JP2011218403A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コーナー割れおよび偏析悪化を容易に抑制できる連続鋳造方法を提供する。
【解決手段】鋳型３から引き出された鋳片Ｈを、鋳造方向Ｘに複数に分割された冷却ゾーンａ１、ａ２、ａ３・・・を有する二次冷却帯５に通過させて、二次冷却水を噴霧することにより連続的に鋳造を行う連続鋳造方法であって、複数の冷却ゾーンのうち、鋳造方向Ｘの上流側に配置された冷却ゾーンａ１〜ａ７では、鋳片長辺面のコーナー側に二次冷却水を噴霧せず、中央側のみに二次冷却水を噴霧して鋳片を冷却し、鋳造方向Ｘの下流側に配置された残りの冷却ゾーンａ８〜では、鋳片長辺面のコーナー側、もしくは、鋳片長辺面のコーナー側と中央側の両方に二次冷却水を噴霧し、かつ、コーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度を、中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度よりも大きくして鋳片を冷却する。
【選択図】図１

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、特にコーナー割れおよび偏析悪化を抑制した連続鋳造方法に関する。

スラブやブルームなどの半製品（鋳片）を連続的に製造する設備として連続鋳造機が用いられている。この連続鋳造機の方式には、ロール群を垂直に配置した垂直型、ロール群を円弧状に配置した湾曲部からロール群を水平に配置した水平部に鋳片を通していく湾曲型、鋳型直下にロール群を垂直に配置した２．５〜３ｍの垂直部を有し湾曲部を経て水平部へと鋳片を通していく垂直曲げ型など、種々のものがあるが、湾曲型や垂直曲げ型は生産性が高く、建屋を低くでき建設費を下げられるので、量産型の鋳造は主としてこれらの方式で行われている。

鋼の連続鋳造する場合、鋳片の偏析悪化やポロシティへの悪影響を回避することに加え、いわゆるコーナー割れを防止することが要求される。特に湾曲部から水平部に鋳片を通していく湾曲型や垂直曲げ型の連続鋳造機では、湾曲した鋳片を水平に曲げていく矯正部において鋳片表面に引張り応力が作用することにより、鋳片のコーナー部分に割れ（コーナー割れ）が発生しやい。このコーナー割れは、脆性温度域にある鋳片が矯正部を通過する際に発生しやすくなる。

そこで、湾曲部では鋳片のコーナー側に二次冷却水を噴霧しない、いわゆる幅切りといった手法が採用されている。この幅切りを行うことにより、湾曲部では鋳片のコーナー側を冷却しないで脆性温度域よりも高温の状態を維持し、脆性温度域よりも高温の状態のまま鋳片を矯正部に通過させてコーナー割れを回避している。

一方、幅切りを行った場合、鋳片の中央側に比べて鋳片のコーナー側の冷却速度が遅くなるため、コーナー側の凝固速度が遅延することとなる。そのため、鋳片の幅方向で比較した場合、溶湯のメニスカスから最終凝固位置までの距離（クレーター長）が鋳片の中央側に比べて鋳片のコーナー側が長くなり、クレータエンド形状が直線にならなくなる。その結果、クレータ長の長い鋳片のコーナー側では偏析悪化が生じやすくなってしまう。

従来、このような幅切りに伴うクレータエンド形状の乱れを抑制するために、鋳片短辺面から距離Lｎの範囲には二次冷却水を噴霧しないで鋳造する連続鋳造方法が提案されている（例えば特許文献１参照）。ここで、距離Lnは、次の（２）式で決まる範囲とされている。
（Tn in + Tn out）/4≦Ln≦（Tn in + Tn out）/2・・・・(２)
但し、(２)式において各記号は以下を表すものである。
Ln：第n番目の冷却ゾーンでの距離(mm)
Tn in：第n番目の冷却ゾーン入側での鋳片短辺の凝固シェル厚み(mm)
Tn out：第n番目の冷却ゾーン出側での鋳片短辺の凝固シェル厚み(mm)

特開２０００−１５４１２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載された方法では、各冷却ゾーン毎に幅切り量を細かく調整しなければならず、制御が煩雑になってしまう。また、幅切り量を細かく調整するために二次冷却水のスプレーノズルの配列を密にしなければならず、装置構成も複雑となる。更に、幅方向に密に配列された複数のスプレーノズルをそれぞれ独立して制御することが必要となり、高機能設備が必要となってしまう。

ところが、既設の連続鋳造機は二次冷却水のスプレーノズルが十分に密に配列されていないものも多い。また、複数のスプレーノズルを細かく制御する高い機能を備えていない場合もある。このため、既設の連続鋳造機では、上記特許文献１に記載された方法は十分に実施できない懸念があった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、コーナー割れおよび偏析悪化を容易に抑制できる連続鋳造方法を提供することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明によれば、鋳型から引き出された鋳片を、鋳造方向に複数に分割された冷却ゾーンを有する二次冷却帯に通過させて、二次冷却水を噴霧することにより連続的に鋳造を行う連続鋳造方法であって、前記複数の冷却ゾーンのうち、鋳造方向の上流側に配置された１または２以上の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側に二次冷却水を噴霧せず、中央側のみに二次冷却水を噴霧して鋳片を冷却し、鋳造方向の下流側に配置された残りの冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側のみ冷却する、もしくは、鋳片長辺面のコーナー側と中央側の両方に二次冷却水を噴霧し、かつ、コーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度を、中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度よりも大きくして鋳片を冷却することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法が提供される。

この連続鋳造方法において、例えば前記二次冷却帯は、ロール群を円弧状に配置した湾曲部と、ロール群を水平に配置した水平部を備え、前記湾曲部の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側に二次冷却水を噴霧せず、中央側のみに二次冷却水を噴霧して鋳片を冷却し、前記水平部の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側のみ冷却する、もしくは、鋳片長辺面のコーナー側と中央側の両方に二次冷却水を噴霧し、かつ、コーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度を、中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度よりも大きくして鋳片を冷却する。

この場合、前記水平部の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面の中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度Ｘ（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）とコーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度Y（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）が（１）式の関係を満たすようにしても良い。
Y ≧ 0.0064X2 + 0.306X + 60・・・(1)

また、前記水平部の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度が１６０（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）未満であることが望ましい。

本発明によれば、鋳造方向の上流側に配置された１または２以上の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側に二次冷却水を噴霧せず、鋳造方向の下流側に配置された残りの冷却ゾーンでは、コーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度を、中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度よりも大きくして鋳片を冷却することにより、コーナー割れおよび偏析悪化を容易に抑制できるようになる。本発明によれば、比較的簡単な設備でも実施でき、高機能設備を省略できるので経済的である。

本実施の形態にかかる連続鋳造方法を実施するための連続鋳造設備の概略的な構成の説明図である。 スプレーノズルの配置の説明図である。 水平部の冷却ゾーンにおける鋳片長辺面の中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度Ｘとコーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度Yに対する偏析と粒界割れの関係を示すグラフである。 偏析の評価の説明図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、連続鋳造設備１は、溶鋼を貯留するタンディッシュ２と、タンディッシュ２の底部から水冷の鋳型３に対して溶鋼を注入するノズル４と、鋳型３から引き出される鋳片Ｈを通過させて二次冷却を行う二次冷却帯５を備えている。ノズル４は、鋳型３に注入された溶鋼のメニスカスに浸漬するように配置される。二次冷却帯５には、鋳片通路を構成するために対向された複数のロール群６、７が配置されている。鋳片Ｈを鋳片通路に沿った鋳造方向Ａに案内するように、鋳片通路の可動面側（いわゆるＬ面側）に各ロール群６が配置され、固定面側（いわゆるＦ面側）に各ロール群７が配置されている。

鋳片通路は、ロール群６、７を円弧状に対向配置した湾曲部１０と、ロール群６、７を水平に対向配置した水平部１１で構成されており、鋳型３の直下から引き出された鋳片Ｈは、先ず湾曲部１０を通過した後、水平部１１に通されていく。水平部１１は例えば溶湯のメニスカスから17〜23mの範囲である。湾曲部１０の最下流側は、鋳片Ｈの形状を水平にさせる矯正部１２となっており、この矯正部１２を通過する際に、鋳片Ｈは湾曲した形状から水平に矯正され、これにより鋳片表面に引張り応力が作用することとなる。

二次冷却帯５は、鋳型２の直下側から鋳造方向に向かって、第１冷却ゾーンａ１、第２冷却ゾーンａ２、第３冷却ゾーンａ３・・・といった複数に分割された冷却ゾーンを順に連続的に配置した構成である。これら複数の冷却ゾーンのうち、第１冷却ゾーンａ１から第８冷却ゾーンａ８までは湾曲部１０に配置され、第９冷却ゾーンａ９以降は水平部１１に配置されている。

図２に示すように、各冷却ゾーン（第１冷却ゾーンａ１、第２冷却ゾーンａ２、第３冷却ゾーンａ３・・・）には、鋳片Ｈの長辺面に向けて二次冷却水を噴霧する複数のスプレーノズル１５ｃ、１５ｅが分布して配置されている。これら複数のスプレーノズル１５ｃ、１５ｅは、鋳片通路のＬ面側とＦ面側の両方に設けられており、鋳片通路を通過する鋳片Ｈの両方の長辺面の全体に向けて二次冷却水を噴霧できるようになっている。

これら複数のスプレーノズル１５ｃ、１５ｅのうち、中央側のスプレーノズル１５ｃは鋳片長辺面の中央側に二次冷却水を噴霧するように配置され、スプレーノズル１５ｅは鋳片長辺面のコーナー側に二次冷却水を噴霧するように配置されている。ここで鋳片長辺面のコーナー側とは、図２に示すように、鋳片Ｈの長辺面において、鋳片Ｈの両端から距離Ｌの範囲をいう。距離Ｌは例えば５０〜１００ｍｍの範囲である。これにより、鋳片Ｈの両端から距離Ｌの範囲では、コーナー側のスプレーノズル１５ｅから鋳片長辺面に向かって二次冷却水が噴霧され、鋳片Ｈの両端から距離Ｌの範囲よりも内側の部分では、中央側のスプレーノズル１５ｃから鋳片長辺面に向かって二次冷却水が噴霧される。

中央側のスプレーノズル１５ｃから噴霧される二次冷却水の水量密度Ｘ（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）と、コーナー側のスプレーノズル１５ｅから噴霧される二次冷却水の水量密度Y（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）は、独立して制御することができるようになっている。例えば、中央側のスプレーノズル１５ｃとコーナー側のスプレーノズル１５ｅのどちらか一方のみ、あるいは両方から二次冷却水を噴霧させる状態に適宜切り替えることが可能である。また、中央側のスプレーノズル１５ｃから噴霧される二次冷却水の水量密度Ｘ（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）と、コーナー側のスプレーノズル１５ｅから噴霧される二次冷却水の水量密度Y（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）を、それぞれ所望の大きさに設定することが可能である。

二次冷却帯５の水平部１１の下流側には、鋳片Ｈを所望の長さに切断するための切断カッターなど（図示せず)が設けられている。

以上のように構成された連続鋳造設備１において、タンディッシュ２の底部から鋳型３に溶鋼が注入される。鋳型２に注入された溶鋼は水冷されて外周に凝固層を形成し、鋳片Ｈとなって下方の二次冷却帯５に連続的に引抜かれていく。そして、二次冷却帯５では鋳片Ｈの長辺面に向かって二次冷却水が噴霧され、凝固層の内部の未凝固層が徐々に減少させられて、クレータエンドにて凝固を完了する。

ここで、鋳片Ｈの鋳造幅は例えば1600mm以上である。また、鋳片Ｈの鋼成分は、質量％で例えば［Ｃ］＝０．０５〜０．２％、［Ｓｉ］＝０．０１〜１．０％、［Ｍｎ］＝０．５〜２．０％、［Ｐ］０．０５％以下、［Ｓ］０．０１％以下、［Ａｌ］＝０．００５〜０．１％、［Ｎ］０．０１％以下、［Ｎｂ］＝０．００３〜０．０５％、［Ｔｉ］＝０．００５〜０．０２％、残部Ｆｅであることを基本とする。

二次冷却帯５において、湾曲部１０に配置された第１冷却ゾーンａ１から第８冷却ゾーンａ８までの間では、中央側のスプレーノズル１５ｃのみから二次冷却水が噴霧され、コーナー側のスプレーノズル１５ｅからは二次冷却水が噴霧されない、いわゆる幅切り冷却が実施される。こうして幅切りを行うことにより、湾曲部１０では鋳片Ｈのコーナー側が冷却されずに脆性温度域よりも高温の状態が維持される。そして、コーナー側を脆性温度域よりも高温の状態にしたまま、鋳片Ｈは矯正部１２を通過して湾曲した形状から水平に矯正された後、水平部１１に通されていく。こうして、矯正部１２を通過する際には、鋳片Ｈのコーナー側が脆性温度域よりも高温の状態が維持されることにより、鋳片Ｈのコーナー側に発生しやすいコーナー割れが回避されることとなる。

一方、水平部１１の冷却ゾーンでは、コーナー側に配置されたスプレーノズル１５ｅのみで鋳片長辺面のコーナー部に二次冷却水が噴霧されるか、もしくは、コーナー側に配置されたスプレーノズル１５ｅから噴霧される二次冷却水の水量密度Ｙ（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）が、中央側に配置されたスプレーノズル１５ｃから噴霧される二次冷却水の水量密度Ｘ（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）よりも大きくなるように、各スプレーノズル１５ｃ、１５ｅの噴霧量が制御される。

こうして、水平部１１の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度Ｙ（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）が、中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度Ｘ（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）よりも大きくされることにより、鋳片Ｈのコーナー側の冷却速度が中央側に比べて速められる。これにより、水平部１１の冷却ゾーンでは、鋳片Ｈの中央側に比べてコーナー側の凝固速度が速くなり、凝固層の内部の未凝固層が急激に減少させられていく。

ここで、本発明者らは、偏析悪化を抑制できるコーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度Ｙと中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度Ｘとの関係について実験を重ね、図３の結果を得た。

図３は、水平部の冷却ゾーンにおける、鋳片長辺面の中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度Ｘ（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）（センター水量密度）とコーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度Y（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）（エッジ水量密度）に対する偏析と粒界割れの関係を示すグラフである。

なお、偏析の評価は、鋳片の鋳造方向に垂直な断面を鏡面研磨して評価面とし、ピクリン酸腐蝕液で偏析腐蝕し、有機性の高粘液状物質を表面に塗布してから拭き取り、さらに細粒研磨紙を用いて再研磨し腐蝕孔を再研磨微粉で充填した後、これを透明粘着テープに転写して偏析を写し取る、いわゆるエッチプリント法で行った。前記断面の全幅のエッチプリントを取り、中心偏析部を幅方向で１００ｍｍピッチで分割し、分割したそれぞれの領域について、偏析粒の厚みと個数を測定して、表１に示す基準で評点付けを行った。

図３で、偏析○は偏析評点がC０．２５以下であることを示し、偏析×は偏析評点がC０．５以上が発生したことを示す。また、粒界割れ○は粒界割れが発生しなかったことを示し、粒界割れ×は粒界割れが発生したことを示す。

コーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度Ｙが低い場合、偏析が悪化する傾向にあり、水量密度Ｙが高く、水量密度Ｘとの関係が（１）式を満たすと偏析悪化は回避されることが明らかとなった。但し、水量密度Ｙが１６０（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）以上では、粒界割れが発生して鋳片長辺面のコーナー側や中央側に割れが生ずる場合があった。
Ｙ ≧ 0.0064Ｘ^２＋0.306Ｘ＋60 ・・・（１）

図４に（１）式の関係を満たす条件と満たさない条件でそれぞれ２０回の鋳造を行い、偏析を評価した結果を示す。鋳片の幅方向断面の偏析を１００mm間隔で評価し、幅方向位置毎に偏析評点の発生比率を整理したものである。水量密度Ｘ，Ｙが（１）式の関係を満たさない場合（ａ）では、特に鋳片のコーナー側で偏析悪化が発生した。これに対して、水量密度Ｘ、Ｙが（１）式の関係を満たしている場合（ｂ）は、鋳片のコーナー側においてもほとんど偏析悪化が発生しなかった。

なお、以上の説明では本発明を垂直曲げ型の連続鋳造機に適用した例を説明したが、これに限らず、本発明はロール群を垂直に配置した垂直型の連続鋳造機や湾曲型の連続鋳造機などにも適用できる。また、本発明は、スラブに限らずブルームなど鋳片の鋳造にも適用できる。

表２に示す成分（単位：質量％）を含有し、残部がＦｅおよび不可避的不純物からなる鋼種１、２からなる鋳片を、図１で説明した湾曲型の連続鋳造設備によって鋳造した。二次冷却帯の湾曲部では幅切りを行い、鋳片のコーナー側を脆性温度域よりも高温の状態にしたまま矯正部を通過させた。その後、水平部の冷却ゾーンにおいて、コーナー側の二次冷却水の水量密度Ｘを次の水準１〜４にして鋳片長辺面のコーナー側を冷却した。なお、鋳片長辺面の中央側の二次冷却水の水量密度は、１５ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２とした。
水準１：１０９（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）
水準２：６４（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）
水準３：１６０（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）
水準４：０（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）

各鋳片について、コーナー割れと偏析悪化を調べたところ表３の結果を得た。なお表３中の偏析評価は、鋳片のエッジから３００ｍｍ以内の範囲に発生した偏析悪化の評点の中で最も悪いもので示した。水平部の冷却ゾーンにおいて、コーナー側の二次冷却水の水量密度Ｘを次の水準１〜４にして鋳片長辺面のコーナー側を冷却した。コーナー側の二次冷却水の水量密度Ｘを１６０（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）にした場合、鋳片長辺面のコーナー側に割れ発生する場合があった。これは、水平部の冷却ゾーンにおける冷却速度が過度に大きくなりすぎたため、熱振幅や変態に起因する収縮・膨張による粒界割れが発生したものと考えられる。

表３中の偏析評価は、鋳片のエッジから３００ｍｍ以内の範囲に発生した偏析悪化の評点の中で最も悪いもので示した。

本発明は、鋼の連続鋳造に有用である。

ａ１、ａ２、ａ３・・・ 第１冷却ゾーン、第２冷却ゾーン、第３冷却ゾーン・・・
Ｈ 鋳片
１ 連続鋳造設備
２ タンディッシュ
３ 鋳型
４ ノズル
５ 二次冷却帯
６、７ ロール群
１０ 湾曲部
１１ 水平部
１２ 矯正部
１５ｃ 中央側のスプレーノズル
１５ｅ コーナー側のスプレーノズル
１６ ロールセグメント装置

Claims (4)

1. 鋳型から引き出された鋳片を、鋳造方向に複数に分割された冷却ゾーンを有する二次冷却帯に通過させて、二次冷却水を噴霧することにより連続的に鋳造を行う連続鋳造方法であって、
   前記複数の冷却ゾーンのうち、鋳造方向の上流側に配置された１または２以上の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側に二次冷却水を噴霧せず、中央側のみに二次冷却水を噴霧して鋳片を冷却し、
   鋳造方向の下流側に配置された残りの冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側のみ冷却する、もしくは、鋳片長辺面のコーナー側と中央側の両方に二次冷却水を噴霧し、かつ、コーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度を、中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度よりも大きくして鋳片を冷却することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
2. 前記二次冷却帯は、ロール群を円弧状に配置した湾曲部と、ロール群を水平に配置した水平部を備え、
   前記湾曲部の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側に二次冷却水を噴霧せず、中央側のみに二次冷却水を噴霧して鋳片を冷却し、
   前記水平部の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側のみ冷却する、もしくは、鋳片長辺面のコーナー側と中央側の両方に二次冷却水を噴霧し、かつ、コーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度を、中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度よりも大きくして鋳片を冷却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. 前記水平部の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面の中央側に噴霧される二次冷却水の水量密度Ｘ（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）とコーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度Y（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）が（１）式の関係を満たすことを特徴とする、請求項２に記載の鋼の連続鋳造方法。
   Y ≧ 0.0064X2 + 0.306X + 60・・・(1)
4. 前記水平部の冷却ゾーンでは、鋳片長辺面のコーナー側に噴霧される二次冷却水の水量密度が１６０（ｌ／ｍｉｎ／ｍ^２）未満であることを特徴とする、請求項２または３に記載の鋼の連続鋳造方法。

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