JP3619377B2

JP3619377B2 - ビレットの連続鋳造方法及び装置

Info

Publication number: JP3619377B2
Application number: JP29831998A
Authority: JP
Inventors: 重典田中; 正弘土岐; 浩大羽; 淳福田
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1998-10-20
Publication date: 2005-02-09
Anticipated expiration: 2018-10-20
Also published as: JP2000117405A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は連続鋳造で鋳片を鋳造する際に生じるＣの偏析の悪化を防止する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
鉄鋼業においては、省エネルギーを目的に２０数年前から連続鋳造による鋳片の製造をおこなってきた。
【０００３】
その際に問題になるのは、鋳片内部に集積する濃化溶鋼の偏析である。この偏析した部分の成分濃度が高いときには、例えばビレットやブルームから製造した線材の場合には、線材に伸線する際に、硬さが違うことにより破断が生じる。
【０００４】
この傾向は成分の内、炭素濃度が高くなると特に顕著になる。その理由はビレットを鋳造した後に線材を製造する際に生じる、初析セメンタイトが有るとそれを起点として伸線中に割れが生じ断線にいたる為である。
【０００５】
これらの偏析を改善する為に、例えば、ビレット鋳造での中心偏析においては、例えば鋳造温度をなるべく低くすることにより、鋳片の中心部を等軸晶化してＣの偏析を分散させた後に、伸線するという学術論文も報告されている。
【０００６】
しかし、実際に鋳造温度を調整しようとすると、温度が低いことで鋳造トラブルが生じる確率が増加する。鋳造トラブルとしては、例えば、ノズル詰まり、ビレット鋳型内表面に凝固した鋼が発生して鋳造出来なくなる、等が有る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、ビレット鋳片のＣ偏析を低減して線材での初析セメンタイトを軽減する連続鋳造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【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。
（１）１６０ｍｍ角以下のビレット連続鋳造において、鋳片を曲げ戻す前での鋳片断面における上面及び下面の凝固厚みを３０ｍｍ以上確保し、曲げ戻し開始後から凝固を完了するまでの間に少なくとも１００秒以上放冷することを特徴とするビレットの連続鋳造方法。
（２）鋳片中心固相率０．２以上の部分で軽圧下を行うことを特徴とする上記（１）に記載のビレットの連続鋳造方法。
（３）最終凝固位置が下記の式（２），（３）の条件を満たす時、下記の式（１）で示される長さ以上の放冷帯を曲げ戻し開始以降に設けることを特徴にするビレットの連続鋳造装置
Ｌｃ＝１００＊Ｖｃ／６０（１）
Ｌ−Ｌｂ＞１００＊Ｖｃ／６０（２）
Ｌ＝（ｄ／２）^２＊Ｖｃ／Ｋ^２（３）
ここで、Ｌｃは放冷帯の最小長さ（ｍ）
Ｖｃは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）
Ｌは（３）式で決まる凝固完了長さ（ｍ）
Ｌｂは鋳込み開始から曲げ戻し点までの距離（ｍ）
ｄは鋳片の厚み（ｍｍ）
Ｋは凝固係数，鋳造機により異なるが通常は２０から３０（ｍｍ／ｍｉｎ^０．５）
（４）最終凝固位置が下記の式（２），（３）の条件を満たす時、下記の式（１）で示される長さ以上の放冷帯と軽圧下帯を曲げ戻し開始以降に設けることを特徴にするビレットの連続鋳造装置
Ｌｃ＝１００＊Ｖｃ／６０（１）
Ｌ−Ｌｂ＞１００＊Ｖｃ／６０（２）
Ｌ＝（ｄ／２）^２＊Ｖｃ／Ｋ^２（３）
ここで、Ｌｃは放冷帯の最小長さ＋軽圧下帯長さ（ｍ）
Ｖｃは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）
Ｌは（３）式で決まる凝固完了長さ（ｍ）
Ｌｂは鋳込み開始から曲げ戻し点までの距離（ｍ）
ｄは鋳片の厚み（ｍｍ）
Ｋは凝固係数，鋳造機により異なるが通常は２０から３０（ｍｍ／ｍｉｎ^０．５）
尚、ここでいう、鋳片断面の上面及び下面というのは、鋳造後の鋳片がモールドを過ぎて水平に曲げ戻された状態における鋳片断面の上面及び下面を意味しており、曲げ戻し時に大きな応力を受ける面を指している。
【０００９】
以下に本発明を細述する。
【００１０】
本発明は省エネルギーに効果がある分塊工程の省略可能な１６０ｍｍ角以下の鋳片を製造するビレット連鋳機であって、湾曲状に鋳造して曲げ戻しを行う連続鋳造機を対象にする。
【００１１】
発明者はまず、線材の初析セメンタイトに関係する鋳片内の偏析について成分解析した。その結果、鋳片内においてＣ偏析を生じる部位は、中心部の偏析のみではなく、鋳片厚みの中間部で割れる凝固割れ（以下に内部割れと称す）も影響していることが解り、これらの対策を検討した。
【００１２】
まず、内部割れを防止するためには、曲げ戻し時点で凝固厚みを３０ｍｍ以上確保すれば割れが防止出来ることが解った。鋳造長さと凝固厚みの関係は伝熱計算を用いて求めることができる。鋳造速度と冷却水量（１ｋｇの鋳片を冷却するのに必要な水量）との関係になる。その計算結果に基づき、曲げ戻し時点での凝固厚みを３０ｍｍ以上にするための冷却水量と鋳造速度との関係を求めることができる。
【００１３】
例えば１３０ｍｍ角の鋳片をオイル潤滑を用いて鋳造し、鋳造長さ７ｍで曲げ戻しを行う場合に、曲げ戻し時点で凝固厚みを３０ｍｍ以上とする場合の冷却水量と鋳造速度の関係についての例を示すと、
冷却水量＞Ａ＊鋳造速度＋Ｂ（４）
の関係になる。
ここでＡ＝１．５
Ｂ＝−３
この関係は差分法を用いた数値計算で容易に求めることが出来る。計算結果は曲げ戻し点での割れ発生位置から凝固殻厚を求められるとともに、ビレットの表面温度を測定する事で計算結果のあわせ込みを行い係数はおよそ１０％程度の精度で推定出来る。
【００１４】
また、係数Ａ，Ｂは鋳造機によって異なるし、オイル鋳造とパウダー鋳造でも異なるが（４）式の関係は鋳造機によらず成り立つと考えられる。
【００１５】
内部割れ防止対策として曲げ戻し時点で凝固厚みを３０ｍｍ以上確保するためには、（４）式から明らかなように冷却水量を増大あるいは鋳造速度を低下することが有効である。ところが、極端に冷却水量を増加させるか、鋳造速度を低下させると、線材段階でＣ偏析に起因する初析セメンタイトが生成した。この場合の線材でのＣ偏析率（＝偏析部のｍａｘＣ濃度／母材Ｃ濃度）は１．８程度であった。
【００１６】
次ぎに、上記Ｃ偏析を軽減する対策を検討した。
【００１７】
学術文献によれば、アルミニウムと銅の凝固の場合には冷却速度が低いほど、偏析部に生成する共晶の体積が小さくなり、これは、凝固時に界面に濃化した銅が固体内で拡散した結果、液相中に濃化する量が減少して偏析が軽減したと考えられている。しかし、線材の初析セメンタイトに及ぼす凝固中冷却の影響に関する知見は無かった。
【００１８】
発明者らは冷却を停止してから凝固するまでの時間がＣ偏析にどのように影響するかを検討した。この結果、水冷を停止してから凝固するまでの時間が２０秒の場合には線材でのＣ偏析度が１．６であったものが、水冷を停止してから凝固するまでの時間が１３０秒の場合には１．３に軽減した。
【００１９】
なお、線材の偏析度はＥＰＭＡで断面のＣ成分濃度を測定してこれの最大濃度を線材の全体を化学分析で求めたＣ濃度で割った値を用いた。
【００２０】
初析セメンタイト防止の為の偏析度は，Ｃ濃度が０．９％の場合に１．３程度であり、Ｃ濃度がこれより低い場合には緩和される可能性が有るが、この値を限界値として設定すると、図１に実線で示す様に実験データから解析すると水冷を停止してから凝固が完了するまでの時間が１００秒以上である必要がある。
【００２１】
以上の対策によって鋳片の内部割れと中心部のＣ偏析を低減することができた。一方、鋳片内には、Ｖ状偏析と呼ばれる斜めの線状に成分が濃化する偏析が残存する場合がある。このＶ状偏析は、凝固する途中で凝固収縮に起因する溶鋼流動が生じることにより発生している。これにより、偏析部の面積が増加するので線材の偏析にも影響する。これを防止するために、中心固相率が０．２以上の部分の軽圧下を行った。軽圧下を行う際には，曲げ戻し後から軽圧下出側までの長さを放冷帯の長さとした。これは、軽圧下により実際の凝固完了位置が変化する為に定量化が難しいので軽圧下出側を最終凝固位置とした。この場合の放冷開始後から軽圧下帯出側を通過するまでの時間と偏析度の関係を図１に●で示すが、ほぼ，実線と同じ線上に有る。これにより、ビレットでのＶ状偏析は軽減して偏析粒を円形換算すると軽圧下前は４ｍｍ程度有ったものが３ｍｍ以下になった。この結果、線材での初析セメンタイト以外の偏析成分，例えばＰ偏析による断線の確率は著しく低減した。好ましくは、鋳片の中心固相率が０．２以上０．８以下の部分について軽圧下を行うことで確実にＶ状偏析を低減することができる。
【００２２】
ここで、
中心固相率＝（液相線温度−鋳片中心部の温度）／（液相線温度−固相線温度）
であり、該鋳片中心部の温度は、鋳型内およびその後の鋳片へのスプレー冷却による抜熱量より計算される。
【００２３】
尚、上記知見を設備にする際には、放冷帯の最小長さを決定する必要がある。これは上記知見より式（１）に示すように、１００秒間放冷する距離が必要になる。また、このときの必要条件として、放冷帯内で凝固が完了しない条件を満たす必要がある。これは、（３）式に示す、凝固完了長さから曲げ戻し点までの距離を引いた長さが放冷帯長さより大きければ（（２）式）良い。
【００２４】
【発明の実施の形態】
次に、実施例にもとづいて本発明の実施の形態を説明する。
【００２５】
【実施例】
高炭素鋼１３０ｍｍ角型ビレットをビレット連続鋳造機を用いて鋳造した。鋳造長さ７ｍにおいて曲げ戻しを行う。炭素濃度は０．４−０．９％である。
【００２６】
例えば、オイルを用いた鋳造、または、パウダーを用いた鋳造で、１２０〜１３０ｍｍの鋳片を製造する場合には、図２に示すような線１の左側が曲げ戻し前の凝固殻厚みが３０ｍｍ以上となる冷却条件の範囲であり割れが発生しなかった。
【００２７】
次ぎに鋳造速度を変化させて放冷を開始してから凝固が完了する時間と線材でのＣ偏析度との関係を調べた。図１に対応して時間が長くなることによりＣ偏析度は減少して１００秒以上の領域では初析セメンタイトの発生が見られず線材では満足が得られた。
【００２８】
また、１００秒以下の範囲では初析セメンタイトの発生が見られた。
【００２９】
更に、放冷帯を４．５ｍ設けた後に軽圧下帯を２ｍ設置した。鋳造速度は２．８ｍ／ｍｉｎから３．２ｍ／ｍｉｎの範囲で鋳造を行った。この場合の軽圧下帯での固相率は入り側で０．２〜０．５程度であるが、出側の固相率は、軽圧下している為不明確であるが、１に近い値であると推定させる。
【００３０】
この場合には放冷時間は１２１秒から１３９秒であったがいずれの場合にも初析セメンタイトの発生は無く、且つＰ偏析による破断も発生しなかった。また、軽圧下帯の位置を上流側にずらして、放冷帯を２ｍ設けた後に軽圧下帯を２ｍ設置し，鋳造速度を２．４ｍ／ｍｉｎで実験的に鋳造した場合には放冷の時間が１００秒以下になり、０．９％のＣ濃度の溶鋼を鋳造した場合には初析セメンタイトの発生が見られた。
【００３１】
【発明の効果】
本発明により鋳造速度の大きいビレット連続鋳造において高炭素鋼線材のＣ偏析を軽減する技術が出来た。この発明の効果としては、従来はブルームで製造したあとに分塊工程を通してビレットを製造していたことに比べて分塊工程を省略出来、製造に要するエネルギーも少なくて済み、エネルギーの削減のメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【図１】放冷開始から凝固完了までの時間と線材でのＣ偏析度との関係（図中実線）、放冷開始から軽圧下帯出側までの時間とＣ偏析度との関係（図中●）を表した図
【図２】鋳造速度と比水量との関係において、鋳片割れの発生状況を示した図

Claims

１６０ｍｍ角以下のビレット連続鋳造において、鋳片を曲げ戻す前での鋳片断面における上面及び下面の凝固厚みを３０ｍｍ以上確保し、曲げ戻し開始後から凝固を完了するまでの間に少なくとも１００秒以上放冷することを特徴とするビレットの連続鋳造方法。
鋳片中心固相率０．２以上の部分で軽圧下を行うことを特徴とする請求項１に記載のビレットの連続鋳造方法。
最終凝固位置が下記の式（２），（３）の条件を満たす時、下記の式（１）で示される長さ以上の放冷帯を曲げ戻し開始以降に設けることを特徴にするビレットの連続鋳造装置。
Ｌｃ＝１００＊Ｖｃ／６０（１）
Ｌ−Ｌｂ＞１００＊Ｖｃ／６０（２）
Ｌ＝（ｄ／２）^２＊Ｖｃ／Ｋ^２（３）
ここで、Ｌｃは放冷帯の最小長さ（ｍ）
Ｖｃは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）
Ｌは（３）式で決まる凝固完了長さ（ｍ）
Ｌｂは鋳込み開始から曲げ戻し点までの距離（ｍ）
ｄは鋳片の厚み（ｍｍ）
Ｋは凝固係数，鋳造機により異なるが通常は２０から３０（ｍｍ／ｍｉｎ^０．５）
最終凝固位置が下記の式（２），（３）の条件を満たす時、下記の式（１）で示される長さ以上の放冷帯を曲げ戻し開始以降に設けた後に軽圧下帯を設置することを特徴にするビレットの連続鋳造装置。
Ｌｃ＝１００＊Ｖｃ／６０（１）
Ｌ−Ｌｂ＞１００＊Ｖｃ／６０（２）
Ｌ＝（ｄ／２）^２＊Ｖｃ／Ｋ^２（３）
ここで、Ｌｃは放冷帯の最小長さ＋軽圧下帯長さ（ｍ）
Ｖｃは鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）
Ｌは（３）式で決まる凝固完了長さ（ｍ）
Ｌｂは鋳込み開始から曲げ戻し点までの距離（ｍ）
ｄは鋳片の厚み（ｍｍ）
Ｋは凝固係数，鋳造機により異なるが通常は２０から３０（ｍｍ／ｍｉｎ^０．５）