JP7006264B2 - Ti含有鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、鋳型内に生じるガスの発生を抑えて、操業安定性の向上および表面欠陥の抑制を図ることができるTi含有鋼の連続鋳造方法に関する。
連続鋳造では、取鍋内の溶鋼がタンディッシュに一旦移され、タンディッシュの下側に位置する1基又は複数基の鋳型に連続的に供給され、鋳型より鋳片を連続的に引き抜くことでブルームやスラブなどの半製品が製造される。
このような連続鋳造の操業では、鋳型と凝固シェルとの潤滑性の保持、また浮上してきた鋼中介在物の吸収除去等を目的として、鋳型内の溶鋼の表面にモールドパウダーが供給される(例えば下記特許文献1参照)。モールドパウダーは、一般にCaO、SiO、NaO、Al、F等で構成され、鋳型内の溶鋼と接触して溶鋼の表面で溶融する。そして溶融したパウダーの一部は、鋳型と凝固シェルとの間に流入する。
特開2003-94150号公報
ところでTiを含有する鋼種(Ti含有鋼)の連続鋳造にあっては、溶鋼中の活性なTiがモールドパウダー中の成分と反応して鋳型内において多量のガスが発生し、連続鋳造における鋳造性の悪化を招き、鋳片の外観不良のほかブレイクアウトのような操業トラブルの原因となっていた。
本発明は以上のような事情を背景とし、Ti含有鋼での連続鋳造における操業安定性を向上させるとともに、鋳片における表面欠陥の発生を抑制することが可能なTi含有鋼の連続鋳造方法を提供することを目的としてなされたものである。
而して請求項1は、タンディッシュ内の溶鋼を鋳型内に連続的に注入するとともに、該鋳型内の溶鋼の表面にモールドパウダーを供給しながら、該溶鋼の凝固体である鋳片を該鋳型から連続的に引き抜く連続鋳造方法において、
前記溶鋼がTiを1.5~2.5質量%含有する溶鋼であって、
前記モールドパウダーは、連続鋳造時に溶融するものであって、不可避的組成から混入するSiO2が3質量%以下であり、
前記鋳型内の溶鋼を電磁撹拌して、該鋳型内の溶鋼に旋回流を付与し、該鋳型内の溶鋼表面での最大旋回速度を20cm/sec以上とし、
前記鋳型を、鋳造方向の振幅が6mm以下で、下記式(1)で表されるNSRの値が70~90%となるように振動させながら、前記鋳片を前記鋳型から連続的に引き抜くことを特徴とする。
尚、ここで振幅とは、振動時における変位の上限位置から下限位置までの距離、即ち振動ストロークの全幅である。
また、ネガティブストリップ期の時間比率(NSR)とは、鋳型振動の1サイクルの時間に対する、鋳型の下降速度が鋳片の鋳造速度よりも速い期間の比率であり、下記式(1)で表される。
NSR=200/π×cos-1(Vc×10/(s×f×π)) ・・式(1)
但し、Vcは鋳造速度(m/min)、sは鋳型の振幅(mm)、fは1分間当たりの鋳型振動数(cpm)である。
請求項2のものは、請求項1において、前記タンディッシュ内の空間にアルゴンガスを導入し、該タンディッシュ内をアルゴンガス雰囲気とした状態で連続鋳造を行なうことを特徴とする。
請求項3のものは、請求項1,2の何れかにおいて、前記溶鋼が、質量%で、C:0.03~0.08%、Mn:2.00%以下、Ni:24.0~27.0%、Cr:13.5~16.5%、Mo:1.00~1.50%、V:0.10~0.50%、Ti:1.5~2.5%、Al:0.35%以下、B:0.003~0.010%、残部がFe及び不可避的不純物であることを特徴とする。
本発明者らは、Tiを含有する溶鋼を鋳込んだ際に生じるガスの発生機構について調査したところ、モールドパウダー中に含まれるSiOが下記式(2)により溶鋼中のTi(TiN)と反応して、Nガスが発生していることを突き止めた。
2TiN+2SiO→2Si+2TiO+N ・・式(2)
この式(2)の反応により発生したNガスが鋳型近傍に浮上すると、溶融パウダーの、鋳型/凝固シェル間への流入が妨げられて、局部的な溶融パウダーの流入不良が生じ、これがブレイクアウトや表面欠陥の原因となっていると推測される。
また上記式(2)によれば、溶融パウダー中のSiO量が低下することから溶融パウダーの粘性が低下し、溶融パウダーの不均一流入が助長される。
また溶鋼中のTiがTiOとしてピックアップされることで溶融パウダーの凝固温度が上昇して、鋳型内壁の湯面近傍ではスラグベアが生じやすくなり、スラグベア噛み込みによるブレイクアウトの発生も懸念される。
以上のように、Ti含有鋼の連続鋳造において安定操業を図るためには、式(2)の反応に基づくNガスの発生を抑えること、すなわちモールドパウダーのSiOの量を減らすこと(望ましくはSiOを皆無とすること)、および溶鋼中の窒素量を減らすことが極めて重要である。
本発明は、このような知見に基づいてなされたもので、鋳型内の溶鋼の表面に供給するモールドパウダーのSiO量を3質量%以下とすることで、鋳型内でのNガスの発生を抑えたことを1つの特徴としている。
上記のように鋳型内のNガスの発生を抑えるためには、モールドパウダーにおけるSiO量を極力抑えることが重要である。しかしながらSiOを皆無とするためには、不純物としてSiOが入っていない原料を使用しなくてはならずコストアップに繋がることから、モールドパウダーにおけるSiO量の上限を3質量%とした。
またSiOは、溶融パウダーの粘度に影響を与える。本発明のように鋳型内に供給するモールドパウダーのSiO量を3質量%以下とした場合には、溶融パウダーの粘度が従来よりも低下する。過度な粘度低下は、鋳型/凝固シェル間への溶融パウダーの不均一流入を招く。本発明では溶融パウダーの流入特性を改善するため鋳型のオシレーション条件を以下のように規定している。
連続鋳造では、鋳型内の潤滑性を高めて、鋳型と鋳片との摩擦抵抗を軽減させるため、鋳型を鋳造方向にオシレーション(上下振動)させながら、凝固した鋳片を下方に引き抜いている。ここで、鋳型の下降速度が鋳片の引き抜き速度よりも大きい時間域をネガティブストリップ期、それ以外をポジティブストリップ期とした場合、ネガティブストリップ期の時間比率を大きくすることで溶融パウダーの流入量を抑制することができる。
また鋳型のオシレーションの振幅についてみれば、振幅を小さくしたほうが溶融パウダーの流入量を抑制することができる。
このため本発明では、SiO量を3質量%以下としたモールドパウダーを使用するに際し、振幅が6mm以下で、ネガティブストリップ期の時間比率が70~90%となるように鋳型を鋳造方向に振動させながら、鋳片を鋳型から連続的に引き抜く。このようにすることで、モールドパウダーのSiO量を抑制したことによる溶融パウダーの鋳型/凝固シェル間への不均一流入を改善することができる。
更に本発明では、鋳型内の溶鋼を電磁撹拌して、鋳型内の溶鋼に旋回流を付与し、鋳型内の溶鋼表面での最大旋回速度を20cm/sec以上とすることを他の特徴としている。
タンディッシュからの溶鋼は、浸漬ノズルの吐出孔を通じて鋳型内で、径方向外方に向けて吐出される。上記式(2)により生じたNガスが溶鋼中に含まれていた場合、Nガスがこの溶鋼の流れに沿って鋳型近傍に到達すると、Nガスにより溶融パウダーの鋳型/凝固シェル間への流入が阻害される。このため溶鋼に旋回流を付与して、Nガスを鋳型近傍に到達し難くして、できるだけ溶鋼の中央寄りでNガスを溶鋼から浮上分離させることが望ましい。このような効果を得るため本発明では、鋳型内の溶鋼表面での最大旋回速度を20cm/sec以上とする。但し、必要以上の流速を付与すると、溶鋼の表面に添加したモールドパウダーの巻き込みが発生し易くなるため、溶鋼表面での最大旋回速度の上限を50cm/secとすることが望ましい。尚、鋳型の大きさは、その内径をΦ300~400mmとすることが、溶融パウダーの鋳型/凝固シェル間への不均一流入改善の点で好ましい。
鋳型内でのNガスの発生を抑えるためには、溶鋼中への窒素流入を抑えることも効果的である。窒素の流入は、主に大気中の窒素を巻き込んだものであると推測される。
タンディッシュ内の溶鋼に対しては、従来、ガスバブリングが行われており、溶鋼表面の近傍(上方)空間に窒素が存在すると、巻き込みによる溶鋼中への窒素流入が生じ易い。
従って本発明では、タンディッシュ内の空間にアルゴンガスを導入し、タンディッシュ内をアルゴンガス雰囲気とした状態で連続鋳造を行なうことが望ましい。このようにすることで巻き込みによる溶鋼中への窒素の流入を防止することができる。
本発明は、Tiを1.5~2.5質量%含有するTi含有鋼の連続鋳造に適用する。
例えば、質量%で、C:0.03~0.08%、Mn:2.00%以下、Ni:24.0~27.0%、Cr:13.5~16.5%、Mo:1.00~1.50%、V:0.10~0.50%、Ti:1.5~2.5%、Al:0.35%以下、B:0.003~0.010%、残部がFe及び不可避的不純物の組成の耐熱鋼(SUH660)に適用することができる。
以上のような本発明によれば、Ti含有鋼での連続鋳造における操業安定性を向上させるとともに、鋳片における表面欠陥の発生を抑制することが可能なTi含有鋼の連続鋳造方法を提供することができる。
本発明の一実施形態の鋳造方法に用いる連続鋳造装置の構成を示した図である。 図1の連続鋳造装置の鋳型及びその周辺部を拡大して示した図である。 連続鋳造における鋳型の振動速度と鋳造速度との関係を示した図である。 鋳造時の鋳型内の溶鋼およびモールドパウダーを模式的に示した図である。
次に、本発明の一実施形態であるTi含有鋼の連続鋳造方法を、図面に基づいて詳しく説明する。図1は、本実施形態の連続鋳造方法に用いる連続鋳造装置を示した図である。
図1において、10は連続鋳造装置で、タンディッシュ12およびその下方に設けられた鋳型14を備えている。16は溶鋼を収容した取鍋である。取鍋16内の溶鋼は、タンディッシュ12に移され、タンディッシュ12の下面に配設された浸漬ノズル18を介して鋳型14に鋳込まれる。鋳型14の下方からは、表面が凝固シェルで覆われた鋳片20が連続的に引き抜かれ連続鋳造が行なわれる。22は鋳片20を下方に引き抜くためのピンチロール(駆動ロール)で、このピンチロール22の回転数に基づいて鋳造速度が決定される。尚、図1は湾曲型の連続鋳造装置の例であるが、これに限定されるものではなく、本発明は、垂直型や垂直曲げ型等の連続鋳造装置を用いた鋳造方法にも適用可能である。
連続鋳造装置10では、タンディッシュ12の上部開口に上蓋24が被せられて、タンディッシュ12の内部空間12aが外部と区画されている。上蓋24には、ガス供給用配管28及び複数のノズル29が設けられている。ノズル29はガス供給用配管28を介して図示しないガスの供給源に接続されており、タンディッシュ12の内部空間12a内に向かってガスを送出する。本例ではガス種としてアルゴンガスが用いられ、タンディッシュ12の内部空間12a内をアルゴンガスにて置換することができる。
タンディッシュ12の上方にセットされた取鍋16の底部からは、上蓋24を貫通して内部空間12a内に延びる注入ノズル26が下向きに延び出しており、注入ノズル26の下方先端の注出口27が、内部空間12aで開口している。
タンディッシュ12の底部には浸漬ノズル18が設けられている。浸漬ノズル18は、図2(A)に示すように有底円筒形状をなし、中心部に溶鋼の供給通路31を有しており、その下部であって溶鋼中に浸漬する部分に、横向きの吐出孔32が供給通路31に連通する状態で形成されている。そしてこの吐出孔32から鋳型14内に溶鋼が吐出されるようになっている。
本例では、図2(B)に示しているように周方向に90°隔たった位置に、吐出孔32を4孔有するものとされている。これら各吐出孔32から吐出された溶鋼は、径方向外方に、鋳型14に向かって流れ出る。
本例の鋳型14は円筒状に形成され、内部に冷却水の流路が形成された銅製壁体14aと、この銅製壁体14aの外周に配置された磁場発生装置40とを備えている。磁場発生装置40は、図示を省略したコイルが巻回されたコアを備え、このコイルに電流を流すことで、鋳型14内の溶鋼を電磁撹拌して、鋳型14内の溶鋼に、図2(B)の矢印で示すような旋回流を付与することができるように構成されている。
また、鋳型14には図示を省略する鋳型振動装置が取り付けられており、連続鋳造装置10では鋳型14を鋳造方向に振動させながら、鋳片20を鋳型14から連続的に引き抜き可能とされている。そして、鋳型14の振動にともない、鋳片20の表面には規則的なオシレーションマークが形成される。
図3は、連続鋳造における鋳型の振動速度と鋳造速度との関係を示した図である。この図3に示すように、鋳型14を鋳造方向に振動させた場合、鋳型14の下降速度が鋳片20の鋳造速度(引き抜き速度)よりも大きいネガティブストリップ期(図3にてハッチングを付した部分)と、それ以外のポジティブストリップ期とに分けられ、上記式(1)で表されるネガティブストリップ期の時間比率(NSR)を大きくすることで、溶融パウダーの流入量を抑制することができる。
また、鋳型14のオシレーションの振幅についてみれば、振幅を小さくしたほうが溶融パウダーの流入量を抑制することができる。
従って、モールドパウダーの粘度が低いことにより、鋳型/凝固シェル間への溶融パウダーの不均一流入が生じる場合には、NSRを大きく、また鋳型14の振幅を小さくすることが有効である。
連続鋳造装置10を用いた本実施形態の連続鋳造方法では、溶解、精錬工程を経た溶鋼は、取鍋16に収容された状態で連続鋳造装置10に搬送される。連続鋳造装置10に到着した取鍋16内の溶鋼は、タンディッシュ12に移される。
このときノズル29よりタンディッシュ12の内部空間12a内に向かってアルゴンガスを送出して、タンディッシュ12内をアルゴンガス雰囲気とすることで、溶鋼中への窒素の流入を防止することができる。
一方、タンディッシュ12の下面に配設された浸漬ノズル18を介して、溶鋼は鋳型14内に注入される。このとき手動で、若しくは専用の投入装置を用いて、モールドパウダーが鋳型14内の溶鋼の表面に供給される。図4は、鋳造時の鋳型14内の溶鋼およびモールドパウダーを模式的に示した図である。
溶鋼の表面にモールドパウダーが供給されると、溶鋼の表面では、モールドパウダーが溶融して溶融パウダー45の層が形成され、次いで、溶融パウダー45の層の上には、半溶融状となる半溶融パウダー46の層が形成され、半溶融パウダー46の層の上には、未溶融パウダー47の層が形成される。そして溶融パウダー45および半溶融パウダー46の一部が、鋳型14と凝固シェル20aとの間に流入して、鋳型14と凝固シェル20aとの潤滑性が保持される。
ここで、モールドパウダー中に含まれるSiOが上記式(2)により溶鋼中のTi(TiN)と反応して、Nガスが発生した場合には、鋳型14近傍にて浮上するNガスにより、溶融パウダー45の、鋳型14/凝固シェル20a間への流入が妨げられて局部的な溶融パウダー45の流入不良が生じ易くなるが、本実施形態では、モールドパウダーのSiOの量を減らすこと、具体的には3質量%以下とすることで、鋳型14内でのNガスの発生を抑えることができる。
SiO量を3質量%以下としたモールドパウダーを使用する場合には、溶融パウダーの粘度が低下し、粘度低下による鋳型14/凝固シェル20a間への溶融パウダー45の不均一流入が懸念される。このため、上述の鋳型14の振動条件を変更して溶融パウダーの流入特性の最適化を図ることが望ましい。具体的には振幅が6mm以下、ネガティブストリップ期の時間比率が70~90%とすることが有効である。
また上記式(2)により生じたNガスが溶鋼中に含まれていた場合、Nガスが径方向外方に向かう溶鋼の流れに沿って鋳型14近傍に到達すると、このNガスにより溶融パウダー45の鋳型14/凝固シェル20a間への流入が阻害されることとなる。このため図2(B)に示すように溶鋼に旋回流を付与して、Nガスを鋳型14近傍に到達し難くして、できるだけ溶鋼の中央寄りでNガスを溶鋼から浮上分離させることが有効である。具体的には鋳型14内の溶鋼表面での最大旋回速度を20cm/sec以上とすることが有効である。
表1に示す鋼種aの成分組成を有する溶鋼を溶製し、下記表2に示す鋳造条件にて、連続鋳造試験を行ない、操業安定性および鋳片肌について評価した。尚、溶製した鋼種aは、Tiを2.15質量%含有したSUH660相当材である。
Figure 0007006264000001
表2に示す連続鋳造試験では、鋳型14内に供給するモールドパウダーとして、SiO量の異なる3種類を用いている。表2において、モールドパウダーのbはSiO:1.0質量%、cはSiO:4.0質量%、dはSiO:8.4質量%、である。
そのほかの連続鋳造時の条件として、タンディッシュ内に供給するガス種、鋳型内の溶鋼に付与する最大旋回速度、鋳型の振幅およびNSRを、表2で示すように設定し、鋳造速度0.3~0.8m/分で、110分間連続鋳造を行なった。
Figure 0007006264000002
[操業安定性評価]
操業安定性は、表2に示す条件で110分間(若しくは鋳造長さ30m)に亘って連続鋳造を行った際のブレイクアウトの発生の有無およびブレイクアウト警報の発生回数を調査し、以下の基準に従い評価した。ここでブレイクアウト警報は、ブレイクアウトセンサの波形がブレイクアウト時の基準値を越えた場合に発する警報である。
◎:ブレイクアウトの発生がなく且つブレイクアウト警報の発生回数が0の場合
○:ブレイクアウトの発生がなく且つブレイクアウト警報の発生回数が1~4の場合
×:ブレイクアウトが発生した場合、もしくはブレイクアウト警報の発生回数が5以上の場合
[鋳片肌評価]
鋳造された鋳片について、鋳造方向長さ30mに亘って、その鋳片肌表面を目視検査し、以下の基準に従い評価した。
◎:鋳片肌にオシレーションマークが均一に認められ、ブリードやスティッキング等の表面欠陥の発生が無かった場合
○:オシレーションマークの乱れが認められるも、ブリードやスティッキング等の表面欠陥の発生が5箇所以下の場合
×:ブリードやスティッキング等の表面欠陥の発生が6~9箇所認められた場合
××:ブリードやスティッキング等の表面欠陥の発生が10箇所以上認められた場合
これら評価の結果を表2に示す。
表2において、試験No.1~4は本発明の要件を満たした実施例である。一方、試験No.5~10は、使用したモールドパウダーのSiO含有量において本発明の要件を満たしているが、旋回速度、振幅、NSRの何れかにおいて本発明の要件を満たしていない比較例である。また試験No.11~16は、少なくともモールドパウダーのSiO含有量が本発明の要件を満たしていない比較例である。
SiOの含有量が本発明の上限である3質量%を超えるモールドパウダーを用いた試験No.11~16(比較例)は、ブレイクアウトの発生はなかったものの、ブレイクアウト警報の発生回数が5以上であり、実操業の際にはブレイクアウトの発生が懸念される。また鋳片肌を目視検査した結果をみても、多数の表面欠陥が認められ(特にNo.15,16の例)、仮にブレイクアウトが生じない場合であっても外観品質の悪化が生じており、材料歩留りの悪化が懸念される。
一方、試験No.5~10(比較例)は、モールドパウダーのSiO含有量は本発明の要件を満たしているが、最大旋回速度、振幅、NSRの何れかにおいて本発明の要件を満たしていない。これら試験No.5~10についても、操業安定性、鋳片肌の少なくとも一方の評価結果が「×」であった。
これに対し、モールドパウダーのSiO含有量および最大旋回速度、振幅、NSRが本発明の範囲内である試験No.1~4(実施例)は、操業安定性および鋳片肌の評価について、ともに良好な結果が得られている。特にNSRを80%とした試験No.3,4は、操業安定性および鋳片肌について何れも「◎」で高い評価であった。
以上、本発明のTi含有鋼の連続鋳造方法について詳しく説明したが、本発明は上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改変が可能である。
10 連続鋳造装置
12 タンディッシュ
12a 内部空間
14 鋳型
20 鋳片

Claims (3)

  1. タンディッシュ内の溶鋼を鋳型内に連続的に注入するとともに、該鋳型内の溶鋼の表面にモールドパウダーを供給しながら、該溶鋼の凝固体である鋳片を該鋳型から連続的に引き抜く連続鋳造方法において、
    前記溶鋼がTiを1.5~2.5質量%含有する溶鋼であって、
    前記モールドパウダーは、連続鋳造時に溶融するものであって、不可避的組成から混入するSiO2が3質量%以下であり、
    前記鋳型内の溶鋼を電磁撹拌して、該鋳型内の溶鋼に旋回流を付与し、該鋳型内の溶鋼表面での最大旋回速度を20cm/sec以上とし、
    前記鋳型を、鋳造方向の振幅が6mm以下で、下記式(1)で表されるNSRの値が70~90%となるように振動させながら、前記鋳片を前記鋳型から連続的に引き抜くことを特徴とするTi含有鋼の連続鋳造方法。
    NSR=200/π×cos -1 (Vc×10 3 /(s×f×π)) ・・式(1)
    但し、Vcは鋳造速度(m/min)、sは鋳型の振幅(mm)、fは1分間当たりの鋳型振動数(cpm)
  2. 前記タンディッシュ内の空間にアルゴンガスを導入し、該タンディッシュ内をアルゴンガス雰囲気とした状態で連続鋳造を行なうことを特徴とする請求項1に記載のTi含有鋼の連続鋳造方法。
  3. 前記溶鋼が、質量%で、C:0.03~0.08%、Mn:2.00%以下、Ni:24.0~27.0%、Cr:13.5~16.5%、Mo:1.00~1.50%、V:0.10~0.50%、Ti:1.5~2.5%、Al:0.35%以下、B:0.003~0.010%、残部がFe及び不可避的不純物であることを特徴とする請求項1,2の何れかに記載のTi含有鋼の連続鋳造方法。
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