JP2009125770A - 連続鋳造鋳片の製造方法及び連続鋳造機 - Google Patents

Abstract

【課題】 鋳片幅方向で凝固完了位置に大きな差が生じた場合でも、軽圧下によって鋳片幅方向に均一な中心偏析の改善を実施する。
【解決手段】 複数対の圧下ロールからなる軽圧下帯４を備えた連続鋳造機１を用い、鋳片９の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から前記軽圧下帯にて鋳片の圧下を開始して、鋳片に圧下力を付与しながら軽圧下帯の範囲内で凝固完了させて連続鋳造鋳片を製造するに際し、鋳片幅方向の凝固完了位置１２を検出し、検出した凝固完了位置の情報に基づき、鋳片短辺部分を除いて鋳片幅方向の何れかの部分で鋳片中心部まで凝固完了した以降は、鋳片の中心部に未凝固相を有する部分のみを前記圧下ロールにより圧下する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、中心偏析の軽微な鋼の連続鋳造鋳片を製造することのできる、連続鋳造鋳片の製造方法及び連続鋳造機に関するものである。

鋼の連続鋳造においては、鋳片中心部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ために、鋳片中心部に空隙が形成されたり或いは負圧が生じたりすると、最終凝固部であるデンドライト樹間の濃化溶鋼が流動し、それが鋳片中心部に集積して凝固し、所謂「中心偏析」を形成することが知られている。

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」ともいう）が発生し、また、飲料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。

そのために、鋳造工程から圧延工程に至るまで、鋳片の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、連続鋳造機内で、凝固末期の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方法（以下、「軽圧下」と呼ぶ）が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

この軽圧下技術は、凝固収縮量に見合った圧下量で鋳片を徐々に圧下して未凝固相の体積を減少させ、デンドライト樹間の濃化溶鋼の流動を起こさないようにして中心偏析を防止する技術である。従って、鋳片の凝固完了位置（「クレータエンド位置」ともいう）を、軽圧下を実施するためのロール群からなる軽圧下帯の範囲内に制御することが必要になる。

ところで、スラブ鋳片（以下、単に「鋳片」とも記す）においては、その断面が扁平形状であるため、凝固完了位置は鋳片幅方向で必ずしも均一でない。しかも、鋳型内の溶鋼流動の変化や二次冷却スプレーノズルの詰り状況の変化などによって、時間によってもその形状が刻々と変動することが知られている。

凝固完了位置が鋳片の幅方向で異なると、軽圧下帯における圧下量が鋳片幅方向の各位置で異なってしまうため、圧下量の少ない位置、つまり凝固完了位置が鋳造方向に伸張した位置では十分な中心偏析改善効果が得られず、軽圧下を実施しても中心偏析を抑制できない場合が生ずる。鋳片の幅方向において、例えば幅中央部が早期に凝固完了した場合には、軽圧下しても、完全凝固した幅中央部の変形抵抗が大きいために幅中央部以外の部位には圧下力が働かず、所望する圧下量が付与できなくなる。これは、軽圧下装置は設備スペースや設備コストの制限から、一般的に完全凝固した鋳片を圧下するほどの耐荷重は有しておらず、鋳片短辺以外の鋳片幅方向の一部が完全凝固して圧下荷重が規定荷重以上になった場合には、設備保護のために、皿バネ或いは油圧設定によって圧下ロールを逃がす構造となっているからである。

このように、鋳片幅方向で凝固の遅い部分、つまり、最終凝固位置の伸張した部分には、軽圧下が行われず、その結果、その部分の中心偏析が悪化する。

そこで、この最終凝固位置が伸張した部分を消滅させて、鋳片幅方向に軽圧下力を働かせることを目的として、特許文献２には、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとを具備する凝固完了位置検知装置を用いて、鋳片幅方向の凝固完了位置を検出し、検出された凝固完了位置のなかの最も伸張していない部分と最も伸張した部分との鋳造方向の差が基準範囲内となるように、鋳型内の溶鋼流動を調整するか、または、二次冷却帯の幅切り量を調整するか、少なくとも何れかの一方を実施しながら、軽圧下帯で鋳片を圧下することが提案されている。
特開昭５４−１０７８３１号公報 特開２００６−１９８６４４号公報

しかしながら、上記特許文献２には以下の問題点がある。

即ち、特許文献２では、鋳片幅方向における凝固完了位置の差が２ｍ以内であれば鋳片幅方向で軽圧下力がほぼ均等に働くとしているが、凝固完了位置の差が２ｍ程度の場合には、凝固完了位置が伸張した部分の中心偏析は、それ以外の部分に比べて悪化する。また、特許文献２では、鋳型内の溶鋼流動を調整するか、または、二次冷却帯の幅切り量を調整することで、鋳片幅方向における凝固完了位置の差を２ｍ以内にするとしており、鋳造条件が定常状態であれば十分に凝固完了位置の差を２ｍ以内に調整可能であるが、非定常状態の場合、例えば浸漬ノズルの吐出孔の一方が詰ったことにより凝固完了位置に差が生じた場合や、二次冷却スプレーノズルが詰ったことにより凝固完了位置に差が生じた場合などでは、凝固完了位置の差が大きくなりすぎて、特許文献２による鋳型内の溶鋼流動を調整するか、または、二次冷却帯の幅切り量を調整する方法のみでは、凝固完了位置の差を所定値以内に調整することが困難である。従って、このような場合には、凝固完了位置が伸張した部分の中心偏析は悪化する。

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、鋳片幅方向で凝固完了位置に大きな差が生じた場合でも、軽圧下によって鋳片幅方向に均一な中心偏析の改善が可能となる、連続鋳造鋳片の製造方法及び連続鋳造機を提供することである。

本発明者等は、上記課題を解決するべく、鋭意検討・研究を行った。

その結果、凝固完了位置検知装置によって検出される鋳片幅方向の凝固完了位置の形状に応じて、二次冷却帯において、幅切りのみならず、鋳片の幅方向全体で二次冷却水量を変更すれば、鋳片幅方向の凝固完了位置の形状を均一化できることが、伝熱計算上からは可能であることが分かった。しかしながら、この方法を実施するためには、鋳造方向及び鋳片幅方向に設置された多数のスプレーノズルからの二次冷却水量を各スプレーノズルでそれぞれ独立して制御する必要があり、そのためには、設備改造コストが多大であるのみならず、各スプレーノズルの制御が極めて煩雑となることから、実用化は困難であるとの結論に至った。

そこで、鋳片幅方向の凝固完了位置が均一でなく、鋳片幅方向において一部が凝固完了した以降も、凝固完了位置が鋳造方向に伸張した部分に圧下力を働かせるための方策を検討した。その結果、軽圧下を行うための圧下ロールを鋳片の幅方向に幾つかに分割し、分割した圧下ロールを独立して昇降させることにより、周囲の凝固完了した部分の変形抵抗の影響をあまり受けずに、凝固完了位置が鋳造方向に伸張した部分にも圧下力が働くとの知見が得られた。

本発明は、上記知見に基づいてなされたものであり、第１の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、複数対の圧下ロールからなる軽圧下帯を備えた連続鋳造機を用い、鋳片の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から前記軽圧下帯にて鋳片の圧下を開始して、鋳片に圧下力を付与しながら軽圧下帯の範囲内で凝固完了させて連続鋳造鋳片を製造するに際し、鋳造中に鋳片幅方向の凝固完了位置を検出し、検出した凝固完了位置の情報に基づいて、鋳片短辺部分を除いて鋳片幅方向の何れかの部分で鋳片中心部まで凝固完了した以降は、鋳片の中心部に未凝固相を有する部分のみを前記圧下ロールで圧下することを特徴とするものである。

第２の発明に係る連続鋳造機は、鋳片の幅方向の凝固完了位置を検出するための凝固完了位置検知手段と、該凝固完了位置検知手段による検出結果に基づいて鋳片中心部に未凝固相を有する部分のみを圧下するように制御するための圧下条件判定手段と、鋳造方向に複数対配置され且つ鋳片幅方向で複数に分割された圧下ロールを有し、これらの圧下ロールを、前記圧下条件判定手段からの信号により、それぞれ独立して鋳片に押し付けることの可能な軽圧下帯と、を具備することを特徴とするものである。

本発明によれば、鋳片幅方向の凝固完了位置に鋳造方向の大きな差が生じた場合でも、未凝固相を有する部分のみを圧下するので、その周囲の凝固完了した部分の変形抵抗の影響は少なく、鋳造方向に伸張した部分にも圧下力が働き、軽圧下によって鋳片幅方向に均一な中心偏析の改善が可能となる。

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、本発明の実施形態例を示す図であって、本発明に係るスラブ連続鋳造機の側面概略図である。

図１において、１はスラブ連続鋳造機、２は溶鋼を凝固するための鋳型、３は鋳造される鋳片を支持するための鋳片支持ロールであり、スラブ連続鋳造機１の鋳型２に注入された溶鋼は、鋳型２によって冷却されて鋳型２と接触する部位に固相部１０を形成し、周囲を固相部１０とし、内部を未凝固相である液相部１１とする鋳片９は、鋳型２の下方に対抗して配置された複数対の鋳片支持ロール３に支持されつつ、鋳型２の下方に引き抜かれる。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール３の間隙には、鋳片９の表面に向けて冷却水を吹き付ける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スプレーノズル（図示せず）が配置された二次冷却帯が設置されており、鋳片９は鋳造方向下流側に引き抜かれながら二次冷却帯で冷却され、中心部まで完全に凝固する。この中心部まで完全に凝固した位置が凝固完了位置１２である。凝固が完了した鋳片９は、鋳片支持ロール３の下流側に設置された鋳片切断機７で所定の長さに切断され、鋳片９Ａとして搬送用ロール８によって搬出される。

二次冷却帯の下流側には、軽圧下帯４が配置されている。軽圧下帯４は、鋳片支持ロール３の対向するロール間の間隔（「ロール間隔」と称す）が鋳造方向下流に向って徐々に狭くなるように設定され、鋳造される鋳片９に対して圧下力を付与することのできる鋳片支持ロール３の群が存在する部位である。

本発明においては、軽圧下を開始する時点は鋳片９の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点であり、且つ、軽圧下帯４の範囲内で凝固を完了させる必要があり、従って、これらの条件を満足させるために、伝熱計算などに基づき鋳片引抜速度または二次冷却水量を調整する。これは、鋳片厚み中心部の固相率が０．４を越えてから軽圧下を開始しても、それ以前に濃化溶鋼の流動が発生する可能性があり、これにより中心偏析が発生して、軽圧下の効果を十分に発揮することができなく、一方、凝固完了位置１２が軽圧下帯４を越えて下流側に伸張した場合には、圧下力が働かず、中心偏析の改善効果が得られないからである。

この軽圧下帯４を用いて、凝固末期の鋳片９を圧下し、凝固収縮に基づく濃化溶鋼の流動を抑え、鋳片９の中心偏析を改善する。この軽圧下帯４におけるロール間隔の勾配は、圧下速度が０．６〜１．５ｍｍ／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、中心偏析を軽減する効果が少なく、一方、圧下速度が１．５ｍｍ／ｍｉｎを超えると、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虞があるからである。また、総圧下量は２〜６ｍｍ程度とすれば十分である。

本発明に係るスラブ連続鋳造機１においては、軽圧下帯４における鋳片９に対して上面側の鋳片支持ロール３は、図２に示すように、鋳片９の幅方向に複数に分割された分割型圧下ロール１４で構成されている。一方、鋳片９に対して下面側の鋳片支持ロール３は、鋳片幅方向で一体化されたロールである。

各々の分割型圧下ロール１４は各々の軸受部１５で支持されており、各々の軸受部１５は各々のアクチュエーター１６と連結されており、各々のアクチュエーター１６の作動によって分割型圧下ロール１４を支持する各々の軸受部１５が、鋳片９に対して独立して昇降可能となっている。各々のアクチュエーター１６は、圧下量制御装置１７に接続され、圧下量制御装置１７の信号に基づいて作動する。また、この圧下量制御装置１７は、圧下条件判定装置６と接続されており、圧下条件判定装置６の信号に基づいてアクチュエーター１６に信号を発信するようになっている。つまり、圧下条件判定装置６の制御信号に基づいて各分割型圧下ロール１４の高さ即ち圧下量が調整されるように構成されている。分割型圧下ロール１４の鋳片幅方向の長さは短いほど、圧下領域と非圧下領域とを綿密に区分することができるので、分割型圧下ロール１４の鋳片幅方向の長さは２００〜３００ｍｍ程度とすることが望ましい。

また、本発明に係るスラブ連続鋳造機１には、図１に示すように、鋳片９の凝固完了位置１２を検出するための凝固完了位置検知手段として凝固完了位置検知装置５が設置されており、また、この凝固完了位置検知装置５の検出信号に基づき、各分割型圧下ロール１４の圧下量を決定するための圧下条件判定手段として圧下条件判定装置６が設置されている。

本発明で使用する凝固完了位置検知装置５は、鋳片９における縦波超音波の伝播時間から鋳片９の固相部１０の厚みを測定し、これによって凝固完了位置１２を検出する検知装置であるが、縦波超音波の伝播速度は、鋼種による依存性や鋳片厚みの影響が大きく、これらの校正を行わないと、精度良く固相部１０の厚みを測定することができない。そこで、本発明で使用する凝固完了位置検知装置５では、横波超音波が液相部１１を透過しないことに基づいて測定される凝固完了位置１２の位置を利用して、縦波超音波の測定結果を校正する。

つまり、横波超音波センサーによる透過信号が、消失状態から出現した時点、或いは、検出状態から消失した時点は、鋼種や鋳造条件に拘わらず、凝固完了位置１２と横波超音波センサーの配置位置とが一致するという絶対値計測ができるので、凝固完了位置１２を横波超音波センサーの配置位置とした条件下において、縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置１２を算出する計算式を校正することにより、相対的な測定精度に優れている、縦波超音波の伝播時間を用いた凝固完了位置１２の推定方法を、絶対的な精度にも優れた検知手段として使用可能となる。

この凝固完了位置検知装置５は、鋳片９を挟んで対向配置させた横波超音波送信器１８及び横波超音波受信器１９からなる横波超音波センサーと、鋳片９を挟んで対向配置させた縦波超音波送信器２０及び縦波超音波受信器２１からなる縦波超音波センサーと、横波超音波送信器１８及び縦波超音波送信器２０へ電気信号を与えて鋳片９に超音波を送出するための電気回路である超音波送信部２２と、横波超音波受信器１９にて受信した受信信号を処理するための横波透過強度検出部２３及び凝固完了位置到達検出部２４と、縦波超音波受信器２１にて受信した受信信号を処理するための縦波伝播時間検出部２５及び凝固完了位置演算部２６と、を備えている。横波超音波送信器１８及び縦波超音波送信器２０にて送出された超音波は鋳片９を透過し、横波超音波受信器１９及び縦波超音波受信器２１でそれぞれ受信され、電気信号に変換される。尚、図１では、横波超音波センサー及び縦波超音波センサーが軽圧下帯４に設置されているが、この設置位置は軽圧下帯４に限るものでなく、二次冷却帯である限り何れであっても構わない。

横波超音波センサー及び縦波超音波センサーは、例えば鋳片９の幅方向に移動可能な架台に取り付けられていて、送信器と受信器とが同期して移動することで、鋳片９の幅方向各位置における凝固完了位置１２を検出できるようになっている。この場合、横波超音波センサー及び縦波超音波センサーも同期して移動する構造になっている。

横波透過強度検出部２３は、横波超音波受信器１９により受信された横波超音波信号の強度を検出する装置であり、凝固完了位置到達検出部２４は、横波透過強度検出部２３にて検出された横波超音波の透過信号の変化から、凝固完了位置１２が横波超音波送信器１８及び横波超音波受信器１９の配置位置よりも鋳造方向の上流側か、或いは下流側かを判定する装置である。また、縦波伝播時間検出部２５は、縦波超音波受信器２１にて受信した受信信号から鋳片９を透過する縦波超音波の伝播時間を検出する装置であり、凝固完了位置演算部２６は、縦波伝播時間検出部２５で検出された縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置１２を演算して求める装置である。ここで、横波透過強度検出部２３、凝固完了位置到達検出部２４、縦波伝播時間検出部２５及び凝固完了位置演算部２６は、計算機にて演算される。

尚、横波超音波受信器１９及び縦波超音波受信器２１とこの計算機との間には、超音波信号増幅器や波形を計算機に取り込むためのＡ／Ｄ変換器などが必要であるが、図中では省略している。また、図１に示す凝固完了位置検知装置５においては、横波超音波送信器１８と縦波超音波送信器２０とが一体的に構成され、同様に、横波超音波受信器１９と縦波超音波受信器２１とが一体的に構成されている。

ここで、凝固完了位置検知装置５の動作を説明する。先ず、横波透過強度検出部２３の動作について図３を参照して説明する。

図３は、横波透過強度検出部２３の動作を示す図で、送信信号の１発分に対応した受信信号波形を示している。図３中の最初の波は、送信信号が電気的に横波超音波受信器１９に漏れ込んだものであり、２番目の波が横波超音波の透過信号である。

横波超音波の透過信号が現れる時間位置は、鋳片９の厚み、鋳片９のおよその温度、及び横波超音波の伝播速度から、大まかに既知であるので、その位置の信号だけを取り出すゲートを設け、そのゲート内の信号の最大値を求めるようにする。この処理は、受信信号の波形をＡ／Ｄ変換で計算機内に取り込むことにより、計算処理で容易に実現することができる。信号の最大値の取り方としては、０Ｖを基準にした絶対値でも、また、ピークトゥーピーク値でも何れでもよい。尚、実際には、送信信号は数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚの周期で繰り返されるので、その一つ一つの波形を平均化してから横波超音波の透過強度を求めたり、一つ一つの波形の透過強度を平均化したりして、ノイズによる揺らぎの影響を少なくすることが有効である。

次ぎに、凝固完了位置到達検出部２４の動作について図４を参照して説明する。図４は、凝固完了位置到達検出部２４の動作の１例を示す図で、連続鋳造操業の数１０分間にわたって鋳造条件を変化させながら、横波透過強度検出部２３から送られてくる横波超音波の透過信号の強度を検出したチャート図である。

図４に示すように、連続鋳造操業の鋳造条件の変化に応じて横波超音波の透過信号の強度は変化する。図４中のＡ及びＢの範囲では透過信号の強度は非常に小さくなっており、凝固完了位置１２が横波超音波送信器１８及び横波超音波受信器１９の配置位置よりも鋳造方向の下流側に存在する状態を表している。

凝固完了位置到達検出部２４では、透過信号の強度が所定の判定しきい値を横切った時点で、凝固完了位置１２が横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定する。この判定しきい値は、予め定めた固定値でも、或いは横波超音波の透過信号が現れない時間領域の信号レベルからノイズレベルを求め、その値を用いた変動しきい値でも、どちらでも構わない。凝固完了位置到達検出部２４は、このようにして凝固完了位置１２が横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定すると、凝固完了位置演算部２６へタイミング信号を送出する。

次ぎに、縦波伝播時間検出部２５の動作について図５を参照して説明する。図５は、縦波伝播時間検出部２５の動作を示す図で、送信信号の１発分に対応した受信信号の波形を示す図である。図５中の最初の波は、送信信号が電気的に縦波超音波受信器２１に漏れ込んだものであり、２番目の波が縦波超音波の透過信号である。

縦波伝播時間検出部２５は、送信信号の送出タイミングから縦波超音波の透過信号の出現タイミングまでの時間を検出する。縦波超音波の透過信号の検出方法としては、図５に示すように、しきい値以上になる時点としても、或いはゲート内の最大値となる時点としても、どちらでもよい。この処理は、横波透過強度検出部２３と同様に、受信信号の波形をＡ／Ｄ変換で計算機内に取り込むことにより、計算処理で容易に実現することができる。また実際には、送信信号は数１０Ｈｚ〜数１００Ｈｚの周期で繰り返されるので、その一つ一つの波形を平均化してから縦波超音波の伝播時間を求めたり、一つ一つの波形の伝播時間を平均化したりして、ノイズによる揺らぎの影響を少なくすることが有効である。

最後に、凝固完了位置演算部２６の動作について図６を参照して説明する。図６は、凝固完了位置演算部２６の動作を示す図で、縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置１２を算出する近似式を図示したものである。凝固完了位置１２が縦波超音波送信器２０及び縦波超音波受信器２１の配置位置よりも鋳造方向の下流側になるほど、液相部１１の厚みが増大するため、伝播時間は長くなる。従って、伝播時間と、鋳型２内の溶鋼湯面１３から凝固完了位置１２までの距離とはおよそ比例関係になり、図６のような関係を示す。そこで、伝播時間から凝固完了位置１２を求めるには、多項式の近似式、例えば下記の（１）式に示す一次式などを用いればよい。

ＣＥ＝ａ1×Δｔ＋ａ0 …（１）
但し、（１）式において、ＣＥは鋳型内の溶鋼湯面１３から凝固完了位置１２までの距離、Δｔは縦波超音波の伝播時間、ａ1及びａ0は多項式の係数である。

図６中、Ａで示す線は、縦波超音波に基づく鋳型内の溶鋼湯面１３から凝固完了位置１２までの距離の校正前の近似式を表している。

しかしながら、縦波超音波の伝播速度は鋼種などによって異なるため、当該鋼種などによって係数ａ0を更正する必要がある。そこで、以下にその更正方法を説明する。

凝固完了位置到達検出部２４から凝固完了位置１２の通過判定のタイミング信号が凝固完了位置演算部２６に送出されると、凝固完了位置演算部２６では、その時点における縦波超音波の伝播時間（Δｔ1）を求め、更に、鋳型内の溶鋼湯面１３から凝固完了位置１２までの距離（ＣＥ）が、横波超音波センサーの配置位置と合致するように、下記の（２）式を用いて（１）式の係数（ａ0）を修正する。

ａ0＝ＣＥ1−ａ1×Δｔ1 …（２）
但し、（２）式において、ＣＥ1は鋳型内の溶鋼湯面１３から横波超音波センサーの配置位置までの距離、Δｔ1は凝固完了位置１２が横波超音波センサーの配置位置を通過したと判定した時点の縦波超音波の伝播時間である。

これによって、凝固完了位置１２を求める近似式は校正され、例えば図６中にＢで示す校正後となる。校正後は、Ｂで示す校正後の近似式を用いて、縦波超音波の伝播時間に基づいて精度良く凝固完了位置１２を鋳造中にオンラインで検知することが可能となる。

校正する時点は、新たな鋼種を鋳造する毎の１回だけでも、また、連続鋳造の操業中に横波超音波センサーの配置位置を凝固完了位置１２が横切る毎に、或いは、操作員の判断による適当な時期の何れでもよい。

次いで、圧下条件判定装置６の動作を説明する。圧下条件判定装置６は、凝固完了位置検知装置５の凝固完了位置演算部２６の演算結果に基づいて凝固完了位置１２の鋳片幅方向における形状を演算するクレータエンド形状演算部２７と、クレータエンド形状演算部２７によって演算された凝固完了位置１２の形状に基づき、鋳片９の幅方向及び鋳造方向での圧下が必要な範囲、つまり、鋳片中心部に液相部１１が残存しており圧下する必要のある範囲を決定する圧下領域判定部２８と、を備えている。

クレータエンド形状演算部２７は、凝固完了位置演算部２６で演算された鋳片幅方向各位置における凝固完了位置１２に関する情報と、それが計測された鋳片幅方向位置の情報とに基づき、鋳片９の全幅にわたる凝固完了位置１２の形状を演算する。

圧下領域判定部２８は、以下のようにして圧下の必要な領域を決定する。即ち、図７に示すような凝固完了位置１２の形状であった場合に、鋳片の短辺以外で幅方向の領域において、一部分でも完全凝固している位置から鋳造方向下流側であって、未凝固相である液相部１１が残留する領域（図７の斜線の範囲）を圧下必要領域として判定する。この圧下必要領域に該当する分割型圧下ロール１４に対して、圧下の駆動命令を圧下量制御装置１７に対して出力する。各分割型圧下ロール１４の圧下量は、前述した範囲に設定すればよい。

このようにして構成されるスラブ連続鋳造機１において、以下のようにして鋳片９Ａを製造する。

浸漬ノズル（図示せず）を介して鋳型２に溶鋼を鋳造する。鋳型２に鋳造された溶鋼は鋳型２で冷却されて固相部１０を形成し、内部に液相部１１を有する鋳片９として、鋳片支持ロール３に支持されつつ下方に連続的に引き抜かれる。鋳片９は鋳片支持ロール３を通過する間、二次冷却帯で冷却され、固相部１０の厚みを増大して、軽圧下帯４に至る。そして、軽圧下帯４において適宜な圧下量で圧下され、やがて中心部までの凝固を完了する。

その際に、凝固完了位置検知装置５により凝固完了位置１２の鋳片幅方向の位置を検出する。そして、検出した凝固完了位置１２の鋳片幅方向の形状に応じて、圧下条件判定装置６は圧下領域を決定し、その信号に基づいて分割型圧下ロール１４は鋳片９を圧下する。鋳片９が中心部まで凝固完了した以降は、その部位の分割型圧下ロール１４による圧下は停止し、分割型圧下ロール１４を鋳片９の表面に接触させる。尚、予め伝熱計算などに基づいて、凝固完了位置１２は軽圧下帯４の範囲内であり、且つ、軽圧下帯４による圧下が開始される時点は、鋳片９の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点となるように、鋳造条件が設定されているが、凝固完了位置検知装置５による検出結果がこれと異なる場合には、鋳片引抜速度や二次冷却水量を調整して、上記条件を満足させる。凝固が完了した鋳片９を、鋳片切断機７で所定の長さに切断し、鋳片９Ａとして搬送用ロール８によって次工程に搬出する。

一般的に、鋳片９の凝固完了位置１２の幅方向形状は、二次冷却帯における「幅切り」などの影響から、前述した図７のような形状になりやすく、本発明では、凝固完了位置１２の幅方向形状に応じて圧下するので、凝固完了位置１２が鋳造方向に伸張した部分であっても圧下力を働かせることができる。尚、二次冷却における「幅切り」とは、連続鋳造機の二次冷却帯において意図的にスラブ鋳片長辺面のコーナー近傍に冷却水を噴霧せずに冷却する手法である。

以上説明したように、本発明によれば、鋳造中に常に凝固完了位置１２を検出し、その検出結果に基づいてダイナミックに鋳片幅方向の圧下量に調整するので、凝固完了位置１２の形状が変化しても、常に有効な圧下力が鋳片幅方向全体にわたって付与され、中心偏析を鋳片幅方向で均一に低減でき、高品質の鋳片９Ａを安定して製造することができる。また、本発明においては、鋳片幅方向の何れかの部分が凝固完了した位置よりも下流側においては、内部に未凝固の液相部１１を有する領域に限定して圧下力を付与するので、圧下変形抵抗は比較的小さく、軽圧下帯４を構成する設備の大形化を回避することができ、設備コスト上も有利である。

尚、図１に示す凝固完了位置検知装置５では、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとが同一位置に配置されているが、同一位置に配置する必要はなく、鋳片幅方向の同一位置に設置するならば、鋳造方向に離れた位置であっても構わない。

ここで、鋳片幅方向の同一位置とは、凝固完了位置１２の鋳造方向の変化がほとんど無いと見なせる範囲内を意味するものとする。スラブ連続鋳造機１では、凝固完了位置１２が鋳片９の幅方向で異なる場合があるので、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとで検出する凝固完了位置１２が同一であるか、或いは、凝固完了位置１２に鋳造方向の変化が生じたとしても変化の差がほとんど無いと見なせる幅方向の範囲内に横波超音波センサー及び縦波超音波センサーを配置する必要がある。具体的には、凝固完了位置１２の鋳片幅方向の形状を平坦と見なせる場合には、数１００ｍｍ離れていてもよく、逆に、凝固完了位置１２の鋳片幅方向の形状が大きく変化している場合には、数１０ｍｍ以内とする必要がある。これは、この目的に用いられる超音波の波長が数１０ｍｍであり、且つセンサーの大きさが数１０ｍｍ程度であることから、回折の影響も考慮すると、数１０ｍｍ以内であれば同一位置と見なすことができるからである。

また、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとを同一位置に配置する場合、必ずしも縦波超音波と横波超音波とを同一位置で発生・検出させる電磁超音波センサーを使用する必要はなく、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとの配置間隔が、数１０ｍｍ以内であるならば、横波超音波センサーと縦波超音波センサーとを別々に配置しても構わない。

以下、本発明の実施例を説明する。化学成分組成が、Ｃ：０．１５質量％、Ｓｉ：０．１５質量％、Ｍｎ：１．０質量％、Ｐ：０．０１５質量％、Ｓ：０．００５質量％、Ｔｉ：０．０１質量％、sol.Ａｌ：０．０３質量％である中炭素鋼を溶製し、図１に示すスラブ連続鋳造機を用いて、鋳片引抜速度を１．５ｍ／ｍｉｎとし、幅：２１００ｍｍ、厚み：２５０ｍｍのスラブ鋳片に鋳造した。

軽圧下帯におけるロール間隔の絞り込み勾配は１ｍｍあたり０．５３ｍｍとし、凝固完了位置検知装置により検出される凝固完了位置の鋳片幅方向形状に応じて、鋳片中心部に未凝固相を有する領域を分割型圧下ロールによって圧下した。

また、比較のために、軽圧下帯に鋳片幅方向で一体型の圧下ロールが配置されたスラブ連続鋳造機においても、軽圧下帯におけるロール間隔の絞り込み勾配を１ｍｍあたり０．５３ｍｍとして、上記鋼種を同一鋳造条件で鋳造した。

鋳造した鋳片から鋳片全幅試料を採取し、鋳片の中心偏析を調査した。中心偏析の調査は、鋳片中心部から鋳片幅方向に１００ピッチで５ｍｍ直径のドリルで切り粉を採取し、燃焼式炭素分析計によって炭素濃度（Ｃ）を求め、鋳片の１／４厚み位置から採取した切り粉の炭素分析値（Ｃ₀）との比である、炭素の偏析度（Ｃ／Ｃ₀）を調査した。

図８に、調査した炭素の偏析度（Ｃ／Ｃ₀）の鋳片幅方向分布に併せて、当該鋳片鋳造時における凝固完了位置検知装置により検出された凝固完了位置の鋳片幅方向形状（クレータエンド形状）を示す。図８からも明らかなように、凝固完了位置が鋳片幅方向で不均一であるにも拘わらず、本発明例では炭素の偏析度（Ｃ／Ｃ₀）が幅方向に均一化されていることが分かる。これに対して、比較例では、凝固完了位置が鋳造方向に伸張した部分において炭素の偏析度（Ｃ／Ｃ₀）が悪化した。

本発明に係るスラブ連続鋳造機の側面概略図である。 図１に示す軽圧下帯の概略図である。 横波透過強度検出部の動作を示す図である。 凝固完了位置到達検出部の動作の１例を示す図である。 縦波伝播時間検出部の動作を示す図である。 凝固完了位置演算部の動作を示す図である。 凝固完了位置の幅方向形状の１例を示す図である。 炭素の偏析度（Ｃ／Ｃ₀）の鋳片幅方向分布に併せて、凝固完了位置の鋳片幅方向形状を示す図である。

符号の説明

１ スラブ連続鋳造機
２ 鋳型
３ 鋳片支持ロール
４ 軽圧下帯
５ 凝固完了位置検知装置
６ 圧下条件判定装置
７ 鋳片切断機
８ 搬送用ロール
９ 鋳片
１０ 固相部
１１ 液相部
１２ 凝固完了位置
１３ 溶鋼湯面
１４ 分割型圧下ロール
１５ 軸受部
１６ アクチュエーター
１７ 圧下量制御装置
１８ 横波超音波送信器
１９ 横波超音波受信器
２０ 縦波超音波送信器
２１ 縦波超音波受信器
２２ 超音波送信部
２３ 横波透過強度検出部
２４ 凝固完了位置到達検出部
２５ 縦波伝播時間検出部
２６ 凝固完了位置演算部
２７ クレータエンド形状演算部
２８ 圧下領域判定部

Claims (2)

1. 複数対の圧下ロールからなる軽圧下帯を備えた連続鋳造機を用い、鋳片の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から前記軽圧下帯にて鋳片の圧下を開始して、鋳片に圧下力を付与しながら軽圧下帯の範囲内で凝固完了させて連続鋳造鋳片を製造するに際し、鋳造中に鋳片幅方向の凝固完了位置を検出し、検出した凝固完了位置の情報に基づいて、鋳片短辺部分を除いて鋳片幅方向の何れかの部分で鋳片中心部まで凝固完了した以降は、鋳片の中心部に未凝固相を有する部分のみを前記圧下ロールで圧下することを特徴とする、連続鋳造鋳片の製造方法。
2. 鋳片の幅方向の凝固完了位置を検出するための凝固完了位置検知手段と、
   該凝固完了位置検知手段による検出結果に基づいて鋳片中心部に未凝固相を有する部分のみを圧下するように制御するための圧下条件判定手段と、
   鋳造方向に複数対配置され且つ鋳片幅方向で複数に分割された圧下ロールを有し、これらの圧下ロールを、前記圧下条件判定手段からの信号により、それぞれ独立して鋳片に押し付けることの可能な軽圧下帯と、
   を具備することを特徴とする連続鋳造機。

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