JP5869748B2 - Alキルド鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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0≦{(%Al2O3+%SiO2)×[%Al]×T.[ppm O]}/(%MgO)<0.10 …(1)
図1は、本発明の方法を実施するための連続鋳造装置の概略を示す図である。
2−1.耐火物の組成とアルミナの付着性との関係
2−1−1.実験条件
表1に示す成分組成のAlキルド鋼3.5kgを、内径90mmのMgO坩堝内で溶製した。溶製した溶鋼中に、表2に示す成分組成の耐火物Aおよび耐火物Bからなる、直径15mmの円柱状耐火物を浸漬した。耐火物Aは従来のアルミナグラファイト、耐火物Bはマグネシアグラファイトである。表2中のF.Cは、耐火物中のカーボン含有率の換算値である。
耐火物A(アルミナグラファイト)からなる円柱状耐火物には、厚さ約3〜6mmの網目状のアルミナが表面全体に付着していた。
マグネシアグラファイトは、固有の性質として、アルミナグラファイトと比較して、耐食性に優れ、溶鋼への浸漬時間が増大しても、溶鋼と接触するその表面は平滑な状態を保持しやすい。
耐火物を構成するマグネシアグラファイト中のカーボン含有率の換算値は、15〜40%の範囲とする。カーボン含有率換算値が15%未満であると熱衝撃性に劣り、40%を超えると耐火物としての強度や耐食性が低下する。
上述のように、耐火物中のSiO2およびAl2O3の含有量は、増大するにつれ、MgOが有する耐火物上への介在物の付着抑制効果が得にくくなる。そのため、本発明者らの検討の結果に基づいて、耐火物中のMgO含有率(%MgO)、Al2O3含有率(%Al2O3)およびSiO2含有率(%SiO2)を、溶鋼中のsol.Alの含有率[%Al]およびトータル酸素T.[O]の含有率T.[ppm O]に応じた値として、下記(1)式によって規定した。下記(1)式を満足する条件で連続鋳造を行うことにより、MgOが有する耐火物上への介在物の付着抑制効果を維持することができる。
0≦{(%Al2O3+%SiO2)×[%Al]×T.[ppm O]}/(%MgO)<0.10 …(1)
sol.Al含有率が0.01%未満の鋼を連続鋳造した際に、浸漬ノズルの内壁に介在物が付着して生ずるノズル閉塞が問題となることは稀である。そのため、本発明では、対象とする鋼種をsol.Al含有率が0.01%以上のAlキルド鋼に限定した。
2−4−1.実験条件
上記2−1の実験と同様の構成に加えて、円柱状耐火物と溶鋼との間に直流電流を印加した。印加条件は、円柱状耐火物側を負極とし、平均電流密度の絶対値を2.5mA/cm2に設定した。定電流制御は、出力電圧をコントロールすることによって実施した。ここで、平均電流密度とは、耐火物と溶鋼との間を流れる平均電流値を、溶鋼と接する耐火物の表面積で除した値に相当する。
耐火物A(アルミナグラファイト)からなる円柱状耐火物に通電した場合には、円柱状耐火物の表面全体にアルミナが付着した。付着したアルミナの厚さは、最大で2〜4mm程度であった。
アルミナ等の高融点介在物は、溶鋼との間の濡れ性が悪く、一般には、溶鋼中を浮遊するアルミナには浸漬ノズルを構成する耐火物の表面側へ排斥する力が作用する。そのため、時間の経過とともに、浸漬ノズルの閉塞の進行を避けることが難しくなる。しかし、溶鋼と耐火物との間の濡れ性が向上し、溶鋼と耐火物とが濡れるようになれば、溶鋼中の介在物が耐火物の表面側に排斥される力が抑制される。この場合、溶鋼と耐火物とが濡れない場合と比較して、浸漬ノズルを構成する耐火物の表面上へのアルミナの付着頻度が大幅に減少することとなり、浸漬ノズルの閉塞の防止に繋がる。
浸漬ノズルの構成材料としてマグネシアグラファイト質耐火物を適用した場合、マグネシアグラファイトの溶損を抑制するとともに、溶鋼‐耐火物間の濡れ性を向上させるには、0.5mA/cm2以上の平均電流密度を確保することが好ましい。
以上、円柱状耐火物を負極として円柱状耐火物と溶鋼との間に直流電流を印加した場合について説明した。一方、円柱状耐火物を正極として、溶鋼‐耐火物間に通電を付与した場合、電気化学反応を通じて、下記(1)式の反応により、マグネシアグラファイト中のCからCO(g)が生成する。すなわち、耐火物が溶損する方向に電気化学反応が進行する。
C+O2- → CO(g)+e- …(1)
耐火物を長時間溶鋼中に浸漬した場合に、アルミナの付着抑制効果を持続的に得るには、耐火物と溶鋼との間に印加する電流の実効電流が大きくすることが好ましい。実効電流を大きくする方法としては、適正な平均電流密度を保ったまま、実効電流値を高める方法が挙げられる。
周期的に極性が正と負に切り替わるパルス状の電位差(ここでは耐火物の電位の基準を溶鋼とする。)を、浸漬ノズルを構成する耐火物と溶鋼との間に印加する場合においても、アルミナの付着抑制効果を得ることができる。この場合、耐火物側が負極となるパルス周期の時間を長くすること、もしくは耐火物側が負極となる期間における耐火物の電位の絶対値を大きくすること、または、耐火物側が正極となるパルス周期の時間を短くすること、もしくは耐火物側が正極となる期間における耐火物の電位の絶対値を小さくすることによって、1周期分のパルスにおける、耐火物側が負極となるパルス周期の時間で耐火物の電位の絶対値を積分した値を耐火物側が正極となるパルス周期の時間で耐火物の電位の絶対値を積分した値よりも大きくすること、すなわち耐火物の時間平均電位を負極側とすることができる。
パルス周期は3〜200msの範囲とする。3ms未満の場合、安定して電流を流すことが難しい。200msを超えると、O2-の移動に起因して耐火物の表面にアルミナが生成するとともに、耐火物が正極に偏倚した期間においては耐火物の溶損が進行する。さらに、パルス周期は、5〜100msの範囲とするのが好ましい。
耐火物が負極となる期間における電流密度の絶対値は、10〜200mA/cm2の範囲とする。電流密度の絶対値が10mA/cm2未満では、耐火物‐溶鋼間の濡れ性を十分に高めることが困難である。一方、200mA/cm2を超える電流密度では、大容量の電源装置が必要となり、コスト増が見込まれ、また、配線ケーブルが発熱しやすく、通電中に断線する等の種々の弊害が生じ、安定した通電を確保することが困難である。以上の検討結果に基づき、前記(3)の本発明の方法を規定した。電流密度の絶対値は、13〜150mA/cm2の範囲とするのが好ましい。
1−1.試験方法
前記図1に示した連続鋳造装置を用いて鋳造試験を行った。鋳造試験に用いた鋼種は、溶鋼としてC:0.0010〜0.0050%、Si:0.01〜0.05%、Mn:0.10〜0.20%、P:0.01〜0.02%、S:0.003〜0.006%、Ti:0.01〜0.03%、sol.Al:0.01〜0.03mass%の範囲の組成を有する鋼とした。連続鋳造時のタンディッシュ内の溶鋼の過熱度(溶鋼の温度からこの組成の鋼の液相線温度を減じた値)は10〜60℃の範囲であった。溶鋼のスループット(単位時間当たりの鋳造溶鋼量)は3.5〜6.0ton/minの範囲であった。
表3には、試験条件と併せて、評価項目として浸漬ノズル内の介在物付着速度指数を示す。浸漬ノズル内の介在物付着速度指数とは、鋳造後の浸漬ノズル内の平均介在物付着厚さを鋳造時間で除した介在物付着速度 a、比較例1の場合を10として指数で示したものである。浸漬ノズル内の平均介在物付着厚さとは、浸漬ノズルの上端から吐出口上端までの、介在物付着厚さの溶鋼流れ方向の平均値である。
2−1.試験方法
前記実施例1の本発明例1と同様の条件に加えて、浸漬ノズルと溶鋼との間に電位差を与えて連続鋳造試験を行った。表4には、試験条件として与えた電位差の条件を示す。
表4に示すように、本発明例4および5は、浸漬ノズルが負極となるように直流電流を流した実施例であり、平均電流密度を含めて前記(2)の本発明の方法の規定を満足する。比較例3は、浸漬ノズルが負極となるように直流電流を流したものの、平均電流密度の絶対値が大きく、前記(2)の本発明の方法の規定を満足しない実施例である。平均電流密度とは、実効電流値を、浸漬ノズルの溶鋼に接触する部位の総面積で除した値である。
図2は、本発明例6〜8ならびに比較例4および5に付与したパルス状の電位差を示す図である。本発明例6〜8は、図2に示すパルス状に浸漬ノズル‐溶鋼間に電位差を付与した実施例であり、電流密度を含めて前記(3)の本発明の方法の規定を満足する。
表4には、試験条件と併せて、評価項目として浸漬ノズル内の介在物付着速度指数を示す。浸漬ノズル内の介在物付着速度指数は、前記実施例1と同様の評価指数である。
本発明例4および5は、平均電流密度が前記(2)の本発明の方法の規定を満足するため、通電を行わない場合に比べてアルミナを含む介在物の付着が抑制された。
本発明例6〜8は、パルス周期および浸漬ノズルが負極となるパルス期間の電流密度の絶対値が前記(3)の本発明の方法の規定を満足するため、比較例4および5と比較してアルミナを含む介在物の付着の抑制効果が大きかった。
Claims (1)
- 連続鋳造装置において浸漬ノズルを用いて鋳型に溶鋼を注入するAlキルド鋼の連続鋳造方法であって、
前記浸漬ノズルの少なくとも溶鋼流路稼働面を、MgO含有率:60〜85mass%、カーボン含有率の換算値:15〜40mass%を満たす耐火物で構成し、
浸漬ノズルが負極、タンディッシュ内の溶鋼に一端が浸漬された対極が正極となる直流電流を印加して、平均電流密度が2.5mA/cm 2 以上10mA/cm2 未満となるよう通電し、
前記溶鋼中のトータル酸素含有率T.[massppm O]を18ppm以下とし、
前記溶鋼中のsol.Al含有率[mass%Al]およびトータル酸素含有率T.[massppm O]と、前記耐火物中のMgO含有率(mass%MgO)、Al2O3含有率(mass%Al2O3)およびSiO2含有率(mass%SiO2)とが、質量分率で下記(1)式を満足する条件で連続鋳造を行い、
鋳造されたAlキルド鋼のsol.Al含有率が0.01mass%以上であることを特徴とする、Alキルド鋼の連続鋳造方法。
0≦{(mass%Al2O3+mass%SiO2)×[mass%Al]×T.[massppm O]}/(mass%MgO)<0.10 …(1)
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