(57)【要約】【課題】鋼の連続鋳造の際に用いられる鋳型内での溶鋼湯面の変動を抑える。【解決手段】鋼の連続鋳造に用いられるタンディッシュ３に溶鋼１を注入する。タンディッシュ３に溶鋼１を溜める。タンディッシュ３のノズル７を介して溶鋼を鋳型に注入する。溶鋼１に鋳型４を注入しながら、鋳型４から溶鋼１を引き抜き、鋳片を連続鋳造する。タンディッシュ３のノズル７をストッパー９で開閉する。フラックスをタンディッシュ３内の溶鋼１に加える。フラックスは、粒径が０．１〜１００μｍで且つ塩基度（＝ＣａＯ［質量％］／ＳｉＯ２［質量％］）が１０．０以上である。フラックスの投入により、溶鋼１に形成されるスラグ８の塩基度を３．５以上とする。【選択図】            図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼の連続鋳造に用いられるタンディッシュに溶鋼を注入し、該タンディッシュに溶鋼を溜め、
前記タンディッシュのノズルを介して前記溶鋼を、冷却されている鋳型に注入しながら、前記溶鋼が冷却されて形成される凝固シェルを前記溶鋼とともに引き抜いて鋳片を鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、
前記ノズルをストッパーで開閉することとし、
粒径が０．１〜１００μｍで且つ塩基度（＝ＣａＯ［質量％］／ＳｉＯ２［質量％］）が１０．０以上となるフラックスを前記タンディッシュ内の溶鋼に加えることで、前記溶鋼上に形成されるスラグの塩基度を３．５以上とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンディッシュ内の溶鋼を鋳型へ注入する際に溶鋼が通過するノズルを開閉するストッパーに溶鋼中の酸化物が付着することを防止して、該酸化物の鋳型への流入を抑え、鋳型内の溶鋼湯面の変動を抑える鋼の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造機は、鋳型と、該鋳型の上方に設置されるタンディッシュと、を有しており、該タンディッシュの上方に取鍋が配置される。溶鋼を収容している取鍋からタンディッシュに溶鋼を注入し、該タンディッシュに溶鋼を溜める。次いで、タンディッシュの底部に設けられているノズル（上ノズル）を通じて、タンディッシュから、冷却されている鋳型へ溶鋼を注入する。鋳型では、冷却されている溶鋼から凝固シェルが形成され、溶鋼を鋳型に注入しながら、溶鋼とともに凝固シェルを引き抜いて鋳片を形成して、鋼の連続鋳造を行う。タンディッシュに溜められている溶鋼内の不純物が酸化し、酸化物が溶鋼中を浮上し、溶鋼上でスラグとなる。加えて、フラックスを溶鋼に加え、スラグの形成を促進して、溶鋼中を浮上している酸化物はスラグで吸収される。これにより、溶鋼の清浄度が高まり、不純物の少ない鋳片が形成される。
【０００３】
タンディッシュに溜まっている溶鋼がノズルに流入する際に、ノズルの孔の周囲に渦流が形成されることになり、渦流にスラグが巻き込まれ、鋳型に注入される溶鋼に、酸化物を含むスラグが含まれる可能性がある。ノズルの開閉及び開度調整を行う設備として、上側からノズルを塞ぐストッパーと、一部が摺動可能に重ねられた複数のプレートであって、貫通孔が形成されプレートが設けられ、貫通孔を溶鋼の流路の一部とするスライディングノズルと、がある。ノズルの開閉にストッパーを用いる場合、ノズルの近傍上方に柱状のストッパーは配置されることになり、該ストッパーによって渦流が形成されなくなり、鋳型に注入される溶鋼にスラグが巻き込まれなくなる。
【０００４】
取鍋が空となった後に、タンディッシュからスラグを排出し、タンディッシュにスラグができる限り残存しないことが望ましい。スラグが残存していると、スラグ中の不純物が溶鋼に巻き込まれ、溶鋼の清浄度が下がるからである。よって、スラグは排出性が良好であることが望ましく、スラグの融点及び粘度は低いことが望ましい。スラグを低融点化するためには、ＣａＦ２を多く有するフラックスを用いることが有効であるが、ＣａＦ２の量が多いと、タンディッシュの耐火物材料は溶損しやすく、タンディッシュの寿命を早めることとなる。特許文献１には、耐火物を過度に溶損させることなく、スラグの排出性を高めることができるフラックスが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−３００７０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
タンディッシュのノズルをストッパーで塞ぐ場合、溶鋼中のアルミニウムＡｌの酸化物Ａｌ２Ｏ３は、ストッパーに付着し、そこで大きくなる可能性がある。大きくなった酸化物Ａｌ２Ｏ３は、ストッパーの上下動やノズル孔に流入する溶鋼流れによる衝撃でストッパーから分離し、前記溶鋼流れに巻き込まれる可能性がある。大きくなった酸化物Ａｌ２Ｏ３がノズルを通過するときは、溶鋼流量が急激に少なくなり、ノズルを通過した後は、溶鋼流量が元通りとなり急激に大きくなる場合がある。この場合、鋳型における溶鋼湯面が大きく変動し、溶鋼湯面上に投入されたモールドパウダーが、引き抜かれる溶鋼に巻き込まれ、鋳片の欠陥となる。特許文献１に記載されている従来技術のフラックスでは、タンディッシュ内の溶鋼中の金属アルミニウムＡｌの酸化を有効に抑えることができず、鋳型における溶鋼湯面の変動を防ぐ有効な方法がないというのが実情である。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鋳型内の溶鋼湯面の変動を抑える鋼の連続鋳造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
鋼の連続鋳造に用いられるタンディッシュに溶鋼を注入し、該タンディッシュに溶鋼を溜め、前記タンディッシュのノズルを介して前記溶鋼を、冷却されている鋳型に注入して凝固シェルを形成し、前記溶鋼とともに凝固シェルを引き抜いて、鋳片を鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、前記ノズルをストッパーで開閉することとし、粒径が０．１〜１００μｍで且つ塩基度（＝ＣａＯ［質量％］／ＳｉＯ２［質量％］）が１０．０以上となるフラックスを前記タンディッシュ内の溶鋼に加えることで、前記溶鋼上に形成されるスラグの塩基度を３．５以上とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によって、タンディッシュ内に溜まった溶鋼中のアルミニウムＡｌの酸化を抑え、酸化物Ａｌ２Ｏ３が大きくなることを抑える。これにより、大きくなった酸化物Ａｌ２Ｏ３が溶鋼流れに巻き込まれ、鋳型に流入して、鋳型における溶鋼湯面が変動することを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】連続鋳造機の一例を示す図である。
【図２】フラックスの塩基度（＝質量％ＣａＯ／質量％ＳｉＯ２）とスラグの塩基度との関係を示すグラフである。
【図３】スラグの塩基度と湯面変動発生指数［−］との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
連続鋳造機の一例を示す図１を参照して鋼の連続鋳造工程を説明する。連続鋳造機１００は、鋳型４と該鋳型４の上方に設置されるタンディッシュ３とを有する。タンディッシュ３は、鉄皮１１と該鉄皮１１の内側の耐火物１２とで構成され、開口１６が複数形成されたカバー１５で覆われている。タンディッシュ３の底部には、耐火物１２と嵌合する上ノズル７ａが設置されている。上ノズル７ａの上方には、ノズル開度制御装置１０が接続されたストッパー９ａが上下動可能なように配置されている。上ノズル７ａの下方には、該上ノズル７ａの下面に接するスライディングノズル９ｂが配置され、更に、該スライディングノズル９ｂの下面に接する浸漬ノズル７ｂが配置されている。該浸漬ノズル７ｂの先端部には溶鋼流出孔１８が形成されている。タンディッシュ３から鋳型４に流入する溶鋼１が通過するノズルは、上ノズル７ａ、スライディングノズル９ｂ、浸漬ノズル７ｂから構成されている。
【００１２】
タンディッシュ３の上方には、溶鋼１を収容する取鍋２が配置される。ストッパー９ａで上ノズル７ａを塞ぎ、上ノズル７ａを閉とした状態で、取鍋２の底部に設けられたロングノズル１７を介して溶鋼１を取鍋２からタンディッシュ３に注入する。これにより、タンディッシュ３に溶鋼１が溜まっていく。溶鋼１がタンディッシュ３にある程度溜まったら、ストッパー９ａを上方向に動かして、上ノズル７ａを開として溶鋼１を浸漬ノズル７ｂに流入させ、溶鋼流出孔１８から溶鋼１を流出させて、鋳型４に溶鋼１を注入する。冷却されている鋳型４内に注入された溶鋼１は凝固し、凝固シェル６が形成される。溶鋼１とともに凝固シェル６を引き抜いて、鋳片を形成する。なお、鋳型４内の溶鋼湯面にモールドパウダー５を添加して、溶鋼１の酸化を防いでいる。
【００１３】
スライディングノズル９ｂは、上部固定板と摺動板と下部固定板とが重ねられて構成されており、各板には、その板を貫通する貫通穴が設けられている。スライディングノズル９ｂは、上部固定板と下部固定板と摺動板とが重なり合うことで、各板の貫通穴が連通し、この連通した貫通穴が、溶鋼の流路の一部となるように構成されている。摺動板にはノズル開度制御装置１０が接続しており、該ノズル開度制御装置１０によって摺動板が水平方向に移動することで、摺動板は、上部固定板と下部固定板との間をこれらと接触したまま移動する。これにより、摺動板の貫通穴が、上部固定板と下部固定板との貫通穴からずれることで、スライディングノズル９ｂにおける溶鋼の流路の水平断面積（ノズル開度）が調整されて、溶鋼の流路を通過し、鋳型４へ流出する溶鋼量が制御される。
【００１４】
ノズル開度制御装置１０によって、ストッパー９ａの位置を制御し、鋳型４への溶鋼の流出を開始する。ノズル開度制御装置１０は、鋳型４の直上に配置した渦流式湯面計１３の測定信号を受け、鋳型４内の溶鋼１の湯面位置に応じて、ノズル開度を調整して、鋳型４への溶鋼流出量を適正に制御する。タンディッシュ３内の溶鋼１の収容量に応じて、ストッパー９ａで上ノズル７ａを閉とし、鋳型４への溶鋼１の流出を停止する。
【００１５】
タンディッシュ３に溜まる溶鋼１に含まれるアルミニウムＡｌ成分が、溶鋼１の酸素やタンディッシュ３内の雰囲気の酸素によって酸化され、酸化物Ａｌ２Ｏ３が溶鋼１中に生成される。溶鋼１とともに酸化物Ａｌ２Ｏ３が鋳型４へ流入すると、鋳片の欠陥となる可能性がある。よって、タンディッシュ３の内部に堰１９を設置し、溶鋼１が堰１９の開口を通過する際に、上方への流れを形成して、溶鋼１中での酸化物Ａｌ２Ｏ３の浮上を促進させる。酸化物Ａｌ２Ｏ３が浮上して溶鋼湯面上にスラグ８が形成される。加えて、カバー１５に形成されている開口１６から、フラックスを溶鋼１に加えてスラグ８の形成を促進させる。これにより、更に、酸化物Ａｌ２Ｏ３はスラグ８によってより吸収されることになる。
【００１６】
ストッパー９ａは、上ノズル７ａの上方近傍に位置付けられるようにしてあるので、上ノズル７ａに溶鋼１が流入する際に上ノズル７ａの孔の周りに渦流が形成されなくなり、溶鋼１とともにスラグ８が上ノズル７ａに流入することはなくなる。しかしながら、溶鋼１に含まれるアルミニウムＡｌ成分が酸化して、酸化物Ａｌ２Ｏ３が溶鋼１中に形成され、スラグ８に吸収されずに溶鋼１に残存し、ストッパー９ａに付着する可能性がある。酸化物Ａｌ２Ｏ３がストッパー９ａに付着した状態で大きくなる可能性がある。大きくなった酸化物Ａｌ２Ｏ３が、ストッパー９ａの上下動や上ノズル７ａの孔に流入する溶鋼流れによる衝撃でストッパー９ａから分離し、溶鋼流れに巻き込まれる可能性がある。酸化物Ａｌ２Ｏ３が鋳型４に流入すると、鋳型４における溶鋼湯面が変動し、溶鋼湯面上に投入されたモールドパウダー５が、引き抜かれる溶鋼１に巻き込まれ、鋳片の欠陥となる可能性がある。
【００１７】
本発明は、塩基度（＝ＣａＯ［質量％］／ＳｉＯ２［質量％］）の高いフラックスをタンディッシュ３内の溶鋼１に加えることで、溶鋼１に含まれるアルミニウムＡｌ成分の酸化を抑え、酸化物Ａｌ２Ｏ３の生成を抑えるものである。本発明では、粒径が０．１〜１００μｍで且つ塩基度が１０．０以上となるフラックスを用い、スラグ８の塩基度を３．５以上とする。これにより、溶鋼１に含まれるアルミニウムＡｌ成分が酸化することを防ぐことができ、溶鋼１中の酸化物Ａｌ２Ｏ３の生成量を抑えることができる。
【００１８】
一般的に、通常、フラックスは、成分としてＣａＯとＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とを有する。また、取鍋２に収容される溶鋼１は、転炉での脱炭処理が行われ、更に、アルミニウムＡｌによる脱酸処理が行われているものであり、スラグ８は、成分としてＣａＯとＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとを有する。溶鋼１及びスラグ８中のアルミニウムの平衡反応は次の通りとなる。
２ＳｉＯ２（スラグ中）＋３Ａｌ（溶鋼中）＝３Ａｌ２Ｏ３（溶鋼及びスラグ中）＋４Ｓｉ（溶鋼中）                                                      ・・・（１）
上記（１）式の平衡定数Ｋは次の式で表すことができる。
ｌｏｇＫ＝−３７６７０／Ｔ＋６．９４                              ・・・（２）
ここで、Ｔは、溶鋼温度［Ｋ］であり、Ｋは平衡定数［−］である。
【００１９】
平衡定数Ｋは、（１）式の各成分の活量ａによって次の式で表すことができる。
Ｋ＝（ａＡｌ２Ｏ３）３×（ａＳｉ）４／（ａＳｉＯ２）２／（ａＡｌ）３・・・（３）
ここで、ａは、ａに付される下付文字で表される成分の活量を意味し、各成分の活量ａは、各成分の濃度Ｃ［質量％］と活量係数ｆとによって次の式で表すことができる。
ａ＝ｆ×Ｃ                                                        ・・・（４）
本発明者らは、実際の操業に基づいて溶鋼温度Ｔを定め、式（２）によって平衡定数Ｋを求め、上記（３）式のＡｌ成分以外の成分の活量ａを、式（４）についての学術資料に記載されている実験式から求め、ＣａＯとＳｉＯ２とＡｌ２Ｏ３とＭｇＯとの成分を有するスラグと平衡する溶鋼中のＡｌ濃度と塩基度との関係を求めた。その結果、溶鋼中のＡｌ濃度を、例えば、軸受鋼などのアルミニウム成分の適切な範囲とするスラグ中の塩基度は、３．５以上であることが望ましいことが判明した。
【００２０】
タンディッシュ内の溶鋼に加えられるフラックスは、粒径が０．１〜１００μｍで且つ塩基度が１０．０以上である。このフラックスを溶鋼に加えることで、スラグ中の塩基度が３．５以上となる。溶鋼に加えられる際のフラックスの形態としては、粉状体のままであってもよいし、フラックスワイヤーの形態であってもよい。塩基度が高いフラックスほど融点は高く、塩基度が１０．０以上であるフラックスは溶鋼中で溶解しにくく、反応が促進されにくい。しかしながら、フラックスは、粒径が０．１〜１００μｍであれば、フラックスが溶鋼に接触する界面の面積は増加して、その界面で上記（１）に示す反応が生じやすくなる。
【００２１】
鋼の連続鋳造を複数回行う操業において、粒径が０．１〜１００μｍであるフラックスの塩基度を適宜変更し、該フラックスを溶鋼に加えて、タンディッシュ内の溶鋼湯面に形成されるスラグの塩基度（＝ＣａＯ［質量％］／ＳｉＯ２［質量％］）及び鋳型のモールドパウダーの面（溶鋼湯面）の変動を測定した。まずは、スラグの塩基度は、スラグの成分分析を行い算出した。フラックスの塩基度とスラグの塩基度との関係を図２に示す。図２のグラフからわかるように、フラックスの塩基度を１０．０以上とすれば、スラグの塩基度は３．５以上となる。
【００２２】
また、各回の鋼の連続鋳造におけるモールドパウダーの面の変動を渦流式湯面計１３で測定できる（図１参照）。渦流式湯面計は光学式で、鋳型内のモールドパウダーの面の経時変化を測定することができ、連続鋳造における設定する溶鋼のメニスカスからモールドパウダーの面までの距離の経時変化を算出し、各回の鋼の連続鋳造において、モールドパウダーの面が最も上昇したときの前記距離の最大の値を代表値とし、該代表値を、前記距離が取る可能性のある最大値で除算することで、湯面変動発生指数を算出した。スラグの塩基度と湯面変動発生指数［−］との関係を図３に示す。図３のグラフからわかるように、スラグの塩基度が３．５以上であれば、湯面変動発生指数を０．５以下に抑えることができていることがわかる。
【００２３】
本発明によって、タンディッシュ内に溜まった溶鋼中のアルミニウムＡｌの酸化を抑えて、ストッパーに付着される酸化物Ａｌ２Ｏ３の量を抑えることによって、溶鋼流れに巻き込まれて鋳型に流入する酸化物Ａｌ２Ｏ３の量が減少したことで、鋳型における溶鋼湯面の変動が抑えられるものと推察できる。
【符号の説明】
【００２４】
１      溶鋼
２      取鍋
３      タンディッシュ
４      鋳型
５      モールドパウダー
６      凝固シェル
７ａ    上ノズル
７ｂ    浸漬ノズル
８      スラグ
９ａ    ストッパー
９ｂ    スライディングノズル
１０    ノズル開度制御装置
１１    鉄皮
１２    耐火物
１３    渦流式湯面計
１５    カバー
１６    開口
１７    ロングノズル
１８    溶鋼流出孔
１９    堰
１００  連続鋳造機
【図１】
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【図２】
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【図３】
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