JP2000271705A - 連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 連続鋳造で製造されるスラブの表面品質を向
上させる。 【解決手段】 連続鋳造装置１の鋳型２は、振動装置３
によって振動が与えられた状態で、スラブ５を連続的に
鋳造する。鋳型２の出側には、スラブ５の表面形状を測
定して監視する形状検出器１０ａ，１０ｂが配置され
る。形状検出器１０ａ，１０ｂがスラブ５の表面にデプ
レッションを検出すると、制御装置１１は振動装置３を
制御し、振動条件のうちのネガティブストリップ時間の
割合を大きくしてデプレッションを抑制する。鋳型２に
与える振動は、デプレッションが大きくならない程度に
抑えるので、オシレーションマークも抑制され、表面品
質に優れたスラブを製造することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶融状態の金属材
料を連続的に鋳造させて、金属材料の素材を製造する連
続鋳造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、金属材料、特に鉄鋼材料の素
材を製造する際には、溶融状態から直接熱間圧延用のス
ラブを鋳造する連続鋳造方法が用いられている。金属の
連続鋳造では、筒状の鋳型に上方から溶融金属を注入
し、鋳型の側壁から冷却して凝固させ、下方に凝固した
金属を連続的に引き出す。鋳型から引き出される金属
は、表面のみが凝固し、内部はまだ溶融状態であるの
で、引き出された金属はさらに冷却され、内部まで完全
に凝固が終了した段階で鋳造が終了する。鋳型から引き
出された金属をそのまま鉛直下方に移動させる垂直型の
連続鋳造装置も存在しているけれども、一般に鉛直方向
の長さが長くなり、連続鋳造装置を収容する建屋の高さ
を高くしなければならなくなる。鋳型から引き出される
金属を途中で方向を変えて水平に引き出す湾曲型や水平
型の連続鋳造装置を用いれば、建屋の高さを高くする必
要はなくなる。

【０００３】連続鋳造方法で生産性よく金属材料の製造
を行うためには、鋳型から凝固した金属を引き出す鋳造
速度を大きくする必要がある。しかしながら、鋳造速度
を大きくしようとすると、表面のみが凝固している鋳造
直後の金属が破断してしまうブレークアウトが発生する
おそれがある。ブレークアウトを防ぐためには、鋳型を
鋳造方向、すなわち上下方向に振動させるオシレーショ
ンを行えばよいことが知られている。

【０００４】図６は、連続鋳造を行う際に鋳型に振動を
加えることによる相対的な鋳造速度の変動状態を示す。
鋳型から鋳片を引き出す鋳造速度がＶで一定であって
も、鋳型が鋳型速度ｘ（ｔ）で振動しているので、鋳造
される金属に対する鋳型の相対的な速度は変動し、振幅
のストロークが大きくなれば、相対速度が負となるネガ
ティブストリップ時間ｔ_Nも発生する。また、鋳型に振
動を与えることによって、鋳造される金属の表面にはオ
シレーションマーク（ＯＳＭ）と呼ばれる周期的な凹凸
が発生する。オシレーションマークは、表面の凹凸ばか
りではなく、鋳造組織上にも偏析などとして関係するの
で、オシレーションマークの深さがあまり深くなること
は好ましくない。凝固しつつある金属の表面に対して相
対的に鋳型を振動させるためには、金属の表面と鋳型の
表面との間にパウダと呼ばれる一種の潤滑剤を介在させ
る。パウダは、鋳型のメニスカスの表面に浮かんだ状態
で溶融し、金属と鋳型との界面に回り込む。良好な連続
鋳造を行うためには、パウダの消費も適切に行われる必
要がある。

【０００５】図７は、図６に示すような鋳型の振動、特
にそのうちのネガティブストリップ時間と、パウダの消
費を示すパウダ原単位およびオシレーションマーク深さ
との関係を示す。ネガティブストリップ時間が短くなる
と、パウダ消費量不足領域に入り、またネガティブスト
リップ時間が長くなるとオシレーションマーク深さが深
くなって欠陥発生領域に入る。このため、ネガティブス
トリップ時間には上限と下限とを設け、上限と下限との
間にネガティブストリップ時間が入るように鋳造条件を
設定する必要がある。ネガティブストリップ時間ｔ
_Nは、次の第１式で表される。

【０００６】

【数１】

【０００７】ここで、πは円周率、ｆは振動の周波数、
ｕは鋳造速度、ｓは振動のストロークを示す。オシレー
ションマークの深さは、第１式で表されるネガティブス
トリップ時間ｔ_Nに比例し、オシレーションマークの間
隔は鋳造速度ｕと周波数ｆとの比ｕ／ｆに等しくなる。
このような関係で、オシレーションマークを浅くするた
めには、振動の周波数ｆは大きい方が好ましいことが判
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ステンレス鋼の連続鋳
造では、たとえば図７に示すネガティブストリップ時間
を減少させて、オシレーションマークの深さを浅くして
いくと、図８（ａ）に示すようなデプレッションＤが発
生する。デプレッションＤは、スラブの表面に、たとえ
ば両側端から約１５０ｍｍの範囲Ｗに、鋳造方向に対し
て３００ｍｍ程度の長さＬを有する周期的な凹みとして
発生する。図８（ｂ）は、デプレッションＤの断面形状
を示す。デプレッションＤの深さｄは、たとえば５ｍｍ
程度ある。スラブＳの表面品質向上のためには、まずオ
シレーションマークの深さ低減が必要である。しかしな
がら、オシレーションマークの深さ低減のために、振動
条件の変更やパウダの調整など、種々の技術的対応処置
を講ずると、図８に示すようなデプレッションＤが発生
し、デプレッションＤが深い場合は表面割れも発生して
しまう。オシレーションマークやデプレッションＤが大
きくなると、その影響を除去するために、スラブＳの表
面を研削して平坦にする必要がある。特にステンレス鋼
の場合には、熱間加工の際に表面に形成されるスケール
が比較的少ないので、オシレーションマークやデプレッ
ションＤによる表面の凹凸の除去を完全に行わないと、
ホットコイル表面に欠陥が残る。したがってオシレーシ
ョンマーク深さやデプレッションＤを浅くしないと、ス
ラブＳの手入れに時間と費用がかかり、しかも表面の研
削によって材料が失われ、歩留まりが低下してしまう。

【０００９】本発明の目的は、オシレーションマークや
デプレッションの深さを低減し、スラブの表面品質を向
上させることが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】本発明は、連続鋳造装置
の鋳型に振動を与えて、鋳型に対する相対的な鋳造速度
を変動させながらスラブを製造する連続鋳造方法におい
て、鋳型の出側でスラブの表面形状を監視し、スラブ表
面が凹むデプレッションを予め設定される基準を越えて
発生させない程度に、鋳型の振幅を小さくすることを特
徴とする連続鋳造方法である。

【００１１】本発明に従えば、連続鋳造装置では、鋳型
に振動を与え、鋳型から引き出されるスラブに対し、相
対的な鋳型の速度を変動させ、ブレークアウトなどが生
じないようにしながら、スラブを製造する。鋳型の振動
の条件は、スラブの表面が凹むデプレッションが発生さ
せない程度に、振幅を小さくする。振幅が小さくなるほ
どオシレーションマークによる表面の凹凸は小さくなる
けれども、小さくなりすぎるとデプレッションが発生す
るので、デプレッションが発生しない程度に鋳型の振幅
を小さくして、デプレッションとオシレーションマーク
とを共に低減してスラブ表面品質向上を図ることができ
る。

【００１２】また本発明は、前記スラブの表面形状の監
視で、スラブ表面のデプレッションの深さを測定し、測
定される深さが予め設定される基準値を超えるとき、前
記鋳型の振動による相対的な鋳造速度の変動で、鋳型に
対する鋳造速度が負になるネガティブストリップ時間の
割合が大きくなるように、鋳造条件を調整することを特
徴とする。

【００１３】本発明に従えば、スラブの表面形状を監視
して、スラブ表面のデプレッションの深さを測定し、深
さが予め設定される基準値を超えるときに鋳型の振動に
よる鋳造速度の変動でスラブに対して鋳型の速度が負に
なるネガティブストリップ時間の割合が大きくなるよう
に、鋳造条件を調整するので、デプレッションが大きく
なるのを防ぐことができる。デプレッションは、研削に
よって除去しようとすると、研削時間が長くなり、かつ
研削によって失われる材料が歩留まりを悪化させてしま
う。デプレッションを残しておくと、スラブを圧延して
いく際に、デプレッションの部分がクラックの発生源と
なって、金属素材としての品質を損ねるおそれがある。
デプレッションの発生を抑制することによって、表面品
質の向上を図ることができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施の一形態の
連続鋳造方法を実施する連続鋳造装置１の概略的な構成
を示す。連続鋳造装置１は、湾曲型であり、鋳型２の上
方からステンレス溶鋼を注入して、鉛直下方から水平方
向に鋳造方向を連続的に変更しながら連続鋳造を行う。
鋳型２は、銅板製であり、内部には冷却水が供給され
る。鋳型２を鋳造方向に往復振動させるために、振動装
置３が設けられている。鋳型２は、たとえば２００ｍｍ
程度の厚みのステンレス鋼スラブを、１０００ｍｍ程度
の幅となるように連続鋳造することができる。振動装置
３は、クランクリンクを利用して鋳型２に振動を与え、
振動のストロークは０〜２０ｍｍ程度まで調整可能であ
り、振動数は４０〜１６０サイクル／ｍｉｎ程度の範囲
で調整可能である。

【００１５】鋳型２にステンレス鋼溶鋼を注入すると、
表面にはメニスカス４が形成される。メニスカス４の表
面には、所定のパウダが投入され、鋳型２の表面とステ
ンレス鋼の溶鋼との境界面に溶融して回り込み、潤滑等
の機能を果す。鋳型２によって冷却されたステンレス溶
鋼は、表面から凝固し、スラブ５として鋳型２の下方か
ら引き出される。連続鋳造されるスラブ５は、ピンチロ
ール６によって所定の鋳造速度となるように引き出され
る。鋳造速度は、連続鋳造装置１の能力と生産の必要性
とを考慮して設定される。鋳型２とピンチロール６との
間には、スラブ５を湾曲させながら案内するフットロー
ル７，８，９が間隔をあけて配置される。

【００１６】本実施形態の連続鋳造装置１では、鋳型２
からのスラブ５の出側に、スラブ５の表面の形状を測定
する形状検出器１０ａ，１０ｂを配置する。形状検出器
１０ａ，１０ｂは、スラブ５の両側の面をそれぞれ監視
し、監視結果を制御装置１１に与える。制御装置１１
は、形状検出器１０ａ，１０ｂが検出するスラブ５の表
面形状を表す画像に基づいて、デプレッションの有無を
判断する。なお形状検出器１０ａ，１０ｂは、たとえば
レーザ変位計のログレンジタイプを用いることができ、
その場合には±５０μｍの深さも検出可能であるので、
本実施形態のような場合の必要な精度に対しては問題が
ない。制御装置１１は、形状検出器１０ａ，１０ｂがス
ラブ５の表面にデプレッションを検出すると、振動装置
３を制御し、鋳型２の振動条件、特にネガティブフィー
ドバック時間の制御を行う。すなわち、デプレッション
の深さがたとえば５ｍｍを超えて深くなると、ネガティ
ブストリップ時間を長くし、デプレッションを減少させ
るように制御する。

【００１７】図２は、図１の鋳型２からのスラブ５の出
側の構成を示す。スラブ５は、鋳型２から出た後も、２
次冷却水配管１２によって供給される冷却水が噴射さ
れ、冷却される。形状検出器１０ａ，１０ｂは、たとえ
ばスラブ５の表面から３００ｍｍの距離ｄｓだけ離して
装着する。

【００１８】図３は、図２の鋳型２の下方の部分を表面
側から見た状態を示す。形状検出器１０ａは、最大幅の
スラブ５が鋳型２から引き出される場合に、側端面から
約１５０ｍｍの幅Ｗｓだけ離れた位置に配置する。フッ
トロール７，８は、スラブ５の引き出し方向に沿って、
間隔をあけて配置する。フットロール７，８の間隙に
は、複数のスプレーノズル１３が配置され、図２に示す
２次冷却水配管１２から供給される冷却水をスラブ５の
表面に噴射して冷却する。形状検出器１０ａ，１０ｂ
は、鋳型２の下端からは約１５０ｍｍの距離Ｌｓ離れた
位置に配置する。スラブ５の側端から形状検出器１０ａ
を配置する約１５０ｍｍの幅Ｗｓの位置は、デプレッシ
ョンが大きくなる位置やデプレッションが発生しやすい
位置に該当する。図１の形状検出器１０ｂも同様に配置
する。ただし、形状検出器１０ａ，１０ｂはある程度広
い範囲で±５０μｍの精度で測定を行うことができるの
で、デプレッションが発生する位置とずれが生じていて
も、デプレッションの発生の確認とその深さなどの測定
を行うことができる。

【００１９】図４は、本実施形態を適用していない従来
の連続鋳造方法を（ａ）に、本実施形態による連続鋳造
方法を（ｂ）に比較して示し、スラブ５の表面に形成さ
れる鋳造方向の表面凹凸の深さを示す。図４（ａ）に示
すように、従来のスラブでは表面の凹凸が５ｍｍを超え
るような大きなデプレッションも発生している。図４
（ｂ）に示す本実施形態のスラブでは、デプレッション
の深さが２ｍｍに達すると、鋳型２の振動のネガティブ
ストリップ時間の割合を小さくするので、凹み深さの最
大値は３ｍｍ程度となり、デプレッションが抑制されて
いることが解る。

【００２０】図５は、本実施形態での適正範囲を斜線を
施して示す。このように本実施形態によれば、鋳造後の
スラブ５の表面の凹凸を少なくして、欠陥が少なく、表
面性状に優れたスラブを製造することができる。スラブ
５の表面性状が良好であるので、スラブ５の手入れなど
が不要または省力化が可能であり、総合的な生産性の向
上も図ることができる。

【００２１】また、以上の説明では、ステンレスの溶鋼
を連続鋳造するようにしているけれども、他の金属材料
でも本発明を同様に適用することができる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、オシレー
ションマークの深さとデプレッションの深さとを抑え
て、連続鋳造されるスラブの表面品質を向上させること
ができる。スラブの凹凸が少なくなるので、スラブの手
入れも簡素化あるいは不要にすることができ、総合的な
生産性の向上も図ることができる。

【００２３】また本発明によれば、スラブ表面のデプレ
ッションの深さが所定の基準値を超えるときには鋳型の
振動のネガティブストリップ時間の割合を小さくするの
で、オシレーションマークの深さは増大するけれども、
デプレッションの深さを減少させ、全体としての表面品
質の低下を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態の概略的な構成を示す簡
略化した側面断面図である。

【図２】図１の鋳型２の下端部分の側面断面図である。

【図３】図２の簡略化した正面図である。

【図４】本実施形態で鋳造されるスラブを従来のスラブ
と表面形状を比較して示す図である。

【図５】本実施形態での適正な範囲を示すグラフであ
る。

【図６】連続鋳造を行う際に鋳型に振動を加えることに
よる鋳造速度の変動状態を示す。

【図７】連続鋳造で鋳型に振動を与える際のネガティブ
ストリップ時間の影響を示すグラフである。

【図８】連続鋳造の際の鋳型の振動を小さくしていくと
きに発生するデプレッションを示す斜視図および側面断
面図である。

【符号の説明】

１ 連続鋳造装置 ２ 鋳型 ３ 振動装置 ５ スラブ ６ ピンチロール １０ａ，１０ｂ 形状検出器 １１ 制御装置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 連続鋳造装置の鋳型に振動を与えて、鋳
   型に対する相対的な鋳造速度を変動させながらスラブを
   製造する連続鋳造方法において、 鋳型の出側でスラブの表面形状を監視し、 スラブ表面が凹むデプレッションを予め設定される基準
   を越えて発生させない程度に、鋳型の振幅を小さくする
   ことを特徴とする連続鋳造方法。
2. 【請求項２】 前記スラブの表面形状の監視で、スラブ
   表面のデプレッションの深さを測定し、測定される深さ
   が予め設定される基準値を超えるとき、前記鋳型の振動
   による相対的な鋳造速度の変動で、鋳型に対する鋳造速
   度が負になるネガティブストリップ時間の割合が大きく
   なるように、鋳造条件を調整することを特徴とする請求
   項１記載の連続鋳造方法。