JP3643305B2

JP3643305B2 - 溶融金属の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP3643305B2
Application number: JP2000331763A
Authority: JP
Inventors: 潤二中島; 亘山田; 和明田中; 正麻生
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-11-15
Filing date: 2000-10-31
Publication date: 2005-04-27
Anticipated expiration: 2020-10-31
Also published as: JP2001205396A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は清浄性に優れた鋼材を得るための鋳片を製造する連鋳操業技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、自動車用外板や表面処理鋼板等には、優れた加工性を有するＣが０．００４％以下の極低炭素鋼が広く用いられている。これらの超深絞り加工用材料に要求される特性として、ｒ値や伸び等の機械的特性値が優れているだけでなく、清浄性、特に従来から要求されていた表層の清浄性に加え、加工時の割れの起点となる鋳片内部の清浄性向上が求められている。
【０００３】
従来より、鋳片表面清浄性向上の手段として、例えば特開平６−０００６０６号公報に示す電磁力を用いた鋳片表層の清浄性向上技術が報告されている。鋳型内溶鋼と凝固シェルとの界面に浸漬ノズルからの吐出流と独立に均一な溶鋼流動を付与してやることにより表層の清浄性は向上する。しかしながら、加工性の厳しい薄板材の場合には、単に表層の清浄性を向上させ、疵の発生を防止するだけでなく、鋳片内部の清浄性を向上させ、加工時の割れの起点となる、鋳片内部、特に曲げ型および垂直曲げ型連続鋳造設備の上面集積部の清浄性を向上させることが重要である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、鋳片内部の清浄性を向上させるためには、例えばCAMP-ISIJ Vol.3(1990) p1110-1113に示すような電磁ブレーキ設備を設け、介在物が鋳片内部に浸透することを防止したり、鋳造速度に上限を設け浮上時間を長くする等の対策が有効であるが、新たな設備投資が必要なこと、鋳造速度制限により生産性が悪化すること、内部清浄性は向上しても、表層の清浄性が向上しない場合がある等の問題があった。
【０００５】
本発明は上述したような問題点を解消するものであって、鋳片表面清浄性に優れ、かつ、鋳片内部の清浄性にも優れた鋼材を製造するための鋳片を製造する連鋳操業技術を提供することを目的とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために、以下の構成を要旨とする。即ち、
（１）連続鋳造設備を用いてアルミ脱酸鋼を鋳造するに当たり、内部縦孔の下部には一対の鋳型幅方向に向かう下向きの吐出孔と、該底部に前記吐出孔と連通するスリット状開口部を備え、前記鋳型幅方向に向かう一対の吐出孔の面積（Ｓ１）とスリット状開口部の面積（Ｓ２）との面積比が２≦Ｓ１／Ｓ２≦５である浸漬ノズルを使用し、且つ、鋳型内溶鋼に連続的あるいは間欠的に電磁力を付与することにより鋳型内溶鋼を攪拌して鋳造することを特徴とする鋳片表層及び鋳片内部の清浄性に優れた鋳片を鋳造する溶融金属の連続鋳造方法、
（２）浸漬ノズルの吐出孔上端位置を、電磁攪拌コイル鉄心の下端位置よりも下にして鋳造することを特徴とする上記（１）記載の連続鋳造方法である。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下に本発明を詳細に説明する。
本発明の鋳造方法において、転炉あるいは電気炉等の製鋼炉で精錬した溶鋼を、必要に応じ、二次精錬設備により、脱ガス、粉体吹き込み、攪拌処理により所定の成分調整を行う。
本発明の鋳造方法において所定の成分に溶製した溶鋼を連続鋳造設備により鋳造するに当たり、溶鋼の容器から耐火物の注入管により、タンディッシュ等の溶鋼の分配容器を経て、耐火物の浸漬ノズルにより水冷銅鋳型内に溶鋼を供給する。
【０００８】
一般に、鋳型内溶鋼に電磁力を印加しない場合には、鋳型内メニスカス部溶鋼は図２の矢印で示すような流れとなる。この状態で電磁攪拌により鋳型３内に浸漬ノズル１から供給される溶鋼６の吐出流５とは独立に外力を加え、溶鋼流動を発生させ、連続的にあるいは間欠的に回転させることにより、メニスカス近傍の凝固界面への気泡・介在物の付着を防止し鋳片表面清浄性の向上を図るが、図１の１１の部分はノズル吐出孔から出た溶鋼が鋳型短片に衝突し、上昇し反転する流れ（溶鋼の吐出反転流）４となり、電磁力によって付与される溶鋼流動９と干渉してしまう。電磁力によって付与される溶鋼流動は十分大きいので、結果的には図１の９に示すような流れになるが、図１の１１の部分は他の部分に比べ流速が小さくなってしまい、電磁力付与による、鋳片表層の清浄性向上効果が小さくなってしまう。
【０００９】
また、溶鋼の流れが干渉する１１の部分では、湯面変動が大きくなりパウダーを巻き込み易くなり、清浄性改善効果が小さくなることがわかった。メニスカス反転流速を小さくするには、図３に示す浸漬ノズルの吐出角度（α）を大きくすれば良いが、下向きの角度が大きくなることにより、溶鋼の侵入深さが大となり、鋳片の内部清浄性を悪化させる可能性があった。
【００１０】
そこで、本発明者等がさらに研究を進めたところ、その根本的な解決策として、図７に示すように、浸漬ノズルであって、内部縦孔１５の下部には一対の鋳型幅方向に向かう下向きの溶融金属の吐出孔１２と、縦孔底部が凹である内面となっている底部と、該底部に前記吐出孔１２と連通するスリット開口部１３を備えている浸漬ノズルを適用することにより溶鋼の侵入深さを大きくすることなく、メニスカス反転流速を低下させることができることが分かった。電磁攪拌を印加していない条件下では図４〜図６に示すように、同一鋳造条件にて、通常の下向き２孔ノズル（２５度と４５度）と本発明に係る分散ノズルとを比較すると、メニスカス流速は４５度ノズルとほぼ同程度である（図４及び図５）にもかかわらず、鋳型短片側での溶鋼侵入深さは、４５度ノズルに比べ半減する事が分かった（図６）。
【００１１】
従って、鋳型内溶鋼に連続的あるいは間欠的に電磁力を付与することにより鋳型内溶鋼を攪拌して鋳造する場合に、本発明で示した浸漬ノズルを適用することにより、吐出反転流４が小さくなることにより、図１の９に示す電磁力によって形成される鋳型近傍の溶鋼流動の均一性が増し、吐出反転流４との干渉部１１も軽減され、鋳片表層の清浄性が向上する。しかも図２に示す下降流７は小さくなるので、溶鋼の浸入深さは低減され、鋳片の内部清浄性が向上する。
【００１２】
つまり、鋳型内に電磁力を印加した条件下で本発明の浸漬ノズルを適用することにより、図３に示す、ノズル吐出角度：αを増大させ、内部清浄性を悪化させることなく、電磁攪拌による鋳片表面清浄性を向上させる事が可能になり、表面清浄性も内部清浄性も優れた鋳片を製造することが可能となった。図８に示すように、本発明の分散ノズルを適用することにより、下向き４５度ノズル並のメニスカス流速の均一性を確保することが可能となる。
【００１３】
次に、本発明ノズルの内面形状に関し検討した。本発明者等の研究によれば、鋳型内電磁攪拌を適用しない場合には、ノズル内面形状は一般には凹の形状が望ましく、特開昭６２−２９６９４４号公報に開示される形状のノズルの（凸型）場合には、注入流の変動により左右の溶鋼吐出流量が変動する、いわゆる偏流現象が生じやすく、ノズルに非金属介在物の付着により形状が変化した場合には、特に偏流し易くなる。偏流が発生した場合には、溶鋼メニスカスでの湯面変動が大きくなり、パウダー巻き込みが発生し、鋳片表面清浄性が悪化するだけでなく、図２に示す下降流速７も大きくなり、内部清浄性も悪化する。しかしながら、本発明に示すごとく、図９（ａ）（ｂ）に示すような凸の形状であっても、鋳型内電磁攪拌を適用する条件下であれば、連々鋳のチャージ数が少なくノズルへの非金属介在物付着が少ない条件下では凹形状のノズルと同等の効果が期待できる（図１０）ことが分かった。
【００１４】
上記短片側侵入深さの低減効果は、図１１に示す鋳型幅方向に向かう一対の吐出孔とスリット状開口部との面積比（Ｓ１／Ｓ２）によって決定され、浸漬ノズルの耐用性から考えてＳ２が大である方が、介在物の付着に対して有利であるが、ノズル直下に抜ける溶鋼の割合が増加し、スリットから下方に侵入する溶鋼量が増大し、鋳片内部清浄性の改善効果が減少し脱酸生成物としてのアルミナ系介在物もしくは鋳型で巻き込まれたパウダーが、自動車用の外板を成形する際のプレス時に、介在物を起点として割れが発生し易くなるので（図１２）、一対の吐出孔面積Ｓ１に応じて鋳片内質の要求レベルに応じ、決定される。即ち、この面積比は図１２から分かるように、２≦Ｓ１／Ｓ２≦５とすることが好ましい。また、短片での溶鋼の浸入深さに関してはノズル底面の形状により顕著な差異は見られなかった（図１３）。
【００１５】
本発明者らがさらに研究開発を行った結果、本発明では鋳型内に電磁力により攪拌力を加えることを前提としているが、浸漬ノズルを設置する位置として、図１４に示すような、浸漬ノズルの吐出孔上端位置が電磁攪拌コイルのコイル鉄心下端位置より下側に位置するように配置して操業した場合、図１７に示すように、浸漬ノズルの吐出孔上端が電磁攪拌装置の電磁攪拌コイルの鉄心内の磁場の強い位置に位置した場合、浸漬ノズルから鋳型短片方向へ向かう溶鋼吐出流速は幅方向に流速分布を持ち、加速される側の溶鋼流速は大きくなり、鋳型短片に衝突して下降する下降流速が大きくなるとともに吐出反転流も大きくなる。従って、浸漬ノズルの吐出孔上端位置を電磁攪拌装置のコイル鉄心下端位置よりも下に位置するように配置した状態で鋳造することにより、図１５に示すように、結果として短片近傍の下降流速をさらに安定して低減可能であるとともに、メニスカスの近傍の溶鋼流速分の分布が鋳造幅方向で均一化することが分かった（図１６）。
【００１６】
鋳型内メニスカス近傍の溶鋼流速の評価にあたっては、歪みセンサーを張り付けた耐火物を溶鋼中に浸漬し、溶鋼から受ける力を流速に換算して用いた（耐火物の溶鋼浸漬深さは約７０mm）が、その他の部位の溶鋼流速に関しては鋳片の凝固組織からデンドライト傾角を測定し、溶鋼流速に換算した。
【００１７】
【実施例】
以下、実施例に基づき本発明をさらに詳細に説明する。
転炉−ＲＨ−連続鋳造の工程にて、自動車用のＴｉ添加極低炭素鋼を製造する際に本発明の鋳造方法を用いた。溶鋼量は３００ton で、電磁攪拌装置のコイル鉄心の厚みが３０cmの鋳型内電磁攪拌装置を具備する垂直曲げ型連続鋳造設備にて鋳造した。
自動車用のＴｉ添加極低炭素鋼を製造するために、転炉にて溶製した溶鋼３００ton を、ＲＨにて表１に示す所定の成分濃度に調整し、垂直曲げ型連続鋳造設備にて表２の製造条件にて鋳造した。鋳造した鋳片を用いて、同一の条件で熱延、冷延工程経た後の製品成績を表３に示す。
【００１８】
表３より明らかなように、本発明の条件にて製造した鋳片を同一の条件にて熱間圧延、冷延工程を経た後の冷延板では、目視で判定した介在物に起因する線状疵で評価しても、４５度ノズルの場合と同程度の表面品位が得られた。
また、これらの冷延板の深絞り試験を実施したところ、表３に示すように、４５度ノズルを使用した冷延板に比べて、介在物が起点となって、割れが発生する率が大幅に低下することが確認された。また、ノズルの内面形状を凸型にした場合でも同様の効果が見られ、本発明形状のノズルを使用し、ノズル設置位置を深くしノズルの吐出流と電磁攪拌との干渉を低減させた場合には更に安定して内部品質が向上していることが分かった。
以上のように、本発明技術を用いることにより、表面清浄性を維持しつつ、鋳片内部の清浄性にも優れた鋳片を得ることができた。
【００１９】
なお、本実施例では自動車用の薄鋼板用の鋳片製造にあたっての例で述べたが、本技術の本質とするところは、鋳型内電磁攪拌付与方法を適正化することにより鋳型内溶鋼流動を最適化することにあり、厚板、鋼管など他の鋼種の鋳片を製造する場合にも有効であり、適用鋼種に何ら制約を受けるものではない。
【００２０】
【表１】

【００２１】
【表２】

【００２２】
【表３】

【００２３】
【発明の効果】
以上述べてきたように本発明によれば、成形性が良く、かつ鋼材中の非金属介在物に起因する線状疵の発生が少ない良加工性薄鋼板を製造するための鋼材を提供できる。本鋼材を用いて冷延鋼板を製造できるのは勿論のこと、焼鈍後に電気亜鉛めっきや合金化電気亜鉛めっき鋼板として、またさらに、有機被覆銅板の原板を製造することもできる。また、連続焼鈍条件が満たされる限り連続焼鈍溶融亜鉛めっき、合金化溶融亜鉛めっき用鋼板用鋼材としても使用可能である。従って、家庭電気製品や自動車等の広い用途に適用できるため、産業上に与える効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
【図１】鋳型内電磁攪拌ありの時の溶鋼の流れを示した正面図（ａ）と平面図（ｂ）。
【図２】鋳型内電磁攪拌なしの時の溶鋼の流れを示した正面図（ａ）と平面図（ｂ）。
【図３】本発明に使用する浸漬ノズルの吐出角度を示した断面図。
【図４】鋳造速度とメニスカス流速との関係を示した図（鋳造幅１６２０mm）。
【図５】鋳造速度とメニスカス流速との関係を示した図（鋳造幅７４０mm）。
【図６】鋳造速度と短辺側溶鋼侵入深さとの関係を示した図（鋳造幅７４０mm）。
【図７】本願発明による浸漬ノズルの部分断面を示す図。
【図８】分散ノズルと下向き４５℃ノズルの旋回性を比較した図。
【図９】底部凸型ノズル形状の例を示す図。
【図１０】編流指数に及ぼすノズル底面形状の影響を示した図。
【図１１】（ａ）は分散ノズルの吐出孔面積Ｓ１を、（ｂ）はスリット状開口部面積Ｓ２を示す図。
【図１２】プレス割れに及ぼすＳ１／Ｓ２の影響を示す図。
【図１３】短辺侵入深さに及ぼすノズル底面形状の影響を示す図。
【図１４】浸漬ノズルと電磁攪拌コイル鉄心との位置関係を示す図。
【図１５】短辺侵入深さに及ぼす分散ノズルの浸漬深さの影響を示す図。
【図１６】鋳型内溶鋼の旋回性に及ぼす浸漬ノズル深さの影響を示す図。
【図１７】電磁攪拌有無による浸漬ノズルから吐出する溶鋼の流速分布の違いを示す図。
【符号の説明】
１浸漬ノズル
２モールドパウダー
３鋳型
４メニスカス反転流
５短辺側上昇流
６溶鋼
７下降流
８上昇流
９溶鋼流
１０電磁攪拌装置の電磁攪拌コイルの鉄心
１１電磁攪拌による溶鋼流動とメニスカス反転流とが干渉する部位
１２ノズル吐出孔
１３底部スリット
１４ノズル側壁
１５ノズル縦孔

Claims

連続鋳造設備を用いてアルミ脱酸鋼を鋳造するに当たり、内部縦孔の下部には一対の鋳型幅方向に向かう下向きの吐出孔と、該底部に前記吐出孔と連通するスリット状開口部を備え、前記鋳型幅方向に向かう一対の吐出孔の面積（Ｓ１）とスリット状開口部の面積（Ｓ２）との面積比が２≦Ｓ１／Ｓ２≦５である浸漬ノズルを使用し、且つ、鋳型内溶鋼に連続的あるいは間欠的に電磁力を付与することにより鋳型内溶鋼を攪拌して鋳造することを特徴とする鋳片表層及び鋳片内部の清浄性に優れた鋳片を鋳造する溶融金属の連続鋳造方法。
浸漬ノズルの吐出孔上端位置を、電磁攪拌コイル鉄心の下端位置よりも下にして鋳造することを特徴とする請求項１記載の連続鋳造方法。