JP4626384B2 - スラブ連続鋳造における鋳片の二次冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造における鋳片の二次冷却方法に係り、より詳しくは垂直曲げ型のスラブ連鋳機によって鋼の連続鋳造を行う際にコーナー部表面割れと、内部割れ等をともに可及的に軽減し得る、連続鋳造における鋳片の二次冷却方法に関する。

連続鋳造方法は上下開放の鋳型１の上方から注入した溶鋼２をその鋳型の水冷された内壁に接触させることによって、溶鋼の外側に凝固シェル３を生成させて下方から引抜き、半凝固鋳片を得る。鋳型下開口から引き抜かれる鋳片は、並設された多数のロールと駆動ロール（これらを総称してサポートロール４と呼ぶ）によって連鋳機出側（機端５）に案内されつつ、各ロール間に設置された冷却水スプレーによって二次冷却を行い鋳片中心部まで完全凝固される。

垂直曲げ型連鋳機は図１に模式的に示す通り、垂直部６、曲げ部７、一定Ｒ部８、矯正部９、水平部10で構成される。
鋳片が冷却され凝固が終わるまでの冷却履歴は品質（すなわち欠陥の種類と程度）を左右し、通常、鋳型下端から機端までの二次冷却帯は複数のゾーンに分けられ、その各々が鋳造速度に応じて二次冷却水量を変えられるようになっている。

鋳片（すなわちスラブ）の欠陥は表面欠陥と内部欠陥に分けられ、二次冷却水量の影響を強く受ける。表面欠陥は鋳片コーナー部（すなわち長辺の両端部および短辺部）が過冷却となって発生するひび割れ（以下、コーナー割れという）が主なものである。これに対する対策としては、二次冷却水量を減少させ、鋳片表面温度を高めることによってコーナー部の延性低下を抑制しコーナー割れを防ぐ（特開平6-246411号公報参照）。

一方、内部欠陥は凝固シェルが薄く、その強度が弱いときにロール間の鋳片の膨らむ現象（いわゆるバルジング）や外的応力が鋳片に加わったときに凝固シェルと半凝固の界面に発生する割れ（以下、内部割れという）が主なものである。
両者の生成を抑制し得る製造条件は相反しており、生産性を優先して表面割れの抑制を犠牲にしてスラブコーナー部を切削し精整するか、二次冷却水量を減少させかつ鋳造速度を下げて凝固シェルを強度にして鋳造するかのどちらかを選択しているのが現状である（特開平6-47510 号公報参照）。また、鋳造する鋼の成分を変更して、生産性を維持しつつ、表面割れと内部割れを同時に防止する方法もあるが、それでは合金成分を添加するために原単価の増大を招く問題があった。
特開平6-246411号公報 特開平6-47510 号公報 特開昭61-293639 号公報 特開昭59-153558 号公報 特開昭60-33810号公報 特公平4-57428 号公報

本発明は、連続鋳造機の生産性を従来通り維持しつつ、かつ鋳片の成分系を変更することなく、鋳片の冷却方法のみで表面割れと内部割れの発生を防止する二次冷却技術を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するために本発明は、垂直曲げ型スラブ連鋳機によって鋳造中の鋳片を固定式の冷却水スプレーによって二次冷却する方法において、垂直部における幅が800〜1150mmの鋳片の冷却をスラブ短辺および長辺の両端部にスプレー水を噴霧しない幅切りにて行うものとし、その際の（鋳片幅−スプレー幅）／２で定義される長辺の幅切り量を 125〜250mm に調整し、さらに、曲げ部通過時の鋳片の長辺両端部に噴霧する冷却水の水量密度を、前記幅切り量に応じて調整することを特徴とするスラブ連続鋳造における鋳片の二次冷却方法を提案するものである。

ここに、前記幅切り量に加えて曲げ部における鋳片サポートロールのロールピッチにも応じて調整することが好ましい。

本発明によれば、二次冷却帯の垂直部における冷却水の幅切り量に応じて、曲げ部通過時の鋳片両端部の特定範囲の水量密度を調整するようにしたので、生産性を落とすことなく、かつ成分系の変更を伴わずに、表面割れと内部割れの発生を同時に防止できるようになった。また、元来鋳片欠陥の発生しにくい鋼種（例えば、Ｃ含有量＜0.10質量％の低炭素鋼）については、凝固遅れの進行する部位の強冷却ができるようになったので、従来よりも完全凝固位置が短くなり生産性が向上するという副次的な効果もある。

本発明が対象とする連続鋳造機は垂直曲げ型のスラブ連鋳機である。垂直曲げ型の連続鋳造機は、鋳型に注入された溶鋼中に含まれていた脱酸生成物に起因する介在物あるいは鋳型内でのモールドフラックスの巻き込みに起因する介在物を、未凝固鋳片内で浮上分離できる垂直部を有し、そしてその後に曲げ部、一定Ｒ部、矯正部、垂直部を順次設けることによって、連鋳機高さを低減し建設費を低減した連鋳機であって、現在、鋼の連続鋳造機の主流となっているものである。

このように垂直曲げ型連鋳機は介在物に起因する鋳片の品質欠陥、建設費に関しては有利であるが、未凝固鋳片が曲げと矯正（すなわち曲げ戻し）の２回の変形を受けるため、上述したように表面欠陥や内部欠陥を発生しやすい。
本発明は、この垂直曲げ型連鋳機における表面欠陥と内部欠陥を同時に軽減する事を目的としているので、対象の連鋳機を垂直曲げ型連鋳機に限定する。また、このような鋳片欠陥は、特に表面品質に厳しい板材に圧延したときに顕在化するので、板材の素材となるスラブを製造するためのスラブ連鋳機を対象とする。

本発明者は、まず、鋳片の二次冷却における幅切りの方法を検討した。連続鋳造の二次冷却を行うスプレー冷却方法は以下の２つの方法に大別される。
(A) 固定されたスプレーノズルで冷却する方法
ロール間に固定された複数個のスプレーノズルを配置し鋳片の幅に応じてコーナー部のスプレーノズルを閉じることによりコーナーの過冷却を防止する方法。鋳片の幅方向両端部の冷却水カット（以下、幅切りという）は段階的にならざるを得ない。

(B) 移動可能なスプレーノズルで冷却する方法
ノズルを移動させて鋳片幅方向の冷却を連続的、無段階に調整する方法（特開昭61-293639 号公報、特開昭59-153558 号公報、特開昭60-33810号公報、特公平4-57428 号公報などに開示）である。鋳片巾が広がるとスプレーノズルを鋳片から離隔することによって、スプレー巾を広げ、鋳片の所望の位置に噴霧させる。しかしながら、この方法では、現実には鋳片をサポートするロールに噴霧があたることによって、鋳片の冷却能低下する問題があった。

そこで、本発明では、上記 (A)の固定スプレーを使用する二次冷却方法を前提にすることにした。発明者らは垂直部の冷却水幅切り量と曲げ部の幅切り部に相当する部位の水量密度に注目し、その冷却パターンと鋳片の欠陥（すなわちコーナー割れ、内面割れ）の発生有無について調査した。
垂直部の二次冷却は、冷却水のスプレー幅を３段階のスプレー幅のいずれかを選択できるようにした（すなわち、鋳片の幅方向中心をスプレー帯の中心として、鋳片表面に当たるときのスプレー幅が600mm 、1200mm、1800mmのいずれかを選択できるようにスプレーノズルに到る配管の途中に冷却水の遮断弁を設置した）。

さらに、曲げ部の幅方向 600〜1200mmに相当する部分の冷却水供給系統は幅方向中央の幅 600mmに相当する部分と別系統として、独立に流量制御できるようにした（図２）。 一方、鋳片の幅は800mm 、850mm 、950mm 、1050mm、1150mmのいずれかとし、垂直部のスプレー幅は600mm とした。したがって、下記の (1)式で算出される垂直部での幅切り量はそれぞれ、100mm 、125mm 、175mm 、225mm 、275mm である。曲げ部の両端部に相当する鋳片冷却水流量（水量密度）は、(2) 式によって与えられるバルジングを防止するために通常必要とされる水量密度に対して、その30〜120 ％の間で変化させた。

幅切り量Ｌ＝（Ｗ_slab−Ｗ_spray ）／２ ・・・ (1)
水量密度Ｑ＝ａＶ_C ＋ｂ ・・・ (2)
Ｗ_slab ：鋳片幅（mm）
Ｗ_spray ：スプレー幅（mm）
ａ，ｂ：鋼種によって決まる係数
Ｖ_C ：鋳造速度
なお、鋳造速度と水量の関係は最適な冷却パターンが存在し、鋼種（Ｃ含有量）によって異なる。本発明では、鋳片のコーナー割れと内部割れが共に発生しやすい、Ｃ：0.14質量％の中炭素鋼を実験材として鋳造したので、上記の (2)式はこのときのＣ含有量に対応する鋳造速度と水量密度の関係式である。

その結果を図３に示す。垂直部の幅切り量100mm の時は、曲げ部における冷却水の水量密度を変化させてもコーナー割れが発生していることがわかる。これは、スプレーノズルより噴霧される冷却水が幅切り部の鋳片にあたっていなくとも、当該位置以外の冷却水が鋳片のサポートロールで集約され、鋳片両サイド方向へ排出されるので、この冷却水が結果的に鋳片のコーナー部を冷却してしまうために割れが発生したものと考えられる。

一方、図３中で、垂直部の冷却水幅切り量を 125mm以上でかつ 250mm以下の範囲ではコーナー割れも内部割れも発生しない、曲げ部通過時の鋳片両端部の水量密度の範囲（すなわち好適範囲）が存在し、その好適範囲は垂直部での冷却水幅切り量に応じて変化している。
そこで、本発明では垂直部における鋳片の冷却をスラブ短辺および長辺の両端部にスプレー水を噴霧しない幅切りにて行うものとし、その際の (1)式で定義される長辺の幅切り量を 125〜250mm に調整し、さらに、曲げ部通過時の鋳片の長辺両端部に噴霧する冷却水の水量密度を、幅切り量に応じて調整するのである。

ところで、図３の□印の点はコーナー割れは発生しないが内部割れの発生する条件である。内部割れは前述したように鋳片のバルジングが影響しており、バルジングの大小はこの部分で鋳片をサポートするサポートロールのピッチに依存する。すなわちサポートロールのピッチが小さいほど鋳片の長手方向にわたって狭い間隔で鋳片をサポートできるのでバルジング量が小さくなり、内部割れ抑制に有利となる。

図３は曲げ部のロールピッチが 264mmにおけるデータをプロットしたものであるが、これより狭いロールピッチとすれば、○印と□印の境界は右下方向にシフトし、より広い範囲でコーナー割れと内部割れの抑制が可能となる。そこで、本発明では、曲げ部通過時の鋳片の長辺両端部に噴霧する冷却水の水量密度を、幅切り量に加えて曲げ部における鋳片サポートロールのロールピッチにも応じて調整することがより一層好ましい。

図１に示す垂直曲げ型連続鋳造機を用いて、１ケ月にわたって連続鋳造を行い、スラブを製造した。 (1)式で定義される垂直部の幅切り量Ｌは 125〜225mm であり、曲げ部のロールピッチは 264mmであった。また二次冷却水の水量密度は、幅切り量に応じて図３中の○印の領域（すなわち太線の範囲）内で調整した。これを発明例とする。
発明例のスラブの表面欠陥と内部欠陥の発生状況を調査したところ、コーナー割れおよび内部割れは皆無であった。なお、図３中の記号の意味は表１に示す通りである。

一方、従来は、同じく図１に示す垂直曲げ型連続鋳造機を用いてスラブを製造する際に、幅切り量と水量密度との関係を考慮せず、各々独自に設定していた。そのため、図３に示す○印の領域のみならず、□印や△印の領域で連続鋳造を行うこともあった。これを従来例とする。
従来例では、１ケ月，30Chの操業実績を解析して、スラブの表面欠陥と内部欠陥の発生状況を調査した。その結果、コーナー割れは合計３回発生し、内部割れは合計１回発生した。

垂直曲げ型連続鋳造機の例を模式的に示す断面図である。 冷却水の供給系統を模式的に示す配置図である。 垂直部の幅切り量と冷却水の水量密度との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 鋳型
２ 溶鋼
３ 凝固シェル
４ サポートロール
５ 機端
６ 垂直部
７ 曲げ部
８ 一定Ｒ部
９ 矯正部
10 水平部

Claims (2)

1. 垂直曲げ型スラブ連鋳機によって鋳造中の鋳片を固定式の冷却水スプレーによって二次冷却する方法において、垂直部における幅が800〜1150mmの鋳片の冷却をスラブ短辺および長辺の両端部にスプレー水を噴霧しない幅切りにて行うものとし、その際の（鋳片幅−スプレー幅）／２で定義される長辺の幅切り量を 125〜250mm に調整し、さらに、曲げ部通過時の鋳片の長辺両端部に噴霧する冷却水の水量密度を、前記幅切り量に応じて調整することを特徴とするスラブ連続鋳造における鋳片の二次冷却方法。
2. 前記曲げ部通過時の鋳片の長辺両端部に噴霧する冷却水の水量密度を、前記幅切り量に加えて曲げ部における鋳片サポートロールのロールピッチにも応じて調整することを特徴とするスラブ連続鋳造における鋳片の二次冷却方法。

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