(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼を鋳型内へ注入する浸漬ノズルを用い、当該浸漬ノズル内に不活性ガスを吹き込む連続鋳造方法において、該浸漬ノズル内孔面に下記式（１）を満足するようにガス吸引用多孔質耐火物を配置し、且つ溶鋼注入方向で該耐火物の直上部の該浸漬ノズル内の流路内径ｄが該耐火物の内径Ｄに対して０．７〜０．９倍の範囲とせしめた該浸漬ノズルを用い、該耐火物により該浸漬ノズル内からガス吸引を行いながら鋳型内へ溶鋼の供給を行うことを特徴とする連続鋳造方法。
Ｈ＞Ｈ０＋ｖ２／２ｇ・・・・・・（１）
但し、Ｈ：浸漬ノズル下端から吸引用多孔質耐火物下端までの距離（ｍ）
Ｈ０：浸漬ノズル下端から鋳造時の鋳型内制御目標メニスカスまでの距離（ｍ）
ｖ：浸漬ノズル吐出流平均流速（ｍ／ｓ）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ２）
【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内へ溶鋼を注入するのに際して、ノズルの閉塞を防止し、数多くの連々鋳を可能となし、かつ表面欠陥及び内部欠陥の少ない高品質な鋳片を得ることができる連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、連続鋳造工程ではタンディッシュの整備コストを低減するため、１基のタンディッシュで複数の鍋を交換する多連続鋳造（連々鋳）操業が行われており、コスト削減を図るためにはより多くの溶鋼を１キャストで鋳造する必要がある。
【０００３】
しかし、従来から浸漬ノズルの材質としては、一般的にハイアルミナ質が使用されており、非金属介在物（以下介在物と略称する）であるアルミナクラスターがノズル内孔表面に付着し、ノズル閉塞を発生しやすい欠点を有していた。
【０００４】
浸漬ノズル材質が例え他の材質であっても前記連々鋳、例えば数チャージ分の取鍋内溶鋼を鋳込むような場合には、取鍋交換前の溶鋼温度の低下もアルミナ付着現象を助長する一因となり、徐々にアルミナの付着が進行し、最終的にはノズル閉塞が発生して鋳造不可能になってしまうケースが度々発生し、多大な損害を被り、改善を求められていた。
【０００５】
ノズル内にアルミナが付着することは、鋳造中にノズルがやがて閉塞して鋳造速度を低下させなければならなくなったり、ノズル上方から閉塞部を洗浄する必要が生じ、鋳造スラブの品質を悪化させたり、操業面で支障をきたすことが多発していた。
【０００６】
連々鋳回数を増加させて長時間の鋳造を行う場合には、溶鋼を供給するノズル内にアルミナなどが付着してノズルが閉塞することを防止してやらなければならず、このノズル閉塞の問題に対処するためには、上ノズルや浸漬ノズルなどからアルゴンなどの不活性ガスを吹き込んで、ノズル内壁に異物が付着するのを防止することが一般的に行われている。
【０００７】
しかし、ノズル内に吹き込まれた不活性ガスは、溶鋼と共に鋳型内に流入し、鋳型上部の溶鋼中を通り抜け鋳型外に放散することから、溶鋼メニスカス部にあるパウダーと溶鋼との界面を通過する際にパウダー性欠陥の発生原因となることが知られている。
また、浸漬ノズルにアルミナ等の付着がない場合でも浸漬ノズルの左右溶鋼吐出流には偏りがあるため、ノズル閉塞防止を図るために吹き込んだ多量の不活性ガスは鋳型内に均一に分散することなく、鋳型内で片沸きしてパウダー巻き込みを益々助長していた。
【０００８】
これに対して、鋳型内への溶鋼吐出流の偏流抑制技術として特開平８−２９４７５７号公報が開示されている。該公報によれば、鋳型内へ溶鋼を供給する流量調整弁より下流側であって浸漬ノズルより上流側あるいは浸漬ノズルにおける溶鋼導入部分に流路絞り部を設けると共に、該絞り部分より吐出孔に至るまでの浸漬ノズルの部分を流速緩和部とし、上記絞り部分の流路横断面積を上記流量調整弁全開時の流路横断面積の５０〜９０％とし、上記流速緩和部の流路横断面積が上記絞り部分の流路横断面積より大きく、該流速緩和部の長さを上記絞り部分の内径の３倍以上とすることで、浸漬ノズル内で溶鋼流が整流化され、浸漬ノズル左右吐出流の偏流が抑制できると述べられている。
【０００９】
一方、ノズル閉塞防止のために不活性ガスを吹き込みつつ、浸漬ノズル内壁に設けたガス吸引用の多孔質耐火物から過剰なガスを吸引除去し、鋳型内へ流入する不活性ガス量を最小にする技術が提案されている。
【００１０】
このような鋳型内への過剰ガス流入防止技術として、例えば特開２０００−３０１３００号公報が開示されている。該公報の概要ではタンディッシュから鋳型内へ溶鋼を注入するための上ノズルに大量の不活性ガスを吹き込みつつ、浸漬ノズル内壁に設けたガス吸引用の多孔質耐火物から過剰なガスを吸引して、該浸漬ノズルから鋳型内へ流入する不活性ガスの総流量を制御できると述べられている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、本発明者らの実験によると、流量調整弁より下流側であって浸漬ノズルより上流側あるいは浸漬ノズルにおける溶鋼導入部分に流路絞り部を設け、連続鋳造を行った場合でも、ノズル閉塞防止のために吹き込んだ不活性ガスが原因で発生する鋳型内の片沸きを完全に抑制できていなかった。
これは浸漬ノズル内に吹き込まれた不活性ガスがノズル内を通過する際に溶鋼中より分離し、浸漬ノズル内、特に段差下部付近に溜まり、一定量以上のガスが溜まると逃げ場のなくなったガスが塊状で一気に鋳型内へ流入するためである。そのためノズル閉塞防止のために吹き込んだ不活性ガスを浸漬ノズル内で除去し、鋳型内へ流入する不活性ガス量を低減する方法が必要とされていた。
【００１２】
また、ノズル内部に吸引用多孔質耐火物を配した浸漬ノズルを用いて連続鋳造を行い、ガス吸引を実施したところ、従来技術の目的を達成するだけのガス量を長時間安定的に吸引し続けることはできなかった。
これは、浸漬ノズル内部の多孔質耐火物からガス吸引を行うためには該耐火物表面付近にガス溜まり（空隙部）が安定的に形成されることが必要不可欠であるのに対して、浸漬ノズル内部の溶鋼の流れが不安定であるため、該耐火物表面に溶鋼が度々接触し、ガス吸引が阻害されてしまうからである。このため、浸漬ノズル内部に設けた吸引用の多孔質耐火物を通して、長時間安定的に十分なガス吸引量を確保する方策が必要となっていた。
【００１３】
本発明はこのような従来技術の問題点を解決し、浸漬ノズルの閉塞防止を図り、多連続鋳造回数を増加させるとともに、過剰な不活性ガスを浸漬ノズル内で吸引除去することで、高品質な鋳片を得ることができる連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明は前記した従来方法における問題点を解決するためになされたものであり、その要旨とするところは、下記手段にある。溶鋼を鋳型内へ注入する浸漬ノズルを用い、当該浸漬ノズル内に不活性ガスを吹き込む連続鋳造方法において、該浸漬ノズル内孔面に下記式（１）を満足するようにガス吸引用多孔質耐火物を配置し、且つ溶鋼注入方向で該耐火物の直上部の該浸漬ノズル内の流路内径ｄが該耐火物の内径Ｄに対して０．７〜０．９倍の範囲とせしめた該浸漬ノズルを用い、該耐火物により該浸漬ノズル内からガス吸引を行いながら鋳型内へ溶鋼の供給を行うことを特徴とする連続鋳造方法。
Ｈ＞Ｈ０＋ｖ２／２ｇ・・・・・・（１）
但し、Ｈ：浸漬ノズル下端から吸引用多孔質耐火物下端までの距離（ｍ）
Ｈ０：浸漬ノズル下端から鋳造時の鋳型内制御目標メニスカスまでの距離（ｍ）
ｖ：浸漬ノズル吐出流平均流速（ｍ／ｓ）
ｇ：重力加速度（ｍ／ｓ２）
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、前記課題を解決するための鍵が上記浸漬ノズル内部の吸引用多孔質耐火物の設置位置と該耐火物の溶鋼注入方向直上部の形状にあることを突き止め、該耐火物設置位置とその直上部形状を適正化するため、数多くの実験を積み重ねた。
【００１６】
図１は従来技術の実施形態の１例を示したもので、タンディッシュ１から鋳型２に注入される溶鋼３は上ノズル４、スライディングノズル５、下ノズル６、浸漬ノズル７を介して供給される。上ノズル４には外部から配管が設置されており、アルゴンガスが供給される。
浸漬ノズル７の下部には溶鋼メニスカスよりも低い部分に存在する吐出孔の閉塞を防止するために、上ノズルと同様に外部から配管が設置されており、ノズル内面に設けられた多孔質耐火物１１を介して少量のアルゴンガスを吹き込むとともに、上部の多孔質耐火物１０からはアルゴンガスの吸引を行っている。
【００１７】
図２に従来のガス吸引技術を適用して鋳造を行った場合に吸引用多孔質耐火物を介して、吸引できたアルゴンガスの流量を示す。このときの鋳造条件は、スループット４．５ｔ／ｍｉｎ、上ノズルより１２リットル／ｍｉｎ、浸漬ノズルより５リットル／ｍｉｎのアルゴンガスを吹き込んで鋳造を行った。
図より明かなように従来方法では吸引できるガス量が少なく、また、鋳造時間の経過とともに吸引量は徐々に減少していくことが判る。さらに吸引ガス量は、常に変動していることが判る。
【００１８】
これは浸漬ノズル内部の溶鋼の流れが不安定であるため、吸引用多孔質耐火物表面は常に吸引対象となるガスと接触できておらず、ある頻度で繰り返し発生する溶鋼流の変動によって、該耐火物表面は溶鋼と接触しているからである。
該耐火物表面に溶鋼が接触すると吸引を阻害し、また溶鋼中のアルミナ等が付着するため、鋳造時間の経過とともに付着量が増加して、その結果、吸引ガス量は減少していく。さらに前記浸漬ノズル内の溶鋼流の変動に伴い、吸引ガス量が変動するため、鋳型内へ流入するアルゴンガス量が安定せず、メニスカスの乱れを誘発し、鋳片におけるパウダー欠陥が発生していた。
【００１９】
本発明者らは上記従来技術の課題を克服し、安定的なガス吸引を実現するための様々な方策を検討した。その結果、ノズル内部の溶鋼流の不安定性に左右されることなく、吸引用多孔質耐火物表面が吸引対象となるガスと常に接触するための方策として、該耐火物の設置位置と該耐火物よりも溶鋼注入方向直上部の内径を小さくすることが有効であることを見出した。
【００２０】
図３に本発明の実施形態の１例を示した。浸漬ノズル７にはＨ＞Ｈ0 ＋ｖ2 ／２ｇ（Ｈ：浸漬ノズル下端から吸引用多孔質耐火物１０下端までの距離、Ｈ0 ：浸漬ノズル下端から鋳造時の鋳型内制御目標メニスカスまでの距離、ｖ：浸漬ノズル吐出流平均流速、ｇ：重力加速度）を満足するだけ上方に吸引用多孔質耐火物１０を配置し、該耐火物よりも溶鋼注入方向直上部の浸漬ノズル内の流路内径ｄは該耐火物の内径Ｄに対して、０．７〜０．９倍の範囲とするために、下ノズル６の内径にテーパーを付与し、更に浸漬ノズル上部にリング１２を挿入する。
【００２１】
吸引用多孔質耐火物１０の設置位置は、該耐火物表面が溶鋼と接触するのを防ぐため、図３にあるように溶鋼吐出流平均流速から推定される浸漬ノズル内のヘッド高さよりも高い位置に設置する必要がある。すなわち、ここで浸漬ノズル内に設置される該耐火物１０下端と浸漬ノズル下端の距離をＨとすると、Ｈは浸漬ノズル内の溶鋼ヘッド高さｖ2 ／２ｇと浸漬ノズル下端から鋳造時の鋳型内制御目標メニスカスまでの距離Ｈ0 （浸漬深さ）で下記のように規定できる。
Ｈ＞Ｈ0 ＋ｖ2 ／２ｇ
なお、ここでメニスカス位置は鋳造時に変動するため、実際の鋳造においては制御目標メニスカス位置としている。
【００２２】
吸引用多孔質耐火物１０よりも溶鋼注入方向直上部の浸漬ノズル内の流路内径ｄを該耐火物内径Ｄに対して縮小するのは該耐火物表面近傍に安定的にガス溜まり（空隙部）を形成させるためであり、そのためには該耐火物内径Ｄに対して該耐火物１０よりも溶鋼注入方向直上部の浸漬ノズル内の流路内径ｄを縮小して該耐火物上端に段差を設けることが最も有効な手段である。
【００２３】
図３に示すように浸漬ノズル内に形成した段差の下部にはガス溜まり（空隙部）が形成される。本発明者らの実験によると、付与する段差の範囲は、浸漬ノズル内の溶鋼流が不安定になっても該耐火物表面に溶鋼が接触する機会が少なくなるように、吸引用多孔質耐火物１０の内径Ｄに対して０．９倍以下である必要があり、また、あまり大きな段差を設けるとノズル閉塞防止のために吹き込んだ不活性ガスと鋳造に見合う溶鋼流の通過が阻害されるため、鋳造速度に対して溶鋼の供給量が追いつかなくなることがないように０．７倍以上であることが必要である。すなわち、鋳造速度を落とすことなく、アルミナ等が該表面に付着しないためには、形成する段差の範囲を前記耐火物１０の内径Ｄに対して０．７〜０．９倍の範囲とすることが最も最適であることが判った。
【００２４】
【実施例】
本発明を適用して実機鋳造を行った。
このときの鋳造条件は、鋳片幅１６００ｍｍ、鋳片厚み２８０ｍｍ、スループット４．５ｔ／ｍｉｎ、上ノズルより１２リットル／ｍｉｎ、浸漬ノズル（ＩＮ）より５リットル／ｍｉｎのアルゴンガスを吹き込んで鋳造を行った。また、浸漬ノズルの浸漬深さＨ0 は２００ｍｍである。
さらにまた、この鋳造条件において式（１）の第２項ｖ2 ／２ｇは約４８ｍｍとなる。表１に鋳造条件を示す。
【００２５】
【表１】
0004421136.tif 000002
【００２６】
本発明例１〜３では吸引用の多孔質耐火物下端位置Ｈを浸漬ノズル下端より４００ｍｍの位置とした。また、前記多孔質耐火物の内径Ｄに対して該耐火物よりも溶鋼注入方向直上部の浸漬ノズル内の流路内径ｄは、流路内径比ｄ／Ｄが０．８となるように段差を付与した。
【００２７】
比較例１〜３は、浸漬ノズル内の吸引用多孔質耐火物位置Ｈまたは流路内径比ｄ／Ｄのどちらか一方が本発明の範囲外となる条件でガス吸引を行いながら鋳造した例である。
一方、従来例１，２は、吸引用の多孔質耐火物下端位置Ｈを浸漬ノズル下端より２３０ｍｍの位置とし、また前記多孔質耐火物の内径Ｄと該耐火物よりも溶鋼注入方向直上部の浸漬ノズル内の流路内径ｄが等しく、流路に段差のない状態でガス吸引を行いながら鋳造した例である。
【００２８】
図４に本発明例２を適用してガス吸引を行った場合の吸引ガス量を示す。図より本発明の適用で吸引可能なガス量は増加し、また、鋳造を通して安定的に吸引できることが判る。また、従来技術に見られたような吸引量の変動もほとんど解消された。
一方、比較例、従来例では図は省略するが、吸引ガス量を安定的に確保しながら鋳造を続行することは不可能であった。
【００２９】
表２に本発明技術及び従来技術の鋳片品質結果および連々鋳回数を示す。
品質の指標としては、表面欠陥については冷延工程における冷延板の目視検査による表面欠陥評点、内部欠陥については熱延工程におけるＵＳＴ検査による内部欠陥評点を調査し、Ｎ＝２０コイルの平均点で評価した。
【００３０】
【表２】
0004421136.tif 000003
【００３１】
表２より明かなように比較例１では流路内径比ｄ／Ｄが本発明の範囲より大きかったため、十分なガス吸引が行えず、その結果として内部欠陥・表面欠陥共に合格基準を満たすことはできなかった。
比較例２では浸漬ノズル内の流路内径ｄを縮小し過ぎたため、鋳造速度に対して溶鋼供給量が追いつかず、鋳造速度を低下させることとなった。更に該耐火物直上部の流路が閉塞し、鋳造の続行が不可能となった。その結果、品質基準を満たすことはできても、高位の連々鋳回数を実現することはできなかった。
比較例３では吸引用多孔質耐火物の設置位置が低かったため、鋳造の進行とともに該耐火物表面にアルミナ等が付着・堆積し、徐々に吸引ガス量が減少し、４鍋目で吸引が不可能となった。そのため、４鍋以降、鋳型内へ流入するアルゴンガス量が多くなり、内部欠陥・表面欠陥共に合格基準を満たすことはできなかった。
【００３２】
従来例１では吸引用多孔質耐火物の設置位置が低く、更に浸漬ノズル内の溶鋼流路に段差がないため十分なガス吸引が行えず、鋳型内へ流入するアルゴンガス量が多くなり、内部欠陥・表面欠陥共に合格基準を満たすことはできなかった。従来例２では鋳片品位を向上させるために浸漬ノズル内に吹き込むアルゴンガス量を絞って鋳造を行ったため、浸漬ノズルの閉塞が発生して鋳造を中断せざろう得ない状況に陥った。
これに対して、本発明技術の適用によるものは高位の連々鋳回数を実現できるとともに、表面欠陥及び内部欠陥において合格基準を満たすことができた。
【００３３】
図５に吸引用多孔質耐火物直上の段差付与例を示す。該耐火物よりも溶鋼注入方向直上部の段差を付与する方法としては、図中の（ａ）にあるように浸漬ノズル径を拡大する方法や（ｂ）のように浸漬ノズル上部へリングを挿入する方法などが挙げられる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明により浸漬ノズルの閉塞を防止し、数多くの連々鋳を可能とするとともに、ノズル閉塞防止のために吹き込んだ過剰な不活性ガスを浸漬ノズル内で吸引除去することで、表面欠陥及び内部欠陥の少ない高品質な鋳片を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来技術の実施形態の１例を示す図
【図２】従来技術における吸引ガス量を示す図
【図３】本発明の実施形態の１例を示す図
【図４】本発明における吸引ガス量を示す図
【図５】本発明における吸引用多孔質耐火物直上の段差設定例を示す図
【符号の説明】
１  タンディッシュ
２  鋳型
３  溶鋼
４  上ノズル
５  スライディングノズル
６  下ノズル
７  浸漬ノズル
８  凝固シェル
９  パウダー
１０  不活性ガス吸引用多孔質耐火物
１１  不活性ガス吹き込み用多孔質耐火物
１２  リング
【図１】
0004421136.tif 000004
【図２】
0004421136.tif 000005
【図３】
0004421136.tif 000006
【図４】
0004421136.tif 000007
【図５】
0004421136.tif 000008