JP2018079499A - 三重点割れを抑制できる連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】矯正部において鋳片が台形変形することにより、三重点割れが生じ、内部品質が悪化する。【解決手段】垂直曲げ型又は曲げ型の連続鋳造機を用いてスラブ連続鋳造を行う際に、鋳型の上端内寸短片長さＤを２４０〜３２０［ｍｍ］とし、鋳型の上端内寸長片長さＷを１５００〜２２００［ｍｍ］とし、溶鋼中の炭素濃度を０．０７〜０．２０［ｍａｓｓ％］とし、鋳造速度Ｖを０．７〜１．３［ｍ/ｍｉｎ］とした。矯正部に入るまでの鋳片表面温度を８５０℃以下とし、矯正部のＩＮ面の鋳片両端部からＬまでの範囲の幅切り部の二次冷却水量Ｗaを、２．５≦Ｗa[ｍ3／ｍ2・ｈｒ]≦５．０（ただし、０．１０≦Ｌ／Ｗ≦０．２５）とし、矯正部帯のＩＮ面の幅切り部間の二次冷却水量Ｗbを、０≦Ｗb[ｍ3／ｍ2・ｈｒ]≦０．５とし、矯正部のＯＵＴ面の二次冷却水量Ｗcを、２．５≦Ｗc[ｍ3／ｍ2・ｈｒ]≦５．０とした。【選択図】図４

Description

本発明は、連続鋳造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、曲げ部直後から凝固完了位置の鋳造区間において、鋳片の上面側の長辺の両端部に２次冷却水を噴霧しない幅切りを行うと共に、曲げ部直後から凝固完了位置に至る鋳造区間における鋳片の下面側の長辺の両端部を含む全幅に２次冷却水を噴霧することが記載されている。したがって、特許文献１では、矯正部ＩＮ側コーナー部の過剰冷却を防止し、短辺凝固シェル歪みの集中を防止することにより、水平割れが防止される。

また、特許文献２では、矯正点近傍での鋳片内側の表面温度を、鋳片外側の表面温度より低い温度とすることが記載されている。したがって、特許文献２では、矯正時の引っ張り歪みを低減することにより、表面割れが防止される。

特開２０１４−６１５２７号 特開昭５５−５１１５号公報

本発明の発明者は、垂直曲げ型連続鋳造機を用いた鋳造では、矯正部において鋳片が台形変形することにより、三重点割れが生じ、内部品質が悪化することを見出した。三重点割れとは、図２に示すように、鋳片のＩＮ側に生じる割れの一種である。発明者の研究では、三重点割れ発生のメカニズムは、連続鋳造機の矯正部において、ＩＮ側凝固殻が鋳造方向に引っ張られ、ＯＵＴ側凝固殻が圧縮され、ＩＮ側ＯＵＴ側の各凝固殻は体積を一定に保とうとする結果、ＩＮ側の幅がＯＵＴ側の幅より小さくなる台形変形が生じる。このとき、ＯＵＴ側コーナー近傍では、凝固殻が幅方向に圧縮される反面、ＩＮ側コーナー部近傍では、凝固殻が幅方向に引っ張られ、三重点割れを生じると考えられる。

特許文献１では、矯正部において鋳片のＩＮ側幅切り部が二次冷却されないことにより、水平割れは防止されるが、鋳片のＩＮ側コーナー部の冷却が十分でなく、台形変形し、三重点割れが発生すると考えられる。特許文献２では、矯正部において鋳片内側の表面温度を鋳片外側の表面温度より低い温度とすることにより、表面割れは防止されるが、台形変形を抑制できず、三重点割れが発生すると考えられる。

そこで、本発明の目的は、連続鋳造スラブの三重点割れを抑制し、内部品質が良好な連鋳スラブを提供する。

本発明の連続鋳造方法は、
垂直曲げ型又は曲げ型の連続鋳造機を用いてスラブ連続鋳造を行う際に、鋳型の上端内寸短片長さＤを２４０〜３２０［ｍｍ］とし、鋳型の上端内寸長片長さＷを１５００〜２２００［ｍｍ］とし、溶鋼中の炭素濃度を０．０７〜０．２０［ｍａｓｓ％］とし、鋳造速度Ｖを０．７〜１．３［ｍ/ｍｉｎ］とした連続鋳造方法において、
矯正部に入るまでの鋳片表面温度を８５０℃以下とし、
矯正部のＩＮ面の鋳片両端部からＬまでの幅切り部の二次冷却水量Ｗ_aを、２．５≦Ｗ_a[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０（ただし、０．１０≦Ｌ／Ｗ≦０．２５）とし、
矯正部のＩＮ面の幅切り部間の二次冷却水量Ｗ_bを、０≦Ｗ_b[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦０．５とし、
矯正部のＯＵＴ面の二次冷却水量Ｗ_cを、２．５≦Ｗ_c[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０とすることを特徴とする。

本発明によると、連続鋳造機の矯正部において鋳片が台形変形するのを抑制することにより、連続鋳造スラブの三重点割れを抑制し、内部品質が良好な連鋳スラブを提供できる。

連続鋳造機の構成を示す模式図である。 鋳片の断面であって、内部割れ、水平割れ、三重点割れを説明する図である。 鋳片の幅切り部を説明する図である。 本発明の鋳片の矯正部の二次冷却水量を説明する図である。 矯正部に入るまでの鋳片表面温度の測定方法を説明する図である。 鋳片の上反りを説明する模式図である。

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。

〔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、矯正部（矯正帯）１４及び水平部１５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。本発明において、ＩＮ面とは、連続鋳造機の経路に対して経路の短い側の鋳片面であり、ＯＵＴ面とは、連続鋳造機の経路に対して経路の長い側の鋳片面である。

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。

本発明の連続鋳造方法は、主として厚板用鋼の鋳造方法である。厚板用鋼の炭素濃度は、０．０７〜０．２０％であって、割れが発生しやすい鋼種である。鋳造速度、鋳型サイズについては、一般的なスラブ連鋳における鋳造条件である。

矯正部１４は、連続鋳造機１００内において、ある曲率を持つスラブを矯正するロールが配置されている範囲を示す。矯正部１４においては、曲率Ｒが大きくなるようにロールが配置されているが、曲率Ｒが円弧部Ｒより大きくなるロールを矯正部開始ポイントとする。

＜矯正部に入るまでの鋳片表面温度＞
矯正部１４に入るまでの鋳片表面温度が８５０℃を超える場合、内部割れが発生する。内部割れは、バルジング起因の内部割れであって、鋳片内部の溶鋼静圧により、二次冷却帯ロールで支えられていない凝固シェルが変形することにより、鋳片の内部に割れが生じる。内部割れ防止のためには、凝固シェル厚を確保するために、鋳片の表面温度を下げることが有効である。したがって、本発明では、矯正部１４に入るまでの鋳片表面温度が８５０℃以下とし、内部割れを防止している。

＜矯正部のＩＮ面の幅切り部の二次冷却水量＞
図３に示すように、矯正部のＩＮ面（鋳片広面）において、鋳片両端部からＬまでの範囲を、幅切り部とする。幅切り部の二次冷却水量Ｗ_aが、２．５[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]未満の場合、コーナー部の冷却が十分でなく、台形変形し、三重点割れが発生する。また、幅切り部の二次冷却水量Ｗ_aが、５．０[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]を超える場合、コーナー部が過冷され、コーナー強度が過剰となり、コーナーより内側に歪みが集中し、水平割れが発生する。したがって、本発明では、幅切り部の二次冷却水量Ｗ_aを、２．５≦Ｗ_a[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０とした。

＜矯正部のＩＮ面の幅切り部についての幅切り条件Ｌ／Ｗ＞
幅切り部Ｌの鋳片幅Ｗに対する比である幅切り条件Ｌ／Ｗが、０．１０未満である場合、コーナー部の冷却が十分でなく、台形変形が抑制できずに三重点割れが発生する。また、幅切り部Ｌの鋳片幅Ｗに対する比である幅切り条件Ｌ／Ｗが、０．２５を超える場合、ＩＮ面の強冷却の範囲が広いため、ＩＮ側の緩冷却による鋳片の復熱膨張効果が無く、三重点割れが発生する。したがって、本発明では、幅切り条件Ｌ／Ｗを、０．１０≦Ｌ／Ｗ≦０．２５とした。

＜矯正部のＩＮ面の面央部の二次冷却水量＞
矯正部のＩＮ面において、幅切り部間の面央部の二次冷却水量Ｗ_bが、０．５[ｍ³／ｍ²・ｈｒ] を超える場合、緩冷却が不十分で、台形変形を抑制できず、三重点割れが発生する。したがって、本発明では、幅切り部間の二次冷却水量Ｗ_bを、０≦Ｗ_b[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦０．５とした。

＜矯正部のＯＵＴ面の二次冷却水量＞
矯正部のＯＵＴ面の二次冷却水量Ｗ_cが、２．５[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]未満の場合、強冷却が不十分で、台形変形を抑制できず、三重点割れが発生する。また、矯正部のＯＵＴ面の二次冷却水量Ｗ_cが、５．０[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]を超える場合、過冷却によって鋳片が復熱し、連鋳機水平部にて鋳片の反りが発生する。したがって、本発明では、矯正部のＯＵＴ面の二次冷却水量Ｗ_cを、２．５≦Ｗ_c[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０とした。

図４は、本発明の連続鋳造方法の矯正部１４の二次冷却水量を示している。

本発明では、図４に示すように、矯正部のＩＮ面の幅切り部の二次冷却水量Ｗ_aを、２．５≦Ｗ_a[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０とし、矯正部のＩＮ面の面央部の二次冷却水量を、０≦Ｗ_b[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦０．５とし、矯正部のＯＵＴ面の二次冷却水量Ｗ_cを、２．５≦Ｗ_c[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０とする。

次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。

連続鋳造機１００内において、矯正部１４の冷却条件を変えたときの内部割れ、三重点割れ、水平割れ及び鋳片反りの発生の有無等を調べた。

表１には、実験条件（溶鋼中の炭素濃度、鋳造速度Ｖ、鋳型幅（鋳型の上端内寸長片長さ）Ｗ、鋳型厚み（鋳型の上端内寸短片長さ）Ｄ、矯正部直前の鋳片表面温度、矯正部における二次冷却水量、幅切り条件）及び品質結果（内部割れの有無、三重点割れの有無、水平割れの有無及び鋳片反りの発生の有無）を示している。

本例では、垂直曲げ型連続鋳造機として、垂直部長さが２．９ [ｍ]であり、円弧部の曲率半径Ｒが１０．７[ｍ]であり、メニスカスから矯正開始点までの距離が１９．４[ｍ]であり、メニスカスから矯正終了点までの距離が２０．９[ｍ]である連続鋳造機を用いた。

溶鋼の含有成分を下記とした。
Ｃ：０．０７〜０．２０［ｍａｓｓ％］
Ｓｉ：０．１５〜０．３５[ｍａｓｓ％]
Ｍｎ：０．６〜１．５[ｍａｓｓ％]
Ｐ：０．００５〜０．０２０［ｍａｓｓ％］
Ｓ：０．００１〜０．０１０［ｍａｓｓ％］

鋳造温度は、タンディッシュ内の溶鋼目標温度を液相線温度＋２５℃に設定し、目標温度±10℃以内に制御できた鋳造について、評価を実施した。

鋳片表面温度は、図５に示すように、矯正部１４の直前に放射温度計を設置し測定した。温度計は、鋳片幅方向：Ｗ／２位置とし、鋳造方向：矯正ロール直前に設置し、鋳片から温度計までの距離を５００ｍｍとした。

ここで、表１に示す評価方法を説明する。

＜内部割れの評価＞
定常部(引抜速度が一定で鋳造された部位)で一断面/cast、スラブを鋳造方向に垂直に切断し、その断面を過硫酸アンモニウム水溶液で腐食を行った。この断面で、稲妻状の割れの発生の有無を目視で評価した。ここで、稲妻状の割れとはバルジングに起因する割れであり、直線でなく、スラブ厚み方向に幅を持った割れである。割れが存在する場合を○、存在しない場合を×とした。

＜三重点割れの評価＞
定常部(引抜速度が一定で鋳造された部位)で一断面/cast、スラブを鋳造方向に垂直に切断し、その断面を過硫酸アンモニウム水溶液で腐食を行った。この断面で、スラブ端部からそれぞれＤ／２近傍の範囲で、スラブ厚み方向に平行な割れの発生の有無を目視で評価した。割れが存在する場合を○、存在しない場合を×とした。

＜水平割れの評価＞
定常部(引抜速度が一定で鋳造された部位)で一断面／ｃａｓｔ、スラブを鋳造方向に垂直に切断し、その断面を過硫酸アンモニウム水溶液で腐食を行った。この断面で、スラブ端部からそれぞれＤ／２の範囲で、スラブ幅方向に平行なワレの発生の有無を目視で評価した。割れが存在する場合を○、存在しない場合を×とした。

＜鋳片の反り＞
矯正部での冷却が強い場合、鋳片は、二次冷却帯の水平部または二次冷却帯以降で復熱し、膨張することによって鋳片が反る場合がある。今回はＯＵＴ面を強冷するので、復熱はＯＵＴ側でおこり、鋳片はＩＮ側に反る。反りが発生した場合、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。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。上記設備トラブルが起こった場合を×、起こらなかった場合を○とした。図６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。

<総合評価>
内部割れ、三重点割れ、水平割れ及び鋳片反りの発生の有無において、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。

＜NO.１−４について＞
NO.３、４では、矯正部１４に入るまでの鋳片表面温度が８５０℃を超えている。したがって、鋳片内部の溶鋼静圧により、二次冷却帯ロールで支えられていない凝固シェルが変形することにより、鋳片の内部割れが生じている。これに対し、NO.１、２では、矯正部１４に入るまでの鋳片表面温度が８５０℃以下であり、内部割れ防止のための凝固シェル厚を確保され、鋳片の内部割れが生じていない。よって、本発明では、矯正部１４に入るまでの鋳片表面温度が８５０℃以下とし、内部割れを防止している。

＜NO.５−９について＞
NO.８、９では、矯正部１４のＩＮ面において、幅切り部間の二次冷却水量Ｗ_bが、０．５[ｍ³／ｍ²・ｈｒ] を超えている。したがって、ＩＮ面の緩冷却が不十分で、台形変形を抑制できず、三重点割れが発生している。これに対し、NO.５−７では、矯正部１４のＩＮ面において、幅切り部間の二次冷却水量Ｗ_bが、０．５[ｍ³／ｍ²・ｈｒ] 以下であり、ＩＮ面の緩冷却が十分であり、台形変形を抑制でき、三重点割れが発生していない。よって、本発明では、幅切り部間の二次冷却水量Ｗ_bを、０≦Ｗ_b[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦０．５とし、三重点割れを防止している。

＜NO.１０−１４について＞
NO.１０では、矯正部１４のＩＮ面（鋳片広面）において、鋳片両端部からＬまでの範囲の幅切り部の二次冷却水量Ｗ_aが、２．５[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]未満である。したがって、コーナー部の冷却が十分でなく、台形変形し、三重点割れが発生している。NO.１４では、矯正帯のＩＮ面において、幅切り部の二次冷却水量Ｗ_aが、５．０[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]を超えている。したがって、コーナー部が過冷され、コーナー強度が過剰となり、コーナーより内側に歪みが集中し、水平割れが発生している。これに対し、NO.１１−１３では、幅切り部の二次冷却水量Ｗ_aを、２．５≦Ｗ_a[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０であり、三重点割れや水平割れが発生していない。よって、本発明では、幅切り部の二次冷却水量Ｗ_aを、２．５≦Ｗ_a[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０とし、三重点割れおよび水平割れを防止している。

＜NO.１５−１９について＞
NO.１５では、矯正部１４のＯＵＴ面の二次冷却水量Ｗ_cが、２．５[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]未満である。したがって、ＯＵＴ面の強冷却が不十分で、台形変形を抑制できず、三重点割れが発生している。NO.１９では、矯正部のＯＵＴ面の二次冷却水量Ｗ_cが、５．０[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]を超えている。したがって、ＯＵＴ面の過冷却によって鋳片が復熱し、水平部にて鋳片の反りが発生している。これに対し、NO.１６−１８では、矯正部のＯＵＴ面の二次冷却水量Ｗ_cが、２．５≦Ｗ_c[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０であり、三重点割れおよび鋳片の反りが発生していない。よって、本発明では、矯正部１４のＯＵＴ面の二次冷却水量Ｗ_cを、２．５≦Ｗ_c[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０とし、三重点割れおよび鋳片の反り防止している。

＜NO.２０−２４について＞
NO.２０では、幅切り部Ｌの鋳片幅Ｗに対する比である幅切り条件Ｌ／Ｗが、０．１０未満である。したがって、コーナー部の冷却が十分でなく、台形変形が抑制できずに三重点割れが発生している。NO.２４では、幅切り部Ｌの鋳片幅Ｗに対する比である幅切り条件Ｌ／Ｗが、０．２５を超えている。したがって、ＩＮ面の強冷却の範囲が広いため、ＩＮ側の緩冷却による鋳片の復熱膨張効果が無く、三重点割れが発生している。これに対し、NO.２１−２３では、幅切り部Ｌの鋳片幅Ｗに対する比である幅切り条件Ｌ／Ｗが、０．１０≦Ｌ／Ｗ≦０．２５であり、三重点割れを防止していない。よって、本発明では、幅切り条件Ｌ／Ｗを、０．１０≦Ｌ／Ｗ≦０．２５とし、三重点割れを防止している。

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。

本発明は、連続鋳造機の矯正部において鋳片が台形変形するのを抑制することにより、連続鋳造スラブの三重点割れを抑制し、内部品質が良好な連鋳スラブを提供できる。

３ 鋳型
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

Claims (1)

1. 垂直曲げ型又は曲げ型の連続鋳造機を用いてスラブ連続鋳造を行う際に、鋳型の上端内寸短片長さＤを２４０〜３２０［ｍｍ］とし、鋳型の上端内寸長片長さＷを１５００〜２２００［ｍｍ］とし、溶鋼中の炭素濃度を０．０７〜０．２０［ｍａｓｓ％］とし、鋳造速度Ｖを０．７〜１．３［ｍ/ｍｉｎ］とした連続鋳造方法において、
   矯正部に入るまでの鋳片表面温度を８５０℃以下とし、
   矯正部のＩＮ面の鋳片両端部からＬまでの幅切り部の二次冷却水量Ｗ_aを、２．５≦Ｗ_a[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０（ただし、０．１０≦Ｌ／Ｗ≦０．２５）とし、
   矯正部のＩＮ面の幅切り部間の二次冷却水量Ｗ_bを、０≦Ｗ_b[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦０．５とし、
   矯正部のＯＵＴ面の二次冷却水量Ｗ_cを、２．５≦Ｗ_c[ｍ³／ｍ²・ｈｒ]≦５．０とすることを特徴とする連続鋳造方法。

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