(57)【要約】【課題】旋回流発生ノズルを、ノズル閉塞を起こすことなく使用し、健全な鋳片を製造する連続鋳造方法の提供。【解決手段】内孔を通過する溶鋼を旋回させるための耐火物製旋回羽根を浸漬ノズル本体の内孔に設け、該浸漬ノズルを用いてタンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する連続鋳造方法であって、浸漬ノズル本体を導電性耐火物により構成し、該浸漬ノズル本体を介して内孔を通過する溶鋼に電流を流す連続鋳造方法。耐火物製旋回羽根を導電性耐火物により構成し、一方の電極を浸漬ノズルに、他方の電極をタンディッシュから浸漬ノズルに至る溶鋼と接触するように設置するのが好ましい。溶鋼側を正の電位として１０〜３００Ａの直流電流を通電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】
内孔を通過する溶鋼を旋回させるための耐火物製旋回羽根を浸漬ノズル本体の内孔に設け、該浸漬ノズルを用いてタンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する連続鋳造方法であって、該浸漬ノズル本体を導電性耐火物により構成し、該浸漬ノズル本体を介して内孔を通過する溶鋼に電流を流すことを特徴とする連続鋳造方法。
【請求項２】
前記浸漬ノズルに加えて、さらに、前記耐火物製旋回羽根を導電性耐火物により構成し、一対の電極とこれら電極とを接続する電源部を設けるに際し、前記一対の電極のうちの一方の電極を浸漬ノズルに設置し、他方の電極をタンディッシュから浸漬ノズルに至るいずれかの内部空間部に達し浸漬ノズル内孔を通過する溶鋼と接触するように設置し、耐火物製旋回羽根および浸漬ノズルのそれぞれの内表面と、浸漬ノズル内孔を通過する溶鋼との間に通電することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
【請求項３】
前記浸漬ノズルの内孔を通過する溶鋼との間に１０〜３００Ａの電流を通電することを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造方法。
【請求項４】
前記浸漬ノズルの内孔を通過する溶鋼との間に、溶鋼側を正の電位として１０〜３００Ａの直流電流を通電することを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造方法。
【請求項５】
溶鋼中のｓｏｌ．Ａｌ含有率が０．００３０質量％以上、Ｃａ含有率が０．００１０質量％以下であり、前記浸漬ノズルを構成する耐火物のＳ含有率が０．０８質量％以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、タンディッシュから鋳型へ溶鋼を供給するに際して、浸漬ノズルの詰まりを防止しつつ安定して鋳型内の流動を適正に制御できる連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、連続鋳造プロセスの浸漬ノズル内に溶鋼を旋回させるための羽根を設置し、溶鋼を旋回させる方法が開示されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、タンディッシュ底部につながるイマージョンノズルを通して連続鋳造用鋳型に溶湯を供給するに当たり、イマージョンノズルの上端に設けた中間ノズルにて溶湯を旋回させ、旋回させた溶湯をイマージョンノズルの吐出口より流出させる連続鋳造方法が開示されている。特許文献２および特許文献３には、浸漬ノズル内の溶鋼流に旋回を付与するためのねじりテープ状の部品を備えた浸漬ノズルが開示されている。また、非特許文献１には、広幅スラブ連鋳への旋回流ノズルの適用に関する水モデル実験の結果、旋回流ノズルにより、吐出口の出口流速が均一化されたことが記載されている。
さらに、特許文献４には、上ノズル、流量制御機構および浸漬ノズルのいずれかの溶鋼と接する内面を電気伝導性を有する耐火物で構成し、これらと溶鋼との間に電流を流すことにより、浸漬ノズルの詰まりを防止する方法が開示されている。
上記に開示された旋回流発生ノズルは、鋳型内の流動制御や品質改善への効果は大きいものの、ノズル内部に設置されて内部を通過する溶鋼を旋回させるための旋回羽根の設置部位は流路の横断面が狭くなることから、介在物の付着による閉塞が起こりやすい。
【０００４】
また、溶鋼と浸漬ノズルなどとの間に電位差を付与し電流を流す方法は、浸漬ノズルの閉塞を低減できるものの、品質改善への直接的な効果は少ない場合が多く、むしろ、浸漬ノズル内に付着すべき介在物が浸漬ノズルに付着せずに、鋳型内に持ち込まれることから、鋳片の介在物欠陥が増加する恐れもある。さらに、浸漬ノズルに硫黄含有量の多い耐火物が使用されている場合には、介在物の付着防止効果が不安定である。
【０００５】
上述のとおり、旋回流発生ノズルを用いた溶鋼の旋回技術においては、浸漬ノズル閉塞の問題が、また、溶鋼と浸漬ノズルとの間に電位差を付与して通電する技術においては、品質改善効果が不安定であるという課題が、それぞれ残されている。
【０００６】
さらに、特許文献５には、浸漬ノズル本体の内部に備えた整流部を、電気伝導性を有する耐火物で構成するとともに、その整流部に電極を設けた浸漬ノズルや、ノズル本体と整流部とを電気的に絶縁し、ノズル本体に一方の電極を、また、整流部に他方の電極を設けた浸漬ノズル、およびそれらを用いた連続鋳造方法が開示されている。
【０００７】
特許文献５に開示された技術は、例えば旋回羽根などの整流部への介在物の付着防止を図ったものであるが、整流部のみに電極を設ける場合には、浸漬ノズル本体への介在物の付着を防止することが難しいため、介在物の付着防止効果は充分とはいえない。また、整流部とノズル本体とを絶縁し、整流部とノズル本体の双方に電極を設けて通電する方法は、ノズル本体への整流部の固定、整流部とノズル本体との絶縁および整流部への電極の設置に特別な技術を要し、実用化は容易ではない。
【特許文献１】
特開平７−３０３９４９号公報（特許請求の範囲）
【特許文献２】
ＷＯ９９／１５２９１号公報（特許請求の範囲）
【特許文献３】
特開平１１−９０５９３号公報（特許請求の範囲）
【特許文献４】
特願２００１−３８７９４７号公報（特許請求の範囲）
【特許文献５】
特願２００２−３６１３７７号公報（特許請求の範囲）
【非特許文献１】
ＣＡＭＰ−ＩＳＩＪ、Ｖｏｌ．１５（２００２）、１６５頁
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、連続鋳造鋳片の表面および内部品質を向上させるための鋳型内流動の均一化に効果を有する旋回流発生ノズルを、ノズルの閉塞を起こすことなく使用し、健全な鋳片を製造する連続鋳造方法を提供することにある。
【０００９】
【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、前記した従来の問題点を踏まえて、旋回流発生ノズルによる鋳型内流動の均一化作用を最大限に引き出しながら、介在物などによるノズル部での閉塞を回避する連続鋳造方法について検討を加えた結果、旋回流発生ノズルとノズル内部を通過する溶鋼との間に電位差を付与し、通電しながら鋳造する方法が、有効であることを知見した。さらに、安全な操業を確保しつつ一層安定したこれらの効果を確保できる電極設置方法、電流条件、浸漬ノズル材質および溶鋼組成の範囲を把握した。
【００１０】
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）に示す連続鋳造方法にある。
【００１１】
（１）内孔を通過する溶鋼を旋回させるための耐火物製旋回羽根を浸漬ノズル本体の内孔に設け、該浸漬ノズルを用いてタンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する連続鋳造方法であって、該浸漬ノズル本体を導電性耐火物により構成し、該浸漬ノズル本体を介して内孔を通過する溶鋼に電流を流す連続鋳造方法。
【００１２】
（２）前記（１）に記載の連続鋳造方法において、浸漬ノズルに加えて、さらに、前記耐火物製旋回羽根を導電性耐火物により構成し、一対の電極とこれら電極とを接続する電源部を設けるに際し、前記一対の電極のうちの一方の電極を浸漬ノズルに設置し、他方の電極をタンディッシュから浸漬ノズルに至るいずれかの内部空間部に達し浸漬ノズル内孔を通過する溶鋼と接触するように設置し、耐火物製旋回羽根および浸漬ノズルのそれぞれの内表面と、浸漬ノズル内孔を通過する溶鋼との間に通電することが好ましい。
【００１３】
（３）前記（１）または（２）に記載の連続鋳造方法において、浸漬ノズルの内孔を通過する溶鋼との間に１０〜３００Ａの電流を通電することが好ましい。
【００１４】
（４）前記（１）または（２）に記載の連続鋳造方法において、浸漬ノズルの内孔を通過する溶鋼との間に、溶鋼側を正の電位として１０〜３００Ａの直流電流を通電することが好ましい。
【００１５】
（５）前記（１）〜（４）に記載の連続鋳造方法において、溶鋼中のｓｏｌ．Ａｌ含有率が０．００３０質量％以上、Ｃａ含有率が０．００１０質量％以下であり、前記浸漬ノズルを構成する耐火物のＳ含有率が０．０８質量％以下であることが好ましい。
【００１６】
本発明において、「旋回羽根」とは、浸漬ノズル内をその軸方向に流動する溶鋼の流れに対して、浸漬ノズルの周方向の流速成分を付与することができる手段をいう。例えば、浸漬ノズルの軸を中心として板を捩った「捩り板」型、「螺旋状羽根」型、「プロペラ」型などのいずれの型のものであっても良い。また、旋回羽根は、羽根自体が浸漬管の中心軸の周りを回転しない形式のものが、簡便で溶鋼に効率よく旋回力を付与することができ、好ましい。
【００１７】
また、「導電性耐火物」とは、溶鋼の融点以上の温度において、電気伝導率が１×１０２Ｓ／ｍ以上のものをいい、例えば、アルミナグラファイト質、ジルコニアグラファイトおよびマグネシアグラファイトのようなグラファイトを主成分の一つとする耐火物、固体電解質、ＴｉＢ２やＺｒＢ２などのようなホウ化物系の材質が該当する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、浸漬ノズルと溶鋼との間に電位差を付与し通電することによるノズル詰まり防止技術が、浸漬ノズル材質組成の影響を受けることを見出し、その効果を安定して得ることができる方法を発見した。さらに、その技術を旋回流発生ノズルについての技術と組み合わせることにより、両技術の利点を最大限に引き出せることを知見し、本発明の完成に至ったのである。
【００１９】
すなわち、浸漬ノズルと溶鋼との間の通電によるノズル詰まり防止技術を、旋回流発生ノズル技術に適用し、さらに、浸漬ノズル用耐火物としてＳ含有率の低い耐火物を用いることにより、ノズル閉塞問題に悩まされることなく、極めて良好な品質の鋳片を得ることを可能としたのである。
【００２０】
（Ａ）通電によるノズル閉塞防止
浸漬ノズルと溶鋼との間に電位差を付与し直流電流を流す場合、ノズル側を負の電極に接続した場合に、ノズル詰まり防止効果が一層安定する。この理由は、負極側と正極側とで、ノズル詰まり防止機構に相違があることに起因している。
【００２１】
本発明者らの研究によれば、正極と負極とでの機構の相違は、下記のとおりと考えられる。
負極側では、耐火物の溶損速度が減少し、Ａｌ３＋などのプラスイオンの溶出が抑制されるので、浸漬ノズルの内壁近傍の溶鋼中におけるＡｌ２Ｏ３の生成が減少する。さらに、耐火物からの溶出成分による浸漬ノズル内壁近傍の溶鋼と介在物との間の界面張力の低下も抑制されるので、鋼中介在物に作用する「界面張力勾配による力」が減少し、鋼中介在物の浸漬ノズルへの吸着もまた防止される。
ここで、「界面張力勾配」とは、溶鋼と介在物との間の界面張力の溶鋼中から浸漬ノズルへ向かう方向の勾配をいい、この値の絶対値が減少すると、介在物粒子が耐火物側に引き寄せられる力、またはその速度が低下し、浸漬ノズルへの鋼中介在物の吸着量が減少する。
【００２２】
これに対して、正極側では、耐火物組成鋳のプラスイオンの溶出が促進されるので、耐火物の溶損速度が増加し、溶損速度が介在物付着速度を上回る結果、見かけ上、ノズル詰まりが減少する。しかし、前記の負極における場合とは逆に、プラスイオンの溶出の増加によりＡｌ２Ｏ３の生成も増加するので、潜在的に介在物の付着傾向も強まっている。したがって、浸漬ノズル内の溶鋼のスループット（通過流量）が少ないなど、耐火物の溶損速度が小さい条件下にある場合や、鋼中介在物濃度が高いなど、介在物の付着速度が大きくなる条件下においては、かえって、ノズル詰まりが増加することがある。
浸漬ノズルを介して溶鋼に流す電流は、１０〜３００Ａの範囲が好ましい。電流が１０Ａ未満では、電流を流すことによるノズル詰まり防止効果が不充分となり、他方、電流が３００Ａを超えると、電力を供給するケーブル線などの通電設備が大規模になるとともに、電極接合部にスパークが発生しやすくなるなど、操業が困難となるからである。さらに好ましい電流値の範囲は、１０〜１００Ａである。
【００２３】
次に、通電方法について説明する。
【００２４】
図１は、本発明における通電方法の例を示す図であり、同図（ａ）はタンディッシュ内の溶鋼中に他方の電極を挿入して通電する場合を、同図（ｂ）はスライディングデートに他方の電極を設けて通電する場合を、そして同図（ｃ）は複数の浸漬ノズル間で通電する場合をそれぞれ表す。
【００２５】
同図において、タンディッシュ１内の溶鋼５は、スライディングゲート３により流量を調整されながら浸漬ノズル２を通り、鋳型４内に供給される。その際に溶鋼流は、浸漬ノズル内に設置された耐火物製旋回羽根９により浸漬ノズルの周方向に流速成分を付与され、旋回しながら流下する。
同図（ａ）は、一方の電極１０を浸漬ノズルに設け、他方の電極１１をタンディッシュ内の溶鋼中に浸漬された電極棒７（例えば、アルミナグラファイト製棒状電極）に設けて、電源６との間をそれぞれケーブルにより結線した例である。この例では、電源、電極棒、溶鋼、および浸漬ノズル間で電気回路が構成される。
同図（ｂ）は、一方の電極１０を浸漬ノズルに設け、他方の電極１１をスライディングゲートに設け、スライディングゲートと浸漬ノズルとの間には絶縁パッキン８を設けて電気的に絶縁し、電源６との間をそれぞれケーブルにより結線した例である。電源、スライディングゲート、溶鋼、および浸漬ノズル間で電気回路が構成される。
同図（ｃ）は、一方の電極１０を浸漬ノズルに設け、他方の電極１１を他の浸漬ノズルに設け、各スライディングゲートと浸漬ノズルとの間には絶縁パッキン８を設けて電気的に絶縁し、電源６との間をそれぞれケーブルにより結線した例である。電源、一方の浸漬ノズル、タンディッシュ内溶鋼、および他方の浸漬ノズル間で電気回路が構成される。
（Ｂ）溶鋼組成および浸漬ノズル耐火物組成
溶鋼中のｓｏｌ．Ａｌ含有率が０．００３質量％以上で、Ｃａ含有率が０．００１０質量％以下の場合には、浸漬ノズルを構成する耐火物中のＳ含有率は０．０８質量％以下であることが好ましい。この理由は下記のとおりである。
【００２６】
溶鋼中のｓｏｌ．Ａｌ含有率が０．００３質量％以上、かつＣａ含有率が０．００１０質量％以下の場合には、溶鋼中に高融点のＡｌ２Ｏ３介在物が多量に存在するので、ノズル閉塞が発生しやすくなる。このとき、耐火物中のＳ含有率が０．０８質量％以上であると、耐火物から溶出したＳが浸漬ノズル内壁近傍における溶鋼と介在物との間の界面張力を低下させ、鋼中介在物に作用する「界面張力勾配による力」が増大し、浸漬ノズルへの介在物の吸着が顕著となる。
したがって、通電により電流値を増加させても、ノズルの閉塞を防止することは困難となるのである。
【００２７】
耐火物を構成する材質のうちで、溶鋼中への溶出が優先的に生じるカーボンについては、特にＳ含有量を０．０３質量％以下に低下させることの効果が大きい。
【００２８】
【実施例】
本発明の効果を確認するため、垂直曲げ型連続鋳造装置により、各種サイズのスラブ、ビレットおよびブルーム鋳片を鋳造し、ノズル詰まりおよび鋳片品質の評価を行った。溶鋼成分組成は、質量％で、Ｃ：０．００３０〜０．５％、Ｓｉ：０．０１〜０．６％、Ｍｎ：０．３〜１．６％、Ｐ：０．００８〜０．０２５％、およびＳ：０．００１〜０．０３３％のものを用いた。
【００２９】
表１に、各鋳造試験の試験条件および試験結果をまとめて示した。
【００３０】
【表１】
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【００３１】
なお、表１中の試験結果の評価は、下記に示す基準により評価したものである。
〔ノズル詰まりの評価〕
優：溶鋼通過量６００ｔ以上を閉塞なく安定に鋳造できる
良：溶鋼通過量５００ｔ以上を閉塞なく安定に鋳造できる
可：溶鋼通過量４００ｔ以上を閉塞なく安定に鋳造できる
不可：閉塞防止効果が不安定で、溶鋼通過量３００ｔ程度が限界
〔鋳片品質の評価〕
スラブの評価：鋳造した溶融亜鉛めっき鋼板用極低炭素鋼を熱延、冷延、めっきを経て製品コイル段階にて検査した際の介在物性表面疵発生率で評価。
【００３２】
優：１．０％未満、  良：２．０％未満、  可：５．０％未満。
丸ビレットの評価：鋳造したシームレス油井管用中炭素鋼を製造した後、製品段階で超音波検査した際の介在物性欠陥発生率で評価。
【００３３】
優：０．２％未満、  良：０．５％未満、  可：１．０％未満。
ブルームの評価：鋳造したシームレス油井管用中炭素鋼を分塊圧延を経て製管の後、製品段階で超音波検査した際の介在物性欠陥発生率で評価。
【００３４】
優：０．２％未満、  良：０．５％未満、  可：１．０％未満。
【００３５】
試験番号１〜６は、耐火物製の旋回羽根を内孔に設け、導電性耐火物により構成された浸漬ノズルを用い、浸漬ノズルを介して内孔を通過する溶鋼に通電を行った本発明例についての試験である。また、試験番号７〜９は、溶鋼に通電を行わなかった比較例についての試験である。
【００３６】
試験番号１〜４は、本発明で規定する条件の範囲内であって、かつ、旋回羽根を導電性耐火物により構成し、好ましい電流範囲で通電し、しかも、溶鋼中のｓｏｌ．Ａｌ含有率、Ｃａ含有率および浸漬ノズル耐火物中のＳ含有率が好ましい範囲内にあることから、ノズル詰まりの評価が特に優れており、鋳片品質も優れた結果となっている。試験番号１、３および４は、さらに溶鋼側を正の電位（浸漬ノズル側を負の電位）として直流電流を好ましい電流範囲で通電した試験であって、ノズル詰まりおよび鋳片品質ともに特に優れている。とりわけ、スラブの連続鋳造において優れた品質の鋳片を得ることができた。
【００３７】
上記結果における旋回流発生ノズルの効果は、下記のとおりである。
【００３８】
１）２孔ノズルによるスラブおよびブルームの鋳造においては、ノズル内の溶鋼流に遠心力が作用することにより、溶鋼が２つの吐出孔に均一に分配され、鋳型内の流動が安定する。
【００３９】
２）単孔ノズルによるビレットの鋳造においては、ノズル内の溶鋼に遠心力が作用することにより、溶鋼流が広がって吐出するので、鋳型壁に沿った上昇流が形成され、介在物や気泡などの不純物の浮上分離が促進される。
３）浸漬ノズル内の溶鋼流に遠心力が作用することにより、介在物や気泡などの比重の小さい不純物が浸漬ノズル内の中心部に集まり、凝集および肥大が進行するので、鋳型内におけるこれら不純物の浮上分離が促進される。
試験番号５は、本発明の範囲内ではあるが、浸漬ノズルを介して溶鋼に流す電流値が好ましい範囲未満であることから、試験番号１〜４の結果に比してノズルの詰まり防止効果がやや低くなっている。また、試験番号６は、溶鋼側を負の電位（浸漬ノズル側を正の電位）として通電し、かつ、浸漬ノズル耐火物中のＳ含有率が好ましい範囲を超えていることから、試験番号１〜４に比べてノズル詰まり防止効果が低くなっている。
【００４０】
これらに対して、旋回流発生ノズルを用いずに通常の浸漬ノズルを用い、しかも浸漬ノズルに通電も行わなかった比較例の試験番号７では、軽度のノズル詰まりが発生し、閉塞なく安定に鋳造できる溶鋼通過量が低下し、鋳片品質の面においても介在物性表面疵の発生率が増加した。
【００４１】
浸漬ノズルに旋回流発生ノズルを用いたが、浸漬ノズルに通電を行わず、浸漬ノズル耐火物中のＳ含有率が本発明における好ましい範囲を超えている比較例の試験番号８では、旋回流発生の効果により鋳片品質は良好であったものの、ノズル詰まりが発生し、浸漬ノズルの溶鋼通過可能量は、試験番号１、３および４の約半分にまで低下した。
【００４２】
浸漬ノズルに通常のノズルを用い、通電も行わず、浸漬ノズル耐火物中のＳ含有率が本発明における好ましい範囲を超えている比較例の試験番号９では、旋回流発生の効果も得られないことから、試験番号８の場合よりも鋳片品質の劣った鋳片となった。
【００４３】
【発明の効果】
本発明の方法によれば、旋回流発生ノズルを浸漬ノズルとして用い、かつ、浸漬ノズルを介してノズル内を通過する溶鋼に通電を行うので、ノズルの閉塞を起こすことなく、鋳型内流動の均一化が図られ、連続鋳造鋳片の表面および内部品質を向上させることができる。よって、本発明は連続鋳造の安定操業および鋳片品質向上に大きく寄与できる価値ある発明である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明における通電方法の例を示す図であり、同図（ａ）はタンディッシュ内の溶鋼中に他方の電極を挿入して通電する場合を、同図（ｂ）はスライディングデートに他方の電極を設けて通電する場合を、そして同図（ｃ）は複数の浸漬ノズル間で通電する場合をそれぞれ表す。
【符号の説明】
１：タンディッシュ、
２：浸漬ノズル、
３：スライディングゲート、
４：鋳型、
５：溶鋼、
６：電源、
７：電極棒、
８：絶縁パッキン、
９：耐火物製旋回羽根、
１０：一方の電極、
１１：他方の電極
【図１】
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