JP2022189395A - スラブの連続鋳造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】二次冷却における復熱を抑制して、内部割れを回避することができる、スラブの連続鋳造方法を、提供する。【解決手段】鋳型１３と、鋳型１３の下流側に接続され、垂直方向に延在する垂直部５１と、垂直部５１の下流に接続され、下流に向かうほど曲率半径が徐々に小さくなる曲げ部５２と、曲げ部５２の下流に接続され、曲率半径が一定である湾曲部５３と、湾曲部５３の下流に接続され、下流に向かうほど曲率半径が徐々に大きくなる矯正部５４と、矯正部５４の下流に接続され、水平方向に延在する水平部５５と、を順に備える垂直曲げ型連続鋳造機１０によって、０．０８～０．２９質量％のＣを含有する鋼からなる鋳片１を製造する方法であって、１．１ｍ／ｍｉｎ以下の鋳造速度で鋳片１を引き抜くときに、湾曲部５３の上流において鋳片１の温度上昇が１５℃以下となるように冷却を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、スラブの連続鋳造方法に関する。

鋼の連続鋳造では、水冷式の鋳型内に注入された溶鋼が一次冷却され、鋳型との接触で溶鋼の表面が凝固して凝固シェルが生成される。この凝固シェルを外殻とし、内部を未凝固層とする鋳片は、鋳型の下流側に設置されたロールで支持されながら冷却水が噴射されることによって二次冷却され、鋳造方向下流側に連続的に引き抜かれる。この連続鋳造機において、鋳片に生じる内部割れを防止する方法が種々提案されている。

例えば、特許文献１には、炭素濃度が０．３～１．０質量％の溶鋼から丸ビレットを連続鋳造する際の、鋳型直下における冷却方法が開示されている。この方法では、鋳型直下における凝固シェル厚みをＤ（ｍｍ）、鋳型直下から最初に丸ビレットがスプレー冷却されるまでの間の復熱量をΔＴ（℃）とした場合、ΔＴ／Ｄが８．５℃／ｍｍ以下となるように、鋳型直下の二次冷却水量及び鋳造速度の少なくとも一つを制御している。これにより、丸ビレットの内部割れや、内部割れに起因するブレークアウトを防止することができるようになっている。

特開２０００－３１７５９８号公報

特許文献１の発明によれば、炭素濃度が０．３～１．０質量％の溶鋼から丸ビレットを連続鋳造する際に、鋳型直下において所定の条件で冷却すれば、得られた丸ビレットの内部割れを防止することができるとされている。しかしながら、炭素濃度が０．０８質量％以上０．２９質量％以下の溶鋼からスラブを垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて鋳造する場合においては、内部割れが発生することがある。ここで、垂直曲げ型の連続鋳造機は、鋳型直下に、垂直部、曲げ部、湾曲部、矯正部、水平部を順に備えている。図４は、炭素濃度が０．０８質量％以上０．２９質量％以下の溶鋼から連続鋳造して得た鋳片の内部割れの発生状況を例示する図である。図４に例示するように、鋳片１にはその短辺の表面から６０～７０ｍｍほど内側の領域において、内部割れ１００が生じることがあった。内部割れ１００は、この内部割れ１００が発生した位置から、垂直曲げ型の連続鋳造機における湾曲部（鋳型内の湯面からの鋳込長が７～１０ｍ付近）の、固液共存状態となっている領域（固液共存領域）において発生していると想定された。

連続鋳造において固液共存領域は脆弱である。内部割れは、この固液共存領域の脆化部分を起点に、凝固シェルに引張変形が生じることにより発生する。図５は、炭素濃度が０．０８質量％以上０．２９質量％以下の溶鋼の一例として炭素濃度が０．１８質量％の溶鋼における、固相率と引張強度との関係を示す図である。図５に示すように、固相率０．７付近で引張強度が発現し、固相率０．８を超えると引張強度が０．５ＭＰａを超え、急激に高くなっていく。この傾向は、炭素濃度が０．０８質量％以上０．２９質量％以下の溶鋼に共通する傾向である。そのため、固相率０．８を超える鋳片に引張応力が作用すると外力が凝固シェルに作用し、内部割れを誘発する。ここで、引張応力を小さくする手段として、二次冷却の強化や鋳造速度Ｖｃを低下させることが有効とされている。しかしながら、炭素濃度が０．０８質量％以上０．２９質量％以下の溶鋼からスラブを得る場合には、温度低下に伴うγα変態による膨張が発生すると、鋳片の長辺及び短辺の凝固シェル厚の違いから歪み速度のアンバランスに起因する割れが発生するおそれがある。このため、引張応力を小さくする手段として、温度低下によるγα変態を促進させる二次冷却の強化を採用することは好ましくない。そこで、引張応力を小さくする手段として、鋳造速度Ｖｃを低下させることを試みた。

しかしながら、図６に示すように、鋳造速度Ｖｃを低下させるとかえって内部割れが発生することが分かった。図６は、鋳造速度Ｖｃと、内部割れとの関係を示す図である。本発明者は、その理由について鋭意研究を行った結果、以下の知見に至った。すなわち、鋳造速度Ｖｃが低い場合、鋳片が鋳型直下で接触するロールによって過剰に抜熱（冷却）される一方で、湾曲部での比水量は上述のとおりγα変態の発生を防止するために制限する必要がある。このため、湾曲部において鋳片の復熱量が大きくなり、復熱による凝固シェルの膨張が引張応力として作用し、内部割れが発生していたことを見出した。

そこで、本発明の目的の一例は、湾曲部における復熱を抑制して、内部割れを回避することができる、スラブの連続鋳造方法を提供することにある。

鋳型と、
前記鋳型の下流側に接続され、垂直方向に延在する垂直部と、
前記垂直部の下流に接続され、下流に向かうほど曲率半径が徐々に小さくなる曲げ部と、
前記曲げ部の下流に接続され、曲率半径が一定である湾曲部と、
前記湾曲部の下流に接続され、下流に向かうほど曲率半径が徐々に大きくなる矯正部と、
前記矯正部の下流に接続され、水平方向に延在する水平部と、を順に備える垂直曲げ型連続鋳造機によって、０．０８～０．２９質量％のＣを含有する鋼からなる鋳片を製造する方法であって、
１．１ｍ／ｍｉｎ以下の鋳造速度で前記鋳片を引き抜くときに、前記湾曲部の上流において前記鋳片の温度上昇が１５℃以下となるように冷却を行う、
スラブの連続鋳造方法。

本発明によれば、湾曲部における復熱を抑制して、内部割れを回避することができる。

図１は、スラブの連続鋳造方法で用いる連続鋳造機の概略図である。 図２は、表１に示す比水量のうち鋳造速度０．７［ｍ／ｍｉｎ］で二次冷却した場合における鋳片の温度推移を示す図である。 図３に、内部割れ発生率を比較した結果を示す。 図４は、炭素濃度が０．０８質量％以上０．２９質量％以下の溶鋼から連続鋳造して得た鋳片の内部割れの発生状況を例示する図である。 図５は、炭素濃度が０．１８質量％の溶鋼における、固相率と引張強度との関係を示す図である。 図６は、鋳造速度Ｖｃと、内部割れとの関係を示す図である。

以下、本発明のスラブの製造方法の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は、スラブの連続鋳造方法で用いる連続鋳造機１０の概略図である。

鋳片１を鋳造するための連続鋳造機１０は、垂直曲げ型であって、タンディッシュ１１と、浸漬ノズル１２と、鋳型１３と、複数のロール１４と、複数の二次冷却スプレー１５と、ピンチロール１６とを備えている。また、連続鋳造機１０の鋳造経路は、鋳造方向の上流の鋳型から、下流側のピンチロール１６に向って順に、垂直部５１、曲げ部５２、湾曲部５３、矯正部５４、水平部５５を備えている。

垂直部５１は、鋳型１３の直下から垂直方向に延在する部分である。曲げ部５２は、垂直部５１から緩やかに湾曲し、鋳造経路の曲率半径を小さくする部分であり、鋳片１を円弧状に曲げる。湾曲部５３は、曲げ部５２に連接し、鋳造経路の曲率半径が一定となる部分である。矯正部５４は、湾曲部５３の下流に設けられ、鋳造経路の曲率半径を徐々に大きくする部分である。水平部５５は、矯正部５４から水平方向に延在した部分である。

取鍋（不図示）からタンディッシュ１１に供給される溶鋼２０（溶融金属）は、Ｃを０．０８質量％以上０．２９質量％以下含有する。また、溶鋼２０のＳ含有量が多いと、図５で説明した固相率ｆｓ＝０．７～０．８付近となる温度範囲が拡大し、凝固シェルに生じる引張強度が高くなるために、溶鋼２０は、Ｓを０．００８質量％以下含有することが好ましい。Ｓの含有量の下限値は、脱Ｓのコスト及び生産性の観点から、０.００２質量％とすることが好ましい。

タンディッシュ１１の溶鋼２０は、浸漬ノズル１２から鋳型１３内に注入される。溶鋼２０は、鋳型１３は水冷されていて、鋳型１３に注入された溶鋼２０の外周は鋳型１３と接触することで、冷却（１次冷却）される。これにより、溶鋼２０の外周部には凝固シェル２が形成される。

外側に凝固シェル２が形成されることで溶鋼２０は、鋳型１３直下では未凝固鋳片１Ａとなる。未凝固鋳片１Ａは、複数のロール１４によって支持されて、垂直部５１を通過して、曲げ部５２でロール１４に支持されながら円弧状に曲げられる。そして、湾曲部５３で下流側に移送された後、矯正部５４でロール１４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５５によって下流側に移送される。複数のロール１４の間には、二次冷却スプレー１５が配置されている。下流側に移送される未凝固鋳片１Ａは、二次冷却スプレー１５から噴射される冷却水により冷却（二次冷却）される。そして、溶鋼２０は完全に凝固して鋳片１となり、ピンチロール１６により連続鋳造機１０から引き抜かれる。

この鋳片１の引き抜く工程において、鋳片１を引き抜く速度である鋳造速度Ｖｃは、タンディッシュ１１内の溶鋼２０の温度に基づいて、０．７ｍ／ｍｉｎ～１．２ｍ／ｍｉｎの範囲で手動または自動により適宜設定される。しかしながら、図６で説明したように、１．１ｍ／ｍｉｎ以下の鋳造速度Ｖｃで鋳片１を引き抜く場合、内部割れ１００（図４参照）が顕著に発生する。これは、上記したように、湾曲部５３の上流部における大きな復熱量が原因となっている。

なお、鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）は、水平部５５の出側における鋳片１の水平方向の移動速度である。また、湾曲部５３の上流部とは、装置の仕様によって異なるが、通常は、湾曲部の中間位置よりも上流側に位置する部位を意味する。特に、鋳片１の短辺部側における凝固シェル厚ｄが、鋳片１の短辺巾Ｄの１／４くらいとなる位置、つまりｄ＝（１／４）×Ｄとなる位置での温度管理が重要である。

そこで、本実施形態では、前記二次冷却において、１．１ｍ／ｍｉｎ以下の鋳造速度Ｖｃで鋳片１を引き抜く場合、湾曲部５３における上流部での復熱温度を１５℃以下となるようにする比水量で、二次冷却を行う。この場合における比水量は以下の表１の通りとした。表１の比水量は、湾曲部５３における上流部に冷却水を噴射する複数の二次冷却スプレー１５の合計比水量であり、水量密度は平均水量密度である。表１では、比較例として、復熱温度を５５℃以下となるようにした場合（比較例１）と、復熱温度を３５℃以下となるようにした場合（比較例２）についても表している。なお、鋳片１の温度は、成分によるＴＬＬ及び密度や伝熱係数、鋳造速度Ｖｃ、溶鋼温度加熱度（Ｔ-ＴＬＬ）、ノズル配置、各ノズルの水量に基づいて、算出される。

表１に本発明例として示す各比水量は、表中のそれぞれに対応する鋳造速度において湾曲部５３における上流部（鋳型内の湯面からの鋳込長が７～１０ｍ付近）での復熱温度を１５℃以下とするための比水量である。また、これらの比水量は、表中のそれぞれに対応する鋳造速度において湾曲部５３における上流部での鋳片１の内部温度（内部割れ発生領域における温度）が、γα変態温度以下となることを抑制するための比水量でもある。

図２は、表１に示す比水量のうち鋳造速度０．７［ｍ／ｍｉｎ］で二次冷却した場合における鋳片の温度推移を示す図である。図２に示す温度は、鋳片１の内部割れ発生領域における位置の温度であり、具体的には、鋳片１の長辺の表面から１０ｍｍ内側でかつ鋳片１の短辺の表面から３０ｍｍ内側における位置の温度である。図２に示すように、本発明例では、湾曲部５３における上流部での復熱温度を１５℃以下となり、かつ、湾曲部５３の上流部においてγα変態温度を上回っている。

図３に、湾曲部５３における上流部での復熱温度を１５℃以下（本発明例）、５５℃以下（比較例１）、３５℃以下（比較例２）となるようにする比水量で、二次冷却を行ったときの内部割れ発生率を比較した結果を示す。図３は、本発明例と、比較例１、２とにおける内部割れ発生率を示す図である。図３では、冷却後に目視チェックすることで、内部割れを評価した。その結果、図３に示すように、比較例１、２に関しては内部割れが生じているのに対し、本発明例では、内部割れは発生していないことが分かる。

以上のように、本実施形態では、１．１ｍ／ｍｉｎ以下の鋳造速度Ｖｃで鋳片1を引き抜く場合、湾曲部５３における上流部での復熱温度を１５℃以下となるようにする比水量で、二次冷却を行うことで、鋳片１の内部割れの発生を抑制することができる。

１ 鋳片
１Ａ 未凝固鋳片
１０ 連続鋳造機
１１ タンディッシュ
１２ 浸漬ノズル
１３ 鋳型
１４ ロール
１５ 二次冷却スプレー
１６ ピンチロール
２０ 溶鋼
５１ 垂直部
５２ 曲げ部
５３ 湾曲部
５４ 矯正部
５５ 水平部

Claims (3)

1. 鋳型と、
   前記鋳型の下流側に接続され、垂直方向に延在する垂直部と、
   前記垂直部の下流に接続され、下流に向かうほど曲率半径が徐々に小さくなる曲げ部と、
   前記曲げ部の下流に接続され、曲率半径が一定である湾曲部と、
   前記湾曲部の下流に接続され、下流に向かうほど曲率半径が徐々に大きくなる矯正部と、
   前記矯正部の下流に接続され、水平方向に延在する水平部と、を順に備える垂直曲げ型連続鋳造機によって、０．０８～０．２９質量％のＣを含有する鋼からなる鋳片を製造する方法であって、
   １．１ｍ／ｍｉｎ以下の鋳造速度で前記鋳片を引き抜くときに、前記湾曲部の上流において前記鋳片の温度上昇が１５℃以下となるように冷却を行う、
   スラブの連続鋳造方法。
2. 前記鋳片は、０.００２～０．００８質量％のＳを含有する、
   請求項１に記載のスラブの連続鋳造方法。
3. 前記湾曲部の上流側における合計比水量を０．１４Ｌ／ｋｇ～０．１９Ｌ／ｋｇとして、前記冷却を行う、
   請求項１又は請求項２に記載のスラブの連続鋳造方法。
   
   

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