(57)【要約】【課題】  鋳片の表面欠陥を防止し、無手入れで圧延することが可能な高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造方法を提供する。【解決手段】  ０．１〜１．０質量％のＴｉを含有する高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造方法において、浸漬ノズル１の吐出孔角度θを上向き２〜８度の範囲内とすると共に、浸漬ノズルの浸漬深さＨを８０〜１３０ｍｍの範囲内とし、且つ、モールドパウダー１１の消費量が０．３〜０．６ｋｇ／ｍ・ｍｉｎの範囲内となる条件で鋳造する。このようにして鋳造することで、縦割れ及びノロカミが防止され、無手入れで圧延することが可能な、表面性状に優れた鋳片を鋳造することができる。【選択図】            図２
2005224852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．１〜１．０質量％のＴｉを含有する高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造方法において、浸漬ノズルの吐出孔角度θを上向き２〜８度の範囲内とすると共に、浸漬ノズルの浸漬深さＨを８０〜１３０ｍｍの範囲内とし、且つ、モールドパウダーの消費量が０．３〜０．６ｋｇ／ｍ・ｍｉｎの範囲内となる条件で鋳造することを特徴とする、高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｔｉを０．１〜１．０質量％含有する高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造方法に関し、詳しくは、表面欠陥の少ない鋳片を安定して鋳造することができる高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
析出型耐磨耗鋼の代表として知られる、Ｔｉを０．１〜１．０質量％含有する高Ｔｉ含有鋼は、連続鋳造時の不可避的な酸化反応により、溶鋼中のＴｉが酸化してＴｉＯ2 が発生する。このＴｉＯ2 は、鋳型内の溶鋼湯面（以下、「メニスカス」と記す）上に添加したモールドパウダー中に濃化して高融点化合物（ＣａＯ・ＴｉＯ2 ）を析出させ、モールドパウダーの粘性や融点などの特性を変化させる。そのため、鋳型と凝固シェルとの間へのモールドパウダーの流れ込み量（以下、「パウダー消費量」と記す）が減少して鋳片表面に縦割れが発生したり、また、高融点化合物が凝固シェルに巻き込まれ、所謂ノロカミが発生して品質異常となる。
【０００３】
また、溶鋼中のＴｉとＣ及びＮとの反応によって生成するチタン炭化物、チタン窒化物、チタン炭窒化物がモールドパウダー中に吸収され、デッケル（「皮張り」ともいう）の生成を助長する。デッケルの生成により、メニスカスの温度は低下し、モールドパウダーの滓化不足を招く。これもノロカミ或いは縦割れの要因となり、品質異常につながる。
【０００４】
品質異常に留まらず、最悪の場合には、パウダー消費量の不足によって鋳型と凝固シェルとの焼き付きを起こし、ブレークアウトなどの操業事故を発生させる。これらの問題点を解決し、高Ｔｉ含有鋼を安定して鋳造するために、従来様々な対策が実施されている。
【０００５】
例えば、特許文献１には、鋳片引抜き速度を０．８〜１．２ｍ／ｍｉｎの範囲としてサイン曲線で鋳型を振動させる際に、鋳型振動ストロークＳを２〜５ｍｍの範囲内とし、鋳型振動数ｆを１２０サイクル／ｍｉｎ以上とし、且つ、鋳型振動数ｆ×鋳型振動ストロークＳ≦６００を満たす振動条件にて高Ｔｉ含有鋼を連続鋳造する方法が開示されている。特許文献１によれば、振動条件を低ストローク且つ高振動数とするので、普通鋼の鋳造に一般的に使用されているモールドパウダーを使用しても、オシレーションマークを浅くし、且つ、ノロカミなどの表面欠陥を防止することができるとしている。
【０００６】
また、特許文献２には、浸漬ノズルの吐出孔角度θを上向き２〜８度の範囲内とし、且つ浸漬ノズルの浸漬深さＨを８０〜１３０ｍｍとして高Ｔｉ含有鋼を連続鋳造する方法が開示されている。特許文献２によれば、このようにして鋳造することで、メニスカスにおける溶鋼が常時更新され、モールドパウダーの融解熱となる熱を常に供給するので、ＴｉＯ2 を吸収したモールドパウダーであっても消費量を高めることができ、鋳片の表面欠陥が防止されるとしている。
【特許文献１】特開平７−２５１２５１号公報
【特許文献２】特開平１０−３１４８９２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
連続鋳造鋳片は、歩留り向上及び省エネルギーのために、鋳片表面の無手入れのままで次工程の熱間圧延工程に供給されることが望ましい。しかし、無手入れで供給するためには、鋳片の縦割れやノロカミなどの表面欠陥の全てを防止する必要がある。
【０００８】
本発明者等が高Ｔｉ含有鋼を無手入れ化するための連続鋳造方法を検討した結果、上記の従来技術には以下の問題点のあることが判明した。即ち、特許文献１の技術では、オシレーションマーク深さは浅くなり、横割れには有効であるが、鋳型振動条件を低ストローク且つ高振動数とするので、パウダー消費量が減少し、縦割れやノロカミが発生することがあり、安定して無手入れとすることはできない。また、特許文献２の技術では、浸漬ノズルの吐出孔角度及び浸漬深さのコントロールだけであり、デッケルの生成防止に対しては極めて有効であるが、これだけでは不十分であり、或る頻度で縦割れ及びノロカミが発生することが判明した。
【０００９】
このように従来の方法は、高Ｔｉ含有鋼を無手入れとするための鋳片表面欠陥の防止に効果を十分に発揮しているとは言い難く、改善の余地が大きいのが現状である。
【００１０】
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、鋳片の表面欠陥を防止し、無手入れで圧延することが可能な高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者等は、上記課題を解決すべく鋭意研究・検討を行った。以下に、研究・検討結果を説明する。
【００１２】
本発明者等の調査結果から、高Ｔｉ含有鋼の無手入れ化を阻害する表面欠陥は、ノロカミと縦割れに代表されることが分かった。そこで、上記課題を解決するための手段として、ノロカミと縦割れとを同時に防止することができる連続鋳造方法を検討した。
【００１３】
高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造の場合、モールドパウダーは溶鋼中から浮上するＴｉＯ2 を吸収するので、モールドパウダー中に高融点のＣａＯ・ＴｉＯ2 が生成され、これによってモールドパウダーの融点や粘性などの特性が変化する。また、モールドパウダーは生成したチタン炭化物、チタン窒化物、チタン炭窒化物を吸収するので、これらの化合物を核としてメニスカスにデッケルが発生する。ノロカミを防止し且つ縦割れを防止するためには、生成した高融点のＣａＯ・ＴｉＯ2 を溶融させると同時に、デッケルの生成を抑制する或いは生成したデッケルを溶融させる必要がある。そのためには、メニスカスにおける溶鋼は常時更新され、モールドパウダーの融解熱となる熱を常に供給しなければならない。
【００１４】
従って、高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造においては、浸漬ノズルからの吐出流を、通常の炭素鋼の場合に比較してメニスカスに多く供給することが必要となる。しかし、供給量を多くし過ぎてメニスカスの溶鋼流速を速くし過ぎると、メニスカスに渦や湯暴れなどが発生し、未溶融のモールドパウダーが巻き込まれ、却ってモールドパウダー性のノロカミが発生することになるので、メニスカスに供給する吐出流は適正な範囲にしなければならない。
【００１５】
本発明者等は、種々の試験の結果から、浸漬ノズルの吐出孔角度θと浸漬ノズルの浸漬深さＨとを適正に制御することで、メニスカスに渦や湯暴れを発生することなく溶鋼を更新でき、その結果、高Ｔｉ含有鋼の表面欠陥を改善できることを見出した。
【００１６】
即ち、吐出孔角度θが上向き２〜８度の範囲で、且つ浸漬深さＨが８０〜１３０ｍｍの範囲では、メニスカスにおける湯面変動が少なく、また溶鋼の更新も順調に行なわれるので、ノロカミと縦割れとを同時に抑制することができることを見出した。尚、浸漬ノズルの吐出孔角度θとは、吐出孔の向きと水平線とのなす角度で表し、吐出孔の向きが水平より上側の場合を上向き、水平より下側の場合を下向きと定義し、また、浸漬ノズルの浸漬深さＨとは、浸漬ノズルの吐出孔の上端位置とメニスカスとの距離で定義する。
【００１７】
吐出孔角度θが上向き８度を超えると、吐出孔からメニスカスに向かって流れる吐出流が多くなり、メニスカスにおいて渦、湯暴れなどが発生して湯面変動が激しくなる。この湯面変動により、未溶融のモールドパウダーが強制的に溶鋼中に巻き込まれ、凝固シェルに捕捉されてノロカミが発生する。この場合に、浸漬深さＨを増大して深くすると、メニスカスの湯面変動は抑えられノロカミは減少するが、溶鋼の更新が不足してモールドパウダーの溶融化が妨げられ、パウダー消費量が減少して縦割れが増加する。このように、吐出孔角度θが上向き８度を超えると浸漬ノズルの浸漬深さを変更しても、ノロカミと縦割れとを同時に防止することができないことが分かった。
【００１８】
一方、吐出孔角度θが上向き２度未満では、水平方向或いは水平よりも下向きに流れる吐出流が多くなり、メニスカスにおける吐出流による溶鋼の更新が少なくなる。そのため、メニスカスの溶鋼温度が低下してモールドパウダーの溶融化が阻害され、パウダー消費量が減少して縦割れが発生する。この場合に、浸漬深さＨを浅くしてメニスカスにおける溶鋼の更新を図ると、縦割れは減少するが、メニスカスの湯面変動が激しくなり、モールドパウダーが巻き込まれてノロカミが増加する。このように、吐出孔角度θが上向き２度未満では、浸漬ノズルの浸漬深さＨを変更しても、ノロカミと縦割れとを同時に防止することができないことが分かった。
【００１９】
また、浸漬ノズルの浸漬深さＨが８０ｍｍ未満では、浸漬深さＨが浅過ぎるためにメニスカスに湯面変動が現れてノロカミが発生し、逆に、浸漬ノズルの浸漬深さＨが１３０ｍｍを超えると、浸漬深さＨが深過ぎるためにメニスカスにおける溶鋼の更新が阻害され、縦割れが発生することが分かった。
【００２０】
しかし、高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造の場合、モールドパウダーは溶鋼中から浮上するＴｉＯ2 を吸収するので、融点及び粘性などモールドパウダーの特性が少なからず変化する。本発明者等の更なる研究の結果、浮上するＴｉＯ2 を吸収することにより、モールドパウダーの特性が所定の特性の範囲内から外れてしまった場合には、上記のようにしてメニスカスの溶鋼流動を制御しても、縦割れ及びノロカミが発生することが判明した。
【００２１】
そこで、モールドパウダー中へのＴｉＯ2 のピックアップ量をどの程度まで抑えれば、モールドパウダーの特性を過剰に損なわずに鋳造できるかを検討した。ここで、溶鋼中から浮上してくるＴｉＯ2 の質量は溶鋼の単位質量当たり一定であると仮定し、ＴｉＯ2 のピックアップ量を決める要因としてパウダー消費量に注目した。これは、パウダー消費量が多くなれば、溶鋼に接触している溶融したモールドパウダーの更新が促進され、ＴｉＯ2 のピックアップ量が少なくなり、逆に、パウダー消費量が少なくなれば、モールドパウダーの更新が遅れ、ＴｉＯ2 のピックアップ量が多くなることに基づくものである。
【００２２】
図１に、パウダー消費量とモールドパウダー中へのＴｉＯ2 のピックアップ量との関係を調査した結果を示す。図１に示すように、パウダーの消費量とＴｉＯ2 のピックアップ量とは強い相関が見られ、パウダー消費量が増加するほどＴｉＯ2 のピックアップ量が減少することが分かった。
【００２３】
一方、モールドパウダー中へのＴｉＯ2 のピックアップ量とモールドパウダーの特性変化とを対比した試験結果から、図１に示す縦軸のＴｉＯ2 のピックアップ指数が０．４を越えると、モールドパウダーの特性が急激に変化することが分かった。ＴｉＯ2 のピックアップ指数が０．４以下になるのは、図１からも明らかなように、パウダー消費量が０．３ｋｇ／ｍ・ｍｉｎ以上のときである。
【００２４】
これらの結果から、０．３ｋｇ／ｍ・ｍｉｎ以上のパウダー消費量を確保することで、ＴｉＯ2 のピックアップ指数は０．４以下に抑制され、モールドパウダーの特性変化は最小限に抑えられ、モールドパウダーの特性を過剰に損なうことなく鋳造することができることが分かった。
【００２５】
一方、パウダー消費量が０．６ｋｇ／ｍ・ｍｉｎを越えると、流れ込み量が多くなり過ぎてモールドパウダーの不均一流入が発生し、縦割れが発生することが分かった。即ち、パウダー消費量が０．３〜０．６ｋｇ／ｍ・ｍｉｎとなる条件下で鋳造する必要があることが分かった。具体的には、パウダー消費量が０．３〜０．６ｋｇ／ｍ・ｍｉｎとなるように、使用するモールドパウダーを選定する、または、鋳片引き抜き速度や鋳型振動などの鋳造条件を選定して鋳造することである。当然ながら両者を選定してもよい。尚、本発明におけるパウダー消費量は、凝固シェルと鋳型壁面との１ｍ長さ当たりの接触面において、１分間当たりに流入するモールドパウダーの質量で示したものである。
【００２６】
本発明は、上記研究・検討結果に基づいてなされたものであり、本発明に係る高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造方法は、０．１〜１．０質量％のＴｉを含有する高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造方法において、浸漬ノズルの吐出孔角度θを上向き２〜８度の範囲内とすると共に、浸漬ノズルの浸漬深さＨを８０〜１３０ｍｍの範囲内とし、且つ、モールドパウダーの消費量が０．３〜０．６ｋｇ／ｍ・ｍｉｎの範囲内となる条件で鋳造することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、高Ｔｉ含有鋼の連続鋳造において、浸漬ノズルの吐出孔角度θと浸漬ノズルの浸漬深さＨとを最適な範囲に制御すると同時に、パウダー消費量を所定の範囲内に制御して鋳造するので、ノロカミもまた縦割れも極めて少ない健全な鋳片が得られ、無手入れで熱間圧延することが可能となる。その結果、製品歩留りの向上や省エネルギーの向上などが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図２は、本発明を実施したスラブ連続鋳造機の鋳型部の正面断面の概要図である。
【００２９】
図２において、相対する鋳型長辺４と、鋳型長辺４の内部に内装された相対する鋳型短辺５とから構成された鋳型３の上方には、タンディッシュ６が配置されている。タンディッシュ６の底部には上ノズル１３が配置され、そして、上ノズル１３の下面に接して、固定板１４、摺動板１５及び整流ノズル１６からなるスライディングノズル７が配置され、更に、スライディングノズル７の下面に接して、下部に一対の吐出孔２を有する浸漬ノズル１が配置され、タンディッシュ６から鋳型３への溶鋼流出孔１７が形成されている。取鍋（図示せず）からタンディッシュ６の内部に注入された溶鋼８は、溶鋼流出孔１７を経由して、浸漬ノズル１の下部に設けられ、且つ鋳型３内の溶鋼８に浸漬された吐出孔２より、吐出流１２を鋳型短辺５に向けて鋳型３内に注入される。そして、溶鋼８は鋳型３内で冷却されて凝固シェル９を形成し、鋳型３の下方に連続的に引き抜かれ鋳片となる。尚、図２では吐出流１２を片側のみ表示している。
【００３０】
上ノズル１３には、Ａｒガス導入管（図示せず）が接続され、浸漬ノズル１の内壁へのＴｉＯ2 及びＡｌ2 Ｏ3 の付着防止のために、Ａｒガスが、上ノズル１３の内部の微細気孔を通じて溶鋼流出孔１７内に吹き込まれている。鋳型３内のメニスカス１０上には、モールドパウダー１１が添加されている。
【００３１】
浸漬ノズル１は外形を円形または楕円形とし、浸漬ノズル１の内面底部には凹状の湯溜まり部が形成されている。吐出孔２は浸漬ノズル１の中心を対称として左右に各１つ設けられており、吐出孔２の断面形状は円形または楕円形或いは四角形とすればよい。そして、浸漬ノズル１の吐出孔角度θを、上向き２度から上向き８度の範囲内の任意の値に設定する。但し、鋳片表面性状の安定性から浸漬ノズル１の吐出孔角度θは限定範囲の中央値である上向き５度前後（４〜６度）とすることが好ましい。
【００３２】
そして、浸漬深さＨを８０ｍｍから１３０ｍｍの範囲の任意の値に設定して鋳造を実施する。尚、浸漬深さＨを限定範囲の境界値である８０ｍｍや１３０ｍｍに設定すると、鋳造中の外乱によりメニスカス１０の位置が変化して、浸漬深さＨが限定範囲外になることもあるので、この浸漬深さＨも１００ｍｍから１１０ｍｍの限定範囲の中央値側に設定することが、安定して表面欠陥を防止するうえで好ましい。ここで、本発明において、浸漬ノズル１の吐出孔角度θとは、吐出孔２の向きと水平線とのなす角度で表し、吐出孔２の向きが水平より上側の場合を上向き、水平より下側の場合を下向きと定義し、また、浸漬ノズル１の浸漬深さＨとは、浸漬ノズル１の吐出孔２の上端位置とメニスカス１０との距離で定義する。
【００３３】
また、パウダー消費量が０．３〜０．６ｋｇ／ｍ・ｍｉｎの範囲の任意の値となるモールドパウダー及び鋳造条件を選定し、その条件で鋳造する。この場合、鋳片表面性状の安定性から、望ましくは、パウダー消費量が０．４５〜０．５０ｋｇ／ｍ・ｍｉｎとなる条件で鋳造することが好ましい。パウダー消費量は、使用するモールドパウダー１１の粘性などの特性、及び、鋳片引抜き速度や鋳型３の振動条件によって決定されので、予め種々の特性のモールドパウダーを用いて鋳片引き抜き速度及び鋳型３の振動条件を変更した試験を実施し、これらの鋳造条件とモールドパウダー特性とでパウダー消費量を把握しておき、鋳造条件に応じて使用するモールドパウダー１１を選定できるようにすることが好ましい。使用するモールドパウダー１１としては、高Ｔｉ含有鋼用のものでも、通常の炭素鋼用のものでも何方でもよいが、表面欠陥を安定して防止するうえで、高Ｔｉ含有鋼用モールドパウダーが好ましい。
【００３４】
鋳片引抜き速度は０．７〜１．８ｍ／ｍｉｎ、そして、鋳片厚みが１５０〜２５０ｍｍ、鋳片幅が６５０〜２３００ｍｍであるスラブ形状の鋳片が対象となる。また、浸漬ノズル１の肉厚は１０ｍｍ〜５０ｍｍの寸法でよく、吐出孔２の断面積は２０〜１２０ｃｍ2 とすればよい。
【００３５】
このようにして０．１〜１．０質量％のＴｉを含有する高Ｔｉ含有鋼を連続鋳造することにより、メニスカス１０における溶鋼８が常時更新されるので、デッケルの発生が防止されると共にモールドパウダー１１の溶融熱となる熱が常に供給されてモールドパウダー１１の溶融が促進され、更に、パウダー消費量を所定の範囲に制御することによって、溶鋼８と接触するモールドパウダー１１が更新されるので、ＴｉＯ2 のピックアップに起因するモールドパウダー１１の特性変化を最小限に抑えて鋳造することができるため、ノロカミ及び縦割れの極めて少ない健全な鋳片を得ることができ、無手入れで熱間圧延することが可能となる。その結果、製品歩留りの向上や省エネルギーを達成することができる。
【実施例１】
【００３６】
図２に示す構成の連続鋳造機を用いて本発明を実施した例を以下に説明する。鋳片断面寸法の厚みが２５０ｍｍ、幅が１５００ｍｍであるスラブ連続鋳造機を用い、Ｔｉ含有量が０．４質量％の高Ｔｉ含有鋼を、０．８ｍ／ｍｉｎの鋳片引抜き速度で鋳造した。使用した浸漬ノズルは、内径が８０ｍｍ、肉厚が３０ｍｍ、吐出孔断面積が５０ｃｍ2 であり、底部に深さ１５ｍｍの凹状湯溜まり部が設けられ、吐出孔角度θは上向き５度とした。そして、浸漬深さＨを１００ｍｍとし、高Ｔｉ含有鋼用のモールドパウダー用い、Ａｒガスを９Ｎｌ／ｍｉｎの流量で浸漬ノズル内に吹き込んで鋳造した。使用したモールドパウダーは、予めパウダー消費量が０．４〜０．５ｋｇ／ｍ・ｍｉｎとなることを確認したモールドパウダーを用いた。また、比較のために、吐出孔角度θ及び浸漬深さＨは本発明例と同一であるが、パウダー消費量が本発明の限定範囲外であるモールドパウダーを使用した鋳造（比較例）も併せて実施した。
【００３７】
得られた鋳片の表面を浸透探傷試験法によって調査し、縦割れの長さと個数分布を測定した。また、浸透探傷試験法による縦割れの調査後、鋳片表面を２ｍｍ厚みでスカーフした後にスカーフ面を浸透探傷試験法によって調査し、ノロカミの大きさと個数分布を測定した。鋳片の表面性状は、縦割れ及びノロカミを含めて総合的に評価した。
【００３８】
表１に、本発明例及び比較例１〜３における鋳造条件及び鋳片の表面性状評価結果をまとめて示す。表１の鋳片表面性状評価の欄における○印は、縦割れ及びノロカミが極めて少なく、無手入れで熱間圧延ができる表面状態を表し、×印は、縦割れ或いはノロカミが発生し、鋳片の表面手入れが必要な表面状態であることを表している。
【００３９】
【表１】
2005224852.tif 000003
【００４０】
表１からも明らかなように、本発明例では縦割れ及びノロカミが共に極めて少なく、良好な表面状態の鋳片を鋳造することができた。これに対して比較例１〜３では、縦割れ或いはノロカミが発生し、無手入れのままの熱間圧延はできないことが確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】パウダー消費量とモールドパウダー中へのＴｉＯ2 のピックアップ量との関係を示す図である。
【図２】本発明を適用したスラブ連続鋳造機の鋳型部の正面断面の概要図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  浸漬ノズル
２  吐出孔
３  鋳型
４  鋳型長辺
５  鋳型短辺
６  タンディッシュ
７  スライディングノズル
８  溶鋼
９  凝固シェル
１０  メニスカス
１１  モールドパウダー
１２  吐出流
１３  上ノズル
１４  固定板
１５  摺動板
１６  整流ノズル
１７  溶鋼流出孔
【図１】
2005224852.tif 000004
【図２】
2005224852.tif 000005