問題に対しては、特に高い品質レベルが要求される。また、浸漬ノズルの内面に付着したＡｌの酸化物などの付着量が増加し、浸漬ノズルが閉塞された場合には、連続鋳造操業を中断せざるを得なくなる。
【０００７】
このため、例えば、非特許文献１には、浸漬ノズルの内面に溶鋼中のＡｌの酸化物などが付着するのを防止するために、スライディングノズルおよび上ノズルからアルゴンガスを吹き込む方法が開示されている。
【０００８】
また、特許文献１および特許文献２には、浸漬ノズル内を通過する溶鋼中に不活性ガスを吹き込む方法が開示されている。このうち、特許文献１に開示された方法は、浸漬ノズル内を通過する溶鋼量に応じて、溶鋼中への不活性ガスの吹き込み量を調整する方法である。
【０００９】
上記のいずれの方法も、浸漬ノズルなどから不活性ガスを吹き込むことを必須としているが、不活性ガスの吹き込み量が少ないと、浸漬ノズル内面などへの溶鋼中のＡｌの酸化物などの付着を防止することができない。また、不活性ガスの吹き込み量が多過ぎると、不活性ガスの気泡が鋳型内の凝固殻に捕捉され、鋳片表層部に気泡性の欠陥が発生し、この鋳片を素材とする製品に表面欠陥が発生する。したがってＡｒガス吹き込み量には自ら適正範囲がある。
【００１０】
前記の特許文献２に開示された方法は、浸漬ノズルの内壁に設けられた気体吹き込み用の多孔質耐火物と溶鋼との間に、交流または直流電流を通電しつつ、溶鋼中にガスを吹き込む方法である。この方法では、不活性ガスを浸漬ノズルの内面から溶鋼中に吹き込むことにより、Ａｌの酸化物などが浸漬ノズルの内面に付着することを防止している。また、気体吹き込み用の多孔質耐火物と溶鋼との間に通電することにより溶鋼に電磁力が作用し、この電磁力の大きさにより、発生する気泡の径が決定されるので、時間の経過とともに多孔質耐火物の孔径が大きくなっても、吹き込んだ気体の気泡径が大きくならず、したがって、鋳型内の凝固殻に捕捉される気泡の径も小さくなるので、製品に表面欠陥などが発生しにくいとされている。
【００１１】
しかし、この特許文献２に開示された方法では、気体吹き込み用の多孔質耐火物と溶鋼との間に１００Ａもしくは２００Ａの直流電流、または交流電流を連続して通電するため電流密度が大きく、通常の緻密質の耐火物に比べて脆弱な多孔質耐火物への電気的および熱的負荷が大きくなって、多孔質耐火物が長時間の鋳造には耐えないという問題があった。
【００１２】
これに対して、特許文献３には、浸漬ノズルの内面に固体電解質を使用して通電することにより、酸素ポンプ作用を利用してノズルの閉塞を防止する方法が開示されている。しかし、高価な固体電解質をノズルに使用すると製造コストの増加につながるため、現実には実施が難しい。
【００１３】
このように、浸漬ノズルの内面に溶鋼中のＡｌの酸化物などが付着するのを確実には防止できていないのが現状である。また、浸漬ノズルの内面に溶鋼中のＡｌの酸化物などが付着するのを防止することができても、鋳片表層部に気泡性の欠陥が発生し、この鋳片を素材とする製品に表面欠陥が発生する場合がある。そこで、不活性ガスの吹き込み量を減少させるか、または吹き込まなくても浸漬ノズルなどの溶融金属と接する内面へのアルミナなどの付着を防止できる技術が待望されてきた。
【００１４】
これに対して、本発明者らは、特許文献４において、浸漬ノズルやスライディングゲートなどの、付着を防止したい部分に電気伝導性を有する耐火物を使用し、この耐火物を介して溶鋼に通電しながら鋳造することにより、Ａｌの酸化物などの付着を顕著に抑制できる方法を開示し、また、導電性材質のより好ましい電気伝導率や材質、通電条件などについても開示した。さらに、特許文献５では、浸漬ノズルに適した材質および物性値などを開示した。
【００１５】
特許文献４や特許文献５に開示された方法および装置は、連続鋳造装置の溶鋼供給系に通電回路を設置し、電極を施工するなどの必要があるものの、耐火物材質としては必ずしも特段の高価な材質を使用しなくても、ノズル閉塞の防止効果が得られ、冷間圧延後の板材の表面品質を向上させることができる優れた技術である。しかし、実際の連続鋳造操業においては、成分組成や溶鋼の清浄度、さらには品質要求レベルが変化するため、浸漬ノズル内面へのＡｌ酸化物の付着状況や鋳片表面の欠陥にもばらつきが発生し、これらが時として品質上の問題となることがあった。
【特許文献１】
特開平４−３１９０５５号公報（特許請求の範囲および段落［０００６］〜［００１５］）
【特許文献２】
特開平６−１８２５１３号公報（特許請求の範囲および段落［０００７］）
【特許文献３】
特開平２−２５１３４７号公報（特許請求の範囲および２頁左下欄）
【特許文献４】
特願２００１−３８７９４７号公報（特許請求の範囲および段落［００２０］〜［００２６］）
【特許文献５】
特願２００１−３９８１８５号公報（特許請求の範囲および段落［００１２］〜［００１４］）
【非特許文献１】
金子敏行、大野剛正、溝口庄三：  鉄と鋼、Ｖｏｌ．６６、Ｓ８６８
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、付着物の形成によりノズル閉塞を起こしやすい鋼種を対象とする連続鋳造において、浸漬ノズル内面へのＡｌ酸化物などの付着量を低減し、表面品質の良好な鋳片の製造方法を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上述の課題を解決するために、溶鋼中に耐火物試料棒を浸漬、回転させて付着物の付着量低減条件を調査する基礎試験、および連続鋳造機による鋳造試験を行い、下記の（ａ）〜（ｄ）の知見を得た。
【００１８】
（ａ）浸漬ノズル耐火物の内表面へのＡｌ酸化物などの付着量は、耐火物表面に塗布する酸化防止剤の種類、融点および塗布状態により大きく影響を受け、ＳｉＯ２を主成分として含有し融点が８００℃以上の酸化防止剤を塗布した場合に、酸化物付着量の低減効果が大きい。
【００１９】
（ｂ）Ｃ含有量が０．００５質量％未満の極低炭素鋼は、ノズル閉塞が発生しやすく、しかも高い表面品質レベルを要求されることが多いため、その鋳造時には、上記（ａ）に記載の酸化防止剤をノズル耐火物の内表面に塗布すれば、付着物低減の効果が大きく、好ましい。
（ｃ）浸漬ノズルの内表面には電気伝導性を有する耐火物として、比抵抗の値が５×１０−５〜１×１０−３Ωｍである材質を使用すると、付着物の低減効果が大きく、好ましい。
（ｄ）さらに、スライディングゲートよりも上方の位置からの溶鋼中へのガス吹き込み、および、浸漬ノズルを負の電位とし、溶鋼を正の電位とする溶鋼中への通電のいずれかまたは両方を併用すると、付着物の低減効果がさらに向上し、好ましい。
【００２０】
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、その要旨は、下記の（１）〜（５）に示される鋼の連続鋳造方法にある。
【００２１】
（１）浸漬ノズルの内表面の一部あるいは全部を鋼の融点以上の温度で電気伝導性を有する耐火物で構成し、さらに該耐火物の内表面にＳｉＯ２を主成分として含有し融点が８００℃以上の酸化防止剤を塗布し、前記耐火物を介して前記浸漬ノズルの内部を流れる溶鋼流に通電しながら鋳造する鋼の連続鋳造方法。
【００２２】
（２）前記（１）に記載の鋼の連続鋳造方法において、鋳造される鋼がＣを０．００５質量％未満含有する極低炭素鋼の場合に、付着物の低減効果が大きく好ましい。
【００２３】
（３）前記（１）または（２）に記載の鋼の連続鋳造方法において、タンディッシュのスライディングゲートより上方に溶鋼中へのガス吹き込み機構を配設し、該ガス吹き込み機構から５〜１５ＮＬ／ｍｉｎのガスを吹き込むことが好ましい。
（４）前記（１）〜（３）のいずれかに記載の鋼の連続鋳造方法において、浸漬ノズルの内表面の電気伝導性を有する耐火物として、比抵抗の値が５×１０−５〜１×１０−３Ωｍである材質を使用することが好ましい。
（５）前記（１）〜（４）のいずれかに記載の鋼の連続鋳造方法において、浸漬ノズルを負の電位、溶鋼を正の電位として通電することが好ましい。
なお、本発明において、「酸化防止剤」とは、鋳造前の予熱中に浸漬ノズル中の炭素分の燃焼などを防止し、耐火物を保護するために表面に塗布する塗布剤を意味し、例えば、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＴｉＯ２、アルカリまたはアルカリ土類金属の酸化物、Ｂ２Ｏ３などを主成分とし、有機あるいは無機質のバインダーや溶剤と混合したものなどがこれに該当する。
【００２４】
また、「ＳｉＯ２を主成分として含有する」とは、酸化防止剤中の水分、アルコール分、バインダなどの液体分を蒸発乾燥させた後、酸化防止剤の乾燥質量に占めるＳｉＯ２の質量の比率が５０質量％以上であることを意味する。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、浸漬ノズルの閉塞防止方法を検討するために下記に概要を示す耐火物棒の回転浸漬装置を使用して基礎試験を行った。
【００２６】
図１は、本発明の基礎となる知見を得るために使用した基礎試験装置の模式図である。試験では、５ｋｇの雰囲気調整可能な高周波誘導加熱炉２５を用いて坩堝２４中で鋼を溶解し、その温度を１５５０℃±５℃に維持して直径２０ｍｍの耐火物棒２２を試料回転装置２８により回転させながら溶鋼２１中に約７０ｍｍの深さまで浸漬した。
【００２７】
極低炭素鋼により母材を作成してＡｒガス雰囲気中で溶解し、Ａｌのみを改めて添加して溶鋼中の溶存Ａｌ濃度が０．０８質量％程度になるように調整した。溶鋼中には、試料の耐火物棒２２の他に、鋼線２３をアルミナチューブ２９で被覆した電極を浸漬して、耐火物棒との間で通電可能な構造とした。電源２７には電圧制御の直流電源を使用した。
【００２８】
種々の条件で９０分間浸漬して試験した後、表面の付着物を削り取り、その重量を測定した。付着物には地金と呼ばれる金属分を含む場合があるが、これを磁力選別により除去して付着物重量の測定を行った。
【００２９】
試料棒にはアルミナグラファイトを使用し、酸化防止剤を塗布しない条件、ＳｉＯ２系の酸化防止剤を塗布した条件、Ａｌ２Ｏ３系の酸化防止剤を塗布した条件で、それぞれ通電時の極性を変化させて試験した。以下に、上記の試験結果ならびに本発明の範囲の限定理由および好ましい態様について説明する。
【００３０】
１）酸化防止剤の成分
図２は、耐火物表面の付着物量に及ぼす酸化防止剤の塗布状況および通電条件の影響を示すグラフであり、同図の結果より前記の知見（ａ）および（ｃ）が導かれた。通電した場合には、通電しない場合に比して、いずれの条件の場合においても、付着物量は減少している。また、酸化防止剤を塗布しない場合およびＡｌ２Ｏ３を主成分とする酸化防止剤を塗布した場合には、電流を増加しても付着物量に大きな差異は認められなかったのに対して、ＳｉＯ２を主成分とする酸化防止剤を塗布した場合には、付着量が顕著に減少した。
【００３１】
以上の結果から、塗布する酸化防止剤はＳｉＯ２を主成分とする必要のあることが判明した。
【００３２】
また、酸化防止剤の主要成分とは、酸化防止剤の塗布時に含有する水分、アルコール分、およびバインダなどの液体分を乾燥させた後の質量割合で５０質量％程度以上を含有する成分を意味する。融点を調整するためにアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、さらにはＢ２Ｏ３などが混合されていてもよい。さらに、連続鋳造用耐火物としての性能を確保するために、酸化防止剤自体の強度、剥離性、耐食性などの向上を目的として、ＺｒＯ２やＡｌ２Ｏ３などの他の酸化物、ＳｉやＡｌなどの金属粉その他塩類などの成分を混合することもできる。
【００３３】
酸化防止剤の塗布方法には、刷毛塗りの他に吹き付けや浸漬などの方法があるが、本発明ではいずれの方法であってもよい。主成分がＳｉＯ２であることが重要である。また、融点や主成分の異なる酸化防止剤を多層塗りすることも可能であり、その際には最も融点の高い層の融点が後述するように８００℃以上であり、層全体での主成分がＳｉＯ２であればよい。
【００３４】
２）酸化防止剤の融点
酸化防止剤の粘度は、温度が上昇して融点に近づくにつれて徐々に低下するが、ある一定温度以上では温度上昇に対して勾配が緩やかになる。この急激に粘度が変化する屈曲点に相当する温度を融点とした。
【００３５】
浸漬ノズル内表面に塗布する酸化防止剤には、前述のように付着防止効果の他に、酸化防止機能がある。すなわち、通常、鋳造開始前に耐火物の熱衝撃による損傷を防止し、溶鋼の凝固による閉塞を防止するために予熱を行うので、その間には少なくとも表面に残存し、ノズルの構成成分である炭素などの酸化を防止する機能が要求される。したがって、酸化防止剤は、通常の予熱温度である１１００〜１３００℃において、ノズル耐火物の表面に残存していることが必要であり、そのためには、融点は８００℃以上である必要がある。なお、好ましい融点の範囲は、１０５０℃以上である。
３）酸化防止剤の塗布厚さ
酸化防止剤の塗布厚さが１．０ｍｍを超えると、通電抵抗が増大して浸漬ノズルからその内部を流れる溶鋼に通電するための必要電圧が増加する。また、上記の試験においても、酸化防止剤自体が一部剥離する現象が認められた。この剥離現象は、酸化防止剤を均一の厚さに塗布し、さらにノズルの予熱中にもこの状態を維持することが困難となることを示している。予熱中に剥離が生じると、予熱によりノズル中の炭素分が燃焼し、局所的に損耗したり脆弱な部分が生成し、鋳造中のノズル折損の原因ともなる。
【００３６】
これに対して、塗布厚さを０．３ｍｍ未満にすると、通電による付着防止効果が減少することが判明した。さらに塗布や予熱の過程で酸化防止剤が喪失する部分が発生し、浸漬ノズル内面の局部的な酸化や損耗の原因となる。したがって、酸化防止剤の塗布厚さは、０．３〜１．０ｍｍの範囲が好ましい。
４）通電条件
通電する電流は、直流または交流、さらには間欠的な通電であっても構わないが、前記の図２に示されたとおり、浸漬ノズルを電源の負極に接続して通電する場合に、最も付着防止効果が大きい。とくに、ＳｉＯ２を主成分とする酸化防止剤を塗布した条件では付着防止効果が顕著となる。したがって、ＳｉＯ２を主成分とする酸化防止剤を塗布し、浸漬ノズルを負の電位として通電することが好ましい。
【００３７】
印加電圧は１〜４０Ｖの範囲が好ましい。印加電圧が１Ｖ未満では、充分な付着物低減効果を得るために必要な電流が流れない。また、４０Ｖを超えると、感電の危険があるのみでなく、漏電した際には周辺機器の誤動作などを招く危険性がある。より好ましい範囲は、２〜２０Ｖである。
【００３８】
電流は、通電経路の抵抗と印加電圧により決まり、１０〜２００Ａが好ましい。電流が１０Ａ未満ではノズル閉塞防止効果が得られにくい。また、２００Ａを超える電流を流すためには配線が大がかりになり、局所的に発熱する危険がある。
【００３９】
また、電極の設置方法は、浸漬ノズル内表面を鋼の融点以上の温度で電気伝導性を有する耐火物により構成し、これに電気的に接続するように浸漬ノズルに直接電極を取り付ける方法であってもよいし、また、浸漬ノズルを把持するホルダーに電極を設置し、該ホルダーから浸漬ノズル耐火物を介して、その内表面側に存在する電気伝導性を有する耐火物に通電する方法であってもよい。
【００４０】
５）耐火物の比抵抗および材質
耐火物材質を種々変更して付着防止効果を調査した。その結果、通電による付着防止効果は耐火物の比抵抗により変化することを知見した。比抵抗は、試作した１５ｍｍ×１５ｍｍ×１００ｍｍの耐火物棒に４本の黒鉛製端子を埋め込み、４端子法により種々の温度において測定した。本来は、タンディッシュ内の溶鋼温度から鋳造中の浸漬ノズル内での溶鋼温度における耐火物データが必要であるが、溶鋼温度においては、高温のため安定して比抵抗の測定が行えないため、１３００℃での測定値を代表値とした。なお、１３００℃での比抵抗の値は、溶鋼温度での比抵抗の値と１０％程度の差を有するのみであり、代表性は充分確保されていることを確認している。測定の結果、比抵抗は、Ｃ含有量などの成分および耐火物原料の粒度の変化により影響を受けることが判明した。
【００４１】
成分系としてはアルミナ−カーボン系、ジルコニア−カーボン系、さらにはシリカなどを添加した成分系の耐火物試験片を種々製作して、ＳｉＯ２系の酸化防止剤を塗布し、前記の図１に示した試験装置を用いて、９０分浸漬後の付着物の付着量を調査した。
【００４２】
図３は、耐火物の比抵抗と付着防止効果との関係を示す図であり、縦軸の値は、通電しない場合に対して、耐火物試験片側に−１Ｖの電圧をかけて通電した場合の付着量の減少量を示している。通電するためには、耐火物は比抵抗の小さい材質のものが好ましいが、比抵抗の小さい材質は付着防止効果が小さい。比抵抗が５×１０−５Ωｍを超えて大きくなると付着防止効果はほぼ飽和する。他方、比抵抗が１×１０−３Ωｍ以上になると、抵抗が大きくなり、通電するために必要な印加電圧が大きくなるとともに、電極から離れた部分における電流密度が低下する。
【００４３】
したがって、浸漬ノズル内面の耐火物材質としては、比抵抗が５×１０−５〜１×１０−３Ωｍの範囲であることが好ましい。なお、浸漬ノズル内部の広い範囲で均一な付着防止効果を得るために、１×１０−４Ωｍ以上の比抵抗となる材質を使用する場合には、電気伝導性を有する耐火物の背面側に、より比抵抗の小さい材質の耐火物を配設して、電流密度の均一化を図ることが一層好ましい。
【００４４】
上述の結果から、浸漬ノズル材質としては、アルミナグラファイトやジルコニアグラファイトが使用できる。アルミナグラファイトやジルコニアグラファイトにも種々構成成分の異なる材質のものがあるが、Ｃ含有率は１０質量％以上あれば必要な導電率が得られる。より好ましくは、Ｃ含有率は１５質量％以上である。ＳｉＯ２など他の含有成分には特に制約はない。
【００４５】
内表面の閉塞防止効果を高めるために高Ａｌ２Ｏ３やＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３スピネルを内装した構造のノズルがあるが、このような材質のものは導電率が低く、本発明法の実施には適当でない。ＣａＯにより安定化させたＺｒＯ２などの固体電解質も導電性材質として使用可能であるが、製造コストが高くノズル材質として使用することは適当ではない。
【００４６】
６）適用鋼種
前述のように、極低炭素鋼は、一般の炭素鋼と比べて炭素濃度が低いために酸素濃度が高くなり、ノズルが閉塞しやすい。一方では、自動車用鋼板や家電製品の外板など表面品質が重要視される用途が多く、表面品質の要求レベルが高いことから、ノズルの閉塞を回避することが特に重要である。
【００４７】
上述の理由から、本発明の方法は、鋼中のＣ含有量が０．００５質量％未満の極低炭素鋼に適用すると効果が大きく、好ましい。
【００４８】
なお、Ｓｉ−Ｍｎ脱酸鋼などのＡｌ脱酸を行わない鋼種やＣａ処理鋼においては、浸漬ノズルの閉塞が問題となることは少ないので、本発明法を適用する必要性は少ないが、Ｔｉ脱酸鋼、Ｚｒ添加鋼、希土類元素添加鋼など、Ａｌ２Ｏ３以外の付着物を生成し、これらによりノズルの閉塞を起こす可能性の高い鋼種については、同様の付着物防止効果が得られる。
７）溶鋼中へのガス吹き込み
溶鋼中へのガスの吹き込みは、ノズル閉塞防止効果を高めるのみならず、タンディッシュやスライディングゲートを再使用するときに、初期の開口のために必要である。このためには、ガスの吹き込みは、スライディングゲートよりも上方に位置で吹き込む必要がある。具体的な吹き込み位置は、上ノズルやスライディングゲートの上プレートが好ましく、それらのいずれであってもよい。また、吹き込み機構は、ポーラス耐火物を使用する方法や耐火物にレーザーなどにより微細な穴加工を施した機構などが好ましく、いずれの方法であってもよい。
【００４９】
ガスの吹き込み量は、５〜１５ＮＬ／ｍｉｎの範囲とすることが好ましい。ガスは、鋳造中に継続して溶鋼中に流入させることが重要であり、このためには５ＮＬ／ｍｉｎ以上の流量で吹き込むことが好ましい。他方、１５ＮＬ／ｍｉｎを超えて多量に吹き込むと、鋳片に吹き込みガスの気泡に起因するピンホールが発生しやすく、表面品質が悪化しやすいので好ましくない。
【００５０】
吹き込みガスの種類は、溶鋼成分に悪影響を与えず、溶解度も小さいＡｒガスが適当であるが、他の不活性ガスやそれらのガスとの混合ガスなどであってもよい。吹き込みガスはノズルを経て鋳型内に持ち込まれるものと、タンディッシュ内で浮上するものとに分かれるが、その割合は鋳造条件により変化する。したがって、ガス吹き込み量は、連続鋳造操業における鋳型内の湯面安定性や要求される鋳片表面品質などを勘案して決定すればよい。
【００５１】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、連続鋳造装置を使用して種々の条件で鋳造試験を行い、ノズルの閉塞状況と圧延後の薄板の表面品質を評価した。
図４は、浸漬ノズルからその内部の溶鋼流に通電しながら鋳造した本発明の連続鋳造方法の例を模式的に示した図である。垂直曲げ型で２ストランドの連続鋳造機を使用して、厚さ２７０ｍｍ、幅１１００〜１６００ｍｍの鋳片を、鋳造速度１．６〜１．７ｍ／分で鋳造した。鋳造量としては、２７０トンの溶鋼を５〜７ヒート連続して鋳造した（以下「５〜７連鋳」と記す）。
【００５２】
取鍋からタンデイツシュ１に供給された溶鋼８は、上ノズル２、タンディッシュ底部に取り付けられたスライディングゲート３の上プレート３１、可動プレート３３、および下プレート３２の各流通孔、次いで、スライディングゲートの下部に設置された浸漬ノズル４を通り、吐出孔４ａから両端開放鋳型９に鋳込まれた。鋳込まれた溶鋼は、鋳型９および二次冷却により冷却され、凝固シェル１０を形成しながら下方に引き抜かれた。
【００５３】
溶鋼への通電は、電源７と浸漬ノズル４に設置した電極６との間、および電源７とタンディッシュ内の溶鋼８に浸漬したアルミナグラファイト製の棒状電極５との間をそれぞれケーブル線７ａで接続し、電力を供給することにより行った。鋳造中は、３層式のスライディングゲートの上プレート３１にガス吹き込みチャンネルを設け、ここから所定量のＡｒガスを吹き込んだ。
【００５４】
浸漬ノズル４にはアルミナグラファイト製の内径９０ｍｍ、吐出孔４ａを２個備えたものを使用した。浸漬ノズル内面には、比抵抗を変化させるために成分組成を変化させた３種類の材質Ａ、ＢおよびＣの耐火物を使用した。表１に、それらの内管部分の化学組成、および予め測定した１３００℃における比抵抗の値を示す。
【００５５】
【表１】
2004330256.tif 000003
【００５６】
また、連続鋳造には、ＡｌおよびＴｉを添加したＣ含有量が０．００５質量％未満の鋼番号１、Ｃ含有量が０．００５質量％以上の鋼番号２、およびＴｉ脱酸したＣ含有量が０．００５％未満の鋼番号３の３種類の溶鋼を用いた。表２にこれらの主要成分を示す。なお、鋼番号１ではＡｌとともにＴｉも添加しているが、鋼中の酸化物系介在物の組成はＡｌ２Ｏ３であり、ノズル内付着物もＡｌ２Ｏ３が主体であって、Ａｌ脱酸鋼に属する。
【００５７】
【表２】
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【００５８】
浸漬ノズルは、鋳造開始前に表面温度が約１２００℃となるようにバーナーで予熱し、鋳造に使用した。また、鋳造した鋳片は４〜６ｍｍの厚さに熱間圧延し、酸洗の後、さらに厚さ０．８〜１．２ｍｍの薄板に冷間圧延した。試験条件および試験結果を表３にまとめて示す。
【００５９】
【表３】
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【００６０】
表３において、付着物の厚さは、鋳造試験後の浸漬ノズルを回収し、長手方向の３箇所において、長手方向に垂直に切断して内部の付着物厚さを測定し、これらの平均値を求めて表示した。また、表面疵の発生率は、連々鋳の最終チャージの薄板を目視により観察し、表面疵の発生部分を切断除去し、基の薄板質量に対する疵発生部分の質量割合を求め、これを表示した。
試験番号１、６、９、１０、１２、１４および１６は、本発明で規定する条件のいずれかが外れる比較例の試験であり、他の試験番号は、本発明で規定する条件を満足する本発明例の試験である。
【００６１】
ＳｉＯ２を主成分とし、融点が１１５０℃の酸化防止剤を浸漬ノズルの内外表面に約０．６ｍｍの厚さで塗布し、Ａｒガス流量を１０ＮＬ／ｍｉｎとして、浸漬ノズルには通電せずに、鋼番号１の溶鋼を用いて７連鋳した試験番号１では、鋳造後のノズル内部付着物は厚さ１４．５ｍｍにまで成長し、鋳造中にはスライディングゲートの開度も上昇したため、鋳造速度を低下せざるを得なかった。表面疵発生率も６．７％と高い値となっている。
【００６２】
これに対して、通電条件以外は同じとし、浸漬ノズルから内部の溶鋼流に通電しながら鋳造した試験番号２および３では、付着物厚さも薄く、疵発生率も大幅に減少している。特に、浸漬ノズルを負極に接続して鋳造した試験番号２では、付着物厚さ、疵発生率ともに大幅に低減している。試験番号３では、表面疵発生率が０．８％とやや増加しているが、充分に許容される範囲である。
【００６３】
酸化防止剤の塗布厚を０．２ｍｍと薄くした試験例４では、鋳造後のノズルが一部１０ｍｍ程度損耗していた。また、付着物厚さはさはど厚くないが、表面疵発生率が高くなっていた。酸化防止剤の付着厚が薄く、ノズルの予熱中に一部消失し、その部分でノズル中のＣが喪失し、この部分の耐火物成分が溶鋼流により鋳片内に持ち込まれ、疵になったものと考えられる。１．２ｍｍの厚さに塗布した試験番号５では、鋳造後の付着物の厚さもばらつきが大きく、ノズルの下方に厚く堆積している様子が認められた。また、表面疵発生率も上昇していた。これは、予熱の段階で過剰な酸化防止剤が流下し、その一部が鋳片内に持ち込まれて介在物になったものと考えられる。ただし、試験番号４および５は、用途により発生疵を許容できる範囲内である。
【００６４】
Ａｌ２Ｏ３を主成分とする酸化防止剤を塗布した試験番号６では、試験番号２と同じ条件で通電しているにも拘わらず、付着防止効果が著しく少なく、表面品質の改善効果も少ない。
【００６５】
良好な結果が得られた試験番号２と同じ条件としながらＡｒガス量のみを３ＮＬ／ｍｉｎと大幅に減少させた試験番号７では、ノズル内の付着物の付着量は許容範囲であったが、表面疵発生率が上昇した。鋳片ではノロカミとよばれるモールドパウダーを巻き込んだ欠陥が発生し、鋳片の表面溶削が必要となった。また、表面品質の問題部分を調査したところモールドパウダー成分が検出された。これは、吹き込みガス量が少なく、鋳型内の流動状況が変化したため、湯面の一部で皮張りが生じたことが原因と考えられる。さらに、浸漬ノズルのみ交換し、タンディッシュを冷却することなく熱間での再使用を試みたところ、次の鋳造試験の開始時にスライディングゲートの開閉のみでは溶鋼が流出せず、凝固した地金を溶かし、通鋼するためにスライディングゲート部の酸素洗いが必要となった。その結果、タンディッシュ内部の溶鋼中に多量の酸素を持ち込むことになり、次のチャージの表面品質が低下した。
【００６６】
一方、Ａｒガス量を２０ＮＬ／ｍｉｎと大幅に増加した試験番号８では、ノズル内の付着物はほとんど存在していなかったが、鋳片にはピンホールが発生し、圧延後の表面品質も低下した。ただし、試験番号７および８は、用途により発生疵を許容できる範囲内である。
酸化防止剤の融点が７００℃と低い酸化防止剤を塗布した試験番号９では、浸漬ノズルの予熱後には酸化防止剤が残存していなかったため、ノズル中の炭素分が予熱中に一部燃焼し、ノズル内径が８ｍｍ程度拡大していた。内径が拡大しているために鋳造後のノズルはさほど狭窄していないが、ノズル基材のＡｌ２Ｏ３などが鋳片に持ち込まれたため、表面疵発生率が極めて高くなった。このように内径が拡大すると、鋳造中に穴あき、折損などの危険が生じる。
【００６７】
浸漬ノズル内面の耐火物材質を変更して比抵抗を変化させた試験を行った。比抵抗が０．００００４Ωｍの材質を使用したノズル番号Ｂの浸漬ノズルを用い、他の条件は試験番号１および２と同じに設定し、極低炭素鋼の７連鋳の鋳造を行った。その結果を試験番号１０および１１に示す。通電することにより付着量は減少したが、この材質の耐火物の場合、通電を行っても、通電しなかった場合と比較して付着量はあまり減少せず、品質改善効果も小さかった。
【００６８】
また、浸漬ノズル中のＳｉＯ２含有量を減量したノズル番号Ｃの浸漬ノズルを用いた場合についても同様の鋳造試験を行った。その結果を試験番号１２および１３に示す。この試験においても、通電による効果が小さく、通電しなかった場合と比較して付着量はあまり減少していない。これらの結果に示されるように、比抵抗が５×１０−５Ωｍ未満の材質の場合には、通電を行うことによる付着量の減少効果はあまり大きくなかった。
【００６９】
Ｃ含有量が０．０５０質量％の鋼番号２の溶鋼を用いて鋳造した場合には、鋼番号１を用いた場合と比較して溶鋼中の溶存酸素濃度が低く、浸漬ノズル内の付着物量も少ない。また、試験番号１４の結果に示されるように、通電しなくとも表面疵発生率は１．３％とさほど高くなく、製品の表面品質の要求レベルが緩いこともあって、良好な範囲である。もちろん、５０Ａを通電しながら鋳造した試験番号１５では、ノズル内の付着物厚さはさらに低減し、表面疵発生率も一段と低下している。
【００７０】
鋼の溶製過程でＡｌを殆ど添加せず、Ｔｉ脱酸を行った鋼番号３の溶鋼を用いて鋳造した試験番号１６では、浸漬ノズル内にＴｉの酸化物を主体とした付着物が生成し、付着物厚さおよび表面疵発生率ともに劣った結果となった。これに対して、５０Ａを通電しながら鋳造した試験番号１７では、付着物厚さおよび表面疵発生率ともに減少しており、Ｔｉ酸化物に対しても、通電しながら鋳造することにより、ノズル内の付着物量を低減し、表面疵発生率を低下させることが可能なことが示された。
【００７１】
【発明の効果】
本発明の連続鋳造方法を適用することにより、鋼の連続鋳造、特に極低炭素鋼の連続鋳造において浸漬ノズル内の付着物量を低減し、ノズルの閉塞を防止するとともに、鋳片の品質を向上させ、良好な表面品質の薄鋼板を安定して生産することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の基礎となる知見を得るために使用した基礎試験装置の模式図である。
【図２】耐火物表面の付着物量の変化に及ぼす酸化防止剤の塗布状況および通電条件の影響を示すグラフである。
【図３】通電による付着物の減少に及ぼす耐火物の比抵抗の影響を示す図である。
【図４】本発明の連続鋳造方法の実施状況の例を示す模式図である。
【符号の説明】
１：タンディッシュ、  ２：上ノズル、  ２ａ：供給孔、
３：スライディングゲート、  ３１：上プレート、  ３２：下プレート、
３３：可動プレート、  ４：浸漬ノズル、  ４ａ：吐出孔、  ５、６：電極、
７：電源、  ７ａ：通電ケーブル、  ８：溶鋼、    ９：鋳型、
１０：凝固シェル、  １１：モールドパウダ、    ２１：溶鋼、
２２：耐火物棒、  ２３：鋼線、  ２４：坩堝、２５：高周波誘導加熱炉、
２６：温度測定用熱電対、    ２７：電源、    ２８：試料回転装置、
２９：アルミナチューブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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