(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶融合金を不活性ガスでシールするためのシール装置であって、溶融合金を保持するモールドの開口部に上記不活性ガスを供給するためのノズルと、このノズルに上記不活性ガスを供給するための配管を備え、上記ノズル先端が、略球状のステンレス多孔質体で構成されていることを特徴とする溶融合金のシール装置。
【請求項２】
前記ステンレス多孔質体は、直径２０〜２００ｍｍの略球状のステンレスたわしであることを特徴とする請求項１に記載の溶融合金のシール装置。
【請求項３】
前記ステンレスたわしを配したノズルを、前記溶融合金の気相に暴露される表面積に対して、１個／４０００００ｍｍ２以上の割合で配置することを特徴とする請求項１または２に記載の溶融合金のシール装置。
【請求項４】
前記ステンレスたわしは、かさ比重０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の溶融合金のシール装置。
【請求項５】
不活性ガスを供給するための前記ノズルおよび前記配管は複数基に分岐されて配置され、複数基のうちの一部のノズル先端は、繊維質体からなることを特徴とする請求項１に記載の溶融合金のシール装置。
【請求項６】
前記繊維質体は、木綿製、ケブラー製など素材を問わず、軍手であることを特徴とする請求項５に記載の溶融合金のシール装置。
【請求項７】
前記不活性ガスの流量が１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎであることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の溶融合金のシール装置。
【請求項８】
前記不活性ガスは、Ａｒであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の溶融合金のシール装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の溶融合金のシール装置を、溶融合金の鋳造時に鋳型の上に配置して、上記鋳型に保持された溶融合金を大気から断気することを特徴とする鋳造方法。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の溶融合金のシール装置を、連続鋳造の鋳造開始時に用い、モールドに保持された溶融合金を大気から断気することを特徴とする連続鋳造開始時の断気方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、溶融合金を大気と断気するためのシール技術に係り、シールガスを用いて溶融合金の酸化および窒化を抑制する技術に関する。特に、鋳物などの鋳造プロセスでのシールと、溶融合金の連続鋳造において鋳造開始時の断気方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶融合金はその金属の種類によっては、非常に大気と反応しやすい場合がある。具体的には、溶融状態の鋼、ステンレス鋼、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｎｉ基合金などは、溶融状態で１４００℃以上の高温を保つために、溶融合金の表面が大気に暴露された状態では、酸化しやすい状態にある。また合金中にＳｉ、Ｍｎ、Ａｌ、Ｔｉなどの活性元素が添加されていると、これらが優先して大気中の酸素や窒素と反応して、それぞれ酸化物や窒化物を形成する。これらの酸化物や窒化物は大型の非金属介在物となり、溶融合金中に巻き込まれると、鋳造工程を経た鋳造品にて疵となってしまう場合がある。
【０００３】
そのため、溶融合金の表面が極力大気に曝露されないよう種々の方法が研究されており、鋼の連続鋳造の分野では、タンディッシュのシール技術は幾つか開示されている。タンディッシュの不活性ガスのシール技術は、蓋が比較的容易に設置できるという理由から、容易でありなおかつ効果も高いために、すでに一般的な技術となっている（例えば、特許文献１〜３参照）。
【０００４】
また、タンディッシュから連続鋳造鋳型に溶融合金を導くための浸漬ノズルのスライディングゲート部をシールする技術も開示されている（例えば、特許文献４参照）。さらに、連続鋳造鋳型を不活性ガスでシールする技術も幾つか示されている（例えば、特許文献５〜７参照）。
【０００５】
特許文献５に記載の技術は、鉄鋼製の箱をダミーバーの上に設置し、そこに不活性ガスを導入することで断気し、鋳造を開始する技術である。鋳造後、非定常部である箱を除去し、欠陥部を製品にもたらさないことを特徴としている。しかしながら、鉄鋼製の箱を鋳造に合わせて毎回作製することが必要となり、また、その鉄鋼製箱をセットする段取り作業をも要し、コストや工程数が増大して非現実的と言える。
【０００６】
特許文献６に記載の技術は、タンディッシュ下面と鋳型を遮蔽板で覆い、そこに活性ガスを導入することで断気し、鋳造を開始する技術である。この技術も、遮蔽板の設置に手間取るという問題があり、さらに、遮蔽板によって溶鋼上部を覆ってしまうため鋳造開始時に直接溶鋼が監視できず、ダミーバー（スラブ）の引き抜きスタートの号令のタイミングを見定めるのが困難であったり、非常時に対応できないなど問題が多く、非現実的であった。
【０００７】
特許文献７に記載の技術は、鋳型上面を蓋で覆い、その上で、不活性ガスを鋳型に導入し断気しながら、鋳造を開始する技術である。この技術によれば溶鋼上部が不活性ガスで置換されて好ましいものの、やはり、鋳造開始時に直接溶鋼が監視できないため、特許文献６に記載の技術と同様、非現実的であった。
【０００８】
【特許文献１】特開平６−３９５０５号公報
【特許文献２】特開平７−２０４８０８号公報
【特許文献３】特開平８−２５７７０８号公報
【特許文献４】特開２００２−１４３９９４号公報
【特許文献５】特開昭５９−４５０６４号公報
【特許文献６】特開昭６０−６２５３号公報
【特許文献７】特開平１０−３１４９０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以上説明したとおり、大気の接触による溶融合金の酸化、窒化の抑制はかねてからの課題であり、不活性ガスによるシール方法が採用されてきた。特に、蓋をしやすく、容器を密閉しやすい場合には、蓋と不活性ガスの組み合わせの効果によって、ある程度シールが保たれていた。
【００１０】
しかしながら、蓋の設置が構造上難しい容器、例えば鋳造での砂型、連続鋳造機の鋳型などは、鋳造開始時に溶融合金を注ぎ込む工程があるため、上部に蓋をすると作業性を悪化させていた。
【００１１】
したがって、本願発明は、上記状況に鑑みてなされたものであり、本願発明の目的とするところは、溶融合金に接触する大気を不活性ガスでパージして、蓋をせずともシールを保つことを可能とする溶融合金のシール装置を提案することである。さらに、本願発明は、このシール装置を用いた鋳造方法および連続鋳造の鋳造開始時の断気方法も提案する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本願発明は、溶融合金を不活性ガスでシールするためのシール装置であって、溶融合金を保持するモールドの開口部に上記不活性ガスを供給するためのノズルと、このノズルに上記不活性ガスを供給するための配管を備え、ノズル先端が、略球状のステンレス多孔質体で構成されていることを特徴としている。
【００１３】
本願発明においては、不活性ガスを供給するためのノズルおよび配管は複数基に分岐されて配置され、複数基のうちの一部のノズル先端は、繊維質体からなる繊維質体、例えば木綿製、ケブラー製など素材を問わず軍手であることを好ましい態様としている。
【発明の効果】
【００１４】
本願発明のシール装置を合金の鋳造時および連続鋳造の鋳造開始時に用いることで、鋳造時にあっては溶融合金の酸化や窒化にともなう非金属介在物性欠陥を防止でき、さらに、鋳造連続鋳造にあっては鋳造初期の非定常部の歩留まりを改善でき、品質の向上と製造コストの低減に貢献する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本願発明の好ましい実施形態について図面を用いて以下に説明する。
１．連続鋳造工程
本願発明のシール装置を適用することができる連続鋳造工程において用いられるＣＣＭ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｃａｓｔｉｎｇ  Ｍａｃｈｉｎｅ、連続鋳造機）の模式図を図１に示す。図１に示す鋳造機は、溶融合金が上方から供給されてスラブが下方へ送出される垂直型の鋳造機である。本願発明は、鋳造開始時のスタートのシール技術であるので、連続鋳造機の型、すなわち垂直型、湾曲型、垂直曲げ型など型式は限定されるものではない。
【００１６】
まず、図示しない電気炉等で、原料を溶解する。その後、精錬工程として、脱炭、脱酸、脱硫を行い、取鍋精錬にて温度調整を行う。次に、図１に示すＣＣＭで溶融合金を鋳造し、スラブを製造する。図１において符号１０は取鍋であり、取鍋１０に、上記溶解工程と精錬工程を経た溶融合金２０を出鋼する。続いて溶融合金２０は、取鍋１０の下流側に設けられたタンディッシュ１１を経て、モールド１５に供給されて型入れされる。型に注湯された溶融合金２０は、モールド下側に設けられたスプレー冷却帯１７を通過することによって凝固させられつつ、ピンチロール１８によって引き抜かれて所定の厚さを有するスラブ２１が得られる。スラブ２１は、所定の位置にてトーチ１９によって切断される。以上は、鋳造開始後一定時間が経過した、鋳造の定常状態である。
【００１７】
続いて、連続鋳造のスタートについて説明する。図２は、上記連続鋳造機のスタートのセッティング状態であり、タンディッシュ１１とモールド１５部分をより詳細に示した拡大図である。タンディッシュ１１に保持された溶融合金２０は、ストッパー１４を制御することによって浸漬ノズル１２を経由して吐出孔１３から、モールド１５内に供給される。符号１６はシール材で、溶融合金が漏れ出さないようにシールする部材である。モールド１５内に所定量の溶融合金２０が注湯された後、ダミーバー２２（ピンチロール１８までセットされている）を鋳造方向（図において鉛直下方向）に引き抜いて鋳造を開始し、ダミーバー２２の引き抜きと共に溶融合金２０を供給し続けることで、連続的にスラブを鋳造する。
【００１８】
スタート前は、モールド１５内は大気で満たされており、溶融合金２０をモールド１５内に注湯する際、溶融合金２０が酸素や窒素を巻き込む。また、注湯開始からダミーバー２２を引き抜き始め、モールドパウダーを投入するまでの間に溶融合金２０の液面が大気に曝され続けることによって酸化物や窒化物が生成し、製造後のスラブの品質を悪化させることは既に述べたとおりである。本願発明は、図３に示すように、鋳造スタート時にモールド１５の上部にシール装置を設けることによって、溶融合金と大気の接触を抑制する断気方法である。
【００１９】
２．鋳型（砂型）を用いた鋳物
次に、本願発明のシール装置を適用することができる他の実施態様である鋳型における鋳物の鋳造工程の模式図を図４に示す。まず、図示しない電気炉等で、原料を溶解する。その後、精錬工程として、脱炭、脱酸、脱硫を行い、取鍋精錬にて温度調整を行い、取鍋１０に保持された溶融合金２０を得る。符号４０は、所望の部品形状が内部に形成された鋳型（砂型）であり、鋳型４０の注入口より、溶融合金２０を注湯する。これらを冷却して溶融合金２０が凝固した後、鋳型４０を取り外し、所望の鋳造物を得る。
【００２０】
上記工程において、溶融合金２０を鋳型４０に注湯するまでは、鋳型４０内は大気で満たされており、溶融合金２０を鋳型４０内に注湯する際、溶融合金２０が酸素や窒素を巻き込む。また、鋳型４０内が完全に溶融合金２０で満たされるまでの間に溶融合金２０の液面が大気に曝され続けることによって酸化物や窒化物が生成し、鋳造後の鋳造物の品質を悪化させることは既に述べたとおりである。本願発明は、図４に示すように、鋳造時に鋳型４０の上部であって開口部にシール装置を設けることによって、溶融合金２０と大気の接触を抑制する鋳造方法である。
【００２１】
３．シール装置
以下、本願発明の鋳造方法（断気方法）に用いるシール装置について詳細に説明する。図３は、本願発明の一実施形態に係るシール装置を連続鋳造機のモールドに設けた状態を示す斜視図である。モールド１５の上端開口部の片側には、配管３１に接続され略球状の多孔質体からなる噴出ノズル３２が設けられている。不活性ガスは、噴出ノズル３２から噴き出された後、モールド１５から大気を追い出し、モールド１５内部を不活性ガスで満たす。これによりモールド１５の内部と外界をシールすることができる。
【００２２】
図５は、本願発明のシール装置の先端部の拡大図である。配管３１の先端には、不活性ガス噴出ノズル３２が接続されている。この噴出ノズル３２は、多孔質体で構成されているため、細孔から噴き出す不活性ガスは噴出ノズル３２全体に拡散して全面から微少量ずつ噴出するため、直管形状の場合と比較して流速を緩やかにすることができ、不活性ガスがモールド１５や鋳型４０を満たすにあたり、大気を巻き込むことが抑制される。
【００２３】
多孔質体としては、細孔が全体に形成されていて不活性ガスを拡散することができる限りにおいてはその材質については特に限定されず、前述の通り、ステンレスたわし等の金属多孔質体や、木綿製やケブラー製の軍手等の繊維質体を使用することができる。
【００２４】
また、本願発明においては、図６（ａ）〜（ｄ）に示すように、シール装置を複数本に分岐させることもできる。（ａ）はシングルタイプ、（ｂ）はダブルタイプ、（ｃ）はトリプルタイプ、（ｄ）はカルテットタイプである。それぞれのタイプのＣＣＭのモールドへの配置例を図７（ａ）〜（ｄ）に示す。このように配管を分岐させて噴出ノズルを複数配置することで、不活性ガス流を乱して大気を巻き込むことをより抑制することができる。
【００２５】
続いて、上述した溶融金属と大気の接触による問題を解決するために、本願発明者らが鋭意行った実験、およびその実験と併せて行った計算シミュレーションについて、以下に説明する。
【００２６】
まず、実験室において２０ｋｇの高周波誘導炉を用いてＳＵＳ３０４（Ｆｅ−１８ｍａｓｓ％Ｃｒ−８ｍａｓｓ％Ｎｉ）を溶解した。るつぼにはマグネシアを用い、Ａｌを０．１％添加して溶融合金を脱酸した。フリーボード（溶融合金上面からるつぼ上面までの空間）にＡｒガスを吹き付けて、連続的に酸素濃度計でフリーボードの雰囲気の酸素濃度を測るというシール実験を行った。ここでは、るつぼ上面に蓋をして機密性を維持した。そうしたところ、酸素を１０ｖｏｌ％以下に低下させると、溶融合金表面に形成するスカム（溶融合金が酸化した滓）が無くなることがわかった。ただし、実験後の鋼塊を調査したところ、１００μｍを超えるような大型の非金属介在物は存在していた。
【００２７】
さらに、雰囲気の酸素を５％以下まで低下させると、１００μｍを超えるような大型の非金属介在物も無くなることが明らかとなった。この予備実験から、シール技術の目標を酸素濃度で１０％以下必須、最終的ターゲットを５％以下と定めた。もちろん前提条件は、上記したとおり、作業性を阻害しないために「蓋なし」である。
【００２８】
続いて、実機的なレベルでの実験に移行した。まず、溶融合金を介さない冷間実験を実施した。まず従来条件での測定を行い、ベンチマークとした。溶融合金保持容器やモールド内をシールするために、内径３．１７ｍｍ（一分）のストレート型ノズルを用いてＡｒガスを吹き込んでいた。
【００２９】
その結果、シールするべき空間の酸素濃度は、１８〜２０％とほとんど大気と変わらないことが判明した。まずはストレート型ノズルを２個にしてシールを試みたが、酸素濃度は１６％ほどまでしか低下せず、狙った効果は得られなかった。この理由を、計算シミュレーションにより鋭意解析したところ、Ａｒで直線的な強い流れを作ると、その流れにつられて大気も引き込まれてしまうことがわかった。
【００３０】
そこで、強い直線的な流れを作らないように、流速を分散させるべくノズルを改造する必要があるとの結論に至った。種々のノズル形状を考案して試行したところ、比較的ポーラスな形態を持ち合わせるタイプが好ましいことが判明した。さらに、耐火性、耐久性を考慮に入れて、ステンレスたわしを内径６．３５ｍｍ（二分）の配管に接続して冷間実験に供したところ、酸素濃度計では測定限界以下まで酸素濃度を低下させることに成功した。ここでは、たわし１個あたり５０ｇであり、略球体の直径は８０ｍｍで、板幅０．５ｍｍ、板厚０．０５ｍｍ、長さ２５２ｍをらせん状に巻いたかさ比重０．１８７ｇ／ｃｍ３の家庭用を用いた。なお、ステンレスたわしノズルは１つで行った。
【００３１】
さらに、冷間において、早期にパージして、溶融合金保持容器や鋳型内を不活性ガスで満たすためには、不活性ガスの供給量も１０Ｌ／ｍｉｎ以上に高く保つ必要性があるという結果であった。
【００３２】
続けて、実機レベルに最も近い状態の溶融合金を介する実験に移行した。ここでは、溶融合金を注ぐ時の不活性ガスによる断気の状態を、６０トン規模の溶融合金を鋳込む連続鋳造機のモールドを用いて実験した。原料を電気炉で溶解し、ＡＯＤおよびＶＯＤで精錬した６０トン規模のＮＨ８４０（ＩＮＣＯＬＯＹ８４０相当、ＵＮＳＳ３３４００相当；Ｆｅ−２０ｍａｓｓ％Ｃｒ−２０ｍａｓｓ％Ｎｉ−０．４ｍａｓｓ％Ｔｉ−０．４ｍａｓｓ％Ａｌ）の溶融合金とした。手順は冷間と同じく、浸漬ノズルを介してモールドに溶融合金を注ぐ前から、モールドをＡｒでシールし始めた。続けて、タンディッシュのストッパーを開けて、モールドに注湯を開始した。モールドを溶融合金が満たし、モールドパウダーを溶融合金表面に投入するまで、Ａｒシールを続けた。このような手順で３チャージほど繰り返し実験を行った。この一連の実験では、途中でＡｒガス流量を２〜３０００Ｌ／ｍｉｎの間で変化させ、酸素濃度がどのように影響を受けるかについても研究した。
【００３３】
その結果、溶融合金を注ぎ始めても、Ａｒを１００Ｌ／ｍｉｎ以上の供給量で吹き続ければ、酸素濃度１０％以下を達成できる。最終ターゲットの酸素濃度５％以下を達成するには、２００Ｌ／ｍｉｎ以上の流量を必要とすることも判明した。このように、冷間実験の１０Ｌ／ｍｉｎよりも高い供給量を要する理由は、１４００〜１５００℃と高温の溶融合金に曝された時に、気体が膨張して上部の室温の大気と入れ代わる流れが発生するからである。
【００３４】
以上説明したように、本願発明は、実験、解析、計算シミュレーションを通して完成されたものであり、具体的には、次の通りである。すなわち、溶融合金を保持するモールドの開口部に不活性ガスを供給するためのノズルと、このノズルに不活性ガスを供給するための配管を備え、ノズル先端が、多孔質体で構成されていることを特徴とする溶融合金を不活性ガスでシールするためのシール装置である。
【００３５】
また、上記多孔質体としてステンレスたわしを配したノズルを使用する場合、溶融合金の気相に暴露される表面積に対して、１個／４０００００ｍｍ２以上の割合で配置することが望ましい形態である。そのステンレスたわしはかさ比重０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３であることがより望ましいものである。不活性ガスの流量は、１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎに制御すべきである。そして、不活性ガスはＡｒがよい。
【００３６】
また、本願発明は鋳物の鋳造方法も提案しており、上記のシール装置を、溶融合金の鋳造時に鋳型の上に配置して、大気から断気することを特徴とする鋳造方法である。本願発明ではさらに、連続鋳造の鋳造開始時の断気方法も提案する。すなわち、連続鋳造の鋳造開始時に用いて溶融合金を大気から断気することを特徴とする連続鋳造の鋳造開始時の断気方法である。
【００３７】
以下に本願発明を実施するために最良の形態を、数値限定の理由を示しながら説明する。本願発明は、溶融合金を不活性ガスでシールするためのシール装置であり、ノズルとそれに不活性ガスを供給するための配管から構成されている。このノズルの先端は、多孔質体であり、好ましくは２０〜２００ｍｍの丸めた略球状のステンレスたわしである。２０ｍｍ未満では、不活性ガスの流速が高くなってしまい大気を巻き込みやすくなり、目標の酸素濃度を達成できない。また、２００ｍｍを超えて大きいと、湯面が上昇した時に溶鋼と接触してしまう。そのため、２０〜２００ｍｍと定めた。好ましくは５０〜１７０ｍｍ、より好ましくは、６０〜１５０ｍｍである。なお、必ずしも球状である必要はなく、楕円など、角張っていなければ良い。ここでいうサイズ（２０〜２００ｍｍ）とは、最大の長さを示すところで代表している。
【００３８】
さらに、ステンレスたわしを配したノズルを、溶融合金の気相に暴露される表面積に対して、１個／４０００００ｍｍ２以上の割合で配置することがより好ましい実施形態である。４０００００ｍｍ２に1個未満の配置では、シールが破れる場所が発生してしまう。そのため、１個／４０００００ｍｍ２以上の割合で配置することとした。特に限定はしないが、連続鋳造機で用いる場合、１００００ｍｍ２未満の面積に１個以上配置すると、ノズルが溶融合金表面を遮ってしまうことによって、監視できなくなる可能性がある。
【００３９】
ステンレスたわしはかさ比重０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３であるとより良い。かさ比重が０．４ｇ／ｃｍ３を超えると密すぎて、不活性ガスの抵抗体となっていまい、すなわち圧力損失が大きく、供給量が低下しまうため、パージに時間を要するようになる。０．１ｇ／ｃｍ３未満であると、流れが強くなり、大気を巻き込む。そのため、かさ比重０．１〜０．４ｇ／ｃｍ３と定めた。好ましくは０．１５〜０．２５ｇ／ｃｍ３である。
【００４０】
不活性ガスの流量は１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎに調節する。１００ｍＬ／ｍｉｎ未満では、高温の溶融合金を注いだ時に、気体が膨張して上部の室温の大気と入れ代わる流れが発生し、断気状態が維持できなくなり酸素濃度が１０％を超えてしまう。２０００Ｌ／ｍｉｎを超えて高い供給量を得るには、設備費用を要するばかりでなく、溶融合金の表面を冷やしてしまい、地金を形成し、最悪ブレークアウトに至らしめる恐れがある。そのため、１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎと定めた。好ましくは、雰囲気の酸素濃度を５％以下に低下させることができる２００〜２０００Ｌ／ｍｉｎとする。さらに好ましくは、２００〜９００Ｌ／ｍｉｎである。
【００４１】
また、本願発明においては、ステンレスたわし以外にも他の多孔質体を使用することができ、例えば、木綿製やケブラー製など、多孔質であれば材質を問わず、軍手等も好ましく使用することができる。ただし、溶融合金の熱によって焼ける場合があるので、耐火性の繊維体を用いると、より好ましい態様といえる。なお、軍手を使用する場合は、不活性ガスの好ましい流量は１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎとなる。より好ましくは、雰囲気の酸素濃度を５％以下に低下させることができる２００〜２０００Ｌ／ｍｉｎとする。さらに好ましくは、２００〜９００Ｌ／ｍｉｎである。
【００４２】
不活性ガスは、Ａｒ、二酸化炭素、Ｈｅ、Ｎｅ、Ｘｅが挙げられるが、コストやハンドリング性を考慮すると、Ａｒが好ましい実施形態である。また、気体の密度を考えると、Ａｒは大気よりも高い密度を持つので、鋳型に溜まりやすい。
【００４３】
上記の通り定めたシール装置を、溶融合金の鋳造時に鋳型の上に配置して使用すると、鋳造品の大気酸化による非金属介在物性欠陥を防止できる。また、上記の通り定めたシール装置を、連続鋳造の鋳造開始時に用いて溶融合金を大気から断気すると、溶融合金の酸化や窒化にともなう非金属介在物性欠陥を防止できる。
【００４４】
なお、この方法が適用できる合金は、普通鋼、ステンレス鋼、鋳鋼はもちろんのこと、Ｆｅ−Ｎｉ合金、Ｎｉ基合金、Ｎｉ基超合金など多岐に亘り適用可能である。具体的には、ＮＷ２２０１（９９ｍａｓｓ％Ｎｉ）、ＵＮＳ  Ｓ３３４００（ＩＮＣＯＬＯＹ８４０相当、ＮＨ８４０相当；Ｆｅ−２０ｍａｓｓ％Ｃｒ−２０ｍａｓｓ％Ｎｉ−０．４ｍａｓｓ％Ｔｉ−０．４ｍａｓｓ％Ａｌ）、ＳＵＳ３２１（Ｆｅ−１８ｍａｓｓ％Ｃｒ−８ｍａｓｓ％Ｎｉ−０．３ｍａｓｓ％Ｔｉ）、ＮＣＦ８２５（Ｆｅ−４２ ｍａｓｓ％Ｎｉ− ２１．５ ｍａｓｓ％Ｃｒ−３ｍａｓｓ％Ｍｏ−２ｍａｓｓ％Ｃｕ−１ｍａｓｓ％Ｔｉ）、ＮＣＦ６２５（Ｎｉ−２１．５ｍａｓｓ％Ｃｒ−９ｍａｓｓ％Ｍｏ−３．５ｍａｓｓ％Ｆｅ−３．６ｍａｓｓ％（Ｎｂ＋Ｔａ））、ＮＣＦ６９０（Ｎｉ‐３０．０ ｍａｓｓ％Ｃｒ‐９．５ ｍａｓｓ％Ｆｅ）、ＮＷ６０２２（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ−２２：Ｎｉ−２１．３ｍａｓｓ％Ｃｒ−１３．５ｍａｓｓ％Ｍｏ−４ｍａｓｓ％Ｆｅ−３ｍａｓｓ％Ｗ）、ＮＷ０２７６（Ｈａｓｔｅｌｌｏｙ Ｃ−２７６：Ｎｉ−１５．５ｍａｓｓ％Ｃｒ−１６ｍａｓｓ％Ｍｏ−５．５ｍａｓｓ％Ｆｅ−３．８ｍａｓｓ％Ｗ）、ＮＷ４４００（Ｍｏｎｅｌ４００：Ｎｉ−３１．５ ｍａｓｓ％Ｃｕ）、ＮＣＦ６０１（ＩＮＣＯＮＥＬ ６０１： Ｎｉ−２３ｍａｓｓ％Ｃｒ−１４．４ ｍａｓｓ％Ｆｅ −１．４ ｍａｓｓ％Ａｌ）、ＮＣＦ６００（ＩＮＣＯＮＥＬ ６００：Ｎｉ−１５．５ ｍａｓｓ％Ｃｒ−７ｍａｓｓ％Ｆｅ）、ＳＵＨ６６０（Ｆｅ−２５ｍａｓｓ％Ｎｉ−１５ｍａｓｓ％Ｃｒ−１．２ｍａｓｓ％Ｍｏ−２ｍａｓｓ％Ｔｉ−０．２ｍａｓｓ％Ａｌ）、ＮＣＦ７１８（Ｎｉ−１８．０ｍａｓｓ％Ｃｒ−３．０ｍａｓｓ％Ｍｏ−１８．５ｍａｓｓ％Ｆｅ−０．９ｍａｓｓ％Ｔｉ−０．５ｍａｓｓ％Ａｌ−５．１ｍａｓｓ％（Ｎｂ＋Ｔａ））、ＮＣＦ７５０（Ｎｉ−１５．５ ｍａｓｓ％Ｃｒ−７ ｍａｓｓ％Ｆｅ−２．５ ｍａｓｓ％Ｔｉ−０．９ ｍａｓｓ％Ａｌ−１．０ ｍａｓｓ％（Ｎｂ＋Ｔａ））、ＮＣＦ８００（３０〜３５ ｍａｓｓ％Ｎｉ−２１ ｍａｓｓ％Ｃｒ−Ｆｅ）、ＮＣＦ８００Ｈ（３０〜３５ｍａｓｓ％Ｎｉ−２１ ｍａｓｓ％Ｃｒ−Ｆｅ）、ＮＣＦ８０Ａ（Ｎｉ−１９．５ ｍａｓｓ％Ｃｒ−２．４ ｍａｓｓ％Ｔｉ−１．５ ｍａｓｓ％Ａｌ）、ＮＷ６００２（Ｎｉ−２１．５ｍａｓｓ％Ｃｒ−９ｍａｓｓ％Ｍｏ−１８．５ｍａｓｓ％Ｆｅ−１．２ｍａｓｓ％Ｃｏ）、ＮＷ５５００（ＭｏｎｅｌＫ５００： Ｎｉ−２９．５ ｍａｓｓ％Ｃｕ−３ｍａｓｓ％Ａｌ−０．５ｍａｓｓ％Ｔｉ）、Ｆｅ−３６％Ｎｉ、Ｆｅ−４２％Ｎｉ、ＰＢ（パーマロイＢ）、ＰＣ（パーマロイＣ）、Ｆｅ−５０．５％Ｎｉ、Ｆｅ−４２％Ｎｉ−６％Ｃｒ、Ｆｅ−４７％Ｎｉ−６％Ｃｒ等を挙げることができる。
【００４５】
以上説明した本願発明の断気方法を合金の連続鋳造の鋳造開始時に用いることで、溶融合金の酸化や窒化にともなう非金属介在物性欠陥を防止できるため、鋳造初期の非定常部の歩留まりを改善でき、品質の向上と製造コストの低減に貢献する。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例を示して本願発明の効果を明確にする。以下の項目ＡおよびＢ実施例で使用したノズルを図５に示す。配管３１の径φは６．３５ｍｍであり、ステンレスたわしによってノズルをいくつか作製した。ステンレスたわしからなるノズル先端のたわしのかさ比重は０．１８７ｇ／ｃｍ３、最大寸法は８０ｍｍであった。項目Ｃでは、図８に示すように、配管３１の先端に軍手を巻き付けて多孔質体とした。なお比較のために、ノズルを用いないストレートタイプの直管でも吹き込み行った。その管の内径は３．１７ｍｍである。
【００４７】
Ａ．鋳物（シール装置のノズル：ステンレスたわし）
５００ｋｇの高周波誘導炉を用いてＳＵＳ３０４（Ｆｅ−１８ｍａｓｓ％Ｃｒ−８ｍａｓｓ％Ｎｉ）など、表１に示す鋼種を溶解した。耐火物にはマグネシア系スタンプ材を用いた。また、いずれもＡlを０．１％添加して脱酸した。溶鋼温度は１６００℃とした。その後、図４に示すように、取鍋１０に受けて、砂型（鋳型）４０に次々と湯を注いでいった。
【００４８】
各項目を以下のように評価し、この評価結果を表１に併記した。
・酸素濃度：ジルコニア式酸素濃度計にて測定した。測定位置はシールに使わない押し湯部とした。
・ガス流量：流量計にて測定した。
・欠陥：Ｘ線透過試験を行い、０．５ｍｍ以上の欠陥があるものを有りと記した。実際、破壊して欠陥部を見ると非金属介在物性の欠陥があった。
【００４９】
表１に示すように、本願発明の範囲内である発明例は、いずれも酸素濃度が１０％以下となり、欠陥が防止できた。一方の比較例は、１はシールなし、２と３はいずれも従来のストレートタイプであり、酸素濃度が下がらず欠陥が発生した。比較例４は本願発明のシール装置を適用したが、流量が低すぎて欠陥が発生した。比較例５は逆に流量が高すぎて、溶湯を冷却してしまい、溶鋼が細部に回らなかった。
【００５０】
【表１】
0004999627.tif 000002
【００５１】
Ｂ．連続鋳造（シール装置のノズル：ステンレスたわし）
鉄屑、ステンレス屑、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉなどの原料を、６０トン電気炉で溶解し、ＡＯＤおよびＶＯＤの両方または一つを用いて精錬した。取鍋に保持された溶融合金を連続鋳造機にて鋳造した。連続鋳造機は垂直型であり、モールドは銅板製で表面にＮｉメッキを施したものである。モールドのサイズは、１５４×８００〜１２３０ｍｍおよび２００×８００〜１４６０ｍｍである。スタートセッティング時のモールドの高さは、ダミーバーのセッティングを除いて５００ｍｍである。
【００５２】
表２に示す鋼種でモールドシールを実施した。また、シール装置のノズルの多孔質体は、ステンレスたわしとした。手順は、浸漬ノズルを介してモールドに溶融合金を注ぐ前から、モールドを不活性ガスでシールし始め、続けて、タンディッシュのストッパーを開けて、鋳型に注湯を開始した。モールドを溶鋼が満たし、モールドパウダーを溶鋼表面に投入するまでシールを続けた。連続鋳造の鋳型は、鋳物に比べて溶鋼表面積が広いため、図６に示すように、シングルタイプ〜カルテットタイプまで作製した。また、比較例としてストレートタイプを使用した。
【００５３】
各項目を以下のように評価し、その評価結果を表２に示した。
・酸素濃度：ジルコニア式酸素濃度計にて測定した。
・ガス流量：流量計にて測定した。
・＃１スラブ研削および切断歩留まり：連続鋳造の鋳造開始時のスラブである＃1スラブを研削した後、浸透探傷試験を行った。異物欠陥によるインジケーションが消え去るまで研削し、歩留りを重量変化から計算した。研削でも除去しきれない場合は、切断するがそれも考慮に入れた。
【００５４】
表２に示すように、本願発明の範囲内である発明例は、いずれも酸素濃度が１０ｖｏｌ％以下となり、＃１スラブの歩留まりが９０％以上と良好であった。この理由は、大気との反応により形成される酸化物、窒化物などの非金属介在物が、断気することによって形成しにくくなったためである。
【００５５】
一方の比較例は、６はシールなし、７と８はいずれも従来のストレートタイプであり、酸素濃度が下がらなかった。比較例９は本願発明のシール装置を適用したが、流量が低すぎた。比較例１０は逆に流量が高すぎて溶湯を冷却してしまい、溶鋼表面に凝固物が形成し、それが巻き込まれてしまった。そのため、これらの比較例は＃１スラブの歩留まりが９０％未満と低くなってしまった。  
【００５６】
【表２】
0004999627.tif 000003
【００５７】
Ｃ．連続鋳造（シール装置のノズル：軍手）
鉄屑、ステンレス屑、Ｆｅ−Ｃｒ、Ｆｅ−Ｎｉなどの原料を、６０トン電気炉で溶解し、ＡＯＤおよびＶＯＤの両方または一つを用いて精錬した。取鍋に保持された溶融合金を連続鋳造機にて鋳造した。連続鋳造機は垂直型であり、モールドは銅板製で表面にＮｉメッキを施したものである。モールドのサイズは、１５４×７００〜１２４０ｍｍおよび２００×１０７０〜１４６０ｍｍとした。スタートセッティング時のモールドの高さは、ダミーバーのセッティングを除いて５００ｍｍである。
【００５８】
表３に示す鋼種でモールドシールを実施した。また、シール装置のノズルの多孔質体は、軍手とした。手順は、浸漬ノズルを介してモールドに溶融合金を注ぐ前から、図示しないガス供給装置より１００〜２０００Ｌ／ｍｉｎの不活性ガス（Ａｒ、一部ＣＯ２）を供給してモールドを不活性ガスでシールし始め、続けて、タンディッシュのストッパーを開けて、モールドに注湯を開始した。モールドを溶鋼が満たし、モールドパウダーを溶鋼表面に投入するまでシールを続けた。発明例のノズルは、シングルタイプのみとし、比較例としてストレートタイプを使用した。
【００５９】
各項目を以下のように評価し、その評価結果を表３に示した。
・酸素濃度：ジルコニア式酸素濃度計にて測定した。
・ガス流量：流量計にて測定した。
・＃１スラブ研削および切断歩留まり：連続鋳造の鋳造開始時のスラブである＃１スラブを研削した後、浸透探傷試験を行った。異物欠陥によるインジケーションが消え去るまで研削し、歩留りを重量変化から計算した。研削でも除去しきれない場合は、切断するがそれも考慮に入れた。
【００６０】
表３に示すように、本願発明の範囲内である発明例１３〜２１は、いずれも酸素濃度が１０ｖｏｌ％以下となり、＃１スラブの歩留まりが９０％以上と良好であった。この理由は、大気との反応により形成される酸化物、窒化物などの非金属介在物が、断気することによって形成しにくくなったためである。
【００６１】
一方、比較例については、不活性ガス流量が本発明の範囲よりも少ない比較例１１および１６では、酸素を十分にパージすることができず、スラブ内に欠陥が見られた。また、不活性ガス流量が本発明の範囲を超えている比較例１２、１７および１８では、酸素濃度は１％という低濃度を達成できたが、溶融金属表面が冷えて凝固物が発生し、それが巻き込まれて歩留まりを悪化させてしまった。比較例１３は、シールを行っておらず、酸素濃度が下がらなかった。比較例１４および１５は、繊維質体ノズルを用いずにストレートパイプであったため、気流が大気を巻き込んでしまい、酸素濃度が十分に下がらなかった。
【００６２】
【表３】
0004999627.tif 000004
【００６３】
連続鋳造の鋳造開始時のスラブである＃１スラブを、鋳造方向に垂直な断面で切断し、浸透探傷試験を行った時のスラブ断面の画像を図９および１０に示す。鋳造鋼種はＳＵＳ３２１であり、スラブの採取位置は、ダミーバーと接している面から４５０ｍｍの部分に位置しており、まさしく鋳造開始地点である。図９は本願発明のシール装置を用いずに鋳造した比較例７の＃１スラブ断面である。図１０は本願発明のシール装置を用いて鋳造した発明例９の＃１スラブ断面である。
【００６４】
図９では、外縁部の染色部分、すなわち非金属介在物が多く見られるのに対し、図１０のスラブでは、これが大幅に低減されていることが分かる。なお、各写真中央部の染色については、製品に無害な大きさのセンターポロシティーであるので、比較は外縁部の染色部についてのみ行えばよい。
【００６５】
また、発明例１０において、シール開始からの時間経過と、モールド内の酸素濃度との関係を表すグラフを図１１に示す。このグラフから明らかなように、本願発明のシール装置を用いれば、酸素濃度は速やかに低減し、注湯開始前に４％を実現することができた。さらに、注湯開始後もその低濃度を維持することができて好適である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
非金属介在物性欠陥を防止し、鋳造合金の歩留まりおよび品質を向上させ、さらに製造コストの低減に寄与する。
【図面の簡単な説明】
【００６７】
【図１】本願発明における連続鋳造機を示す模式図である。
【図２】タンディッシュ部分とモールド部分の拡大図である。
【図３】本願発明の連続鋳造におけるシール装置の設置状態を示す斜視図である。
【図４】本願発明の鋳造におけるシール装置の設置状態を示す斜視図である。
【図５】本願発明のシール装置の拡大図である。
【図６】本願発明のシール装置の変更例を示す模式図であり、（ａ）はシングルタイプ、（ｂ）はダブルタイプ、（ｃ）はトリプルタイプ、（ｄ）はカルテットタイプである。
【図７】本願発明のシール装置の変更例の設置状態を示す模式図であり、（ａ）はシングルタイプ、（ｂ）はダブルタイプ、（ｃ）はトリプルタイプ、（ｄ）はカルテットタイプの設置状態を示す。
【図８】本願発明のシール装置を繊維からなる軍手に変更した例を示す模式図である。
【図９】従来の方法で作製したスラブ断面の浸透探傷試験結果を示す写真である。
【図１０】本願発明の方法で作製したスラブ断面の浸透探傷試験結果を示す写真である。
【図１１】本願発明におけるシール開始からの経過時間とモールド内酸素濃度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００６８】
Ｃ    連続鋳造機
１０    取鍋
１１    タンディッシュ
１２    浸漬ノズル
１３    吐出孔
１４    ストッパー
１５    モールド
１６    シール材
１７    スプレー冷却帯
１８    ピンチロール
１９    トーチ
２０    溶融合金
２１    スラブ
２２    ダミーバー
３１    配管
３２    噴出ノズル
４０    鋳型
５０    渦流センサー
【図１】
0004999627.tif 000005
【図２】
0004999627.tif 000006
【図３】
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【図４】
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【図５】
0004999627.tif 000009
【図６】
0004999627.tif 000010
【図７】
0004999627.tif 000011
【図８】
0004999627.tif 000012
【図９】
0004999627.tif 000013
【図１０】
0004999627.tif 000014
【図１１】
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