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広幅薄鋳片の連続鋳造方法 - 住友金属工業株式会社
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発明の名称 広幅薄鋳片の連続鋳造方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−47196(P2001−47196A)
公開日 平成13年2月20日(2001.2.20)
出願番号 特願平11−229967
出願日 平成11年8月16日(1999.8.16)
代理人 【識別番号】100081352
【弁理士】
【氏名又は名称】広瀬 章一
【テーマコード(参考)】
4E004
【Fターム(参考)】
4E004 AA09 MB11 MC05 MC11 
発明者 菊地 祐久 / 川本 正幸 / 花尾 方史 / 村上 敏彦 / 岡 正彦 / 池田 正裕
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】 幅1000〜1700mm、厚さが70〜120 mmの鋳型を用い、鋳造速度3m/min 以上で行う広幅薄鋳片の連続鋳造方法であって、鋳型に電磁ブレーキを設け、該電磁ブレーキの印加磁場強度をG(Gauss) 、スループット(t/min) をQとした場合、G=α[1869 ×Ln(Q) +1769] 、α=0.6 〜1.4 の範囲でスループットに応じて磁場強度を変更することを特徴とする、鋳片表面欠陥を減少させた広幅薄鋳片の連続鋳造方法。ここで、スループット(t/min) =鋳型幅(m) ×鋳型厚み(m) ×鋳造速度(m/min) ×溶鋼比重 (t/m3) である。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、広幅薄鋳片の連続鋳造方法、より特定的には、高速鋳造時においても安定操業が実現でき、かつ鋳片表面品質が改善された広幅薄鋳片の連続鋳造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】近年、薄鋳片 (鋳片厚50〜120mm)の連続鋳造設備 (以下CCと記す。) を採用した、熱間圧延による薄板の製造プロセスが実用化され、ミニミルを主体に世界的規模で普及しつつある。
【0003】この製造プロセスは、CCとホットストリップミルが直結した設備レイアウトを採用しており、スラブ加熱工程の省略が可能となるなど省エネルギーの効果が注目され、それをさらに効率的に実現するための技術の一環として、連続鋳造の段階での薄鋳片化を図るための技術開発が行われている。
【0004】薄鋳片を連続鋳造で製造する場合、通常の鋳片鋳造用鋳型の厚み(200〜350 mm) に比較して、薄鋳片用の鋳型の厚みは50〜120 mmと極端に狭くなっており、タンディッシュから溶鋼を鋳型内に供給する浸漬ノズルの吐出孔断面積も小さい。また、薄鋳片用のCCを使用して通常の鋳片用のCCと同等レベルの生産量を確保するためには、鋳型幅および鋳造速度を増加しなくてはならない。そのため、浸漬ノズルから吐出する溶鋼流速は、通常の鋳片用のCCの場合に比べ、2〜3倍以上も速くなり、操業トラブルおよび品質悪化を招く恐れがある。
【0005】図1は、そのような操業トラブルおよび品質悪化の生じる原因の模式的説明図である。図中、例えば鋳造速度3m/min 以上の高速鋳造になると、浸漬ノズル6からの溶鋼1の矢印8方向への吐出流速が増大し、鋳型2の壁部に沿って形成された短辺側凝固シェル (図示せず) に当たり、凝固シェルの再溶解によるブレークアウトの危険性が増大する。また、図1に矢印でもって示すように短辺側には大きな溶鋼1の上昇反転流が生じ、湯面変動を生じさせる。この湯面変動は、パウダスラグベアの生成を助長し、パウダスラグベアの巻き込みによるブレークアウトを生じさせる。湯面変動はパウダスラグベアだけではなく、溶融パウダ5をも巻き込み、これはスリバー疵と呼ばれるコイル品質欠陥を増大させる。
【0006】これを防ぐためには、薄鋳片のCCにおいては特開平8−39208 号公報に記載されている浸漬ノズルの吐出孔を下向きにする方法および特開平8−252659号公報に記載されている磁場を印加し溶融流速を抑制する電磁ブレーキ法(EMBr 法)が多く用いられている。
【0007】しかしながら、特開平8−39208 号公報に記載されている、吐出孔下向き浸漬ノズルを使用した場合、浸漬ノズル吐出孔から出る溶鋼流のほとんどが下降流となるため、非金属介在物が鋳片内に持ち込まれ易くなり、内部介在物欠陥が多くなる。また、鋳型内の溶鋼温度が低下し、介在物浮上効果が阻害される。メニスカス近傍の温度も著しく低下し、シェル先端の爪倒れによるパウダ噛み込みが増加し、コイル品質に悪影響を及ぼす欠点がある。特開平8−252659号公報には広幅薄鋳片の未凝固圧下操業前後において電磁ブレーキの磁場強度を変更する方法が述べられている。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、広幅薄スラブの高速鋳造において、一定の生産量を確保しつつブレークアウト等の操業トラブルをなくし、かつコイルの品質悪化を防止するための適正な連続鋳造方法を提供することである。
【0009】本発明のより具体的な目的は、広幅薄鋳片の高速鋳造において、生産量を確保しつつブレークアウトの発生を実質上なくし、かつコイル疵発生率が0.01%以下を実現できる連続鋳造方法を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的を達するために、種々の操業条件を変更し調査した結果、鋳型幅1000〜1700mm、鋳型厚さ70〜120 mmの鋳型を用い、鋳造速度3〜5m/min の高速鋳造を実施する場合、電磁ブレーキの印加磁場強度をG、スループット(t/min) Qとした場合、G=α[1869 ×Ln(Q) +1769] 、α=0.6 〜1.4 の範囲でスループットに応じて磁場強度を変更することにより、鋳片表面欠陥を減少させることが可能であることを見出した。
【0011】なお、前述の特開平8−252659号公報にあっては、鋳型内に印加する磁場強度の大きさは、鋳造速度、鋼種、鋳型の厚みが異なるので経験的として表現しているだけであり明確ではない。また鋳造速度が2.4m/minの条件について記載されているだけであり、鋳造速度3m/min 以上の広幅薄鋳片の高速鋳造についてはそれが可能であるか否かについては何ら記載されておらず、ましてそのときの電磁ブレーキの印加条件についてはまったく記載されていない。
【0012】ここに、本発明は、幅1000〜1700mm、厚さが70〜120 mmの鋳型を用い、鋳造速度3m/min 以上で行う広幅薄鋳片の高速連続鋳造方法であって、鋳型に電磁ブレーキを設け、該電磁ブレーキの印加磁場強度をG(Gauss) 、スループット(t/min) をQとした場合、G=α[1869 ×Ln(Q) +1769] 、α=0.6 〜1.4 の範囲でスループットに応じて磁場強度を変更することを特徴とする、鋳片表面欠陥を減少させた広幅薄鋳片の連続鋳造方法である。ここで、スループット(t/min) =鋳型幅(m) ×鋳型厚み(m) ×鋳造速度(m/min) ×溶鋼比重 (t/m3) である。
【0013】
【発明の実施の形態】前述の図1に基づいて、本発明方法を説明すると次の通りである。まず、図1は、広幅薄鋳片の鋳造機の鋳型内を模式的に示すもので、浸漬ノズル6を経て鋳型2内に給湯された溶鋼1は、この鋳型に設けられた電磁ブレーキ3によってその下向きの流れが制限される。鋳型内溶鋼の上にはパウダ4が置かれており、その下側には、溶融パウダ5の層が形成されている。
【0014】ここに、本発明によれば、まず鋳型サイズであるが、最良の鋳型サイズは幅1000〜1700mm、鋳型厚が70〜120 mmである。これは鋳型幅が1000mm未満では生産性を上げることができず、更なる生産性の向上には5m/min 以上の鋳造が望まれるためである。ただし、鋳造速度5m/min 超の鋳造速度では、鋳型と鋳片の潤滑材としている溶融パウダの膜切れが生じやすく、拘束性ブレークアウトを起こしやすい。一方、鋳型幅が1700mm超であると鋳片の凝固収縮量が大きくなり、縦割れと呼ばれる鋳片表面欠陥が発生し易くなる。
【0015】また鋳型厚みが70mm未満の場合では、浸漬ノズルを鋳型内に入れることは困難となり、かつ取り付け時のアライメントの精度も非常に高くなり、作業の困難さが増す。厚みが120 mm超では圧延時の粗ロール (ミル) のスタンド数を増やさなくてはならなず、設備投資、メンテナンス費用がかかる。そのため最良の鋳型サイズは幅1000〜1700mm、厚さ70〜120 mmとなる。
【0016】次に、適正な鋳造速度についてであるが、上述のような薄鋳片にあってもコイルの生産量を確保するためには3m/min 以上は必要であるが、余り高速にすると上記に述べた拘束性ブレークアウトの危険性があるから、本発明では好ましくは3〜5m/min とする。換言すればこれは目標鋳造速度である。
【0017】本発明において使用する浸漬ノズルの形状は特に制限はなく従来のものをそのまゝ使用すればよいが、好ましくは次の通りである。すなわち、浸漬ノズルは鋳型の厚みが薄いために扁平型2孔ノズルで吐出角度が下向き角度10°〜50°が最も望ましい。例えば、吐出角度が下向き角10°未満、水平もしくは上げ角では、吐出孔近傍に設けられた電磁ブレーキでは、短辺の上昇反転流による湯面変動を抑制させることはできない。電磁ブレーキ強度を8000G以上もしくは全幅印加のように電磁ブレーキの印加磁場範囲を大きくすることができれば可能ではある。しかし電磁ブレーキが巨大なものとなり、重量が重くなればそれに応じて、鋳型オシレーション設備の強化も必要となり、莫大な費用がかかる。逆に吐出孔の下向き角度が50°超になると溶鋼下降流が増大し、前述したように非金属介在物が鋳片内に持ち込まれ易くなり、コイル内部介在物欠陥が多くなる。浸漬ノズルのメニスカスからの浸漬深さは電磁ブレーキの磁場強度の最大値が出る地点に最大溶鋼吐出流速が来るように設定するのが望ましい。
【0018】次に、電磁ブレーキの磁場印加強度であるが、電磁ブレーキの印加磁場強度をG(Gauss) 、スループット(t/min) をQとした場合、G=α[1869 ×Ln(Q) +1769] 、α=0.6 〜1.4 の範囲とした理由について述べる。なお、電磁ブレーキそれ自体について本発明にあっては特に制限なく、従来のものをそのまゝ使用すればよい。
【0019】上記に述べた最も望ましい電磁ブレーキの磁場強度は、α=1.0 のときで、最大鋳型サイズ幅1700mm×120 mmで鋳造速度5m/min で鋳造した場合 (最大スループット7.1t/min時) 、5400Gであり、最小鋳型サイズ幅1000mm×70mmで鋳造速度3m/min で鋳造した場合 (最小スループット1.5t/min時) 、2500Gである。
【0020】α=0.6 〜0.9 の範囲では、短辺近傍の上昇反転流が増大することになるが、表皮介在物が増大しない程度である。またα=1.1 〜1.4 では、溶鋼流速を抑制しすぎることになるが、メニスカスへの温度供給が保たれている範囲であり、鋳片の内部介在物が増大しない操業条件が実現される。
【0021】例えば、スループットが7.0t/minの場合、3000G以下であると吐出流速が抑制されず、凝固シェルの再溶解によるブレークアウトが発生し易い。また8000Gを越えると浸漬ノズルからの吐出流速が過大に抑制され、メニスカス温度の低下が発生し、シェル先端の爪倒れによるパウダのカミ込みによる品質欠陥が増大する。
【0022】スループットが1.5t/minの場合も同様に、1500G未満ではシェルの再溶解によるブレークアウトの危険性があり、逆に3600G以上ではパウダのカミ込みによる品質欠陥が増大するために、スループットの比で磁場印加強度を変更しなくてはならない。
【0023】これらの関係は図3にグラフでまとめて示す。図中、斜線で示されているのは本発明の範囲であり、この範囲を超えるとパウダカミ込み等による品質が悪化し、一方、これらの範囲未満の場合はシェル再溶解の危険性を招く。
【0024】したがって、本発明によれば、広幅薄スラブの高速鋳造において生産量を確保しつつ、ブレークアウト等の操業トラブルをなくし、かつ高品質のコイルを得るには、鋳型幅1000〜1700mm、鋳型厚が70〜120 mmを用い、鋳造速度3m/min 以上、一般には3〜5m/min の高速鋳造を実施する場合、電磁ブレーキの印加磁場強度をG(Gauss) 、スループット(t/min) をQとするとき、G=α[1869 ×Ln(Q)+1769] 、α=0.6 〜1.4 の範囲でスループットに応じて磁場強度を変更するのである。
【0025】かくして、本発明によれば、広幅薄スラブの高速鋳造において、コイルの生産量を確保しつつブレークアウトの発生率を実質上なくし、かつコイル疵発生率を0.01%以下を実現できる実際的な操業が初めて可能となる。
【0026】
【実施例】図2に示す垂直部1m、機長15m、湾曲半径3.5 Rの連続鋳造機を用い、C:0.05 %の低炭素アルミキルド鋼について、鋳型サイズが幅1000mm×70mmおよび幅1700mm×120 mmの2種類の鋳型を用い、鋳造速度3〜5m/min で連続鋳造を実施した。
【0027】印加する電磁ブレーキの磁場強度はスループットに応じてG=α[1869 ×Ln(Q) +1769] 、α=0.5 〜1.5 の範囲で変更した。表1に示すように、本発明におけるα=0.6 〜1.4 の範囲 (例1〜9および例16〜24) と、本発明の条件を外れる比較例α=0.5 、1.5 の条件 (例10〜15および25〜30) で比較した。
【0028】本発明の効果は、鋳型内溶鋼に熱電対を入れメニスカス部の溶鋼温度を測定した。また得られた鋳片を厚み方向に5mmピッチで断削りを行い、顕微鏡を用い鋳片表面から10mm以内の100cm2当たりの表皮介在物の個数および、表面から10mm以降の100cm2当たり内在介在物個数を数えた。
【0029】また操業安定性の評価として、ブレークアウト発生率 (回/ch)および、品質評価としてコイル疵発生率(%) を調査した。
コイル疵発生率=コイル疵発生重量(t/ch)/1ch当たりの鋳込量(t/ch)これらの結果は、表1および表2に鋳造条件とともにまとめて示す。
【0030】これらの結果から次の点が分かる。
■鋳型サイズ (幅1000mm×厚70mm) を使用した場合:α=0.6(本発明例1〜3) の場合、溶鋼温度は1540〜1542℃と高く内在介在物個数が減少し、ブレークアウト発生もなく、コイル疵発生率も0.01〜0.02%と良好な結果となった。
【0031】α=1.0(本発明例4〜6) の場合、溶鋼温度は1538〜1539℃であり、表皮介在物個数、内在介在物個数ともに少なく、ブレークアウト発生もなく、コイル疵発生率も0〜0.01%と最も良好な結果となった。
【0032】α=1.4(本発明例7〜9) の場合、溶鋼温度は1537〜1538℃と若干低いが、表皮介在物個数が少なく、ブレークアウト発生もなく、コイル疵発生率も0〜0.02%と良好な結果となった。
【0033】α=0.5(比較例10〜12) の場合、溶鋼温度は1545〜1546℃と非常に高く、表皮介在物個数が最も高い結果となった。またブレークアウト発生は2〜5%であり、コイル疵発生率0.1 〜0.2 %と悪い結果となった。
【0034】α=1.5(比較例13〜15) の場合、溶鋼温度は1536〜1537℃、最も低く、表皮介在物個数、内在介在物個数が増加し、コイル疵発生率0.08〜0.14%と悪い結果となった。
【0035】■鋳型サイズ (幅1700mm×厚120mm)を使用した場合:α=0.6(本発明例16〜18) の場合、溶鋼温度は1540〜1542℃と高く内在介在物個数が減少し、ブレークアウト発生もなく、コイル疵発生率も0.01〜0.02%と良好な結果となった。
【0036】α=1.0(本発明例19〜21) の場合、溶鋼温度は1538〜1540℃であり、表皮介在物個数、内在介在物個数ともに少なく、ブレークアウト発生もなく、コイル疵発生率も0〜0.01%と最も良好な結果となった。
【0037】α=1.4(本発明例22〜24) の場合、溶鋼温度は1538〜1539℃と若干低いが、表皮介在物個数が少なく、ブレークアウト発生もなく、コイル疵発生率も0.01〜0.02%と良好な結果となった。
【0038】α=0.5(比較例25〜27) の場合、溶鋼温度は1542〜1548℃と非常に高く、表皮介在物個数が最も高い結果となった。またブレークアウト発生は5〜15%であり、非常に悪化し、コイル疵発生率0.2 〜0.5 %と悪い結果となった。
【0039】α=1.5(比較例28〜29) の場合、溶鋼温度は1536〜1537℃、最も低く、表皮介在物個数、内在介在物個数が増加し、コイル疵発生率0.13〜0.17%と悪い結果となった。
【0040】
【表1】

【0041】
【表2】

【0042】
【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれば、鋳型幅1000〜1700mm、鋳型厚さ70〜120 mm、鋳造速度3m/min 以上で薄広幅スラブを高速鋳造しても、ブレークアウトの発生がなく、鋳片の表皮介在物および内在介在物を減少させた、コイル品質が良い鋳片を鋳造することができるのであって、本発明の実用上の意義は大きい。




 

 


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