JPH0620629B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ＜産業上の利用分野＞ この発明は、連続鋳造途中に生じがちな湯面変動，ブレ
ークアウト及び縦割れ等の鋳片表面疵を鋼種によらず、
また鋳型交換を行うことなく効果的に防止し、“鋳込み
の非定常域(鋳込み初期における定常鋳造速度に至るま
での鋳造速度上昇時)”や“定常域”での鋳造速度を従
来に比べて大幅に増加する鋼の連続鋳造方法に関するも
のである。

＜従来の技術＞ 近年、鉄鋼の製造に当っては垂直型もしくは湾曲型等の
連続鋳造機を使用した連続鋳造工程が不可欠となってい
るが、このような連続鋳造法によってブルーム，ビレッ
ト，スラブ等の鋼片を製造しようとすると、鋳造の途中
で湯面変動，鋳型内における鋳片と鋳型の焼付によって
生じるブレークアウト，冷却に起因して生じる熱応力，
或いは鋳片に印加される曲げ応力等によって表面疵が発
生したり、得られた鋳片の熱間圧延時に同様な表面疵が
発生する（特に熱間直送圧延又はホットチャージ圧延時
に著しい）と言ったトラブルを生じることがしばしばあ
った。

中でも、炭素含有量が0.09〜0.20重量％の中炭素鋼を連
続鋳造する場合において鋳片に縦割れが発生する率が高
く、このような縦割れが生じると鋳片の手入れ工程を必
要とすることとなって熱間直送圧延やホットチャージが
できないことから、鉄鋼製造プロセスの省力・省エネル
ギー化を推進する上で大きな障害となっていた。

中炭素鋼に割れが発生しやすい原因として、まず、この
炭素量範囲の鋼は包晶組成に相当してオーステナイト単
相となる温度が高く、そのため冷却中にオーステナイト
粒が粗大化して割れ感受性が高くなることがあげられる
が、これに加えて、包晶反応による凝固時の収縮量が大
きいために鋳型と凝固殻の間に局部的な隙間が生じがち
となって不均一凝固シェルが生成し易く、熱応力によっ
て割れに至りやすいとの事実をもあげることができる。

従って、中炭素鋼を連続鋳造する際には、不均一凝固に
起因した縦割れやブレークアウトを防止するため、低炭
素鋼や高炭素鋼の鋳造時よりも鋳造速度を減少させなけ
ればならなかった。

また、低炭素鋼や高炭素鋼の場合でも非定常域や高速鋳
造時には鋳型と凝固シェルとの間のパウダーの流入が不
足したり不均一になったりしがちであるので、生成する
凝固シェルの厚さもそれに呼応して不足或いは不均一と
なりブレークアウトや熱応力による割れが生じ易くな
る。このため、少なくとも非定常域においては定常域に
おけるよりも鋳造速度を大幅に減少させなければならな
かった。

そこで、従来、中炭素鋼を連続鋳造する場合やその他の
鋼種の連続鋳造であっても、その非定常域で生じがちな
“ブレークアウト”や“鋳片表面割れ”等の如き不都合
を軽減して鋳造速度を上げた高能率鋳造を実施すべく、
次のような手段が試みられてきた。

(a) パウダーの粘度や結晶化温度を適正化してパウダ
ーの均一流入を図る， (b) 鋳型を構成する銅板の内面に熱伝導率の小さい金
属を結合したり、或いは該内面に断熱用空気層を維持す
るための微小溝を設けて溶鋼からの抜熱を低減した所謂
“緩冷却鋳型”を用いて不均一凝固の防止を図る， (c) 浸漬ノズルと鋳型長辺との間の溶鋼を流動させな
がら連続鋳造を行う（特開昭61−172663号）， (d) 鋳型の浸漬ノズルに相対する特定部分のみを緩冷
却化した鋳型を用いて連続鋳造を行う（特願昭62−1952
81号）， (e) 上端から下端にかけて鋳片の凝固収縮量に相当す
る分だけ鋳型の内寸を小さくしたところの所謂“テーパ
ー付き鋳型”を用いて連続鋳造を行う。

＜発明が解決しようとする課題＞ しかしながら、前記(a)項及び(b)項に示したような手段
によると、鋳造速度が比較的遅い場合（特に 1.0ｍ/min
以下）にはかなりの効果が認められるものの、鋳造速度
1.1ｍ/min以上の高速鋳造になるとブレークアウトや縦
割れを完全に防止することはできなかった。

これに対して、前記(c)項に示した方法は縦割れ防止と
鋳造速度の高速化を狙ったものではあるが、実際には鋳
型内の溶鋼を十分に流動させることは非常に難かしくて
どうしても局部的な流動にとどまりがちであり、そのた
め、実際上該手段による鋳片縦割れの確実な防止は困難
であった。

また、前記(d)項及び(e)項に示した手段によれば中炭素
鋼を連続鋳造する際の縦割れ防止には効果があるもの
の、同一の鋳型を用いて“炭素含有量0.09％未満の低炭
素鋼”や“炭素含有量が0.20％を超える高炭素鋼”を鋳
造する場合には鋳型−鋳片間の焼付等に起因した操業上
のトラブル（ブレークアウト等）が発生しやすいなどの
問題点が認められた。

一方、これらとは別に、炭素含有量によることなく同一
鋳型で全鋼種の連続鋳造を行うことを目指して、中炭素
鋼の鋳造時には鋳型冷却水量を減らして緩冷却とし、他
の鋼種では中炭素鋼の場合よりも鋳型冷却水量を増加す
るという方法も試みられているが、この方法によっても
中炭素鋼鋳造時の凝固収縮量を縦割れが発生しない程度
にまで十分に抑えることは困難であった。

更に、第９図に示した鋳造速度と湯面変動量との関係か
らも明らかな如く、鋳造速度を増加すると浸漬ノズルか
らの吐出流速が増大して湯面変動が増し、これに起因し
てブレークアウトや表面疵を生じる頻度が増加すること
から、これまでラジオアイソトープ(Ｒ.Ｉ)レベル計や
渦流レベル計を用いて湯面変動の抑制が図られてきた
が、その成果も十分に満足できるものではなかった。

上述のように、従来試みられてきた連続鋳造作業の安定
化手段では湯面変動，ブレークアウト及び鋳片表面疵を
完全に防止することができず、高速鋳造化を押し進める
には不十分であった。

そこで本発明が目的としたのは、特に中炭素鋼の連続鋳
造にて生じがちなブレークアウトや鋳片表面疵、或いは
全鋼種に共通した連続鋳造の非定常域(鋳込み初期)で生
じる湯面変動に起因したブレークアウトや鋳片表面疵を
鋳型交換を要することなく確実に防止し、定常域又は非
定常域を問わずに鋳造速度の十分な増加が可能な連続鋳
造手段を提供することである。

＜課題を解決するための手段＞ 本発明者等は、上記目的を達成すべく、連続鋳造機によ
って鋳片を製造する際の湯面変動，ブレークアウト及び
鋳片表面疵について様々な観点からの検討を行いながら
研究を重ねた結果、以下に示す如き事実が判明した。

即ち、第１図に略示した如く、 a) 連続鋳造用鋳型１の
全体〔第１図(a)〕もしくは溶鋼２と接する側を含むそ
の一部〔第１図(b)〕を形状記憶合金で構成する（図面
では形状記憶合金部を網目で示した）と共に、鋳造に用
いる前にＭs点（マルテンサイト変態が開始する温度）
以下の温度で前記形状記憶合金部を変形して鋳型テーパ
ーを付けておいて、 b) 鋳型内を循環する冷却媒体３
(水,液体窒素,液体酸素,Ｈｅガス等)の流量を増減する
ことにより、形状記憶合金部に記憶させておいた形状に
従って鋳型テーパーの程度を自在に変えられるように
し、 c) かつ、メニスカス近傍に溶鋼(凝固シェル４を
含む)の形状保持と湯面変動の抑制を目的とした電磁力
利用の溶鋼保持装置５（以降“電磁ホールダー”と称
す）を設置して、鋳型テーパーとメニスカス近傍の溶鋼
形状を制御しつつ鋼の連続鋳造を実施した場合には、
イ) 鋳型交換等を要しなくても、非定常域（鋳込み初期
の鋳造速度上昇域）では同一鋳型のままで鋳型テーパー
度を小さくすると共に、電磁ホールダー５で鋳型１と凝
固シェル４の間の隙間が大きくなるように溶鋼形状を保
持する如き制御ができるので、鋳型１と凝固シェル４の
間に溶融パウダー6Aが不足なく均一に流入するのが容易
となる上、湯面変動の抑制も効果的に行うことができ、
ロ) また、定常域においては、中炭素鋼の鋳造の際に鋳
型テーパー度が大きくなるように鋳型形状制御を行うこ
とによりγ粒の粗大化と不均一凝固傾向が効果的に防止
され、 ハ) 更に、定常時にパウダー潤滑不良が生じて
も、この場合には鋳型温度が上昇するので鋳型テーパー
度が小さくなるように鋳型形状が自ずと変化してパウダ
ー潤滑不良が自動的に解消できることから、鋼種にかか
わらず鋳造中におけるブレークアウトや鋳片表面疵の発
生が極力防止できて、鋳造速度を大幅に増加することが
可能となる。

なお、図面において、符号6Bは未溶融パウダーを，７は
浸漬ノズルを，８はスラグリムをそれぞれ示している。

本発明は、上記知見等に基づいて完成されたものであ
り、 「鋼の連続鋳造に際し、連続鋳造用鋳型の全体もしくは
溶鋼と接する側の一部を形状記憶合金で構成すると共
に、鋳型内を流れる冷却媒体の流量を調整して鋳型のテ
ーパー制御を行い、かつメニスカス近傍の凝固シェルを
含む溶鋼の形状を電磁力保持しつつ鋳造することによ
り、ブレークアウトや鋳片表面疵の発生なく鋳造速度を
大幅に増加し得るようにした点」 に特徴を有するものである。

なお、本発明に係る連続鋳造用鋳型に適用する形状記憶
合金としてはCu−Zn系，Cu−Al系，Cu−Mu系，Cu−Zn−
Al系，Cu−Al−Ni系，Cu−Zn−Ni系等の何れの形状記憶
合金を採用しても良く、必要とする鋳型テーパーの変化
程度等に応じて適宜選択される。

また、鋳型テーパーの変化通度は、冷却媒体(水,液体窒
素,液体酸素,Ｈeガス等)流量の増減や上述した形状記憶
合金の化学組成選択だけでなく、Ｍs 点以下の温度での
変形量を変えることによっても調整できることは言うま
でもない。そして、鋳型を鋳造方向に数段に分け、冷却
媒体の流量の増減、並びに形状記憶合金の化学組成や変
形量を変えれば、鋳造方向でテーパーの程度が異なる所
謂“マルチテーパー”を実現することも容易である。

続いて、本発明を、その作用・効果をも交えながらより
詳細に説明する。

＜作用＞ 先にも述べたように、従来、連続鋳造の非定常域(鋳造
速度上昇域）では鋼種によらずパウダー溶融層厚さが十
分ではなく、鋳型と凝固シェルの間への十分なパウダー
の流入が確保できないことに加えて、湯面変動が大きい
ため、鋳型と凝固シェルとの焼付や不均一凝固に起因し
たブレークアウト或いは鋳片表面疵が多発し、そのため
に鋳造速度を大幅に減少せざるを得なかった。

ところが、全体もしくは溶鋼と接する側の一部を形状記
憶合金で構成し形状記憶させた鋳型を使用する本発明に
従えば、この非定常域では鋳型内の冷却媒体の流量を減
少して形状記憶合金部の温度をＡ_r点(マルテンサイト逆
変態が終了する温度)に近づけることにより第２図(a)に
示す如くにテーパーの程度を小さくすることに加えて、
電磁ホルダー５で溶鋼２の形状を保持して湯面変動を抑
制するので、溶融パウダー6Aを鋳型１と凝固シェル４の
間に従来よりも多量かつ均一に流入させることができ、
ブレークアウトや鋳片表面疵を効果的に防止しつつ、鋳
造速度を増加することが可能となる。

また、連続鋳造の定常域においては、従来、中炭素鋼を
鋳造するとγ単相化温度が高いためγ粒が粗大化して割
れ感受性が高くなりやすいことに加えて、包晶反応に起
因した不均一凝固が生じるのでブレークアウトや縦割れ
が多発していたが、本発明では、第２図(b)に示す如く
に鋳型内の冷却媒体流量を増加して形状記憶合金部の温
度をＭ_ｓ点以下にすることにより鋳型テーパーの程度を
大きくするので、鋳型壁を包晶反応に起因した大きな凝
固収縮量に追随させることができ、不均一凝固が防止さ
れてパウダー流入の均一化が図られると共に、鋳型１と
凝固シェル４との接触の程度が大きくなることによる凝
固シェル４の冷却速度増加によってγ粒の粗大化が抑え
られる。従って、ブレークアウトや鋳片縦割れが有効に
防止され、鋳造速度を増加することが可能となる。

更に、定常域でパウダー潤滑不良が生じるとブレークア
ウトや鋳片表面疵の原因となるが、パウダー潤滑不良が
生じれば鋳型の温度が上昇するため、形状記憶合金を使
用して特定形状を記憶させておいた本発明に係る鋳型で
は自動的に鋳型テーパーの程度が小さくなってパウダー
の流入が促進され、潤滑の不良が解消される。

従って、本発明に係る連続鋳造方法を適用すれば、上述
のような作用の下で中炭素鋼の鋳造においても全鋼種の
非定常域鋳造時においても、湯面変動，ブレークアウト
並びに鋳片表面疵を鋼種による鋳型交換なしに、即ち同
一鋳型でもって確実に防止することができ、非定常域及
び定常域共に鋳造速度を大幅に増加することができるわ
けである。

次に、本発明を実施例によって説明する。

＜実施例＞ 第３図は、本実施例に使用した連続鋳造機（湾曲半径１
０ｍ）におけれ鋳込み部分を示した概略図であり、鋳型
１はCu−18wt％Zn−５wt％Alの形状記憶合金製(Ms点:29
0℃，Ａ_f点:330℃)で、かつ鋳造方向に４領域に分けて
冷却水の流量を増減することにおり各部のテーパー度を
自在に調整できるようにしたマルチテーパー鋳型である
（第３図中の符号Ｑは冷却水流量を示しており、その値
はＱ₁＞Ｑ₂＞Ｑ₃＞Ｑ₄とされている）。

なお、第４図は上記鋳型のテーパー調整可能領域(斜線
部の範囲内)を示している。

さて、上記連続鋳造機を使用して第１表に示す低炭素
鋼，中炭素鋼及び高炭素鋼の３鋼種の連続鋳造試験を行
い(このとき、適宜最適鋳型テーパーとなるように冷却
水流量の調整を実施すると共に、電磁ホルダー５にてメ
ニスカス近傍の溶鋼形状を制御した)、それぞれ２００m
mφの鋳片を製造した。但し、該連続鋳造機のNo.1スト
ランドでは比較のために従来法（テーパー度：1%/ｍの
通常鋳型を使用した連続鋳造）を適用して鋳造し、No.2
ストランドにおいて本発明法による鋳造を実施した。

そして、この鋳込み試験によって非定常域でのスラブの
表面疵発生頻度を調査したところ、第５図に示すよう
に、本発明法を適用すると表面疵が大幅に低減すること
が確認された。

また、第６図はこの試験結果を基に本発明適用例と従来
例との連続鋳造非定常域における鋳造速度を比較してグ
ラフ化したものであるが、この第６図からも、本発明法
の適用によって非定常域での鋳造速度を従来法に比して
大きく増加し得ることが明らかである。

更に、第７図は中炭素鋼を鋳造した時の鋳片縦割れ発生
頻度の調査結果であるが、該第７図に示される結果は、
本発明法の適用により鋳片の縦割れが大幅に減少するこ
とを明瞭に示している。

そして、第８図は本発明適用例と従来例とについて「定
常域と非定常域とを合わせた全体の鋳造速度」を比較し
たグラフであるが、この第８図からも、本発明法の適用
により、鋼種によらず鋳造速度を従来法よりも大幅に増
加させ得ることが明らかである。

＜発明の効果＞ 以上に説明した如く、この発明によれば、中炭素鋼の連
続鋳造においても、その他の全鋼種の連続鋳造非定常域
(鋳込み初期)においても、鋳型交換を行うことなく同一
鋳型を用いて湯面変動，ブレークアウト並びに鋳片表面
疵を効果的に防止し、定常域及び非定常域を通じての全
工程における連続鋳造速度を大幅に向上することが可能
となるなど、産業上極めて有用な効果がもたらされる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明に係る連続鋳造方法の一例を説明した
概念図であり、第１図(a)及び第１図(b)はそれぞれ別の
例を示したものである。 第２図は、本発明に係る連続鋳造方法の実施状況の説明
図であり、第１図(a)及び第１図(b)はそれぞれ別条件で
の鋳型状況を示したものである。 第３図は、本発明に係る実施例で使用した連続鋳造設備
の説明図である。 第４図は、本発明に係る実施例で使用した連続鋳造鋳型
のテーパー調整可能領域を示したグラフである。 第５図は、本発明法と従来法により鋳造した鋳片の表面
疵発生状況を比較したグラフである。 第６図は、本発明法と従来法の非定常域における鋳造速
度を比較したグラフである。 第７図は、本発明法と従来法により鋳造した鋳片の縦割
れ発生状況を比較したグラフである。 第８図は、本発明法と従来法による鋳造速度を比較した
グラフである。 第９図は、連続鋳造での鋳造速度と湯面変動量との関係
を示したグラフである。 図面において、 １……鋳型，２……溶鋼， ３……冷却媒体，４……凝固シェル， ５……電磁ホルダー，6A……パウダー， 6B……未溶融パウダー，７……浸漬ノズル， ８……スラグリム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋼の連続鋳造に際し、連続鋳造用鋳型の全
   体もしくは溶鋼と接する側の一部を形状記憶合金で構成
   すると共に、鋳型内を流れる冷却媒体の流量を調整して
   鋳型のテーパー制御を行い、かつメニスカス近傍の凝固
   シェルを含む溶鋼の形状を電磁力で保持しつつ鋳造する
   ことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。