JP2014231086A

JP2014231086A - 鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP2014231086A
Application number: JP2013113747A
Authority: JP
Inventors: 圭吾外石; Keigo Toishi; 則親荒牧; Norichika Aramaki; 浩之大野; Hiroyuki Ono; 三木　祐司; Yuji Miki; 祐司三木
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2013-05-30
Filing date: 2013-05-30
Publication date: 2014-12-11
Anticipated expiration: 2033-05-30
Also published as: JP5929836B2

Abstract

【課題】複数の圧下ロールから構成され、圧下ロールのなかに１対以上のピンチロールが含まれる圧下セグメントを用いて鋳片を圧下して中心偏析を軽減する際に、圧下ロールへの荷重を高めることなく且つ鋳片に内部割れを発生させることなく、目的とする圧下量を付与して中心偏析を軽減する。【解決手段】連続鋳造機１の鋳片支持ロール６のロール開度を下流側に向かって拡大させて、未凝固層１２を有する鋳片１０の長辺面厚みを、厚みを拡大させる前の鋳片厚みの０．１〜３．０％の範囲内で拡大させ、その後、複数の圧下ロールから構成され、ピンチロールの押し付け圧力を該ピンチロールの設置された位置での静鉄圧の０．９倍以下とするピンチロールが前記複数の圧下ロールのなかに少なくとも１対配置された１基以上のロールセグメントからなる圧下セグメント１４を用いて、鋳片厚み中心部の固相率が少なくとも０．２以下の時点から０．９以下の範囲の鋳片の長辺面を圧下する。【選択図】図１

Description

本発明は、連続鋳造中の鋳片の厚み中心部に発生する成分偏析を抑制する鋼の連続鋳造方法に関する。

鋼の凝固過程では、炭素、燐、硫黄、マンガンなどの溶質元素は、凝固時の再分配によって未凝固の液相側に濃化されることから、凝固組織であるデンドライト樹間には偏析部が形成される。但し、この偏析は、体積が非常に小さいことからミクロ偏析と呼ばれており、鋼製品の品質に実害は及ぼさない。

連続鋳造機によって鋳造されつつある鋳片の凝固過程では凝固収縮が起こり、この収縮に伴って、鋳片の引き抜き方向へ未凝固溶鋼が吸引されて流動する。この場合、凝固末期の未凝固層には十分な量の溶鋼が存在しないので、上記のミクロ偏析によって濃縮された溶鋼が流動し、鋳片中心部に集積して凝固する。この溶鋼は、溶質元素の濃度が溶鋼の初期濃度に比べて格段に高濃度となっており、この溶鋼が凝固することで、鋳片中心部に溶質元素の濃化した偏析部が形成される。この偏析をマクロ偏析と呼び、その存在部位から中心偏析と呼んでいる。中心偏析の原因となる凝固末期での濃化溶鋼の流動を生じさせる要因としては、上記の凝固収縮の他に、溶鋼静圧によるロール間での鋳片バルジング（膨らみ）や、鋳片支持ロールのロールアライメントの不整合なども挙げられる。

この中心偏析は、鋼製品、特に厚鋼板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用鋼管においては、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が発生する。また、海洋構造物、貯槽、石油タンクなどにおいても、同様の問題が発生する。しかも近年、鋼材の使用環境は、より低温下或いはより腐食環境下といった厳しい環境での使用を求められることが多く、鋳片の中心偏析を低減することの重要性は益々大きくなっている。

それ故、連続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或いは無害化する対策が多数提案されている。そのなかで、効果的な対策として、未凝固層を有する凝固末期の鋳片を、複数対の鋳片支持ロールによって徐々に圧下しながら鋳造する方法（「凝固末期軽圧下方法」と呼ぶ）、及び、未凝固層を有する凝固末期の鋳片を、１対または２〜３対の圧下ロールで１０ｍｍ程度或いはそれ以上を圧下する方法（「凝固末期大圧下方法」と呼ぶ）が行われている。

この凝固末期軽圧下方法は、鋳片の凝固完了位置付近に圧下ロール群（「軽圧下帯」という）を鋳造方向に配置し、この圧下ロール群によって連続鋳造中の鋳片を凝固収縮量に相当する程度の圧下速度（０．５〜１．５ｍｍ／ｍｉｎ）で徐々に圧下し、鋳片中心部での空隙の形成や濃化溶鋼の流動を抑止し、これによって鋳片の中心偏析を抑制するという技術である。一方、凝固末期大圧下方法は、鋳片の凝固完了位置付近に配置した１対または２〜３対の圧下ロールで鋳片を圧下し、デンドライト樹間に存在する濃化溶鋼を鋳造方向の上流側に排出し、これによって鋳片の中心偏析を抑制するという技術である。

例えば、特許文献１には、鋳型と鋳片の液相線クレータエンドとの間の凝固シェルに、積極的にバルジング力を作用させて、鋳片内未凝固層の厚さを増大させ、次いで、前記液相線クレータエンドと前記鋳片の固相線クレータエンドとの間の鋳片を軽圧下し、かくして中心偏析の発生を低減する凝固末期軽圧下方法が開示されている。

凝固末期軽圧下方法では、圧下量が不足すると中心偏析や内質欠陥の生成防止が不十分となり、一方、圧下量が大き過ぎると内部割れが発生して却って鋳片の内質を悪化させる。特許文献１は、バルジング量及び圧下量を規定しておらず、鋳片に内部割れが発生したり、中心偏析が改善されなかったりする虞がある。

また、近年、鋼鋳片を鋳造する連続鋳造機は、複数本の鋳片支持ロールが配置されたフレームを相対させて構成されるロールセグメントを鋳造方向に複数個組み合わせたロールセグメント方式の連続鋳造機が主流であり、これに伴って、鋳片に軽圧下力を付与するための圧下ロール群（軽圧下帯）も、１基または２基以上のロールセグメントで構成されることが主流になっている。この場合、圧下ロール群の中に、鋳片を引き抜くためのピンチロールが含まれることがあり、ピンチロールは、ロールセグメントに固定されておらず、鋳片を個別に圧下可能な構造となっており、ピンチロールの圧下量が大きすぎる場合には、鋳片に内部割れを発生させたり、中心偏析を悪化させたりする。特許文献１は、ピンチロールが圧下ロール群に含まれる場合を考慮していない。

特許文献２には、バルジング開始時の鋳片の厚みの３％以上２５％以下、鋳片を強制的にバルジングさせ、その後、中心部固相率が０．２以上０．７以下の鋳片の位置を、１対の圧下ロールを用いてバルジング量の３０％以上７０％以下に相当する厚みを圧下する凝固末期大圧下方法が開示され、また、特許文献３には、鋳片の液相線クレータエンド相当位置から固相線クレータエンド相当位置までの間の所定範囲に配列されたガイドロール群の鋳片厚さ方向（短辺方向）の間隔を広げ、鋳片に合計で５ｍｍから２０ｍｍ未満のバルジングを強制的に起こさせ、次いで、鋳片の中心部固相率が０．１から０．８までの間で、少なくとも１対の圧下ロールによりバルジングさせた量の０．５倍から１．０倍までの圧下量で圧下を加えて中心偏析を軽減する凝固末期大圧下方法が開示されている。

特許文献２、３は、強制的なバルジング量が大きく、強制的にバルジングさせる際に鋳片内部に割れが発生する虞がある。また、圧下ロール１本あたりの圧下量が大きく、負荷荷重の高い圧下設備が必要であるのみならず、圧下時に鋳片に内部割れが発生する虞がある。

特開昭６０−６２５４号公報特開２０００−２８８７０５号公報特開平１１−１５６５１１号公報

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、複数の圧下ロールから構成され、この圧下ロールのなかに少なくとも１対のピンチロールが含まれる１基のロールセグメントからなる圧下セグメントを用いて鋳片を圧下する際に、圧下ロールに掛かる荷重を高めることなく、且つ、鋳片に内部割れを発生させることなく、目的とする圧下量を確実に鋳片に付与することができ、これにより中心偏析の軽微な鋼鋳片を鋳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本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］連続鋳造機の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって拡大させて、内部に未凝固層を有する矩形の鋳片の長辺面厚みを、厚みを拡大させる前の鋳片厚みの０．１〜３．０％の範囲内で拡大させ、その後、複数の圧下ロールから構成され、ピンチロールの押し付け圧力を該ピンチロールの設置された位置での静鉄圧の０．９倍以下とするピンチロールが前記複数の圧下ロールのなかに少なくとも１対配置された１基以上のロールセグメントからなる圧下セグメントを用いて、鋳片厚み中心部の固相率が少なくとも０．２以下の時点から０．９以下の範囲の前記鋳片の長辺面を圧下することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
［２］前記複数の圧下ロールによる鋳片の圧下量を厚み拡大量の５０％以上１５０％以下とすることを特徴とする、上記［１］に記載の鋼の連続鋳造方法。

本発明によれば、鋳片の厚みを、厚みを拡大させる前の鋳片厚みの０．１〜３．０％の範囲内で拡大させ、その後、ピンチロールの押し付け圧力を静鉄圧の０．９倍以下とするピンチロールが複数の圧下ロールのなかに少なくとも１対配置された１基以上の圧下セグメントを用いて、鋳片厚み中心部の固相率が少なくとも０．２以下の時点から０．９以下の範囲の鋳片を圧下するので、圧下ロールに掛かる荷重を高めることなく、且つ、鋳片に内部割れを発生させることなく、目的とする圧下量を確実に鋳片に付与することができ、これにより中心偏析の軽微な鋼鋳片を安定して鋳造することが実現される。

本発明を実施する際に用いたスラブ連続鋳造機の側面概略図である。スラブ連続鋳造機で鋳造されつつある鋳片を圧下するための圧下セグメントの１例を示す概略図であり、連続鋳造機の側方から見た概略図である。図２に示す圧下セグメントを鋳片鋳造方向と直交する方向から見た概略図である。本発明における鋳片支持ロールのロール開度のプロフィルの例を示す図である。

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、本発明を実施する際に用いたスラブ連続鋳造機の側面概略図である。

図１に示すように、スラブ連続鋳造機１には、溶鋼９を注入して凝固させ、鋳片１０の外殻形状を形成するための鋳型５が設置され、この鋳型５の上方所定位置には、取鍋（図示せず）から供給される溶鋼９を鋳型５に中継供給するためのタンディッシュ２が設置されている。タンディッシュ２の底部には、溶鋼９の流量を調整するためのスライディングノズル３が設置され、このスライディングノズル３の下面には、浸漬ノズル４が設置されている。一方、鋳型５の下方には、サポートロール、ガイドロール及びピンチロールからなる複数対の鋳片支持ロール６が配置されている。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール６の間隙には、水スプレーノズル或いはエアーミスト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構成され、二次冷却帯のスプレーノズルから噴霧される冷却水（「二次冷却水」ともいう）によって鋳片１０は引き抜かれながら冷却されるようになっている。また、鋳造方向最終の鋳片支持ロール６の下流側には、鋳造された鋳片１０を搬送するための複数の搬送ロール７が設置されており、この搬送ロール７の上方には、鋳造される鋳片１０から所定の長さの鋳片１０ａを切断するための鋳片切断機８が配置されている。

鋳片１０の凝固完了位置１３の鋳造方向上流側には、鋳片１０を挟んで対向する鋳片支持ロール間の間隔（この間隔を「ロール開度」と呼ぶ）を鋳造方向下流側に向かって順次狭くなるように設定された、つまり圧下勾配（鋳造方向下流に向かって順次狭くなるように設定されたロール開度の状態）が設定された、複数対の鋳片支持ロール群から構成される、ロールセグメントからなる圧下セグメント１４が設置されている。圧下セグメント１４の各鋳片支持ロール間にも鋳片１０を冷却するためのスプレーノズルが配置されている。通常、圧下勾配は、鋳造方向１ｍあたりのロール開度絞り込み量、つまり「ｍｍ／ｍ」で表示されており、従って、圧下セグメント１４における、鋳片１０の圧下速度（ｍｍ／ｍｉｎ）は、この圧下勾配（ｍｍ／ｍ）に鋳片引き抜き速度（ｍ／ｍｉｎ）を乗算することで得られる。尚、圧下セグメント１４に配置される鋳片支持ロール６を圧下ロールと称す。図１では、ロールセグメントからなる圧下セグメント１４が１基のみ設置されているが、本発明においてロールセグメントからなる圧下セグメント１４は１基のみに限るものではなく、複数のロールセグメントを圧下セグメント１４としても構わない。

図２、図３に圧下セグメント１４の拡大概略図を示す。図２及び図３は、スラブ連続鋳造機で鋳造されつつある鋳片を圧下するための、ロールセグメント構造の圧下セグメント１４の１例を示す概略図であり、図２は、連続鋳造機の側方から見た概略図、図３は、鋳片鋳造方向と直交する方向から見た概略図である。図２及び図３に示す圧下セグメント１４は、５対の鋳片支持ロール６が配置された例を示す図で、５対の鋳片支持ロール６のうちの１対がピンチロール６Ａで、他の４対がガイドロール６Ｂの例である。

図２及び図３に示すように、圧下セグメント１４は、ロールチョック２２を介して５対の鋳片支持ロール（５対の鋳片支持ロールのうちで、１対はピンチロール６Ａで、４対はガイドロール６Ｂ）を保持した１対のフレーム１７及びフレーム１７′からなり、フレーム１７及びフレーム１７′を貫通させて合計４本（上流側の両サイド及び下流側の両サイド）のタイロッド１８が配置され、このタイロッド１８に設置されているウオームジャッキ２０をモーター２１にて駆動させることにより、フレーム１７とフレーム１７′との間隔の調整、つまり、圧下セグメント１４における圧下勾配の調整が行われるようになっている。鋳造中は、ウオームジャッキ２０は未凝固層を有する鋳片１０の溶鋼静圧によってセルフロックされ、鋳片１０のバルジング力に対抗しており、鋳片１０が存在しない条件下で、つまり、圧下セグメント１４に設置されるピンチロール６Ａ及びガイドロール６Ｂに鋳片１０からの負荷が作用しない条件下で、圧下勾配の調整が行われるように構成されている。

また、タイロッド１８には、フレーム１７′とウオームジャッキ２０との間に皿バネ１９が設置されている。皿バネ１９は、１個の皿バネで構成されるものではなく、複数個の皿バネを重ねて構成されるものである（多数個の皿バネを重ねるほど剛性が高くなる）。この皿バネ１９は、皿バネ１９に或る所定の荷重以上の負荷荷重が作用しない場合には収縮せずに一定の厚みを呈しているが、或る所定の負荷荷重が作用した場合に収縮し始め、或る所定の負荷荷重を超えた以降は負荷荷重に比例して収縮するように構成されている。例えば、鋳片１０が圧下セグメント１４の範囲内で凝固完了した場合には、凝固完了した鋳片１０を圧下することによって圧下セグメント１４に過大な荷重が負荷されるが、このような過大な荷重が負荷される場合には、皿バネ１９が収縮することで、フレーム１７′が開放し、つまり、ロール開度が拡大し、圧下セグメント１４に過大な荷重が負荷されないように構成されている。尚、下面側のフレーム１７は、連続鋳造機の基礎に固定されていて鋳造中には移動しないように構成されている。

フレーム１７′に設置されるガイドロール６Ｂは、ロールチョック２２がフレーム１７′に固定されていて、フレーム１７′と同一の動きをするが、フレーム１７′に配置されるピンチロール６Ａは、ロールチョック２２が油圧シリンダー１６のシリンダーロッド２３で支持されており、油圧シリンダー１６の油圧に応じて、鋳片１０を押し付けるように構成されている。但し、ピンチロール６Ａの押し付け力が鋳片１０の静鉄圧よりも小さい場合には、他のガイドロール６Ｂの圧下勾配と同一の勾配になる位置に退避するように構成されている。また、ピンチロール６Ａは電動機（図示せず）に接続され、この電動機によって所定の回転速度で回転するように構成されている。これに対してガイドロール６Ｂは、駆動せず、移動する鋳片１０と接触することで回転する。

一方、フレーム１７に設置されるピンチロール６Ａは、フレーム１７に設置されるガイドロール６Ｂと同様に、フレーム１７に固定されており、鋳片厚み方向に移動しないように構成されている。但し、フレーム１７に設置されるピンチロール６Ａも電動機（図示せず）に接続されており、所定の回転速度で回転するように構成されている。

ピンチロール６Ａが圧下セグメント１４での圧下勾配と関係なく鋳片１０を押し付け可能に構成される理由は、ピンチロール６Ａによって鋳片１０やダミーバー（鋳造開始時に鋳片の代わりに連続鋳造機内に挿入される物体）を所定の速度で引く抜く必要があり、そのためには、ピンチロール６Ａは鋳片１０やダミーバーへの所定の押し付け力を有することが必要であるからである。鋳片１０やダミーバーに対して所定の押し付け力を確保できない場合には、鋳片１０やダミーバーは駆動されない。

尚、図２では、圧下セグメント１４に１対のピンチロール６Ａが配置されているが、１つの圧下セグメント１４に２対以上のピンチロール６Ａが配置されていても構わない。また、図１〜３は、圧下セグメント１４に設置される鋳片支持ロールの設置数が５対の例であるが、鋳片支持ロールの設置数は５対に限らず、２対以上であるならば幾つであっても構わない。また、図示はしないが、圧下セグメント１４以外の鋳片支持ロール６もロールセグメント構造となっている。

図１において、鋳型５の下端から鋳片１０の液相線クレータエンド位置との間に配置される鋳片支持ロール６は、鋳造方向下流側に向かって、ロール開度の拡大量が所定値となるまで、１ロール毎または数ロール毎に順次ロール開度が広くなる強制バルジング帯１５を構成している。強制バルジング帯１５の下流側の鋳片支持ロール６は、ロール開度が一定値または鋳片１０の温度降下に伴う収縮量に見合う程度に狭められ、その後、圧下セグメント１４につながっている。

図４に、本発明における鋳片支持ロール６のロール開度のプロフィルの例を示す。図４に示すように、強制バルジング帯１５で鋳片長辺面を溶鋼静圧によって強制的にバルジングさせて鋳片長辺面の中央部の厚みを増大させ（領域ｂ）、強制バルジング帯１５の下流側では、ロール開度が鋳片１０の温度降下に伴う収縮量に見合う程度に狭められ（領域ｃ）、その後、圧下セグメント１４で鋳片長辺面を圧下する（領域ｄ）というプロフィルである。図中のａ′は、鋳片１０の温度降下に伴う収縮量に見合う程度にロール開度を狭くする従来方法のロール開度の例である。尚、図中のａ及びｅは、ロール開度が鋳片１０の温度降下に伴う収縮量に見合う程度に狭められる領域である。

強制バルジング帯１５では、鋳片支持ロール６のロール開度を鋳造方向下流側に向かって順次広くすることにより、鋳片１０の短辺近傍を除く長辺面は、未凝固層１２による溶鋼静圧によって鋳片支持ロール６に倣って強制的にバルジングさせられる。鋳片長辺面の短辺近傍は、凝固の完了した鋳片短辺面に固持されることから、強制バルジングを開始した時点の厚みを維持しており、したがって、鋳片１０は、強制的なバルジングによって鋳片長辺面のバルジングした部分のみが鋳片支持ロール６に接触することになる。

この構成のスラブ連続鋳造機１においては、タンディッシュ２から浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入された溶鋼９は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１１を形成し、内部に未凝固層１２を有する鋳片１０として、鋳型５の下方に設けた鋳片支持ロール６に支持されつつ、鋳型５の下方に連続的に引き抜かれる。鋳片１０は、鋳片支持ロール６を通過する間、二次冷却帯の二次冷却水で冷却され、凝固シェル１１の厚みを増大し、且つ、強制バルジング帯１５では鋳片長辺面の短辺側端部を除いた部分の厚みを増大させ、更に、圧下セグメント１４では圧下されながら凝固完了位置１３で内部までの凝固を完了する。凝固完了後の鋳片１０は、鋳片切断機８によって切断されて鋳片１０ａとなる。

本発明において、強制バルジング帯１５を鋳型５の下端から鋳片１０の液相線クレータエンド位置との間に配置する理由は、以下のとおりである。即ち、鋳片１０の液相線クレータエンド位置よりも鋳造方向上流側は、鋳片厚み中心部は全て未凝固層１２（液相）であり、鋳片１０の凝固シェル１１は温度が高く、変形抵抗が小さく、容易にバルジングさせることができる。また、鋳片１０を強制的にバルジングさせる場合、鋳片１０の内部の未凝固層１２が少ない時点でバルジングさせると、中心偏析は却って悪化するが、鋳片１０の液相線クレータエンド位置よりも鋳造方向上流側でバルジングさせても、この時点では、溶質元素の富化されていない初期濃度の溶鋼が鋳片内部に潤沢に存在し、この溶鋼が容易に流動するので、この時点におけるバルジングは中心偏析の原因とはならない。

尚、鋳片１０の液相線とは、鋳片１０の化学成分によって決まる凝固開始温度であり、例えば、下記の（１）式から求めることができる。
TL=1536-(78×[%C]+7.6×[%Si]+4.9×[%Mn]+34.4×[%P]+38×[%S]+4.7×[%Cu]+3.1×[%Ni]+1.3×[%Cr]+3.6×[%Al])…（１）
但し、（１）式において、ＴＬは液相線温度（℃）、［％Ｃ］は溶鋼の炭素濃度（質量％）、［％Ｓｉ］は溶鋼の珪素濃度（質量％）、［％Ｍｎ］は溶鋼のマンガン濃度（質量％）、［％Ｐ］は溶鋼の燐濃度（質量％）、［％Ｓ］は溶鋼の硫黄濃度（質量％）、［％Ｃｕ］は溶鋼の銅濃度（質量％）、［％Ｎｉ］は溶鋼のニッケル濃度（質量％）、［％Ｃｒ］は溶鋼のクロム濃度（質量％）、［％Ａｌ］は溶鋼のアルミニウム濃度（質量％）である。

鋳片１０の液相線クレータエンド位置は、二次元伝熱凝固計算により求められる鋳片内部の温度勾配と、（１）式で定まる液相線温度とを照らし合わせることで求めることができる。また、鋳造中の鋳片１０の厚み中心部に溶融点が既知の金属製のピンを打ち込み、金属製ピンの溶融状態を調べることからも、液相線クレータエンド位置を求めることができる。

本発明においては、強制バルジング帯１５では、強制バルジングの総量を、厚みを拡大させる前の鋳片厚みの０．１〜３．０％の範囲内とすることが必要である。強制バルジングの総量が、厚みを拡大させる前の鋳片厚みの０．１％未満では、圧下セグメント１４において、負荷荷重を低く抑えた状態での圧下可能な量が少なく、鋳片１０に対して中心偏析の改善効果が不十分になる虞がある。一方、強制バルジングの総量が、厚みを拡大させる前の鋳片厚みの３．０％を超えると、バルジングによる歪によって鋳片１０に内部割れを誘発する虞がある。また、強制バルジング帯１５において、１ロールあたりのロール開度の拡大量は、鋳片長辺面のバルジングする部位とバルジングしない部位との境界位置における亀裂発生を防止するために、１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、本発明においては、圧下セグメント１４では、鋳片厚み中心部の固相率が少なくとも０．２以下の時点から０．９以下の範囲の鋳片１０を圧下する。鋳片厚み中心部の固相率が０．９を超える鋳片は圧下抵抗が大きく、鋳片厚み中心部の固相率が０．９を超える鋳片が圧下セグメント１４の範囲内に存在する場合には、皿バネ１９が収縮して所望する圧下量を鋳片に付与できなくなる虞がある。一方、圧下セグメント１４において鋳片厚み中心部の固相率が０．２を超えてから圧下を開始しても、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、中心偏析軽減効果を十分に得ることができない。

但し、圧下セグメント１４の出口位置での鋳片厚み中心部の固相率が０．６未満の場合には、圧下セグメント１４を通り抜けた以降での濃化溶鋼の流動によって中心偏析が悪化する虞があるので、圧下セグメント１４の出口位置での鋳片厚み中心部の固相率は０．６以上とすることが好ましい。

鋳片厚み中心部の固相率は、液相線クレータエンド位置を求める場合と同様に、二次元伝熱凝固計算によって求めることができる。ここで、固相率とは、凝固開始前を固相率＝０、凝固完了時を固相率＝１．０と定義されるものであり、鋳片厚み中心部の固相率が１．０となる位置が凝固完了位置１３（固相線クレータエンド位置）であり、液相線クレータエンド位置は、鋳片厚み中心部の固相率がゼロとなる最も下流側の位置に該当する。

本発明においては、圧下セグメント１４に設置されるピンチロール６Ａの押し付け圧力を、該ピンチロールの設置された位置での静鉄圧の０．９倍以下とする。ピンチロール６Ａの押し付け圧力を該ピンチロールの設置された位置での静鉄圧の０．９倍以下とすることで、ピンチロール６Ａは他のガイドロール６Ｂと同一の圧下勾配を形成し、ピンチロール６Ａによる過大な圧下を防止することができる。

但し、押し付け圧力は有しているので、ダミーバーの引き抜きや、溶鋼静圧のない凝固完了した鋳片の引き抜きには何ら問題は起こらない。押し付け圧力を小さくしすぎると、ダミーバーの引き抜きや、凝固完了した鋳片の引き抜きが困難になるので、該ピンチロールの設置された位置での静鉄圧の０．７倍以上の押し付け圧力を確保することが好ましい。また、未凝固層１２を有する鋳片１０の鋳造時は、溶鋼静圧によって鋳片１０とピンチロール６Ａとが密接するので、この場合も鋳片１０の引き抜きに何ら問題は起こらない。

また、本発明においては、圧下セグメント１４における圧下量を、強制バルジング帯１５における厚み拡大量の５０％以上１５０％以下とすることが好ましい。圧下セグメント１４における圧下量が厚み拡大量の５０％未満では、圧下量が少なく、鋳片１０の中心偏析軽減効果が十分とならない虞がある。一方、圧下セグメント１４における圧下量が厚み拡大量の１５０％を超えると、圧下時の圧下セグメント１４に掛かる負荷荷重が高くなり、皿バネ１９が収縮して所望する圧下量を鋳片に付与できなくなる虞がある。

また、連続鋳造操業の種々の鋳造条件において、予め二次元伝熱凝固計算などを用いて凝固シェル１１の厚み並びに鋳片厚み中心部の固相率を求め、圧下セグメント１４に入る時点での鋳片厚み中心部の固相率が０．２以下になり、且つ、圧下セグメント１４を出る時点での鋳片厚み中心部の固相率が０．９以下になるように、二次冷却水量、二次冷却の幅切り、鋳片引き抜き速度のうちの何れか１種または２種以上を調整する。ここで、「二次冷却の幅切り」とは、鋳片長辺面の両端部への冷却水の噴霧を中止することである。二次冷却の幅切りを実施することで、二次冷却は弱冷化され、一般的に、凝固完了位置１３は鋳造方向下流側に延長される。

以上説明したように、本発明によれば、鋳片１０の厚みを、厚みを拡大させる前の鋳片厚みの０．１〜３．０％の範囲内で拡大させ、その後、ピンチロール６Ａの押し付け圧力を静鉄圧の０．９倍以下とするピンチロールが複数の圧下ロールのなかに少なくとも１対配置された１基の圧下セグメント１４を用いて、鋳片厚み中心部の固相率が少なくとも０．２以下の時点から０．９以下の範囲の鋳片を圧下するので、圧下ロールに掛かる荷重を高めることなく、且つ、鋳片に内部割れを発生させることなく、目的とする圧下量を確実に鋳片に付与することができ、これにより中心偏析の軽微な鋼鋳片を安定して鋳造することが実現される。

尚、図１に示す連続鋳造機は垂直曲げ型連続鋳造機であるが、本発明は垂直曲げ型連続鋳造機に限定されるものではなく、湾曲型連続鋳造機であってもまた垂直型連続鋳造機であっても、上記と同様に本発明を適用することができる。

図１に示すスラブ連続鋳造機と類似した形式のスラブ連続鋳造機を用いて低炭素アルミキルド鋼を連続鋳造する試験を行った。鋳片のサイズは、厚みが２５０ｍｍ、幅が２１００ｍｍであり、二次冷却比水量を１．６Ｌ／鋼−ｋｇとし、鋳片引き抜き速度を１．４ｍ／ｍｉｎとした。圧下セグメントは、１つのセグメントあたり合計８対の鋳片支持ロールを備えたロールセグメントが鋳造方向に３機配置されて構成されている。鋳造方向最上流側に配置された圧下セグメントの８対の鋳片支持ロールのうちの最上流の１対の鋳片支持ロールがピンチロールであり、他の残り７対の鋳片支持ロールがガイドロールである。また、他の２つの圧下セグメントは、１セグメントあたり８対の全ての鋳片支持ロールがガイドロールである。

鋳片支持ロールの外径は２５０ｍｍであり、ロールピッチ（鋳造方向のロール軸心間距離）は３００ｍｍである。つまり、圧下セグメントの鋳造方向長さは、２．１（＝０．３×７）ｍである。また、最上流の圧下セグメント入り口における鋳片厚み中心部の固相率は、全ての試験で０．２〜０．３であった。

表１に、本発明の範囲内の条件を行った試験１〜４と、本発明の範囲外の条件で行った試験５〜７とでの鋳造条件及び鋳造されたスラブ鋳片における中心偏析度、ポロシティー、内部割れの調査結果を示す。ピンチロールの押し付け圧力は、試験１〜５、７では、該ピンチロールの設置された位置での静鉄圧の０．８５倍とし、試験６では、該ピンチロールの設置された位置での静鉄圧の１．３倍とした。

鋳片の中心偏析度の測定方法は、スラブ鋳片の断面中央部における厚さ方向での炭素濃度を分析し、その最大値をＣ_maxとし、平均炭素濃度（つまり溶鋼での炭素濃度）をＣ₀として、Ｃ_max／Ｃ₀を中心偏析度と定義した。つまり、この定義では、中心偏析度が１．０に近づくほど中心偏析は低減することになる。ここでは、中心偏析度が１．１以上となった場合に中心偏析が悪化したものとして不良判定を行った。

試験１及び試験２では、強制バルジング量を鋳片厚みの１．４％に相当する３．５ｍｍとし、試験１、２でそれぞれ総圧下量を３．５ｍｍ、５．０ｍｍとした。試験３及び試験４では、強制バルジング量をスラブ厚みの２．９％に相当する７．２５ｍｍとし、試験３、４でそれぞれ総圧下量を７．２５ｍｍ、１０．０ｍｍとした。また、ピンチロールでの圧下量は、総圧下量の４．１７％（＝１／２４）であり、最下流側の圧下セグメント出口での鋳片厚み中心部の固相率は、０．６５〜０．８２であった。

表１に示すように、本発明の範囲内である試験１〜４では中心偏析度は低位であり、また、ポロシティー及び内部割れは確認されなかった。

比較例として行った試験５では、強制バルジング量を本発明の範囲外である、鋳片厚みの８．０％に相当する２０ｍｍとし、総圧下量を１０ｍｍとした。その結果、鋳片の厚み中央部にポロシティーが発生した。

試験６では、強制バルジング量を本発明の範囲内である、スラブ厚みの２．９％に相当する７．２５ｍｍとしたが、ピンチロールの押し付け圧力を該ピンチロールの設置された位置での静鉄圧の１．３倍とした結果、ピンチロールにおける圧下量が過大となり、鋳片の厚み中央部に内部割れが発生した。また、試験７では、強制バルジング量、圧下量は本発明の範囲内であったが、圧下セグメント出口での鋳片厚み中央部の固相率が０．９を超えたため、中心偏析度が高く、更にポロシティーが発生した。

１スラブ連続鋳造機
２タンディッシュ
３スライディングノズル
４浸漬ノズル
５鋳型
６鋳片支持ロール
６Ａピンチロール
６Ｂガイドロール
７搬送ロール
８鋳片切断機
９溶鋼
１０鋳片
１１凝固シェル
１２未凝固層
１３凝固完了位置
１４圧下セグメント
１５強制バルジング帯
１６油圧シリンダー
１７フレーム
１８タイロッド
１９皿バネ
２０ウオームジャッキ
２１モーター
２２ロールチョック
２３シリンダーロッド

Claims

連続鋳造機の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって拡大させて、内部に未凝固層を有する矩形の鋳片の長辺面厚みを、厚みを拡大させる前の鋳片厚みの０．１〜３．０％の範囲内で拡大させ、その後、複数の圧下ロールから構成され、ピンチロールの押し付け圧力を該ピンチロールの設置された位置での静鉄圧の０．９倍以下とするピンチロールが前記複数の圧下ロールのなかに少なくとも１対配置された１基以上のロールセグメントからなる圧下セグメントを用いて、鋳片厚み中心部の固相率が少なくとも０．２以下の時点から０．９以下の範囲の前記鋳片の長辺面を圧下することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
前記複数の圧下ロールによる鋳片の圧下量を厚み拡大量の５０％以上１５０％以下と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。