JP2006192488A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 軽圧下帯を備えた連続鋳造機で鋼を連続鋳造するに際し、ダミーバーヘッド及び最ボトム鋳片が軽圧下帯を通過する際に引き抜き抵抗によって発生する鋳型内の溶鋼湯面の変動を低く抑える。
【解決手段】 鋳片に圧下力を加えるための複数対のロール４Ａ，Ｂから構成される軽圧下帯を備えた連続鋳造機を用いて溶鋼を連続鋳造するに際し、少なくともダミーバーヘッド１５と最ボトム鋳片７Ａとの境界部位１８が軽圧下帯の各ロールを通過するまでは、軽圧下帯の各ロールによる圧下力がダミーバーヘッド及び鋳片に実質的に付与されないようにする。このようにすることで、引き抜き抵抗が軽減し、湯面変動を抑えることが可能となる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、詳しくは、軽圧下帯を備えた連続鋳造機においてダミーバーヘッド及び最ボトム鋳片が軽圧下帯を通過する際の引き抜き抵抗によって発生する鋳型内の湯面変動を低減した連続鋳造方法に関するものである。

鋼の凝固過程における最終凝固部では、炭素、燐、硫黄などの溶質元素が未凝固相に濃縮される。この濃縮された溶鋼が流動し、集積して凝固すると、初期濃度に比べて格段に高濃度となった成分偏析部が生成される。鋼が凝固すると体積収縮が起こり、この体積収縮に伴って溶鋼は吸引され、連続鋳造の場合には、鋳片の引抜き方向下流側へ吸引されて流動する。連続鋳造鋳片の凝固末期の未凝固相には十分な量の溶鋼が存在しないので、最終凝固部であるデンドライト樹間の濃化溶鋼が流動をおこし、それが鋳片中心部に集積して凝固し、所謂「中心偏析」が生成される。

この中心偏析は鋼製品の品質を劣化させる。例えば、石油輸送用や天然ガス輸送用のラインパイプ材においては、サワーガスの作用により中心偏析を起点として水素誘起割れ（「ＨＩＣ」とも云う）が発生し、また、飲料水用の缶製品に用いられる深絞り材においては、成分の偏析により加工性に異方性が出現する。そのため、鋳造工程から圧延工程に至るまで、中心偏析を低減する対策が多数提案されている。

そのなかで、安価に且つ効果的に鋳片の中心偏析を低減する手段として、凝固末期に未凝固鋳片を鋳片の凝固収縮量に見合った圧下量で徐々に圧下する（以下、「軽圧下」と呼ぶ）方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この軽圧下方法は、鋳片の凝固完了位置に相当する範囲の鋳片支持ロールの対向するロール間の間隔（「ロール間隔」という）を、鋳片の鋳造方向下流側に向かって徐々に狭くなるように設定し、引き抜かれる鋳片に対して鋳片支持ロールにより圧下力が付与されるようにして実施している。このロール間隔を徐々に狭くした範囲を「軽圧下帯」と称し、ロール間隔を徐々に狭くすることを「ロール間隔の絞り込み」と称す。連続鋳造鋳片は連続鋳造機内で引き抜かれつつ温度降下によって収縮するので、一般的に、鋳片支持ロールのロール間隔はそれに見合うように徐々に狭められている。但し、この場合には温度収縮量に見合う程度に狭められているので、鋳片に対して圧下力はほとんど付与されない。これ以上にロール間隔の絞り込みの大きい範囲が軽圧下帯となる。
特開昭５９−７０４４４号公報

ところで、連続鋳造の鋳造開始時の鋳片（「最ボトム鋳片」という）は、その後の定常鋳造域に比べて鋳片引き抜き速度の平均値が相対的に遅いこと、及び、ボトム鋳片の引き抜き方向先端部はダミーバーのダミーバーヘッドと接続していてダミーバーヘッドによっても冷却されることから、鋳片温度が低く変形抵抗が大きくなる。また、ダミーバーヘッドは鋳型の内壁空間に挿入されて使用されるものであることから、鋳型の内壁と接触して製造される鋳片の厚みよりも薄く、従って、ダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位には厚みの段差が発生する。

厚みに段差のあるダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位、並びに、温度の低い最ボトム鋳片が軽圧下帯を通過する際に、ロール間隔の絞り込みが引き抜き抵抗になり、このために鋳片の引き抜き速度が変動して、鋳型内の溶鋼湯面が変動することがあった。鋳型内における溶鋼湯面の変動は、表面割れやモールドパウダー巻き込みなどの欠陥を発生させ、鋳片の品質低下を来すことになり、この部位の鋳片は、例えば鋳片の表面手入れを実施するなどの運用変更を余儀なくされることがあった。

本発明は上記問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、軽圧下帯を備えた連続鋳造機で鋼を連続鋳造するに際し、ダミーバーヘッド及び最ボトム鋳片が軽圧下帯を通過する際に引き抜き抵抗によって発生する鋳型内の溶鋼湯面の変動を低く抑えることのできる連続鋳造方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、鋳片に圧下力を加えるための複数対のロールから構成される軽圧下帯を備えた連続鋳造機を用いて溶鋼を連続鋳造するに際し、少なくともダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位が軽圧下帯の各ロールを通過するまでは、軽圧下帯の各ロールによる圧下力がダミーバーヘッド及び鋳片に実質的に付与されないようにすることを特徴とするものである。

第２の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、第１の発明において、前記ダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位が、軽圧下帯の各ロールから下流側に１ｍ以上離れた位置まで引き抜かれるまでは、軽圧下帯の各ロールによる圧下力がダミーバーヘッド及び鋳片に実質的に付与されないようにすることを特徴とするものである。

本発明によれば、変形抵抗の大きい、ダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位及び鋳片の最ボトム部が、軽圧下帯を通過するときには軽圧下用ロールによる圧下力が鋳片にはかからないようにするので、鋳片の引き抜き抵抗が軽減されて、鋳片引き抜き速度の変動が抑制され、これによって鋳型内の溶鋼湯面変動が軽減され、品質に優れた鋳片を製造することが可能となる。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明を実施する際に用いたスラブ用連続鋳造機の概略側断面図、図２は、ダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位が軽圧下帯の鋳片支持ロール間を通過する様子を示す概略図である。

図１に示すように、連続鋳造機１には、溶鋼６を注入して凝固させるための鋳型３が設置され、そして、この鋳型３の下方には、鋳型３から引き抜かれる鋳片７を支持するための複数対の鋳片支持ロール４が設置されている。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール４の間には、エアーミストスプレーノズルや水スプレーノズルなどの複数個のスプレーノズル（図示せず）が配置され、各スプレーノズルから鋳片７の表面に向けて冷却水或いは冷却水と空気とが混合されたエアーミストが噴霧され、引き抜かれる鋳片７の冷却が行われるようになっている。一方、鋳型３の上方所定位置には、取鍋（図示せず）から注入される溶鋼６を中継滞留するためのタンディッシュ２が設置されている。

鋳片支持ロール４の一部の範囲には、対抗する鋳片支持ロール４のロール間隔が、鋳片７の引き抜き方向下流側に向かって徐々に、鋳片７の温度収縮量以上に狭くなるように設定された、鋳片７に対して圧下力を付与することの可能な鋳片支持ロール４の群、即ち、軽圧下帯１１が設置されている。軽圧下帯１１によって凝固末期の鋳片７を圧下することにより、凝固収縮に基づく濃化溶鋼の流動を抑えて、中心偏析を改善することが可能となる。この軽圧下帯１１におけるロール間隔の絞り込み量は、鋳片７の圧下速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ〜１．５ｍｍ／ｍｉｎの範囲になる程度に設定すればよい。圧下速度が０．６ｍｍ／ｍｉｎ未満では、偏析を軽減する効果が少なく、一方、圧下速度が１．５ｍｍ／ｍｉｎを越えると、濃化溶鋼が鋳造方向とは逆方向に絞り出され、鋳片中心部には負偏析が生成される恐れがあるからである。従って、鋳片７の引き抜き速度が速い場合にはロール間隔の絞りこみ量は小さくなり、一方、鋳片７の引き抜き速度が遅くなればロール間隔の絞りこみ量は大きくなる。また、軽圧下帯１１における総圧下量は２ｍｍ〜６ｍｍで十分である。

このように構成される連続鋳造機１において、以下のようにして本発明を実施する。

溶鋼６の鋳造に先立ち、先ず、ダミーバーを、鋳型３の上方から或いは連続鋳造機１の機端である鋳片支持ロール４の出口側から、対向する鋳片支持ロール４の間に挿入し、所定の位置に配置する。ダミーバー１３とは、図２にその一部を示すように、上方先端部のダミーバーヘッド１５とこれと連結する共用体１４とで構成され、鋳造開始時にダミーバーヘッド１５の上端部が鋳型３の内壁空間の所定位置になるように連続鋳造機１に挿入され、鋳造開始時に鋳型３の内壁空間に注入された溶鋼６の漏洩を防止するとともに、ダミーバーヘッド１５の凹み部に溶鋼６を凝固させて最ボトム鋳片７Ａを嵌合させ、鋳片７を引き抜き方向下流側に引き抜くためのものである。図１に示すような円弧型の鋳片案内部を有する連続鋳造機１におけるダミーバー１３は、折り曲がり自在の多数のリンクを連結した所謂リンク式ダミーバーであり、その上端部にダミーバーヘッド１５が取り付けられている。尚、ダミーバー１３のリンク部分を共用体１４と称し、ダミーバーヘッド１５は連結ピン（図示せず）を介して共用体１４に連結されていて、ダミーバーヘッド１５それ自体も共用体１４に対して折り曲がり自在になっている。

次いで、軽圧下帯１１の各ロールによる圧下力がダミーバー１３及び鋳片７にかからないようにするために、軽圧下帯１１の各ロールの圧下力を調整する。圧下力の調整は、鋳造が開始されてダミーバーヘッド１５と最ボトム鋳片７Ａとの境界部位１８がそのロールを通過する前までに調整すればよいが、ここでは、溶鋼６を鋳造する前、ダミーバー１３を所定位置に挿入した後に予め軽圧下帯１１の各ロールによる圧下力がかからないよう調整することとする。

この調整方法の例を、図３を用いて説明する。図３は、上面側の１本の鋳片支持ロール４（以下、「上ロール４Ａ」と記す）を一対の油圧シリンダー１６で上下に移動させて、付与される圧下力を制御する油圧設備の概略図である。ここで、上ロール４Ａに対向する鋳片支持ロール４（以下、「下ロール４Ｂ」と記す）は固定されていて、上ロール４Ａを油圧シリンダー１６で鋳片７に押し付けることで、下ロール４Ｂで保持される鋳片７には圧下力が付与される。油圧シリンダー１６は上ロール４Ａの両側のロールチョックに設置されているが、図３では片側の油圧シリンダー１６のみを図示している。

鋳片７に圧下力を付与する際には、油圧ポンプ２０を駆動させてタンク２６に貯留された油を電磁弁２１を介して押付側供給配管２４に供給する。この場合、弁２２Ａ及び弁２２Ｂは開放されており、弁２３Ａ及び弁２３Ｂは閉鎖されている。押付側供給配管２４に油が供給されることで、油圧シリンダー１６のピストン１７は鋳片７を押し付ける方向に作動し、ピストンロッド１７Ａに連結した上ロール４Ａは鋳片７に圧下力を付与する。上ロール４Ａを上昇させる際には、電磁弁２１を切り替え、油を開放側供給配管２５に供給することで、上ロール４Ａは上昇して待避位置（上限位置）で停止する。上ロール４Ａを待避位置に位置させれば、上ロール４Ａは鋳片７とは接触せず、鋳片７には圧下力が付与されない。鋳片７に上ロール４Ａによる圧下力が付与されないようにするために、このようにして上ロール４Ａを待避位置まで上昇させても構わない。但し、この場合には、ダミーバー１３の通過時にダミーバー１３を押さえるものがなく、ダミーバー１３がフリーとなるのでダミーバー１３を保持できなくなり、最ボトム鋳片７Ａとダミーバーヘッド１５との嵌合部分が破断して分離する恐れもある。

従って、上ロール４Ａの自重分だけの力はダミーバー１３に作用させ、ダミーバー１３をフリーにさせないことが好ましい。この状態は、上ロール４Ａを自由に上下動できるようにしておけば得ることができる。上ロール４Ａとダミーバー１３及び鋳片７とは接触するだけであり、ダミーバー１３及び鋳片７には上ロール４Ａによる圧下力は付与されない。

上ロール４Ａを自由に上下動できるようにする方法としては、図３に示す弁２２Ａ及び弁２２Ｂを閉鎖し、弁２３Ａ及び弁２３Ｂを開放する方法を利用することができる。シリンダー１６の内部に滞留した油は、上ロール４Ａの動き、即ちピストンロッド１７Ａの動きに応じて押付側供給配管２４及び開放側供給配管２５更にはタンク２６への行き来が自由になり、上ロール４Ａがダミーバー１３及び鋳片７と接触した状態で自由に上下動できるようになる。上ロール４Ａを自由に上下動できるようにする方法としてはこの方法に限るものではなく、上ロール４Ａが自由に上下動できる限り、どのような方法であってもよい。このようにすることで、上ロール４Ａはダミーバー１３と接触し、ダミーバー１３は上ロール４Ａの自重で押さえられているので、最ボトム鋳片７Ａとダミーバーヘッド１５との嵌合部分が破断・分離することがない。

このようにした状態で、タンディッシュ２の上方所定位置に溶鋼６を収容した取鍋を配置し、取鍋からタンディッシュ２に溶鋼６を注入する。タンディッシュ２に所定量の溶鋼６が注入されたなら、タンディッシュ２の底部に設置されたスライディングノズル１２を開け、浸漬ノズル５を介して溶鋼６を鋳型３の内壁空間に注入する。注入された溶鋼６でダミーバーヘッド１５は溶鋼中に埋没し、ダミーバーヘッド１５の凹み部には溶鋼６が流入する。ダミーバーヘッド１５は鋳鉄製或いは鋳鋼製であり、溶鋼６はダミーバーヘッド１５によって冷却され凝固を開始する。また、溶鋼６は鋳型３と接触して冷却され、鋳型３と接触する部位に凝固シェル８を形成する。

注入された溶鋼６で鋳型３の溶鋼湯面１０が所定位置まで上昇したなら、駆動機構が備えられた鋳片支持ロール４（「ピンチロール」と呼ぶ）を駆動させて、ダミーバー１３の鋳片引き抜き方向下流側への引き抜きを開始する。表層を凝固シェル８とし、内部を未凝固相９とする鋳片７は、鋳片支持ロール４に支持されながらダミーバー１３とともに鋳型３の下方側へ引き抜かれる。ダミーバー１３を連続的に引き抜くと同時に、鋳型３の溶鋼湯面１０の位置をほぼ一定位置に調整して、溶鋼６の連続鋳造が行なわれる。鋳型３の下方に引き抜かれた鋳片７はスプレーノズルから噴霧される冷却水或いはエアーミストによって冷却され、やがて中心部まで凝固する。中心部まで凝固した位置が凝固完了位置１９となる。鋳型３の溶鋼湯面１０には、通常モールドパウダー（図示せず）が添加される。

このようにしてダミーバー１３、換言すれば鋳片７の引き抜きが開始され、それに伴ってダミーバーヘッド１５と最ボトム鋳片７Ａとの境界部位１８は引き抜き方向下流側に移動していく。軽圧下帯１１の各上ロール４Ａは、前述したように上下動が自由にできるようになっており、ダミーバー１３は各上ロール４Ａの自重によって押さえられた状態で通過していく。軽圧下帯１１の各上ロール４Ａは、少なくともダミーバーヘッド１５と最ボトム鋳片７Ａとの境界部位１８、即ち厚みの段差部が各上ロール４Ａの位置を通過するまでは、軽圧下帯１１の各上ロール４Ａによる圧下力がダミーバーヘッド１５及び最ボトム鋳片７Ａにかからない状態に維持する。そして、境界部位１８が通り過ぎたなら、上ロール４Ａの押し付けを開始する。但し、最ボトム鋳片７Ａも温度が低く、軽圧下帯１１では引き抜き抵抗が高くなるので、境界部位１８が各上ロール４Ａを通り過ぎ更に各上ロール４Ａの下流側に１ｍ以上引き抜かれるまでは上ロール４Ａの押し付けを開始しないことが好ましい。この場合、余り長時間に亘って上ロール４Ａの押し付けをしないでいると、未凝固相９による鋳片７の膨れ（「バルジング」ともいう）が発生する恐れがあるので、境界部位１８が各上ロール４Ａから５ｍ下流側になる時点までには上ロール４Ａの押し付けを開始することが好ましい。上ロール４Ａの押し付け開始後は、油圧を所定の値まで上昇させて鋳片７に所定の圧下力を付与させる。

軽圧下帯１１が複数本のロールで構成されるセグメント構造の場合には、１本毎に上ロール４Ａの油圧調整ができない場合もあり、この場合には最も下流側の上ロール４Ａを境界部位１８が通過する時点を基準として、セグメント毎に上ロール４Ａの油圧を設定すればよい。

鋳片７の引き抜き速度は、凝固完了位置１９が軽圧下帯１１の範囲内になるように調整する。ダミーバーヘッド１５は、連続鋳造機１の機端を過ぎた位置で最ボトム鋳片７Ａと切り離され、鋳片７は連続鋳造機１の機端に設置されるガス切断機（図示せず）により切断され、次工程の熱間圧延工程に搬送される。

このようにして溶鋼６を連続鋳造することで、変形抵抗の大きい境界部位１８及び鋳片７の最ボトム部が軽圧下帯１１を通過するときには軽圧下用の上ロール４Ａによる圧下力が鋳片７にはかからないので、鋳片７の引き抜き抵抗が軽減されて、鋳片引き抜き速度の変動が抑制され、これによって鋳型内の溶鋼湯面１０の変動が軽減され、品質に優れた鋳片７を製造することが可能となる。

機長が２５ｍで、軽圧下帯が鋳型内の溶鋼湯面から１６．０ｍ〜２０．３ｍの距離の範囲に設置されたスラブ連続鋳造機において、厚みが２５０ｍｍ、幅が２３００ｍｍのスラブ鋳片を鋳造する際に本発明を適用した例を説明する。この連続鋳造機のロール間隔の設定を図４に示す。図４に示すように、軽圧下帯におけるロール間隔の絞り込み量は１ｍ当たり０．９５ｍｍであり、一方、軽圧下帯以外のロール間隔の絞り込み量は鋳片の温度降下による収縮量に見合うだけの１ｍ当たり０．１７ｍｍ程度である。この軽圧下帯は、４つのセグメント（Ｎo.９SEG 〜Ｎo.１２SEG ）に分かれていて、ロール間隔の絞り込み量のトータル値が大きくなる後半の２つのセグメント（Ｎo.１１SEG 及びＮo.１２SEG ）で本発明を実施した。これは、ロール間隔の絞り込み量のトータル値が大きくなることで、引き抜き抵抗が後半のセグメントで大きくなると予想されたからである。セグメント構造であるため、軽圧下用の上ロールはセグメント単位で作動する。即ち、軽圧下用上ロールの油圧設備はセグメント毎に前述した図３の構造になっており、セグメント毎に作動するようになっている。ダミーバーを所定の位置に設置した後、鋳造開始前、Ｎo.１１SEG 及びＮo.１２SEG の上ロールを全て上下動可能な状態として、換言すれば各上ロールによって圧下力が付与されない状態にして溶鋼の鋳造を開始した。

鋳造開始後、上ロールの押し付け時期を次に示す３つの水準に変更して鋳造した。１つ目の水準（水準１）は、各セグメントの最下流の上ロールの設置位置に、ダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位が到達した時点で押し付けを開始する方法である。２つめの水準（水準２）は、ダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位が各セグメントの最下流の上ロールの設置位置を通り過ぎ、更に各セグメントの最下流の上ロールの設置位置から１．３ｍ下流側の位置に到達した時点で押し付けを開始する方法である。３つめの水準（水準３）は、ダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位が各セグメントの最下流の上ロールの設置位置を通り過ぎ、更に各セグメントの最下流の上ロールの設置位置から２．５ｍ下流側の位置に到達した時点で押し付けを開始する方法である。水準１で１回の鋳造を行い、水準２で３回の鋳造を行い、水準３で２回の鋳造を行った。各水準で、ダミーバーヘッド及び最ボトム鋳片がＮo.１１SEG 及びＮo.１２SEG を通過する期間に発生する鋳型内の湯面変動の発生回数及び最大変動量を調査し、従来の圧下力を付与した鋳造（以下、「従来例」という）の場合と比較した。

その結果、水準１（以下、「比較例」という）では鋳型内の湯面変動は従来例と同等であり、湯面変動軽減の効果は見られなかった。水準２及び水準３（以下「本発明例」という）では鋳型内の湯面変動が低減されることが確認された。図５に、本発明例、比較例及び従来例における最大湯面変動量を表し、図６に、本発明例、比較例及び従来例における湯面変動回数を表す。本発明例では、従来例及び比較例に比べて湯面報変動が低減し、しかも、水準３のほうが水準２よりも改善効果が大きいことが確認された。尚、図５及び図６に示す従来例では、○印が平均値を表し、縦線は範囲を表している。

本発明を実施する際に用いたスラブ用連続鋳造機の概略側断面図である。 ダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位が鋳片支持ロール間を通過する様子を示す概略図である。 上ロールを一対の油圧シリンダーで駆動させる場合の概略図である。 実施例で使用した連続鋳造機のロール間隔の設定を示す図である。 本発明例、比較例及び従来例における最大湯面変動量を示す図である。 本発明例、比較例及び従来例における湯面変動回数を示す図である。

符号の説明

１ 連続鋳造機
２ タンディッシュ
３ 鋳型
４ 鋳片支持ロール
４Ａ 上ロール
４Ｂ 下ロール
５ 浸漬ノズル
６ 溶鋼
７ 鋳片
７Ａ 最ボトム鋳片
８ 凝固シェル
９ 未凝固相
１０ 溶鋼湯面
１１ 軽圧下帯
１２ スライディングノズル
１３ ダミーバー
１４ 共用体
１５ ダミーバーヘッド
１６ 油圧シリンダー
１７ ピストン
１７Ａ ピストンロッド
１８ 境界部位
１９ 凝固完了位置
２０ 油圧ポンプ
２１ 電磁弁
２４ 押付側供給配管
２５ 開放側供給配管
２６ タンク

Claims (2)

1. 鋳片に圧下力を加えるための複数対のロールから構成される軽圧下帯を備えた連続鋳造機を用いて溶鋼を連続鋳造するに際し、少なくともダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位が軽圧下帯の各ロールを通過するまでは、軽圧下帯の各ロールによる圧下力がダミーバーヘッド及び鋳片に実質的に付与されないようにすることを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
2. 前記ダミーバーヘッドと最ボトム鋳片との境界部位が、軽圧下帯の各ロールから下流側に１ｍ以上離れた位置まで引き抜かれるまでは、軽圧下帯の各ロールによる圧下力がダミーバーヘッド及び鋳片に実質的に付与されないようにすることを特徴とする、請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。

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