(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取鍋で２次精錬が行われた溶鋼を、タンディッシュを介してモールドに供給し、鋳片を製造する連続鋳造を行うに際し、前記２次精錬の終了後に、前記取鍋内の溶鋼の浴面からの放熱が１０ｋＷ／ｍ２以上２０ｋＷ／ｍ２以下の範囲内となるように、該溶鋼の浴面１ｍ２あたり１０ｋｇ以上３０ｋｇ以下のチャーライトからなる保温材を配置することを特徴とする溶鋼の保温方法。
【請求項２】
請求項１記載の溶鋼の保温方法において、前記取鍋に溶鋼を受けてから前記２次精錬の終了までの時間を５０分以上にすることを特徴とする溶鋼の保温方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の溶鋼の保温方法において、前記保温材は、少なくとも連続鋳造の開始時に使用する最初の前記取鍋内の溶鋼の浴面に対して配置することを特徴とする溶鋼の保温方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼を、取鍋からタンディッシュを介してモールドに供給し、鋳片を製造する連続鋳造を行うに際し、モールド内の溶鋼温度のばらつきを低減する溶鋼の保温方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶鋼を、取鍋からタンディッシュを介してモールドに供給し、鋳片を製造する連続鋳造が行われているが、鋳造中にモールド内の溶鋼温度が変動している。
ここで、モールド内の溶鋼温度が高い場合は、モールドにおける凝固層の発達が不十分となり、溶鋼が凝固層を破って流出するブレークアウトを起こす可能性があるため、その回避策として鋳造速度を下げざるを得ず、鋳片の生産性が低下する。一方、モールド内の溶鋼温度が低い場合は、浸漬ノズル部で溶鋼が凝固してノズルが閉塞したり、またモールドのメニスカス位置でデッケル（金属塊）が生成する等の不具合が発生し、鋳造中止になる可能性がある。
従って、鋳造中は、モールド内の溶鋼温度の変動を小さくすることが望ましい。
【０００３】
そこで、溶鋼温度の変動を小さくする方法として、鋳造中の溶鋼温度の低下防止を目的とする以下の方法が提案されている。
例えば、特許文献１には、溶融金属の表面に保温材を添加する方法が開示されている。具体的には、取鍋の保温のため、溶鋼１トンあたり０．３ｋｇの保温材を投入する方法が記載されている。
また、特許文献２には、タンディッシュ内の溶鋼表面に保温材を添加する方法が開示されている。具体的には、タンディッシュ内の溶鋼湯面に、保温材を２．０ｋｇ／ｍ２以上投入することが記載されている。
以上の方法により、溶鋼表面からの熱損失を抑えている。
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２９６４０４号公報
【特許文献２】特開２００１−３２１９０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、前記従来の方法には、未だ解決すべき以下のような問題があった。
タンディッシュの耐火物が十分に温まっていない鋳造開始時等の鋳造初期は、溶鋼がタンディッシュを通過する間に熱を奪われるため、モールドには低温の溶鋼が供給される。
また、取鍋内の溶鋼は、取鍋の耐火物に接した部分と浴面から冷却されるが、温度が下がった溶鋼は、密度が上がるため周囲の溶鋼に比べて重くなり、取鍋の下方へ移動する。このため、取鍋内の鍋底付近に位置する溶鋼が低温となり、また浴面付近に位置する溶鋼が高温となって、取鍋の深さ方向に溶鋼の温度分布ができる。従って、鍋底から排出される溶鋼の温度は、鋳造初期に低くなり、この溶鋼が排出された後に一旦上昇するが、溶鋼は熱を放散し続けているため、再度、低下する。
従って、モールド内の溶鋼温度のばらつきを低減するには、タンディッシュの耐火物が十分に温まっていない状態において、取鍋の耐火物の吸熱と溶鋼の浴面からの放熱を適切な範囲に制御する必要がある。
【０００６】
このため、特許文献１の方法では、溶鋼そのものの保温はできるが、保温材の投入量が少なくなり過ぎ、取鍋の耐火物の吸熱と溶鋼の浴面からの放熱を適切な範囲に制御できていないことから、モールド内の溶鋼温度のばらつきを低減できない。
特許文献２の方法は、得られる効果が鋳片品質の向上であり、鋳造中の溶鋼温度のばらつきを低減する効果がない。また、この特許文献２には、保温材の投入量の上限が１００ｋｇ／ｍ２であることが記載されているが、保温材をタンディッシュ内に１００ｋｇ／ｍ２近くも投入すると、保温材の投入量が多くなり過ぎて溶鋼の対流による熱拡散効果が少なくなり、タンディッシュ内の底付近に低温の溶鋼が移動して、溶鋼温度のばらつきを助長する。更に、特許文献２の方法では、タンディッシュ内の溶鋼に保温材を投入しているが、タンディッシュは、上方からロングノズルを介して溶鋼を受け、この溶鋼を下方に配置されたモールドへ浸漬ノズルを介して供給するため、タンディッシュの底に低温の溶鋼が溜まるという現象がなく、取鍋内の溶鋼とは、その深さ方向の温度分布が異なる。
【０００７】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、モールド内の溶鋼温度の変動を従来よりも低減して、鋳片の生産性の低下と鋳造中止を防止できる溶鋼の保温方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記目的に沿う本発明に係る溶鋼の保温方法は、取鍋で２次精錬が行われた溶鋼を、タンディッシュを介してモールドに供給し、鋳片を製造する連続鋳造を行うに際し、前記２次精錬の終了後に、前記取鍋内の溶鋼の浴面からの放熱が１０ｋＷ／ｍ２以上２０ｋＷ／ｍ２以下の範囲内となるように、該溶鋼の浴面１ｍ２あたり１０ｋｇ以上３０ｋｇ以下のチャーライトからなる保温材を配置する。
【００１０】
本発明に係る溶鋼の保温方法において、前記取鍋に溶鋼を受けてから前記２次精錬の終了までの時間を５０分以上にすることが好ましい。
本発明に係る溶鋼の保温方法において、前記保温材は、少なくとも連続鋳造の開始時に使用する最初の前記取鍋内の溶鋼の浴面に対して配置することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１〜３記載の溶鋼の保温方法は、２次精錬の後に、取鍋内の溶鋼の浴面からの放熱が所定範囲内となるように、取鍋内の溶鋼の浴面に保温材を配置するので、溶鋼の浴面からの放散熱に起因するモールド内の溶鋼温度の変動を従来よりも低減できる。これにより、モールド内の溶鋼温度が高い場合に発生する恐れがあるブレークアウトを回避できるため、鋳造速度を現状より低減するという措置をとる必要がなく、鋳片の生産性を向上できる。また、溶鋼温度が低い場合に発生するノズルの閉塞や、モールドのメニスカスでのデッケルの生成等の不具合を防止でき、連続鋳造を安定に実施できる。
特に、請求項１記載の溶鋼の保温方法は、入手が容易な材料で、モールド内の溶鋼温度の変動を容易に低減でき、経済的である。
【００１２】
請求項２記載の溶鋼の保温方法において、取鍋の耐火物は、溶鋼を取鍋に受ける前に予熱されるが、１６００℃前後の溶鋼温度に対しては低温であり、溶鋼から熱を奪う。そして、時間の経過と共に耐火物の温度が上昇するため、溶鋼から耐火物への吸熱量が次第に減少していく。従って、取鍋の耐火物への吸熱は、溶鋼受入れからの時間が大きく影響する。
ここで、取鍋に溶鋼を受けてから２次精錬の終了までの時間を５０分以上にするので、取鍋の耐火物の吸熱に起因するモールド内の溶鋼温度の変動を従来よりも低減できる。これにより、鋳片の生産性を更に向上でき、しかも連続鋳造をより安定に実施できる。
請求項３記載の溶鋼の保温方法において、取鍋内の溶鋼の浴面からの放散熱と、取鍋の耐火物の吸熱とに起因するモールド内の溶鋼温度の変動は、連続鋳造の開始時に使用する最初の取鍋内の溶鋼で顕著であるので、本発明の効果がより顕著に現れる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
ここで、図１は本発明の一実施の形態に係る溶鋼の保温方法を適用する取鍋内の溶鋼の深さ方向の温度分布を示す説明図、図２は同取鍋の軸心位置おける溶鋼の深さ方向の温度分布を示す説明図、図３は十分に温まっていないタンディッシュを介して溶鋼をモールドに供給した場合のモールド内の溶鋼温度の変化を示す説明図である。
【００１４】
本発明の一実施の形態に係る溶鋼の保温方法は、取鍋（以下、単に鍋ともいう）内の深さ方向の溶鋼の温度分布が、取鍋の耐火物の吸熱と、溶鋼の浴面からの放散熱で決まることを見出し、タンディッシュが十分に温まっていない状態において、取鍋の耐火物の吸熱と溶鋼の浴面の放散熱（以下、放熱ともいう）を適切な範囲にコントロールすることで、モールド内の溶鋼温度の変動を低減する方法である。ここで、モールド内の溶鋼温度の変動とは、１チャージの溶鋼の鋳造開始から鋳造終了まで、モールド内の溶鋼温度を測定した場合の最高温度と最低温度（鋳造開始直後又は鋳造終了直前）の差である。なお、１チャージとは、取鍋１杯分の溶鋼を意味する。
【００１５】
本発明者らは、溶鋼温度の調査や熱流体解析を行い、溶鋼の温度変動に影響する因子について検討を行った。その検討結果を述べながら、本発明に至った経緯を説明する。
まず、取鍋内の深さ方向の溶鋼の温度分布について、実態に基づき熱流体解析を行った結果について、図１、図２を参照しながら説明する。この図１、図２は、内径：４ｍ、深さ：４ｍの一般的な取鍋を使用し、この取鍋の耐火物の温度を９００℃に設定して１６００℃の溶鋼を受けた場合の解析結果である。なお、溶鋼深さは３．５ｍとした。
図１、図２に示すように、取鍋の溶鋼には、その深さ方向に温度分布（取鍋の底位置：１５６０℃、湯面位置：１５９５℃）が生じており、実際の取鍋でも温度差が生じていることが推定された。また、種々の条件で熱流体解析を行った結果、浴面からの放散熱と取鍋の耐火物の吸熱が、取鍋内の溶鋼の温度分布に大きく影響することが分かった。
【００１６】
続いて、図１、図２に示した取鍋内の深さ方向の溶鋼の温度分布の解析結果を使って、取鍋の底から排出される溶鋼の温度を計算し、この溶鋼を、十分に温まっていないタンディッシュ（耐火物の表面温度：１０００℃）を経由してモールドに供給した場合のモールド内の溶鋼温度を計算した結果について説明する。
図３に示す計算結果より、モールド内の溶鋼温度は、鋳造初期が低く、一旦温度が上がった後は再び低下するという変化を示すことが分かる。
このことから、取鍋、タンディッシュ、及びモールドの各々において、以下に示すような現象が起こっていると推定される。
【００１７】
（１）鋳造初期（鋳造時間：０時間）は、鍋底付近にある低温の溶鋼が排出され、更にタンディッシュの耐火物も溶鋼の熱を吸熱するため、モールド内の溶鋼温度が低くなる。
（２）鋳造中期（鋳造時間：０．５時間程度）は、取鍋から排出される溶鋼の温度が上がり、タンディッシュの耐火物も溶鋼で温められるため、モールド内の溶鋼温度が、一旦上昇する。
（３）鋳造末期（鋳造時間：０．５時間を超え１．７５時間程度）は、取鍋内の溶鋼が放熱を続けているため、取鍋内の溶鋼の温度が低下しモールド内の溶鋼温度が再び低下する。
【００１８】
以上に述べた解析結果から、取鍋の耐火物の吸熱と取鍋内の溶鋼の浴面の放散熱がモールド内の溶鋼温度のばらつきに影響していることが推定された。そこで、取鍋の耐火物の吸熱と溶鋼の浴面の放散熱を適切な範囲にコントロールする方法について、以下に説明する。
転炉で処理された溶鋼は、取鍋に受けて２次精錬（例えば、真空脱ガス装置による精錬）が行われた後、タンディッシュを介してモールドに供給される。ここで、取鍋に溶鋼を受けてから２次精錬が終了するまでの時間を、５０分以上とするのが好ましい。
取鍋の耐火物は、溶鋼の受入れ前に予熱されるが、１６００℃前後の溶鋼温度に対しては低温であり、溶鋼から熱を奪う。そして、時間の経過と共に耐火物の温度が上昇するため、溶鋼から耐火物への吸熱量が次第に減少していく。
従って、耐火物への吸熱は、溶鋼受入れからの時間が大きく影響する。
【００１９】
そこで、上記したように、２次精錬終了までの時間を５０分以上（好ましくは、６０分以上）とすることにより、耐火物の吸熱を適正な範囲に抑えることができる。なお、２次精錬終了までの時間を規定したのは、２次精錬では鍋底からのバブリング等により溶鋼が撹拌されているため、鍋内の溶鋼温度が均一であり、鍋内の深さ方向の溶鋼の温度分布の形成には、２次精錬終了した後の取鍋の耐火物の吸熱が問題となるからである。
一方、２次精錬終了までの時間が長くなるに伴い、耐火物の吸熱を適正な範囲に抑えることができるため、その上限については規定していない。しかし、２次精錬終了までの時間が長くなるに伴い、時間の経過と共に溶鋼の温度が低下するため、転炉で溶鋼の温度を更に高める必要がある。これにより、転炉での熱エネルギーコストの上昇や、溶鋼の生産性の低下を招く恐れがあるため、上限を１２０分（好ましくは、１００分）とすることが好ましい。
上記したことから、２次精錬終了までの時間を５０分以上とするのが好ましいが、特に規定する必要はなく、通常の操業で要する時間（例えば、４０分程度）でもよい。
【００２０】
２次精錬が終了した直後に、取鍋内の溶鋼の浴面（表面）に保温材を投入し配置する。
この溶鋼の浴面への保温材の配置は、取鍋内の溶鋼の浴面からの放熱が１０ｋＷ／ｍ２以上４０ｋＷ／ｍ２以下の範囲内となるように行う。ここで、取鍋内の溶鋼の浴面からの放熱が１０ｋＷ／ｍ２未満の場合、放熱が少な過ぎて溶鋼の対流による熱拡散が少なくなるため、取鍋の底部に低温の溶鋼が溜まり、鋳造初期のモールド内の溶鋼温度が著しく低くなる。一方、放熱が４０ｋＷ／ｍ２を超える場合、放熱が多過ぎて溶鋼の熱拡散が起こるが、溶鋼の温度低下が著しくなる。このため、取鍋の耐火物の吸熱と溶鋼の浴面からの放熱を適切な範囲に制御できず、モールド内の溶鋼温度のばらつきを低減できなくなる。
そこで、取鍋内の溶鋼の浴面からの放熱が１０ｋＷ／ｍ２以上４０ｋＷ／ｍ２以下（好ましくは、下限を１５ｋＷ／ｍ２、更には２０ｋＷ／ｍ２、上限を３５ｋＷ／ｍ２、更には３０ｋＷ／ｍ２）の範囲内となるように行う。
【００２１】
なお、上記した放熱を満足する保温材としては、例えば、チャーライト、バーミキュライト、又はヤキモミを使用することが好ましい。このチャーライトとバーミキュライトは粒状のものである。また、ヤキモミとは、例えば、焼きもみがら（粉状）、又は焼きもみがらの造粒物（粒状）である。
投入された保温材は、溶鋼の浴面全体を覆う。なお、浴面を覆った保温材の厚みは、その全体に渡って均一の厚みであることが好ましいが、均一でなくてもよい。
ここで、保温材に、チャーライト、バーミキュライト、又はヤキモミを使用する場合、浴面からの放熱が１０ｋＷ／ｍ２以上４０ｋＷ／ｍ２以下となるように、各材料の熱伝導率とかさ密度から、その使用量を規定できる。
【００２２】
具体的には、保温材にチャーライトを使用する場合、溶鋼の浴面１ｍ２あたり４ｋｇ以上３０ｋｇ以下（好ましくは、下限を７ｋｇ、上限を１０ｋｇ）配置する。なお、チャーライトは、熱伝導率：０．５Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上３．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、かさ密度：５３０ｋｇ／ｍ３である。
また、保温材にバーミキュライトを使用する場合は、溶鋼の浴面１ｍ２あたり３ｋｇ以上２０ｋｇ以下（好ましくは、下限を６ｋｇ、上限を８ｋｇ）配置する。なお、バーミキュライトは、熱伝導率：０．３Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上２．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、かさ密度：１６０ｋｇ／ｍ３である。
そして、保温材にヤキモミを使用する場合は、溶鋼の浴面１ｍ２あたり３ｋｇ以上２０ｋｇ以下（好ましくは、下限を６ｋｇ、上限を８ｋｇ）配置する。なお、ヤキモミは、熱伝導率：０．２Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上３．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下、かさ密度：１４０ｋｇ／ｍ３である。
【００２３】
上記した保温材は、連続鋳造の開始時に使用する最初の取鍋内の溶鋼、即ち加熱手段（例えば、ガスバーナー）で予熱されたタンディッシュを使用する連続鋳造の開始時の１チャージ目の溶鋼の浴面に対して配置することが好ましい。なお、２チャージ目以降の溶鋼の浴面に対して、保温材を配置してもよい。
このように、溶鋼の浴面に保温材を配置した取鍋を、連続鋳造設備のタンディッシュまで搬送し、取鍋の耐火物の吸熱と溶鋼の浴面の放散熱を適切な範囲にコントロールした溶鋼を、取鍋の底に取り付けたロングノズルを介してタンディッシュ内へ供給する。そして、この溶鋼を、タンディッシュを介してモールドに供給し、鋳片を製造する連続鋳造を行うことで、モールド内の溶鋼温度の変動を従来よりも低減でき、その結果、モールド内の溶鋼温度が高い場合の鋳片の生産性の低下と、溶鋼温度が低い場合の鋳造中止を防止できる。
【実施例】
【００２４】
次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
モールド内の溶鋼温度のばらつきは、実際に取鍋の耐火物の吸熱と溶鋼の浴面の放散熱を変えて鋳造を行い、モールド内の溶鋼温度を連続的に測定して調査した。
ここで、取鍋の耐火物の吸熱状態は、取鍋に溶鋼を受鋼してから２次精錬が終了するまでの時間を変化させることで調査した。また、溶鋼の浴面の放散熱は、事前に熱伝導率とかさ密度を測定した保温材の投入量を変えることで変化させた。そして、モールド内の溶鋼温度のばらつきは、１チャージの溶鋼の鋳造開始から鋳造終了まで、モールド内の溶鋼温度を測定した場合の最高温度と最低温度の差であり、この差を溶鋼温度のばらつきとして評価した。
【００２５】
なお、試験に際しては、内径４ｍ、深さ４ｍの取鍋を、その耐火物の内面の温度が９００℃になるまでガスバーナーで予熱した後、３５０トンの溶鋼を受入れ、２次精錬を行った。そして、２次精錬が終了した溶鋼の浴面に保温材に投入し配置した後、この取鍋を連続鋳造設備に移送して、ガスバーナーで１０００℃程度に予熱された容量３０トンのタンディッシュを経て、モールドに溶鋼を供給し、鋳造を開始した。
まず、保温材として粒状のチャーライトを使用し、その投入量を変えて鋳造を行ったときのモールド内の溶鋼温度のばらつきを測定した結果を、表１に示す。
【００２６】
【表１】
0005169390.tif 000002
【００２７】
この表１中の浴面放散熱（溶鋼の浴面の放熱）は、チャーライトの投入量とかさ密度から得られるチャーライトの厚さと、チャーライトの熱伝導率から算出したものである。
また、表１中の評価（合否）は、改善割合（溶鋼温度のばらつきの改善割合）と、温度降下（２次精錬終了からの温度降下）の双方が良好な結果を「○」とし、それ以外を「×」とした。
ここで、改善割合は、現状の比較例１の保温材投入量における溶鋼温度のばらつきと比較して、そのばらつき割合が１０％以上改善したものを合格とした。
また、温度降下は、（２次精錬終了時の取鍋内の溶鋼温度）と（１チャージ鋳造完了直前の溶鋼温度）との差を求め、２次精錬終了からの温度降下が７０℃以下のものを合格とした。これは、２次精錬終了からの温度降下があまりにも大きい場合、モールド内の溶鋼温度の下限を確保するため、２次精錬終了時の溶鋼温度を高くする必要があるが、取鍋の耐火物の溶損を早めてその寿命を短くすることに起因する。
【００２８】
表１に示すように、取鍋に溶鋼を受けてから２次精錬終了までの時間を５０分とした場合、モールド内の溶鋼の浴面の放散熱が１０〜４０ｋＷ／ｍ２のときに、溶鋼温度のばらつきが低減すると共に、２次精錬からの温度降下を７０℃以下に抑えることができることを確認できた。
なお、ここでは、保温材としてチャーライトを使用しているが、溶鋼温度のばらつきを低減するためには、投入量を４〜３０ｋｇ／ｍ２とすることが望ましい。
このほか、保温材としてバーミキュライトとヤキモミを使用した場合についても、それぞれ鋳造を行ったが、いずれの場合も浴面放散熱が１０〜４０ｋＷ／ｍ２のときに、溶鋼温度のばらつきが小さくなるという結果を得た。このときの最適な保温材投入量は、バーミキュライトの場合３〜２０ｋｇ／ｍ２、ヤキモミの場合３〜２０ｋｇ／ｍ２であった。
【００２９】
次に、取鍋に溶鋼を受けてから２次精錬終了までの時間を４０分とした場合に、保温材として粒状のチャーライトを使用し、その投入量を変えて鋳造を行ったときのモールド内の溶鋼温度のばらつきを測定した結果を、表２に示す。なお、改善割合は、現状の比較例４の保温材投入量における溶鋼温度のばらつきと比較して、そのばらつき割合が１０％以上改善したものを合格とした。
【００３０】
【表２】
0005169390.tif 000003
【００３１】
この場合も、モールド内の溶鋼の浴面の放散熱が１０〜４０ｋＷ／ｍ２の範囲にあるときに、溶鋼温度のばらつきが低減されており、本発明の効果が確認された。但し、溶鋼を受けてから２次精錬終了までの時間を５０分とした場合（表１）に比べ、溶鋼温度のばらつきの絶対値が大きいことから、溶鋼温度のばらつきを低減するためには、溶鋼を受けてから２次精錬終了までの時間を５０分以上とすることが望ましいことが確認された。
なお、ここでも、保温材としてチャーライトを使用しているが、溶鋼温度のばらつきを低減するためには、投入量を４〜３０ｋｇ／ｍ２とすることが望ましい。また、保温材としてバーミキュライトとヤキモミを使用した場合についても、それぞれ鋳造を行ったが、いずれの場合も浴面放散熱が１０〜４０ｋＷ／ｍ２のときに、溶鋼温度のばらつきが小さくなるという結果を得た。
【００３２】
以上、本発明を、実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、前記したそれぞれの実施の形態や変形例の一部又は全部を組合せて本発明の溶鋼の保温方法を構成する場合も本発明の権利範囲に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の一実施の形態に係る溶鋼の保温方法を適用する取鍋内の溶鋼の深さ方向の温度分布を示す説明図である。
【図２】同取鍋の軸心位置おける溶鋼の深さ方向の温度分布を示す説明図である。
【図３】十分に温まっていないタンディッシュを介して溶鋼をモールドに供給した場合のモールド内の溶鋼温度の変化を示す説明図である。
【図１】
0005169390.tif 000004
【図２】
0005169390.tif 000005
【図３】
0005169390.tif 000006