鋼鋳片の連続鋳造方法
【課題】アルミナやスラグなどの内部介在物が極めて少ない高品質な鋳片を、複雑な溶鋼流動制御を伴うことなく安定して製造することのできる鋼鋳片の連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】交流移動磁場装置を、その中心が溶鋼メニスカスの下方１.０〜１.５ｍに位置するように配置し、該装置により溶鋼に対して交流移動磁場を印加して、該溶鋼の水平方向の旋回流を生じさせ、その際の流動速度を２０〜４０ｃｍ/ｓとする。
【解決手段】交流移動磁場装置を、その中心が溶鋼メニスカスの下方１.０〜１.５ｍに位置するように配置し、該装置により溶鋼に対して交流移動磁場を印加して、該溶鋼の水平方向の旋回流を生じさせ、その際の流動速度を２０〜４０ｃｍ/ｓとする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼鋳片の連続鋳造方法に関し、２孔ノズルを用いた垂直曲げ型連続鋳造に際し、鋼鋳片の中心部における内部介在物の有利な低減を図ろうとするものである。
【背景技術】
【０００２】
２孔ノズルを用いた垂直曲げ型連続鋳造において、タンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する際に、溶鋼と共にアルミナやスラグといった非金属介在物が流入する。通常、これら非金属介在物は鋳型内で浮上させて分離する。しかし、非金属介在物が浸漬ノズルからの吐出流に帯同してストランド部の深くまで潜り込んだ場合、非金属介在物を鋳型内で浮上させて分離することは、極めて困難となる。
このように、ストランド部の深くまで潜り込んだ非金属介在物は、内部介在物となって鋳片に残留し、鋳片をブリキや自動車材等に加工する際には、プレス割れの起源となる。そのため、鋳片中の内部介在物は極力低減する必要がある。
【０００３】
従来、２孔ノズルを用いた垂直曲げ型連続鋳造機には、上記したような非金属介在物の浮上分離を促進するために、垂直部が設置されている。この垂直部の浮上分離作用は、大型の非金属介在物の浮上分離に対しては、一定の効果があるものの、小型の非金属介在物（約３００μｍ以下）を浮上分離させることは難しかった。しかしながら、この程度の小型の内部介在物であっても、プレス割れの起源となるおそれがあるために、低減することが望まれていた。
【０００４】
上記した問題に対し、鋳型下のストランド部に静磁場等を印加することで、浸漬ノズルからの吐出溶鋼流の速度を意図的に低下させて、介在物のストランド部への潜り込み量を低減させる方法が多数提案されている(例えば、特許文献１参照)。
しかしながら、静磁場の電磁装置によって吐出流の速度を低下させることは、吐出流により生じる反転流の速度も併せて低下させてしまう。そのため、反転流による非金属介在物の浮上効果が減少してしまい、内部介在物の低減効果が相殺されてしまうため、効果的な解決策とは言えなかった。
【０００５】
また、鋳型下のストランド部に電磁撹拌装置を設置し、溶鋼の流動方向を周期的に切替えることで、短辺に沿った溶鋼の下降流の潜り込みを衰退させ、非金属介在物の潜り込みを防止する方法が提案されている(例えば、特許文献２参照)。
【０００６】
しかしながら、この方法は、流動方向を周期的に切り替える必要があるため、流動速度がゼロになる時間帯を避けることができない。その結果、鋳造中の全ての時間帯において、非金属介在物の潜り込み量を低減することができないという問題を有していた。また、この流動方向を周期的に切替える方法には、実操業上においても、切替え時期の設定をすることが極めて難しいという問題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１５０４５０号公報
【特許文献２】特開２００６−１２２９６１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】鉄と鋼（７８（１９９４）ｐ．４３９〜４４６）
【非特許文献２】鉄と鋼（６１（１９７５）ｐ．６８〜６９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ブリキや自動車用鋼板などを製造するための鋳片において、内部介在物の低減が切望されているにも関わらず、従来の技術では、小型の内部介在物を低減することは困難であり、その結果、製品となった薄板の内部には、小型の不純物の介在物が残留することを防ぐことができなかった。
そのために、鋳片の製品検査工程で、超音波探傷装置等の内部介在物センサにより相当量の不純物が検出された場合、当該鋳片は廃棄処分にせざるを得なかった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、アルミナやスラグなどの非金属介在物について、大型の内部介在物はいうまでもなく、小型の内部介在物も極めて少ない高品質な鋳片を、複雑な溶鋼流動制御を伴うことなく安定して得ることのできる鋼鋳片の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、上記した問題を解決すべく、鋭意、研究および検討を行った。その結果、小型の内部介在物も少ない高品質な鋳片を鋳造するには、電磁撹拌により鋳型内やストランドの垂直部における溶鋼の流動を制御すること、すなわち、溶鋼の流動位置および流動速度を最適化することで、複雑な電磁流動制御を行なわなくとも、十分に小型の内部介在物を低減することができることが分かった。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．垂直曲げ型連続鋳造機において２孔ノズルを用いて連続鋳造を行うに当たり、交流移動磁場装置を、その中心が溶鋼メニスカスの下方１.０〜１.５ｍに位置するように配置し、該装置により溶鋼に対して交流移動磁場を印加して、該溶鋼の水平方向の旋回流を生じさせ、その際の流動速度を２０〜４０ｃｍ/ｓとすることを特徴とする、鋼鋳片の連続鋳造方法。
【００１３】
２．前記２孔ノズルから吐出された吐出流の鋳型短辺衝突地点での流速を０.８ｍ/ｓ以下とすることを特徴とする、前記１に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
【００１４】
３．前記溶鋼メニスカス部に対し、鋳型長辺側から静磁場を印加して、該溶鋼メニスカス部の湯面変動を抑制することを特徴とする、前記１または２に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に従い、溶鋼の水平方向の旋回流を一定速度で生じさせることにより、複雑な溶鋼流動制御を行うことなしに、内部介在物が極めて少ない高品質な鋳片を安定して鋳造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ストランド流動を伴わない場合の、鋳型内とストランド垂直部の溶鋼流動を模式的に示した図である。
【図２】メニスカスから１３００ｍｍの位置を２０ｃｍ/ｓの流速で流動をした場合の、鋳型内とストランド垂直部の溶鋼流動の状態を模式的に示した図である。
【図３】メニスカスから２０００ｍｍの位置を２０ｃｍ/ｓの流速で流動をした場合の、鋳型内とストランド垂直部の溶鋼流動の状態を模式的に示した図である。
【図４】メニスカスから３０００ｍｍの位置を２０ｃｍ/ｓの流速で流動をした場合の、鋳型内とストランド垂直部の溶鋼流動の状態を模式的に示した図である。
【図５】メニスカスから８００ｍｍの位置を２０ｃｍ/ｓの流速で流動をした場合の、鋳型内とストランド垂直部の溶鋼流動の状態を模式的に示した図である。
【図６】スラブ断面の内部介在物個数を粒径別に示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について具体的に説明する。
一般に、鋳型内に注入される溶鋼中には、脱酸時の生成物であるアルミナやスラグ、さらにはタンディッシュの耐火物が溶損して生成した非金属介在物などが混入している。
これら非金属介在物が混入した溶鋼が鋳型内に注入されると、ストランド内部に潜り込んで凝固シェルに捕捉された場合は、鋼鋳片の内部介在物となり、前記したとおり、ブリキや自動車材等の薄板製品として使用できなくなる。
【００１８】
そこで、発明者らは、非金属介在物のストランド内部への潜り込み現象を詳細に調査し、溶鋼の流動状態と非金属介在物のストランド内部への潜り込み現象との関係について研究を重ねた。
その結果、以下に述べる方法によって、非金属介在物のストランド内部への潜り込み、特に、５０〜２００μｍ程度の小型の非金属介在物の潜り込みを大幅に減少させることに成功し、本発明を完成させるに到った。
【００１９】
すなわち、垂直曲げ型連続鋳造機を用いて鋼鋳片の連続鋳造を行うに当たり、交流移動磁場装置の中心を、溶鋼メニスカスから１.０〜１.５ｍに位置するように配置し、溶鋼に交流移動磁場を印加し、かつこの交流移動磁場装置によって２０〜４０ｃｍ/ｓの速度で、溶鋼を水平方向に流動させることである。
【００２０】
図１に、従来の一般的な鋳型内とストランド垂直部における溶鋼の流動状態を模式的に示す。同図に示したように、電磁撹拌による溶鋼流動を伴わない場合でも、鋳型内に注がれた溶鋼中の非金属介在物はすべて内部介在物になるわけではない。大型の非金属介在物であれば、自身の浮力で浮上し、小型の介在物でも、その一部は、図１に示したような、２孔ノズルの吐出孔からの反転流に帯同されて上昇し、浮上分離することができる。
これは、吐出孔からの反転流の速度を増加させることによって、鋳型内に注がれた非金属介在物の浮上は促進することができるということを意味している。
【００２１】
ついで、発明者らは水モデル実験装置を使用し、ストランド部において溶鋼を旋回流動（以下、ストランド流動という）させることを模擬し、装置内の様々な位置において、種々の流動速度で試験を行った。
すなわち、上述の試験では、内部介在物を模擬したトレーサーを使用して、水平方向の旋回流を模擬した水モデル実験を実施して、ストランド流動を導く電磁撹拌装置の配置位置や、ストランド部の水の流動速度が反転流へ及ぼす影響と、潜り込み防止への効果とを調査した。その結果、メニスカス部から１.０〜１.５ｍの位置において、かつ２０ｃｍ/ｓの速度で溶鋼に見立てた水を流動させることによって、図２に示すように、水の反転流の速度を効率的に増加することができ、もって、非金属介在物の潜り込みを大幅に低減できる可能性があることが明らかになった。なお、本発明で、水の流動速度は流速計を用いて測定した。
【００２２】
以下、水モデル実験結果に基づいて、さらに詳しく説明する。
例えば、図３に示すように、撹拌によるストランド流動位置が図２に示した位置よりも下方にある場合は、反転流は増加されるものの、その速度は十分でなく、介在物の浮上効果に結びつかない。
また、図４に示すように、図３に示した位置よりもさらに下方で、ストランドの撹拌をした場合は、反転流がさらにもう１つ形成されるだけで、ストランド上側の反転流の速度に変化は無い。ここで、図４の場合は、ストランド下側の反転流が生じることによって、多少の介在物の浮上効果は発生した。しかしながら、その効果は大きいものではなかった。
【００２３】
一方、ストランド流動位置が図２に示した位置よりも上方にある場合は、図５に示すように、吐出流とストランド流動域の間隔があまりに狭いために、良好な反転流が形成されなかった。
【００２４】
なお、ストランド流動の流動速度を２０ｃｍ/ｓより小さい場合には、図２に示した場合を含めて、ストランド流動位置の変更を行ったが、十分な速度の反転流を形成させることはできなかった。
また、上記図１〜５の実線は、２孔ノズルからの吐出流やストランド撹拌の影響がなくなり、均一にストランドにそって鋳造速度とほぼ同じ速度で下降していく溶鋼の流れを表す。さらに、上記図１〜５の波線は、吐出流やストランド撹拌によって形成された溶鋼の循環流を表す。
【００２５】
以上の結果より、メニスカス部から１.０〜１.５ｍの位置において、２０〜４０ｃｍ/ｓの速度でストランド流動を行うことで、図２に示したように、溶鋼が流動し、もって非金属介在物を浮上させるのに十分な速度に溶鋼の反転流が増加し、非金属介在物の潜り込み量は他の流動条件と比較して大幅に減少することが分かった。
なお、ストランド流動速度の上限は、４０ｃｍ/ｓとする必要がある。というのは、４０ｃｍ/ｓを超えると、凝固シェルの再溶解によるブレークアウト発生の可能性が生じ、また湯面変動を誘発してパウダーを巻き込む可能性があり、さらに溶鋼中の介在物濃度の増加と共に内部介在物が増加する懸念があるからである。
【００２６】
本発明に用いる交流移動磁場装置は、従来公知の装置のいずれもが使用できるが、特に、両長辺側に交流移動磁場印加装置を設置し、それぞれの装置で幅方向に同一の向きの移動磁場を印加することができ、かつ相対する装置とは、反対向きの移動磁場を印加することで旋回流を発生させることができる磁場装置（いわゆる、旋回磁場装置）が好適に使用できる。
なお、上記した磁場装置としては、リニア型コイル式で最大電流：１０００Ａ、周波数：２〜３Ｈｚの交流を印加し、その設置位置として、磁場装置の中心がメニスカスから１．０〜１．５ｍにある、などが例示できる。
【００２７】
また、本発明においては、２孔ノズルから吐出された吐出流の鋳型短辺衝突地点での流速を制御することも重要である。
例えば、浸漬ノズルからの吐出流は鋳型短辺に衝突した後に下降流となる。しかし、水モデル実験を実施しているときに、溶鋼が鋳型短辺と衝突する位置（溶鋼の短辺衝突位置）において、この下降流の流速が０．８ｍ/ｓを超えた場合、ストランド流動域を突き抜ける流量の割合が大きくなって、非金属介在物の潜り込み量低減の効果が減る傾向にあることが分かった。
【００２８】
このような場合において、十分な不純物低減の効果を得ようとすると、ストランド流動の旋回速度を大幅に増加することが必要であると考えられるが、この速度増加は、鋳片の凝固シェルの再溶解を招くおそれが生じてしまうため、現在のように大型化した連続鋳造機を用いる工程ではその適用が困難である。
従って、特に、大型化した連続鋳造機を用いる工程では、凝固シェルの再溶解を防止する流動速度で、かつ十分な介在物の潜り込み量低減の効果を得るためには、下降流の最大流速が短辺衝突位置で０．８ｍ/ｓ以下となるように、ストランド部を流動させる条件で鋳造することが望ましい。
【００２９】
なお、本発明における溶鋼の短辺衝突位置における下降流の最大流速は、以下に示す非特許文献１の式を用いて求めることが出来る。すなわち、以下の式に示されているように、２孔（浸漬）ノズルから吐出した流れの短辺衝突位置における下降流の流速は、鋳型の幅や厚み、さらには２孔ノズルの孔径や吐出孔角度および鋳造速度で決定する。
ｕ＝（12.6RV／（Lo+x））×（（1+sinθ）／２） 但し、（（Lo+x）/2R）≦36.5
ｕ＝（920R2V／（Lo+x）2）×（（1+sinθ）／２） 但し、（（Lo+x）/2R）＞36.5
ｕ：シェル衝突後の下向き流速、2R：ノズル径、V：吐出流速、Lo：ノズル孔から短辺衝突位置までの距離、x：衝突点から短辺に沿った距離、θ：吐出孔角度。
【００３０】
ここに、鋳型の幅や厚み、２孔ノズルの孔径や吐出孔角度および鋳造速度は、垂直曲げ型連続鋳造機を使用する際の従来公知の条件を用いることができるが、以下に示す範囲、すなわち、
鋳型の幅は、９００〜２０００mm、鋳型の厚みは、２００〜３００mm、２孔ノズルの孔径は、６０〜１００mm、吐出孔角度は、０〜５０°、および鋳造速度は、１．０〜３．０m/min程度とすることが好適である。
【００３１】
さらに、本発明では、ストランド流動により浸漬ノズルからの反転流の流速を増加させているが、そのため、鋳型でのメニスカス部の湯面変動が生じやすくなっている。このメニスカス部の湯変動は、例えば、鋳型内に、鋳型と鋳片の凝固シェル間の潤滑を確保するためのパウダーを添加していた場合に、パウダーの、溶鋼への巻き込みを増加させて、パウダーによる鋳片の表面欠陥の増加するおそれが考えられる。
そこで、鋳型のメニスカス部近傍に、鋳型長辺の両側から静磁場を印加することによって湯面変動を抑制することが好ましい。この抑制によって、ストランド流動によるメニスカスの変動を抑制し、パウダーによる表面欠陥を効果的に防止することが可能となる。具体的には、１００Ａ以上の直流電源を使用して、０．１〜０．３テスラ（１０００から３０００ガウス）程度の静磁場とすることが望ましい。
【実施例１】
【００３２】
以下、スラブ連続鋳造機で実施した１２チャージの試験鋳造結果を説明する。
１チャージ約２００トンの低炭ブリキの溶鋼を、１２チャージ(試験No.１〜１２)鋳造した。発明例(試験No.１〜８)では、これらの溶鋼を、交流移動磁場装置の中心位置がメニスカスから１.０〜１.５ｍの位置にあり、交流移動磁場装置により２０〜４０ｃｍ/ｓの速度で水平方向に流動させる条件で、連続鋳造を垂直曲げ連続鋳造機で行った。なお、試験No.７および８は、２孔ノズルから吐出された溶鋼流がスラブ鋳型短辺に衝突し下降流となる地点での溶鋼流速が０．８ｍ/ｓ超となるような鋳造条件で実施した。
【００３３】
また、２孔ノズルから吐出された溶鋼流が、スラブ鋳型の短辺衝突後に下降流となる溶鋼の流速については、非特許文献２に示されている式を使用して、鋳型幅、鋳型厚み、２孔ノズル吐出孔角度および鋳造速度の鋳造条件を調整した。
但し、吐出孔からの吐出流速は、工程中のマスバランスより算出した。浸漬ノズルの吐出孔は円形で、その直径は８０ｍｍと一律である。また、メニスカス近傍に１２０Ａの直流電源による０．１テスラの静磁場を印加した。
【００３４】
さらに、比較例として、連続鋳造を垂直曲げ連続鋳造機で行った。主な鋳造条件を表１に示す。なお、全ての試験No.において、2R＝８０ｍｍ、x＝０ｍｍである。
なお、比較例(試験No.９〜１０)は、溶鋼の最適流動位置よりメニスカス部下側に流動装置を配置し、比較例(試験No.１１)は、溶鋼の最適流動位置よりメニスカス部上側に流動装置を配置した。
比較例(試験No.１２)は、ストランド流動速度が最適条件に満たない条件で流動させた。
【００３５】
【表１】
【００３６】
２０ｃｍ/ｓで溶鋼を流動させた時は、磁束密度が０．０７５テスラの旋回磁場を印加した。１０ｃｍ/ｓで溶鋼を流動させた時は、０．０５テスラの旋回磁場を印加した。ストランド流動による溶鋼流速は、鋳造後の鋳片から試料を採取し、その試料の凝固組織で確認した。すなわち、鋳造後の鋳片から検鏡用試料を切り出し、鏡面仕上げした後に酸で腐食し、凝固組織を現出させ、凝固組織のデンドライド樹枝状晶の傾き角度から、岡野らの式（非特許文献３参照）を用いて溶鋼流速を求めた。
【００３７】
また、鋳造後の鋳片の鋳造方向に垂直な面を鋳造方向に３０ｍｍ切り出し、全幅・全厚で介在物の個数を超音波探傷装置により測定した。調査結果を表２に示す。さらに、これらの鋳片の圧延後の鋼板において、介在物センサによる内部介在物の個数も調査した。結果を表２に併記する。
なお、上記の圧延は、冷間圧延であり、連続鋳造されたスラブを熱間圧延および冷間圧延して鋼板とし、この鋼板に錫めっき処理を施した。
【００３８】
【表２】
【００３９】
表２に示したように、発明例（試験No.１〜８）はいずれも、比較例と比べると、鋳片段階での内部介在物の個数が少なく、かつ鋼板の内部介在物個数も大幅に少ない結果となった。特に、２孔ノズルから吐出された吐出流の鋳型短辺衝突地点での流速を０.８ｍ/ｓ以下とした場合（試験No.１〜６）には、鋳片段階での内部介在物の個数が少なく、かつ鋼板の内部介在物個数も大幅に少ない結果となった。
【００４０】
さらに、上記した鋳片（スラブ）の内部介在物の粒径について調査した結果を図６に示す。同図より、発明例は、内部介在物の粒径が２００μｍ以下しか認められなかったのに対し、比較例は、３５０μｍ程度の粒径の内部介在物が存在していた。この結果から、特に、本発明に従う鋳片の不純物の粒径分布は、より小型にシフトし、かつ内部介在物個数も大幅に減少している。
また、パウダーによる表面欠陥も非常に少ない結果となっていることも併せて確認した。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、垂直曲げ連続鋳造に際し、アルミナやスラグなどの内部介在物が極めて少ない高品質な鋼鋳片を得ることができる。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼鋳片の連続鋳造方法に関し、２孔ノズルを用いた垂直曲げ型連続鋳造に際し、鋼鋳片の中心部における内部介在物の有利な低減を図ろうとするものである。
【背景技術】
【０００２】
２孔ノズルを用いた垂直曲げ型連続鋳造において、タンディッシュから鋳型内に溶鋼を供給する際に、溶鋼と共にアルミナやスラグといった非金属介在物が流入する。通常、これら非金属介在物は鋳型内で浮上させて分離する。しかし、非金属介在物が浸漬ノズルからの吐出流に帯同してストランド部の深くまで潜り込んだ場合、非金属介在物を鋳型内で浮上させて分離することは、極めて困難となる。
このように、ストランド部の深くまで潜り込んだ非金属介在物は、内部介在物となって鋳片に残留し、鋳片をブリキや自動車材等に加工する際には、プレス割れの起源となる。そのため、鋳片中の内部介在物は極力低減する必要がある。
【０００３】
従来、２孔ノズルを用いた垂直曲げ型連続鋳造機には、上記したような非金属介在物の浮上分離を促進するために、垂直部が設置されている。この垂直部の浮上分離作用は、大型の非金属介在物の浮上分離に対しては、一定の効果があるものの、小型の非金属介在物（約３００μｍ以下）を浮上分離させることは難しかった。しかしながら、この程度の小型の内部介在物であっても、プレス割れの起源となるおそれがあるために、低減することが望まれていた。
【０００４】
上記した問題に対し、鋳型下のストランド部に静磁場等を印加することで、浸漬ノズルからの吐出溶鋼流の速度を意図的に低下させて、介在物のストランド部への潜り込み量を低減させる方法が多数提案されている(例えば、特許文献１参照)。
しかしながら、静磁場の電磁装置によって吐出流の速度を低下させることは、吐出流により生じる反転流の速度も併せて低下させてしまう。そのため、反転流による非金属介在物の浮上効果が減少してしまい、内部介在物の低減効果が相殺されてしまうため、効果的な解決策とは言えなかった。
【０００５】
また、鋳型下のストランド部に電磁撹拌装置を設置し、溶鋼の流動方向を周期的に切替えることで、短辺に沿った溶鋼の下降流の潜り込みを衰退させ、非金属介在物の潜り込みを防止する方法が提案されている(例えば、特許文献２参照)。
【０００６】
しかしながら、この方法は、流動方向を周期的に切り替える必要があるため、流動速度がゼロになる時間帯を避けることができない。その結果、鋳造中の全ての時間帯において、非金属介在物の潜り込み量を低減することができないという問題を有していた。また、この流動方向を周期的に切替える方法には、実操業上においても、切替え時期の設定をすることが極めて難しいという問題を有していた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１５０４５０号公報
【特許文献２】特開２００６−１２２９６１号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】鉄と鋼（７８（１９９４）ｐ．４３９〜４４６）
【非特許文献２】鉄と鋼（６１（１９７５）ｐ．６８〜６９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ブリキや自動車用鋼板などを製造するための鋳片において、内部介在物の低減が切望されているにも関わらず、従来の技術では、小型の内部介在物を低減することは困難であり、その結果、製品となった薄板の内部には、小型の不純物の介在物が残留することを防ぐことができなかった。
そのために、鋳片の製品検査工程で、超音波探傷装置等の内部介在物センサにより相当量の不純物が検出された場合、当該鋳片は廃棄処分にせざるを得なかった。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、アルミナやスラグなどの非金属介在物について、大型の内部介在物はいうまでもなく、小型の内部介在物も極めて少ない高品質な鋳片を、複雑な溶鋼流動制御を伴うことなく安定して得ることのできる鋼鋳片の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
発明者らは、上記した問題を解決すべく、鋭意、研究および検討を行った。その結果、小型の内部介在物も少ない高品質な鋳片を鋳造するには、電磁撹拌により鋳型内やストランドの垂直部における溶鋼の流動を制御すること、すなわち、溶鋼の流動位置および流動速度を最適化することで、複雑な電磁流動制御を行なわなくとも、十分に小型の内部介在物を低減することができることが分かった。
【００１２】
本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、本発明の要旨構成は次のとおりである。
１．垂直曲げ型連続鋳造機において２孔ノズルを用いて連続鋳造を行うに当たり、交流移動磁場装置を、その中心が溶鋼メニスカスの下方１.０〜１.５ｍに位置するように配置し、該装置により溶鋼に対して交流移動磁場を印加して、該溶鋼の水平方向の旋回流を生じさせ、その際の流動速度を２０〜４０ｃｍ/ｓとすることを特徴とする、鋼鋳片の連続鋳造方法。
【００１３】
２．前記２孔ノズルから吐出された吐出流の鋳型短辺衝突地点での流速を０.８ｍ/ｓ以下とすることを特徴とする、前記１に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
【００１４】
３．前記溶鋼メニスカス部に対し、鋳型長辺側から静磁場を印加して、該溶鋼メニスカス部の湯面変動を抑制することを特徴とする、前記１または２に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に従い、溶鋼の水平方向の旋回流を一定速度で生じさせることにより、複雑な溶鋼流動制御を行うことなしに、内部介在物が極めて少ない高品質な鋳片を安定して鋳造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ストランド流動を伴わない場合の、鋳型内とストランド垂直部の溶鋼流動を模式的に示した図である。
【図２】メニスカスから１３００ｍｍの位置を２０ｃｍ/ｓの流速で流動をした場合の、鋳型内とストランド垂直部の溶鋼流動の状態を模式的に示した図である。
【図３】メニスカスから２０００ｍｍの位置を２０ｃｍ/ｓの流速で流動をした場合の、鋳型内とストランド垂直部の溶鋼流動の状態を模式的に示した図である。
【図４】メニスカスから３０００ｍｍの位置を２０ｃｍ/ｓの流速で流動をした場合の、鋳型内とストランド垂直部の溶鋼流動の状態を模式的に示した図である。
【図５】メニスカスから８００ｍｍの位置を２０ｃｍ/ｓの流速で流動をした場合の、鋳型内とストランド垂直部の溶鋼流動の状態を模式的に示した図である。
【図６】スラブ断面の内部介在物個数を粒径別に示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明について具体的に説明する。
一般に、鋳型内に注入される溶鋼中には、脱酸時の生成物であるアルミナやスラグ、さらにはタンディッシュの耐火物が溶損して生成した非金属介在物などが混入している。
これら非金属介在物が混入した溶鋼が鋳型内に注入されると、ストランド内部に潜り込んで凝固シェルに捕捉された場合は、鋼鋳片の内部介在物となり、前記したとおり、ブリキや自動車材等の薄板製品として使用できなくなる。
【００１８】
そこで、発明者らは、非金属介在物のストランド内部への潜り込み現象を詳細に調査し、溶鋼の流動状態と非金属介在物のストランド内部への潜り込み現象との関係について研究を重ねた。
その結果、以下に述べる方法によって、非金属介在物のストランド内部への潜り込み、特に、５０〜２００μｍ程度の小型の非金属介在物の潜り込みを大幅に減少させることに成功し、本発明を完成させるに到った。
【００１９】
すなわち、垂直曲げ型連続鋳造機を用いて鋼鋳片の連続鋳造を行うに当たり、交流移動磁場装置の中心を、溶鋼メニスカスから１.０〜１.５ｍに位置するように配置し、溶鋼に交流移動磁場を印加し、かつこの交流移動磁場装置によって２０〜４０ｃｍ/ｓの速度で、溶鋼を水平方向に流動させることである。
【００２０】
図１に、従来の一般的な鋳型内とストランド垂直部における溶鋼の流動状態を模式的に示す。同図に示したように、電磁撹拌による溶鋼流動を伴わない場合でも、鋳型内に注がれた溶鋼中の非金属介在物はすべて内部介在物になるわけではない。大型の非金属介在物であれば、自身の浮力で浮上し、小型の介在物でも、その一部は、図１に示したような、２孔ノズルの吐出孔からの反転流に帯同されて上昇し、浮上分離することができる。
これは、吐出孔からの反転流の速度を増加させることによって、鋳型内に注がれた非金属介在物の浮上は促進することができるということを意味している。
【００２１】
ついで、発明者らは水モデル実験装置を使用し、ストランド部において溶鋼を旋回流動（以下、ストランド流動という）させることを模擬し、装置内の様々な位置において、種々の流動速度で試験を行った。
すなわち、上述の試験では、内部介在物を模擬したトレーサーを使用して、水平方向の旋回流を模擬した水モデル実験を実施して、ストランド流動を導く電磁撹拌装置の配置位置や、ストランド部の水の流動速度が反転流へ及ぼす影響と、潜り込み防止への効果とを調査した。その結果、メニスカス部から１.０〜１.５ｍの位置において、かつ２０ｃｍ/ｓの速度で溶鋼に見立てた水を流動させることによって、図２に示すように、水の反転流の速度を効率的に増加することができ、もって、非金属介在物の潜り込みを大幅に低減できる可能性があることが明らかになった。なお、本発明で、水の流動速度は流速計を用いて測定した。
【００２２】
以下、水モデル実験結果に基づいて、さらに詳しく説明する。
例えば、図３に示すように、撹拌によるストランド流動位置が図２に示した位置よりも下方にある場合は、反転流は増加されるものの、その速度は十分でなく、介在物の浮上効果に結びつかない。
また、図４に示すように、図３に示した位置よりもさらに下方で、ストランドの撹拌をした場合は、反転流がさらにもう１つ形成されるだけで、ストランド上側の反転流の速度に変化は無い。ここで、図４の場合は、ストランド下側の反転流が生じることによって、多少の介在物の浮上効果は発生した。しかしながら、その効果は大きいものではなかった。
【００２３】
一方、ストランド流動位置が図２に示した位置よりも上方にある場合は、図５に示すように、吐出流とストランド流動域の間隔があまりに狭いために、良好な反転流が形成されなかった。
【００２４】
なお、ストランド流動の流動速度を２０ｃｍ/ｓより小さい場合には、図２に示した場合を含めて、ストランド流動位置の変更を行ったが、十分な速度の反転流を形成させることはできなかった。
また、上記図１〜５の実線は、２孔ノズルからの吐出流やストランド撹拌の影響がなくなり、均一にストランドにそって鋳造速度とほぼ同じ速度で下降していく溶鋼の流れを表す。さらに、上記図１〜５の波線は、吐出流やストランド撹拌によって形成された溶鋼の循環流を表す。
【００２５】
以上の結果より、メニスカス部から１.０〜１.５ｍの位置において、２０〜４０ｃｍ/ｓの速度でストランド流動を行うことで、図２に示したように、溶鋼が流動し、もって非金属介在物を浮上させるのに十分な速度に溶鋼の反転流が増加し、非金属介在物の潜り込み量は他の流動条件と比較して大幅に減少することが分かった。
なお、ストランド流動速度の上限は、４０ｃｍ/ｓとする必要がある。というのは、４０ｃｍ/ｓを超えると、凝固シェルの再溶解によるブレークアウト発生の可能性が生じ、また湯面変動を誘発してパウダーを巻き込む可能性があり、さらに溶鋼中の介在物濃度の増加と共に内部介在物が増加する懸念があるからである。
【００２６】
本発明に用いる交流移動磁場装置は、従来公知の装置のいずれもが使用できるが、特に、両長辺側に交流移動磁場印加装置を設置し、それぞれの装置で幅方向に同一の向きの移動磁場を印加することができ、かつ相対する装置とは、反対向きの移動磁場を印加することで旋回流を発生させることができる磁場装置（いわゆる、旋回磁場装置）が好適に使用できる。
なお、上記した磁場装置としては、リニア型コイル式で最大電流：１０００Ａ、周波数：２〜３Ｈｚの交流を印加し、その設置位置として、磁場装置の中心がメニスカスから１．０〜１．５ｍにある、などが例示できる。
【００２７】
また、本発明においては、２孔ノズルから吐出された吐出流の鋳型短辺衝突地点での流速を制御することも重要である。
例えば、浸漬ノズルからの吐出流は鋳型短辺に衝突した後に下降流となる。しかし、水モデル実験を実施しているときに、溶鋼が鋳型短辺と衝突する位置（溶鋼の短辺衝突位置）において、この下降流の流速が０．８ｍ/ｓを超えた場合、ストランド流動域を突き抜ける流量の割合が大きくなって、非金属介在物の潜り込み量低減の効果が減る傾向にあることが分かった。
【００２８】
このような場合において、十分な不純物低減の効果を得ようとすると、ストランド流動の旋回速度を大幅に増加することが必要であると考えられるが、この速度増加は、鋳片の凝固シェルの再溶解を招くおそれが生じてしまうため、現在のように大型化した連続鋳造機を用いる工程ではその適用が困難である。
従って、特に、大型化した連続鋳造機を用いる工程では、凝固シェルの再溶解を防止する流動速度で、かつ十分な介在物の潜り込み量低減の効果を得るためには、下降流の最大流速が短辺衝突位置で０．８ｍ/ｓ以下となるように、ストランド部を流動させる条件で鋳造することが望ましい。
【００２９】
なお、本発明における溶鋼の短辺衝突位置における下降流の最大流速は、以下に示す非特許文献１の式を用いて求めることが出来る。すなわち、以下の式に示されているように、２孔（浸漬）ノズルから吐出した流れの短辺衝突位置における下降流の流速は、鋳型の幅や厚み、さらには２孔ノズルの孔径や吐出孔角度および鋳造速度で決定する。
ｕ＝（12.6RV／（Lo+x））×（（1+sinθ）／２） 但し、（（Lo+x）/2R）≦36.5
ｕ＝（920R2V／（Lo+x）2）×（（1+sinθ）／２） 但し、（（Lo+x）/2R）＞36.5
ｕ：シェル衝突後の下向き流速、2R：ノズル径、V：吐出流速、Lo：ノズル孔から短辺衝突位置までの距離、x：衝突点から短辺に沿った距離、θ：吐出孔角度。
【００３０】
ここに、鋳型の幅や厚み、２孔ノズルの孔径や吐出孔角度および鋳造速度は、垂直曲げ型連続鋳造機を使用する際の従来公知の条件を用いることができるが、以下に示す範囲、すなわち、
鋳型の幅は、９００〜２０００mm、鋳型の厚みは、２００〜３００mm、２孔ノズルの孔径は、６０〜１００mm、吐出孔角度は、０〜５０°、および鋳造速度は、１．０〜３．０m/min程度とすることが好適である。
【００３１】
さらに、本発明では、ストランド流動により浸漬ノズルからの反転流の流速を増加させているが、そのため、鋳型でのメニスカス部の湯面変動が生じやすくなっている。このメニスカス部の湯変動は、例えば、鋳型内に、鋳型と鋳片の凝固シェル間の潤滑を確保するためのパウダーを添加していた場合に、パウダーの、溶鋼への巻き込みを増加させて、パウダーによる鋳片の表面欠陥の増加するおそれが考えられる。
そこで、鋳型のメニスカス部近傍に、鋳型長辺の両側から静磁場を印加することによって湯面変動を抑制することが好ましい。この抑制によって、ストランド流動によるメニスカスの変動を抑制し、パウダーによる表面欠陥を効果的に防止することが可能となる。具体的には、１００Ａ以上の直流電源を使用して、０．１〜０．３テスラ（１０００から３０００ガウス）程度の静磁場とすることが望ましい。
【実施例１】
【００３２】
以下、スラブ連続鋳造機で実施した１２チャージの試験鋳造結果を説明する。
１チャージ約２００トンの低炭ブリキの溶鋼を、１２チャージ(試験No.１〜１２)鋳造した。発明例(試験No.１〜８)では、これらの溶鋼を、交流移動磁場装置の中心位置がメニスカスから１.０〜１.５ｍの位置にあり、交流移動磁場装置により２０〜４０ｃｍ/ｓの速度で水平方向に流動させる条件で、連続鋳造を垂直曲げ連続鋳造機で行った。なお、試験No.７および８は、２孔ノズルから吐出された溶鋼流がスラブ鋳型短辺に衝突し下降流となる地点での溶鋼流速が０．８ｍ/ｓ超となるような鋳造条件で実施した。
【００３３】
また、２孔ノズルから吐出された溶鋼流が、スラブ鋳型の短辺衝突後に下降流となる溶鋼の流速については、非特許文献２に示されている式を使用して、鋳型幅、鋳型厚み、２孔ノズル吐出孔角度および鋳造速度の鋳造条件を調整した。
但し、吐出孔からの吐出流速は、工程中のマスバランスより算出した。浸漬ノズルの吐出孔は円形で、その直径は８０ｍｍと一律である。また、メニスカス近傍に１２０Ａの直流電源による０．１テスラの静磁場を印加した。
【００３４】
さらに、比較例として、連続鋳造を垂直曲げ連続鋳造機で行った。主な鋳造条件を表１に示す。なお、全ての試験No.において、2R＝８０ｍｍ、x＝０ｍｍである。
なお、比較例(試験No.９〜１０)は、溶鋼の最適流動位置よりメニスカス部下側に流動装置を配置し、比較例(試験No.１１)は、溶鋼の最適流動位置よりメニスカス部上側に流動装置を配置した。
比較例(試験No.１２)は、ストランド流動速度が最適条件に満たない条件で流動させた。
【００３５】
【表１】
【００３６】
２０ｃｍ/ｓで溶鋼を流動させた時は、磁束密度が０．０７５テスラの旋回磁場を印加した。１０ｃｍ/ｓで溶鋼を流動させた時は、０．０５テスラの旋回磁場を印加した。ストランド流動による溶鋼流速は、鋳造後の鋳片から試料を採取し、その試料の凝固組織で確認した。すなわち、鋳造後の鋳片から検鏡用試料を切り出し、鏡面仕上げした後に酸で腐食し、凝固組織を現出させ、凝固組織のデンドライド樹枝状晶の傾き角度から、岡野らの式（非特許文献３参照）を用いて溶鋼流速を求めた。
【００３７】
また、鋳造後の鋳片の鋳造方向に垂直な面を鋳造方向に３０ｍｍ切り出し、全幅・全厚で介在物の個数を超音波探傷装置により測定した。調査結果を表２に示す。さらに、これらの鋳片の圧延後の鋼板において、介在物センサによる内部介在物の個数も調査した。結果を表２に併記する。
なお、上記の圧延は、冷間圧延であり、連続鋳造されたスラブを熱間圧延および冷間圧延して鋼板とし、この鋼板に錫めっき処理を施した。
【００３８】
【表２】
【００３９】
表２に示したように、発明例（試験No.１〜８）はいずれも、比較例と比べると、鋳片段階での内部介在物の個数が少なく、かつ鋼板の内部介在物個数も大幅に少ない結果となった。特に、２孔ノズルから吐出された吐出流の鋳型短辺衝突地点での流速を０.８ｍ/ｓ以下とした場合（試験No.１〜６）には、鋳片段階での内部介在物の個数が少なく、かつ鋼板の内部介在物個数も大幅に少ない結果となった。
【００４０】
さらに、上記した鋳片（スラブ）の内部介在物の粒径について調査した結果を図６に示す。同図より、発明例は、内部介在物の粒径が２００μｍ以下しか認められなかったのに対し、比較例は、３５０μｍ程度の粒径の内部介在物が存在していた。この結果から、特に、本発明に従う鋳片の不純物の粒径分布は、より小型にシフトし、かつ内部介在物個数も大幅に減少している。
また、パウダーによる表面欠陥も非常に少ない結果となっていることも併せて確認した。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明によれば、垂直曲げ連続鋳造に際し、アルミナやスラグなどの内部介在物が極めて少ない高品質な鋼鋳片を得ることができる。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直曲げ型連続鋳造機において２孔ノズルを用いて連続鋳造を行うに当たり、交流移動磁場装置を、その中心が溶鋼メニスカスの下方１.０〜１.５ｍに位置するように配置し、該装置により溶鋼に対して交流移動磁場を印加して、該溶鋼の水平方向の旋回流を生じさせ、その際の流動速度を２０〜４０ｃｍ/ｓとすることを特徴とする、鋼鋳片の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記２孔ノズルから吐出された吐出流の鋳型短辺衝突地点での流速を０.８ｍ/ｓ以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
【請求項３】
前記溶鋼メニスカス部に対し、鋳型長辺側から静磁場を印加して、該溶鋼メニスカス部の湯面変動を抑制することを特徴とする、請求項１または２に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
【請求項１】
垂直曲げ型連続鋳造機において２孔ノズルを用いて連続鋳造を行うに当たり、交流移動磁場装置を、その中心が溶鋼メニスカスの下方１.０〜１.５ｍに位置するように配置し、該装置により溶鋼に対して交流移動磁場を印加して、該溶鋼の水平方向の旋回流を生じさせ、その際の流動速度を２０〜４０ｃｍ/ｓとすることを特徴とする、鋼鋳片の連続鋳造方法。
【請求項２】
前記２孔ノズルから吐出された吐出流の鋳型短辺衝突地点での流速を０.８ｍ/ｓ以下とすることを特徴とする、請求項１に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
【請求項３】
前記溶鋼メニスカス部に対し、鋳型長辺側から静磁場を印加して、該溶鋼メニスカス部の湯面変動を抑制することを特徴とする、請求項１または２に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１１−２１２７１８（Ｐ２０１１−２１２７１８Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８３７７１（Ｐ２０１０−８３７７１）
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月３１日（２０１０．３．３１）
【出願人】（０００００１２５８）ＪＦＥスチール株式会社 (8,589)
【Ｆターム（参考）】
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