(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
スラブ鋳片を連続鋳造するにあたり、鋳造開始時、少なくとも鋳造された鋳片の長さが２．０ｍに達するまでは、鋳型短辺から浸漬ノズル側に５０ｍｍ離れた位置の鋳型内溶鋼湯面の溶鋼流速を４ｃｍ／秒以上２０ｃｍ／秒以下に制御することを特徴とする、連続鋳造機での鋳造開始方法。
【請求項２】
前記鋳型内溶鋼湯面の溶鋼流速を、鋳片の引抜き速度の調整によって前記範囲に制御することを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造機での鋳造開始方法。
【請求項３】
前記鋳型内に発熱性モールドパウダーを添加して鋳造することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の連続鋳造機での鋳造開始方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造機でのスラブ鋳片の鋳造開始方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造機では、鋳造開始にあたり、鋳型内にダミーバーを挿入して鋳型下部を閉塞し、その状態で、ダミーバーと鋳型とで囲まれる空間に溶鋼を注入して鋳型内に溶鋼を溜め、鋳型内に所定量の溶鋼が溜まった時点で、ダミーバーの引抜きを開始し、漸次、引抜き速度を上昇して定常引抜き速度まで昇速している。この場合、鋳型内の溶鋼湯面位置が湯面レベル計によって計測されており、引抜きを開始した以降は、鋳型内の溶鋼湯面位置が所定位置になるように、タンディッシュ底部に設置したスライディングノズルなどの流量制御装置によって鋳型への溶鋼の注入量が制御されている。
【０００３】
鋳造開始時は、鋳型内の溶鋼湯面高さが徐々に高くなる過程であるのみならず、タンディッシュ内の溶鋼湯面高さ、つまりタンディッシュ内の溶鋼ヘッドも徐々に増加する過程であることから、スライディングノズルなどの流量制御装置による鋳型への溶鋼の流量制御が不安定であり、鋳型内の湯面変動が大きく、溶鋼温度が低いことも相まって、モールドパウダーの巻き込みなどによる鋳片の品質欠陥が多発する。
【０００４】
この鋳造開始時の品質欠陥を防止するために、多数の提案がなされている。例えば、特許文献１には、連続鋳造の鋳込み開始から鋳型内溶鋼湯面レベルを定常状態に移行させる自動鋳込み開始方法において、鋳込み速度を２段階で所定の速度に上昇せしめるに際し、鋳込み開始時の湯面レベルがピンチロールの起動レベルに達するまでに鋳型内の湯面上昇速度から溶鋼の供給速度が２段目の鋳造速度と合致するように溶鋼の供給速度をスライディングノズル開度によって制御し、次に湯面レベルがピンチロールの起動レベルに達した時点で前記ピンチロールを起動するとともに、該ピンチロールが実際に起動するまでの間溶鋼の供給速度を固定し、さらに前記ピンチロールが起動した後前記溶鋼の供給速度を前記固定値から、引続きモールド内の湯面上昇速度より溶鋼の供給速度が２段目の鋳造速度と合致するように溶鋼の供給速度をスライディングノズル開度によって制御し、湯面レベルが２段目の鋳造速度への増速レベルに達した時点で鋳造速度を増速し、増速後は湯面レベルが予め定められた速度で目標レベルまで到達するように溶鋼の供給速度を漸増した後、湯面レベルが目標レベルに到達すると鋳造速度と溶鋼の供給速度が均衡するように制御する自動鋳込み開始方法が提案されている。特許文献１によれば、鋳造開始時の鋳型内湯面変動を精度良く抑制することができるとしている。
【０００５】
特許文献２には、連続鋳造法で鋳片を製造するに際して、鋳造スタート前にモールドパウダーを投入するに先がけ、電磁攪拌により流速が０．４〜１．２ｍ／秒の範囲で溶鋼攪拌を行う鋳造方法が提案されている。特許文献２によれば、鋳造スタート直前のモールドパウダーの添加前から鋳型内溶鋼に電磁攪拌を適用し、溶鋼流速を０．４〜１．２ｍ／秒の範囲で攪拌し、しかも凝固温度が１０００℃以下のモールドパウダーを鋳造初期に使用することで、鋳型−凝固シェル間のモールドパウダー厚みのばらつきが小さくなり、鋳片表面の縦割れが防止されるとしている。
【０００６】
特許文献３には、連続鋳造における鋳造開始時の鋳片引抜き開始から定常鋳込速度へ到達するまでの鋳片引抜きに際して、鋳片引抜き速度を初速ゼロから一定の加速度で昇速し、いったん定常鋳込速度以上の速度まで昇速した後、鋳片引抜き速度を減速して定常鋳込速度に到らしめる鋳込初期における鋳片引抜き方法が提案されている。特許文献３によれば、鋳込み初期の過冷却部分が解消し、鋳片の品質が向上するとしている。
【０００７】
また、特許文献４には、鋳型長辺の外周に配置した電磁コイルに直流電流または２相以上の多相交流電流を供給することにより鋳型内の溶鋼に電磁ブレーキ、または電磁攪拌を選択的に作用させる連続鋳造方法において、鋳造を開始する際、鋳型内に溶鋼を溜めた状態でオシレーションを開始した後、鋳片の引抜き開始から２０秒以内に交流電流周波数が少なくとも０．５Ｈｚ以上となるような印加強度で電磁攪拌を作用させ始め、その後、鋳型内への溶鋼供給速度が３．０トン／分以上となった時点で、電磁攪拌を停止し、鋳型内厚み方向中心部の最大磁場強度が０．１Ｔ以上の磁束密度となるように直流電流を印加して電磁ブレーキを作用させることを特徴とする鋳込み初期の鋳造方法が提案されている。特許文献４によれば、鋳造初期においても、操業支障を伴うことなく、鋳片品質を向上させることができるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開平９−１２２８６４号公報
【特許文献２】特開平７−１２４７１６号公報
【特許文献３】特開平１０−２９０４８号公報
【特許文献４】特開２００９−１３１８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記従来技術にはそれぞれ以下の問題点がある。
【００１０】
特許文献１は、鋳造開始時に２段階の引抜き速度を設け、鋳片を段階的に昇速して引抜くことを提案しているが、鋳片の引抜き速度は、鋳片の品質を考慮することなく設定されている。即ち、鋳型内湯面で皮張り（地金の生成）を防止しつつ、モールドパウダーの巻き込みを防止するためには、鋳型内の溶鋼流速を或る特定の範囲に制御する必要があるが、引用文献１はその点を考慮していない。
【００１１】
引用文献２は、溶鋼流速が０．４〜１．２ｍ／秒の範囲となるように、モールドパウダーを添加する前から電磁攪拌によって鋳型内の溶鋼を攪拌しており、この状態でモールドパウダーを鋳型内に添加すると、鋳片へのモールドパウダーの巻き込みが発生し、鋳片表面の縦割れは防止できたとしても、総合的に見れば鋳片品質は向上しない。
【００１２】
引用文献３は、いったん定常鋳込速度以上の速度まで昇速した後、鋳片引抜き速度を減速して定常鋳込速度としており、鋳造初期に定常鋳込速度以上の高い速度まで昇速することから、この場合も、鋳型内の溶鋼流速が増大し、モールドパウダーの鋳片への巻き込みが発生する。
【００１３】
引用文献４は、引抜き速度が遅いときには０．５Ｈｚ以上となるような印加強度で電磁攪拌を作用させるとしているが、電磁攪拌の電磁力は、周波数だけで決定されるわけではなく、磁束密度にも影響する。即ち、電磁攪拌によって鋳型内溶鋼をどの程度の流速で攪拌するのかが明確ではなく、引用文献４によって鋳片の品質向上が得られるかは疑問である。当然ながら、鋳型内溶鋼の流速が増大した場合には、モールドパウダーの鋳片への巻き込みが発生する。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、電磁攪拌や電磁ブレーキを使用しなくても、鋳造開始時の鋳型内湯面での皮張りを防止しつつ、モールドパウダーの鋳片への巻き込みを防止することのできる、連続鋳造機での鋳造開始方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造機での鋳造開始方法は、スラブ鋳片を連続鋳造するにあたり、鋳造開始時、少なくとも鋳造された鋳片の長さが２．０ｍに達するまでは、鋳型短辺近傍の鋳型内溶鋼湯面の溶鋼流速を２０ｃｍ／秒以下に制御することを特徴とする。
【００１６】
第２の発明に係る連続鋳造機での鋳造開始方法は、第１の発明において、前記鋳型内溶鋼湯面の溶鋼流速を、鋳片の引抜き速度の調整によって前記範囲に制御することを特徴とする。
【００１７】
第３の発明に係る連続鋳造機での鋳造開始方法は、第１または第２の発明において、前記鋳型内に発熱性モールドパウダーを添加して鋳造することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、スラブ鋳片を連続鋳造する際に、鋳造開始時、少なくとも鋳造された鋳片の長さが２．０ｍに達するまでは、鋳型短辺近傍の鋳型内溶鋼湯面の溶鋼流速を２０ｃｍ／秒以下に制御するので、モールドパウダーの巻き込みが抑制され、モールドパウダー起因の欠陥の少ない連続鋳造鋳片を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】水準１〜４の引抜き速度パターン及び鋳型短辺近傍の溶鋼流速の測定結果を示す図である。
【図２】水準１〜４におけるモールドパウダー巻き込み発生率の調査結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を具体的に説明する。
【００２１】
連続鋳造機では、鋳造開始にあたり、鋳型内にダミーバーを挿入して鋳型下部を閉塞し、その状態で、浸漬ノズルを介してタンディッシュ内の溶鋼をダミーバーと鋳型とで囲まれる空間に注入して鋳型内に溶鋼を溜め、鋳型内に所定量の溶鋼が溜まった時点で、ダミーバーの引抜きを開始し、漸次、引抜き速度を上昇して定常引抜き速度まで昇速している。そして、スラブ鋳片の連続鋳造の際には、鋳型と鋳片凝固シェルとの潤滑、溶鋼の保温、溶鋼の酸化防止などを目的として、ダミーバーの引抜き開始、つまり、鋳片の引抜き開始の前までに、鋳型内の溶鋼湯面上にモールドパウダーが添加されている。添加されたモールドパウダーは溶融し、溶融したモールドパウダーは鋳型と鋳片凝固シェルとの間隙を流下して消費される。従って、消費量に応じて連続的或いは断続的にモールドパウダーは追加される。
【００２２】
定常鋳造中（鋳片引抜き速度が一定の時期）、鋳型内の溶鋼流速が速くなる或いは湯面変動が大きくなると、モールドパウダーが鋳片に巻き込まれ、鋼製品において、モールドパウダー性欠陥となることが知られている。同様に、鋳造開始時も鋳型内の溶鋼流速が速くなる或いは湯面変動が大きくなると、モールドパウダーの鋳片に巻き込まれる頻度が高くなる。
【００２３】
ところで、鋼の連続鋳造では、鋳造開始時、鋳片引抜き速度を段階的或いは連続的に増速して、目的とする定常鋳造時での鋳片引抜き速度まで昇速することが一般的である。従って、鋳造開始時期の鋳片引抜き速度は定常鋳造時での鋳片引抜き速度に比べて遅い。しかしながら、本発明者らは、鋳造開始時期の鋳片引抜き速度が定常鋳造時での鋳片引抜き速度に比べて遅いにも拘わらず、鋳造開始時期の方が定常鋳造中よりもモールドパウダー性欠陥が多発することを知見した。
【００２４】
その原因を調査した結果、以下の２点が主原因であることを確認した。即ち、鋳造開始時期は鋳型内溶鋼の温度が低く、モールドパウダーの滓化が十分でなく、未溶融状態または半溶融状態のモールドパウダーが主体であり、いったん溶鋼中に巻き込まれると、溶融状態のモールドパウダーに比べて溶鋼との分離性が悪いことから、浮上しないまま凝固シェルに捕捉されてしまうことが１つの原因である。通常、鋳造開始時は溶融点の低いモールドパウダー（「フロントパウダー」と称す）を使用するが、その効果は限られている。
【００２５】
また、他の１つの原因は、鋳造開始時には、鋳型直下にダミーバーが存在しており、鋳片のクレータエンド位置（凝固完了位置）が浅く、鋳片内部の未凝固層が少ないことから、タンディッシュ底部に配置された浸漬ノズルからの溶鋼の吐出流は、鋳片内部の未凝固層の側に侵入する割合が少なく、鋳型内溶鋼湯面側に反転する割合が高くなり、これによって、鋳型内溶鋼湯面の流速が上昇し且つ乱れることである。即ち、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流のエネルギーの大半が鋳型内溶鋼湯面に作用し、鋳型内溶鋼湯面が激しく変動することに起因する。
【００２６】
そこで、実機にて鋳造試験を実施し、スラブ鋳片の鋳造開始時期の鋳型内溶鋼湯面における溶鋼流速とモールドパウダーの鋳片への巻き込みとの関係を調査した。試験は、鋳造開始時の鋳片引抜き速度を変更し、そのときの鋳型短辺近傍（鋳型短辺から浸漬ノズル側に約５０ｍｍ離れた位置）の溶鋼流速を測定し、そのときに鋳造したスラブ鋳片のモールドパウダー巻き込み発生状況とを対比させた。この場合、鋳型内溶鋼湯面での溶鋼流速は、セラミック製の棒を、その上端部を回転可能な支点として鋳型内の溶鋼中に浸漬させ、その棒の、溶鋼流速による鉛直方向との傾斜角度に基づいて算出した。また、鋳片のモールドパウダー巻き込み発生状況は、スラブ鋳片の表面を約３ｍｍ厚みで溶削し、この溶削面を浸透探傷法によって検査した。巻き込み個数及びその位置によって定量化した。尚、鋳造開始時は、溶鋼の鋳型への注入に伴って鋳型内の溶鋼湯面が上昇してくるので、この溶鋼湯面の上昇に応じて前記セラミック製の棒を上昇させている。
【００２７】
その結果、鋳造開始時において、モールドパウダーの鋳片への巻き込みを抑制するためには、鋳型とダミーバーとで囲まれる空間に溶鋼を溜めて形成させた鋳片部分も含め、鋳造された鋳片の長さが２．０ｍに達するまでは、前記鋳型短辺近傍の溶鋼湯面での溶鋼流速を２０ｃｍ／秒以下に制御する必要のあることが分かった。
【００２８】
定常鋳造時においては、モールドパウダーの巻き込みは、鋳型短辺近傍の溶鋼湯面での溶鋼流速が３２ｃｍ／秒を超えると発生すると報告されている（特開２００３−３２０４４０号参照）。モールドパウダーの溶鋼への巻き込みという物理現象に関して、モールドパウダー巻き込みの臨海流速値が、一方は３２ｃｍ／秒で、他方は２０ｃｍ／秒であり、両者に大きな差があるが、これは、定常鋳造中は鋳型内溶鋼湯面の鉛直方向の変動は少なく、溶鋼流による剪断力によって溶融状態のモールドパウダーが噛み捕られるようにして起こるのに対し、鋳造開始時は鋳型内溶鋼湯面の鉛直方向の変動が激しく、この鉛直方向の湯面変動によって機械的に巻き込まれて起こることによる。つまり、浸漬ノズル吐出孔からの溶鋼吐出流のエネルギーを減じ、前記鋳型短辺近傍の溶鋼湯面での溶鋼流速を２０ｃｍ／秒以下に制御することで、鋳型内溶鋼湯面の鉛直方向の変動も抑制され、これによってモールドパウダーの巻き込みが抑制される。
【００２９】
本発明は、これらの知見に基づくものであり、スラブ鋳片を連続鋳造するにあたり、鋳造開始時、少なくとも鋳造された鋳片の長さが２．０ｍに達するまでは、鋳型短辺近傍の鋳型内溶鋼湯面の溶鋼流速を２０ｃｍ／秒以下に制御することを特徴とする。
【００３０】
浸漬ノズルからの溶鋼吐出流量は、鋳造されるスラブ鋳片の断面寸法と引抜き速度との積で決定され、また、鋳型短辺近傍の溶鋼湯面での溶鋼流速は、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流量によって左右される。従って、本発明を実施するにあたっては、スラブ鋳片の断面寸法に応じて、少なくとも鋳造された鋳片の長さが２．０ｍに達するまでは、鋳型短辺近傍の鋳型内溶鋼湯面の溶鋼流速が２０ｃｍ／秒以下となるように、鋳片の引抜き速度パターンを設定すればよい。また、電磁力によって鋳型内の溶鋼流動を制御することも可能であるので、電磁力を利用して、鋳型短辺近傍の鋳型内溶鋼湯面の溶鋼流速が２０ｃｍ／秒以下となるように制御してもよい。モールドパウダーの鋳片への巻き込みを抑制する観点からは、鋳型短辺近傍の鋳型内溶鋼湯面の溶鋼流速の下限値を設定する必要はないが、鋳型内湯面で皮張り（地金の生成）を防止するためには、３〜４ｃｍ／秒程度の流速を確保することが望ましい。
【００３１】
また、鋳造開始時に使用するモールドパウダーは、モールドパウダー自体も巻き込まれにくいものを使用することが好ましい。具体的には、滓化しやすく、巻き込まれにくい溶融状態に早期になりやすいことから、金属Ａｌや金属Ｓｉなどを含有した、テルミット反応で発熱する発熱性モールドパウダーを使用することが好ましい。
【００３２】
以上説明したように、本発明によれば、鋳造開始時、少なくとも鋳造された鋳片の長さが２．０ｍに達するまでは、鋳型短辺近傍の鋳型内溶鋼湯面の溶鋼流速を２０ｃｍ／秒以下に制御するので、モールドパウダーの巻き込みが抑制され、モールドパウダー起因の欠陥の少ない連続鋳造鋳片を得ることが実現される。
【実施例１】
【００３３】
厚みが３１０ｍｍで、幅が１８００ｍｍ及び２４５０ｍｍのスラブ鋳片を鋳造する際に、鋳造開始時の鋳片引抜き速度パターンを変更する試験を実施した。
【００３４】
厚みが３１０ｍｍ、幅が１８００ｍｍのスラブ鋳片は、鋳型内に設置した浸漬ノズルの吐出孔が鋳型内に注入された溶鋼中に埋没した後、鋳型内にモールドパウダーを添加し、鋳型内の溶鋼湯面が所定高さになって時点で０．２ｍ／分の引抜き速度で引抜きを開始し、溶鋼を鋳型内に溜めて形成させた鋳片部分も含め、鋳造された鋳片の長さ（以下「鋳込長」と記す）が０．６ｍになった時点で、引抜き速度を０．４ｍ／分へと増速し、その後、水準１では、十数秒間０．４ｍ／分で保持した後、０．８ｍ／分に昇速するパターンで鋳造し、水準２では、鋳込長が２．０ｍとなるまで０．４ｍ／分の引抜き速度を維持し、その後、０．８ｍ／分に昇速するパターンで鋳造し、水準３では、鋳込長が４．０ｍとなるまで０．４ｍ／分の引抜き速度を維持し、その後、０．８ｍ／分に昇速するパターンで鋳造した。
【００３５】
厚みが３１０ｍｍ、幅が２４５０ｍｍのスラブ鋳片は、鋳型内に設置した浸漬ノズルの吐出孔が鋳型内に注入された溶鋼中に埋没した後、鋳型内にモールドパウダーを添加し、鋳型内の溶鋼湯面が所定高さになって時点で０．２ｍ／分の引抜き速度で引抜きを開始し、鋳込長が０．６ｍになった時点で引抜き速度を０．４ｍ／分へと増速し、その後は引抜き速度を０．４ｍ／分に維持して鋳造した（水準４）。
【００３６】
これらの鋳造において、鋳型短辺近傍の溶鋼湯面の流速を、前述したセラミック製の棒を溶鋼中に浸漬させる方法によって測定した。図１に、水準１〜４の引抜き速度パターン及び鋳型短辺近傍の溶鋼流速の測定結果を示す。
【００３７】
図１に示すように、水準４では、水準１〜３と引抜き速度が同一であっても、鋳型短辺近傍の溶鋼流速が速いことが分かる。これは、断面寸法が大きいので、浸漬ノズルからの溶鋼吐出流の有するエネルギーが大きいことによる。但し、鋳型短辺近傍の溶鋼流速は、１７ｃｍ／秒以下であった。
【００３８】
一方、水準１〜３では、引抜き速度が０．４ｍ／分のときには鋳型短辺近傍の溶鋼流速は１２ｃｍ／秒であり、引抜き速度を０．８ｍ／分に増速すると鋳型短辺近傍の溶鋼流速は２３ｃｍ／秒であった。但し、水準１〜３では、鋳型短辺近傍の溶鋼流速が２３ｃｍ／秒となる時点が異なる。
【００３９】
水準１〜４で鋳造した、それぞれ５０チャージ以上の鋳造開始時の鋳片の表面を約３ｍｍの厚みで溶削し、溶削面を浸透探傷法により検査し、モールドパウダー巻き込みの有無を調査した。図２にモールドパウダー巻き込み発生率（発生鋳片の比率）の調査結果を示す。尚、図２は、水準１を基準（１．０）として指数化して表示している。
【００４０】
図２に示すように、鋳型短辺近傍の溶鋼流速の速い水準１に比較して、鋳込長が２．０ｍを超えるまでは鋳型短辺近傍の溶鋼流速が２０ｃｍ／秒以下である水準２〜４ではモールドパウダーの巻き込みを大幅に削減できることが確認できた。
【図１】
0005471771.tif 000002
【図２】
0005471771.tif 000003