JP2009195951A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳型内溶鋼に電磁攪拌を施してスラブ表層の気泡性欠陥を防止する一方で、モールドフラックス巻き込みの防止を両立させる。
【解決手段】鋼の連続鋳造時に、鋳型内の溶鋼に水平方向の旋回流を形成するよう電磁攪拌を行う際、前記溶鋼の表面に、１３００℃における粘度が３poise以下で、常温での嵩密度が０．７g／cm³以上であるモールドフラックスを添加する。望ましくはモールドフラックスの塩基度（Ｔ．ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を１．０以上とする。
【効果】溶鋼に電磁攪拌を施した状態において、モールドフラックスの溶融速度を適正な状態に維持して鋳造の操業を安定させることができると共に、表面清浄性の良好な極低炭素鋼スラブを得ることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、表面の清浄性が高い鋳片を連続鋳造する方法に関するものである。

一般的な鋼の連続鋳造時における鋳型内の溶鋼流動を図２に模式的に示す。
２つの吐出孔１ａを有する浸漬ノズル１を用いて鋳型３内に供給された溶鋼２は、鋳型３の短辺面３ａに衝突した後、上昇流２ａと下降流２ｂに分岐する。このうち上昇流２ａは、短辺面３ａで反転し、鋳型内の溶鋼湯面（メニスカス）位置において、浸漬ノズル１へ向かう水平流となる。なお、図２中の４はモールドフラックスを示す。

ところで、自動車の外装材として、炭素含有率が０．０１質量％以下の極低炭素鋼を圧延した薄鋼板が一般的に使用されている。この薄鋼板を製造するための圧延素材であるスラブは、前記の溶鋼流動状態で連続鋳造されるが、このスラブの表層に気泡性欠陥が存在すると、熱間圧延および冷間圧延時に生じる疵の原因になる。従って、製造上あるいは外観上の問題として、気泡性欠陥に起因する疵を防止することが望まれる。

スラブ表層に発生する気泡性欠陥の原因としては、漬浸ノズル内に吹き込むＡｒガス、あるいは鋳型内の溶鋼上に供給されたモールドフラックスから生じるガス（ＣＯガスやフッ化物のガスなど）が挙げられる。

これらのガスによって鋳型内の溶鋼中で形成される気泡が、鋳型からの冷却によって凝固した鋼（以下、凝固殻という。）に捕捉されると、凝固が進行してもそのまま凝固殻中に残留し、最終的に得られるスラブ表層の欠陥となる。従って、スラブ表層に発生する気泡性欠陥を防止するには、鋳型内における凝固殻の気泡捕捉を防止する必要がある。

鋳型内における凝固殻の気泡の捕捉を防止する方法として、鋳型内の溶鋼に一定以上の流速を与え、捕捉されかけている気泡を凝固殻から洗い流す方法が、従来から考えられている。

例えば、非特許文献１では、漬浸ノズルの吐出孔形状を適正化して溶鋼の表面流速を２０〜３０cm／secの範囲にすることにより、気泡性欠陥を防止する技術が開示されている。
「材料とプロセス」第９巻（1996年）P606

また、特許文献１では、凝固殻の界面に発生するＣＯ気泡を「ぬぐう（洗浄する）」ために、溶鋼を電磁攪拌して、溶鋼表面流の速度および方向を一定にする装置が開示されている。
特許第３２１０８１１号公報

前記の洗浄効果は、気泡に対してだけでなく、精錬の段階で溶鋼中に生じた非金属介在物が凝固殻に捕捉される場合にも及ぶことが、非特許文献２に述べられている。
「材料とプロセス」第７巻（1994年）P1195

この洗浄効果を得るための溶鋼表面流速の適正な範囲は、電磁攪拌を施さない場合で２０〜３０cm／sec程度（非特許文献１）と考えられている。しかしながら、水平流が弱い場合に溶鋼流速を上昇させるべく、電磁攪拌を施す場合には、１０〜６０cm／sec（特許文献２）、１０〜１００cm／sec（特許文献３）というような大きな速度範囲に及ぶ。
特開平５−３２９５９４号公報 特公昭５８−５２４５６号公報

一方、鋼の連続鋳造では、凝固殻を引き抜く際の潤滑剤として、モールドフラックスが鋳型内へ供給される。このモールドフラックスは、室温では粉末あるいは顆粒の形態であるが、溶鋼からの熱供給を受けて溶融し、鋳型内壁に沿って凝固殻との間に流入する。従って、モールドフラックスは、鋳型内の溶鋼直上に溶融層、その上に粉末層を形成する。

このモールドフラックスは、鋳型内壁と凝固殻の間に流入する際には潤滑剤として機能する他、粉末層では溶鋼の保温、溶融層では溶鋼中の気泡や非金属介在物の吸収、などの機能も有している。

ここで、電磁攪拌によって鋳型内溶鋼の流動を促進すると、溶鋼上のモールドフラックスが粒滴となって溶鋼中に巻き込まれ、懸濁するという別の問題が生じやすくなる。この巻き込まれたモールドフラックスの粒滴は、凝固殻に捕捉されると、気泡の場合と同様に、非金属介在物としてスラブ表層の欠陥となる。

電磁攪拌を行った状態でモールドフラックスの巻き込みを抑制する手段としては、モールドフラックスの粘性を高める方法がある。１３００℃における粘度（以下、特に断りのない限り、粘度は１３００℃における値を指す）を４あるいは５poise以上に高めることが有効であるとされている（例えば特許文献４，５）。
特開２００３−１９５４５号公報 特開２００３−２６０５４８号公報

しかしながら、モールドフラックスの粘性を高めると、その粘性抵抗によって溶鋼表面に滞留している気泡は溶融層中へ浮上しにくくなり、凝固殻に捕捉される気泡は、むしろ増加する場合がある。

さらには、特に鋳造速度が２．０m／min程度、あるいはそれ以上となった場合（以下、高速鋳造と言う。）において、モールドフラックスの鋳型内壁に沿った流入量が減少する。これにより、潤滑性が損なわれる場合が生じる他、モールドフラックスの供給と流入とのバランスが損なわれ、溶融層が増大する。

溶融層が過剰に増大すると、非特許文献３に述べられている様に、溶鋼表面の鋳型内壁際に溶融層が固着して形成するリム（あるいはベア）が増大したり、「皮張り」と呼ばれる溶鋼表面の凝固が生じたりする。そして、これらが原因となって、スラブ表層の清浄性は結果的に悪化する。
「製鉄研究」第３２４号（1987年）P3

このように、従来の鋼の連続鋳造においては、鋳型内溶鋼を電磁攪拌することによってスラブ表層の気泡性欠陥を防止する上で、モールドフラックスの巻き込み防止を両立させることが課題として残っていた。

本発明が解決しようとする問題点は、従来の鋼の連続鋳造では、鋳型内の溶鋼に対して電磁攪拌を施すことにより、スラブ表層の気泡性欠陥を防止する一方で、モールドフラックス巻き込みの防止を両立させることが難しかったという点である。

鋳造速度の上昇と共に、鋳型内への溶鋼の供給速度は増大し、これに伴って、溶鋼の表面流速も増大する。鋳造速度が速い状態で鋳型内の溶鋼に電磁攪拌を施すと、その流動が一層速くなる。また、溶鋼の攪拌により、その表面温度も上昇する。

発明者等は、この状態において、モールドフラックスの巻き込みを防止するために、その粘性を高めるという融体物性の調整ではなく、モールドフラックスの溶融層の厚みを一定に保つことを試みた。

モールドフラックスの溶融層は、モールドフラックスの溶融と、この溶融層からの流出（鋳型内壁に沿った流入）とによってその厚みの均衡を保っている。

そこで、これら両者を適正に制御することにより、高速鋳造で電磁攪拌を施した状態において、鋳型内の溶融層の厚みを一定に保って、スラブ表層の清浄性向上を図った。その結果、モールドフラックスの粘性を特に高くしなくても、むしろ粘性を低くした方が、上記の作用により、スラブ表層の清浄性を向上させることができることを見出した。

本発明の鋼の連続鋳造方法は、以上の知見に基づいてなされたものであり、
鋳型内溶鋼に電磁攪拌を施してスラブ表層の気泡性欠陥を防止する一方で、モールドフラックス巻き込みの防止を両立させるために、
鋼の連続鋳造時に、鋳型内の溶鋼に水平方向の旋回流を形成するよう電磁攪拌を行う際、
前記溶鋼の表面に、粘度が３poise以下で、常温での嵩密度が０．７g／cm³以上であるモールドフラックスを添加することを最も主要な特徴としている。

電磁攪拌による大きな溶鋼表面流速が引き起こすモールドフラックスの巻き込みを防止する方法としては、前述のように、モールドフラックスの粘度を４〜５poise以上に高める方法が一般的である。

しかしながら、本発明では、モールドフラックスの粘度を、逆に３poise以下に低減して、鋳型内壁に沿った流入の促進を図っている。これにより、鋳型内の溶鋼に電磁攪拌を施した状態でも、溶融層の増大および溶鋼表面の皮張りを防止できるのと共に、モールドフラックスの巻き込みを防止して、スラブ表層の清浄性を向上させることが可能になる。

本発明において、モールドフラックスの粘度を３poise以下としているは、３poiseより高いと、モールドフラックスの鋳型内壁への流入量が減少して溶融層が増大する傾向になるからである。また、気泡が溶融層に離脱し難くなって、スラブ表層の気泡性欠陥の発生に繋がるからである。

しかしながら、モールドフラックスの粘度を３poise以下としただけでは、製造するスラブの表面品質にバラツキがでる。従って、本発明では、製造するスラブの表面品質のバラツキを抑制しつつ、モールドフラックスの溶融層を適正な厚みに維持するため、モールドフラックスの嵩密度を０．７g／cm³以上としている。

モールドフラックスの嵩密度が０．７g／cm³より低い場合は、モールドフラックス中の保温性が過剰になり、電磁攪拌を施した場合に溶融層が厚くなる傾向になるからである。更に望ましくは、０．８g／cm³以上である。

以上の本発明においては、モールドフラックスの溶融層の適正厚みは１０〜３０mmとなる。１０mm未満であると、スラブ表面に浸炭したり、未溶融のモールドフラックスが溶鋼中に巻き込まれて、欠陥となったりするからである。一方、３０mmを超えると、溶融層の厚みが安定しにくくなって徐々に増加する傾向になる。その場合、モールドフラックスの巻き込みが増加するからである。

ところで、モールドフラックスの塩基度（Ｔ．ＣａＯ質量％をＳｉＯ₂質量％で除した比。Ｔ．ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を高くすると、嵩密度が高くなる傾向にあるので、嵩密度を塩基度により調整することが比較的簡便に行えるようになる。また、モールドフラックスが塩基性になると、溶鋼表面、ひいてはスラブ表面の清浄性向上に効果的である。

このようなことから、本発明においては、添加するモールドフラックスの塩基度（Ｔ．ＣａＯ／ＳｉＯ₂）を１．０以上とすることが望ましい。

溶融層の増大が懸念される場合は、コークスやカーボンブラックなどの炭素材料を配合して溶融速度を調整するのが一般的である。この場合、モールドフラックスからの浸炭が問題となる極低炭素鋼の鋳造では、その配合濃度を２質量％程度以下に制限するのが通常であるが、電磁攪拌を施す場合は、この程度の炭素材料の配合濃度では、溶融速度の抑制が困難になる場合がある。

しかしながら、本発明方法の場合は、前記炭素材料を２質量％程度配合すれば、モールドフラックスからの浸炭が問題となる極低炭素鋼の鋳造の場合でも、溶融層の増大を抑止することが可能になる。

このようなことから、以上の本発明の鋼の連続鋳造方法は、清浄性の向上に対する要求の高い炭素含有率が０．０１質量％以下の溶鋼を鋳造するのに適している。

本発明によれば、連続鋳造鋳型内の溶鋼に対して電磁攪拌を施した状態において、モールドフラックスの溶融速度を適正な状態に維持して鋳造の操業を安定させることができるのと共に、表面清浄性の良好な極低炭素鋼スラブを得ることができる。

以下、本発明方法における各種の形態例と、最良の形態例について、図１を用いて説明する。

垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機を用いて、下記表１に示す組成の極低炭素鋼の鋳造を実施した。スラブのサイズは幅が１１００mm、厚みが２７０mmであり、鋳造速度は１．６〜２．０m／min、溶鋼過熱度は２０〜２５℃とした。鋳造中、コイル上端を鋳型上端から１５０mm下方の位置に設置して、鋳型内の溶鋼の表面流を水平方向に旋回させるように電磁攪拌を施した。

電磁攪拌のために鋳型に設置したコイルの見取り図を図１に示す。
図１中の５は鋳型３の両長辺面３ｂにそれぞれ２つずつ配置されたコイルである。これらの各コイル５は、それぞれ２個のティース部５ａを含み、各ティース部５ａに内側巻き線５ｂを施した。更に、２個のティース部５ａをまとめるように、外側巻き線５ｃを施した。なお、図１中の５ｄはコアであり、その上端はメニスカスと同じ高さに設定されている。６は鋳型３の外側のバックアッププレートを示す。

電磁攪拌は、各巻き線５ｂ，５ｃの巻き数を９０としたコイル５に、５００Ａの電流を印加して実施した。電流の周波数は４Hzであり、内側巻き線５ｂの２つと、外側巻き線５ｃとを合わせた３相の間で、電流の位相を１２０°宛相違させた。

変化させた鋳造条件の一覧を下記表２に示す。上記の条件を一定させた状態で、モールドフラックスの塩基度、嵩密度、粘度、鋳造速度および電磁攪拌の有無を変化させた。

鋳造の結果を下記表３に示す。

発明例１〜６の場合、鋳造中の鋳型内において、モールドフラックスの溶融層の厚みは１２〜２２mmの範囲内で安定し、溶鋼の表面凝固（皮張り）は発生しなかった。その結果、スラブの表面品質はいずれも気泡や介在物のない良好な状態であった。

一方、比較例１では、添加したモールドフラックスの嵩密度が０．５２g／cm³と低いので、溶融層の厚みが３５mmと、本発明例の場合よりも増大した。特に鋳造の終盤に溶融層の厚みが増大する傾向にあり、溶融層の厚みの増大とともに、スラブ表層の介在物性欠陥が発生した。

比較例２では、添加したモールドフラックスの粘度が８．０poiseと高いので、溶融層の厚みが３５mmと、本発明例の場合よりも増大した。粘度が高いことも手伝って、介在物性および気泡性の欠陥が発生した。

比較例３では、鋳造速度が１．６m／minと比較的低い状態で電磁攪拌を施さなかったために皮張りが発生し、気泡性欠陥が多発した。
比較例４では、鋳造速度が２．０m／minと比較的高い状態で電磁攪拌を施さなかったために、溶鋼表面流が乱れて介在物性欠陥が発生した。

本発明は上記した例に限らないことは勿論であり、各請求項に記載の技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

以上の本発明は、清浄性の向上に対する要求の高い極低炭素鋼の連続鋳造に適していることは勿論であるが、それ以外の低炭素鋼、中炭素鋼、高炭素鋼を連続鋳造する際にも有効である。

本発明方法で使用する電磁攪拌のために鋳型へ設置するコイルであり、（ａ）は水平断面図、（ｂ）は垂直断面図である。 鋼の連続鋳造における鋳型内溶鋼の一般的な流動状態を模式的に示した縦断面図である。

符号の説明

１ 浸漬ノズル
１ａ 吐出孔
２ 溶鋼
２ａ 上昇流
２ｂ 下降流
３ 鋳型
３ａ 短辺面
３ｂ 長辺面
４ モールドフラックス
５ コイル
５ａ ティース部
５ｂ 内側巻き線
５ｃ 外側巻き線
５ｄ コア

Claims (3)

1. 鋼の連続鋳造時に、鋳型内の溶鋼に水平方向の旋回流を形成するよう電磁攪拌を行う際、
   前記溶鋼の表面に、１３００℃における粘度が３poise以下で、常温での嵩密度が０．７g／cm³以上であるモールドフラックスを添加することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
2. 前記モールドフラックスは、さらに、Ｔ．ＣａＯ質量％をＳｉＯ₂質量％で除した比である塩基度（Ｔ．ＣａＯ／ＳｉＯ₂）が１．０以上であることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
3. 前記溶鋼の炭素含有率が０．０１質量％以下であることを特徴とする請求項１または２に記載の鋼の連続鋳造方法。

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