JPH08323454A - 広幅薄鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】広幅薄鋳片の連続鋳造方法を提供する。 【構成】未凝固層を有する鋳造中鋳片をローラーエプロ
ン帯で圧下し広幅薄鋳片を製造する未凝固圧下連続鋳造
方法であって、鋳型内溶鋼過熱度を０℃以下に保持しな
がら又はローラーエプロン帯で鋳片内溶鋼を攪拌しなが
ら、もしくは鋳型内溶鋼の過熱度が０℃を超える場合に
おいては上記の攪拌をしながら鋳造し、未凝固状態でロ
ール圧下する広幅薄鋳片の連続鋳造方法。 【効果】中心偏析が改善された広幅薄鋳片を製造するこ
とができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は広幅薄連続鋳造鋳片の製
造方法に関し、特に中心偏析が改善された広幅薄連続鋳
造鋳片の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、精錬技術や鋳造技術の著しい進歩
により品質性状の良好な鋳片の製造が容易化したことや
省力・省エネルギー思想の高まり等を背景にして、熱間
圧延工程の大幅な省略や熱間圧延を施すことなく溶湯か
ら直接的かつ連続的に薄鋳片（薄板材）を製造しようと
する試みが、比較的融点の低い非金属ばかりでなく鉄系
金属にまで行われるようになってきた。

【０００３】この薄鋳片を連続的に鋳造する手段とし
て、これまで以下の (1)〜(3) のような方法が提案され
ている。

【０００４】(1)ベルト式壁面移動鋳型を使用する連続
鋳造法 (2)異形断面鋳型を使用する連続鋳造法（ＳＭＳ方式） (3)双ロール式連続鋳造法 しかし、これらの方法には次のような問題点が存在して
いる。すなわち、上記(1) のベルト式連続鋳造法ではベ
ルト冷却の困難さによるメンテナンス費用やランニング
コストが高いということのほか、この種の鋳型では配設
に大きな困難性を伴いがちな浸漬ノズルによる断気鋳造
を行わないと、表面品質を維持することが非常に難し
い。(2) の異形断面鋳型による連続鋳造法には、漸次で
はあるが鋳込み方向に向かって鋳型内の断面積を減少さ
せるために、鋳型内面と鋳片表面との間に大きな摩擦力
が生じ、この摩擦抵抗による鋳型内面の摩耗が激しく、
鋳型寿命が短くなる。(3) の双ロール式連続鋳造法で
は、未凝固部でのロール圧下時に溶湯の流動が激しく介
在物の浮上分離が困難であり、偏析が生じ易い。

【０００５】このように、従来の薄鋳片連続鋳造法は、
何れも充分に満足できる品質の薄鋳片を良好な作業性の
下で安定製造するという観点からは多くの未解決な問題
を有し、特に鉄系金属薄板材の工業的製造において、熱
間圧延を伴う従来法に代替し得るほどの域に達していな
い。

【０００６】以上の方法に代わる方法として、鋳型厚み
を従来と同等として鋳造した鋳片を連続鋳造機内で圧下
し、薄鋳片を製造する下記の方法が提案されている。

【０００７】これらは、目的別に次の (1)〜(4) のよう
に整理される。

【０００８】(1)中心偏析低減（特公昭59-39225、特開
昭59-202145 、同60-162563 、同60-162564 、特開平１
-202350 、同３-124352 の各号公報参照） (2)内部割れ低減（特開昭51-128666 、同61-9954 の各
号公報参照） (3)圧下制御方法（特開平１-202350 、同２-52159の各
号公報参照） (4)圧下ロール（特開平２-295658 、同３-124352 各号
公報参照） しかし、上記発明のほとんどは鋳片中心部の固相率が流
動限界となる高固相率下における凝固末期の軽圧下を対
象としており、鋳型厚みよりも薄い鋳片を得るための未
凝固圧下法とは根本的に主旨を異にするものである。

【０００９】特開平２-20650号公報および同２-52159号
公報には、薄鋳片を得ることができる連続鋳造圧延方法
が示されている。しかしこれらは、圧下制御方法、圧下
−圧延方法等について開示しているものの、表面疵や内
部品質について明らかにしていない。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】薄鋳片を製造する手段
として鋳型厚みを直接目標の厚みとする鋳造方法では、
浸漬ノズルが従来のような厚肉形状となり得ないので安
定した鋳造ができない。

【００１１】他の手段として未凝固層が存在する鋳片を
連続鋳造機内で圧下する方法があるが、この方法におけ
る問題点は、前述の軽圧下法に比べて大きな圧下勾配を
とるために、最終凝固位置において未凝固部溶鋼の流動
を伴い、これが凝固界面の濃化溶鋼成分の洗浄および中
心部への集積を促進し、中心偏析となりやすいことであ
る。

【００１２】従来の軽圧下法においても圧下勾配が大き
すぎると、本来の目的である凝固収縮により生じた負圧
部への濃化溶鋼の流動を抑えるばかりでなく、逆に溶鋼
を流動させてしまい、逆Ｖ偏析が生じやすい。

【００１３】本発明の目的は、広幅薄鋳片を未凝固圧下
法で製造する際に、軽圧下法以上の圧下勾配となるため
に最終凝固部での溶鋼流動を避けることができない条件
下においても、中心偏析が軽減された広幅薄鋳片の製造
方法を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は、次の
(1) および(2) の広幅薄鋳片の連続鋳造方法にある。

【００１５】(1)未凝固層を有する鋳造中の鋳片をロー
ラーエプロン帯で圧下することにより広幅薄鋳片を製造
する未凝固圧下連続鋳造方法であって、鋳型内溶鋼の過
熱度を０℃以下に保持しながら、またはローラーエプロ
ン帯で鋳片内溶鋼を攪拌しながら鋳造し、未凝固状態に
おいてロールにより圧下することを特徴とする広幅薄鋳
片の連続鋳造方法。

【００１６】(2)未凝固層を有する鋳造中の鋳片をロー
ラーエプロン帯で圧下することにより広幅薄鋳片を製造
する未凝固圧下連続鋳造方法であって、鋳型内溶鋼の過
熱度が０℃を超える場合においては、ローラーエプロン
帯で鋳片内溶鋼を攪拌しながら鋳造し、未凝固状態にお
いてロールにより圧下することを特徴とする広幅薄鋳片
の連続鋳造方法。

【００１７】上記において「広幅薄鋳片」とは、幅1000
〜1500mm、厚み50〜80mm程度のものを指す。溶鋼の過熱
度の望ましい下限は−５℃程度である。

【００１８】溶鋼の望ましい攪拌条件は、電磁攪拌方法
を用いローラーエプロン帯で未凝固層の溶鋼を50〜100
m／秒程度の流速で流動させること、ロールによる望ま
しい圧下条件は高固相率下での凝固末期の未凝固層の流
動および内部割れの防止のために、鋳型に最も近い圧下
ロールで最大圧下を行い、鋳造方向に向かうに従い圧下
量を漸減して行くことである。

【００１９】本発明者らは、未凝固圧下により得られた
広幅薄鋳片の中心偏析状況と凝固組織との関係を調査
し、偏析が改善されている場合には必ず鋳片中心部に微
細な等軸晶領域が存在することを知見した。一方、逆に
偏析が改善されていない鋳片の凝固組織は、厚み中心部
で鋳片表面から成長した柱状晶同士がぶつかり合う組織
であり、その先端に濃化溶鋼の集積が認められた。さら
に、柱状晶同士がぶつかり合う位置を注意深く観察した
ところ、先端の凝固界面組織が非常に不均一であること
を見いだした。

【００２０】

【作用】本発明の広幅薄鋳片の連続鋳造方法の一つで
は、鋳型内溶鋼の過熱度を０℃以下に保持しながら、ま
たはローラーエプロン帯で未凝固層の溶鋼を攪拌しなが
ら鋳造する。

【００２１】図１に基づいて鋳型内溶鋼の過熱度を０℃
以下に保持すると限定した理由を説明する。図１は、鋳
片中心部の偏析度と鋳型内溶鋼の過熱度との関係を示す
図である。これは、鋳片中心部に微細な等軸晶が存在す
る場合と存在しない場合との鋳型内溶鋼の過熱度に着目
した結果得られた相関図である。

【００２２】図１に示す溶鋼過熱度は、浸漬ノズル近傍
で鋳型内メニスカス下50mm深さの溶鋼温度を白金−ロジ
ウム製の浸漬熱電対で測定し、溶鋼組成から計算される
液相線温度との差を用いた。縦軸の偏析度は、薄鋳片の
中心部から直径３mmφのドリルサンプルを採取し、その
〔Ｓ〕濃度を取鍋の溶鋼中〔Ｓ〕濃度で除した値であ
る。偏析度が大きいほど中心偏析が悪化していることを
示す。

【００２３】図１から、若干のばらつきはあるものの鋳
型内の溶鋼過熱度が０℃以下の条件下で鋳片厚み中心部
に等軸晶帯が存在し、偏析が改善されていることが明か
である。過熱度が−５℃を下まわると鋳型内の溶鋼面に
皮張りが発生しやすく、鋳造が不安定になるので、好ま
しい範囲は−５〜０℃である。

【００２４】この現象は、鋳型内のメニスカスにおいて
微細な結晶片が生まれ、通常これらは鋳型内の溶鋼に再
溶解して消滅するはずのものが、鋳型内の溶鋼過熱度が
低いために再溶解せず、最終凝固位置に堆積したものと
考えられる。前述のように鋳片表面から成長する柱状晶
は、先端の界面形状が不均一で、このうち凝固が遅れた
部分には偏析が集中しやすく、また、溶鋼流動によって
中心部に濃化溶鋼が集積されやすい。中心部に微細な等
軸晶が堆積してくるような場合には、凝固遅れ部にもこ
の微細等軸晶が充填されると同時に、圧下による溶鋼流
動に対して本来中心部のみに濃化溶鋼が集積するところ
が緩衝材としての役目を果たし、偏析を分散させる効果
を有していると考えられる。

【００２５】次に、鋳型内の溶鋼過熱度を０℃以下に限
定する条件に替えて、ローラーエプロン帯で未凝固層の
溶鋼を攪拌する方法でもよいとした理由を説明する。

【００２６】実際には鋳型内溶鋼の過熱度は、鋳造初期
から末期にかけて取鍋中溶鋼温度の低下と共に低下す
る。また、鋳造初期から低温鋳造を行う場合にはノズル
詰まりが懸念され、温度コントロールは容易でない。し
たがって、より実用的な方法としては、鋳型直下のロー
ラーエプロン帯で未凝固層の溶鋼を機械的に攪拌するこ
とによってデンドライト先端の凝固片を折ることによ
り、等軸晶を生成させることができる。この方法によっ
て、等軸晶の種となる結晶片を生成させて同時に未凝固
圧下することで、前述のように溶鋼過熱度を低く保って
鋳造し、攪拌を施すことなく未凝固圧下したときと同様
に、薄鋳片の中心部には等軸晶帯が存在し、偏析が改善
されるという作用が生じる。

【００２７】図２により鋳片内の溶鋼を機械的に攪拌す
る方法とこれに用いる装置の構成例を説明する。図２
(a) は、本発明方法を実現するための装置を示す縦断面
図、図２(b) は制御回路を示す図である。

【００２８】図２(a) の装置は、少なくとも鋳型１、浸
漬ノズル２、鋳型１の直下のローラーエプロン帯３、こ
のローラーエプロン帯３内の電磁攪拌装置４と圧下シリ
ンダー６を備えた圧下ロール５群、その下流のピンチロ
ール７群からなる。この装置では、鋳型１に浸漬ノズル
２から溶鋼８を注入しつつ、鋳型１の内表面で凝固シェ
ル１０を形成させ、ローラーエプロン帯３で未凝固鋳片
９を支持して凝固を進行させ、ピンチロール７で連続的
に引き抜く。このとき、電磁攪拌装置４により、未凝固
鋳片９内の溶鋼を機械的に攪拌する。電磁攪拌装置４の
配置は図２ (a)に示すように、鋳型１と最上段の圧下ロ
ール５との間とすればよく、鋳型１の直下でも構わな
い。

【００２９】電磁攪拌装置としては、未凝固鋳片の広幅
面を挟むように配置した二個の内部水冷式コイルボック
ス内の幅方向（水平方向）または鋳造方向（垂直方向）
に複数のコアを配列させ、水平または鋳造方向の攪拌を
付与することができるようにしたものを用いるのがよ
い。表１に好ましい電磁攪拌装置の仕様を示す。

【００３０】

【表１】

【００３１】電磁攪拌の望ましい条件は、凝固界面の溶
鋼の流速範囲が５０〜１００cm／秒程度となる攪拌を与
えることである。

【００３２】攪拌制御は次のように行う。図２(b) に示
すように、鋳型内溶鋼８に浸漬させた熱電対１１により
鋳型内溶鋼８の温度を測定して演算装置１２に入力し、
一方演算装置１２で溶鋼８の組成から液相線温度を計算
して両者の差を過熱度ΔＴ℃として出力する。この出力
からコントローラ１３でΔＴ＞０℃の条件を判定し、そ
の結果を電磁攪拌装置４内の電流制御装置に入力して供
給電流値を制御する。

【００３３】鋳型内溶鋼の過熱度の監視は、上述のよう
な鋳型内溶鋼浸漬温度計によるのが望ましい。

【００３４】本発明方法では上記攪拌の使用有無に係わ
らず、鋳造した後、ローラーエプロン帯３内で未凝固鋳
片９を圧下ロール５群によって圧下する。

【００３５】未凝固圧下は、圧下シリンダー６群を作動
させて圧下ロール５群により未凝固鋳片９に圧下を加
え、鋳型１の厚みに対して１０〜７０％程度、未凝固鋳
片９の厚みを減少させる。このとき、鋳型１に最も近い
圧下ロール５で最大圧下を行い、鋳造方向に向かうに従
い圧下量を漸減して行くのが望ましい。

【００３６】この圧下では、鋳片内部の未凝固層は鋳型
方向（鋳造方向と反対方向）に排出されることで鋳片厚
みが減少する。圧下は未凝固層が存在する段階で行わな
ければならないので、鋳片が鋳型から引き抜かれた後、
完全凝固するまでの間において、鋳型直下に極力近い位
置に配した圧下ロール群で施すのが望ましい。

【００３７】本発明のもう一つの方法は、鋳型内溶鋼の
過熱度が０℃を超える場合においてのみ、ローラーエプ
ロン帯で鋳片内の未凝固層の溶鋼に前記と同様の攪拌を
付与し、さらに前述と同様の未凝固圧下を施すものであ
る。これは、鋳型内の溶鋼過熱度を監視しておけば、溶
鋼過熱度が０℃を超える時にのみローラーエプロン帯で
鋳片内の未凝固層の溶鋼に同様の攪拌力を付与すること
ができ、前述の理由により偏析が改善される。この方法
は、より実用的な鋳造方法である。

【００３８】本発明方法は、連続鋳造機の種類、鋼種お
よび鋳造速度を問わず、適用することができる。

【００３９】

【実施例】

（試験１）図２に示す装置構成の湾曲型連続鋳造機を用
いて、表２に示す組成の中炭素アルミキルド鋼を鋳造速
度3.0m／min で鋳造した。浸漬ノズルは外形60mm×１５
０ ｍｍの偏平型ノズルを使用した。目標広幅薄鋳片の
サイズは厚み５０ｍｍ、幅1500mmとし、鋳型のサイズは
厚み150 mm、幅1500mmを適用し、ローラーエプロン帯内
で鋳造中に未凝固層を有する鋳片を圧下して厚み50mmと
した。

【００４０】

【表２】

【００４１】連続鋳造機内の圧下ゾーンは、ローラーエ
プロン帯の１seg(セグメント）から５seg までの間の３
m 長さ、圧下パターンは、１seg から順次30mm、25mm、
20mm、15mm、10mmの漸減圧下とした。

【００４２】この結果、浸漬ノズルと凝固シェルとの間
のブリッジング等の操業上のトラブルの発生もなく安定
鋳造が可能であった。

【００４３】一方、鋳型厚みを50mmとして厚み50mmの鋳
片を直接鋳造しようとしても、この場合、上記のような
浸漬ノズルは鋳型内に挿入できず、従来の浸漬ノズル給
湯は不可能である。その意味で、厚み50mmの鋳片製造に
おいては、ローラーエプロン帯での未凝固圧下方法は非
常に有効であることが判明した。

【００４４】（試験２）本発明方法の効果を確認するた
めに、試験１の装置、鋳造および圧下条件下、さらに表
３に示す条件下で連続鋳造中に未凝固圧下を実施した。
ただし、鋳型内の撹拌力の付与には前述のような電磁攪
拌装置を用い、凝固界面の流速が水平方向に100 cm／秒
となるように調整した。

【００４５】

【表３】

【００４６】図３に、上記各試験により得られた薄鋳片
中心部の偏析度を調査した結果を示す。図３は、ローラ
エプロン帯で鋳片内の未凝固溶鋼を電磁攪拌した場合と
攪拌なしの場合とにおいて、鋳片中心部の偏析度と鋳型
内溶鋼の過熱度との関係を示す図である。偏析度および
過熱度の定義は図１の場合と同じである。

【００４７】この結果から、鋳型内の溶鋼過熱度を０℃
以下とした条件No.1〜４では、攪拌の有無にかかわらず
中心偏析度が低く、偏析が少ないことが明らかである。
溶鋼過熱度が０℃を超える条件No.5〜８においては、攪
拌を実施したときにのみ偏析状況が良好であった。な
お、偏析状況が改善され良好であるものについては、薄
鋳片の厚み中心部に等軸晶帯が存在しており、偏析が改
善されていない鋳片では厚み中心部まで柱状晶が成長し
た組織であった。

【００４８】

【発明の効果】本発明方法によれば、未凝固圧下方法で
広幅薄鋳片を連続鋳造する際に、中心偏析が改善された
良好な鋳片を製造することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】鋳片中心部の偏析度と鋳型内溶鋼の過熱度との
関係を示す図である。

【図２】本発明方法を実現するための装置の構成例を示
す図である。(a) は装置の縦断面図、(b) は制御回路を
示す図である。

【図３】未凝固溶鋼の電磁攪拌有無の場合の、鋳片中心
部の偏析度と鋳型内溶鋼の過熱度との関係を示す図であ
る。

【符号の説明】

１：鋳型、 ２：浸漬ノズル、 ３：ローラー
エプロン帯、４：電磁攪拌装置、 ５：圧下ロール、
６：圧下シリンダー、７：ピンチロール、 ８：溶鋼、
９：未凝固鋳片、10：凝固シェル、 11：熱
電対、 12：演算装置、13：コントローラ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】未凝固層を有する鋳造中の鋳片をローラー
   エプロン帯で圧下することにより広幅薄鋳片を製造する
   未凝固圧下連続鋳造方法であって、鋳型内溶鋼の過熱度
   を０℃以下に保持しながら、またはローラーエプロン帯
   で鋳片内溶鋼を攪拌しながら鋳造し、未凝固状態におい
   てロールにより圧下することを特徴とする広幅薄鋳片の
   連続鋳造方法。
2. 【請求項２】未凝固層を有する鋳造中の鋳片をローラー
   エプロン帯で圧下することにより広幅薄鋳片を製造する
   未凝固圧下連続鋳造方法であって、鋳型内溶鋼の過熱度
   が０℃を超える場合においては、ローラーエプロン帯で
   鋳片内溶鋼を攪拌しながら鋳造し、未凝固状態において
   ロールにより圧下することを特徴とする広幅薄鋳片の連
   続鋳造方法。