(57)【要約】      （修正有）【課題】良好なビレット形状の丸鋳片を確実に製造することが可能な丸鋳片の連続鋳造方法を提供する。【解決手段】モールド内の溶鋼表面上にモールドパウダーを供給しながら行う丸鋳片の連続鋳造方法であって、前記モールドパウダーとして、SiO2含有量に対するCaO含有量の質量比（CaO/SiO2）が0.30〜1.0のモールドパウダーを用い、前記モールドパウダーの1300℃における粘度η（poise）に応じて、以下の（１）式を満たすように２次冷却比水量Ｗ（L/kg）を設定することを特徴とする丸鋳片の連続鋳造方法。0.2＋0.012η≦Ｗ・・・（１）【選択図】図４
2019038033.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
モールド内の溶鋼表面上にモールドパウダーを供給しながら行う丸鋳片の連続鋳造方法であって、
前記モールドパウダーとして、SiO2含有量に対するCaO含有量の質量比（CaO/SiO2）が0.30〜1.0のモールドパウダーを用い、
前記モールドパウダーの1300℃における粘度η（poise）に応じて、以下の（１）式を満たすように２次冷却比水量Ｗ（L/kg）を設定することを特徴とする丸鋳片の連続鋳造方法。
0.2＋0.012η  ≦  Ｗ      ・・・（１）
【請求項２】
前記モールドパウダーの1300℃における粘度η（poise）に応じて、以下の（２）式も満たすように２次冷却比水量Ｗを設定する、請求項１に記載の丸鋳片の連続鋳造方法。
Ｗ  ≦  0.8＋0.016η      ・・・（２）
【請求項３】
前記丸鋳片の不円率を2.5％以下とする、請求項１に記載の丸鋳片の連続鋳造方法。
【請求項４】
前記丸鋳片の反りを40mm以下とする、請求項２に記載の丸鋳片の連続鋳造方法。
【請求項５】
前記モールドパウダーは、1300℃における粘度ηが3.5〜35poiseの範囲内の非晶質モールドパウダーとする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の丸鋳片の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、断面形状が円形である丸鋳片の連続鋳造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
鋼の連続鋳造は、鋳型内の溶鋼表面上にモールドパウダー（以下、単に「パウダー」ということもある。）を供給しつつ行っている。溶鋼表面に供給されたパウダーは溶融して溶融パウダーを形成する。溶融パウダーをモールド（鋳型）と凝固シェル（鋳片）との間に流入させ、鋳型と鋳片の潤滑を十分に行わせることにより、安定して鋼を連続鋳造することができる。
【０００３】
丸鋳片を連続鋳造する場合、矩形の鋳片と比べ、鋳型の内壁と鋳片との接触が不均一化しやすく、冷却が不均一となりやすい。冷却が不均一になると、鋳片の縦割れやブレークアウトが発生したり、そうでなくとも鋳片の断面の真円度が低下するといった問題がある。
【０００４】
このような問題に対処する技術として、特許文献１には、モールド内溶鋼表面上にモールドパウダーを供給しながら行う丸鋳片の連続鋳造方法において、前記モールドパウダーを、質量比でCaO/SiO2を0.30〜0.80とし、1573Kにおける粘度を1.0〜3.5Pa・sとし、かつ結晶化しないパウダーとすることを特徴とする丸鋳片の連続鋳造方法が記載されている。この方法は、モールドパウダーを非晶質化して溶融パウダーの不均一流入を抑制することにより、丸鋳片の縦割れや真円度の低下を防止するものであるが、実施例において、粘度が4.0Pa・s以上の非晶質のモールドパウダーでは、粘度が増大すると逆に真円度に悪影響を及ぼす傾向が指摘されている。
【０００５】
また、特許文献２には、丸鋳片を湾曲型または垂直曲型連続鋳造機で製造するにあたり、連続鋳造鋳型に注入される溶鋼成分の[Al%] および[N%]を[Al%] ×[N%]≦２×10-4に調整するとともに、鋳型から引き抜かれた丸鋳片を、二次冷却比水量0.4L/kg 以上で二次冷却することを特徴とする連続鋳造方法が記載されている。この方法は、２次冷却の比水量を0.4L/kg以上とすることにより真円度の低下を防止するものである。特許文献２では、さらに丸鋳片の反りを防止するために、比水量は1.0L/kg未満が望ましいとされている。
【０００６】
特許文献３には、モールドパウダーからのメリライトの結晶生成を安定化させて緩冷却化することにより、縦割れや気泡性欠陥を防止する丸鋳片の連続鋳造方法が開示されている。特許文献３では、比水量は、真円度の低下を防止するためには0.2L/kg以上が望ましく、矯正時の表面割れを防止するためには1.6L/kg以下が望ましいとされている。また、粘度3.3〜9.7poiseのガラス質のモールドパウダーを用いて、比水量を1.2L/kgとして連続鋳造した比較例では、縦割れや気泡性欠陥の問題があったとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１５１０２２号公報
【特許文献２】特開２００５−０５２８８１号公報
【特許文献３】国際公開第２０１１／００４５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
丸鋳片の真円度の低下を防止する観点について、特許文献１からは、粘度4.0Pa・s以上（単位変換すると40poise以上）のパウダーが好ましくないこと、換言すると粘度40poise未満のパウダーが好ましいことが読み取れ、また、特許文献２には、２次冷却比水量0.4L/kg以上とすること、特許文献３には、２次冷却比水量0.2L/kg以上とすることが記載されている。しかしながら、本発明者らの検討によると、パウダー粘度や２次冷却比水量を上記範囲に設定して丸鋳片の連続鋳造を行っても、真円度に優れることもあれば劣ることもあり、逆に、パウダー粘度や２次冷却比水量を上記範囲外に設定しても真円度に優れることもあった。すなわち、従来技術からは、良好なビレット形状の丸鋳片を確実に製造するための指針を得ることができないでいた。
【０００９】
真円度の低下は造管時の噛み込み不良など、造管での操業トラブルに繋がる。したがって、真円度はある閾値を設けて管理するのが一般的であり、真円度が所定の閾値を下回る（換言すると不円率が所定の閾値を超えた）鋳片は使用できずに屑化となり、歩留を悪化させる。そのため、本発明者らは、良好なビレット形状の丸鋳片を確実に製造するための指針を得ようとの課題に着目した。
【００１０】
すなわち本発明は、上記課題に鑑み、良好なビレット形状の丸鋳片を確実に製造することが可能な丸鋳片の連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決すべく本発明者らが鋭意検討したところ、丸鋳片の真円度の低下は、モールドパウダーの粘度が高い場合に起きやすい傾向が認められた。その原因について、本発明者らは、高粘度のモールドパウダーを用いる場合ほど、鋳型直下において鋳片表面から溶融パウダー層が剥離しにくく、その結果、２次冷却での冷却効率が低下し、凝固シェルの成長が阻害されるためではないかと考えた。そこで、用いるパウダーの粘度が高いほど、２次冷却での比水量を高く設定して、鋳型直下における鋳片表面からの溶融パウダー層の剥離を促進させて、２次冷却での冷却効率を高め、凝固シェルの成長を促進することで、高い真円度を確実に得られることを想起した。そして、本発明者らは、さらに検討を進め、所定の真円度を得るために必要な、パウダーの粘度と２次冷却の比水量とが満たすべき関係式を見出すことに成功した。
【００１２】
本発明は、上記の知見に基づき完成されたものであり、その要旨構成は、以下のとおりである。
［１］モールド内の溶鋼表面上にモールドパウダーを供給しながら行う丸鋳片の連続鋳造方法であって、
前記モールドパウダーとして、SiO2含有量に対するCaO含有量の質量比（CaO/SiO2）が0.30〜1.0のモールドパウダーを用い、
前記モールドパウダーの1300℃における粘度η（poise）に応じて、以下の（１）式を満たすように２次冷却比水量Ｗ（L/kg）を設定することを特徴とする丸鋳片の連続鋳造方法。
0.2＋0.012η  ≦  Ｗ      ・・・（１）
【００１３】
［２］前記モールドパウダーの1300℃における粘度η（poise）に応じて、以下の（２）式も満たすように２次冷却比水量Ｗを設定する、上記［１］に記載の丸鋳片の連続鋳造方法。
Ｗ  ≦  0.8＋0.016η      ・・・（２）
【００１４】
［３］前記丸鋳片の不円率を2.5％以下とする、上記［１］に記載の丸鋳片の連続鋳造方法。
【００１５】
［４］前記丸鋳片の反りを40mm以下とする、上記［２］に記載の丸鋳片の連続鋳造方法。
【００１６】
［５］前記モールドパウダーは、1300℃における粘度ηが3.5〜35poiseの範囲内の非晶質モールドパウダーとする、上記［１］〜［４］のいずれか一項に記載の丸鋳片の連続鋳造方法。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の丸鋳片の連続鋳造方法によれば、良好なビレット形状の丸鋳片を確実に製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】実施例１において得られた、モールドパウダーの粘度と丸鋳片の不円率との関係を示すグラフである。
【図２】実施例２において得られた、２次冷却の比水量と丸鋳片の不円率との関係を示すグラフである。
【図３】丸鋳片の反りの定義を説明する図である。
【図４】実施例３において得られた、モールドパウダーの粘度及び２次冷却の比水量が丸鋳片の不円率に及ぼす影響を示すグラフである。
【図５】実施例３において得られた、モールドパウダーの粘度及び２次冷却の比水量が丸鋳片の反りに及ぼす影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明の一実施形態による丸鋳片の連続鋳造方法は、モールド内の溶鋼表面上にモールドパウダーを供給しながら行うものである。
【００２０】
本実施形態で用いるモールドパウダーは、SiO2含有量に対するCaO含有量の質量比、いわゆる塩基度（CaO/SiO2）が0.30〜1.0のものとする。これにより、スラグリムの生成によって溶融パウダーが鋳型と凝固シェルとの間に不均一に流入することが抑制され、不均一冷却による縦割れやブレークアウトの抑制が可能となる。塩基度（CaO/SiO2）が0.30未満の場合、溶融パウダーの粘度が高過ぎて、溶融パウダーが鋳型と凝固シェルとの間に流れ込みにくくなるため、円周方向に不均一な流入となって、拘束性のブレークアウトの発生を招きやすい。一方、塩基度（CaO/SiO2）が1.0を超えると、パウダーが結晶化し易くなるため、スラグリムの成長により、溶融パウダーが鋳型と凝固シェルとの間に流れ込む流路が小さくなり、円周方向に不均一な流入となって、鋳造された丸鋳片の断面の真円度が低下するなどの問題が起こりやすい。なお、上記の観点から、塩基度（CaO/SiO2）は、0.50〜0.90とするのが好ましい。
【００２１】
溶融パウダーの1300℃における粘度は、3.5〜35poiseに調整することが好ましい。1300℃における粘度が3.5poise未満では、溶融パウダーが溶鋼に巻き込まれて介在物欠陥が発生しやすくなる。一方、1300℃における粘度が35poiseを超えると、溶融パウダーが鋳型と凝固シェルとの間に流れ込みにくくなるため、流入した溶融パウダーのフィルムが局所的に薄くなって膜切れが発生することにより、ブレークアウトが発生しやすくなる。なお、溶融パウダーの1300℃における粘度は10〜35poiseとするのがより好ましい。
【００２２】
本実施形態で用いるモールドパウダーは、非晶質モールドパウダーとすることが好ましい。これにより、スラグリムの生成によって溶融パウダーが鋳型と凝固シェルとの間に不均一に流入することが抑制され、不均一冷却による縦割れやブレークアウトの抑制が可能となる。ここで、非晶質のモールドパウダーとは、示差熱分析装置を用いてモールドパウダーを加熱溶融後、10K/minで冷却した際に、結晶化による発熱ピークが検出されないモールドパウダーと定義されるものとする。
【００２３】
本実施形態では、モールドパウダーの1300℃における粘度η（poise）に応じて、以下の（１）式を満たすように２次冷却比水量Ｗ（L/kg）を設定することが肝要である。
0.2＋0.012η  ≦  Ｗ      ・・・（１）
【００２４】
すなわち、粘度が高いパウダーの使用によって、鋳型直下でのパウダーの剥離・脱落が阻害され、２次冷却帯での冷却効果が十分に得られないことから、真円度の低下を招くことがある。この場合、1300℃（1573K）におけるパウダー粘度η（Poise）に応じて、上記の（１）式を満たすように２次冷却比水量Ｗ（L/kg）を設定する。具体的には、用いるパウダーの粘度ηが大きくなるほど２次冷却比水量Ｗを増大させるように調整する。これにより、２次冷却、特に鋳型直下を強冷却化することができ、また、溶融パウダー層の剥離・脱落を促進し、鋳片を効果的に冷却することができる。その結果、凝固シェルの成長促進及び強度向上が図られ、真円度の高い、すなわち不円率の低い丸鋳片を得ることができる。
【００２５】
ここで、不円率は、鋳造された丸鋳片の直径を円周方向８箇所で測定し、得られた直径のうち最大径から最小径を差し引いた値を、最大径で除した値と定義され、下記（３）式で表わされる。製管加工時の不具合を防止するために、不円率は例えば2.5％といった所定の基準値以下とすることが求められる。また、真円度は下記（４）式で表される。
不円率（％）＝（最大径−最小径）/最大径×100    ・・・（３）
真円度（％）＝100−不円率    ・・・（４）
【００２６】
上記の（１）式を満たすように２次冷却比水量Ｗ（L/kg）を設定することにより、不円率が2.5％以下の丸鋳片を確実に製造することができる。また、2.0％未満という、より不円率が低い丸鋳片を確実に製造したい場合には、以下の（１）’式を満たすように２次冷却比水量Ｗ（L/kg）を設定することが好ましい。
0.3＋0.012η  ≦  Ｗ      ・・・（１）’
【００２７】
さらに本実施形態では、モールドパウダーの1300℃における粘度η（poise）に応じて、以下の（２）式も満たすように２次冷却比水量Ｗを設定することが好ましい。
Ｗ  ≦  0.8＋0.016η      ・・・（２）
【００２８】
すなわち、２次冷却比水量Ｗが大きすぎると、丸鋳片の反りが大きくなる場合がある。非晶質のモールドパウダーを用いる場合、粘度が高い非晶質パウダーを用いるとパウダーフィルムが鋳片から剥離し難くなり、これが熱抵抗となるため、２次冷却比水量Ｗをある程度増しても反りの問題は顕著ではない。しかし、低粘度の非晶質パウダーでは、鋳型から引き抜かれた鋳片からパウダーフィルムが剥離し易くなるため、２次冷却比水量Ｗが大きくなると反りの問題が顕在化し易い傾向にある。このため、1300℃におけるパウダー粘度η（Poise）に応じて、上記の（２）式を満たすように２次冷却比水量Ｗ（L/kg）を設定する。具体的には、用いるパウダーの粘度ηが小さくなるほど２次冷却比水量Ｗを減少させるように調整する。これにより、反りの少ない丸鋳片を確実に製造することができる。
【００２９】
ここで、丸鋳片の反りは、図３に示すように、長さ11mの丸鋳片の両端部を結ぶ線と丸鋳片表面との距離の最大値と定義され、製管加工時の不具合を防止するために、例えば40mm以下といった所定の基準値以下とすることが求められる。
【００３０】
上記の（２）式を満たすように２次冷却比水量Ｗ（L/kg）を設定することにより、反りが40mm以下の丸鋳片を確実に製造することができる。また、20mm以下という、より反りが抑制された丸鋳片を確実に製造したい場合には、以下の（２）’式を満たすように２次冷却比水量Ｗ（L/kg）を設定することが好ましい。
Ｗ  ≦  0.6＋0.016η      ・・・（２）’
【００３１】
このように、（１）式及び（２）式を満たすように２次冷却比水量Ｗ（L/kg）を設定することにより、モールドパウダー粘度により必要な２次冷却水量が規定され、それにより丸鋳片の真円度確保と反りの抑制を両立した、良好なビレット形状の丸鋳片を確実に製造することが可能となった。
【００３２】
本実施形態では、用いるモールドパウダーの粘度ηを事前に測定する。そして、連続鋳造の操業に際して、測定済みのパウダー粘度ηを（１）式に代入し、好ましくは（２）式にも代入し、（１）式を充足するように、好ましくは（２）式も充足するように、２次冷却比水量Ｗを決定する。そして、決定した２次冷却比水量Ｗの条件下で２次冷却を行う。なお、本明細書において「モールドパウダーの1300℃における粘度η」は、回転粘度計を用いて測定し、具体的には、縦型加熱炉を用いて黒鉛坩堝内で1400℃で溶解したパウダーを、炉温制御により1300℃に調整して維持しつつ、溶融パウダー中に浸漬させた黒鉛製の略円柱形の回転子を回転数を複数条件に変更して回転させ、測定した回転数と回転トルクとの関係から、予め複数の標準粘度液を用いて求めた検量線に基づいて粘度を求めた。
【００３３】
本実施形態で用いるモールドパウダーの成分組成は、塩基度（CaO/SiO2）が0.30〜1.0を満たすようにCaO及びSiO2を主成分として含み、好適には1300℃における粘度は、3.5〜35poiseで非晶質となるように適宜調整すればよく、特に限定されない。溶融パウダーの粘度及び結晶化特性は、パウダー組成のCaO、SiO2とともに、F、Na2O、Li2O、Al2O3、MgOの含有量を変更することで調整できる。また、さらにFe2O3、MnO、TiO2、ZrO2、B2O3等を少量添加した条件においても上記のような溶融パウダー物性の調整が可能である。
【００３４】
CaOとSiO2はモールドパウダーの主成分であり、これらの合計量は65〜80質量％程度であることが好ましい。SiO2及びAl2O3は粘度を上昇させ、CaO、Na2O、Li2O、MgO及びFは粘度を低下させる作用を有するので、これらの調整により粘度を調整するが、非晶質とするためには、SiO2及びAl2O3に対してCaO及びMgOを低めにしたうえ、Na2O及びLi2Oを積極的に用いて粘度を調整することが効果的であり、それぞれ質量％で、SiO2は30％以上、50％以下、Al2O3は5％以上、18％以下、CaOは18％以上、35％以下、MgOは1.5％以上、4％以下、Na2Oは2％以上、12％以下、Li2Oは1.5％以上、5％以下、Fは2％以上、8％以下の範囲で調整することが好ましい。
【００３５】
本実施形態の連続鋳造方法の適用対象となる鋼の成分は、特に限定されないが、質量％で、Ｃ：0.14〜0.29％、Ｓｉ：0.14〜0.35％、Ｍｎ：0.40〜1.45％、Ｐ：0.005〜0.025％、及びＳ：0.001〜0.015％を含有し、任意でさらに、Ｃｕ：0.00〜0.10％、Ｎｉ：0.00〜0.20％、Ｃｒ：0.00〜1.15％、Ｍｏ：0.000〜0.075％、Ｃｏ：0.000〜0.030％、Ｖ：0.000〜0.055％、Ｔｉ：0.000〜0.040％、Ｂ：0.0000〜0.0030％、Ｎｂ：0.000〜0.040％、Ａｌ：0.002〜0.070％、Ｃａ：0.0000〜0.0035％、及びＮ：0.002〜0.008％から選択される１種又は２種以上を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物からなる成分組成の低合金炭素鋼に好ましく適用することができる。
【００３６】
また、本実施形態では連続鋳造の速度は特に限定されないが、生産性の観点から、鋳片引き抜き速度を0.8〜2.4m/minとすることが好ましい。
【００３７】
本実施形態において製造する丸鋳片の直径は特に限定されないが、100〜350mmとすることが好ましく、170〜300mmとすることがより好ましい。
【実施例】
【００３８】
表１に示す諸元の５種類のモールドパウダーＡ〜Ｅを用いて、以下の実施例１〜３の実験を行った。
【００３９】
【表１】
2019038033.tif 000003
【００４０】
以下の実施例１〜３では、質量％で、Ｃ：0.12％、Ｓｉ：0.20％、Ｍｎ：0.50％、Ｐ：0.020％、及びＳ：0.008％を含有し、残部がＦｅ及び不可避的不純物である成分組成を有する溶鋼を円形断面の湾曲水冷鋳型に注湯し、鋳造速度2.0m/minで連続鋳造し、直径210mmの丸鋳片にした。湾曲鋳型及びストランドの湾曲部の曲率半径は約10.5mとした。
【００４１】
（実施例１）
２次冷却の比水量を0.6L/kgで一定とする条件で、表１に示す５種類のモールドパウダー（1300℃における粘度が1.9〜35Poise）を用いて連続鋳造を行い、得られた丸鋳片の不円率を測定した。これは、モールドパウダーの粘度が不円率に及ぼす影響を調査したものであり、結果を表２及び図１に示す。表２及び図１から明らかなように、1.9〜35Poiseの粘度範囲において、モールドパウダーの粘度が上昇するに従って、不円率が次第に増加する傾向にあることが分かり、（１）式を外れる条件では、不円率が基準値の2.5％よりも増加した。
【００４２】
【表２】
2019038033.tif 000004
【００４３】
（実施例２）
モールドパウダーの1300℃における粘度を20Poiseで一定とする（すなわち、モールドパウダーＤを用いる）条件で、２次冷却の比水量を0.4〜1.1L/kgで変更して連続鋳造を行い、得られた丸鋳片の不円率を測定した。これは、２次冷却の比水量が不円率に及ぼす影響を調査したものであり、結果を表３及び図２に示す。表３及び図２から明らかなように、（１）式を外れる条件では、不円率が基準値の2.5％よりも増加した。
【００４４】
【表３】
2019038033.tif 000005
【００４５】
（実施例３）
モールドパウダーの1300℃における粘度を3.5〜35Poise、２次冷却比水量を0.20〜1.40L/kgの範囲で種々変更して連続鋳造を行い、得られた丸鋳片の不円率と、図３で定義される反りを測定した。各水準でのパウダー粘度、２次冷却比水量、（１）式左辺の値、（２）式右辺の値、並びに、不円率及び反りの評価結果を表４に示した。表４では、不円率2.0％未満を「○」、不円率2.0％〜2.5％を「△」、不円率2.5％超えを「×」として表記し、反りは、20mm以下を「○」、20mm超え且つ40mm以下を「△」、40mm超えを「×」として表記している。また、各モールドパウダーの粘度及び比水量の条件における、丸鋳片の不円率の評価を図４に、丸鋳片の反りの評価を図５に示した。
【００４６】
これら表４及び図４，５から明らかなように、（１）式を満たす条件では不円率が2.5％以下と良好であり、（２）式を満たす条件では反りが40mm以下と良好であるのに対して、（１）式を外れる条件では不円率が2.5％超えと悪化し、（２）式を外れる条件では反りが40mm超えと悪化することが分かる。また、不円率を2.0％未満、及び反りを20mm以下という、より良好なレベルに制御するためには、それぞれ、Ｗ≧0.3＋0.012η、及びＷ≦0.6＋0.016ηを満たす条件とすることが好ましい。
【００４７】
【表４】
2019038033.tif 000006
【００４８】
以上、実施例１〜３の結果によれば、操業に際して用いるパウダーの粘度に応じて、（１）式を満たすように２次冷却比水量Ｗを設定することにより、不円率が2.5％以下の丸鋳片を確実に製造することができ、さらに（２）式を満たすように２次冷却比水量Ｗを設定することにより、反りが40mm以下の丸鋳片を確実に製造することができることが理解できる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明の丸鋳片の連続鋳造方法によれば、良好なビレット形状の丸鋳片を確実に製造することが可能となる。
【図１】
2019038033.tif 000007
【図２】
2019038033.tif 000008
【図３】
2019038033.tif 000009
【図４】
2019038033.tif 000010
【図５】
2019038033.tif 000011