JP2950188B2 - 連続鋳造における表面欠陥の抑制方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、鋼の連続鋳造におい
て、鋳片の表面品質を安定維持するための連続鋳造にお
ける表面欠陥の抑制方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】鋼の連続鋳造においては、鋳型内の初期
凝固過程で生成される凝固シェルが鋳型内面に固着した
り、あるいは凝固シェルに介在物を巻込む等の現象が生
じると、鋳型直下で凝固シェルが破断し、溶鋼が流出す
るブレークアウトが発生する。また、鋳型内で潤滑剤と
して用いられるパウダーが不均一に流入する現象が生じ
ると、凝固シェル表面に各種の欠陥が発生する。このよ
うな鋳造欠陥は、例えば、ブレークアウトが発生すると
その復旧に長時間を要し、生産性を著しく低下させる。
また、表面欠陥が発生すると、最終製品の表面品質を損
なうこととなるため、中間段階である半製品において表
面手入れ、研削を行う場合が多い。この際半製品におい
て表面性状の検査を行い、不具合を有する場合に表面手
入れをするのが一般的であるが、検査を全量について行
わなければならないため、リードタイムの延長、半製品
の在庫を招くこととなる。

【０００３】特に最近では、連続鋳造速度の高速化や連
続鋳造と圧延工程の直結化が積極的に進められている
が、前記鋳造欠陥の発生はそれらを実施するうえで大き
な障害となっていた。このため、従来から前記鋳造欠陥
を早期に予知、あるいは検出するための技術が数多く提
案されている。例えば、鋳型壁面に熱電対を埋設し、該
熱電対により検出された温度が通常状態の平均温度より
一旦上昇してから下降したときをブレークアウトとして
予知する方法（特開昭５７−１５２３５６号公報）、鋳
型の相対する各面で温度を検出し、それらを互いに比較
してその温度差を指標としてブレークアウト発生の事前
現象を検知する方法（特開昭５５−８４２５９号公
報）、鋳型に埋設した熱電対による検出温度が平均温度
より急激に低下したことから凝固シェルの表面部に大型
介在物を巻込んだ現象を検出する方法（特開昭５７−１
１５９６０号公報）、鋳型に埋設した熱電対による検出
温度から時間変化率を求め、該時間変化率と予め定めた
所定範囲の値とを比較することによって、凝固シェルの
異常を検出する方法（特開昭５７−１１５９６２号公
報）が提案されている。

【０００４】しかしながら、上記従来技術に基づく鋳造
欠陥の検出法は、いずれも熱電対等の温度検出端によっ
て検出される温度の絶対値をそのまま用いると共に、鋳
造方向において１箇所で検出された温度の絶対値を基準
として、定常状態の平均温度、または相対する壁面の温
度と比較し、あるいはその上昇率、または下降率を予め
定めた目標範囲と比較して行うものである。ところが鋳
造欠陥発生時における温度の上昇や下降あるいはそれら
の単位時間当たりの変化量は、鋳造欠陥の種類やその時
の状況等に応じて大きくバラツキ、極端な場合には、同
一の鋳造欠陥であってもその温度変化パターンは大きく
バラツクのが普通である。このため、鋳造欠陥発生時の
温度変化パターンの特徴認識は、複雑となって鋳造欠陥
を精度よく検出することは期待できなかった。

【０００５】上記従来技術の欠点を解消する方法として
は、鋳型に埋設した熱電対による温度推移パターンより
鋳造欠陥を検出する方法において、過去の鋳造欠陥発生
時における時系列温度検出値をフーリエ変換し、その各
項係数と前記鋳造欠陥発生状況との相関関係から鋳造欠
陥発生間係数を設定し、次いで連続鋳造中に実測される
温度検出値をフーリエ変換して各項係数を求め、該各項
係数が前記鋳造欠陥発生間係数内となった時を異常発生
と判断する方法（特開昭６１−２００４５３号公報）、
鋳型温度と鋳型直下の鋳片表面温度とを幅方向の複数点
で経時的に測定して、それらの測温値を用い、鋳型温度
が第１設定値より低いとき、もしくは該鋳型温度と該鋳
型温度より以前に測温された鋳型温度との差が第２設定
値より大きいとき、該鋳型温度測定幅方向位置における
鋳片表面温度が局部的に他の部分より高く、その温度差
が第３設定値より大きい場合、または鋳片表面温度が全
て第４設定値より高く、また該表面温度の一部が他の部
分より高く、その温度差が第５設定値より高い場合であ
って、鋳型温度が全て第６設定値より低いときに、縦割
れ疵、または縦割れ性ブレークアウトの発生と予知する
方法（特開平１−２１０１６０号公報）が提案されてい
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６１−２０
０４５３号公報に開示の方法は、鋳型に埋設した熱電対
による温度推移パターンより鋳造欠陥を検出するもの
で、ブレークアウトやパウダーの不均一流入による表面
疵等の鋳造欠陥を検出対象としており、鋳型内の初期凝
固現象を定量的に測定し、推定するものではないため、
ブレークアウトは検出できるが、品質不良鋳片を見逃し
たり、あるいは品質良好な鋳片を品質不良と判定し、必
要のない表面手入れを行うという欠点を有している。ま
た、特開平１−２１０１６０号公報に開示の方法は、鋳
片表面に発生する縦割れ疵あるいは縦割れ性ブレークア
ウトを検出対象としており、オシレーションマークやピ
ンホール等の表面欠陥の検出は不可能である。

【０００７】この発明の目的は、上記従来技術の欠点を
解消し、連続鋳造における鋳片の表面品質の推定精度を
安定維持できる連続鋳造における表面欠陥の抑制方法を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋳片の表面品質推定の精度を向上すべく鋭
意試験研究を重ねた。その結果、鋳型内の深さ方向の溶
鋼温度分布は、図６に示すとおり、メニスカスから離れ
た深層部においては±２℃と安定しているが、メニスカ
ス直下には温度勾配の急激な領域が存在する。この温度
勾配の急激な領域の厚さをｄ（ｍｍ）とし、深層部の温
度安定域における溶鋼温度をＴ_M（℃）とすると、鋳片
の表面品質は、鋳型内における初期凝固状況（メニスカ
ス直下５ｍｍ程度の領域における凝固）に大きく影響さ
れることが知られているが、前記温度勾配の急激な領域
の厚さｄと温度安定域における溶鋼温度Ｔ_Mと鋳片表面
品質の相関を調査した結果、図７に示すとおりであっ
た。

【０００９】図７に示すとおり、温度安定域における溶
鋼温度Ｔ_Mが高く、温度勾配の急激な領域の厚さｄが小
さいほど鋳片の表面品質は良好となる傾向がある。これ
は、温度安定域における溶鋼温度Ｔ_Mが上昇することに
より鋳片と鋳型との間隙に流入すべきモールドパウダー
の滓化が促進され、均一な流れ込みによる均一な初期凝
固が得られること、さらに、温度勾配の急激な領域の厚
さｄが小さくなることにより、メニスカス直下の温度が
高位安定となるため、初期凝固シェルの均一成長が得ら
れるためと考えられる。一方、温度安定域における溶鋼
温度Ｔ_Mに係わらず、温度勾配の急激な領域の厚さｄが
２ｍｍ以下となると、鋳片の表面品質不良が増加する。
温度勾配の急激な領域の厚さｄが２ｍｍ以下と小さいこ
とは、メニスカス直下の溶鋼流動速度が大きいことを意
味しており、メニスカス直下の溶鋼流動速度が大き過ぎ
ることによりパウダーの撹拌・混入が発生するための表
面品質不良であると推定される。したがって、メニスカ
ス直下の温度勾配の急激な領域の厚さｄと深層部の温度
安定域における溶鋼温度Ｔ_Mとを鋳片の表面品質安定領
域に移行させるべく制御することによって、鋳片の表面
品質を安定維持できることを究明し、この発明に到達し
た。

【００１０】すなわち、本願の第１発明は、溶鋼の連続
鋳造において、鋳型内の溶鋼温度を深さ方向に２〜３ｍ
ｍ間隔で５〜１０点同時に測定し、その温度分布および
絶対温度を把握してメニスカス直下の温度勾配の急激な
領域の深さｄを求めると共に、その下部の温度安定域の
溶鋼温度Ｔ_Mを求め、前記温度勾配の急激な領域の深さ
ｄと温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを、温度勾配の急激な領
域の深さｄと温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mと鋳片表面品質
との関係から求まる鋳片表面品質の安全領域に移行させ
るべく、パウダー投入量、電磁撹拌の印加電流および浸
漬ノズル深さのうちの少なくとも一つを変更することを
特徴とする連続鋳造における表面欠陥の抑制方法であ
る。

【００１１】また、本願の第２発明は、溶鋼の連続鋳造
において、鋳型内の溶鋼温度を深さ方向に５〜１０点同
時に測定し、その温度分布および絶対温度を把握してメ
ニスカス直下の温度勾配の急激な領域の深さｄを求める
と共に、その下部の温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを求め、
前記温度勾配の急激な領域の深さｄと温度安定域の溶鋼
温度Ｔ_Mを、温度勾配の急激な領域の深さｄと温度安定
域の溶鋼温度Ｔ_Mと鋳片表面品質との関係から求まる鋳
片表面品質の安全領域に移行させるべく、パウダー投入
量、電磁撹拌および浸漬ノズル深さのうちの少なくとも
一つを変更し、結果として品質安全領域で鋳造できなか
った鋳片は、表面手入れ工程を経由させることを特徴と
する連続鋳造における表面欠陥の抑制方法である。

【００１２】

【作用】この発明において鋳型内の温度勾配の急激な領
域の深さｄと温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mの測定は、図１
に示すとおり、測温紙管に２〜３ｍｍピッチでシース熱
電対１を埋め込んだ測温プローブ２を、昇降装置３によ
って鋳造中に鋳型４内溶鋼５に約１分間浸漬し、鋳込み
の初期、中期、末期にかけて数回測定し、測温プローブ
２の各シース熱電対１の測温データを図示しないプロセ
スコンピュータに入力し、瞬時に温度勾配の急激な領域
の深さｄと温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを求めるのであ
る。この場合、測温プローブ２は、図１に示すとおり、
少なくとも鋳型４の壁面の影響をうけないよう壁面から
の距離Ｗが１５〜２０ｍｍ中央寄りで、かつ浸漬深さＨ
が２０ｍｍ前後、浸漬ノズル６からの距離Ｌが３００〜
４００ｍｍで設置する。なお、７はモールドパウダーで
ある。

【００１３】上記実測した鋳型内の温度勾配の急激な領
域の深さｄと温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mが鋳片表面品質
の安全領域から外れている場合は、鋳片表面品質の安全
領域に移行させることによって、鋳片表面品質を向上さ
せることができる。モールドパウダー粉末層厚と鋳型内
の温度勾配の急激な領域の深さｄとの関係は、図２に示
すとおりで、パウダーをモールド内に多量に投入してモ
ールドパウダー粉末層厚を厚くし、溶鋼表面の保温を強
化することによって、鋳型内の温度勾配の急激な領域の
深さｄを小さくすることができる。また、鋳型内電磁撹
拌装置（Ｍ−ＥＭＳ）への印加電流（Ａ）と鋳型内の温
度勾配の急激な領域の深さｄとの関係は、図３に示すと
おりで、鋳型内電磁撹拌装置への電流印加によって溶鋼
表面直下の流動が促進され、鋳型内の温度勾配の急激な
領域の深さｄが小さくなる。さらに、浸漬ノズル深さと
温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mとタンディッシュ内溶鋼温度
の関係は、図４に示すとおりで、浸漬ノズル深さが深く
なるほど温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mは低下する。これは
浸漬ノズルの吐出孔が溶鋼表面から遠くなるためと考え
られる。

【００１４】上記のとおり、鋳型内の温度勾配の急激な
領域の深さｄは、鋳型内へのパウダー投入量および／ま
たは電磁撹拌装置への印加電流を変更することによって
制御でき、また、温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mは、浸漬ノ
ズル深さを変更することによって制御することが可能で
ある。したがって、図１により実測した鋳型内の温度勾
配の急激な領域の深さｄまたは温度安定域の溶鋼温度Ｔ
_Mが鋳片表面品質の安全領域から外れている場合は、鋳
型内へのパウダー投入量および／または電磁撹拌装置へ
の印加電流を変更することによって温度勾配の急激な領
域の深さｄを、また、浸漬ノズル深さを変更することに
よって温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを鋳片表面品質の安全
領域に入れることができる。

【００１５】本願の第１発明においては、鋳型内の溶鋼
温度を深さ方向に２〜３ｍｍ間隔で５〜１０点同時に測
定し、その温度分布および絶対温度を把握してメニスカ
ス直下の温度勾配の急激な領域の深さｄを求めると共
に、その下部の温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを求め、前記
温度勾配の急激な領域の深さｄと温度安定域の溶鋼温度
Ｔ_Mを、温度勾配の急激な領域の深さｄと温度安定域の
溶鋼温度Ｔ_Mと鋳片表面品質との関係から求まる鋳片表
面品質の安全領域に移行させるべく、パウダー投入量、
電磁撹拌の印加電流および浸漬ノズル深さのうちの少な
くとも一つを変更することによって、鋳片の表面品質を
安定維持することができ、表面手入れ工数を大幅に低減
することができる。

【００１６】また、本願の第２発明においては、鋳型内
の溶鋼温度を深さ方向に２〜３ｍｍ間隔で５〜１０点同
時に測定し、その温度分布および絶対温度を把握してメ
ニスカス直下の温度勾配の急激な領域の深さｄを求める
と共に、その下部の温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを求め、
前記温度勾配の急激な領域の深さｄと温度安定域の溶鋼
温度Ｔ_Mを、温度勾配の急激な領域の深さｄと温度安定
域の溶鋼温度Ｔ_Mと鋳片表面品質との関係から求まる鋳
片表面品質の安全領域に移行させるべく、パウダー投入
量、電磁撹拌の印加電流および浸漬ノズル深さのうちの
少なくとも一つを変更し、結果として品質安全領域で鋳
造できなかった鋳片は、表面手入れ工程を経由させるこ
とによって、鋳片の表面品質を安定維持することがで
き、表面手入れ工数を大幅に低減できると共に、半製品
または最終製品における表面欠陥の発生を防止すること
ができる。

【００１７】

【実施例】転炉および真空炉で溶製したステンレス鋼Ｓ
ＵＳ３０４の溶鋼を、電磁撹拌装置を備えた垂直型スラ
ブ連続鋳造機を用い、厚さ２０６ｍｍ、幅１０００〜１
２５０ｍｍのスラブに、０．５〜０．９ｍ／ｍｉｎの鋳
造速度で、ＣａＯ−ＳｉＯ₂系パウダーを用いて連続鋳
造するに際し、表１に示すとおり、電磁撹拌装置への印
加電流、モールドパウダー粉末層厚、浸漬ノズル深さを
一定として鋳造し、鋳型内の温度勾配の急激な領域の深
さｄおよび温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを、２ｍｍ間隔で
実測し、鋳型内の温度勾配の急激な領域の深さｄおよび
温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mと鋳片表面品質との関係から
求まる鋳片表面品質の安全領域で鋳造できなかった鋳片
を表面手入れした従来法と、鋳型内の温度勾配の急激な
領域の深さｄおよび温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを、２ｍ
ｍ間隔で実測し、鋳型内の温度勾配の急激な領域の深さ
ｄおよび温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mと鋳片表面品質との
関係から求まる鋳片表面品質の安全領域に移行させるべ
く、表１に示すとおり、パウダー投入量、電磁撹拌の印
加電流および浸漬ノズル深さのうちの少なくとも一つを
変更し、結果として鋳片表面品質の安全領域で鋳造でき
なかった鋳片を表面手入れした本発明法のそれぞれにつ
いて、鋳片手入れ比率と最終製品の欠陥発生率を調査し
た。その結果を１週間平均を１プロットとして図５に示
す。

【００１８】

【表１】

【００１９】図５に示すとおり、本発明法を適用するこ
とによって鋳片表面品質の推定精度が向上し、必要最小
限の鋳片表面手入れによって、製品の表面欠陥を従来法
の約半分以下の低位に抑制することができた。

【００２０】

【発明の効果】以上述べたとおり、この発明方法によれ
ば、連続鋳造における鋳片の表面品質の推定精度を安定
維持でき、必要最小限の鋳片表面手入れによって、製品
の表面欠陥を大幅に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳型内の温度勾配の急激な領域の深さｄおよび
温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mの実測方法の説明図で、
（Ａ）図は側断面図、（Ｂ）図は平面図である。

【図２】モールドパウダー粉末層厚と鋳型内の温度勾配
の急激な領域の深さｄとの関係を示すグラフである。

【図３】電磁撹拌装置（Ｍ−ＥＭＳ）への印加電流と鋳
型内の温度勾配の急激な領域の深さｄとの関係を示すグ
ラフである。

【図４】タンディッシュ内溶鋼温度と浸漬ノズル深さと
温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mとの関係を示すグラフであ
る。

【図５】実施例における鋳片手入れ比率と製品欠陥発生
率との関係を示すグラフである。

【図６】鋳型内の溶鋼温度と測定深さと温度勾配の急激
な領域の深さｄおよび温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mの状態
説明図である。

【図７】鋳型内の温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mと温度勾配
の急激な領域の深さｄと鋳片表面品質との関係を示すグ
ラフである。

【符号の説明】

１ シース熱電対 ２ 測温プローブ ３ 昇降装置 ４ 鋳型 ５ 溶鋼 ６ 浸漬ノズル ７ モールドパウダー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) B22D 11/16 B22D 11/16 104 B22D 11/10 330 B22D 11/10 350 B22D 11/10 370

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶鋼の連続鋳造において、鋳型内の溶鋼
   温度を深さ方向に５〜１０点同時に測定し、その温度分
   布および絶対温度を把握してメニスカス直下の温度勾配
   の急激な領域の深さｄを求めると共に、その下部の温度
   安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを求め、前記温度勾配の急激な領
   域の深さｄと温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを、温度勾配の
   急激な領域の深さｄと温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mと鋳片
   表面品質との関係から求まる鋳片表面品質の安全領域に
   移行させるべく、パウダー投入量、電磁撹拌および浸漬
   ノズル深さのうちの少なくとも一つを変更することを特
   徴とする連続鋳造における表面欠陥の抑制方法。
2. 【請求項２】 溶鋼の連続鋳造において、鋳型内の溶鋼
   温度を深さ方向に５〜１０点同時に測定し、その温度分
   布および絶対温度を把握してメニスカス直下の温度勾配
   の急激な領域の深さｄを求めると共に、その下部の温度
   安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを求め、前記温度勾配の急激な領
   域の深さｄと温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mを、温度勾配の
   急激な領域の深さｄと温度安定域の溶鋼温度Ｔ_Mと鋳片
   表面品質との関係から求まる鋳片表面品質の安全領域に
   移行させるべく、パウダー投入量、電磁撹拌および浸漬
   ノズル深さのうちの少なくとも一つを変更し、結果とし
   て品質安全領域で鋳造できなかった鋳片は、表面手入れ
   工程を経由させることを特徴とする連続鋳造における表
   面欠陥の抑制方法。