JP5045133B2 - 鋼の連続鋳造方法、及び表面処理鋼板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法、及び表面処理鋼板の製造方法に係り、特に、高速鋳造により、自動車用冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板を含む表面処理鋼板等の、表面品質が厳格な仕様で欠陥が出易い薄鋼板を製造する際に用いるのに好適な、磁界印加による鋳型内溶鋼流動の改善に関する。

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。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、溶鋼内の流動は、これらと深い関係があるため、多くの研究、発明がなされてきた。その１つとして、磁界を用いた鋳型内溶鋼流動制御方法がある。

例えば特許文献１（図１）には、図１に示す如く、鋳型１０内の溶鋼８のメニスカス近傍に交流（ＡＣ）の移動磁界発生装置２０を配置し、移動磁場により鋳型１０内の溶鋼８の表面に旋回流Ａを発生させ、鋳型壁面への介在物、気泡の付着を旋回流Ａの掻き出し効果で抑制することが記載されている。図において、１０ａは鋳型１０の長辺、１０ｂは同じく短辺、１２は浸漬ノズル、１２ａは、その吐出孔、１４は鋳片である。

しかしながら、図１の従来技術では、渦流Ｂが発生して、溶鋼表面のモールドパウダを巻き込み、鋳片１４の内部欠陥を誘発するという問題点がある。

このような問題点を解決するべく、同じ特許文献１（図２）には、図２に示す如く、鋳型上部の前記移動磁界発生装置２０に加えて、更に、浸漬ノズル１２の吐出孔１２ａの下に直流（ＤＣ）の静磁界発生装置３０を配置し、静磁場を発生させることにより、鋳型１０内の下方に流入する溶鋼８の流動を抑制することが記載されている。

これによりモールドパウダや介在物等の溶鋼内部への巻き込みを抑制し、溶鋼内部欠陥の発生を抑制することができる。

しかしながら、溶鋼８の表面を流れる旋回流Ａと、浸漬ノズル１２の吐出孔１２ａから吐出した溶鋼８の上昇流Ｃとが鋳型上面で干渉し、モールドパウダの巻き込みを誘発し、鋳片１４の欠陥が発生するという問題点を有し、これを避けるためには溶鋼スループット量を下げて生産量を落とす必要があった。

一方、本発明に類似するものとして、特許文献２には、上部に設けた交流用の磁界発生装置に直流も流して、移動磁界に静磁界を重畳することが記載されている。

特開平６−２２６４０９号公報（図１、図２） 特開平６−７１４０２号公報 特開２００２−１２００５２号公報

しかしながら、特許文献２の従来技術は、交流用のコイルに直流を重畳するものであったため、鋳型長手方向に均一な直流磁界を発生することができないという問題点を有していた。

なお特許文献３では、交流磁界発生装置と直流磁界発生装置のコイルを独立して設けているが、交流磁界と直流磁界の鉄芯部が共通なため、上記と同じ問題を引き起こす。更に、コイルの位置が浸漬ノズルの吐出孔にかかっており、十分な効果をあげることができなかった。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、鋳造速度を下げることなく、メニスカス近傍に付着する介在物や気泡を効果的に除去すると同時に、モールドパウダの巻き込みを低減し、更に気泡浮上を促進させて、品質を向上することを課題とする。

本発明は、連続鋳造用鋳型の長辺背面に配置した、鋳型長辺を挟み対向する磁極にて磁界を印加して、浸漬ノズルにより流入される鋳型内溶鋼の流動を制御する鋼の連続鋳造方法において、互いに独立した交流磁界用磁極と直流磁界用磁極を用いて、鋳型長辺の全幅にわたって、浸漬ノズルの吐出孔より上側の溶鋼のみに、交流磁界と直流磁界を重ねて印加すると共に、浸漬ノズルから吹き込むアルゴンガス量を２Ｎｌ／分以上３０Ｎｌ／分以下とするようにして、前記課題を解決したものである。

前記交流磁界用磁極と直流磁界用磁極の鉄芯が独立していないと、その鉄芯の所に強い磁力をもち、幅方向に不均一になる。

前記溶鋼のスループット量は、４トン／分以上６．５トン／分以下とすることができる。

更に、前記鋳片の厚みは１８０ｍｍ以上３１０ｍｍ以下とすることができる。

本発明は又、前記の連続鋳造方法により製造した鋳片を用いて製造することを特徴とする表面処理鋼板の製造方法を提供するものである。

本発明においては、図３に例示する如く、溶鋼８のメニスカス近傍に、交流（ＡＣ）磁界発生装置２０と直流（ＤＣ）磁界発生装置３０を重畳的に配置する。そして、交流の電磁撹拌により、溶鋼８に旋回流Ａを発生させ、メニスカス近傍に付着する介在物や気泡を効果的に除去する。それと同時に、鋳型上部の溶鋼表面に発生する渦流を直流の磁場により制動し、モールドパウダの巻き込みを低減すると共に、気泡浮上を促進させる。

なお、浸漬ノズル１２の下部では磁界を発生しない。それは、浸漬ノズル１２の吐出孔１２ａからの吐出流が鋳型上部の表面を流れる旋回流Ａに影響を及ぼし、モールドパウダ巻き込みの原因となるためである。又、吐出流により運ばれる介在物等は溶鋼８の内部に保持されるので、薄鋼板、特に自動車用外板等の表面性状性の厳格さを要求する表面処理鋼板には、却って品質を良くする効果がある。これに対して、下部で磁界を発生すると、図２に示した上昇流Ｃにより、介在物等がメニスカスに付着する頻度が高まってしまう。

本発明によれば、鋳造速度を下げることなく、メニスカス近傍に付着する介在物や気泡を効果的に除去すると同時に、モールドパウダの巻き込みを低減し、更に気泡浮上を促進させて、品質を向上することができる。

従って、自動専用冷延鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板を含む表面処理鋼板等の表面品質が厳格な仕様で欠陥が出易い表面処理鋼板（例えば厚さ１ｍｍ程度）用の鋳片を、高速（例えば溶鋼スループット量が４トン／分以上）で鋳造することが可能になる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明の実施に好適な、鋼の連続鋳造設備の特徴をなす交流磁界と直流磁界を重畳して印加する電磁石の一例を、鋳型の水平断面の模式図で図４に示す。図において、１０が鋳型、１２が浸漬ノズル、２０が交流磁界発生装置、２２が櫛歯状鉄芯、２４が交流用電磁石のコイル、２６ａ、２６ｂが交流電源、２８が交流用電磁石の磁極、３０が直流磁界発生装置、３２が直流電源、３４が直流用電磁石の磁極、３６が同じく直流用電磁石のコイルである。

前記交流用電磁石は、鋳型１０の長辺方向（図の左右方向）ｘに例えば１２個配置され、各電磁石が発生する磁場を、例えば位相０°、６０°、１２０°、１８０°、２４０°、３００°、又は、０°、９０°、１８０°、２７０°、０°、９０°、１８０°と順次変化させることで、幅方向にマクロな流動を誘起させるようにしている。

ここで、互いに独立した交流磁界用磁極と直流磁界用磁極とは、図４に示すように交流磁界用磁極２８と直流磁界用磁極３４がそれぞれ巻線２４、３６の直下の鉄芯部分が異なる位置にあることをいう。これに対して、特許文献３に記載された、図５のような交流磁界用磁極と直流磁界用磁極で鉄芯４０を共有する構成の場合は、鋳型長手方向に均一な直流磁界を発生させることができず、本発明の効果は得られない。

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。交流用コイル２４に流す交流電流の周波数は、１Ｈｚ未満では、低すぎて十分な流動は誘起されない。一方、８Ｈｚを超えると、交流磁界印加の効果が少なくなり、鋳造まわりの部材による磁場の極失が大きくなる。このため、交流用コイル２４に流す交流電流の周波数を１〜８Ｈｚとした。

なお、本発明では、印加する交流磁界の磁束密度は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、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。

なお、本実施形態においては、更に、直流磁界発生装置３０を設置して、鋳型の厚さ方向（短辺方向）ｙの向きに直流磁界を印加するようにしている。

前記直流磁界発生装置３０は、鋳型１０の長辺方向ｘに鋳型１０を挟んで一対の磁極を配置し、直流電源３２から直流電流を直流用コイル３４に流して、鋳型１０の厚さ方向ｙに直流磁界を印加する。

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。

約３００トンの溶鋼を転炉で溶製し、ＲＨ処理によって極低炭素鋼のＡｌキルド鋼とし、連続鋳造機でスラブを鋳造した。代表的な溶鋼成分を表１に示す。

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。

又、交流用コイルの構造として、図４に示した如く、幅方向に１２等分した櫛歯状の鉄芯２２を用い、位相が異なる磁場を発生できるように配置した。交流磁界による磁束は最大２０００ガウスとした。

比較例と本発明の実施例の実験結果を表２に示す。

表２で、「筋状欠陥指数」は、スラブを溶融亜鉛めっき鋼板に仕上げた後、コイルの外表面を目視で検査し、筋状欠陥発生状況を指数化したものであり、指数化はコイルの長手方向に延びた筋状欠陥の長さを計測し、その総和を検査したコイルの全長で割算することにより求め、最大指数を１０として指数化したものである。「モールドフラックス性欠陥指数」は、スラブの表面をスカーフした後、外観を目視チェックし、その結果を指数化したもので、目視チェックは１ｍ^２当たりの欠陥個数を数え、最大指数を１０として指数化したものである。「気泡、介在物欠陥指数」は、スラブの表面を２ｍｍスカーフし、その位置での直径１００μｍ以上の気泡個数を超音波探傷法にて測定し、１ｍ^２当たりの気泡個数とした後、最大指数を１０として指数化したものである。

ここで、比較例１、２は、交流磁界のみを加えたもの、比較例３は、交流磁界に直流磁界を重畳すると共に、ノズル吐出孔より下部に直流磁界を加えたもの、比較例４は、ノズル吐出孔より上部に交流磁界を加えると共に、ノズル吐出孔より下部に直流磁界を加えたもの、比較例５は、ノズル吐出孔より上部にのみ交流磁界を加えたもの、比較例６は、鉄芯が非独立のもの、実施例１はノズル吐出孔より上部にのみ交流磁界と直流磁界を加えたものである。

直流磁界と交流磁界の鉄芯が同一で非独立（特許文献３）の比較例６（図５参照）では、モールドフラックス性欠陥の低減効果や気泡の洗い流し効果が十分に得られなかったのは、直流の鉄芯が幅方向で抜けている部分が存在するので、鋳型の幅方向の磁場が均一になり難くなる結果、磁場に強弱が発生し、流動の乱れが起こり易くなるため、モールドフラックス性欠陥の低減効果や気泡の洗い流し効果が十分に得られなかったものと考えられる。

前記説明においては、交流用電磁石として、極数が１２極の櫛歯状の鉄芯２２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構わない。

特許文献１に記載された従来技術の一例の構成を示す（Ａ）鋳型の正面から見た縦断面図及び（Ｂ）水平断面図 特許文献１や２に記載された従来技術の他の例の構成を示す、鋳型の正面から見た縦断面図 本発明を実施するための連続鋳造設備の基本的な構成を示す（Ａ）鋳型の正面から見た縦断面図及び（Ｂ）水平断面図 本発明を実施するための連続鋳造設備の実施形態の構成を示す鋳型の水平断面図 特許文献３に記載された従来技術の一例の構成を示す鋳型の水平断面図

符号の説明

８…溶鋼
１０…鋳型
１２…浸漬ノズル
１２ａ…吐出孔
２０…交流磁界発生装置
２２…櫛歯状鉄芯
２４…交流用電極石のコイル
２８…交流用電極石の磁極
３０…直流磁界発生装置
３４…直流用電極石の磁極
３６…直流用電極石のコイル

Claims (4)

1. 連続鋳造用鋳型の長辺背面に配置した、鋳型長辺を挟み対向する磁極にて磁界を印加して、浸漬ノズルにより流入される鋳型内溶鋼の流動を制御する鋼の連続鋳造方法において、
   互いに独立した交流磁界用磁極と直流磁界用磁極を用いて、
   鋳型長辺の全幅にわたって、浸漬ノズルの吐出孔より上側の溶鋼のみに、交流磁界と直流磁界を重ねて印加すると共に、
   浸漬ノズルから吹き込むアルゴンガス量を２Ｎｌ／分以上３０Ｎｌ／分以下とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
2. 溶鋼スループット量が４トン／分以上６．５トン／分以下であることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
3. 鋳片の厚みが１８０ｍｍ以上３１０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の鋼の連続鋳造方法。
4. 請求項１乃至３のいずれかに記載の連続鋳造方法により製造した鋳片を用いて製造することを特徴とする表面処理鋼板の製造方法。

Images