JP2009214139A - 溶鋼の清浄度を保持するタンディッシュ内の保温方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 タンディッシュ内の保温材として保温性に優れる焼もみを使用する一方で、タンディッシュ内における溶鋼の清浄度を保持できるようなタンディッシュ内の保温方法を提供する。
【解決手段】 酸素濃度４〜３０ｐｐｍを有する溶鋼をタンディッシュを介して鋳造する際に、図１に示すタンディッシュ４の溶鋼上の保温材を２層構造として溶鋼を保温する際に、溶鋼と接する第１層を難還元性のＭｇＯを主体とする保温材（ＭｇＯ≧９０％）とし、第２層を保温性の高い焼もみとして溶鋼を保温することによって、第２層の焼もみが溶鋼と接触する面積を第１層の保温材で阻止することにより最小化してタンディッシュ内の溶鋼を保温する方法。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タンディッシュ内での酸化による溶鋼汚染を抑制するタンディッシュ内保温材の使用方法に関し、特にタンディッシュ内での溶鋼の清浄度を悪化することのない保温方法に関する。

鋼の連続鋳造設備１は、例えば図２に示す模式図に見られるとおりである。このように製鋼工程で溶解し精錬されて取鍋２に入った溶鋼３は、取鍋２からタンディッシュ４内に注入され、タンディッシュ４からモールド５へと鋳込まれる。その際、溶鋼３はタンディッシュ４内で一定の時間、滞留される。しかし、タンディッシュ４内での溶鋼３の温度低下を防止し、さらにタンディッシュ４内の溶鋼３が外気である大気と接触して酸化することを防止することを目的として、タンディッシュ４内に保温材が使用されている。モールド５から引き抜かれた鋳片６は切断機７で切断され、搬送機８により図示しない冷却装置に搬送される。

ところで、上記のタンディッシュ４内における酸化による溶鋼汚染の原因としては、主に上記の大気による酸化の他に、耐火物による酸化あるいは保温材自身による酸化が考えられる。

一方、脱穀されたもみ殻を焼いて製造した焼もみからなるタンディッシュ内で使用する保温材は保温効果に優れている。そこで、従来から、鋼の連続鋳造開始時にタンディッシュ内に焼もみが投入される。この場合、焼もみの消費度合いに応じて。随時に追加投入される。この追加投入されるタンディッシュ内の部位としては、ほとんどの場合、溶鋼の温度測定や試料採取を行う部位である。この部位では、特に溶鋼の温度測定時には、温度測定用の測定プローブが浸漬された部位において強烈な撹拌が発生する。すなわち、この際に、焼もみの主成分であるＳｉＯ₂が、３ＳｉＯ₂＋４Ａｌ→２Ａｌ₂Ｏ₃＋３Ｓｉの反応によって、鋼中のＡｌによって還元されて消費されていくのが主体と考えられる。

一方、従来のタンディッシュ内の保温材としては粉体混合物と中空マグネシア焼結体を２層構造として使用しており、また、溶鋼と接することのない上部層の部分には、マグネシア含有率が９０％未満である中空のマグネシア焼結体が使用される（例えば、特許文献１参照。）。しかし、この方法では、保温材をタンディッシュに投入する際の溶鋼からの抜熱が大きい。そこで、この保温材の投入時に、この保温材と接する部分の溶鋼が凝固してしまう。このためにタンディッシュから試料採取や温度測定を行うことが非常に困難となる。また、もしタンディッシュからモールドへ注入される溶鋼流量の調節方法がストッパー制御で行われている場合には、ストッパーの動きが凝固により拘束されてしまう可能性を常にはらんでいた。

一方、タンディッシュ内で使用され、保温性を有し、かつタンディッシュ内の雰囲気を外気から遮断し、溶鋼内で生成される介在物を溶鋼内から吸収することができるタンディッシュ内の保温材が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。しかし、この文献には保温材を投入する際の溶鋼からの抜熱については全く触れられていない。さらに、この保温材は、３５〜４２％のＳｉＯ₂を含有しているので、溶鋼と接触することで３ＳｉＯ₂＋４Ａｌ→２Ａｌ₂Ｏ₃＋３Ｓｉの反応により、溶鋼がＡｌ酸化物によって汚染される問題がある。

特開平７−１２４７４１号公報 特開平７−２８４８９５号公報

本発明が解決しようとする課題は、タンディッシュ内の保温材として保温性に優れる焼もみを使用する一方で、タンディッシュ内における溶鋼の清浄度を保持できるようなタンディッシュ内の保温方法を提供することである。

従来の方法では、連続鋳造の開始直後にタンディッシュ内に焼もみを投入し、溶鋼の保温を行っている。しかし、タンディッシュ内では、測温や試料採取において溶鋼を撹拌することから、溶鋼と焼もみ中の主成分であるＳｉＯ₂が反応して溶鋼の清浄度が悪化する。

そこで、上記の課題を解決するための本発明の手段は、第１の手段では、タンディッシュ内において難還元性の保温材を溶鋼と接する第１層とし、高い保温性を有する焼もみを第２層として第１層の上に投入することによって、焼もみと溶鋼の接触を最小化しつつタンディッシュ内の溶鋼を保温する方法である。すなわち、請求項１の発明では、酸素濃度４〜３０ｐｐｍを有する溶鋼をタンディッシュを介して鋳造する際に、タンディッシュの保温材を２層構造とし、溶鋼と接する第１層を難還元性のＭｇＯを主体とする保温材（ＭｇＯ≧９０％）とし、第２層を保温性の高い焼もみとして保温することによって、第２層の焼もみが溶鋼と接触することを、第１層の保温材で阻止することにより、最小化することを特徴とするタンディッシュ内の溶鋼の保温方法である。

第２の手段では、タンディッシュ内の溶鋼の測温や試料採取を行う部位には、第１層の難還元性の保温材のみを使用し、その部位には第２層の焼もみを使用することのないタンディッシュ内の溶鋼の保温方法である。すなわち、請求項２の発明では、タンディッシュ内の溶鋼の測温や試料採取を行う部位である直径１〜２ｍの範囲には、第１層の難還元性のＭｇＯを主体とする保温材のみを使用し、第２層の焼もみは使用しないことを特徴とする請求項１の手段のタンディッシュ内の溶鋼の保温方法である。

第３の手段では、タンディッシュの予熱時に、すでにタンディッシュ中に難還元性のＭｇＯを主体とする保温材を投入して予熱し、第２層として焼もみを使用する方法である。すなわち、請求項３の発明では、第１層の難還元性のＭｇＯを主体とする保温材は、タンディッシュの予熱時にすでに投入しておき、同時に予熱して使用することを特徴とする請求項１または２の手段のタンディッシュ内の溶鋼の保温方法である。

ところで、上記の方法において、タンディッシュ内に難還元性のＭｇＯを主体とする保温材を投入すると、大きな吸熱が生じ、溶鋼との接触面で溶鋼が凝固してしまう恐れがある。そこで、第３の手段では、第１層を形成する難還元性の保温材を、タンディッシュを予熱する時点に先立って投入し、タンディッシュの予熱と同時に第１層の保温材を予熱することからなるタンディッシュ内の溶鋼の保温方法である。このように難還元性の保温材を予め予熱することで、吸熱による凝固を防いで、その上に高い保温性を有する焼もみを第２層として載置して、第２層の焼もみと溶鋼の接触を最小化して保温し、このタンディッシュからモールドに鋳造を開始する方法である。

本発明の手段の効果を説明すると、第１の手段では、タンディッシュは難還元性のＭｇＯを主体とする保温材を第１層として溶鋼と接するものとし、この第１層の上に焼もみからなる高い保温性の第２層として、高保温性を図りながら焼もみと溶鋼との接触を最小化したので、第１層のＭｇＯによる抜熱が高保温性の焼もみで防止でき、鋳造開始時に生じる溶鋼の温度低下によるトラブルの発生を防止できる。第２の手段では、タンディッシュ内における測温および試料採取によって、溶鋼を撹拌することとなるタンディッシュ内の部位に、第１層の難還元性のＭｇＯを主体とする保温材のみを使用し、この部位には第２層の焼もみを使用しないので、焼もみと溶鋼との接触はなく、焼もみの主成分であるＳｉＯ₂が溶鋼中のＡｌと反応して生じるＡｌ酸化物による溶鋼の汚染がなく、溶鋼の清浄度の悪化を抑制することができる。第３の手段では、タンディッシュの予熱と同時に第１層の難還元性のＭｇＯを主体とする保温材を予熱することによって、鋳造開始時の溶鋼からの抜熱を抑えることができ、鋳造開始時に生じる独特の溶鋼の温度低下によるトラブルの発生を防止できるなど、本願の方法は、従来にない優れた効果を奏する方法である。

本発明を実施する最良の形態について、表および図面を参照して以下に説明する。本発明の方法に使用する中空ＭｇＯ系の保温材の主成分の例は、以下の表１に示すように、質量％で１００％のうちＭｇＯが９３％でＳｉＯ₂が３％である。この実施の形態では、表１に示す中空ＭｇＯ系の保温材のタンディッシュ中に占める厚さは１０〜２０ｍｍである。

以下に示す実施例において、上記の保温材をタンディッシュに使用して連続鋳造される鋼種としては、ＪＩＳ規格のＳ４５Ｃ〜Ｓ５５Ｃの機械構造用炭素鋼、ＪＩＳ規格のＳＣｒ４２０、ＳＣｒ４３５、ＳＣＭ４２０、ＳＣＭ４３５の機械構造用合金鋼、ＪＩＳ規格のＳＵＪ２、ＳＵＪ３の高炭素クロム軸受鋼である。なおこれらは例であり、ＪＩＳや外国規格の機械構造用炭素鋼、機械構造用合金鋼、軸受鋼に適用可能である。
まず本発明例１では、Ｓ４５Ｃ〜Ｓ５５Ｃの任意鋼種について適宜複数鋼種を選択して合計２０チャージを鋳造して実施した。そして酸素量がアップした値についてはその２０チャージでの平均値について表２に示した。比較例１についても同様に適宜複数選択したＳ４５Ｃ〜Ｓ５５Ｃについて実施し表２の値を得た。次に本発明例２と比較例２については、ＳＣｒ４２０、ＳＣｒ４３５、ＳＣＭ４２０、ＳＣＭ４３５の任意鋼種について同様に実施して、分析した平均値を表３に掲載した。また本発明例３と比較例３についても同様に、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３について実施して、分析した平均値を表４に掲載した。

図１に、タンディッシュ４を上から見た模式的平面図を示すが、図示しない取鍋内の溶鋼は、タンディッシュ４の湯落ち部４ａに注入され、堰４ｂに設けられた図示しない孔を通過して、タンディッシュ４内の測温や試料採取を実施するオペレーション側４ｃへ移動し、タンディッシュ４から下部の図示しないモールドへ注入されて鋳造される。この図１では、オペレーション側４ｃの１〜６の番号付きの円は、タンディッシュ４の上部を覆うカバー４ｄに開けられた穴の位置を示しており、１番の穴を利用して、試料採取および測温が行われ、またこれらの１〜６番の穴を通して保温材がタンディッシュ４内の溶鋼の上に投入される。

以下の表２、表３および表４における本発明例および比較例で示す値は、ｐｐｍで表示の鋼中の酸素のアップ値である。これらの酸素のアップ値はタンディッシュからモールドに連々鋳する際の３連目の時点の値で、図１のタンディッシュ４の湯落ち部４ａとオペレーション側４ｃの１番の穴へ、十分に酸洗した鉄杓を浸漬することによって採取した、それぞれ計２個の溶鋼試料を、ＪＩＳ Ｚ ２６１３−１９９２に基づく、赤外線吸収法により分析した酸素のアップ値である。

本発明例１：鋳造開始直後、図１に示すタンディッシュ４のカバー４ｄの全ての１〜６番の穴より、中空ＭｇＯ系保温材の各１５ｋｇずつをタンディッシュ４内の溶鋼上に投入した。十分に溶鋼表面を被覆し、連続してその上から、さらに焼もみをカバー４ｄの全ての１〜６番の穴より各１５ｋｇずつ投入して、溶鋼表面に保温材の２層構造を形成した。

本発明例２：本例は、鋳造開始前にタンディッシュ４をＬＮＧにより予熱した例である。タンディッシュ４の予熱開始前に、図１に示すタンディッシュ４のカバー４ｄの２、３、４番の穴より各３０ｋｇずつの中空ＭｇＯ系保温材を投入して予熱することにより、この中空ＭｇＯ系保温材自体も十分に予熱した。その後、取鍋からタンディッシュ４内に溶鋼を注入して鋳造開始し、鋳造直後にタンディッシュ１内の溶鋼表面が中空ＭｇＯ系保温材にて完全に被覆されていることを確認した後、さらに１〜６番の全ての穴より各１５ｋｇずつの焼もみをタンディッシュ１内の中空ＭｇＯ系保温材の上に投入し、保温材を２層構造とした。

本発明例３：本発明例２と同様の方法であるが、タンディッシュ４のカバー４ｄの１番の穴の測温および試料採取部位に、すなわち、タンディッシュ４内の１番の穴の周囲である約１〜２ｍの範囲には、焼もみは投入しなかった方法である。

比較例：従来どおりの鋳造開始直後に焼もみのみをタンディッシュ４のカバー４ｄの１〜６の全ての穴より各１５ｋｇずつ投入した方法である。

比較１：本発明例１と比較例との比較において、図１に示すタンディッシュ４の湯落ち部４ａから採取したものと、タンディッシュ４のカバー４ｄの１番の穴の下から採取したものとの酸素値の分析差を調査した結果を表２に示す。

表２に示すように、比較例である従来どおりの焼もみのみを使用する保温方法では、約１ｐｐｍから１．５ｐｐｍの酸素値のアップが見られた。一方、本発明例１による焼もみを第２層として溶鋼との接触を最小化する方法では、０．５ｐｐｍから０．８ｐｐｍで、若干の酸素量アップの改善の傾向が見られる。なお、本発明例１では、溶鋼の最表面部には、溶鋼の温度低下が原因と見られる溶鋼凝固が８回中で２回発生し、３０ｍｍ前後の凝固の厚みが確認され、操業上の不安を抱える結果となった。

比較２：本発明例２と比較例との比較において、上記の比較１と同様に、図１に示すタンディッシュ４の湯落ち部４ａから採取したものと、タンディッシュ４のカバー４ｄの１番の穴の下から採取したものとの酸素値の分析差を調査した結果を表３に示す。

表３に示すように、本発明例２は０．６ｐｐｍから０．７ｐｐｍのアップ値で、若干の酸素量アップの改善の傾向が見られ、本発明例１の結果とほぼ同じであった。一方、大きな違いとしては、溶鋼の温度低下が原因と考えられる溶鋼の最表面部における溶鋼凝固が９回中で発生ゼロであり、溶鋼凝固が発生しなかったことである。

比較３：本発明例３と比較例との比較において、比較１と同様に、図１に示すタンディッシュ４の湯落ち部４ａから採取したものと、タンディッシュ４のカバー４ｄの１番の穴の下から採取したものとの酸素値の分析差を調査した結果を表４に示す。

この本発明例３の方法を適用すると、タンディッシュ４内での酸素値のアップは、０ｐｐｍから０．３ｐｐｍとほとんど無くなって改善された。さらに、鋳造初期の溶鋼の最表面部の溶鋼凝固も発生しなかった。

連続鋳造設備を示す模式図である。 タンディッシュを上から見た模式図である。

符号の説明

１ 連続鋳造設備
２ 取鍋
３ 溶鋼
４ タンディッシュ
４ａ 湯落ち部
４ｂ 堰
４ｃ オペレーション側
４ｄ カバー
５ モールド
６ 鋳片
７ 切断機

Claims (3)

1. 酸素濃度４〜３０ｐｐｍを有する溶鋼をタンディッシュを介して鋳造する際に、タンディッシュの保温材を２層構造として、溶鋼と接する第１層を難還元性のＭｇＯを主体とする保温材（ＭｇＯ≧９０％）とし、第２層に焼もみを使用して保温することによって焼もみと溶鋼の接触を最小化することを特徴とするタンディッシュ内の溶鋼の保温方法。
2. タンディッシュ内の溶鋼の測温や試料採取を行う部位の範囲には、第１層の難還元性のＭｇＯを主体とする保温材のみを使用し、第２層の焼もみは使用しないことを特徴とする請求項１に記載のタンディッシュ内の溶鋼の保温方法。
3. 第１層を形成する難還元性の保温材は、タンディッシュを予熱する時点に先立って投入されて予熱されることを特徴とする請求項１または２に記載のタンディッシュ内の溶鋼の保温方法。

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