JP6228524B2

JP6228524B2 - 連続鋳造方法

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Publication number: JP6228524B2
Application number: JP2014192187A
Authority: JP
Inventors: 裕樹本田; 森川　広; 広森川; 洋聡長; 法明温品
Original assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Current assignee: Nippon Steel Nisshin Co Ltd
Priority date: 2013-09-27
Filing date: 2014-09-22
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2034-09-22
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Description

この発明は、連続鋳造方法に関する。

金属の一種であるステンレス鋼の製造工程では、電気炉で原料を溶解して溶銑が生成され、生成された溶銑は、転炉、真空脱ガス装置でステンレス鋼の特性を低下させる炭素を除去する脱炭処理等を含む精錬が行われて溶鋼とされ、その後、溶鋼が連続鋳造されることによって凝固して板状のスラブ等を形成する。なお、精錬工程では、溶鋼の最終的な成分の調整が行われる。

連続鋳造工程では、溶鋼は、取鍋からタンディッシュに注がれ、さらに、タンディッシュから連続鋳造用の鋳型の中に注がれて鋳造される。このとき、最終的な成分調整後の溶鋼が、大気中の窒素又は酸素と反応して窒素の含有量を増大させること又は酸化されるのを防ぐために、タンディッシュ内における取鍋から鋳型に至る溶鋼の周囲には、溶鋼表面を大気から遮断するシールガスが供給される。
例えば、特許文献１には、シールガスとしてアルゴンガスを使用する連鋳（連続鋳造）スラブの製造方法が記載されている。

特開平４−２８４９４５号公報

特許文献１の製造方法のように、シールガスとしてアルゴンガスを使用すると、溶鋼内に取り込まれたアルゴンガスが気泡として残り、連鋳スラブの表面及びその近傍において、アルゴンガスによる気泡欠陥、つまり表面欠陥が生じやすい。そして、連鋳スラブに表面欠陥が生じると、所要の品質を確保するために表面を削り取る必要があり、コストが増大するという問題がある。このため、本発明者は、不活性ガスとして、溶鋼内で気泡として残存しにくい窒素をシールガスとして使用し、さらに、窒素の溶鋼への溶け込みを防ぐために溶鋼表面にパウダー層を形成して窒素と溶鋼とを遮断する技術を開発した。

また、ステンレス鋼には、酸化しやすいチタン等を成分として含む鋼種がある。このような鋼種のステンレス鋼の精錬工程では、脱炭素用に吹精される酸素とチタンとの反応を防ぐために、酸素とさらに反応しやすいアルミニウムを添加して溶鋼中の酸素を除去するアルミニウム脱酸が行われる。アルミニウムは、酸素と反応してアルミナとなることによって、溶鋼中の酸素を取り除く。しかしながら、アルミナの融点は２０２０℃と高いため、溶鋼中のアルミナは、溶鋼の温度が低下する鋳造工程で析出し、例えばタンディッシュから鋳型へのノズルの内壁に付着・堆積して閉塞させることがある。このため、本発明者は、タンディッシュ内の溶鋼にＣａ含有物を添加して、アルミナをより低融点のアルミン酸カルシウムに変化させてノズルの閉塞を防止する対策をとってきた。

しかしながら、タンディッシュ内においてＣａ含有物を添加する際にシールガスである窒素が溶鋼中に混入し、混入した窒素が溶鋼中の成分と接触して反応することで生成される生成物が、スラブの表面近傍に介在物として析出して表面欠陥を生じさせるという問題が生じた。

この発明はこのような問題点を解決するためになされたものであり、アルミニウム脱酸が行われた溶鋼（溶融金属）の鋳造時におけるタンディッシュから鋳型へのノズルの閉塞を防止しつつ、溶鋼を鋳造したスラブ（金属片）における表面欠陥の低減を図る連続鋳造方法を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、この発明に係る連続鋳造方法は、取鍋内のアルミニウム脱酸が行われた溶融金属をタンディッシュ内に注入し、タンディッシュ内の溶融金属を鋳型に連続注入して金属片を鋳造する連続鋳造方法において、取鍋内の溶融金属をタンディッシュ内に注入するための注入ノズルとして、タンディッシュ内に延びるロングノズルを取鍋に設けるロングノズル設置ステップと、ロングノズルの注出口をタンディッシュ内に注入された溶融金属に浸漬させつつ、ロングノズルを通じてタンディッシュ内に溶融金属を注入すると共に、タンディッシュ内の溶融金属を鋳型に注入する鋳造ステップと、タンディッシュ内の溶融金属の表面を覆うようにタンディッシュパウダーを散布する散布ステップと、タンディッシュパウダーを散布した溶融金属の周囲にシールガスとして窒素ガスを供給するシールガス供給ステップと、タンディッシュ内に貯留されている状態以外の状態の溶融金属にカルシウム含有物を添加する添加ステップとを含む。

溶融金属はチタンを成分として含有してもよい。
カルシウム含有物を、溶融金属の鋳造前の工程である精錬工程で添加してもよい。
カルシウム含有物は、タンディッシュから鋳型に溶融金属を注入するためのノズルの内壁面に含まれてもよい。
タンディッシュパウダーを散布する前では、シールガスとしてアルゴンガスをタンディッシュ内の溶融金属の周囲に供給してもよい。

この発明に係る連続鋳造方法によれば、アルミニウム脱酸が行われた溶融金属の鋳造時におけるタンディッシュから鋳型へのノズルの閉塞を防止しつつ、溶融金属を鋳造した金属片のおける表面欠陥を低減することが可能になる。

ステンレス鋼の製造工程における二次精錬工程及び鋳造工程を示す模式図である。この発明の実施の形態１に係る連続鋳造方法で用いる連続鋳造装置の構成を示す模式図である。連続鋳造時における図２のタンディッシュの状態を示す模式図である。この発明の実施の形態２に係る連続鋳造方法で用いる連続鋳造装置の構成を示す模式図である。実施例１〜５での連続鋳造時におけるタンディッシュの浸漬ノズルでの析出物の堆積状況を比較した図である。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１に係る連続鋳造方法について添付図面に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態では、二次精錬工程でアルミニウム脱酸を必要とするステンレス鋼の１つであるチタン（Ｔｉ）を成分として含有するステンレス鋼の連続鋳造方法について説明する。

まず、ステンレス鋼の製造は、溶解工程、一次精錬工程、二次精錬工程、及び鋳造工程がこの順で実施されて行われる。
溶解工程では、ステンレス製鋼用の原料となるスクラップ及び合金などが電気炉で溶解されて溶銑が生成され、生成された溶銑は転炉に注銑される。さらに、一次精錬工程では、転炉内の溶銑に酸素を吹精することによって含有されている炭素を除去する粗脱炭処理が行われ、それによりステンレス溶鋼と酸化物及び不純物を含むスラグとが生成する。また、一次精錬工程では、ステンレス溶鋼の成分が分析され、目的とする成分に近づけるために合金を投入する成分の粗調整も実施される。さらに、一次精錬工程で生成したステンレス溶鋼は、取鍋に出鋼されて二次精錬工程に移される。

図１を参照すると、二次精錬工程では、ステンレス溶鋼１は、取鍋２と共に真空酸素脱炭装置（真空脱ガス装置、ＶＯＤとも呼ばれ、以下、ＶＯＤと称す）１０内に入れられ、仕上げ脱炭処理、最終的な脱硫、酸素・窒素・水素などの脱ガス処理、及び介在物の除去等がなされる。そして、ステンレス溶鋼１が上述の処理を受けることによって、製品としての目的の特性を有するステンレス溶鋼が生成する。なお、二次精錬工程では、ステンレス溶鋼１の成分が分析され、目的とする成分にさらに近づけるために合金を投入する、成分の最終的な調整も実施される。ここで、ステンレス溶鋼１は、溶融金属を構成している。

ＶＯＤ１０は、内部に取鍋２を入れることができる真空槽１１を有している。取鍋２には、一次精錬工程において酸化物等の不純物を含むスラグが除去された後のステンレス溶鋼１が入れられている。真空槽１１は、内部の空気を外部に排出するための排気管１１ａを有しており、排気管１１ａは図示しない真空ポンプ及び蒸気エジェクターに接続されるように構成されている。
また、ＶＯＤ１０は、真空槽１１の外部から内部に延び且つ真空槽１１内で取鍋２の上部からステンレス溶鋼１に酸素を吹精するように構成された酸素ガスランス１２を有している。ステンレス溶鋼１では、含有炭素は、吹精される酸素と反応して一酸化炭素に酸化されることによって除去される。そして、真空槽１１内を減圧することによって、含有炭素の上記反応が促進される。

さらに、ＶＯＤ１０は、取鍋２の底部からステンレス溶鋼１に攪拌用のアルゴン（Ａｒ）ガスを送るためのアルゴンガスランス１３と、上方から取鍋２内のステンレス溶鋼１に合金を投入するための合金ホッパ１４とを、真空槽１１に有している。
真空槽１１内のステンレス溶鋼１には、酸素と反応しやすいＴｉが成分として添加される。このため、Ｔｉを添加する前に、ステンレス溶鋼１に含有される未反応の酸素を除去するために、脱酸剤（脱酸素剤）として、Ｔｉよりも酸素との反応性が高いアルミニウム（Ａｌ）含有合金が、合金ホッパ１４から添加されるように構成されている。Ａｌ含有合金中のＡｌは、酸素と反応してアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）となり、Ａｌ_２Ｏ_３の多くは、Ａｒガスによる攪拌によって凝集してスラグ内に吸収される。なお、ステンレス溶鋼１に含有する窒素及び水素は、真空槽１１内を減圧することによってステンレス溶鋼１から除去される。

鋳造工程では、取鍋２が真空槽１１から取り出されて連続鋳造装置（ＣＣ）１００にセットされる。取鍋２内のステンレス溶鋼１は、連続鋳造装置１００に注ぎ込まれ、さらに連続鋳造装置１００が備える鋳型１０５によって、例えば金属片としてスラブ状のステンレス鋼片１ｃに鋳造される。鋳造されたステンレス鋼片１ｃは、次の図示しない圧延工程において、熱間圧延又は冷間圧延され熱間圧延鋼帯又は冷間圧延鋼帯とされる。

さらに、連続鋳造装置（ＣＣ）１００の構成の詳細を説明する。
図２を参照すると、連続鋳造装置１００は、取鍋２から送られるステンレス溶鋼１を一時的に貯留しつつ鋳型１０５に送るための容器であるタンディッシュ１０１を有している。タンディッシュ１０１は、上部が開放した本体１０１ｂと、本体１０１ｂの開放した上部を閉鎖し外部と遮断する上蓋１０１ｃと、本体１０１ｂの底部から延びる浸漬ノズル１０１ｄとを有している。そして、タンディッシュ１０１では、本体１０１ｂ及び上蓋１０１ｃによってこれらの内部に閉鎖された内部空間１０１ａが形成される。浸漬ノズル１０１ｄは、入口１０１ｅで本体１０１ｂの底部から内部空間１０１ａ内に開口している。

また、取鍋２は、タンディッシュ１０１の上方にセットされ、取鍋２の底部には、上蓋１０１ｃを貫通して内部空間１０１ａ内に延びる注入ノズルとしてのロングノズル３が接続されている。そして、ロングノズル３の下方先端の注出口３ａが、内部空間１０１ａで開口している。また、ロングノズル３と上蓋１０１ｃとの間は、シールされ気密性が保たれている。

上蓋１０１ｃには、複数のガス供給ノズル１０２が設けられている。ガス供給ノズル１０２は、図示しないガスの供給源に接続されており、内部空間１０１ａ内に上方から下方に向かって所定のガスを送出する。また、ロングノズル３は、この所定のガスがその内部に供給されるように構成されている。

さらに、上蓋１０１ｃには、内部空間１０１ａ内に上方から下方に向かってタンディッシュパウダー（以下、ＴＤパウダーと呼ぶ）５を送出するためのパウダノズル１０３が設けられている。パウダノズル１０３は、図示しないＴＤパウダー供給源に接続されている。なお、ＴＤパウダー５は、合成スラグ剤等からなり、ステンレス溶鋼１の表面を覆うことによって、ステンレス溶鋼１の表面の酸化防止作用、ステンレス溶鋼１の保温作用、ステンレス溶鋼１の介在物を溶解吸収する作用等を、ステンレス溶鋼１に対して奏する。

また、浸漬ノズル１０１ｄの上方には、上下方向に移動可能な棒状のストッパ１０４が設けられており、ストッパ１０４は、上蓋１０１ｃを貫通してタンディッシュ１０１の内部空間１０１ａから外部にわたって延在している。
ストッパ１０４は、下方に移動することによってその先端で浸漬ノズル１０１ｄの入口１０１ｅを閉鎖することができる他、入口１０１ｅを閉鎖した状態から上方に引き上げられることによって、引き上げ量に応じて入口１０１ｅの開口面積を調節し、タンディッシュ１０１内のステンレス溶鋼１を浸漬ノズル１０１ｄ内に流入させると共に流入量を制御することができるように構成されている。また、ストッパ１０４と上蓋１０１ｃとの間は、シールされ気密性が保たれている。

また、タンディッシュ１０１の底部から外部に突出する浸漬ノズル１０１ｄの先端１０１ｆは、下方の鋳型１０５の貫通穴１０５ａ内に延在し、その側方で開口している。
貫通穴１０５ａは、矩形断面を有し上下に鋳型１０５を貫通している。貫通穴１０５ａは、その内壁面が図示しない一次冷却機構によって水冷されるように構成され、内部のステンレス溶鋼１を冷却して凝固させ所定の断面の鋳片１ｂを形成する。
さらに、鋳型１０５の貫通穴１０５ａの下方には、鋳型１０５によって形成された鋳片１ｂを下方に引き出して移送するためのロール１０６が間隔をあけて複数設けられている。また、ロール１０６の間には、鋳片１ｂに対して散水して冷却するための図示しない二次冷却機構が設けられている。

次に、本実施の形態１に係る連続鋳造方法による連続鋳造装置１００及びその周辺の動作を説明する。
図１及び図２をあわせて参照すると、一次精錬後、転炉から取鍋２に移されたステンレス溶鋼１は、取鍋２に入れられた状態でＶＯＤ１０の真空槽１１内に設置される。

真空槽１１内では、取鍋２内のステンレス溶鋼１は、アルゴンガスランス１３から供給されるＡｒガスによって攪拌を受けると共に、排気管１１ａに接続された真空ポンプ及び蒸気エジェクターの作用によって減圧作用を受ける。減圧作用によって、ステンレス溶鋼１は、含有する窒素及び水素を放出してその含有量を低下させる。さらに、ステンレス溶鋼１は、酸素ガスランス１２から酸素が吹精されることによって、含有する炭素を酸素と反応させてその含有量を低下させる。また、酸素との反応性が高いＴｉが成分として添加されるステンレス溶鋼１には、合金ホッパ１４から、Ｔｉよりも酸素との反応性が高い脱酸剤としてのＡｌ含有合金が添加され、Ａｌ含有合金がステンレス溶鋼１を脱酸した後にＴｉが添加される。また、ステンレス溶鋼１の成分を構成する成分調整用の合金等も添加される。Ａｌ含有合金中のＡｌは、ステンレス溶鋼１中の酸素と反応してアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）となり、Ａｌ_２Ｏ_３の多くはスラグ中に吸収され、一部がステンレス溶鋼１中に残る。このステンレス溶鋼１中のＡｌ_２Ｏ_３は、前述のとおりタンディッシュ１０１から鋳型１０５への浸漬ノズル１０１ｄの内壁に付着して閉塞させるため、Ａｌ_２Ｏ_３をより低融点のアルミン酸カルシウムに変化させて浸漬ノズル１０１ｄの閉塞を防止することを目的に、フェロシリコンタイプの合金であるフェロシリカルシウム（ＦｅＳｉＣａ）合金及び金属カルシウムの少なくとも１つがステンレス溶鋼１に添加される。また、ステンレス溶鋼１には、硫黄の含有量を低下させるために脱硫も実施される。
ここで、ＦｅＳｉＣａ合金及び金属カルシウムは、カルシウム含有物を構成している。

上述のような不純物の除去及び成分調整が完了した（つまり二次精錬が完了した）ステンレス溶鋼１は、取鍋２と共に真空槽１１から連続鋳造装置１００に移される。
図２及び図３をあわせて参照すると、取鍋２は、タンディッシュ１０１の上方に設置される。さらに、取鍋２の底部にはロングノズル３が取り付けられ、ロングノズル３における注出口３ａを有する先端がタンディッシュ１０１の内部空間１０１ａに延びている。このとき、ストッパ１０４は、浸漬ノズル１０１ｄの入口１０１ｅを閉鎖している。

次に、ガス供給ノズル１０２からタンディッシュ１０１の内部空間１０１ａ内に、シールガス４として不活性ガスであるＡｒガス４ａが噴射されると共に、ロングノズル３の内部にもＡｒガス４ａが供給される。これによって、タンディッシュ１０１の内部空間１０１ａ及びロングノズル３内に存在していた不純物を含む空気が、タンディッシュ１０１の外部に押し出され、内部空間１０１ａ及びロングノズル３内はＡｒガス４ａで満たされる。つまり、取鍋２からタンディッシュ１０１の内部空間１０１ａが、Ａｒガス４ａで満たされる。

その後、取鍋２に設けられた図示しないバルブが開放され、取鍋２内のステンレス溶鋼１が、重力の作用によってロングノズル３内を流下し、タンディッシュ１０１の内部空間１０１ａ内に流入する。つまり、タンディッシュ１０１内は、図３の工程Ａに示す状態となる。
このとき、流入したステンレス溶鋼１は、内部空間１０１ａに充満するＡｒガス４ａによって周囲がシールされ空気と接触しないため、空気中に含まれ且つステンレス溶鋼１への溶解性を有する窒素（Ｎ_２）のステンレス溶鋼１への溶け込みによるＮ_２成分の増加が抑制される。これにより、窒素成分（Ｎ）とステンレス溶鋼１に成分として含有されるＴｉとが接触して反応することによるＴｉＮの生成が抑えられる。なお、ＴｉＮは、クラスター化してステンレス溶鋼１中で大型介在物（例えば、２３０μｍの径程度）として存在するようになる。しかしながら、ＴｉＮによる大型介在物の発生が抑えられるため、冷却されて固化したステンレス溶鋼１内において、ＴｉＮが大型介在物として析出することが抑えられる。

また、タンディッシュ１０１内では、ロングノズル３の注出口３ａから流下するステンレス溶鋼１が溜まっているステンレス溶鋼１の表面１ａをたたき込むことによって、少量であるがＡｒガス４ａがステンレス溶鋼１に巻き込まれて混入する。しかしながら、Ａｒガス４ａは、ステンレス溶鋼１と反応を起こしたりしない。

そして、タンディッシュ１０１内では、次々に流入するステンレス溶鋼１によって、その表面１ａが上昇する。上昇する表面１ａがロングノズル３の注出口３ａの近傍となると、注出口３ａから流下するステンレス溶鋼１による表面１ａのたたき込みが小さくなり周囲の気体の巻き込み量も少なくなるため、パウダノズル１０３からステンレス溶鋼１の表面１ａに向かって、ＴＤパウダー５が散布される。ＴＤパウダー５は、表面１ａ上の全体を覆うように散布される。

ＴＤパウダー５の散布後、ガス供給ノズル１０２からは、Ａｒガス４ａに換えて、不活性ガスである窒素（Ｎ_２）ガス４ｂが噴射される。これにより、タンディッシュ１０１の内部空間１０１ａ内では、Ａｒガス４ａが外部に押し出され、ＴＤパウダー５とタンディッシュ１０１の上蓋１０１ｃとの間の領域が、Ｎ_２ガス４ｂで満たされる。

このとき、ステンレス溶鋼１の表面１ａ上に層状に堆積したＴＤパウダー５が、ステンレス溶鋼１の表面１ａとＮ_２ガス４ｂとの接触を遮断し、Ｎ_２ガス４ｂのステンレス溶鋼１への溶け込みを防ぐ。これにより、ステンレス溶鋼１に成分として含有されるＴｉと窒素成分（Ｎ）との接触が抑制されてＴｉＮの生成が抑制されるため、ステンレス溶鋼１中におけるＴｉＮによる大型介在物の発生が抑えられ、冷却されて固化したステンレス溶鋼１内においてもＴｉＮが大型介在物として析出することが抑えられる。

また、二次精錬工程では、脱酸処理で発生したＡｌ_２Ｏ_３の一部がスラグに吸収されずにステンレス溶鋼１中に残留する。Ａｌ_２Ｏ_３は、融点が２０２０℃と高いため、ステンレス溶鋼１中で析出してクラスター化し、固化後のステンレス溶鋼１中でも大型介在物として存在するようになる。さらに、Ａｌ_２Ｏ_３は、ステンレス溶鋼１中で析出することによって、浸漬ノズル１０１ｄの内側及びその近傍に付着・堆積し浸漬ノズル１０１ｄを閉塞させることもある。

しかしながら、ステンレス溶鋼１中には、二次精錬工程でＦｅＳｉＣａ合金及び金属カルシウムの少なくとも１つが添加されており、これらＦｅＳｉＣａ合金及び金属カルシウムは、Ａｌ_２Ｏ_３に対してアルミン酸カルシウム（１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３）に変化させる反応を起こす。１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３は、Ａｌ_２Ｏ_３の融点よりも大幅に低い１４００℃の融点を有しており、ステンレス溶鋼１中で溶解して分散している。よって、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３は、ステンレス溶鋼１において、Ａｌ_２Ｏ_３のように大型介在物として析出して存在するようなことがなく、さらに、浸漬ノズル１０１ｄの内側及びその近傍に付着・堆積してこれを閉塞させるということもない。

従って、ＦｅＳｉＣａ合金及び金属カルシウムの少なくとも１つを添加することによって、ステンレス溶鋼１中に残留していたＡｌ_２Ｏ_３が析出した場合においても、１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３となり溶解して分散される。さらに、ＦｅＳｉＣａ合金及び金属カルシウムの少なくとも１つの添加は、タンディッシュ１０１内にあるステンレス溶鋼１に対して行われないため、ステンレス溶鋼１を覆っているＴＤパウダー５の層を乱すことがない。これにより、乱れたＴＤパウダー５の層からＮ_２ガス４ｂがステンレス溶鋼１に溶け込んでステンレス溶鋼１中のＴｉと反応するようなことが防がれる。つまり、ＴＤパウダー５の層が乱れることによるＴｉＮの生成が防がれる。
なお、ステンレス溶鋼１のＳｉ含有量が低く規制されている場合は、カルシウム含有物質としてＦｅＳｉＣａ合金を使用するとＳｉ含有量が規制値を外れる恐れがあるため、金属カルシウム及び後述するドロマイトグラファイト層が設けられたタンディッシュ１０１の浸漬ノズルの少なくとも一方を使用することが好ましい。

また、タンディッシュ１０１の内部空間１０１ａ内では、上昇する表面１ａがロングノズル３の注出口３ａをステンレス溶鋼１に浸漬させ、さらに内部空間１０１ａにおけるステンレス溶鋼１の深さが所定深さＤとなると、ストッパ１０４が上昇される。それにより、内部空間１０１ａ内のステンレス溶鋼１が、浸漬ノズル１０１ｄ内を通って鋳型１０５の貫通穴１０５ａ内に流入し、鋳造が開始する。また、同時に、取鍋２内のステンレス溶鋼１は、ロングノズル３を通って内部空間１０１ａに継続して注出され、内部空間１０１ａには新たなステンレス溶鋼１が補充される。このとき、タンディッシュ１０１内は、図３の工程Ｂに示すような状態となる。
鋳造中、タンディッシュ１０１では、ロングノズル３の注出口３ａをステンレス溶鋼１に浸漬させつつ、ステンレス溶鋼１が所定深さＤの近傍の深さを維持し、ステンレス溶鋼１の表面１ａがほぼ一定の位置になるように、浸漬ノズル１０１ｄからのステンレス溶鋼１の流出量及びロングノズル３を通じたステンレス溶鋼１の流入量が調節される。

なお、内部空間１０１ａにおけるステンレス溶鋼１の深さが所定深さＤのとき、ロングノズル３は、注出口３ａがステンレス溶鋼１の表面１ａから約１００〜１５０ｍｍの深さとなるように、ステンレス溶鋼１に貫入していることが好ましい。上記の深さよりも深くロングノズル３が貫入すると、内部空間１０１ａに溜まっているステンレス溶鋼１の内圧による抵抗によって、注出口３ａからのステンレス溶鋼１の注出が困難になる。一方、上記の深さよりも浅くロングノズル３が貫入すると、鋳造時に所定の位置付近に維持するように制御されるステンレス溶鋼１の表面１ａが変動して注出口３ａが露出することがあり、この場合、注出されたステンレス溶鋼１が表面１ａをたたき込み、Ｎ_２ガス４ｂを巻き込み混入させる可能性があるためである。

また、鋳型１０５の貫通穴１０５ａ内に流入したステンレス溶鋼１は、貫通穴１０５ａを流通する過程で図示しない一次冷却機構によって冷却され、貫通穴１０５ａの内壁面側を凝固させて凝固シェル１ｂａを形成する。なお、貫通穴１０５ａの内壁面には、浸漬ノズル１０１ｄの先端１０１ｆ側からモールドパウダーが供給される。モールドパウダーは、ステンレス溶鋼１の表面でスラグ溶融化する、貫通穴１０５ａ内でのステンレス溶鋼１の表面の酸化を防止する、鋳型１０５と凝固シェル１ｂａとの間を潤滑する、貫通穴１０５ａ内でのステンレス溶鋼１の表面を保温する等の役割を果たす。

凝固シェル１ｂａとその内部の未凝固のステンレス溶鋼１とによって鋳片１ｂが形成され、鋳片１ｂは、ロール１０６によって両側から挟まれて下方に向かって引き出される。引き出された鋳片１ｂは、ロール１０６の同士の間を通って送られる過程で、図示しない二次冷却機構によって散水冷却され、内部のステンレス溶鋼１を完全に凝固させる。これにより、鋳片１ｂがロール１０６によって鋳型１０５から引き出されつつ、新たな鋳片１ｂが鋳型１０５内で形成されることで、鋳型１０５からロール１０６の延在方向の全体にわたって連続する鋳片１ｂが形成される。さらに、ロール１０６により送り出された鋳片１ｂが切断されることによって、スラブ状のステンレス鋼片１ｃが形成される。

そして、ストッパ１０４には、鋳型１０５の貫通穴１０５ａ内でのステンレス溶鋼１の表面が一定高さとなるように、浸漬ノズル１０１ｄの入口１０１ｅの開放面積を調節する制御がなされる。これによって、ステンレス溶鋼１の流入量が制御される。さらに、入口１０１ｅからのステンレス溶鋼１の流出量と同等になるように、取鍋２からのロングノズル３を通じたステンレス溶鋼１の流入量が調節される。これにより、タンディッシュ１０１の内部空間１０１ａ内におけるステンレス溶鋼１の表面１ａは、ステンレス溶鋼１の深さが所定深さＤの近傍を維持する状態で、鉛直方向にほぼ一定の位置を維持するように制御される。このとき、ロングノズル３は、その先端の注出口３ａをステンレス溶鋼１に浸漬させている。そして、上述のように、タンディッシュ１０１内において、注出口３ａをステンレス溶鋼１に浸漬させつつ、ステンレス溶鋼１の表面１ａの鉛直方向の位置をほぼ一定に維持した鋳造状態を、定常状態と呼ぶ。

よって、定常状態で鋳造が行われている間、ロングノズル３から流入するステンレス溶鋼１による表面１ａ及びＴＤパウダー５のたたき込みが生じないため、Ｎ_２ガス４ｂは、ＴＤパウダー５によってステンレス溶鋼１から遮断された状態を維持する。これにより、Ｎ_２ガス４ｂのステンレス溶鋼１への溶け込みが防がれる。

また、取鍋２内のステンレス溶鋼１が無くなると、取鍋２からロングノズル３が取り外され、ロングノズル３をタンディッシュ１０１に残した状態で、ステンレス溶鋼１を含む別の取鍋２に取り替えられる。取り替えられた取鍋２には、再びロングノズル３が接続される。また、この取鍋２の交換作業中も鋳造作業は継続して実施され、このため、タンディッシュ１０１の内部空間１０１ａにおけるステンレス溶鋼１の表面１ａが下降する。この取鍋２の交換作業中も、Ｎ_２ガス４ｂの内部空間１０１ａへの供給は継続される。そして、タンディッシュ１０１内は、図３の工程Ｃに示すような状態となる。

なお、取鍋２の交換作業中、内部空間１０１ａにおいてステンレス溶鋼１の表面１ａがロングノズル３の注出口３ａよりも下方とならないように、ストッパ１０４によって浸漬ノズル１０１ｄの入口１０１ｅの開口面積を調節し、ステンレス溶鋼１の流出量、つまり鋳造速度が制御される。上述のように複数の取鍋２内のステンレス溶鋼１を連続して鋳造することによって、鋳片１ｂでは、取鍋２の取り替え時に起因する継ぎ目をなくすことができる。さらに、取鍋２が変わる毎に鋳造の初期等で鋳片１ｂの品質が変化することも低減される。そして、１つの取鍋２毎に鋳造を終了する場合に必要であった工程であるタンディッシュ１０１にステンレス溶鋼１を溜めて鋳造を開始するまでの工程の省略が可能となる。

さらに、鋳造が進行して交換した取鍋２内のステンレス溶鋼１が無くなり鋳造を終了する場合、取鍋２及びロングノズル３が取り除かれ、タンディッシュ１０１内は、図３の工程Ｄに示すような状態となる。このとき、ステンレス溶鋼１の新たな流下がなくたたき込み等による表面１ａ及びＴＤパウダー５の乱れが生じないため、鋳造終了まで、Ｎ_２ガス４ｂのステンレス溶鋼１への溶け込みが防がれる。

また、ロングノズル３の注出口３ａが内部空間１０１ａ内のステンレス溶鋼１に浸漬する前（図３の工程Ａ参照）においても、注出口３ａとタンディッシュ１０１の本体１０１ｂの底部との距離が短いこと、注出口３ａとステンレス溶鋼１の表面１ａとの距離が短いこと、及び、ステンレス溶鋼１による表面１ａのたたき込みが注出口３ａの浸漬までの短時間に限られることによって、ステンレス溶鋼１への空気及びＡｒガス４ａの巻き込みによる混入が低減している。

なお、ステンレス溶鋼１による表面１ａのたたき込みが発生する状態のときにＡｒガスの代わりにシールガスとしてＮ_２ガス４ｂを使用する、或いは、表面１ａにＴＤパウダー５を散布してシールガスとしてＮ_２ガス４ｂを使用すると、Ｎ_２ガス４ｂがステンレス溶鋼１に過度に溶解してその成分を製品として不適合なものにすると共にＴｉＮによる多量の介在物を生じさせる可能性がある。このため、ロングノズル３の注出口３ａが浸漬するまでの鋳造初期に内部空間１０１ａに溜められたステンレス溶鋼１から鋳造されたステンレス鋼片１ｃの全てを廃棄する必要が生じる可能性がある。しかしながら、鋳造初期にＡｒガス４ａを使用することによって、ステンレス溶鋼１の成分を変化させずに所要の範囲に収めることができると共にＴｉＮの発生を防ぐことができる。また、二次精錬工程で生成したＡｌ_２Ｏ_３は、ＦｅＳｉＣａ合金及び金属カルシウムの少なくとも１つによって１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３に変えられてステンレス溶鋼１に溶解している。よって、鋳造初期の僅かな空気又はＡｒガス４ａが混入したステンレス溶鋼１から鋳造されたステンレス鋼片１ｃは、大型介在物を含まず且つ所要の成分構成を有しているため、混入したＡｒガス４ａにより発生する気泡を除去するための表面切削がなされた後、製品として使用することができる。

また、鋳造初期の後から鋳造終了までの鋳造時間の大部分を占める、鋳造初期以外の時期に鋳造されたステンレス鋼片１ｃは、鋳造初期に混入した空気及びＡｒガス４ａの影響を受けなくなっており、ＴＤパウダー５によってＮ_２ガス４ｂの混入が防がれてもいる。このため、鋳造初期以外の時期に鋳造されたステンレス鋼片１ｃは、二次精錬後の状態から窒素含有量を増加させず、混入する気体の気泡化による表面欠陥の発生も防いでいる。

さらに、ＴＤパウダー５によってＮ_２ガス４ｂからステンレス溶鋼１が遮断されるため、ステンレス溶鋼１ではＴｉＮの生成量が大きく抑えられる。さらに、二次精錬工程で生成したＡｌ_２Ｏ_３は、ＦｅＳｉＣａ合金及び金属カルシウムの少なくとも１つによって１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３に変えられてステンレス溶鋼１に溶解している。
よって、鋳造初期以外の時期に鋳造されたステンレス鋼片１ｃは、大型介在物及び気泡による表面欠陥の発生が大きく抑えられ、製品としてそのまま使用することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る連続鋳造方法では、実施の形態１に係る連続鋳造方法における二次精錬工程でのステンレス溶鋼１へのＦｅＳｉＣａ合金及び金属カルシウムの添加を行わず、タンディッシュ１０１の浸漬ノズルの内壁面にこれを覆うドロマイトグラファイト層を形成するようにしたものである。
なお、実施の形態２において、前出した図における参照符号と同一の符号は、同一または同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。

図４を参照すると、連続鋳造装置１００のタンディッシュ１０１の本体１０１ｂの底部からは、実施の形態１と同様にして、浸漬ノズル１０１ｄが、鋳型１０５の貫通穴１０５ａ内に延びている。さらに、浸漬ノズル１０１ｄの内壁面及び先端１０１ｆの内壁面の全体はそれぞれ、ドロマイトグラファイトからなる内側層２０１ｄ及び２０１ｆで覆われている。そして、内側層２０１ｄは、ストッパ１０４が嵌る入口２０１ｅを形成している。

ドロマイトグラファイトは、成分として、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）、ＣａＯ（酸化カルシウム）及びＣ（炭素）を含む。ドロマイトグラファイトの成分構成の一例として、ＭｇＯ：２４．０質量％、ＣａＯ：３９．０質量％、Ｃ：３５．０質量％からなるものがある。そして、ドロマイトグラファイトは、下記の式（１）に示すように反応して、Ａｌ_２Ｏ_３を低融点の１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３に変える。
７Ａｌ_２Ｏ_３＋１２ＣａＯ→１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３式（１）
よって、ドロマイトグラファイトは、実施の形態１でステンレス溶鋼１に添加したＦｅＳｉＣａ合金及び金属カルシウムと同様の作用を奏する。
ここで、内側層２０１ｄ及び２０１ｆのドロマイトグラファイトは、Ｃａ含有物を構成している。

このため、鋳造中、浸漬ノズル１０１ｄ内に流入するステンレス溶鋼１では、含有されるＡｌ_２Ｏ_３は１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３に変化し、ステンレス溶鋼１内に溶解して分散する。よって、浸漬ノズル１０１ｄ及びその周辺でＡｌ_２Ｏ_３が付着・堆積することが抑制されると共に、鋳造後のステンレス鋼片１ｃにおいてＡｌ_２Ｏ_３が大型介在物として析出することによる表面欠陥の発生が大きく抑えられる。
さらに、ドロマイトグラファイトは、タンディッシュ１０１内にあるステンレス溶鋼１に対して添加されるわけではないため、ステンレス溶鋼１を覆っているＴＤパウダー５の層を乱すことがない。これにより、乱れたＴＤパウダー５を介してＮ_２ガス４ｂがステンレス溶鋼１に溶け込むことが防がれ、ＴｉＮが大型介在物として析出することによる表面欠陥の発生が大きく抑えられる。

また、この発明の実施の形態２に係る連続鋳造方法に関わるその他の構成及び動作は、実施の形態１と同様であるため、説明を省略する。
さらに、実施の形態２における連続鋳造方法によれば、上記実施の形態１の連続鋳造方法と同様な効果が得られる。
また、実施の形態２におけるドロマイトグラファイトからなる内側層２０１ｄ及び２０１ｆを、実施の形態１における浸漬ノズル１０１ｄに適用してもよい。これにより、ステンレス溶鋼１中のＡｌ_２Ｏ_３がより確実に１２ＣａＯ・７Ａｌ_２Ｏ_３に変えられる。

（実施例）
以下、実施の形態１及び２に係る連続鋳造方法を用いてステンレス鋼片を鋳造した実施例を説明する。
Ｔｉ添加フェライト系ステンレス鋼について、実施の形態１及び２の連続鋳造方法を用いてステンレス鋼片であるスラブを鋳造した実施例１〜５と、比較例１とを比較した。

実施例１〜３は、実施の形態１の連続鋳造方法に対応し、二次精錬工程でＦｅＳｉＣａ合金が添加される例である。
実施例４は、実施の形態１の連続鋳造方法に対応し、二次精錬工程で金属カルシウムが添加される例である。
実施例５は、実施の形態２の連続鋳造方法に対応し、タンディッシュの浸漬ノズルの内壁面にドロマイトグラファイトからなる層が設けられる例である。なお、実施例５におけるステンレス鋼の化学成分構成の規格は、実施例４におけるステンレス鋼の化学成分構成の規格と同じである。

比較例１は、実施の形態１の連続鋳造方法において、Ｃａ含有物として、二次精錬工程でＦｅＳｉＣａ合金及び金属カルシウムを添加せず、タンディッシュ内にあるＴＤパウダーで覆われたステンレス溶鋼に対してＣａＳｉワイヤを投入した例である。

また、以下の検出結果は、実施例では、鋳造初期を除く定常状態で鋳造されたスラブからサンプリングしたものであり、比較例では、鋳造開始からの実施例のサンプリング時期と同時期に鋳造されたスラブからサンプリングしたものである。
実施例及び比較例のそれぞれについて、ステンレス鋼の化学成分構成の規格を表１に示し、シールガスの種類、注入ノズルの種類、ＴＤパウダーの使用の有無、及びステンレス溶鋼に加えられるＣａ含有物からなる鋳造条件を表２に示す。

さらに、以下の表３において、製造した多数のスラブから気泡欠陥が検出されたスラブ数の割合と、上記スラブから介在物による欠陥が検出されたスラブ数の割合とについて、実施例１〜５を総合した結果と比較例１の結果との間で比較した。そして、表３では、実施例１〜５については、スラブを表面研削しない場合と表面研削した場合の結果を示し、比較例１については、表面研削しない場合の結果を示している。なお、表面研削した場合については、スラブの表面を片面２ｍｍ厚（両面で４ｍｍ厚）で研削を行った。

表３の結果から、実施例１〜５は、スラブを表面研削しない場合でも、気泡欠陥の発生率が０であり、介在物による欠陥の発生率も低く抑えられている。さらに、実施例１〜５は、スラブ表面を研削すれば、欠陥の発生率も０となり、非常に優秀な品質を有する。

また、図５は、実施例１〜５で、スラブの鋳造時におけるタンディッシュの浸漬ノズルでの析出物の堆積状況を比較したものである。図５では、横軸は、ステンレス鋼を連続して鋳造した長さを示し、縦軸は、ストッパ（図２のストッパ１０４参照）の偏差を示す。なお、ストッパ偏差とは、タンディッシュの浸漬ノズルの入口（図１の入口１０１ｅ及び図４の入口２０１ｅ参照）を閉鎖したときのストッパの上下方向の位置ずれのことである。つまり、浸漬ノズルの入口に析出物の付着がない場合、ストッパ偏差は０である。一方、浸漬ノズルの入口に析出物が堆積すると、閉鎖時のストッパの位置が上方にずれるが、このずれ量がストッパ偏差となる。そして、ストッパの偏差が５ｍｍに達すると、浸漬ノズルの入口が析出物で閉塞すると想定する。

図５において、実施例１〜３では、鋳造長が延びてもストッパ偏差は１ｍｍ前後で互いに同様に推移し、浸漬ノズルの入口の閉塞は発生しない。実施例４では、鋳造長が延びてもストッパ偏差は３ｍｍ前後で同様に推移し、浸漬ノズルの入口の閉塞は発生しない。実施例５では、鋳造長が延びてもストッパ偏差は２．５ｍｍ程度までにしか達さず、浸漬ノズルの入口の閉塞は発生しない。

なお、上記鋼種以外にも１８Ｃｒ-１Ｍｏ-０.５Ｔｉ系及び２２Ｃｒ-１．２Ｍｏ-Ｎｂ-Ｔｉ系のステンレス鋼などのＴｉを成分として含む鋼種について本発明を適用し、実施例１〜５に示すような表面欠陥抑止効果及び浸漬ノズル閉塞防止が得られることを確認した。
また、実施の形態１及び２に係る連続鋳造方法は、Ｔｉを成分として含むステンレス鋼について説明したが、二次精錬工程でアルミニウム脱酸を必要とし且つＮｂを成分として含むステンレス鋼にも適用すると効果的である。
また、実施の形態１及び２に係る連続鋳造方法は、ステンレス鋼の製造に適用されていたが、他の金属の製造に適用してもよい。
また、実施の形態１及び２に係る連続鋳造方法におけるタンディッシュ１０１での制御は、連続鋳造に適用されていたが、他の鋳造方法に適用してもよい。

１ステンレス溶鋼（溶融金属）、１ｃステンレス鋼片（金属片）、２取鍋、３ロングノズル（注入ノズル）、３ａ注出口、４ａアルゴン（Ａｒ）ガス（シールガス）、４ｂ窒素（Ｎ_２）ガス（シールガス）、５タンディッシュパウダー、１００連続鋳造装置、１０１タンディッシュ、１０５鋳型。

Claims

取鍋内のアルミニウム脱酸が行われた溶融金属をタンディッシュ内に注入し、前記タンディッシュ内の前記溶融金属を鋳型に連続注入して金属片を鋳造する連続鋳造方法において、
前記取鍋内の前記溶融金属を前記タンディッシュ内に注入するための注入ノズルとして、前記タンディッシュ内に延びるロングノズルを前記取鍋に設けるロングノズル設置ステップと、
前記ロングノズルの注出口を前記タンディッシュ内に注入された前記溶融金属に浸漬させつつ、前記ロングノズルを通じて前記タンディッシュ内に前記溶融金属を注入すると共に、前記タンディッシュ内の前記溶融金属を前記鋳型に注入する鋳造ステップと、
前記タンディッシュ内の前記溶融金属の表面を覆うようにタンディッシュパウダーを散布する散布ステップと、
前記タンディッシュパウダーを散布した前記溶融金属の周囲にシールガスとして窒素ガスを供給するシールガス供給ステップと、
前記タンディッシュ内に貯留されている状態以外の状態の前記溶融金属にカルシウム含有物を添加する添加ステップと
を含む連続鋳造方法。
前記溶融金属はチタンを成分として含有する請求項１に記載の連続鋳造方法。
前記カルシウム含有物を、前記溶融金属の鋳造前の工程である精錬工程で添加する請求項１または２に記載の連続鋳造方法。
前記カルシウム含有物は、前記タンディッシュから前記鋳型に前記溶融金属を注入するためのノズルの内壁面に含まれる請求項１〜３のいずれか一項に記載の連続鋳造方法。
前記タンディッシュパウダーを散布する前では、シールガスとしてアルゴンガスを前記タンディッシュ内の前記溶融金属の周囲に供給する請求項１〜４のいずれか一項に記載の連続鋳造方法。