(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
２孔ノズルを用いて、鋳込み幅1600mm以上、鋳込み速度1.0m/min以下の広幅低速鋳造を行う鋼の連続鋳造方法において、鋳込み幅の32〜71％のコイル幅として鋳型長辺壁体内に設置した電磁攪拌用コイルを用いて鋳型内溶鋼を水平旋回させ、1/4 幅部のメニスカス流速を20〜40cm/sに制御することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、詳しくは、デッケルを発生させずに広幅低速で鋳造することを可能とした鋼の連続鋳造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鋼の連続鋳造において、２孔ノズルを用いて、鋳込み幅1600mm以上、鋳込み速度1.0m/min以下の広幅低速鋳造を行うと、例えば図３に示すように、メニスカス（溶鋼湯面）部のノズル周りは、ノズル（浸漬ノズル）の吐出口から吐出された溶鋼が到達しにくくて、熱供給がされにくいことから、ノズル周りの溶鋼が凝固して形成される所謂デッケル（不沈塊）が発生する。なお、従来実績から得られたデッケル発生域（デッケルが発生する鋳込み幅及び鋳込み速度の範囲）を図４に示す。デッケルが発生すると、次のような製品欠陥や操業トラブルの発生頻度が増大する。
▲１▼メニスカス上のモールドパウダを引き込み、製品のＵＴ欠陥を招く。
▲２▼ノズル周囲部の凝固収縮が大となり、縦割れが発生しやすくなる。
▲３▼ノズル詰まり防止のためにノズル上部から吹き込まれたArガスの気泡がメニスカス上方の大気へ抜けにくくなり、表面に捕捉されて製品のブローホール欠陥を招く。
▲４▼操業面では、ノズル周りへの熱供給不足によりモールドパウダの溶融速度が下がり、パウダ溶融厚が薄くなって、モールドパウダの流入不足によるブレークアウトに至る。
【０００３】
上記のような不具合の原因となるノズル周りへの熱供給不足を解消するために、従来、ノズルの浸漬深さを浅くしたり、吐出する角度を上向きにする等の改善策がとられていたが、これらの改善策では、モールドパウダの巻き込みが誘発されやすいという問題があった。
一方、特開平４−26835 号公報では、モールドパウダの溶融層内に電極を挿入して通電し、パウダ内に発生するジュール熱でメニスカス部を加熱するという方法が示されている。また、近年では電磁力を用いて縦割れを防止する方法が主流となっているようで、例えば、特開平８−229652号公報では、対向する長辺側にリニアモータを設置し、その対向したリニアモータコイルの重なり長さを1200mm以下にする方法が示されており、また、特公平４−61743 号公報では、炭素濃度0.1 〜0.18％の中炭素鋼を鋳込み速度1.0m/min以上で鋳込むときに、メニスカス直下から200mm の領域で凝固シェル内周面に沿って溶鋼を40〜120cm/s の速度で流動させる方法が示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記特開平４−26835 号公報に示された方法では、電極が消耗し、その高さコントロールが難しいばかりか、電極の補充や通電用電力等にかかるランニングコストが多大である。また、前記電磁力を用いる二公報所載の方法については、鋳込み幅1600mm以上、鋳込み速度1.0m/min以下の広幅低速鋳造の場合、特開平８−229652号公報所載の方法では鋳型短辺近傍にも電磁力による流動が生じ、また、特公平４−61743 号公報所載の方法ではメニスカス近傍で電磁攪拌することにより熱供給は可能であっても流速が大きすぎ、いずれの方法によってもモールドパウダの巻き込みを誘発してしまう問題を生じた。
【０００５】
そこで、本発明は、広幅低速鋳造時にメニスカス部のノズル周りへ、モールドパウダ巻き込みを伴わず低ランニングコストで制御容易に、デッケル発生を防止しうるに十分な熱量が供給されるようにした鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
発明者らは、広幅低速鋳造時の最適な電磁力印加条件を導くために、低融点金属（鉛）を用いてモデル実験を行った。このモデル実験では、実機の1/5 サイズに製作したモデル装置の鋳型内に低融点合金の湯を注入しつつ凝固させた。このとき、鋳型上方から鋳型内に低融点金属との比重差が実機での溶鋼とモールドパウダとの比重差に等しい液体を添加し、この液体で鋳型内の低融点金属のメニスカスを覆うようにした。電磁力は、鋳型長辺方向（幅方向）に配置した電磁攪拌用コイルに通電し発生させた移動磁界を介して鋳型内の湯を水平旋回させるように印加した。その際、実験条件として、電磁攪拌用コイルのコイル幅（鋳型長辺方向の配置長さ）および高さ（配置高さ位置）を種々変え、各条件につき、メニスカス部の温度分布を測定するとともに、鋳型内の1/4 幅部（かつ1/2 厚部）のメニスカス流速を測定した。凝固後、低融点合金を削り出し、模擬パウダの混入率を測定した。
【０００７】
その結果、以下のことが判明した。
(1) ノズル周りのメニスカス温度を確保するとともに、鋳片（凝固シェル）幅中央部の表層に捕捉されるパウダ（モールドパウダ）量（パウダ巻き込み量＝前記模擬パウダの混入率）を低減するためには、図１に示すように、1/4 幅部におけるメニスカス流速を20〜40cm/sにすることが重要である。
【０００８】
(2) 湯を鋳型短辺近傍まで旋回させると、鋳型内面コーナ部で湯面が乱れることが明瞭に認められた。そこで、コイル幅（対鋳込み幅）とコーナ部でのパウダ巻き込み量の関係を調査し、図２に示す結果を得た。同図より、コイル幅の対鋳込み幅比率が71％を超えると、コーナ部の湯面が乱れ、その部位でのパウダ巻き込み量が増加する。また一方、コイル幅の対鋳込み幅比率が32％に満たないと、1/4 幅部での旋回流速が20cm/sを下回り（この点については図示省略した。）、ノズル周りの温度降下量が増大する。
【０００９】
また、別途、コイル幅が鋳込み幅の20〜25％に相当する電磁攪拌用コイルを用いて1/4 幅部のメニスカス流速を20〜40cm/sの範囲に制御することを検討し、その結果、前記制御を実施するためには移動磁界のさらなるパワーアップが必要で、そのアップ代を満足しうるコイル構造は、鋳型長辺壁体内に収納不可能なものであるという結論を得ている。
【００１０】
本発明は、これらの知見に基づいてなされたところの、２孔ノズルを用いて、鋳込み幅1600mm以上、鋳込み速度1.0m/min以下の広幅低速鋳造を行う鋼の連続鋳造方法において、鋳込み幅の32〜71％のコイル幅として鋳型長辺壁体内に設置した電磁攪拌用コイルを用いて鋳型内溶鋼を水平旋回させ、1/4 幅部のメニスカス流速を20〜40cm/sに制御することを特徴とする鋼の連続鋳造方法である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明では、適用範囲は鋳込み幅1600mm以上、鋳込み速度1.0m/min以下の広幅低速鋳造に限られる。この広幅低速鋳造範囲以外での連続鋳造操業では、図４に示したように従来でもデッケルないし縦割れが発生せず、本発明の効果が確認できない。
【００１２】
また、本発明では、用いる電磁攪拌用コイルのコイル幅（鋳型長辺方向の配置長さ）は鋳込み幅の32〜71％の範囲に限られる。コイル幅をこの範囲に設定することにより、図２に示したように、ノズル周りの温度降下とコーナ部でのパウダ巻き込みとを同時に防止することができる。電磁攪拌用コイルを鋳型長辺壁体内に設置するとしたのは、コイルを鋳型内溶鋼に極力近づけて電磁攪拌用電力利用効率を高くし、ランニングコストを低減するためである。なお、本発明の目的からして、鋳込み幅方向のコイル幅中心位置はノズル中心位置に極力一致させるのが好ましく、また、鋳込み方向のコイル設置範囲はメニスカス近傍とするのが好ましい。
【００１３】
また、本発明では、電磁攪拌用コイルへの通電は、該通電により発生する移動磁界によって鋳型内溶鋼にこれをメニスカス流速20〜40cm/sの範囲で水平旋回させうる電磁力が印加されるように行うものとする。メニスカス流速をこの範囲に制御することにより、図１に示したように、ノズル周りの温度降下と幅中央部でのパウダ巻き込みとを同時に防止することができる。
【００１４】
【実施例】
（１）本発明例１として、実生産に供される垂直曲げ型連続鋳造機を用いて、低炭素Alキルド鋼（Ｃ：0.04〜0.06％、Mn：0.2 〜0.4 ％、Al:0.025〜0.034 ％）を鋳込み速度0.4 〜0.6 ｍ/minで2400mm幅に鋳造するにあたり、鋳型長辺壁体内に、コイル幅1000mmの電磁攪拌用コイルを、そのコイル幅中心位置をノズル中心位置に合わせて設置し、該コイルに通電して発生させた移動磁界からの電磁力によりメニスカス部の溶鋼を水平旋回させながら、約1000ton のスラブを鋳造した。なお、コイルへの通電電流値は、1/4 幅部のメニスカス流速を測定し、この測定値が20〜40cm/sの範囲に入るように制御した。また、比較例１として、本発明例１において前記コイルへの通電を行わずにスラブを鋳造した。
【００１５】
これらについてデッケル発生率および冷延板欠陥混入率を調査した。デッケル発生率は、鋳造中にノズル周りのデッケル発生有無を10分おきに目視検査し、発生有りの回数の対検査回数百分率で評価した。冷延板欠陥混入率は、スラブを熱間圧延しさらに冷間圧延して得られた冷延板コイルについて、リコイルラインで検出された線状疵の長さを測定し、該線状疵長さの対検査コイル長さ百分率で評価した。
【００１６】
その結果、表１に示すように、本発明例１ではノズル周りのデッケルは皆無となり、冷延板の線状疵も大幅に低減した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
（２）  本発明例２として、実生産に供される垂直曲げ型連続鋳造機を用いて中炭素Alキルド鋼（Ｃ：0.09〜0.13％、Si：0.15〜0.22％、Mn：0.90〜1.10％、Al：0.020 〜0.033 ％）を鋳込み速度0.90〜0.95ｍ/minで1600mm幅に鋳造するにあたり、本発明例１と同様の仕方でメニスカス部の溶鋼を水平旋回させながら約1000ton のスラブを鋳造した。また、比較例２として、本発明例２において前記コイルへの通電を行わずに約1000ton のスラブを鋳造した。また比較例３として、本発明例２において、コイル幅を1600mmに変更し、幅方向全域に移動磁界を印加して約1000ton のスラブを鋳造した。
【００１９】
これらについて鋳片縦割れ発生率および厚板ＵＴ欠陥発生率を調査した。鋳片縦割れ発生率は、鋳造後のスラブを全長目視検査し、検出された縦割れの個数対検査長さの比（百分率）で評価した。厚板ＵＴ欠陥発生率は、前記検査後のスラブを厚板圧延により板厚15〜30mmの厚板とした後、全面ＵＴ検査を行ない、検出されたＵＴ欠陥の個数対検査長さの比（百分率）で評価した。
【００２０】
その結果、表２に示すように、本発明例２および比較例３では、縦割れの発生しやすい幅中央部にかけた移動磁界により溶鋼が水平旋回し、メニスカス温度確保等による凝固の均一性が保たれて、縦割れの発生は皆無であった。しかしながら、全幅にわたって移動磁界をかけた比較例３では、コーナ部の溶鋼も攪拌されたので、厚板の鋳片コーナ部相当部位でＵＴ不良が発生して、高いＵＴ欠陥発生率を示した。ＵＴ検査後に欠陥部を分析したところ、モールドパウダが検出された。
【００２１】
【表２】
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【００２２】
【発明の効果】
本発明によれば、広幅低速鋳造において幅中央部のデッケルおよびコーナ部のパウダ巻き込みを同時に防止することができ、鋳片縦割れや圧延後のＵＴ欠陥を生じない健全な広幅連続鋳造鋼鋳片が得られるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  1/4 幅部のメニスカス流速とノズル周りのメニスカス温度降下量及び幅中央部のパウダ巻き込み量との関係を示すグラフである。
【図２】コイル幅の対鋳込み幅比率とコーナ部表層のパウダ巻き込み量及びノズル周りのメニスカス温度降下量との関係を示すグラフである。
【図３】広幅低速鋳造でのノズル周りへの熱供給不足状態を示す説明図である。
【図４】従来の連続鋳造におけるデッケル発生域を示す図である。
【符号の説明】
１  鋳型（鋳型短辺壁）
２  ノズル（浸漬ノズル）
３  モールドパウダ
４  熱い湯の供給不足部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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