JP2001087846A - 鋼スラブの連続鋳造方法および連続鋳造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 鋼スラブの鋳造に際し、等軸晶率を増大させ
ることにより、中心偏析や凝固収縮孔に起因した中心断
面割れを防止すると共に、加工性も併せて向上させる。 【解決手段】 鋼スラブの連続鋳造に際し、鋳型内の浸
漬ノズル溶鋼吐出口からの下降流を、鋳型全幅にわたっ
て設けた電磁制動装置によって制動すると共に、該電磁
制動装置よりも下方の二次冷却帯に設けた電磁撹拌装置
によって未凝固溶鋼を電磁撹拌する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼スラブの連続鋳
造方法に関し、とくに中心偏析や中心断面割れを効果的
に防止すると共に、加工性の有利な向上を図ろうとする
ものである。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造によって厚板用鋼や線材用鋼、
構造用鋼さらにはマルテンサイト系ステンレス鋼などの
鋳片を製造する場合、連鋳鋳片中心部に溶質偏析やミク
ロキャビティーが連なった収縮孔などが発生し易く、製
品においてこれらに起因した欠陥が発生することがあ
る。また、フェライト系ステンレス鋼においては、鋳片
内部の柱状凝固組織に起因した冷延板表面の加工性不良
（リジング）が発生し易い。

【０００３】これらの欠陥は、鋳片中心部の凝固組織を
柱状晶から等軸晶に変える、あるいは等軸晶率を増大さ
せることによって軽減できるため、従来から、鋳造中
に、鋳型内や二次冷却帯内の未凝固溶鋼を電磁力により
撹拌する方法が実施、一般化されている。

【０００４】また、最近では、たとえば特開平８−5758
4 号公報に開示されているような、鋳型内において静磁
界を作用させて下方に向かう溶鋼流を制動して等軸晶を
増大させる方法も提案されている。さらに、特開平10−
211560号公報には、鋳型内において、電磁制動と電磁撹
拌を上下に連続して実施する方法も提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たいずれの従来技術においても、ブルームやビレットの
ような断面積が小さくかつ断面形状がほぼ正方形の鋳片
の場合はともかく、スラブのような断面積が大きくしか
もその断面形状が縦横比が大きい特殊な形状の鋳片を連
続鋳造する場合には、鋳造速度を増大すると、等軸晶率
が減少して、中心偏析や中心断面割れの発生ならびに加
工性の悪化という問題が再発する欠点があった。生産性
の向上の面からは鋳造速度の増加が強く要望されるので
あるが、上述したような問題のため鋳造速度を十分に増
大させることができず、その解決が望まれていた。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の要望に
有利に応えるもので、鋳造速度を増大したとしても、十
分な等軸晶率の向上効果を得ることができる鋼スラブの
連続鋳造方法を提案することを目的とする。

【０００７】すなわち、本発明の要旨構成は次のとおり
である。 １．鋼スラブを連続鋳造するに際し、鋳型内の浸漬ノズ
ル溶鋼吐出口からの下降流を、鋳型全幅にわたって設け
た電磁制動装置によって制動すると共に、該電磁制動装
置よりも下方の二次冷却帯に設けた電磁撹拌装置によっ
て未凝固溶鋼を電磁撹拌することを特徴とする鋼スラブ
の連続鋳造方法。

【０００８】２．上記１において、鋳造速度を 0.8 m/m
in以上としたことを特徴とする鋼スラブの連続鋳造方
法。

【０００９】３．上記１または２において、浸漬ノズル
が多孔ノズルであって、その溶鋼吐出孔角度を水平ない
し上向き20°の範囲としたことを特徴とする鋼スラブの
連続鋳造方法。

【００１０】４．上記１，２または３において、鋳型出
口から電磁撹拌装置までの鋳片表面温度を 800℃以上と
したことを特徴とする鋼スラブの連続鋳造方法。

【００１１】５．鋼の連続鋳造装置において、鋳型長辺
の鋳型全幅にわたって電磁制動装置を設けると共に、該
電磁制動装置よりも下方の二次冷却帯に電磁撹拌装置を
設けたことを特徴とする鋼スラブの連続鋳造装置。

【００１２】６．上記５において、電磁制動装置を、そ
の高さ方向中心位置が、浸漬ノズル吐出口レベルかそれ
よりも下方の鋳型領域に設置したことを特徴とすく鋼ス
ラブの連続鋳造装置。

【００１３】７．上記５または６において、電磁撹拌装
置を、電磁制動装置の下端から２ｍ以上離隔して設けた
ことを特徴とすく鋼スラブの連続鋳造装置。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
について説明する。本発明を適用して好適な連続鋳造方
法としては、上下解放の内部水冷式の鋳型に、その上部
から浸漬ノズルによって溶鋼を供給し、鋳型下端から外
側が凝固した鋳片を引き抜く形式の従来タイプのスラブ
連続鋳造方法や、ベルト等の同期式鋳型を用いた薄スラ
ブの連続鋳造方法などが挙げられる。また、二次冷却帯
での鋳片の引き抜き方式としては、垂直型、湾曲型およ
び垂直曲げ型等のいずれについても適用可能である。

【００１５】さて、本発明では、浸漬ノズルを介して鋳
型内に注入した溶鋼の流れに対し、鋳型の全幅にわたっ
て設けた電磁制動装置によって制動力を付与する。かか
る電磁制動装置は、鋳型の一方の長辺から他方の長辺に
向かう静磁場発生装置とするのがよい。

【００１６】一般に、等軸晶を速やかに生成させるため
には、(1) 凝固シェル厚みが薄い状態（凝固速度が未だ
小さい状態）で速やかに溶鋼温度を低下させること、
(2) 凝固シェル／未凝固溶鋼界面における温度勾配を小
さくすることが重要であることが知られている。

【００１７】浸漬ノズルから鋳型内に注入された高温の
溶鋼が、鋳片内のクレーター深部にまで進入すると、凝
固シェル／未凝固溶鋼界面における温度勾配が大きくな
り、上記(2) の条件を満足できない。そこで、本発明で
は、鋳型全幅にわたって設けた電磁制動装置によって鋳
型内の注入流を制動することによって、上記したような
クレーター深部までの高温溶鋼の進入を抑止するのであ
る。

【００１８】ここで、鋳型全幅にわたって電磁制動装置
を設ける理由は、部分的に電磁制動装置を配置すると、
電磁制動力の弱い（または及ばない）位置に溶鋼の流動
が迂回することになり、このような迂回部分は溶鋼流路
が狭いことから、電磁制動しない場合よりもかえって高
速の溶鋼流動が生じてしまい、電磁制動の効果を減殺す
るばかりか、むしろ柱状晶の成長を一層促進することに
なるからである。電磁制動装置の設置位置は、その高さ
方向の中心位置が、浸漬ノズル吐出口レベルと同じかそ
れよりも下方であればよいが、あまりに下方過ぎると、
電磁撹拌装置位置での溶鋼温度低下が少なくなるので、
メニスカスから 1.5ｍ以内とするのが好適である。

【００１９】また、鋳型から下方へ向かう溶鋼流速を低
減する観点から、浸漬ノズルからの溶鋼噴出方向自体を
下向きとしないことが好ましい。そこで、本発明では、
好ましい浸漬ノズルとして、２孔ノズルや４孔ノズルな
どの多孔ノズルを用い、しかも浸漬ノズルの吐出孔角度
を水平あるいは上向きにすることとした。なお、上向き
にする場合には、メニスカスを過度に波打たせてモール
ドパウダーの巻き込みを生じさせないようにすることが
重要であり、そのために上向き角度は20℃を上限とす
る。

【００２０】ところで、上記の電磁制動を行うだけで
は、前述した特開平８−57584 号公報に開示された発明
と大差なく、高速鋳造とりわけ鋳造速度が 0.8 m/min以
上の場合には十分な等軸晶率の向上が果たせない。

【００２１】そこで、発明者らは、その原因について綿
密な調査を行ったところ、 ａ) たとえ電磁制動を行っても、上方から溶鋼を注入し
下方に鋳片を引き抜くという連続鋳造方法では必然的に
上から下へ向かう溶鋼流が存在すること、 ｂ) 電磁制動はこの流速を溶鋼スループット／鋳型断面
積で計算される平均流速程度に溶鋼流速を平準化するこ
とはできても、全体をそれ以下に減速することは不可能
であること（上部から供給される溶鋼と下方に引き抜か
れる鋼のマスバランスからいっても当然ではあるが）、 ｃ) 従って上記の下降流によって高温の溶鋼がクレータ
ー内に進入し、柱状晶化が促進されることを突き止め
た。

【００２２】上記の知見結果から、発明者らは、電磁制
動による上記(2) の凝固シェル／未凝固溶鋼界面におけ
る温度勾配を小さくすることによる等軸晶率の改善には
限界がある、との結論に至った。

【００２３】そこで、発明者らは、次に、溶鋼の温度自
体を低下させることによって等軸晶率の向上を図るべ
く、その好適手段について鋭意検討を重ねた。その結
果、上記の目的達成のためには、上述したような電磁制
動を行いつつ、さらに二次冷却帯に電磁撹拌装置を設置
し、クレーター内の未凝固溶鋼を電磁撹拌することが極
めて有効であることの知見を得た。すなわち、かような
電磁撹拌によって、溶鋼温度は均一化すると共に低下
し、等軸晶が生成し易い状態を具現でき、その結果、鋳
造速度や鋳造温度の影響を受けることなしに、高い等軸
晶率が安定して達成できることが究明されたのである。

【００２４】ここに、電磁撹拌の方向は鋳片幅方向でも
良いが、上向きでも良い。通常、撹拌による溶鋼流れ
は、撹拌装置の中心から上方、下方それぞれ約２ｍ程度
まで影響が及ぶので、電磁撹拌装置の設置位置は、電磁
制動効果との干渉を避けるため、電磁制動装置の下端位
置よりも２ｍ以上離れた下方とするのが好ましい。

【００２５】かくして、本発明によれば、鋳型内での電
磁制動の効果によって、クレーター内への高温溶鋼の進
入深さを浅くすることができ、しかもこの溶鋼は、二次
冷却帯に設置した電磁撹拌装置位置に移動するまでの間
に、鋳片外部の水冷によりさらに温度が低下して、電磁
撹拌位置での溶鋼の温度低下に寄与する。

【００２６】しかしながら、この範囲において外部水冷
により必要以上に強冷却を施すと、その下の領域で等軸
晶が生成するまでに凝固シェルが厚く成長するため、等
軸晶率が低下する。従って、特に鋳片の非定常バルジン
グや内部割れに問題がない程度に、鋳型出口から少なく
とも電磁撹拌装置設置位置までは弱冷する方が好まし
い。すなわち、鋳片表面温度にすると 800℃以上（好ま
しくは1000℃以下）とすることが望ましい。というの
は、 800℃未満では、鋳片のキュリー点以下になるおそ
れがあり、電磁撹拌の効果が低下するからである。

【００２７】

【実施例】実施例１ 断面サイズが短辺：0.20ｍ、長辺：1.24ｍの鋳型をそな
える、図１に示すような連続鋳造設備を用いて、SUS430
の鋼スラブを連続鋳造し、鋳片縦断面（鋳造方向に垂直
面）における等軸晶率｛（等軸晶厚み／鋳片厚み）×10
0 ％、幅方向５カ所平均値｝を調査した。図１におい
て、番号１はタンディッシュ、２は浸漬ノズル、３は鋳
型銅板、４は鋳型本体、そして５が鋳型内に設置した電
磁制動装置、６が二次冷却帯に配置した電磁撹拌装置で
あり、７はロール、８は鋳片である。

【００２８】上記の連続鋳造において、タンディッシュ
１内における溶鋼過熱度（溶鋼温度と液相線温度との温
度差）は40〜70℃とした。また、電磁制動装置５は、磁
極の中心が浸漬ノズル２の吐出口先端から200mm下方に
おいて鋳型全幅にわたって設置し、鋳型内発生磁束密度
は 0.2Ｔとした。なお、浸漬ノズル２としては、２孔ノ
ズルで吐出孔角度が上向き５°のものを使用した。さら
に、電磁撹拌装置６としては、２相式交流電磁撹拌装置
を用い、起磁力である印加電流は１相：600 Ａ、２相：
1000Ａ、磁場周波数：2.5 Hzとし、撹拌装置中心位置は
メニスカス下：5.3 ｍとした。

【００２９】電磁撹拌部での鋳片表面温度は平均：900
℃（鋳片弱冷）および平均：780 ℃の２水準で実施し
た。また、比較例として下向き15°の浸漬ノズルを使用
して鋳造した場合についても同様の調査を行った。得ら
れた結果を図２に示す。

【００３０】同図に示したとおり、従来法である、電磁
撹絆のみの場合または電磁制動のみの場合に比較して、
発明例である(a) 電磁制動＋電磁撹拌＋上向きノズル＋
鋳片弱冷、(b) 電磁制動＋電磁撹拌＋上向きノズル、
(c) 電磁制動＋電磁撹拌＋下向きノズルの場合はいずれ
も、安定して高等軸晶率が得られている。特にノズルを
上向きノズルとした場合(b) には、鋳造速度によらず、
等軸晶率を60％以上とすることができ、さらにこれに鋳
片弱冷を付加した場合(a) には、70％以上の等軸晶率を
達成することができた。

【００３１】実施例２ 実施例１と同一の条件(a) において、中心断面割れの発
生し易いマルテンサイト系ステンレス鋼（Ｃ：0.2 wt
％、Cr：16wt％）を、吐出孔角度上向き５°の２孔浸漬
ノズルを使用し、溶鋼過熱度：40〜60℃、鋳造速度：0.
8 〜1.2 m/min の条件で連続鋳造した。また、比較例と
して、電磁撹件のみを実施した鋳片も製造した。得られ
た各鋳片について、中心断面割れ発生率｛（断面割れ発
生スラブ本数／調査スラブ本数）×100 ％｝を調査した
ところ、比較例は 6.5％あったのに対し、発明例は０％
で、中心断面割れの発生を完全に防止することができ
た。

【００３２】

【発明の効果】かくして、本発明によれば、高速鋳造や
高温鋳造の条件下においても、等軸晶率が高く、しかも
そのバラツキの少ない鋳片を連続鋳造することができ、
その結果、加工性の良好な製品を安定して製造すること
ができる。また、本発明によれば、中心偏析や凝固収縮
孔に起因した中心断面割れも効果的に防止できるので、
製品欠陥率を大幅に減少することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の実施に用いて好適な連続鋳造設備の
模式図である。

【図２】 発明法と従来法に従って連続鋳造した場合に
おける、鋳片内等軸晶率と鋳造速度との関係を比較して
示した図である。

【符号の説明】

１ タンディッシュ ２ 浸漬ノズル ３ 鋳型銅板 ４ 鋳型本体 ５ 電磁制動装置 ６ 電磁撹拌装置 ７ ロール ８ 鋳片

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２２Ｄ 11/115 Ｂ２２Ｄ 11/115 Ｍ 11/124 11/124 Ｌ 11/20 11/20 Ａ 11/22 11/22 Ｂ 27/02 27/02 Ｗ (72)発明者 岸本 康夫 千葉県千葉市中央区川崎町１番地 川崎製 鉄株式会社技術研究所内 Ｆターム(参考） 4E004 AA09 FB02 FB03 GA05 GA06 KA12 MB11 MB12 MB13 MC02 MC05

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼スラブを連続鋳造するに際し、鋳型内
   の浸漬ノズル溶鋼吐出口からの下降流を、鋳型全幅にわ
   たって設けた電磁制動装置によって制動すると共に、該
   電磁制動装置よりも下方の二次冷却帯に設けた電磁撹拌
   装置によって未凝固溶鋼を電磁撹拌することを特徴とす
   る鋼スラブの連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、鋳造速度を 0.8 m/m
   in以上としたことを特徴とする鋼スラブの連続鋳造方
   法。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、浸漬ノズル
   が多孔ノズルであって、その溶鋼吐出孔角度を水平ない
   し上向き20°の範囲としたことを特徴とする鋼スラブの
   連続鋳造方法。
4. 【請求項４】 請求項１，２または３において、鋳型出
   口から電磁撹拌装置までの鋳片表面温度を 800℃以上と
   したことを特徴とする鋼スラブの連続鋳造方法。
5. 【請求項５】 鋼の連続鋳造装置において、鋳型長辺の
   鋳型全幅にわたって電磁制動装置を設けると共に、該電
   磁制動装置よりも下方の二次冷却帯に電磁撹拌装置を設
   けたことを特徴とする鋼スラブの連続鋳造装置。
6. 【請求項６】 請求項５において、電磁制動装置を、そ
   の高さ方向中心位置が、浸漬ノズル吐出口レベルかそれ
   よりも下方の鋳型領域に設置したことを特徴とすく鋼ス
   ラブの連続鋳造装置。
7. 【請求項７】 請求項５または６において、電磁撹拌装
   置を、電磁制動装置の下端から２ｍ以上離隔して設けた
   ことを特徴とすく鋼スラブの連続鋳造装置。