JP2020006407A - 連続鋳造設備および連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋼の連続鋳造において、Ｎ濃度の上昇に起因する鋼片の表面割れを回避しつつ、浸漬ノズルの詰まりと鋼片の気泡性欠陥の発生を抑える。【解決手段】取鍋２０内の溶鋼が注入されるタンディッシュ２と、タンディッシュ２に接続された注入ノズル３と、注入ノズル３を介してタンディッシュ２内の溶鋼が注入される鋳型４と、注入ノズル３内にＨ2ガスおよび炭化水素ガスの少なくともいずれか一方のガスを吹き込むように構成されたガス供給機構とを備えるように、溶鋼から鋼片を製造する連続鋳造設備１を構成する。【選択図】図１

Description

本発明は、溶鋼からスラブやビレット等の鋼片を製造する連続鋳造技術に関する。

連続鋳造において、タンディッシュ内の溶鋼はタンディッシュ底部に設置された上ノズル（タンディッシュノズルともいう）、スライディングゲート（スライディングノズルともいう）および浸漬ノズル内を順に通り鋳型内に供給される。このとき、上ノズルやスライディングゲート、浸漬ノズルといった溶鋼の流路の内面に溶鋼中に含まれるＡｌ₂Ｏ₃（アルミナ）等の非金属介在物（以下、“介在物”）が付着すると、溶鋼の流れが阻害され、所定の鋳造速度に対して必要な溶鋼供給速度を確保することができなくなる。これに伴い、鋳造速度の低下が余儀なくされ、生産性が低下する。また、浸漬ノズル内の溶鋼流動が不安定になると、鋳型内の溶鋼表面の変動が大きくなるといった問題も生じることになる。

このような問題の対策として、上ノズル、スライディングゲートまたは浸漬ノズル内を流れる溶鋼に対し、Ａｒ（アルゴン）ガスを吹き込み、溶鋼の流路内面への介在物の付着を抑制する技術が知られている。なお、ここで吹き込まれるＡｒガスの気泡は、浸漬ノズルの先端を通過して鋳型内の溶鋼中を浮上していき、溶鋼表面に到達するまでの間に介在物を吸着していく。すなわち、タンディッシュから鋳型までの流路を流れる溶鋼にＡｒガスを吹き込むことにより、流路内面への介在物の付着抑制といった効果に加え、鋳型内にある溶鋼中の介在物を浮上させる効果も得られる。

一方、浸漬ノズルの先端から吐出されるＡｒガスの気泡が鋳型内にある溶鋼中の深い位置まで侵入すると、鋳型内の溶鋼表面まで浮上することができなくなる場合がある。この場合、Ａｒガスの気泡が凝固殻に捕捉され、鋼片表面または鋼片内部に気泡性欠陥が生じてしまう。この気泡性欠陥が内在した鋼片を熱間圧延すると、圧延されて薄くなった鋼板が気泡性欠陥の内圧に耐えられずに膨張し、鋼板に膨れた疵が発生する。また、気泡性欠陥が微細なものであったとしても、熱間圧延後に鋼板表面に線状の筋模様が残り、熱間圧延材としての表面品質を害することとなる。

そのような気泡性欠陥の発生を回避すべく、特許文献１や特許文献２ではＡｒガスに代えてＮ₂（窒素）ガスを溶鋼に吹き込む技術が開示されている。Ｎ₂ガスの気泡は鋳型内の溶鋼に溶解して消滅するため、Ａｒガスに代えてＮ₂ガスを吹き込むことにより気泡性欠陥の原因そのものを取り除くことができる。

特開２００２−３６１３７９号公報 特許第５８４９９８２号

前述のようにタンディッシュから鋳型までの流路を流れる溶鋼にＮ₂ガスを吹き込むと、Ｎ₂ガスが溶鋼に溶解するが、これに伴い溶鋼中のＮ濃度が上昇し、圧延後の鋼板の機械特性に影響を及ぼすおそれがある。また、鋼種によっては、Ｎ濃度の上昇により窒化物の粒界析出が促進され、鋼片の表面割れを誘発するおそれがある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、鋼の連続鋳造において、Ｎ濃度の上昇に起因する鋼片の表面割れを回避しつつ、浸漬ノズルの詰まりと鋼片の気泡性欠陥の発生を抑えることを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、溶鋼から鋼片を製造する連続鋳造設備であって、取鍋内の前記溶鋼が注入されるタンディッシュと、前記タンディッシュに接続された注入ノズルと、前記注入ノズルを介して前記タンディッシュ内の前記溶鋼が注入される鋳型と、前記注入ノズル内にＨ₂ガスおよび炭化水素ガスの少なくともいずれか一方のガスを吹き込むように構成されたガス供給機構とを備えていることを特徴としている。

また、別の観点による本発明は、溶鋼から鋼片を製造する連続鋳造方法であって、取鍋内の溶鋼が注入されたタンディッシュから鋳型に該溶鋼が注入される際に、前記タンディッシュと前記鋳型との間の流路を流れる前記溶鋼に、Ｈ₂ガスおよび炭化水素ガスの少なくともいずれか一方のガスを吹き込むことを特徴としている。

鋼の連続鋳造において、Ｎ濃度の上昇に起因する鋼片の表面割れを回避しつつ、浸漬ノズルの詰まりと鋼片の気泡性欠陥の発生を抑えることができる。

本発明の実施形態に係る連続鋳造設備の一部構成を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

図１に示すように本実施形態の連続鋳造設備１は、取鍋２０内の溶鋼が注入されるタンディッシュ２と、タンディッシュ２の底部に接続された注入ノズル３と、タンディッシュ２内の溶鋼が注入される鋳型４とを備えている。タンディッシュ２内の溶鋼は注入ノズル３を介して鋳型４に注入される。なお、図示は省略するが、連続鋳造設備１は従前のように鋳型４の下方に配置されたロール列（不図示）と、ロール列の終端部に配置されたガス切断機等の切断機（不図示）も備えている。

注入ノズル３は、タンディッシュ２の底部に設けられた上ノズル３ａと、上ノズル３ａに接続された、溶鋼量を調節可能なスライディングゲート３ｂと、スライディングゲート３ｂに接続された浸漬ノズル３ｃで構成されている。本実施形態では、浸漬ノズル３ｃの側面にガス供給管５が接続され、ガス供給管５はＨ₂（水素）ガス供給源６に接続されている。すなわち、ガス供給管５にはＨ₂ガスが供給され、浸漬ノズル３ｃの側面にはＨ₂ガスが吹き込まれる。ここで、吹き込まれるＨ₂ガスにより、浸漬ノズル３ｃ内面へのアルミナ等の介在物の付着を抑制することができる。

本実施形態の連続鋳造設備１においては、鋳型４の外側に、電磁ブレーキ７（静磁場発生装置）が設けられている。電磁ブレーキ７は連続鋳造設備１として必須の構成要素ではないが、電磁ブレーキ７が設けられていることによって鋳型４内にある溶鋼中の介在物を除去しやすくすることができる。電磁ブレーキ７は、注入ノズル３の先端部、すなわち浸漬ノズル３ｃの下端部に磁場を形成して浸漬ノズル３ｃの先端から鋳型４内に吐出される溶鋼の下向きの流速を減少させることができるように仕様や設置位置が定められている。なお、電磁ブレーキ７は、注入ノズル３の先端部において磁束密度が５００Ｇ（ガウス）以上となる磁場が形成されるように構成されていることが好ましい。磁束密度が５００Ｇ未満であると、鋳造速度によっては溶鋼の流速を減少させる効果が不十分な場合がある。磁束密度は２０００Ｇ以上であることが好ましく、３０００Ｇ以上であることがさらに好ましい。なお、鋳型装置の設計上の観点からは磁束密度が５０００Ｇ以下となるように電磁ブレーキ７を構成することが好ましい。

本実施形態の連続鋳造設備１は以上のように構成されている。なお、本実施形態の連続鋳造設備１は２つのストランドを備えており、注入ノズル３、鋳型４、電磁ブレーキ７、ロール列および切断機が図１の紙面垂直方向に２つずつ設けられ、２本の鋳片が製造される構成となっている。

次に、この連続鋳造設備１を用いた連続鋳造方法について説明する。

精錬工程で成分調整された取鍋２０内の溶鋼は、まずタンディッシュ２に注入される。ここでタンディッシュ２内の溶鋼表面に浮上した介在物が除去される。その後、タンディッシュ２の底部に接続された注入ノズル３、すなわち上ノズル３ａ、スライディングゲート３ｂおよび浸漬ノズル３ｃを介してタンディッシュ２内の溶鋼が鋳型４に注入される。このとき、浸漬ノズル３ｃ内を流れる溶鋼に対し、ガス供給管５からＨ₂ガスが吹き込まれる。

ここで吹き込まれるＨ₂ガスにより、浸漬ノズル３ｃ内で溶鋼が流動する状態となり、溶鋼中に含まれる介在物の浸漬ノズル３ｃ内面への付着を抑制することができる。これにより浸漬ノズル３ｃの詰まりの発生を抑えることができる。また、吹き込まれるＨ₂ガスは溶鋼に溶解するため、Ｈ₂ガスの気泡はＡｒガスを吹き込む場合と異なり、溶鋼中に残存しない。すなわち、Ｈ₂ガスの気泡が溶鋼内部に留まることがなく、気泡性欠陥の発生を回避することができる。また、浸漬ノズル３ｃ内に吹き込むガスとして、従前のようなＮ₂ガスを使用しないことから、Ｎ濃度の上昇に伴う鋼片の表面割れを抑制することも可能となる。なお、浸漬ノズル３ｃ内に吹き込むＨ₂ガスの流量は５〜２０Ｌ／ｍｉｎであることが好ましい。これにより浸漬ノズル３ｃ内面への介在物付着を抑制する効果を高めつつ、溶鋼中の水素濃度の上昇量を１ｐｐｍ以下に抑制することが可能となる。すなわち、浸漬ノズル３ｃの詰まりを抑制しやすくなると共に、鋼板の表面品質をさらに向上させることが可能となる。

本実施形態においては、鋳型４に設けられた電磁ブレーキ７により、浸漬ノズル３ｃの先端部で磁束密度が５００Ｇ（ガウス）以上となる磁場が形成されるように電磁力が付与される。本実施形態では、浸漬ノズル３ｃの先端部における磁場の向きが鋳型４への溶鋼の注入方向とは逆方向、すなわち、上向きとなるように磁場が形成されている。これにより浸漬ノズル３ｃから吐出される溶鋼の下降流速を小さくすることができる。その結果、介在物が鋳型４内の溶鋼中の深い位置に侵入しにくくなり、介在物を除去しやすくすることができる。

鋳型４に注入された溶鋼は、鋳型４に接触する外側から冷却されて凝固殻が形成される。凝固殻が形成された溶鋼は鋳型４下部の開口からロール列（不図示）に送られることで更に冷却される。冷却された溶鋼は、ロール列の終端部の切断機（不図示）によりスラブやビレット等の所定のサイズの鋼片に切断される。以上の工程を経て、溶鋼から鋼片が製造される。

本実施形態における鋼の連続鋳造においては、注入ノズル３を介してタンディッシュ２から鋳型４に溶鋼を注入する際に、浸漬ノズル３ｃ内にＨ₂ガスを吹き込むことで浸漬ノズル３ｃ内面への介在物の付着を抑制している。また、浸漬ノズル３ｃ内に吹き込むガスとして従前のようなＮ₂ガスを使用していないことから、溶鋼中のＮ濃度上昇に起因する鋼片の表面割れを抑制することも可能となる。すなわち、本実施形態の連続鋳造においては、Ｎ濃度の上昇に起因する鋼片の表面割れを回避しつつ、浸漬ノズル３ｃの詰まりと鋼片の気泡性欠陥の発生を抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到しうることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態で説明したタンディッシュ２や注入ノズル３、鋳型４の形状や配置は、取鍋２０内の溶鋼の介在物を除去しつつ、連続鋳造が可能であれば特に限定されない。例えばタンディッシュ２と注入ノズル３の接続位置はタンディッシュ２の底部に限定されない。また、上記実施形態ではＨ₂ガス供給管５を浸漬ノズル３ｃに接続することとしたが、注入ノズル３の他の部分に接続することにしても良い。さらに、注入ノズル３の構成も上記実施形態で説明したものに限定されず、タンディッシュ２から鋳型４に溶鋼を送ることが可能であり、かつ注入ノズル３内の溶鋼に対し、Ｈ₂ガスを吹き込むことが可能な構成であれば良い。また、注入ノズル３に対するガス供給管５の設置高さは注入ノズル３の構成や形状等に応じ、注入ノズル３の詰まりが抑えられるように適宜設定されていれば良い。加えて、注入ノズル３内にＨ₂ガスを吹き込むガス供給機構は上記実施形態で説明した構成に限定されない。

また、上記実施形態では、注入ノズル３に吹き込むガスとしてＨ₂ガスを用いたが、Ｈ₂ガスに代えてＣＨ₄（メタン）ガスやＣ₃Ｈ₈（プロパン）ガス等の炭化水素ガスを用いても良い。Ｈ₂ガスと炭化水素ガスを組み合わせて用いても良い。すなわち、Ｈ₂ガスおよび炭化水素ガスの少なくともいずれか一方のガスを注入ノズル３に供給することで、Ｎ濃度上昇に起因する鋼片の表面割れを回避しつつ、浸漬ノズル３ｃの詰まりと鋼片の気泡性欠陥の発生を抑えることが可能となる。なお、Ｈ₂ガスおよび炭化水素ガスの少なくともいずれか一方のガスと、Ａｒガスを混合して供給しても良い。注入ノズル３の詰まりを抑える目的で供給されるガス流量が同一であれば、混合ガスを供給する場合と、Ａｒガスのみを供給する場合とでは混合ガスを供給する場合の方がＡｒガスの流量を少なくすることができる。これによりＡｒガスのみを供給する場合に比べ、Ａｒガスの気泡量を少なくすることができ、気泡性欠陥を抑える効果が得られる。

幅１４００ｍｍおよび厚み２５０ｍｍの鋳型を有する垂直曲げ型のスラブ連続鋳造設備を用いて、容量３２０ｔの取鍋３杯分の溶鋼を連続して鋳造した。この連続鋳造設備は２ストランドで構成され、注入ノズルは上ノズル、スライディングゲートおよび浸漬ノズルで構成されている。また、鋳型には電磁ブレーキが設けられている。

上記仕様の連続鋳造設備を用い、各ストランドで長さ８ｍのスラブを２４本、両ストランド合計で４８本のスラブを製造した。鋳造速度は１．３ｍ／ｍｉｎであり、３層のスライディングゲートにより溶鋼流量を調節した。また、鋳造中、一方のストランドの浸漬ノズルにはＡｒガスを１０Ｌ／ｍｉｎの流量で供給し、他方のストランドの浸漬ノズルにはＨ₂ガスを１０Ｌ／ｍｉｎの流量で供給した。さらに、各ストランドで製造される２４本のスラブのうち、１２本のスラブを製造する際には電磁ブレーキにより浸漬ノズルの吐出口から吐出される溶鋼に対して磁束密度が３０００Ｇとなるように電磁力を付与した。なお、溶鋼組成は下記の表１に示す極低炭素鋼とした。

上記製造条件の下で製造されたスラブを熱間圧延し、その後酸洗された熱延コイルの表面性状を検査員が目視観察にて評価した。そして、気泡または介在物に起因して生じた不良部の重量割合を“熱延不良率”として、各製造条件で得られたスラブの熱延不良率を比較した。その結果を下記表２に示す。

本発明例および比較例ともに浸漬ノズルの詰まりは確認されなかったが、浸漬ノズルにＡｒガスを供給した比較例では、Ａｒガスの気泡が原因と考えられる疵や線状の筋模様が鋼板表面に確認された。一方、浸漬ノズルにＨ₂ガスを供給した本発明例では、熱延不良率が０．１％以下となり、良好な品質の鋼板が得られた。

この結果によれば、浸漬ノズル内の溶鋼に対してＨ₂ガスを供給することは、気泡性欠陥の発生を抑制する観点で有効であることが示される。なお、本発明例１では鋼板に介在物が原因と見られる欠陥がわずかに確認されたが、電磁ブレーキを使用した本発明例２においては、鋼板にそのような欠陥が確認されず、熱延不良率をさらに改善することができた。すなわち、鋼板の製品品質をさらに向上させるためには、浸漬ノズル内の溶鋼にＨ₂ガスを供給することに加え、電磁ブレーキを使用することが好ましい。

幅１４００ｍｍおよび厚み２５０ｍｍの鋳型を有する垂直曲げ型のスラブ連続鋳造設備を用いて、容量３２０ｔの取鍋３杯分の溶鋼を連続して鋳造した。この連続鋳造設備は２ストランドで構成され、注入ノズルは上ノズル、スライディングゲートおよび浸漬ノズルで構成されている。また、鋳型には電磁ブレーキが設けられている。

上記仕様の連続鋳造設備を用い、各ストランドで長さ８ｍのスラブを２４本、両ストランド合計で４８本のスラブを製造した。鋳造速度は１．３ｍ／ｍｉｎであり、３層のスライディングゲートにより溶鋼流量を調節した。また、鋳造中、一方のストランドにおいては浸漬ノズルにＡｒガスを１０Ｌ／ｍｉｎの流量で供給しながら１２本分のスラブを製造し、その後、ＡｒガスからＮ₂ガスに切り替えて残りの１２本分のスラブを製造した。他方のストランドにおいては、浸漬ノズルにＨ₂ガスを１０Ｌ／ｍｉｎの流量で供給して２４本分のスラブを製造した。また、Ｈ₂ガスを供給するストランドにおいては、２４本のスラブのうち、１２本のスラブを製造する際に電磁ブレーキにより浸漬ノズルの吐出口から吐出される溶鋼に対し、磁束密度が３０００Ｇとなる磁場が形成されるように電磁力を付与した。なお、溶鋼組成は下記の表３に示す中炭素鋼とした。

上記製造条件の下で製造されたスラブのＮ濃度の上昇量を測定すると共に、スラブの表面を溶削し、スラブの表面割れの有無について検査員が目視観察で評価した。また、上記製造条件の下で製造されたスラブを熱間圧延し、その後酸洗された熱延コイルの表面性状を検査員が目視観察にて評価した。そして、気泡または介在物に起因して生じた不良部の重量割合を“熱延不良率”として、各製造条件で得られたスラブの熱延不良率を比較した。その結果を下記表４に示す。

本発明例および比較例ともに浸漬ノズルの詰まりは確認されなかったが、浸漬ノズルにＡｒガスを供給した比較例３では、Ａｒガスの気泡が原因と見られる疵や線状の筋模様が鋼板表面に確認された。一方、浸漬ノズルにＨ₂ガスを供給した本発明例３、４および浸漬ノズルにＮ₂ガスを供給した比較例４では、気泡に起因する欠陥が鋼板表面に確認されず、熱延不良率が０．１％以下となった。

しかし、Ｎ₂ガスを使用した比較例２においては、Ｎ濃度が上昇し、これに起因する表面割れが発生したスラブが１２本中４本確認された。このため、これらの４本のスラブに関しては、その後の熱間圧延に供するために５ｍｍの表面研削が必要となった。一方、Ｈ₂ガスを使用した本発明例においては、スラブの製造段階で表面割れは確認されず、製造されたスラブの手入れをすることなく、熱間圧延に供することができた。

この結果によれば、浸漬ノズル内の溶鋼に対してＨ₂ガスを供給することは、Ｎ₂ガスを供給する場合に比べてスラブの表面割れを抑制する観点で有効であることが示される。したがって、浸漬ノズルにＨ₂ガスを供給することにより、Ｎ濃度の上昇に起因する鋼片の表面割れを回避しつつ、浸漬ノズルの詰まりと気泡性欠陥の発生を抑えることが可能となる。なお、本発明例３ではスラブに介在物が原因と考えられる欠陥がわずかに確認されたが、電磁ブレーキを使用した本発明例４においては、スラブにそのような欠陥が確認されず、熱延不良率をさらに改善することができた。すなわち、鋼板の製品品質をさらに向上させるためには、浸漬ノズル内の溶鋼にＨ₂ガスを供給することに加え、電磁ブレーキを使用することが好ましい。

また、実施例１および実施例２では、浸漬ノズルに供給するガスとしてＨ₂ガスを使用しているが、Ｈ₂ガスと同様に溶鋼中に溶解し、かつＮ₂ガスの濃度上昇が起こらない炭化水素ガスを使用しても、鋼片の表面割れを回避しつつ、浸漬ノズルの詰まりと気泡性欠陥の発生を抑えることが可能となる。

本発明は、溶鋼から鋼片を製造するための鋼の連続鋳造に利用することができる。

１ 連続鋳造設備
２ タンディッシュ
３ 注入ノズル
３ａ 上ノズル
３ｂ スライディングゲート
３ｃ 浸漬ノズル
４ 鋳型
５ ガス供給管
６ Ｈ₂ガス供給源
７ 電磁ブレーキ
２０ 取鍋

Claims (4)

1. 溶鋼から鋼片を製造する連続鋳造設備であって、
   取鍋内の前記溶鋼が注入されるタンディッシュと、
   前記タンディッシュに接続された注入ノズルと、
   前記注入ノズルを介して前記タンディッシュ内の前記溶鋼が注入される鋳型と、
   前記注入ノズル内にＨ₂ガスおよび炭化水素ガスの少なくともいずれか一方のガスを吹き込むように構成されたガス供給機構とを備えていることを特徴とする、連続鋳造設備。
2. 前記注入ノズルの先端部に磁束密度が５００Ｇ以上となる磁場が形成されるように電磁ブレーキが設けられている、請求項１に記載の連続鋳造設備。
3. 溶鋼から鋼片を製造する連続鋳造方法であって、
   取鍋内の溶鋼が注入されたタンディッシュから鋳型に該溶鋼が注入される際に、前記タンディッシュと前記鋳型との間の流路を流れる前記溶鋼に、Ｈ₂ガスおよび炭化水素ガスの少なくともいずれか一方のガスを吹き込むことを特徴とする、連続鋳造方法。
4. 前記流路から前記鋳型に流れ込む前記溶鋼に対し、磁束密度が５００Ｇ以上の磁場が形成されるような電磁力を付与して前記溶鋼の流速を減少させる、請求項３に記載の連続鋳造方法。
   
   
   

Images