JP2593385B2 - 連続鋳造法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、連続鋳造鋳片の厚み中
心部に見られる不純物元素、即ち鋼鋳片の場合には硫
黄、燐、マンガン等の偏析を防止し、均質な金属を得る
ことのできる連続鋳造法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、海洋構造物、貯槽、石油およびガ
ス運搬用鋼管、ならびに抗張力線材などの材質特性に対
する要求は厳しさを増しており、均質な鋼材を提供する
ことが重要課題になっている。元来鋼材は断面内におい
て均質であるべきであるが、鋼は一般に硫黄、燐、マン
ガン等の不純物元素を含有しており、これらが鋳造過程
において偏析し、部分的に濃化するため脆弱となる。特
に近年、生産性や歩留り向上および省エネルギー等の目
的のために連続鋳造法が一般的に普及しているが、連続
鋳造により得られる鋳片の厚み中心近傍には、通常顕著
な成分偏析が観察される。この成分偏析は最終成品の均
質性を著しく損ない、成品の使用過程や線材の線引き工
程等で鋼に作用する応力により亀裂が発生するなど重大
欠陥の原因となるため、その低減が切望されている。

【０００３】 かかる成分偏析は、凝固末期の残溶鋼が
凝固収縮力等により流動し、固液界面近傍の濃化溶鋼を
洗い出し、残溶鋼が累進的に濃化していくため発生する
と考えられている。従って、成分偏析を防止するには残
溶鋼の流動原因を取り除くことが肝要であると考えられ
てきた。

【０００４】このような流動原因としては、凝固収縮に
起因する流動のほか、ロール間の鋳片バルジングやロー
ルアライメント不整に起因する流動等があるが、これら
のうち最も重大な原因は凝固収縮であり、偏析を防止す
るためにはこれを補償する量だけ鋳片を圧下することが
必要である。

【０００５】鋳片を圧下することにより偏析を改善する
試みは従来より行われており、連続鋳造工程において鋳
片中心部温度が液相線温度から固相線温度にいたるまで
の間、鋳片の凝固収縮を補償する量以上の一定割合で圧
下する方法が知られている。しかしながら従来の連続鋳
造法は、条件によっては偏析改善が殆ど認められなかっ
たり、場合によっては偏析がかえって悪化する等の問題
があり、成分偏析を充分に改善することは困難であっ
た。

【０００６】また、これらの偏析悪化理由を研究し、鋳
片の中心部が固相率０．１〜０．３に相当する温度にな
る時点から流動限界固相率に相当する温度となる時点ま
での領域を単位時間当り０．５ｍｍ／分以上２．５ｍｍ
／分未満の割合で連続的に圧下し、鋳片中心部が流動限
界固相率に相当する温度となる時点から固相線温度とな
るまでの領域は実質的に圧下を加えないようにする特願
昭６２−２７５５６号に係る方法が良く知られている。

【０００７】さらに、本発明者等が先に特願平１−１２
０２９５号において提示したごとく、濃化溶鋼が激しく
鋳片の中心部に集積する凝固時期が存在し、この濃化溶
鋼の集積時期の流動を防止することが偏析改善にとって
最も効果的であり、また濃化溶鋼の集積量が特に多い凝
固時期は凝固組織によって異なる。この結果に基づき偏
析をさらに改善する軽圧下法について研究した結果、凝
固末期に少なくとも一対のロールにより鋳片を圧下しつ
つ引き抜く溶融金属の連続鋳造法において、上面等軸晶
率０〜５％の場合、鋳片中心部の温度が固相率０．２
５、好ましくは０．３５に相当する位置から流動限界固
相率に相当する位置までの凝固時期範囲の任意の位置、
好ましくは該凝固時期範囲内の上流側に少なくとも一対
のロールを設置して、該凝固時期範囲内の全凝固収縮量
を補償する量を圧下し、また上面等軸晶率が５％以上の
場合、鋳片中心部の温度が固相率０．１、好ましくは
０．１５に相当する位置から流動限界固相率に相当する
位置までの凝固時期範囲の任意の位置、好ましくは該凝
固時期範囲内の上流側に少なくとも一対のロールを設置
して該凝固時期範囲内の全凝固収縮量を補償する量を圧
下する圧下範囲を小さくすることが可能な簡便で効率的
な軽圧下を提案した。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、連続鋳
造作業において鋳造速度の減速は避けることができず、
この鋳造速度減速の結果、偏析が悪化する鋳片が存在す
ることが多くの実験から明らかになってきた。このよう
に軽圧下による偏析改善効果が不充分な鋳片を出発材と
する線材のトラブルを防止するためには、偏析が最も悪
い部位においてもトラブルの発生を避けるため分塊加熱
条件を高温、長時間にする必要がある。このため、偏析
が良好な定常部鋳片に対しオーバーアクションとなり、
また高温加熱においては加熱炉における鉄ロスおよび脱
炭層の発生などの歩留りの低減や、作業性の悪化などの
問題が発生し、これらの解決が重要課題である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の要旨は以下の通
りである。

【００１０】 １対以上のロールにより鋳片を圧下
しつつ引き抜く溶融金属の連続鋳造法において、鋳造速
度の減速に起因した偏析悪化鋳片であるか否かを鋳片速
度が減速している間の鋳片の凝固時期により判定して偏
析レベルに応じた分塊加熱条件を選択することを特徴と
する連続鋳造法。

【００１１】

【００１２】

【００１３】 １対以上のロールにより鋳片を圧下
しつつ引き抜く溶融金属の連続鋳造法において、予め鋳
造速度減速試験を行い、偏析悪化鋳片の鋳造速度を減速
している間の凝固時期を定量化し、この結果を用いて偏
析悪化鋳片であるか否かを判定して、偏析レベルに応じ
た分塊加熱条件を選択することを特徴とする連続鋳造
法。

【００１４】 鋳造速度を減速している間に凝固時
期の一部あるいは全部が予め測定し決定した偏析悪化鋳
片の凝固時期範囲にある偏析悪化鋳片の分塊加熱条件を
高温長時間とし、その他の偏析良好鋳片の分塊加熱条件
を低温短時間とする前記の連続鋳造法。

【００１５】

【作用】以下、本発明を細述する。

【００１６】軽圧下は偏析改善対策として非常に有効で
ある。しかしながら、この偏析改善効果は鋳造速度の減
速により小さくなり、減速の影響を受けた鋳片の中には
定常部と比べ偏析が悪化する鋳片が見られる。このよう
な鋳造速度の減速による偏析の悪化を防止するための第
一の対策は、鋳造速度一定の操業を実現することであ
る。しかし、連鋳操業において鋳造速度一定の操業を確
実に実現することは非常に困難である。この様な実態を
踏まえた第二の対策は、鋳造速度が減速した場合の偏析
悪化鋳片を正確に選択、分離して、偏析良好な鋳片の分
塊加熱条件を低温、短時間とし、偏析悪化鋳片の分塊加
熱条件を従来と同じように高温、長時間にすることであ
る。この技術を実現するためには、鋳造速度の減速に伴
う偏析悪化鋳片を選択する方法の確立が重要課題とな
る。

【００１７】 かかる課題を解決するため、本発明者ら
は図１に示す鋳造速度の減速パターンで鋳造した場合の
偏析の悪化機構の試験研究した結果、図２に示すよう
に、鋳造速度の減速に伴う偏析悪化鋳片は、鋳造速度の
減速時に連鋳機内に位置した鋳片の中で特定な凝固時期
に合った鋳片（偏析悪化部）と、モールドから圧下帯
入口の間に位置していた鋳片（偏析悪化部）であるこ
とを知見した。さらに研究を進めた結果、これらの偏析
悪化鋳片の内、モールドから圧下帯入口の間に位置する
鋳片（偏析悪化部）の偏析悪化は特願平３−１０３９
３９号に示すごとく圧下パターン等の圧下条件を適性化
することにより改善できることを知見した。圧下条件を
適性化した場合、鋳造速度の減速に伴う偏析悪化鋳片は
鋳造速度を減速している間に特定な凝固時期にあった鋳
片（偏析悪化部）のみになる。この偏析悪化鋳片の凝
固履歴を研究した結果、偏析が悪化した鋳片は図３に示
すごとく、鋳造速度を減速している間に、凝固時期の一
部あるいは全部が中心固相率で０．１８〜０．３２の範
囲にある鋳片で、鋳造速度の減速に伴う偏析悪化鋳片は
図４に示すように分離できることを知見し本発明を成し
遂げた。この方法によれば、鋳造速度の減速に伴う偏析
悪化鋳片であるか否かを複雑な計算をせずに鋳片の凝固
履歴等により、簡単に判定することが可能である。

【００１８】 さらに本発明者らが研究を進めた結果、
鋳造速度の減速により偏析が悪化する鋳片の鋳造速度を
減速している間の凝固時期範囲は、表１に示すように凝
固組織や鋼種、鋳片形状により異なっていることを知見
した。従って、鋳造速度の減速に起因した偏析悪化鋳片
を精度良く分離するためには、対象とする鋼種、凝固組
織、鋳片形状に対し、鋳造速度減速試験により偏析悪化
鋳片の凝固時期を予め定量化しておくことが好ましい。
このように判定した偏析悪化鋳片を分離して、偏析良好
な鋳片の分塊加熱条件を低温、短時間にすることにより
使用エネルギーおよび鉄歩留りの大幅な節約が可能とな
り、品質の良い成品を安定して生産できる。

【００１９】

【表１】

【００２０】 なお、鋳片の凝固時期を中心固相率で示
したのは、樹間等の濃化溶鋼の集積が始まるのは鋳片中
心部の通液抵抗が増大する凝固時期と推定され、この通
液抵抗増大に対し、中心部の固相の割合を示す中心固相
率が最も影響を及ぼすと考えられるためで、中心固相率
は偏析発生の凝固時期を示す指標として最も適切と考え
られる。中心固相率は（１）式数１に示すように、鋳片
中心部の温度の関数として算出する。鋳片中心部の温度
は冷却条件や鋳造速度等の操業条件に基づき伝熱計算に
より予め計算するか、または鋳造中の冷却や鋳造速度等
の条件に基づき計算する。この中心固相率は鋳造速度、
冷却条件、鋳片サイズ、鋼種が決まれば凝固時間の関数
であり、同じ凝固時間の関数であるシェル厚、未凝固
厚、未凝固率に容易に換算することができる。

【００２１】

【数１】 鋳片の中心固相率＝（Ｔ₁ −Ｔ）／（Ｔ₁ −Ｔ_s ） （１） Ｔ₁ ：溶鋼の液相線温度 （℃） Ｔ_s ：溶鋼の固相線温度 （℃） Ｔ ：鋳片の中心温度 （℃）

【００２２】次に、本発明を実施例により説明する。

【００２３】

【実施例１】 試験を実施した連鋳機の概略を図５に示
す。圧下パターンは特願平３−１０３９３９号に示した
方法により設定した。鋳造した溶鋼組成の代表例を表２
に示す。図１に示す鋳造速度パターンで鋳造速度の減速
を図り、鋳造速度減速の偏析に及ぼす影響を調査した。
凝固組織は上面等軸晶率が３０％であった。偏析が悪化
している鋳片は、図３に示すように鋳造速度減速中に、
凝固時期の一部あるいは全部が中心固相率で０．１８〜
０．３２の範囲にあった鋳片である。図６は本法により
鋳片の選択、分離せず、鋳片全量を低温短時間の分塊加
熱条件により圧延した場合の線材偏析の結果である。全
量を低温、短時間の分塊加熱条件で圧延した場合、線材
に偏析が観察される例がある。一方、図７は鋳造速度の
減速中に凝固時期の一部あるいは全部が中心固相率で
０．１８〜０．３２の範囲にあった鋳片の分塊加熱条件
を高温、長時間とし、それ以外の偏析良好な鋳片の分塊
加熱条件を低温、短時間とした場合の線材偏析を示す。
線材偏析は全量とも良好となり、使用エネルギーの節約
と歩留りの改善、および品質の安定化が実現できた。

【００２４】

【表２】

【００２５】

【実施例１】 種々の凝固組織、鋼種、鋳片形状につい
て、実施例１と同じ方法により鋳造速度減速試験を行っ
た。鋳造速度の減速に伴い偏析が悪化する鋳片は、表１
に示すように鋳造速度を減速している間の凝固時期が特
定な範囲にあった鋳片で、偏析悪化鋳片の鋳造速度を減
速している間の凝固時期は鋼種、凝固組織、鋳片形状で
差が認められた。このように選択した偏析悪化鋳片の分
塊加熱条件を従来通り高温、長時間とし、また偏析良好
な鋳片の分解加熱条件を低温、短時間とすることによ
り、使用エネルギーの節約と鉄歩留りの改善，および品
質の安定化が実現できた。

【００２６】 本発明により、鋳造速度の減速に起因し
た軽圧下による偏析改善効果が不充分な鋳片を分離する
ことが可能となり、偏析レベルに応じた分解加熱条件を
選択することにより、従来より少ないエネルギーで鉄歩
留り良好でかつ均質な鋼材を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試験を実施した鋳造速度の減速パターンを示す
図である。

【図２】減速開始時の鋳造長さと偏析の関係を示す図で
ある。

【図３】鋳造速度減速に伴い偏析が悪化した鋳片の減速
時の中心固相率を示す図である。

【図４】鋳造速度減速に伴う偏析悪化鋳片の分離方法を
示す図である。

【図５】試験を実施した連鋳機の概略を示す図である。

【図６】鋳片の全量を従来より低温、短時間の分塊加熱
条件で圧延した場合の線材偏析を示す図である。

【図７】本法で偏析悪化鋳片を判別し、偏析悪化鋳片を
従来の高温長時間分塊加熱条件とし、偏析良好鋳片の分
塊加熱条件を低温短時間にした場合の線材偏析を示す図
である。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １対以上のロールにより鋳片を圧下しつ
   つ引き抜く溶融金属の連続鋳造法において、鋳造速度の
   減速に起因した偏析悪化鋳片であるか否かを鋳片速度が
   減速している間の鋳片の凝固時期により判定して偏析レ
   ベルに応じた分塊加熱条件を選択することを特徴とする
   連続鋳造法。
2. 【請求項２】 １対以上のロールにより鋳片を圧下しつ
   つ引き抜く溶融金属の連続鋳造法において、予め鋳造速
   度減速試験を行い、偏析悪化鋳片の鋳造速度を減速して
   いる間の凝固時期を定量化し、この結果を用いて偏析悪
   化鋳片であるか否かを判定して、偏析レベルに応じた分
   塊加熱条件を選択することを特徴とする連続鋳造法。
3. 【請求項３】 鋳造速度を減速している間に凝固時期の
   一部あるいは全部が予め測定し決定した偏析悪化鋳片の
   凝固時期範囲にある偏析悪化鋳片の分塊加熱条件を高温
   長時間とし、その他の偏析良好鋳片の分塊加熱条件を低
   温短時間とする請求項２記載の連続鋳造法。