JPH0375256B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、鋳塊の上面側および下面側のコール
ドシヤツトの深さの均一化を図り、しかも浅く且
つ不鮮明なものとする為の水平連鋳におけるコー
ルドシヤツトの改善方法に関するものである。

［従来の技術］ 水平連鋳の開発および実用化は各国において鋭
意進められているが、通常の垂直ベンデイング型
や湾曲型等の縦型連鋳における２次冷却帯撹拌と
同様の目的、即ち等軸晶帯の増加や中心偏析の改
善を図る目的で電磁撹拌を適用することも検討さ
れている。しかし実用化できるものは少なく、電
磁撹拌の効果を十分に享受できるには至つていな
い。

水平連鋳機は、その構造上の理由によつて間欠
引抜きが不可欠となつているが、間欠引抜きを行
なうとコールドシヤツトと呼ばれる表面欠陥が発
生し、この疵が圧延後にも残留するという問題が
ある。その為良塊の歩留低下を覚悟の上で鋳塊表
面の溶削或は切削をおこなつているのが実情であ
り、コールドシヤツトの発生自体を防止する対策
の確立が望まれている。

そこで鋳型−ノズル間の耐火物内径を鋳型内径
に近づける様なブレークリングを取付ける方法等
も提案されているが［「鉄と鋼」67巻（1981）、８
号、1377頁］、この方法では、コールドシヤツト
の発生はある程度緩和されるものの、今度は鋳型
とブレークリングの境界点辺りでコールドシヤツ
トの発生が認められた。又引抜きサイクルを増加
させてコールドシヤツト深さを軽減するという提
案もあるが［「鉄と鋼」67巻（1981）、８号、1387
頁］、コールドシヤツト深さの軽減効果が不十分
であると共に引抜き機構が複雑になり過ぎるとい
欠点もある。一方丸形ビレツトの水平連鋳にあつ
ては、鋳型内における上面側と下面側の冷却が不
均一となり、冷却の不十分な上面側に表面縦割れ
という欠陥を発生するが、これの防止対策につい
ては未だ報告されていない。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明はこの様な状況を憂慮してなされたもの
であつて、縦型連鋳において著効を発揮している
電磁撹拌技術の効果的な利用方法を探究した結果
適正撹拌条件を見出し、茲に本発明の完成を見た
ものである。即ち本発明の目的は、水平連鋳の実
施において問題となるコールドシヤツトや表面縦
割れを可及的に抑制し得る鋳型内電磁撹拌条件を
確立することにある。

［課題を解決する為の手段］ 上記目的を達成し得た本発明方法とは、鋳型−
ノズル間にブレークリングを取付けて間欠引抜き
を行なう水平連鋳操業におけるコールドシヤツト
の改善方法であつて、引抜きサイクルを
70cycle／min以上とし且つ次に示す条件の枠内
で、鋳型から鋳型とブレークリングの境界点を含
む辺りまで電磁撹拌力を作用させつつ操業を行な
い、水平連鋳々塊の上・下両面側におけるコール
ドシヤツトの減少且つ均一化並びに不鮮明化を図
る点に要旨を有するものである。

1045e^-0.16f≦Ｇ≦2054e^-0.12f 但しＧ：磁束密度（ガウス） ｆ：１〜15Hzの周波数 ［構成および作用］ 本発明者等の研究によると、撹拌力を増強する
につれてコールドシヤツトおよび表面縦割れは減
少する方向に向うが、撹拌強度があるレベル以上
に高まると上記の効果も飽和に達し、逆に表層部
の負偏析が増加するという傾向があるということ
が分かつた。そこで最適の撹拌強度範囲を解明す
ることを当面の目標とし、種々研究を行なつたの
で、その経緯に沿いつつ本発明の構成および作用
効果を明らかにしていく。

まず鋳型内における電磁撹拌の効果を調査する
為、水平連鋳機の鋳型（110mmφ 、110mm□ 、150
mmφ ）に回転磁界型撹拌装置を取付け、0.23％Ｃ
鋼、0.40％Ｃ鋼、0.60％Ｃ鋼、1.00％Ｃ鋼、SUS
304ステンレス鋼の鋳造実験を行なつた。撹拌条
件は周波数２〜10Hz、磁束密度1300ガウス
（max）の間で変化させ、コールドシヤツトの深
さや形状に及ぼす影響を調査した。尚引抜き速度
は0.5〜2.0ｍ／min、引抜きサイクルは20〜
100cycle／minとした。又このとき水平連鋳機に
取付けた撹拌装置の概略は第１図に示す通りであ
り、図中の各記号はＡ：溶鋼、１：タンデイツシ
ユ、２：ノズル、３：ブレークリング、４：鋳
型、５：電磁撹拌装置、６：スプレー、７：ピン
チロール、Ｂ：ブルームを夫々意味する。但し、
図示したものは、鋳型とブレークリングの境界点
を含む辺りまで電磁撹拌力を作用させていないも
のである。

第２図は引抜サイクルとコールドシヤツト（深
さ）の関係を示すグラフで、引抜サイクルの増大
につれてコールドシヤツトが浅くなる傾向を見せ
ており、又ブルームＢの上面側と下面側を比較す
ると、下面側コールドシヤツトの方が全般的に深
くなつている。これは引抜サイクルの増大によつ
て凝固シエルが薄いうちに次々と引抜かれていく
からであり、又下面側の冷却凝固が早くコールド
シヤツト形成の原因が譲成され易いからである。
即ちこれらの事実は冷却を遅くし、且つ引抜サイ
クルを増大させることがコールドシヤツトを浅く
する為の１つのポイントであることを教えてい
る。

第３図は鋳型内電磁撹拌によるコールドシヤツ
ト深さの変動を示すグラフであつて、周波数の如
何にかかわらず高磁束密度（鋳型内壁面の最高磁
束密度）側程浅くなる傾向を示しているが、この
傾向は４Hzの場合よりも６Hzや８Hzの場合の方が
顕著に現われている。又上面側と下面側の比較で
は、前第２図の場合と比べて両者間でのコールド
シヤツトの差は少なくなる傾向を示している。こ
れは同一磁束密度という条件の下では周波数が大
きくなる程撹拌流速が大きくなつてコールドシヤ
ツトの形成を阻害し、又鋳型内電磁撹拌によつて
鋳型内冷却が均一となり上下面での差がなくなる
からである。即ちこれらの事実は電磁撹拌によつ
て凝固シエル厚の成長を抑制することがコールド
シヤツトを浅くする為の重要なポイントであるこ
とを教えている。

以上の意見より、コールドシヤツトの上・下面
における深さを均一化し、しかも浅くする手段と
して、引抜サイクルの増大と鋳型内撹拌の増大が
重要であるとの結論を得たので、今度はこれら両
因子の複合的影響を検討した。第４図はその結果
を示すもので、例えば６Hz、400ガウス以上の条
件下で撹拌した群と非撹拌群を比較すると、引抜
サイクルの増大につれてコールドシヤツトの深さ
が顕著に浅くなるという傾向を示しており
100cycle／minの段階では、非撹拌群が２〜5.5mm
の深さであつたものが、撹拌群では２〜３mmに減
少している。尚コールドシヤツトの深さの減少と
いう観点からすれば、第４図から明らかな様に、
引抜サイクルは70cycle／min以上とする必要が
ある。

一方鋳型内撹拌によるコールドシヤツト改善効
果は深さの減少に止まらず、形状にも影響を及ぼ
していることが分かつた。参考写真はコールドシ
ヤツトの状況に示す断面マクロ写真（３倍）で、
コールドシヤツトの部分は▲印で示す。即ち撹拌
無しの場合は、上面側および下面側共直線状のシ
ヤープな疵となつて現われ、しかも先端部に内部
割れを伴なうことが多く且つ偏析を生じる原因と
もなつているが、撹拌有りの場合（６Hz、970ガ
ウス）は、コールドシヤツトが非常に不鮮明とな
り、明確な凝固界面が残つておらない。この理由
については、凝固界面が撹拌に伴う溶鋼流動によ
つて洗浄され、凝固の初期に生成した凝固シエル
が一部再溶解されると共にこの部分に入つてきた
新しい溶鋼と混り合つて凝固する為であろうと考
えている。即ち撹拌を行なつた場合のコールドシ
ヤツトの目視発見は極めて困難であり、例えば第
５図は引抜サイクル51cycle／minにおける水平
連鋳において、撹拌無しの場合と撹拌有り（６
Hz、400ガウス以上）の場合のコールドシヤツト
発見率を比較したものであり、温塩酸腐食によつ
て疵を拡大して発見に努めたものであるが、各サ
ンプルの成績を見ても撹拌有りの場合は発見率が
少なくなつており、前述の各考察と符合した結果
が得られている。

こうして撹拌によるコールドシヤツト改善の効
果を確認したが、改善の内容および程度は一様で
なく、例えば周波数６Hzの場合についてみると、
磁束密度400ガウス迄は撹拌による改善効果が略
比例的に現われてくるが、400ガウス以上に高め
ても、もはやそれに見合う様な効果の増大は現れ
てこない。従つて経済的効用を考えてみても何ら
かの上限を求めることが必要である。

又一方凝固進行の途中で溶鋼の流動を受けたシ
エル内の合金成分濃度は、該合金成分元素の平衡
分配係数が１未満の場合は負偏析が生じ、逆に１
以上の場合は正偏席を生じることが知られてい
る。しかるにＣ、Si、Mn、Ｐ、Ｓ等の主たる合
金元素は、その平衡分配係数が１より小さい為負
偏析帯を生じ易く、特にＣの負偏析は焼入性に悪
影響を与える恐れが強いので、次式で与えられる
負偏析度を0.10以下にしておく必要がある。

負偏析度 ＝（鋼中Ｃの平均濃度）−（負偏析帯のＣ濃度）／（
鋼中Ｃの平均濃度） 従つて負偏析度を抑えるという意味からも過剰
撹拌な避けなければならず、撹拌力の上限を定め
る必要があると思われた。そこで周波数６Hzと固
定し磁束密度を変えることにより撹拌力を変化さ
せた場合におけるコールドシヤツト深さとＣの負
偏析度の関係を調べたところ、第６図に示す様な
結果が得られた。即ち1000ガウスを越えるとＣの
負偏析度が0.10を越えるので1000ガウス以下とす
る必要があり、又400ガウス未満ではコールドシ
ヤツトが深くなる場合が多く、400ガウス以上に
高めることによつてはじめてコールドシヤツト改
善効果が確実になつてくる。この様にコールドシ
ヤツト改善と負偏析の抑制を同時に実現すること
のできる領域があることを知つた。

次に第７図は撹拌と縦割れの関係を示すグラフ
であり、周波数６Hzで磁束密度を変化させたとき
の丸形ビレツト表面の縦割れ状況を示すが、表面
縦割れも磁束密度の増大に伴つて改善される。そ
してその効果はコールドシヤツト改善効果を凌駕
するものがあり、400ガウスを越えると殆んど０
となる。従つて第６図によつて与えられた適正撹
拌領域は表面縦割れに対しても有効であることが
分かつた。即ち表面縦割れの発生原因は上面側と
下面側の不均一凝固にあると考えられており、撹
拌による均一凝固の推進が表面縦割れの防止につ
ながつたものと思われる。

上述の各実験は周波数を６Hzとした場合であつ
たので、今度は周波数を変化させつつ適正な磁束
密度範囲を求めていつたところ、第８図に示す様
な結果が得られた。即ち同図の右上側領域は負偏
析度が高くなり過ぎ、左下側領域はコールドシヤ
ツトや表面縦割れが強く現われる為不適当であ
る。従つて中央の斜線部のみが好適撹拌領域であ
るが、この部分を周波数と磁束密度の関係で表わ
すと、 1045e^-0.16f≦Ｇ≦2054e^-0.12f 但しＧ：磁束密度（ガウス） ｆ：１〜15Hzの周波数 であり、この関係は各種炭素鋼やステンレス鋼を
含む種々の鋼種についても当てはまることを確認
している。ここで周波数の下限を１Hzとしたの
は、１Hz未満では撹拌が不十分であり、他方15Hz
を越えると溶鋼での減衰が顕著になつて表面部の
撹拌に終りコールドシヤツトの防止効果が発揮さ
れないからである。

ところで本発明では、鋳型から鋳型とブレーク
リングの境界点を含む辺りまで電磁撹拌力を作用
させることも必須要件とするものであるが、これ
はコールドシヤツトの最も起こり易い位置（鋳型
４とブレークリング３の境界点を含む辺り）まで
撹拌力を及ぼすことによつて、コールドシヤツト
の軽減効果を一層顕著に発揮させようとするもの
である。即ち第９図は本発明を実施する為の装置
構成例を示す概略説明図であり、電磁撹拌装置５
の取付をブレークリング３の外周側まで及ぼし、
鋳型４とブレークリング３の境界点を含む辺りま
で撹拌力を及ぼすものである。

尚本発明を実施するに当たり、電磁撹拌の向き
は金属溶湯の流れを常に一定方向としても良い
が、間欠的に正逆反転したり、或は同一方向・逆
転方向の如何にもかかわらず回転を断続させたり
することも本発明の効果を高める上で有用な場合
がある。

［発明の効果］ 本発明は以上の如く構成されているので、負偏
析の発生を可及的的に抑制しながらコールドシヤ
ツトや表面縦割れを軽減することに成功し、水平
連鋳の実用化における重大な隘路を打開すること
ができた。

【図面の簡単な説明】

第１図は鋳型内における電磁撹拌の効果を調査
する際に用いた撹拌装置の概略説明図、第２図は
引抜サイクルとコールドシヤツトの関係を示すグ
ラフ、第３図は鋳型内電磁撹拌によるコールドシ
ヤツト深さの変動を示すグラフ、第４図は引抜サ
イクルと鋳型内撹拌がコールドシヤツトに与える
影響を示すグラフ、第５図はコールドシヤツトの
発生頻度を示すグラフ、第６図は鋳型内壁面の最
高磁束密度とコールドシヤツトの関係を示すグラ
フ、第７図は鋳型内壁面の最高磁束密度と表面縦
割れの関係を示すグラフ、第８図は周波数と鋳型
内壁面の最高磁束密度の関係を示すグラフ、第９
図は本発明を実施する為の装置構成例を示す概略
説明図である。 ２……ノズル、３……ブレークリング、４……
鋳型、５……電磁撹拌装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋳型−ノズル間にブレークリングを取付けて
   間欠引抜きを行なう水平連鋳操業におけるコール
   ドシヤツトの改善方法であつて、引抜きサイクル
   を70cycle／min以上とし且つ次に示す条件の枠
   内で、鋳型から鋳型とブレークリングの境界点を
   含む辺りまで電磁撹拌力を作用させつつ操業を行
   ない、水平連鋳々塊の上・下両面側におけるコー
   ルドシヤツトの減少且つ均一化並びに不鮮明化を
   図ることを特徴とする水平連鋳におけるコールド
   シヤツトの改善方法。 1045e^-0.16f≦Ｇ≦2054e^-0.12f ［但し Ｇ：磁束密度（ガウス） ｆ：１〜15Hzの周波数］