JP2001138018A

JP2001138018A - 鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP2001138018A
Application number: JP32218999A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hayashi; 浩史林; Yuichi Tsukaguchi; 友一塚口
Original assignee: Sumitomo Metal Industries Ltd
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1999-11-12
Filing date: 1999-11-12
Publication date: 2001-05-22
Anticipated expiration: 2019-11-12
Also published as: JP3257546B2

Abstract

(57)【要約】【課題】１台の連続鋳造機で、偏析の有害性が異なる
複数の鋼種を鋳造するに際し、鋳片表層部のホワイトバ
ンドの生成を抑制することができ、かつ鋳片中心部の等
軸晶帯を確保して連続鋳造を安定して効率的に行うこと
を目的とする。【解決手段】本発明の鋼の連続鋳造方法は、浸漬ノズ
ルを経て溶鋼を連続鋳造用の鋳型内に注湯して鋳片を製
造する際に、未凝固溶鋼に対して電磁撹拌を行うに際し
て、鋳型内で２０ｍｍ厚以下の凝固シェルが生成する領
域で、凝固シェル界面における平均溶鋼流速をＵ（ｃｍ
／ｓｅｃ）、凝固シェルの平均凝固速度をＶ（ｃｍ／ｓ
ｅｃ）としたとき、鋳造方向に対して直交する溶鋼流動
速度が下式を満たすように電磁撹拌を行うものである。５．０≦Ｕ≦（１９．２×Ｖ^0.195 ）／溶鋼中炭素濃度ただし、溶鋼中炭素濃度（％）≦１．０Ｖ＝０．００１〜０．５０ｃｍ／ｓｅｃとする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋳片表層部のホワ
イトバンド（負偏析）を抑制し、かつ鋳片内部の等軸晶
帯を確保し、高品質な連続鋳造鋳片を安定的に安価にて
製造することができる鋼の連続鋳造方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来、鋳片の表層部及び内部品質向上を
目的として、例えば、以下のような電磁撹拌を用いた連
続鋳造方法が提案されている。

【０００３】特開平６−６０６号では、鋳型内で一方向
に循環するメニスカス溶鋼流を形成するように電磁撹拌
用のコイル中心をメニスカス近傍に位置させると共に、
鋳型内におけるメニスカス溶鋼流速が１０〜６０ｃｍ／
ｓｅｃとなるように移動磁界を印加して、表面性状の向
上を図るようにするものが提案されている。

【０００４】特開平９−４７８５３号では、溶鋼流速が
２０〜６０ｃｍ／ｓｅｃとなるように、一方の短辺から
長辺に沿って内側に向かわせる初期の加速段階のローレ
ンツ力と、内側から他方の短辺に向かわせる後期の加速
段階のローレンツ力との比を規定して、凝固シェル上の
介在物除去、及び湯面のパウダー巻込みを防止し、品質
の向上を図るものが提案されている。

【０００５】特開平８−１８７５５７号では、底を有し
ない筒状単孔型のノズルを用いて、溶鋼を鋳造方向に供
給し、メニスカスにおける溶鋼表面の流速に１０〜３０
ｃｍ／ｓｅｃの上下限値を設けて制御することで、メニ
スカスでの凝固（皮張り）抑制、介在物及び気泡性欠陥
の低減に加えて、過度なメニスカス溶鋼流動に起因する
パウダー巻込性欠陥を抑制するものが提案されている。

【０００６】ところが、電磁撹拌の撹拌強度が強すぎる
と、パウダー巻込性欠陥が増加することに加えて、撹拌
時の凝固界面に負偏析（以下、ホワイトバンドと称す）
を生じるといった問題がある。

【０００７】ホワイトバンドは、鋼材の焼き入れ性及び
表層部の機械的性質に支障を来すので、鋳片表層部の機
械的強度仕様の厳しい部材を、連続鋳造機で製造する際
には、鋳片表層部におけるホワイトバンドの生成を可及
的に抑制する必要がある。

【０００８】こうしたホワイトバンドの生成を抑制する
ことを目的として、例えば、以下のような電磁撹拌を用
いた連続鋳造方法が提案されている。

【０００９】特公昭６３−４８６１９号には、電磁撹拌
装置の配置位置を規定すると共に、鋳片未凝固部と凝固
部の界面における磁束密度と撹拌時間の積を規制するこ
とにより、ホワイトバンドの生成を抑制するものが提案
されている。

【００１０】特公昭６２−４７１０３号には、ブルーム
鋳片の横断面面積凝固率が規定値を満足する範囲内に電
磁撹拌位置を配置することで、一定撹拌力で最大の等軸
晶帯を生成することができると共に、ホワイトバンドの
生成を抑制するものが提案されている。

【００１１】特開昭５３−４５６２７号公報には、電磁
撹拌位置、磁束密度、鋳造速度を調整することで、凝固
組織を微細化し鋼材の内部性状を改善してホワイトバン
ドの生成を抑制するものが提案されている。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】撹拌力を過度に増加す
ることによって生成されるホワイトバンドは、上記した
ように、鋼材の焼入性及び表層部の機械的性質に支障を
来す。従って、電磁撹拌を用いた鋼の連続鋳造方法にお
いては、原則として、未凝固溶鋼に電磁撹拌を付与して
凝固組織の等軸晶化を促進させつつも、なおかつホワイ
トバンドを生成させないことが望ましい。

【００１３】しかしながら、上記提案された従来の連続
鋳造方法では、鋳造する鋼種に応じて電磁撹拌条件を変
更しなければならないので、１つの連続鋳造機で種々の
鋼種を鋳造するに際し、多岐に亘る鋼種において高品質
な鋳片を製造するためには、各鋼種に対して、適正な電
磁撹拌条件を適用する必要がある。よって、従来のよう
に、多くの鋼種を同一の電磁撹拌条件によって鋳造する
と、鋼種によっては凝固組織に有害な欠陥を生じるとい
った問題があった。

【００１４】本発明は、上記した問題を解決するために
なされたものであり、１台の連続鋳造機において、偏析
の有害性が異なる複数の鋼種を鋳造するに際し、鋳造速
度が速くても鋳片表層部のホワイトバンドの生成を抑制
することができ、かつ鋳片中心部の等軸晶帯を確保して
連続鋳造を安定して効率的に行うことができる鋼の連続
鋳造方法を提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成するために、各種の実験を行った結果、同一の電
磁撹拌強度であっても、溶鋼中の炭素濃度（以下溶鋼中
炭素濃度と記す）の高い高炭素鋼ほど、鋳片表皮下にホ
ワイトバンドが顕著に生じることを見出した。そして、
溶鋼中炭素濃度及び溶鋼流速とホワイトバンドの生成割
合の関係を実験により解明した結果、鋳型内における電
磁撹拌印加時のホワイトバンドの生成が、凝固シェルの
凝固速度に依存することも見出した。

【００１６】本発明の鋼の連続鋳造方法は、上記した知
見に基づいてなされたものであり、連続鋳造用の鋳型に
移動磁界を溶鋼に印加する電磁石コイルを設置して、鋳
型内で２０ｍｍ厚以下の凝固シェルが生成する領域で、
凝固シェル界面における平均溶鋼流速をＵ（ｃｍ／ｓｅ
ｃ）、凝固シェルの平均凝固速度をＶ（ｃｍ／ｓｅｃ）
としたとき、鋳造方向に対して直交する溶鋼流動速度が
下式を満たすように電磁撹拌を行うものである。５．０≦Ｕ≦（１９．２×Ｖ^0.195 ）／溶鋼中炭素濃度ただし、溶鋼中炭素濃度（％）≦１．０Ｖ＝０．００１〜０．５０ｃｍ／ｓｅｃとする。

【００１７】このようにすることで、鋳片表層部のホワ
イトバンドを抑制することができ、かつ鋳片中心部の等
軸晶帯も確保することができ、さらには、１台の連続鋳
造機で偏析の有害性が異なる複数の鋼種を安定して効率
的に鋳造することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明は、例えば次のように実施
される。図１（ａ）は丸ビレットの連続鋳造を、図１
（ｂ）はスラブ連続鋳造用を、行うときの状況を各々示
す。これらの鋳型には、溶鋼２に移動磁界を印加するた
めの電磁石コイル３が設置されている。また、溶鋼２
は、浸漬ノズル４を経て鋳型へと各々注湯される。

【００１９】電磁石コイル３における磁場印加条件は、
周波数が１〜１０Ｈｚ、電流値が１００〜８００Ａ、移
動磁場が０〜１０００テスラ（１Ｇ＝１００μＴ）と
し、鋳型に設置した電磁コイル３を使って溶鋼２に移動
磁場を印加する。このとき、凝固シェルに沿った水平方
向の溶鋼２の流動、つまり丸ビレットの連続鋳造では周
方向の旋回流動、スラブの連続鋳造では短辺から長辺に
沿った旋回流動、が誘起される。

【００２０】溶鋼２の流動が誘起されると、凝固シェル
における未凝固溶鋼の界面付近（以下、「凝固前面」と
いう）は、洗浄効果を受けて凝固前面の液相濃度が低下
し、その結果、溶鋼２の平衡分配係数に応じて凝固前面
の固層側の溶質濃度は低下する。また、凝固シェル付近
の溶鋼流速が増加し過ぎると、つまり電磁撹拌による溶
鋼２の撹拌強度が大きいと、この撹拌の影響を受けた凝
固シェルにはホワイトバンド（負偏析帯）が生成される
ことになる。

【００２１】ホワイトバンドは、鋼材の焼入性及び表層
部の機械的性質に支障を来すから、これを抑制するため
に、電磁撹拌による溶鋼撹拌強度を低下させることが要
求される。

【００２２】その一方で、電磁撹拌を実施することで、
鋳片中心部のポロシティ減少、等軸晶帯増加、鋳片表層
部の介在物・気泡除去など、鋳片品質を向上させる効果
があることは先に説明した通り周知である。本発明者ら
の実験においても、鋳片中心部の等軸晶率は、８．０％
以上確保することで中心部の正偏析の抑制及びポロシテ
ィ減少に効果があることを見出している。

【００２３】従って、電磁撹拌使用時には、ホワイトバ
ンドが生成しない撹拌強度の限界値を正確に知る必要が
あり、その値以下で極力凝固シェル界面での溶鋼流動を
誘起させるよう電磁撹拌を実施することで鋳片の品質が
保証される。

【００２４】本発明者らは、丸ビレットの連造鋳造機を
用いて種々の溶鋼中炭素濃度の鋼種を鋳造し、電磁撹拌
実施時における鋳片表層部の偏析度Ｃ_i ／Ｃ₀ を調査し
た。なお、Ｃ_i は鋳片表層部２０ｍｍ以内の平均の溶鋼
中炭素濃度（％）、Ｃ₀ は母材の溶鋼中炭素濃度
（％）、を各々意味する。

【００２５】図２は、鋳型内において、溶鋼中炭素濃度
の異なる鋼種溶鋼に電磁撹拌を実施した場合に発生する
凝固シェル付近の平均溶鋼流速Ｕ（ｃｍ／ｓｅｃ）と、
溶鋼中炭素濃度との関係を示す。ここでの平均流速と
は、図１（ａ）の丸ビレット連続鋳造の場合には、周方
向の旋回流動させた平均流速を、また、図１（ｂ）のス
ラブの連続鋳造の場合には、短辺−長辺に沿った旋回流
動させた平均流速を、各々意味する。

【００２６】鋳型内における溶鋼流速の測定は、カルマ
ン渦流速計により測定した。この測定原理の概略を図６
に示す。図６において、サイアロン棒５付近で溶鋼流が
通過すると、サイアロン棒５のまわりにカルマン渦２ａ
が発生し、このカルマン渦２ａがサイアロン棒５を介し
て振動板６を振動させる。この振動板６の左右振動を周
波数解析した後、流速に変換することで測定が行われ
る。

【００２７】本発明者らの実験の結果、偏析度Ｃ_i ／Ｃ
₀ は、溶鋼中炭素濃度が増加すると、図２のように凝固
シェル付近の平均溶鋼流速に拘わらず直線関係的に低下
することを知見した。また、図３には、偏析度Ｃ_i ／Ｃ
₀ と溶鋼の平均凝固速度Ｖ（ｃｍ／ｓｅｃ）との関係を
示す。平均凝固速度Ｖは、鋳片の二次デンドライトアー
ム間隔から測定した。図３に示すように、鋳片表層部の
偏析度Ｃ_i ／Ｃ₀ は、未凝固シェル付近の平均溶鋼流速
に拘わらず平均凝固速度Ｖに対し、指数関数的に増加す
ることが、実験により判明した。

【００２８】以上、図２及び図３から、偏析度Ｃ_i ／Ｃ
₀ と鋼種の溶鋼中炭素濃度、平均溶鋼流速Ｕ及び溶鋼の
平均凝固速度Ｖとの関係を多重回帰により求めた結果、
下記（１）式の関係が成り立つことを見出した。Ｃ_i ／Ｃ₀ ＝１−[1.04 ×10^-3×{(溶鋼中炭素濃度×Ｕ) ／Ｖ^0.195 }]…（１）ただし、この数式（１）は、溶鋼中炭素濃度が１．０％
以下、平均凝固速度Ｖは、０．００１〜０．５０ｃｍ／
ｓｅｃの範囲において成立する。

【００２９】通常、溶鋼中炭素濃度が、１．０％を超え
る鋼種はなく、また、平均凝固速度Ｖも、通常０．００
１〜０．５ｃｍ／ｓｅｃの範囲である。

【００３０】さらに、本発明者らは、上記実験から鋳片
表層部の機械的強度を確保するためには、つまりホワイ
トバンドを抑制するためには、溶鋼中炭素濃度と溶鋼流
速Ｕとの関係において、偏析度Ｃ_i ／Ｃ₀ が０．９８以
上であればよいことを知見した。

【００３１】加えて、鋳片中心部の等軸晶率を８．０％
以上確保するためには、つまり中心部正偏析抑制及びポ
ロシティ減少のためには、図４に示すように、平均溶鋼
流速Ｕと鋳片中心部の等軸晶率との関係において、凝固
シェル界面における平均溶鋼流速Ｕを５．０ｃｍ／ｓｅ
ｃ以上、望ましくは平均流速Ｕを１０．０ｃｍ／ｓｅｃ
以上とすればよいことを知見した。

【００３２】従って、電磁撹拌を用いた鋼の連続鋳造方
法において、鋳片表層部のホワイトバンドを抑制しつつ
鋳片中心部の等軸晶を確保するためには、鋳型内の平均
溶鋼流速Ｕを、上記（１）式を変形して下記式の範囲に
規定すればよいのである。５．０≦Ｕ≦（１９．２×Ｖ^0.195 ）／溶鋼中炭素濃度ただし、溶鋼中炭素濃度（％）≦１．０Ｖ＝０．００１〜０．５０ｃｍ／ｓｅｃとする。

【００３３】このように、溶鋼中炭素濃度、平均凝固速
度Ｖに基づいて、平均溶鋼流速Ｕを上記式の規定範囲内
とすることで、図５に示すように、ホワイトバンドの生
成を確実に抑制することができるようになる。

【００３４】

【実施例】以下に、本発明の鋼の鋳造方法の効果を確認
するために行った実施例について説明する。表１，２
は、直径が２２５ｍｍの円形横断面を有する連続鋳造用
の鋳型を用いて、鋳造速度が２．０ｍ／ｍｉｎ、オシレ
ーションストロークが４．０ｍｍの鋳造条件で丸ビレッ
ト鋳片を連続鋳造したときの各条件及び結果である。

【００３５】表３は、長辺長さが１０００ｍｍ、短辺長
さが３００ｍｍの角形横断面を有する連続鋳造用の鋳型
を用いて、鋳造速度が１．４ｍ／ｍｉｎ、オシレーショ
ンストロークが５．０ｍｍの鋳込み条件でスラブ鋳片を
連続鋳造したときの各条件及び結果である。

【００３６】丸ビレット鋳片及びスラブ鋳片は共に普通
鋼であり、溶鋼中の主要成分は、Ｃ：０．０１〜１．０
％、Si：０．０１〜３．０％、Mn：０．０１〜２．０
％、Ｐ：０．００１〜０．５％、Ｓ：０．０００１〜
０．０５％である。なお、凝固シェルの凝固速度は、鋳
型内冷却水の水温及び冷却水流速を変化させることで制
御した。

【００３７】

【表１】

【００３８】

【表２】

【００３９】

【表３】

【００４０】表１〜表３に示すように、本発明の規定範
囲内に相当するＡ，Ｂ，Ｄ，Ｅ，Ｇ，Ｈ，Ｊ，Ｌ，Ｎ，
Ｑ，Ｒ，Ｓ，Ｖ，Ｗについては、鋳片表層部における偏
析度Ｃ_i ／Ｃ₀ が０．９８以上となり、従ってホワイト
バンドの抑制効果が見られ、加えて等軸晶率も８．０％
以上とすることができ、鋳片品質が向上した。

【００４１】一方、本発明の規定範囲外に相当するＣ，
Ｆ，Ｉ，Ｋ，Ｍ，Ｏ，Ｐ，Ｔ，Ｕ，Ｘについては、等軸
晶率は８．０％以上となったが、鋳片表層部における偏
析度Ｃ_i ／Ｃ₀ が０．９８より小さいため、ホワイトバ
ンドが生成され、鋳片表層部の機械強度の不足減少が発
生した。

【００４２】なお、これら表１〜表３の結果以外にさら
に複数回実験した結果も加味して、一例として、平均凝
固速度Ｖが０．０２ｃｍ／ｓｅｃの時の溶鋼中炭素濃度
と平均溶鋼流速Ｕとの関係を図５に示す。同図から明ら
かなように、本発明方法に適合した電磁撹拌を行うこと
を特徴とする連続鋳造によりホワイトバンドの生成が確
実に抑制できた。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、本発明の鋼の連続鋳造方
法は、溶鋼中炭素濃度と平均凝固速度Ｖに基づいて、電
磁撹拌による溶鋼平均流速Ｕを常に最適に規定して連続
鋳造を行うので、１台の連続鋳造機において、偏析の有
害性が異なる多数の鋼種を鋳造する場合においても、鋳
片表層部のホワイトバンドの生成を確実に抑制すること
ができ、かつ鋳片中心部の等軸晶帯を確保して連続鋳造
を安定して効率的に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】電磁撹拌を用いた鋼の連続鋳造状況を示し、
（ａ）は丸ビレットの連続鋳造状況を、（ｂ）はスラブ
連続鋳造状況を、各々示す図である。

【図２】溶鋼中炭素濃度と偏析度との関係を示す図であ
る。

【図３】平均凝固速度と偏析度との関係を示す図であ
る。

【図４】平均溶鋼流速と鋳片中心部の等軸晶率との関係
を示す図である。

【図５】溶鋼中炭素濃度と平均溶鋼流速との関係を示す
図である。

【図６】溶鋼流速の測定原理を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

２溶鋼３電磁石コイル４浸漬ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】浸漬ノズルを経て溶鋼を連続鋳造用の鋳
型内に注湯して鋳片を製造する際に、未凝固溶鋼に対し
て電磁撹拌を行う鋼の連続鋳造方法において、鋳型内で
２０ｍｍ厚以下の凝固シェルが生成する領域で、凝固シ
ェル界面における平均溶鋼流速をＵ（ｃｍ／ｓｅｃ）、
凝固シェルの平均凝固速度をＶ（ｃｍ／ｓｅｃ）とした
とき、鋳造方向に対して直交する溶鋼流動速度が下式を
満たすように電磁撹拌を行うことを特徴とする鋼の連続
鋳造方法。５．０≦Ｕ≦（１９．２×Ｖ^0.195 ）／溶鋼中炭素濃度ただし、溶鋼中炭素濃度（％）≦１．０Ｖ＝０．００１〜０．５０ｃｍ／ｓｅｃとする。