高洁净钢的制造方法与流程

1.本发明涉及一种在对钢进行连续铸造时，通过非活性气体对中间包内气氛进行高效置换来制造高洁净钢的方法。


背景技术：

2.在对钢进行连续铸造时，从钢包向中间包注入钢水时使用在钢包下部安装的长浇口。而且，通过使其前端处于浸没于中间包内的钢水的状态从而使注入的钢水与空气隔绝，并且向中间包内的钢水加入熔剂来防止氧化。但是，在开始从钢包向中间包注入钢水时，由于长浇口的前端部未浸没于中间包内的钢水中，因此钢水会暴露在空气中被氧化而发生再氧化。
3.如果在连续铸造铸片中捕捉到这样的由于从钢包开始向中间包注入钢水时的再氧化而生成的氧化物，即非金属杂质，则其成为在由该铸片制造的钢板上产生表面缺陷等缺陷的原因。因此，为了在开始从钢包向中间包注入钢水时使非金属杂质减少，以往提出了各种防止再氧化的方案。
4.作为防止在开始从钢包向中间包注入钢水时的再氧化的方案，例如在专利文献1中，公开了一种为了在注入前使中间包内的氧气浓度下降，将中间包与盖体之间完全密封，并且向中间包内导入ar气体的方法。另外，在专利文献2中，公开了一种将向中间包内吹入非活性气体的喷嘴的内径设为40mm以上，且确保喷嘴的向中间包内的进入深度为中间包深度的1/4以上，从而降低吹入时气体流速，防止空气卷入的方法。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：(日本)特开昭63－188460号公报
8.专利文献2：(日本)特开平9－168846号公报


技术实现要素：

9.发明所要解决的技术问题
10.但是，在专利文献1所记载的方法中，存在为了向中间包内注入钢水而需要在中间包盖体上留有能够插入钢水注入用浇口的空间的问题。另外，如果考虑到中间包盖体和中间包本体的热变形，则还存在难以将中间包完全密封的问题。在中间包不能密封的情况下，如果使用专利文献1所记载的方法向中间包内吹入非活性气体，则会从注入点或中间包盖体的空隙卷入空气，产生非活性气体的置换不充分的问题。并且，在专利文献2所记载的方法中，如果吹入气体的流量变化则流速也变化，因此存在取决于中间包的容量和气体可吹入时间，使用非活性气体进行的置换不充分的问题。
11.本发明是鉴于这样的情况而做出的，其目的在于提供一种制造高洁净钢的方法，为了防止成为开始向中间包内注入钢水时使钢水的洁净度降低的主要原因的、中间包内钢水的空气的再氧化，不受中间包的容量等条件限制而使中间包内气氛的氧气浓度迅速且高
效地降低。
12.用于解决技术问题的技术方案
13.发明人发现，通过对吹入的非活性气体的流速、吹入深度、乃至中间包内的气体的流动进行控制，能够高效地置换中间包内气氛，从而做出了本发明。有利于解决上述技术问题的、本发明的高洁净钢的制造方法在对钢进行连续铸造时，在向中间包注入钢水前使中间包内为无氧化气氛来防止钢水的再氧化，该高洁净钢的制造方法的特征在于，以满足以下式(1)和式(2)的条件向中间包底部吹入比空气重的非活性气体，
[0014]4·
ρ
·
q/(μ
·
p
td
)≤2000
···
(1)；
[0015]
3(v/q)/(t/298)≤t
max
···
(2)；
[0016]
在这里，ρ表示非活性气体的密度(kg/m3)；
[0017]
q表示非活性气体的总吹入量(nm3/s)；
[0018]
μ表示非活性气体粘度(pa
·
s)；
[0019]
p
td
表示气体置换区域周长(m)；
[0020]
v表示气体吹入区域体积(m3)；
[0021]
t表示中间包内气氛温度(k)；
[0022]
t
max
表示气体可吹入时间(s)。
[0023]
需要说明的是，本发明的高洁净钢的制造方法可以有更为优选的技术方案，在从一个或两个以上的喷嘴将所述非活性气体吹入中间包内时，各个喷嘴以满足以下式(3)的条件吹入所述非活性气体，
[0024]
5≤qn·
t/{74.5π(2hntan(12
°
) dn)2}≤20
···
(3)；
[0025]
q1 q2
····
qn＝q
···
(4)；
[0026]
在这里，qn表示来自第n个喷嘴的气体吹入量(nm3/s)；
[0027]hn
表示第n个喷嘴的从中间包底部至气体吹入喷嘴下端的高度(m)；
[0028]dn
表示第n个喷嘴的气体吹入喷嘴内径(m)；
[0029]
n表示1以上的整数。
[0030]
并且，本发明的高洁净钢的制造方法可以有更优选的技术方案，所述中间包具有用于对钢水的流动进行控制的堰，由堰分割的中间包区域分别作为各自的空气吹入区域，在各区域设置一个以上的气体吹入喷嘴，在各区域逐一以满足所述式(1)和式(2)或者所述式(1)～(3)的条件吹入非活性气体。
[0031]
在这里，所分割的中间包区域的交界位于堰的上端的位置。
[0032]
发明的效果
[0033]
通过本发明，在对钢进行连续铸造时，在从钢包向中间包注入钢水之前通过非活性气体将中间包内气氛迅速且高效地置换，从而降低中间包内气氛的氧气浓度，抑制注入的钢水的因空气再氧化。因此，能够抑制非金属杂质的生成量从而制造高洁净钢。
附图说明
[0034]
图1是在本发明的一个实施方式中使用的中间包的示意图，表示的是(a)剖视图，(b)立体图。
[0035]
图2是在本发明的另一实施方式中使用的中间包的示意图，表示的是(a)剖视图，
(b)立体图。
[0036]
图3是表示在实施例1中使用的中间包的剖面的示意图。
[0037]
图4是表示在实施例2中使用的中间包的剖面的示意图。
[0038]
图5是表示在实施例3中使用的中间包的剖面的示意图。
具体实施方式
[0039]
发明人就如何解决技术问题，进行了如下的考虑。
[0040]
在对钢进行连续铸造时，在向中间包注入钢水前使中间包内为无氧化气氛来防止钢水的再氧化是有效的。在这里，无氧化气氛是指氧气浓度为2.0vol％以下，优选为1.0vol％以下。如果使中间包内为无氧化气氛，则通过非活性气体置换中间包内的空气是有效的。于是，为了高效地以非活性气体进行中间包内的空气的置换，认为有必要对吹入的非活性气体的流速、吹入深度、中间包内的空气的流动进行控制。首先，选用比空气重的非活性气体，气体的吹入方向设为朝向中间包的底部的方向。这是因为非活性气体从中间包的底部逐渐置换。并且，考虑到如果中间包内的气体的流动成为湍流，则会促进中间包内气氛与外部空气的混合，因而选择了不会成为湍流的条件。其中，作为比空气重的非活性气体，例如能够举出ar气体、二氧化碳气体、两者的混合气体、进一步混合了部分氮气的气体。
[0041]
在这里，使用re数(雷诺数)对中间包内的气体的流动进行评价。re数通过以下式(5)表示，
[0042]
re＝4
·
ρ
·
q/(μ
·
p)
···
(5)；
[0043]
在这里，ρ表示非活性气体密度(kg/m3)；
[0044]
q表示非活性气体吹入量(nm3/s)；
[0045]
μ表示非活性气体粘度(pa
·
s)；
[0046]
p表示代表长度(m)。
[0047]
一般来说，流动由层流变为湍流一般是在re数为2000～4000时。发明人改变非活性气体的吹入量并对中间包内的氧气浓度进行测量，发现代表长度p为气体置换区域的周长p
td
(m)即中间包的上面部周长时，re数超过2000的情况与2000以下的情况相比，氧气浓度变得难以下降。由此得到以下式(1)，
[0048]4·
ρ
·
q/(μ
·
p
td
)≤2000
···
(1)。
[0049]
接着，由于在铸造开始前通过非活性气体对中间包内进行置换的时间存在操作上的限制，因而认为有必要在该时间内吹入完成置换的气体量。在完全混合模式下，需要三倍容积的气体量。并且，由于对中间包进行预热，因而在其内部吹入的气体膨胀，完全置换所需的气体流量q(nm3/s)通过以下式(2)表示，
[0050]
3(v/q)/(t/298)≤t
max
···
(2)；
[0051]
在这里，v表示气体吹入区域的体积(m3)；
[0052]
t表示中间包内的气氛温度(k)；
[0053]
t
max
表示气体可吹入时间(s)。
[0054]
另外，关于吹入气体的流速，对气体碰撞到中间包的底部时的流速的影响进行了研究。若碰撞到底部时的气体的流速过大，则气体碰撞到底部后变为反流，成为通向中间包上部的气流。因此，存在产生滞留部或者在中间包与盖体的间隙产生空气的吸入而无法对
中间包整体进行高效的置换的可能性。另一方面，若气体的流速过小，则存在非活性气体无法到达中间包底部的各个角落而置换不完全的可能性。于是，认为碰撞到底部时的流速存在适当值。但是，由于难以对碰撞到底部时的气体流速进行测量，因此通过气体流量、气体吹入喷嘴的内径和自中间包底部的距离，对到达中间包底部的气体流速进行计算。
[0055]
气体与中间包底部碰撞的区域的面积a(m2)通过以下式(6)表示，
[0056]
a＝(π/4)
×
(2htan(θ) d)2···
(6)；
[0057]
在这里，h表示从中间包底部到气体吹入喷嘴下端的高度(m)；
[0058]
θ表示吹入气体的扩散角度(
°
)；
[0059]
d表示气体吹入喷嘴内径(m)。
[0060]
在这里，吹入气体的扩散角度θ一般为12
°
。并且，流量为q(nm3/s)的气体碰撞到气氛温度为t(k)的区域a的情况下的平均气体流速v(m/s)参照上述式(6)，通过以下式(7)表示，
[0061]
v＝q
·
(t/298)/a；
[0062]
＝q
·
t/{74.5π(2htan(12
°
) d)2}
···
(7)。
[0063]
在这里，改变各种条件来进行容器内的气体置换的测量，发现平均气体流速v在5～20m/s的范围内就能够高效地进行气体置换。因此，用于气体吹入的喷嘴直径、高度条件能够通过以下式(8)表示。在这里，如果平均气体流速v不足5m/s，则存在气体流量过小而使中间包内的气体置换花费过多时间的可能。另一方面，如果超过20m/s，则存在气流成为湍流的可能，
[0064]
5≤q
·
t/{74.5π(2htan(12
°
) d)2}≤20
···
(8)。
[0065]
在气体吹入位置为一个或两个以上的情况下，需要在各个位置满足上述式(8)，由于来自该气体吹入部位的气体吹入流量的总和为气体总吹入流量q(nm3/s)，因此式(8)能够通过以下式(3)和式(4)表示，
[0066]
5≤qn×
t/{74.5π(2hntan(12
°
) dn)2}≤20
···
(3)；
[0067]
q1 q2
····
qn＝q
···
(4)；
[0068]
在这里，qn表示来自第n个喷嘴的气体吹入量(nm3/s)；
[0069]hn
表示第n个喷嘴的从中间包底部到气体吹入喷嘴下端的高度(m)；
[0070]dn
表示第n个喷嘴的气体吹入喷嘴内径(m)；
[0071]
n表示1以上的整数。
[0072]
因此，在使中间包内为无氧化气氛来防止钢水的再氧化时，能够通过以满足上述式(1)的方式，根据气体置换区域的周长p
td
来对向中间包内吹入的比空气重的非活性气体的吹入量q进行调节从而制造高洁净钢。并且有必要以满足上述式(2)的方式，根据气体可吹入时间t
max
来调节气体吹入量q。并且，在使用一个或两个以上的喷嘴吹入气体的情况下，优选以满足上述式(3)的方式，对各喷嘴逐一进行气体吹入喷嘴高度hn、喷嘴内径dn、气体吹入量qn的调节。另外，在中间包具有用于流动调节的堰的情况下，优选通过向以堰的上端位置为界分割的中间包区域分别吹入气体，使中间包内气氛的气体置换更均等地进行。此时，优选使各中间包区域逐一满足上述式(1)和上述式(2)或者满足上述式(1)～(3)。
[0073]
以下，参照附图对本发明进行说明。图1和图2是用于实施本发明的方法(以下称为本方法)的装置的示意图，(a)为剖面示意图，(b)为立体图。
[0074]
在图1中，附图标记1是中间包本体，配置有用于向两个连续铸造铸模(未图示)供给钢水的浇注口2，在浇注口2的下部经由滑动水口3安装有浸没浇口4。并且，在中间包本体1盖有盖体5，在该盖体5中央部设有长浇口用开口部6。并且，在图1上隔着开口部6在盖体5的两侧设有用于对中间包本体1进行预热的烧嘴用开口部7。其中，图1表示从烧嘴用开口部7插入烧嘴(未图示)并对中间包本体1进行预热后的状态。图1的(b)的虚线表示中间包上表面的内侧尺寸，l表示其长度，w表示其宽度。上述气体置换区域的周长p
td
能够通过2l 2w计算。
[0075]
并且，在中间包本体1经由中间包盖体5的开口部6、7插入有气体吹入喷嘴8。关于该气体吹入喷嘴8的个数、内径、设置高度，只要满足上述式(1)和式(2)、优选满足式(3)则没有特别的限制，当使用多个喷嘴8进行吹入时，不需要将各个喷嘴都设为相同的吹入条件。
[0076]
并且，如图2所示，在中间包本体1设置堰9的情况下，优选在由堰9分割的区域分别设置气体吹入喷嘴8。关于该堰9的高度、开孔部的形状、数量等形状、设置位置没有特别的限制。图2的(b)的虚线表示中间包上表面的内侧尺寸，图2的(a)的双点划线表示以堰的上端的位置为界分割的区域的交界。l1、l2表示区域1和区域2各自的长度，w表示其宽度。上述气体置换区域1的周长p
td1
能够通过2l1 2w计算，气体置换区域2的周长p
td2
能够通过2l2 2w计算。在该情况下，在各个区域需要满足上述式(1)和式(2)，优选满足式(3)。
[0077]
接下来对本方法的操作进行说明。
[0078]
将气体吹入喷嘴8经盖体5的开口部插入预热完成后的中间包本体1。此时滑动水口3关闭。另外，不考虑是否安装有浸没浇口4。
[0079]
在进行气体吹入时，可以从吹入开始到结束以一定流量进行吹入，只要满足上述式(1)和式(2)、优地满足式(3)，还可以例如从气氛置换开始到结束分段或连续地改变流量。
[0080]
当吹入了规定的气体流量后，拆下气体吹入喷嘴8，如果未安装浸没浇口4则进行安装，由容纳有经过熔炼处理的钢水的钢包经由长浇口向中间包本体1内注入钢水。与此同时打开滑动水口3，开始进行连续铸造。
[0081]
通过使用以上方法将中间包内控制在无氧化气氛，能够抑制因再氧化导致的杂质产生，得到高洁净度的钢。
[0082]
实施例
[0083]
＜实施例1＞
[0084]
如图3所示，在向容量30t的单线连续铸造机用中间包1(内部体积v＝5.8m3、周长p
td
＝10.5m、气氛温度t＝873k)盖上盖体5之后，由在中间包盖体5的长浇口用开口部6设置的气体吹入喷嘴8吹入ar气体。ar气体是比空气密度大的非活性气体。喷嘴8的个数、内径、设置高度、ar气体吹入量、吹入时间如表1所示。在满足式(1)和式(2)的条件(表1中处理no.1～3、no.6)下能够使中间包1内氧气浓度为2.0vol％以下，在满足式(1)～(3)的条件(表1中处理no.1～3)下能够使中间包1内氧气浓度为1.0vol％以下。相对地，在未满足式(1)和式(2)的任一条件(表1中处理no.4、no.5、no.7)下中间包1内氧气浓度超过2.0vol％。在上述条件下进行c＝0.03％的低碳钢的铸造。对从铸造开始位置到板坯2m位置的钢中氧化物个数进行测量，以目标氧化物个数为1.0，将其与板坯中氧化物的个数的比作为底部铸
片洁净度的指数由表1示出。结果表明本发明例相对于比较例，氧化物个数能够处在较低水平。以上可知通过本方法能够有效地进行中间包内气体置换。
[0085]
[表1]
[0086][0087]
＜实施例2＞
[0088]
如图4所示，在容量70t的双线连续铸造机用中间包1(内部体积v＝12.3m3、周长p
td
＝19.3m、气氛温度t＝923k)设置堰9，并分割成自钢包的注入侧和非注入侧区域。以包含铸模钢水供给浇口2的非注入侧区域为中间包区域1(zone1)，以自钢包的注入侧区域为中间包区域2(zone2)。在图4中左右的区域1面对称，并具有同一体积和同一周长。各区域各自的体积v1、v2和周长p
td1
、p
td2
如表2－1和表2－2所示。向该中间包1盖上盖体5之后，由中间包盖体5的长浇口用开口部6和设置在烧嘴用开口部7的气体吹入喷嘴8吹入ar气体。喷嘴8的个数、内径、设置高度、ar气体吹入量、吹入时间如表2－1和表2－2所示。表2－3表示气体置换后的中间包内的气氛氧气浓度和底部铸片的洁净度的评价结果。在全部区域满足式(1)～(3)的条件(表2－1～2－3中处理no.8、no.9)下能够使中间包1内氧气浓度为1.0vol％以下。并且，在全部区域满足式(1)和式(2)的条件(表2－1～2－3中处理no.8～11)下能够使中间包1内氧气浓度为2.0vol％以下。相对地，在存在未满足式(1)和式(2)的任一条件的区域的情况(表2－1～2－3中处理no.12～14)下，该区域的中间包1内氧气浓度超过2.0vol％。在上述条件下进行c＝0.002％的极低碳钢的铸造。对从铸造开始位置到板坯2m位置的钢中氧化物个数进行测量，将目标氧化物个数设为1.0，将其与板坯中氧化物的个数的比作为底部铸片洁净度的指数由表2－3示出。结果表明本发明例相对于比较例，氧化物个数能够处在较低水平。可知通过本方法能够有效地进行中间包内气体置换。
[0089]
[表2－1]
[0090][0091]
[表2－2]
[0092][0093]
[表2－3]
[0094][0095]
＜实施例3＞
[0096]
如图5所示，在容量20t的四线连续铸造机用中间包1(内部体积4.4m3、周长16.6m、气氛温度t＝873k)设置堰9，并分割成自钢包的注入侧和非注入侧区域。以包含铸模钢水供给浇口2的非注入侧区域为中间包区域1(zone1)，以自钢包的注入侧区域为中间包区域2(zone2)。在图5中左右的区域1面对称，并具有同一体积和同一周长。各区域各自的体积v1、v2和周长p
td1
、p
td2
如表3－1和表3－2所示。表3－3表示的是气体置换后的中间包内的气氛氧气浓度和底部铸片的洁净度的评价结果。向该中间包1盖上盖体5之后，从中间包盖体5的长浇口用开口部6和在烧嘴用开口部7设置的气体吹入喷嘴8吹入ar气体。喷嘴8的个数、内径、设置高度、ar气体吹入量、吹入时间如表3－1和表3－2所示。在所有区域满足式(1)和式(2)的条件(表3－1～3－3中处理no.15～18)下能够在全部区域使中间包1内氧气浓度为2.0vol％以下。并且，在全部区域满足式(1)至式(3)的条件(表3－1～3－3中处理no.15和no.16)下能够在全部区域使中间包1内氧气浓度为1.0vol％以下。相对地，在存在未满足式(1)的条件的区域的情况(表3－1～3－3中处理no.19和no.20)下，该区域的中间包1内氧气浓度超过2.0vol％。在上述条件下进行c＝1.0％的高碳钢的铸造。对从铸造开始位置到钢坯2m位置的钢中氧化物个数进行测量，将目标氧化物个数设为1.0，将其与板坯中氧化物的个数的比作为底部铸片洁净度的指数由表3示出。结果表明本发明例相对于比较例，氧化物个数能够处在较低水平。可知通过本方法能够有效地进行中间包内气体置换。
[0097]
[表3－1]
[0098][0099]
[表3－2]
[0100][0101]
[表3－3]
[0102][0103]
工业实用性
[0104]
本发明不限于上述例示的实施例，在对钢进行连续铸造时，能够在向中间包内开始注入钢水前通过非活性气体将气氛迅速且高效地置换，因而适用于高洁净钢的制造。除了中间包之外，本方法也可以适用于需要对气氛进行气体置换的装置或方法。
[0105]
附图标记说明
[0106]
1 中间包；
[0107]
2 用于供给钢水的浇注口；
[0108]
3 滑动水口；
[0109]
4 浸没浇口；
[0110]
5 盖体；
[0111]
6 长浇口用开口部；
[0112]
7 烧嘴用开口部；
[0113]
8 气体吹入喷嘴；
[0114]
9 堰；
[0115]
zone1 中间包区域1；
[0116]
zone2 中间包区域2。