(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶鋼鍋からタンディッシュに受湯してから該タンディッシュの底部に設けた浸漬ノズルから前記溶鋼を鋳型に注湯し、前記鋳型により冷却して溶鋼を凝固させながら引き抜く鋳片の連続鋳造方法において、前記浸漬ノズルに０．５ＮＬ／分以上のアルゴンガスを送給し、下式を満たす鋳造条件及び前記溶鋼の成分濃度にして連続鋳造することを特徴とする気泡欠陥の少ない鋳片の連続鋳造方法。
Ｙ＝Ｎ・Ｖｃ・Ｄ・Ｗ・ｓｉｎθ／Ａ≦９００００
Ｎ＝７９Ｃ質量％＋２０８８４８Ｓ質量％＋１４３３９Ｎ質量％＋１２８０８６５Ｏ質量％
ここで、Ｖｃは鋳造速度（ｍ／分）、Ｄは鋳片の厚み（ｍ）、Ｗは鋳片の幅（ｍ）、θは浸漬ノズルの下向き角度（ｄｅｇ）、Ａは浸漬ノズルの吐出口の総断面積（ｍ2 ）、Ｎは、溶鋼の成分濃度による表面張力勾配値であり、Ｃは溶鋼中の炭素質量％、Ｓは溶鋼中の硫黄質量％、Ｎは溶鋼中の窒素質量％、Ｏは溶鋼中の酸素質量％である。
【請求項２】
溶鋼鍋からタンディッシュに受湯してから該タンディッシュの底部に設けた浸漬ノズルから０．５ＮＬ／分以上のアルゴンガスを送給し、下式を満たす鋳造条件及び溶鋼の成分濃度で連続鋳造により製造したことを特徴とする気泡欠陥の少ない鋳片。
Ｙ＝Ｎ・Ｖｃ・Ｄ・Ｗ・ｓｉｎθ／Ａ≦９００００
Ｎ＝７９Ｃ質量％＋２０８８４８Ｓ質量％＋１４３３９Ｎ質量％＋１２８０８６５Ｏ質量％
ここで、Ｖｃは鋳造速度（ｍ／分）、Ｄは鋳片の厚み（ｍ）、Ｗは鋳片の幅（ｍ）、θは浸漬ノズルの下向き角度（ｄｅｇ）、Ａは浸漬ノズルの吐出口の総断面積（ｍ2 ）、Ｎは、溶鋼の成分濃度により計算される値であり、Ｃは溶鋼中の炭素質量％、Ｓは溶鋼中の硫黄質量％、Ｎは溶鋼中の窒素質量％、Ｏは溶鋼中の酸素質量％である。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳型に浸漬ノズルを介して溶鋼を注湯し、この溶鋼を凝固させて表面及び表層欠陥の無い鋳片を製造する気泡欠陥の少ない鋳片の連続鋳造方法及び製造された鋳片に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、溶鋼鍋からタンディッシュに受湯し、タンディッシュの底部に設けた浸漬ノズルを介して鋳型に注湯して鋳型による冷却を行なった後、支持セグメントに配置したスプレーノズルから冷却水を噴霧しながら凝固させて鋳片の製造が行われる。この浸漬ノズルを用いて溶鋼を鋳型に注湯する際、溶鋼中の介在物が浸漬ノズル内に付着するため、吐出口が閉塞して注湯が不可能になったり、溶鋼の吐出流が偏流して鋳造操業の継続に支障をきたす事態を招く。また、付着した介在物が剥離して溶鋼中に混入して介在物に起因した欠陥を生じる。
【０００３】
この問題を解消するため、浸漬ノズルにアルゴンガスを送給し、浸漬ノズルへの介在物の付着の防止と、鋳型内の介在物をアルゴンガス気泡によって浮上させて溶鋼中から分離し、介在物に起因する欠陥を防止することが行われている。しかし、アルゴンガスを吹き込むことによって浸漬ノズル内の介在物の付着を抑制することはできたが、吹き込まれたアルゴンガスの気泡が溶鋼の凝固によって形成される凝固殻に捕捉され、この気泡が圧延加工時に表面に露出し、線状あるいは膨れ等の表面疵になり、製造された鋼板の品質を損なう問題が生じた。
【０００４】
この対策として、一般的には、鋳造速度を遅くし、鋳型内の溶鋼中のアルゴンガス気泡を浮上させ、気泡が凝固殻に捕捉されるのを防止することが行われている。更に、特開平９−１９２８０１号公報、特開２０００−２０２６０３号公報等のように、移動磁場型等の通常の電磁攪拌装置を用い、鋳型内の溶鋼の吐出流の下向きの流れを抑制して溶鋼中のアルゴンガス気泡の浮上を促進したり、鋳型の内壁に沿って旋回する溶鋼の流れを形成し、凝固殻の近傍のアルゴンガス気泡や介在物の凝固殻への付着を防止して清浄な凝固殻を形成し、気泡欠陥、介在物欠陥等を防止することが行われている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鋳造速度を遅くして鋳型内の溶鋼中のアルゴンガス気泡を浮上させる方法では、鋳造速度が大幅に低下し、連続鋳造装置の生産性が低下したり、一回当たりの溶鋼量が大きい場合、この溶鋼が放熱によって温度低下を生じ、鋳造末期の溶鋼の温度が目標温度から低目側に外れ、低温度に起因した地金付着や浸漬ノズル詰まり等から鋳造操業の継続に支障を生じる。更に、特開平９−１９２８０１号公報、特開２０００−２０２６０３号公報等のように、移動磁場型等の通常の電磁攪拌装置を用い、鋳型内の溶鋼の吐出流の下向きの流れを抑制して溶鋼中のアルゴンガス気泡の浮上を促進したり、鋳型の内壁に沿って旋回する溶鋼の流れを形成する方法では、上向きの溶鋼流によるパウダーの巻き込み、あるいは旋回流の下方に体積する介在物や気泡が存在し、これ等が新たな欠陥が生じたり、電磁攪拌等の装置の設置に多大の費用を要し、使用中の電力消費の増加等の問題がある。
【０００６】
本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、簡単で、しかも安価に溶鋼中のアルゴンガス気泡が凝固殻に捕捉されるのを抑制し、表面欠陥を防止して優れた品質の鋳片を製造し、この鋳片を圧延加工を施した鋼材の品質を向上することができる気泡欠陥の少ない鋳片の連続鋳造方法及び製造された鋳片を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的に沿う本発明に係る気泡欠陥の少ない鋳片の連続鋳造方法は、溶鋼鍋からタンディッシュに受湯してから該タンディッシュの底部に設けた浸漬ノズルから前記溶鋼を鋳型に注湯し、前記鋳型により冷却して溶鋼を凝固させながら引き抜く鋳片の連続鋳造方法において、前記浸漬ノズルに０．５ＮＬ／分以上のアルゴンガスを送給し、下式を満たす鋳造条件及び前記溶鋼の成分濃度にして連続鋳造する。
Ｙ＝Ｎ・Ｖｃ・Ｄ・Ｗ・ｓｉｎθ／Ａ≦９００００
Ｎ＝７９Ｃ質量％＋２０８８４８Ｓ質量％＋１４３３９Ｎ質量％＋１２８０８６５Ｏ質量％
【０００８】
この方法により、鋳造条件と溶鋼の表面張力勾配を適正な値を満たすように鋳造するため、鋳型内の溶鋼中に吹き込まれたアルゴンガスの気泡が凝固殻の内側に捕捉されるを抑制することができる。
ここで、Ｖｃは鋳造速度（ｍ／分）、Ｄは鋳片の厚み（ｍ）、Ｗは鋳片の幅（ｍ）、θは浸漬ノズルの下向き角度（ｄｅｇ）、Ａは浸漬ノズルの吐出口の総断面積（ｍ2 ）、Ｎは、溶鋼の成分濃度により計算される表面張力勾配値であり、Ｃは溶鋼中の炭素質量％、Ｓは溶鋼中の硫黄質量％、Ｎは溶鋼中の窒素質量％、Ｏは溶鋼中の酸素質量％である。
なお、Ｙ値が９００００を超えると、浸漬ノズルの吐出口からの溶鋼の下向きの速度が大きくなり、凝固殻全面での溶鋼の表面張力勾配の関係から凝固殻の内側にアルゴンガス気泡が捕捉され易くなり、鋳片の表層の気泡が増加し、この鋳片に圧延加工を施した鋼材の表面、あるいは表層に気泡性の欠陥が発生する。
【０００９】
更に、本発明に係る気泡欠陥の少ない鋳片は、溶鋼鍋からタンディッシュに受湯してから該タンディッシュの底部に設けた浸漬ノズルから０．５ＮＬ／分以上のアルゴンガスを送給し、下式を満たす鋳造条件及び溶鋼の成分濃度で連続鋳造により製造する。
Ｙ＝Ｎ・Ｖｃ・Ｄ・Ｗ・ｓｉｎθ／Ａ≦９００００
Ｎ＝７９Ｃ質量％＋２０８８４８Ｓ質量％＋１４３３９Ｎ質量％＋１２８０８６５Ｏ質量％
【００１０】
この鋳片は、鋳造条件と溶鋼の表面張力勾配を適正な値を満たすように鋳造するため、鋳型内の溶鋼中に吹き込まれたアルゴンガスの気泡が凝固殻の内側に捕捉されるのを抑制しているので、鋳片の初期の凝固殻（表層）に捕捉された気泡を少なくした鋳片を製造することができる。
そして、この鋳片に圧延加工を施して製造した鋼材に発生する気泡に起因した線状の欠陥、膨れ欠陥等を防止して品質を向上することができる。
ここで、Ｖｃは鋳造速度（ｍ／分）、Ｄは鋳片の厚み（ｍ）、Ｗは鋳片の幅（ｍ）、θは浸漬ノズルの下向き角度（ｄｅｇ）、Ａは浸漬ノズルの吐出口の総断面積（ｍ2 ）、Ｎは、溶鋼の成分濃度により計算される表面張力勾配値であり、Ｃは溶鋼中の炭素質量％、Ｓは溶鋼中の硫黄質量％、Ｎは溶鋼中の窒素質量％、Ｏは溶鋼中の酸素質量％である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
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。図１は本発明の一実施の形態に係る気泡欠陥の少ない鋳片の連続鋳造方法に適用される連続鋳造装置の説明図、図２は浸漬ノズル部の拡大図である。図１および図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る気泡欠陥の少ない鋳片の連続鋳造方法に用いられる連続鋳造装置Ａにおいて、タンディッシュ１内の溶鋼２は鋳型３に浸漬ノズル４を介して注湯される。このとき、溶鋼中の介在物のノズルへの付着によるノズル閉塞を防止するため、さらには、連鋳鋳型内の介在物を浮上分離させるために浸漬ノズル４の内部に連通したアルゴンガスの供給管１０を設けており、アルゴンガスは浸漬ノズル４のスリット１１を通り、ポーラス耐火物層１２から、ノズル内に吹き込まれる。鋳型内に注湯された溶鋼２は、鋳型３および複数の支持ロール群より構成される支持セグメント５により支持されながら、支持セグメント５に付設した図示しない冷却ノズルからの冷却水の噴射により、外側から凝固が進行し、ピンチロール６により鋳片７として引き抜きが行われる。
【００１２】
次に、本実施の形態に係る気泡欠陥の少ない鋳片の連続鋳造方法について連続鋳造装置Ａを用い説明する。溶鋼鍋から溶鋼２をタンディッシュ１に受湯し、このタンディッシュ１の底部に設けた浸漬ノズル４から溶鋼２を内部を水冷した鋳型３に注湯し、鋳型３により冷却して溶鋼を凝固させなる。この鋳型３の冷却によって、凝固殻を形成し、更に、鋳型３の下方に配置された支持セグメント５による案内とスプレーノズルによる冷却によって凝固が進行し、軽圧下ロールセグメント９を用いて未凝固部を圧着して後、完全に凝固した鋳片７をピンチロール６により所定の速度で引き抜きを行う。浸漬ノズル４から溶鋼２を鋳型３に注湯する際、浸漬ノズル４に連通したアルゴンガス供給管１０からアルゴンガスを送給し、浸漬ノズル４の内部に設けたスリット１０を介してポーラス耐火物層１１から０．５ＮＬ／分以上の量のアルゴンガスを吹き込む。
【００１３】
更に、溶鋼２の成分及び鋳造条件として下式を満たすように調整して溶鋼２の連続鋳造を行う。
Ｙ＝Ｎ・Ｖｃ・Ｄ・Ｗ・ｓｉｎθ／Ａ≦９００００  ‥‥  （１）
ここで、Ｖｃは鋳造速度（ｍ／分）、Ｄは鋳片の厚み（ｍ）、Ｗは鋳片の幅（ｍ）、θは浸漬ノズルの下向き角度（ｄｅｇ）、Ａは浸漬ノズルの吐出口の総断面積（ｍ2 ）、Ｎは、溶鋼の成分濃度により計算される値である。
また、Ｎ値については、下記溶鋼の成分を用いて求められる下式を満たす条件にする。
Ｎ＝７９Ｃ質量％＋２０８８４８Ｓ質量％＋１４３３９Ｎ質量％＋１２８０８６５Ｏ質量％                                        ‥‥  （２）
ここで、Ｃは溶鋼中の炭素質量％、Ｓは溶鋼中の硫黄質量％、Ｎは溶鋼中の窒素質量％、Ｏは溶鋼中の酸素質量％である。
【００１４】
前記（１）式に適用する（２）式で表すＮ値は、溶鋼中に含まれる成分（元素）の凝固時の固液分配により、連続鋳造中の凝固殻（凝固シェル）の前面に形成される濃度境界層中に侵入したアルゴンガスを凝固シュルに吸引する力の大小を表すものである。すなわち、刊行物：「鉄と鋼」８０（１９９４）ｐ５２７に示されているように、凝固シュル前面の濃度勾配によって形成される表面張力勾配∂Ｙ／∂Ｘによりアルゴンガスを吸引する速度Ｖは（３）式で表される。
Ｖ＝−（２ｄ／９μ）（∂Ｙ／∂Ｘ）＝−（２ｄ／９μ）（∂Ｙ／∂Ｃ）（∂Ｃ／∂Ｘ                                            ‥‥  （３）
ここで、ｄはアルゴンガスの径、μは溶鋼の粘度、Ｙは溶鋼の表面張力、Ｘは凝固界面からの距離である。また、∂Ｙ／∂Ｘは表面張力勾配、∂Ｙ／∂Ｃは表面張力の成分濃度Ｃの依存項、∂Ｃ／∂Ｘは成分濃度の勾配である。
【００１５】
凝固の定常状態を考えると、バルク溶鋼中の成分濃度をＣｏ、平均分配係数をｋとすれば、凝固シェルと溶鋼界面の成分濃度はＣｏ／ｋで表され、濃度境界層の幅をδとして直線的な濃度分布を仮定すると、濃度勾配は次式で表される。
∂Ｃ／∂Ｘ＝（Ｃｏ／ｋ−Ｃｏ）／δ＝（１−ｋ）ｋ・Ｃｏ／δ  ‥‥（４）
よって、（４）式は（５）式のように書き直すことができる。
Ｖ＝−（２ｄ／９μ）（∂Ｙ／∂Ｘ）＝−（２ｄ／９μ）（∂Ｙ／∂Ｃ）（１−ｋ）ｋ・Ｃｏ／δ    ‥‥  （５）
【００１６】
次に、（５）式の右辺の成分濃度に関する項だけ取り出し、全ての構成元素に対して総和をとると、（６）式が得られる。
Ｚ値＝ΣＹ（ｉ）・｛１−ｋ（ｉ）｝／ｋ（ｉ）・Ｃ（ｉ）    ‥‥  （６）
ここで、Ｙ（ｉ）＝−∂Ｙ／∂Ｃ（ｉ）（ｍＮ／ｍ／ｍａｓｓ％）は鉄の表面張力Ｙに及ぼすｉ元素の影響を表す濃度係数（添加した際に表面張力を低下させる場合を正の値とする）で公知刊行物「マテリア、ｖｏｌ，３６（１９９７）．ｐ．４７」等に示されている。ｋ（ｉ）は鉄中のｉ元素の平衡分配係数で公知刊行物「第３版鉄鋼便覧Ｉ，日本鉄鋼協会編（１９８１）、ｐ．１９３」等で示されている。Ｃ（ｉ）はｉ元素の質量％、Σは構成元素に対する総和を示す。
【００１７】
Ｚ値に大きな影響を及ぼす元素は、Ｃ（炭素）、Ｓ（硫黄）、Ｎ（窒素）、Ｏ（酸素）であり、（２）式に示すような、これらの元素だけで計算したＮ値を用いても、実用上問題なくアルゴンガス気泡の捕捉程度を推定できる。ただし、計算に用いる成分濃度としては、表面張力に影響を与える溶鋼中に単独（フリー）の形で溶解している濃度であり、化合物（窒化物、酸化物など）の形で存在している濃度は影響を及ぼさないことに注意すべきである。
【００１８】
次に、（１）式のＶｃ・Ｄ・Ｗ／Ａ×ｓｉｎθは、溶鋼中の気泡の鋳型内への侵入深さに対応するものである。すなわち、Ｖｃ・Ｄ・Ｗは鋳型への注入速度（ｍ3 ／ｍｉｎ）、Ｖｃ・Ｄ・Ｗ／Ａは浸漬ノズルの吐出口における断面平均注入速度（ｍ／ｍｉｎ）であり、Ｖｃ・Ｄ・Ｗ／Ａ×ｓｉｎθはその垂直下向きの速度成分を表す。よって、上記（２）式で計算される気泡の捕捉力が同じ場合、これらの値が大きな鋳造条件ほど捕捉の程度は益々顕著になるものと考えられる。
【００１９】
さらに、本発明者らは、種々の組成の溶鋼を種々の鋳造条件で鋳造し、（１）式で計算されるＹ値と鋳片に捕捉されたアルゴンガスの個数との関係を調査した結果を図３に示す。図３は本発明のＹ値と鋳片の気泡捕捉指数の関係を表すグラフである。この図３に示すようにＹ値を９００００以下とすることで、アルゴンガスの凝固シェルへの捕捉を防止し工業的に無害な０．１個／ｃｍ3 以下のレベルまで低減できることを知見した。言い換えると、Ｙ値が９００００以下となるように成分と鋳造条件を調整することで、気泡性の欠陥を計画的に低減できることになる。
【００２０】
【実施例】
次に、気泡欠陥の少ない鋳片の連続鋳造方法及び製造された鋳片の実施例について説明する。
表１に示す化学成分の溶鋼３５０トン（溶鋼鍋容量）を鋳型内寸が２５０ｍｍ厚みの図１に示すような連続鋳造装置で、アルゴンガスの吹き込み量を５ＮＬ／ｍｉｎとし、Ｙ値を９００００以下となるようにして鋳造した。鋳造後は、鋳片の表層（表面から０〜２０ｍｍ）に捕捉されたガスの個数をＸ線探傷法で調査すると共に、圧延後の気泡性欠陥の発生状況についても一貫的に調査した。Ｎ値が大きく気泡の捕捉されやすいＤ，Ｉ，Ｊのような鋼種でも、本発明例にしたがって、鋳造速度、鋳片幅、浸漬ノズルの吐出角度、浸漬ノズルの吐出面積を制御してＹ値が９００００以下になるように制御することで、鋳片の表層に捕捉されたアルゴンガス気泡の個数が少ない品質の良好な鋳片を工業的に安定して得られることが判った。
【００２１】
【表１】
0003984476.tif 000002
【００２２】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。例えば、本実施の形態で説明したＹ値を９００００以下にし、同時に電磁攪拌、あるいは鋳型の内側壁に沿った旋回流を付与する攪拌方法等を組み合わせて用いることができる。更に、浸漬ノズルに送給するアルゴンガスは、アルゴンガスの他にアルゴンガスに窒素ガスを混合した気体を用いたり、アルゴンガス以外の不活性ガスを用いることもできる。
【００２３】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明により、簡単で、しかも安価に溶鋼中のアルゴンガス気泡が凝固殻に捕捉されるのを抑制し、表面欠陥を防止して優れた品質の鋳片を製造でき、この鋳片を圧延加工を施した鋼材の品質を向上することができる。特に、鋳造条件と溶鋼の表面張力勾配とを適正な値にして鋳造するため、アルゴンガス気泡が凝固殻の内側に捕捉されるを抑制し、鋳片の表層に形成する気泡を防止できる。そして、この鋳片に圧延加工を施して製造した鋼材に発生する気泡に起因した線状の欠陥、膨れ欠陥等を防止して品質を向上することができる等極めて優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る気泡欠陥の少ない鋳片の連続鋳造方法に適用される連続鋳造装置の説明図である。
【図２】浸漬ノズル部の拡大図である。
【図３】本発明のＹ値と鋳片の気泡捕捉指数の関係を表すグラフである。
【符号の説明】
Ａ  連続鋳造装置
１  タンディッシュ
２  溶鋼
３  鋳型
４  浸漬ノズル
５  支持セグメント
６  ピンチロール
７  鋳片
８  曲げ戻し矯正点
９  軽圧下ロールセグメント
１０  アルゴンガス供給管
１１  スリット
１２  ポーラス耐火物層
１３  吐出口
【図１】
0003984476.tif 000003
【図２】
0003984476.tif 000004
【図３】
0003984476.tif 000005