JP3360657B2 - 広幅薄鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、広幅薄鋳片の連続
鋳造方法、より特定的には、高速鋳造時においても安定
操業が実現でき、かつ鋳片表面品質が改善された広幅薄
鋳片の連続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、薄鋳片 (鋳片厚50〜120mm)の連続
鋳造設備 (以下ＣＣと記す。) を採用した、熱間圧延に
よる薄板の製造プロセスが実用化され、ミニミルを主体
に世界的規模で普及しつつある。

【０００３】この製造プロセスは、ＣＣとホットストリ
ップミルが直結した設備レイアウトを採用しており、ス
ラブ加熱工程の省略が可能となるなど省エネルギーの効
果が注目され、それをさらに効率的に実現するための技
術の一環として、連続鋳造の段階での薄鋳片化を図るた
めの技術開発が行われている。

【０００４】薄鋳片を連続鋳造で製造する場合、通常の
鋳片鋳造用鋳型の厚み(200〜350 mm) に比較して、薄鋳
片用の鋳型の厚みは50〜120 mmと極端に狭くなってお
り、タンディッシュから溶鋼を鋳型内に供給する浸漬ノ
ズルの吐出孔断面積も小さい。また、薄鋳片用のＣＣを
使用して通常の鋳片用のＣＣと同等レベルの生産量を確
保するためには、鋳型幅および鋳造速度を増加しなくて
はならない。そのため、浸漬ノズルから吐出する溶鋼流
速は、通常の鋳片用のＣＣの場合に比べ、２〜３倍以上
も速くなり、操業トラブルおよび品質悪化を招く恐れが
ある。

【０００５】図１は、そのような操業トラブルおよび品
質悪化の生じる原因の模式的説明図である。図中、例え
ば鋳造速度３m/min 以上の高速鋳造になると、浸漬ノズ
ル６からの溶鋼１の矢印８方向への吐出流速が増大し、
鋳型２の壁部に沿って形成された短辺側凝固シェル (図
示せず) に当たり、凝固シェルの再溶解によるブレーク
アウトの危険性が増大する。また、図１に矢印でもって
示すように短辺側には大きな溶鋼１の上昇反転流が生
じ、湯面変動を生じさせる。この湯面変動は、パウダス
ラグベアの生成を助長し、パウダスラグベアの巻き込み
によるブレークアウトを生じさせる。湯面変動はパウダ
スラグベアだけではなく、溶融パウダ５をも巻き込み、
これはスリバー疵と呼ばれるコイル品質欠陥を増大させ
る。

【０００６】これを防ぐためには、薄鋳片のＣＣにおい
ては特開平８−39208 号公報に記載されている浸漬ノズ
ルの吐出孔を下向きにする方法および特開平８−252659
号公報に記載されている磁場を印加し溶融流速を抑制す
る電磁ブレーキ法(EMBr 法)が多く用いられている。

【０００７】しかしながら、特開平８−39208 号公報に
記載されている、吐出孔下向き浸漬ノズルを使用した場
合、浸漬ノズル吐出孔から出る溶鋼流のほとんどが下降
流となるため、非金属介在物が鋳片内に持ち込まれ易く
なり、内部介在物欠陥が多くなる。また、鋳型内の溶鋼
温度が低下し、介在物浮上効果が阻害される。メニスカ
ス近傍の温度も著しく低下し、シェル先端の爪倒れによ
るパウダ噛み込みが増加し、コイル品質に悪影響を及ぼ
す欠点がある。特開平８−252659号公報には広幅薄鋳片
の未凝固圧下操業前後において電磁ブレーキの磁場強度
を変更する方法が述べられている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、広幅
薄スラブの高速鋳造において、一定の生産量を確保しつ
つブレークアウト等の操業トラブルをなくし、かつコイ
ルの品質悪化を防止するための適正な連続鋳造方法を提
供することである。

【０００９】本発明のより具体的な目的は、広幅薄鋳片
の高速鋳造において、生産量を確保しつつブレークアウ
トの発生を実質上なくし、かつコイル疵発生率が0.01％
以下を実現できる連続鋳造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達するために、種々の操業条件を変更し調査した結
果、鋳型幅1000〜1700mm、鋳型厚さ70〜120 mmの鋳型を
用い、鋳造速度３〜５m/min の高速鋳造を実施する場
合、電磁ブレーキの印加磁場強度をＧ、スループット(t
/min) Ｑとした場合、Ｇ＝α[1869 ×Ln(Q) ＋1769] 、
α＝0.6 〜1.4 の範囲でスループットに応じて磁場強度
を変更することにより、鋳片表面欠陥を減少させること
が可能であることを見出した。

【００１１】なお、前述の特開平８−252659号公報にあ
っては、鋳型内に印加する磁場強度の大きさは、鋳造速
度、鋼種、鋳型の厚みが異なるので経験的として表現し
ているだけであり明確ではない。また鋳造速度が2.4m/m
inの条件について記載されているだけであり、鋳造速度
３m/min 以上の広幅薄鋳片の高速鋳造についてはそれが
可能であるか否かについては何ら記載されておらず、ま
してそのときの電磁ブレーキの印加条件についてはまっ
たく記載されていない。

【００１２】ここに、本発明は、幅1000〜1700mm、厚さ
が70〜120 mmの鋳型を用い、鋳造速度３m/min 以上で行
う広幅薄鋳片の高速連続鋳造方法であって、鋳型に電磁
ブレーキを設け、該電磁ブレーキの印加磁場強度をＧ(G
auss) 、スループット(t/min) をＱとした場合、Ｇ＝α
[1869 ×Ln(Q) ＋1769] 、α＝0.6 〜1.4 の範囲でスル
ープットに応じて磁場強度を変更することを特徴とす
る、鋳片表面欠陥を減少させた広幅薄鋳片の連続鋳造方
法である。ここで、スループット(t/min) ＝鋳型幅(m)
×鋳型厚み(m) ×鋳造速度(m/min) ×溶鋼比重 (t/m³)
である。

【００１３】

【発明の実施の形態】前述の図１に基づいて、本発明方
法を説明すると次の通りである。まず、図１は、広幅薄
鋳片の鋳造機の鋳型内を模式的に示すもので、浸漬ノズ
ル６を経て鋳型２内に給湯された溶鋼１は、この鋳型に
設けられた電磁ブレーキ３によってその下向きの流れが
制限される。鋳型内溶鋼の上にはパウダ４が置かれてお
り、その下側には、溶融パウダ５の層が形成されてい
る。

【００１４】ここに、本発明によれば、まず鋳型サイズ
であるが、最良の鋳型サイズは幅1000〜1700mm、鋳型厚
が70〜120 mmである。これは鋳型幅が1000mm未満では生
産性を上げることができず、更なる生産性の向上には５
m/min 以上の鋳造が望まれるためである。ただし、鋳造
速度５m/min 超の鋳造速度では、鋳型と鋳片の潤滑材と
している溶融パウダの膜切れが生じやすく、拘束性ブレ
ークアウトを起こしやすい。一方、鋳型幅が1700mm超で
あると鋳片の凝固収縮量が大きくなり、縦割れと呼ばれ
る鋳片表面欠陥が発生し易くなる。

【００１５】また鋳型厚みが70mm未満の場合では、浸漬
ノズルを鋳型内に入れることは困難となり、かつ取り付
け時のアライメントの精度も非常に高くなり、作業の困
難さが増す。厚みが120 mm超では圧延時の粗ロール (ミ
ル) のスタンド数を増やさなくてはならなず、設備投
資、メンテナンス費用がかかる。そのため最良の鋳型サ
イズは幅1000〜1700mm、厚さ70〜120 mmとなる。

【００１６】次に、適正な鋳造速度についてであるが、
上述のような薄鋳片にあってもコイルの生産量を確保す
るためには３m/min 以上は必要であるが、余り高速にす
ると上記に述べた拘束性ブレークアウトの危険性がある
から、本発明では好ましくは３〜５m/min とする。換言
すればこれは目標鋳造速度である。

【００１７】本発明において使用する浸漬ノズルの形状
は特に制限はなく従来のものをそのまゝ使用すればよい
が、好ましくは次の通りである。すなわち、浸漬ノズル
は鋳型の厚みが薄いために扁平型２孔ノズルで吐出角度
が下向き角度10°〜50°が最も望ましい。例えば、吐出
角度が下向き角10°未満、水平もしくは上げ角では、吐
出孔近傍に設けられた電磁ブレーキでは、短辺の上昇反
転流による湯面変動を抑制させることはできない。電磁
ブレーキ強度を8000Ｇ以上もしくは全幅印加のように電
磁ブレーキの印加磁場範囲を大きくすることができれば
可能ではある。しかし電磁ブレーキが巨大なものとな
り、重量が重くなればそれに応じて、鋳型オシレーショ
ン設備の強化も必要となり、莫大な費用がかかる。逆に
吐出孔の下向き角度が50°超になると溶鋼下降流が増大
し、前述したように非金属介在物が鋳片内に持ち込まれ
易くなり、コイル内部介在物欠陥が多くなる。浸漬ノズ
ルのメニスカスからの浸漬深さは電磁ブレーキの磁場強
度の最大値が出る地点に最大溶鋼吐出流速が来るように
設定するのが望ましい。

【００１８】次に、電磁ブレーキの磁場印加強度である
が、電磁ブレーキの印加磁場強度をＧ(Gauss) 、スルー
プット(t/min) をＱとした場合、Ｇ＝α[1869 ×Ln(Q)
＋1769] 、α＝0.6 〜1.4 の範囲とした理由について述
べる。なお、電磁ブレーキそれ自体について本発明にあ
っては特に制限なく、従来のものをそのまゝ使用すれば
よい。

【００１９】上記に述べた最も望ましい電磁ブレーキの
磁場強度は、α＝1.0 のときで、最大鋳型サイズ幅1700
mm×120 mmで鋳造速度５m/min で鋳造した場合 (最大ス
ループット7.1t/min時) 、5400Ｇであり、最小鋳型サイ
ズ幅1000mm×70mmで鋳造速度３m/min で鋳造した場合
(最小スループット1.5t/min時) 、2500Ｇである。

【００２０】α＝0.6 〜0.9 の範囲では、短辺近傍の上
昇反転流が増大することになるが、表皮介在物が増大し
ない程度である。またα＝1.1 〜1.4 では、溶鋼流速を
抑制しすぎることになるが、メニスカスへの温度供給が
保たれている範囲であり、鋳片の内部介在物が増大しな
い操業条件が実現される。

【００２１】例えば、スループットが7.0t/minの場合、
3000Ｇ以下であると吐出流速が抑制されず、凝固シェル
の再溶解によるブレークアウトが発生し易い。また8000
Ｇを越えると浸漬ノズルからの吐出流速が過大に抑制さ
れ、メニスカス温度の低下が発生し、シェル先端の爪倒
れによるパウダのカミ込みによる品質欠陥が増大する。

【００２２】スループットが1.5t/minの場合も同様に、
1500Ｇ未満ではシェルの再溶解によるブレークアウトの
危険性があり、逆に3600Ｇ以上ではパウダのカミ込みに
よる品質欠陥が増大するために、スループットの比で磁
場印加強度を変更しなくてはならない。

【００２３】これらの関係は図３にグラフでまとめて示
す。図中、斜線で示されているのは本発明の範囲であ
り、この範囲を超えるとパウダカミ込み等による品質が
悪化し、一方、これらの範囲未満の場合はシェル再溶解
の危険性を招く。

【００２４】したがって、本発明によれば、広幅薄スラ
ブの高速鋳造において生産量を確保しつつ、ブレークア
ウト等の操業トラブルをなくし、かつ高品質のコイルを
得るには、鋳型幅1000〜1700mm、鋳型厚が70〜120 mmを
用い、鋳造速度３m/min 以上、一般には３〜５m/min の
高速鋳造を実施する場合、電磁ブレーキの印加磁場強度
をＧ(Gauss) 、スループット(t/min) をＱとするとき、
Ｇ＝α[1869 ×Ln(Q)＋1769] 、α＝0.6 〜1.4 の範囲
でスループットに応じて磁場強度を変更するのである。

【００２５】かくして、本発明によれば、広幅薄スラブ
の高速鋳造において、コイルの生産量を確保しつつブレ
ークアウトの発生率を実質上なくし、かつコイル疵発生
率を0.01％以下を実現できる実際的な操業が初めて可能
となる。

【００２６】

【実施例】図２に示す垂直部１ｍ、機長15ｍ、湾曲半径
3.5 Ｒの連続鋳造機を用い、Ｃ:0.05 ％の低炭素アルミ
キルド鋼について、鋳型サイズが幅1000mm×70mmおよび
幅1700mm×120 mmの２種類の鋳型を用い、鋳造速度３〜
５m/min で連続鋳造を実施した。

【００２７】印加する電磁ブレーキの磁場強度はスルー
プットに応じてＧ＝α[1869 ×Ln(Q) ＋1769] 、α＝0.
5 〜1.5 の範囲で変更した。表１に示すように、本発明
におけるα＝0.6 〜1.4 の範囲 (例１〜９および例16〜
24) と、本発明の条件を外れる比較例α＝0.5 、1.5 の
条件 (例10〜15および25〜30) で比較した。

【００２８】本発明の効果は、鋳型内溶鋼に熱電対を入
れメニスカス部の溶鋼温度を測定した。また得られた鋳
片を厚み方向に５mmピッチで断削りを行い、顕微鏡を用
い鋳片表面から10mm以内の100cm²当たりの表皮介在物の
個数および、表面から10mm以降の100cm²当たり内在介在
物個数を数えた。

【００２９】また操業安定性の評価として、ブレークア
ウト発生率 (回/ch)および、品質評価としてコイル疵発
生率(%) を調査した。 コイル疵発生率＝コイル疵発生重量(t/ch)／１ch当たり
の鋳込量(t/ch) これらの結果は、表１および表２に鋳造条件とともにま
とめて示す。

【００３０】これらの結果から次の点が分かる。 鋳型サイズ (幅1000mm×厚70mm) を使用した場合:α
＝0.6(本発明例１〜３) の場合、溶鋼温度は1540〜1542
℃と高く内在介在物個数が減少し、ブレークアウト発生
もなく、コイル疵発生率も0.01〜0.02％と良好な結果と
なった。

【００３１】α＝1.0(本発明例４〜６) の場合、溶鋼温
度は1538〜1539℃であり、表皮介在物個数、内在介在物
個数ともに少なく、ブレークアウト発生もなく、コイル
疵発生率も０〜0.01％と最も良好な結果となった。

【００３２】α＝1.4(本発明例７〜９) の場合、溶鋼温
度は1537〜1538℃と若干低いが、表皮介在物個数が少な
く、ブレークアウト発生もなく、コイル疵発生率も０〜
0.02％と良好な結果となった。

【００３３】α＝0.5(比較例10〜12) の場合、溶鋼温度
は1545〜1546℃と非常に高く、表皮介在物個数が最も高
い結果となった。またブレークアウト発生は２〜５％で
あり、コイル疵発生率0.1 〜0.2 ％と悪い結果となっ
た。

【００３４】α＝1.5(比較例13〜15) の場合、溶鋼温度
は1536〜1537℃、最も低く、表皮介在物個数、内在介在
物個数が増加し、コイル疵発生率0.08〜0.14％と悪い結
果となった。

【００３５】鋳型サイズ (幅1700mm×厚120mm)を使用
した場合:α＝0.6(本発明例16〜18) の場合、溶鋼温度
は1540〜1542℃と高く内在介在物個数が減少し、ブレー
クアウト発生もなく、コイル疵発生率も0.01〜0.02％と
良好な結果となった。

【００３６】α＝1.0(本発明例19〜21) の場合、溶鋼温
度は1538〜1540℃であり、表皮介在物個数、内在介在物
個数ともに少なく、ブレークアウト発生もなく、コイル
疵発生率も０〜0.01％と最も良好な結果となった。

【００３７】α＝1.4(本発明例22〜24) の場合、溶鋼温
度は1538〜1539℃と若干低いが、表皮介在物個数が少な
く、ブレークアウト発生もなく、コイル疵発生率も0.01
〜0.02％と良好な結果となった。

【００３８】α＝0.5(比較例25〜27) の場合、溶鋼温度
は1542〜1548℃と非常に高く、表皮介在物個数が最も高
い結果となった。またブレークアウト発生は５〜15％で
あり、非常に悪化し、コイル疵発生率0.2 〜0.5 ％と悪
い結果となった。

【００３９】α＝1.5(比較例28〜29) の場合、溶鋼温度
は1536〜1537℃、最も低く、表皮介在物個数、内在介在
物個数が増加し、コイル疵発生率0.13〜0.17％と悪い結
果となった。

【００４０】

【表１】

【００４１】

【表２】

【００４２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、鋳型幅1000〜1700mm、鋳型厚さ70〜120 mm、鋳造速
度３m/min 以上で薄広幅スラブを高速鋳造しても、ブレ
ークアウトの発生がなく、鋳片の表皮介在物および内在
介在物を減少させた、コイル品質が良い鋳片を鋳造する
ことができるのであって、本発明の実用上の意義は大き
い。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳型内の溶鋼の挙動を模式的に示す説明図であ
る。

【図２】本発明の実施例において用いた連続鋳造機の概
略説明図である。

【図３】本発明において用いる (式) Ｇ＝α(1869 ×Ln
(Q) ＋1769) の臨界性を示すグラフである。

【符号の説明】

1a：溶鋼、 ２：鋳型 ３：電磁ブレーキ(EMBr)、４：パウダ ５：溶融パウダ、 ６：浸漬ノズル ７：上昇反転流、 ８：下降流 ９：ガイドロール、 10：ピンチロール 11：凝固シェル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 花尾 方史 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友 金属工業株式会社内 (72)発明者 村上 敏彦 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友 金属工業株式会社内 (72)発明者 岡 正彦 大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友 金属工業株式会社内 (72)発明者 池田 正裕 愛媛県新居浜市惣開町５番２号 住友重 機械工業株式会社新居浜製造所内 (56)参考文献 特開 平８−252659（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−39208（ＪＰ，Ａ) 特開2000−351048（ＪＰ，Ａ) 国際公開97／747（ＷＯ，Ａ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/04 311 B22D 11/115 B22D 11/16 B22D 11/20

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 幅1000〜1700mm、厚さが70〜120 mmの鋳
   型を用い、鋳造速度３m/min 以上で行う広幅薄鋳片の連
   続鋳造方法であって、鋳型に電磁ブレーキを設け、該電
   磁ブレーキの印加磁場強度をＧ(Gauss) 、スループット
   (t/min) をＱとした場合、Ｇ＝α[1869 ×Ln(Q) ＋176
   9] 、α＝0.6 〜1.4 の範囲でスループットに応じて磁
   場強度を変更することを特徴とする、鋳片表面欠陥を減
   少させた広幅薄鋳片の連続鋳造方法。ここで、スループ
   ット(t/min) ＝鋳型幅(m) ×鋳型厚み(m) ×鋳造速度(m
   /min) ×溶鋼比重 (t/m³) である。