JP2018069324A - 鋼の連続鋳造用鋳型装置及びそれを用いた表層改質鋳片の製造方法 - Google Patents
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但し、後述するように、表層改質鋳片の製造に際しては、鋳型下端での鋳片厚みが100mm以下で連続鋳造を行う薄スラブ鋳造によることが好都合であり、その実施のためには鋳型形状に工夫を要するが、そのような着想が公開されたことは未だ無い。また、薄スラブの連続鋳造における亜包晶鋼の鋳片表面の縦割れ問題は、表層改質鋳片として製造することで解決できるが、そのような着想も公開されたことはない。
加えて、薄スラブ鋳造においては、鋳型直下においてメニスカスから5m程度下方において、その領域で未凝固部分を圧下し鋳片全体の厚みを薄肉化する。メニスカス下5mにおいて、鋳片全厚を100mmから50mmまで圧下することで表層厚が5mmの条件であったとしても表層厚比率は10%確保することができる。この条件は表層のC濃度を高め耐摩耗性や摩擦係数を増加させることや表層のNi濃度を高め耐食性を向上させることが可能となる等、鋼材の表面に新たな特性を付与した鋼材製造を行う上で好適な条件となる。
また、前述の亜包晶鋼は、鋼のδ/γ変態の影響により鋳型内で不均一凝固が生じやすい。不均一凝固が生じると、凝固遅れ部が鋳型から離れる方向に変形し、その結果、凝固遅れが助長するため、表面割れが生じやすい。しかしながら、このような現象はメニスカス〜メニスカス下200mm程度の溶鋼静圧が不十分な領域での現象のため、この領域における凝固シェルの炭素濃度を亜包晶領域から外すことができればこのような欠陥は生じない。
このように、メニスカス〜メニスカス下200mm程度の領域の溶質成分を高めることで、表層5mm程度の領域のみC濃度を高め亜包晶鋼の表面割れを防止することや、表層5mm程度の領域のみNi濃度を高めてトランプエレメント起因の表面割れを防止する方法として好適である。さらに表層5mmのみに合金添加するため、合金添加量を最小化する意味でも薄スラブ鋳造において表層改質鋳片を鋳造することが極めて有効であることは明らかである。
その結果、本発明は表層厚が薄いものの表層と内層の成分組成が異なる鋳片を鋳造することで表面割れ発生を回避する方法を提供することに加え、表層厚比率が高い表層と内層の成分組成が異なる鋳片を、同じ連続鋳造機において低コストでかつ生産性を悪化することなく自由に造り込むことができる。
ここで、鋳型上端から100mm位置(メニスカス17相当部)の開口部において、厚み拡大部の幅WT(図3(A)参照)は、鋳型幅中央を対称に鋳型幅Wの1/3〜2/3である。1/3より狭いと、二本給湯を行うための羽口(タンディッシュ内の注湯用上部ノズル)や注湯量制御を行うためのストッパー、スライディングノズル等をタンディッシュに設置することができないためである。一方、2/3より広いと鋳型内部形状の変化にスラブ形状が追随できず、鋳型下端において短辺厚みTの矩形形状のスラブとは異なるスラブ形状となるためである。
1/3 ≦WT/W ≦ 2/3 (iii)
この条件は、メニスカスからコア上端までの距離が前記したように200mm以上は必要であるし、コア高さは最低限100mmは必要ということから定まる条件である。一方、Lの上限値としてはメニスカスからコア上端までの距離を400mm、コア高さを300mm程度とした条件であり、最大値は800mmとなる。メニスカスからコア上端までの距離は、表層厚みを厚くしたい場合等には長くする方が好ましいと言えるが、浸漬ノズルをその分だけ長くしなければならないので400mm程度が上限となる。また、電磁ブレーキのコア高さは高くしても良いが、コアサイズが大きくなるために鋳型の振動重量制約から最高でも300mm程度までである。
そのため、距離Lに関する条件式は(i)式で表現される。なお、距離Lについては、鋳型上端から鋳造中の内層溶鋼用浸漬ノズルの下端を想定した位置までの距離であるということもできる。
400mm ≦ L≦800mm・・・・・(i)
20mm≦(TIN−T) (ii)
また、鋳型上端から100mm位置の開口部形状において、厚み拡大部の厚みTMをどこまで拡大できるかは、メニスカス部での長辺幅(ほぼWに等しい)が凝固収縮と鋳型開口部の減肉に凝固シェル変形が追随できるか否かによって決まる。後述するように、凝固シェルの変形に伴う過度な応力を生じることなく鋳造ができるためには、下記(iv)式を満足する必要があると分かった。
(TM−T)/W≦0.08 (iv)
TIN<TM (v)
なお、メニスカス17相当部と鋳型上端部との間の開口部形状は、例えば、メニスカス17相当部の接線をそのまま直線状に延長して、メニスカス17相当部と平行な平面と交わった部分の形状にするなど、連続的に変化させても良い。
T≦100mm (vi)
さらに、図5に模式的に示すように、鋳型直下の垂直部において中心部が未凝固の状態の鋳片を厚み方向に圧下することで、中心部が固まってないため内層の未凝固部分の厚みを減厚する。そのため、未凝固で圧下することで表層厚み/鋳片厚みの比を高めることができる。本発明の薄スラブ鋳造においては鋳造速度が高速であるため、鋳型内で形成される表層厚みは5mm程度と薄い。また、未凝固圧下を行うことで比較的少ない圧下量で表層厚み比率を制御することができる。
以上、述べたように本発明においては、表層厚みが薄い条件が必要となる場合には圧下を行わない条件で鋳造し、一方、表層厚みが厚い条件が必要となる場合には未凝固で圧下を行い表層厚/鋳片厚の比率を高めた鋳片を製造することができる鋳型装置を提供する。
(1)鋼の表層改質鋳片を連続鋳造するための鋳型装置であって、前記鋳型装置は鋳型および直流磁場発生装置を有しており、前記直流磁場発生装置の下端は前記鋳型の上端から下記(i)式を満たす距離Lの位置にあって、鋳型上端から100mm位置における鋳型開口部は、幅中央部に、厚みがTM、幅がWTの厚み拡大部を有し、前記厚み拡大部の厚みTMは短辺部の厚みよりも厚く、鋳型上端から距離Lの位置における鋳型開口部は、幅中央部に、厚みがTINの厚み拡大部を有し、前記厚み拡大部の厚みTINは短辺部の厚みよりも厚く、下端の開口部は、幅W、厚みTの矩形であり、前記TM、TIN、T、WT、Wそれぞれの関係は下記(ii)〜(vi)式を満足することを特徴とする連続鋳造用鋳型装置。
400mm ≦ L≦ 800mm・・・・・(i)
20mm≦(TIN−T) ・・・・・(ii)
1/3 ≦WT/W ≦ 2/3 (iii)
(TM−T)/W≦0.08 (iv)
TIN<TM (v)
T≦100mm (vi)
(2)直流磁場発生装置によって、鋳型全幅にわたって鋳型厚み方向に直流磁場を印加し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、表層溶鋼用浸漬ノズルの吐出孔を前記上側溶鋼プール、内層溶鋼用浸漬ノズルの吐出孔を前記下側溶鋼プール内に配置し、それぞれの溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量を各浸漬ノズルから供給する表層と内層の成分組成が異なる鋳片の鋳造において、上記(1)に記載した連続鋳造用鋳型装置を用いて鋳造を行うことを特徴とする表層改質鋳片の製造方法。
(3)鋳型内メニスカス近傍において、少なくとも前記した鋳型幅WTの領域を旋回攪拌することを特徴とする上記(2)に記載の表層改質鋳片の製造方法。
(4)鋳型よりも下方において連続鋳造機内に設置された、鋳片を厚み方向に圧下する装置を用いて未凝固鋳片を圧下することを特徴とする上記(2)又は(3)に記載の表層改質鋳片の製造方法。
400mm ≦ L≦800mm・・・・・(i)
(TIN−T)≧20mm (ii)
1/3 ≦WT/W ≦ 2/3 (iii)
TIN<TM (v)
なお、メニスカス17相当部と鋳型上端部との間の開口部形状は、例えば、メニスカス17相当部の接線をそのまま直線状に延長して、メニスカス17相当部と平行な平面と交わった部分の形状にするなど、連続的に変化させても良い。
XO=(CO −CI)/(CT −CL ) −−−− (A)
なお、表1の「比較」は、鋳型の開口部形状が厚み拡大部を有さず、鋳造方向全長にわたって幅W、厚みTの矩形形状としている。メニスカス位置でも開口部が厚み拡大部を有しない。また、「比較」は表層、内層ともに0.1%C鋼を供給した。その結果、鋳造中内層溶鋼用浸漬ノズルの亀裂発生が見られ、鋳造を中断せざるを得なかった。また、内層溶鋼用浸漬ノズル周囲に地金張りが見られ、また鋳造した鋳片をみると表層厚みの不均一が見られた。そのため、本発明の目的を満たすものではない。
一方、TMとTINが120mmの鋳型を用いた条件(鋳型1)では、鋳造はできたものの内層溶鋼用浸漬ノズル周りに軽微ではあるものの地金張りが生じた。TMが140mm(鋳型2)、160mm(鋳型3)、180mm(鋳型4)の鋳型を用いた条件では見られなかった。これは表層プール中には表層溶鋼用浸漬ノズルから溶鋼が供給されるのみであるため、内層溶鋼用浸漬ノズルと長辺間や内層溶鋼用浸漬ノズルと短辺間は流れがよどみやすい。そのため、内層溶鋼用浸漬ノズルと長辺間のクリアランスを確保するだけでなく、湯面全体での溶鋼の置換わりを促す必要がある。しかしながら、TMが180mmの鋳型(鋳型4)を用いた条件では鋳型抵抗が増大した。鋳型開口部の厚みの絞り込みに鋳片が追随できていないことによると思われる。上記結果をもとに、TM,TINと鋳造幅Wとの関係を整理したところ、以下の関係式を満足する必要があることがわかった。
ここで、鋳型上端から100mm位置の開口部形状において、厚み拡大部の厚みTMをどこまで拡大できるかは、メニスカス部での長辺幅(ほぼWに等しい)が凝固収縮と鋳型開口部の減肉に凝固シェル変形が追随できるか否かによって決まる。表1の結果が意味するところは、凝固収縮量よりも大きいものの本発明の範囲であれば、凝固シェルの変形に伴う過度な応力を生じることなく鋳造ができたことを意味しており、下記(iv)式を満足すれば良いことがわかった。
400mm ≦ L≦ 800mm・・・・・(i)
20mm≦(TIN−T) (ii)
1/3 ≦WT/W ≦ 2/3 (iii)
(TM−T)/W≦0.08 (iv)
TIN<TM (v)
T≦100mm (vi)
なお、比較A3は、鋳型の開口部形状が厚み拡大部を有さず、鋳造方向全長にわたって幅W、厚みTの矩形形状としている。メニスカス位置でも開口部が厚み拡大部を有しない。
2 短辺
4 開口部
5 内層溶鋼用浸漬ノズル
6 表層溶鋼用浸漬ノズル
8 直流磁場発生装置
9 電磁攪拌装置
10 圧下セグメント
11 F側圧下ロール
12 L側圧下ロール
13 鋳型直下サポートロール
14 直流磁場帯
15 上側溶鋼プール
16 下側溶鋼プール
17 メニスカス
18 吐出孔
23 凝固シェル
24 上側溶鋼プール凝固部分(表層部)
25 下側溶鋼プール凝固部分(内層部)
27 界面
29 鋳片
30 開口部表面
43 コア
Claims (4)
- 鋼の表層改質鋳片を連続鋳造するための鋳型装置であって、
前記鋳型装置は鋳型および直流磁場発生装置を有しており、
前記直流磁場発生装置の下端は前記鋳型の上端から下記(i)式を満たす距離Lの位置にあって、
鋳型上端から100mm位置における鋳型開口部は、幅中央部に、厚みがTM、幅がWTの厚み拡大部を有し、前記厚み拡大部の厚みTMは短辺部の厚みよりも厚く、
鋳型上端から距離Lの位置における鋳型開口部は、幅中央部に、厚みがTINの厚み拡大部を有し、前記厚み拡大部の厚みTINは短辺部の厚みよりも厚く、
下端の鋳型開口部は、幅W、厚みTの矩形であり、
前記TM、TIN、T、WT、Wそれぞれの関係は下記(ii)〜(vi)式を満足することを特徴とする連続鋳造用鋳型装置。
400mm ≦ L≦ 800mm・・・・・(i)
20mm≦(TIN−T) ・・・・・(ii)
1/3 ≦WT/W ≦ 2/3 (iii)
(TM−T)/W≦0.08 (iv)
TIN<TM (v)
T≦100mm (vi) - 直流磁場発生装置によって、鋳型全幅にわたって鋳型厚み方向に直流磁場を印加し、当該直流磁場発生装置によって形成される直流磁場帯をはさんだストランドの上部を上側溶鋼プール、下部を下側溶鋼プールとし、表層溶鋼用浸漬ノズルの吐出孔を前記上側溶鋼プール、内層溶鋼用浸漬ノズルの吐出孔を前記下側溶鋼プール内に配置し、それぞれの溶鋼プール中で凝固によって消費される溶鋼量を各浸漬ノズルから供給する表層と内層の成分組成が異なる鋳片の鋳造において、請求項1に記載した連続鋳造用鋳型装置を用いて鋳造を行うことを特徴とする表層改質鋳片の製造方法。
- 鋳型内メニスカス近傍において、少なくとも前記した鋳型幅WTの領域を旋回攪拌することを特徴とする請求項2に記載の表層改質鋳片の製造方法。
- 鋳型よりも下方において連続鋳造機内に設置された、鋳片を厚み方向に圧下する装置を用いて未凝固鋳片を圧下することを特徴とする上記請求項2又は請求項3に記載の表層改質鋳片の製造方法。
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