JP4091777B2 - 鋼鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属、特に鋼の連続鋳造において、鋳型壁面と凝固シェルとの間の潤滑を改善し、表面性状の優れた連鋳片を鋳造する鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造において、溶鋼湯面に添加され溶融した潤滑剤パウダー（以下「パウダー」ということがある。）は、所定の条件にて振動する鋳型の壁面と一定速度で引き抜かれる凝固シェルとの間に、鋳型壁面と凝固シェルとの相互作用により、または、自然落下により流入し、消費される。
【０００３】
このパウダーの消費量は、鋳型壁面と凝固シェルの間の潤滑を支配し、その結果、連鋳片の表面性状を支配する重要な因子である。
【０００４】
通常、鋳造速度が増大すると、鋳型壁面と凝固シェル間に形成されるパウダー・フィルムの厚みが減少し、この減少に起因して、鋳型壁面（銅板）の表面温度が上昇したり、または、鋳型壁面と凝固シェルとの間の摩擦抵抗が上昇して、鋳片の表面が割れたり、凝固シェルが鋳型壁面に焼き付いて鋳片の引き抜きができなくなったり、さらに、この鋳片を無理に引き抜くと、凝固シェルが破れ、ブレークアウト（未凝固溶鋼が漏れ出す現象）が発生する。
【０００５】
このように、鋳造速度が増大すると、パウダーの消費量が減少し、鋳片の表面性状が劣化するので、表面性状の優れた鋳片を生産性よく鋳造するため、これまで、パウダーの消費量を増大する方法や、鋳造速度を増大しても、パウダーの消費量が減少しない方法が種々提案されている。
【０００６】
例えば、特開昭６０−７２６５３号公報には、予め溶解してガラス状とした所要組成のＣａＯ−ＢａＯ−Ｓｉ₂−Ｆ系組成物基材に、アルカリ金属・アルカリ土類金属の炭酸塩を２〜１５重量％、アルカリ金属・アルカリ土類金属の弗化物を２〜３０％重量％および炭素を０．２〜１０重量％混合し、必要に応じ、Ｆｅ、ＭｎおよびＮｉの各金属酸化物の少なくとも１種以上を内枠量で２〜１０重量％混合した複合配合物よりなり、凝固温度が９００℃以下で、１３００℃における粘度が３ポアズ以下である連続鋳造用モールドパウダーが記載されている。
【０００７】
しかしながら、このパウダーを用いても、鋳造速度が増大した場合、浸漬ノズルからの吐出流の影響でメニスカス形状が不安定になり、パウダーが溶鋼中に巻き込まれ、凝固シェルに捕捉され、鋳片欠陥になる。
【０００８】
特開昭６２−２３８０５３号公報には、パウダーの１３００℃におけるイニシャル粘性η（poise）、イニシャル表面張力τ（dyn/cm²）、パウダー巻き込み性指数Ｐ、及び、１ストランド単位時間あたりの鋳造量Ｗ（t/時間）の所定の関係の下で、パウダー系内質欠陥のない連鋳鋳片を製造する方法が記載されているが、この方法においても、鋳造速度が増大した場合、浸漬ノズルからの吐出流の影響でメニスカス形状が不安定になり、パウダーが溶鋼中に巻き込まれ、凝固シェルに捕捉され、鋳片欠陥になる。
【０００９】
また、特開昭６４−８３３４８号公報には、連続鋳造において、鋳型の側面に埋設した電磁コイルに交流電流をパルス状に供給して、パウダーの供給を円滑化するパウダーの供給方法が記載されている。
【００１０】
この方法により、凝固シェルと鋳型壁面へのパウダーの流れ込みが一層促進され、鋳片の表面性状が改善されたが、交流電流のパルスで、溶融金属プール表面に、非通電時期にも残存する波動が発生することがあり、この波動が原因で、凝固シェルへのパウダー捕捉を引き起こすという問題を抱えている。
【００１１】
また、特開平２−２８４７４９号公報には、電磁攪拌を行ないつつ鋼を連続鋳造する際に、１３００℃における粘度が１．０〜６．０ポアズで、かつ、凝固温度が１０００〜１２００℃のパウダーを用いる連続鋳造方法が記載されているが、この方法は、電磁攪拌により誘起される溶鋼流動によりメニスカス形状が不安定になるため、パウダーが溶鋼中に巻き込まれ、凝固シェルに捕捉され、鋳片欠陥になる。
【００１２】
また、特開平４−３１９０５６号公報には、溶鋼メニスカスから鋳造方向に少なくとも１０ｃｍの範囲で、周波数３０〜２００Ｈｚ、磁束密度１０００ガウス以上の交流磁場を形成して、鋳型中心軸に向う電磁気圧を溶鋼プールに作用させるとともに、粘度０．５〜２．０ポアズ（１３００℃で）、融点９００〜１２００℃に調整した連鋳パウダーを使用して鋼鋳片を連続鋳造する方法が記載されている。
【００１３】
この方法は、凝固シェルと鋳型壁面ヘのパウダーの流れ込みが一層促進され、鋳片の表面性形状が改善されたが、鋳造速度が増大した場合、浸漬ノズルからの吐出流の影響でメニスカス形状が不安定になり、パウダーが溶鋼中に巻き込まれ、凝固シェルに捕捉され、鋳片欠陥になる。
【００１４】
これらの方法は、鋳造速度を増大させた場合、メニスカス部においてパウダーが溶鋼に巻き込まれ、凝固シェルに捕捉され、鋳片欠陥となるのを防止する点では、有効に作用しない。
【００１５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、鋼の連続鋳造において、メニスカス部においてパウダーが溶鋼中に巻き込まれ、凝固シェルに捕捉され、鋳片欠陥となるのを防止し、表面性状に優れ、かつ、鋳造欠陥のない連続鋳造鋳片を高速で生産可能とする方法を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
これまで、潤滑剤は、鋳型側壁と凝固シェルとの間の潤滑を充分に確保する観点から、潤滑材として、粘性の比較的低いパウダーが用いられてきたが、本発明者は、潤滑剤の粘性に着目し、メニスカス部において潤滑材が溶鋼中に巻き込まれないようなパウダーの粘性について、鋭意研究を行なった。その結果、溶鋼中に巻き込まれないパウダーの粘性の適正範囲を見いだした。
【００１７】
本発明は、上記知見に基づくもので、その要旨は以下のとおりである。
【００１８】
（１） 鋳型を取り囲むように配置したソレノイド式電磁コイル、または、鋳型壁内に埋設したソレノイド式電磁コイルに交流を通電し、鋳型内の溶鋼に電磁力を印加し、メニスカス形状を変化させながら鋳造を行なう鋼鋳片の連続鋳造方法において、潤滑材として用いるパウダーの粘度ηと電磁力の大きさＢmaxを、以下の関係式の範囲内に調整することを特徴とする鋼鋳片の連続鋳造方法。
１６ポアズ≦η≦２００ポアズ
３００ガウス≦Ｂmax≦５０００ガウス
【００１９】
（２） 溶鋼のメニスカスで液体として存在しない物質を前記鋳型上部から供給することを特徴とする前記（１）記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
【００２０】
（３） 電磁コイルに通電する交流電流を周期的に変化させることを特徴とする前記（１）または（２）記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
【００２１】
（４） 前記電磁コイルとは別に、電磁石により鋳型内に水平方向成分の静磁場を付与することを特徴とする前記（１）〜（３）のいずれかに記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
【００２３】
【発明の実施の形態】
本発明について、詳細に説明する。図１に、鋳型３を取り囲むように配置したソレノイド式電磁コイル４に交流を通電し、タンディッシュ１から浸漬ノズル２を介して、溶鋼吐出流８として鋳型内へ供給した溶鋼５に電磁力９を印加して、鋳型内の溶鋼メニスカス形状を変化させながら、パウダー７を供給しつつ、凝固シェル６を引き出し、鋳造を行う連続鋳造の態様を示す。
【００２４】
本発明者は、この連続鋳造において、所定の鋳造条件の下において、溶鋼に作用する電磁力９を変えるとともに、Ｃ−Ca−SiＯ₂−Al₂Ｏ₃−Na系のパウダーを、粘度を変えて供給し、低炭素鋼の溶鋼を連続鋳造し、鋳片の表面性状及び表面欠陥を調査した。なお、Ｃ−Ca−SiＯ₂−Al₂Ｏ₃−Na系のパウダーとは、Ｃ、Ca、SiＯ₂、Al₂Ｏ₃、及び、Naを主成分として、残部に不可避的不純物を含むものをいう。
【００２５】
調査結果によれば、パウダーの粘度が５ポアズ未満であると、電磁力により誘起されるの溶鋼の流動により、パウダーが溶鋼中に巻込まれ、表面性状が劣化し、また、一方、パウダーの粘度が２００ポアズを超えると、パウダーの鋳型壁と凝固シェル間への流入が阻害され、やはり、表面性状が悪化することが判明した。
【００２６】
本発明では、パウダーの粘度を、５ポアズ≦η≦２００ポアズの範囲のうち、実施例に基づいて１６ポアズ≦η≦２００ポアズに規定する。
【００２７】
本発明は、この粘度の範囲のパウダーを、潤滑材として用いることにより、鋳型壁と凝固シェルとの間の潤滑が確保され、かつ、メニスカス部においてパウダーが溶鋼中へ巻き込まれず、表面品質の優れた鋳片を製造することができるものである。
【００２８】
さらに、鋳型内の溶鋼に印加する電磁力の大きさＢmaxを、
３００ガウス≦Ｂmax≦５０００ガウス
に調整すると、さらに、鋳片の表面性状を高めることができることが判明した。
【００２９】
Ｂmaxが３００ガウス未満であると、パウダーの粘度が５ポアズ以上２００ポアズ以下の範囲にあっても、パウダーの鋳型壁と凝固シェル間への流入が阻害されることがある。それ故、鋳片の表面性状を、確実に優れたものとするため、Ｂmaxの下限を３００ガウスとする。
【００３０】
一方、Ｂmaxが５０００ガウスを超えると、電磁力により誘起される溶鋼の流動が大きくなり、溶鋼のメニスカス形状が非定常的に変動して、パウダーの粘度が５ポアズ以上２００ポアズ以下の範囲にあっても、パウダーが溶鋼中に巻込まれたり、また、パウダーの鋳型と凝固シェル間への流入が阻害されたりして、鋳片の品質が悪化することがある。
【００３１】
それ故、鋳片の表面性状を確実に優れたものとするとともに、パウダー性鋳造欠陥を確実に皆無にするため、Ｂmaxの上限を５０００ガウスとする。
【００３２】
本発明においては、溶融金属のメニスカスで液体として存在しない物質を鋳型上部から供給してもよい。この物質としては、例えば、レプシードオイル等を用いることができる。この物質の供給により、鋳型壁面と凝固シェルの間の潤滑が改善される。
【００３３】
また、本発明においては、電磁コイルに通電する交流電流を周期的（好ましくは、２〜２０Ｈｚ）に変化させて、鋳型壁面と凝固シェルの間の潤滑をより改善することができる。
【００３４】
また、本発明においては、前記電磁コイルとは別に、電磁石により鋳型内に水平方向成分の静磁場を付与することにより、鋳型壁面と凝固シェルの間の潤滑をより改善することができる。
【００３６】
そして、本発明においては、上記鋳型壁面と凝固シェルの間の潤滑をより改善する手段を、適宜、併用して用いることができる。
【００３７】
以下、本発明の実施例について説明するが、実施例で用いる条件は１条件例であり、本発明は該条件に限定されるものではない。
【００３８】
【実施例】
１８５０mm×４００mm、高さ１００mmの電磁コイルを埋設した鋳型内寸法：１５００mm×２５０mm、高さ８００mmの鋳型を用い、ストローク：６mm、鋳造速度：１ｍ／min（鋳型振動数：１２０cpm）と２．５ｍ／min（鋳型振動数：３００cpm）、湯面レベル：コイル上端（鋳型上端から１００mm）の条件、及び、単相交流２００Hzの０．０５秒印加と０．０５秒無印加の磁場条件下で、潤滑材としてＣ−Ca−SiＯ₂−Al₂Ｏ₃−Na系のパウダーを供給して、低炭素鋼の溶鋼を連続鋳造した。
【００３９】
パウダーの粘度については、１ポアズ、３ポアズ、７ポアズ、１６ポアズ、５４ポアズ、９０ポアズ、１３８ポアズ、１８８ポアズ、及び、２１４ポアズと変え、また、溶鋼に印加する電磁力（コイル上端及び鋳型中心における鋳造方向磁場の最大実効値）については、０ガウス、２００ガウス、３５０ガウス、２０００ガウス、４５００ガウス、及び、６０００ガウスと変えて、連続鋳造を行ない、鋳片表面におけるパウダー性鋳造欠陥の発生状況（欠陥指数）、及び、鋳片表面の粗度（μm）を測定した。
【００４０】
欠陥指数は、鋳片表面におけるパウダー性欠陥の個数を、鋳造速度１ｍ／min、パウダー粘度３ポアズ、溶鋼に印加する電磁力０ガウスの場合を１．０として指数化して求めた。また、粗度は、鋳片表面形状をレーザー変位計を用いて測定して、その標準偏差を表面粗度として定義した。
【００４１】
結果を、図２、図３、図４、及び、図５に示す。
【００４２】
図２、図３、図４、及び、図５から、本発明の粘度範囲及び／又は電磁力範囲で、鋳片の表面品質が優れていることを確認することがきる。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、メニスカス部においてパウダーが溶鋼中に巻き込まれ、凝固シェルに捕捉され、鋳片欠陥となるのを防止することができるので、表面性状に優れ、かつ、鋳造欠陥のない連続鋳造鋳片を高速で生産することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】連続鋳造の態様を示す図である。
【図２】鋳造速度が１．０ｍ／minの場合におけるパウダー粘度（ポアズ）と鋳片表面におけるパウダー性欠陥指数との相関を示す図である。
【図３】鋳造速度が２．５ｍ／minの場合におけるパウダー粘度（ポアズ）と鋳片表面におけるパウダー性欠陥指数との相関を示す図である。
【図４】鋳造速度が１．０ｍ／minの場合におけるパウダー粘度（ポアズ）と鋳片表面粗度（μｍ）との相関を示す図である。
【図５】鋳造速度が２．５ｍ／minの場合におけるパウダー粘度（ポアズ）と鋳片表面粗度（μｍ）との相関を示す図である。
【符号の説明】
１…タンディシュ
２…浸漬ノズル
３…鋳型
４…ソレノイド式電磁コイル
５…溶鋼
６…凝固シェル
７…パウダー
８…溶鋼吐出流
９…電磁力

Claims (4)

1. 鋳型を取り囲むように配置したソレノイド式電磁コイル、または、鋳型壁内に埋設したソレノイド式電磁コイルに交流を通電し、鋳型内の溶鋼に電磁力を印加し、メニスカス形状を変化させながら鋳造を行なう鋼鋳片の連続鋳造方法において、潤滑材として用いるパウダーの粘度ηと電磁力の大きさＢmaxを、以下の関係式の範囲内に調整することを特徴とする鋼鋳片の連続鋳造方法。
   １６ポアズ≦η≦２００ポアズ
   ３００ガウス≦Ｂmax≦５０００ガウス
2. 溶鋼のメニスカスで液体として存在しない物質を前記鋳型上部から供給することを特徴とする請求項１記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
3. 電磁コイルに通電する交流電流を周期的に変化させることを特徴とする請求項１または２記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
4. 前記電磁コイルとは別に、電磁石により鋳型内に水平方向成分の静磁場を付与することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。

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