JP4348988B2

JP4348988B2 - 鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP4348988B2
Application number: JP2003108344A
Authority: JP
Inventors: 祐司三木; 秀次竹内
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2003-04-11
Filing date: 2003-04-11
Publication date: 2009-10-21
Anticipated expiration: 2023-04-11
Also published as: JP2004314096A; CN1771100A; CN100345647C

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係り、特に、鋳型へ溶鋼を供給するノズルから不活性ガスを吹き込むことなく連続鋳造する際に適用して好適な、鋼の連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用鋼板を中心として、鋼製品の品質向上要求が厳しくなり、スラブ段階から清浄度の優れた高品質のスラブの要求が高まっている。このような高品質のスラブを製造する方法としては、溶鋼に含まれる介在物を低融点化することにより、鋳型へ溶鋼を供給するための浸漬ノズルの閉塞を防止して、該ノズルからアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスを吹き込むことなく、該溶鋼を連続鋳造するガスレス鋳造技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このように、不活性ガスの吹き込みを無くして連続鋳造すると、得られる鋳片表面にブローホールが捕捉されることがなくなるために、ガスを吹き込む場合に比べて表面性状を向上できる。ところが、鋳型内の溶鋼温度が低下することによって局所的にモールドフラックスの凝固が起こり、それが溶鋼中に巻き込まれて、内部欠陥の原因となるという問題点がある上に、更なる表面性状の向上も求められていた。
【０００４】
ところで、スラブの欠陥には、介在物や気泡に起因するものや、溶鋼中の成分の偏析に起因するものがあり、鋳型内の溶鋼流動は、これらと深い関係があるため、従来より多くの研究、発明がなされてきた。その一つとして、磁界を用いた鋳型内流動制御方法が考えられている。
【０００５】
例えば、（Ａ）移動磁界に直流磁界を重畳したものとして、鋳型長辺を挟み対向する上下２段の磁極を鋳型長辺背面に配置し、（１）下側に配置した磁極に直流静磁界と交流移動磁界とが重畳された磁界とする、あるいは、（２）上側に配置した磁極に直流静磁界と交流移動磁界とが重畳された磁界とし、下側に配置した磁極に直流静磁界を印加する鋳型内溶鋼流動の制御方法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
又、複数個設置した電気コイルに適当なリニア駆動用交流電流と制動用直流電流を流すことにより、鋳型内溶鋼流動を制御する装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
又、位相が１２０度ずつずれた交流移動磁界と直流静磁界とを重畳する鋳型内流動制御方法が開示されている（例えば、特許文献４参照）。
【０００８】
又、浸漬ノズル吐出孔の上方に置いた磁石により、幅方向全域に静磁界と高周波磁界を重畳して作用させると共に、吐出孔の下方に置いた磁石により、静磁界を作用させる鋼の鋳造方法が開示されている（例えば、特許文献５参照）。
【０００９】
（Ｂ）上部直流磁界と下部移動磁界を組合せたものとして、浸漬ノズルから吐出された溶鋼流を包囲する位置に静磁場をかけ、流速を低下させると共に、静磁場よりも下流位置に電磁撹拌装置を設置して水平方向に撹拌する電磁撹拌方法が開示されている（例えば、特許文献６参照）。
【００１０】
（Ｃ）上部移動磁界と下部直流磁界を組合わせたものとして、湯面から吐出孔（下向き５０度以上）の間に極芯中心を設置した磁石により移動磁界を作用させると共に、極芯中心を浸漬ノズルより下部に設置した磁石により静磁場を作用させる鋳造方法が開示されている（例えば、特許文献７参照）。
【００１１】
又、浸漬ノズル下端よりも上部に電磁撹拌用磁石を設置し、浸漬ノズル下端よりも下部に移動磁界と静磁界が印加できる磁石を設置し、鋼種や鋳造速度に応じて静磁場と移動磁場を使い分ける鋳造方法が開示されている（例えば、特許文献８参照）。
【００１２】
又、浸漬ノズル内にＡｒガスを吹き込みながら鋼を鋳造する時に、浸漬ノズルから出た直後の溶鋼流に磁束密度が０．１テスラ以上の静磁場を作用させ、その上部で電磁撹拌装置により連続的に撹拌、あるいは、撹拌方向を周期的に変化させる方法が開示されている（例えば、特許文献９参照）。
【００１３】
又、鋳型長辺側に鋳型内に供給される溶鋼電流を制御するように配された静磁場を有し、上方に移動磁界発生装置を配して、溶鋼上表面を水平断面中央から短辺側へ流動させる鋳型及び鋳型上方の構造が開示されている（例えば、特許文献１０参照）。
【００１４】
又、モールド上部に、溶鋼に水平流動を生じさせる電磁撹拌装置、モールド下部に、浸漬ノズルからの吐出流を減速するための電磁ブレーキを設置して、浸漬ノズルから出る吐出流を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１１参照）。
【００１５】
又、連続鋳型内の溶鋼湯面に静磁場を用い、連鋳用ノズルとしてストレートノズルを使用し、吐出口部に進行磁場を用い、その下部に静磁場を用いる鋳型内溶鋼流動制御技術が開示されている（例えば、特許文献１２参照）。
【００１６】
（Ｄ）直流磁界を単独で印加するものとして、鋳型長辺側に対向して設置した、長辺とほぼ同じ長さの電磁石により静磁場を作用させる電磁ブレーキが開示されている（例えば、特許文献１３参照）。
【００１７】
又、鋳型幅中央ないし鋳型短辺より内側の所定位置から両端部近傍にかけて、鋳型上方側へ曲げるか傾斜させた磁極を、幅中央部で浸漬ノズル吐出孔より下部に設置し、直流磁場あるいは低周波交流磁場を作用させることによって鋳型内の溶鋼流動を制御する方法が開示されている（例えば、特許文献１４参照）。
【００１８】
又、鋳型全幅にわたって、ほぼ均一な磁束密度分布を有する直流磁場を、鋳型厚み方向に加えて、浸漬ノズルからの吐出流を制御することにより、メニスカス流速を０．２０〜０．４０ｍ／ｓに制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１５参照）。
【００１９】
又、鋳片幅全体に鋳型厚み方向の均一な静磁界を、浸漬ノズル吐出孔の上部、下部に作用させ、溶鋼吐出流に効果的な制動力を与え、流れを均一化する技術が開示されている（例えば、特許文献１６参照）。
【００２０】
（Ｅ）直流磁界又は移動磁界を印加するものとして、浸漬ノズル吐出孔の下部に設けた複数のコイルに直流電流を流すことにより静磁界を印加したり、交流電流を流すことにより移動磁界を印加したりすることにより溶鋼流動を制御する鋳造方法が開示されている（例えば、特許文献１７参照）。
【００２１】
又、浸漬ノズルからの吐出流に交流移動磁場を作用させることにより、吐出溶鋼流を制動（ＥＭＬＳ）したり、加速（ＥＭＬＡ）したりする技術が開示されている（例えば、非特許文献１参照）。
【００２２】
（Ｆ）移動磁界のみを印加するものとして、電磁誘導によって鋳型内の溶鋼流動を制御する際に、周波数１〜１５Ｈｚの静止交流磁場を溶鋼に印加する技術が開示されている（例えば、特許文献１８参照）。
【００２３】
又、スラブ連鋳機において、電磁撹拌により鋳型壁に沿った水平方向の溶鋼旋回流を得る技術（Ｍ−ＥＭＳ）が開示されている（例えば、非特許文献２参照）。
【００２４】
しかしながら前記各特許文献や非特許文献に記載された技術では、モールドパウダーを巻き込んだり、又、凝固界面への介在物の捕捉を防止できず、鋳片の表面品質が充分に向上しないという問題があった。
【００２５】
（Ｇ）振動磁界のみを印加するものとして、時間的に移動しない低周波交流静止磁界を付与し、凝固直前に低周波電磁振動を励起させることによって、凝固前面の柱状デンドライトを破断させ、溶融金属中に浮遊させて、凝固組織の微細化、中心偏析の低減を目指す方法が開示されているが、鋳片の表面欠陥を低減する効果は小さい（例えば、特許文献１９参照）。
【００２６】
【特許文献１】
特開平１１−１００６１１号公報
【特許文献２】
特開平１０−３０５３５３号公報
【特許文献３】
特許第３０６７９１６号明細書
【特許文献４】
特開平５−１５４６２３号公報
【特許文献５】
特開平６−１９０５２０号公報
【特許文献６】
特開昭６１−１９３７５５号公報
【特許文献７】
特開平６−２２６４０９号公報
【特許文献８】
特開平９−２６２６５１号公報
【特許文献９】
特開２０００−２７１７１０号公報
【特許文献１０】
特開昭６１−１４０３５５号公報
【特許文献１１】
特開昭６３−１１９９５９号公報
【特許文献１２】
特許第２８５６９６０号明細書
【特許文献１３】
特開平３−２５８４４２号公報
【特許文献１４】
特開平８−１９８４１号公報
【特許文献１５】
国際公開特許ＷＯ９５／２６２４３号公報
【特許文献１６】
特開平２−２８４７５０号公報
【特許文献１７】
特開平９−２６２６５０号公報
【特許文献１８】
特開平８−１９８４０号公報
【特許文献１９】
特許第２９１７２２３号明細書
【非特許文献１】
「材料とプロセス」vol.３（１９９０）第２５６頁
【非特許文献２】
「鉄と鋼」６６（１９８０）第７９７頁
【００２７】
【発明が解決しようとする課題】
近年の表面品質ニーズの高まり、コストダウン等の要求から、更なる鋳片表面や内部の品質改善技術が望まれており、より効果的な鋳型内流動の制御が必要となっている。
【００２８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、浸漬ノズルから不活性ガスを吹き込むことなく連続鋳造する際、モールドフラックスの巻き込みを抑制し、鋳片の内部品質を向上させると共に、介在物の凝固核への捕捉を抑制して、鋳片の表面品質を向上できる、鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【００２９】
【発明を解決するための手段】
本発明は、連続鋳造用鋳型に供給される溶鋼を連続的に鋳造する鋼の連続鋳造方法において、溶鋼の介在物を低融点化することにより、該溶鋼を鋳型へ供給するノズルの閉塞を防止して、該ノズルから不活性ガスを吹き込むことなく連続鋳造する際に、前記連続鋳造用鋳型の鋳型長辺方向に３個以上の電磁石を配置し、隣り同士のコイルで発生する磁場を、隣り同士のコイルに位相が実質的に逆の交流電流を通電するか、あるいは、コイルの巻き線方向を逆にして同位相の交流電流を通電することで、実質反転させて、溶鋼に、位相が実質反転する、最大の交流磁界の磁束密度が０．１テスラ未満で振動磁界の周波数が１Ｈｚから８Ｈｚの振動電磁界を作用させ、電磁力によって局所的な流動を誘起させて、凝固核前面のデンドライトの破断を引き起こすことなく、鋳型内の溶鋼を電磁攪拌することによって、鋳片の表面欠陥を低減することにより、前記課題を解決したものである。
【００３３】
本発明は、又、連続鋳造用鋳型に供給される溶鋼を連続的に鋳造する鋼の連続鋳造方法において、溶鋼の介在物を低融点化することにより、該溶鋼を鋳型へ供給するノズルの閉塞を防止して、該ノズルから不活性ガスを吹き込むことなく連続鋳造する際に、前記連続鋳造用鋳型の鋳型長辺方向に、隣り合うコイルの位相が、ｎ、２ｎ、ｎあるいはｎ、３ｎ、２ｎの配列部分（但し、３相交流でｎ＝６０°又は１２０°、２相交流でｎ＝９０°）を持つ３個以上の電磁石を配置し、これら電磁石により振動磁界を発生させながら該振動磁界のピーク位置を鋳型長辺方向に沿って局所的に移動させ、鋳型内の溶鋼を電磁攪拌することによって、鋳片の表面欠陥を低減することにより、同じく前記課題を解決したものである。
【００３５】
又、前記振動磁界に、鋳型の厚み方向に静磁界を重畳するようにしたものである。
【００３６】
又、前記介在物を低融点化した溶鋼が、Ｃ≦０．０２０wt％、Ｓｉ≦０．２wt％、Ｍｎ≦１．０wt％、Ｓ≦０．０５０wt％、Ｔｉ≧０．０１０wt％を含み、Ａｌ≦（wt％Ｔｉ）／５の条件を満足する組成からなる極低炭素Ｔｉ脱酸鋼であるようにしたものである。又、この溶鋼を製造するに当り、溶鋼をまず真空脱ガス装置による脱炭処理した後、Ｔｉ含有合金によって脱酸し、その後、脱酸溶鋼中にＣａ≧１０wt％及びＲＥＭ≧５wt％の１種又は２種とＦｅ、Ａｌ、Ｓｉ及びＴｉのうちから選ばれる１種又は２種以上を含有する介在物組成調整用合金を添加することにより、該溶鋼中の酸化物組成をＴｉ酸化物が９０wt％以下、ＣａＯ、ＲＥＭ酸化物のいずれか少なくとも１種の含有量が１０wt％以上５０wt％以下で、Ａｌ₂Ｏ₃が７０wt％以下にするようにしたものである。
【００３７】
又、脱炭処理後の溶鋼を、Ｔｉ含有合金による脱酸処理に先立って、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎのいずれかにて予備脱酸することにより、溶鋼中の溶存酸素濃度を予め２００ppm以下にするようにしたものである。
【００３８】
本発明では、鋳型へ溶鋼を供給する浸漬ノズルから不活性ガスを吹き込まずに鋳造する際、電磁攪拌を適用して鋳型内溶鋼温度を均一化させるようにする。そのために、鋳型の厚み方向の流速分布を規定する。即ち、厚み中央付近では流速を小さくしてモールドフラックスの巻き込みを抑えつつ、鋳型壁面に近い凝固界面の溶鋼に局所的な流動を与えて、気泡、介在物の捕捉を防止し、鋳片の表面欠陥を低減する。
【００３９】
このための方法として、交流磁場の印加方法を工夫する必要があり、モデル実験及びシミュレーション計算を実施した結果、以下の結論に至った。
【００４０】
１．特許文献５に示されるような、厚み方向の磁場では、交流電流の表皮効果を利用して、凝固界面あるいは溶鋼表面にローレンツ力を集中させていたが、これだけでは、効率的に凝固界面のみにローレンツ力を集中できず、凝固界面にローレンツ力を集中させるためには、磁力線分布を制御する必要がある。
【００４１】
２．このための方法として、幅方向に交互に位相が反転する電磁石を配置して、交番させることが効果的である。厚み方向に磁界を振動させる場合には、電磁力を鋳型壁面、即ち、凝固界面に集中することができなくなるため、幅方向に磁界を振動させる必要がある。ここで、交互の電磁石に通電する電流の位相は実質反転する必要があり、そのためには、位相は１３０°以上異なることが必要である。
【００４２】
３．このためのコイル構造としては、図１に例示する如く、幅方向に３つ以上の磁極を有する櫛歯状鉄芯２２にコイルを巻き、且つ、隣り同士の電流の位相を実質反転させることで、幅方向の磁界を振動させることができる。図において、１０は鋳型、１２は浸漬ノズル、１４は溶鋼（斜線部は低速領域）である。
【００４３】
４．この際の交流電流の周波数は、低すぎると十分な流動が励起されず、高すぎると、溶鋼が電磁場に追随しなくなるので、１Ｈｚから８Ｈｚの範囲が適当である。
【００４４】
５．このような電磁石を用いることで、凝固前面から溶湯（溶鋼）を引き離す方向の流動を誘起させることができ、且つ、励起される流速が小さいので、デンドライトを破断することなく、凝固界面の洗浄効果が得られた。図２（正面図）、図３（図２のIII−III線に沿う水平断図面）、図４（図２のIV−IV線に沿う垂直断面図）に、磁極２８の数が４個の場合について、本発明の振動磁界で誘起される溶湯流動を、電磁場解析と流動解析によって計算した例をもとにして、模式的に示した。
【００４５】
本発明では、図５に示す如く、次式に示すローレンツ力Ｆに応じて発生する流れの向きは同じで、流速ｖのみ印加電流Ｉの半分の周期で変動する。
【００４６】
Ｆ∝Ｊ×Ｂ …（1）
ここで、Ｊは誘導電流、Ｂは磁場である。
【００４７】
６．コイルの巻き方向を逆にすれば、電流の位相が同じでも、磁場の位相を反転することができる。
【００４８】
７．特許文献１９には、時間的に移動しない低周波交流静止磁界を付与し、凝固前面に低周波電磁振動を励起させることによって、凝固前面の柱状デンドライトを破断させ、溶融金属中に浮遊させて、凝固組織の微細化、中心偏析の低減を目指す方法が開示されているが、デンドライトが破断するような大きな電磁力を付与すると、溶湯上面のモールドフラックスを巻き込んで、表面品質を劣化させてしまう。よって、交流振動磁界の磁束密度は１０００ガウス未満が望ましい。なお、コイル配置によっては、１０００ガウス以上でもデンドライトが破断しないようにできる場合がある。
【００４９】
８．更に、特許文献１９の方法では、デンドライトの破断が起こって、柱状晶組織から等軸晶組織に変化してしまう。極低炭素鋼などでは、柱状晶組織のみの方が、圧延時に、集合組織として制御し易くなるため、等軸晶化することで、結晶方位を揃え難くなるという問題がある。このため、電磁力によって、凝固前面のデンドライトが破断しないことが重要である。
【００５０】
以上の知見から、鋳型長辺方向に磁界を振動させることによって、鋳片の厚み、鋳造方向の流動を誘起させ、気泡や介在物を凝固界面から引き離すような流動を与えることによって、気泡や介在物の捕捉を防止することが効果的であるという結論に至った。
【００５１】
本発明によって、凝固界面のみを効率的に振動させて、気泡、介在物の捕捉を抑制できるので、鋳片の表面品質を大幅に向上させることができる。
【００５２】
更に、鋳片品質の向上を図るべく、モデル実験及びシミュレーション計算を実施した結果、前記振動磁界を鋳型内溶鋼に作用させると共に、鋳型の厚み方向に静磁界を重畳することも有効であるという知見が得られた。
【００５３】
９．このためのコイル構造としては、図６に例示する如く、前記図１に例示したものに、更に直流コイル３４を追加したものを挙げることができる。
【００５４】
１０．このように、直流コイル３４を設けて、静磁界を重畳させることにより、Ｆ＝Ｊ×Ｂ（ここにＦ：ローレンツ力、Ｊ：誘導電流、Ｂ：磁場）の磁場Ｂ項が大きくなるために、ローレンツ力Ｆを増加させることができるが、更に、ローレンツ力の向きが、重畳しない場合と大きく異なり、流動も変化して、幅方向及び鋳造方向の流動が大きくなるので、凝固界面に捕捉される気泡、介在物の洗浄効果が期待できる。
【００５５】
１１．又、重畳することにより、厚み中央での流速を低減でき、モールドフラックスの巻き込みも更に有効に防止できる。
【００５６】
図７（正面図）、図８（図７のIII−III線に沿う水平断面図）、図９（図７のIV−IV線に沿う垂直断面図）に、磁極２８の数が４個の場合について、本発明の振動磁界で誘起される、ある時点の溶湯流動を、電磁場解析と流動解析によって計算した例をもとにして、模式的に示す。又、図１０（正面図）、図１１（図１０のVI−VI線に沿う水平断面図）、図１２（図１０のVII−VII線に沿う垂直断面図）に、次の時点の溶湯流動を模式的に示す。
【００５７】
本発明では、図１３に示す如く、次式に示すローレンツ力Ｆに応じて発生する流れの向きが、印加電流Ｉと同じ周期で反転する。
【００５８】
Ｆ∝Ｊ×Ｂｔ …（２）
Ｂｔ＝Ｂｄｃ＋Ｂａｃ＞０ …（３）
ここで、Ｊは誘導電流、Ｂｔは合計磁場、Ｂｄｃは直流磁場、Ｂａｃは交流磁場である。
【００５９】
この場合も、磁界を振動させるための交流電流の周波数は、前記４．項に記載したと同様に１Ｈｚから８Ｈｚの範囲が適当である。又、前記６．項〜８．項等の記載内容も該当する。
【００６０】
以上の知見から、鋳型長辺方向に磁界を振動させつつ、厚み方向に直流磁界を印加することにより、鋳型長辺方向及び鋳造方向に従来と大きく異なる流動を誘起させ、凝固界面のみを効率的に振動させて、気泡、介在物の捕捉を抑制し、鋳片の表面品質を大幅に向上させることができる。
【００６１】
更に、交流磁場の印加態様を工夫するべく、モデル実験及びシミュレーション計算を実施した結果、以下の結論が得られた。
【００６２】
１２．移動磁界によるマクロ流動は、凝固界面の気泡・介在物の捕捉を抑制するが、時として、モールドフラックスの巻き込みを増加させるため、かえって品質を劣化させる場合がある。
【００６３】
１３．振動磁界を印加する際に、振動磁界を強く受ける位置が固定されると、電磁力の弱い位置で、介在物の捕捉を十分に抑制できない部分が生じる場合がある。
【００６４】
１４．このため、振動磁界によるローレンツ力のピーク位置を移動させることが効果的である。
【００６５】
１５．ローレンツ力のピーク位置を移動させるには、隣り合う３つのコイル、あるいは、コイル群の位相を、真中のコイルの位相を最後とするように設定するとよい。ここで、振動磁界とは、時間と共にローレンツ力の向きが反転する磁場をいう。
【００６６】
以下、上記１５．項について説明する。前記図６と構造が実質的に同一の図１４に示すような、櫛歯状のコイル２４の各コイル（後述する図２０に示す）に振動磁界を与え、各コイル毎に位相を変化させる。図１５〜図１８は、このような各コイル毎に付与する位相の説明図である。図中の振動磁界発生用コイル２４ａ、２４ｂの各コイルの横に付してある数字は、ある時刻におけるそのコイルの電流の位相角（度）を記入したものである。図１５〜図１８は２相交流の場合で、図１５は移動磁界、図１６は振動磁界、図１７、図１８は振動磁界のピーク位置を局所的に移動させた場合の例を示した。
【００６７】
図１７、図１８に示すように、連続鋳造用鋳型の鋳型長辺幅方向に３個以上の電磁石を並べ、隣り合う電磁石に通電する電流の位相が、一方向に増加、あるいは、減少することなく、少なくとも真中の位相が両側の位相よりも遅れるように設定することによって、磁界は単に一方向に移動するのではなく、振動しながら局所的に移動することになる。
【００６８】
以上のように、３個以上の隣り合うコイルの位相が、ｎ、２ｎ、ｎあるいはｎ、３ｎ、２ｎ（但し、ｎは２相交流で９０°、３相交流で６０°又は１２０°）の配列部分をもたせることによって、振動磁界のピーク位置を局所的に移動させることができる。
【００６９】
ここで、単純に振動磁界を誘起させた場合には、振動磁界の振幅が大きいところと小さいところができる。このピーク位置を局所的に移動させることによって、全ての位置で、凝固界面を洗浄することが可能となる。
【００７０】
なお、ここで、コイルの櫛歯数が１２本の例を示したが、櫛歯数は４、６、８、１０、１２、１６本などから選ぶことができ、又、交流は２相、３相のいずれでもよい。
【００７１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、振動磁界のみを作用させる本発明の第１実施形態を詳細に説明する。
【００７２】
この第１実施形態においては、溶鋼の介在物を低融点化することにより、該溶鋼を鋳型へ供給するノズルの閉塞を防止して、該ノズルからＡｒ等の不活性ガスを吹き込むことなく連続鋳造する。
【００７３】
このガスレス連続鋳造に使用する介在物を低融点化した溶鋼としては、前記特許文献１で提案されている、Ｃ≦０．０２０wt％、Ｓｉ≦０．２wt％、Ｍｎ≦１．０wt％、Ｓ≦０．０５０wt％、Ｔｉ≧０．０１０wt％を含み、Ａｌ≦（wt％Ｔｉ）／５の条件を満足する組成からなる極低炭素Ｔｉ脱酸鋼を挙げることができる。この溶鋼は、製造するに当り、溶鋼をまず真空脱ガス装置による脱炭処理した後、Ｔｉ含有合金によって脱酸し、その後、脱酸溶鋼中にＣａ≧１０wt％及びＲＥＭ≧５wt％の１種又は２種とＦｅ、Ａｌ、Ｓｉ及びＴｉのうちから選ばれる１種又は２種以上を含有する介在物組成調整用合金を添加することにより、該溶鋼中の酸化物組成をＴｉ酸化物が９０wt％以下、ＣａＯ、ＲＥＭ（希土類元素）酸化物のいずれか少なくとも１種の含有量が１０wt％以上５０wt％以下で、Ａｌ₂Ｏ₃が７０wt％以下にする。その際、脱炭処理の溶鋼を、Ｔｉ含有合金による脱酸処理に先立って、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎのいずれかにて予備脱酸することにより、溶鋼中の溶存酸素濃度を予め２００ppm以下にすることが望ましい。
【００７４】
このように製造した溶鋼をガスレス連続鋳造する際に、以下のように鋳型内の溶鋼を電磁攪拌することによって、鋳片の表面欠陥を低減する。
【００７５】
本発明の実施に好適な、鋼の連続鋳造設備の一例を、水平断面の模式図で図１９に示す。図において、１０が鋳型、１２が浸漬ノズル、２０が振動磁界発生装置、２２が櫛歯状鉄芯、２４がコイル、２６ａ、２６ｂが交流電源、２８が磁極である。
【００７６】
本発明では、相対する長辺と短辺からなる鋳型１０内の溶鋼に、磁界を印加しながら連続鋳造する。印加する磁界は、鋳型の長辺方向に振動する磁界（以下、振動磁界ともいう）とする。印加する振動磁界は、鋳型の長辺方向を印加方向とする交流磁界で、その向きを周期的に反転させ、溶鋼のマクロ的流動を誘起することのない磁界である。
【００７７】
振動磁界は、例えば、図１９に示すような振動磁界発生装置２０を使用して、発生させることができる。図１９に示す振動磁界発生装置２０では、鋳型の長辺方向に３個以上（図では１２個）の櫛歯を有する櫛歯状鉄芯２２を用いて、これら櫛歯にコイル２４を配設して磁極２８とする。磁極２８は、隣接する磁極同士が互いに異なる極性（Ｎ、Ｓ極）を有するように、コイルの巻き方及びコイルに流す交流電流を調整する。隣接する磁極同士が互いに異なる極性（Ｎ、Ｓ極）とするためには、隣接する磁極同士のコイルの巻き方を反対方向としコイルに流す電流を同位相で所定の周波数を有する交流電流とするか、あるいは隣接する磁極同士のコイルの巻き方を同方向としコイルに流す電流を隣接する磁極同士で位相がずれた、所定の周波数を有する交流電流とするのが好ましい。隣接する磁極のコイルに流す交流の位相のずれは、実質的に位相が反転する、１３０°以上２３０°以下とするのが好ましい。
【００７８】
なお、交流電流の所定の周波数としては、１〜８Ｈｚとするのが好ましく、より好ましくは３〜６Ｈｚである。図１９に示す例は、隣接する磁極で、コイルの巻き方を同方向としてコイルに流す交流電流を位相が異なる（実質的に位相が反転する）ものとする場合であるが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００７９】
本発明では、隣接する磁極同士が互いに異なる極性を有するため、隣接する磁極間で溶鋼に作用する電磁力とその隣りの磁極間で溶鋼に作用する電磁力とは、その向きがほぼ反対となり、溶鋼のマクロな流動が誘起されることはない。又、本発明では、コイルに流す電流を交流電流とするため、各磁極の極性が所定の周期で反転し、鋳型の長辺幅方向で凝固界面近傍の溶鋼に振動を誘起させることができる。これにより、凝固界面への介在物、気泡の捕捉を抑制することができ、鋳片の表面品質を顕著に向上させることができる。
【００８０】
コイルに流す交流電流の周波数が１Ｈｚ未満では、低すぎて十分な流動が誘起されない。一方、８Ｈｚを超えると、溶鋼が振動磁界に追従しなくなり、磁界印加の効果が少なくなる。このため、コイルに流す交流電流の周波数を１〜８Ｈｚとし、振動磁界の振動周期を１／８〜１ｓとするのが好ましい。
【００８１】
なお、本発明では、印加する振動磁界の磁束密度は１０００ガウス未満とするのが好ましい。磁束密度が１０００ガウス以上になると、デンドライトを破断するだけでなく、湯面変動が大きくなり、モールドフラックスの巻き込みを助長するという問題がある。
【００８２】
（第１実施例）
次に、実施例に基づき、本発明について、更に詳細に説明する。
【００８３】
先ず、溶鋼の代表例を説明する。転炉出鋼後、３００トンの溶鋼をＲＨ真空脱ガス装置にて脱炭処理し、溶鋼の成分組成を、Ｃ＝０．００３５wt％、Ｓｉ＝０．０２wt％、Ｍｎ＝０．２０wt％、Ｐ＝０．０１５wt％、Ｓ＝０．０１０wt％、温度を１６００℃に調整した。この溶鋼中に、Ａｌを０．５ｋｇ／トン添加し、溶鋼中の溶存酸素濃度を１５０ppmまで低下させた。この時の溶鋼中のＡｌ濃度は０．００３wt％であった。そしてこの溶鋼に、７０wt％Ｔｉ−Ｆｅ合金を１．２ｋｇ／トン添加し脱酸した。その後、溶鋼中に２０wt％Ｃａ−１０wt％ＲＥＭ−５０wt％Ｔｉ−Ｆｅ合金を０．５ｋｇ／トン添加し、成分調整を行なった。この処理後のＴｉ濃度は、０．０５０wt％、Ａｌ濃度は０．００３wt％であった。
【００８４】
次いで、前記図１９に示した連続鋳造設備にて鋳造実験を行なった。このときのタンディッシュ内の介在物を調査した結果、６５wt％Ｔｉ₂Ｏ₃−１５wt％ＣａＯ−１０wt％Ｃｅ₂Ｏ₃−１０wt％Ａｌ₂Ｏ₃の球状介在物であった。鋳造後、イマージョンノズル内には付着物はほとんどなかった。
【００８５】
なお、スラブの幅は１５００〜１７００ｍｍ、厚みは２２０ｍｍ、溶鋼のスループット量は４〜５トン／分の範囲とした。
【００８６】
又、コイル構造として、前記図１に示した如く、幅方向に１２等分した櫛歯状の鉄芯を用い、幅方向に交互に位相が反転する磁場を発生するように配置した。
【００８７】
図２１に、極低炭素鋼についての実験条件及び実験結果（欠陥混入率）をまとめて示す。この図で欠陥混入率は、介在物、モールドフラックス巻き込み、ブローホールおよび表面欠陥起因の欠陥をいう。
【００８８】
なお、鋳片の表面偏析は、スラブ研削後、エッチングを行い、目視観察によって１ｍ²当たりの偏析個数を調査した。又、冷間圧延後のコイルの表面欠陥を目視検査し、欠陥サンプルを採取後、欠陥部を分析することによって、モールドフラックスによる欠陥個数を調査した。介在物量は、鋳片の１／４厚みの位置からスライム抽出法によって介在物を抽出後、重量を測定した。表面偏析、モールドフラックス欠陥及び介在物量とも、指数化に際しては、全条件のうち、もっとも悪かったものを１０とし、それに対する線形な比で表示した。
【００８９】
図２１からわかるように、交流磁束密度によって、表面偏析、モールドフラックス巻込による欠陥、ブローホール、非金属介在物低減が可能となる。
【００９０】
ここで、振動磁界の強度が強すぎると、溶湯表面のフラックスの巻き込みが大きくなって、表面品質を悪化させ、周波数が高すぎると、磁界に溶湯が追随できなくなって、凝固界面の洗浄効果が低下し、ブローホール、介在物欠陥が増加しているものと推定される。
【００９１】
前記説明においては、極数が１２極の櫛歯状の鉄芯が用いられていたが、磁極数や鉄芯の形状はこれに限定されず、例えば鉄芯が分割されていてもかまわない。
【００９２】
次に、更に図面を参照して、振動磁界に静磁界を重畳する本発明の第２実施形態を詳細に説明する。
【００９３】
本発明の実施に好適な、鋼の連続鋳造設備の一例を、水平断面の模式図で図２０に示す。この図は、前記図１９に、３０の静磁界発生装置を併設したものに相当する。
【００９４】
本発明では、相対する長辺と短辺からなる鋳型１０内の溶鋼に、磁界を印加しながら連続鋳造する。印加する磁界は、鋳型の長辺方向に振動する磁界（以下、振動磁界ともいう）と厚み方向の静磁界とする。印加する振動磁界は、鋳型の長辺方向を印加方向とする交流磁界で、その向きを周期的に反転させ、溶鋼のマクロ的流動を誘起することのない磁界である。
【００９５】
振動磁界は、例えば、図２０に示すような振動磁界発生装置２０を使用して、発生させることができる。図２０に示す振動磁界発生装置２０は、第１実施形態の図１９に示したものと実質的に同一であるので、詳細な説明は省略する。
【００９６】
又、本発明では、上記した第１実施形態と同様の振動磁界の印加に加えて、静磁界を印加する。静磁界は、図２０に示すように、鋳型１０の長辺側に静磁界発生装置３０を設置し、鋳型の短辺方向（鋳型の厚さ方向）の向きに印加する。
【００９７】
鋳型の厚さ方向に静磁界を印加することにより、鋳型中央部付近の溶鋼流速を減少させることができ、モールドフラックスの巻き込みを防止できる。なお、振動磁界の印加に静磁界の印加を、重畳させることにより、Ｆ＝Ｊ×ＢにおけるＢ項を大きくできるため、更にローレンツ力を増加させることができるという効果もある。
【００９８】
又、本発明では、印加する静磁界の磁束密度は２００ガウス以上３０００ガウス以下とするのが好ましい。磁束密度が２００ガウス未満では溶鋼流速の低減効果が少なく、また３０００ガウスを超えると制動が大きすぎて不均一凝固を引き起こすという問題がある。
【００９９】
図２０は、鋳型１０の長辺側に、振動磁界発生装置２０と、静磁界発生装置３０とを配設した例を示す。静磁界発生装置３０は、鋳型の長辺側に鋳型を挟んで一対の磁極を配し、流す電流を直流電流として直流電源３２からコイル３４に流し、鋳型の厚さ方向に静磁界を印加する。静磁界発生装置３０と振動磁界発生装置２０の設置位置は、垂直方向で同じ位置としても、又、異ならせてもいずれでもよい。
【０１００】
（第２実施例）
次に、実施例に基づき、本発明について、更に詳細に説明する。
【０１０１】
転炉で溶製した第１実施形態と同様の溶鋼を使用し、図２０の連続鋳造機でスラブを鋳造した。その際、同様に、スラブの幅は１５００〜１７００ｍｍ、厚みは２２０ｍｍ、溶鋼のスループット量は４〜５トン／分の範囲とした。
【０１０２】
又、コイル構造として、前記図６に示した如く、幅方向に１２等分した櫛歯状の鉄芯を用い、幅方向に交互に位相が反転する磁場を発生するように配置した。
【０１０３】
図２２に、極低炭素鋼について、直流磁界１２００ガウス一定の下で行なった場合の実験条件及び実験結果をまとめて示す。この表に記載されている実験結果の解析方法は、第１実施例の場合と同様である。
【０１０４】
図２２からわかるように、振動磁界印加に静磁界重畳によって、表面偏析、モールドフラックス巻込による欠陥、ブローホール、非金属介在物低減が可能となる。
【０１０５】
この場合も、振動磁界の強度が強すぎると、溶湯表面のフラックスの巻き込みが大きくなって、表面品質を悪化させ、周波数が高すぎると、磁界に溶湯が追随できなくなって、凝固界面の洗浄効果が低下し、ブローホール、介在物欠陥が増加しているものと推定される。
【０１０６】
次に、更に図面を参照して、振動磁界のピーク位置を鋳型長辺方向に沿って局所的に移動させる本発明の第３実施形態を詳細に説明する。
【０１０７】
前記図１４は鋼の連続鋳造用鋳型１０の平面図及び交流電磁石（コイル）２４、直流電磁石（コイル）３４の配列例を示したものである。
【０１０８】
鋳型１０には、上方のタンディッシュの底部に連結されている連続鋳造用浸漬ノズル１２が浸漬され、溶鋼１４を供給する。連続鋳造用鋳型１０の長辺に沿って、前記図２０と同様に、１２枚の櫛歯状の交流電磁石（コイル）２４が配設され、その外側に直流コイル３４が配設されている。１２個のコイル２４にはそれぞれ振動磁界を発生する振動電流が供給され、その振動電流のピーク値は、鋳型長辺幅方向に沿って移動するように印加される。このピーク値の移動は、隣り合うコイルの位相がｎ、２ｎ、ｎ又はｎ、３ｎ、２ｎの配列部分をもつように印加することにより実現される。
【０１０９】
図１５〜図１８は、ある瞬間におけるコイル２４ａ、２４ｂをそれぞれ構成する１２個の各コイルにおける振動磁界の位相の分布を数字（位相角の値）で記載して示したものである。振動磁界のピーク位置は鋳型１０の長辺に沿う方向に順次移動する。
【０１１０】
図１５には隣接コイルの位相差が９０°で、対向するコイル２４ａ、２４ｂで１８０°異なる２相交流の移動磁界が示されている。図１６には隣接コイルの位相差が１８０°で、対向するコイル２４ａ、２４ｂで同位相の２相交流の振動磁界が印加されている。図１７には隣接コイルの位相差が９０°で、対向するコイル２４ａ、２４ｂで１８０°異なる半波整流２相交流が印加されている。図１８には隣接コイルとの位相差が１２０°、対向するコイルで６０°異なる半波整流２相交流が印加されている。
【０１１１】
振動磁界のピーク位置を局所的に移動させる本発明方法によって、前記第１実施形態の場合と同様の溶鋼をガスレス連続鋳造することにより、凝固界面のみを効率的に振動させて、介在物の捕捉を抑制できるので、鋳片の表面品質を大幅に向上させることができる。
【０１１２】
（第３実施例）
コイル構造として、前記図１４に示すような、幅方向に１２等分した櫛歯状の鉄芯を用い、鋳型２１の幅方向に交互に位相が反転する磁場を発生するように配置した。交流磁界による磁束は最大１０００ガウスとした。
【０１１３】
表３に、実験条件及び実験結果をまとめて示した。実験結果の解析方法は、表１と同様である。
【０１１４】
表３中のコイルパターンの符号は次のとおりである。
【０１１５】
Ａ：ｎ、２ｎ、ｎ（実施例）
Ｂ：ｎ、３ｎ、２ｎ（実施例）
Ｃ：０、ｎ、２ｎ、３ｎ（比較例）
Ｄ：０、２ｎ、０、２ｎ（比較例）
但し、ｎは位相角で、２相交流ではｎ＝９０°、３相交流ではｎ＝６０°又は１２０°である。
【０１１６】
【表１】

【０１１７】
表１から分かるように、振動磁界を印加することによって、表面偏析、モールドフラックス巻込による欠陥、ブローホール、非金属介在物低減が可能となる。
【０１１８】
同様に、振動磁界の強度が強すぎると、溶湯表面のフラックスの巻き込みが大きくなって、表面品質を悪化させ、周波数が高すぎると、磁界に溶湯が追随できなくなって、凝固界面の洗浄効果が低下し、気泡、介在物欠陥が増加している。
【０１１９】
【発明の効果】
本発明によれば、捕捉される非金属介在物及び鋳片表面偏析、モールドフラックス起因の表面欠陥や内部介在物の少ない鋳片を鋳造でき、高品質の金属製品の製造が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いられる電磁石と鋳型の組合せの一例を模式的に示す水平断面図
【図２】本発明の原理を説明するための、磁場で誘起される溶湯流動の速度ベクトルの電磁場解析と流動解析による計算結果を模式的に示す正面図
【図３】図２のIII−III線に沿う水平断面図
【図４】図２のIV−IV線に沿う垂直断面図
【図５】本発明における印加電流と溶鋼流速の時間的な変化状態の例を示す線図
【図６】本発明で用いられる電磁石と鋳型の組合せの他の一例を模式的に示す水平断面図
【図７】本発明の原理を説明するための、磁場で誘起される、ある時点の溶湯流動の速度ベクトルの電磁場解析と流動解析による計算結果を模式的に示す正面図
【図８】図７のIII−III線に沿う水平断面図
【図９】図７のIV−IV線に沿う垂直断面図
【図１０】本発明の原理を説明するための、磁場で誘起される、磁極が反転した次の時点の溶湯流動の速度ベクトルの電磁場解析と流動解析による計算結果を模式的に示す正面図
【図１１】図１０のVI−VI線に沿う水平断面図
【図１２】図１０のVII−VII線に沿う垂直断面図
【図１３】本発明における印加電流と溶鋼流速の時間的な変化状態を示す線図
【図１４】本発明によるコイルと鋳型の関係を示した平面模式図
【図１５】移動磁界の場合のコイルの位相を示した模式図
【図１６】振動磁界の場合のコイルの位相を示した模式図
【図１７】振動磁界のピーク位置を局所的に移動させる場合のコイルの位相を示した模式図
【図１８】振動磁界のピーク位置を局所的に移動させる場合のコイルの位相を示した他の模式図
【図１９】第１実施形態の連続鋳造設備を模式的に示す水平断面図
【図２０】第２実施形態の連続鋳造設備を模式的に示す水平断面図
【図２１】本発明による効果を示す線図
【図２２】本発明による静磁界を重畳した場合の効果を示す線図
【符号の説明】
１０…鋳型
１２…浸漬ノズル
２０…振動磁界発生装置
２２…櫛歯状鉄芯
２４…コイル
２６ａ、２６ｂ…交流電源
２８…磁極
３０…静磁界発生装置
３２…直流電流
３４…直流コイル

Claims

連続鋳造用鋳型に供給される溶鋼を連続的に鋳造する鋼の連続鋳造方法において、
溶鋼の介在物を低融点化することにより、該溶鋼を鋳型へ供給するノズルの閉塞を防止して、該ノズルから不活性ガスを吹き込むことなく連続鋳造する際に、
前記連続鋳造用鋳型の鋳型長辺方向に３個以上の電磁石を配置し、
隣り同士のコイルで発生する磁場を、隣り同士のコイルに位相が実質的に逆の交流電流を通電するか、あるいは、コイルの巻き線方向を逆にして同位相の交流電流を通電することで、実質反転させて、
溶鋼に、位相が実質反転する、最大の交流磁界の磁束密度が０．１テスラ未満で振動磁界の周波数が１Ｈｚから８Ｈｚの振動電磁界を作用させ、
電磁力によって局所的な流動を誘起させて、凝固核前面のデンドライトの破断を引き起こすことなく、鋳型内の溶鋼を電磁攪拌することによって、鋳片の表面欠陥を低減することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
連続鋳造用鋳型に供給される溶鋼を連続的に鋳造する鋼の連続鋳造方法において、
溶鋼の介在物を低融点化することにより、該溶鋼を鋳型へ供給するノズルの閉塞を防止して、該ノズルから不活性ガスを吹き込むことなく連続鋳造する際に、
前記連続鋳造用鋳型の鋳型長辺方向に、隣り合うコイルの位相が、ｎ、２ｎ、ｎあるいはｎ、３ｎ、２ｎの配列部分（但し、３相交流でｎ＝６０°又は１２０°、２相交流でｎ＝９０°）を持つ３個以上の電磁石を配置し、
これら電磁石により振動磁界を発生させながら該振動磁界のピーク位置を鋳型長辺方向に沿って局所的に移動させ、鋳型内の溶鋼を電磁攪拌することによって、鋳片の表面欠陥を低減することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
前記振動磁界に、鋳型の厚み方向に静磁界を重畳することを特徴とする請求項１又は２に記載の鋼の連続鋳造方法。
前記介在物を低融点化した溶鋼が、Ｃ≦０．０２０wt％、Ｓｉ≦０．２wt％、Ｍｎ≦１．０wt％、Ｓ≦０．０５０wt％、Ｔｉ≧０．０１０wt％を含み、Ａｌ≦（wt％Ｔｉ）／５の条件を満足する組成からなる極低炭素Ｔｉ脱酸鋼であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の鋼の連続鋳造方法。
前記溶鋼を製造するに当り、溶鋼をまず真空脱ガス装置による脱炭処理した後、Ｔｉ含有合金によって脱酸し、その後、脱酸溶鋼中にＣａ≧１０wt％及びＲＥＭ≧５wt％の１種又は２種とＦｅ、Ａｌ、Ｓｉ及びＴｉのうちから選ばれる１種又は２種以上を含有する介在物組成調整用合金を添加することにより、該溶鋼中の酸化物組成をＴｉ酸化物が９０wt％以下、ＣａＯ、ＲＥＭ酸化物のいずれか少なくとも１種の含有量が１０wt％以上５０wt％以下で、Ａｌ₂Ｏ₃が７０wt％以下にすることを特徴とする請求項４に記載の鋼の連続鋳造方法。
脱炭処理後の溶鋼を、Ｔｉ含有合金による脱酸処理に先立って、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｎのいずれかにて予備脱酸することにより、溶鋼中の溶存酸素濃度を予め２００ppm以下にすることを特徴とする請求項５に記載の鋼の連続鋳造方法。