JP2014111268A - 鋳造初期の鋳片冷却方法 - Google Patents

Abstract

【課題】鋳片最ボトム部の反りを防止するとともに品質を良好にする。
【解決手段】垂直曲げ型連続鋳造機１００を用いてスラブ鋳片を鋳造する。ここで、鋳造開始後、目標とする鋳造速度に達するまでの増速加速度を０．１０[ｍ／ｍｉｎ.^２]以上０．７０[ｍ／ｍｉｎ.^２]以下とし、鋳造開始から鋳片の最ボトム部が二次冷却帯の終端部に達するまでにおいて、鋳片の最ボトム部から最トップ部に向かって１．０[ｍ]の範囲の領域を下記冷却条件で冷却する。(i)垂直部１１の平均冷却水量Ｗ_ａｖ１。２．５≦Ｗ_ａｖ１[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]≦５．７。(ii)曲げ部１２、円弧部１３及び矯正部１４の冷却水量Ｗ_２；０．２≦Ｗ_２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]≦２．２。(iii)二次冷却帯におけるＩＮ側の冷却水量Ｗ_ＩＮとＯＵＴ側の冷却水量Ｗ_ＯＵＴの水量比Ｗ_ｒ（＝Ｗ_ＩＮ/Ｗ_ＯＵＴ）；０．９１＜Ｗ_ｒ≦１．２０。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造初期における鋳片の冷却方法に関する。

垂直曲げ型連続鋳造機を用いた鋳造では、鋳型内に注入された溶鋼は、鋳型内で冷却され表面部のみが凝固した状態となり（一次冷却）、その後、鋳型下部から引き抜かれる。そして、垂直部、曲げ部、円弧部及び矯正部を経て水平方向に引き出されることにより、鋳片が連続的に鋳造される。上記垂直部以降では、鋳片に冷却水が噴霧され（二次冷却）、鋳片内部まで凝固が促進される。そして、垂直部以降の二次冷却帯において冷却水量を調整する方法が従来から提案されている。

例えば、特許文献１では、垂直部〜矯正部で鋳片ボトム部（先端部）に冷却水を噴霧するタイミングを遅らせて、鋳片先端部への噴霧量を少なくしている。これにより、鋳片先端部が曲げ部や矯正部で屈曲しやすいようにしている。

また、特許文献２では、鋳造終了方法において、特許文献１（ボトム部）と反対側の位置である鋳片最トップ部（後端部）に噴霧する冷却水量を規定している。この方法では、冷却水量に加え、鋳造終了時の鋳造速度をも規定することにより、最トップ部において、過冷却が生じたり、表面割れ・表面疵が生じたりすることを防いでいる。

また、特許文献３〜５には、連続鋳造機の曲げ内側（ＩＮ側）の冷却水量と曲げ外側（ＯＵＴ側）の冷却水量とを相対的に制御する方法が開示されている。例えば、特許文献３では、鍛圧前に測定した鋳片上下面の温度をもとに二次冷却帯の水量を調整している。これにより、鍛圧時に生じる鋳片の反りを防止している。また、特許文献４では、鋳片のＩＮ側をＯＵＴ側より強冷することで、鋳片の品質を良好にしている。さらに、特許文献５では、矯正部付近においてＩＮ側とＯＵＴ側との冷却水量を相対的に制御することにより、鋳片に幅方向の反りが生じることを防止するとともに品質を良好にしている。

特許第３５２８５０５号 特許第４６８４２０４号 特開平６−３３９７６１号公報 特開昭５５−５１１５号公報 特開昭５２−９６２９号公報

特許文献１の鋳片ボトム部（先端部）は、最先端部を除いて製品化されるため、品質が良好であることが望まれる。しかしながら、特許文献１には、具体的な冷却水量について明記されておらず、また、鋳片ボトム部への噴霧量（冷却水量）を少なくしているため、冷却不足から内部割れ等の欠陥が生じる。その結果、良好な品質のものが得られない。また、噴霧量を少なくしても、二次冷却帯通過後に復熱による反り（上反り、下反り）が発生することがある。

ここで、特許文献２では、鋳片トップ部（後端部）に噴霧される冷却水量が規定されているが、鋳片トップ部は、ボトム部と逆の位置であり、鋳造終了時（鋳造末期）に二次冷却帯を通過する部分である。これに対して、特許文献１の鋳片ボトム部は鋳造初期に二次冷却帯を通過する部分であり、鋳造初期と鋳造終了時とでは鋳造条件が異なる。このため、特許文献２の冷却水量を、鋳造条件が異なる鋳片ボトム部（鋳造初期）に適用することは通常行われない。

また、特許文献３〜５には、ＩＮ側の冷却水量とＯＵＴ側の冷却水量とを相対的に制御すると記載されているだけであり、具体的な水量が明記されていない上に、鋳片ボトム部にも着目していない。

したがって、特許文献１〜５の方法では、鋳片ボトム部において、反りが発生するとともに品質を良好にすることができない。

そこで、本発明の目的は、鋳片ボトム部において、反りの発生を防止できるとともに品質を良好にすることができる冷却方法を提供する。

本発明の鋳造初期の冷却方法では、垂直曲げ型連続鋳造機を用いてスラブ鋳片を鋳造するに際して、鋳造開始後、目標とする鋳造速度に達するまでの増速加速度を０．１０[ｍ／ｍｉｎ.^２]以上０．７０[ｍ／ｍｉｎ.^２]以下の範囲とし、
鋳造開始から鋳片最ボトム部が二次冷却帯の終端部に達するまでの冷却条件について、
鋳片の最ボトム部から最トップ部に向かって１．０[ｍ]の範囲にある領域に、
(i)鋳型直下から垂直部終了位置までに噴霧する平均冷却水量を２．５[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以上５．７[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以下とし、
(ii)曲げ部開始位置から矯正部終了位置までに噴霧する冷却水量が０．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以上２．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以下を常に満足するようにし、
(iii)二次冷却帯における曲げ内側の冷却水量を曲げ外側の冷却水量の０．９１倍より大きく１．２０倍以下とする、
の全ての条件を満足するようにする。

ここで、「鋳片最ボトム部」とは、鋳造初期にダミーバーが連結される鋳片先端部（ダミーバーに近い側の端部）であり、「鋳片最トップ部」とは、鋳片最ボトム部と反対側の端部（鋳片後端部）である。また、冷却水量は、単位時間[ｈｏｕｒ]に鋳片表面の単位面積[ｍ^２]当たりに噴射される冷却水の量[ｍ^３]であり、冷却密度とも呼ばれる。

このように、本発明では、二次冷却帯において、鋳片最ボトム部から１．０[ｍ]の範囲の領域についての冷却条件を、「垂直部」と「曲げ部、円弧部及び矯正部」とでそれぞれ規定するとともに、ＩＮ側とＯＵＴ側との水量比を規定している。これにより、鋳片最ボトム部から１．０[ｍ]の範囲の領域において、反りが発生するのを防止できるとともに良好な品質にすることができる。

なお、特許文献２の方法は、上述したように、鋳造終了方法であり、鋳造初期と異なる鋳造条件で実施される。したがって、本発明（鋳造初期）の対象である鋳片ボトム部と、特許文献２（鋳造終了時）の対象である鋳片トップ部とは、それぞれ異なる条件で鋳造される。よって、本発明と特許文献２とでは、異なる観点から冷却条件が導き出されており、異なる発明といえる。

本発明によると、鋳片ボトム部において、反りが発生することを防止できるとともに良好な品質にすることができる。

連続鋳造機の構成を示す模式図である。 （ａ）,（ｂ）は鋳造ボトム部を説明する模式図であり、（ｂ）は（ａ）の点線で囲まれた部分の拡大図である。 本発明の冷却水量を説明する図である。 鋳片の上反り及び下反りを説明する模式図である。 実施例の冷却条件を示す図である。 実施例の冷却条件を示す図である。 比較例の冷却条件を示す図である。 比較例の冷却条件を示す図である。 比較例の冷却条件を示す図である。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

ここでは、本発明の一実施形態である連続鋳造方法及び鋳片ボトム部の冷却方法について、図１〜図４を参照しつつ説明する。

〔連続鋳造機〕
連続鋳造機１００は、図１に示すように、垂直曲げ型連続鋳造機であって、タンディッシュ１と、タンディッシュ１の底部に取り付けられた浸漬ノズル２と、浸漬ノズル２の下部が配置された鋳型３と、鋳型３の直下から鋳造経路Ｑに沿って設けられた複数のロールとを備えている。鋳型３には、平面視において略矩形状の開口が形成されており、スラブ鋳片が鋳造可能となっている。

鋳造経路Ｑには、鋳型３直下から下流側に向かって、垂直部１１、曲げ部１２、円弧部１３及び矯正部１４が順に設けられている。ここで、本実施形態では、鋳造経路Ｑに沿って鋳型３に近い側を上流側と呼び、鋳型３に遠い側を下流側と呼ぶ。なお、図１では、連続鋳造機１００の構成を模式的に示し、垂直部１１〜矯正部１４等の各経路部に数個のロールだけを図示しているが、実際は複数のロールが配置されている。

図１に示すように、垂直部１１は、鋳型３直下から垂直下方向に延在し、複数のフットロール２１が配置されている。曲げ部１２は、曲率半径Ｒが徐々に小さくなるように曲がった部分であり、鋳片７を円弧状に曲げる複数のサポートロール２２が配置されている。また、円弧部１３は、曲率半径Ｒが一定の円弧状に形成され、複数のサポートロール２３が配置されている。そして、矯正部１４は、曲率半径Ｒが徐々に大きくなるように曲がった部分であり、鋳片を矯正する複数のサポートロール２４が配置されている。また、矯正部１４の下流側には、水平方向に延在した水平部１５が設けられている。水平部１５には、鋳片を下流側へ移送する複数の移送ロール２５と、鋳片を引き抜くピンチロール２６が配置されている。なお、ピンチロール２６は、垂直部１１、曲げ部１２、円弧部１３及び矯正部１４に配置されていてもよい。また、鋳造方向に隣り合うロール間にはスプレーノズル５が配置されており、これらのスプレーノズル５によって２次冷却帯が構成されている。

次に、連続鋳造機１００を用いた鋳造方法を説明する。

タンディッシュ１内に収容された溶鋼６を、浸漬ノズル２を介して鋳型３内に注入する(鋳造開始)。ここで、鋳型３底部には、予めダミーバーが設置されている。鋳型３内の溶鋼６は、冷却され、表面部（鋳型３と接する部分及びダミーバー上端部と接する部分）が凝固することにより、凝固シェルが形成された鋳片となる。その後、ダミーバーを下流側へ引き抜くと、鋳片は、ダミーバーに付随して鋳型３から引き出され、鋳型３直下に配置されたフットロール２１に支持されながら垂直部１１を通過し、曲げ部１２でサポートロール２２に支持されながら円弧状に曲げられる。そして、円弧部１３でサポートロール２３に保持されながら下流側へ移送された後、矯正部１４でサポートロール２４によって水平方向に向くように矯正される。その後、水平部１５において、移送ロール２５によって下流側に移送され、内部まで凝固したスラブ鋳片が鋳造される。

ここで、鋳造開始後は、鋳造速度が目標速度に達するまで、鋳片の引き抜き速度を増加させる。本発明では、鋳造速度が目標速度に達するまでの加速度を０．１０[ｍ／ｍｉｎ.^２]以上０．７０[ｍ／ｍｉｎ.^２]以下とする。上記加速度は、下記式で表される。

なお、鋳造開始後の加速度が０．１０[ｍ／ｍｉｎ.^２]より小さい場合は、鋳型３内へ供給される溶鋼量が少ないため、鋳型３内の溶鋼表面付近に十分に熱が供給されない。その結果、溶鋼表面におけるディッケル（皮張り）の生成や、パウダーの滓化不足に伴う拘束性ブレイクアウトが発生する。一方、鋳造開始後の加速度が０．７０[ｍ／ｍｉｎ.^２]より大きい場合は、鋳型３内における溶融フラックスの鋳片−鋳型間への流入不足が起こることにより、鋳片に縦割れが発生する結果、品質低下を招く。そこで、鋳造開始後、鋳造速度が目標速度に達するまでの加速度を０．１０[ｍ／ｍｉｎ.^２]以上０．７０[ｍ／ｍｉｎ.^２]以下とする。

また、鋳造開始から鋳片の最ボトム部が二次冷却帯の終端部に達するまでにおいて、鋳片の最ボトム部から最トップ部に向かって１ｍの範囲の領域（以下において「鋳片ボトム部」と呼ぶ）を下記の冷却条件で冷却する（図２に示す「鋳片ボトム部Ｂ」参照）。ここで、本発明では、冷却条件として、(i)垂直部１１の平均冷却水量Ｗ_ａｖ１、(ii）曲げ部１２、円弧部１３及び矯正部１４の冷却水量Ｗ_２、及び(iii）曲げ内側の冷却水量と曲げ外側の冷却水量との水量比Ｗ_ｒを規定している。

また、鋳片の「最ボトム部」とは、図２（ｂ）に示すように、鋳造初期にダミーバーが連結される端部（ダミーバーに近い側の端部）であり、鋳片最先端部を示す。これに対して、「最トップ部」とは、「最ボトム部」と反対側の端部であり、鋳片最後端部を示す。ここで、図２には、鋳片ボトム部Ｂが、ダミーバーが連結された状態で垂直部を通過する様子を示している。

なお、図２では、鋳片最ボトム部（最先端部）に、ダミーバー側（トップ部と反対側）に突出したダミーバー連結部ｃが設けられている。鋳造初期において、ダミーバーがダミーバー連結部ｃに連結されることにより、鋳片はダミーバーに付随して下流側へ引き出される。

(i)垂直部１１の平均冷却水量Ｗ_ａｖ１
垂直部１１において（鋳型３直下から垂直部１１終了位置まで）平均冷却水量Ｗ_ａｖ１が少ない場合、冷却不足により凝固シェルが十分に形成されない。そのため、鋳片がバルジングし、これが原因で内部割れが発生する。また、鋳造初期は、図２に示すように、鋳片最ボトム部にダミーバーが連結されるが、冷却不足により鋳片最ボトム部の凝固シェル厚みが十分な厚みでないときは、強度不足からダミーバーの引き抜きに伴って凝固シェルが引き裂かれる。その結果、ダミーバーと鋳片との連結が不十分となり、鋳片を引き抜くことができない。そして、このような問題は、平均冷却水量Ｗ_ａｖ１が２．５[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]未満である場合に起こりやすい。

一方、平均冷却水量Ｗ_ａｖ１が多すぎる場合、過冷却により鋳片最ボトム部のエッジ部が硬くなりすぎて曲げ部１２で曲がりきらない（図１参照）。これにより、エッジ部がサポートロール２２に衝突するため、ダミーバーをスムーズに引き抜くことができない。また、垂直部１１で鋳片ボトム部を過冷却すると、鋳片ボトム部が矯正部１４を通過する際にさらに硬くなっているため、矯正時に鋳片ボトム部からサポートロール２４が大きな反力を受ける。これにより、サポートロール２４を支持するロールスタンドへの負荷が増大し、設備が損傷したり破壊したりする。そして、これらの問題は、平均冷却水量Ｗ_ａｖ１が５．７[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]を超える場合に起こりやすい。

そこで、本発明では、鋳片ボトム部が垂直部１１を通過するときに鋳片ボトム部に噴霧する平均冷却水量Ｗ_ａｖ１を２．５[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以上５．７[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以下とする（図３参照）。なお、図３では、冷却水量を説明する図に平均冷却水量Ｗ_ａｖ１を図示しているが、垂直部１１の冷却水量は、平均冷却水量Ｗ_ａｖ１が上記範囲を満たすと、２．５[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]未満でもよく、５．７[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]を超えてもよい。

(ii)曲げ部１２、円弧部１３及び矯正部１４の冷却水量Ｗ_２
曲げ部１２、円弧部１３及び矯正部１４において（曲げ部１２開始位置から矯正部１４終了位置まで）、冷却水量Ｗ_２が０．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]未満と少ない場合、冷却不足により凝固シェルが十分に形成されない。このため、鋳片がバルジングし、これが原因で内部割れが発生する。一方、冷却水量Ｗ_２が２．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]を超えて多すぎる場合、過冷却により鋳片ボトム部が硬くなって強度が増すため、矯正部１４において、円弧状に曲げられた鋳片ボトム部を水平方向に向くように十分に矯正することができない。そのため、鋳片ボトム部を十分に曲げ戻しできず、反りが発生する。鋳片ボトム部の反りは、矯正部１４や水平部１５において、サポートロール２４や移送ロール２５に接触したり、これらのロールを支持するロールスタンドに接触したりすることによって、搬送トラブル（鋳片の搬送不可等）やスタンドトラブル（ロールの軸受けの破損等）を招く（図４（ａ）参照）。また、鋳片ボトム部に反りが発生していると、鋳造後、鋳片をガス溶削してスカーフ（表面処理）する際に、ボトム部の表面を均一に溶削することができない。また、反りが大きい場合は、反った部分がガスノズルに接触することにより設備トラブルが生じる。

そこで、本発明では、鋳片ボトム部が曲げ部１２、円弧部１３及び矯正部１４をそれぞれ通過するときに鋳片ボトム部に噴霧する冷却水量Ｗ_２を０．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以上２．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以下とする。

(iii)曲げ内側の冷却水量と曲げ外側の冷却水量との水量比Ｗ_ｒ
二次冷却帯には、図１に示すように、連続鋳造機１００の「曲げ内側（ＩＮ側）」及び「曲げ外側（ＯＵＴ側）」にスプレーノズル５が配置されている。そのため、鋳片には、ＩＮ側から及びＯＵＴ側から冷却水が噴霧される。そこで、本発明では、二次冷却帯において、『「ＩＮ側から噴霧される総冷却水量Ｗ_ＩＮ」と「ＯＵＴ側から噴霧される総冷却水量Ｗ_ＯＵＴ」との比Ｗ_ｒ（＝Ｗ_ＩＮ/Ｗ_ＯＵＴ）』を「水量比Ｗ_ｒ」と称する。ここで、「二次冷却帯」とは、鋳型３直下以降のスプレーノズル５が配置されている部分である。

「ＩＮ側の総冷却水量Ｗ_ＩＮ」が「ＯＵＴ側の総冷却水量Ｗ_ＯＵＴ」に対して多すぎる場合は、鋳片ボトム部が二次冷却帯を通過した後、鋳片のＩＮ面側の温度が上昇することにより（復熱）、ＩＮ面側が膨張する。その結果、鋳片ボトム部に下反りが生じる（図４（ｂ）参照）。一方、「ＯＵＴ側の総冷却水量Ｗ_ＯＵＴ」が「ＩＮ側の総冷却水量Ｗ_ＩＮ」に対して多すぎる場合は、鋳片ボトム部が二次冷却帯を通過した後、鋳片のＯＵＴ面側の温度が上昇することにより（復熱）、ＯＵＴ面側が膨張する。その結果、鋳片ボトム部に上反りが生じる（図４（ａ）参照）。そこで、二次冷却帯において鋳片ボトム部に噴霧する冷却水の水量比Ｗ_ｒ（＝Ｗ_ＩＮ/Ｗ_ＯＵＴ）を０．９１より大きく１．２０以下とする。なお、図４では、鋳片ボトム部に反りが発生した状態を実線で図示し、反りが発生していない状態を一点鎖線で図示している。

このように、本発明では、鋳造開始後、鋳片ボトム部が二次冷却帯を通過する際に、鋳片ボトム部に噴霧する冷却水量を下記の範囲に調整する。
・垂直部１１
２．５[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]≦平均冷却水量Ｗ_ａｖ１≦５．７[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]
・曲げ部１２、円弧部１３、矯正部１４
０．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]≦冷却水量Ｗ_２≦２．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]
・二次冷却帯
０．９１＜水量比Ｗ_ｒ（＝Ｗ_ＩＮ/Ｗ_ＯＵＴ）≦１．２０
また、鋳造開始後は、鋳造速度が目標速度に達するまで、加速度Ａを下記の範囲とする。
０．１０[ｍ／ｍｉｎ.^２]≦加速度Ａ≦０．７０[ｍ／ｍｉｎ.^２]以下

上述した条件で鋳片ボトム部を冷却すると、曲げ部で鋳片ボトム部を十分に屈曲させることができるとともに、矯正部で、円弧状となった鋳片ボトム部を水平方向に向くように十分に矯正することができる。また、二次冷却帯通過後に、復熱により鋳片ボトム部のＩＮ面側又はＯＵＴ面側が膨張することを防止できるため、反りの発生を防止できる。さらに、鋳造時に、冷却不足によるバルジングの発生を防止できるため、これが原因で生じる内部割れの発生を防止できる。このように、上記冷却条件で冷却すると、鋳片ボトム部において、反りの発生を防止できるとともに品質を良好にすることができる。

また、ロールが鋳片ボトム部から受ける反力を軽減できるため、ロールスタンドへの負荷を軽減することができる結果、鋳造時の操業トラブルを防止できる。さらに、鋳造初期に、鋳片とダミーバーとの連結異常が生じないようにできるため、鋳片を確実に引き抜くことができる。

次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。

鋳片ボトム部の冷却条件を変えたときの内部割れの有無及び反りの発生の有無等を調べた。

表１には、実験条件（鋳造開始後の増速加速度、定常域の鋳造速度、及び冷却条件）、及び実験結果（内部割れ、ダミーバーと鋳片の連結異常及び反りの発生）を示し、図５〜９には、冷却条件を示している。また、本例では、垂直曲げ型連続鋳造機として、機長が４０．６[ｍ]であり、円弧部の曲率半径Ｒが１０．７[ｍ]である連続鋳造機を用いた。そして、鋳造後の鋳片サイズが厚み２８０[ｍｍ]×幅２１００[ｍｍ]であるスラブを鋳造した。

ここで、表１に示す実験条件及び評価結果を説明する。

[実験条件]
<鋳造開始後の増速加速度>
鋳造開始後、鋳片引抜き速度を徐々に増加させ、目標とする鋳造速度に達するまでの鋳片引抜き速度の加速度を「増速加速度」としている。ここで、「鋳造速度」とは、ピンチロールによってダミーバー又は鋳片を引き抜いたときの引き抜き速度である。
<定常域の鋳造速度>
鋳造開始後は、溶鋼温度及び溶鋼成分に応じて決定される目標鋳造速度に達するまで鋳造速度を徐々に増加させるが、目標鋳造速度に達した後は一定の速度で鋳片を引き抜く。本実験では、一定速度で鋳片を引き抜いている間を「定常域」と称する。表１には、「定常域」での鋳造速度を示している。
<冷却条件>
鋳造開始から鋳片最ボトム部が二次冷却帯の終端部に達するまでの「鋳片ボトム部」の冷却条件を示している。本実験では、「鋳片ボトム部」を全て「鋳片最ボトム部から最トップ部に向かって１ｍの範囲の領域」とした。
また、図５〜９には、二次冷却帯で「鋳片ボトム部」に噴霧した冷却水量（二次冷却水量）を示している。ここで、「Ｗ_ａｖ１」は垂直部での平均冷却水量であり、「Ｗ_２」は曲げ部、円弧部及び矯正部での冷却水量であり、「Ｗ_ｒ」は二次冷却帯における冷却水量比（ＩＮ側の総冷却水量Ｗ_ＩＮとＯＵＴ側の総冷却水量Ｗ_ＯＵＴとの比Ｗ_ＩＮ/Ｗ_ＯＵＴ）である。
なお、「鋳片ボトム部」以外の領域（鋳片最ボトム部から最トップ部に向かって１ｍを超える範囲の領域）については、表１に示す冷却条件と異なる条件（通常実施される冷却条件）で冷却した。

[評価結果]
<内部割れ 有無>
内部割れとは、鋳片が内部から固まっていく際の偏析に起因する金属組織上の欠陥である。鋳片を圧延等して得られた製品を曲げ加工・溶接加工など厳しい環境下で使用する場合、内部割れによる欠陥は破断や孔空きといった重大なトラブルの原因となる。
本実験では、特許第４３９７８２５号と同様に、過硫酸アンモニウムを用いた断面マクロ試験を実施することにより、内部割れの有無を評価した。具体的には、鋳造後、鋳片ボトム部の一部（試料）を採取し、この試料を所定の平面度まで研磨した後、研磨面に過硫酸アンモニウム（(ＮＨ_４)_２Ｓ_２Ｏ_８）を塗布し腐食させた（腐食処理）。そして、研磨面を肉眼や顕微鏡を用いて目視により確認した。金属組織上の欠陥が存在する部分と存在しない部分とでは腐食の進行が異なるため、欠陥が存在する部分には腐食班が生じる。そこで、腐食班が１つでも発生していた場合は、内部割れが発生したと評価して、表１に「有」と示している。一方、腐食班が発生していなかった場合は、内部割れが発生しなかったと評価して、「無」と示している。
<ダミーバーとの連結異常 有無>
ダミーバーと鋳片ボトム部（特に、最ボトム部）とが連結されている部分に異常が発生し（凝固シェルが引き裂かれる等）、鋳片の引き抜きができなくなった場合は、異常が有ったと評価して、表１に「有」と示している。一方、鋳片の引き抜きを通常通り実施できた場合は、異常が無かったと評価して、「無」と示している。
<鋳片の反り（上反り又は下反り） 有無>
鋳片に反りが発生すると、上述したように、反った部分がロールやロールスタンドに接触することによって、スタンドトラブル（軸受けの破損等）や搬送トラブル（鋳片の搬送不可等）を引き起こす。また、鋳造後のスカーフ（表面処理）において、ガスノズルを用いて鋳造表面をガス溶削する際に、反った部分とガスノズルとが接触することで設備トラブルが起こる。
そこで、スタンドトラブルや搬送トラブルが起こらなかった場合及びスカーフ時に設備トラブルが起こらなかった場合は、鋳片ボトム部に反りが発生していないと評価して、表１に「無」と示している。一方、鋳片ボトム部の反りが原因で上記トラブルが１つでも起こった場合は、鋳片ボトム部に反りが発生したと評価して、「有」と示している。
<総合評価>
内部割れ、ダミーバーとの連結異常及び鋳片の反りにおいて、全てが「無」である場合は、総合評価を「○」とし、１つでも「有」が存在する場合は、総合評価を「×」とした。

次に、実施例及び比較例の結果について説明する。

表１から、本発明を満たす実施例１〜１５では、鋳片ボトム部において、内部割れ及びダミーバーとの連結異常が生じなかった上に、反りも発生せず、良好なボトム部が得られた。一方、本発明の冷却条件を満たさない比較例１〜７では、鋳片ボトム部において内部割れやダミーバーとの連結異常が生じ、反りも生じた。

具体的には、比較例１〜３では、平均冷却水量Ｗ_ａｖ１が２．０[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ], ６．４[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ], ２．４[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]であり、本発明の範囲（２．５[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]≦Ｗ_ａｖ１≦５．７[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]）を外れていた。比較例１，３では、本発明の平均冷却水量Ｗ_ａｖ１より少なかったため、冷却不足により内部割れやダミーバーとの連結異常が生じた。一方、比較例２では、本発明の平均冷却水量Ｗ_ａｖ１より多かったため、過冷却により鋳片ボトム部のエッジ部が硬くなって強度が増し、曲げ部へ進む際にエッジ部がロールに衝突してダミーバーをスムーズに引き抜くことができかった。また、ロールスタンドへの負荷が大きくなりスタンドトラブルが生じた。

また、比較例４,５では、曲げ部、円弧部及び矯正部での冷却水量Ｗ_２が０．１[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ], ２．５[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]であり、本発明の範囲（０．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]＜Ｗ_２≦２．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]）を外れていた。比較例４では、本発明の冷却水量Ｗ_２より少なかったため、冷却不足により内部割れが生じた。一方、比較例５では、本発明の冷却水量Ｗ_２より多かったため、過冷却により鋳片ボトム部のエッジ部が硬くなって強度が増し、矯正時の鋳片曲げ戻しが不十分となったことが原因で、反りが発生した。

比較例６,７では、二次冷却帯の冷却水量Ｗ_ｒが１．２１, ０．９１であり、本発明の範囲（０．９１[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]＜Ｗ_２≦１．２０[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]）を外れていた。これらの例では、二次冷却帯通過後、復熱により鋳片ボトム部に反りが生じた。

このように、本発明を満たす実施例１〜１５では、鋳片ボトム部において、反りを防止できるとともに品質を良好にすることができた。また、鋳片ボトム部とダミーバーとの連結異常が起こらず、鋳片及びダミーバーの引き抜きを問題なく行うことができた。一方、本発明の冷却条件を満たさない比較例１〜７では、良好なボトム部が得られず、トラブルが生じた。

以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。そして、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、本実施形態及び実施例では、「鋳片ボトム部」を「鋳片最ボトム部から最トップ部に向かって１ｍの範囲の領域」とし、この領域を本発明の冷却条件で冷却したが、「鋳片ボトム部」を「鋳片最ボトム部から最トップ部に向かって１ｍを超える範囲の領域」（例えば、鋳片最ボトム部から最トップ部に向かって２ｍの範囲の領域）とし、この領域を本発明の冷却条件で冷却してもよい。また、「鋳片ボトム部」を除く部分、例えば、鋳片最ボトム部から最トップ部に向かって１ｍを超える領域については、本発明と異なる冷却条件で冷却してもよい。

さらに、本実施例で説明した連続鋳造機の機長や円弧部の曲率半径Ｒは一例であり、これらは変更可能である。また、本発明は、様々な鋼種の鋳造に適用することができる。

さらに、本実施形態では、図２に示すように、鋳片最ボトム部（最先端部）にダミーバー側（トップ部と反対側）に突出したダミーバー連結部が設けられているが、鋳片最ボトム部にダミーバー連結部が設けられておらず、ダミーバーが鋳片最ボトム部に直接連結される構成としてもよい。

本発明は、鋳片ボトム部において、反りが発生することを防止できるとともに良好な品質にすることができることから、鋼の連続鋳造に利用することができる。

１ タンディッシュ
２ 浸漬ノズル
３ 鋳型
４ ロール群
５ スプレーノズル
１１ 垂直部
１２ 曲げ部
１３ 円弧部
１４ 矯正部
１５ 水平部
１００ 連続鋳造機
Ｂ ボトム部

Claims (1)

1. 垂直曲げ型連続鋳造機を用いてスラブ鋳片を鋳造するに際して、鋳造開始後、目標とする鋳造速度に達するまでの増速加速度を０．１０[ｍ／ｍｉｎ.^２]以上０．７０[ｍ／ｍｉｎ.^２]以下の範囲とし
   鋳造開始から鋳片最ボトム部が二次冷却帯の終端部に達するまでの冷却条件について、
   鋳片の最ボトム部から最トップ部に向かって１．０[ｍ]の範囲にある領域に、
   (i)鋳型直下から垂直部終了位置までに噴霧する平均冷却水量を２．５[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以上５．７[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以下とし、
   (ii)曲げ部開始位置から矯正部終了位置までに噴霧する冷却水量が０．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以上２．２[ｍ^３／ｍ^２・Ｈｒ]以下を満足するようにし、
   (iii)二次冷却帯における曲げ内側の冷却水量を曲げ外側の冷却水量の０．９１倍より大きく１．２０倍以下とする、
   の全ての条件を満足することを特徴とする鋳造初期の鋳片冷却方法。