JPH07185755A - 中炭素鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

中炭素鋼の連続鋳造方法

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JPH07185755A
JPH07185755A JP33597493A JP33597493A JPH07185755A JP H07185755 A JPH07185755 A JP H07185755A JP 33597493 A JP33597493 A JP 33597493A JP 33597493 A JP33597493 A JP 33597493A JP H07185755 A JPH07185755 A JP H07185755A
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JP
Japan
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powder
mold
continuous casting
carbon steel
solidified
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JP33597493A
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Akira Yamauchi
章 山内
Koichi Tozawa
宏一 戸澤
Kenichi Tanmachi
健一 反町
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JFE Steel Corp
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Kawasaki Steel Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 炭素含有量が0.08〜0.16wt%の範囲になり、
包晶反応を経て凝固する中炭素鋼を連続鋳造するに当た
り、連続鋳造用のモールドパウダーとして、溶融状態に
おける輻射熱の吸収係数が100m-1以上になるものを使用
する。 【効果】 中炭素鋼の連続鋳造において不可避な鋳片表
面の縦割れを著しく軽減できる。ブレークアウトの発生
も殆どなく安定した連続鋳造を実施できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、中炭素鋼の連続鋳造
方法に関し、とくに炭素を0.08〜0.16wt%(以下, 単に
「%」で示す) の範囲で含む、一般に中炭素鋼と呼ばれ
る鋼の連続鋳造において不可避であった、鋳片表面の縦
割れを軽減して鋳片品質の改善を図ろうとするものであ
る。
【0002】
【従来の技術】炭素含有量が0.08〜0.16%の、いわゆる
中炭素鋼を対象とする連続鋳造では、連続鋳造時に鋳片
表面に縦割れが発生しやすく、かかる割れの防止対策の
開発が急務とされていた。
【0003】中炭素鋼の連続鋳造において問題となる縦
割れ発生機構については、従来より種々の研究がなされ
ている。中炭素鋼においてこのような割れが発生しやす
いのは、炭素の含有量が0.08〜0.16%の包晶変態域にあ
るため、鋼の凝固過程における変態応力の付加により凝
固シェルの成長の遅い部分と速い部分に大きな差が生じ
ること、すなわち凝固シェルの不均一度が大きくなるこ
とが原因であることが明らかとなっている。そして、こ
の凝固シェルの不均一度は、鋳型内初期抜熱量との間に
相関があって、緩冷却化することにより緩和できること
や、鋳型内抜熱の不均一要因であるエァギャップを解消
したり、鋳型と凝固シェルの間におけるパウダー層の厚
さの変動を抑えること、で緩和できることも既に公知と
なっている。
【0004】この点に関する先行技術として、例えば特
開昭50-059229 号公報には、表面きずの少ない広幅連続
鋳造スラブを鋳造する方法として、オイルキャスティン
グ法とパウダーキャスティング法とを併用することによ
って鋳型内溶鋼の不均一冷却に起因した縦割れの防止を
図った技術が開示されている。また特開昭61-092756 号
公報には、連続鋳造用鋳型として鋳型内の上部表面に適
正な形状寸法になる複数の縦溝を形成したものを用い、
ここに中炭素鋼の溶湯を供給して鋳型の上部でのみで緩
冷却することにより、凝固シェルを均一に冷却して表面
割れを回避しながら連続鋳造を行う方法および鋳型が開
示されている。この他、中炭素鋼スラブの連続鋳造に当
たって、それに使用する水冷鋳型に印加する振動につ
き、定式で与えられるネガティブ時間(TN)を0.21秒以内
とすると共に1300℃で3.5 〜8.0 ポアズの粘度を有する
モールドパウダーを用いることにより、鋼スラブの表面
割れの軽減を図った技術 (特公昭59-52014号公報参照)
や、モールドパウダーを均一に流入させて凝固シェルの
不均一冷却の回避を図るべくかかるパウダーの粘度,結
晶化温度を低く設定し、それを鋳型の中央部にのみ適用
する技術 (特開昭63-235054 号公報参照) 、さらには、
モールドパウダーの凝固点を上昇させて固相の厚さを増
加させ、輻射熱流束を減少させることによって割れの防
止を図った技術(CAMP-ISIJ,5;材料とプロセス,第5分
冊(1992),p283 参照) 等が提案されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、特開昭50-0
59229 号公報に開示の上記従来技術は、中炭素鋼以外の
鋼種において現在一般的になっているパウダーキャステ
ィングのための設備の他にオイルキャスティング用の設
備を新設する必要がある。また、操業人員の増加や設備
コストの上昇が避けられな不利があった。
【0006】また、特開昭61-092756 号公報に開示の上
記従来技術は、中炭素鋼を鋳造するための専用の鋳型を
用いる必要があり、鋳型交換等のダウンタイムを考慮し
た場合に製造コストの面で不利になる。
【0007】また、特公昭59-52014号公報に開示の従来
技術においては、そこで規定されている適正範囲に従っ
て操業しようとすると、鋳片の引き抜き速度を1.35m/mi
n 未満にしないと凝固シェルが破断する、いわゆるブレ
ークアウトが発生し、生産性の点で問題がある。
【0008】さらに、特開昭63-235054 号公報に開示さ
れている技術は、二種類のパウダーを鋳片の長辺面中央
部から200 mm程度のところを境にして使用するため、こ
の領域でのパウダーの混合に起因した不安定な抜熱が起
こり、割れの抑制効果は認められるもののその改善度合
いは極めて軽微なものとなっていた。
【0009】最後に挙げたCAMP-ISIJ,5(1922),p283に開
示のような高凝固点パウダーを用いる従来技術において
は、鋳型−鋳片間に介在するパウダー層の液相部分の厚
さを十分に確保することができないため潤滑不足とな
り、ブレークアウトが発生しやすく、生産性の向上を図
るという点では未だ課題の残るものであった。
【0010】この発明の目的は、中炭素鋼の連続鋳造に
当たって、鋳型と凝固シェルとの間に介在させるモール
ドパウダーの厚さの変動に起因した凝固シェルの不均一
な成長を抑制することによって、縦割れなどの表面欠陥
の発生を回避し、併せて鋳片を効率よく鋳造しようとす
るところにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】発明者らは、包晶変態域
にある中炭素鋼の連続鋳造における特有の問題点,すな
わち表面割れの防止を図ることについて種々の実験と検
討を重ねた結果、凝固シェルと鋳型との間に介在させる
モールドパウダーの層のうち液相部分における輻射熱伝
達を抑制すること、そしてパウダー層の厚さが変化した
場合においても抜熱の変化量を抑制することが極めて有
効であることの新規知見を得てここにこの発明をなすに
至った。すなわち、この発明は、炭素含有量が0.08〜0.
16wt%の範囲になり、包晶反応を経て凝固する中炭素鋼
を連続鋳造するに当たり、連続鋳造用のモールドパウダ
ーとして、溶融状態における輻射熱の吸収係数が100m-1
以上を示すものを用いることを特徴とする中炭素鋼の連
続鋳造方法であり、この発明においてはモールドパウダ
ーの結晶化温度が1150℃未満になるものを使用するのが
とくに好ましい。ここで、モールドパウダーの溶融状態
における輻射熱の吸収係数とは、赤外〜可視光域におけ
る光の透過率が10%になる厚み(m)の逆数として定義
される値である。
【0012】
【作用】以下、連続鋳造用鋳型内の上部のいわゆるメニ
スカス近傍域で凝固シェルが形成されつつある状況に基
づいて以下に説明する。鋳型内における凝固シェルの抜
熱は、すべて凝固シェルと鋳型の間のモールドパウダー
を介して行われている。そして、モールドパウダーの、
鋳型に接した部分では固相の層を形成し、凝固シェルに
接した部分ではパウダーの凝固温度を超えているので液
相の層を形成している。このパウダー層を介して行われ
る熱伝達は、従来のモールドパウダーでは、液相中にお
ける輻射熱伝達が全体の約半分を占めており、残りは伝
導による熱伝達となっている。しかしながら固相におい
ては、輻射エネルギーが、結晶化したパウダー成分の原
子を構成する格子振動エネルギーに容易に変換されてし
まうため、極めて吸収係数が高くかつ輻射熱伝達の起こ
りにくい状況となっている。
【0013】下記(1) 式はモールドパウダー内の抜熱量
を与える式であって、吸収係数aと液相厚さ de 、凝固
点 Tmpが抜熱に大きな影響を及ぼす。 q= Kc /de ・(Ts -Tmp) +{n2σ(Ts 4- Tmp 4)/(0.75
ade +εp -1+εs -1−1) …(1) ここに Kc :伝導熱伝達率 , σ:ステファンボルツ
マン定数 d e:液相厚さ , a:吸収係数 Ts :凝固シェル厚さ , εp :パウダー固相の輻射率 T mp 凝固点 , εs :凝固シェルの輻射率 n:パウダーの屈折率
【0014】このような状況において、凝固シェルの変
形やモールドパウダーの不均一な流入が生じると、主に
パウダー層のうちの液相の厚さが大きく変化することに
なる。そして、液相の厚さの変化に伴い若干の固相層の
変化も生じるが、吸収係数の大小に応じて輻射熱伝達に
変化が生じ、ここに、吸収係数が小さい場合には固相厚
さが著しく変化し、その分も含めた大きな抜熱変化が起
きる。一方、吸収係数が大きくなる場合には液相厚さに
応じて輻射熱伝達に変化があるものの、その絶対値が元
々小さいために変化量も小さく抑えられ(図1参照)固
相厚さの変化のみにとどまる(図2参照)。
【0015】この発明はこのような原理に基づき、溶融
状態における輻射熱の吸収係数が100m-1以上になるモー
ルドパウダーを用いることとしたものであって、従来の
高凝固点パウダーを用いる鋳造法に比べ、パウダーの凝
固温度の範囲を拡大することが可能であり、潤滑性に優
れた低凝固点パウダーを用いることができる。
【0016】この発明においては、モールドパウダーの
結晶化温度が1150℃未満になるものを使用するのがとく
に好適である。この理由は、このようなモールドパウダ
ーは、吸収係数が100/m であり、抜熱変化量が既に従来
の高凝固点パウダーと同程度に低下しており、その結果
として割れ防止効果が十分期待できるからである。
【0017】なお、この発明で用いるモールドパウダー
の吸収係数は鉄酸化物の添加量を調整することによって
変えることができるものであり、また鉄酸化物の他に遷
移金属の酸化物を用いてもよい。
【0018】
【実施例】表1に示すようなパウダーおよび長辺側の寸
法が600 mm、短辺側の寸法が100mmになる連続鋳造用鋳
型を用い、鋳型振動条件を、 ストローク:7.8 mm, ネガティブ率 (NS率) :10% (鋳型の振動による鋳型下
降速度がスラブの引き抜き速度を上回る率) , F=vR /2×7.8 {1 +(NS 率/100) }×1000, ここに、F:鋳型振動数(cpm) vR :引き抜き速度 (m/min) に、引き抜き速度vR を1.45〜1.60m/min に、また、鋳
型内溶鋼過熱温度ΔTを14〜19℃ (代表時点) にして
C:0.10〜0.15%, Si:0.25〜0.35%, Mn:0.75〜1.15
%,P:0.013 〜0.020 %,S:0.009 〜0.012 %を含有す
る鋼の連続鋳造を行い、この時の鋳型のメニスカス近傍
域の抜熱量、縦割れの発生状況およびブレークアウトの
発生状況(安定鋳造の評価)について調査した。
【0019】
【表1】
【0020】図1は鋳型の抜熱変化量( 鋳型抜熱量の鋳
造時間内における変化量の99%信頼限界の幅) とモール
ドパウダーの吸収係数の関係を示したグラフであって、
鋳型の抜熱量変化Δqは、吸収係数を増加させることに
よって従来のモールドパウダーに比べ60%以下に低減さ
れている。また、鋳片表面の縦割れ発生指数と液相にお
けるパウダーの吸収係数との関係を図3に示したが、従
来のパウダーを用いた連続鋳造に比べかなりの減少が認
められた。なお、安定鋳造を評価するために、ブレーク
アウト発生指数をパウダーNo.3を用いた連続鋳造の場合
と比較したところ、図4に示すように、この発明に従う
連続鋳造では著しい減少が認められた。
【0021】
【発明の効果】この発明によれば、中炭素鋼の連続鋳造
において発生していた鋳片表面の縦割れを著しく軽減す
ることができる。また、ブレークアウトの発生も殆どな
いので安定した連続鋳造を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】鋳型の抜熱変化量とパウダーの吸収係数の関係
を示したグラフである。
【図2】パウダーフィルムの断面模式図である。
【図3】縦割れ発生指数を調査した結果を示した図であ
る。
【図4】ブレークアウト指数を調査した結果を示した図
である。
【符号の説明】
1 連続鋳造用鋳型 2 固相パウダー 3 液相パウダー 4 凝固シェル 5 液相パウダーの厚さ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 炭素含有量が0.08〜0.16wt%の範囲にな
    り、包晶反応を経て凝固する中炭素鋼を連続鋳造するに
    当たり、 連続鋳造用のモールドパウダーとして、溶融状態におけ
    る輻射熱の吸収係数が100m-1以上を示すものを用いるこ
    とを特徴とする中炭素鋼の連続鋳造方法。
  2. 【請求項2】 モールドパウダーの結晶化温度が1150℃
    未満である請求項1記載の連続鋳造方法。
JP33597493A 1993-12-28 1993-12-28 中炭素鋼の連続鋳造方法 Pending JPH07185755A (ja)

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