JP2002086253A

JP2002086253A - 連続鋳造の２次冷却方法

Info

Publication number: JP2002086253A
Application number: JP2000274583A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Ito; 陽一伊藤; Koichi Tozawa; 宏一戸澤; Hideji Takeuchi; 秀次竹内
Original assignee: Kawasaki Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2000-09-11
Filing date: 2000-09-11
Publication date: 2002-03-26

Abstract

(57)【要約】【課題】鋼の連続鋳造を行なう際に、最終凝固部の
バルジングを抑制し、中心偏析を防止できる２次冷却方
法を提供する。【解決手段】鋳片の引き抜き方向の反対方向へ連続的
に移動する水膜形成板と鋳片との間隙に水膜流を形成し
て、鋳片の厚さＤと凝固シェルの厚さｄが 0.4Ｄ≦ｄ≦
0.5Ｄを満足する範囲の鋳片を水膜流で冷却する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、鋼の連続鋳造を行
なうに際して、最終凝固部におけるバルジングを抑制
し、中心偏析を防止できる２次冷却方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に連続鋳造によって鋳片を製造する
場合、まず鋳型内に注入された溶鋼が鋳型と接触して冷
却され、薄い凝固層（以下、凝固シェルという）を形成
する。こうして溶鋼を鋳型内に注入しながら凝固シェル
を下方へ引き抜く。さらに、鋳型下方に配設された複数
個のサポートロールの間隙からスプレーノズルを介して
冷却水（以下、２次冷却水という）を鋳片に吹き付けて
冷却（以下、２次冷却という）することによって鋳片を
製造する。

【０００３】連続鋳造において、溶鋼の凝固は、鋳片の
凝固シェル側から中心方向へ進行する。そのため鋳片の
中心部にはポロシティの多い最終凝固部が形成される。
最終凝固部の周囲には、粒径１mm以上の粗大な等軸晶
と、その粗大な等軸晶を取り囲む柱状晶が形成され、溶
鋼中のＣ，Mn，Ｐ，Ｓ等の成分が鋳片の中心部に濃化し
て、中心偏析が起こる。

【０００４】また連続鋳造の２次冷却においては、鋳片
がサポートロール間に張り出す現象（以下、バルジング
という）が起こる。バルジングによって生じる張り出し
部が、下流のサポートロールによって押圧されて、凝固
シェル内の未凝固の溶鋼が流動する。特に最終凝固部の
溶鋼が流動すると、中心偏析が助長される。中心偏析が
発生した鋳片を用いて製造された鋼板は、内部かぶれ等
の欠陥が発生するのみならず、耐水素誘起割れ性や低温
靱性が低下する。そこで、耐水素誘起割れ性や低温靱性
を改善し、しかも内部欠陥を抑制することを目的とし
て、中心偏析を防止する種々の技術が提案されている。

【０００５】たとえば特公昭59-23902号公報には、連続
鋳造における電磁攪拌方法が開示されている。この方法
は、水平方向の電磁攪拌と鋳片引抜方向の電磁攪拌を用
いて鋳片内溶鋼を攪拌して微細な等軸晶を形成させるこ
とによって、中心偏析を防止しようとするものである。
しかしこの方法では、凝固シェルがかなり成長した位置
で電磁攪拌を行なうので、凝固シェル内の未凝固の溶鋼
中に固相が既に析出しており、鋳片の中心部に結晶粒径
１mm以上の粗大な等軸晶が形成されるのを回避できな
い。したがって中心偏析を防止できないという問題があ
った。

【０００６】特開昭63-252655 号公報には、軽圧下鋳造
方法が開示されている。この方法は、２次冷却において
鋳片表面に噴射される冷却水量および鋳片を引き抜き速
度を調節して、最終凝固部を軽圧下ロール群の適所に位
置させ、最終凝固部における溶湯の流動を抑制して中心
偏析を低減しようとするものである。しかしこの方法で
は、偏析粒径が５mm程度のマクロ偏析の改善は達成でき
るものの、偏析粒径が１mm以下のセミマクロ偏析の改善
には効果が小さく、耐水素誘起割れ性や低温靱性の改善
効果が得られないという問題があった。

【０００７】特開2000-94102号公報には、連続鋳造方法
が開示されている。この方法は、鋳片の液相線クレータ
エンドから固相線クレータエンドまでの所定の範囲でサ
ポートロール群のロール間隔を広げて５〜100mm のバル
ジングを起こさせた後、圧下ロールによって圧下するこ
とによって中心偏析を防止しようとするものである。し
かしこの方法では、偏析粒径が５mm程度のマクロ偏析の
改善は達成できるものの、偏析粒径が１mm以下のセミマ
クロ偏析の改善には効果が小さく、耐水素誘起割れ性や
低温靱性の改善効果が得られないという問題があった。

【０００８】これらの技術はいずれも、２次冷却におけ
るバルジングによって生じる張り出し部が下流のサポー
トロールによって押圧されて、最終凝固部の未凝固の溶
鋼が流動したために中心偏析が十分に抑制されず、その
結果、耐水素誘起割れ性や低温靱性が改善されなかった
のである。したがって、中心偏析を抑制するために最終
凝固部のバルジングを防止する必要がある。

【０００９】特開平9-201661号公報には、連続鋳造の２
次冷却方法が開示されている。この方法は、２次冷却に
おけるサポートロールの間隙に案内板を配し、案内板と
鋳片との間に水膜流連続床を形成することによって、鋳
片を支持するとともに冷却してバルジングを防止し、そ
の結果、中心偏析を抑制しようとするものである。しか
しこの方法では、水膜流連続床を形成する水は循環して
冷却されるが、案内板は固定されているので、案内板の
温度が上昇して冷却能力が低下したり、案内板が変形す
るという問題があった。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記のような
問題を解消し、鋼の連続鋳造を行なう際に、最終凝固部
のバルジングを抑制し、中心偏析を防止できる２次冷却
方法に関し、特に偏析粒径が１mm以下のセミマクロ偏析
を防止できる２次冷却方法を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、鋼の連続鋳造
を行なう際の２次冷却方法において、鋳片の引き抜き方
向の反対方向へ連続的に移動する水膜形成板と鋳片との
間隙に水膜流を形成して、鋳片の厚さＤ（mm）と凝固シ
ェルの厚さｄ（mm）とが下記の (1)式を満足する範囲の
鋳片を、水膜流で冷却する連続鋳造の２次冷却方法であ
る。

【００１２】 0.4 Ｄ≦ｄ≦0.5 Ｄ・・・ (1) ｄ：凝固シェルの厚さ（mm）Ｄ：鋳片の厚さ（mm）前記した発明においては、第１の好適態様として、水膜
流を形成する位置における水膜形成板と鋳片との間隔が
0.1〜2.5mm であることが好ましい。

【００１３】また第２の好適態様として、水膜流を形成
する位置における水膜形成板の最上端と最下端との距離
Ｌ（ｍ）、水膜流を形成する位置における水膜形成板の
最上端と鋳片の厚さ方向の中央位置との距離Ｓ₁（m
m）、および水膜流を形成する位置における水膜形成板
の最下端と鋳片の厚さ方向の中央位置との距離Ｓ₂（m
m）が下記の (2)式を満足することが好ましい。

【００１４】 0.5 mm／ｍ≦（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｌ≦1.0 mm／ｍ・・・ (2) Ｌ：水膜流を形成する位置における水膜形成板の最上
端と最下端との距離（ｍ）Ｓ₁：水膜流を形成する位置における水膜形成板の最上
端と鋳片の厚さ方向の中央位置との距離（mm）Ｓ₂：水膜流を形成する位置における水膜形成板の最下
端と鋳片の厚さ方向の中央位置との距離（mm）

【００１５】

【発明の実施の形態】図１は、本発明を適用する連続鋳
造設備の例を示す配置図である。鋳型１に注入された溶
鋼２は、鋳型１によって冷却されて凝固シェル３を形成
する。こうして周囲に凝固シェル３が形成され、中心部
に未凝固の溶鋼２が残存する鋳片４を連続的に下方へ引
き抜く。そのとき、鋳型１の下方に配設された複数個の
サポートロール５間からスプレーノズルを介して２次冷
却水６を鋳片４に吹き付けて２次冷却を行なう。

【００１６】さらに鋳片４の最終凝固部に水膜流７を形
成して、最終凝固部を水膜流７で冷却する。水膜流７を
形成する位置は、凝固シェル３の厚さをｄ（mm）とし、
鋳片４の厚さをＤ（mm）として、凝固シェル３の厚さｄ
と鋳片４の厚さＤが下記の (1)式を満足する範囲であ
る。 0.4 Ｄ≦ｄ≦0.5 Ｄ・・・ (1) ｄ：凝固シェルの厚さ（mm）Ｄ：鋳片の厚さ（mm）なお、凝固シェル３の厚さｄが 0.5Ｄとなる位置はクレ
ーターエンド部を指すので、凝固シェル３の厚さｄの上
限は 0.5Ｄである。また凝固シェル３の厚さｄが 0.4Ｄ
となる位置では、凝固界面の溶鋼２が固相率 0.6〜0.7
に対応し、ほぼ流動限界にあるので、この段階の濃度が
最終的な偏析濃度を決定する主因となる。したがって、
前記 (1)式を満足する範囲に水膜流７を形成する必要が
ある。

【００１７】図２は、水膜流７を形成する装置の例を示
す断面図である。図２中の矢印ａは鋳片４の引き抜き方
向を示し、矢印ｂは水膜形成板８の移動方向を示す。水
膜流７は、前記 (1)式を満足する範囲の鋳片４と水膜形
成板８との間隙に形成される。水膜形成板８には給水口
９が設けられており、給水ヘッダ10から供給される水膜
形成用水が水膜形成板８と鋳片４との間隙に供給され
て、水膜流７を形成する。水膜形成板８は、冷却板駆動
ロール11によって矢印ｂの方向に連続的に移動する。し
たがって水膜形成板８は、水膜流７を形成する位置で
は、鋳片４の引き抜き方向（すなわち矢印ａの方向）と
は反対方向に移動する。

【００１８】水膜流７を形成する位置で、水膜形成板８
と鋳片４が同一方向に移動すると、水膜流７および水膜
形成板８の温度が上昇して鋳片４の冷却能が低下するば
かりか、水膜形成板８が変形して水膜流７が形成されな
くなる。したがって、水膜流７を形成する位置では、水
膜形成板８は鋳片４の引き抜き方向とは反対方向に移動
する必要がある。なお水膜形成板８を駆動する方法は、
特定の方法に限定しないが、キャタピラー等を用いて駆
動するのが望ましい。

【００１９】また図２には水膜形成板８に給水口９を設
ける例を示したが、本発明においては、水膜流７を形成
する方法は特定の方法に限定しない。たとえば、水膜形
成板８と鋳片４との間隙に上方から水膜形成用水を供給
して、水膜流７を形成しても良い。さらに水膜流７は、
前記 (1)式を満足する範囲の全領域に形成しても良い
し、あるいは前記 (1)式を満足する範囲の一部の領域に
形成しても良い。

【００２０】水膜流７を形成する際に、水膜形成板８と
鋳片４との間隙が 0.1mm未満では、水膜形成板８と鋳片
４が接触して、設備の故障や鋳片４の表面疵が発生する
原因になる。また、水膜形成板８と鋳片４との間隙が
2.5mmを超えると、水膜流７を形成するために膨大な水
量が必要となる。したがって、水膜形成板８と鋳片４と
の間隙（すなわち水膜流７の厚さ）は 0.1〜2.5mm の範
囲を満足することが望ましい。

【００２１】溶鋼２は凝固する際に収縮し、その収縮量
は４〜５体積％程度である。この収縮は、鋳片４の長辺
片面あたり２〜2.5 体積％に相当し、鋳片４の引き抜き
方向に対して上流側の鋳片４が厚く、下流側の鋳片４が
薄くなる。このような鋳片４の収縮を考慮して、水膜流
７を形成する位置において、水膜形成板８は鋳片４の引
き抜き方向に対して勾配を持ち、水膜形成板８と鋳片４
との間隙（すなわち水膜流７の厚さ）を一定に保つこと
が望ましい。

【００２２】すなわち、水膜流７を形成する位置におけ
る水膜形成板８の最上端と最下端との距離をＬ（ｍ）と
し、水膜流７を形成する位置における水膜形成板８の最
上端と鋳片の厚さ方向の中央位置との距離をＳ₁（mm）
とし、さらに水膜流７を形成する位置における水膜形成
板８の最下端と鋳片の厚さ方向の中央位置との距離をＳ
₂（mm）として、Ｌ，Ｓ₁およびＳ₂が下記の (2)式を
満足することが望ましい。

【００２３】 0.5 mm／ｍ≦（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｌ≦1.0 mm／ｍ・・・ (2) Ｌ：水膜流を形成する位置における水膜形成板の最上
端と最下端との距離（ｍ）Ｓ₁：水膜流を形成する位置における水膜形成板の最上
端と鋳片の厚さ方向の中央位置との距離（mm）Ｓ₂：水膜流を形成する位置における水膜形成板の最下
端と鋳片の厚さ方向の中央位置との距離（mm）すなわち（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｌの値が、 0.5mm／ｍ未満で
は鋳片４の収縮によって水膜流７の厚さが上流側で厚
く、下流側で薄くなる。一方、 1.0mm／ｍを超えると、
鋳片４が押圧されて負偏析や凝固界面割れが発生する。
したがって（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｌの値は前記 (2)式の範囲
を満足することが望ましい。

【００２４】こうしてサポートロール５を使用せず、水
膜流７によって最終凝固部を保持し、かつ冷却すること
によって、最終凝固部のバルジングを抑制し、中心偏析
を防止することができる。

【００２５】

【実施例】表１に示す成分の溶鋼を溶製した後、図１に
示す連続鋳造設備を用いて、断面サイズが厚さ220mm ×
幅2200mmのスラブを製造した。タンディッシュ内の溶鋼
過熱度は30℃，鋳造速度は１ｍ／min ，サポートロール
５の直径は330mm ，サポートロール５の間隔は390mm ，
２次冷却水の流量は１ｍ²あたり90 liter／min であっ
た。

【００２６】さらにメニスカスの下方15.5〜17.5ｍ（す
なわち凝固シェルの厚さｄ： 0.4Ｄ〜 0.5Ｄの範囲）の
位置に、図２に示す装置を用いて水膜流７を形成した。
水膜形成用水の流量は１ｍ²あたり250liter／min ，水
膜流７の厚さ（すなわち水膜流７を形成する位置におけ
る水膜形成板８と鋳片４との間隔）は0.75mmであった。
水膜流７を形成する位置における水膜形成板８の勾配
（すなわち（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｌの値）は０〜2.0 mm／ｍ
の範囲で変化させた。水膜形成板８はキャタピラーで駆
動し、その速度は 0.2ｍ／min とした。これを発明例と
する。

【００２７】

【表１】

【００２８】また比較例として、水膜流７を形成せず、
最終凝固部までサポートロール５を配設して連続鋳造を
行なった。その他の操業条件は、発明例と同じであるか
ら説明を省略する。こうして製造したスラブ鋳片を引き
抜き方向に垂直な断面で切断し、５％硝酸溶液でマクロ
エッチングした後、マクロ写真を撮影し、偏析粒径を目
視で測定し、さらにその偏析個数を測定した。こうして
測定した偏析のうち、偏析粒径の大きいものから10個を
ＥＰＭＡ（エレクトロン・プローブ・マイクロ・アナラ
イザー）でＰ濃度を測定し、その平均値をＰ偏析度とし
た。

【００２９】さらにスラブ鋳片を圧延して鋼板とした
後、曲げ加工を付加してＨＩＣ試験（耐水素誘起割れ評
価試験）を行ない、割れ面積率を測定した。ＨＩＣ試験
の条件は、試験溶液としてＮＡＣＥ溶液（５％NaCl＋
0.5％ＣＨ₃ＣＯＯＨ）を使用し、浸漬時間は96時間、
試験温度は25℃とした。その結果を表２に示す。

【００３０】

【表２】

【００３１】発明例１〜８と比較例を比べると、偏析個
数，Ｐ偏析度およびＨＩＣ試験による割れ面積率は、い
ずれも発明例の方が優れていた。発明例１〜８の中で
は、水膜流を形成する位置における水膜形成板の勾配
（すなわち（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｌの値）が前記 (2)式の下
限を外れる発明例１〜２は偏析個数，Ｐ偏析度およびＨ
ＩＣ試験による割れ面積率は、いずれも比較例より改善
されているものの、他の発明例より劣っていた。また
（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｌの値が前記 (2)式の上限を外れる発
明例６〜８は、ホワイトバンドが発生した。したがって
中心偏析の抑制効果は、前記 (2)式を満足する発明例３
〜５が最も優れていた。

【００３２】

【発明の効果】本発明では、最終凝固部のバグジングを
抑制し、中心偏析を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用する連続鋳造設備の例を示す配置
図である。

【図２】水膜流を形成する装置の例を示す断面図であ
る。

【符号の説明】

１鋳型２溶鋼３凝固シェル４鋳片５サポートロール６２次冷却水７水膜流８水膜形成板９給水口 10 給水ヘッダ 11 冷却板駆動ロール

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者竹内秀次千葉県千葉市中央区川崎町１番地川崎製鉄株式会社技術研究所内Ｆターム(参考） 4E004 KA15 MC02 MC19

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鋼の連続鋳造を行なう際の２次冷却方法
において、鋳片の引き抜き方向の反対方向へ連続的に移
動する水膜形成板と前記鋳片との間隙に水膜流を形成し
て、前記鋳片の厚さＤ（mm）と凝固シェルの厚さｄ（m
m）とが下記の(1)式を満足する範囲の前記鋳片を、前記
水膜流で冷却することを特徴とする連続鋳造の２次冷却
方法。 0.4 Ｄ≦ｄ≦0.5 Ｄ・・・ (1) ｄ：凝固シェルの厚さ（mm）Ｄ：鋳片の厚さ（mm）
【請求項２】前記水膜流を形成する位置における前記
水膜形成板と前記鋳片との間隔が 0.1〜2.5mm であるこ
とを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造の２次冷却方
法。
【請求項３】前記水膜流を形成する位置における前記
水膜形成板の最上端と最下端との距離Ｌ（ｍ）、前記水
膜流を形成する位置における前記水膜形成板の最上端と
前記鋳片の厚さ方向の中央位置との距離Ｓ₁（mm）、お
よび前記水膜流を形成する位置における前記水膜形成板
の最下端と前記鋳片の厚さ方向の中央位置との距離Ｓ₂
（mm）が下記の (2)式を満足することを特徴とする請求
項１または２に記載の連続鋳造の２次冷却方法。 0.5 mm／ｍ≦（Ｓ₁−Ｓ₂）／Ｌ≦1.0 mm／ｍ・・・ (2) Ｌ：水膜流を形成する位置における水膜形成板の最上
端と最下端との距離（ｍ）Ｓ₁：水膜流を形成する位置における水膜形成板の最上
端と鋳片の厚さ方向の中央位置との距離（mm）Ｓ₂：水膜流を形成する位置における水膜形成板の最下
端と鋳片の厚さ方向の中央位置との距離（mm）