JP2003334635A

JP2003334635A - 中炭素鋼の高速鋳造方法

Info

Publication number: JP2003334635A
Application number: JP2002146253A
Authority: JP
Inventors: Hirohide Uehara; 博英上原; Kenji Oshima; 健二大島; Seiichiro Nanbu; 征一郎南部; Haruyuki Okuda; 治志奥田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2002-05-21
Filing date: 2002-05-21
Publication date: 2003-11-25

Abstract

(57)【要約】【課題】中炭素鋼の高速連続鋳造において、縦割れを
発生することなく、高速の連続鋳造を安定して行なうこ
とのできる方法を提案すること。【解決手段】 C：0.07〜0.22mass%を含有する中炭素鋼
を、鋳造速度2.0m/min以上の高速で連続鋳造するに当た
り、下記式で定義されるモールド抜熱量Qを4.0〜9.0MJ/
tに制御すること。 Q＝q・ρ_w・C_w・ΔT／（A・V_c・ρ_s）ただし、Q：モールド抜熱量(MJ/t)、q：モールド冷却水
量（m³/min）、ρ_w：水の比重(t/m³)、C_w：水の比熱(MJ
/t・℃)、ΔT：冷却水のモールド入側と出側の温度差
(℃)、A：モールド銅板の表面積(m²)、V_c：鋳造速度(m/
min)、ρ_s：鋼の比重(t/m³)

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、中炭素鋼の高速鋳
造方法に関し、とくに連続鋳造鋳片（連鋳スラブ）の縦
割れおよびブレークアウトの発生を招くことなく、2.0m
/min以上という高速での安定鋳造を可能にする方法につ
いての提案である。

【０００２】

【従来の技術】中炭素域の鋼を連続鋳造する際、鋳造速
度が速くなると連鋳スラブの長辺面に縦割れが高い頻度
で発生するという問題点がある。このことから、従来の
連続鋳造は、前記連鋳スラブの縦割れが発生しないよう
に低速で鋳造している。とくに、中炭素鋼、即ちC：0.0
7〜0.22mass%、とりわけ0.10〜0.18mass%の範囲の鋼
は、その縦割れの発生が著しいことが知られている。

【０００３】上述した連鋳スラブの縦割れ現象は、次の
ように考えることができる。とくに、中炭素鋼の連続鋳
造においては、鋳込速度を上げると、モールドの温度が
全体的に上昇するだけでなく、溶鋼湯面（メニスカス）
付近の幅方向の温度分布が不均一となる。そのため、溶
融モールドパウダーの粘性や凝固シェルのたわみ量など
に違いが生じ、モールドと鋳片との間に溶融モールドパ
ウダーが不均一に流入することになる。その結果、鋳型
内で凝固シェルが不均一に発達し、不均一に凝固したシ
ェルの厚さの薄い部分に、復熱による強度低下と応力の
集中を招き、縦割れが発生し易くなる。この縦割れが生
じると、鋳片の手入れを必要として手間がかかるほか、
熱間加工工程でトラブルが生じる危険がある。この傾向
はとくに、中炭素鋼レベル（0.07〜0.22mass%）におい
て顕著に現れる現象である。

【０００４】こうした中炭素鋼スラブの縦割れ発生原因
となる鋳型内不均一凝固は、次のようなメカニズムで発
生すると考えられる。それは、凝固シェルの場合、その
上端の鋳型内表面において、δ→γ変態に伴う0.38％と
いう大きな縦方向収縮を受け、鋳型との間に空隙ができ
る。そのために、この部分に凝固遅れの部分が次々にで
きてシェルが不均一発達するようになるのである。即
ち、凝固シェル上部には、鋳型側と溶鋼側との冷却速度
の違いによる収縮量の差から、潜在的に溶鋼側に撓もう
とする力が働き、この力は、固−液界面近傍のδ→γ変
態に伴う収縮によって、さらに強められる。つまり、凝
固シェルの高温強度が十分にあって、この力が溶鋼静圧
に打ち勝ったとき、シェルは、溶鋼側に撓み、続いて復
熱による凝固シェルの低下から再び鋳型に接触しても、
該凝固シェルのくびれた部分で鋳型との間に空隙がで
き、局部的に凝固遅れを発生して縦割れに結びつくもの
と考えているのである。

【０００５】しかも、この縦割れの発生率は、鋳造速度
を上げると著しく高くなる。これは、鋳造速度を上げる
ことで、メニスカス近傍の幅方向の温度分布に差が生
じ、溶融モールドパウダーの粘性や凝固シェルの撓み量
などが変化して、不均一流入を一層、助長するからであ
る。

【０００６】こうした縦割れの発生を防ぐため、従来よ
り種々の技術が提案されている。例えば、モールドと凝
固シェルとの間へのモールドパウダーの流入量を均一化
させ、凝固シェルの不均一生成を防止する方法、モール
ドパウダーの粘度や結晶化温度等を適正化する方法、あ
るいは溶湯からの抜熱量を低下させる緩冷却鋳型を用い
る方法などである。

【０００７】たとえば、特開平5-15955号公報には、モ
ールドパウダー中の全CaO量とSiO₂量との比率を調整す
ることにより、鋳型内の凝固殻を緩冷却して縦割れの発
生を防止する方法が開示されている。しかし、この提案
にかかるモールドパウダーを用いても、通常の厚さの鋳
片または薄鋳片を鋳造する場合でも、中炭素鋼を高速で
鋳造する場合には、やはり縦割れが発生し易く、しかも
鋳型の冷却板と凝固殻との間の潤滑性の低下によりブレ
ークアウトが発生しやすくなるという課題もあった。

【０００８】また、特開2001-347353号公報では、溶融
パウダの凝固点を調整したモールドパウダーを、鋳造速
度と凝固殻表面積あたりの溶鋼の熱量qがq≦58.0−260.
2×Vcを満たすように選択して用いることにより、鋳型
内の凝固殻を均一に緩冷却する方法が開示されている。
しかしながら、この方法は、熱量の小さい範囲で制御し
た場合、モールド内凝固シェルが充分に成長せず、凝固
シェル厚みの薄い部分が溶鋼静圧に耐えられずにブレー
クアウトに至る可能性があるという点に問題があった。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、上記
各従来技術には、解決すべき多くの課題が残されている
ことがわかった。そこで、本発明の目的は、中炭素鋼の
高速連続鋳造において、縦割れを発生することなく、高
速の連続鋳造を安定して行なうことのできる方法を提案
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者らは、従来技術の
抱える上記問題点について検討し、下記要旨構成の鋳造
方法を開発するに至った。すなわち、本発明は、C：0.0
7〜0.22mass%を含有する中炭素鋼を、鋳造速度2.0m/min
以上の高速で連続鋳造するに当たり、下記式で定義され
るモールド抜熱量Qを4.0〜9.0MJ/tに制御することを特
徴とする中炭素鋼の高速鋳造方法である。 Q＝q・ρ_w・C_w・ΔT／（A・V_c・ρ_s）ただし、Q：モールド抜熱量(MJ/t)、q：モールド冷却水
量（m³/min）、ρ_w：水の比重(t/m³)、C_w：水の比熱(MJ
/t・℃)、ΔT：冷却水のモールド入側と出側の温度差
(℃)、A：モールド銅板の表面積(m²)、V_c：鋳造速度(m/
min)、ρ_s：鋼の比重(t/m³)

【００１１】なお、上記モールド抜熱量Qの制御を、少
なくともモールドパウダーの組成、モールド冷却水量
q、冷却水のモールド入側と出側の温度差ΔTおよび鋳造
速度Vcを調整することにより行なうことが好ましい。

【００１２】また、本発明は、C：0.07〜0.22mass%を含
有する中炭素鋼を鋳造速度2.0m/min以上の高速で連続鋳
造するに当たり、モールド下端部での凝固シェル厚み
を、12mm以上24mm未満に調整することを特徴とする中炭
素鋼の高速鋳造方法である。

【００１３】なお、上記凝固シェル厚みの制御を、少な
くともモールドパウダーの組成、モールド冷却水量q、
冷却水のモールド入側と出側の温度差ΔTおよび鋳造速
度Vcを調整することにより行なうことが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】連鋳スラブに発生する上述した縦
割れは、ほぼモールド幅方向の中央部に鋳造方向に沿っ
て筋状に発生するものである。前述したように、このス
ラブ縦割れは、鋳造速度（Vc）を上げることで、その発
生率は高くなる。図１に、従来型モールドパウダー（柱
状顆粒）を使用した場合の鋳造速度(Vc)と縦割れ発生率
の関係を示す。鋳造速度(Vc)＝1.94（m/min）以下で
は、連鋳スラブの縦割れ発生率は、10％以下であるが、
この速度がVc=2.04（m/min）になると、11.7％およびVc
=2.20（m/min）では、22.2％と、鋳造速度の増加に伴
い、連鋳スラブへの縦割れの発生率が急激に増加するこ
とがわかる。

【００１５】上述したように、とくに中炭素鋼の連続鋳
造において縦割れの発生頻度が高くなる理由は、鋳造速
度を上げた場合、溶鋼湯面（メニスカス）付近のモール
ド幅方向の温度分布が不均一となりやすくなるため、モ
ールド壁と鋳片間への溶融モールドパウダーの不均一流
入を招き、このことが凝固シェルの厚さの薄い部分にお
いて、復熱による強度の低下と応力の集中を招くためで
あると考えられる。

【００１６】発明者らは、上述した縦割れ起因について
鋭意研究を行なった。その結果、モールド抜熱量を好適
な範囲内に調整することができれば、凝固シェルを緩冷
却することができるようになり、ひいては凝固シェル厚
みの不足に基づく縦割れ、およびブレークアウトの発生
を効果的に防ぐことができるようになることを知見し
た。

【００１７】また、本発明においては、凝固シェル厚
み、とくにモールド出側でのシェル厚みを一定範囲内に
調整すれば、シェルの剛性を確保しつつ、緩冷却化を達
成できるため、縦割れおよびブレークアウトの発生を効
果的に防止できるようになることを知見した。

【００１８】すなわち、本発明においては、モールド冷
却水量や冷却水のモールド内への入・出部での温度差、
鋳造速度等から決まる下記（１）式で求められるモール
ド抜熱量Qを、4.0〜9.0MJ/tに調整することが必要であ
る。なお、より好ましくは、5.0〜7.0MJ/tの範囲内とす
る。この理由は、かかるモールド抜熱量が、4.0MJ/t未
満では、凝固シェルが十分に成長せず、凝固シェル厚み
の薄い部分が溶鋼静圧に耐えられずにブレークアウトを
招く可能性が高くなるためである。一方、モールド抜熱
量が、9.0MJ/tを超える場合、強冷却となるため不均一
凝固を招きやすく、スラブ縦割れの発生率が高くなり、
好ましくない。 Q＝q・ρ_w・C_w・ΔT／（A・V_c・ρ_s）・・・（１）ただし、Q：モールド抜熱量(MJ/t)、q：モールド冷却水
量（m³/min）、ρ_w：水の比重(t/m³)、C_w：水の比熱(MJ
/t・℃)、ΔT：冷却水のモールド入側と出側の温度差
(℃)、A：モールド銅板の表面積(m²)、V_c：鋳造速度(m/
min)、ρ_s：鋼の比重(t/m³)

【００１９】なお、モールド抜熱量は、適切な組成のモ
ールドパウダーを選定すると共に、モールド冷却水流量
やその冷却水のモールド内への入・出部における温度
差、鋳造速度等を変化させることにより調整することが
できる。とくに、モールドパウダー組成としての塩基度
(%CaO)／(%SiO₂)が、モールド抜熱量を決める上では重
要な要素となるが、本発明では、モールドパウダー組成
としての塩基度は1.20〜1.80の範囲内とし、より好まし
くは、1.3〜1.5とする。また、粘度は0.4〜2.0poise（a
t 1300℃）の範囲内とすることが好ましい。

【００２０】一般に、モールドパウダーの特性は、塩基
度が大きいと、低粘度・高凝固温度になり、塩基度が小
さいと、高粘度・低凝固温度を示す。従って、モールド
出側の凝固シェル厚みを上述した範囲内にするためにモ
ールド抜熱量を好適に制御するためには、初期凝固シェ
ルを緩冷却する必要があり、そのためには、高塩基度で
低粘度、高凝固温度を有するモールドパウダーを選定し
なければならない。このことから、上記の塩基度に制御
することが好ましいのである。

【００２１】また、本発明において、モールド抜熱量Q
を制御するためのモールド冷却水量qは、7.0〜8.0m³/mi
n程度、冷却水のモールド入側と出側の温度差（℃）
は、9.0〜14.0℃程度、鋳造速度は、2.0〜3.0m/min程度
にそれぞれ制御することが好ましい。

【００２２】なお、水の比重ρ_w、水の比熱C_wおよび鋼
の比重ρ_sは定数であり、モールド銅板の表面積は鋳造
幅により決まる。

【００２３】そして、上記モールド抜熱量を適正に制御
するだけでなく、上記目的を達成するために、本発明で
はさらに、モールド出側の凝固シェル厚みを、12mm〜24
mmの範囲にすることもまた有効となる。なお、より好ま
しくは、12〜20mmの範囲内とする。モールド出側の凝固
シェル厚みが12mm未満では、凝固シェルの剛性が溶鋼静
圧に耐えられず、ブレークアウトする可能性が高くなっ
てしまう。一方、凝固シェル厚みが24mmを超えるもので
は、モールド内の冷却が強すぎてスラブ縦割れが発生す
る可能性が高くなり、好ましくない。

【００２４】なお、モールド出側の凝固シェル厚みは、
モールド抜熱量の制御と同様に、そのモールド抜熱量Q
の他、モールドパウダーの特性（塩基度）、モールド冷
却水量q、モールド冷却水の入出側の温度差ΔT、鋳造速
度V_c、モールド水冷銅板の表面積Aあるいはモールド長
さ等の操作因子を制御することにより調整できる。従っ
て、選定したモールドパウダーの特性や運転条件等に基
づき、モールド出側シェル厚が好適な範囲内になるよう
に、上記の操作因子を適宜に調整することが好ましい。

【００２５】

【実施例】（実施例１） C：0.11mass％、Si：0.10mass%、Mn：0.78mass%、P：0.
018mass%、S：0.005mass%およびAl：0.022mass%の中炭
素鋼スラブを、厚み220mm、幅1300mmサイズの連鋳モー
ルドを用いて同サイズの連鋳スラブを連続鋳造した。モ
ールドパウダーとしては、塩基度(%CaO)／(%SiO₂)：1.3
0、粘度：0.5poise(at 1300℃)となるように調整したも
のを用いた。

【００２６】モールド冷却水量を7.3m³/minに調節し、
冷却水のモールド入側と出側の温度差を11.0℃に調整
し、上記（１）式によって求められるモールド抜熱量Q
を3〜12MJ/tの範囲で変動させ、その際の縦割れ発生率
およびブレークアウト発生率を調査した。なお、鋳造速
度は、1.5m/minと2.1m/minの２通りとした。その結果を
図２および３に示す。

【００２７】図２および図３に示すように、鋳造速度が
1.5m/minおよび2.1m/minのいずれの場合においても、モ
ールド抜熱量Qを4.0〜9.0MJ/tの範囲内に設定すれば縦
割れ、およびブレークアウトの発生することなく、安定
して鋳造することができた。

【００２８】（実施例２） C：0.11mass％、Si：0.10mass%、Mn：0.78mass%、P：0.
018mass%、S：0.005mass%およびAl：0.022mass%の中炭
素鋼スラブを、厚み220mm、幅1300mmサイズの連鋳モー
ルドを用いて同サイズの連鋳スラブを連続鋳造した。モ
ールドパウダーとしては、塩基度(%CaO)／(%SiO₂)：1.3
0、粘度：0.5poise(at 1300℃)となるように調整したも
のを用いた。

【００２９】モールド冷却水量を7.0m³/minに調節し、
モールド下端部の凝固シェル厚みを8〜36mmの範囲内で
変動させ、その際の縦割れ発生率およびブレークアウト
発生率を調査した。その結果を図４および５に示す。

【００３０】図４および図５の結果より、鋳造速度が1.
5m/minおよび2.1m/minのいずれの場合においても、モー
ルド下端部の凝固シェル厚みを12〜24mmの範囲内に調整
すれば、縦割れおよびブレークアウトを発生することな
く、連続鋳造できることが確認できた。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、モールド抜熱量ま
たは凝固シェル厚みを、本発明に従って制御し、中炭素
鋼スラブの高速鋳造した場合、とくにモールドパウダー
の組成や凝固シェルの冷却条件等を適切に調整すると、
凝固シェルの不均一成長を抑制し、鋳込速度2.0m/min以
上の条件においても、縦割れやブレークアウトを発生す
ることなく、高速鋳造を実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来型のモールドパウダーを使用した場合の
鋳造速度と縦割れ発生率を示したグラフである。

【図２】モールド抜熱量と縦割れ発生率を示したグラ
フである。

【図３】モールド抜熱量とブレークアウト発生率を示
したグラフである。

【図４】モールド下端部の凝固シェルの厚みと縦割れ
発生率を示したグラフである。

【図５】モールド下端部の凝固シェルの厚みとブレー
クアウト発生率を示したグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者南部征一郎岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内 (72)発明者奥田治志岡山県倉敷市水島川崎通１丁目（番地なし）川崎製鉄株式会社水島製鉄所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】 C：0.07〜0.22mass%を含有する中炭素鋼
を、鋳造速度2.0m/min以上の高速で連続鋳造するに当た
り、下記式で定義されるモールド抜熱量Qを4.0〜9.0MJ/
tに制御することを特徴とする中炭素鋼の高速鋳造方
法。 Q＝q・ρ_w・C_w・ΔT／（A・V_c・ρ_s）ただし、Q：モールド抜熱量(MJ/t)、q：モールド冷却水
量（m³/min）、ρ_w：水の比重(t/m³)、C_w：水の比熱(MJ
/t・℃)、ΔT：冷却水のモールド入側と出側の温度差
(℃)、A：モールド銅板の表面積(m²)、V_c：鋳造速度(m/
min)、ρ_s：鋼の比重(t/m³)
【請求項２】上記モールド抜熱量Qの制御を、少なく
ともモールドパウダーの組成、モールド冷却水量q、冷
却水のモールド入側と出側の温度差ΔTおよび鋳造速度V
cを調整することにより行なうことを特徴とする請求項
１に記載の中炭素鋼の高速鋳造方法。
【請求項３】 C：0.07〜0.22mass%を含有する中炭素鋼
を鋳造速度2.0m/min以上の高速で連続鋳造するに当た
り、モールド下端部での凝固シェル厚みを、12mm以上24
mm未満に調整することを特徴とする中炭素鋼の高速鋳造
方法。
【請求項４】上記凝固シェル厚みの制御を、少なくと
もモールドパウダーの組成、モールド冷却水量q、冷却
水のモールド入側と出側の温度差ΔTおよび鋳造速度Vc
を調整することにより行なうことを特徴とする請求項３
に記載の中炭素鋼の高速鋳造方法。