JP2009034712A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な装置構成を必要とせずに十分な内質改善効果を得る。
【解決手段】鋳片内部の凝固が完了するクレータエンドの上流側及び下流側で、複数の圧下ロール対を用いて鋳片を厚み方向に圧下するに際し、圧下ロール対毎に、又は複数の圧下ロール対を配置したセグメント毎に、圧下量及び圧下推進力を制御して鋼を連続鋳造する方法である。鋳片２を圧下する際は、先ず各圧下ロール４対又は各セグメント１ａ，１ｂによる鋳片２の圧下量が、目標とする圧下量になるように鋳片２を圧下する。その後、各圧下ロール４対又は各セグメント１ａ，１ｂに作用する圧力推進値を、過去の同一組成の溶鋼を鋳造したブルームを下工程で製造したビレットの超音波探傷結果から算出した合格率が８０％以上であったチャージの実績圧下推進力の平均値となるように制御する。
【効果】中心偏析やポロシティの発生を効果的に防止でき、内部品質の良好な鋳片を得ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、炭素鋼、ステンレス鋼、高合金鋼を対象に、鋳片の厚み中心部に発生する中心偏析やセンターポロシティ（以下、単にポロシティという。）の低減を図る鋼の連続鋳造方法に関するものである。

連続鋳造によって鋳片を製造する場合、厚み中心部に中心偏析やポロシティと称する内部欠陥が発生する。このような鋳片を圧延しても、内部品質の良い製品を得ることはできない。

このうち、中心偏析は、鋳片の最終凝固部である厚さ方向の中心部にＣ，Ｓ，ＰおよびＭｎなどの溶鋼成分が濃化し、正偏析する現象であり、鋼材の靭性低下の原因となる。
一方、ポロシティは、最終凝固部では溶鋼が流動しにくいので、凝固時の体積収縮によって生じる狭い隙間に溶鋼が補給されずに凝固が完了するために発生する。

このポロシティ、例えば硬鋼線材用のブルーム鋳片に発生したポロシティは、熱間圧延後の線材の中心部に欠陥として残存する。このような欠陥が残存した線材を冷間で伸線加工すると、カッピー破断と言われる断線事故が発生する。

また、ポロシティが発生した鋳片を熱間圧延して棒鋼に加工した場合にも、鋳片のポロシティは棒鋼の中心部に欠陥として残存し、この棒鋼を冷間で押し出し加工する際に、シェブロンクラックといわれる欠陥が発生する。

このように、中心偏析やポロシティと称する内部欠陥が発生した鋳片は、圧延しても内部品質の良い製品を得ることはできない。

そこで、このような中心偏析やポロシティの発生を防止する方法が採られており、その中では、鋳片の軽圧下が一般的である。軽圧下における圧下量制御の具体例としては、鋳片に当接するロール群を、油圧シリンダーで押圧するとともに、この油圧シリンダーによる押圧を抑止するスペーサーでロール群の位置決めを行う方法が特許文献１で開示されている。
特開平３−９０２６１号公報

この特許文献１で開示された方法では、スペーサーの厚みによってロールの圧下量が決定されることになる。従って、鋳片寸法のバラツキや周辺温度の変化に伴う鋳片の硬さのバラツキ、鋳片の材質など、鋳片を圧下しようとする場合の操業条件の変化に応じて、スペーサーの厚みを変化することが望ましい。しかしながら、スペーサーの厚みを変化することはできない。

そこで、近年では、鋳片の圧延前に挿入するスペーサーの枚数を複数枚として、ロールの位置を複数段階に調整可能とすることにより、ロールを好ましい位置に固定して軽圧下することも考えられている。

この場合、鋳片への圧下状況に追従してロールの位置を変更するためには、頻繁にスペーサーを抜き差しすることになるが、スペーサーを一旦抜き取ると、再び挿入することが難しい。従って、挿入用スペーサーをオンラインで挿入するためには、装置構成が複雑になって、過大な設備が必要になる。

他の方法として、特許文献２では、操業条件の変動に対応して、軽圧下する位置を変化させる装置を開示している。すなわち、鋳片に当接するロール群の位置を監視して油圧シリンダーを制御し、ロール群の位置を所定位置に調整しながら軽圧下する方法が開示されている。
特開平５−８００４号公報

ところで、連続鋳造においては、鋳造速度変動、外気温度変動などによって同じ位置のセグメントであっても、凝固シェルの厚みや中心固相率が変化するために、適正な圧下量は変化する。

しかしながら、特許文献２で開示された方法は、常に一定の圧下量を与えるように制御するので、鋳片状況によっては過圧下となって内部割れが発生する場合や、逆に圧下不足により十分な内質改善効果が得られないという問題がある。

上述したように、特許文献１で開示された方法は、特許文献２で開示された方法に比較して圧下量が一定し安定しているものの、鋳造条件の変動に追従するには、装置構成が複雑になって、過大な設備が必要になる。

一方、特許文献２で開示された方法は、任意に圧下量を調整できるものの、常に一定の圧下量を与えるように制御するので、鋳片状況によっては過圧下もしくは圧下不足となって十分な内質改善効果が得られず、安定性にかけるという問題がある。

本発明が解決しようとする問題点は、従来の連続鋳造方法で、鋳片の中心部に発生する偏析、ポロシティの低減を図るには、装置構成が複雑になって、過大な設備が必要になる、または十分な内質改善効果が得られず安定性にかけるという点である。

本発明の鋼の連続鋳造方法は、
複雑な装置構成を必要とせずに、十分な内質改善効果を得るようにするために、
鋳片内部の凝固が完了するクレータエンドの上流側および下流側で、複数の圧下ロール対を用いて鋳片を厚み方向に圧下するに際して、圧下ロール対毎に、または複数の圧下ロール対を配置したセグメント毎に、圧下量および圧下推進力を制御して鋼を連続鋳造する方法であって、
鋳片を圧下する際には、
先ず、各圧下ロール対または各セグメントによる鋳片の圧下量が、目標とする圧下量になるように鋳片を圧下し、
その後、各圧下ロール対または各セグメントに作用する圧力推進値を、過去に同一組成の溶鋼を鋳造したブルームを用いて下工程で製造したビレットの超音波探傷による欠陥検出結果から算出した合格率が８０％以上であったチャージの実績圧下推進力の平均値となるように制御することを最も主要な特徴としている。

本発明は、各圧下ロール対または各セグメントに作用する圧力推進値を、過去に同一組成の溶鋼を鋳造したブルームを用いて下工程で製造したビレットの超音波探傷による欠陥検出結果から算出した合格率が８０％以上であったチャージの実績圧下推進力の平均値となるように制御することで、鋳片の圧下時の状況変化に応じて最適の圧下量を付与でき、中心偏析やポロシティの発生を効果的に防止でき、内部品質の良好な鋳片を得ることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、発明成立に至るまでの過程と共に添付図面に基づいて詳細に説明する。

発明者らは、上述の課題を解決するために、従来の問題点を踏まえて、圧下技術を用いた中心偏析およびポロシティの発生低減方法について検討を行った。その結果、圧下シリンダーによって圧下ロール対（各セグメント）を介して鋳片に加えられる圧力値を制御することが、中心偏析およびポロシティの低減に極めて有効であることを知見し、本発明の成立に至った。

前述した通り、従来の圧下制御方法では、鋳片寸法のバラツキや、周辺温度の変化に伴う鋳片硬さのバラツキや、鋳片の材質など、鋳片圧下時の操業条件の変化に応じて圧下量を変化させるためには、装置構成が複雑になって、過大な設備が必要になったり、変化させても鋳片状況に応じた圧下量を与えることが困難であった。

そこで、発明者らは、圧下量以外の指標として何を制御すれば内質が安定するかについて、鋭意研究を重ねた結果、各圧下ロール対または各セグメントに加わる圧力値、例えば油圧シリンダーに加わる圧力値を設定値に制御できれば、操業条件が変化した場合も、内質が安定することを確認した。

本発明は、以上の知見に基づいてなされたもので、
鋳片内部の凝固が完了するクレータエンドの上流側および下流側で、複数の圧下ロール対を用いて鋳片を厚み方向に圧下するに際して、圧下ロール対毎に、または複数の圧下ロール対を配置したセグメント毎に、圧下量および圧下推進力を制御して鋼を連続鋳造する方法であって、
鋳片を圧下する際には、
先ず、各圧下ロール対または各セグメントによる鋳片の圧下量が、目標とする圧下量になるように鋳片を圧下し、
その後、各圧下ロール対または各セグメントによる鋳片の圧下量を増加または減少することにより、各圧下ロール対または各セグメントに作用する圧力推進値が目標の圧力推進値、つまり過去に溶製した同一組成の溶鋼で鋳造したブルームを用いて下工程で製造したビレットの超音波探傷による欠陥検出結果から算出した合格率が８０％以上であったチャージの実績圧下推進力の平均値となるように制御する鋼の連続鋳造方法である。

この本発明の鋼の連続鋳造方法は、例えば図４に示す連続鋳造設備の鋳片内部の凝固が完了するクレータエンドの上流側および下流側（図４のＡ〜Ｄで示す位置）に、図１〜図３に示す圧下装置を設置して実施する。
図１はセグメントの上面から見た図、図２はセグメントの側面から見た図と斜視図、図３は圧下量を制御するための構成を説明する図、図４は連続鋳造設備を示す図である。

図１〜図３に示すセグメント１ａ，１ｂは、図４のＡ〜Ｄで示す、鋳片２内部の凝固が完了するクレータエンドの上流側および下流側に配置される。そして、少なくとも２対以上（図２の例では、上フレーム３ａと下フレーム３ｂに各６個で６対）の圧下ロール４が、回転が自在なように取り付けられ、また上フレーム３ａの４隅には位置制御付のシリンダー５が配置されている。この位置制御付のシリンダー５はいわゆる油圧ステッピングシリンダーと呼ばれるもので、連続鋳造設備のモールド幅可変装置として広く使用されているものである。

上フレーム３ａの４隅に設置された前記４つのシリンダー５は独立して制御できるようになされている。例えば油圧ユニット６とシリンダー５を繋ぐ配管７の途中にサーボバルブ８を介設することで、各シリンダー５に供給する油量を制御し、各シリンダー５のロッド移動量を制御する。このような制御によって、上フレーム３ａの傾きを変化させて鋳片２にテーパをつけたり、もしくは段差圧下することが可能になる。

本発明では、各セグメント１ａ，１ｂによる鋳片２の圧下を実施する際に、目標とする圧下量が得られるように、位置制御により圧下を開始する。そして、各セグメント１ａ，１ｂが所定の圧下位置に到達した後は、各セグメント１ａ，１ｂに作用する圧力推進値が、目標とする圧力推進値の範囲内になるように、常に例えばシリンダー５の制御を行って、各セグメント１ａ，１ｂによる鋳片２の圧下量を増減しながら鋳造する。

例えば鋳造速度が速くなって、所定の圧下位置の未凝固厚みが増加した場合は、圧下量一定の場合は、圧下による液相の絞り出しが不十分となって偏析が残存する。これに対し、本発明方法のように、圧下推進値を一定とすれば、実際に加わる圧下量は増加することになるので、偏析が改善される。

目標とする圧力推進値としては、過去に溶製した同一組成の溶鋼を鋳造したブルームを用いて下工程で製造したビレットの超音波探傷による欠陥検出結果から算出した合格率が８０％以上であったチャージの実績圧下推進力の平均値を目標として設定した。

目標とする圧力推進値の制御範囲については、種々実験を行った結果、目標とする圧力推進値±３トンとすることで望ましい結果が得られた。目標とする圧力推進値＋３トンを超える場合は、過圧下となって内部割れが発生し、ビレットでの超音波探傷の合格率が低下した。また、目標とする圧力推進値−３トン未満となると圧下不足となり、偏析の悪化およびビレットでの超音波探傷の合格率が低下した。なお、この値は鋳片形状が異なっても変らず、圧下ロール対単独で制御する場合も、セグメントを制御する場合も同じである。

以下、本発明の効果を検証するために行った実験結果について説明する。
図１〜図４に示した圧下装置、連続鋳造設備を用いて、高炭素鋼（質量％で、Ｃ：０．８〜０．８２％、Ｓｉ：０．１７〜０．２％、Ｍｎ：０．４７〜０．５％、Ｐ：０．０７〜０．０１５％、Ｓ：０．０５〜０．０１５％）溶鋼から、幅４００mm、厚み３００mmの鋳片を鋳造した。その際の鋳造速度は０．７〜０．８m/minの範囲、二次冷却水の比水量は０．３ｌ／kg・steelであった。

鋳片内部の凝固が完了するクレータエンドの上流側および下流側（図４にＡ〜Ｄで示す圧下ゾーン）において、５対の圧下ロール対を備えた、ゾーン長が２mの各ゾーンにおいて、それぞれ１．０mm／mの圧下量（合計の圧下量は８mm）で、鋳片がテーパ状となるような圧下を実施した。

シリンダーに加わる圧力推進値については、過去２年間に溶製した計３００チャージの同一組成の溶鋼で鋳造したブルームを用いて下工程で製造したビレットの超音波探傷による欠陥検出結果から算出した合格率が８０％以上であった計１８３チャージの実績圧下推進力の平均値として、圧下ゾーンＡは４２トン、圧下ゾーンＢは３２トン、圧下ゾーンＣは３６トン、圧下ゾーンＤは５５トンに設定して制御した。
下記表１に試験条件および試験結果を示す。

鋳造後の鋳片から内部調査用に長さ８００mmの鋳片を採取して、長手方向に等間隔に５枚の横断面サンプルを採取し、そのサルファープリントにより内部割れの発生の有無を調査した。

内部割れは、長さ５mm以上の場合を「内部割れ有り」とし、長さ５mm未満の場合を「内部割れ無し」とした。また、ポロシティについては、鋳片マクロ板およびサルファープリントにより調査し、直径２mm以上の場合を「ポロシティ残存有り」とし、直径２mm未満の場合を「ポロシティ残存無し」とした。また、炭素濃度中心偏析比は、鋳片の厚さ方向中心部に相当する位置の２６箇所から７mmピッチで直径２mmのドリル刃により切り粉を採取し、その分析値Ｃ（質量％）を取鍋分析値Ｃｏ（質量％）で除してＣ／Ｃｏを求め、これらの平均値を算出して中心偏析比とした。

試験番号１〜２は、発明例についての試験であり、試験番号３〜６は、本発明で規定する条件の少なくとも１つが満たされない比較例についての試験である。

試験番号３は、圧下ゾーンＡにおいてシリンダーに加わる圧力推進値についての制御をしなかった場合であるが、圧力推進値についての制御をしなかったために、設定圧下量に到達した際の圧力推進値が２１トンと低く、偏析が悪化し、ビレットでの超音波探傷の合格率が低下した。

試験番号４は、圧下ゾーンＤにおいてシリンダーに加わる圧力推進値についての制御をしなかった場合であるが、この場合も圧力推進値についての制御をしなかったために、設定圧下量に到達した際の圧力値が２９トンと低く、鋳片でのポロシティが悪化し、ビレットでの超音波探傷の合格率が低下した。

試験番号５は、全てのゾーンおいてシリンダーに加わる圧力推進値についての制御をしなかった場合であるが、全てのゾーンで圧力推進値が外れており、内部割れが発生すると共に鋳片でポロシティが残存し、偏析が悪化した。

なお、この試験番号５において、圧下ゾーンＡおよび圧下ゾーンＣでは、圧下力が設定値よりも増大し、圧下ゾーンＢおよび圧下ゾーンＤでは、圧下力が設定値よりも低下した原因は、以下の通りである。

セグメントは定期的に交換し、交換時に間隔初期設定を行うが、その際に初期値がずれると、設定した圧下量と実際の圧下量が異なる場合が起こり得る。試験番号５では、圧下ゾーンＡおよび圧下ゾーンＣでは、設定した圧下量より実際には多く圧下しているため、圧下力が増大し、反対に圧下ゾーンＢおよび圧下ゾーンＤでは、設定した圧下量より実際の圧下量が少なくなっているため、圧下力が減少したのである。

以上の試験番号３〜５の比較例に対して、試験番号１〜２の発明例は、いずれもシリンダーに加わる圧力推進値を、４ゾーン全てで設定範囲内に制御したことにより、内部割れの発生およびポロシティの残存はなく、偏析および下工程のビレット超音波探傷についても良好であった。

すなわち、同じ圧下量を付与しても、外気温、二次冷却水温、セグメント交換時の初期値設定による間隔値の誤差などにより品質が変わってしまうが、発明例では、設定圧下量になるように間隔調整した時に、鋳片からの情報である圧下反力が、目標とする圧力推進値と比べて差がある場合には、圧下量を増減して目標とする圧力推進値になるように制御するので、内質欠陥がなくなるのである。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

例えば図２では、６対の圧下ロールを有するセグメントにより圧下を行うものを示したが、単一の圧下ロールにより圧下を行う場合であってもよい。

本発明は、実施例に示したような高炭素鋼鋳片のみならず低炭素鋼や中炭素鋼、ステンレス鋼、高合金鋼などの連続鋳造にも適用できる。

圧下セグメントの上面を示す図である。 圧下セグメントの側面を示す図である。 圧下量制御を説明する図である。 連続鋳造設備を示す図である。

符号の説明

１ａ，１ｂ セグメント
２ 鋳片
３ａ 上フレーム
３ｂ 下フレーム
４ 圧下ロール
５ 位置制御付のシリンダー
６ 油圧ユニット
８ サーボバルブ

Claims (1)

1. 鋳片内部の凝固が完了するクレータエンドの上流側および下流側で、複数の圧下ロール対を用いて鋳片を厚み方向に圧下するに際して、圧下ロール対毎に、または複数の圧下ロール対を配置したセグメント毎に、圧下量および圧下推進力を制御して鋼を連続鋳造する方法であって、
   鋳片を圧下する際には、
   先ず、各圧下ロール対または各セグメントによる鋳片の圧下量が、目標とする圧下量になるように鋳片を圧下し、
   その後、各圧下ロール対または各セグメントに作用する圧力推進値を、過去に同一組成の溶鋼を鋳造したブルームを用いて下工程で製造したビレットの超音波探傷による欠陥検出結果から算出した合格率が８０％以上であったチャージの実績圧下推進力の平均値となるように制御することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。

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