(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋳型と鋳片との界面にモールドパウダーを供給しつつ初期凝固殻に電磁力を作用させて連続鋳造を行うに当たり、初期凝固殻形成位置の磁束密度を、下記式（１）によって求められるデプレッション発生防止臨界磁束密度（ＢＬ）以上で、かつ下記式（２）によって求められる凝固殻溶解臨界磁束密度（ＢＨ）以下に制御することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
ＢＬ＝−2.34×10-5×T＋35.48×10-3…（１）
ＢＨ＝−89.63×10-3−(1.20×10-6×ｆ−1.77×10-4)×(2037.3−T) …(２）
［式中、ＢＬはデプレッション発生防止臨界磁束密度（テスラ）を示し、ＢＨは凝固殻溶解臨界磁束密度（テスラ）を示し、Ｔはモールドパウダーの凝固温度（℃）を示し、ｆは磁場周波数（ｋＨｚ）を示す］
【請求項２】
前記磁場周波数を１０〜２５ｋＨｚとする請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
鋳型内の電磁攪拌を同時に行う請求項１または２に記載の製造方法。
【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するものであるが、特に、鋳型内にて電磁界を形成させて鋼の連続鋳造を行うに当たっての有用な方法を提供するものである。
【０００２】
【従来の技術】
連続鋳片の初期凝固部に高周波磁界の電磁力を作用させ、電磁力によるピンチ力および加熱効果によって鋳片の表面性状を改善する試みがこれまでになされてきた［特開平４−１７８２４７号、CAMP-ISIJ Vol.5,220(1992)等］。図１に、一例として特開平４−１７８２４７号で開示された電磁界鋳型の断面説明図を示す。コールドクルーシブルの様な水冷鋳型１の鋳型壁に、所定の間隔で縦スリット３を設け、その周囲に高周波コイル２を配置することによって、高周波磁場が鋳片に浸透しやすい構造となっており、上記公報では、加工性、磁場の浸透性および溶湯漏れ防止の観点から縦スリット３の幅を０．２〜０．５ｍｍ程度とすることが望ましいとされている。また該スリットの縦方向の長さは、磁場の浸透性の観点から高周波コイル２の長さの１．５倍以上とすることが好ましいといわれている。
【０００３】
この様な装置にて、浸漬ノズル４から溶融金属ＭLを連続的に供給し、高周波コイル２により初期凝固殻に高周波磁界の電磁力を作用させ、該電磁力によってピンチ力を作用させながら、凝固殻Ｍｓを連続的または間欠的に下方に引き抜いていくのである。
【０００４】
本発明者らは、上記の様な電磁界鋳造鋳型を用いた鋼の連続鋳造方法について研究を進め、鋳型への凝固殻焼き付き防止を目的とする鋳型振動に原因を発するオシレーションマークを抑制し、表面形状の良好なものを得るべく検討を行い、鋳型空芯部の磁場強度を鋳造速度に応じて制御することを既に提案している（特開平７−１０９３号）。この様な制御を行うことによって、オシレーションマークを抑制して鋳片の表面品質を良好なものとしつつ、鋳造速度を高めて鋳片の生産性向上を達成することができたのである。
【０００５】
ところで図１における鋳型１内の湯面上には、熱の放散防止と溶融金属の酸化を防止するためモールドパウダーＰが装入される。該モールドパウダーＰは初期凝固殻Ｍｓと鋳型１の間に少しずつ巻き込まれて接触面での滑りを円滑にする役割を有する。しかしながら、鋳型１と凝固殻Ｍｓとの間に入るモールドパウダーＰが、鋳型周方向に均一ではなく局所的に過剰流入する場合には、得られる鋳片の表面に「窪み」（以下、この様なモールドパウダーに起因して生ずる鋳片表面の窪みを「デプレッション」ということがある）といった表面欠陥が生じることがある。この表面の窪みが深い場合には、鋼片の内部割れを伴うこともあるため、表面欠陥のみならず鋳片内部の欠陥発生も懸念される。
【０００６】
上記技術においては、オシレーションマークを抑制することができるが、この様なモールドパウダーの鋳型−凝固殻間への過剰流入によるデプレッションの発生を防止するにあたっては、鋳造方法の更なる改善を要すると考えられる。
【０００７】
ところで、鋳型内に電磁界を形成するに際して磁場強度が大きすぎると、過剰なジュール熱が発生して凝固殻が十分に形成されず薄肉化し、下方への引き抜き時に凝固殻が引き抜き力に抗しきれず破断し、溶湯が鋳型に接触して焼き付きが生じることが考えられ、その程度が著しい場合には、溶湯が鋳型外に漏れ出す、所謂ブレークアウトに至ることも考えられる。従って、上記鋳造方法の更なる改善にあたっては、安定した操業を行って生産性の低下を防止するといった観点からも併せて検討する必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこの様な事情に鑑みてなされたものであって、その目的は、品質に優れた鋳片を、生産性を低下させることなく連続鋳造にて良好に製造するのに有用な方法を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る鋼の連続鋳造方法とは、鋳型と鋳片との界面にモールドパウダーを供給しつつ初期凝固殻に電磁力を作用させて連続鋳造を行うに当たり、初期凝固殻形成位置の磁束密度を、モールドパウダーの凝固温度を制御要素に含めたデプレッション発生防止臨界磁束密度（ＢL）以上で、かつモールドパウダーの凝固温度および磁場周波数を制御要素に含めた凝固殻溶解臨界磁束密度（ＢH）以下に制御するところに要旨を有するものであり、前記デプレッション発生防止臨界磁束密度（ＢL）および凝固殻溶解臨界磁束密度（ＢH）は、夫々下記式（１）、（２）によって求めることが好ましく、磁場周波数は１０〜２５ｋＨｚの範囲内とするのが好ましい。
ＢL＝−2.34×10-5×T＋35.48×10-3      …（１）
ＢH＝−89.63×10-3−(1.20×10-6×ｆ−1.77×10-4)×(2037.3−T)  …(２)
［式中、ＢLはデプレッション発生防止臨界磁束密度（テスラ）を示し、ＢHは凝固殻溶解臨界磁束密度（テスラ）を示し、Ｔはモールドパウダーの凝固温度（℃）を示し、ｆは磁場周波数（ｋＨｚ）を示す］
【００１０】
更に、鋳型と鋳片との界面にモールドパウダーを供給しつつ初期凝固殻に電磁力を作用させて連続鋳造を行うに当たり、鋳型内の電磁攪拌を同時に行うことを好ましい実施形態とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
前述した様な状況の下で、鋳型と鋳片との界面にモールドパウダーを供給しつつ初期凝固殻に電磁力を作用させて連続鋳造を行うに当たり、鋳型への焼き付きを防止して良好な操業性を確保しつつ、デプレッションの発生を防止して品質の優れた鋳片を得ることのできる鋼の連続鋳造方法の実現を目指して鋭意研究を進めた。
【００１２】
本発明者らは、デプレッションの発生防止および鋳型への焼き付き防止の観点から適正な鋳造条件を把握すべく、モールドパウダーの凝固温度、磁場周波数および磁束密度を変化させて鋳造を行う実験を行った。実験は、モールドパウダーとして凝固温度が１１３８℃、１２１０℃および１２３０℃の３種類のものを用い、鋳造は、磁場周波数：１０ｋＨｚまたは２５ｋＨｚ、鋳造速度：１．６ｍ／分または２．０ｍ／分の条件で行った。そして、それぞれのモールドパウダーを使用して鋳造を行った場合に、磁束密度を変化させて、デプレッションの発生を完全に防止するのに要する最低の磁束密度（デプレッション発生防止臨界磁束密度：ＢL）、および鋳型への焼き付きを防止するための磁束密度上限（凝固殻溶解臨界磁束密度：ＢH）を調べた。これらの結果を表１および図２に示す。
【００１３】
【表１】
0004011929.tif 000002
【００１４】
これら表１および図２の結果より、鋳型と鋳片との界面にモールドパウダーを供給しつつ初期凝固殻に電磁力を作用させて連続鋳造を行うに当たり、デプレッションの発生を完全に防止するには、初期凝固殻形成位置の磁束密度を、モールドパウダーの凝固温度を制御要素に含めて決定することがよく、一方、ジュール熱の発生による凝固殻の薄肉化を抑制して鋳型への焼き付きを防止するには、初期凝固殻形成位置の磁束密度を、モールドパウダーの凝固温度および磁場周波数を制御要素に含めて決定するのがよいことが分かった。
【００１５】
そして、デプレッション発生防止臨界磁束密度（ＢL）を求めるための、モールドパウダーの凝固温度を制御要素に含めた算出式として、前記表１および図２の結果から下記式（１）を導き出した。また、凝固殻の薄肉化による鋳型への焼き付きを防止すべく設定する凝固殻溶解臨界磁束密度（ＢH）を求めるための、モールドパウダーの凝固温度および磁場周波数を制御要素に含めた算出式として、前記表１および図２の結果から下記式（２）を導き出した。
ＢL＝−2.34×10-5×T＋35.48×10-3      …（１）
ＢH＝−89.63×10-3−(1.20×10-6×ｆ−1.77×10-4)×(2037.3−T)  …(２)
【００１６】
即ち、初期凝固殻形成位置の磁束密度を、モールドパウダーの凝固温度（Ｔ）に応じて求めた｛−2.34×10-5×T＋35.48×10-3｝以上とすれば、モールドパウダーが多量に巻き込まれてデプレッションが発生するのを防止することができ、鋼片の表面性状を良好なものとすることができるのであり、前記デプレッション発生防止の臨界磁束密度（ＢL）は、より好ましくは｛−2.57×10-5×T＋39.02×10-3｝以上とするのがよい。
【００１７】
この様に、デプレッション発生防止臨界磁束密度（ＢL）は、モールドパウダーの凝固温度のみに依存して磁場周波数には依存しないが、これは、デプレッション発生の原因であるモールドパウダーの局所的過剰流入はメニスカスの不安定化により発生し易くなるが、該メニスカスの不安定化はピンチ力によるもので、このピンチ力が磁場周波数ではなく磁束強度のみに依存するためであると考えられる。
【００１８】
また前記図２より、用いるモールドパウダーの凝固温度が低い場合には、デプレッション発生防止の臨界磁束密度（ＢL）が相対的に大きくなっているが、これは、モールドパウダーの凝固温度が低いほど、鋳型−凝固殻間へ流入時のモールドパウダーの液相割合が大きくなり、局所的な過剰流入が発生し易くなるので、磁束密度を相対的に大きくしてモールドパウダーの流路を安定化する必要があるためと考える。
【００１９】
一方、初期凝固殻形成位置に印加する磁束密度を、モールドパウダーの凝固温度（Ｔ）および磁場周波数（ｆ）に応じて求めた｛−89.63×10-3−(1.20×10-6×ｆ−1.77×10-4)×(2037.3−T)｝以下にすれば、形成される凝固殻が薄くならず、下方へ引き抜かれる場合に凝固殻が破断して焼き付きが発生するといったことも防止できるのであり、凝固殻溶解臨界磁束密度（ＢH）は、より好ましくは、｛−80.67×10-3−(1.08×10-6×ｆ−1.59×10-4)×(2037.3−T) ｝以下とするのがよい。
【００２０】
前記図２より、凝固温度が同一のモールドパウダーを使用した場合には、設定する磁場周波数が高いほど凝固殻溶解臨界磁束密度（ＢH）が相対的に小さくなっているが、これは、磁場周波数が高いほど発生するジュール熱が大きくなり、焼き付きの原因となる凝固殻の薄肉化が顕著となるため、磁束密度を減少させて磁場印加による加熱を抑制する必要があるためと考えられる。
【００２１】
また前記図２にて、同一の磁場周波数を設定した場合であれば、使用するモールドパウダーの凝固温度が高いほど凝固殻溶解臨界磁束密度（ＢH）が相対的に小さくなっているが、これは、モールドパウダーの凝固温度が高いと、鋳型−凝固殻間へ流入するモールドパウダーの液相割合が小さくなり、鋳型壁−凝固殻間の摩擦力が増加し、潤滑性が悪くなって焼き付きが発生し易くなるので、磁束密度を減少させてジュール熱による凝固殻の薄肉化を軽減する必要があるためと考えられる。
【００２２】
磁場周波数は１０〜２５ｋＨｚとすることが望ましい。磁場周波数が高くなるほど発生するジュール熱量が大きくなり、その分凝固殻が形成され難く焼き付きが生じやすくなるからであり、好ましくは２０ｋＨｚ以下とする。一方、磁場周波数が小さくなるほど、鋳型内の湯面近傍を縦方向に攪拌する電磁力が大きくなり、溶湯の湯面レベルの乱れが激しくなる。この様に湯面レベルの乱れが激しい場合には、モールドパウダーの不均一な流入により鋼片の表面品質が劣化したり、モールドパウダーの巻き込みにより内部品質の劣化を招くこととなる。図３は、磁場周波数が溶湯を攪拌する電磁力に及ぼす影響を計算して求めた結果を示すものであり、図３における縦軸は、数値計算により求めた溶湯を攪拌する電磁力の指標を示している。この図３から、溶湯を攪拌する電磁力を低位にして溶湯の湯面レベルの乱れを抑えるには、磁場周波数を１０ｋＨｚ以上とすることが好ましく、より好ましくは１５ｋＨｚ以上である。
【００２３】
更に、より品質の良好な鋳片を得るには、鋳型と鋳片との界面にモールドパウダーを供給しつつ初期凝固殻に電磁力を作用させて連続鋳造を行うに当たり、鋳型内の電磁攪拌を同時に行うことが推奨される。電磁界鋳造においては、ピンチ力の反作用である電磁斥力の作用により、鋳片の品質上、有害な気泡や非金属介在物が凝固界面に捕捉されてしまう恐れがある。この様な場合に電磁攪拌を行えば、鋳型内の溶湯を周方向に旋回させるので湯面レベルを乱すことなく、品質上有害な気泡や非金属介在物を凝固界面に捕捉させずに上方部へ移動させ、モールドパウダーによる捕捉・除去といった洗浄効果を期待できるので有効である。
【００２４】
本発明は、この様な電磁攪拌の具体的操業条件まで規定するものではないが、例えば、前記図１の高周波コイル２の鋳造方向下方に電磁攪拌用のコイルを設置し、凝固殻に有害な気泡が捕捉されないよう十分な電流を流す等の条件で行うことが有効である。
【００２５】
【実施例】
以下、実施例を挙げて本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれる。
【００２６】
＜実施例＞
モールドパウダーとして凝固温度が１２１０℃のものを用い、磁場周波数：１０ｋＨｚまたは２５ｋＨｚ、鋳造速度：２．０ｍ／分の条件で鋳造を行い、鋳造時の初期凝固殻形成位置の磁束密度を変化させたときのデプレッションの発生および鋳型への焼き付き発生について調べた。これらの結果を図４および図５に示す。
【００２７】
図４は、上記結果を、磁束密度とデプレッション発生指数（発生頻度）の関係として示したグラフであり、この図４より、デプレッションの発生を抑制するには、初期凝固殻形成位置の磁束密度を、モールドパウダーの凝固温度に応じたデプレッション発生防止臨界磁束密度以上とすればよいことがわかる。また図５は、上記結果を、磁束密度と焼き付き発生指数（発生頻度）の関係として示したグラフであり、この図５より、焼き付きの発生を抑制するには、初期凝固殻形成位置の磁束密度を、モールドパウダーの凝固温度および磁場周波数に応じて求めた凝固殻溶解臨界磁束密度以下とすればよいことが分かる。
【００２８】
【発明の効果】
本発明は以上の様に構成されており、鋳型と鋳片との界面にモールドパウダーを供給しつつ初期凝固殻に電磁力を作用させて連続鋳造を行うに当たり、初期凝固殻形成位置の磁束密度を制御することによって、鋳型への焼き付き等の操業トラブル発生を防止しつつ、良好な品質の鋳片を提供できることとなった。
【図面の簡単な説明】
【図１】電磁界鋳型の断面説明図である。
【図２】モールドパウダーの凝固温度および磁場周波数と、デプレッション発生防止臨界磁束密度（ＢL）および凝固殻溶解臨界磁束密度（ＢH）との関係を示すグラフである。
【図３】磁場周波数と溶湯を攪拌する電磁力（指数）との関係を示すグラフである。
【図４】実施例における初期凝固殻形成位置の磁束密度とデプレッション発生指数の関係を示したグラフである。
【図５】実施例における初期凝固殻形成位置の磁束密度と焼き付き発生指数の関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１  水冷鋳型
２  高周波コイル
３  縦スリット
４  浸漬ノズル
Ｐ  モールドパウダー
ＭL  溶融金属
ＭS  凝固殻
【図１】
0004011929.tif 000003
【図２】
0004011929.tif 000004
【図３】
0004011929.tif 000005
【図４】
0004011929.tif 000006
【図５】
0004011929.tif 000007