JP4364852B2 - スラブ鋳片の連続鋳造設備と連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スラブ鋳片の連続鋳造設備と連続鋳造方法に関する。

スラブ鋳片の連続鋳造工程において、鋳片の広面を両面から支持案内する従動ロール（アイドルロール）の隙間（以下、単にロール隙間ともいう。）が適正であるか否かは、鋳片品質に大きな影響を及ぼす。
例えば図４に示すように鋳片の狭面部の厚さＴ（以下、この「鋳片の狭面部の厚さ」を単に「鋳片厚さ」ともいう。）に対しロール隙間Ｄが大きい場合、溶鋼の静圧で鋳片広面側が外側（ロール側）に膨れるように変形する。この変形はバルジングと呼ばれており、当該バルジングの程度によっては、凝固殻の内側（溶鋼側）に大きな引張応力が発生し、特に狭面側の凝固界面の近傍に内部割れ（水平割れともいう。）が発生してしまう。通常、鋳片とは扁平なものであるから、言い換えれば当該内部割れとは鋳片の横断面（延在方向に垂直な断面）において端部（狭面）付近に発生する割れともいえる。この内部割れは、円弧部におけるバルジングにより発生するため、当該円弧部において対策をしなければならないものである（図１も併せて参照）。

一方、図５に示す如く鋳片厚さＴとロール隙間Ｄとが略等しい場合、元々鋳片の幅方向中央部よりも温度の低いコーナ部は、ロールに接触することによりさらに冷却されてしまう。そして特定の温度まで冷えると、当該コーナ部は、延びや曲げに脆い性質（脆性）を有するようになる。また、矯正部に搬送された鋳片は、その矯正応力によって本図に示す太線矢印の方向において凝固殻の広面側表面に大きな引張応力が発生する。従って脆化された当該表面に表面割れ（横小割れともいう。）と呼ばれる割れが発生してしまう。

そこで上記の内部割れ及び表面割れを防止するために従来、様々な研究が行われてきた。
例えば内部割れを防止するには、冶金的側面からは不純物を低減すると同時に、設備的側面からはロール数を増やしてピッチを短くし溶鋼のバルジングを抑制したり、上述した矯正変形時に圧縮鋳造したりすることなどが挙げられる。
一方で表面割れを防止するには、鋳型での冷却速度の制御は勿論、一連のメカニズムの出発点となる「弱い部分」を作らないために、凝固速度を左右する潤滑・保温用パウダーを鋳型と鋳片との間になるべく均一に流し込むことなどが挙げられる。

この種の技術として特許文献１は、連続鋳造法におけるスラブ鋳片のエッジ部温度とスラブ巾中央部との温度差を少なくし、エッジ部温度を上昇せしめ、直接圧延した際、スラブ（コイル）エッジ部の粗大粒の混入率を少なくし良質な製品を製造することを目的として、以下の連続鋳造法を開示する。
即ち、モールド直下以降、上ロールと下ロールとの間隔を徐々に広げ、後に当該上ロールと下ロールとの間隔を挟めるような山型パターンにバルジング量を調節し、バルジング量調節中は鋳片のエッジ部にはロールを接触させないことにより、スラブエッジ部とスラブ巾中央部との間の温度差を少なくする、とされている。
特許第１６４１８６２号明細書（請求項１、第３カラム第１３〜１８行目）

しかしながら、特許文献１は、定性的な事項を開示するのみであって、定量的な（具体的な）技術情報が一切開示されていない。

課題を解決するための手段及び効果

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段とその効果を説明する。

円弧状に並設される円弧部を含むロール帯により両面から支持案内されながらスラブ鋳片が鋳造される連続鋳造設備において、上記円弧部入口におけるロール隙間が２００（ｍｍ）以上３９０（ｍｍ）以下であり、鋳型直下から鋳片の最終凝固位置までの冷却強度が水冷却の場合で比水量０．６（Ｌ／ｋｇ鋼）以上３．０（Ｌ／ｋｇ鋼）以下であり、前記円弧部全体におけるスラブ鋳片の絞込速度が下記式（１）の条件を満たすように制御される。
０．０００４（ｍｉｎ^-1）×Ｄ≦Ｖｓｑ≦０．０００９（ｍｉｎ^-1）×Ｄ・・・（１）
Ｖｓｑ：スラブ鋳片の絞込速度（ｍｍ／ｍｉｎ）
Ｄ ：円弧部入口におけるロール隙間（ｍｍ）

これにより、スラブ鋳片のバルジングが好適に制御され、以下のような効果を奏する。
第１に、当該スラブ鋳片のコーナ部と前記ロールとの間に間隙が確保されるので、当該コーナ部におけるスラブ鋳片と当該ロールとの間の熱交換が抑制される。従って矯正変形時においても当該コーナ部の温度が脆化温度以上に維持される。言い換えれば脆化温度以上で矯正変形させるので、当該矯正変形時に作用する矯正応力に起因してスラブ鋳片のコーナ部の広面側（ロール側）表面に表面割れ（横小割れともいう。）が発生するのを防止することができる。
第２に、スラブ鋳片のバルジングが過大とならないので、当該バルジングによる引張応力に起因してスラブ鋳片の凝固殻の狭面側の凝固界面近傍に内部割れ（水平割れともいう。）が発生するのを防止することができる。

円弧状に並設される円弧部を含むロール帯により両面から支持案内しながらスラブ鋳片を鋳造する連続鋳造方法において、上記円弧部入口におけるロール隙間を２００（ｍｍ）以上３９０（ｍｍ）以下とし、鋳型直下から鋳片の最終凝固位置までの冷却強度を水冷却の場合で比水量０．６（Ｌ／ｋｇ鋼）以上３．０（Ｌ／ｋｇ鋼）以下とし、前記円弧部全体におけるスラブ鋳片の絞込速度を下記式（１）の条件を満たすように制御する。
０．０００４（ｍｉｎ^-1）×Ｄ≦Ｖｓｑ≦０．０００９（ｍｉｎ^-1）×Ｄ・・・（１）
Ｖｓｑ：スラブ鋳片の絞込速度（ｍｍ／ｍｉｎ）
Ｄ ：円弧部入口におけるロール隙間（ｍｍ）

これにより、スラブ鋳片のバルジングが好適に制御され、以下のような効果を奏する。
第１に、当該スラブ鋳片のコーナ部と前記ロールとの間に間隙が確保されるので、当該コーナ部におけるスラブ鋳片と当該ロールとの間の熱交換が抑制される。従って矯正変形時においても当該コーナ部の温度が脆化温度以上に維持される。言い換えれば脆化温度以上で矯正変形させるので、当該矯正変形時に作用する矯正応力に起因してスラブ鋳片のコーナ部の広面側（ロール側）表面に表面割れ（横小割れともいう。）が発生するのを防止することができる。
第２に、スラブ鋳片のバルジングが過大とならないので、当該バルジングによる引張応力に起因してスラブ鋳片の凝固殻の狭面側の凝固界面近傍に内部割れ（水平割れともいう。）が発生するのを防止することができる。

以下、発明の実施の形態を説明する。図１は本発明の一実施形態に係る連続鋳造設備の側面図である。この連続鋳造設備１００とは端的に言えば、鋳型１の下流側に多数のロール２が帯状に並設されており、これら多数のロール２から成るロール帯３により両面から支持案内されながらスラブ鋳片４が鋳造されるように構成されるものである。

本図に示す如く前記ロール帯３は鋳型１から下流側へ向かって順に、直線状であって鉛直方向に並設されて成る垂直部Ａと、円弧状の円弧部Ｂと、円弧状から緩やかに直線状となるように曲率を無限大へ漸増させる矯正部Ｃと、直線状であって水平方向に並設される水平部Ｈと、を含む。

また前記ロール２としては、一般にスパイラル水冷溝が表面に刻設されたロールに外面表が平面的なスリーブを被包嵌合せしめて両者が一体化したもの、又はロールの軸心に水冷溝を貫通形成し、これに外面表が平面的なスリーブを被包嵌合せしめて両者が一体化したものなどが使用されている。

また、転炉から取鍋によって運ばれてきた溶鋼は、図略のタンディッシュにより一時的に受け止められ、当該タンディッシュの下方に設けられた鋳型１へ所定の流量で注湯されるように構成されている。

図１において符号２ａ及び２ｂで示される一対のロール２間のロール隙間Ｄは、例えば以下のように調節可能に構成されている（図４及び図５も併せて参照）。
即ち、油圧などの動力を用いることにより、図略の固定軸に転動自在に軸支されたロール２ｂに対する、図略の可動軸に転動自在に軸支されたロール２ａの位置が調節できるようになっている。

本実施形態において上記のロール帯３の円弧部入口ＡＢ（即ち垂直部Ａと円弧部Ｂとの境界、図１参照）における上記ロール隙間Ｄは２００（ｍｍ）以上３９０（ｍｍ）以下の範囲内とされている。

また本実施形態において上記の鋳型１直下から鋳片の最終凝固位置までの冷却強度は、水冷却の場合で比水量０．６（Ｌ／ｋｇ鋼）以上３．０（Ｌ／ｋｇ鋼）以下とされている。
なお上記の「比水量」とは、鋳片の冷却強度の指標として以下の如く定義されるものである。即ち「比水量」とは、鋳型１直下から鋳片の最終凝固位置までに使用した総冷却水量を同じ時間に鋳造したスラブ鋳片４の重量で除して求められるものである。ただし水と空気の双方による冷却、所謂ニ流体冷却の場合には、適宜換算して求められるものである。

そして上記円弧部Ｂ全体におけるスラブ鋳片４の絞込速度Ｖｓｑは、下記式（１）の条件を満たすように制御されている。
０．０００４（ｍｉｎ^-1）×Ｄ≦Ｖｓｑ≦０．０００９（ｍｉｎ^-1）×Ｄ・・・（１）
Ｖｓｑ：スラブ鋳片４の絞込速度（ｍｍ／ｍｉｎ）
Ｄ ：円弧部入口ＡＢにおけるロール隙間Ｄ（ｍｍ）

なお上記式（１）において絞込速度Ｖｓｑとは、下記式（２）で表されるものであって（表１も併せて参照）、「テーパアライメント」や「絞込量」などとも呼ばれているものである。

Ｖｓｑ＝Ｓｑ×Ｖ／Ｌ・・・（２）
Ｓｑ ：絞込総量（ｍｍ）
Ｖ ：鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）
Ｌ ：絞込円弧部長さ（ｍ）

上記の式（２）を説明するために、図２は鋳造方向（図１参照）における位置とロール隙間Ｄとの関係を表す。本図において０Ａは図１に示す鋳型１と垂直部Ａとの境界を示し、ＡＢは垂直部Ａと円弧部Ｂとの境界、即ち円弧部入口を示し、ＢＣは円弧部Ｂと矯正部Ｃとの境界、即ち円弧部出口（矯正部入口）を示し、ＣＨは矯正部Ｃと水平部Ｈとの境界、即ち矯正部出口（水平部入口）を示している。また図２に示すＤ０は上記円弧部入口ＡＢにおけるロール隙間Ｄを、Ｄ１は上記円弧部出口ＢＣにおけるロール隙間Ｄを表している。

上記式（２）における絞込総量Ｓｑとは、本図に示す如く前記のロール隙間Ｄ０からロール隙間Ｄ１を引いて求められるものである。
また絞込円弧部長さＬとは、前記円弧部Ｂにおいて実際に絞込み（ロール隙間Ｄの減少）が行われた長さをいう。

図２に示すように、本実施形態のおける連続鋳造設備１００は上記の円弧部Ｂの全体において、当該円弧部入口ＡＢにおけるロール隙間Ｄ０が、円弧部出口ＢＣにおいてロール隙間Ｄ１に狭まるよう、当該ロール隙間Ｄを緩やかに漸減させるように構成されている。言い換えれば当該円弧部Ｂの全体においてロール隙間Ｄを絞込総量Ｓｑだけ絞り込むように構成されている。
より詳しく言えば本実施形態において上記ロール隙間Ｄは、円弧部入口ＡＢから円弧部出口ＢＣに向かって一定の割合で漸減するように構成されており、また鋳造速度Ｖも常に一定とされている。

〔実施例〕
次に、本発明の技術的効果を確認するために行われた連続鋳造試験を、表１及び図１、図３に基づいて説明する。

表１は連続鋳造試験の結果を示すものである。

本連続鋳造試験（以下、単に本試験ともいう。）における試験条件を以下に説明する。
表１に示すように、試験番号１〜７において共通する条件は以下の通りである。図１において太線矢印で示す方向へスラブ鋳片４が搬送される速度、即ち鋳造速度Ｖは、１．２ｍ／ｍｉｎとした。またロール帯３の円弧部Ｂの全長（円弧長さ）は１４．３ｍであり、当該円弧部入口ＡＢの入口におけるロール隙間Ｄは２８０ｍｍとした。
試験番号１〜７におけるその他の条件、即ち絞込総量Ｓｑ・絞込円弧部長さＬは表１に示す如く設定した。なお絞込円弧部長さＬとは、上述の如く、前記の円弧部Ｂのうち、スラブ鋳片の絞込みが実際に行われた部分の長さのことをいう。例えば、試験番号２の条件では、当該絞込円弧部長さＬと円弧部Ｂの全長とが一致しているので、スラブ鋳片の絞込みは当該円弧部Ｂの全長に亘って行われたことを表している。一方で、試験番号５の条件では、当該絞込円弧部長さＬが円弧部Ｂの全長よりも短くなっており、当該絞込みが、円弧部入口ＡＢから円弧部Ｂの下流側へ向かって５．０ｍだけ搬送されるうちに、集中して行われたことを表す。同様に試験番号６においても、当該絞込みは、円弧部入口ＡＢから円弧部Ｂの下流側へ向かって１０．０ｍだけ搬送されるうちに集中して行われた。言い換えれば、試験番号５及び６において当該絞込みは、円弧部Ｂの全長よりもかなり短い距離において集中して行われたのである。

そして上記の条件に基づいて実際に連続鋳造設備を用いて鋳造されたスラブ鋳片４の割れ（以下、単に鋳片割れともいう。）の有無やその長さを定規を用いて測定した。なお、鋳片割れとは具体的には図４に示されるような前述の内部割れ（水平割れ）、または図５に示されるような前述の表面割れ（横小割れ）のことである。また上記の測定は、次工程である圧延工程において影響を及ぼす程度とされる全長５ｍｍ以上の割れのみを対象とした。言い換えれば、全長５ｍｍ未満の割れは、本試験においては考慮されていない。

本試験の結果は表１の通りである。即ち、試験番号１〜３においては、内部割れ及び表面割れの何れもみられなかったが、一方、試験番号４〜６においては内部割れが、試験番号７においては表面割れがみられた。

図３は表１に示される試験結果をグラフ化したものである。ただし表１に記載のない試験結果も図３に併せてプロットされている。
本図より、円弧部入口ＡＢにおけるロール隙間Ｄと、絞込速度Ｖｓｑと、鋳片割れとの間には相関関係があることが判った。即ち、絞込速度Ｖｓｑをある値以上に設定すると表面割れが、別のある値以下に設定すると内部割れが発生した。より具体的には、下記の式（２）に示される条件を満足しない場合は表面割れが、式（３）に示される条件を満足しない場合は内部割れが発生した。なお本図において、前記の試験番号１〜４及び７に対応するプロットには当該番号を付した。

Ｖｓｑ≦０．０００９（ｍｉｎ^-1）×Ｄ ・・・ （２）
０．０００４（ｍｉｎ^-1）×Ｄ≦Ｖｓｑ ・・・ （３）
Ｖｓｑ：スラブ鋳片４の絞込速度（ｍｍ／ｍｉｎ）
Ｄ ：円弧部入口ＡＢにおけるロール隙間（ｍｍ）

本図から考察するに、絞込速度Ｖｓｑが上記の如く過大となると、ロール２がスラブ鋳片４を完全に押さえ込んでしまい（図５参照）、その結果、当該スラブ鋳片４のコーナ部が脆化温度にまで冷却されるので、表面割れの原因となってしまう（例えば試験番号７）。
一方で、絞込速度Ｖｓｑが上記の如く過小となると、スラブ鋳片４のバルジング量が過大となり（図４参照）、その結果、上述の如くスラブ鋳片４の狭面側の凝固界面近傍において内部割れの原因となってしまう（例えば試験番号４）。

なお図３に示すグラフにはプロットされていないが、表１に示される試験番号５及び６のようにスラブ鋳片の絞込みが、円弧部Ｂの全体に亘ってではなく、円弧部入口ＡＢからその途中までの一部のみで集中して行われた場合も鋳片割れ、詳しくは内部割れが発生した。これは、予め設定された絞込総量Ｓｑ分だけ絞込みが集中して行われた後は、残りの円弧部Ｂにおいて絞込みが一切行われないので、冷却による凝縮に伴ってスラブ鋳片が過度にバルジングしてしまうからと考えられる（図４参照）。

以上の考察よりスラブ鋳片の連続鋳造時には当該スラブ鋳片の絞込速度Ｖｓｑを、円弧部入口ＡＢにおけるロール隙間Ｄに基づいて式（１）を満たす所定の範囲内にすることに加えて、当該スラブ鋳片の絞込みを円弧部Ｂの全長（全体）に亘って満遍なく行うことが、鋳片割れ防止のために必要であることが判る。

これにより、スラブ鋳片のバルジングが好適に制御され、以下の効果を奏する。
第１に、当該スラブ鋳片４のコーナ部と前記ロール２との間に間隙が確保されるので、当該コーナ部におけるスラブ鋳片４と当該ロール２との間の熱交換が抑制される。従って矯正変形時においても当該コーナ部の温度が脆化温度以上に維持される。言い換えれば脆化温度以上で矯正変形させるので、当該矯正変形時に作用する矯正応力に起因してスラブ鋳片４のコーナ部の広面側（ロール側）表面に表面割れが発生するのを防止することができる。
第２に、スラブ鋳片４のバルジングが過大とならないので、当該バルジングによる引張応力に起因してスラブ鋳片４の凝固殻の狭面側の凝固界面近傍に内部割れが発生するのを防止することができる。

本発明は、上記の好ましい実施形態に記載されているが、本発明はそれだけに制限されない。本発明の精神と範囲から逸脱することのない様々な実施形態が他に成されることは理解されよう。さらに、本実施形態において、本発明の構成による作用効果を述べているが、これら作用効果は一例であり、本発明を限定するものではない。

なお、上記の「円弧部全体」とは「円弧部の実質的全体」を含むものであり、この「円弧部の実質的全体」とは必ずしも円弧部Ｂの全長を意味するものではない。即ち、前記の絞込速度Ｖｓｑが上記の式（１）を満たさない区間が円弧部Ｂに含まれている場合であっても、当該区間長が円弧部Ｂの全長に対して２９％以下であればスラブ鋳片の品質には影響を及ぼさないことが図略の試験から判っている。

また、図２に示すように、本実施形態において前記の円弧部Ｂにおける絞込速度Ｖｓｑは一定であるとしたが、これに限定されることはない。即ち、前記円弧部Ｂの実質的全体におけるスラブ鋳片４の絞込速度Ｖｓｑが上述の式（１）の条件を満たすように制御されれば足りるものであって、必ずしも図２において当該絞込速度Ｖｓｑが直線状に表現され得なくても問題ない。

また、本実施形態では図２において鎖線で示すように前記の垂直部Ａおよび矯正部Ｃにおいて絞込みが行われないとしたが、これに限ることはなく、適宜、絞込みが行われてもよい。

本発明の一実施形態に係る連続鋳造設備の側面図。 鋳造方向における位置とロール隙間Ｄとの関係を示す図。 連続鋳造試験の試験結果を示す図。 スラブ鋳片の内部割れの説明図。 スラブ鋳片の表面割れの説明図。

符号の説明

１ 鋳型
４ スラブ鋳片
１００ 連続鋳造設備
ＡＢ 円弧部入口
Ｂ 円弧部
Ｃ 矯正部
Ｄ ロール隙間
Ｖｓｑ 絞込速度

Claims (2)

1. 円弧状に並設される円弧部を含むロール帯により両面から支持案内されながらスラブ鋳片が鋳造される連続鋳造設備において、
   上記円弧部入口におけるロール隙間が２００（ｍｍ）以上３９０（ｍｍ）以下であり、
   鋳型直下から鋳片の最終凝固位置までの冷却強度が水冷却の場合で比水量０．６（Ｌ／ｋｇ鋼）以上３．０（Ｌ／ｋｇ鋼）以下であり、
   前記円弧部全体におけるスラブ鋳片の絞込速度が下記式（１）の条件を満たすように制御される、ことを特徴とするスラブ鋳片の連続鋳造設備。
   ０．０００４（ｍｉｎ^-1）×Ｄ≦Ｖｓｑ≦０．０００９（ｍｉｎ^-1）×Ｄ・・・（１）
   Ｖｓｑ：スラブ鋳片の絞込速度（ｍｍ／ｍｉｎ）
   Ｄ ：円弧部入口におけるロール隙間（ｍｍ）
2. 円弧状に並設される円弧部を含むロール帯により両面から支持案内しながらスラブ鋳片を鋳造する連続鋳造方法において、
   上記円弧部入口におけるロール隙間を２００（ｍｍ）以上３９０（ｍｍ）以下とし、
   鋳型直下から鋳片の最終凝固位置までの冷却強度を水冷却の場合で比水量０．６（Ｌ／ｋｇ鋼）以上３．０（Ｌ／ｋｇ鋼）以下とし、
   前記円弧部全体におけるスラブ鋳片の絞込速度を下記式（１）の条件を満たすように制御する、ことを特徴とするスラブ鋳片の連続鋳造方法。
   ０．０００４（ｍｉｎ^-1）×Ｄ≦Ｖｓｑ≦０．０００９（ｍｉｎ^-1）×Ｄ・・・（１）
   Ｖｓｑ：スラブ鋳片の絞込速度（ｍｍ／ｍｉｎ）
   Ｄ ：円弧部入口におけるロール隙間（ｍｍ）
   
   

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