JPS597536B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は鋼の連続鋳造方法において、鋳型内の凝固界面
に連続した電磁流動を効果的に形成しつつ連続鋳造する
方法に関する。

リムド鋼、セミキルド鋼相当の鋼を連続鋳造で製造する
試みは古くから行なわれているが、操業性並びに品質、
特に鋳片表面に発生する気泡欠陥の問題から未だ実用化
に至っていない。

溶鋼中に発生するガス気泡を除去する方法については、
例えば電磁攪拌力を利用するものが検討されている。

この電磁攪拌力を利用して溶鋼中のガス気泡を除去する
方法については多数の報告があるが、しかしこれら公知
の方法は何れもすでに生じてしまったガス気泡を除去す
る方法であり、強烈な力を必要とする。

これは、発生してしまった後のガス気泡を物理的に除去
するからであシ、このようにガス気泡を物理的に除去す
る場合には鋳型内湯面を大きく乱してしまい、いわゆる
パウダーキャスティングのメリットを消失させてしまう
結果となる。

そこで本願出願人は先にガス気泡に成長する前のガス気
泡の核の段階で流動を与えるすなわちガス気泡となって
しまった段階よシも、それに成長する前の核の段階の方
がはるかに小さい力で除去できること並びにこのガス気
泡の核は鋳型内湯面からすでに発生することに着目し、
この湯面自身に溶鋼流動を与えれば湯面を大きく乱すこ
とのない極めてゆるやかな流速でもって鋳片表面でのガ
ス気泡の発生が抑止できることを提案した（特願昭５３
−９９９７２号）。

しかしながら、この方法では、湯面への流動の与え方と
して湯面に対して垂直の回転流を採用した場合に、流速
が湯面を乱さないようなゆるやかなものであることから
、鋳型の両短辺側湯面部において溶鋼流動のないよどみ
部の生じるのは避けられず、被処理鋼の酸素含有量によ
っては鋳片表面にガス気泡が露呈する欠点があった。

しかして、上記欠点を解消すべく種々検討したところ、
鋳型内の凝固界面に連続した電磁流動を与えるようにす
れば上記欠点の解消できることが判明した。

すなわち、このような電磁流動であると上記のような溶
鋼流動のよどみ部の発生は無くなシ鋳片表面でのガス気
泡の発生は確実に抑止できるものである。

本発明でいう電磁流動とは以下のものを指す。

前述の先願と同様 １）気泡の核発生はその成長に比べておこりにくく所定
以上の元素濃度を必要とする、 ２）気泡の核は凝固開始点すなわち湯面部位の凝固界面
からすでに発生する、 ３）元素濃度は凝固界面において著しく濃化する、事実
に着目し、鋳型内溶鋼湯面部位凝固界面における元素濃
度を気泡の核の発生限界以下とし、しかもその際に湯面
上パウダーを乱さない程度の流速、の電磁流動を指す。

すなわち、鋳型内湯面部位の凝固界面周囲に与えられる
気泡の核の生成の抑制に有効な膜状の溶鋼流動をいい、
後に詳述する如く特に鋳型に設置したりニャモーターに
て与える電磁流動をいう。

このように鋳造過程において湯面部位の凝固界面周壁に
溶鋼の電磁流動を与えることによシ凝固界面での成分元
素の濃化が抑制されて得られる鋳片の表層部全周に健全
な凝固層が形成されしかもこの流動は後述の如くゆるや
かで、かつ凝固壁に近い部分に与えるものであることか
ら湯面（パウダー）を何ら乱すことがないものである。

上記電磁流動は、後述の如く気泡核の生成抑制に必要で
かつ湯面上パウダーを乱さない０．１〜１． ０ ｍ／
ｓｅｃの流速である。

そしてこの電磁流動の及ぶ範囲が広い場合には、溶鋼注
入用浸漬ノズルに影響を受けて湯面パウダーに乱れが生
じ、パウダー巻き込み等によシ正常なパウダーキャステ
ィングが実施できなくなるので、電磁流動はできる限シ
凝固壁に近い部分で生じさせるのが良い。

このだめには電磁流動を与えるリニャモーターの周波数
を例えば５〜２０Ｈｚのうちでも高い側に設定し、得ら
れる流速勾配を大きく凝固壁側で高く離れる（鋳型中央
へ行く）に従って急速に低くなるようにする必要がある
。

ところが周波数を高く設定すると推力が小さくなってリ
ニャモーターの影響範囲がせまくなり、鋳型高さ方向で
の設置個数を増加する必要が生じたシ、あるいは流速の
絶対値そのものも低下するので、電流値を向上させるこ
とによりこれらを解消する。

なお鋳型中央にまで溶鋼流動を与える公知例のものは、
本発明でいう電磁流動とは逆に流速勾配を成るべく小さ
くするため周波数を成るべく低く設定しているわけであ
るがこれであるといくら速度勾配が小さいといっても壁
面側の流速は早くなり、結果としてパウダーを乱すよう
な流速となってしまう。

以上のように、リムド、セミキルド鋼等のいわゆる未脱
酸鋼の連鋳化に際しては、鋳型内凝固界面における連続
した膜状の電磁流動が有効であるが、一方、キルド鋼に
おいてもこのような電磁流動が有効である。

すなわち、キルド鋼を連続鋳造によシ製造する場合、ア
ルミの割れ感受性により表面疵が発生し易く、このため
鋳型内パウダーを低粘性のものにして、パウダーの不均
一流入を防止したシ、スラグ化率を改善して対処してい
るが、これらによっても抜本的に鋳片表面欠陥の発生は
防止されていない。

このようなキルド鋼の連続鋳造に当って、上記のような
電磁流動を与えると、凝固界面に与えられる溶鋼流動に
てここに元素濃度の低くなった擬似リム層が極めてゆる
やかな流速でもって形成され、これによって鋳片表面の
アルミの割れ感受性が低くなり、表面欠陥の発生が抑制
できるものである。

このように、脱酸鋼、未脱酸鋼にかかわらず、ピンホー
ルのない層あるいは擬似リム層等の健全凝固層形成上鋼
の連鋳にとっては鋳型内凝固界面における連続した電磁
流動が極めて有効である。

しかしながら、上記の電磁流動を付与する場合、流動を
付与する深さが重要となる。

すなわち、連鋳にて得た鋳片は圧延工程までの間特に加
熱工程でその表面が酸化されスケールオフが生じるが、
鋳造段階においてこのスケールオフ厚み以上気泡のない
健全な凝固層が存在すれば加熱炉において鋳片内部に存
在する気泡の酸化は抑制できる。

第１図に、加熱炉在炉時間と生成されるスケール（酸化
膜）厚みとの関係を加熱温度毎に示すが、この第１図に
示すように、スケール厚みは１〜２ｍｍ程度であシ、安
全をみても約５ｍ／ｍ程度の厚みの健全凝固層を鋳造段
階において形成しておけば、スケールオフにて気泡が露
出されることは無くなる。

従って本発明においては、少なくともスケールオフ厚み
に相当する凝固厚安全をみて約５ｍ／ｍの凝固厚が形成
されるまでの間の凝固界面に上記膜状の電磁流動を付寿
することを前提とするものである。

通常の鋳造速度においてこの５ｍ／ｍの凝固厚さが得ら
れる位置は第２図実線で示す如く湯面下１０ｃＩｒＬ程
度であるがしかし本発明者らの調査によると、上記の膜
状の電磁流動を凝固界面に与えると、凝固状況は通常の
場合に比べ可成シ違った様相を呈す。

すなわち、第２図点線で示すように初期の凝固速度は流
動の影響にて通常に比し遅れが生じる。

従って、本発明の実施に当っては、この現象を考慮し、
鋳型内湯面を含み、通常の場合よシ下方まで、例えば第
２図に従えばここから下約２５ｃＩＩＬの位置までの電
磁流動の付与となる。

このように本発明では湯面を含み、ここから、スケール
オフ厚み以上の凝固厚が形成されるまでの間電磁流動を
付与せしめ、スケールオフ厚み以上の健全凝固層を形成
せしめてスケールオフにて気泡が表面に露出しないよう
にするものである。

この説明ではピンホールの場合を中心に説明したがキル
ド鋼の場合も、スケールオフにても擬似リム層が残存す
ることから同様に効果的である。

なお、第２図において電磁流動の流速は０．４〜１．
０ ｍ ／ｍ ｉｎで鋳造速度は１．０ｍ／ｍｉｎであ
る。

上記の範囲内に与える電磁流動は後述の如く鋳型内部に
組み込んだリニャモーターにて与えるわけであるが、実
際問題としてこのりニャモーターの高さ方向での設置位
置が重要である。

第３図は本発明における装置の一例を示し、この第３図
に示すように、スラブ鋳型１内の両長辺に沿ってそれぞ
れリニャモーター３を設置し、この推力を互いに異なる
方向４，４′に与えて、上記のスケール厚み相当凝固厚
が形成される部位までの凝固界面溶鋼に電磁流動を与え
るが、この際本発明では、このスケール厚み以上の凝固
層が形成できる範囲内で、上記リニャモーターの設置位
置を成るべく鋳型内湯面位置に近づけるものである。

すなわち鋳型内において、湯面を含みそこから少なくと
も上記スケール厚み相当の凝固層が形成されるまでの部
位の凝固界面溶鋼に電磁流動を得る場合、リニャモータ
ーを設置した壁面側に発生した流動が隣接する鋳型短辺
壁面に衝突し、この結果流れは短辺をへて反対側の長辺
に向かう成分と共に上下に分れる成分とになる。

このうち上昇方向の流れ成分が電磁流動成分に比べて強
過ぎる場合には鋳型内場面パウダーを乱してしまうこと
になる。

つまシ、この上昇流が電磁流動に比し強過ぎる場合には
湯面において鋳型巾方向中央部へ向う流れとなシ湯面上
のパウダーは鋳型中央部に寄せ集められ鋳型壁面近くの
湯面上にはパウダーが位置しなくなシ、正常のパウダー
キャスティングは望むことはできずブレークアウト等の
大きなトラブルにつながる危険性が生じる。

この点について本発明者等が調査したところ、上記の鋳
型壁面の溶鋼上昇流はりニャモーターの設置位置を湯面
から遠ざけるにつれて大きくなることが判明した。

この状況を第４図に示す。

この第４図は同一出力条件で、リニャモーターの設置位
置高さを変更した場合の湯面の状況を示し、溶鋼の露出
量の変化を示したものである。

この第４図から明らかなようにリニャモーターを湯面か
ら遠ざけるにつれ上昇流の影響にて湯面パウダーの機能
は損なわれる。

リニャモーターの設置位置が湯面下１００ｍ／ｍ以内で
あれば、ブレークアウトの危険性は全く生じない。

限界については経験上湯面下２００ｍ／ｍ以内であれば
、多少湯面が露出してもブレークアウトが生じなかった
ことから、湯面下２００ｍ／ｍ以内である。

なおリニャモーターを湯面位置に設置しても出力等の調
整にてスケール厚みに相当する凝固層まで電磁流動を及
ぼすことは可能である。

しかして本発明においては、リニャモーターの設置位置
を成るべく湯面に近づける、定量的には湯面位置から湯
面下２ ０ ０ ｍ／ｍ以内の範囲としてスケール厚み
に相当する凝固層が形成されるまでの部位の鋳型内凝固
界面に電磁流動を与えるようにしたもので、これによシ
壁面衝突による上昇流の発生を最小に抑制し、鋳型内湯
面パウダーに大きな乱れが生じないようにしたものであ
る。

なお湯面を乱さず電磁流動を形成する手段としては流速
の低下が考えられるが、これでは鋳片表面に健全な凝固
層を形成するといった本来の目的が達成できない。

第５図は本発明における一装置例の模型図を示し、第３
図のＡ−Ａ断面図を示す。

第５図に示すように本発明では、リニャモーター３の設
置位置を湯面近く例えば湯面６下２ ０ ０ ｍ／ｍ以
内とし、このリニャモーター３の出力の調整によシ湯面
６を含み、ここからスケールオフ厚みに相当する凝固厚
が得られるまでの部位の凝固界面に連続した電磁流動を
与える。

この電磁流動を所定範囲に与える手段としてはこの第５
図の例以外に、第６図ａあるいは第６図ｂＫ示すような
ものでもよい。

第６図ａの例は湯面６位置に電磁攪拌器３を設置し、出
力の調整により湯面６を含みそこから所定凝固厚、すな
わちスケールオフ厚以上の厚みが得られる位置まで電磁
流動５の影響が及ぶようにしたもので、第６図ｂの例は
湯面６から、所定凝固厚が得られる位置にまで及ぶ様な
出力のりニャモーター３を設置した例である。

何れにせよ、発生上昇流による湯面の乱れを抑制するこ
とを主目的とする限シ所定凝固厚が形成できる範囲内に
おいて、リニャモーターの設置位置を成るべく上方とす
る。

更に、上記の鋳型内の凝固界面に与える電磁流動の流速
については、具体的には０．１〜１．０ｍ／ｓｅｃ好ま
しくは０． ４ 〜１． ０ ｍ／ ｓｅｃといった比
較的ゆるやかなものである。

すなわち０．１〜０．４ ｙｎ／ｓｅｃ以上の流速であ
れば気泡核の生成の抑制並びに擬似リム層の形成に有効
であシ、一方１．０ｍ／ｓｅｃ以上では効果が頭打ちと
なるばかりか、いくら本発明に従いリニャモーター３の
設置位置を例えば湯面下２００ｍ／ｍ以内としても電磁
流動の※多鋳型壁面衝突エネルギーが強くなシ過ぎ、発
生上昇流にて湯面を乱してパウダーキャスティング本来
のメリットを消失させてしまうからである。

なお、前述の如く本発明においては湯面から上記電磁流
動を与えるとしたが、これは冒頭の如く特に未脱酸鋼の
場合に、ガス気泡の核が湯面からすでに発生するからで
あシ、ここから所定厚の健全凝固層が形成されるまでこ
の凝固界面に電磁流動を与えてガス気泡がこの凝固層内
で発生するのを完全に防止するだめである。

この健全凝固層を所定厚み分完全に形成するという点で
は脱酸鋼も共通しており、脱酸鋼の場合も同様に湯面か
らこの電磁流動を与える。

更に本発明において電磁流動を与える場合、電磁流動を
スムースに形成するためには鋳型の四隅をすみ取りする
のが好ましい。

次に本発明の実施例を比較例と共に説明する。

下記表に示す未脱酸鋼（＆ｌ，２．）、脱酸鋼（Ａ３
， ４ ）を対象に本発明を実施した。

鋳造条件は以下の通シである。

処理量は何れも１００Ｔｏｎである。

鋳型寸法・・・・・・２ ５ ０ ｍ／ｍ （厚）Ｘ２
１００ｍ ／ｍ （巾） 鋳造速度・・・・・・０． ７ ｍ／ｍｉｎリニャモー
ター設置位置並びに推力方向、設置位置の鋳片凝固厚・
・・・・・鋳型内湯面下１００ｍ／ｍで各長辺に１ヶ、
それぞ れの推力方向が反対とな るよう設置、凝固厚３ ｍ／ｍ リニャモーターの出力・・・・・・鋳型内湯面から凝固
厚さ５ｍ／ｍの範囲 において電磁流動の 流速が０．１〜０．５ ｍ／ｓｅｃとなる様調 整。

注入ノズル・・・・・・外径Ｌｏｏｍ／ｍのものを鋳型
中央において使用。

以上の実施例１〜４何れの場合も鋳型内湯面上パウダー
の乱れは一切なく、実施例１．２においては鋳片表面に
ガス気泡のない層が周囲全体に約５ｍ／ｍ形成され、そ
の内部にガス気泡位置していた。

そして実施例３，４においては鋳片表面に擬似リム層が
周囲全体に均一に約５ｍ／ｍ形成されていた。

そして以上の如くして得た鋳片を常法に従い最終成品に
したが実施例１，２においてはガス気泡に基づく表面欠
陥は全く見られなかったし、これ以外の表面欠陥につい
ても低減効果が見られた。

そして、３，４においては表面手入れ率は通常のものに
比べ６０係減少しだ。

このように実施例では湯面の乱れなく鋳型内凝固界面に
電磁流動が形成できたことはもちろん、パウダーを乱さ
ない電磁流動が得られたことにより、パウダー流れ込み
が均一に、円滑に行なえたので、これによる表面欠陥低
下効果も見られたものである。

比較例 実施例１〜４と同一組成の溶鋼を、リニマモーターの設
置位置を湯面下２２０ｍ／ｍにしたこと以外は上記実施
例と同一条件で鋳造した。

しかし湯面の乱れが激しくパウダーが鋳型中央に寄り集
まってしまいブレークアウトのけ念があったので途中で
推力を与えるのを止めて鋳造した。

この結果屋１，２の鋳片は表面にピンホールが多発し、
著しい歩留低下をきたし、＆３，４の鋳片は表面手入れ
率は通常レベルに戻ってしまうった。

なお上記実施例並びに比較例で用いたパウダーは何れも
以下のものを使用した。

ＣａＯ／ＳｉＯ２＝１．０ Ａｌ２０３＝１０φ Ｎａ十＝ ３． ５ Ｋ＋＝２．５ Ｆ一＝４ Ｃ＝４．５ 粘性 ａｔｌ５００℃、２．３Ｐｏｉｓｅ融点 １１５
０℃ 以上実施例並びに比較例から明らかなように、本発明は
、リニャモーターの設置位置を成るべく湯面近くとして
鋳型内の所定位置の凝固界面に電磁流動を与えるように
したので、電磁流動の鋳型壁面衝突による上昇流の発生
を最小に抑制でき鋳型内湯面の乱れを伴なうことのない
電磁流動を安定的に形成できるものである。

従って、このｔ磁流動を安定的に鋳型内凝固界面所定部
位に湯面の乱れなく形成できることにより未脱酸鋼スラ
ブの連鋳化が安定して可能となると共に脱酸鋼スラブの
連鋳に当っては表面疵の発生低減が可能となる。

このように本発明は未脱酸鋼並びに脱酸鋼の連鋳に寄与
すること犬である。

【図面の簡単な説明】

第１図は加熱炉在炉時間と生成されるスケール厚みとの
関係を示す図、第２図は電磁流動を与えた場合と与えな
い場合の凝固状況を比較して示す図、第３図は本発明の
実施態様例を示す上面模型図、第４図はりニャモーター
の設置位置と湯面状況の関係を示す図、第５図は第３図
のＡ−Ａ断面を示す図、第６図ａ，ｂは本発明の他の例
を示す第３図Ａ−Ａ断面図である。 １・・・・・・鋳型、２・・・・・・長辺、３・・・・
・・リニャモーター、４，４′・・・・・・推力方向、
５・・・・・・電磁流動、６・・・・・・湯面、７・・
・・・・溶鋼注入浸漬ノズル、８・・・・・・パウダー
、９・・・・・・短辺。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 鋳型内に設けたりニャモーターにて、少なくとも鋳
   造中から圧延開始までの間に生成されるスケール厚みに
   相当する凝固層が形成されるまでの部位の凝固界面溶鋼
   に電磁流動を与えて上記スケール厚みに相当する以上の
   健全凝固層を形成するに当シ、上記リニャモーターの上
   端位置が湯面下２ ０ ０ ｍ／ｍ以内となるように設
   置し、かつリニャモーターの電磁流動による溶鋼の流速
   を０．１〜１．０ｍ／ｓｅｃとして連続鋳造を行なうこ
   とを特徴とする鋼の連続鋳造方法。