JP2000312953A - 鋼の連続鋳造方法および連続鋳造鋳片 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、中心近傍の粗い粒状晶とそれを取
り囲む粗い柱状晶を、共に微細な等軸晶にできる鋼の連
続鋳造方法およびそれを用いて鋳造した連続鋳造鋳片に
関す提供する。 【解決手段】 鋼の連続鋳造用タンディッシュ、或いは
取鍋において、プラズマ加熱装置の作動ガスを用いてＡ
ｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃａの内１種類又は複数種類を含有さ
せたＭｇＯフラックスを溶鋼表面に吹き付け、これによ
り得られた溶鋼を連続鋳造する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】通常の連続鋳造鋳片の横断面
には、中心にポロシティを伴う最終凝固部を取り囲むよ
うに配された中心近傍の粗い粒状晶部と、粗い粒状晶部
を取り囲む粗い柱状晶部とが観察される。この粗い粒状
晶と粗い柱状晶とを微細な等軸晶にすることができれ
ば、例えばスラブを薄板にした際には成形加工性が顕著
に優れた薄板になり、また例えば厚板にした際には低温
靱性に優れた厚板となる。本発明は、この粗い粒状晶と
柱状晶を微細な等軸晶にできる溶鋼の連続鋳造方法およ
びそれを用いて鋳造した微細な凝固組織を有する連続鋳
造鋳片に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】「鉄鋼便覧」第３版、II 製銑・製鋼、
ｐ．６５３には、等軸晶は溶鋼過熱度が低いと増加する
ことから、等軸晶化には低温鋳造が有効であることが示
されている。また、特開昭５０−２３３３８号公報に
は、誘導電磁攪拌装置を用いて、凝固界面近傍の溶鋼に
一方向の旋回流を与え、柱状デンドライトを分断するこ
とにより柱状晶を等軸晶にする技術が記載されている。
現状、凝固組織の等軸晶化には上記２つの技術が最も効
果的であるとされており、これら技術は単独で、又は、
組み合わせて使用することにより凝固組織をある程度等
軸晶化し、鋳片の中心偏析低減に効果を発揮している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、低温鋳
造では、溶融金属の過熱度を液相線に近い温度にし、こ
れを浸漬ノズルから鋳型内に注入する必要があるため、
浸漬ノズルの閉塞や鋳型内でのディッケル生成等の凝固
異常を招く場合がある。このため、現状の連続鋳造では
注入する溶融金属の過熱度は２０〜３０Ｋ程度を採用し
ており、このような温度条件では薄板の成形加工性や厚
板の低温靱性を改善できる程の微細等軸晶化は達成され
ていない。また、誘導電磁攪拌を用いる方法について
も、材質が改善できるまでの十分な微細等軸晶が安定し
て得られているわけではなく、例えば等軸晶が生成し難
いＣ含有率が０．１％以下の溶鋼に対しては、柱状晶を
十分に等軸晶化することは難しい。

【０００４】本発明は、このような現状を鑑み、中心近
傍の粗い粒状晶とそれを取り囲む粗い柱状晶を、共に微
細な等軸晶にできる連続鋳造方法およびそれを用いて鋳
造した微細な凝固組織を有する連続鋳造鋳片の提供を課
題としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、（１）プラズ
マ加熱装置の作動ガスを用いてＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃａ
の内１種類又は複数種類を含有させたＭｇＯフラックス
を溶鋼表面に吹き付け、これにより得られた溶鋼を連続
鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。ま
た、（２）鋼の連続鋳造用タンディッシュにおいて、プ
ラズマ加熱装置の作動ガスを用いてＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、
Ｃａの内１種類又は複数種類を含有させたＭｇＯフラッ
クスを溶鋼表面に吹き付け、これにより得られた溶鋼を
連続鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方法であ
る。また、（３）請求項１または２記載の鋼の連続鋳造
方法により凝固組織を超微細にしたことを特徴とする連
続鋳造鋳片である。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明の基本思想は、微細な酸化
物を溶鋼中に分散させ、これを等軸晶の核として鋳片内
部に微細な等軸晶を生成させることにある。

【０００７】この基本思想を実現するためには、鋳型内
の溶鋼中に等軸晶の核となり得る微細な酸化物を均一に
分散させることが重要となる。Ａｌ脱酸溶鋼には多数の
Ａｌ ₂Ｏ₃系介在物が存在するが、この介在物は極めて凝
集・合体し易く粗大な酸化物となるため、等軸晶の核と
して有効には作用しない。これに対し、本発明者らは、
溶鋼中にＭｇを添加し、Ａｌ₂Ｏ₃系介在物をＭｇＯ、或
いはＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃に改質することにより、微細な酸
化物を溶鋼中に均一に分散できること、さらにこれら酸
化物が等軸晶生成の核になり易いことを実験的に見いだ
した。しかしながら、Ｍｇは蒸気圧の高い元素であり、
溶鋼中に添加しても蒸発によるロスが大きく、さらに酸
素との親和力が強く溶鋼−大気界面では容易に酸化され
るため、実機の連続鋳造では安定してＡｌ₂Ｏ₃系介在物
の改質効果が得られなかった。

【０００８】本発明者等は、安定して溶鋼中のＡｌ₂Ｏ₃
系介在物を改質でき、ＭｇＯ、或いはＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃
の微細な酸化物を溶鋼中に均一に分散できるＭｇの添加
方法として、従来のＭｇ金属、Ｍｇ合金およびＭｇ含有
ワイヤーによる添加とは全く異なる、プラズマ加熱装置
の作動ガスを用いてＭｇＯとＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃａの
内１種類又は複数種類からなるフラックスを溶鋼中に吹
き付ける新たな方法を発案した。図１にタンディッシュ
プラズマ加熱装置及び本発明の実施形態を示す。プラズ
マ加熱装置はプラズマトーチ１とタンディッシュ２内の
溶鋼３を対極として、その間に直流電流を生起させ、発
生した熱を溶鋼３の昇温に利用するものである。このプ
ラズマ加熱装置の作動ガス４を利用してＡｌ、Ｚｒ、Ｔ
ｉ、Ｃａの内１種類又は複数種類を含有させたＭｇＯフ
ラックス５を溶鋼表面６に吹き付けると、作動ガス４は
高温に加熱され体積膨張するため、ＭｇＯフラックス５
は高温・高速で溶鋼３内部まで侵入させることができ
る。その結果、ＭｇＯフラックス５は溶鋼３中のＡｌ₂
Ｏ₃系介在物を効率的に改質して、ＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃と
することができる。さらに、ＭｇＯフラックス５の一部
は、（１）式〜（４）式で示すように、高温の作動ガス
４中でＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃａにより還元され、活性度
の高いＭｇ蒸気となり、ＭｇＯフラックス５に随伴して
溶鋼中に吸収されるため、ＭｇＯフラックス５だけの吹
き付けに比べてＡｌ₂Ｏ₃系介在物の改質能は格段に向上
する。 ３ＭｇＯ＋２Ａｌ＝Ａｌ₂Ｏ₃＋３Ｍｇ（ガス） （１） ２ＭｇＯ＋Ｚｒ＝ＺｒＯ₂＋２Ｍｇ（ガス） （２） ２ＭｇＯ＋Ｔｉ＝ＴｉＯ₂＋２Ｍｇ（ガス） （３） ＭｇＯ＋Ｃａ＝ＣａＯ＋Ｍｇ（ガス） （４）

【０００９】したがって、本発明により、Ａｌ₂Ｏ₃系介
在物の改質能を向上させることができるため、等軸晶の
核となる微細なＭｇＯまたはＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃を溶鋼中
に多量に分散させることができ、その結果として鋳片の
凝固組織を微細化できる。

【００１０】本発明のＭｇＯフラックスはＭｇＯを主成
分とするものであれば良く、その他の成分としてＡｌ₂
Ｏ₃、ＺｒＯ₂、ＣａＯ等の安定な酸化物が含まれても本
発明の効果は損なわれないが、ＭｎＯやＳｉＯ₂等の低
級酸化物は溶鋼中のＡｌと反応し、Ａｌ₂Ｏ₃系介在物を
生成するため、低級酸化物の総含有率は１０％以下にす
ることが好ましい。また、本発明は極めて高いＡｌ₂Ｏ₃
改質能を有するため、ＭｇＯフラックス全部を（１）式
〜（４）式によりＭｇ蒸気にする必要がないため、Ｍｇ
Ｏ量と等モルよりも小さいＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃａの含
有率で良い。本発明者等の知見では、ＭｇＯフラックス
中のＭｇＯ量に対してＡｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃａの総重量
が重量％で２％以上であれば十分な凝固組織の微細化効
果が得られた。

【００１１】本発明に関する上記説明はタンディッシュ
を想定しているが、タンディッシュ以外、例えば取鍋等
で本発明を実施しても、十分な凝固組織の微細化効果を
得ることができる。Ａｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃａを含有させ
たＭｇＯフラックス５の作動ガス４中への混合方法は、
図１に示すようにＭｇＯフラックス５をホッパー７から
事前に作動ガス４中に混合してから溶鋼表面６に吹き付
ける方式以外に、図２に示すようにホッパー７からＭｇ
Ｏフラックスをプラズマトーチ１から吹き出した作動ガ
ス４中に直接混合する方法でも良い。また、使用するプ
ラズマ装置もここで説明した移行型である必要はなく、
非移行型で本発明を実施しても、十分な効果が得られ
る。さらに、本発明は、上記説明からも分かるように、
スラブへの適用に限られたものではなく、ブルームやビ
レットに適用しても、十分な凝固組織の微細化効果が得
られる。また、（１）式〜（４）式で生成したＭｇは溶
鋼中のＳと結合してＭｇＳとなるため、本発明は溶銑や
溶鋼の高速脱硫に適用することも可能である。

【００１２】

【実施例】以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明
について説明する。

【００１３】（実施例１）容量５０ｔのタンディッシュ
を用いて、温度１５５０℃、炭素濃度０．１％のＡｌ脱
酸溶鋼を鋳型内に注入し、厚み２５０ｍｍ×幅１５００
ｍｍの鋳片を鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎで鋳造した。

【００１４】タンディッシュでは出力２．０ＭＷの直流
移行型プラズマトーチを用いて、１０％Ａｌ含有ＭｇＯ
フラックスを１ｋｇ／ｍｉｎで連続的に吹き付けた。本
発明の方法で得られた鋳片を調査したところ、鋳片横断
面の平均結晶粒径は１．３ｍｍであり、鋳片全面の凝固
組織が微細等軸晶化されていた。なお、平均結晶粒径は
結晶粒の長径ａと短径ｂから式２（ａ・ｂ）^0.5によっ
て求めた。

【００１５】（実施例２）容量５０ｔのタンディッシュ
を用いて、温度１５５０℃、炭素濃度０．１％のＡｌ脱
酸溶鋼を鋳型内に注入し、厚み２５０ｍｍ×幅１５００
ｍｍの鋳片を鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎで鋳造した。

【００１６】タンディッシュでは出力２．０ＭＷの直流
移行型プラズマトーチを用いて、５％Ｔｉ−５％Ｚｒ含
有ＭｇＯフラックスを１ｋｇ／ｍｉｎで連続的に吹き付
けた。本発明の方法で得られた鋳片を調査したところ、
鋳片横断面の平均結晶粒径は１．２ｍｍであり、鋳片全
面の凝固組織が微細等軸晶化されていた。

【００１７】（実施例３）容量５０ｔのタンディッシュ
を用いて、温度１５５０℃、炭素濃度０．１％のＡｌ脱
酸溶鋼を鋳型内に注入し、厚み２５０ｍｍ×幅１５００
ｍｍの鋳片を鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎで鋳造した。

【００１８】タンディッシュでは出力２．０ＭＷの直流
移行型プラズマトーチを用いて、５％Ｃａ含有ＭｇＯフ
ラックスを１ｋｇ／ｍｉｎで連続的に吹き付けた。本発
明の方法で得られた鋳片を調査したところ、鋳片横断面
の平均結晶粒径は１．４ｍｍであり、鋳片全面の凝固組
織が微細等軸晶化されていた。

【００１９】（比較例１）容量５０ｔのタンディッシュ
を用いて、温度１５５０℃、炭素濃度０．１％のＡｌ脱
酸溶鋼を鋳型内に注入し、厚み２５０ｍｍ×幅１５００
ｍｍの鋳片を鋳造速度１．８ｍ／ｍｉｎで鋳造した。

【００２０】タンディッシュでは出力２．０ＭＷの直流
移行型プラズマトーチを用いて、加熱は実施したが、Ａ
ｌ含有ＭｇＯフラックスの添加は実施しなかった。本鋳
造で得られた鋳片を調査したところ、鋳片横断面の平均
結晶粒径は４．０ｍｍであり、鋳片の凝固組織は微細化
されなかった。

【００２１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明による
と、鋳片表層と鋳片内部の凝固組織を、共に微細に等軸
晶化した連続鋳造鋳片を製造することができるため、薄
板では成形加工性に、厚板では低温靱性に優れた材料を
製造することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】タンディッシュプラズマ加熱装置及び本発明の
実施形態を示す図。

【図２】ＭｇＯフラックスをプラズマトーチから吹き出
した作動ガス中に直接混合する本発明の実施形態を示す
図。

【符号の説明】

１・・・プラズマトーチ ２・・・タンディッシュ ３・・・溶鋼 ４・・・作動ガス ５・・・ＭｇＯフラックス ６・・・溶鋼表面 ７・・・ホッパー ８・・・取鍋

フロントページの続き (72)発明者 竹内 栄一 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 (72)発明者 山村 英明 富津市新富20−１ 新日本製鐵株式会社技 術開発本部内 Ｆターム(参考） 4E004 JA00

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 プラズマ加熱装置の作動ガスを用いてＡ
   ｌ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｃａの内１種類又は複数種類を含有さ
   せたＭｇＯフラックスを溶鋼表面に吹き付け、これによ
   り得られた溶鋼を連続鋳造することを特徴とする鋼の連
   続鋳造方法。
2. 【請求項２】 鋼の連続鋳造用タンディッシュにおい
   て、プラズマ加熱装置の作動ガスを用いてＡｌ、Ｚｒ、
   Ｔｉ、Ｃａの内１種類又は複数種類を含有させたＭｇＯ
   フラックスを溶鋼表面に吹き付け、これにより得られた
   溶鋼を連続鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳造方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１または２記載の鋼の連続鋳造方
   法により凝固組織を超微細化したことを特徴とする連続
   鋳造鋳片。