JP3629886B2 - 熱間強度の大きい鋼の連続鋳造方法及びこれに使用するダミーバーヘッド - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱間強度の大きい鋼の連続鋳造方法及びこれに使用するダミーバーヘッド、より詳しくは、熱間強度の大きい鋼種を鋳造する際の鋳造初期に、湯面変動を防止することのできる鋳造方法及びダミーバーヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に連続鋳造機で鋼を連続鋳造する際には、その初期段階において、鋳型の底部にダミーバーのダミーバーヘッドを配置して該底部を塞いでから、この鋳型に溶鋼を注ぎ込むことで鋳型内である一定の時間、湯溜めをし、このとき鋳造前に投入した冷材及び鋳型からの冷却により鋳型内の溶鋼を凝固させてダミーバーヘッドと接する面及び鋳型と接する面に凝固シェルをある程度の厚みで形成させ、しかる後にダミーバーを引き抜くことでこのダミーバーに付随して鋳片を引き抜くような方法が採られている。そして、引き続く鋳片は、鋳型内における冷却によって凝固シェルをある厚みになるまで成長させ、鋳型から引き出された後は鋳型直下に設けたスプレーノズルからの２次冷却水によって順次完全に凝固させるのであり、かくして連続鋳造が進行する。
【０００３】
ところで、このような鋼の連続鋳造に使用される連続鋳造機としては大別して、（１） 鋳型から凝固の完了した鋳片を切断するまでの間を垂直方向となるように配置した垂直型連続鋳造機、（２） 鋳型から所定長さまでを湾曲形状に配し、機高を低減した全湾曲型連続鋳造機、（３） 鋳型から所定長さまでを垂直とし、その後に曲げ部、一定Ｒの湾曲部、矯正部を順次に配した垂直・曲げ型連続鋳造機、が知られている。これらの連続鋳造機のうち垂直部の長い方が、介在物の浮上効果によって、得られる鋳片の非金属介在物欠陥が少ないため、品質面では垂直型連続鋳造機が最も優れている。しかし、垂直型連続鋳造機は機高が高く、建設費が嵩み、また、生産性も低いため、現在では新設される連続鋳造機は垂直曲げ型が主流となっている。
【０００４】
この垂直曲げ型連続鋳造機では、ダミーバー及び鋳片が、垂直下方に引き抜かれた後、複数のロール対により曲げ応力が加えられつつ案内されて円弧状に引き抜かれ、しかる後に矯正部にて鋳片形状が矯正される。そのため、鋳造開始直後に湾曲部のロール帯において鋳片やダミーバーの移送が円滑に行われず、ダミーバーヘッド等がロールに衝突する場合には、鋳型内の湯面が変動することがあった。この湯面の変動は、鋳型内湯面を被覆しているモールドパウダーの溶鋼中への巻き込みをもたらし、鋳片のノロカミ等の欠陥をもたらす、あるいは鋳片表面に発生する筋により歩留まりの低下とヘゲ等の発生をもたらす他、鋳型内あるいは鋳型下での鋳片のブレークアウト等の重大な操業トラブルを発生させる原因となる。
【０００５】
このような鋳込初期にダミーバーがロールに衝突することに起因する湯面変動を防止する技術としては、特開昭６３−２１５３４９号公報に記載されているような、ダミーバーヘッドの進行方向先端側の形状を非対称にして、ダミーバーヘッドがロールに衝突するのを回避する形状とすることにより、湯面変動を防止する方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開昭６３−２１５３４９号公報に開示された形状のダミーバーを使用して連続鋳造操業を試みたところ、普通鋼では湯面変動をある程度は防止できることが分かった。
【０００７】
ところで、近年、連続鋳造機の普及とそれに並行した技術開発の推進により、これまで連続鋳造化が困難とされていた種々の鋼種について連続鋳造化が試みられるようになってきた。
【０００８】
そこで、発明者は、上述した垂直曲げ型連続鋳造機を用いて各種の鋼の連続鋳造を行ってみたところ、熱間強度の大きい鋼種、とりわけＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４２０Ｊ１やＳＵＳ４２０Ｊ２に代表される、９００ ℃での歪速度１０−２ ｓｅｃ−１の引張試験にて６０ＭＰａ 以上の鋼種の場合は、鋳造開始直後に鋳型内の湯面が著しく変動することを経験するに到った。そして、この著しい湯面の変動は、上記特開昭６３−２１５３４９号公報に開示された形状のダミーバーを用いても、十分に防止することができなかった。
【０００９】
この発明は、上記の問題点を有利に解決するもので、垂直曲げ型連続鋳造機により熱間強度の大きい鋼種を連続鋳造する場合に、鋳造開始直後に鋳型内の湯面が著しく変動することを防止し、ひいては鋳型内湯面を被覆しているモールドパウダーの溶鋼中への巻き込みによる鋳片のノロカミ等の欠陥や鋳片表面に発生する筋による歩留まりの低下とヘゲ等の発生、鋳型内あるいは鋳型下での鋳片のブレークアウト等の重大な操業トラブルを防止し得る鋼の連続鋳造方法を、その有利なダミーバーヘッドと共に提案することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らはＳＵＳ３０４， ＳＵＳ４２０Ｊ１やＳＵＳ４２０Ｊ２のような熱間強度の大きい鋼種を垂直曲げ型連続鋳造機で連続鋳造する場合の初期に生ずる湯面変動の原因について調査を進めた結果、これらの熱間強度の大きい鋼種の場合は、連続鋳造の開始時にダミーバーヘッドと接している領域である、鋳片の先端部の強度も普通鋼と比べて大きいために、２次冷却帯の曲げ部あるいは矯正部では、この鋳片先端部が曲げ部の円弧や矯正部に沿って十分に屈曲することができずにピンチロールに衝突することが原因であることが明らかとなった。
【００１１】
そこで、この問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、連続鋳造機における鋼の連続鋳造方法においてＳＵＳ ３０４， ＳＵＳ ４２０ Ｊ１ やＳＵＳ ４２０ Ｊ２のような熱間強度の大きい鋼種を鋳造する際には、鋳片先端部を曲げ部あるいは矯正部で変形しやすくするために、この鋳片先端部の形状が、引抜中にダミーバーヘッドから切り離れないだけの最小限の強度を持たせた細長い形状となるようなダミーバーヘッドを使用して連続鋳造すれば良いことを見い出した。
【００１２】
上記知見に立脚するこの発明の要旨構成は、次のとおりである。
第１発明の熱間強度の大きい鋼の連続鋳造方法は、垂直曲げ型連続鋳造装置を用いて熱間強度の大きい鋼を連続鋳造するにあたり、ダミーバーヘッドとして、鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなるものを使用することを特徴とする。
記
１．１ ≦ａ／ｃ≦１．４
０．２ ≦ｂ／ｃ≦０．４
０．１５≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１９
また、第２発明の熱間強度の大きい鋼の連続鋳造方法は、垂直曲げ型連続鋳造装置を用いて熱間強度の大きい鋼を連続鋳造するにあたり、ダミーバーヘッドとして、鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなるものを使用することを特徴とする。
記
１．３ ≦ａ／ｃ≦１．６
０．３ ≦ｂ／ｃ≦０．５
０．１１≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１３
ここに、第１発明又は第２発明においては、熱間強度の大きい鋼の熱間強度が９００ ℃での歪速度１０−２ ｓｅｃ−１の引張試験で６０ＭＰａ 以上のものである場合に有利に適合する。
また、この発明のダミーバーヘッドは、連続鋳造の開始時に連続鋳造装置の鋳型底部に配置して、鋳型内で形成させた鋳片の凝固シェルをピンチロールに導くダミーバーヘッドであって、
鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなることを特徴とする。
記
１．１ ≦ａ／ｃ≦１．４
０．２ ≦ｂ／ｃ≦０．４
０．１５≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１９
また、この発明のダミーバーヘッドは、連続鋳造の開始時に連続鋳造装置の鋳型底部に配置して、鋳型内で形成させた鋳片の凝固シェルをピンチロールに導くダミーバーヘッドであって、
鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなることを特徴とする。
記
１．３ ≦ａ／ｃ≦１．６
０．３ ≦ｂ／ｃ≦０．５
０．１１≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１３
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明によれば、垂直曲げ型連続鋳造機におけるＳＵＳ３０４， ＳＵＳ４２０Ｊ１やＳＵＳ４２０Ｊ２のような熱間強度の大きな鋼種を鋳造する際に、鋳片先端部の形状が細長くなるように、この鋳片先端部が形成されるダミーバーヘッドの切り欠き部の形状を図１に示すように特定したことから、曲げ部等での鋳片先端部の熱間強度が小さくなって曲げ部や矯正部で十分に屈曲できるようになったことにより、従来、かかる曲げ部や矯正部で鋳片先端部がロールに衝突して湯面変動が生じていたのが効果的に防止できるようになる。
【００１４】
図１にこの発明のダミーバーヘッドの一例を示す。このダミーバーヘッド１は、鋳造開始時に鋳型に挿入されて鋳型底面を塞ぐために、鋳造しようとする鋳片厚みと等しいダミーバーヘッド厚みｃ及び鋳片幅と等しいダミーバーヘッド幅ｄをそなえ、他のダミーバー部材（図示せず）とピン結合する。
【００１５】
このダミーバーヘッド１の、鋳造開始時に溶鋼と接触する側の先端部には、切り欠き部２がダミーバーヘッド幅にわたって形成され、鋳造開始時にはこの切り欠き部に溶鋼が入り込み、凝固することで鋳片先端部たる凝固シェルを形成し、ダミーバーヘッドとこの鋳片先端部とが係合して引き抜き力に対して抵抗力を示し、鋳片がダミーバーヘッドから分離しない。
【００１６】
この発明では、図示したダミーバー１の切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して所定の関係になるようにし、従来よりも鋳片先端部を細長くすることで該鋳片先端部の強度を低下させて変形能を高めるものであり、これにより鋳片先端部がピンチロールに衝突して湯面変動が生ずるのを防止する。なお、かかるダミーバーヘッドの切り欠き部の形状を細長くしすぎると、引き抜き力等によりダミーバーヘッドとスタートボトム部の鋳片が切り離れてしまうおそれがある。
【００１７】
以下、この発明においてダミーバー１の切り欠き部の長さａ及び厚みｂを、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して次の関係、
▲１▼
１．１ ≦ａ／ｃ≦１．４
０．２ ≦ｂ／ｃ≦０．４
０．１５≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１９、
▲２▼
１．３ ≦ａ／ｃ≦１．６
０．３ ≦ｂ／ｃ≦０．５
０．１１≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１３
に限定した理由について説明する。
【００１８】
前述したように、連続鋳造機の二次冷却帯の曲げ部又は矯正部において鋳片のスタートボトム部をロールに衝突させないためには、スタートボトム部がダミーバーヘッドの動きにならっで変形しながらロール間隙を移動していく必要がある。すなわち、ダミーバーヘッドの変位によって生ずる曲げモーメントによっでスタートボトム部が十分に曲げ変形しなければならない。
したがって、曲げモーメントを発生させるダミーバーヘッドとスタートボトム部の結合長さ、すなわちダミーバー１の切り欠き部の長さａが重要であり、変形を受ける鋳片の変形抵抗の指標となる鋳片厚み（すなわちダミーバーヘッド厚み）ｃとの比を適正にしなければならないと考えた。また、上記曲げ変形は、鋳片のダミーバーヘッドとの結合部だけでなく、この結合部から上方のある程度の範囲まで及ぶ必要がある。したがって、結合部の鋳片の変形抵抗の指標となる、結合部における鋳片厚みｂと、鋳片本体の変形抵抗の指標となる鋳片本体厚みａの比も適正にする必要がある。更に、鋳片の現実の変形抵抗には、鋳片の幅すなわちダミーバーヘッド幅ｄも関与することから、上記ａ／ｃとｄとの比でこれを評価することを試みたのである。
これら３つの評価パラハータａ／ｂ，ｂ／ｃ．ａ／ｃｄを種々に変えた形状のダミーバーヘッドを作成して、それらを用いて試験連鋳機を用いて鋳造実験を行った。鋼種としてＳＵＳ３０４鋼、ＳＵＳ４２０Ｊ１鋼及びＳＵＳ４２０Ｊ２鋼を用い、初期鋳造速度０．５ ｍ／ｍｉｎ で鋳造を行い、湯面変動の大きさを渦流式湯面レベル計を用いて測定した。
この結果、上述のａ／ｂ，ｂ／ｃ．ａ／ｃｄをパラメータとして整理すると、湯面変動を生じないダミーバーヘッド形状として２種の範囲が存在することが明らかとなった。
図２は、ｂ／ｃ＝０．２５〜０．３５、１００ ａ／ｃｄ＝０．１５〜０．１９の範囲で、ａ／ｃが湯面変動に及ぼす影響をみたものであるが、この図から、ａ／ｃ＝１．１ 〜１．４ で湯面変動はほぼ０ｍｍとなることが分かる。
図３は、ａ／ｃ＝１．１５〜１．３ 、１００ ａ／ｃｄ＝０．１５〜０．１９の範囲でｂ／ｃの影響ををみたものであるが、ｂ／ｃ＝０．２ 〜０．４ で湯面変動がほぼ０ｍｍとなる。
図４は、ａ／ｃ＝１．１５〜１．３ 、ｂ／ｃ＝０．２５〜０．３５の範囲でａ／ｃｄの影響をみたものであるが、１００ ａ／ｃｄ＝０．１５〜０．１９の範囲で湯面変動はほぼ０ｍｍとなる。
以上から、ａ／ｃ＝１．１ 〜１．４ 、ｂ／ｃ＝０．２ 〜０．４ 、１００ ａ／ｃｄ＝０．１５〜０．１９の範囲にすることで湯面変動をほぼ０ｍｍにすることができることが明らかとなった。第１発明の数値限定は以上の知見によるものである。
次に、図５は、ｂ／ｃ＝０．３５〜０．５ 、１００ ａ／ｃｄ＝０．１２〜０．１２５ の範囲で、ａ／ｃが湯面変動に及ぼす影響をみたものであるが、この場合には、ａ／ｃ＝１．３ 〜１．５ で湯面変動をほぼ０ｍｍとすることができることが分かる。
図６は、ａ／ｃ＝１．５ 〜１．５５、１００ ａ／ｃｄ＝０．１２〜０．１２５ の範囲でｂ／ｃの湯面変動に及ぼす影響ををみたものであるが、この図からｂ／ｃ＝０．３ 〜０．５ で湯面変動をほぼ０ｍｍとすることができる。
図７は、ａ／ｃ＝１．５ 〜１．５５、ｂ／ｃ＝０．３５〜０．５ の範囲で１００ ａ／ｃｄの湯面変動に及ぼす影響をみたものであるが、この図から１００ ａ／ｃｄ＝０．１１〜０．１３の範囲で湯面変動がほぼ０ｍｍとなることが分かった。
以上から、ａ／ｃ＝１．３ 〜１．６ 、ｂ／ｃ＝０．３ 〜０．５ 、１００ ａ／ｃｄ＝０．１１〜０．１３の範囲にすることによっても湯面変動をほぼ０ｍｍにすることができることが明らかとなった。第２発明の数値限定は以上の知見によるものである。
【００１９】
【実施例】
図１に示すダミーバーヘッドにおいて、切り欠き部の長さａが３００ ｍｍ、厚みｂが８０ｍｍ、ダミーバーヘッド厚みｃが２６０ ｍｍ、幅ｄが７３０ ｍｍ（ａ／ｃ＝１．１５、ｂ／ｃ＝０．３１、１００ ａ／ｃｄ＝０．１５８ ）の場合に、ＳＵＳ ３０４， ＳＵＳ ４２０ Ｊ１ やＳＵＳ ４２０ Ｊ２を垂直曲げ連続鋳造機で鋳造したところ、湯面変動を起こすということがなく、良好な結果が得られた。この時の湯面レベルのチャートの一例を図８に示す。
【００２０】
また他の実施例として切り欠き部の長さａが２７４ ｍｍ、厚みｂが７０ｍｍ、ダミーバーヘッド厚みｃが２００ ｍｍ、幅ｄが１２００ｍｍ（ａ／ｃ＝１．３７、ｂ／ｃ＝０．３５、１００ ａ／ｃｄ＝０．１４）の場合に、ＳＵＳ ３０４， ＳＵＳ ４２０ Ｊ１ やＳＵＳ ４２０ Ｊ２を垂直曲げ連続鋳造機で鋳造したところ、湯面変動を起こすということがなく、良好な結果が得られた。
【００２１】
一方、切り欠き部の長さａが２５０ ｍｍ、厚みｂが１００ ｍｍ、ダミーバーヘッド厚みｃが２６０ ｍｍ、幅ｄが７３０ ｍｍ（ａ／ｃ＝０．９６、ｂ／ｃ＝０．３８、１００ ａ／ｃｄ＝０．１３２ ）の場合に、ＳＵＳ ３０４， ＳＵＳ ４２０ Ｊ１ やＳＵＳ ４２０ Ｊ２を垂直曲げ連続鋳造機で鋳造したところ、曲げ部で鋳片先端部が十分に屈曲せず、ロールに衝突した結果、湯面変動を生じるという結果となった。このときの湯面レベルのチャートを図９に示す。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は、連続鋳造機における鋼の連続鋳造方法において、熱間強度の大きい鋼種を鋳造する際に、切り欠き部が所定の形状になるダミーバーヘッドを使用するようにしたので、連続鋳造機の曲げ部で鋳片先端部が十分に屈曲することができ、よってロールに衝突することに起因した湯面変動を防止できるようになった。
かくして、湯面変動起因によるブレークアウト等の操業トラブル、湯面変動起因によるスタートボトム部の手入れ増あるいはスクラップ落ち、あるいは湯面変動大より鋼種によっては鋳造不能になるのを防止できるという工業上、顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のダミーバーヘッドの一例を示す説明図である。
【図２】ダミーバーヘッドのａ／ｃの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すグラフである。
【図３】ダミーバーヘッドのｂ／ｃの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すである。
【図４】ダミーバーヘッドのａ／ｃｄの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すである。
【図５】ダミーバーヘッドのａ／ｃの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すである。
【図６】ダミーバーヘッドのｂ／ｃの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すである。
【図７】ダミーバーヘッドのａ／ｃｄの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すである。
【図８】この発明に従うダミーバーヘッドを用いた場合の湯面レベルの時系列変化を示す図である。
【図９】従来のダミーバーヘッドを用いた場合の湯面レベルの時系列変化を示す図である。
【符号の説明】
１ ダミーバーヘッド
２ 切り欠き部
ａ 切り欠き部の長さ
ｂ 切り欠き部の厚み
ｃ ダミーバーヘッド厚み
ｄ ダミーバーヘッド幅
【発明の属する技術分野】
この発明は、熱間強度の大きい鋼の連続鋳造方法及びこれに使用するダミーバーヘッド、より詳しくは、熱間強度の大きい鋼種を鋳造する際の鋳造初期に、湯面変動を防止することのできる鋳造方法及びダミーバーヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に連続鋳造機で鋼を連続鋳造する際には、その初期段階において、鋳型の底部にダミーバーのダミーバーヘッドを配置して該底部を塞いでから、この鋳型に溶鋼を注ぎ込むことで鋳型内である一定の時間、湯溜めをし、このとき鋳造前に投入した冷材及び鋳型からの冷却により鋳型内の溶鋼を凝固させてダミーバーヘッドと接する面及び鋳型と接する面に凝固シェルをある程度の厚みで形成させ、しかる後にダミーバーを引き抜くことでこのダミーバーに付随して鋳片を引き抜くような方法が採られている。そして、引き続く鋳片は、鋳型内における冷却によって凝固シェルをある厚みになるまで成長させ、鋳型から引き出された後は鋳型直下に設けたスプレーノズルからの２次冷却水によって順次完全に凝固させるのであり、かくして連続鋳造が進行する。
【０００３】
ところで、このような鋼の連続鋳造に使用される連続鋳造機としては大別して、（１） 鋳型から凝固の完了した鋳片を切断するまでの間を垂直方向となるように配置した垂直型連続鋳造機、（２） 鋳型から所定長さまでを湾曲形状に配し、機高を低減した全湾曲型連続鋳造機、（３） 鋳型から所定長さまでを垂直とし、その後に曲げ部、一定Ｒの湾曲部、矯正部を順次に配した垂直・曲げ型連続鋳造機、が知られている。これらの連続鋳造機のうち垂直部の長い方が、介在物の浮上効果によって、得られる鋳片の非金属介在物欠陥が少ないため、品質面では垂直型連続鋳造機が最も優れている。しかし、垂直型連続鋳造機は機高が高く、建設費が嵩み、また、生産性も低いため、現在では新設される連続鋳造機は垂直曲げ型が主流となっている。
【０００４】
この垂直曲げ型連続鋳造機では、ダミーバー及び鋳片が、垂直下方に引き抜かれた後、複数のロール対により曲げ応力が加えられつつ案内されて円弧状に引き抜かれ、しかる後に矯正部にて鋳片形状が矯正される。そのため、鋳造開始直後に湾曲部のロール帯において鋳片やダミーバーの移送が円滑に行われず、ダミーバーヘッド等がロールに衝突する場合には、鋳型内の湯面が変動することがあった。この湯面の変動は、鋳型内湯面を被覆しているモールドパウダーの溶鋼中への巻き込みをもたらし、鋳片のノロカミ等の欠陥をもたらす、あるいは鋳片表面に発生する筋により歩留まりの低下とヘゲ等の発生をもたらす他、鋳型内あるいは鋳型下での鋳片のブレークアウト等の重大な操業トラブルを発生させる原因となる。
【０００５】
このような鋳込初期にダミーバーがロールに衝突することに起因する湯面変動を防止する技術としては、特開昭６３−２１５３４９号公報に記載されているような、ダミーバーヘッドの進行方向先端側の形状を非対称にして、ダミーバーヘッドがロールに衝突するのを回避する形状とすることにより、湯面変動を防止する方法が知られている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開昭６３−２１５３４９号公報に開示された形状のダミーバーを使用して連続鋳造操業を試みたところ、普通鋼では湯面変動をある程度は防止できることが分かった。
【０００７】
ところで、近年、連続鋳造機の普及とそれに並行した技術開発の推進により、これまで連続鋳造化が困難とされていた種々の鋼種について連続鋳造化が試みられるようになってきた。
【０００８】
そこで、発明者は、上述した垂直曲げ型連続鋳造機を用いて各種の鋼の連続鋳造を行ってみたところ、熱間強度の大きい鋼種、とりわけＳＵＳ３０４，ＳＵＳ４２０Ｊ１やＳＵＳ４２０Ｊ２に代表される、９００ ℃での歪速度１０−２ ｓｅｃ−１の引張試験にて６０ＭＰａ 以上の鋼種の場合は、鋳造開始直後に鋳型内の湯面が著しく変動することを経験するに到った。そして、この著しい湯面の変動は、上記特開昭６３−２１５３４９号公報に開示された形状のダミーバーを用いても、十分に防止することができなかった。
【０００９】
この発明は、上記の問題点を有利に解決するもので、垂直曲げ型連続鋳造機により熱間強度の大きい鋼種を連続鋳造する場合に、鋳造開始直後に鋳型内の湯面が著しく変動することを防止し、ひいては鋳型内湯面を被覆しているモールドパウダーの溶鋼中への巻き込みによる鋳片のノロカミ等の欠陥や鋳片表面に発生する筋による歩留まりの低下とヘゲ等の発生、鋳型内あるいは鋳型下での鋳片のブレークアウト等の重大な操業トラブルを防止し得る鋼の連続鋳造方法を、その有利なダミーバーヘッドと共に提案することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
さて、発明者らはＳＵＳ３０４， ＳＵＳ４２０Ｊ１やＳＵＳ４２０Ｊ２のような熱間強度の大きい鋼種を垂直曲げ型連続鋳造機で連続鋳造する場合の初期に生ずる湯面変動の原因について調査を進めた結果、これらの熱間強度の大きい鋼種の場合は、連続鋳造の開始時にダミーバーヘッドと接している領域である、鋳片の先端部の強度も普通鋼と比べて大きいために、２次冷却帯の曲げ部あるいは矯正部では、この鋳片先端部が曲げ部の円弧や矯正部に沿って十分に屈曲することができずにピンチロールに衝突することが原因であることが明らかとなった。
【００１１】
そこで、この問題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、連続鋳造機における鋼の連続鋳造方法においてＳＵＳ ３０４， ＳＵＳ ４２０ Ｊ１ やＳＵＳ ４２０ Ｊ２のような熱間強度の大きい鋼種を鋳造する際には、鋳片先端部を曲げ部あるいは矯正部で変形しやすくするために、この鋳片先端部の形状が、引抜中にダミーバーヘッドから切り離れないだけの最小限の強度を持たせた細長い形状となるようなダミーバーヘッドを使用して連続鋳造すれば良いことを見い出した。
【００１２】
上記知見に立脚するこの発明の要旨構成は、次のとおりである。
第１発明の熱間強度の大きい鋼の連続鋳造方法は、垂直曲げ型連続鋳造装置を用いて熱間強度の大きい鋼を連続鋳造するにあたり、ダミーバーヘッドとして、鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなるものを使用することを特徴とする。
記
１．１ ≦ａ／ｃ≦１．４
０．２ ≦ｂ／ｃ≦０．４
０．１５≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１９
また、第２発明の熱間強度の大きい鋼の連続鋳造方法は、垂直曲げ型連続鋳造装置を用いて熱間強度の大きい鋼を連続鋳造するにあたり、ダミーバーヘッドとして、鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなるものを使用することを特徴とする。
記
１．３ ≦ａ／ｃ≦１．６
０．３ ≦ｂ／ｃ≦０．５
０．１１≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１３
ここに、第１発明又は第２発明においては、熱間強度の大きい鋼の熱間強度が９００ ℃での歪速度１０−２ ｓｅｃ−１の引張試験で６０ＭＰａ 以上のものである場合に有利に適合する。
また、この発明のダミーバーヘッドは、連続鋳造の開始時に連続鋳造装置の鋳型底部に配置して、鋳型内で形成させた鋳片の凝固シェルをピンチロールに導くダミーバーヘッドであって、
鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなることを特徴とする。
記
１．１ ≦ａ／ｃ≦１．４
０．２ ≦ｂ／ｃ≦０．４
０．１５≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１９
また、この発明のダミーバーヘッドは、連続鋳造の開始時に連続鋳造装置の鋳型底部に配置して、鋳型内で形成させた鋳片の凝固シェルをピンチロールに導くダミーバーヘッドであって、
鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなることを特徴とする。
記
１．３ ≦ａ／ｃ≦１．６
０．３ ≦ｂ／ｃ≦０．５
０．１１≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１３
【００１３】
【発明の実施の形態】
この発明によれば、垂直曲げ型連続鋳造機におけるＳＵＳ３０４， ＳＵＳ４２０Ｊ１やＳＵＳ４２０Ｊ２のような熱間強度の大きな鋼種を鋳造する際に、鋳片先端部の形状が細長くなるように、この鋳片先端部が形成されるダミーバーヘッドの切り欠き部の形状を図１に示すように特定したことから、曲げ部等での鋳片先端部の熱間強度が小さくなって曲げ部や矯正部で十分に屈曲できるようになったことにより、従来、かかる曲げ部や矯正部で鋳片先端部がロールに衝突して湯面変動が生じていたのが効果的に防止できるようになる。
【００１４】
図１にこの発明のダミーバーヘッドの一例を示す。このダミーバーヘッド１は、鋳造開始時に鋳型に挿入されて鋳型底面を塞ぐために、鋳造しようとする鋳片厚みと等しいダミーバーヘッド厚みｃ及び鋳片幅と等しいダミーバーヘッド幅ｄをそなえ、他のダミーバー部材（図示せず）とピン結合する。
【００１５】
このダミーバーヘッド１の、鋳造開始時に溶鋼と接触する側の先端部には、切り欠き部２がダミーバーヘッド幅にわたって形成され、鋳造開始時にはこの切り欠き部に溶鋼が入り込み、凝固することで鋳片先端部たる凝固シェルを形成し、ダミーバーヘッドとこの鋳片先端部とが係合して引き抜き力に対して抵抗力を示し、鋳片がダミーバーヘッドから分離しない。
【００１６】
この発明では、図示したダミーバー１の切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して所定の関係になるようにし、従来よりも鋳片先端部を細長くすることで該鋳片先端部の強度を低下させて変形能を高めるものであり、これにより鋳片先端部がピンチロールに衝突して湯面変動が生ずるのを防止する。なお、かかるダミーバーヘッドの切り欠き部の形状を細長くしすぎると、引き抜き力等によりダミーバーヘッドとスタートボトム部の鋳片が切り離れてしまうおそれがある。
【００１７】
以下、この発明においてダミーバー１の切り欠き部の長さａ及び厚みｂを、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して次の関係、
▲１▼
１．１ ≦ａ／ｃ≦１．４
０．２ ≦ｂ／ｃ≦０．４
０．１５≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１９、
▲２▼
１．３ ≦ａ／ｃ≦１．６
０．３ ≦ｂ／ｃ≦０．５
０．１１≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１３
に限定した理由について説明する。
【００１８】
前述したように、連続鋳造機の二次冷却帯の曲げ部又は矯正部において鋳片のスタートボトム部をロールに衝突させないためには、スタートボトム部がダミーバーヘッドの動きにならっで変形しながらロール間隙を移動していく必要がある。すなわち、ダミーバーヘッドの変位によって生ずる曲げモーメントによっでスタートボトム部が十分に曲げ変形しなければならない。
したがって、曲げモーメントを発生させるダミーバーヘッドとスタートボトム部の結合長さ、すなわちダミーバー１の切り欠き部の長さａが重要であり、変形を受ける鋳片の変形抵抗の指標となる鋳片厚み（すなわちダミーバーヘッド厚み）ｃとの比を適正にしなければならないと考えた。また、上記曲げ変形は、鋳片のダミーバーヘッドとの結合部だけでなく、この結合部から上方のある程度の範囲まで及ぶ必要がある。したがって、結合部の鋳片の変形抵抗の指標となる、結合部における鋳片厚みｂと、鋳片本体の変形抵抗の指標となる鋳片本体厚みａの比も適正にする必要がある。更に、鋳片の現実の変形抵抗には、鋳片の幅すなわちダミーバーヘッド幅ｄも関与することから、上記ａ／ｃとｄとの比でこれを評価することを試みたのである。
これら３つの評価パラハータａ／ｂ，ｂ／ｃ．ａ／ｃｄを種々に変えた形状のダミーバーヘッドを作成して、それらを用いて試験連鋳機を用いて鋳造実験を行った。鋼種としてＳＵＳ３０４鋼、ＳＵＳ４２０Ｊ１鋼及びＳＵＳ４２０Ｊ２鋼を用い、初期鋳造速度０．５ ｍ／ｍｉｎ で鋳造を行い、湯面変動の大きさを渦流式湯面レベル計を用いて測定した。
この結果、上述のａ／ｂ，ｂ／ｃ．ａ／ｃｄをパラメータとして整理すると、湯面変動を生じないダミーバーヘッド形状として２種の範囲が存在することが明らかとなった。
図２は、ｂ／ｃ＝０．２５〜０．３５、１００ ａ／ｃｄ＝０．１５〜０．１９の範囲で、ａ／ｃが湯面変動に及ぼす影響をみたものであるが、この図から、ａ／ｃ＝１．１ 〜１．４ で湯面変動はほぼ０ｍｍとなることが分かる。
図３は、ａ／ｃ＝１．１５〜１．３ 、１００ ａ／ｃｄ＝０．１５〜０．１９の範囲でｂ／ｃの影響ををみたものであるが、ｂ／ｃ＝０．２ 〜０．４ で湯面変動がほぼ０ｍｍとなる。
図４は、ａ／ｃ＝１．１５〜１．３ 、ｂ／ｃ＝０．２５〜０．３５の範囲でａ／ｃｄの影響をみたものであるが、１００ ａ／ｃｄ＝０．１５〜０．１９の範囲で湯面変動はほぼ０ｍｍとなる。
以上から、ａ／ｃ＝１．１ 〜１．４ 、ｂ／ｃ＝０．２ 〜０．４ 、１００ ａ／ｃｄ＝０．１５〜０．１９の範囲にすることで湯面変動をほぼ０ｍｍにすることができることが明らかとなった。第１発明の数値限定は以上の知見によるものである。
次に、図５は、ｂ／ｃ＝０．３５〜０．５ 、１００ ａ／ｃｄ＝０．１２〜０．１２５ の範囲で、ａ／ｃが湯面変動に及ぼす影響をみたものであるが、この場合には、ａ／ｃ＝１．３ 〜１．５ で湯面変動をほぼ０ｍｍとすることができることが分かる。
図６は、ａ／ｃ＝１．５ 〜１．５５、１００ ａ／ｃｄ＝０．１２〜０．１２５ の範囲でｂ／ｃの湯面変動に及ぼす影響ををみたものであるが、この図からｂ／ｃ＝０．３ 〜０．５ で湯面変動をほぼ０ｍｍとすることができる。
図７は、ａ／ｃ＝１．５ 〜１．５５、ｂ／ｃ＝０．３５〜０．５ の範囲で１００ ａ／ｃｄの湯面変動に及ぼす影響をみたものであるが、この図から１００ ａ／ｃｄ＝０．１１〜０．１３の範囲で湯面変動がほぼ０ｍｍとなることが分かった。
以上から、ａ／ｃ＝１．３ 〜１．６ 、ｂ／ｃ＝０．３ 〜０．５ 、１００ ａ／ｃｄ＝０．１１〜０．１３の範囲にすることによっても湯面変動をほぼ０ｍｍにすることができることが明らかとなった。第２発明の数値限定は以上の知見によるものである。
【００１９】
【実施例】
図１に示すダミーバーヘッドにおいて、切り欠き部の長さａが３００ ｍｍ、厚みｂが８０ｍｍ、ダミーバーヘッド厚みｃが２６０ ｍｍ、幅ｄが７３０ ｍｍ（ａ／ｃ＝１．１５、ｂ／ｃ＝０．３１、１００ ａ／ｃｄ＝０．１５８ ）の場合に、ＳＵＳ ３０４， ＳＵＳ ４２０ Ｊ１ やＳＵＳ ４２０ Ｊ２を垂直曲げ連続鋳造機で鋳造したところ、湯面変動を起こすということがなく、良好な結果が得られた。この時の湯面レベルのチャートの一例を図８に示す。
【００２０】
また他の実施例として切り欠き部の長さａが２７４ ｍｍ、厚みｂが７０ｍｍ、ダミーバーヘッド厚みｃが２００ ｍｍ、幅ｄが１２００ｍｍ（ａ／ｃ＝１．３７、ｂ／ｃ＝０．３５、１００ ａ／ｃｄ＝０．１４）の場合に、ＳＵＳ ３０４， ＳＵＳ ４２０ Ｊ１ やＳＵＳ ４２０ Ｊ２を垂直曲げ連続鋳造機で鋳造したところ、湯面変動を起こすということがなく、良好な結果が得られた。
【００２１】
一方、切り欠き部の長さａが２５０ ｍｍ、厚みｂが１００ ｍｍ、ダミーバーヘッド厚みｃが２６０ ｍｍ、幅ｄが７３０ ｍｍ（ａ／ｃ＝０．９６、ｂ／ｃ＝０．３８、１００ ａ／ｃｄ＝０．１３２ ）の場合に、ＳＵＳ ３０４， ＳＵＳ ４２０ Ｊ１ やＳＵＳ ４２０ Ｊ２を垂直曲げ連続鋳造機で鋳造したところ、曲げ部で鋳片先端部が十分に屈曲せず、ロールに衝突した結果、湯面変動を生じるという結果となった。このときの湯面レベルのチャートを図９に示す。
【００２２】
【発明の効果】
この発明は、連続鋳造機における鋼の連続鋳造方法において、熱間強度の大きい鋼種を鋳造する際に、切り欠き部が所定の形状になるダミーバーヘッドを使用するようにしたので、連続鋳造機の曲げ部で鋳片先端部が十分に屈曲することができ、よってロールに衝突することに起因した湯面変動を防止できるようになった。
かくして、湯面変動起因によるブレークアウト等の操業トラブル、湯面変動起因によるスタートボトム部の手入れ増あるいはスクラップ落ち、あるいは湯面変動大より鋼種によっては鋳造不能になるのを防止できるという工業上、顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明のダミーバーヘッドの一例を示す説明図である。
【図２】ダミーバーヘッドのａ／ｃの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すグラフである。
【図３】ダミーバーヘッドのｂ／ｃの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すである。
【図４】ダミーバーヘッドのａ／ｃｄの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すである。
【図５】ダミーバーヘッドのａ／ｃの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すである。
【図６】ダミーバーヘッドのｂ／ｃの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すである。
【図７】ダミーバーヘッドのａ／ｃｄの値が連続鋳造時の湯面変動に及ぼす影響を示すである。
【図８】この発明に従うダミーバーヘッドを用いた場合の湯面レベルの時系列変化を示す図である。
【図９】従来のダミーバーヘッドを用いた場合の湯面レベルの時系列変化を示す図である。
【符号の説明】
１ ダミーバーヘッド
２ 切り欠き部
ａ 切り欠き部の長さ
ｂ 切り欠き部の厚み
ｃ ダミーバーヘッド厚み
ｄ ダミーバーヘッド幅
Claims (5)
- 垂直曲げ型連続鋳造装置を用いて熱間強度の大きい鋼を連続鋳造するにあたり、ダミーバーヘッドとして、鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなるものを使用することを特徴とする熱間強度の大きい鋼の連続鋳造方法。
記
１．１ ≦ａ／ｃ≦１．４
０．２ ≦ｂ／ｃ≦０．４
０．１５≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１９ - 垂直曲げ型連続鋳造装置を用いて熱間強度の大きい鋼を連続鋳造するにあたり、ダミーバーヘッドとして、鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなるものを使用することを特徴とする熱間強度の大きい鋼の連続鋳造方法。
記
１．３ ≦ａ／ｃ≦１．６
０．３ ≦ｂ／ｃ≦０．５
０．１１≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１３ - 熱間強度の大きい鋼が、９００ ℃での歪速度１０−２ ｓｅｃ−１の引張試験にて６０ＭＰａ 以上のものである請求項１又は２記載の熱間強度の大きい鋼の連続鋳造方法。
- 連続鋳造の開始時に連続鋳造装置の鋳型底部に配置して、鋳型内で形成させた鋳片の凝固シェルをピンチロールに導くダミーバーヘッドであって、
鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなることを特徴とするダミーバーヘッド。
記
１．１ ≦ａ／ｃ≦１．４
０．２ ≦ｂ／ｃ≦０．４
０．１５≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１９ - 連続鋳造の開始時に連続鋳造装置の鋳型底部に配置して、鋳型内で形成させた鋳片の凝固シェルをピンチロールに導くダミーバーヘッドであって、
鋳片の凝固シェルと接する側の端部にて凝固シェルと係合する切り欠き部の長さａ及び厚みｂが、ダミーバーヘッド厚みｃ及び幅ｄに対して、下記に示す関係を満足してなることを特徴とするダミーバーヘッド。
記
１．３ ≦ａ／ｃ≦１．６
０．３ ≦ｂ／ｃ≦０．５
０．１１≦ １００ａ／ｃｄ≦０．１３
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