JP3256148B2 - 凝固過程での収縮量の大きい鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

凝固過程での収縮量の大きい鋼の連続鋳造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造時の鋳片
凝固過程で収縮量の大きい鋼や、包晶域を通過する鋼、
例えば中炭素鋼([C]:0.06〜0.20%)、S
US420およびSUS304の連続鋳造において、鋳
片の表面割れ(横割れ、縦割れ)のない表面性状の優れ
た、無欠陥鋳片を得るための鋼の連続鋳造方法に関する
ものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、鋼の連続鋳造時に鋳型内に添加
するモールドフラックスは種々の役割を担っている。す
なわち、鋳造される溶鋼表面を保温すること、鋳型
内溶鋼表面の酸化防止および浮上する介在物を迅速溶解
すること、鋳型と鋳片間の潤滑をつかさどること、
鋳片より最適な抜熱量をコントロールすることなどの働
きを課せられている。
【0003】モールドフラックスのこれらの作用によっ
て鋳片の表面欠陥をなくし、美麗な鋳肌を形成できる効
果を有し、特に連続鋳造操業の鋳込作業の安定性の確保
と鋳片鋳造歩留り向上を図るためには必要不可欠なもの
である。
【0004】モールドフラックスは、通常粉体あるいは
顆粒状であり、その成分は一般にCaO,SiO2 を主
成分とし、他にAl23 、アルカリ土類金属およびア
ルカリ金属の化合物(炭化物、炭酸塩、弗化物等)を加
えてなるものであり、溶融温度、粘度等を調整し、さら
に、溶融速度を調整するためにカーボンを添加してフラ
ックス組成が構成されており、顆粒状の場合は、有機、
無機質のバインダー等が用いられ一定の形状を保持して
いる。
【0005】特に最近では、の作用において、鋼の炭
素含有量が0.1重量%程度(一般には、0.06〜
0.20%)のいわゆる亜包晶鋼の連続鋳造時には、凝
固途中で包晶反応を含むδ→γ変態に伴う急激な凝固収
縮が起り、鋳片がモールドより離れ局部的な凝固遅れを
生じ、表面割れ等の欠陥の原因となることが明らかとな
っており、これを防ぐためモールドの抜熱量をコントロ
ールして、熱流束を低下させ、緩冷却化させることが好
ましいとされている。
【0006】これ等緩冷却をする手段として、特開平7
−214263に於ては、ZrO2,TiO2 ,CeO2
を添加して、CaO/SiO2 を低めに設定すること
により、結晶化度を過度に高めず制御することや、特開
平7−164120のように、Cr金属ないしその化合
物の粉末を添加することにより、モールドフラックスの
凝固時の結晶析出開始温度を高く、かつ結晶析出開始温
度を冷却速度に拘らず一定にできる(固体スラグフィル
ムの厚さが一定であれば一定の抜熱となる)ことがで
き、緩冷却にして均一冷却が可能となり、表面割れが防
止できるとしている。
【0007】しかしながら、包晶域の炭素鋼に於ては、
上記公知の対策をしたとしても、特開平7−21426
3では、一定の結晶化率を得ることは、冷却速度が一定
とはならないので非常に困難であり、操業変動によって
は表面割れを完全に防止することはできない。
【0008】また、特開平7−164120を試みてみ
たが、結晶度合が高く均一な冷却速度の機能は得られた
が、結晶開始温度が高くなることでモールド内面全体の
潤滑性が低下し、充分なるシェル発達が遅れ拘束を起
し、ブレークアウト発生に到る危険性が残っており、こ
れらにより問題点を完全に解決したものとは言い難い。
【0009】
【発明が解決しようする課題】本発明者らは、モールド
フラックスの溶融スラグから、結晶凝固を起すときの結
晶の発生およびその成長について種々の要因の中で、数
多くの添加物の影響、特に結晶析出開始温度および結晶
核発生量およびその大きさ、さらにはマトリックスとな
るガラス相の残量についての調査を行うと共に、鋳造評
価も合せて行った。
【0010】その結果、従来のモールドフラックス(例
えば、特開平7−164120、特開平7−21426
3)では、確かに鋳片の縦割れ発生の防止は認められる
が、モールド内に設置した熱電対からの温度情報によれ
ば、若干の湯面変動やスラグベアの発達の場合、温度の
乱れがあり、鋳片に均一な凝固シェルを形成していると
は言い難く、この様な理由でブレークアウトの警報が発
生したり、ついには鋳片表面の凝固シェルの破断により
ブレークアウトに到る惧れがある。また、特定のモール
ドフラックスを用いても粘度と連続鋳造速度の間に適性
な関係を保つ状態で鋳造を行なわなければ上記問題点の
解決には繋がらないことがある。
【0011】本発明は上記した種々の問題点を検討し、
鋳片の凝固過程で収縮量の大きい鋼、または前述した凝
固過程で包晶域を通過する鋼として、中炭素鋼やSUS
420,SUS304の安定した鋳造操業が可能となる
様に、かつ鋳片の表面割れ欠陥を防止できる連続鋳造用
方法を提供することを目的としたものである。
【0012】
【課題を解決するための手段】上記に示した目的を達成
するために、本発明での鋼の連続鋳造用方法は、下記手
段を採るものである。 (1)凝固過程での収縮量の大きい鋼の連続鋳造方法に
おいて、鋳造速度(V)が1.6m/min以上の高速
鋳造時に、鋳型に添加するモールドフラックスがMnO
を0.2〜2.0%含有し、かつ凝固温度が1100〜
1300℃の範囲にあり、その粘度(η)と鋳造速度
(V)の関係が下記(1)式を満足せしめる範囲で鋳造
することを特徴とする凝固過程での収縮量の大きい鋼の
連続鋳造方法。 η×V≦4 ・・・(1) ただし、 η=粘度(poise at 1300℃) V=鋳造速度(m/min)
【0013】(2)凝固過程での収縮量の大きい鋼とし
て、包晶域を通過する鋼に適用することを特徴とする
(1)記載の凝固過程での収縮量の大きい鋼の連続鋳造
方法。 (3)凝固過程での収縮量の大きい鋼として、中炭素
鋼、SUS420およびSUS304に適用することを
特徴とする(1)または(2)記載の凝固過程での収縮
量の大きい鋼の連続鋳造方法。
【0014】
【発明の実施の形態】モールドフラックスは、鋳型内に
添加することにより鋳型と鋳片間に流入し、鋳型からは
常に冷却を受ける。このために、流入したモールドフラ
ックスは鋳型側では凝固して、固体状態のフィルム状と
なって鋳型に接しており、また鋳片側では、高温凝固シ
ェルにより、溶融した液体状態のフィルム状となってい
る。
【0015】鋳片の縦割れ発生の主原因は、この固体フ
ィルムと溶融フィルム厚みのバラツキに起因し、その結
果、鋳片から鋳型への抜熱不均一によるものと考えら
れ、特に、抜熱が大きくなった局部に凝固収縮が集中
し、鋳型内のメニスカス下部でモールドより離れてしま
い、その部分が逆に凝固遅れを起すためそこに応力が集
中し、鋳型より離れた部分が凹みを伴い縦割れの発生原
因となると言われている。
【0016】このため一般的に鋳片の緩冷却を行うため
にモールドフラックスの凝固温度を高くし、凝固フィル
ム厚を厚くすることにより目的を達そうとしたり、モー
ルドフラックスをプリメルト処理をすることにより均質
化をはかり、鋳片の縦割れ発生の防止を行っている。
【0017】しかしながら、このようにモールドフラッ
クスの凝固温度を高くすることにより、鋳型に接した溶
鋼湯面上でモールドフラックスが凝固したベアの発達が
過大となり、操業性の悪化、さらには湯面変動により、
この大きなスラグベアのためメニスカスで厚いスラグフ
ィルムを形成し、その部分が過緩冷却となり、充分な凝
固シェルの発達がおさえられて、モールド直下で溶鋼の
静圧にたえられず、ブレークアウトの発生に到ることが
あり、ブレークアウト発生の原因の一つと考えられてい
る。
【0018】そこで本発明者らは、溶融したモールドフ
ラックスの凝固時の結晶析出温度と、結晶の発生する数
と大きさについて、図1に示すような鉄製鋳型に溶融フ
ラックスを流し込み、その凝固組織を調査し検討を行っ
た。モールドフラックスの溶解方法としては図2に示す
ように一般的なマッフル炉を用いその操作を図3(a)
と(b)に示した。
【0019】モールドフラックスを溶解するための炉と
しては、マッフル炉が一般的で、定量のモールドフラッ
クス1(Ig.lossを除いたフラックス成分)を上
部黒鉛ルツボ2の上方から装入する。この時上部黒鉛ル
ツボ2は下降した状態にあり、下部黒鉛ルツボ3の中心
部に位置するストッパー5は閉じており、装入されたフ
ラックス1は上部黒鉛ルツボ2が加熱状態にあるため、
その一部は溶解されながら下部ルツボ3に流下し(図3
−a)、ルツボ3内のフラックスを均等に溶融する。な
お、下部黒鉛ルツボ3にはその外周に該ルツボを加熱す
るための発熱体9が設置されている。
【0020】モールドフラックス1は一定の均一溶融保
持時間を経た後、上部ルツボ2を上昇することによりス
トッパー5も同時に上昇し、瞬時に下部黒鉛ルツボ3の
抽出口4より流出させ(図3−b)、中間ノズル6を介
して下方に位置する鋳型7に一定条件下で正確に注入さ
れるようになっており、鋳型に注入された溶融フラック
スは冷却され、モールドフラックスの凝固試料となる。
冷却凝固したモールドフラックスは鋳型7より取り出さ
れ、該試料を縦方向に切断し、その切断面を肉眼により
その組織を観察する。
【0021】
【表1】
【0022】表1にMnOを添加する試験を行ったモー
ルドフラックスの組成と物性を示し、これらをに上記要
領で溶解し、図1に示した鋳型に注入してその切断面の
凝固組織をスケッチし、その概要を図4に示した。
【0023】図4の(a),(b)に示されるように、
従来のモールドフラックスの欠点を改善したもので、そ
の作用は柱状晶結晶、または、粒状晶の肥大を防止し、
溶融したモールドフラックスが凝固する時に結晶を大き
く成長させず、微細化させることにより、結晶化による
抜熱低下および高潤滑性を得ることができるものであ
る。
【0024】前記した凝固断面粒子径を満足させるため
には、モールドフラックス組成としては通常含有してい
る種々の組成の他に前記表1におけるMnOのような
面結晶粒を微細化させる作用をもつ金属、またはその化
合物の粉末を適宜配合させると好都合である。また、他
の物性として凝固温度が1100〜1300℃を必要と
し、鋳型側では凝固していても鋳片側では流動性を保ち
潤滑機能を充分に果たし、溶解がスムーズに行ない得
る。本発明においては、高速鋳造での鋳片表面性状を良
好に保つことを問題としているので、連続鋳造速度が
1.6m/min以上で引き抜かれる鋳片が対象とな
る。
【0025】本発明者らは、種々のη、V、凝固温度を
大きく変動させ、鋳造テストを行った結果、鋳造速度と
モールドフラックスの粘度の間には一定の関係式を満た
すものでなければならず、この範囲としては下記(1)
式の条件で示される。 η×V≦4 ・・・(1) ただし、 η=粘度(poise at 1300℃) V=鋳造速度(m/min)
【0026】この値を超えると鋳片の表面割れを防止す
ることは難しく鋳片の表面性状を損う。本発明で使用す
るモールドフラックスは、該フラックス中のSを固定す
るため、特開昭63−61108のようなSの心配もな
くなる。また、どのような形状(粉末、押出顆粒、球
形)でも問題はないが、スラグベアを最少限にするに
は、中空顆粒にすることが望ましい。
【0027】
【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。実
施例に用いた鋼の組成を表2に示した。また使用したモ
ールドフラックスの組成と物性は表3に示し、また表4
には連続鋳造での操業条件と使用時の操業性、鋳片の表
面性状および使用結果の総合評価を示した。鋳造したス
ラブサイズは250×1000mmで、ビレットサイズ
は160×160mmであった。鋳造速度は何れも1.
6m/min以上で本発明範囲を満足させるものであっ
た。
【0028】
【表2】
【0029】
【表3】
【0030】
【表4】
【0031】表3中、比較例のフラックスはMnOを含
有しないのに対し、本発明実施例のフラックスはいずれ
もMnOを0.2から2.0%含有している。1、2
は、中炭スラブの高速鋳造で、MnO(換算値)を0.
2%および0.5%含有したもので、品質、操業性共に
良好な結果が得られた。3、4は、中炭ビレットの高速
鋳造の結果であり、Sが高くても良い結果が得られた。
5、6は、SUS304とSUS420のスラブとビレ
ットの高速鋳造の結果であるが、中型素鋼も同様に良い
結果が得られた。
【0032】また、実施例7のごとく、原料の一部がプ
リメルト+フラックスのタイプでも充分良い結果が得ら
れた。さらに、8のごとく、プリメルト原料をベースに
しない、天然の硅灰石粉を用いても、品質的には完全に
満足するものではないが充分良い結果が得られた。これ
に対し、本発明範囲を外れた比較例9、10、はスラ
ブ、ビレット共に鋳片表面に縦割れの発生がみられ、鋳
片の手入れ、割れた部分の切断等の後処理を要し、満足
できるものではなかった。
【0033】
【発明の効果】以上説明したように、本発明の連続鋳造
によれば、モールドと鋳片間に流入したモールドパウダ
ーが凝固する際の結晶化率を高くすることができモール
ド内の緩冷却化と局部的熱流束の変動低下を実現でき、
高品質の鋼を安定して連続鋳造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】モールドフラックスの評価に用いる鋳型を示す
斜視図
【図2】モールドフラックスの溶融試験法の概要を示し
た図
【図3】溶融試験炉の操作状況を示す図
【図4】本発明に使用するモールドフラックスの溶融試
験法での試料の凝固組織の概要図
【符号の説明】 1 モールドフラックス 2 上部黒鉛ルツボ 3 下部黒鉛ルツボ 4 抽出口 5 ストッパー 6 中間ノズル 7 鋳型 9 発熱体
フロントページの続き (56)参考文献 特開 平8−197214(JP,A) 特開 平8−90180(JP,A) 特開 平8−33962(JP,A) 特開 平8−187559(JP,A) 特開 平7−284896(JP,A) 特開 平7−214266(JP,A) 特開 平7−204810(JP,A) 特開 平6−106302(JP,A) 特開 平8−300123(JP,A) 特開 平8−155612(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B22D 11/108 C21C 7/076

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 凝固過程での収縮量の大きい鋼の連続鋳
    造方法において、鋳造速度(V)が1.6m/min以
    上の高速鋳造時に、鋳型に添加するモールドフラックス
    がMnOを0.2〜2.0%含有し、かつ凝固温度が1
    100〜1300℃の範囲にあり、その粘度(η)と鋳
    造速度(V)の関係が下記(1)式を満足せしめる範囲
    で鋳造することを特徴とする凝固過程での収縮量の大き
    い鋼の連続鋳造方法。 η×V≦4 ・・・(1) ただし、 η=粘度(poise at 1300℃) V=鋳造速度(m/min)
  2. 【請求項2】 凝固過程での収縮量の大きい鋼として、
    包晶域を通過する鋼に適用することを特徴とする請求項
    1記載の凝固過程での収縮量の大きい鋼の連続鋳造方
    法。
  3. 【請求項3】 凝固過程での収縮量の大きい鋼として、
    中炭素鋼、SUS420およびSUS304に適用する
    ことを特徴とする請求項1または請求項2記載の凝固過
    程での収縮量の大きい鋼の連続鋳造方法。
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