JP2018501962A - 鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、鋳片内部に発生する偏析及び収縮孔の位置を制御する鋳片の連続鋳造方法に係り、本発明の一実施形態による鋳片の連続鋳造方法は、溶鋼をモールド内部の中心部から鋳片の厚さ方向に偏心された領域に注入しながら、モールドによって１次冷却させる段階と、モールドによって１次冷却される鋳片を引抜きながら、その表面に冷却水を散水して２次冷却させる段階と、を含む。

Description

本発明は、鋳片の連続鋳造方法に係り、より詳しくは、鋳片の内部で発生する偏析及び収縮孔の発生位置を制御する鋳片の連続鋳造方法に関する。

一般に、製鉄工場では、製銑工程及び製鋼工程を通じて生産された溶鋼を利用して連続鋳造工程で、半製品である鋳片を生産し、生産された鋳片は、圧延工程で消費者が望む厚さのコイルとして生産される。
図１は、一般的な連続鋳造設備を概略的に示す図面であり、図２は、一般的な連続鋳造設備で製造される鋳片の凝固組織を示す概略図である。

図１に図すように、製鋼工程で精錬された溶鋼１をレイドル１０に入れて連続鋳造工場に移動させた後、タンディッシュ２０の上方に位置させる。そして、レイドル１０に収容された溶鋼１は、シュラウドノズル１１を通じてタンディッシュ２０に注入され、タンディッシュ２０に注入された溶鋼１は、浸漬ノズル２１を介してモールド３０に連続して注入される。モールド３０に注入された溶鋼１は、モールド３０を通過しながら１次冷却された後に引き出され、複数のセグメントロール４０によって押圧されると同時に、主にロールとロールの間に散布される冷却水によって冷却されることで鋳片２が製造される。

このようにして連続的に鋳造された鋳片２は、切断機５０で所定の長さに切断されたのち、移送ローラー６０によって後続工程である圧延工程に移送される。
特に、鋳片２が厚板鋼材に圧延される場合は、鋳片２の欠陥が圧延後にも残留して欠陥部位を誘発させる場合がある。このような欠陥部位の例として、図２に示すような、鋳片の厚さ方向の中心部に発生する凝固収縮孔と中心偏析とがある。

連続鋳造工程の凝固完了点の周りの凝固収縮部に溶けている濃縮残留溶鋼が集まれば、これが偏析４となり、凝固収縮部が補填されずにそのまま空間として残ると、凝固収縮孔３、つまり中心気孔（ｃｅｎｔｅｒ ｐｏｒｏｓｉｔｙ）となり、このような欠陥部位は厚板圧延後にも鋳片の中心部に残存する。

また、厚板圧延／冷却過程を経ることで鋳片の厚さ中心部には引張応力が発生する。圧延後の冷却過程において、鋳片の表面は中心部より温度が速く下がる。このような温度差により、鋳片の厚さ中心部は引張応力下にある。特に、鋳片の厚さが厚くなればなるほど、このような温度差による引張応力の大きさが大きくなり、このような引張応力が前述した偏析４及び凝固収縮孔３に集中するようになると、容易に鋳片２の中心部の欠陥が拡張されるようになって製品不良が発生する。

製品不良を発生させる中心偏析４及び凝固収縮孔３のような欠陥を低減させるための代表的な技術が軽圧（ｓｏｆｔ ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）である。軽圧下技術は、連続鋳造の過程で、セグメントロール４０によって鋳片２に軽圧を加えることであって、凝固末期に凝固収縮ほど鋳片２を圧して凝固収縮孔３を物理的に圧縮することで、凝固収縮による気孔を最小化すると同時に、凝固収縮による柱状結晶の間に存在する溶質が濃化された溶鋼が鋳片の厚さ中心部位に流入するのを抑制し、鋳片２に中心偏析４が発生するのを抑制する。しかし、このような軽圧下技術は、連続鋳造機に大規模の圧下設備を設けなければならないし、凝固末期に圧下を行うため、偏析４及び凝固収縮孔３を充分に除去することができなくなる。

また、中心偏析４及び凝固収縮孔３の発生を抑制しても鋳片／製品の厚さの中心部には一部残存するようになり、圧延／冷却時に発生する引張応力が厚さの中心部で最大となるので、鋳片２の厚さ中心部には欠陥が発生することになる。特に、鋳片２が厚かったり、圧延工程で加速冷却したりする場合には、中心部と表面との温度差が更に大きくなって製品不良の発生が更に増加する。

そして、中心偏析４及び凝固収縮孔３のような欠陥を低減するための技術としては、浸漬ノズル２１、特に浸漬ノズル２１の吐出口の構造改善、及び２次冷却台での冷却水散水制御などの方法がある。しかし、このような方法は、中心偏析４及び凝固収縮孔３の生成を抑制することに目的があるにもかかわらず、中心偏析４及び凝固収縮孔３を完全に除去することができないという問題点があった。

本発明は、モールドに溶鋼を供給する浸漬ノズルの位置を変更することで、鋳片内部に発生する偏析及び収縮孔の位置を制御する鋳片の連続鋳造方法を提供する。

本発明の一実施形態による鋳片の連続鋳造方法は、溶鋼をモールド内部の中心部から鋳片の厚さ方向に偏心された領域に注入しながらモールドによって１次冷却させる段階と、モールドによって１次冷却された鋳片を引抜きながらその表面に冷却水を散水して２次冷却させる段階と、を含む。

前記１次冷却する段階では、相互対向して配置された一対の長辺と一対の短辺とからなるモールドの内部に、浸漬ノズルが引き込まれて溶鋼が注入され、前記浸漬ノズルは、一対の長辺の中で選択される何れか一方の長辺の方向に偏心されることを特徴とする。

前記２次冷却する段階において、前記鋳片は、モールドから下方に引抜かれて前方に折り曲げられて引抜かれ、前記１次冷却する段階では前記浸漬ノズルが偏心される方向は、一対の長辺の中で前記鋳片が引抜かれる方向を基準にして前方に配置された長辺方向であることを特徴とする。

前記１次冷却する段階において、前記浸漬ノズルと前記一対の長辺の中で選択される一方の長辺との間の距離ｄ１、及び前記浸漬ノズルと前記一対の長辺の中で選択される他方の長辺の間との距離ｄ２の差は、２０ｍｍ以上であることを特徴とする。

前記１次冷却する段階において、前記浸漬ノズルと前記一対の長辺の中で選択される一方の長辺との間の距離ｄ１、及び前記浸漬ノズルと前記一対の長辺の中で選択される他方の長辺の間との距離ｄ２は、それぞれ１０ｍｍ以上であることを特徴とする。

前記１次冷却する段階において、前記浸漬ノズルと前記一対の長辺の中で選択される一方の長辺との間の距離ｄ１、及び前記浸漬ノズルと前記一対の長辺の中で選択される他方の長辺との間の距離ｄ２の長さ比（ｄ１：ｄ２）は、１：３であることを特徴とする。

前記２次冷却する段階において、前記鋳片は前記モールドから下方に引抜かれて前方に折り曲げられて引抜かれ、引抜かれた鋳片が完全に凝固する以前の時点までは、鋳片の上部に散水される冷却水量が、鋳片の下部に散水される冷却水量より多く維持され、引抜かれた鋳片が完全に凝固した以後の時点からは、鋳片の上部に散水される冷却水量より鋳片の下部に散水される冷却水量が多いか、または同じに維持されることを特徴とする。

本発明の実施例によると、モールドの内部に配置される浸漬ノズルの位置を変更して、モールドの中心部ではない鋳片の厚さ方向に偏心された領域に溶鋼を注入することにより、偏析及び凝固収縮孔の発生位置を鋳片の中心部から表面方向に移動させることができる效果がある。

このように偏析及び凝固収縮孔の位置を表面方向に移動させることによって、鋳片の圧延過程で凝固収縮孔がより容易に圧縮されるようにし、圧延以後の冷却過程で最大引張応力が発生する位置に偏析が存在しないようにして、クラックの伝播を阻むことにより、最終製品の内部欠陥を減らす效果がある。

一般的な連続鋳造設備を概略的に示す図面である。 一般的な連続鋳造設備で製造される鋳片の凝固組職を示す概略図である。 一般的な連続鋳造設備でモールド内部の浸漬ノズル位置を示す図面である。 本発明の一実施例による鋳片の連続鋳造方法に適用されるモールド内部の浸漬ノズル位置が変更されることを示す図面である。 本発明の一実施例による鋳片の連続鋳造方法が適用されたモールド内の溶鋼に対する流動及び温度解析結果を示す図面である。 本発明の一実施例による鋳片の連続鋳造方法によって製造された鋳片の写真である。 圧延時の凝固収縮孔の位置による圧縮シミュレーション結果を示す図面である。 製品に残存する中心偏析及び応力分布を示す概略図である。

以下、添付の図面を参照して本発明の実施例をより詳しく説明する。しかし、本発明は以下に開示される実施例によって限定されることなく、異なる多様な形態で実現される。
本実施例は、単に、本発明の開示が完全であるようにし、通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。
図面上で同じ符号は同じ要素を指す。

図３ａは、一般的な連続鋳造設備におけるモールド内部の浸漬ノズルの位置を示す図面であり、図３ｂは、本発明の一実施例による鋳片の連続鋳造方法に適用されるモールド内部の浸漬ノズルの位置が変更されることを示す図面である。また、図４は、本発明の一実施例による、鋳片の連続鋳造方法が適用されたモールド内の溶鋼に対する流動及び温度解析結果を示す図面であり、図５は、本発明の一実施例による、鋳片の連続鋳造方法によって製造された鋳片の写真であり、図６は、圧延時の凝固収縮孔の位置による、圧縮シミュレーションの結果を示す図面であり、図７は、製品に残存する中心偏析及び応力分布を示す概略図である。

図面に示すように、本発明の一実施例による鋳片の連続鋳造方法は、図１に示した一般的な連続鋳造設備を利用し、但し、タンディッシュ２０に収容された溶鋼１をモールド３０に注入させる浸漬ノズル２１の位置を変更し、溶鋼１がモールド３０に注入される位置を変更して達成される。

なお、本発明の一実施例による鋳片の連続鋳造方法を大別すると、溶鋼１をモールド３０内部の中心部で鋳片２の厚さ方向に偏心された領域に注入しながら、モールド３０によって１次冷却する段階と、モールド３０によって１次冷却された鋳片２を引抜きながら、その表面に冷却水を散水して２次冷却させる段階と、を含む。

１次冷却する段階において、溶鋼１をモールド３０内部の中心部では鋳片２の幅方向に偏心された領域に注入するために、浸漬ノズル２１ａの位置を、図３ａのようなモールド３０内部の中心部ではなく、図３ｂのよう鋳片２の幅方向に偏心された領域に配置する。
具体的には、モールド３０は相互に対向して配置される一対の長辺３０ａ、３０ｂと、一対の短辺３０ｃ、３０ｄと、からなるが、このとき、浸漬ノズル２１ｂは、一対の長辺３０ａ、３０ｂから選択されるいずれか一方の長辺３０ａ方向に偏心するように配置される。

これによって、偏心された領域で溶鋼１の流動強度（流速）が、他の領域の流動強度より大きく作用するように誘導する。それによって、図４のａに示すような結果を得ることができる。即ち、図４のａにおいて、赤色（相対的に濃い部分）で表された領域は流動強度がより大きい領域であって、湯面付近の領域では流速の差が大きくはないものの、湯面から２ｍ下の領域には、偏心されて注入された領域により強い流動場が形成されたことを確認することができる。この領域で温度場を計算したものが図４のｂであって、厚さ方向の温度場は、流動場と同程度に異なることを確認できる。図４のｂの赤色（相対的に濃い部分）で表される領域が相対的に温度が高い領域であって、温度差が発生するということは、凝固完了が厚さ中心部では起きずに、偏心された方向に偏って発生したということが分かる。

一方、図１のように、連続鋳造設備は、鋳片２をモールド３０の下方に圧縮しながら引抜く複数のセグメントロール４０が前方に折り曲げられて配置されるが、このとき、浸漬ノズル２１が偏心される方向が、鋳片２が引抜かれる方向を基準にして、一対の長辺３０ａ、３０ｂの中で前方に配置される長辺３０ａの方向であることが望ましい。そのため、浸漬ノズル２１が偏心される方向が、引抜かれる鋳片２の上面方向になるようにする。これによって、凝固が完了される地点を、引抜かれる鋳片２の下面領域から上部領域方向に偏心させて、偏析４及び凝固収縮孔３が発生する地点を鋳片２の上面方向に偏心させる。

次に、浸漬ノズル２１を偏心させる程度について説明する。
図３ｂに示すように、モールド３０の中心部分に位置する浸漬ノズル２１を矢印方向に移動させながら鋳造した。このとき、浸漬ノズル２１と一対の長辺３０ａ、３０ｂの中で選択される長辺３０ａとの間の距離を「ｄ１」と定義し、浸漬ノズル２１と一対の長辺３０ａ、３０ｂの中で他の長辺３０ｂとの間の距離を「ｄ２」と定義する。

そのため、ｄ１とｄ２の長さ比（ｄ２／ｄ１）がそれぞれ１、３、４、７になるように浸漬ノズル２１を配置した後で連続鋳造した。このとき、ｄ１とｄ２の長さの差が大きくなるほど、凝固が完了される位置が鋳片２の厚さ中心部ではなく表面方向に移動することを確認することができた。言い換えれば、凝固収縮孔３及び偏析４が厚さ中心部ではない表面方向に移動することを確認することができた。

但し、ｄ１とｄ２との差は、２０ｍｍ以上が必要であり、そうでない場合は、偏析４及び凝固収縮孔３の生成位置が鋳片２の厚さ中心からあまり移動しないため、圧延製品での品質を改善するために效果的ではない。そして、ｄ１とｄ２のうち、いずれか一方の長さが１０ｍｍ未満になった場合には、吐出される溶鋼が凝固された凝固層と強く衝突しながら凝固層を再溶解して、操業事故をもたらすことがある。

従って、ｄ１とｄ２の差が２０ｍｍ以上で、その差が大きければ大きいほど凝固完了位置を移動させることに有利であるが、浸漬ノズル２１は、ｄ１とｄ２がいずれも１０ｍｍ以上で配置されることが好ましい。好ましくは、ｄ１とｄ２の長さ比（ｄ１：ｄ２）は１：３であることが最適条件である。

図５はｄ１とｄ２の長さ比（ｄ１：ｄ２）を１：３で鋳造したときの結果であって、赤色（凝固完了ラインの周辺）が示すことは、相対的に温度の高い領域ということを示し、その位置が鋳片２の厚さ中心部ではなく、上方へ偏っていることが分かる。すなわち、浸漬ノズル２１の位置を移動させることによって流動及び温度が変化するようになり、これによって凝固が完了する位置が厚さ中心部ではなく、一方に偏るようになったことが分かる。

そのため、偏析４及び凝固収縮孔３が、鋳片２の厚さ方向の中心部ではなく、上面方向に所定の間隔ほど偏心されて形成されるようにした。但し、ｄ１よりｄ２が大き過ぎる場合は、偏析４及び凝固収縮孔３が鋳片２の表面方向に偏心され過ぎて形成されるので、圧延工程でその欠陥が表面に露出し、表面欠陥を誘発することがあるので、ｄ１とｄ２の長さの比（ｄ１：ｄ２）は１：３に維持することが好ましい。

前記のように浸漬ノズル２１の位置を偏心させて溶鋼１を注入することにより、溶鋼１の流動場及び温度場に変化を与えることで、凝固が完了される地点を鋳片２の上面方向に偏心させるようになるが、このような場合、鋳片２の上面と下面の間が凝固する際に発生する冷却差による残留応力によって鋳片２に曲がりが発生し、移送ローラー６０で鋳片２を移送することが困難である問題が生じえる。

このような問題が発生するのを防止するため、本実施例では２次冷却する段階で引抜かれる鋳片２が完全に凝固する以前の時点までは、鋳片２の上部に散水する冷却水量を、鋳片２の下部に散水する冷却水量より多くし、引抜かれる鋳片２が完全に凝固した以後の時点からは、鋳片２の上部に散水する冷却水量より鋳片２の下部に散水する冷却水量が多いか、または同じにすることができる。

次に、鋳片２を製造する際に発生する偏析４及び凝固収縮孔３を、鋳片２の厚さ方向中心部から上面方向に偏心させることによって期待できる效果について説明する
先ず、厚板製品の内部欠陥は、超音波探傷を通じて確認する。超音波探傷の際に殆どの厚板製品の場合、厚さ中心部で欠陥が検出されるが、これは連続鋳造の際に、厚さ中心部に発生する凝固収縮孔３及び偏析４によるものである。鋳片２の内部に同じ凝固収縮孔３及び偏析４が発生しても、製品の高強度化、極厚物化が進むにつれて、超音波探傷の際に容易に欠陥が検出されるが、これは次のような理由によるものである。

第一、製品が厚くなるほど鋳片２の圧延量が減るようになって凝固収縮孔３の圧縮が難しくなる。特に、圧延時の鋳片２の厚さ中心部は、表面より変形が小さいため、一層凝固収縮孔３の圧縮が難しくなる。これは図６に示すように、同じ加圧量で圧延しても、厚さ中心部の凝固収縮孔３ａよりは１／４ｔの厚さ位置に存在する凝固収縮孔３ｂがよりよく圧縮されることが分かる。鋳片２の厚さが決まっている状態で極厚物材を生産すれば、圧延される量は相対的に少なくなるので、凝固収縮孔３を圧縮することが更に難しくなる。

しかし、凝固収縮孔３が鋳片２の厚さ中心部ではなく、上面方向に偏心して存在する場合には、より容易に気孔が圧縮され、超音波探傷による欠陥を減らすことができる。
これに加え、鋳片２を圧延した後に生産された製品は、表面から冷却されるようになる。すなわち、製品の表面は低温状態で、内部は相対的に高温の状態になるが、これによって製品の厚さ中心部には引張応力が発生することになる。特に、鋳片２の厚さ中心部に偏析４が存在する場合、応力集中によって容易にクラックが発生して伝播するようになって、超音波探傷の際に発見される欠陥の原因となる。

特に、厚板製品が高強度化、極厚物化されるほど、このような引張応力は大きくなって欠陥発生率が上がる。従って、本実施例のように、偏析４及び凝固収縮孔３を完全に除去できないとしても、図７のように偏析４及び凝固収縮孔３の発生位置を移動させることで、圧延工程の際に、より容易に圧縮され、以後の冷却過程で最大引張応力が発生する位置に偏析４が存在しないようにして、クラックの伝播を阻むことにより、最終製品の欠陥を減らす效果を得られる。

本発明を、添付図面と前述された好ましい実施例を参照して説明したが、本発明はそれに限定されず、後述される特許請求範囲によって限定される。よって、本技術分野の通常の知識を有する者であれば、後述する特許請求範囲の技術的思想から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に変形及び修正することができる。

１ 溶鋼
２ 鋳片
３ 凝固収縮孔
４ 偏析
１０ レイドル
１１ シュラウドノズル
２０ タンディッシュ
２１ 浸漬ノズル
３０ モールド
３０ａ、３０ｂ 長辺
３０ｃ、３０ｄ 短辺
４０ セグメントロール
５０ 切断機
６０ 移送ローラー

Claims (7)

1. 鋳片を連続に鋳造する方法であって、
   溶鋼を、モールド内部の中心部から鋳片の厚さ方向に偏心された領域に注入しながらモールドによって１次冷却する段階と、
   前記モールドにおいて１次冷却された鋳片を引抜きながら、その表面に冷却水を散水して２次冷却する段階と、を含むことを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
2. 前記１次冷却する段階では、相互に対向して配置された一対の長辺と一対の短辺とからなるモールドの内部に、浸漬ノズルが引き込まれて溶鋼が注入され、前記浸漬ノズルは、前記一対の長辺の中から選択される何れか一つの長辺の方向に偏心されることを特徴とする請求項１に記載の鋳片の連続鋳造方法。
3. 前記２次冷却する段階において前記鋳片は、前記モールドから下方に引抜かれて前方に折り曲げられて引抜かれ、
   前記１次冷却する段階で前記浸漬ノズルが偏心される方向は、前記一対の長辺の中で、前記鋳片が引抜かれる方向を基準にして、前方に配置された長辺の方向であることを特徴とする請求項２に記載の鋳片の連続鋳造方法。
4. 前記１次冷却する段階において、
   前記浸漬ノズルと、前記一対の長辺の中で選択される一方の長辺と、の間の距離ｄ１と、
   前記浸漬ノズルと、前記一対の長辺の中で選択される他方の長辺の間と、の距離ｄ２と、
   の差は、２０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の鋳片の連続鋳造方法。
5. 前記１次冷却させする段階において、
   前記浸漬ノズルと、前記一対の長辺の中で選択される一方の長辺と、の間の距離ｄ１と、
   前記浸漬ノズルと、前記一対の長辺の中で選択される他方の長辺の間と、の距離ｄ２と、
   はそれぞれ１０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項２に記載の鋳片の連続鋳造方法。
6. 前記１次冷却する段階において、
   前記浸漬ノズルと、前記一対の長辺の中で選択される一方の長辺と、の間の距離ｄ１と、
   前記浸漬ノズルと、前記一対の長辺の中で選択される他方の長辺と、の間の距離ｄ２と、
   の長さ比（ｄ１：ｄ２）は、１：３であることを特徴とする請求項２に記載の鋳片の連続鋳造方法。
7. 前記２次冷却する段階において、前記鋳片は前記モールドから下方に引抜かれて前方に折り曲げられて引抜かれ、
   引抜かれた鋳片が完全に凝固する以前の時点までは、前記鋳片の上部に散水される冷却水量が、前記鋳片の下部に散水される冷却水量より多く維持され、
   引抜かれた鋳片が完全に凝固した以後の時点からは、前記鋳片の上部に散水される冷却水量より前記鋳片の下部に散水される冷却水量が多いか、または同じに維持されることを特徴とする請求項２に記載の鋳片の連続鋳造方法。

Images