JP4705515B2 - 連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋳型内に設置された電磁気力場発生装置を用いて、介在物の少ない高清浄な鋳片を連続鋳造により製造する方法に係わるものである。

従来の技術としては、連続鋳造鋳型の上部に電磁気力場を発生する装置を組み込み、溶鋼表面位置での凝固シェル表面近傍に連続的な溶鋼流、すなわち水平断面内を旋回するような溶鋼流を生成させ、鋳片表面近傍の介在物を少なくする連続鋳造方法が、古くから広く知られている。また、鋳型内に設置した電磁気力場を発生する装置を用いて、溶鋼流れを制動することにより、介在物が鋳片内部に多くなることを防止する連続鋳造方法も広く知られている。

その後、鉄鋼材料ユーザーの品質厳格化要求により、鋳片表面と内部の両方において介在物が少ない鋳片のニーズが高まり、これを実現するために、鋳型下部もしくは鋳型直下に磁石を配置して溶鋼下降流に静磁場を作用させて制動させ、かつ鋳型上部に移動磁場発生磁石を組み込み、溶鋼流れを促進する技術（例えば特許文献１参照)が発明された。しかしながら、鋳型上部の溶鋼流れは水平断面内を旋回するような流れではあるが、この流れを促進すると鋳型短辺側の凝固シェルに衝突し、一部の流れが短辺凝固シェル前面に沿って下方に向かい、鋳型下部の静磁場による制動が十分に効かない領域、すなわち凝固シェル前面を通過して溶鋼内部に到達するという問題がある。介在物がこの溶鋼流に乗って鋳片内部に運ばれるため、鋳片内部の介在物が逆に悪化することになる。

発明者らは、この問題の解決のために、後で詳述するような鋳型上部での断続的な溶鋼流動の付与を着想したが、従来知られていた断続的な溶鋼流動付与の方法を適用した場合には、種々の問題が生じた。すなわち、特許文献２には、鋳型上部に電磁攪拌コイルを設置して、移動磁界の方向を周期的に反転させる方法が示されているが、この方法では、流れを反転させることにより溶鋼表面が波立ち、溶鋼表面に載っている鋳型潤滑用のモールドフラックスを巻き込んで介在物を増加させる恐れがある。

特許文献３には、断続的な溶鋼流動の付与に関しては、鋳型内溶鋼に連続的あるいは間欠的に電磁気力を付与することが記載されているが、間欠の条件に関しては全く記載されていない。

また、電磁気力付与の条件を示したものとして、例えば特許文献４には、電磁気力の通電時間と停止時間を規定することが記載されているが、その条件は流動方向を変化させる場合の条件であり、一方向への断続的流動付与に関する条件については記載されていない。

一方、複数の電磁気力を付与する技術の中で、静磁場発生装置の上方に、旋回流を形成しかつその攪拌方向を周期的に変化させる移動磁場発生装置を設置する技術が、例えば特許文献５に示されているが、その技術では、攪拌方向を変化させるために、溶鋼表面が波立ち、溶鋼表面に載っている鋳型潤滑用のモールドフラックスを巻き込んで介在物を増加させる恐れがある。

特開平０５-１７７３１７号公報 特開平０７−１６４１１９号公報 特開２００１−２０５３９６号公報 特開２００２−２８３０１７号公報 特開２００３−１１７６３６号公報

以上を纏めると、本発明が解決しようとしている課題は以下の通りである。
（１）鋳片厚み全域にわたって介在物個数を低減させる技術を確立すること。
（２）上記の目的で電磁攪拌装置と静磁場発生装置の両方を用いた場合でも、鋳片内部の介在物量やサイズが増大しないようにすること。

上記目的を達成するために、本発明は以下の構成を特徴とする。
（１）連続鋳造鋳型に設置された静磁場発生装置で、鋳型の鋳片厚み方向に静磁場を印加し、かつ静磁場発生装置の上方で、鋳型内の溶鋼表面が存在する位置の近傍に設置された移動磁場発生装置により、溶鋼表面位置での凝固シェル前面に一方向でかつ断続的な溶鋼流を形成するにあたり、以下の式を満たす条件で移動磁場発生装置および静磁場発生装置を作動させ、溶鋼表面位置での凝固シェル表面近傍に断続的な溶鋼流を付与することを特徴とする連続鋳造方法。
Ｅ１≦Ｅ≦Ｅ２
２≦ｔ１≦５
０．５≦ｔ２≦３
０．１≦ｔ３≦２
Ｂ≧０．３
ここで、Ｅ（Ａ） ：移動磁場発生装置に与える電流値
Ｅ１（Ａ）：溶鋼表面位置での凝固シェル表面近傍で１５ｃｍ／ｓの流速を与える電流値
Ｅ２（Ａ）：溶鋼表面位置での凝固シェル表面近傍で４５ｃｍ／ｓの流速を与える電流値
ｔ１（ｓ）：電流を０からＥ（Ａ）に上昇させるまでの時間
ｔ２（ｓ）：電流をＥ（Ａ）から０に下降させるまでの時間
ｔ３（ｓ）：電流を０とする時間
Ｂ（Ｔ） ：静磁場発生装置で形成された磁束密度分布の最大値

本発明は、鋳片内部の介在物を悪化させることなく、鋳片表面の介在物量を低減する方法を提供するものである。これにより、鋳片厚み方向全域にわたって介在物量が少ない鋳片を得ることが出来、製品加工においても欠陥が非常に発生しにくい鋼素材の提供が可能となる。

発明者らは、鋳型上部に設置された移動磁場発生装置と鋳型下部に設置された静磁場発生装置の双方を同時に用い、断続的な溶鋼流を形成するための電磁力の付与条件を種々変化させ、鋳片表層と内部の介在物を調査した。その結果を詳細に解析した結果、電磁力の付与条件がある条件を満たす場合に、介在物の個数が少なくなることを見出した。

以下に本発明の詳細を記す。
まず、発明者らは実機での試験を行ない、解析した。すなわち、鋳型上部に設置された移動磁場発生装置と鋳型下部に設置された静磁場発生装置の双方を同時に用いて、電磁力の付与条件を種々変化させた。試験に用いた鋼の成分を表１に示す。また、試験条件および電磁力の付与条件を表２に示す。

実機試験は以下の２段階に分けて行なった。すなわち、まず、静磁場発生装置の磁束密度と移動磁場発生装置の電流値に関して、溶鋼流が連続的な流れの場合における介在物低減条件範囲を求め、次に、この最適条件範囲において断続的な流れを付与することによって更なる介在物低減条件を求めることにした。ここで、断続的な流れとは、移動磁場発生装置の作動と停止を繰り返すことにより、溶鋼流れを周期的に発生させたり止めたりすることである。

まず静磁場発生装置の磁束密度を変化させながら、移動磁場発生装置の電流値を変えて溶鋼流速を変化させた。この場合の溶鋼流動は旋回流である。溶鋼流速は流速センサーにより測定した。
その結果、図１より、連続的な溶鋼流れの場合において、鋳片内介在物個数、すなわち鋳片表層から８０ｍｍ位置内部までの介在物個数が少なくなる（ここでは１０００個／ｋｇ以下を目安とした）電磁力の条件は、溶鋼表面位置での凝固シェル前面の流速として１５ｃｍ／ｓから４５ｃｍ／ｓを与える電流であり、かつ磁束密度としては、０．３Ｔ以上が必要であることが判った。
溶鋼流速が１５ｃｍ／ｓから４５ｃｍ／ｓの間に入っていても磁束密度が０．３Ｔ未満で介在物個数が多い理由は、鋳片表層の介在物は溶鋼流速により低減できても、注入ノズルからの吐出流に対する制動が効かない為に鋳片内部に入り込む介在物が多いためである。なお、鋳片内介在物個数の評価をする際、厚み方向で表層から８０ｍｍ位置までとしたのは、この範囲での介在物個数が他の場所に比べて多いためである。

上記の検討で、連続的な溶鋼流れにおける介在物低減条件は明らかになったが、本発明の目的は鋳片内介在物個数の更なる低減を図り、高清浄の鋳片を得ることである。そこで、次に移動磁場発生装置により断続的な溶鋼流動を与える実験を行なった。そのとき移動磁場発生装置に与える電流の態様を図３に示す。ベースの条件としては、先の検討で得られた、溶鋼表面位置での凝固シェル前面の流速として１５ｃｍ／ｓから４５ｃｍ／ｓを与える電流（Ｅ１，Ｅ２）および、０．３Ｔ以上の磁束密度である。まず、断続的な溶鋼流動を与えるための電流を停止させる時間（ｔ３）に関しては、別途試験を行なうことにより、溶鋼の流れが長い間停止しない条件として０．１〜２ｓを得た。これは、流れが断続的となるためにはある程度の停止時間が必要だが、停止時間が長くなると移動磁場付与の効果がなくなるからである。

次に、この停止条件をベースに、鋳片内介在物が低減するための断続的な溶鋼流動が得られる条件として、電流を０から所定値に上昇させるまでの時間（ｔ１）と電流を所定値から０に下降させるまでの時間（ｔ２）を変化させた。その結果を図２に示すが、電流を０から所定値に上昇させるまでの時間が２〜５ｓ、かつ電流を所定値から０に下降させるまでの時間が０．５〜３ｓとした場合に、鋳片表層から８０ｍｍ位置内部までの介在部個数が７００個／ｋｇ以下と少なくなることが判る。

なお、断続的な溶鋼流動を与える場合には、移動磁場発生装置を一旦停止して再び作動させる時に前回と同じ一方向に溶鋼を動かす場合(正転)と反対方向に動かす場合(逆転)がある。逆転の場合は、交互に溶鋼の流れの向きが変わることになるが、試験を行なった結果、溶鋼の慣性があるために逆転時に前の流れと干渉し、溶鋼表面が盛り上がったり、渦が発生したりしたので、上記実験の解析は正転の場合についてのみ行なっている。また、後述するように、実施例においても、逆転の場合には介在物個数が低減しなかった。

次に、本発明の条件を規定した理由と本発明の具体的な適用法について説明する。対象となるプロセスは連続鋳造であり、目的は鋳型上部に設置された移動磁場発生装置と鋳型下部に設置された静磁場発生装置の双方を同時に用いて鋳片内介在物個数を低減することである。

移動磁場発生装置の電流値として、溶鋼表面位置での凝固シェル表面近傍の流速が１５ｃｍ／ｓから４５ｃｍ／ｓとなる電流にすることを規定したこと、および静磁場発生装置で形成された磁束密度分布の最大値を０．３Ｔ以上と規定したのは、図１で鋳片表層から８０ｍｍ位置内部までの介在物個数が少なくなる範囲であるからである。また、電流を０から所定値に上昇させるまでの時間を２〜５ｓと規定したのは、図２で鋳片表層から８０ｍｍ位置内部までの介在物個数が少なくなる範囲であるからである。電流を所定値から０に下降させるまでの時間を０．５から３ｓと規定したのも同じく図２の結果からである。更に、電流を０とする時間を０．１から２ｓと規定したのは、流れが断続的となるためにはある程度の停止時間が必要だが、停止時間が長くなると移動磁場付与の効果がなくなるからであり、鋳造試験の結果、得られたものである。断続的な流れの向きとして、一方向にしたのは、方向を逆転させると、溶鋼の慣性があるために逆転時に前の流れと干渉して溶鋼表面が盛り上がったり、渦が発生したりするためである。

溶鋼表面位置での凝固シェル表面近傍の溶鋼流速を鋳造の初めから終わりまで測定することは困難なので、予め試験鋳造を行ない移動磁場発生装置に付与する電流値と溶鋼流速との関係を求めておき、鋳造中は電流値で溶鋼流速を設定したり、管理したりすることになる。また、静磁場の磁束密度に関しても同様で、予め非鋳造中に測定して静磁場発生装置の電流値と磁束密度の関係を求めておき、鋳造中は電流値で設定したり、管理したりする。なお、磁束密度は鉛直方向に分布を持っているが、ここでは分布の最大値の値を用いる。

以下、本発明の実施例を説明するが、実施例で採用した条件は、本発明の実施可能性及び効果を確認するための一条件例であり、本発明は、この一条件例に限定されるものではなく、本発明を逸脱せず、本発明の目的を達成する限りにおいて、種々の条件を採用し得るものである。

連続鋳造機を用いて表３に示す成分の鋼よりなる鋳片を製造した。鋳片の製造における共通の実施条件および評価法を表４に示し、それぞれの実施条件を表５に示す。

結果を表６に示すが、表６より本発明の条件を満たす場合には、鋳片内の介在物個数、すなわち鋳片表層から８０ｍｍ位置内部までの介在物個数がいずれも７００個／ｋｇ以下と少なく、良好な清浄性の鋳片を製造することが出来た。

一方、比較１，比較２，比較３，比較４，比較５、比較６のいずれの比較例においても、鋳片内の介在物個数は多い結果となった。すなわち、比較１では溶鋼流速が４５ｍ／ｍｉｎと速すぎ、比較２では電流上昇時間が１ｓと小さすぎ、比較３では電流下降時間が３ｓ、比較４では電流停止時間が４ｓと長すぎたために、鋳片内の介在物個数が多くなった。また、比較５では溶鋼流速が１０ｍ／ｓと遅すぎ、かつ静磁場磁束密度が０．２５Ｔと小さ過ぎたために、鋳片内の介在物個数が多くなった。更に、比較６では溶鋼の流れを交互に逆転させたために、湯面が大きく変動して介在物を巻き込み、鋳片内の介在物個数が多くなった。

溶鋼流速と静磁場の磁束密度と鋳片内介在物個数の関係を表した図である。 電流上昇時間と電流下降時間と鋳片内介在物個数の関係を表した図である。 時間に対する電流の与え方を表した図である。

Claims (1)

1. 連続鋳造鋳型に設置された静磁場発生装置で、鋳型の鋳片厚み方向に静磁場を印加し、かつ静磁場発生装置の上方で、鋳型内の溶鋼表面が存在する位置の近傍に設置された移動磁場発生装置により、溶鋼表面位置での凝固シェル前面に一方向でかつ断続的な溶鋼流を形成するにあたり、以下の式を満たす条件で移動磁場発生装置および静磁場発生装置を作動させ、溶鋼表面位置での凝固シェル表面近傍に断続的な溶鋼流を付与することを特徴とする連続鋳造方法。
   Ｅ１≦Ｅ≦Ｅ２
   ２≦ｔ１≦５
   ０．５≦ｔ２≦３
   ０．１≦ｔ３≦２
   Ｂ≧０．３
   ここで、Ｅ（Ａ） ：移動磁場発生装置に与える電流値
   Ｅ１（Ａ）：溶鋼表面位置での凝固シェル表面近傍で１５ｃｍ／ｓの流速を与える電流値
   Ｅ２（Ａ）：溶鋼表面位置での凝固シェル表面近傍で４５ｃｍ／ｓの流速を与える電流値
   ｔ１（ｓ）：電流を０からＥ（Ａ）に上昇させるまでの時間
   ｔ２（ｓ）：電流をＥ（Ａ）から０に下降させるまでの時間
   ｔ３（ｓ）：電流を０とする時間
   Ｂ（Ｔ） ：静磁場発生装置で形成された磁束密度分布の最大値

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