JP3596290B2

JP3596290B2 - 鋼の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP3596290B2
Application number: JP18318998A
Authority: JP
Inventors: 宏清水; 健太郎森; 政美小松; 正之中田
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1998-06-30
Publication date: 2004-12-02
Anticipated expiration: 2018-06-30
Also published as: JP2000015412A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋳片長辺面のコーナー側の二次冷却水を噴霧しない範囲を適切に制御した鋼の連続鋳造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
湾曲型連続鋳造機や垂直曲げ型連続鋳造機では、鋳片の曲げ又は曲げ戻しの矯正帯において鋳片表面に引張り応力が作用し、この引張り応力により鋳片コーナー部表面に鋳造方向と直交する割れ（以下、「コーナー割れ」と記す）が発生しやすい。このコーナー割れは、矯正帯における鋳片コーナー部の温度が鋼の脆性温度域に重なった場合に特に発生しやすく、そのため、鋳片コーナー部の温度を脆性温度域より高温側又は低温側としてコーナー割れを回避している。
【０００３】
連続鋳造機で鋳造した鋳片を熱片のまま直接圧延する熱片直送圧延や加熱炉への直送装入では、鋳片温度が高いほどエネルギー的に有利であり、従って、コーナー割れを回避するため、鋳片長辺面のコーナー側では二次冷却水を噴霧せず（以下、「スプレー幅切り」と記す）、鋳片コーナー部の温度を脆性域より高温側としている。その結果、鋳片長辺面のコーナー側では冷却能が低下し、凝固速度の遅延を招いている。
【０００４】
スプレー幅切りの鋳片幅方向の範囲を広くし、且つ、鋳造方向に長い範囲でスプレー幅切りを実施した場合、鋳片長辺面のコーナー側の凝固が遅延するため、鋳片幅方向で最終凝固位置（以下、「クレータエンド」と記す）に差が生じ、鋳片幅方向のクレータエンド形状が凹凸となる。そして、クレータエンドが長く伸びたコーナー側において鋳片の中心偏析が悪化すると共に、鋳片中心部にポロシティが形成される。この場合、中心偏析やポロシティの軽減策として鋳片を圧下（以下、「軽圧下」と記す）しても、鋳片短辺と凝固完了した鋳片中央部とにより圧下力が未凝固層に作用せず、鋳片コーナー側の中心偏析及びポロシティは軽減しない。
【０００５】
このクレータエンド形状の凹凸に起因する中心偏析を軽減する手段が幾つか提案されている。例えば、特公昭６２−３４４６１号公報（以下、「先行技術１」と記す）には、凝固シェルに積極的にバルジング力を作用させて未凝固層の厚みを増大させ、次いで、軽圧下する方法が開示されている。先行技術１によれば、バルジングにより未凝固層の厚みを鋳片幅方向で均一化でき、圧下力を均等に作用させることができるので、中心偏析が低減できるとしている。又、特公昭５９−４１８２９号公報（以下、「先行技術２」と記す）には、電磁超音波厚み計により鋳片幅方向の未凝固層の形状を測定し、未凝固層を適正な形状とするために鋳片引抜き速度又は鋳片幅方向の二次冷却パターンを制御する方法が開示されている。先行技術２によれば、凝固直前の鋳片幅方向での未凝固層厚みの比を２．０以下とすれば、短辺側の凝固遅れが解消し、中心偏析が改善されるとしている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、先行技術１及び先行技術２には以下の問題点がある。即ち、先行技術１では、局所的な凝固厚みの差を解消しないままにバルジングさせるため、局所的な未凝固層厚みは残存し、クレータエンド形状の不均一性は解消されない。又、先行技術２では、未だ未凝固層厚みに差があり、クレータエンド形状は平滑とならず、中心偏析を防止できない。
【０００７】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、鋳片の中心偏析及びポロシティに悪影響を及ぼすことなく、コーナー割れを防止することができるスプレー幅切り方法を用いた鋼の連続鋳造方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明による鋼の連続鋳造方法は、鋳造方向に複数個に分割された冷却ゾーンから成る二次冷却帯にて、鋳片短辺面から距離Ｌｎの範囲の鋳片長辺面には二次冷却水を噴霧しないで鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、前記距離Ｌｎを（１）式で決まる範囲とすることを特徴とするものである。
（Ｔｎｉｎ＋Ｔｎｏｕｔ）／４≦Ｌｎ≦（Ｔｎｉｎ＋Ｔｎｏｕｔ）／２……（１）
但し、（１）式において各記号は以下を表わすものである。
Ｌｎ；第ｎ番目の冷却ゾーンでの距離（ｍｍ）
Ｔｎｉｎ；第ｎ番目の冷却ゾーン入側での鋳片短辺の凝固シェル厚み（ｍｍ）
Ｔｎｏｕｔ；第ｎ番目の冷却ゾーン出側での鋳片短辺の凝固シェル厚み（ｍｍ）
【０００９】
発明者等は、スプレー幅切りの鋳片幅方向の範囲（以下、「スプレー幅切り量」と記す）とクレータエンド形状との関係を調査した。クレータエンド形状を図１に示すが、図１に示すように、クレータエンド形状はパターンＡからパターンＣの３種類に大別できることを確認した。ここで、パターンＡは鋳片コーナー側、即ち鋳片短辺面９側のクレータエンドが鋳片中央部に比較して鋳造方向に伸びた形状、パターンＢはクレータエンドが鋳片幅方向でほぼ同一位置で平滑な形状、パターンＣは鋳片中央部のクレータエンドが鋳片短辺面９側に比較して伸びた形状である。尚、図１において６はメニスカス、１０は未凝固層、１１は凝固層、Ｗは鋳片幅である。
【００１０】
スプレー幅切り量が広いと鋳片短辺面９側の凝固速度は遅くなるため、クレータエンド形状はパターンＡのようになり、クレータエンドが伸びた鋳片短辺面９側の中心偏析及びポロシティが悪化する。但し、この場合、鋳片コーナーの温度は上昇するので、コーナー割れは発生し難くなる。スプレー幅切りを実施しない場合やスプレー幅切り量が適正な場合にはパターンＢのようになり、中心偏析及びポロシティは悪化しない。但し、スプレー幅切りを実施しない場合にはコーナー割れが多発する。そして、鋳片短辺面９側を過剰に冷却した場合はパターンＣのようになり、鋳片中央部の中心偏析が悪化する。
【００１１】
（１）式に示すように、各冷却ゾーンでのスプレー幅切り量の最大値を、二次冷却帯の各冷却ゾーンにおける鋳片短辺の平均凝固シェル厚み（平均凝固シェル厚み＝（Ｔｎ in＋Ｔｎ out）／２）と等しくすることで、内部に未凝固層を有する鋳片長辺面は均一に冷却されて凝固速度が遅くならず、クレータエンド形状をパターンＢとすることができ、中心偏析及びポロシティを悪化させることがない。又、各冷却ゾーンでのスプレー幅切り量の最小値を二次冷却帯の各冷却ゾーンにおける鋳片短辺の平均凝固シェル厚みの１／２とすることで、鋳片コーナーの冷却が抑制され、コーナー割れを防止することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に基づき説明する。図２は、本発明を実施した鋳片断面が矩形型の垂直曲げ型連続鋳造機の鋳片幅中央位置における側断面の概略図、図３は、本発明によるスプレー幅切りの実施状況を示す概略図である。
【００１３】
図２において、鋳型２の下方には、サポートロール１３、ガイドロール１４、ガイドロール１５、駆動ロール１６からなる鋳片案内ロールが設置され、これらの鋳片案内ロールには、鋳型２の直下側から下方に向かって、第１冷却ゾーン４ａ、第２冷却ゾーン４ｂ、第３冷却ゾーン４ｃ、第４冷却ゾーン４ｄ、第５冷却ゾーン４ｅ、及び、第６冷却ゾーン４ｆの６つに分割された冷却ゾーンからなる二次冷却帯４が設置されている。各冷却ゾーン４ａ〜４ｆは、例えばスプレーノズル（図示せず）を上下に移動させることで、無段階で任意のスプレー幅切り量が設定できるような構成となっている。尚、ガイドロール１５は軽圧下帯を構成しており、軽圧下帯は本発明に必須のものではないが、鋳片幅方向全体の中心偏析を軽減するために設置することが望ましい。
【００１４】
そして、鋳型２の上方所定位置に設置されたタンディッシュ１内の溶鋼５は、タンディッシュ１の底部に設けられ、その先端がメニスカス６に浸漬する浸漬ノズル３を介して鋳型２内に連続的に注入される。鋳型２内に注入された溶鋼５は鋳型２に接触して冷却し、外周に凝固層１１を形成し、次いで、凝固層１１はサポートロール１３、ガイドロール１４、ガイドロール１５、駆動ロール１６を通り、下方に連続的に引抜かれる。この引抜き途中、凝固層１１の表面は二次冷却帯４で冷却され、凝固層１１の内部の未凝固層１０の厚みを減少させ、クレータエンド１２にて凝固を完了して鋳片７となる。二次冷却帯４は、水スプレー又はエアーミストスプレー、及び、これらを併用したものである。
【００１５】
二次冷却帯４の全ての冷却ゾーン４ａ〜４ｆでスプレー幅切りを実施する。各冷却ゾーン４ａ〜４ｆにおけるスプレー幅切り量は（１）式の距離Ｌｎを満足する範囲とし、図３に示すように、鋳片短辺面９側から距離Ｌｎの範囲の鋳片長辺面８には二次冷却水を噴霧せずに鋳造する。そのためには、各冷却ゾーン４ａ〜４ｆにおいて、鋳片短辺の凝固シェル厚み（Ｔｎｉｎ、Ｔｎｏｕｔ）を予め把握しておき、（１）式に代入して距離Ｌｎを決める。鋳片短辺凝固シェル厚み（Ｔｎｉｎ、Ｔｎｏｕｔ）は、伝熱解析による理論計算や、Ｆｅ−Ｓ合金等を封入した鋲を鋳片短辺面９に打ち込み、鋲を含む断面を塩酸腐食して直接凝固シェル厚みを測定する方法等により、二次冷却強度の条件別に予め把握しておく。尚、図３においてＷは鋳片幅である。
【００１６】
鋳片短辺の凝固シェル厚みを把握する際、スプレー幅切りの条件を加味して行なうことが望ましいが、本発明によるスプレー幅切り量は鋳片長辺面８の凝固速度が鋳片幅方向で均一となる範囲であるので、スプレー幅切りの鋳片短辺凝固シェル厚みに及ぼす影響は少なく、従って、スプレー幅切り無しの条件で把握した鋳片短辺の凝固シェル厚みを用いて（１）式により幅切り量を算出しても良い。尚、鋳片短辺面９の二次冷却は、鋳型２の直下の第１冷却ゾーン４ａの範囲のみとし、第２冷却ゾーン４ｂ以降は鋳造条件により適宜選択しても良く、又、鋳片短辺面９の二次冷却は、スプレー幅切りの必要はない。
【００１７】
このようにスプレー幅切りをして鋳造することで、クレータエンド１２の形状は平滑となり、中心偏析及びポロシティの悪化を防止することができる。同時に、鋳片コーナーの冷却が抑制され、温度を高く保持することができるので、コーナー割れを未然に防止することができる。
【００１８】
尚、上記説明は、垂直曲げ型連続鋳造機を用いた場合であるが、本発明は垂直曲げ型連続鋳造機に限るものではなく、湾曲型連続鋳造機においても上記説明に準じて本発明を実施することができる。又、二次冷却帯４の冷却ゾーンの数は６に限るものではなく、２以上であれば幾つであっても良い。
【００１９】
【実施例】
鋳片厚み；２５０ｍｍ、鋳片幅；２１００ｍｍ、鋳片引抜き速度；１．５ｍ／ｍｉｎ、タンディッシュ内溶鋼過熱度；２５〜４０℃の条件で、炭素濃度が０．１〜０．１５ｗｔ％の中炭素鋼をスプレー幅切り量を様々に変更し、図２に示す垂直曲げ型連続鋳造機にて試験鋳造した。この連続鋳造機では、メニスカスから１５ｍ〜３２ｍの範囲のガイドロールを軽圧下帯とし、０．６ｍｍ／ｍの勾配でガイドロールのロール間隔を減少させており、又、二次冷却帯は、鋳型直下からクレータエンドまでに第１冷却ゾーンから第１０冷却ゾーンまで１０分割された冷却ゾーンで構成されている。
【００２０】
スプレー幅切りの試験水準は、▲１▼スプレー幅切りを実施しない水準１、▲２▼スプレー幅切り量を全ての冷却ゾーンで（１）式の範囲内とした水準２、▲３▼スプレー幅切り量を、冷却ゾーン１〜３では（１）式の上限を越え、その他の冷却ゾーンでは（１）式の範囲内とした水準３、▲４▼スプレー幅切り量を、冷却ゾーン４〜６では（１）式の上限を越え、その他の冷却ゾーンでは（１）式の範囲内とした水準４、▲５▼スプレー幅切り量を、冷却ゾーン７〜９では（１）式の上限を越え、その他の冷却ゾーンでは（１）式の範囲内とした水準５、▲６▼スプレー幅切り量を全ての冷却ゾーンで（１）式の上限を越えた水準６の合計６つの水準とした。各試験水準におけるスプレー幅切り量を表１にまとめて示す。
【００２１】
【表１】

【００２２】
又、二次冷却強度を比水量０．８ｌ／ｋｇ．ｓｔｅｅｌ（以下、「弱冷却鋳造」と記す）と比水量２．０ｌ／ｋｇ．ｓｔｅｅｌ（以下、「強冷却鋳造」と記す）との２水準とし、予め、二次冷却強度別に鋳片短辺の凝固シェル厚みを伝熱計算にて算出した。因みに、鋳片幅中央部の凝固定数ｋは、弱冷却鋳造の場合ｋ＝２７．５ｍｍ／ｍｉｎ^１／２、強冷却鋳造の場合ｋ＝３０．５ｍｍ／ｍｉｎ^１／２となる。そして、弱冷却鋳造では試験Ｎｏ．１〜Ｎｏ．１１、強冷却鋳造では試験Ｎｏ．１２〜Ｎｏ．２２の合計２２回の試験鋳造を実施した。表２に弱冷却鋳造における各冷却ゾーンの入側及び出側での鋳片短辺の凝固シェル厚みと各試験鋳造のスプレー幅切り量とを示し、又、表３に強冷却鋳造における各冷却ゾーンの入側及び出側での鋳片短辺の凝固シェル厚みと各試験鋳造のスプレー幅切り量とを示す。
【００２３】
【表２】

【００２４】
【表３】

【００２５】
そして、鋳造した鋳片の中心偏析、ポロシティ、及びコーナー割れを調査した。中心偏析は、鋳片幅方向中央部（Ｗ／２）と短辺側（Ｗ／１０〜Ｗ／６）とから鋳片中心部を含む５ｍｍφの試料を採取して炭素分析し、この分析値（Ｃｉ）とタンディッシュ内で採取した試料の炭素分析値（Ｃｏ）との比（Ｃｉ／Ｃｏ）を中心偏析度として評価した。中心偏析度は１．０８以下を合格とし、１．０８を越えるものを不合格とした。
【００２６】
ポロシティは、鋳片幅方向中央部（Ｗ／２）と短辺側（Ｗ／１０〜Ｗ／６）とから、それぞれ鋳片中心部と鋳片表層部とで幅１０ｍｍ×厚み１０ｍｍ×鋳造方向長さ１００ｍｍの試料を採取し、これら試料の密度をアルキメデス法により測定し、鋳片中心部密度の鋳片表層部密度に対する比を比密度として評価し、比密度が０．９９７以上を合格とし、０．９９７未満を不合格とした。尚、鋳片表層部は健全で、ポロシティはなく、上記の方法により比密度を求めることで鋳片中心部のポロシティの評価ができる。
【００２７】
コーナー割れは、浸透探傷試験によりコーナー割れを現出させて発生個数を測定し、鋳片コーナーの単位長さ当りの発生個数（個／ｍ）をコーナー割れ指数として評価し、コーナー割れ指数が０．７以下を合格とし、０．７を越えるものを不合格とした。このようにして評価した鋳片品質の調査結果を表４に示す。
【００２８】
【表４】

【００２９】
表４に示すように、鋳片中央部のポロシティは全ての水準で合格であるが、鋳片短辺側のポロシティは水準１及び水準２では合格であるが、水準３から水準６では、半数以上が不合格であった。
【００３０】
図４は、表４に基づきスプレー幅切りの試験水準別に鋳片短辺側の中心偏析度を図示した図であるが、図４に示すように、水準１及び水準２は合格であるが、水準３から水準６の試験鋳造では、弱冷却鋳造及び強冷却鋳造の如何に関わらず、鋳片短辺側の中心偏析は全て不合格であった。又、図５は、表４に基づきスプレー幅切りの試験水準別にコーナー割れ指数を図示した図であるが、図５に示すように、コーナー割れは、スプレー幅切りを実施しない水準１のみが不合格で、スプレー幅切りを実施した水準２から水準６では、全て合格であり、そして、スプレー幅切り量が広い試験水準ほどコーナー割れが少ないことが分かる。
【００３１】
中心偏析、ポロシティ、及びコーナー割れの全てが合格となったものを総合評価で合格として表４に○印で表示した。このように、中心偏析、ポロシティ、及びコーナー割れの全てが合格となるのは水準２のみであることが分かった。尚、表４の備考欄に本発明の範囲内の試験鋳造を実施例とし、スプレー幅切りを実施しない試験鋳造を従来例、それ以外の試験鋳造を比較例として表示した。
【００３２】
【発明の効果】
本発明では、二次冷却帯におけるスプレー幅切り量を適正に制御するので、クレータエンド形状は平滑となり、鋳片の中心偏析及びポロシティを悪化させることなく、コーナー割れを未然に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】クレータエンド形状を３種類に大別して示す図である。
【図２】本発明を実施した鋳片断面が矩形型の垂直曲げ型連続鋳造機の鋳片幅中央位置における側断面の概略図である。
【図３】本発明によるスプレー幅切りの実施状況を示す概略図である。
【図４】実施例の試験水準別に鋳片短辺側の中心偏析度を図示した図である。
【図５】実施例の試験水準別にコーナー割れ指数を図示した図である。
【符号の説明】
１タンディッシュ
２鋳型
３浸漬ノズル
４二次冷却帯
５溶鋼
６メニスカス
７鋳片
８鋳片長辺面
９鋳片短辺面
１０未凝固層
１１凝固層
１２クレータエンド

Claims

鋳造方向に複数個に分割された冷却ゾーンから成る二次冷却帯にて、鋳片短辺面から距離Ｌｎの範囲の鋳片長辺面には二次冷却水を噴霧しないで鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、前記距離Ｌｎを（１）式で決まる範囲とすることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
（Ｔｎｉｎ＋Ｔｎｏｕｔ）／４≦Ｌｎ≦（Ｔｎｉｎ＋Ｔｎｏｕｔ）／２……（１）
但し、（１）式において各記号は以下を表わすものである。
Ｌｎ；第ｎ番目の冷却ゾーンでの距離（ｍｍ）
Ｔｎｉｎ；第ｎ番目の冷却ゾーン入側での鋳片短辺の凝固シェル厚み（ｍｍ）
Ｔｎｏｕｔ；第ｎ番目の冷却ゾーン出側での鋳片短辺の凝固シェル厚み（ｍｍ）