JP2017013089A - 連続鋳造方法および鋳型の冷却水制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水の温度が変動した場合においても、良好な表面品質の鋳片を得ることができる連続鋳造方法および鋳型の冷却水制御装置を提供すること。【解決手段】連続鋳造設備において鋼の連続鋳造を行う際に、連続鋳造設備の鋳型１の通水路１３に供給される冷却水の温度を、鋳型１へ供給される前に測定し、測定された温度に基づいて、鋳型１に供給される冷却水の線流速を制御する。【選択図】図１

Description

本開示は、鋼の連続鋳造方法および鋳型の冷却水制御装置に関する。

鋼の連続鋳造方法では、鋳造される鋳片の表面割れを防止する観点から様々な取り組みが行われている。例えば、特許文献１には、凝固温度αが１０００〜１３００℃のモールドパウダを用いて、炭素（Ｃ）含有率が０．０５〜０．１８質量％の溶鋼を鋳造する際に、鋳型内に設けられた冷却水流路を通過する冷却水の線流速β、鋳型の冷却板の厚さδ、熱伝導率γおよびモールドパウダの凝固温度αから算出されるＱ値を４．６以上１４以下とする鋼の連続鋳造法が開示されている。特許文献１の連続鋳造法によれば、縦割れが発生しやすい亜包晶鋼を含む低炭素鋼から中炭素鋼までの鋼を、３〜５ｍ／分の高い鋳造速度で鋳造する場合に、表面品質の良好な鋳片を得ることができる。

特許第３４０２２８６号公報

しかし、特許文献１に記載の方法の場合、鋳型内に設けられた冷却水流路に供給される冷却水の温度が考慮されていない。このため、冷却水の温度が変動した場合に、鋳型における冷却速度に変動が生じることとなり、冷却速度を精度よく制御することができずに縦割れ等の表面欠陥が生じる可能性があった。特に、鋳片の表面に縦割れが発生しやすい亜包晶鋼では、冷却速度が上昇した場合に、縦割れが発生しやすくなるため、良好な表面品質の鋳片を得ることができなかった。
そこで、本発明は、上記の課題に着目してなされたものであり、冷却水の温度が変動した場合においても、良好な表面品質の鋳片を得ることができる連続鋳造方法および鋳型の冷却水制御装置を提供することを目的としている。

本発明の一態様によれば、連続鋳造設備において鋼の連続鋳造を行う際に、上記連続鋳造設備の鋳型の通水路に供給される冷却水の温度を、上記鋳型へ供給される前に測定し、測定された上記温度に基づいて、上記鋳型に供給される上記冷却水の線流速を制御することを特徴とする連続鋳造方法が提供される。
本発明の一態様によれば、鋼の連続鋳造を行う連続鋳造設備の鋳型の通水路に供給される冷却水の温度を、上記鋳型へ供給される前に測定する測定部と、上記鋳型に供給される上記冷却水の線流速を調整する調整部と、上記測定部にて測定された上記温度に基づいて、上記調整部を制御することで上記鋳型に供給される上記冷却水の線流速を制御する制御部とを備えることを特徴とする鋳型の冷却水制御装置が提供される。

本発明の一態様によれば、冷却水の温度が変動した場合においても、良好な表面品質の鋳片を得ることができる。

本発明の一実施形態の連続鋳造設備における鋳型周辺の設備の構成を示す模式図である。 鋳型を示す一部断面図である。 通水路の変形例を示す、鋳型の一部断面図である。 冷却水の温度と線流速との関係を示すグラフである。

以下の詳細な説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するように多くの特定の細部について記載される。しかしながら、かかる特定の細部がなくても１つ以上の実施態様が実施できることは明らかであろう。他にも、図面を簡潔にするために、周知の構造及び装置が略図で示されている。
＜連続鋳造設備の構成＞
はじめに、図１を参照して本発明の一実施形態の連続鋳造設備の構成について説明する。連続鋳造設備は、鋳型１や、不図示の取鍋、タンディッシュ、各種ロール、二次冷却装置等を備える鋼の連続鋳造機であり、スラブ等の鋳片を鋳造する。また、連続鋳造設備は、鋳型１の周辺に設けられた、冷却水供給経路２と、冷却水排出経路３と、冷却水制御装置４とを備える。

鋳型１は、鋳造される鋳片形状に応じて略角筒状となるように設けられた４枚の冷却板１１と、４枚の冷却板１１の外側に設けられた４枚のバックプレート１２とを有する。冷却板１１は、銅合金等からなり、内部に略鋳造方向（図１の紙面に対する上下方向）に延在する複数の通水路１３が設けられる。複数の通水路１３は、図２に示すように冷却板１１内を鋳造方向（図２の紙面に対する前後方向）に沿って穿孔した管路（カナル）であり、各冷却板１１において、鋳造方向に垂直な鋳片の幅方向に並んで複数設けられる。通水路１３の鋳造方向に垂直な面に対する断面積は、通水路１３毎に鋳造方向に略同一な断面積を有する。４枚のバックプレート１２は、ボルト等の締結手段によって４枚の冷却板１１にそれぞれ固定され、４枚の冷却板１１の熱変形を抑える。また、４枚のバックプレート１２には、通水路１３の入側端部と冷却水供給経路２とを接続する孔、および通水路１３の出側端部と冷却水排出経路３とを接続する孔が設けられる。

冷却水供給経路２は、鋳型１に冷却水を供給する配管であり、一端が鋳型１の通水路１３の入側端部にバックプレート１２の孔を介して接続され、他端が不図示の冷却水供給装置に接続される。
冷却水排出経路３は、鋳型１の通水路１３を流れる冷却水を排出する配管であり、一端が鋳型１の通水路１３の出側端部にバックプレート１２の孔を介して接続され、他端が不図示の冷却水回収装置に接続される。

冷却水制御装置４は、鋳型１に供給される冷却水の線流速を制御する装置であり、測定部４１と、調整部４２と、制御部４３とを有する。測定部４１は、接触式の温度計であり、冷却水供給経路２に設けられる。測定部４１は、冷却水供給経路２を流れる冷却水の温度を測定し、測定結果を制御部４３に送信する。調整部４２は、バルブ等の流量調整機器であり、冷却水供給経路２に設けられる。調整部４２は、制御部４３の指示に基づいて、冷却水供給経路２から冷却板１１へと供給される冷却水の流量を調整する。制御部４３は、測定部４１から取得した冷却水の温度の測定結果に基づいて、調整部４２を制御することで冷却板１１に供給される冷却水の流量を制御する。冷却水の流量の制御方法については、後述する。

上記構成の連続鋳造設備では、冷却水供給経路２から供給される冷却水が、冷却水の温度に応じた所定の流量に調整されて冷却板１１へと供給される。冷却板１１へ供給された冷却水は、複数の通水路１３へ供給され、各通水路１３を流れることで冷却板１１を冷却する。そして、各通水路１３から排出される冷却水は、集約された後に冷却水排出経路３へと排出される。鋳型１では、冷却板１１が冷却されることで、鋳型１内に注入される溶鋼Ｍが冷却され、鋳型１と溶鋼との間に凝固殻Ｓが形成される。なお、冷却板１１を冷却するための、冷却水供給経路２、冷却水排出経路３、測定部４１および調整部４２の構成は、４枚の冷却板１１毎に設けられる。そして、制御部４３は、４枚の冷却板１１毎に冷却水の流量を調整する。

＜連続鋳造方法＞
次に、本実施形態に係る鋼の連続鋳造方法について説明する。本実施形態では、まず、予め精錬処理された溶鋼Ｍを収容する取鍋からタンディッシュへと溶鋼Ｍが注がれ、そしてタンディッシュから鋳型１内へと溶鋼Ｍが注入される。鋳型１内に注入された溶鋼Ｍは、冷却板１１によって冷却されることで凝固殻Ｓを形成する。さらに、形成された凝固殻Ｓは、ピンチロールによって鋳造速度に応じた引き抜き速度で下方へ引き抜かれる。凝固殻Ｓは、引き抜かれる際に、二次冷却装置によってさらに冷却されることで厚みが増大していく。その後、最終的に溶鋼Ｍが全て凝固することで、鋳片が製造される。

溶鋼Ｍを鋳型１内で冷却する際、冷却速度によっては縦割れ等によって鋳片の表面品質が低下する場合がある。特に、鋳片表面に縦割れが生じやすい亜包晶鋼の場合、鋳型１内での冷却速度が高いと縦割れが発生しやすくなる。このような場合、冷却速度を低減させることで縦割れの発生を防止することができる。しかし、冷却速度を低減しすぎると、凝固殻Ｓの厚みが薄くなるため、凝固殻Ｓが溶鋼Ｍの静圧に耐えきれずに破れてしまい、ブレークアウトが発生する場合がある。このため、鋳片の表面品質を向上させるためには、鋳造速度や溶鋼Ｍの成分等に応じた適切な範囲の冷却速度で、鋳型１内で冷却を行う必要がある。

鋳型１内での冷却速度は、冷却板１１の通水路１３へ供給される冷却水の温度、および冷却水の線流速［ｍ／ｓ］が大きく影響する。線流速とは、冷却板１１に供給される冷却水の流量［Ｎｍ^３／ｓ］を、冷却板１１に設けられた複数の通水路１３の総断面積［ｍ^２］で除した値である。複数の通水路１３の総断面積は、通水路１３が延在する方向に垂直な面における各通水路１３の断面積の総和である。このため、冷却水の温度に応じて、冷却水の線流速を調整することで、冷却速度を上述した所定の範囲内で制御することができる。例えば、亜包晶鋼を連続鋳造する場合、冷却水の線流速Ｖ［ｍ／ｓ］を、下記（１）式を満たす範囲に制御することで、縦割れおよびブレークアウトの発生を防止することができる。なお、（１）式において、Ｔは冷却水の温度［℃］を示す。
０．０７×Ｔ＋４．５≦Ｖ≦０．０７×Ｔ＋７．１ ・・・（１）

なお、冷却水の線流速を調整する方法としては、冷却水の流量を制御することが簡便である。この場合、冷却水供給経路２における冷却水の流量と、冷却板１１内における線流速との関係を予め確認しておくことで、冷却水の線流速を簡便に制御することができる。なお、一般的な冷却板１１の場合、冷却水の水量と線流速との関係は略線形関係となる。また、冷却水の流量の制御は、４枚の冷却板１１毎に行われる。

＜変形例＞
以上で、特定の実施形態を参照して本発明を説明したが、これら説明によって発明を限定することを意図するものではない。本発明の説明を参照することにより、当業者には、開示された実施形態の種々の変形例とともに本発明の別の実施形態も明らかである。従って、特許請求の範囲は、本発明の範囲及び要旨に含まれるこれらの変形例または実施形態も網羅すると解すべきである
例えば、上記実施形態において、鋳造される鋼は亜包晶鋼に限定されない。他の鋼種の鋼についても、同様な鋳造方法を用いることで、鋳型１内の冷却速度を制御することができる。この際、冷却水の線流速の上下限値は、（１）式に限定されず、成分組成や製造条件等に応じて適宜最適な値が設定される。なお、この場合においても、（１）式と同様に冷却水の温度と線流速との関係から、縦割れが発生する条件およびブレークアウトが発生する条件が考慮されることで上下限値となる数式が決定される。

また、上記実施形態では、冷却水供給経路２、冷却水排出経路３、測定部４１および調整部４２の構成が４枚の冷却板１１毎に設けられるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、冷却水供給経路２、冷却水排出経路３、測定部４１および調整部４２の構成が複数の冷却板１１にまとめて設けられてもよい。
さらに、上記実施形態では、冷却水供給経路２における冷却水の流量を制御することで冷却水の線流速を制御するとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、冷却水供給経路２における冷却水の線流速を制御する等の他の条件を制御することで間接的に冷却水の線流速を制御してもよい。
さらに、上記実施形態では、複数の通水路１３は冷却板１１内に穿孔して設けられたカナルであるとしたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、複数の通水路１３は、図３に示すように、冷却板１１のバックプレート１２側から鋳造方向に沿って設けた切れ込み（スリット）とバックプレート１２の接合面とで囲まれて構成される管路であってもよい。

＜実施形態の効果＞
（１）本発明の一態様に係る連続鋳造方法は、連続鋳造設備において鋼の連続鋳造を行う際に、連続鋳造設備の鋳型１の通水路１３に供給される冷却水の温度を、鋳型１へ供給される前に測定し、測定された温度に基づいて、鋳型１に供給される冷却水の線流速を制御する。
ここで、上述のように鋳型１内の冷却速度には、冷却水の温度が大きく影響する。これに対して、特許文献１に記載の方法では、冷却水の温度が考慮されていないため、冷却水の温度が変動した場合に冷却速度を所定の範囲で制御することができなくなり、縦割れが発生する可能性があった。一方、上記構成によれば、冷却水の温度に応じて冷却水の線流速を制御することで、冷却水の温度が変動した場合においても鋳型１内での冷却速度を精度よく制御することができる。このため、鋳型１内での冷却速度が高すぎることが原因となる鋳片表面での縦割れの発生を防止することができる。また、鋳型１内での冷却速度が低すぎることが原因となるブレークアウトの発生も防止することができる。さらにこれらの効果によって、良好な表面品質の鋳片を、安定して製造することができる。

（２）上記（１）に記載の連続鋳造方法において、線流速を制御する際に、（１）式を満足する条件で線流速を制御する。
上記構成によれば、線流速を（１）で示される範囲に制御することで、鋳片表面に縦割れが生じやすい亜包晶鋼を連続鋳造する場合において、縦割れおよびブレークアウトの発生を防止することができる。
（３）上記（１）または（２）に記載の連続鋳造方法において、線流速を制御する際に、鋳型１へ供給される冷却水の流量を制御することで、線流速を制御する。
上記構成によれば、線流速を簡便に調整することができる。

（４）本発明の一態様に係る鋳型１の冷却水制御装置４は、鋼の連続鋳造を行う連続鋳造設備の鋳型１の通水路１３に供給される冷却水の温度を、鋳型１へ供給される前に測定する測定部４１と、鋳型１に供給される冷却水の線流速を調整する調整部４２と、測定部４１にて測定された温度に基づいて、調整部４２を制御することで鋳型１に供給される冷却水の線流速を制御する制御部４３とを備える。
上記構成によれば、上記（１）の構成と同様な効果を得ることができる。

次に、本発明者らがおこなった実施例について説明する。実施例では、上記実施形態に係る連続鋳造方法によって亜包晶鋼のスラブを鋳造し、縦割れの有無を調査することでスラブの表面品質を確認した。スラブは、造船材に用いられる厚板の素材となる中炭ＮｂＴｉ添加鋼であり、主に下記成分組成からなる。また、スラブの寸法は、厚みが２２０ｍｍ、幅が１９５０ｍｍとした。また、冷却板１１の通水路１３の形状はスリットとし、スリットの切れ込み幅は５ｍｍ、スリットの間隔は１６．７５ｍｍ、スリットの切れ込み深さは１５ｍｍ、冷却板１１の厚みは４０ｍｍ、冷却板１１の材質はＣｕ−Ｚｒ合金（熱伝導率３８０Ｗ／（ｍ・Ｋ））とした。

（スラブの成分組成）
Ｃ＝０．１４〜０．１５ｍａｓｓ％
Ｓｉ＝０．１５〜０．２５ｍａｓｓ％
Ｍｎ＝１．９〜２．０ｍａｓｓ％
さらに、比較例として、冷却水の線流速の範囲が（１）を超える条件でも連続鋳造を行い、表面品質やブレークアウトの発生有無について調査した。比較例における冷却水の線流速以外の製造条件については、実施例と同様とした。なお、実施例では、冷却水の温度および線流速が異なる７条件について調査を行い、比較例では、冷却水の温度および線流速が異なる５条件について調査を行った。

表１に、実施例および比較例における、冷却水の温度、水量および線流速、縦割れ発生の有無並びにブレークアウト発生の有無についての結果を示す。なお、表１に示す冷却水の条件は、長辺側の１面の冷却板１１における条件である。一方、他の３面の冷却板１１の冷却水の条件は、実施例および比較例ともに冷却水の線流速が（１）式を満たす条件とした。また、図４に、実施例、比較例および（１）式の上下限値における、冷却水の温度と線流速との関係を示すグラフを示す。表１に示すように、冷却水の線流速が（１）式の上限値を超える比較例１〜３の場合、冷却速度が高すぎるために鋳片に縦割れが発生することを確認した。また、冷却水の線流速が（１）式の下限値を下回る比較例４，５の場合、縦割れは発生しなかったものの、ブレークアウトが発生することを確認した。一方、冷却水の線流速が（１）式の条件を満たす実施例１〜７の場合、線流速が（１）式の上限値に近い実施例１〜５および（1）式の下限値に違い実施例６，７のいずれの条件においても縦割れおよびブレークアウトが発生しないことを確認した。また、図４に示すように、冷却水の線流速の上下限値を、（１）式に示す冷却水の温度と線流速との線形式で決定することで、冷却水の温度が変動する場合においても、縦割れおよびブレークアウトの発生を簡便に防止できることを確認できた。

１ 鋳型
１１ 冷却板
１２ バックプレート
１３ 通水路
２ 冷却水供給経路
３ 冷却水排出経路
４ 冷却水制御装置
４１ 測定部
４２ 調整部
４３ 制御部
Ｍ 溶鋼
Ｓ 凝固殻

Claims (4)

1. 連続鋳造設備において鋼の連続鋳造を行う際に、
   前記連続鋳造設備の鋳型の通水路に供給される冷却水の温度を、前記鋳型へ供給される前に測定し、
   測定された前記温度に基づいて、前記鋳型に供給される前記冷却水の線流速を制御することを特徴とする連続鋳造方法。
2. 前記線流速を制御する際に、（１）式を満足する条件で前記線流速を制御することを特徴とする請求項１に記載の連続鋳造方法。
   ０．０７×Ｔ＋４．５≦Ｖ≦０．０７×Ｔ＋７．１ ・・・（１）
   Ｔ：冷却水の温度［℃］
   Ｖ：冷却水の線流速［ｍ／ｓ］
3. 前記線流速を制御する際に、前記鋳型へ供給される前記冷却水の流量を制御することで、前記線流速を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の連続鋳造方法。
4. 鋼の連続鋳造を行う連続鋳造設備の鋳型の通水路に供給される冷却水の温度を、前記鋳型へ供給される前に測定する測定部と、
   前記鋳型に供給される前記冷却水の線流速を調整する調整部と、
   前記測定部にて測定された前記温度に基づいて、前記調整部を制御することで前記鋳型に供給される前記冷却水の線流速を制御する制御部と
   を備えることを特徴とする鋳型の冷却水制御装置。

Images