JP4303670B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents
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また、モールド銅板の溶鋼との接触面側に電気ニッケルメッキ層を形成し、更に、その上にクロムメッキ層を設けることにより、鋳込み初期に発生する焼付きを防止して、連続鋳造用の鋳型の使用回数を増加させる(長寿命化させる)ことが提案されている(例えば、特許文献3参照)。
また、鋳造条件によって、例えば、浸漬ノズルから吐出する溶鋼の流れが上向きになると、あるいは、鋳造速度が速くなり浸漬ノズルから吐出する溶鋼流が増大し鋳型に激しく衝突するようになると、モールド銅板に加わる熱負荷が増大するためヒートクラックが発生し易くなると共に、発生したヒートクラックが伸展し易くなって鋳型寿命が大きく縮まるという問題がある。
また、電磁力で鋳型内の溶鋼を旋回させるときに溶鋼の旋回方向を所定数のキャスト毎に逆転するので、旋回流が鋳型内面に衝突する位置を変えることができ、鋳型内の特定部位に熱負荷が集中するのを防止できる。このため、ヒートクラックが発生するのを抑制すると共にヒートクラックの成長を抑制することが容易にでき、電磁撹拌を行う際の鋳型の寿命を更に延長することが可能になる。
ここで、図1は本発明の一実施の形態に係る鋼の連続鋳造方法に適用した鋳型の一部省略正断面図、図2は同鋼の連続鋳造方法に適用した鋳型の一部省略側断面図、図3は同鋼の連続鋳造方法に適用した鋳型の平面図、図4(A)、(B)は鋳型内の溶鋼の旋回方向の説明図、図5は同鋼の連続鋳造方法に適用した鋳型に発生する損傷位置の説明図、図6は同鋼の連続鋳造方法に適用した鋳型の長辺側銅板の内側面における熱流束の変化を示す説明図である。
更に、空間部17内に注湯された溶鋼の湯面上にモールドフラックス25を供給することにより、溶鋼の湯面をモールドフラックス25で常時覆い、しかも、注湯された溶鋼を旋回させた状態で徐々に凝固させることができる。
先ず、長辺側銅板11、12及び短辺側銅板13、14の各水冷部に水を流通させて鋳型10を冷却し、電磁撹拌装置のコイル部18、19に電流を流す。このとき、分割コイル20、23に流す電流値を分割コイル21、22に流す電流値より大きく設定する。そして、鋳型10の空間部17の下流側を閉じて、溶鋼を貯留している図示しないタンディッシュから浸漬ノズル24を介して空間部17に溶鋼の注湯を開始する。空間部17内に注湯された溶鋼の湯面が所定高さに到達した時点でモールドフラックス25を鋳型10内の溶鋼の上方から供給して、溶鋼の湯面をモールドフラックス25で覆う。
ここで、注湯された溶鋼には電磁撹拌装置のコイル部18、19によって電磁力が付加されるので、例えば図4(A)に示すように、鋳型10内の溶鋼には水平面内で右まわりに旋回する旋回流が形成される。このため、凝固殻27の内表面にトラップされた気泡や介在物は溶鋼の旋回流で洗浄されて離脱し、大気中に放散もしくはモールドフラックス25に吸収され、凝固殻27の清浄化が行われる。
凝固殻27の引き出しと共に溶融層26は徐々に鋳型10内から排出されるので、モールドフラックス25を溶鋼の上方から供給して、溶鋼の湯面がモールドフラックス25で常時覆われるようにする。そのため、連続鋳造中では、溶鋼の湯面上には供給されたモールドフラックス25が溶融した溶融層26が常時存在し、この溶融層26は長辺側銅板11、12及び短辺側銅板13、14と常に接触した状態になっている。このため、長辺側銅板11、12及び短辺側銅板13、14の内側面で溶鋼のメニスカス位置に対応する部位の近傍には、溶融層26から亜鉛が常時供給される状態になっている。
溶鋼吐出孔28の中心軸の傾斜角度が水平方向に対して上向き5°を超えると、浸漬ノズル24の溶鋼吐出孔28から吐出された溶鋼が鋳型10内の湯面に衝突し、長辺側銅板11、12及び短辺側銅板13、14の内側面で溶鋼のメニスカス位置に対応する部位の近傍では湯面位置が変動し、メニスカス位置に対応する部位の近傍での溶鋼から長辺側銅板11、12及び短辺側銅板13、14への熱伝達係数が上昇する。このため、溶鋼から長辺側銅板11、12及び短辺側銅板13、14へ移動する熱量が増加し、長辺側銅板11、12及び短辺側銅板13、14に加わる熱負荷が増加して好ましくない。更に、溶鋼が湯面に衝突した際に溶融層26及びモールドフラックス25を溶鋼中に巻き込んで、溶鋼を汚染するという問題も生じる。このため、溶鋼吐出孔28の中心軸の傾斜角度を水平方向に対して上向き5°以下とした。
なお、溶鋼吐出孔28の中心軸の傾斜角度を水平方向に対して下向きに設定することは、メニスカス位置に対応する部位の近傍での熱負荷の低減、溶融層26及びモールドフラックス25の溶鋼中への巻き込み防止の点から好ましいが、溶鋼吐出孔28の中心軸の傾斜角度を水平方向に対して下向き45°を超えて設定すると、浸漬ノズル24から吐出された溶鋼中に混入しているガスや介在物が鋳型10の深部に達して凝固殻27にトラップされるため好ましくない。このため、溶鋼吐出孔28の中心軸の傾斜角度を水平方向に対して下向き45°以下の範囲に設定した。
その結果、図5に示すように、長辺側銅板11(12)の一端側(他端側)で熱負荷が大きくなり、溶鋼のメニスカス位置に対応し溶融層26から亜鉛が常時供給される部位においてはニッケル−亜鉛系の低融点合金の生成が促進されてヒートクラックの発生及び成長と、生成した低融点合金の溶鋼中への溶出に伴うメッキ層の肌荒れが複合された損傷の発生が顕著となる。
一方、電磁撹拌を行いながら鋳造速度を1.3m/分として連続鋳造を行った場合、鋳型10内の溶鋼に旋回流が形成され、長辺側銅板11の内側面の特定部位に旋回流が衝突するようになる。このため、特定部位においては溶鋼から長辺側銅板11への熱伝達係数が増加し、溶鋼から長辺側銅板11のメニスカス位置の特定部位に流入する熱流束は増加している。図6から推定される熱流束の最大値は約247kcal/m2 /hrで、長辺側銅板11のメニスカス位置上で短辺側銅板13から約274mmの位置となる。なお、短辺側銅板13との当接部から約274mmの位置は旋回流が強く衝突する長辺側銅板11の内側面上の特定部位にほぼ一致する。また、長辺側銅板11と短辺側銅板13、14との各当接部近傍では顕著な旋回流が形成されないため、熱流束は電磁撹拌を行わない場合の熱流束の値に近づく。
このため、図6に示すように、長辺側銅板11の内側面上の特定部位に旋回流が衝突して熱伝達係数が増加しても、溶鋼から長辺側銅板11のメニスカス位置の特定部位に流入する熱流束は大きく増加しない。従って、溶鋼から長辺側銅板に流入する熱流束が大きくなるような鋳造条件の場合では、鋳造速度を遅くすることで、長辺側銅板に流入する熱流束の増加を抑制できることが確認できた。
なお、鋳造速度を1m/分とすることで、図6から推定される熱流束の最大値は約223kcal/m2 /hrとなり、熱流束を鋳造速度を1.3m/分の場合に比較して約10%低減できた。また、熱流束が最大になる部位は、長辺側銅板11のメニスカス位置上で短辺側銅板13から約317mmの位置となる。この部位は旋回流が強く衝突する長辺側銅板11の内側面上の特定部位にほぼ一致する。
ここで、鋳造速度は0.6m/分以上で2.5m/分以下、好ましくは0.6m/分以上で2.1m/分以下にするのがよい。鋳造速度が0.6m/分未満では長辺側銅板に加わる熱負荷が低下する点では好ましいが、生産性が大きく低下するので好ましくない。また、鋳造速度が2.5m/分を超えると、長辺側銅板に加わる熱負荷が大きく増加するので好ましくない。
このとき、分割コイル21、22に流す電流値を分割コイル20、23に流す電流値より大きく設定しているので、長辺側銅板11では他端側から一端側に向けて、長辺側銅板12は一端側から他端側に向けて、前半は大きな駆動力で溶鋼を移動させ後半は小さな駆動力で溶鋼を移動させることができる。このため、鋳型10内に左まわりの均一な溶鋼の旋回流を形成することができる。このとき、長辺側銅板11では他端側に、長辺側銅板12では一端側に溶鋼流を強く衝突するようにすることができる。その結果、右まわり及び左まわりの各旋回流を形成した際に、熱負荷の高い部位の発生する位置を変えることができ、長辺側銅板11、12内の特定部位に熱負荷が集中するのを防止できる。このため、ヒートクラックの発生を抑制できると共に、ヒートクラックが発生しても、ヒートクラックの成長を抑制することができる。
ここで、図7はモールドフラックス中の亜鉛含有量と長辺側銅板の寿命指数及び鋳片表面疵発生指数との関係を示す説明図、図8はモールドフラックス中の亜鉛含有量及び鋳造条件と長辺側銅板の寿命指数との関係を示す説明図、図9はモールドフラックス中の亜鉛含有量及び鋳造条件と鋳片表面疵発生指数との関係を示す説明図、図10はチャージ数で示した鋳型の使用回数と鋳型内面に発生した損傷程度の関係を示す説明図である。
浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の傾斜角度を水平方向に対して下向き15°に設定して鋳型に溶鋼を供給し、電磁撹拌を行いながら鋳造速度1.2m/分の鋳造条件下で、亜鉛の含有量が50〜300ppmのモールドフラックスを使用して連続鋳造を行ない、長辺側銅板の寿命及び得られた鋳片の表面疵発生割合を調査した。その結果を図7に示す。なお、図7では、長辺側銅板の寿命及び得られた鋳片の表面疵発生割合を、亜鉛の含有量が250ppmのモールドフラックスを使用した際に得られた長辺側銅板の寿命及び表面疵発生割合を基準にした指数で表示している。
亜鉛の含有量が50〜250ppmのモールドフラックスを使用し、浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の傾斜角度を水平方向に対して上向き5°から下向き45°の範囲に設定して、電磁撹拌を行いながら鋳造速度0.8〜1.2m/分の鋳造条件下で連続鋳造を行った。そのとき得られた長辺側銅板の寿命及び鋳片の表面疵発生割合と、モールドフラックス中の亜鉛含有量及び鋳造条件の関係を図8及び図9に示す。
なお、図8及び図9では、長辺側銅板の寿命及び得られた鋳片の表面疵発生割合を、亜鉛の含有量が250ppmのモールドフラックスを使用し、溶鋼吐出孔の傾斜角度を水平方向に対して下向き15°、鋳造速度1.2m/分の鋳造条件の際に得られた長辺側銅板の寿命及び表面疵発生割合を基準にした指数で表示している。
従って、溶鋼吐出孔の中心軸の傾斜角度を水平方向に対して下向きに設定して溶鋼湯面の変動を抑制し長辺側銅板におけるメニスカス位置の近傍での熱負荷の低減を図ると共に、鋳造速度を調整することにより供給される溶鋼量を調整して鋳型内に供給される総熱量を制限することで長辺側銅板に加わる熱負荷の上昇を防止できることが判明した。
ニッケルとコバルトの複合メッキ層が形成されたモールド銅板を使用した鋳型を用いて、亜鉛の含有量が150ppmのモールドフラックスを使用し、浸漬ノズルの溶鋼吐出孔の傾斜角度を水平方向に対して下向き15°に設定して、電磁撹拌を行って右まわりの旋回流を形成しながら鋳造速度1.2m/分の鋳造条件下で連続鋳造を繰り返し行った。そのとき、長辺側銅板において、溶鋼のメニスカス位置の近傍で、溶鋼の旋回流が強く衝突する部位に発生した損傷を、ヒートクラックの長さとメッキ層の肌荒れの窪み深さの総和で評価した。その結果を図10において○印で示す。なお、図10では、連続鋳造の回数を取鍋から溶鋼がタンディッシュに供給される回数(チャージ数)で示している。チャージ数の増加に伴って、ヒートクラックの長さと窪み深さの総和は増加し、500チャージで3〜5mm、650チャージで4.6〜6mmとなっている。
また、同一の鋳型、モールドフラックス、及び浸漬ノズルを使用し、電磁撹拌で形成する旋回流の方向を1チャージ毎に逆転しながら鋳造速度1.2m/分の鋳造条件下で600チャージ数の連続鋳造を繰り返し行って、ヒートクラックの長さ及び窪み深さの総和とチャージ数の関係を求めた。その結果を図10において●印で示す。
従って、旋回流が長辺側銅板に衝突する位置を変えることで、長辺側銅板の特定部位に熱負荷が集中するのを防止でき、ヒートクラック及び肌荒れの成長を抑制できることが判明した。なお、鋳造速度を0.6m/分及び2.1m/分にした場合についても鋳造を行ったが、前記と同様の傾向が得られた。
例えば、本実施の形態では鋳型の内側にニッケルを主体とするメッキ層が形成されたモールド銅板を有する鋳型について説明したが、鋳型の内側にコバルトを主体とするメッキ層、あるいはニッケルとコバルトの複合メッキ層が形成されたモールド銅板を有する鋳型を使用することもできる。
更に、電磁撹拌で鋳型内に形成する旋回流の方向を1チャージの溶鋼量のキャストが終了する毎に逆転させたが、2チャージ以上の溶鋼量のキャストが終了する毎に鋳型内の旋回流の方向を逆転させるようにしてもよい。
Claims (1)
- 内側にニッケル及びコバルトのいずれか一方又は双方を主体とするメッキ層が形成されたモールド銅板を有する鋳型内に、浸漬ノズルを介して溶鋼を順次注湯して、前記鋳型内の溶鋼の湯面をモールドフラックスで常時覆いながら該鋳型内で溶鋼を凝固させる連続鋳造方法において、
前記モールドフラックスに含有される亜鉛量を200ppm以下にし、前記浸漬ノズルに形成された溶鋼吐出孔の中心軸の傾斜角度を水平方向に対して上向き5°以下で下向き45°以下の範囲に設定すると共に、前記モールド銅板に加わる熱負荷に応じて鋳造速度を調整し、前記鋳型内の溶鋼に電磁力を付与して該鋳型内で溶鋼を旋回させ、更に前記鋳型内の溶鋼の旋回方向を所定数のキャスト毎に逆転することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
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