JP3180164B2 - 連鋳鋳片の内質改善方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は連続鋳造法で製造される
炭素鋼鋳片の内質改善方法および装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、連続鋳造法で凝固組織の等軸晶化
を促進させる方法としては、鋳型内、二次冷却帯、溶鋼
凝固末期部における電磁攪拌がある（特願昭５８―２５
１４５５）。

【０００３】電磁攪拌の効果については鉄と鋼第６７年
（１９８１）第８号Ｐ１２８７及びＰ１２９７に述べら
れている。

【０００４】特に、凝固組織の等軸晶化や鋳型内でのデ
ッケルの生成防止に鋳型内の電磁攪拌が顕著な効果を有
することが一般に認識されてきている。

【０００５】しかし、これらの電磁攪拌を適用した場合
においても、等軸晶化が困難な鋼種においては鋳片等軸
晶率は大きくバラつき、目標とする等軸晶率が充分確保
されない場合が多い。

【０００６】また、回転型電磁攪拌装置、移動型電磁攪
拌装置いづれにおいても電磁気力で水平方向に駆動され
た溶鋼流動は鋳型内壁で向きを変え、ストランドの上下
流へ向う流動を引起こす。

【０００７】上流に向った流れによる湯面の盛り上がり
は操業者によく知られた現象であり、一方、下流へ向う
流動が生じているのは鋳片縦断面で観察される柱状晶組
織がメニスカス側へ傾斜して成長していることから認識
される事象である。

【０００８】本発明者らが凝固組織の等軸晶化や介在物
品質と操業条件の関係について解析した際、鋳片縦断面
で観察される柱状晶組織の上流側への傾きが大きいほど
鋳片の等軸晶率が低下し、また、超音波探傷法で棒鋼成
品中心に検出される介在物欠陥が増大する傾向が認めら
れた。

【０００９】特に、ほとんど同じ操業条件で鋳造された
鋳片において上記柱状晶の傾きが異なると鋳片の等軸晶
化や鋳片中心部の介在物レベルに大きな差が生じること
は注目に値する。

【００１０】このような鋳片縦断面の柱状晶組織の上流
側への傾き増大は、凝固時に柱状デンドライト先端に存
在する下降流の流速が増大したことを示している。

【００１１】よって、以上述べたことから、鋳型内電磁
攪拌により誘起される下降流は凝固組織の等軸晶化や鋳
片中心部の介在物品質に対して悪い影響を与え、下降流
が激しくなると等軸晶化が阻害され介在物レベルも低下
すると判断される。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明は連続鋳造法で
鋳型内電磁攪拌を適用して鋳片を製造するに際し、鋳型
内電磁攪拌により誘起される下降流による凝固組織の等
軸晶化抑制や介在物品質の劣化を防止して、充分な等軸
晶化を図り偏析、ポロシティーの少ない優れた内質の鋳
片製造方法を提供しよとするものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの手段として以下の方法と装置がある。

【００１４】

【００１５】それは、連続鋳造法により鋳片を製造する
に際し、鋳型内の溶鋼に電磁気力を作用させて攪拌する
と共に、その攪拌位置より下流で電磁気力を作用させて
溶鋼流動を制動し、さらにその下流位置で溶鋼に電磁気
力を作用させて攪拌することを特徴とする連鋳鋳片の内
質改善方法と装置である。

【００１６】

【作用】本発明者らは鋳型内電磁攪拌により誘起される
下降流は凝固組織の等軸晶化を抑制し、介在物品質が劣
化することを見出すと共にこの下降流に起因する問題を
解決する方法について種々検討を加えた。

【００１７】顕著な等軸晶化促進効果を有する鋳型内電
磁攪拌で攪拌により生じた下降流により凝固組織の等軸
晶化が阻害される原因は、攪拌でメニスカス近傍の比較
的高温の溶鋼流が凝固シェルに沿ってストランド内へ侵
入し、その際等軸晶の核生成に必要な凝固前面の過冷度
を消失させたり、等軸晶の核となるエンブリオを再溶解
するためと考えられる。

【００１８】一方、鋳型内電磁攪拌により生じた下降流
により鋳片中心部の介在物レベルが悪化するのは、ノズ
ル吐出孔から侵入した介在物や巻き込まれたパウダー等
がメニスカス部近傍で浮上分離されずに下降流に同伴さ
れてストランド内奥深くまで侵入するためと推察され
る。

【００１９】この下降流に起因する等軸晶化の抑制や介
在物レベルの低下といった問題は、何等かの方法で鋳型
内電磁攪拌により生じる下降流を抑制することにより解
決可能と考え、その一つの方法として、鋳型内攪拌位置
より下流の位置において下降流を制動するように電磁気
力を作用させる方法を着想した。

【００２０】従来、鋳型に電磁石を設けて、ノズル噴流
を制動する試みもなされているが（杉沢ら：材料とプロ
セス、ＣＡＭＰ―ＩＳＩＪ Ｖｏｌ．４（１９８１）―
１２８１）、メニスカス部の湯面変動防止や非金属介在
物の巻き込み防止する目的であり鋳型内電磁攪拌による
高温下降流の侵入を防止して、鋳片の等軸晶化促進を目
的としていない。

【００２１】また、鋳型に溶鋼の下降流を制動する電磁
石を設置した場合、鋳片の等軸晶化に顕著な効果を有す
る鋳型内電磁攪拌の適用が困難で、その場合は偏析等の
内質改善に必要な等軸晶を安定して確保できないことが
予想される。

【００２２】図１に上記下降流抑制方法の実施態様を示
す。

【００２３】回転または移動磁場発生装置３の作用によ
り発生した溶鋼の下降流に対しその直下で直交する方向
に静磁場を静磁場発生装置４により付加することにより
下降する溶鋼流に制動力を作用させることができる。

【００２４】静磁場を付加する方向については鋳片の短
辺と平行な方向に付与する方向が磁場の減衰も少なく最
も有効と考えられる。

【００２５】また、あまり、鋳型内電磁攪拌位置に近い
と下降流の有する運動量が大きくそれを制動するための
磁場強度をかなり大きくする必要が有り、また、制動力
を付加する位置が鋳型内の攪拌位置からあまり離れ過ぎ
ても凝固シェルが厚くなって、そのシェルでの減衰が大
きくなるため溶鋼流の制動に必要な磁場強度はかなりア
ップする。

【００２６】従って、制動力を付与する位置については
両者の兼合で最も適正な位置を選定すべきである。

【００２７】さらに、制動力をストランド方向に数段で
作用させることにより、より確実な下降流の抑制が実現
できる。

【００２８】また、下降流と逆の方向へ、即ち上流へ向
って溶鋼を駆動させるように移動磁場を付与して下降流
を減衰しても上記静磁場を付与した場合と同様な効果が
期待できる。

【００２９】また、移動磁界による方法と静磁場を付加
して下降流を抑制する方法を組合せても良い。

【００３０】上記で述べた静磁場または移動磁場を付与
して鋳型内電磁攪拌により誘起された下降流が抑制され
ると、高温流によりストランド内部の溶鋼の過冷度は消
失されず保持され、等軸晶の核となるエンブリオも再溶
解されないので凝固組織の等軸晶化は一層進み、下降流
が抑制されることでストランド内部へ侵入する介在物の
大幅な減少も期待できる。

【００３１】さらに、このようにメニスカスからの下降
流がほとんど存在せず、従って、メニスカスからの高温
流の影響を受けない条件で再度２次冷却帯で溶鋼を鋳造
軸まわりに攪拌すると、凝固前面の溶鋼過冷度を減少さ
せていた溶質濃化層が母溶鋼により希釈され、凝固前面
の溶鋼過冷度は増大し、且つ、その過冷領域が拡大する
結果、２次冷却帯での電磁攪拌による動的核生成作用が
極めて効果的に作用し、凝固組織の等軸晶化が一層促進
される。また、本法では２次冷却帯で電磁攪拌を付与し
ても、上流からの顕著な下降流が存在しないため、本電
磁攪拌で下降流が誘起されてもストランドのより内部へ
の介在物の侵入はほとんど起こらず、制動力を付与せず
に攪拌した場合の様に鋳片内部の介在物品質を劣化させ
ることはない。

【００３２】

【実施例】更に本発明について実施例に基づき説明す
る。

【００３３】本発明の効果について確認するため鋳片断
面サイズが１６２ｍｍ×１６２ｍｍの湾曲型連鋳機を用
いて難等軸晶化鋼種であるＳ４８Ｃを鋳造した。

【００３４】本実施例におけるタンディッシュ溶鋼過熱
度は２５〜４５℃であり、鋳造速度は２．０〜２．５ｍ
／分の範囲であった。

【００３５】図１に本発明の実施態様を示す。既存の鋳
型内電磁攪拌装置３と２次冷却帯の電磁攪拌装置６に加
え、新たに鋳型直下に電磁石４を設け鋳片厚み方向に１
テスラの静磁場を付加して鋳型内攪拌で生じる下降流に
対し制動力を付与した。

【００３６】鋳型内攪拌では溶鋼流速で４０〜５０ｃｍ
／秒、２次冷却帯の電磁攪拌では２０〜３０ｃｍ／秒の
攪拌を付与した。

【００３７】鋳型内電磁攪拌で誘起される下降流を電磁
制動することによる鋳片品質改善効果を把握するため、
連鋳機の片ストランドで制動力を付加し、また、もう一
方のストランドのでは電磁石を切って制動力を付与しな
いで鋳造した。

【００３８】さらに本発明を実施したストランドにおい
て鋳型内電磁攪拌と電磁制動のみを適用し２次冷却帯の
電磁攪拌を適用しなかった水準も設定した。

【００３９】尚、凝固組織は鋳片縦断面でエッチプリン
トで評価し、また、鋳片中心部の介在物レベルは棒鋼圧
延した成品中心部を超音波探傷することにより評価し
た。

【００４０】図２にタンディッシュにおける溶鋼加熱度
と厚み比で定義した鋳片上面側等軸晶率の関係について
調査した結果を示す。

【００４１】本図より鋳型内電磁攪拌のみを付加した場
合より鋳型下端で電磁制動を付加した場合の方が、さら
に２次冷却帯での電磁攪拌を付加した方が同じ溶鋼加熱
度に対する上面側等軸晶率は向上している。

【００４２】本発明の方法では鋳型内電磁攪拌のみの場
合に対し特に高過熱度側で顕著な等軸晶化促進効果が認
められる。

【００４３】尚、鋳型内と２次冷却帯の２段の電磁攪拌
を適用した場合の上面側等軸晶率は鋳型内電磁攪拌で誘
起された下降流が制動されないために、鋳型内電磁攪拌
のみのときのレベルとほぼ同等か若干改善される程度で
あり、従って、本発明の方法はこの２段電磁攪拌に比べ
てもかなり優れた等軸晶化促進効果を有することがわか
る。

【００４４】図３には鋳片を棒鋼圧延した成品中心部の
介在物について超音波探傷法で調査した結果を示す。

【００４５】本図の縦軸の成品介在物不良指数とは許容
レベルを越える大きさの介在物が存在した成品の割合に
対応させた指数であり、指数が大きいほど介在物レベル
が悪いことを示している。

【００４６】本図より本発明を適用し、鋳型内電磁攪拌
による下降流を抑制した場合はしない場合に比べ成品中
心部介在物レベルは向上している。

【００４７】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明を適用する
ことにより炭素鋼鋳片の上面側等軸晶率は大幅に向上
し、バラツキも減少する結果、中心偏析やセンターポロ
シティーが減少し、鋳片中心部の介在物レベルも向上す
る結果、鋳片内質は大幅に改善される。

【００４８】一方、本発明により目標等軸晶率を確保す
るためにＴＤ溶鋼過熱度を厳しく下げる必要がなくな
り、従来等軸晶確保のため実施していた低温鋳造で発生
するノズル詰りや介在物レベルの劣化も回避され、一層
の操業安定および鋳片品質の改善が図られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実機試験における本発明の実施態様を示す立面
説明図である。

【図２】タンディッシュの溶鋼加熱度と鋳片上面側等軸
晶率の関係について調査した結果であり、本発明の等軸
晶化促進効果を示す図である。

【図３】成品中心部の介在物レベルを調査した結果であ
り、本発明による鋳片中心部の介在物レベルの改善効果
を示す図である。

【符号の説明】

１ タンディッシュ ２ モールド ３ 鋳型内電磁攪拌装置 ４ 静磁場付加用電磁石 ５ ２次冷却帯 ６ ２次冷却帯の電磁攪拌装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭61−135465（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−23554（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−147754（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−284750（ＪＰ，Ａ) 実開 昭56−165557（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/115

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造法により鋳片を製造するに際
   し、鋳型内の溶鋼に磁場を作用させて溶鋼に鋳造軸まわ
   りの攪拌流を発生させるとともに、前記磁場作用位置よ
   り下流位置で溶鋼に磁場を作用させて該位置における前
   記攪拌に伴う下降流を制動し、さらに前記制動用磁場作
   用位置より下流位置で溶鋼に磁場を作用させて溶鋼に鋳
   造軸まわりの攪拌流を発生させることを特徴とする連鋳
   鋳片の内質改善方法。
2. 【請求項２】 連続鋳造機において、鋳型内溶鋼に鋳造
   軸まわりの攪拌流を発生させる磁場発生装置と、前記攪
   拌用磁場発生装置位置より下流位置に該位置における前
   記攪拌に伴う溶鋼の下降流を制動する磁場発生装置と、
   さらに前記制動用磁場発生装置位置より下流位置に溶鋼
   に鋳造軸まわりの攪拌流を発生させる磁場発生装置とで
   構成したことを特徴とする連鋳鋳片の内質改善装置。