JP2008183608A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋳造中に鋳片表面温度が目標温度よりも低下した場合に、そのときの二次冷却強度を見直して新たに設定し直し、鋳片の表面温度が目標温度を維持するようにする。
【解決手段】 連続鋳造する際に、鋳片１２の形状、溶鋼成分及び鋳片引抜き速度に基づいて予め設定した二次冷却帯６の冷却水量で鋳造及び冷却を開始し、二次冷却帯の出側以降に設置した温度検出器１０で鋳片コーナー部の温度を測定し、予め設定した目標温度である６７５℃よりも低い部位を検出したときには、鋳片コーナー部の表面温度が６７５℃以上になるように二次冷却帯の冷却水量を鋳造中に修正するとともに、鋳片コーナー部の表面温度が６７５℃未満の部位を、前記温度検出器の出側に設置した加熱手段１５を用いて６７５℃以上になるように加熱する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鋳造条件が変化した場合にも鋳片コーナー部にコーナー割れを発生させることなく溶鋼を連続鋳造することのできる連続鋳造方法に関するものである。

鋼の連続鋳造では、取鍋内の溶鋼を一旦タンディッシュに注入し、タンディッシュ内に所定量の溶鋼が滞在した状態で、タンディッシュ内の溶鋼を、タンディッシュ底部に設置した浸漬ノズルを介して各鋳型に注入している。鋳型内に注入された溶鋼は冷却されて鋳型との接触面に凝固シェルを形成し、この凝固シェルを外殻とし、内部に未凝固溶鋼を有する鋳片は、鋳型下方に設けられた二次冷却帯において冷却水（「二次冷却水」という）によって冷却されながら鋳型下方に連続的に引抜かれ、やがて中心部までの凝固が完了する。

大量生産に対応する連続鋳造機の型式としては、垂直型連続鋳造機、湾曲型連続鋳造機、垂直曲げ型連続鋳造機の３種類が知られているが、連続鋳造機の設備高さを低くすることができる、或いは、鋳造中の鋳片の切断が容易であるなどから、湾曲型連続鋳造機及び垂直曲げ型連続鋳造機が主流となっている。しかしながら、湾曲型連続鋳造機及び垂直曲げ型連続鋳造機では、鋳造中の鋳片を曲げる或いは一旦曲げたものを曲げ戻すなどの矯正が必要である。この矯正時に、鋳造中の鋳片は塑性変形を受け、鋳片表面が脆性温度範囲にある場合には、鋳片表面に働く矯正応力のうちの引張応力によって鋳片表面に、横割れや横割れの１種である、鋳片の長辺面から短辺面にわたるコーナー割れ（「コーナーカギ割れ」ともいう）が発生する。特に、Ｎｂ、Ｂ、Ｖなどの合金元素を添加した鋼種でこれら横割れの発生が顕著となる。

そこで、これらの横割れを防止するために様々な提案がなされている。例えば、特許文献１には、湾曲型連続鋳造機によって中炭素鋼を毎分１．５ｍ以上の引抜き速度で連続鋳造する際に、鋳型直下の最降下温度領域における鋳片両コーナー部の表面温度の最低値を６００℃以下とし、且つ鋳片の矯正部領域における鋳片両コーナー部の表面温度を７００℃以下となるように冷却することが提案されている。

また、特許文献２には、鋳型出口から鋳造方向に１．５ｍまでの間において、二次冷却の比水量（鋳片１ｋｇ当りの水量）が０．４〜１．５Ｌ／ｋｇとなる条件で鋳片を冷却し、鋳片の表面温度をいったんＡr₃変態点以下に冷却した後に、Ａr₃変態点以上に復熱させ、その後に鋳片を矯正することが提案されている。
特開平１０−３４３０２号公報 特開２００２−８６２５２号公報

上記の特許文献１や特許文献２などによって、鋳片表面温度の制御が容易な定常鋳込み中の鋳片の横割れは減少した。

しかしながら、連続鋳造操業では、生産性を拡大するべく、タンディッシュや浸漬ノズルを交換しながら多ヒートの連続連続鋳造（「連々鋳」という）が実施されている。タンディッシュ交換時や浸漬ノズル交換時には鋳片を連続鋳造機の機内で一旦停止させ、新しいタンディッシュや新しい浸漬ノズルが設置され、溶鋼の鋳型への注入が開始されてから、鋳片の引抜きを再開する。この期間、鋳片は二次冷却水で冷却されるが、鋳片のコーナー部は長辺面及び短辺面の両方から冷却されるために過冷却になりやすい。特に、幅の狭い鋳片では、鋳片の短辺面に鋳片長辺面を冷却するための二次冷却水が噴霧されるので、過冷却になりやすい。また、機内停止時間は一定ではなく、長くなるほど過冷却になりやすい。

このような場合には、鋳片コーナー部は、上記の特許文献１及び特許文献２に提案された温度範囲を逸脱し、鋳片コーナー部に横割れ及びコーナー割れが発生する。尚、鋳片表面温度が目標温度に対して変化するのは、上記のタンディッシュ交換及び浸漬ノズル交換に限るわけではなく、何らかの理由によって鋳片引抜き速度が極端に遅くなった場合や、冬季に二次冷却水の温度が低下した場合などでも発生する。

上記の特許文献１及び特許文献２を始めとして従来の技術は、鋳造中の鋳片の表面温度が目標温度を外れても、鋳片温度を適正な範囲にするために、鋳造中に二次冷却帯の冷却水量を変更することは考慮されておらず、連々鋳の期間はそのまま鋳造せざるを得なかった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、鋳造中に鋳片表面温度が目標温度よりも低下した場合に、そのときの二次冷却帯の冷却水量を見直して新たに設定し直し、鋳片の表面温度が目標温度を維持するようにするとともに、二次冷却帯の冷却水量の設定見直しが間に合わない鋳片部位には強制的に加熱して、常に鋳片コーナー部の表面温度が目標温度を維持して鋳造することができ、コーナー割れの少ない鋳片を製造することのできる、鋼の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、連続鋳造する際に、鋳片の形状、溶鋼成分及び鋳片引抜き速度に基づいて予め設定した二次冷却帯の冷却水量で鋳造及び冷却を開始し、二次冷却帯の出側以降に設置した温度検出器で鋳片コーナー部の温度を測定し、予め設定した目標温度である６７５℃よりも低い部位を検出したときには、鋳片コーナー部の表面温度が６７５℃以上になるように二次冷却帯の冷却水量を鋳造中に修正するとともに、鋳片コーナー部の表面温度が６７５℃未満の部位を、前記温度検出器の出側に設置した加熱手段を用いて６７５℃以上になるように加熱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、前記二次冷却帯の冷却水量を修正する際に、鋳片の長辺方向に複数配列したスプレーノズルの冷却水量を個別に調整することによって二次冷却帯の冷却水量を修正することを特徴とするものである。

第３の発明に係る鋼の連続鋳造方法は、第１または第２の発明において、前記二次冷却帯の冷却水量を修正する際に、鋳片の長辺方向に複数配列したスプレーノズルの内、少なくとも鋳片のコーナー部に配置したスプレーノズルの冷却水量を減少させることによって二次冷却帯の冷却水量を修正することを特徴とするものである。

本発明によれば、二次冷却帯の出側以降に鋳片の矯正部が設置された連続鋳造機を用いて鋼を連続鋳造するに際し、二次冷却帯の出側以降で且つ矯正部に至る前で鋳造中の鋳片のコーナー部の表面温度を測定し、測定される表面温度が目標温度である６７５℃よりも低い場合には、表面温度が６７５℃以上になるように、二次冷却帯の冷却水量を鋳造中に修正するので、二次冷却の過冷却に起因して鋳片コーナー温度が６７５℃よりも低くなる範囲を大幅に削減することができる。また、６７５℃よりも低い範囲は、温度検出器と矯正部との間に設置した加熱手段を用いて加熱するので、鋳片コーナー温度が６７５℃よりも低くなる範囲を無くすることができる。そして、鋳片コーナー部の表面温度が目標温度を確保することで、鋳片コーナー部は脆性域を外れ、鋳片の曲げ部或いは曲げ戻し部において鋳片コーナー部に矯正時の引張応力が作用しても、コーナー割れの発生を防止することができ、歩留りの向上、鋳片の熱片直送圧延が可能となるなど、工業上有益な効果がもたらされる。特に、タンディッシュ交換などで鋳片を連続鋳造機の機内で停止する場合に、本発明の効果が発揮される。

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、本発明を適用した、二次冷却帯の出側以降に鋳片の矯正部が設置された垂直曲げ型連続鋳造機の側面概略図である。

図１に示すように、垂直曲げ型連続鋳造機１は、鋳型４と、鋳型４の上方に配置されるタンディッシュ２と、鋳型４の直下に配置されるローラーエプロン５と、ローラーエプロン５の下方に設置される複数対のピンチロール７と、ピンチロール７の下方に設置される、鋳造される平板状の鋳片１２を円弧状に曲げ矯正するための曲げロール８と、円弧状に曲げられた鋳片１２を平板状に曲げ戻し矯正するためのストレートナー９と、を備えている。タンディッシュ２の底部には浸漬ノズル３が設置されている。この垂直曲げ型連続鋳造機１における矯正部は、曲げロール８及びストレートナー９が該当し、鋳型４から曲げロール８までの範囲が垂直部となっている。

ローラーエプロン５には複数対のガイドロール（図示せず）が配置されており、ローラーエプロン５の領域が二次冷却帯６となっている。この二次冷却帯６は、鋳型４の直下側から順に、第１ゾーン６ａ、第２ゾーン６ｂ、第３ゾーン６ｃ、第４ゾーン６ｄ、第５ゾーン６ｅ、第６ゾーン６ｆ、第７ゾーン６ｇ、第８ゾーン６ｈ、第９ゾーン６ｉの９つの冷却ゾーンに分かれており、これらの冷却ゾーンには、それぞれ、図２に示すように水スプレーノズルまたはエアーミストスプレーノズルからなるスプレーノズル１３が、鋳造方向に隣り合うガイドロールの間隙に設置されている。尚、図２は、スプレーノズル１３の配置を示す概略図で、図２（Ａ）は鋳造方向に平行な方向から見た配置図で、図２（Ｂ）は鋳造方向に垂直な方向から見た配置図である。

この場合、スプレーノズル１３への冷却水供給配管１４は、ルート１，２，３の３つの系統に分かれており、ルート１が鋳造可能な最大幅の鋳片に対してその中央部を冷却し、ルート３がその端部を冷却し、ルート２がルート１とルート３との間を冷却するように構成されている。第１ゾーン６ａから第９ゾーン６ｉまでの各冷却ゾーンで、それぞれ独立して二次冷却水の供給量が調整可能となっているのみならず、各冷却ゾーンのルート１，２，３の３つの系統でも独立して二次冷却水の供給量が調整可能となっている。それぞれのスプレーノズル１３は、鋳造方向に千鳥配置されており、これらのスプレーノズル１３から噴霧される二次冷却水によって鋳片１２は冷却されるようになっている。

二次冷却帯６とピンチロール７との間には、鋳片１２のコーナー部の温度を測定するための温度検出器として温度計測センサー１０が設置されている。温度計測センサー１０による計測値は演算機（図示せず）に入力され、温度計測値が表示されるようになっている。また、温度計測センサー１０とピンチロール７との間には、鋳片１２のコーナー部を加熱するための加熱手段１５が配置されている。加熱手段１５としては、ガスバーナー、高周波加熱などを用いることができるが、局所的な加熱が容易である及び設備が小型化できることなどから、高周波加熱が好ましい。つまり、鋳片コーナー近傍に電磁コイル（図示せず）を設置し、この電磁コイルに高周波電源を供給する方式を採用することが好ましい。尚、温度計測センサー１０及び加熱手段１５は、二次冷却帯６と曲げロール８との間であるならばどこに配置しても構わない。但し、加熱手段１５は、温度計測センサー１０よりも鋳造方向下流側に配置する必要がある。

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

溶鋼１１を取鍋（図示せず）からタンディッシュ２に注入し、タンディッシュ２に所定量の溶鋼１１が収容された状態を維持しつつ、浸漬ノズル３を介してタンディッシュ２に収容された溶鋼１１を鋳型４に注入する。そして、溶鋼１１が鋳型４と接触して形成される凝固シェル（図示せず）を外殻とし、内部を未凝固層（図示せず）とする鋳片１２をピンチロール７によって連続的に鋳型４の下方に引抜く。鋳型４から引抜かれた、内部に未凝固層を有する鋳片１２は、下方に引抜かれながらローラーエプロン５の領域に設けられた二次冷却帯６の二次冷却水によって冷却され、ピンチロール７に至る以前のローラーエプロン５の領域で鋳片中心部までの凝固を完了する。つまり、垂直曲げ型連続鋳造機１の垂直部で凝固を完了する。この場合に、二次冷却帯６の各冷却ゾーンの冷却水量は、鋳片１２の形状（サイズ）、溶鋼成分及び鋳片引抜き速度を構成因子とする鋳造条件に応じて予め設定した基準値に基づくものとする。

凝固が完了し、ピンチロール７を通過した鋳片１２は、曲げロール８によって円弧状に曲げられ、次いで、円弧状に曲げられた鋳片１２は、ストレートナー９によって平板状に曲げ戻される。平板状に曲げ戻された鋳片１２は、ストレートナー９の下流側に配置されたトーチ式切断機（図示せず）によって所定の長さに切断される。

この垂直曲げ型連続鋳造機１において、鋳片１２の表面に引張応力が作用する位置は、主に、曲げロール８によって鋳片１２を円弧状に曲げるときの鋳片下面側、及び、ストレートナー９によって円弧状の鋳片１２を平板状に曲げ戻すときの鋳片上面側であり、引張応力が作用するときに鋳片１２のコーナー表面温度が鋼の脆性域に入ると、鋳片１２にコーナー割れが発生する。

この連続鋳造中に、温度計測センサー１０によって鋳片１２のコーナー部の温度を連続的に測定する。そして、鋳片コーナー部の表面温度が目標温度の６７５℃よりも低い範囲が検出されたなら、この６７５℃よりも低い部分の測温値に基づいて、当該部分の二次冷却における冷却条件を演算して求め、求めた冷却条件に基づいて、鋳片コーナー部の表面温度が６７５℃になるように、二次冷却帯の冷却水量つまり二次冷却パターンを、鋳造中に直ちに修正する。二次冷却帯の冷却水量を変更する期間は、温度の低い部位と同様の鋳造条件で鋳造された鋳片が存在する期間とし、それ以外の期間は予め定めた二次冷却帯の冷却水量で鋳造する。具体的には、例えばタンディッシュ交換などで機内停止した部位と、それ以降の機内停止していない部位とで境界を設け、機内停止した鋳片部位では二次冷却帯の冷却水量を変更し、それ以降の機内停止していない部位では予め設定した二次冷却帯の冷却水量で鋳造する。

本発明においては、鋳片コーナー温度を測定し、その測定値に基づいて二次冷却帯の冷却水量を修正することから、６７５℃未満の部位を検出した場合には、二次冷却帯の冷却水量を修正するのみでは６７５℃未満の範囲が必然的に発生する。そこで、本発明では、鋳片コーナー温度が６７５℃未満である部位が検出されたなら、そこの部位は加熱手段１５を用いて６７５℃以上となるように加熱し、その後に矯正する。

本発明は、鋳片１２のコーナー部の過冷却に起因して発生するコーナー割れを防止すること目的としており、従って、二次冷却帯６の冷却水量を修正する場合に、鋳片１２のコーナー部の冷却水量を正確に調整できることから、図２に示すような鋳片１２の幅方向で二次冷却水の供給流量を制御できる装置を用い、鋳片幅方向で個別に冷却水量を調整することが好ましい。具体的には、鋳片コーナー部に相当する位置のスプレーノズル１３からの供給流量を減少させる、或いは停止するなどして、鋳片コーナー側の冷却水量を減少させることが好ましい。

尚、本発明において、鋳片コーナー部表面温度の目標温度を６７５℃と定めた理由は以下の通りである。図３は、温度計測センサー１０の設置位置における鋳片コーナー温度と曲げロール８及びストレートナー９で矯正後の鋳片におけるコーナー割れとの関係を調査した図である。図３からも明らかなように、温度計測センサー１０の設置位置における鋳片１２のコーナー温度が６７４℃よりも低下した場合に、鋳片コーナー割れが発生することが確認できた。従って、本発明では、矯正前の鋳片コーナー温度の目標温度を６７５℃以上と定めた。尚、鋳片１２のコーナー表面温度は鋳造方向下流側になるほど放熱によって低下するが、曲げロール８までの距離はそれほど長くなく、従って、温度計測センサー１０を二次冷却帯６と曲げロール８との間に設置する限り、目標温度として６７５℃を設定しても何ら問題はない。

このようにして鋼の連続鋳造操業を行うことで、仮に鋳片コーナー部の表面温度が目標温度よりも低くなったとしても、鋳造中にその都度、その温度の低い部位の上流側の鋳片における二次冷却帯の冷却水量を変更するので、変更した以降、その鋳造条件に該当する鋳片のコーナー表面温度を目標温度とすることができる。また、６７５℃よりも低い範囲は加熱されるので、鋳片コーナー温度が６７５℃よりも低くなる範囲を無くすることができる。その結果、鋳片コーナー割れの発生が大幅に低減され、製造コストを大幅に削減することが可能となる。

定常鋳込み中の鋳片１２の表面温度はほぼ一定値で安定しており、本発明を適用する機会は少ないが、タンディッシュ交換や浸漬ノズル交換を伴う連々鋳の場合は、鋳片１２を機内で停止させることから過冷却になりやすく、特に、本発明の効果を発揮することができる。

尚、上記説明は、図１に示す垂直曲げ型連続鋳造機１に本発明を適用した例で説明したが、本発明が適用される連続鋳造機は、図１に示す垂直曲げ型連続鋳造機１に限るものではなく、二次冷却帯６の以降に曲げ矯正部が設置された湾曲型連続鋳造機であっても、上記に沿って本発明を適用することができる。但し、二次冷却帯６の範囲に矯正部の設置された連続鋳造機では、鋳片１２のコーナー温度を測定する場所を矯正部の上流側に配置する必要がある、或いは、矯正部を境に二次冷却の冷却条件を考える必要があるなど、上記の方法ではそぐわないことがあり、上記方法をそのまま適用することはできない。

図１に示す垂直曲げ型連続鋳造機において本発明を適用した例について説明する。

厚みが３１０ｍｍ、幅が２４５０ｍｍの中炭素鋼の鋳片を、５ヒート毎にタンディッシュ交換を行いながら１０ヒートの連々鋳を実施した。タンディッシュ交換では鋳片を連続鋳造機の機内でおよそ１分間停止し、新たに設置されたタンディッシュから鋳型への溶鋼の注入開始と同時に、機内で停止していた鋳片の引抜きを再開した。そして、この鋳片のコーナー部を温度測定センサーによって連続的に測定した。

この場合に、図４の（Ｂ）に示すように、タンディッシュ交換時に機内の二次冷却帯で停止していた鋳片のコーナー温度が６７５℃未満となったので、機内停止した鋳片部位の二次冷却帯での冷却水量を、比水量（鋳片１ｋｇ当りの水量）で０．８３Ｌ／ｋｇから０．７５Ｌ／ｋｇへ減少させた。この場合、図２に示すルート３の二次冷却水量を減少させた。

その結果、図４の（Ｂ）に示すように、６７５℃未満を検出して約２分間経過した時点から、鋳片コーナー温度は６７５℃以上となった。６７５℃未満を検出した以降６７５℃以上となるまでの期間は、電磁コイルに高周波電源を供給して、鋳片コーナーが６７５℃以上となるように加熱した。タンディッシュ交換後の機内停止していない部位の鋳片は、予め設定した二次冷却帯の冷却水量で鋳造した。鋳込み長さをトラッキングすることで、このような二次冷却帯の冷却水量の調整を容易に行うことができる。尚、図４は、鋳片コーナー温度の推移を示す例である。

図４（Ａ）は、比較のために、予め設定したままの二次冷却帯の冷却水量でタンディッシュ交換を実施したときの鋳片コーナー温度の経緯を示す図であり、タンディッシュ交換時に二次冷却帯に存在した鋳片部位の鋳片コーナー温度は６７５℃未満であった。

図５は、本発明を適用した場合（本発明例）と、本発明を適用せずに予め設定した二次冷却帯の冷却水量で鋳造した場合（従来例）とで、鋳片コーナー割れの発生率を比較調査した結果である。図５からも明らかなように、本発明によって鋳片のコーナー割れを大幅に低減できることが確認された。尚、鋳片のコーナー割れは、鋳造後の鋳片を冷却し、浸透探傷法を用いて調査した。

本発明を適用した垂直曲げ型連続鋳造機の側面概略図である。 スプレーノズルの配置を示す概略図である。 鋳片コーナー温度と鋳片におけるコーナー割れとの関係を示す図である。 鋳片コーナー温度の推移を示す例であり、（Ａ）は従来例、（Ｂ）は本発明を適用した例である。 本発明例と従来例とで、コーナー割れの発生率を比較調査した結果である。

符号の説明

１ 垂直曲げ型連続鋳造機
２ タンディッシュ
３ 浸漬ノズル
４ 鋳型
５ ローラーエプロン
６ 二次冷却帯
７ ピンチロール
８ 曲げロール
９ ストレートナー
１０ 温度計測センサー
１１ 溶鋼
１２ 鋳片
１３ スプレーノズル
１４ 冷却水供給配管
１５ 加熱手段

Claims (3)

1. 連続鋳造する際に、鋳片の形状、溶鋼成分及び鋳片引抜き速度に基づいて予め設定した二次冷却帯の冷却水量で鋳造及び冷却を開始し、二次冷却帯の出側以降に設置した温度検出器で鋳片コーナー部の温度を測定し、予め設定した目標温度である６７５℃よりも低い部位を検出したときには、鋳片コーナー部の表面温度が６７５℃以上になるように二次冷却帯の冷却水量を鋳造中に修正するとともに、鋳片コーナー部の表面温度が６７５℃未満の部位を、前記温度検出器の出側に設置した加熱手段を用いて６７５℃以上になるように加熱することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
2. 前記二次冷却帯の冷却水量を修正する際に、鋳片の長辺方向に複数配列したスプレーノズルの冷却水量を個別に調整することによって二次冷却帯の冷却水量を修正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。
3. 前記二次冷却帯の冷却水量を修正する際に、鋳片の長辺方向に複数配列したスプレーノズルの内、少なくとも鋳片のコーナー部に配置したスプレーノズルの冷却水量を減少させることによって二次冷却帯の冷却水量を修正することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の鋼の連続鋳造方法。

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