(57)【要約】【課題】  攪拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口を有する取鍋を使用して溶鋼を二次精錬した場合にも、取鍋摺動式開閉装置の自然開口率を向上させる。【解決手段】  本発明の摺動式開閉装置の開口方法は、底吹き羽口３から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを吹き込んで溶鋼１１を二次精錬し、次いで、取鍋１の摺動式開閉装置２を開口し、詰砂１３を流出させて溶鋼を連続鋳造機のタンディッシュに注入するにあたり、前記二次精錬の末期または終了後に、底吹き羽口から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを溶鋼に吹き込むと同時に、溶鋼に浸漬させたインジェクションランス４から３．３〜６．８ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを吹き込み、底吹き羽口からの攪拌用ガスとインジェクションランスからの攪拌用ガスとの合計の攪拌動力密度を１００Ｗ／溶鋼−ｔ以上に確保して２〜５分間攪拌する。【選択図】            図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
底吹き羽口を有する取鍋を用い、底吹き羽口から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを吹き込んで転炉または電気炉から受鋼した溶鋼を二次精錬し、次いで、取鍋の底部に設置した摺動式開閉装置を開口し、摺動式開閉装置のノズル孔に充填された詰砂を流出させて二次精錬した溶鋼を連続鋳造機のタンディッシュに注入するにあたり、前記二次精錬の末期または終了後に、前記底吹き羽口から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを溶鋼に吹き込むと同時に、溶鋼に浸漬させたインジェクションランスから３．３〜６．８ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを吹き込み、底吹き羽口からの攪拌用ガスとインジェクションランスからの攪拌用ガスとの合計の攪拌動力密度を１００Ｗ／溶鋼−ｔ以上確保して２〜５分間攪拌することを特徴とする、取鍋摺動式開閉装置の開口方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶鋼の鋳造に用いられる製鋼用取鍋などの底部に設置された、収容した溶鋼をタンディッシュに注入するためのスライディングノズルまたはロータリーノズルなどの取鍋摺動式開閉装置の開口方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
転炉や電気炉で精錬された溶鋼を受鋼し、その後、受鋼した溶鋼に対して必要に応じて脱ガス精錬などの二次精錬を行い、その後、収容した溶鋼を連続鋳造機のタンディッシュに注入するために使用される取鍋には、その底部に溶鋼の流出を制御するための摺動式開閉装置（スライディングノズルまたはロータリーノズル）が設けられている。このような摺動式開閉装置を備えた取鍋では、摺動式開閉装置のノズル孔内で溶鋼が凝固してノズル孔が閉塞されることを防止するために、溶鋼を受鋼する前に摺動式開閉装置のノズル孔内に耐火性の詰砂が充填され、取鍋内に溶鋼が注入された後にノズル孔下方の摺動板を開くことで、詰砂が落下して溶鋼が自然に流出するように（「自然開口」という）構成されている。ノズル孔に充填される詰砂としては、従来、シリカ（ＳｉＯ2）やクロマイト（ＦｅＣｒ2Ｏ4）を主成分とする砂（シリカ砂、クロマイト砂）が用いられている。
【０００３】
しかしながら、受鋼後に詰砂が焼結したり、詰砂に溶鋼が浸透したりして、詰砂の上層部に生成される焼結層や溶鋼浸透層が溶鋼静圧では崩落せず、自然開口しない場合が発生する。近年、鋼の高級化により二次精錬の施される比率が高くなり、受鋼時点から鋳造開始までの経過時間が長くなるに伴って自然開口しない頻度が高くなり、特に、その底部に攪拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口を有する取鍋で二次精錬した場合に、底吹き羽口からの攪拌用ガスによる溶鋼攪拌が弱く、底吹き羽口と摺動式開閉装置とが互いに離れた位置に配置されることも相まって、自然開口率が低下するという問題があった。
【０００４】
自然開口しない場合には、取鍋の下方から酸素ガス供給管を摺動式開閉装置のノズル孔に挿入し、供給する酸素ガスによって焼結層或いは溶鋼浸透層を溶融・洗浄して強制的に開口しなければならず、溶鋼が空気に触れて品質が低下し、鋳片の格落や屑化が必要になることから多大な損害が生じる。従って、自然開口率を高めるべく、種々の提案がなされている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、摺動式開閉装置のノズル孔に充填した詰砂（シリカ砂）の焼結層の上方にバブリングランスを配置し、該バブリングランスから不活性ガスを前記焼結層の上方に吹き込み、高温の溶鋼流を前記焼結層に接触させる方法が提案されている。このようにすることで、詰砂の焼結層は、その一部が溶解して薄くなり、溶鋼の静圧によって崩落し、自然開口するとしている。特許文献１の方法は有効な方法であるが、特許文献１は、どの程度の攪拌力でどの程度の攪拌時間とすれば効果が発現するかを記載しておらず、安定した自然開口を得るために未だ改善の余地がある。
【０００６】
特許文献２には、摺動式開閉装置のノズル孔内に充填した詰砂の中に摺動式開閉装置の摺動による開口と同期して移動する移動体を設け、この移動体の移動によって詰砂の焼結層或いは溶鋼浸透層を強制的に破壊して開口する方法が提案されている。特許文献２は、前記移動体としてＭｎ含有量１５質量％の鋼材を使用しており、移動体の準備に費用を要するのみならず、取鍋の使用毎に移動体を設置する必要があり、取鍋準備作業の作業性が大幅に損なわれる。
【０００７】
また、特許文献３には、シリカ砂１０〜５０質量％と、クロマイト砂５０〜９０質量％とを配合してなり、前記シリカ砂は、粒径０．４２５ｍｍ以上１．１８ｍｍ未満のものを９５質量％以上含み、前記クロマイト砂は、粒径０．０７５ｍｍ以上０．８５ｍｍ未満のものを９５質量％以上、０．１０６ｍｍ以上０．２１２ｍｍ未満のものを１０質量％以上、０．３ｍｍ以上０．６ｍｍ未満のものを３０質量％以上含むものである詰砂が提案されている。しかしながら、特許文献３は、特にクロマイト砂の粒度調整が煩雑で、詰砂の価格が高価になるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平１−１３３６６６号公報
【特許文献２】特開平６−６３７２９号公報
【特許文献３】特開２００６−１９８６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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、自然開口率が特に低い、その底部に攪拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口を有する取鍋を使用して溶鋼を二次精錬する場合に、通常的に使用される一般的な詰砂を用いても、且つ、特許文献２のような細工を施さずとも、自然開口率を高めることのできる、取鍋摺動式開閉装置の開口方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下のとおりである。
（１）  底吹き羽口を有する取鍋を用い、底吹き羽口から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを吹き込んで転炉または電気炉から受鋼した溶鋼を二次精錬し、次いで、取鍋の底部に設置した摺動式開閉装置を開口し、摺動式開閉装置のノズル孔に充填された詰砂を流出させて二次精錬した溶鋼を連続鋳造機のタンディッシュに注入するにあたり、前記二次精錬の末期または終了後に、前記底吹き羽口から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを溶鋼に吹き込むと同時に、溶鋼に浸漬させたインジェクションランスから３．３〜６．８ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを吹き込み、底吹き羽口からの攪拌用ガスとインジェクションランスからの攪拌用ガスとの合計の攪拌動力密度を１００Ｗ／溶鋼−ｔ以上に確保して２〜５分間攪拌することを特徴とする、取鍋摺動式開閉装置の開口方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、底吹き羽口を有する取鍋を用い、底吹き羽口から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを吹き込んで溶鋼を二次精錬した場合であっても、取鍋の摺動式開閉装置の自然開口率を高めることが実現でき、これにより、連続鋳造鋳片の格落や屑化が低減され、製造コストが削減される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】底部に、攪拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口と溶鋼を排出するための摺動式開閉装置とを有する取鍋の一例の縦断面概略図である。
【図２】図１に示す取鍋の摺動式開閉装置の拡大図である。
【図３】詰砂の上層部に溶鋼浸透層が生成した状態を模式的に示す図である。
【図４】底吹き羽口とインジェクションランスの双方から攪拌用Ａｒガスを溶鋼に吹き込む様子を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明する。本発明者らは、底部に攪拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口を有する取鍋を使用して、転炉または電気炉から受鋼した溶鋼を二次精錬した場合に、取鍋の摺動式開閉装置の自然開口率が悪くなる原因を詳細に検討した。
【００１４】
図１に、底部に、攪拌用ガスを吹き込むための底吹き羽口と溶鋼を排出するための摺動式開閉装置とを有する取鍋の一例の縦断面概略図を示す。取鍋１は、外殻を鉄皮５とし、その内面側に耐火物６が施工されており、摺動式開閉装置２及び底吹き羽口３が底部の耐火物６に嵌合して配置されている。底吹き羽口３は、二次精錬を行う場所では、攪拌用ガス供給管（図示せず）が接続され、二次精錬の任意の期間に任意の流量の攪拌用ガスが吹き込まれるようになっている。攪拌用ガスとして使用するガスは不活性ガスであり、一般的にはＡｒガスである。底吹き羽口３は、多孔質煉瓦のポーラスプラグであっても、また、煉瓦の中にスリット状のガス流路を備えたスリットプラグであっても、どちらでも構わない。
【００１５】
図１に示す取鍋１の摺動式開閉装置２の拡大図を図２に示す。但し、図２では、摺動式開閉装置２の外殻鉄皮や、固定板８、摺動板９などを支持する部材を省略している。この摺動式開閉装置２は、１つの固定板８と１つの摺動板９とを有し、摺動板９の移動方向が直線の往復方向である、所謂スライディングノズルであり、摺動式開閉装置２の所定位置に固定された固定板８の下面側に、油圧シリンダー（図示せず）の作動によって固定板８に密着して図面の左右方向に移動する摺動板９が配置されている。固定板８の上面には耐火物６と嵌合する上ノズル７が配置され、一方、摺動板９の下面側には、整流ノズル１０が接続されている。この整流ノズル１０の下面側に、取鍋１から連続鋳造用タンディッシュ（図示せず）に注入する溶鋼を空気から遮断するためのロングノズル（図示せず）が取り付けられるようになっている。
【００１６】
転炉や電気炉からの受鋼前に、摺動板９を待機位置（図２に示す位置）に位置させた状態で、上ノズル７の内部に詰砂１３を充填する。詰砂１３が少なく、上ノズル７の上部が溶鋼に接触すると、その部位で溶鋼が滞留して、溶鋼が凝固することがあるので、詰砂１３を、図２に示すように、その上端部位置が周囲の耐火物６よりも突出した位置となるまで充填するのが一般的である。取鍋内の溶鋼を流出する際には、摺動板９を移動して固定板８と摺動板９との開口部を合致させ、詰砂１３を重力により落下させ、上ノズル７の内部を空隙にする。これにより、溶鋼が上ノズル７の内部に流れ込み、整流ノズル１０を通って流出する。詰砂１３としては、シリカ砂やクロマイト砂のような従来使用されているものを使用すればよく、特許文献３に提案されるシリカ砂とクロマイト砂との混合体からなる詰砂であっても構わない。
【００１７】
詰砂１３は、高温の溶鋼と接触するので、詰砂自体が焼結して焼結層を形成したり、溶鋼が詰砂１３に浸透して溶鋼浸透層を形成したりすることが知られている。一般的には、溶鋼温度が高い場合に焼結層を形成し、溶鋼が滞留するなどして溶鋼温度が低下した場合には溶鋼浸透層を形成する。焼結層及び溶鋼浸透層ともに、受鋼時点から鋳造開始までの経過時間が長くなるほどその厚みが厚くなり、摺動式開閉装置２の自然開口を妨げる原因となる。図３に、詰砂１３の上層部に溶鋼浸透層１３Ａが生成した状態を模式的に示す。
【００１８】
溶鋼を二次精錬（溶鋼の脱硫処理、Ａｌなどの成分調整、溶鋼温度の調整など）する場合には、反応効率を高める或いは溶鋼成分及び温度を均一化するために、溶鋼を攪拌しながら精錬することが一般的であり、底吹き羽口３を有する取鍋１を用いて二次精錬する場合には、攪拌用ガスは底吹き羽口３を介して供給される。この場合、底吹き羽口３から大量の攪拌用ガスを吹き込むと、底吹き羽口３の損耗が激しくなる、及び、攪拌による溶鋼温度の降下が大きくなるので、これらを防止するために、底吹き羽口３からは０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを吹き込むことが一般的である。
【００１９】
本発明者らは、攪拌用ガスを底吹き羽口３から吹き込んで行う二次精錬では、溶鋼の攪拌力が弱く、詰砂１３と接触する溶鋼の温度が低くなり、詰砂１３に溶鋼が浸透して形成される溶鋼浸透層１３Ａの厚みが厚くなり、これが摺動式開閉装置２の自然開口率を悪化させる主原因であるとの仮定に基づき、攪拌力の検討を行った。
【００２０】
攪拌用ガス（Ａｒガス）の溶鋼への吹き込みによる攪拌動力密度は下記の（１）式で求められる。但し、（１）式において、εは攪拌動力密度（Ｗ／溶鋼−ｔ）、Ｑは攪拌用ガス吹き込み流量（Ｎｍ3／ｍｉｎ）、ＴIは溶鋼温度（Ｋ）、ＷIは溶鋼質量（ｔ）、ｈ0は攪拌用ガス吹き込み深さ（ｍ）、Ｐは雰囲気圧力（Ｐａ）、Ｔgは攪拌用ガス温度（Ｋ）である。
【００２１】
【数１】
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【００２２】
実機の取鍋１において、底吹き羽口３からの攪拌用Ａｒガスの吹き込み流量を０．２Ｎｍ3／ｍｉｎ、０．４Ｎｍ3／ｍｉｎの２水準、並びに、別途インジェクションランスを設置したとして、このインジェクションランスから１．０Ｎｍ3／ｍｉｎ、２．０Ｎｍ3／ｍｉｎのＡｒガスを吹き込んだときの攪拌動力密度εを算出した。インジェクションランスから２．０Ｎｍ3／ｍｉｎのＡｒガスを吹き込む条件では、吹き込み深さを２．８ｍと０．７５ｍとの２水準で計算した。計算結果を表１に示す。表１には、計算に必要な各種条件を併せて示す。尚、取鍋１の溶鋼質量が２９５トンであるので、吹き込み流量０．２Ｎｍ3／ｍｉｎは０．６８ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)、吹き込み流量０．４Ｎｍ3／ｍｉｎは１．３６ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)となる。
【００２３】
【表１】
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【００２４】
底吹き羽口３からの攪拌用Ａｒガスの吹き込み流量が０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の範囲では、表１に示すように、攪拌動力密度εは高々３３Ｗ／溶鋼−ｔ程度であることが分った。このように攪拌力が弱いことから、詰砂１３の上層部に形成される溶鋼浸透層１３Ａの厚みが厚くなることが予測された。
【００２５】
そこで、目的とする二次精錬が終了した後に、取鍋１を移動させずに、二次精錬を実施する場所においてインジェクションランスを取鍋１に浸漬させ、底吹き羽口３から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用Ａｒガスを吹き込むと同時に、インジェクションランスからも３．３〜６．８ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用Ａｒガスを吹き込み、溶鋼を攪拌する試験を実施した。図４に、底吹き羽口３とインジェクションランス４の双方から攪拌用Ａｒガスを溶鋼１１に吹き込む様子を示す。図４において、符号１２は溶鋼上のスラグである。
【００２６】
この試験の結果、底吹き羽口３から吹き込む攪拌用ガスと、インジェクションランス４から吹き込む攪拌用ガスとの合計の攪拌動力密度εが１００Ｗ／溶鋼−ｔ以上で且つ２分間以上攪拌した場合には、取鍋１の摺動式開閉装置２の自然開口率が改善されることを確認した。これは、攪拌動力密度εが高くなることで、取鍋内全体に溶鋼流が形成され、この溶鋼流によって温度の高い溶鋼１１が摺動式開閉装置２の直上に供給され、詰砂１３の上層部に形成した溶鋼浸透層１３Ａが上部側から溶解し、溶鋼浸透層１３Ａの厚みが薄くなって、開口時に溶鋼静圧で破壊されることによると考えられる。
【００２７】
インジェクションランス４の設置位置は、摺動式開閉装置２の上方とする必要はなく、どこであっても構わないが、設置上の問題がなければ、摺動式開閉装置２の上方とすることが好ましい。攪拌時間が長いほど、溶鋼浸透層１３Ａの溶解が進むが、溶鋼１１の温度が低下し、溶鋼中の酸化物系非金属介在物の浮上・分離が損なわれて品質上の問題が生じるなどの別の問題が起こるので、５分間を超えて攪拌する必要はない。２〜３分間の攪拌時間が最適である。
【００２８】
本発明は、このような知見に基づきなされたものであり、底吹き羽口３を有する取鍋１を用い、底吹き羽口３から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを吹き込んで溶鋼１１を二次精錬し、この取鍋１の摺動式開閉装置２を連続鋳造工程で開口するにあたり、前記二次精錬の末期または終了後に、底吹き羽口３から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを溶鋼１１に吹き込むと同時に、溶鋼１１に浸漬させたインジェクションランス４から３．３〜６．８ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを吹き込み、底吹き羽口３からの攪拌用ガスとインジェクションランス４からの攪拌用ガスとの合計の攪拌動力密度εを１００Ｗ／溶鋼−ｔ以上に確保して２〜５分間攪拌する。ここで、攪拌動力密度εは上記（１）式で゛定義されるものである。
【００２９】
この構成の本発明によれば、底吹き羽口３を有する取鍋１を用い、底吹き羽口３から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用ガスを吹き込んで溶鋼１１を二次精錬した場合であっても、摺動式開閉装置２の自然開口率を高めることが実現される。これにより、連続鋳造鋳片の格落や屑化が低減され、製造コストが削減される。
【実施例１】
【００３０】
最大溶鋼収容量が３００トンである図１に示す取鍋を用いて、転炉から受鋼した溶鋼に対して底吹き羽口から０．６〜１．４ＮＬ／(ｍｉｎ・溶鋼−ｔ)の攪拌用Ａｒガスを吹き込んで、二次精錬（溶鋼の成分及び温度調整）を実施する場合に、二次精錬の末期に溶鋼にインジェクションランスを浸漬させ、インジェクションランスから攪拌用Ａｒガスを吹き込んで本発明を適用した。詰砂としては、シリカ砂にクロマイト砂を５０〜６０質量％混合した砂を使用したが、特許文献３のような細かな粒度調整は実施しなかった。
【００３１】
その結果、取鍋の摺動式開閉装置の自然開口率は９９．５％となり、本発明を適用する以前の自然開口率が９９．０％であったことから、０．５％の改善が達成された。尚、この製鋼工場では月間約１３５０チャージの溶鋼を処理しており、月間のチャージ数として６．７チャージ分で自然開口が増加した結果になる。
【符号の説明】
【００３２】
１  取鍋
２  摺動式開閉装置
３  底吹き羽口
４  インジェクションランス
５  鉄皮
６  耐火物
７  上ノズル
８  固定板
９  摺動板
１０  整流ノズル
１１  溶鋼
１２  スラグ
１３  詰砂
１３Ａ  溶鋼浸透層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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