JP4402751B2 - 清浄な連続鋳造鋳片の製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スラブの連続鋳造方法において、鋳型内から凝固開始する凝固シェルの表層における介在物を低減すると共に、内層における介在物を同時に低減せしめ、清浄性および表面性状に優れたスラブを連続鋳造するための方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳造においては、通常図４に示すように一般に短辺方向に向いた２個の吐出口３を有する浸漬ノズル２を、鋳型１中央部に配置して溶鋼を鋳型内へ注入しており、この吐出流６は、鋳型短辺面に衝突して上部方向に反転し上昇流１３となり、他方は下部方向に向かう下降流１４に分岐する。
これら吐出流６によって鋳型溶鋼内に持たらされた介在物や気泡は、一部は溶鋼表面に浮上して除去されるが、残りは下降流１４によって溶鋼の深部に運ばれ、浮上過程で凝固シェル９に捕捉され、鋳片内部に残留し、製品においてフクレ疵、ブローホール、微小ヘゲ等と呼ばれる欠陥に至る。また、凝固シェル内に捕捉された表層介在物は、製品においてスリバーと呼ばれる欠陥に至る。
【０００３】
一方、上昇流１３は、メニスカス８の近傍では両側の短辺側からノズル側へ向かう反転流１５が生成される。このようなメニスカス８近傍の流れがあることによって、流れによる介在物や気泡の洗浄効果が得られており、表層での介在物や気泡の捕捉による表面疵の発生を抑制している。
他方、このメニスカス８の流れが強すぎると、連鋳パウダーを巻き込んで欠陥が増加する。また湯面が乱れるために、湯じわやオシレーションマーク乱れが起こり、この現象によって特にステンレスでは製品の表面品質が悪化する。
また幅中央部では、メニスカス８近傍の反転流の流速が遅くなり、洗浄効果が得られず介在物や気泡の捕捉が起こり、表面疵が発生するとともに凝固シェル９の不均一が大きくなり、この部分で縦割れの発生が起こり易くなっている。
【０００４】
このような問題を解決するために、鋳型下方部に溶鋼の流れを止める電磁制動装置を設置して、鋳造ノズルからの吐出流６を鋳型短辺に衝突させ、これに沿って流れる下降流１４に静磁場を作用させて減衰させるとともに、鋳型上部に溶鋼を攪拌するための電磁攪拌装置を設置して、メニスカス８の反転流１５に移動磁界を作用させ、攪拌による強制流れによってメニスカス８の流れを促進させて、鋳片内部、表層共に介在物や気泡がなく欠陥発生の少ない鋳片を製造するための方法や装置が数多く提案されている（例えば、特開平５−１７７３１７号、特開平７−１１２２４号公報）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来例によれば鋳片の介在物や気泡の発生を或る程度まで抑制することは可能であるが、品質特性の厳しい鋼種については、電磁攪拌と電磁制動の両者を組ませて実施するのみでは、目的とする品質を確実に保証するには至っていなかった。その理由は、電磁攪拌または電磁制動をやみくもに稼働させるだけでは駄目で、製造する鋼種によって適切な条件が存在し、さらにはその他の要因によっても鋳片品質は大きく影響されるものである。
本発明は、上述の鋳片表面および内部の介在物を低減し、表面、内部共に健全な品質の連続鋳造鋳片の製造方法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】
本発明の要旨とするところは、下記手段にある。
（１）．取鍋精錬工程終了時におけるスラグ中のＴ・ＦｅとＭｎＯの濃度が下記（１）式で示される範囲内の溶鋼を連続鋳造用鋳型内へ供給するに際し、鋳型内の溶鋼メニスカス該当部分に移動磁界による水平方向の攪拌電磁場を形成すると共に、浸漬ノズルの溶鋼吐出位置より下方に直流磁界による制動電磁場を形成させ、当該制動電磁場の形成位置を浸漬ノズルの溶鋼吐出位置より０〜２．５ｍ下方の範囲としたことを特徴とする、清浄な連続鋳造鋳片の製造方法。
７．０＜Ｔ・Ｆｅ＋ＭｎＯ（ｗｔ％）≦３０．０ ・・・・（１）
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明者らは、鋳型内上部で溶鋼を電磁攪拌すると共に、鋳型内の浸漬ノズルから吐出する溶鋼流を鋳型下方部において電磁制動するに当たり、その装置の設定位置を数多く変動させ、種々の実験を繰り返し、試行錯誤の結果、鋳型下方部に設置する電磁制動装置の適正配設位置を見出すことに成功したが、この電磁制動装置の適正な配設位置のみでは目的とするに足りる充分な効果が得られず、鋳型内に注入する溶鋼と共に持ち込まれるスラグ組成によっても大きな影響を受けることが確認された。
【０００８】
そこで、溶鋼の溶製過程で生成するスラグ組成を取鍋精錬後において特定の範囲内に調整することによって、溶鋼に付随して鋳型内に流入するスラグ（介在物）をできるだけ鋳片に害を及ぼさない程度に改質すると共に、たとえ鋳型内に流入したとしても本発明においては、連続鋳造用鋳型内浸漬ノズル吐出口近傍から鋳型下方部の適正位置に制動磁場を形成して、浸漬ノズルからの吐出流が鋳型短辺に当たり、これに沿って流れる下降流に制動力を作用せしめて溶鋼流を制動し、凝固シェル内層の集積帯介在物を低減すると共に、鋳型上部に攪拌磁場を形成して鋳型短辺側に当たって上昇し、メニスカス表層部を流れる上昇反転流に攪拌力を作用せしめて、短辺面に沿って上昇する上昇流の流れを促進し、表層介在物を低減せしめ、凝固シェルの内層、表層共に清浄性に優れた鋳片を確実に得るものである。
【０００９】
まず、本発明においては取鍋精錬行程終了後における溶鋼状に浮遊するスラグ組成中のＴ・ＦｅとＭｎＯを下記（１）式の範囲内に規制するものである。
Ｔ・Ｆｅ＋ＭｎＯ（ｗｔ％）≦３０．０ ・・・・（１）
通常スラグ中の酸化度の目安として、Ｆｅ酸化物（ＦｅＯ、Ｆｅ₂ Ｏ₃ ）とＭｎの酸化物（ＭｎＯ）の量がその指標として取り上げられており、この含有量のいかんによって鋳片での清浄度が左右される。
【００１０】
例えば、本発明者らは過去数年に亘ってユーザーからの要望を満たすための鋼板（鋳片）の品質（清浄度）について鋭意研究を重ねたところ、図２に示すような結果が得られた。図２はスラグ酸化度（Ｔ・Ｆｅ＋ＭｎＯ）と介在物指数の関係を示したものである。ここで介在物指数とは前記ユーザーからの要望から本発明者らが解析して経験的に求めた値である。図から明らかなようにスラグ酸化度と介在物の関係が明確に示されている（プロットされた点は鋳型内での上部溶鋼攪拌と、鋳型内での下部溶鋼流制動を実施したときの代表値である）。
【００１１】
しかして、介在物指数１が従来からの鋳片の品質合格レベルとして採用できる値であり、同図から鋳型内での攪拌・制動磁場無印加の場合は、介在物指数のバラツキが大きいことが判る（同図中斜線で示される部分がおおよその分布範囲である）。したがって、鋳型内溶鋼に攪拌・制動磁場を印加した場合は、介在物指数を１以下に確保するためには、スラグ中のＴ・Ｆｅ＋ＭｎＯの値を３０．０％（ｗｔ％以下同様）以下に保持せねばならない。
【００１２】
そこで、本発明では取鍋精錬前の溶鋼上のスラグ組成を分析すると共に、上記Ｔ・Ｆｅ＋ＭｎＯの値が３０．０％を超える時には積極的にＡｌ等の脱酸剤をスラグ中に添加し、取鍋精錬時の攪拌によりスラグ中の酸化度を低減し、前記値を極力３０．０％以下になるような操作を行う。
【００１３】
このような本発明に対して従来の溶鋼への攪拌・制動磁場を無印加状態では、図２でみられるように鋳片の介在物指数のバラツキからみて、スラグ中の酸化度を、７．０％以下に抑制しなければならなかった。そのためには、多くの脱酸剤を使用せねばならず、その結果、コストアップに繋がるという問題点を有していた。
【００１４】
本発明では溶鋼への攪拌・制動磁場の印加により容易に鋳片介在物指数を低レベルに保持することができ、良好な製品を得ることが可能である。なお、取鍋精錬については特に限定されず、通常の製鋼作業で用いられているＲＨ真空脱ガス処理、簡易取鍋精錬（ＣＡＳ）等により充分にスラグ酸化度を目的とする所定範囲内に保持することができる。
【００１５】
次に、溶鋼に対する攪拌・制動磁場の印加であるが、鋳型内溶鋼メニスカス部に印加するための電磁攪拌装置および、電磁攪拌力については、別段特定すべき条件はなかったが、浸漬ノズルからの吐出する溶鋼流に対する電磁制動磁場の印加位置については、本発明者らの研究結果により適正範囲が存在することを見出した。
【００１６】
図３は電磁流体数値解析によって計算した鋳型内溶鋼流動パターンから、溶鋼の電磁制動装置直下の鋳型短辺側下降流速を制動磁場無印加時（ｕ０）と制動磁場印加時（ｕ）として評価し、その時の比率（ｕ／ｕ０）を示したものである。
図３から明らかなように浸漬ノズル吐出口から下方位置に行くに従いｕ／ｕ０の値が小さくなっており、約０．５ｍの位置で最低値を示し、これ以下の位置ではｕ／ｕ０の値が徐々に上昇している。したがって、直流磁界による制動磁場を印加する位置としては、鋳型内浸漬ノズルの溶鋼吐出口から下方０．５ｍ前後の位置が最適であり、効果を期待できる範囲としては、浸漬ノズル吐出口から下方２．５ｍまでの位置が適している。
【００１７】
このような位置に溶鋼の流れを抑えるために電磁制動装置を設置するならば、介在物が鋳片内下方への浸入を抑制することができ、本発明の目的とする鋳片表面および内層部において欠点の少ない良好な製品を得ることが可能である。
【００１８】
【実施例】
以下、本発明を実施例と共に比較例によってその内容を詳細に説明し、本発明の効果を明らかにする。転炉出鋼後に採取したスラグ成分は塩基度（ＣａＯ／ＳｉＯ_２）３．１〜４．５で、Ｔ・Ｆｅ＋ＭｎＯ：２３．０〜３６．２ｗｔ％であり、バブリングステーションにて粒状アルミと生石灰をスラグの組成に応じてスラグ表面に散布して、Ｔ・Ｆｅ＋ＭｎＯ：１０〜１３ｗｔ％の範囲に調節した。一部、改質材である粒状アルミと生石灰を添加せずに改質しなかった（表１中７、８）。この溶鋼をスラグと共に取鍋精錬法（ＲＨ真空脱ガス処理）により精錬した。スラグ組成については改質前と改質後の結果を表１に記載した。
【００１９】
【表１】

【００２０】
この溶鋼を図１に示した如き垂直曲型連続鋳造装置に適用した。浸漬ノズル２は、内径９５ｍｍ、直径２００ｍｍで水平から下向き２５度の吐出口３を有し、ここから鋳型１の短辺側に溶鋼流が吐出される。鋳型１内の溶鋼メニスカス８、該当部分に移動磁界による水平方向の攪拌磁場を印加する電磁攪拌装置４を配設した。鋳型１内の浸漬ノズル２の吐出口３から鋳型１の短辺側に流れる溶鋼吐出流速は、吐出口片側当り０．６８〜１．１７ｍ／ｓｅｃであった。
溶鋼の吐出流６を制動するための直流磁界による制動電磁場を印加する電磁制動装置５は、ノズル吐出口３より下方（Ｈ）０．２〜３．０ｍの位置に配設した。
このような条件下で溶鋼を鋳造した結果を表２に比較例と共に示した。
【００２１】
【表２】

【００２２】
表２中、実験番号１〜７は本発明の範囲を満足した実施例であり、鋳片介在物は基準（１．０）以下であった。これに対し、実験番号８〜１１は比較例であり、実験番号８はスラグ中のＴ・Ｆｅ＋ＭｎＯが本発明の範囲を外れた場合であり、実験番号９は制動磁場を０にした場合であり、いずれも鋳片内の介在物が基準を大きく外れ、良好な鋳片が得られなかった。また、実験番号１１は制動磁場を形成する位置が請求項で規定した範囲より外れた場合であり、鋳片介在物が基準以上であり、実験番号１〜７より大きい値であった。更に、実験番号１０は攪拌磁場を０にした場合であり、鋳片介在物が基準より外れ、良好な鋳片が得られなかった。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、鋳型内に注入された溶鋼は電磁攪拌装置によりメニスカス近傍を凝固シェル内周面に沿って水平方向に攪拌せしめられ、かつ浸漬ノズルからの溶鋼吐出流に静磁場を印加して吐出流を制動することにより、鋳片内部の介在物および鋳片表面の介在物を同時に低減せしめることができ、表面および内部品質の優れた鋳片を製造することができることが可能となり、連続鋳造における鋳片製造に寄与する効果は多大なものがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の概要を説明するための概略側面図
【図２】スラグ酸化度と鋳片の介在物指数の関係を電磁力印加の有無によって示した図
【図３】電磁流体解析による鋳型短辺側溶鋼下降流速の比を示す図
【図４】従来の連続鋳造鋳型内における溶鋼の流動状況を説明する概略側面図
【符号の説明】
１ 鋳型
２ 浸漬ノズル
３ 吐出口
４ 電磁攪拌装置
５ 電磁制動装置
６ 吐出流
７ 攪拌流
８ メニスカス
９ 凝固シェル
１３ 上昇流
１４ 下降流
１５ 反転流

Claims (1)

1. 取鍋精錬工程終了時におけるスラグ中のＴ・ＦｅとＭｎＯの濃度が下記（１）式で示される範囲内の溶鋼を連続鋳造用鋳型内へ供給するに際し、鋳型内の溶鋼メニスカス該当部分に移動磁界による水平方向の攪拌電磁場を形成すると共に、浸漬ノズルの溶鋼吐出位置より下方に直流磁界による制動電磁場を形成させ、当該制動電磁場の形成位置を浸漬ノズルの溶鋼吐出位置より０〜２．５ｍ下方の範囲としたことを特徴とする、清浄な連続鋳造鋳片の製造方法。
   ７．０＜Ｔ・Ｆｅ＋ＭｎＯ（ｗｔ％）≦３０．０ ・・・・（１）

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