JP2014083575A

JP2014083575A - 連続鋳造鋳型内へのモールドフラックスの添加方法

Info

Publication number: JP2014083575A
Application number: JP2012235962A
Authority: JP
Inventors: Koji Miyake; 孝司三宅
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-10-25
Filing date: 2012-10-25
Publication date: 2014-05-12
Anticipated expiration: 2032-10-25
Also published as: JP5847686B2

Abstract

【課題】モールドフラックスによる欠陥の発生を防止する。
【解決手段】嵩比重が１．２ｇ／ｃｍ^３以下のモールドフラックスを鋳型２内へ添加する。ここで、鋳型２内の未溶融層２２厚みが２０ｍｍ以上となり、溶融層２３厚みが１０ｍｍ以上となった状態でモールドフラックスを添加する際に、モールドフラックスを自由落下させる落下開始位置から未溶融層までの落下距離（添加高さ）Ｈを２５０ｍｍ以下とする。また、モールドフラックス添加時のフラックス落下領域面積Ａを０．００２５ｍ^２以上とし、落下領域におけるモールドフラックスの供給速度Ｑを１７６０ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)以下とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、連続鋳造時に、鋳型内にモールドフラックスを添加する方法に関する。

連続鋳造では、一般的に、鋳型内にフラックスが添加され、鋳型内の溶鋼上にフラックスの層（溶融層と未溶融層）が形成された状態で鋳造が行われる。上記フラックスの層により、溶鋼浴面の再酸化及び溶鋼浴面からの放熱を防止できるとともに、溶鋼中を浮上する介在物を捕捉することができる。また、溶融したフラックスが鋳片と鋳型の間に流入することで、鋳片の引き抜きを良好に行うことができるとともに、鋳造初期における鋳片の急冷を防止できる。しかし、フラックスが鋳片に混入し、これが鋳片に残存すると、表面欠陥として製品に残る。そこで、従来から、フラックスの添加方法やフラックスの物性を改善した方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、フラックスの添加方法を改善した方法として、鋳型内全面にフラックスが散布されるように、フラックスの投入軌跡を複数回変更させる方法が開示されている。また、特許文献２では、フラックスを添加する時に供給ノズルを振動させることにより、溶鋼上のフラックスの厚みを均一な厚みにしている。

また、特許文献３では、フラックスの物性を改善した方法として、一度溶融させたモールドパウダーを粉砕し、得られた粉砕物に超微粒炭素材料を混合したパウダー（フラックス）を用いている。

さらに、特許文献４では、鋳型内の溶融モールドフラックス層の厚みや未溶融モールドフラックス層の厚みを、鋳片又は製品の欠陥発生率が所定の値以下となるように調整している。

特開平１１−２３９８５６号公報特開昭６３−１２３５５５号公報特開平１０−１１３７５４号公報特開２０１０−９９６９７号公報

上記特許文献１〜４に開示された方法でフラックスを添加すると、フラックスに起因する欠陥を概ね解決することができる。しかし、完全に解決することはできず、鋳片表面に欠陥が発生する場合がある。そのため、特許文献１〜４に開示された方法では、製品に欠陥が生じ、品質低下を招く。

そこで、本発明の目的は、製品の品質を向上させることができるフラックスの添加方法を提供する。

上記問題を解決するため、本発明者は、従来の方法（特許文献１〜４等）で欠陥が生じる原因を鋭意研究したところ、フラックスが適正な方法で添加されてないことが原因であることがわかった。

具体的には、溶鋼上にフラックスの層（溶融層と未溶融層）が形成された状態で、適正な方法でフラックスが添加されると、フラックスは鋳型内で温度上昇することにより、一部が脱炭することで焼結し、その後、溶融する。ここで、上記脱炭及び焼結は未溶融層で起こり、その後、溶融することによりフラックスは滴下して溶融層となる。このように、フラックスが適正な方法で添加されると、「脱炭、焼結、溶融及び滴下のプロセス」を経る。

しかし、多量のフラックスが鋳型内へ突然添加される等、フラックスが不適正な方法で添加されると、添加時に溶融層の浴面が乱れたり、添加された未溶融フラックスの動力により、鋳型内の未溶融フラックス（未溶融層の一部）が溶融層へ潜りこむ等してフラックスの適切な溶融が妨げられたりする。ここで、フラックスの適切な溶融が妨げられるとは、鋳型内の未溶融フラックスが、上記「脱炭、焼結、溶融及び滴下のプロセス」を経ることなく、溶融層へ潜り込むことにより、表面部分だけが溶融して焼結する（過焼結）状態を指す。これにより、内部が未溶融状態となった焼結物（塊）が生成する。

このような焼結物は、凝固途中の溶融フラックス(スラグリム）に付着することにより、内部が未溶融状態の巨大なスラグベアとなる。スラグベアは、溶融フラックスが鋳片と鋳型との間に流入するのを阻害する結果、縦割れを引き起こす。また、大きな湯面変動が発生した場合や溶鋼の表面流速が大きい場合には、スラグベアが鋳片に取り込まれ、表面欠陥を生じさせる（ノロカミ）。そして、ノロカミの程度によっては、ノロカミ部の鋳片発達不全に起因するブレイクアウトを引き起こす。

このように、従来の方法（特許文献１〜４等）では、フラックスが不適正な方法で添加されることが原因で過焼結が起こる結果、フラックスに起因する欠陥が生じていた。そこで、本発明者は、添加時におけるフラックスの過焼結を防止するため、モールドフラックスの諸物性に応じた、フラックスの適正な添加方法を考案した。

ここで、フラックスを適正に添加するためには、添加高さ、落下領域面積、及び落下領域における供給速度の３つの要件が大きく影響することがわかった。本発明では、上記３つの要件を考慮した適切な添加方法を見出し、この方法でフラックスを添加することにより過焼結を防止できる知見を得た。

具体的には、モールドフラックスを鋳型内へ添加しながら、鋼を連続鋳造するにあたり、添加前のモールドフラックスの嵩比重を１．２[ｇ／ｃｍ^３]以下とし、鋳型内溶鋼浴面の溶融モールドフラックス厚みを１０[ｍｍ]以上とし、前記溶融モールドフラックス上の未溶融層（未溶融モールドフラックスの層）の厚みを２０[ｍｍ]以上とする。そして、モールドフラックスを自由落下させる落下開始位置と未溶融層（上面）までの落下距離（添加高さ）を２５０[ｍｍ]以下とする。また、モールドフラックス添加時のフラックス落下領域面積を０．００２５[ｍ^２]以上とし、落下領域におけるモールドフラックスの供給速度を１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]以下としながら鋳型内へモールドフラックスを添加する。ここで、「落下領域面積」とは、未溶融層（上面）におけるフラックスが落下した領域の面積であり、「供給速度」とは、未溶融層（上面）のフラックス落下領域における供給速度である。

このように、本発明では、所定値以下の嵩比重のモールドフラックスを用いるとともに、鋳型内に所定の厚みのモールドフラックス層（溶融層及び未溶融層）が形成された状態で、添加高さ、落下領域面積、及び落下領域における供給速度の３つの要件を考慮した適正な方法でモールドフラックスを添加する。これにより、添加時における溶融層浴面の乱れや添加フラックスの動力による影響を抑止できるため、未溶融モールドフラックス（未溶融層の一部）が溶融層に潜り込んで過焼結することを防止できる。よって、モールドフラックスに起因する欠陥の発生を防止できるので、製品の品質を向上させることができる。

なお、特許文献１〜４では、本発明者が解明した原因について解明されておらず、それ故に、これを防止できる適正な添加方法、つまり、モールドフラックスの添加高さ、落下領域面積、及び落下領域における供給速度の３つ要件を全て考慮した添加方法が見出されていない。そのため、特許文献１〜４では、フラックス添加時に過焼結が起こった結果、フラックスに起因する欠陥が生じた。

本発明によると、モールドフラックスの添加高さ、落下領域面積、及び落下領域における供給速度の３つの要件を考慮した適正な方法で、所定の嵩比重のモールドフラックスを添加することにより、添加時における未溶融フラックスの過焼結を防止できる。これにより、フラックスに起因する欠陥の発生を防止できるので、製品の品質を向上させることができる。

連続鋳造機の鋳型上部周辺を示す概略断面図である。鋳型内部を示す概略斜視図である。フィーダーの動作例を示す平面図であり、図１のIII-III線に沿った図である。モールドフラックスの供給速度Ｑと時間ｔとの関係を示す図である。実施例の実験条件を示す図であり、溶融層厚み及び未溶融層厚みの測定位置を示す鋳型の平面図である。実施例の実験条件を示す図であり、溶融層厚み及び未溶融層厚みの測定方法の例を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

ここでは、本発明の一実施形態であるモールドフラックスの添加方法（フィーダーを用いて添加した場合）について、図１〜図４を参照しつつ以下に説明する。

〔連続鋳造機〕
連続鋳造機１００は、図１，２に示すように、タンディッシュの底部に取り付けられた浸漬ノズル１と、浸漬ノズル１の下部が配置された鋳型２とを備えている。鋳型２内には浸漬ノズル１から溶鋼２１が供給される。また、溶鋼２１上には、モールドフラックの未溶融層２２及び溶融層２３が上から順に形成されている。そして、本実施形態では、鋳型２の上方に、モールドフラックスを添加するフィーダー３が配置されている。

浸漬ノズル１は、２孔式のノズルであり、下部に一対の対向する吐出孔１１，１２が形成されている。そして、吐出孔１１，１２が鋳型２の短辺壁に対向するように、鋳型２内に浸漬ノズル１の下部が配置されている（図２，３参照）。

また、鋳型２の外側には鋳型内電磁撹拌装置が配置されている。これを作動させることにより、鋳型２内の溶鋼２１を流動させることができる。鋳型内電磁撹拌装置は、鋼種や鋳造条件に応じて、作動させたり、停止させたりする。

鋳型２の上方に配置されたフィーダー３は、モールドフラックスが貯留されたホッパー等に接続されている。ホッパー内のモールドフラックスは、圧送乃至スクリュー等による機械的な方法でフィーダー３へ押し出され、鋳型２内に添加される。

ここで、図３には、本実施形態でのフィーダー３による、フラックス供給の形態を示している。本図では、鋳型２の左上隅部の上方から鋳型内壁に沿って時計回りにモールドフラックを連続的に散布する場合の形態を示している（図３に示す矢印参照）。なお、フィーダー３の軌道については、フラックスの散布状況を鑑みながら随時変更しても良いし、予め設定した軌道に沿うようにプログラミングしても良く、当事者が任意に選択可能である。また、フィーダー３の移動速度や速度変化も当事者が任意に選択可能である。更に、フィーダーからのモールドフラックスの切り出し速度（吹出速度）についても、連続切り出し、完結切り出しを含めて任意に選択可能である。

モールドフラックスの添加は鋳造開始と略同時に開始され、その後は連続的にモールドフラックスを添加する。添加されたモールドフラックスは、鋳型２内に全面的に広がって未溶融層２２となり、その後、溶融して溶融層２３となる。

そして、鋳造開始後、鋳造速度を増加させ、定常状態に達すると、図１，２に示すように、鋳型２内の未溶融層２２の厚みＴ_ｕが２０[ｍｍ]以上となり、溶融層２３の厚みＴ_ｍが１０[ｍｍ]以上となった状態で、モールドフラックスの添加高さＨ、落下領域面積Ａ及び落下領域における供給速度Ｑが下記範囲となるように添加する。ここで、「定常状態」とは、鋳造速度が所定の目標速度にまで達した状態、又は、鋳造速度が所定の目標速度にまで達していなくても一定の速度となった状態である。

なお、未溶融層２２の厚みＴ_ｕ及び溶融層２３の厚みＴ_ｍは、以下の理由から、Ｔ_ｕ≧２０[ｍｍ]、Ｔ_ｍ≧１０[ｍｍ]としている。
（未溶融層厚み）
２０[ｍｍ]以上の厚みの未溶融層２２は、モールドフラックスを添加したときの緩衝材となる。そのため、添加時にモールドフラックスが溶融層２３に潜りこむことを抑止できる。一方、未溶融層２２の厚みＴ_ｕが２０[ｍｍ]未満の場合は、添加時に溶融層２３の浴面が大きく乱れたり、添加されたモールドフラックスの動力により未溶融フラックス（未溶融層２２の一部）が溶融層２３に潜りこんだりしやすい。これにより、内部が未溶融の状態となった焼結物が生成する結果、鋳片表面に欠陥が生じる。そこで、未溶融層２２の厚みＴ_ｕを２０[ｍｍ]以上とする。なお、未溶融層２２の厚みＴ_ｕとは、図１に示すように、未溶融層２２の上端から溶融層２３の上端までの鉛直方向距離を示す。

（溶融層厚み）
溶融層２３の厚みＴ_ｍが１０[ｍｍ]未満と薄い場合は、溶鋼２１の熱により溶融層２３が高温となる。このような溶融層２３に、未溶融のモールドフラックスが巻き込まれると、内部が未溶融状態となった焼結物が生成することにより、鋳片に表面欠陥が生じる。そこで、溶融層２３の厚みＴ_ｍを１０[ｍｍ]以上とする。なお、溶融層２３の厚みＴ_ｍとは、図１に示すように、溶融層２３の上端 (未溶融層２２の下端）から溶鋼２１浴面までの鉛直方向距離を示す。

（添加高さＨ）
モールドフラックスの「添加高さＨ」とは、モールドフラックスを自由落下させる落下開始位置から未溶融層２２までのモールドフラックスの落下距離である。本実施形態のように、フィーダー３を用いてモールドフラックスを添加する場合、「添加高さＨ」は、図１，２に示すように、フィーダー３の先端から未溶融層２２の上面までの鉛直方向距離を示す。

モールドフラックスの添加高さＨが２５０[ｍｍ]を超える場合は、高位置からフラックスが添加されるため、添加時に溶融層２３の浴面が大きく乱れたり、添加されたモールドフラックスの動力により未溶融層フラックス（未溶融層２２の一部）が溶融層２３に潜りこんだりしやすい。これにより、内部が未溶融状態の焼結物が生成するため、鋳片表面に欠陥が生じる。そこで、添加高さＨを２５０[ｍｍ]以下とする。なお、添加高さＨが低すぎると、添加位置と未溶融層２２との距離が非常に短くなるため、モールドフラックスが鋳型２内の全面に広がりにくい。そこで、添加高さＨを４０[ｍｍ]以上とすることが好ましいが、添加高さＨの下限値はこれに限定されない。

（落下領域面積Ａ）
モールドフラックスの「落下領域面積Ａ」とは、図２に示すように、未溶融層２２浴面（上面）における、モールドフラックスの落下領域面積である（図２，３の「落下領域面積Ａ」参照）。落下領域面積Ａが０．００２５[ｍ^２]未満と小さい場合は、モールドフラックスが鋳型２内に全面的に広がりにくいため、フィーダー３からのモールドフラックスの吐出速度を上昇させる必要がある。しかし、吐出速度が速すぎると、添加時に溶融層２３の浴面が大きく乱れたり、添加されたモールドフラックスの動力により未溶融フラックス（未溶融層２２の一部）が溶融層２３に潜りこんだりしやすい。これにより、内部が未溶融状態の焼結物が生成する。そこで、落下領域面積を０．００２５[ｍ^２]以上とする。ここで、鋳型２内の各位置で落下領域面積が異なる場合は、それらの落下領域面積のうち最小の落下領域面積が０．００２５[ｍ^２]以上となるようにする。

本実施形態のように、フィーダー３を用いてモールドフラックスを添加する場合、１)フィーダー３から吐出されるモールドフラックスの吐出速度を一定にし、且つ、２)添加高さＨを一定にした場合、図３，４に示すように、落下領域面積Ａ（最大落下領域面積Ａ_ｘ，Ａ_ｙ，Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３・・・）が全て同じ面積となる。そして、本実施形態では、鋳造区間（定常状態）における最小の落下領域面積Ａ（Ａ_ｘ，Ａ_ｙ，Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３・・・）が０．００２５[ｍ^２]以上となっている。

なお、図３には、モールドパウダーの落下領域面積として、Ａ,Ａ_ｘ,Ａ_ｙだけを模式的に図示し、図４には、モールドパウダーの落下領域面積として、Ａ_１,Ａ_２,Ａ_３・・・Ａ_１０だけを模式的に図示しているが、本実施形態では、フィーダー３の移動中、モールドフラックスを連続的に添加しているので（連続移動式散布）、図３，４に示す落下領域面積Ａ,Ａ_ｘ,Ａ_ｙ，Ａ_１,Ａ_２,Ａ_３・・・,Ａ_１０だけに限られない。ここで、上記落下領域面積Ａ_１,Ａ_２,Ａ_３・・・は下記面積を示している（図４参照）。
・落下領域面積Ａ_１：ｔ＝ｔ_１ [ｓ]に添加したモールドフラックスの落下領域面積
・落下領域面積Ａ_２：ｔ＝ｔ_２[ｓ]に添加したモールドフラックスの落下領域面積
・落下領域面積Ａ_３：ｔ＝ｔ_３[ｓ]に添加したモールドフラックスの落下領域面積
・落下領域面積Ａ_４,Ａ_５・・・：ｔ＝ｔ_４,ｔ_５・・・[ｓ]に添加したモールドフラックスの落下領域面積

（供給速度Ｑ）
モールドフラックスの「供給速度Ｑ」とは、未溶融層２２上（未溶融層２２上面）の落下領域に供給されるモールドフラックスの供給速度であり、例えば、下記式によって求めることができる。
モールドフラックスを、所定時間、連続して添加した場合、
供給速度Ｑ[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]＝Ｑ_average[ｋｇ／ｍｉｎ.]／Ａ_total[ｍ^２]
・・・（１）
ここで、「Ｑ_average」は、所定時間における、単位時間当たりのモールドフラックスの平均供給量であり、「Ａ_total」は、所定時間における総落下領域面積である。そして、「所定時間」とは、例えば５秒であり、モールドフラックスの添加を意図的に停止しているときを含まない。

供給速度Ｑが１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]を超える場合、供給速度Ｑが速すぎるため、添加時に溶融層２３の浴面が大きく乱れたり、添加されたモールドフラックスの動力により未溶融フラックス（未溶融層２２の一部）が溶融層２３に潜りこんだりしやすい。これにより、内部が未溶融状態の焼結物が生成する。そこで、供給速度Ｑを１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]以下とする。なお、添加されたモールドフラックスは、鋳型２内で未溶融層２２となり、その後、溶融して溶融層２３となる。そのため、モールドフラックスの供給速度Ｑが小さいと、未溶融層２２を十分な厚みに維持できない。未溶融層２２の厚みが薄くなると、未溶融層２２が添加時の緩衝材として機能しないため、供給速度Ｑを１．０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]以上とすることが好ましいが、供給速度Ｑの下限値はこれに限定されない。

ここで、図４を参照しつつ、本実施形態の供給速度Ｑの一例を説明する。

図４には、供給速度Ｑと時間との関係（一例）を示している。本例は、１)フィーダー３から吐出されるモールドフラックスの吐出速度を一定とし、２)添加高さＨを一定とし、３)フィーダー３の移動速度を一定とし、且つ４）落下領域面積Ａを一定とした例である。図４（ａ）には、落下領域面積Ａ_４及び落下領域面積Ａ_９の供給速度Ｑを示している。また、図４（ｂ）には、落下領域面積Ａ_１,Ａ_２,Ａ_３・・・Ａ_１０の供給速度Ｑを示している。

<落下領域面積Ａ_４>
図４（ａ）に示すように、落下領域面積Ａ_４には、ｔ＝ｔ_ａ[ｓ]〜ｔ_ｂ[ｓ]間の添加により、モールドフラックスが供給される（ｔ_ａ＜ｔ_４＜ｔ_ｂ）。供給速度Ｑは、ｔ＝ｔ_ａ[ｓ]からｔ_４[ｓ]まで漸増し、ｔ＝ｔ_４[ｓ]で最大となった後、漸減し、ｔ＝ｔ_ｂ[ｓ]でＱ＝０となる。ここで、ｔ＝ｔ_４[ｓ]での落下領域面積はＡ_４であり、ｔ＝ｔ_４[ｓ]の供給速度Ｑは１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]である（図４（ｂ）のＱ_ｍａｘ＝１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]参照）。なお、ｔ＝０[ｓ]〜ｔ_ａ[ｓ]間，ｔ_ｂ[ｓ]〜ｔ_ｄ[ｓ]間には、落下領域面積Ａ_４にモールドフラックスが添加されないため（供給速度＝０）、この間の供給速度は上記供給速度Ｑを算出するために用いられない。

<落下領域面積Ａ_９>
落下領域面積Ａ_９には、ｔ＝ｔ_ｃ[ｓ]〜ｔ_ｄ[ｓ]間の添加により、モールドフラックスが供給される（ｔ_ｃ＜ｔ_９＜ｔ_ｄ）。供給速度Ｑは、ｔ＝ｔ_ｃ[ｓ]からｔ_９[ｓ]まで漸増し、ｔ＝ｔ_９[ｓ]で最大となった後、漸減し、ｔ＝ｔ_ｄ[ｓ]でＱ＝０となる。ここで、ｔ＝ｔ_９[ｓ]での落下領域面積はＡ_９であり、ｔ＝ｔ_９[ｓ]の供給速度Ｑは１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]である（図４（ｂ）のＱ_ｍａｘ＝１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]参照）。なお、ｔ＝０[ｓ]〜ｔ_ｃ[ｓ]間には、落下領域面積Ａ_４にモールドフラックスが添加されないため（供給速度＝０）、この間の供給速度は上記供給速度Ｑを算出するために用いられない。

このように、本例の条件（吐出速度が一定、添加高さＨが一定、フィーダー３の移動速度が一定、且つ落下領域面積Ａが一定の条件）では、図３及び図４に示すように、フィーダー３の移動に伴って落下領域面積Ａ（Ａ_ｘ，Ａ_ｙ，Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３・・・）の位置が移動するが、各落下領域面積Ａに供給される供給量は同じ量であり、落下領域面積がＡ（Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３・・・）となるとき（ｔ＝ｔ_１，ｔ_２，ｔ_３・・・）の供給速度Ｑは全て同じ速度（図４（ｂ）の「Ｑ_ｍａｘ」）である。そして、本例では、Ｑ_ｍａｘ＝１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]であり、全ての落下領域でＱ≦１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]）となっている。

このように、鋳造が定常状態に達し、鋳型２内の未溶融層２２の厚みＴ_ｕが２０[ｍｍ]以上となり、溶融層２３の厚みＴ_ｍが１０[ｍｍ]以上となると、モールドフラックスの添加高さＨを２５０[ｍｍ]以内とし、落下領域面積Ａを０．００２５[ｍ^２]以上とし、且つ、落下領域における供給速度Ｑを１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]以下として添加する。そして、このような添加高さＨ、落下領域面積Ａ及び供給速度Ｑでモールドフラックス添加すると、鋳型２内の未溶融層２２の厚みＴ_ｕは２０[ｍｍ]以上となり、溶融層２３の厚みＴ_ｍは１０[ｍｍ]以上となる。

また、本実施形態では、嵩比重が１．２[ｇ／ｃｍ^３]以下であるモールドフラックス（添加前の未溶融のもの）を用いている。嵩比重が１．２[ｇ／ｃｍ^３]を超えるモールドフラックスでは、添加単位体積あたりの落下エネルギーが大きいため、添加時に溶融層２３の浴面が大きく乱れたり、添加されたモールドフラックスの動力により未溶融フラックス（未溶融層２２の一部）が溶融層２３に潜りこんだりしやすい。これにより、内部が未溶融状態の焼結物が生成する。焼結物内部では、未溶融フラックス中のＣが酸化することによりＣＯ_２が発生するため、焼結物が大きくなる。そして、大きくなった焼結物が溶融フラックス(スラグリム）に付着することにより、鋳片の縦割れ、ノロカミ及び鋳造中のブレイクアウトを引き起こす結果、製品に表面欠陥が生じる。そこで、モールドフラックス（添加前の未溶融のもの）の嵩比重を１．２[ｇ／ｃｍ^３]以下とする。

なお、モールドフラックスの嵩比重は、使用原料、原料の配合率及び造粒形態によって調整することができる。例えば、使用原料や原料の配合率を調整する場合、二酸化ケイ素（ＳｉＯ_２）原料を変更する、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）原料を変更する、膨張性黒鉛を使用する等によって調整することができる。また、造粒形態によって調整する場合、粒形状を変更する、バインダー種類を変更する、造粒時のスラリー中の水分濃度の調整する等によって調整可能である。

以上のように、本実施形態では、嵩比重が１．２[ｇ／ｃｍ^３]以下であるモールドフラックスを用いるとともに、鋳型２内に所定の厚みのモールドフラックス層（未溶融層２２及び溶融層２３）が形成された状態で、添加高さＨ、落下領域面積Ａ、及び供給速度Ｑの３つの要件を考慮した適正な方法でモールドフラックスを添加する。これにより、添加時における溶融層２３浴面の乱れや添加フラックスの動力による影響を抑止できるので、未溶融モールドフラックス（未溶融層２２の一部）が溶融層２３に潜り込むこと、さらには、これによって生じるフラックスの過焼結を防止できる。よって、過焼結が原因で起こっていた、モールドフラックスに起因する欠陥の発生（鋳片縦割れ、ノロカミ及びブレイクアウト）を防止できるので、製品の品質を向上させることができる。

また、鋳片縦割れ及びノロカミの発生を抑止できることで、鋳造後のスカーフィングやグラインダによる研削処理を省略できるため、作業費の軽減及び歩留まり向上を図ることができる。また、ＨＣＲ操業が可能になるため、納期短縮・加熱炉原単位の減少が図れる。さらに、鋳片縦割れやノロカミに起因するブレイクアウトが発生すると、操業を停止することによって、復旧に伴う長時間休止が発生し、設備復旧費も発生するが、ブレイクアウトの発生を防止できるため、製造機械の損失と設備復旧費の発生を防止できる。

ここで、鋳造条件及び連続鋳造機の構成の一例を下記に示す。なお、鋳造条件及び連続鋳造機の構成は下記に示す条件及び構成に限られず、変更可能である。また、本実施形態ではフィーダー３を鋳型２の上方に配置しているが、モールドフラックスの添加はフィーダー３を用いることなく、他の方法で添加してもよい。そのため、フィーダー３が鋳型２の上方に配置されていなくてもよい。
・鋼成分
炭素含有量[Ｃ]：０．００１５[ｍａｓｓ％]以上１．００[ｍａｓｓ％]以下
・比水量
０．１５[ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌ]以上２．０[ｌ／ｋｇ−ｓｔｅｅｌ]以下
・鋳造速度（定常状態）
<スラブ> ０．７[ｍ／ｍｉｎ.]以上２．４[ｍ／ｍｉｎ.]以下
<ブルーム>０．５[ｍ／ｍｉｎ.]以上０．９[ｍ／ｍｉｎ.]以下
・鋳型の上端の開口（内寸）
<スラブ>
（短辺）２４０[ｍｍ]×（長辺）８００[ｍｍ]〜１８００[ｍｍ]
（短辺）２８０[ｍｍ]×（長辺）２１００[ｍｍ]
<ブルーム>
（短辺）３８０[ｍｍ]×（長辺）６００[ｍｍ]
・浸漬ノズル
内径ｒ：６０[ｍｍ]以上９０[ｍｍ]（図１参照）
（但し、内径ｒは、吐出孔１１，１２が形成されていない部分の内径である。）
吐出孔１１，１２の傾斜角度θ：１０°≦θ≦４５°（図１参照）
（水平方向に対し１０°以上４５°以下、下方向に傾いて形成）

なお、鋳造速度が遅すぎると、１)鋳型２内の溶鋼２１浴面が凝固する、２)前記１）によりモールドフラックスの健全な溶融が妨げられ、鋳片と鋳型との間に流入する溶融モールドフラックスが不足することにより、焼き付きや鋳片縦割れが生じやすくなる等の問題が生じる。一方、鋳造速度が速すぎると、鋳型２内の溶鋼２１の浴面が乱れることで（モールドフラックスの添加方法に依存しない乱れ）、溶融層２３の厚みが局所的に薄くなる。その結果、１)モールドフラックスを添加した時に過焼結が生じやすく、２)溶融モールドフラックスの鋳片−鋳型間への流入不足が局所的に起こることにより、焼き付きや鋳片縦割れが生じやすい等の問題が生じる。そこで、鋳造速度を上記のような通常の速度とすることが好ましい。

また、上述した実施形態では、図３，４に示すように、落下領域面積Ａ_ｘ，Ａ_ｙ，Ａ_１，Ａ_２，Ａ_３・・・が全て同じ面積であるが、各落下領域面積が異なっていてもよい。例えば、フィーダー３の移動中に、１)フィーダー３から吐出される吐出速度を変える、２)添加高さＨを変える等によって、各落下領域面積Ａを異なる面積にすることができる。

さらに、上述した実施形態では、図４に示すように、全ての落下領域での最大供給速度Ｑ_ｍａｘが１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]である場合を例示したが、最大供給速度Ｑ_ｍａｘは１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]未満でもよく、各落下領域の最大供給速度Ｑ_ｍａｘが異なっていてもよい。例えば、１)フィーダー３の移動速度を変える、２)落下領域面積Ａを変化させる、３)落下領域面積Ａを一定とし且つフィーダー３からの吐出速度を変化させる等によって、各落下領域の最大供給速度Ｑ_ｍａｘを異なる速度にすることができる。

また、上述した実施形態では、フィーダー３を用いてモールドフラックスを連続的に添加したが（連続移動式散布）、フィーダー３を用いずにモールドフラックスを添加してもよい。以下に、他の添加方法について説明する。

〔手動による添加（バッチ式による散布）〕
スコップや勺等の道具を用いて一定量のモールドフラックスを掬い、これを鋳型２内に散布する。この場合、「添加高さＨ」は、添加時のスコップや勺等の位置から未溶融層２２（浴面）までの鉛直方向距離を示す。また、「落下領域面積Ａ」は、一回の添加で未溶融層２２浴面にモールドフラックスが散布された領域の面積を示す。さらに、供給速度Ｑは、下記式によって求めることができる。
供給速度Ｑ＝(１回当たりの添加量[ｋｇ])÷(添加時の落下領域面積Ａ[ｍ^２])÷(落下領域での１回の添加における落下開始(添加開始)から落下終了までの時間[ｍｉｎ.])

〔その他の添加方法〕
鋳型２上端や鋳型２上方にモールドフラックスを貯留し、プッシャー等により押し出して添加したり、シャッター等を用いて所定量を切り出したりする。この場合、「添加高さＨ」は、モールドフラックスの貯留位置から未溶融層２２（浴面）までの鉛直方向距離を示す。例えば、モールドフラックスが鋳型２上端に貯留されている場合、「添加高さＨ」は、鋳型２上端から未溶融層２２（浴面）までの鉛直方向距離を示す。また、「供給速度Ｑ」は、本実施形態で例示した供給速度Ｑ（＝Ｑ_average／Ａ_total）と同様な方法で求めることができる。

次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。

モールドフラックスの嵩比重及びモールドフラックスの添加条件を変えたときの欠陥の発生の有無を調べた。

表１〜３には、実施条件（鋳造条件）、実験条件（モールドフラックスの嵩比重及び添加条件）、及び実験結果（欠陥の発生の有無）を示している。また、表４には表１〜３の鋼成分ａ〜ｄを示し、表５には鋳片サイズ１〜４を示し、表６にはモールドフラックス銘柄α〜εの代表成分を示している。

下記に、表１〜３に示す実施条件、実験条件及び実験結果を説明する。

[実施条件]
<鋳造中湯面レベル変更>
浸漬ノズルとメニスカスの相対位置を一定時間毎に意図的に変更させた場合、表１〜３に「実施」と示し、変更させなかった場合を「未実施」と示している。「実施」した実験では、浸漬ノズルを上下移動させたり、メニスカス位置（溶鋼浴面）を上下させたりすることにより、浸漬ノズルとメニスカスの相対位置を変更させた。このとき、溶鋼浴面の変更速度は０．０１３[ｍｍ／ｓ]以上０．２５[ｍｍ／ｓ]とした。また、変更前と変更後で浴面レベルを１５[ｍｍ]以上変えた。
<鋳型内電磁撹拌>
鋳型内電磁撹拌装置を作動させた時の「磁場周波数」及び「磁場強度」を示している。本例では、鋳型内が空のときに「磁場周波数」及び「磁場強度」を複数回測定し、これらの平均値を求め、これを表１〜３に示している。また、「磁場周波数」及び「磁場強度」の測定（測定地点）は、１)水平方向位置を、鋳型内壁面の長辺壁部から１５[ｍｍ]且つ短辺壁部から１５[ｍｍ]の位置とし、２)鉛直方向位置を、鋳型外部に設置された電磁コイルの鉄芯中心と同じ高さの位置で行った。さらに、測定には、ガウスメーター(テスラメーター、磁束密度計)を用いた。ここで、「磁場周波数」は１〜４[Ｈｚ]が好ましいとされ、一般的に２〜３[Ｈｚ]が採用されている。そこで、本例では、一律の３[Ｈｚ]とした。

[実験条件]
<モールドフラックスの嵩比重>
添加前の未溶融モールドフラックスの嵩比重をＪＩＳ−Ｋ５１０１に準拠して測定した。
<溶融層厚みＨ_ｍ、未溶融層厚みＨ_ｕ>
（１）図５に示すように、内寸が短辺ｔ×長辺ｗである鋳型内において、短辺壁部から１／４ｗ離れ且つ長辺壁部から１／２ｔ離れた位置を代表点とし（例えば、図５に示すＰ点）、この地点の「溶融層厚み」及び「未溶融層厚み」を測定した。なお、表１〜３の実施条件では、測定地（代表点）の厚みを基に、測定地以外の厚み（溶融層厚み及び未溶融層厚み）を測定地と同等な厚みに制御できることがわかっている。そこで、代表点の厚みを鋳型内全体での厚みとして評価した。
（２）また、本例では、鋳造速度が定常速度となってから鋳造初期、鋳造中期及び鋳造末期に厚みを測定し、これらの平均値を「溶融層厚みＨ_ｍ」及び「未溶融層厚みＨ_ｕ」とした。
（３）さらに、厚みの測定は、１)Ａｌ線と、鉄線あるいはＳＵＳ線を浸漬させる、又は２)赤外線センサー、マイクロ波計及び渦流式のメニスカスレベルセンサーを用いることにより行った。
具体的には、１)では、Ａｌ線と、鉄線あるいはＳＵＳ線にテープ５０を巻き付け、図６（ａ）に示すように、巻き付けた位置よりも下方の部分を溶鋼内に、所定時間、浸漬した（図６（ａ）にはＡｌ線とＳＵＳ線を例示）。ここで、鋳型内の溶鋼、溶融層及び未溶融層は、これらの順に温度が高く、Ａｌ線は、溶鋼及び溶融層の温度下で溶融するが、未溶融層の温度下では溶融しない。一方、鉄線あるいはＳＵＳ線は、溶鋼の温度下で溶融するが、溶融層及び未溶融層の温度下では溶融しない。または、太めの鉄線あるいはＳＵＳ線を浸漬すると、溶鋼が凝固してこれらの線に付着する。そこで、図６（ａ）に示すように、浸漬後のＡｌ線において、テープ５０より下方の未溶融部分の長さｌ_ｕを「未溶融層厚み」とした。また、浸漬後の鉄線あるいはＳＵＳ線において、テープ５０より下方の未溶融部分の長さｌ_ｕ＋ｍを「未溶融層厚みと溶融層厚みの合計」とした。そして、「ｌ_ｕ＋ｍ−ｌ_ｕ」（＝未溶融層厚みと溶融層厚みの合計−未溶融層厚み）から「溶融層厚み」を求めた。
また、２)では、図６（ｂ）に示すように、同一の高さ位置に固定した赤外線センサー、マイクロ波計及び渦流式のメニスカスレベルセンサーにより、それぞれ未溶融層上端までの距離Ｌ_１、溶融層上端までの距離Ｌ_２及び溶鋼上端までの距離Ｌ_３を測定し、「Ｌ_２−Ｌ_１」から未溶融層厚みを求め、「Ｌ_３−Ｌ_２」から溶融層厚みを求めた。
<モールドフラックス添加方法>
連続移動式散布法（本実施形態参照）によりモールドフラックスを添加した場合を「連続」とし、スコップや勺等の道具を用いて手動により添加した場合を「バッチ」としている。
<落下領域面積Ａ>
連続移動式散布の場合（表１〜３の「連続」）、フィーダーの移動を停止しながら添加したときは、停止中の添加時の最大落下領域面積を「落下領域面積Ａ」とした。一方、フィーダーを移動させながら添加したときは、５秒間連続して添加したときのフィーダーの軌道下における総落下領域面積を「落下領域面積Ａ」とした。
また、手動により添加した場合（表１〜３の「バッチ」）、１回の添加で鋳型内に散布された領域の面積を「落下領域面積Ａ」とした。
ここで、本例では、モールドフラックスの投下状況を動画撮影し、画像解析から落下領域面積Ａを算出した。また、一部の条件（バッチ等）については、鋳型内添加と同様の条件を鋳型外で再現し、その領域の測定値を落下領域面積Ａとした。
<供給速度Ｑ>
下記式から供給速度Ｑを求めた。
Ｑ＝(落下領域面積Ａへの供給量[ｋｇ／ｍｉｎ.])÷(落下領域面積Ａ[ｍ^２])
ここで、「落下領域面積Ａへの供給量」とは、表１〜３に示す「モールドフラックスの連続添加時落下速度」であり、連続移動式散布のようにフィーダーからモールドフラックスを吐出した場合はフィーダーからのモールドフラックスの吐出速度を用いて求めた。また、手動により添加した場合は（表１〜３の「バッチ」）、「落下領域面積Ａへの供給量」を「1回あたりの投入質量[ｋｇ]÷落下時間[ｍｉｎ.]」から求めた。

[実験結果]
<鋳片縦割れ、ノロカミ>
鋳片を室温まで冷却した後、鋳片表面（広面及び狭面）をスカーフィング或いはグラインダにより１．５[ｍｍ／面]研削した。そして、研削後の鋳片表面を目視で確認し、割れが存在しなかった場合、表１〜３に「無し」（評価:○）と示し、割れが存在した場合を「有り」（評価：×）と示している。また、目視確認で、ノロカミが存在しなかった場合を「無し」（評価:○）と示し、割れが存在した場合を「有り」（評価：×）と示している。
ここで、鋳片表面から１．５[ｍｍ]の厚みの範囲は鋳造後の加熱−圧延工程で生じるスケールロス量となるので、これより深い位置に割れが存在していないときは、製品欠陥が生じない。そこで、本例では、鋳片表面から１．５[ｍｍ]の厚みを基準に評価した。
<ブレイクアウト>
ブレイクアウトが発生した場合、表１〜３に「有り」（評価:×）と示し、ブレイクアウトが発生しなかった場合は「無し」（評価：○）と示している。本例（比較例）で生じたブレイクアウトは、大きくなった縦割れやノロカミが原因で生じたものであり、鋳型下で未凝固溶鋼が欠陥部位から流出した。評価に際しては、ブレイクアウトが発生する前に鋳片に縦割れやノロカミが発生しているかを調査することにより、いずれに起因したブレイクアウトであるかを判断した。

次に、実施例及び比較例の結果について説明する。

表１，２から、実施例１〜４２では、鋳片に縦割れ及びノロカミが確認されなかった。また、鋳造中にブレイクアウトが発生しなかった。なお、実施例１１，３３では、鋳片表層にノロカミが存在したが、スカーフを実施することによりノロカミが除去された。

一方、比較例１〜４では、嵩比重が１．２[ｇ／ｃｍ^３]を超えるモールドフラックスを用いた（１．３[ｇ／ｃｍ^３],１．４[ｇ／ｃｍ^３]）。そのため、添加時に未溶融モールドフラックス（未溶融層の一部）が溶融層に潜り込んで焼結物が生成したことにより、鋳片に縦割れが生じたと考えられる。

また、比較例５〜７では、溶融層厚みＨ_ｍが１０[ｍｍ]未満であったため（５[ｍｍ],９[ｍｍ]）、溶融層が非常に高温となった。このような溶融層に未溶融モールドフラックスが巻き込まれたことにより、焼結物が生成し、鋳片に縦割れやノロカミが生じたと考えられる。

さらに、比較例８〜１０では、未溶融層厚みＨ_ｕが２０[ｍｍ]未満と薄かったため（１５[ｍｍ],１９[ｍｍ]）、未溶融層が添加時の緩衝材として十分に機能しなかった。そのため、添加時に未溶融モールドフラックスが溶融層へ潜り込んで焼結物が生成したことにより、縦割れやこれに起因するブレイクアウトが発生したと考えられる。

また、比較例１１〜１４では、モールドフラックスの添加高さＨが２５０[ｍｍ]を超え、高位置からモールドフラックスを添加した（２５５[ｍｍ],３００[ｍｍ]）。このため、添加時に未溶融モールドフラックスが溶融層へ潜り込んで焼結物が生成したことにより、縦割れやノロカミが生じたと考えられる。

さらに、比較例１５,１７では、落下領域面積Ａが０．００２５[ｍ^２]未満と小さかった（０．００２０[ｍ^２]）。また、比較例１６,１８では、供給速度Ｑが１７６０[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]を超え、供給速度Ｑが速かった（１７６４[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)],２０００[ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)]）。このため、添加時に未溶融モールドフラックスが溶融層２３に潜り込み、焼結物が生成したしたことにより、縦割れやノロカミが生じたと考えられる。

また、比較例１９は、モールドフラックスの嵩比重、溶融層厚みＨ_ｍ、未溶融層厚みＨ_ｕ、添加高さＨ、落下領域面積Ａ及び供給速度Ｑの全ての条件が本発明の範囲から外れた例である。このような条件で添加すると、未溶融モールドフラックスが溶融層２３に潜り込んで焼結物が生成し、これが原因で縦割れ、ノロカミ及びブレイクアウトが発生した。

上記結果から、本発明の添加方法でモールドフラックスを添加した実施例では、縦割れ、ノロカミ及びブレイクアウトなどのモールドフラックスに起因する欠陥（製品への欠陥）を防止できることがわかった。一方、本発明の添加方法の要件を１つでも満たさない方法で添加すると（比較例）、モールドフラックスに起因する欠陥を防止できなかった。つまり、本発明の添加方法のうちいずれかの要件だけを考慮しても、フラックスの過焼結を防止できないことがわかった。このように、モールドパウダーを添加する際、本発明の要件のいずれかだけを適切な範囲としても（本発明の範囲を満たしても）、欠陥の要因が残ることから欠陥の発生を防止できないが、全ての要件を適切に考慮すると（本発明の範囲とすると）欠陥を防止できることがわかった。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。そして、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、上述した鋳造条件や連続鋳造機の構成は一例であり、各条件や構成は変更可能である。また、本発明の添加方法は、様々な鋼種や形状（スラブ、ブルーム、ビレット等）の鋼の鋳造に適用することができ、薄板製品向け鋼種、厚板向け鋼種、及び線条向け鋼種等に好適に適用することができる。

また、モールドフラックスを連続的に添加する場合（連続移動式散布）、フィーダーの動作（軌跡）やフィーダーの位置及び本数等は、本実施形態や図１〜４に示す例に限定されず、変更可能である。

本発明は、モールドフラックスに起因する欠陥の発生を防止することにより、製品の品質を向上させることができることから、鋼の連続鋳造に利用することができる。

１浸漬ノズル
２鋳型
３フィーダー
１１，１２吐出孔
２１溶鋼
２２未溶融層
２３溶融層（溶融モールドフラックス）
５０テープ
１００連続鋳造機

Claims

モールドフラックスを鋳型内へ添加しながら、鋼を連続鋳造するにあたり、
添加前のモールドフラックスの嵩比重を１．２ｇ／ｃｍ^３以下とし、
鋳型内溶鋼浴面上の溶融モールドフラックス厚みを１０ｍｍ以上とし、
前記溶融モールドフラックス上の未溶融層厚みを２０ｍｍ以上とし、
モールドフラックスを自由落下させる落下開始位置から未溶融層までの落下距離を２５０ｍｍ以下とし、
モールドフラックス添加時のフラックス落下領域面積を０．００２５ｍ^２以上とし、落下領域におけるモールドフラックスの供給速度を１７６０ｋｇ／(ｍ^２・ｍｉｎ.)以下としながら鋳型内へモールドフラックスを添加することを特徴とする連続鋳造鋳型へのモールドフラックスの添加方法。