JP4163817B2

JP4163817B2 - 溶鋼の連続鋳造方法、電磁振動印加装置および連続鋳造鋳片

Info

Publication number: JP4163817B2
Application number: JP17391099A
Authority: JP
Inventors: 勝浩笹井; 一長谷川
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2008-10-08
Anticipated expiration: 2019-06-21
Also published as: JP2001001117A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は鋼の連続鋳造方法に関する。通常の連続鋳造鋳片の横断面には、その中心にポロシティを伴う最終凝固部と、この最終凝固部を取り囲むように配された中心近傍の粗い粒状晶部と、粗い粒状晶部を取り囲む粗い柱状晶部とが観察される。この粗い粒状晶と粗い柱状晶とを微細な等軸晶にすることができると、例えばスラブを薄板にした際には成形加工性が顕著に優れた薄板になり、また例えば厚板にした際には低温靱性に優れた厚板になる。本発明は更に詳しくは、この粗い粒状晶と柱状晶を微細な等軸晶にすることができる溶鋼の連続鋳造方法、電磁振動印加装置およびそれを用いて鋳造した微細な凝固組織を有する連続鋳造鋳片に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
「鉄鋼便覧」第３版、II製銑・製鋼、ｐ．６５３には、等軸晶は溶鋼過熱度が低いと増加することから、等軸晶化には低温鋳造が有効であることが示されている。しかし、低温鋳造では、溶融金属の過熱度を液相線に近い温度にし、これを浸漬ノズルから鋳型内に注入する必要があるため、浸漬ノズルの閉塞や鋳型内でのディッケル生成等の凝固異常を招く場合がある。
【０００３】
特開昭５０−２３３３８号公報は、誘導電磁攪拌装置を用いて、凝固界面近傍の溶鋼に流速が変化しない一方向に流れる旋回流を与え、柱状デンドライトを分断することにより柱状晶を等軸晶にする技術を記載している。しかし、本発明者らの知見では、この方法は等軸晶化する力が小さく、例えば等軸晶が生成し難いＣ含有率が０．１％以下の溶鋼の場合には、柱状晶を十分に等軸晶化する事が難しい。
【０００４】
特開平３−４４８５８号公報は、円柱または角柱ビレットの際に品質上の問題点となるポロシティを伴う最終凝固部を改善する方法で、例えば鋳型下１６ｍ〜２７ｍの最終凝固部近傍に誘導電磁攪拌装置を配し、半サイクルの攪拌時間が５〜３０秒の向きが反転する旋回流を用いる。しかし、この方法は最終凝固部を改善する方法であるため、誘導電磁攪拌装置を配する場所が本発明とは異なること、さらにこの方法は旋回流の方向を周期的に反転させるもので、本発明の電磁コイルの出力を強弱変化又はＯＮ−ＯＦＦすることによる振動付与とは全く異なる技術である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、中心近傍の粗い粒状晶とそれを取り囲む粗い柱状晶とが共に微細に等軸晶化した鋳片を製造できる連続鋳造方法、電磁振動印加装置およびそれを用いて鋳造した微細な凝固組織を有する連続鋳造鋳片の提供を課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は下記（１）〜（３）のとおりである。
（１）鋳型内メニスカスから鋳型下１０ｍの間に電磁コイルを有する連続鋳造装置を用いて、取鍋、タンディッシュ或いは鋳型でＭｇを添加して、Ａｌ濃度を０．１％以下、Ｍｇ濃度を０．０００２〜０．０１％とした溶鋼を、該電磁コイルの出力を強−弱変化又はＯＮ−ＯＦＦすることにより振動させながら鋳造する方法であって、振動させた振動流の加速度の絶対値の最大値を１０ｃｍ／ｓ ^２以上とし、かつ、電磁コイルによる１周期の振動時間を０．２秒以上１０秒未満とすることを特徴とする溶鋼の連続鋳造方法。
【０００８】
（２）移動磁界により連続鋳造機内の溶鋼を振動させる電磁コイルおよび電源からなる電磁振動印加装置において、コイル電流を台形状に周期的に変動させ、この台形状の電流は最小コイル電流を最小電流保持時間維持した後、コイル電流増加時間後に最大コイル電流に達し、最大コイル電流を最大電流保持時間維持した後、コイル電流減少時間後に最小コイル電流に達するように周期的に変動させる手段を有し、該電磁コイルは鋳型内メニスカスから鋳型下１０ｍの間に設置されることを特徴とする（１）に記載の方法を実施するための連続鋳造機内の溶鋼の電磁振動印加装置。
【０００９】
（３）前記（１）に記載の連続鋳造方法により凝固組織を微細にしたことを特徴とする連続鋳造鋳片。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の基本思想は、微細な酸化物を溶鋼中に分散させ、これに電磁コイルによる振動を加え溶鋼の過熱度を低下させることにより、微細に分散させた酸化物を等軸晶生成の核として効率的に活用し、鋳片内に微細な等軸晶を生成させることにある。この基本思想を実現するためには、▲１▼鋳片内で等軸晶の核となり得る微細な酸化物を生成させる方法と、▲２▼微細な酸化物を起点に生成した等軸晶核の再溶解を防止できるように溶鋼過熱度を低減させた上で、微細に分散させた酸化物が凝集・合体しない電磁コイルの振動条件を明らかにすることが重要である。
【００１１】
まず、▲１▼の方法について述べる。Ａｌ脱酸溶鋼には多数のＡｌ₂Ｏ₃系介在物が存在するが、この介在物は極めて凝集・合体し易く粗大な酸化物となるため、等軸晶の核として有効に作用しない。これに対し、本発明者らは、溶鋼中にＭｇを添加し、Ａｌ₂Ｏ₃系介在物をＭｇＯ、或いはＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃に改質することにより、微細な酸化物を溶鋼中に均一に分散できること、さらにこれら酸化物が等軸晶生成の核になり易いことを見いだした。これは、Ａｌ₂Ｏ₃と比較して、ＭｇＯやＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃は溶鋼と濡れ易いためだと考えられる。
【００１２】
本発明では、溶鋼中のＡｌ濃度は０．１％以下であり、これを超えるＡｌ濃度ではＭｇを添加してもＡｌ₂Ｏ₃系介在物をＭｇＯ、或いはＭｇＯ・Ａｌ₂Ｏ₃に改質できず、微細な酸化物を溶鋼中に分散できない。溶鋼中Ａｌ濃度の下限値は特に規定するものではないが、０．００１％未満になると脱酸の効果が不安定になるため、０．００１％以上が望ましい。
【００１３】
また、Ｍｇの添加量は０．０００２〜０．０１％に規定した。これは、Ｍｇ濃度が０．０００２％未満では微細な酸化物の量が少なくなることにより、Ｍｇ濃度が０．０１％を超えると酸化物が粗大化し易くなることにより、何れも鋳片内の凝固組織を微細な等軸晶にする効果が失われるためである。
次に、▲２▼について述べる。一般に、電磁攪拌では、凝固界面の溶鋼に一方向の旋回流を付与するため、この旋回流が柱状デンドライトを分断し、等軸晶化を促進すると考えられており、溶鋼の過熱度を低下させる効果は比較的小さい。電磁攪拌による溶鋼過熱度の低減効果を高めていくためには、旋回流速を速くする必要があるが、その場合微細な酸化物が凝集・合体により粗大化し、等軸晶の核として有効に機能しなくなる。これに対し、本発明は凝固シェル前面の溶鋼を電磁コイルに基づく移動磁界により振動させ、凝固シェルと溶鋼間の熱伝達を促進し、溶鋼の過熱度を効果的に低減するものであり、微細な酸化物を起点に生成した等軸晶核の再溶解を防止できる。さらに、電磁コイルの出力を強−弱、又はＯＮ−ＯＦＦすることによる振動は凝固シェル前面に付与され、内部の溶鋼には伝わりにくいため、酸化物の凝集・合体を抑制する効果も有している。
【００１４】
電磁コイルの電流を図１のパターンで変動させると、これに対応して凝固シェル前面の溶鋼の振動流速は若干なまりながら追従する。凝固シェル前面の振動流速が一定であるｔ２またはｔ４の領域では、振動流による熱伝達促進の効果は電磁攪拌並であるが、電磁コイルによる振動の加速領域ｔ１および減速領域ｔ３では、凝固シェル前面の振動流に加速度が生じており、一定速度の電磁攪拌流に比べて非常に大きな熱伝達促進効果を有することを見いだした。この振動に伴い誘起される加速度の効果により、凝固シェル−溶鋼間の熱伝達が促進され、溶鋼の過熱度を効率的に低下させることができる。合わせて、本発明は旋回流の向きを変えない振動であるため、旋回流の方向を周期的に反転させる電磁攪拌に比べて湯面の安定性を十分確保でき、パウダーの巻き込みに起因する表面欠陥を防止できる。
【００１５】
図２はスラブの連続鋳造における本発明の説明図で、（Ａ）は装置の縦断面の説明図で（Ｂ）及び（Ｃ）は矢印イ−イの横断面の説明図である。図中１は凝固シェル、２は未凝固溶鋼、３，３’は電磁コイルである。電磁コイルはスラブの幅広面の両側の対応する位置に配され、電磁コイルに基づく移動磁界により図２（Ｂ）の如くに未凝固溶鋼２を矢印４方向又は４’方向に振動させる。本発明では、凝固シェル前面の溶鋼を振動させ、凝固シェルと溶鋼間の熱伝達を促進させるものであるから、図２（Ｂ）の如く振動時に溶鋼を旋回させる必要はなく、図２（Ｃ）の５又は５’の如く振動させても良い。
【００１６】
上記説明はスラブを例に行ったが、本発明の実施はスラブに限られたものではなく、ブルーム、ビレット、丸ブルーム等でも同様の効果が得られる。また、鋳型下１０ｍよりもさらに下方では、既に鋳片表層から数１０ｍｍまで凝固が完了しているので、鋳片全面の凝固組織をできるだけ微細化するためには電磁コイルは凝固の始まる鋳型内メニスカスから鋳型下１０ｍの位置に設置することが有効である。なお、Ｍｇ添加は、取鍋、タンディッシュ或いは鋳型に限定されるものではく、鋳型までの過程で溶鋼にＭｇを添加する手段であれば良いことは言うまでもない。
【００１７】
【実施例】
以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明について説明する。
実施例１
炭素含有量が０．１１％の溶鋼５０ｋｇを高周波溶解炉で溶製し、これにＭｇを０．００３〜０．００５％含有せしめて本発明の溶鋼とした。また、上記と同様でＭｇを含有せしめなかった比較例の溶鋼を作成した。本発明の溶鋼及び比較例の溶鋼は、温度１６００℃で横２００ｍｍ、縦１００ｍｍ、高さ３００ｍｍの水冷銅製鋳型に注入した。注入後直ちに所定の振動パターンで鋳型内の溶鋼を振動させながら凝固させた。
【００１８】
振動パターンは、図１で電磁コイルの電流を最大１００アンペア（旋回流速で４０ｃｍ／ｓ）、最小０アンペア（旋回流速で０ｃｍ／ｓ）とし、コイル電流増加時間ｔ１、最大コイル電流保持時間ｔ２、コイル電流減少時間ｔ３、最小コイル電流保持時間ｔ４を所定の値に設定することにより変化させた。
鋳造後の鋼塊は横断面で切断し、凝固組織を顕出した後、等軸晶の円相当径（面全体の平均値）を評価した。なお、柱状晶の場合の粒径も同時に評価できるように等軸晶粒径は２（ａ・ｂ）０．５と定義した（ａは結晶粒の長径、ｂは結晶粒の短径である。）。鋳片横断面の平均等軸晶粒径と電磁コイルの振動周期との関係を図３に示す。
【００１９】
図３から分かるように、Ｍｇを添加した鋳片の平均等軸晶粒径は、振動流の加速度の絶対値の最大値が１０ｃｍ／ｓ²以上で、且つ振動周期が０．２秒以上１０秒未満の領域で小さくなることが分かる。なお、振動流の加速度は、鋳型に水銀を充満させ、電磁コイルにより水銀を振動させた場合の流速をプロペラ流速計で測定した結果から算出したものである。これは、振動流の加速度の絶対値の最大値を１０ｃｍ／ｓ²とすることにより溶鋼過熱度が低下し、微細な酸化物を起点に生成した等軸晶核の再溶解が抑制されたためである。また、振動周期が１０秒以上では、単なる電磁攪拌と同じ流動状態になるため、また０．２秒未満では凝固シェル前面の溶鋼が電磁コイルの電流変化に追従し難くなるため、何れも振動による過熱度低減効果が損なわれ、等軸晶核が再溶解した結果、等軸晶粒径が細かくならなかったものと考えられる。
【００２０】
したがって、凝固組織を微細化するためには、振動流の加速度の絶対値の最大値を１０ｃｍ／ｓ²以上とし、その上で振動の周期を０．２ｓ以上１０秒未満にする必要がある。
実施例２
炭素含有量が０．１２％でタンディッシュ内の温度が１５５０℃の溶鋼を鋳造速度１．８ｍ／分で、２５０ｍｍ×１５００ｍｍの鋳型に鋳造するに際して、鋳型内に電磁攪拌装置を配し、この電磁コイルに５００Ａ、周波数２Ｈｚの電流を流して凝固界面に４０ｃｍ／ｓの旋回流を形成した。この従来法で得られたスラブを調査したが、横断面の平均等軸晶粒径は３．５ｍｍであり、凝固組織は微細化しなかった。
【００２１】
一方、炭素含有量が０．１２％の取鍋内の溶鋼に、１０％Ｍｇ−Ｎｉ合金を添加してＭｇを０．００２％含有せしめ、この溶鋼をタンディッシュ内で温度１５５０℃に調整すると共に、鋳造速度１．８ｍ／分で、上記と同じ鋳型に鋳造した。その際、鋳型内に電磁コイルを配し、この電磁コイル電流の振動周期を２秒（最大コイル電流５００Ａ、最小コイル電流０Ａ、コイル電流増加時間０．５秒、コイル電流減少時間０．５秒、最大電流保持時間０．５秒、最小電流保持時間０．５秒）、振動流の加速度を８０ｃｍ／ｓ²の条件で凝固シェル前面の溶鋼を振動させた。本発明の方法で得られたスラブを調査すると、横断面の平均等軸晶粒径は１．３ｍｍであり、凝固組織は微細化していた。
【００２２】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明によると、鋳片の凝固組織を微細に等軸晶化した連続鋳造鋳片を製造することができるため、薄板では成形加工性に、厚板では低温靱性に優れた材料を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電磁コイルに用いる電流の模式図。
【図２】電磁コイルによる振動印加の説明図。
【図３】鋳片断面の平均等軸晶粒径と電磁コイルの振動周期との関係を示す図。
【符号の説明】
１…凝固シェル
２…未凝固溶鋼
３，３’…電磁コイル
４，４’，５，５’…振動方向

Claims

鋳型内メニスカスから鋳型下１０ｍの間に電磁コイルを有する連続鋳造装置を用いて、取鍋、タンディッシュ或いは鋳型でＭｇを添加して、Ａｌ濃度を０．１％以下、Ｍｇ濃度を０．０００２〜０．０１％とした溶鋼を、該電磁コイルの出力を強−弱変化又はＯＮ−ＯＦＦすることにより振動させながら鋳造する方法であって、振動させた振動流の加速度の絶対値の最大値を１０ｃｍ／ｓ ^２以上とし、かつ、電磁コイルによる１周期の振動時間を０．２秒以上１０秒未満とすることを特徴とする溶鋼の連続鋳造方法。
移動磁界により連続鋳造機内の溶鋼を振動させる電磁コイルおよび電源からなる電磁振動印加装置において、コイル電流を台形状に周期的に変動させ、この台形状の電流は最小コイル電流を最小電流保持時間維持した後、コイル電流増加時間後に最大コイル電流に達し、最大コイル電流を最大電流保持時間維持した後、コイル電流減少時間後に最小コイル電流に達するように周期的に変動させる手段を有し、該電磁コイルは鋳型内メニスカスから鋳型下１０ｍの間に設置されることを特徴とする請求項１に記載の方法を実施するための連続鋳造機内の溶鋼の電磁振動印加装置。
請求項１に記載の連続鋳造方法により凝固組織を微細にしたことを特徴とする連続鋳造鋳片。