(57)【要約】【要  約】【課  題】  鋼の連続鋳造を行なうにあたって、凝固シェルにモールドフラックスが付着するのを簡便な手段で防止し、２次冷却帯における不均一冷却に起因する表面欠陥を低減するとともに、安定した操業を維持できる連続鋳造方法を提供する。【解決手段】  鋳型の出側における凝固シェルの表面温度と、鋳型内の溶鋼に投入されるモールドフラックスの凝固温度と、モールドフラックスの化学成分の含有量とを用いて算出されるβ値が 1.5以下または 2.5以上を満足するように鋳造速度を調整して連続鋳造を行なう。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型の出側における凝固シェルの表面温度と、前記鋳型内の溶鋼に投入されるモールドフラックスの凝固温度と、前記モールドフラックスの化学成分の含有量とを用いて、下記の (1)式で算出されるβ値が 1.5以下または 2.5以上を満足するように鋳造速度を調整して連続鋳造を行なうことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
β＝（［SiＯ2］＋αAl2O3 ×［Al2Ｏ3］）×ＴOUT ／（［CaＯ］×Ｔs ）   ・・・ (1)
αAl2O3 ＝4.82γ−0.0115［Al2Ｏ3］−2.44                            ・・・ (2)
γ＝（1.53［CaＯ］＋1.51［MgＯ］＋1.94［Na2Ｏ］＋3.55［Li2Ｏ］＋1.53［CaＦ2］）／（1.48［SiＯ2］＋1.12［Ｂ2Ｏ3］＋0.10［Al2Ｏ3］）              ・・・ (3)
ＴOUT     ：鋳型出側の凝固シェル表面温度（℃）
ＴS      ：モールドフラックスの凝固温度（℃）
［SiＯ2］ ：モールドフラックス中のSiＯ2 含有量（質量％）
［Al2Ｏ3］：モールドフラックス中のAl2Ｏ3含有量（質量％）
［CaＯ］ ：モールドフラックス中のCaＯ含有量（質量％）
［MgＯ］ ：モールドフラックス中のMgＯ含有量（質量％）
［Na2Ｏ］ ：モールドフラックス中のNa2Ｏ含有量（質量％）
［Li2Ｏ］ ：モールドフラックス中のLi2Ｏ含有量（質量％）
［CaＦ2］ ：モールドフラックス中のCaＦ2含有量（質量％）
［Ｂ2Ｏ2］：モールドフラックス中のＢ2Ｏ2含有量（質量％）
【請求項２】
前記鋳造速度が、 2.0ｍ／min 以上であることを特徴とする請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、連続鋳造の凝固シェルにモールドフラックスが付着するのを防止し、２次冷却帯における不均一冷却に起因する表面欠陥を低減するとともに、安定した操業を維持できる鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
連続鋳造は、４つの側面で構成される鋳型に上方から溶鋼を注入して冷却（いわゆる１次冷却）し、鋳型内で形成された凝固シェルを下方へ引き抜くことによって、鋳片を連続的に製造する技術である。鋳型の出側では凝固シェル内に未凝固の溶鋼が残存しているので、鋳型から引き抜いた凝固シェルに冷却水を噴射して冷却（いわゆる２次冷却）し、未凝固の溶鋼を凝固させて鋳片を製造する。
【０００３】
連続鋳造の操業では、鋳片の表面欠陥を防止し、かつ操業の安定性を高めるために、鋳型内の溶鋼にモールドフラックスを投入する。モールドフラックスは、鋳型内の溶鋼と接触して溶鋼表面でスラグ化し、鋳型内の溶鋼表面の保温および酸化防止，溶鋼内の介在物の捕捉，鋳型と凝固シェルとの潤滑性の保持等の役割を果たす。なおモールドフラックスは、モールドパウダーあるいは単にパウダー等とも呼ばれるが、ここではモールドフラックスと記す。
【０００４】
モールドフラックスが溶鋼と接触せず凝固シェルに付着すると、凝固シェルとともに鋳型から下方へ引き抜かれる。一方、鋳型から引き抜かれた凝固シェルの表面には、空気と接触することによって酸化スケールが生成し、さらに凝固シェルの表面にて酸化スケールとモールドフラックスとの混合相が形成される。その混合相は剥離し難いので２次冷却を行なう領域（以下、２次冷却帯という）においても凝固シェルの表面に残留し、凝固シェル表面の冷却特性が変化する。その結果、酸化スケールとモールドフラックスとの混合相が付着した凝固シェルは、２次冷却帯における冷却が不均一になり、鋳片の表面に種々の欠陥が発生する。
【０００５】
凝固シェルの引き抜き速度（以下、鋳造速度という）を増速すると、モールドフラックスが凝固シェルに付着しやすくなる。したがって、２次冷却帯の不均一冷却に起因する表面欠陥が発生したときには、鋳造速度を減速することによって、表面欠陥の発生を抑制できる。ところが鋳造速度を減速すると、生産性が低下する。生産性の低下を最小限に抑えるためには、表面欠陥が発生したときに鋳造速度を減速し、表面欠陥が発生しなくなれば増速するという操業を行なう必要がある。このように鋳造速度を頻繁に変更すると、操業に関わるトラブルを誘発し、連続鋳造の安定操業を損なう原因になる。
【０００６】
しかも、酸化スケールとモールドフラックスとの混合相は、２次冷却帯で冷却水を噴射されても剥離せず、凝固シェル内の溶鋼が凝固した後も鋳片の表面に残留する。鋳片が圧延設備に送給されると、鋳片の表面に生成した酸化スケールはデスケーラ等で容易に除去できる。しかし酸化スケールとモールドフラックスの混合相は除去されず、鋳片の表面に付着したまま圧延されるので、鋳片を圧延した鋼材や圧延ロールに疵や凹みが発生したり、設備故障が発生する。
【０００７】
以上に説明した通り、凝固シェルにモールドフラックスが付着すると、凝固シェルに表面欠陥が発生するばかりでなく、連続鋳造設備の安定操業を阻害して生産性の低下を招く。しかも、後工程の圧延設備においても、鋼材や圧延ロールに疵や凹みが発生したり、設備故障が発生する。そのため、モールドフラックスが凝固シェルに付着するのを防止する技術が種々検討されている。
【０００８】
たとえば特許文献１には、薄鋳片の連続鋳造方法が開示されている。この技術は、２次冷却帯の中でもメニスカスから１〜7.5 ｍの範囲の位置でデスケーリング用の高圧水を噴射して、凝固シェル表面の酸化スケールとモールドフラックスとの混合相を除去しながら未凝固圧下を行なうことによって、表面疵の発生を防止するものである。しかし特許文献１に開示された技術では、高圧水を噴射するためのノズル，配管，ポンプ等の装置や水処理設備が必要であるばかりでなく、連続鋳造設備にさびが発生して設備故障の原因になる。
【０００９】
また特許文献２には、鋼の連続鋳造方法および装置が開示されている。鋳型の出側から最初のサポートロールまでの間で凝固シェルに10Ｎ／cm2 以上の衝突圧で水噴流を衝突させることによって、酸化スケールとモールドフラックスを除去するものである。しかし特許文献２に開示された技術では、高圧水を噴射するためのノズル，配管，ポンプ等の装置や水処理設備が必要であるばかりでなく、連続鋳造設備にさびが発生して設備故障の原因になる。
【００１０】
特許文献３には、鋼板の製造方法が開示されている。この技術は、連続鋳造で得られた鋳片を加熱炉に装入するのに先立って、鋳片に高圧水を吹き付けることによって、酸化スケールとモールドフラックスを除去するものである。しかし特許文献３に開示された技術は、連続鋳造が終了した後で鋳片の酸化スケールとモールドフラックスを除去するので、２次冷却帯の不均一冷却に起因して凝固シェル表面に表面欠陥が発生するのは避けられない。
【特許文献１】特開2000-158109 号公報
【特許文献２】特開2003-275852 号公報
【特許文献３】特開2003-94152号公報
【非特許文献１】ＩＳＩＪ，vol.40，S110
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明は上記のような問題を解消し、鋼の連続鋳造を行なうにあたって、凝固シェルにモールドフラックスが付着するのを簡便な手段で防止し、２次冷却帯における不均一冷却に起因する表面欠陥を低減するとともに、安定した操業を維持できる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】
【００１２】
本発明者らの調査研究によれば、２次冷却帯の不均一冷却を防止する技術（たとえば特許文献１，２等）を適用して均一な冷却を達成しても、鋳造速度を増速すると、モールドフラックスが凝固シェルに付着し易くなる。特に鋳造速度が２ｍ／min 以上の高速鋳造を行なう場合には、モールドフラックスの付着が頻繁に発生し、凝固シェルの表面に種々の欠陥が発生するばかりでなく、連続鋳造設備の操業に支障をきたす。さらに後工程の圧延設備においても、鋼材や圧延ロールに疵が発生したり、設備故障が発生する。本発明は、このような知見に基づいてなされたものである。
【００１３】
すなわち本発明は、鋳型の出側における凝固シェルの表面温度と、鋳型内の溶鋼に投入されるモールドフラックスの凝固温度と、モールドフラックスの化学成分の含有量とを用いて、下記の (1)式で算出されるβ値が 1.5以下または 2.5以上を満足するように鋳造速度を調整して連続鋳造を行なう鋼の連続鋳造方法である。
【００１４】
β＝（［SiＯ2］＋αAl2O3 ×［Al2Ｏ3］）×ＴOUT ／（［CaＯ］×Ｔs ）   ・・・ (1)
αAl2O3 ＝4.82γ−0.0115［Al2Ｏ3］−2.44                            ・・・ (2)
γ＝（1.53［CaＯ］＋1.51［MgＯ］＋1.94［Na2Ｏ］＋3.55［Li2Ｏ］＋1.53［CaＦ2］）／（1.48［SiＯ2］＋1.12［Ｂ2Ｏ3］＋0.10［Al2Ｏ3］）              ・・・ (3)
ＴOUT     ：鋳型出側の凝固シェル表面温度（℃）
ＴS      ：モールドフラックスの凝固温度（℃）
［SiＯ2］ ：モールドフラックス中のSiＯ2 含有量（質量％）
［Al2Ｏ3］：モールドフラックス中のAl2Ｏ3 含有量（質量％）
［CaＯ］ ：モールドフラックス中のCaＯ含有量（質量％）
［MgＯ］ ：モールドフラックス中のMgＯ含有量（質量％）
［Na2Ｏ］ ：モールドフラックス中のNa2Ｏ含有量（質量％）
［Li2Ｏ］ ：モールドフラックス中のLi2Ｏ含有量（質量％）
［CaＦ2］ ：モールドフラックス中のCaＦ2 含有量（質量％）
［Ｂ2Ｏ2］：モールドフラックス中のＢ2Ｏ2含有量（質量％）
本発明の連続鋳造方法は、鋳造速度が 2.0ｍ／min 以上の高速鋳造に適用するのが好ましい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、連続鋳造を行なうにあたって、モールドフラックスが凝固シェルに付着するのを簡便な手段で防止できる。その結果、２次冷却帯で均一に冷却して凝固シェルの表面欠陥を低減するとともに、安定した操業（特に高速鋳造）を維持することが可能である。したがって歩留りの向上と生産性の向上を達成できる。
【００１６】
さらに、本発明を適用して製造した鋳片を圧延する際にも、鋼材や圧延ロールの疵を低減するとともに、設備故障を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
鋳型の出側（すなわち鋳型の下端から最上段のサポートロールまでの間）で凝固シェルの表面温度ＴOUT（℃）を測定する。ＴOUTの測定に使用する温度計は、放射温度計等の非接触式温度計を使用しても良いし、あるいは熱電対等の接触式温度計を使用しても良い。非接触式温度計は、比較的容易に設置できるが、測定精度は接触式温度計よりは多少劣る。接触式温度計は、高精度で測定できるが、寿命が短い。また、凝固シェルの表面温度を測定する代わりに、溶鋼温度や凝固シェル厚さ等に基づいて伝熱計算を行ないＴOUTを算出しても良い。ＴOUTの測定方法あるいは算出方法は、鋳型周辺の設備機器の設置状況や要求される測定精度等に応じて適宜選択すれば良い。
【００１８】
特定の測定装置に限定しないが、放射温度計等の非接触式温度計を使用するのが好ましい。
【００１９】
また、使用するモールドフラックスの凝固温度ＴS（℃）を次のようにして測定する。ＴSの測定は、モールドフラックスを加熱して溶解した後、冷却しながら温度を計測することによって容易に測定できる。ただしモールドフラックスの加熱と冷却に長時間を要するので、モールドフラックスを鋳型内の溶鋼に投入するに先立って、予めＴSを測定しておくことが好ましい。
【００２０】
さらに、使用するモールドフラックスの化学成分、すなわちSiＯ2 ，Al2Ｏ3 ，CaＯ，MgＯ，Na2Ｏ，Li2Ｏ，CaＦ2 ，Ｂ2Ｏ2 の含有量（質量％）を測定する。これらの化学成分の含有量も、モールドフラックスを鋳型内の溶鋼に投入するに先立って、予め測定しておくことが好ましい。
【００２１】
なお、化学成分（SiＯ2 ，Al2Ｏ3 ，CaＯ，MgＯ，Na2Ｏ，Li2Ｏ，CaＦ2 ，Ｂ2Ｏ2 ）の含有量（質量％）は、それぞれ［SiＯ2］，［Al2Ｏ3］，［CaＯ］，［MgＯ］，［Na2Ｏ］，［Li2Ｏ］，［CaＦ2］，［Ｂ2Ｏ2］と記す。
【００２２】
このようにして測定したＴOUT ，ＴS および化学成分の含有量を用いて、下記の (1)式で定義されるβ値を算出する。
【００２３】
β＝（［SiＯ2］＋αAl2O3 ×［Al2Ｏ3］）×ＴOUT ／（［CaＯ］×Ｔs ）   ・・・ (1)
なお (1)式中のαAl2O3 は、非特許文献１に開示された指標であり、下記の (2)式と (3)式を用いて算出される値である。
【００２４】
αAl2O3 ＝4.82γ−0.0115［Al2Ｏ3］−2.44                            ・・・ (2)
γ＝（1.53［CaＯ］＋1.51［MgＯ］＋1.94［Na2Ｏ］＋3.55［Li2Ｏ］＋1.53［CaＦ2］）／（1.48［SiＯ2］＋1.12［Ｂ2Ｏ3］＋0.10［Al2Ｏ3］）              ・・・ (3)
本発明者らが行なった調査研究によれば、 (1)式で算出したβ値と鋳片に付着したモールドフラックスの量との関係は図１に示す通りである。図１に示したモールドフラックスの付着量は、鋳片表面から剥ぎ落としたモールドフラックスの付着量を単位面積（すなわち１ｍ2 ）あたりの質量に換算した値である。図１から明らかなように、β値が 1.5＜β＜2.5 の範囲内にあるときは、モールドフラックスの付着量が 140ｇ／ｍ2 以上であるのに対して、β値が 1.5以下または 2.5以上ではモールドフラックスの付着量が50ｇ／ｍ2 以下である。
【００２５】
また、鋳片に付着したモールドフラックスの量と２次冷却帯の不均一冷却に起因する表面欠陥の発生率との関係は図２に示す通りである。図２に示した表面欠陥の発生率は、連続鋳造によって得られた鋳片を熱間圧延と冷間圧延して得られた製品コイルにおいて、モールドパウダーを含有したスケール性欠陥が発生したコイル数の全コイル数に対する比率である。図２から明らかなように、モールドフラックスの付着量が少ないほど、表面欠陥の発生率が低い。
【００２６】
そこで、β値が 1.5以下または 2.5以上となるように、連続鋳造の操業条件を調整する。 (1)式中の因子のうち、Ｔs ，αAl2O3 ，［SiＯ2］，［Al2Ｏ3］，［CaＯ］は使用するモールドフラックスに固有の数値であるから、これらの因子の数値を変更するためには、モールドフラックスを変更しなければならない。ところがモールドフラックスは、鋳片の鋼種や用途に応じて選定するものであるから、連続鋳造の操業中に変更できない。
【００２７】
したがってβ値が 1.5＜β＜2.5 の範囲内にあるときは、β値が 1.5以下または 2.5以上となるように、 (1)式中のＴOUTを調整する。凝固シェルの表面温度ＴOUTは、鋳造速度を変更することによって調整できる。つまり、β値が 1.5＜β＜2.5 の範囲内にあるときに、鋳造速度を増速することによってＴOUTを上昇させてβ値を 2.5以上にすることが可能であり、鋳造速度を減速することによってＴOUTを下降させてβ値を 1.5以下にすることが可能である。
【００２８】
このようにしてβ値を 1.5以下または 2.5以上として連続鋳造を行なうことによって、モールドフラックスが凝固シェルに付着するのを防止できる。ただし連続鋳造の生産性向上の観点から、鋳造速度を増速してβ値を 2.5以上に維持して操業するのが好ましい。特に、鋳造速度が２ｍ／min 以上の高速鋳造においても、β値を 2.5以上に維持することによってモールドフラックスの付着を防止できる。
【実施例】
【００２９】
表１に示す12種類のモールドフラックスを使用して連続鋳造を行ない、鋼スラブ（1.25ｍ×0.22ｍ）を製造した。鋳型に注入した溶鋼の成分は、Ｃ：0.04質量％，Si：0.01質量％，Mn：0.25質量％，Ｐ： 0.020質量％，Ｓ： 0.006質量％であった。各モールドフラックスの凝固温度ＴS（℃）は、表１に示す通りである。なお、モールドフラックスに含有されるMgＯ，Li2Ｏ，CaＦ2  ，Ｂ2Ｏ3  は、いずれも 0.1質量％であったので表１中には記載していない。
【００３０】
鋳型出側における凝固シェルの表面温度ＴOUTは伝熱計算で求めた。その計算値を表１に示す。ただし、予め鋳型の下端に設置した熱電対で凝固シェルの表面温度を測定する実験を行ない、その測定値と伝熱計算による計算値がほぼ一致することを確認した。
【００３１】
各モールドフラックスのＴOUT  ，ＴS および化学成分の含有量を用いて算出したβ値は、表１に示す通りである。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１中の発明例１〜５は、β値が 1.5以下の例であり、発明例６はβ値が 2.5以上の例である。なお発明例１，２と発明例３，４は、それぞれ同じモールドフラックスを使用して、鋳造速度を変更した例である。
【００３４】
一方、比較例１〜６は、β値が 1.5＜β＜2.5 の例である。
【００３５】
得られた鋼スラブの表面を目視で観察し、２次冷却帯の不均一冷却に起因する表面欠陥の発生状況を調査した。また、鋼スラブに付着したモールドフラックスの量を測定した。それらの結果を表１に示す。
【００３６】
表１から明らかなように、発明例１〜６は、表面欠陥の発生率が0.10〜0.20％，モールドフラックスの付着量が15〜30ｇ／ｍ2 であったのに対して、比較例１〜６では、表面欠陥の発生率が0.45〜0.50％，モールドフラックスの付着量が 120〜180 ｇ／ｍ2 であった。つまりモールドフラックスの付着量と表面欠陥の発生率は、いずれも発明例の方が減少した。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】β値とモールドフラックス付着量との関係を示すグラフである。
【図２】モールドフラックス付着量と表面欠陥発生率との関係を示すグラフである。
【図１】
2005324214.tif 000004
【図２】
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