JP2024124883A - Continuous casting method for steel - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、鋼の連続鋳造方法に関するものであり、特に、モールドフラックスを用いた鋼の連続鋳造方法に関するものである。 The present invention relates to a method for continuous casting of steel, and in particular, to a method for continuous casting of steel using mold flux.
連続鋳造プロセスでは、タンディッシュからの溶鋼を水冷銅鋳型へ供給し、鋳型内の溶鋼表面に添加したモールドフラックスを鋳型内潤滑・溶鋼の保温・不純物の回収・鋳型内抜熱(鋳型内熱流束)の制御に用いる方法が実用化されている。鋳型内における溶鋼の凝固過程で、鋳片の表面割れの起因となる不均一凝固が生じ、これの抑制のために緩冷却化が指向される。この具体的な方法として、(1)鋳型の熱伝導率あるいは熱伝達係数を下げ鋳型表面温度を上げ鋳片表面との温度差を低減する方法、(2)鋳型と鋳片の間に流入したモールドフラックスが形成するフラックスフィルムの結晶化を促進し、輻射伝熱の低減および結晶化に伴うエアギャップの形成による伝導伝熱の遮蔽を図る方法の二つが知られている。 In the continuous casting process, molten steel from a tundish is fed into a water-cooled copper mold, and mold flux is added to the surface of the molten steel in the mold to lubricate the mold, keep the molten steel warm, remove impurities, and control heat removal in the mold (heat flux in the mold). During the solidification process of the molten steel in the mold, uneven solidification occurs, which can cause surface cracks in the slab, and slow cooling is promoted to suppress this. Specific methods include (1) lowering the thermal conductivity or heat transfer coefficient of the mold to increase the mold surface temperature and reduce the temperature difference with the slab surface, and (2) promoting the crystallization of the flux film formed by the mold flux that flows between the mold and the slab, reducing radiation heat transfer, and shielding conductive heat transfer by forming an air gap due to crystallization.
(1)に該当する公知技術には、特許文献1(鋳型上部に低熱伝導率のシートを配置する方法)、特許文献2(鋳型上部の冷却スリットを溶鋼側表面から後退させる方法)、特許文献3(鋳型上下で冷却水系を分離し上部の冷却を緩和する方法)、特許文献4(鋳型上部に空孔を配置する方法)、特許文献5(鋳型の水平方向に複数の冷却水系を設け上部の冷却を緩和する方法)、特許文献6(鋳型上部表面に低熱伝導率の溶射層を設ける方法)、特許文献7(鋳型上部に発熱体を埋設する方法)など多くの事例がある。これらの技術は伝導伝熱だけを考慮した場合には一定の効果が期待できるものの、鋳型表面温度の上昇は、鋳型表面への鋳片の焼き付きや鋳型表面の亀裂や銅板の変形等、鋳型寿命を低下させる問題を誘起するため、実用化には高いハードルがある。また、鋳型表面温度の上昇はモールドフラックスの結晶化を阻害することから上記(2)の方法にとってはかえって逆効果となりうる点が問題である。 There are many examples of known techniques that fall under (1), such as Patent Document 1 (a method of placing a sheet with low thermal conductivity on the upper part of the mold), Patent Document 2 (a method of retracting the cooling slits on the upper part of the mold from the surface on the molten steel side), Patent Document 3 (a method of separating the cooling water systems on the top and bottom of the mold to ease the cooling of the upper part), Patent Document 4 (a method of placing holes on the upper part of the mold), Patent Document 5 (a method of providing multiple cooling water systems in the horizontal direction of the mold to ease the cooling of the upper part), Patent Document 6 (a method of providing a sprayed layer with low thermal conductivity on the upper surface of the mold), and Patent Document 7 (a method of embedding a heating element in the upper part of the mold). Although these techniques can be expected to have a certain effect when only conductive heat transfer is considered, there is a high hurdle to practical use because an increase in the mold surface temperature induces problems that reduce the mold life, such as the sticking of the cast piece to the mold surface, cracks on the mold surface, and deformation of the copper plate. In addition, an increase in the mold surface temperature inhibits the crystallization of the mold flux, which may be counterproductive to the above method (2).
(2)に該当する公知技術には、モールドフラックスのフィルム中にCuspidineやmeliliteを晶析出させる手法がある(特許文献8,9,10)。これらの手法は鋳片の緩冷却化および割れ防止に効果があり、広く実用化されている。フラックスフィルムの結晶化は割れの抑制に有効であるものの、過度な結晶化は鋳型内潤滑不良を引き起こすだけでなく、鋳片抜熱低下によるバルジングやブレークアウト(BO)検知の懸念が高まり、良好な操業を阻害する因子にもなる。すなわち、鋳片の割れを抑制するにはフラックスフィルムの結晶相を単に晶析出させるのではなく、鋳型上部で瞬時に晶析出しつつ、鋳型下部にわたって適切な結晶化率を満たすモールドフラックスが望ましい。これを志向するものとして結晶化速度や凝固点を調整したモールドフラックスが開発されている(特許文献11,12,13)。
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凝固点を高く設計したモールドフラックスは結晶化率が高くなり、鋳型上部でフィルムの結晶化が促進されるが鋳型下部でフィルムの結晶化が過度に生じる。一方で低凝固点化は鋳型と鋳片との間でモールドフラックスの液相が存在するので、鋳型内潤滑や凝固殻の成長促進に有効であるが、鋳型上部において十分な緩冷却能を得られない。すなわち、凝固点および結晶化率双方の観点から、両者が鋼の鋳造において適切な一方、その結晶化の制御はモールドフラックスの組成設計のみに頼っており、鋳型表面温度の制御と組み合わせて結晶化制御の自由度を高め、その効果を最大化するという思想はなかった。 Mold fluxes designed with a high freezing point have a high crystallization rate, which promotes film crystallization in the upper part of the mold, but causes excessive film crystallization in the lower part of the mold. On the other hand, a low freezing point is effective for lubrication inside the mold and promoting the growth of the solidified shell because a liquid phase of the mold flux exists between the mold and the cast piece, but does not provide sufficient slow cooling ability in the upper part of the mold. In other words, while both are appropriate for steel casting from the standpoint of both freezing point and crystallization rate, control of the crystallization relies solely on the composition design of the mold flux, and there has been no thought of combining it with control of the mold surface temperature to increase the freedom of crystallization control and maximize its effects.
前述したように、鋳片表面の割れを防止するには鋳型内熱流束を制御することが肝要である。これには、上述の(1)および(2)のように鋳型とモールドフラックスそれぞれの手段があるが、従来はこれら2つの手段機構の相互作用が論じられることなく、単体での発明にとどまっていた。 As mentioned above, controlling the heat flux in the mold is essential to prevent cracks on the surface of the slab. There are two ways to achieve this, using the mold and mold flux, as mentioned above in (1) and (2). However, in the past, the interaction between these two mechanisms was not discussed, and they were only considered as individual inventions.
本発明は、鋳型の冷却能とフラックスフィルムを介した鋳型内抜熱制御の相互作用を考慮しつつ、両者を適正に組み合わせて実施することにより、従来に比べてより理想的な鋳型内抜熱を実現するものであり、鋼の連続鋳造方法を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a method for continuous casting of steel that achieves more ideal heat removal from within the mold than conventional methods by taking into account the interaction between the cooling capacity of the mold and heat removal control within the mold via the flux film, and by implementing an appropriate combination of the two.
鋳片の割れ抑制には緩冷却化が有効であるが、厳密には鋳型上部で緩冷却化することが望ましい。鋳型下部にかけては凝固殻の成長を促進するために、鋳型内抜熱を促進することが望ましい。 Slow cooling is effective in preventing cracking of the slab, but strictly speaking slow cooling is desirable in the upper part of the mold. Towards the lower part of the mold, it is desirable to promote heat removal from within the mold in order to promote the growth of the solidified shell.
本発明は水冷鋳型とモールドフラックス双方の相互作用を考慮し、理想的な鋳型内抜熱を得るものである。鋳型においては、溶鋼湯面近傍の冷却能力を鋳型下部のそれよりも高めたことを特徴とする、連続鋳造用鋳型である。モールドフラックスについては、成分であるCaO、SiO2およびFの濃度をCuspidineが晶出しやすい組成に調整し、Li2OおよびNa2Oを添加することで結晶化率を高めた。 The present invention considers the interaction between the water-cooled mold and the mold flux to obtain an ideal heat extraction from the mold. The mold is a continuous casting mold characterized by having a higher cooling capacity near the molten steel surface than that of the lower part of the mold. The concentrations of the components CaO, SiO2 , and F of the mold flux are adjusted to a composition that makes it easy for cuspidine to crystallize, and Li2O and Na2O are added to increase the crystallization rate.
即ち、本発明の要旨とするところは以下のとおりである。
[1]連続鋳造用鋳型として、鋳型冷却水路(冷却スリット)形状(幅および深さ),鋳型冷却水路端の鋳型表面からの距離、鋳型銅板の熱伝導率、鋳型冷却水流速、鋳型冷却水温、のいずれかもしくは複数の因子を鋳型上部と鋳型下部とで異ならせることによって、鋳型上部である溶鋼湯面近傍の冷却能力を鋳型下部の冷却能力よりも高めた連続鋳造用鋳型を用いた連続鋳造機を使用し、
モールドフラックスとして、CaO’/SiO2質量比が0.9~2.0であり、Fを5質量%以上含み、アルカリ金属酸化物のうち、Li2Oを1質量%以上10質量%以下、Na2Oを1質量%以上10質量%以下含有し、凝固点が900℃以上1300℃以下であるモールドフラックスを組み合わせて適用することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
ここで、CaO’は(1)式および(2)式より求められる。
CaO’(質量%)=T.CaO-CaF2’×0.718 …(1)
CaF2’(質量%)=(F-Li2O×1.27-Na2O×0.613-K2O×0.403)×2.05 …(2)
(但し、(2)式右辺がマイナスの場合は(2)式左辺を0%とする。)
F:モールドフラックス中Fの含有率(質量%)、
モールドフラックスの成分含有量評価結果のうち、Cを除く成分の合計含有量を100質量%として、各成分の含有量を定める。T.CaO、Li2O、Na2O、K2Oは、モールドフラックス中のCa、Li、Na、Kがいずれもすべて酸化物であるとして算出した酸化物含有量(質量%)を意味する。
[2]前記連続鋳造用鋳型として、連続鋳造機の設定鋳造速度Vcに応じて(3)式で求められる熱流束Qを与えたとき、(4)式によって算出される鋳型表面温度Tsが、鋳型上部において鋳型下部よりも20℃以上低い連続鋳造用鋳型を用いた連続鋳造機を使用することを特徴とする[1]に記載の鋼の連続鋳造方法。
Re=Vwd/(η/ρ) (5)
Pr=ηCP/λw (6)
d=4A/L (7)
ここで、Q:熱流束[W/m2]、Vc:設定鋳造速度[m/min]、Ts:鋳型表面温度[℃]、Tw:冷却水温度[℃]、X:鋳型冷却水路端の鋳型表面からの距離[m]、λm:鋳型銅板熱伝導率[W/(m・K)]、λw:冷却水熱伝導率[W/(m・K)]、A:鋳型冷却水路(冷却スリット)断面積[m2]、L:鋳型冷却水路(冷却スリット)周長[m]、
Re:鋳型冷却水路(冷却スリット)内冷却水レイノルズ数[-]、
Pr:鋳型冷却水路(冷却スリット)内冷却水プラントル数[-]、
d:相当直径[m]、
Vw:鋳型冷却水路(冷却スリット)内の冷却水流速[m/s]、η:水の粘度[Pa・s]、ρ:水の密度[kg/m3]、CP:水の比熱[J/(kg・K)]
That is, the gist of the present invention is as follows.
[1] A continuous casting machine is used that uses a continuous casting mold in which the cooling capacity in the vicinity of the molten steel surface, which is the upper part of the mold, is increased compared to the cooling capacity in the lower part of the mold by making different one or more factors between the upper part and the lower part of the mold, such as the shape (width and depth) of the mold cooling water channel (cooling slit), the distance of the end of the mold cooling water channel from the mold surface, the thermal conductivity of the copper plate of the mold, the mold cooling water flow rate, and the mold cooling water temperature;
A method for continuous casting of steel, comprising applying in combination as a mold flux a CaO'/ SiO2 mass ratio of 0.9 to 2.0, containing 5 mass% or more of F, containing 1 mass% or more and 10 mass% or less of Li2O and 1 mass% or more and 10 mass% or less of Na2O among alkali metal oxides, and having a solidification point of 900°C or more and 1300°C or less.
Here, CaO' is determined from formulas (1) and (2).
CaO' (mass%) = T. CaO- CaF2 '×0.718...(1)
CaF 2 ′ (mass%) = (F-Li 2 O x 1.27-Na 2 O x 0.613-K 2 O x 0.403) x 2.05...(2)
(However, if the right-hand side of equation (2) is negative, the left-hand side of equation (2) is set to 0%.)
F: F content in mold flux (mass%),
The content of each component is determined by taking the total content of the components excluding C as 100 mass% in the evaluation results of the content of components in the mold flux. T. CaO, Li2O , Na2O , and K2O refer to the oxide content (mass%) calculated assuming that Ca, Li, Na, and K in the mold flux are all oxides.
[2] The method for continuously casting steel according to [1], characterized in that a continuous casting machine using a continuous casting mold in which, when a heat flux Q calculated by equation (3) according to a set casting speed Vc of the continuous casting machine is applied, the mold surface temperature Ts calculated by equation (4) is 20°C or more lower in an upper part of the mold than in a lower part of the mold.
Re=V w d/(η/ρ) (5)
Pr=ηC P /λ w (6)
d = 4A / L (7)
where Q is heat flux [W/ m2 ], Vc is set casting speed [m/min], Ts is mold surface temperature [°C], Tw is cooling water temperature [°C], X is distance from mold surface to mold cooling water channel end [m], λm is mold copper plate thermal conductivity [W/(m·K)], λw is cooling water thermal conductivity [W/(m·K)], A is mold cooling water channel (cooling slit) cross-sectional area [ m2 ], L is mold cooling water channel (cooling slit) circumference [m],
Re: Reynolds number of cooling water in the mold cooling channel (cooling slit) [-],
Pr: number of cooling water Prandtl in the mold cooling water channel (cooling slit) [-],
d: equivalent diameter [m],
V w : cooling water flow velocity in the mold cooling channel (cooling slit) [m/s], η: viscosity of water [Pa·s], ρ: density of water [kg/m 3 ], C p : specific heat of water [J/(kg·K)]
本発明は、CaO’/SiO2質量比が0.9~2.0であり、Fを5質量%以上含み、アルカリ金属酸化物のうちLi2Oを1質量%以上10質量%以下、Na2Oを1質量%以上10質量%以下含有し、凝固点が900℃以上1300℃以下である連続鋳造用モールドフラックスを用いるとともに、連続鋳造用鋳型の水冷銅鋳型として、鋳型冷却水路(冷却スリット)形状(幅および深さ),鋳型冷却水路端の鋳型表面からの距離、鋳型銅板の熱伝導率、鋳型冷却水流速、鋳型冷却水温、のいずれかもしくは複数の因子を鋳型上部と鋳型下部とで異ならせることによって、鋳型上部である溶鋼湯面近傍の冷却能力を鋳型下部の冷却能力よりも高めることにより、鋳型上部でフィルムの結晶相を速やかに晶出させ、メニスカスにおける凝固殻を緩冷却化して縦割れの起点となる凝固殻の不均一成長を抑制し、鋳型下部において、フィルムの結晶相の成長を抑制し、凝固殻を強冷却化して凝固殻の成長を促進させることができる。これにより、炭素濃度0.06~0.20質量%の中炭素鋼を高速の鋳造速度で連続鋳造する場合でも、鋳片の縦割れ発生の防止が十分であり、かつ凝固遅れBO発生を十分に防止することができる。 The present invention relates to a composition having a CaO'/ SiO2 mass ratio of 0.9 to 2.0, containing 5 mass% or more of F, and containing 1 mass% or more and 10 mass% or less of Li2O and Na2O in the alkali metal oxides. A mold flux for continuous casting is used, which contains 1 mass % or more and 10 mass % or less of O and has a freezing point of 900° C. or more and 1,300° C. or less. In addition, a water-cooled copper mold for continuous casting is used, and one or more of the following factors are made different between the upper and lower parts of the mold: the shape (width and depth) of the mold cooling water passage (cooling slit), the distance of the end of the mold cooling water passage from the mold surface, the thermal conductivity of the mold copper plate, the mold cooling water flow rate, and the mold cooling water temperature. This makes it possible to increase the cooling capacity in the vicinity of the molten steel surface in the upper part of the mold compared to the cooling capacity in the lower part of the mold, thereby quickly crystallizing the crystalline phase of the film in the upper part of the mold, slowly cooling the solidified shell in the meniscus, and suppressing uneven growth of the solidified shell that is the starting point of vertical cracks, and to suppress the growth of the crystalline phase of the film in the lower part of the mold and strongly cooling the solidified shell, thereby promoting the growth of the solidified shell. As a result, even when medium carbon steel with a carbon concentration of 0.06 to 0.20 mass% is continuously cast at a high casting speed, the occurrence of longitudinal cracks in the slab can be sufficiently prevented, and the occurrence of solidification-retarded BO can be sufficiently prevented.
本発明は、鋼の連続鋳造において、モールドフラックスを用い、鋳型と鋳片の間隙に流入した溶融フラックスが形成するフラックスフィルム中に晶析出する結晶が輻射伝熱遮蔽および微小空隙形成によって伝導伝熱を阻害する効果を最大限に引き出し、鋳片表面を緩冷却する鋳型内熱流束制御技術に関する。 This invention relates to a mold heat flux control technology for continuous casting of steel, which uses mold flux to maximize the effect of crystals that precipitate in the flux film formed by molten flux flowing into the gap between the mold and the slab, blocking radiative heat transfer and forming minute voids that inhibit conductive heat transfer, thereby slowly cooling the slab surface.
《モールドフラックス》
本発明の連続鋳造用モールドフラックスの成分組成について説明する。連続鋳造用モールドフラックスがCを含有する場合、モールドフラックス中のC以外の成分の合計を100質量%とし、各成分の含有量を算出する。従って、C含有量については、外数(外挿)の扱いとなる。モールドフラックスの含有量についての%は質量%を意味する。
《Mold Flux》
The composition of the mold flux for continuous casting of the present invention will be described. When the mold flux for continuous casting contains C, the total of the components other than C in the mold flux is taken as 100% by mass, and the content of each component is calculated. Therefore, the C content is treated as an extrapolation. The % for the content of the mold flux means % by mass.
[CaO’/SiO2]
モールドフラックスはT.CaOとSiO2およびFを主成分として含有する。このときの、T.CaOはモールドフラックス中のCa成分を全量CaOとしてみなした成分として扱われる。Fは粉体状態でCaF2として添加されるが、溶融状態においてFはCaよりもアルカリ金属に強い親和性を有する。そのため、溶融状態では、Fはアルカリ金属成分と反応し、アルカリ金属フッ化物として存在し、残りのF成分がCa成分と反応してCaF2として存在することが知られている。そこで、溶融状態でのフラックス中のCaF2濃度について、前記(2)式で定めることとする。(2)式右辺がマイナスの場合は、フラックス中のFがすべてアルカリ金属酸化物と反応しており、残余のFがゼロとなり、CaF2濃度もゼロであると考えられることから、(2)式左辺を0%とする。このようにして(2)式でCaF2濃度を定めた上で、前記(1)式でCaO’を算出する。(1)式で定義されるCaO’は、Fと未反応分のCa成分が酸化物(CaO)として存在するとみなした成分量を示す。
[CaO'/ SiO2 ]
The mold flux contains T.CaO, SiO2 , and F as the main components. T.CaO is treated as a component in which the Ca component in the mold flux is considered to be CaO in total. F is CaF in powder form. However , in the molten state, F has a stronger affinity to alkali metals than Ca. Therefore, in the molten state, F reacts with the alkali metal components and exists as alkali metal fluorides, and the remaining F It is known that the Ca component reacts with the Ca component and exists as CaF2 . Therefore, the CaF2 concentration in the flux in a molten state is determined by the above formula (2). When is negative, all the F in the flux has reacted with the alkali metal oxide, the remaining F is zero, and the CaF2 concentration is also considered to be zero. Therefore, the left side of equation (2) is set to 0%. In this way, the CaF2 concentration is determined by the formula (2), and then CaO' is calculated by the formula (1). CaO' defined by formula (1) indicates the amount of Ca component that has not reacted with F and is considered to be present as an oxide (CaO).
CaO’/SiO2は、カスピダインを晶出させる成分指標である。CaO’/SiO2が質量濃度比で0.9以上2.0以下であることが好ましい。質量濃度比CaO’/SiO2が0.9未満の場合、結晶の晶出量が少なく、十分な緩冷却能を有するフィルムを得られない。一方で、質量濃度比CaO’/SiO2が2.0を超える場合、カスピダイン以外の結晶相が晶出するため、十分な緩冷却能を有するフィルムが得られない。CaO’/SiO2が質量濃度比で1.1以上1.8以下であるとより好ましい。 CaO'/ SiO2 is a component index that crystallizes cuspidine. It is preferable that the mass concentration ratio of CaO'/ SiO2 is 0.9 or more and 2.0 or less. When the mass concentration ratio CaO'/ SiO2 is less than 0.9, the amount of crystals crystallized is small, and a film having sufficient slow cooling ability cannot be obtained. On the other hand, when the mass concentration ratio CaO'/ SiO2 exceeds 2.0, a crystal phase other than cuspidine crystallizes, and therefore a film having sufficient slow cooling ability cannot be obtained. It is more preferable that the mass concentration ratio of CaO'/ SiO2 is 1.1 or more and 1.8 or less.
[F]
Fの含有量は5質量%以上である。これは、F成分がモールドフラックスの凝固点を調整する効果があるとともにカスピダインの晶出に効果を有するためであり、Fの含有量が5質量%未満の場合、その効果が小さくなる。一方、Fを多量に添加するとモールドフラックスの粘度が大きく低下し、モールドフラックスの溶鋼への巻き込みが発生する。したがって、Fの含有量は好ましくは、24質量%以下とする。Fの含有量は10質量%以上であるとより好ましい。
[F]
The F content is 5% by mass or more. This is because the F component has the effect of adjusting the solidification point of the mold flux and also has an effect on the crystallization of cuspidine, and if the F content is less than 5% by mass, this effect is reduced. On the other hand, if a large amount of F is added, the viscosity of the mold flux is significantly reduced, and the mold flux is entrained in the molten steel. Therefore, the F content is preferably 24% by mass or less. It is more preferable that the F content is 10% by mass or more.
[アルカリ金属酸化物]
モールドフラックスに添加されるアルカリ金属酸化物として、K2O、Na2O、Li2Oがある。アルカリ金属酸化物は、モールドフラックスの結晶化速度向上の効果を得ること、凝固点および粘度を下げる調整をすることを目的に添加される。コストの観点から、Na2Oが使用されることが多い。以下、モールドフラックス中成分含有量としてのLi2O、Na2O、K2Oは、モールドフラックス中のLi、Na、Kがいずれもすべて酸化物であるとして算出した酸化物含有量(質量%)を意味する。
[Alkali Metal Oxides]
Alkali metal oxides added to mold flux include K2O , Na2O , and Li2O . Alkali metal oxides are added to improve the crystallization rate of mold flux and to adjust the solidification point and viscosity. Na2O is often used from the viewpoint of cost. Hereinafter, Li2O , Na2O , and K2O as the component contents in mold flux mean the oxide contents (mass%) calculated assuming that Li, Na, and K in the mold flux are all oxides.
アルカリ金属酸化物の添加が及ぼす結晶化速度向上の効果は、Li2O>Na2O>K2Oの順で大きいことが知られている。Li2Oがモールドフラックスの結晶化速度を高める効果が最も大きい。Li2Oの含有量は1質量%以上10質量%以下であり、3質量%以上8質量%以下であることが好ましい。Li2Oの含有量が1質量%未満であると、モールドフラックスの凝固点が高く、凝固遅れBOを防止することができない。一方で、Li2Oを過剰に含有すると、カスピダインの晶出量が低下し、十分な緩冷却能を得ることができない。 It is known that the effect of adding an alkali metal oxide on improving the crystallization rate is greatest in the order Li 2 O > Na 2 O > K 2 O. Li 2 O has the greatest effect of increasing the crystallization rate of the mold flux. The content of Li 2 O is 1 mass% or more and 10 mass% or less, and preferably 3 mass% or more and 8 mass% or less. If the content of Li 2 O is less than 1 mass%, the freezing point of the mold flux is high and it is not possible to prevent delayed solidification BO. On the other hand, if Li 2 O is contained in excess, the amount of cuspidine crystallization decreases and sufficient slow cooling ability cannot be obtained.
K2Oの添加は、従来のモールドフラックスよりも粘度を上昇させるとともに結晶化速度を低下させることが知られている。鋳型と凝固殻間への流入が低下および結晶の晶出が低下するので、K2Oの含有は避けた方が好ましく、K2O含有量が0.5質量%未満であると好ましい。 It is known that the addition of K 2 O increases the viscosity and decreases the crystallization rate compared to conventional mold fluxes. Since the flow between the mold and the solidified shell is reduced and the crystallization rate is reduced, it is preferable to avoid the inclusion of K 2 O, and it is preferable for the K 2 O content to be less than 0.5 mass%.
Li2Oの含有量を増加させれば結晶化速度の向上と凝固点の低下の両方を確保できるが、Li2Oの原料価格は高いため、本発明では凝固点の低下を図るアルカリ金属酸化物として、Li2Oに加えてNa2Oを1質量%以上添加する。一方で多量のNa2Oの添加はカスピダインの晶出量を低下させ、十分な緩冷却能を得ることができないので含有量上限を10質量%とする。したがって、Na2Oの含有量は1質量%以上10質量%以下であり、2質量%以上8質量%以下であることが望ましい。 Increasing the content of Li2O can ensure both an improvement in the crystallization rate and a decrease in the freezing point, but since the raw material price of Li2O is high, in the present invention, 1 mass% or more of Na2O is added in addition to Li2O as an alkali metal oxide for decreasing the freezing point. On the other hand, adding a large amount of Na2O reduces the amount of crystallization of cuspidine and makes it impossible to obtain sufficient slow cooling ability, so the upper limit of the content is set to 10 mass%. Therefore, the content of Na2O is 1 mass% or more and 10 mass% or less, and preferably 2 mass% or more and 8 mass% or less.
[Al2O3とMgO]
Al2O3とMgOの含有量は好ましくは合計で5質量%以下とする。モールドフラックスの設計上、不可避混入物としてAl2O3とMgOが存在する。いずれも、カスピダインの晶出量を低減させ、その他の結晶が晶出するため、溶融特性の悪化や、抜熱不良が生じるため、その含有量は極力少ない方が望ましい。モールドフラックス中のAl2O3とMgOの含有量は、モールドフラックス中のAl、Mgがいずれもすべて酸化物であるとして算出した酸化物含有量(質量%)を意味する。
[ Al2O3 and MgO]
The total content of Al2O3 and MgO is preferably 5 mass% or less. In the design of mold flux, Al2O3 and MgO are present as unavoidable impurities. Both reduce the amount of cuspidine crystallized and other crystals crystallize, which deteriorates melting characteristics and causes poor heat removal, so it is desirable to have as small a content as possible. The content of Al2O3 and MgO in mold flux means the oxide content (mass%) calculated assuming that all Al and Mg in mold flux are oxides.
[C]
さらに、本発明のモールドフラックスには、上記の成分に加えて、Cを添加するのが望ましく、モールドフラックスの外数の含有率として、1~10質量%含有させるのが望ましい。Cは、モールドフラックスの溶融速度を調整する作用を有し、C含有量が高くなると、その溶融速度が小さくなる。1質量%未満では溶融速度が過度に大きく、10質量%超では溶融速度が過度に小さく、鋳型と凝固殻間へのフラックス流入性が悪化する。
[C]
Furthermore, in addition to the above components, it is preferable to add C to the mold flux of the present invention, and the content of C in the mold flux is preferably 1 to 10 mass %. C has the effect of adjusting the melting rate of the mold flux, and the higher the C content, the slower the melting rate becomes. If the C content is less than 1 mass %, the melting rate becomes too high, and if it exceeds 10 mass %, the melting rate becomes too low, and the flux flowability between the mold and the solidified shell deteriorates.
[凝固点](凝固温度(℃))(結晶化温度に等しい)
モールドフラックスの凝固点は900℃以上1300℃以下と規定する。凝固点が1300℃を超えると、鋳型下部でフィルムの結晶相が過剰に形成し、凝固殻の成長が不足する。凝固点は1250℃以下がより好ましい。一方、900℃未満に凝固点を低下させたモールドフラックスは、カスピダインの晶出が不足し、十分な緩冷却能を得ることができないので、凝固点を900℃以上にする。凝固点を1100℃超にするのがより好ましい。モールドフラックスの凝固点を900℃以上1300℃以下の範囲内に調整するためには、モールドフラックスのCaO’/SiO2質量比、F含有量、アルカリ金属含有量を、前記記載内容を指標として本発明範囲内で調整することにより、実現することができる。
[Freezing point] (freezing temperature (℃)) (equal to crystallization temperature)
The solidification point of the mold flux is specified to be 900°C or more and 1300°C or less. If the solidification point exceeds 1300°C, the crystal phase of the film is excessively formed at the bottom of the mold, and the growth of the solidified shell is insufficient. The solidification point is more preferably 1250°C or less. On the other hand, mold flux with a solidification point lowered to less than 900°C has insufficient crystallization of cuspidine and cannot obtain sufficient slow cooling ability, so the solidification point is set to 900°C or more. It is more preferable to set the solidification point to more than 1100°C. In order to adjust the solidification point of the mold flux to be within the range of 900°C or more and 1300°C or less, it can be realized by adjusting the CaO'/ SiO2 mass ratio, F content, and alkali metal content of the mold flux within the range of the present invention using the above-mentioned contents as indicators.
[粘度]
モールドフラックスの粘度は、1300℃において1poise以下が望ましい。1poiseを超えると、鋳型と凝固殻間のモールドフラックスの流入が不足し、鋳片欠陥を発生しやすくなる。
[viscosity]
The viscosity of the mold flux is preferably 1 poise or less at 1300° C. If it exceeds 1 poise, the flow of the mold flux between the mold and the solidified shell becomes insufficient, which tends to cause defects in the cast piece.
[原料]
本発明のモールドフラックスに使用される原料は、一般に使用される原料で問題ない。CaO原料としては生石灰、石灰石、セメントなど、SiO2原料としては、珪砂、珪藻土など、Li2Oの原料としては、炭酸リチウムなど、Na2Oの原料としては炭酸ナトリウムやソーダ灰など、Fの原料としては蛍石やフッ化ソーダなど、C原料としてはカーボンブラックやコークス粉などを用いることができる。
[Raw materials]
The raw materials used for the mold flux of the present invention may be any commonly used raw materials. CaO raw materials include quicklime, limestone, cement, etc., SiO2 raw materials include silica sand, diatomaceous earth, Li2O raw materials include lithium carbonate, Na2O raw materials include sodium carbonate and soda ash, F raw materials include fluorite and sodium fluoride, and C raw materials include carbon black and coke powder.
また、モールドフラックスの原料の形状は限定されない。例えば、粉末、顆粒など、全ての形状で使用することができる。これらの原料には、Fe2O3やAl2O3およびMgOなどの酸化物が含有される。これらの不純物が混入していても、微量であり、とくに差し支えない。 The shape of the raw material of the mold flux is not limited. For example, all shapes such as powder and granules can be used. These raw materials contain oxides such as Fe2O3 , Al2O3 , and MgO. Even if these impurities are mixed in, the amount is small and does not cause any problems.
《連続鋳造用鋳型》
鋼の連続鋳造に用いる連続鋳造用鋳型1は、図1に示すように、溶鋼に接する側の材料として熱伝導に優れる銅を用いた鋳型銅板2を配置し、鋳型銅板2の背面側から水冷し、定常状態における鋳型表面温度を概ね300℃以下に保つことにより、鋳型表面への鋳片の焼き付きや銅素材の軟化あるいは変形を防止している。スラブ連鋳機やブルーム連鋳機など比較的大断面の鋳型は、通常、鋳型銅板2の背面側に細長い上下方向の溝を形成し、この溝と鋳型銅板2の背面のバックフレーム4とによって冷却水路を形成する。この冷却水路は冷却スリット3と呼ばれる。図6の側面断面図に示すように、下側給排水路9から供給された冷却水が、冷却スリット3内を流れ、上側給排水路8から排出される。図1の平面断面図に示すように、冷却スリット3を幅方向に多数配置して冷却水に接する表面積を高め、十分な冷却能力を得ている。背景技術に記したように、鋳片表面割れを防止する観点から、鋳型上下方向に冷却能力を異ならせる発想は従前から数多くあり、いずれも鋳型上部の冷却能力を鋳型下部よりも低くすることによって鋳型上部の初期凝固殻を緩冷却化しようとしている。その目的のため、前述のとおり、(1)鋳型銅板の熱伝導率を下げて鋳型表面(鋳片側稼働面)温度を上げ鋳片表面との温度差を低減して伝導伝熱を緩和する方法と、(2)鋳型と鋳片の間隙に流入した溶融フラックスが形成するフラックスフィルムの結晶化を促進し、輻射伝熱遮蔽効果および微小空隙形成による伝導伝熱阻害効果を得て、熱流束を緩和する方法、の2つの方向で対策が講じられていた。
<<Continuous casting mold>>
As shown in FIG. 1, a
ところが、連続鋳造中において初期凝固殻の成長速度や鋳型内での熱流束を実測したところ、モールドフラックスとして結晶化しやすいものを用い、かつ鋳型上部の冷却能力を下げて鋳型表面温度を上げると、狙いとは逆に初期凝固殻を強冷却してしまう場合があることがわかった。鋳型-鋳片間隙のモールドフラックスフィルムの結晶化が阻害されたものと推定される。また逆に、鋳型上部の冷却能力を上げて鋳型表面温度を下げると、初期凝固殻を緩冷却できる場合があることがわかった。鋳型-鋳片間隙のモールドフラックスフィルムの結晶化が促進されたものと推定される。本発明者らは、この冷却のパラドックスとも言うべき現象を見出し、その現象を利用することによって、従来技術の問題点を解消しつつ、より理想に近い鋳型内熱流束制御を実現する方法を考案した。 However, when the growth rate of the initial solidified shell and the heat flux in the mold during continuous casting were measured, it was found that if a mold flux that easily crystallizes is used and the cooling capacity of the upper part of the mold is reduced to raise the mold surface temperature, the initial solidified shell may be strongly cooled, contrary to the intended purpose. It is presumed that this inhibits the crystallization of the mold flux film in the gap between the mold and the slab. Conversely, it was found that if the cooling capacity of the upper part of the mold is increased and the mold surface temperature is reduced, the initial solidified shell may be cooled slowly. It is presumed that this promotes the crystallization of the mold flux film in the gap between the mold and the slab. The inventors discovered this phenomenon, which could be called a cooling paradox, and devised a method of utilizing this phenomenon to achieve more ideal heat flux control in the mold while solving the problems of the conventional technology.
以下に、前記した本発明の構成にそって本発明の特徴を説明する。
まず、連続鋳造用鋳型における鋳型上部と鋳型下部について説明する。鋳型上部とは鋳型銅板上端から200mmもしくは300mmまでの範囲、を意味する。鋳型下部とは、鋳型上部よりも下の鋳型銅板下端までの範囲の内、少なくとも鋳型銅板上端から600mmよりも下の範囲を意味する。
The features of the present invention will be described below in accordance with the above-mentioned configuration of the present invention.
First, the upper and lower parts of the mold for continuous casting will be described. The upper part of the mold means the range from the upper end of the mold copper plate to 200 mm or 300 mm. The lower part of the mold means the range from the upper part of the mold copper plate to the lower end of the mold copper plate, and at least the range from the upper end of the mold copper plate to 600 mm below.
本発明の第1発明は、前記本発明のモールドフラックスを用いるとともに、連続鋳造用鋳型の水冷銅鋳型として、鋳型冷却水路(スリット)形状(幅および深さ),鋳型冷却水流路前面の鋳型表面からの距離、鋳型銅板の熱伝導率、鋳型冷却水流速、鋳型冷却水温、のいずれかもしくは複数の因子を鋳型上部と鋳型下部とで異ならせることによって、鋳型上部である溶鋼湯面近傍の冷却能力を鋳型下部の冷却能力よりも高めた連続鋳造用鋳型を用いた連続鋳造方法である。 The first invention of the present invention is a continuous casting method using the mold flux of the present invention and a water-cooled copper mold for continuous casting, in which the cooling capacity of the upper part of the mold near the molten steel surface is increased compared to the cooling capacity of the lower part of the mold by making the mold cooling water channel (slit) shape (width and depth), the distance from the mold surface to the front of the mold cooling water channel, the thermal conductivity of the mold copper plate, the mold cooling water flow rate, and the mold cooling water temperature different between the upper part and the lower part of the mold.
第1の発明に用いる連続鋳造用鋳型においては、モールドフラックスフィルムが結晶化することによって生じる緩冷却すなわち鋳片から鋳型への熱流束を低減する効果を最大限に引き出すことを目的に、鋳型上部溶鋼湯面近傍の冷却能力を鋳型下部の冷却能力よりも高めるのである。 In the continuous casting mold used in the first invention, the cooling capacity near the molten steel surface in the upper part of the mold is made higher than the cooling capacity in the lower part of the mold in order to maximize the effect of slow cooling caused by the crystallization of the mold flux film, i.e., reducing the heat flux from the cast piece to the mold.
従来、前記に定めた鋳型上部と鋳型下部を含めて鋳型の上下方向全体に渡ってモールドフラックスフィルムの結晶化に伴う緩冷却効果を享受したいのであれば、鋳型上部から鋳型下部まで全体の冷却能力を引き上げればよいのである。それに対して本発明において、鋳型上部の冷却能力を鋳型下部の冷却能力よりも高めるのは以下の理由による。 Conventionally, if one wanted to enjoy the slow cooling effect associated with the crystallization of the mold flux film throughout the entire vertical direction of the mold, including the upper and lower parts of the mold as defined above, it was sufficient to increase the overall cooling capacity from the upper to lower parts of the mold. In contrast, in the present invention, the cooling capacity of the upper part of the mold is increased more than that of the lower part of the mold for the following reasons.
鋳型は、溶鋼を冷やし固めて鋳片を形成する場であることから、元来強冷却が要求されるのである。ゆえに鋳片表面割れ防止のために緩冷却が必要といっても、無限の緩冷却化は元来の鋳型機能を否定することに繋がり、その意味で緩冷却化は必要最小限にとどめるべきである。鋳片表面割れ防止に求められる緩冷却化は鋳型上部の溶鋼湯面近傍、具体的には溶鋼湯面から下方向に50mmないし200mmよりも上部でのみ求められるものである。それよりも下部ではむしろ過度な緩冷却化を避けることを指向するべきである。 Since the mold is where molten steel is cooled and solidified to form the slab, strong cooling is inherently required. Therefore, even if slow cooling is necessary to prevent surface cracking of the slab, infinite slow cooling would negate the original function of the mold, and in that sense slow cooling should be kept to a minimum. The slow cooling required to prevent surface cracking of the slab is only required near the molten steel surface at the top of the mold, specifically above 50 mm to 200 mm below the molten steel surface. Rather, excessive slow cooling should be avoided below that point.
上記モールドフラックスフィルムを介した冷却のパラドックス現象から、鋳型上部溶鋼湯面近傍の冷却能力を高めることによってモールドフラックスフィルムの結晶化が促進され、かえって凝固殻からの抜熱量を低減できる可能性が見いだされた。その一方、鋳型下部の冷却能力は低下させることによってモールドフラックスフィルムの過度の結晶化を抑制することにより、かえって凝固殻からの抜熱量を増大できる可能性がある。このような現象が実現できるのであれば、鋳型上部溶鋼湯面近傍における適度な緩冷却化と鋳型下部における十分な熱流束の維持に繋がる。そこで、上記本発明の連続鋳造用鋳型を用い、前記本発明のモールドフラックスを用いて鋼の連続鋳造を行ったところ、従来の連続鋳造用鋳型とモールドフラックスを用いた場合と比較し、鋳型上部における鋳片の冷却を緩和し、鋳型下部における鋳片の冷却を増大できることが判明した。詳細は後述の実施例で詳述する。本発明の第1の発明に係る連続鋳造方法によれば、鋳型上部溶鋼湯面近傍の銅板表面温度が低く抑えられるので、鋳型表面への鋳片の焼き付きや鋳型表面の亀裂ならびに鋳型銅板の変形が抑制されるという副次的な効果も生じる。 From the paradox phenomenon of cooling through the mold flux film, it was found that by increasing the cooling capacity near the molten steel surface in the upper part of the mold, the crystallization of the mold flux film can be promoted, and the amount of heat removed from the solidified shell can be reduced. On the other hand, by reducing the cooling capacity in the lower part of the mold, excessive crystallization of the mold flux film can be suppressed, and the amount of heat removed from the solidified shell can be increased. If such a phenomenon can be realized, it will lead to moderate cooling near the molten steel surface in the upper part of the mold and the maintenance of sufficient heat flux in the lower part of the mold. Therefore, when continuous casting of steel was performed using the continuous casting mold of the present invention and the mold flux of the present invention, it was found that the cooling of the slab in the upper part of the mold could be mitigated and the cooling of the slab in the lower part of the mold could be increased compared to the case where a conventional continuous casting mold and mold flux were used. Details will be described in detail in the examples described later. According to the continuous casting method according to the first aspect of the present invention, the surface temperature of the copper plate near the molten steel surface in the upper part of the mold is kept low, which has the secondary effect of suppressing the sticking of the slab to the mold surface, cracks on the mold surface, and deformation of the copper plate of the mold.
本発明では、鋳型冷却水路(冷却スリット)形状(幅および深さ),鋳型冷却水流路前面の鋳型表面からの距離、鋳型銅板の熱伝導率、鋳型冷却水流速、鋳型冷却水温、のいずれかもしくは複数の因子を鋳型上部と鋳型下部とで異ならせることによって、鋳型上部である溶鋼湯面近傍の冷却能力を鋳型下部の冷却能力よりも高めるものとする。これらの手段は、低コストで実現可能であり、かつ本発明にとって十分な効果を有することが、その理由である。 In the present invention, the cooling capacity near the molten steel surface in the upper part of the mold is increased more than that in the lower part of the mold by making one or more of the following factors different between the upper and lower parts of the mold: mold cooling water channel (cooling slit) shape (width and depth), distance from the mold surface to the front of the mold cooling water channel, thermal conductivity of the copper plate of the mold, mold cooling water flow rate, and mold cooling water temperature. The reason for this is that these means can be implemented at low cost and are sufficiently effective for the present invention.
本発明が上記モールドフラックスフィルムを介した冷却のパラドックス現象を利用する観点から、本発明はモールドフラックスを用いる連続鋳造に限って適用される。 Because the present invention utilizes the paradox phenomenon of cooling through the mold flux film, the present invention is applicable only to continuous casting using mold flux.
本発明の第2発明は、第1発明に記載の連続鋳造用鋳型を備えた連続鋳造機において、連続鋳造機の設定鋳造速度Vcに応じて前記(3)式で求められる熱流束Qを与えたとき、前記(4)式によって算出される鋳型表面温度Tsが鋳型上部において鋳型下部よりも20℃以上低いことを特徴とする連続鋳造方法である。 A second aspect of the present invention is a continuous casting method, characterized in that in a continuous casting machine equipped with the continuous casting mold described in the first aspect of the invention, when a heat flux Q calculated by the formula (3) according to the set casting speed Vc of the continuous casting machine is applied, the mold surface temperature Ts calculated by the formula (4) is 20°C or more lower in the upper part of the mold than in the lower part of the mold.
第2発明では、上記第1発明で用いる連続鋳造用鋳型について、第1発明に記した発明の内容を、より具体的に規定する。本発明において、モールドフラックスの結晶化に影響を及ぼすのは、鋳型表面温度である。鋳型表面から冷却水にかけての熱伝導および熱伝達の挙動については、以下のように計算することができる。 In the second invention, the contents of the invention described in the first invention are more specifically defined for the continuous casting mold used in the first invention. In this invention, it is the mold surface temperature that affects the crystallization of the mold flux. The behavior of heat conduction and heat transfer from the mold surface to the cooling water can be calculated as follows.
図1に示すように、連続鋳造用鋳型1は通常、鋳型銅板2の背面側に幅W,深さDの冷却スリット3を有し、冷却スリット3内に5~10m/sの速度で冷却水を流す。図6に示すように、一般的には冷却スリット3は上下方向に延び、冷却水は下から上へと流される。鋳型幅方向のスリット間隔はここでは特に規定しないが、鋳型表面温度ムラが許容できる程度に密に配置するのが常識である。具体的には、スリット幅Wの3倍を超えない範囲である。構造上の制約から部分的に上記範囲を超える場合もあるが、全体の冷却能力に対する影響は小さい。
As shown in Figure 1, a
鋳型表面から冷却水路に接する面までの間の熱伝達は、鋳型銅板材質の有する熱伝導率によって支配される。ここで、鋳型表面に薄い(通常、数10μm~100μm程度)メッキ層が存在する場合もあるが、その影響は無視することができる。このとき、下記(8)式で定める鋳型表面から冷却水路に接する面までの間の熱伝達係数hmは、下記(9)式となる。
Ts=(1/hm)Q+Tf (8)
hm=λm/X (9)
ここで、Ts:鋳型表面温度、Q:熱流束、Tf:冷却水流路に接する鋳型表面温度、λm:鋳型銅板熱伝導率,X:鋳型冷却水路端7(冷却スリット3端)から鋳型表面6までの距離(図1参照)である。
The heat transfer from the mold surface to the surface in contact with the cooling water channel is governed by the thermal conductivity of the mold copper plate material. Here, a thin plating layer (usually several tens of μm to 100 μm) may exist on the mold surface, but its effect can be ignored. In this case, the heat transfer coefficient hm from the mold surface to the surface in contact with the cooling water channel, as defined by the following formula (8), is given by the following formula (9).
T s = (1/ hm )Q+T f (8)
h m =λ m /X (9)
Here, Ts is the mold surface temperature, Q is the heat flux, Tf is the mold surface temperature in contact with the cooling water flow path, λm is the thermal conductivity of the mold copper plate, and X is the distance from the mold cooling water path end 7 (the end of the cooling slit 3) to the mold surface 6 (see Figure 1).
鋳型冷却水と鋳型銅板との間の熱伝達(下記(10)式で定める鋳型-冷却水間の熱伝達係数hw)は、Nu:ヌッセルト数を用いて、
Tf=(1/hw)Q+Tw (10)
hw=Nu×λw/d (11)
と定義される。このヌッセルト数の定め方として、管内乱流熱伝達に関する多くの実験式がある。連続鋳造用鋳型の冷却挙動について実験を行ったところ、種々の実験式の中で、Dittus-Boelterの実験式
Nu=0.023Re0.8Pr0.4 (12)
(例えば非特許文献1参照)を用いて上記(11)式に代入して鋳型-冷却水間の熱伝達係数hwを求めることで精度よく計算できることがわかった。ここで、Re:レイノルズ数は前述の(5)式、Pr:プラントル数は前述の(6)式で定義される。(11)式のλwは水の熱伝導率である。(5)式、(11)式のd:相当直径については、前記(7)式で相当直径dを定めた。なお、ヌッセルト数は伝導熱伝達に対する対流熱伝達の大きさ、レイノルズ数は乱流の激しさ、プラントル数は速度境界層厚さと温度境界層厚さの比を示す無次元数である。
The heat transfer coefficient between the mold cooling water and the mold copper plate (the mold-cooling water heat transfer coefficient h w defined by the following formula (10)) is expressed by the following formula, Nu: Nusselt number:
T f = (1/h w )Q+T w (10)
h w =Nu×λ w /d (11)
There are many experimental formulas for determining the Nusselt number related to turbulent heat transfer in a pipe. When an experiment was conducted on the cooling behavior of a continuous casting mold, the Dittus-Boelter experimental formula Nu = 0.023Re 0.8 Pr 0.4 (12) was selected as the most suitable formula for determining the Nusselt number.
(For example, see Non-Patent Document 1) and substitute it into the above formula (11) to obtain the heat transfer coefficient hw between the mold and the cooling water, and it was found that this can be calculated with high accuracy. Here, Re: Reynolds number is defined by the above formula (5), and Pr: Prandtl number is defined by the above formula (6). λw in formula (11) is the thermal conductivity of water. Regarding d: equivalent diameter in formulas (5) and (11), the equivalent diameter d was determined by the above formula (7). Note that the Nusselt number is a dimensionless number indicating the magnitude of convective heat transfer relative to conductive heat transfer, the Reynolds number is the intensity of turbulence, and the Prandtl number is a dimensionless number indicating the ratio of the velocity boundary layer thickness to the temperature boundary layer thickness.
(5)式で定めるレイノルズ数において、Vw:スリット内の冷却水流速、d:相当直径、ν:水の動粘度、さらにν=η/ρ、η:水の粘度、ρ:水の密度であり、(6)式で定めるプラントル数において、η:水の粘度、λw:水の熱伝導率、CP:水の比熱である。また、(7)式で定める相当直径dについては、A:冷却流路(スリット)の断面積、L:冷却流路(スリット)周長=2(W+D)のように冷却水路断面形状によらず求められる。このとき、鋳型冷却水と鋳型銅板との間の熱伝達係数hwは、(11)式に(7)式を代入して、
hw=Nu×λw/(4A/L) (13)
となる。
In the Reynolds number defined by formula (5), Vw is the cooling water flow velocity in the slit, d is the equivalent diameter, v is the kinetic viscosity of water, and further v=η/ρ, η is the viscosity of water, and ρ is the density of water. In the Prandtl number defined by formula (6), η is the viscosity of water, λw is the thermal conductivity of water, and Cp is the specific heat of water. The equivalent diameter d defined by formula (7) can be calculated regardless of the cross-sectional shape of the cooling water channel, such as A is the cross-sectional area of the cooling channel (slit), and L is the perimeter of the cooling channel (slit) = 2 (W + D). At this time, the heat transfer coefficient hw between the mold cooling water and the mold copper plate can be calculated by substituting formula (7) into formula (11),
h w = Nu×λ w / (4A/L) (13)
It becomes.
鋳型表面から鋳型冷却水までの熱伝達は下記(14)式で表される。熱伝達係数hm-wは、上記鋳型表面から冷却水路に接する面までの間の熱伝達係数hmと鋳型-冷却水間の熱伝達係数hwを用いて、(10)式を(8)式に代入してTsを消去することにより、下記(15)式のように求めることができる。
Ts=(1/hm-w)Q+Tw (14)
1/hm-w=1/hm+1/hw (15)
The heat transfer from the mold surface to the mold cooling water is expressed by the following formula (14): The heat transfer coefficient hm -w can be calculated by substituting formula (10) into formula (8) and eliminating Ts using the heat transfer coefficient hm from the mold surface to the surface in contact with the cooling water channel and the heat transfer coefficient hw between the mold and the cooling water, as shown in the following formula (15):
T s = (1/h m−w )Q+T w (14)
1/h m−w =1/h m +1/h w (15)
これらの関係を用い、上記(14)式に(15)式を代入し、(14)式のhmに(9)式を代入し、(14)式のhwに(13)式を代入すると、鋳片から冷却水へ移動する熱量すなわち熱流束Qに対して、鋳型表面温度Tsが前記(4)式のように求まる。 Using these relationships, substituting equation (15) into equation (14), equation (9) into hm in equation (14), and equation (13) into hw in equation (14), the mold surface temperature Ts can be obtained as shown in equation (4) for the amount of heat transferred from the slab to the cooling water, i.e., the heat flux Q.
(4)式中の熱流束Qには、鋳造速度に対する経験式である前記(3)式を用いる。(3)式のQは、鋳型のメニスカス部分から鋳型下端までの平均熱流束を意味する。鋳造中の鋳型内熱流束は鋳型上部と下部とで異なる(鋳片表面温度が高い鋳型上部において熱流束が大きい)が、ここでは鋳型上部と鋳型下部との冷却能力の差異を評価するので、Qは鋳型部位によらず鋳造速度のみに依存する(3)式の値を用いる。 For the heat flux Q in equation (4), equation (3), an empirical formula for the casting speed, is used. Q in equation (3) means the average heat flux from the meniscus part of the mold to the bottom of the mold. The heat flux in the mold during casting differs between the upper and lower parts of the mold (the heat flux is greater in the upper part of the mold where the surface temperature of the cast slab is higher), but since we are evaluating the difference in cooling capacity between the upper and lower parts of the mold here, we use the value of equation (3) for Q, which depends only on the casting speed and is not dependent on the part of the mold.
(3)式の設定鋳造速度Vcには、連続鋳造機の設計鋳造速度範囲内の値を用いて評価する。ここで設計鋳造速度範囲内の値とは、使用する連続鋳造機の代表的な鋳造速度であり、鋳片厚みと連続鋳造機の機長から計算される最大鋳造速度の0.7~0.8倍の鋳造速度を意味している。 The set casting speed Vc in formula (3) is evaluated using a value within the design casting speed range of the continuous casting machine. Here, a value within the design casting speed range is a typical casting speed of the continuous casting machine being used, and means a casting speed that is 0.7 to 0.8 times the maximum casting speed calculated from the thickness of the cast slab and the length of the continuous casting machine.
上記第2発明においては、連続鋳造用鋳型を備えた連続鋳造機であって、(4)式によって算出される鋳型表面温度Tsが、鋳型上部において鋳型下部よりも20℃以上低いことを特徴とする。その条件が満たされるとき、前記本発明のモールドフラックスを用いて鋼の連続鋳造を行った場合、鋳型上部においてモールドフラックスフィルムの結晶化が促進され鋳片表面を緩冷却化できる。同時に鋳型下部におけるモールドフラックスフィルムの過度な結晶化が抑制され凝固殻の成長を促進することができる。加えて、鋳型表面への鋳片の焼き付き防止、鋳型表面の亀裂防止、ならびに鋳型銅板の変形抑制といった効果が得られる。 The second invention is a continuous casting machine equipped with a mold for continuous casting, characterized in that the mold surface temperature Ts calculated by formula (4) is 20°C or more lower in the upper part of the mold than in the lower part of the mold. When this condition is satisfied, when continuous casting of steel is performed using the mold flux of the present invention, crystallization of the mold flux film is promoted in the upper part of the mold, and the surface of the slab can be cooled slowly. At the same time, excessive crystallization of the mold flux film in the lower part of the mold is suppressed, and the growth of the solidified shell can be promoted. In addition, the effects of preventing the slab from sticking to the mold surface, preventing cracks on the mold surface, and suppressing deformation of the copper plate of the mold can be obtained.
本発明の連続鋳造方法では、モールドフラックスとして、前述のとおり、CaO’/SiO2質量比が0.9~2.0であり、Fを5質量%以上含み、アルカリ金属酸化物のうち、Li2Oを1質量%以上10質量%以下、Na2Oを1質量%以上10質量%以下含有し、凝固点が900℃以上1300℃以下であり、結晶化のしやすい連続鋳造用モールドフラックスを用いる。また、連続鋳造用鋳型として、鋳型上部の鋳型表面温度を下げてフラックスフィルムの結晶化を促進しようとするものであるから、鋳型内湯面上で溶融した後、鋳片と鋳型との間隙に流入したフラックスフィルムは急冷却される。これにより、鋳型上部でフィルムの結晶相を速やかに晶出させ、メニスカスにおける凝固殻を緩冷却化して縦割れの起点となる凝固殻の不均一成長を抑制する。一方で、鋳型下部において、フィルムの結晶相の成長を抑制し、凝固殻を強冷却化して凝固殻の成長を促進させることができる。これにより、炭素濃度0.06~0.20質量%の中炭素鋼を高速の鋳造速度で連続鋳造する場合でも、鋳片の縦割れ発生の防止が十分であり、かつ凝固遅れBO発生を十分に防止することができる。 In the continuous casting method of the present invention, as described above, a mold flux for continuous casting is used, which has a CaO'/ SiO2 mass ratio of 0.9 to 2.0, contains 5 mass% or more of F, contains 1 mass% to 10 mass% of Li2O and 1 mass% to 10 mass% of Na2O among alkali metal oxides, has a solidification point of 900°C to 1300°C, and is easy to crystallize. In addition, since the mold for continuous casting is intended to promote crystallization of the flux film by lowering the mold surface temperature in the upper part of the mold, the flux film that melts on the molten metal surface in the mold and flows into the gap between the slab and the mold is rapidly cooled. This allows the crystalline phase of the film to crystallize quickly in the upper part of the mold, and the solidified shell in the meniscus to be slowly cooled, thereby suppressing uneven growth of the solidified shell that becomes the starting point of vertical cracks. On the other hand, in the lower part of the mold, the growth of the crystalline phase of the film can be suppressed and the solidified shell can be strongly cooled to promote the growth of the solidified shell. As a result, even when medium carbon steel with a carbon concentration of 0.06 to 0.20 mass% is continuously cast at a high casting speed, the occurrence of longitudinal cracks in the slab can be sufficiently prevented, and the occurrence of solidification-retarded BO can be sufficiently prevented.
本発明において好ましくは、モールドフラックスとして、溶融し150℃/minの冷却速度で冷却し凝固させたときに結晶化率が面積率で70%以上であるモールドフラックスを組み合わせて適用すると良い。 In the present invention, it is preferable to use a mold flux that has a crystallization rate of 70% or more in terms of area ratio when melted and cooled at a cooling rate of 150°C/min and solidified.
図2に示すように、浸漬ノズル5から連続鋳造用鋳型1内に溶鋼10が供給される。連続鋳造用鋳型1内の溶鋼10表面に供給したモールドフラックス11は、溶鋼10の表面で溶融してフラックス溶融層12を形成し、連続鋳造用鋳型1と凝固殻13との間に流入してモールドフラックスフィルム14となり、モールドフラックスフィルム14は、鋳片と鋳型との間隙に存在し、全体の厚みが0.1~1mm程度であり、鋳型側が凝固した固相フィルム15、鋳片側は液相フィルム16という2層構造である。固相フィルム15中には結晶が晶析出する場合と、ガラス状に固化している場合がある。
As shown in FIG. 2,
本発明は、モールドフラックスフィルムの結晶化が輻射伝熱の遮蔽効果と伝導伝熱の抑制効果を有することから生じる、本発明者らが見いだした冷却のパラドックス現象を利用したものである。そのため、モールドフラックスフィルム中に結晶が晶析出するものを用いることでその効果が発揮される。そこで、モールドフラックスとして、溶融し150℃/minの冷却速度で冷却し凝固させたときに結晶化率が面積率で70%以上であるモールドフラックスを用いると好ましい。同条件で凝固させたときに結晶化率が面積率で80%以上であるとより好ましい。凝固させた試料についてSEM-EDSによって結晶粒ごとに結晶の種類を定め、合計の結晶面積率%を結晶化率とした。
モールドフラックスにおいてCaO’/SiO2質量比を0.9以上、Li2Oを1質量%以上とすることにより、結晶化率を上記本発明の好適範囲とすることができる。
The present invention utilizes the cooling paradox phenomenon discovered by the present inventors, which occurs because the crystallization of the mold flux film has the effect of shielding radiation heat transfer and suppressing conductive heat transfer. Therefore, the effect is achieved by using a mold flux film in which crystals are precipitated. Therefore, it is preferable to use a mold flux that has a crystallization rate of 70% or more in area ratio when melted and cooled at a cooling rate of 150°C/min and solidified. It is more preferable that the crystallization rate is 80% or more in area ratio when solidified under the same conditions. The type of crystal was determined for each crystal grain of the solidified sample by SEM-EDS, and the total crystal area rate % was taken as the crystallization rate.
By setting the CaO'/ SiO2 mass ratio to 0.9 or more and the Li2O content to 1 mass % or more in the mold flux, the crystallization rate can be set within the preferred range of the present invention.
図1に示すように、鋳型銅板2の背面側に上下方向に延びる冷却スリット3を有する連続鋳造用鋳型1を用い、冷却スリット3の形状や冷却条件を種々変更し、(3)式で定める熱流束Qが与えられたときの、(4)式で定める鋳型表面温度Tsを算出した。ここで、鋳型上部と鋳型下部とで条件を異ならせた。算出に用いた鋳型の条件、鋳造条件について、表1に示す。
As shown in Figure 1, a
鋳型Aは、図3および表1に示すように、鋳型銅板2の鋳造方向長さ0.90mの鋳型を用い、鋳型銅板2の上端から湯面高さまでの距離を0.10mとなるよう設計した鋳型である。そして、冷却水路前面(鋳型冷却水路端7)から鋳型表面6までの距離Xを、鋳型上部(鋳型銅板上端から0.05m~0.20mの間)ではXU=0.011m,鋳型下部(鋳型銅板上端から0.50m~0.90mの間)ではXL=0.018mと異ならせている。その結果、鋳造速度1.6m/minとして(3)式で定める鋳型内熱流束Qを与えた場合に(4)式で算出する鋳型表面温度Tsが、鋳型上部で141.3℃,鋳型下部で172.0℃となり、31℃の差であり、本発明の要件を満たす鋳型である。鋳型Aにおいては、鋳型冷却水を鋳型の下から上に流しているので、鋳型冷却水温は鋳型上部の平均値が37℃,鋳型下部の平均値が32℃と鋳型上部の方が高い条件となる。なお、鋳型銅板上端からの距離が0.20m~0.50mの範囲においては、冷却水路前面から鋳型表面までの距離Xが0.011m~0.018mへとなだらかに変化する設計としている。
As shown in FIG. 3 and Table 1, mold A is a mold designed to use a mold with a length of 0.90 m in the casting direction of the
鋳型Bは、図4および表1に示すように、鋳型銅板2の鋳造方向長さ0.90mの鋳型を用い、鋳型銅板2の上端から湯面高さまでの距離を0.10mとなるよう設計した鋳型である。そして、冷却水路であるスリットの深さDを、鋳型上部(鋳型銅板上端から0.04m~0.25mの間)ではDU=0.014m、と鋳型下部(鋳型銅板上端から0.60m~0.90mの間)ではDL=0.028mとし、鋳型上部は鋳型下部の半分とすることで流路断面積を半減し、冷却水の流速Vwが倍増する設計とした。その結果、鋳造速度2.1m/minとして(3)式で定める鋳型内熱流束Qを与えた場合に(4)式で算出する鋳型表面温度Tsが、鋳型上部で174.8℃,鋳型下部で215.0℃となり、40℃の差であり、本発明の要件を満たす鋳型である。鋳型Bにおいては、鋳型冷却水を鋳型の下から上に流しているので、鋳型冷却水温は鋳型上部の平均値が37℃,鋳型下部の平均値が30℃と鋳型上部の方が高い条件となる。なお、鋳型銅板上端からの距離が0.25m~0.60mの範囲においては、冷却水路であるスリットの深さDが0.014m~0.028mへとなだらかに変化する設計としている。
Mold B, as shown in Fig. 4 and Table 1, is a mold designed to use a
鋳型Cは、図5および表1に示すように、鋳型銅板2の鋳造方向長さ1.10mの鋳型を用い、鋳型銅板2の上端から湯面高さまでの距離を0.10mとなるよう設計した連続鋳造機を用いている。そして、鋳型銅板の熱伝導率λmを、図5の境界位置17をはさんで、鋳型上部(鋳型銅板上端から0.05m~0.20mの間)と鋳型下部(鋳型銅板上端から0.20m~1.10mの間)との間で異ならせ、鋳型銅板の熱伝導率λmが鋳型下部に対し鋳型上部の方が大きくなる設計とした。その結果、鋳造速度2.5m/minとして(3)式で定める鋳型内熱流束Qを与えた場合に(4)式で算出する鋳型表面温度Tsが、鋳型上部で172.8℃,鋳型下部で220.9℃となり、48℃の差であり、本発明の要件を満たす実施例である。鋳型Cにおいては、鋳型冷却水を鋳型の上から下に流す設計(図5参照)とすることによって、鋳型冷却水温は鋳型上部の平均値が31℃,鋳型下部の平均値が39℃と鋳型上部の方が低い条件となることも、鋳型上部の表面温度を鋳型下部の表面温度に対して下げるのに有効に作用する。
As shown in FIG. 5 and Table 1, mold C uses a mold with a length of 1.10 m in the casting direction of the
鋳型Dおよび鋳型Eは、図6および表1に示すように、鋳型の冷却に関わる構造(鋳型冷却水路形状,鋳型冷却水流路前面の鋳型表面からの距離、鋳型銅板の熱伝導率、鋳型冷却水流速)が鋳型上部から鋳型下部まで同じである、通常の鋳型を示す比較例である。鋳型Dおよび鋳型Eにおいて、冷却水温に関しては、鋳型冷却水を鋳型の下から上に流す通常の設計であり、その影響で、鋳型冷却水温は鋳型上部の平均値が鋳型下部の平均値に対し高くなっている。その結果、鋳造速度1.6m/min相当の鋳型内熱流束Qを与えた場合の鋳型表面温度計算値は、鋳型上部の値が鋳型下部の値よりも若干ではあるが大きくなっている。なお、鋳型Eでは、冷却水路前面-鋳型表面距離Xを鋳型上部、鋳型下部ともに小さくすることで、鋳型全体の冷却能力を高めている。 As shown in Figure 6 and Table 1, Molds D and E are comparative examples of normal molds in which the cooling structure of the mold (mold cooling water channel shape, distance from the mold surface to the front of the mold cooling water channel, thermal conductivity of the mold copper plate, and mold cooling water flow rate) is the same from the top to the bottom of the mold. Molds D and E are normal designs in which the mold cooling water flows from the bottom to the top of the mold, and as a result, the average mold cooling water temperature is higher in the upper part of the mold than in the lower part of the mold. As a result, when a heat flux Q in the mold equivalent to a casting speed of 1.6 m/min is applied, the calculated mold surface temperature is slightly higher in the upper part of the mold than in the lower part of the mold. In addition, in Mold E, the cooling capacity of the entire mold is increased by reducing the distance X between the front of the cooling water channel and the mold surface in both the upper and lower parts of the mold.
次に、実際に連続鋳造機を用いて連続鋳造を行った結果を示す。
組成を表2に示す溶鋼を、鋳型A,B,C,D,Eを用いて鋳造した。鋳型断面寸法は、幅1250mm,厚み250mm、溶鋼過熱度は鋳型注入直前で25℃、鋳造速度は1.6~2.5m/minという条件である。それぞれの本発明例および比較例を表4とする。
Next, the results of actual continuous casting using a continuous casting machine are shown.
Molten steel with the composition shown in Table 2 was cast using molds A, B, C, D, and E. The mold cross-sectional dimensions were 1250 mm in width and 250 mm in thickness, the molten steel was superheated to 25° C. just before pouring into the mold, and the casting speed was 1.6 to 2.5 m/min. Examples of the present invention and comparative examples are shown in Table 4.
モールドフラックスには、表3の仕様のものを用いた。
表3に示す化学組成は、溶融時に燃焼または熱分解により失われる炭素を除いた組成であり、溶融後の組成を代表する値である。分析で得られたCa分がすべてCaOであり、分析で得られたNa分がすべてNa2Oであるとして表3に示している。表3中の「C’/S」は、CaO’/SiO2質量比を意味する。
表3中における凝固点は、炉内の黒鉛ルツボ内で一旦溶融したモールドフラックスを、10℃/minの冷却速度で炉内雰囲気温度を下げながら凝固させた際に、結晶化に伴う発熱が最大となる温度(温度低下の傾きが最も小さくなる温度、もしくは発熱による温度上昇の傾きが最も大きくなる温度)をモールドフラックス温度の測定結果から読み取って定めた。
粘度は、振動片式粘度計で測定した1300℃での値を用いた。
黒鉛るつぼ内で1350℃で溶融したモールドフラックスを150℃/minで凝固させ、凝固させた試料についてSEM/EDSによって結晶粒ごとに結晶の種類を定め、合計の結晶面積率%を結晶化率とした。結晶化率が高いということは、高い冷却速度においてもモールドフラックスが結晶化することを意味する。
The mold flux used had the specifications shown in Table 3.
The chemical compositions shown in Table 3 are compositions excluding carbon lost by combustion or thermal decomposition during melting, and are values representative of the compositions after melting. The Ca content obtained by analysis is shown in Table 3 as being all CaO, and the Na content obtained by analysis is shown as being all Na 2 O. "C'/S" in Table 3 means the CaO'/SiO 2 mass ratio.
The solidification points in Table 3 were determined by reading the mold flux temperature measurement results and determining the temperature at which the heat generation due to crystallization becomes maximum (the temperature at which the slope of the temperature decrease becomes the smallest, or the slope of the temperature increase due to heat generation becomes the largest) when the mold flux, which was once molten in a graphite crucible in a furnace, is solidified while the furnace atmosphere temperature is lowered at a cooling rate of 10° C./min.
The viscosity was measured at 1300° C. using a vibrating element viscometer.
The mold flux melted at 1350°C in a graphite crucible was solidified at 150°C/min, and the type of crystals was determined for each crystal grain in the solidified sample by SEM/EDS, and the total crystal area ratio % was taken as the crystallization ratio. A high crystallization ratio means that the mold flux crystallizes even at a high cooling rate.
表3中のモールドフラックスa~eは本発明品であり、本発明で規定する成分組成と凝固点を具備している。
モールドフラックスfはLi2O含有量とNa2Oの含有量が本発明の下限を外れ、凝固点が本発明の上限を外れている。モールドフラックスgはLi2O含有量が本発明の下限を外れ、Na2Oの含有量が本発明の上限を外れ、カスピダインが晶出するものの結晶化率が67%であって好適範囲(70%以上)よりも低い。モールドフラックスhはLi2O含有量が本発明の下限を外れ、Na2Oの含有量が本発明の上限を外れ、C’/S(CaO’/SiO2質量比)が本発明の下限を外れ、結晶化率が大幅に低い結果となった。モールドフラックスiはLi2O含有量は本発明の成分範囲内だがNa2O含有量が本発明の下限を外れ、凝固点が本発明の上限を外れている。
Mold fluxes a to e in Table 3 are products according to the present invention and have the component composition and solidification point specified by the present invention.
Mold flux f has a Li 2 O content and a Na 2 O content outside the lower limit of the present invention, and a solidification point outside the upper limit of the present invention. Mold flux g has a Li 2 O content outside the lower limit of the present invention, a Na 2 O content outside the upper limit of the present invention, and cuspidine crystallizes, but the crystallization rate is 67%, which is lower than the preferred range (70% or more). Mold flux h has a Li 2 O content outside the lower limit of the present invention, a Na 2 O content outside the upper limit of the present invention, and a C'/S (CaO'/SiO 2 mass ratio) outside the lower limit of the present invention, resulting in a significantly low crystallization rate. Mold flux i has a Li 2 O content within the component range of the present invention, but a Na 2 O content outside the lower limit of the present invention, and a solidification point outside the upper limit of the present invention.
熱流束は、鋳型内の鋳型上部と鋳型下部それぞれに設置した、高さ方向に複数点、深さ方向に2点の熱電対の測温値から、該当する鋳型領域の平均熱流束を見積もった値を用いた。その熱流束の比較例28(D-g)の鋳型上部における値を100として指数化して、表4の「鋳型上部の熱流束指数」、「鋳型下部の熱流束指数」に示している。熱電対を用いた熱流束の測定値が時間変動する場合には、その変動曲線の極大点の値を結んで平均値とした。熱流束の測定値が時間変動する場合、その変動要因は、凝固殻の異常収縮によって鋳型と鋳片との距離が離れることや、モールドフラックスフィルムの固相と鋳型との間に空隙が生じることである。それらの変動要因は熱流束を低下させる方向に作用するので、鋳型-モールドフラックスフィルム系本来の熱流束を評価するには、変動曲線の極大値で評価するのがよいのである。また、熱流束を評価する領域は、鋳型内の湯面高さよりも下の実効領域とした。具体的には、鋳型上部では湯面高さである鋳型銅板上端から0.10mを起点に鋳型銅板上端から0.20mまでとした。鋳型下部では、鋳型銅板上端から0.20mから鋳型下端までとした。 The heat flux was estimated from the average heat flux of the corresponding mold region based on the temperature measurements of thermocouples installed at multiple points in the height direction and two points in the depth direction in the upper and lower parts of the mold. The heat flux value in the upper part of the mold for Comparative Example 28 (D-g) was indexed to 100, and is shown in "Heat Flux Index for Upper Mold" and "Heat Flux Index for Lower Mold" in Table 4. When the heat flux measured using a thermocouple fluctuates with time, the values of the maximum points of the fluctuation curve were linked to obtain the average value. When the heat flux measured value fluctuates with time, the fluctuation factors are the distance between the mold and the slab due to abnormal shrinkage of the solidified shell, and the occurrence of a gap between the solid phase of the mold flux film and the mold. These fluctuation factors act in the direction of reducing the heat flux, so it is best to evaluate the original heat flux of the mold-mold flux film system at the maximum value of the fluctuation curve. The area for evaluating the heat flux was the effective area below the molten metal surface in the mold. Specifically, in the upper part of the mold, the area was from 0.10 m above the top of the mold copper plate, which is the molten metal surface height, to 0.20 m above the top of the mold copper plate. In the lower part of the mold, the area was from 0.20 m above the top of the mold copper plate to the bottom of the mold.
鋳片の長辺面の凹凸の大きさをレーザー距離計で計測し、計測距離の標準偏差を凝固不均一度とした。比較例28(D-g)における凝固不均一度を100として指数化したものを表4の「凝固不均一度指数」に示している。 The size of the unevenness on the long side of the slab was measured with a laser distance meter, and the standard deviation of the measured distances was taken as the degree of solidification unevenness. The degree of solidification unevenness in Comparative Example 28 (D-g) was set at 100, and the index is shown in the "Solidification unevenness index" in Table 4.
ここでは、まず通常の鋳型Dと、結晶化するがやや結晶化率が低い従来のモールドフラックスgの組み合わせである比較例28(D-g)から説明する。比較例28(D-g)は鋳型構造上の冷却能力は鋳型上部から下部まで一定である鋳型Dを用い、カスピダインを主結晶としてフラックスフィルム中に晶析出する表3のgに示すモールドフラックスを用い、表2に示す組成の亜包晶鋼を鋳造した比較例である。
比較例28(D-g)においては、鋳型内熱流束は凝固殻表面温度の高い鋳型上部において大きく、凝固殻表面温度が低下する鋳型下部において小さい、通常の熱流束分布を示した。
比較例28(D-g)は、得られた鋳片の表面に亜包晶鋼特有の凝固収縮の大きさに起因する凹凸が見られた。比較例28(D-g)で見られた凝固の不均一は、モールドフラックスフィルムの結晶化が不十分で鋳型上部における熱流束が十分に低下しなかったことに起因すると考えた。
それに対し、鋳型Aを用いた比較例22(A-g)では、鋳型上部の冷却能力を強化してモールドフラックスフィルムの結晶化を促進した結果、鋳型上部の鋳型熱流束指数は86まで低下し、凝固不均一度指数は31まで改善した。鋳型下部の冷却能力は比較例28(D-g)と同じではあるものの、鋳型上部で結晶化を促進したモールドフラックスフィルムの影響で、鋳型下部の鋳型熱流束指数は比較例28(D-g)に対して若干低下した。
Here, we will first explain Comparative Example 28 (Dg), which is a combination of a normal mold D and a conventional mold flux g that crystallizes but has a slightly low crystallization rate. Comparative Example 28 (Dg) is a comparative example in which hypoperitectic steel with the composition shown in Table 2 was cast using mold D, whose cooling capacity due to the mold structure is constant from the top to the bottom, and mold flux shown in g in Table 3, which crystallizes and precipitates in the flux film with cuspidine as the main crystal.
In Comparative Example 28 (Dg), the heat flux in the mold was large in the upper part of the mold where the surface temperature of the solidified shell was high, and was small in the lower part of the mold where the surface temperature of the solidified shell was low, showing a normal heat flux distribution.
In Comparative Example 28 (Dg), unevenness was observed on the surface of the obtained slab due to the magnitude of solidification shrinkage specific to hypoperitectic steel. It was believed that the non-uniform solidification observed in Comparative Example 28 (Dg) was due to insufficient crystallization of the mold flux film, which resulted in an insufficient decrease in the heat flux in the upper part of the mold.
In contrast, in Comparative Example 22 (A-g) using Mold A, the cooling capacity of the upper part of the mold was strengthened to promote crystallization of the mold flux film, and as a result, the mold heat flux index of the upper part of the mold decreased to 86, and the solidification non-uniformity index improved to 31. Although the cooling capacity of the lower part of the mold was the same as that of Comparative Example 28 (D-g), the mold heat flux index of the lower part of the mold was slightly decreased compared to Comparative Example 28 (D-g) due to the influence of the mold flux film that promoted crystallization in the upper part of the mold.
つぎに、比較例28(D-g)に対して、モールドフラックスの凝固点と結晶化率を高めた比較例25(D-a)では、鋳型上部でモールドフラックスフィルムの結晶化が促進され、鋳型上部の鋳型熱流束指数が低下し凝固不均一度指数は33まで改善された。比較例28(D-g)に対してモールドフラックスの凝固点が高いため、鋳型下部にかけてのモールドフラックスフィルムが成長し、鋳型下部の熱流束指数は若干低下した。 Next, in Comparative Example 25 (D-a), in which the freezing point and crystallization rate of the mold flux were increased compared to Comparative Example 28 (D-g), crystallization of the mold flux film was promoted in the upper part of the mold, the mold heat flux index in the upper part of the mold decreased, and the solidification non-uniformity index was improved to 33. Because the freezing point of the mold flux was higher than that of Comparative Example 28 (D-g), the mold flux film grew toward the lower part of the mold, and the heat flux index in the lower part of the mold decreased slightly.
さらに、比較例25(D-a)に対して、鋳型上部の冷却能力を強化した本発明例1(A-a)では、モールドフラックスフィルムの結晶化が促進され、鋳型上部の鋳型熱流束指数は81まで低下し、凝固不均一度指数は11まで改善した。 Furthermore, in Example 1 (A-a) of the present invention, in which the cooling capacity of the upper part of the mold was strengthened compared to Comparative Example 25 (D-a), crystallization of the mold flux film was promoted, the mold heat flux index of the upper part of the mold was reduced to 81, and the solidification non-uniformity index was improved to 11.
比較例28(D-g)に対して、凝固点は同等あるいは低いが、結晶化率を高めたモールドフラックスを使用した比較例26(D-c)は鋳型上部のモールドフラックスフィルムの結晶化が促進され、鋳型上部の鋳型熱流束指数の低下ならびに凝固不均一度指数の改善は見られたが不十分であった。 Comparative Example 26 (D-c), which used a mold flux with an increased crystallization rate, had a similar or lower solidification point to Comparative Example 28 (D-g), but the crystallization of the mold flux film in the upper part of the mold was promoted, and a decrease in the mold heat flux index in the upper part of the mold and an improvement in the solidification non-uniformity index were observed, but these were insufficient.
凝固点が高いモールドフラックスfおよびiを用いた比較例21(A-f)および比較例27(D-f)、比較例24(A-i)、比較例30(D-i)では、鋳型上部の熱流束は低下し凝固不均一度指数が改善した。しかしながら、鋳型下部でも熱流束が低下し、鋳型全長にわたって凝固殻の成長が抑制された。加えて、これらのモールドフラックスは高凝固点であるため、鋳型下部にかけてもフィルムが過剰に結晶化し、比較例28(D-g)に対して熱流束指数は小さく、発明鋳型Aを用いてもその効果を十分に得られくい。モールドフラックスの過度な高凝固点化は、凝固殻の抜熱不足を招き、操業の不安定化を招くため避けるべきである。 In Comparative Example 21 (A-f), Comparative Example 27 (D-f), Comparative Example 24 (A-i), and Comparative Example 30 (D-i), which used mold fluxes f and i with high freezing points, the heat flux in the upper part of the mold decreased and the solidification non-uniformity index improved. However, the heat flux also decreased in the lower part of the mold, and the growth of the solidified shell was suppressed over the entire length of the mold. In addition, because these mold fluxes have high freezing points, the film crystallized excessively even in the lower part of the mold, and the heat flux index was smaller than in Comparative Example 28 (D-g), and the effect of the invention mold A was not fully obtained. Excessively high freezing points of mold fluxes should be avoided because they lead to insufficient heat removal from the solidified shell and cause unstable operation.
鋳型の全長にわたって冷却能力を高めた鋳型Eを用いた試験では、凝固点1240℃以下のモールドフラックスa、g(それぞれ比較例31(E-a)、比較例33(E-g))では鋳型上部のフィルムの結晶化が促進されるため凝固不均一度指数が低下したが、凝固点が高いモールドフラックスfを用いた比較例32(E-f)では、モールドフラックスの流入不良が発生、凝固不均一度指数は大きくなった。いずれも条件においても、鋳型下部にかけてフィルムが過剰に結晶化し、熱流束指数は小さくなり、鋳型全長にわたって冷却能力を高めると凝固殻の抜熱不足を招き、操業の不安定化を招くため避けるべきである。 In a test using mold E, in which the cooling capacity was increased along the entire length of the mold, the solidification non-uniformity index decreased with mold fluxes a and g (Comparative Example 31 (E-a) and Comparative Example 33 (E-g) respectively) that had a freezing point of 1240°C or less, due to the promotion of crystallization of the film in the upper part of the mold, but in Comparative Example 32 (E-f), in which mold flux f, which has a high freezing point, was used, poor mold flux flow occurred and the solidification non-uniformity index increased. In either case, the film crystallized excessively toward the lower part of the mold, and the heat flux index decreased. Increasing the cooling capacity along the entire length of the mold should be avoided as it leads to insufficient heat removal from the solidified shell and leads to unstable operation.
鋳型BおよびC、モールドフラックスa~cを用いた本発明例6~9は、鋳型下部の熱流束が高く鋳型下部の凝固殻の成長を促進することができ、本発明例9(C-c)がその効果が最も大きい。また、凝固不均一度指数も31以下に抑えられ、鋳型Dを用いた比較例25、26に対して良好な結果であった。 Inventive examples 6 to 9, which used molds B and C and mold fluxes a to c, had a high heat flux in the lower part of the mold, which promoted the growth of the solidified shell in the lower part of the mold, with invention example 9 (C-c) showing the greatest effect. In addition, the solidification non-uniformity index was suppressed to 31 or less, which was a better result than comparative examples 25 and 26, which used mold D.
また、結晶化しないモールドフラックスhを用いた試験では、鋳型上部の冷却能力を強化してもモールドフラックスの結晶化が促進されないため、鋳型上部の熱流束指数は157(比較例23(A-h))、140(比較例29(D-h))と高かった。 In addition, in tests using mold flux h, which does not crystallize, crystallization of the mold flux was not promoted even when the cooling capacity of the upper part of the mold was strengthened, and the heat flux index of the upper part of the mold was high, at 157 (Comparative Example 23 (A-h)) and 140 (Comparative Example 29 (D-h)).
以上の結果から、鋳型上部の冷却能力向上あるいはモールドフラックスの結晶化率向上は、鋳型上部のモールドフラックスフィルムの結晶化を促進し、凝固不均一度指数の低減に寄与する。本発明例1(A-a)、本発明例2(A-b)、本発明例3(A-c)、本発明例4(A-d)、本発明例5(A-e)のように両者を両立した場合、凝固不均一度指数の低減効果が最も大きい。中でも結晶化率が高く、凝固点が低いモールドフラックスを使用した本発明例2(A-b),本発明例3(A-c)、本発明例5(A-e)の鋳型下部の熱流束指数は、本発明例1(A-a)の場合と比較して大きかった。 From the above results, improving the cooling capacity of the upper part of the mold or improving the crystallization rate of the mold flux promotes the crystallization of the mold flux film in the upper part of the mold, and contributes to reducing the solidification non-uniformity index. When both are achieved, as in invention example 1 (A-a), invention example 2 (A-b), invention example 3 (A-c), invention example 4 (A-d), and invention example 5 (A-e), the effect of reducing the solidification non-uniformity index is greatest. In particular, the heat flux index of the lower part of the mold in invention example 2 (A-b), invention example 3 (A-c), and invention example 5 (A-e), which used mold flux with a high crystallization rate and low solidification point, was higher than that in invention example 1 (A-a).
1 連続鋳造用鋳型
2 鋳型銅板
3 冷却スリット
4 バックフレーム
5 浸漬ノズル
6 鋳型表面
7 鋳型冷却水路端
8 上側給排水路
9 下側給排水路
10 溶鋼
11 モールドフラックス
12 フラックス溶融層
13 凝固殻
14 モールドフラックスフィルム
15 固相フィルム
16 液相フィルム
17 境界位置
REFERENCE SIGNS
Claims (2)
モールドフラックスとして、CaO’/SiO2質量比が0.9~2.0であり、Fを5質量%以上含み、アルカリ金属酸化物のうち、Li2Oを1質量%以上10質量%以下、Na2Oを1質量%以上10質量%以下含有し、凝固点が900℃以上1300℃以下であるモールドフラックスを組み合わせて適用することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
ここで、CaO’は(1)式および(2)式より求められる。
CaO’(質量%)=T.CaO-CaF2’×0.718 …(1)
CaF2’(質量%)=(F-Li2O×1.27-Na2O×0.613-K2O×0.403)×2.05 …(2)
(但し、(2)式右辺がマイナスの場合は(2)式左辺を0%とする。)
F:モールドフラックス中Fの含有率(質量%)、
モールドフラックスの成分含有量評価結果のうち、Cを除く成分の合計含有量を100質量%として、各成分の含有量を定める。T.CaO、Li2O、Na2O、K2Oは、モールドフラックス中のCa、Li、Na、Kがいずれもすべて酸化物であるとして算出した酸化物含有量(質量%)を意味する。 A continuous casting machine is used that uses a continuous casting mold in which the cooling capacity in the vicinity of the molten steel surface, which is the upper part of the mold, is increased more than the cooling capacity in the lower part of the mold by making different one or more of the following factors between the upper and lower parts of the mold: the shape (width and depth) of the mold cooling water passage (cooling slit), the distance of the end of the mold cooling water passage from the mold surface, the thermal conductivity of the copper plate of the mold, the mold cooling water flow rate, and the mold cooling water temperature;
A method for continuous casting of steel, comprising applying in combination as a mold flux a CaO'/ SiO2 mass ratio of 0.9 to 2.0, containing 5 mass% or more of F, containing 1 mass% or more and 10 mass% or less of Li2O and 1 mass% or more and 10 mass% or less of Na2O among alkali metal oxides, and having a solidification point of 900°C or more and 1300°C or less.
Here, CaO' is determined from formulas (1) and (2).
CaO' (mass%) = T. CaO- CaF2 '×0.718...(1)
CaF 2 ′ (mass%) = (F-Li 2 O x 1.27-Na 2 O x 0.613-K 2 O x 0.403) x 2.05...(2)
(However, if the right-hand side of equation (2) is negative, the left-hand side of equation (2) is set to 0%.)
F: F content in mold flux (mass%),
The content of each component is determined by taking the total content of the components excluding C as 100 mass% in the evaluation results of the content of components in the mold flux. T. CaO, Li2O , Na2O , and K2O refer to the oxide content (mass%) calculated assuming that Ca, Li, Na, and K in the mold flux are all oxides.
Pr=ηCP/λw (6)
d=4A/L (7)
ここで、Q:熱流束[W/m2]、Vc:設定鋳造速度[m/min]、Ts:鋳型表面温度[℃]、Tw:冷却水温度[℃]、X:鋳型冷却水路端の鋳型表面からの距離[m]、λm:鋳型銅板熱伝導率[W/(m・K)]、λw:冷却水熱伝導率[W/(m・K)]、A:鋳型冷却水路(冷却スリット)断面積[m2]、L:鋳型冷却水路(冷却スリット)周長[m]、
Re:鋳型冷却水路(冷却スリット)内冷却水レイノルズ数[-]、
Pr:鋳型冷却水路(冷却スリット)内冷却水プラントル数[-]、
d:相当直径[m]、
Vw:鋳型冷却水路(冷却スリット)内の冷却水流速[m/s]、η:水の粘度[Pa・s]、ρ:水の密度[kg/m3]、CP:水の比熱[J/(kg・K)] 2. The method for continuously casting steel according to claim 1, characterized in that a continuous casting machine using a continuous casting mold in which, when a heat flux Q calculated by equation (3) in accordance with a set casting speed Vc of the continuous casting machine is applied, the mold surface temperature Ts calculated by equation (4) is 20° C. or more lower at an upper part of the mold than at a lower part of the mold.
Pr=ηC P /λ w (6)
d = 4A / L (7)
where Q is heat flux [W/ m2 ], Vc is set casting speed [m/min], Ts is mold surface temperature [°C], Tw is cooling water temperature [°C], X is distance from mold surface to mold cooling water channel end [m], λm is mold copper plate thermal conductivity [W/(m·K)], λw is cooling water thermal conductivity [W/(m·K)], A is mold cooling water channel (cooling slit) cross-sectional area [ m2 ], L is mold cooling water channel (cooling slit) circumference [m],
Re: Reynolds number of cooling water in the mold cooling channel (cooling slit) [-],
Pr: cooling water Prandtl number in the mold cooling water channel (cooling slit) [-],
d: equivalent diameter [m],
V w : cooling water flow velocity in the mold cooling channel (cooling slit) [m/s], η: viscosity of water [Pa·s], ρ: density of water [kg/m 3 ], C p : specific heat of water [J/(kg·K)]
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