(57)【要約】【課題】  鋼鋳片の溶融手入れ処理後の凝固組織をできるだけ微細化して、結晶粒のサイズを小さくし、圧延時の表面割れ等を防止して表面性状の優れた鋳片を得ることができる鋼鋳片の手入れ方法を提供すること。【解決手段】  鋼鋳片の表層を誘導加熱、プラズマ加熱のいずれか一方又は双方により溶融させ、鋼鋳片表層の欠陥を修復する鋼鋳片の手入れ方法において、前記表層の溶融処理直後の溶融プールに不活性ガスを吹付け、冷却することを特徴とする鋼鋳片の手入れ方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼鋳片の表層を誘導加熱、プラズマ加熱のいずれか一方又は双方により溶融させ、鋼鋳片表層の欠陥を修復する鋼鋳片の手入れ方法において、前記表層の溶融処理直後の溶融プールに、不活性ガスの吹付け、ロール接触のいずれか一方又は双方により冷却することを特徴とする鋼鋳片の手入れ方法。
【請求項２】
溶融処理後の冷却は、２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で行うことを特徴とする請求項１記載の手入れ方法。
【請求項３】
不活性ガスを吹付けた溶融部の過熱度を１０℃以下にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の手入れ方法。
【請求項４】
不活性ガスは、Ｈｅガスであり、その吹付け量は１０リットル／分／ｍ２以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の手入れ方法。
【請求項５】
不活性ガス雰囲気中に１〜１０容量％の水素を含有させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の手入れ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼の連続鋳造鋳片の手入れ方法、特に、誘導加熱及びプラズマ加熱の少なくとも一方を利用して行う手入れ方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、連続鋳造により鋳造されてくる鋼鋳片の手入れ方法としては、溶削火口による鋳片表面の全面或いは部分スカーフィングが知られているが、（特許文献１）に示すように、プラズマアークによるスラブの表面溶融手入れ方法の提案もなされている。この（特許文献１）では、プラズマアークを鋳片幅方向に外部電磁力を用いて扁平な円弧状の往復運動させ、移動するステンレススラブの表面を一定幅にわたって溶融手入れする方法が開示されている。
【特許文献１】特開昭５４−１４２１５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記の（特許文献１）では、プラズマアークによって溶融し再凝固した部分は、溶け込み深さの良好な均一性が認められたとされている。しかしながら、この方法ではその狙いとする溶け込み深さの均一度はある程度達成されたが、単なる溶融再凝固処理だけでは、その表面の微小割れの発生を充分には抑制することは困難であった。特に、現在のように厳格な表面品質特性が要求される連続鋳造鋳片については、満足できる程度の表面性状は得られず、その改善が強く要望されていた。
本発明の課題は、このような要求に応えるためになされたもので、鋼鋳片の溶融手入れ処理後の凝固組織をできるだけ微細化して、結晶粒のサイズを小さくし、圧延時の表面割れ等を防止して表面性状の優れた鋳片を得ることができる鋼鋳片の手入れ方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を達成するための本発明に係る鋼鋳片の手入れ方法は、鋼鋳片の表層を誘導加熱、プラズマ加熱のいずれか一方又は双方により溶融させ、鋼鋳片表層の欠陥を修復する鋼鋳片の手入れ方法において、前記表層の溶融処理直後の溶融プールに、不活性ガスの吹付け、ロール接触のいずれか一方又は双方により冷却することを特徴とする。これによって、溶融部を急速に冷却凝固させることができ、その凝固組織を小さくし、結晶粒のサイズを微細化することが可能となる。
上記の方法において、溶融処理後の冷却は、２℃／ｓｅｃ以上の冷却速度で行うこと、及び不活性ガスを吹付けた溶融部の過熱度を１０℃以下、さらに望ましくは５℃以下にすることが好ましい。さらに、不活性ガスとしてはＨｅガスが、かつ、その吹付け量は１０リットル／分／ｍ２以上であることが望ましい。さらにまた、不活性ガス雰囲気中に１〜１０容量％の水素を含有させることも効果的である。
【発明の効果】
【０００５】
本発明に係る手入れ方法によれば、鋼鋳片の溶融手入れ処理後の凝固組織をできるだけ微細化して、結晶粒のサイズを小さくし、圧延時の表面割れ等を防止して表面性状の優れた鋳片を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
以下、本発明を最良の実施形態に基づいて説明する。
鋼の鋳片表層を溶融させる方法としては、誘導加熱単独、プラズマ加熱単独、これら誘導加熱とプラズマ加熱の併用のいずれかを選択すれば良い。いずれかを選択するには、鋼鋳片の種類やサイズ、処理時間等の他の条件を考慮して最適な手段を選べば良い。
誘導加熱単独で行う場合は、連続鋳造機で得られた鋳片は、切断後、溶融処理場に搬送され、図１に示すように、鋳片１を周回するように配置された誘導コイル２により加熱され、表層部が溶融される。図２の詳細図に示す如く、誘導コイル２は鋳片表層溶融部３で電磁力により溶融部分を内面に向って押圧することにより安定した溶融部表面を作り、その後再度雰囲気中で冷却され凝固する。図において、４は鋳片１のサポートロール、６は未溶融の加熱部、７は磁場、８は溶融後再凝固した凝固部を示している。
【０００７】
本発明ではこの冷却の際に、溶融部３の酸化を抑制しつつ冷却を促進するために、不活性ガスを該溶融部に吹付ける。図１、２における５が溶融部３を指向する不活性ガス吹付けノズルである。この不活性ガスの吹付けにより、鋳片表層の溶融部温度を液相線温度（鉄は他の成分を含むため、融点のように１つの温度では溶融状態が決まらず、凝固が始まる温度を固相線温度、全て液体となる温度を液相線温度と称する）よりも僅かに高い温度に保持し、処理後に急速に冷却凝固させることにより凝固組織を小さくでき、結晶粒のサイズを微細化することにより、圧延時の表面割れの防止等圧延材の表面性状を良好にするこことが可能となる。なお、不活性ガス吹き付けノズル５は、図１の実線の如く鉛直方向でも、破線で示す角度を付けて配置しても、いずれでもよい。
【０００８】
ここで、誘導コイルによる電磁力の発生原理を図３に示す。誘導コイル２が発生する磁場７と、電気導体である鋳片１に誘導した電流の相互作用により、溶融部には電磁力が作用し、この電磁力はピンチ力と呼ばれる溶融部を内面側に圧縮する作用があり、溶融部表面の安定化に寄与する。なお図３において、９はコイル電流、１０は交流電流、１１は時間を表わす。
【０００９】
また、プラズマ単独で行う場合は、プラズマは一般に軸対称な形をしているため、連続的に鋳片の表面を処理するには、プラズマトーチを鋳片幅方向に走査させる方法や、先の（特許文献１）に記載した、プラズマを鋳片幅方向に電磁力を使って扁平な往復運動させる方法などを採用することができる。図４に示すように、連続鋳造機で得られた鋳片１は、切断後、溶融処理場に搬送され、プラズマトーチ１２により鋳片表層を溶融修復する。その後再度冷却され凝固する。なお、プラズマ単独の場合は鋳片の上面だけを溶融させる。
このプラズマによる方法でも、ノズル５により不活性ガスを溶融部３に吹付けることにより、鋳片表層の溶融部温度を液相線温度（鉄は他の成分を含むため、融点のように１つの温度では溶融状態が決まらず、凝固が始まる温度を固相線温度、全て液体となる温度を液相線温度と称する）よりも僅かに高い温度に保持し、処理後に急速に冷却凝固させることにより凝固組織を小さくでき、結晶粒のサイズを微細化することにより、圧延時の表面割れ抑制等圧延材の表面性状を良好にするこことが可能となる。
【００１０】
更に、本発明では上述した誘導加熱とプラズマ加熱を併用する形態も採用できる。この併用方式では、例えば、最初は誘導加熱にて鋳片表層を一定温度まで加熱した後、次いでプラズマ加熱によって目標温度まで加熱して鋳片表層を溶融するようにした方式が望ましい。勿論、この併用方式の場合にも、不活性ガスを溶融部に吹付けることにより、鋳片表層の溶融部温度を液相線温度よりも僅かに高い温度に保持し、処理後に急速に冷却凝固させることにより凝固組織を小さくでき、結晶粒のサイズを微細化することにより、圧延時の表面割れ抑制等圧延材の表面性状を良好にするこことが可能となる。溶融部は、鋳片表層全面でも良く、また明らかに表面状態から手入れが必要と判る一部分でも良い。その深さは、３ｍｍから５ｍｍ程度である。
【００１１】
このように本発明においては、鋳片の溶融処理直後の溶融プールに不活性ガスを吹き付けて急速に冷却することで、凝固組織をできるだけ小さくし、表面性状を良好にすることを狙いとしている。そのために本発明において採用する冷却速度は２℃／ｓｅｃ以上とすることが好ましい。これ未満の冷却速度では、急冷にはならず凝固組織を小さくすることができにくい。冷却速度の上限は特に規定するものではなく、適宜設定すれば良い。また、本発明における急冷後の凝固組織の樹枝状結晶間隔にして、大体２次枝間隔で１００μｍ以下の組織を目標としている。これを超える粒径では目的とする表面性状が得られない。
【００１２】
また、不活性ガスを溶融部に吹付けることにより、鋳片表層の溶融部温度を液相線温度よりも僅かに高い温度に維持するとしているが、具体的には溶融部を過熱度で１０℃以下、さらに好ましくは５℃以下に維持すれば、凝固組織を小さくすることができる。
更に、より確実に酸化を防止しつつ冷却するためには、不活性ガス雰囲気中に１〜１０容量％、好適には約２容量％程度の水素を含有させ、溶融改質させることが好ましい。なお、不活性ガスとしてはヘリウム、アルゴンなどを用いることが考えられるが、熱伝導率の良好なヘリウムが好適である。なお、不活性ガスの吹付け量としては、１０リットル／分／ｍ２以上とすることが望ましい。不活性ガスの吹付け量の上限は特に規定するものではなく、適宜設定すれば良い。
【００１３】
なお、上記した本発明においては、鋳片表層の溶融部を急冷する手段として、不活性ガス吹付け手段を例示して説明したが、本発明はこれに限ることなく、溶融処理直後に直接冷却ロールに接触させる手段により、溶融部を冷却することも可能である。場合によっては、ロール冷却単独でも、或いは不活性ガス吹付けと併用することもできる。このロール冷却手段としては、例えば、ロール本体内部を任意の冷却媒体（冷却水）を供給・排出可能な構造にしておき、溶融処理位置の直後の位置にロールを進退自在に配置しておき、溶融部に接触させて急冷する。この場合において、上述した冷却速度及び過熱度の条件を達成し得るようにすることが重要である。
【実施例１】
【００１４】
幅１５００ｍｍ、厚み２５０ｍｍ、長さ１０ｍの中炭アルミキルド鋼の連続鋳造鋳片の上面３ｍｍの溶融修復処理を行った。この鋼鋳片の液相線温度は約１５００℃であった。また、溶融処理は下記の条件によりプラズマ加熱により実施した。
［プラズマ加熱条件］
鋳片には既に鋳造中の変態により、表面に微小な割れが処理前に認められたが、溶融処理により修復された。この溶融処理の際に、溶融部にヘリウムガスを１０リットル／分／ｍ２で吹付けた場合と吹付けない場合について、加熱炉に送られ１２００℃に２時間保定された後の熱間圧延材の表面疵の個数を比較した。なお、ヘリウムガスを吹付けた場合の溶融部の温度は１５０５℃に保持した。吹付けない場合の溶融部温度は１５１５℃であった。その結果、溶融処理による欠陥数は、ガス冷却制御により吹付けない場合の１／１０以下に減少していたことが認められた。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る鋼鋳片の手入れ方法を誘導加熱にて行った場合の概略模式図。
【図２】図１における鋼鋳片の溶融部の詳細を示す拡大図。
【図３】誘導加熱における誘導コイルによる電磁力の発生原理を示す説明図。
【図４】本発明に係る鋼鋳片の手入れ方法をプラズマ加熱にて行った場合の概略模式図。
【符号の説明】
【００１６】
１    鋳片                          ２    誘導コイル
３    溶融部                        ４    サポートロール
５    不活性ガス吹付ノズル          ６    未溶融の加熱部
７    磁場                          ８    凝固部
９    コイル電流                    １０  交流電流
１１  時間                          １２  プラズマトーチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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