JP5020778B2 - 鼓型堰付き浸漬ノズルを用いる中高炭素鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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Description
・鋳型幅W[mm]は、800〜2100とする。
・鋳型厚みD[mm]は、200〜320とする。
・鋳型高さH[mm]は、800〜1000とする。
・鋳造速度Vc[m/min]は、1.0〜2.5とする。
・溶鋼過熱度ΔT[℃]は、10〜45とする。
・比水量Wt[L/kgSteel]は、1〜3とする。
・鋳型内電磁攪拌強度M-EMS[gauss]は、0〜1000とする。
・溶鋼成分は、当事者間の協定に基づく。代表的な成分は、CやSi、Mnである。これに、CrやTi、Ni、Al、Cuなどが適宜に添加される。通常P及びSは極力少なくなるように調整される。被削性その他の要求からあえて150ppm程度のSを添加する場合もある。その他の不可避の不純物を含む。
・鋳型幅W[mm]及び鋳型厚みD[mm]は、鋳型10の上端で観念される。
・鋳造速度Vc[m/min]は、鋳片の引抜速度であって、前記複数のロール対11・11・・・のうち最上流に配されるロール対3の周速度で観念される。
・溶鋼過熱度ΔT[℃]は、鋳型10内へ注湯される溶鋼の温度の指標である。詳細は、本明細書の末尾に記載する。
・メニスカス距離M[m]は、鋳型10内の溶鋼の湯面(メニスカス)を起点とし、鋳造経路Qに沿って観念する距離[m]を意味する。
・比水量Wt[L/kgSteel]は、鋼1kgに対して用いられる冷却水の容積を意味する。この冷却水は、0.8〜37のメニスカス距離[m]で観念される上記の2次冷却帯で鋳片に対して噴射/噴霧される。
・鋳型内電磁攪拌強度M-EMS[gauss]は、鋳型10内の溶鋼を攪拌するために作用される磁場の強度の指標である。詳細は、本明細書の末尾に記載する。
・鋳型幅W[mm]:800〜2100
・鋳型厚みD[mm]:200〜320
・鋳造速度Vc[m/min]:1.4〜2.2
・溶鋼過熱度ΔT[℃]:20〜45
・鋳型内電磁攪拌強度M-EMS[gauss]:望ましくは、500〜1000
・浸漬ノズル:以下の形状等の浸漬ノズルを採用することとする。なお、この以下に示される浸漬ノズル1は、以前に本願出願人が出願したものである。この浸漬ノズル1は、特願2006-355978号明細書に示されるように、鋳型厚み方向の偏流のみならず鋳型幅方向の偏流をも抑制できる有意な効果を奏するものである。
以下、本実施形態に係る中高炭素鋼の連続鋳造方法の技術的効果を確認するための試験に関して説明する。上述した各数値範囲などは、下記の確認試験により合理的に裏付けられている。
先ず、各確認試験の評価に供される指標に関して説明する。
凝固遅れ度Cg[%]は、凝固遅れの程度の指標である。詳細は、本明細書の末尾に記載する。
スラブ品質は、主として、スラブ鋳片の表面に発生し得る気泡性又はパウダー性、割れ性の表面疵に着目するものである。その評価基準は、以下の通りとする。即ち、先ず、図1に示される連続鋳造機100の水平経路部において概ね5〜12.5[m]ごとに切断されて得られる所謂1次切断スラブの反基準面(反基準面とは、該水平経路部において上側の面を意味する。)を検査用に深さ1mm程度スカーフした後、目視で観察し、気泡性又はパウダー性、割れ性の表面疵の有無を確認する。ここで、「気泡性の表面疵」とは「鋳型内に吹き込んだArガス気泡等の痕跡として直径1mm以上の球形状の凹みが認められる疵」を意味し、「パウダー性の表面疵」とは「鋳片と鋳型の間の潤滑性確保の目的で鋳型内溶鋼湯面上に散布している鋳型パウダーが鋳片に噛み込まれた形となっている外接円直径1mm以上の大きさの疵」を意味し、「割れ性の表面疵」とは「反基準面において、鋳造方向に沿って5[mm]以上延在する割れ」を意味する。上記観察において如何なる表面疵も視認されなかった場合は、何ら手入れをすることなくそのまま圧延しても差し支えないので、この場合の確認試験はスラブ品質に関して「○(良好)」と評価することとする。一方、上記観察において表面疵が視認されたが、上記反基準面をホットスカーフ又はグラインダーによって厚み約1.5[mm]を研削し再度、上記観察を為したところ、該観察において如何なる表面疵も視認されなかった場合は、鋳片表面を手入れすることにより製品採取できるという意味で、この場合の確認試験はスラブ品質に関して「△(概ね良好)」と評価することとする。しかし、上記研削の後の観察においても表面疵が視認された場合は、製品を採取できず、従って、この場合の確認試験はスラブ品質に関して「×(不良)」と評価することとする。
スプラッシュ抑制効果については、本明細書の末尾に記載する。
次に、各確認試験に共通する試験方法について説明する。後記する表1〜3を併せて参照されたい。以下、表1〜3中、試験No.1で示される確認試験の試験方法について説明する(特記ない限り、上述した連続鋳造の操業に倣う。)。試験No.1で示される確認試験は、あるチャージ分(1チャージ250[ton])の連造鋳造に1対1の関係で対応する。
次に、各確認試験に共通する試験条件について説明する。鋳型高さH[mm]は900とし、比水量Wt[L/kgSteel]は、鋳造速度Vc[m/min]が1.4のとき1.4、鋳造速度Vc[m/min]が2.0のとき1.8とする。その他の鋳造速度Vc[m/min]においては、前記2条件を直線補間して得られる比水量すなわちWt=0.67×Vc+0.46とする。
次に、各確認試験の個別の試験条件とその試験結果を下記表1〜3に示す。下記表1において、列タイトル「(A) mm」は「溶鋼吐出孔の流路断面積A[mm2]を円の面積[mm2]に換算したときのその円の直径[mm]」を意味する。列タイトル「評価(1)」は凝固遅れ度Cg[%]にのみ着目したものである。列タイトル「スラブ品質」には、前述したスラブ品質についての評価に付記するかたちで、具体的な表面欠陥の別を記載した。列タイトル「スプラッシュ」は「スプラッシュ抑制効果についての評価」を意味する。列タイトル「評価(2)」は、凝固遅れ度Cg[%]に関する評価と、スラブ品質に関する評価と、スプラッシュ抑制効果についての評価と、の何れもが「○(良好)」であった場合を「○(良好)」とする態様の評価を意味する。
[試験1.5.1]炭素含有量C[wt%]
炭素含有量C[wt%]を0.07未満とすると、δ相のみで凝固完了することとなるから、包晶反応は生じず、鋳型内において前述したエアギャップを生成するような凝固シェルの変形が発生し難く、そもそも凝固遅れは発生し難いことが理解されよう。同様に、炭素含有量C[wt%]を0.51を越えるものとすると、初めからγ凝固することとなるから、包晶反応はなく鋳型内において前述したエアギャップを生成するような凝固シェルの変形が発生し難く、そもそも凝固遅れは発生し難いことが理解されよう。このようなことから、上記実施形態において炭素含有量C[wt%]は0.07〜0.51とすることを前提としている。
表1〜3によれば、鋳造速度Vc[m/min]を1.4未満とすると、気泡性の表面疵が発生したことが判る。これは、鋳造速度Vc[m/min]が低いため、鋳型内に注入される溶鋼の運動エネルギーが小さくなり、その結果、凝固シェルの内面における気泡洗浄効果が低下して、圧延後の製品においては通称スリバー欠陥と呼ばれる気泡性の表面疵が発生したものと考えられる。一方、鋳造速度Vc[m/min]を2.2を越えるものとすると、凝固遅れ度Cg[%]が著しいものとなったことが判る。これは、浸漬ノズル1から吐出される溶鋼の流速が高かったために、凝固シェルに対する熱の供給が過剰となったからだと考えられる。
表1〜3によれば、鋳型内電磁攪拌強度M-EMS[gauss]を500未満とすると、気泡性の表面疵が発生したことが判る。これは、鋳型内電磁攪拌強度M-EMS[gauss]が低いため、凝固シェルの内面における気泡洗浄効果が低下して、圧延後の製品においては通称スリバー欠陥と呼ばれる気泡性の表面疵が発生したからだと考えられる。一方、鋳型内電磁攪拌強度M-EMS[gauss]を1000を越えるものとすると、パウダー性の表面疵が発生したことが判る。これは、メニスカス近傍における溶鋼の流速が増大してメニスカスが波立ち、この結果、所謂パウダー巻き込みが発生したからだと考えられる。
表1〜3によれば、溶鋼過熱度ΔT[℃]が20未満であると、浸漬ノズルが詰まってしまい、鋳造を中止せざるを得なかったことが判る。これは、浸漬ノズルを通過する溶鋼の温度が、当該溶鋼の液相線温度に近かったからに他ならない。また、表1〜3には記載はないが、鋳型内溶鋼への熱の供給も十分ではなくなるから、メニスカスには所謂ディッケルが発生してしまったことを付言する。一方、溶鋼過熱度ΔT[℃]が45を越えるものとすると、凝固遅れ度Cg[%]が著しいものとなったことが判る。これは、鋳型内溶鋼への熱の供給が過剰であったからである。
表1〜3によれば、h/Hを0.5未満とすると、凝固遅れ度Cg[%]が著しいものとなったことが判る。表には、h/Hを0とする例が記載されている。換言すれば、浸漬ノズルの内側底面に突部を設けなかった例であって、従前の浸漬ノズルを意味する。この例と比較するかたちで、突部を浸漬ノズルの内側底面に設けた意義が理解されよう。即ち、凝固遅れ度Cg[%]が著しいものとなったのは、鋳型厚み方向と鋳型幅方向において溶鋼吐出流の偏流が発生したからだと考えられる。一方、h/Hを2を越えるものとすると、もはや、浸漬ノズルの製造自体が困難であるし、できたとしても、突部の上端は欠損し易いものとなるだろう。表中「堰上端部の密度が低く使用不能」とあるのは、浸漬ノズルの製造上の事情から、前記の突部の上端部の耐火物の密度を十分には確保できないことを意味する。
表1〜3によれば、(a-b)/Dsnを0.15未満とすると、凝固遅れ度Cg[%]が著しいものとなったことが判る。表には、(a-b)/Dsnを0とする例が記載されている。換言すれば、浸漬ノズルの内側底面に設けた突部が延在方向全体に亘って同一の幅である例であって、従前の浸漬ノズルを意味する。この例と比較するかたちで、突部の延在方向中央を狭窄する形状とした意義が理解されよう。即ち、凝固遅れ度Cg[%]が著しいものとなったのは、鋳型幅方向において溶鋼吐出流の偏流が発生したからだと考えられる。一方、(a-b)/Dsnを0.45を越えるものとすると、凝固遅れ度Cg[%]が著しいものとなったことが判る。これは、溶鋼吐出孔内における溶鋼吐出流の流れのムラを解消するために底部に形成される窪みに溶鋼が収容される前の段階で該溶鋼を溶鋼吐出孔に導いてしまう程に前記突部の両端の幅が広いからだと考えられる。なお、ここでいう「流れのムラ」とは、厚み方向や幅方向の偏流を含み、更に他の局所的な流れの強弱を含む上位の概念である。
定義:凝固遅れの程度の指標である。
(1)図7を参照されたい。図7は、凝固遅れ度Cg[%]の説明図である。この凝固遅れ度Cg[%]は鋳片を鋳造方向に対して垂直に切断して得られる切断面に視認し得る負偏析線に基づき鋳片のコーナー部夫々において観念でき、その何れの凝固遅れ度Cg[%]は下記式(4)に基づいて求められる。下記式(4)中、A[mm]は狭面から5[cm]離れた地点における負偏析線と広面との間の距離であり、B[mm]は負偏析線が広面に最も接近する地点における負偏析線と広面との間の距離である。本明細書中において「凝固遅れ度Cg[%]」とは、原則、一の切断面から観念できる4つの凝固遅れ度Cg[%]のうち最大のものを意味するものとする。
定義:鋳型内へ注湯される溶鋼の温度の指標である。
(1)『測定時刻』は、「事前に充分に加熱されたタンディッシュを用いて鋳造を開始して、同一鋳型幅で鋳造速度が一定になり、かつ、タンディッシュ内溶鋼の体積が一定になる、即ち、取鍋からタンディッシュへの注湯量速度(ton/min.)とタンディッシュから鋳型への注湯量速度(ton/min.)が略一致し、定常状態に至った時刻」とする。
(2)『測定地点』は、以下の通りとする。即ち、「水平位置」はタンディッシュの底面に備え付けられる浸漬ノズルの軸心とし、「鉛直位置」はタンディッシュ内に保持されている溶鋼の湯面を基準として深さ100mmとする。
(3)『測定器具』は、消耗型熱電対を用いる構成とする。上記の通り、深さ100mmの地点に消耗型熱電対を浸漬させることから、適宜に用意した棒の先端に消耗型熱電対を取着した構成が適する。
(4)上記の『測定時刻』及び『測定地点』、『測定器具』に準じて測定した溶鋼の温度から、溶鋼の溶鋼成分により唯一に求められる液相線温度と、を比較する。そして上述した溶鋼過熱度ΔT[℃]は、前者から後者を引いた残りとして求めることとする。
定義:浸漬ノズルに注湯された溶鋼がその内側底面に勢いよく当たることで跳ね上がるように吐出される鋳造開始時の現象と、浸漬ノズルの溶鋼吐出孔から下方へ向かって溶鋼が勢いよく吐出されて鋳型内に予め挿入されているダミーバの上端面と鋳型の狭面とを介して跳ね上がる現象と、の双方の現象を抑制する効果を意味する。これらの現象は、安全性の観点から好ましくないとされる。この効果は、水モデル実験において浸漬ノズル内の水の流量を800[L/min]と設定して検証され、下記の水滴飛散実験と気泡潜り実験により評価する。なお、「800[L/min]」は、実機における鋳造開始時の溶鋼流量相当を意味する。
(水滴飛散実験)
図9はスプラッシュ抑制効果の試験の説明図である。即ち、本図に示す如く浸漬ノズルの溶鋼吐出孔から上方に向かって吐出されて飛散する水滴を観察し、すべての水滴の到達高さの最大値を当該溶鋼吐出孔の外周側開口縁の上辺を基準として目視により測定し、記録する。なお、この観察は、少なくとも30[sec]以上実施することとする。
(気泡潜り実験)
本図に示す如く浸漬ノズルの下方に、当該浸漬ノズルの下端に対する鉛直方向距離が5[cm]となるように水面高さが調整された水槽を設置し、浸漬ノズルの溶鋼吐出孔から下方へ向かって勢いよく吐出された水吐出流が巻き込む気泡を観察し、これらの気泡のうち径が5[mm]以上のものの到達深さの最大値を当該水面を基準として目視により測定し、記録する。なお、この観察は、少なくとも30[sec]以上実施することとする。
(効果の有無)
そして、上記水滴の最大到達高さが15[cm]未満であり、かつ、上記気泡の最大到達深さが35[cm]未満である確認試験を「○(浸漬ノズルにスプラッシュ抑制効果がある)」と評価し、上記水滴の最大到達高さは15[cm]未満であるが、上記気泡の最大到達深さが35[cm]以上であるものを「△(浸漬ノズルにスプラッシュ抑制効果が若干ある)」と評価し、それ以外のすべての確認試験を「×(浸漬ノズルにスプラッシュ抑制効果がない)」と評価することとする。
2 内側底面
3 溶鋼吐出孔
4 突部
Claims (2)
- 炭素含有量C[wt%]を0.07〜0.51とする中高炭素鋼を、鋳型幅W[mm]を800〜2100とし鋳型厚みD[mm]を200〜320とする鋳型と、タンディッシュ内に保持される溶鋼を前記鋳型に注湯するのに供される有底円筒状の浸漬ノズルであって、該浸漬ノズルの内側底面から所定距離上方へ離れた位置において該浸漬ノズルの周壁に一対の対向する溶鋼吐出孔が穿孔されると共に、前記内側底面には該浸漬ノズルの底面視において前記溶鋼吐出孔の穿孔方向と平行に延在する突部が設けられ、前記溶鋼吐出孔の流路断面積A[mm2]を直径[mm]を70〜120とする円の面積[mm2]とし、前記溶鋼吐出孔の下向き吐出角θ1[deg.]を15〜55とし、前記溶鋼吐出孔の内周側開口縁の下端と前記内側底面との距離H[mm]を10〜50とするものと、を用いて連続鋳造する連続鋳造方法において、
前記突部の延在方向に対する垂直断面における該突部の上面の高さ[mm]をhとし、前記浸漬ノズルの底面視における前記突部の上面の幅であって、該突部の延在方向端部における幅[mm]をaとし、前記浸漬ノズルの底面視における前記突部の上面の幅であって、該突部の延在方向中央における幅[mm]をbとし、前記浸漬ノズルの内径[mm]をDsnとしたとき、下記式(1)及び(2)を満足するものとし、
鋳造速度Vc[m/min]を1.4〜2.2とし、
溶鋼過熱度ΔT[℃]を20〜45とする、
ことを特徴とする中高炭素鋼の連続鋳造方法
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