JP4645296B2 - 連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明が対象とする連続鋳造方法は、湾曲式連続鋳造方法において引き抜かれた未凝固の鋳片を上方に案内して中空鋳片を形成し、その後圧接圧延を加えて中実鋳片とするプロセスから成り、本発明は該方法において鋼のスラブ状の中空連続鋳造鋳片を引き抜く方法に関している。

溶鋼から鋼片を製造するに際して、連続鋳造方法の採用により総合コストは大幅に低減されているが問題も多々ある。例えば、スラブの場合設備費が極めて大きい。断面形状を問わず中心偏析、多孔質、内部ワレ等連続鋳造固有の欠陥も充分解決されていない。

特許文献１には、１）鋳造能率を飛躍的に向上させ、且つ２）内部欠陥を解消する連続鋳造方法が提起されている。その原理は、『溶鋼が鋳型に鋳込まれ外皮が形成された鋳片を鋳型から下方に円弧に沿って連続的に引抜き、該鋳片中心部が凝固するまでに半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ（約１．４ｍ）を越えて上方に引抜くことによって中空鋳片を形成し、次ぎに圧接圧延機により該鋳片を圧下して内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造方法』である。

特許文献２には、該連続鋳造方法をスラブに拡張、適用する方法が開示されニアネット・シェイピングの容易性も開示されている。
特許文献３には、さらに該連続鋳造方法に改良を加えスラブから任意の寸法のブルーム、ビレットを効率よく低コスト、高能率で製造する方法が開示されている。
特許文献４には、スラブ状の中空鋳片の長片と短片の両方向を同時に圧下・圧接してビームブランクを製造する方法が開示されている。

上記連続鋳造方法を実施するに際して、中空鋳片断面外形がスラブのように断面アスペクト比が大きい場合、圧接圧延工程において内周、外周の寸法差が問題を発生させる。即ち、通常、圧延機は特別の意図が無い限り両ロールの周速は同等であり、圧接圧延により内周、外周の両面は同一能率で通過する。しかるに両面には長さ差異があるので圧接・引抜の進行により外周面は遅滞し、余剰が生ずる。短辺である鋳片側面の拘束により外周は圧縮、内周には引張が作用し、それによる歪みと圧延噛み込み時の外周面に後方圧縮応力、内周面に後方引張応力が作用し、寸法差の一部は吸収されるが、アスペクト比が大きいとその効果は小さくなり、通常数％の寸法差比の多くは解消できない。その結果、外周面中央部は外側に膨らむ。膨らみが累積して溶融芯近傍まで影響が及ぶと脆弱な凝固殻内面にワレが発生し、最悪時にはブレイクアウト（凝固殻の破壊による溶鋼漏出）を誘発する。

凝固殻厚が小さい場合にはさらに事態が複雑になる。即ち真空の中空鋳片には大気圧が作用して長辺面全体に凹みが生じ易い。上記特異現象と重なると外周面には凹みと膨らみが交互に発生する。中空鋳片の圧接に伴う該現象の問題に関して、上記の特許文献２，３，４には何ら言及、示唆されていないが実施上無視できない大きな問題である。

圧接に伴う現象ではないが、類似の現象は通常の湾曲式連続鋳造の曲げ工程において見られる。湾曲しているスラブ鋳片を凝固完了後伸直する場合には特に問題は無いが、未凝固鋳片を伸直する場合外周面に余剰が発生し、バルジング（溶鋼静圧による鋳片の膨らみ現象）を増幅する。対策としてバルジング防止用の支持ローラー群に換えて精密・強固にして制御された曲げ歪みを作用させる支持・案内用駆動ローラー群を構成し、多数のピンチロールの引抜力により外周は圧縮、内周は引張加工して伸直する。これらの設備費、維持費は大きな負担となっている。

特許公報第２９８９７３７ 特許公報第３２１８３６１ 特許公開平１０−３２８７１１ 特許公開２００１−２０５３９７

上記のように、『溶鋼が鋳型に鋳込まれ外皮が形成された鋳片を鋳型から下方に円弧に沿って連続的に引抜き、該鋳片中心部が凝固するまでに半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ（約１．４ｍ）を越えて上方に引抜くことによって中空鋳片を形成し、次ぎに圧接圧延機により該鋳片を圧下して内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造方法』において、断面アスペクト比が３以上の鋳片からスラブ状鋼片を製造する場合、中空鋳片を圧接しつつ引抜く際、内周・外周の両面の長さ差は圧接上流側に外周面余剰を発生させ、外周面中央部を膨らま、品質欠陥と操業阻害を誘発する。

膨らみを拘束して引抜を安定させるため、通常の未凝固曲げ方式スラブ連続鋳造機のように未凝固域全長を越えて精密・強固な曲げ・伸直・引抜ローラー群の設置するという対策の適用は、先に伸直してその後圧接することになり、当発明の連続鋳造方法の主旨の一つである低廉・簡素な設備と言う主旨に反する。しかも膨らみに対処できても薄肉鋳片で生じ易い凹みと膨らみの反復には対処できない。
本発明は上記の問題を低廉且つ確実に解決することを目的とする。

上記問題の解決のため以下の手段が講じられる。
１）外周面の膨らみを抑制、少なくとも軽減するため、圧接圧延機上流側において拘束案内ローラー群を補助的に設置する。
２）外周面の余剰を解消するため、圧接圧延機を構成する相対する両ロールの周速を変え、外周面の通過量を相対的に大きくする。
３）該ロール周速差により新たに発生する圧接鋳片の円周内側への強い曲がりに対して、圧接圧延機下流側近傍に曲げロールを設置して逆曲げを作用させ、伸直する。
４）周速差を適切に設定するため圧接圧延機上流側の適切な部位で鋳片外形を検出し、その信号に基づいて両ロールの速度比を調節する。

第１の発明は、『溶鋼が鋳型に鋳込まれ外皮が形成された鋳片を鋳型から下方に円弧に沿って連続的に引抜き、該鋳片中心部が凝固するまでに半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ（約１．４ｍ）を越えて上方に引抜くことによって中空鋳片を形成し、次ぎに圧接圧延機により該鋳片を圧下して内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造方法』において、断面アスペクト比が３以上の長方形断面中空鋳片の長辺側を圧接しつつ引抜くに際して、１）圧接圧延機を３／４周点±３０゜以内に配置し、２）該圧延機の上流側に内周面、外周面を拘束・案内する相対するロール群を設置して外周面の膨らみを抑制し、且つ３）該圧接圧延機の下流側近傍において内周面を上方に押圧して湾曲鋳片を逆に曲げて伸直することを特徴とする連続鋳造方法である。

第２の発明は、『溶鋼が鋳型に鋳込まれ外皮が形成された鋳片を鋳型から下方に円弧に沿って連続的に引抜き、該鋳片中心部が凝固するまでに半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ（約１．４ｍ）を越えて上方に引抜くことによって中空鋳片を形成し、次ぎに圧接圧延機により該鋳片を圧下して内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造方法』において、断面アスペクト比が３以上の長方形断面中空鋳片の長辺側を圧接しつつ引抜くに際して、１）圧接圧延機を３／４周点±３０゜以内に配置し、２）該圧接圧延機を構成する相対する両ロールに周速差を設けて圧接圧延上流側の外周面に生ずる余剰長を吸収して解消し、且つ３）圧接圧延機の下流側近傍において内周面を上方に押圧して湾曲鋳片を逆に曲げて伸直することを特徴とする連続鋳造方法である。

第３の発明は、鋳片引抜軌跡の圧接圧延上流部位近傍において長辺中央部の位置を検出し、その信号に基づいて両ロールの周速比を調節することを特徴とする請求項２に記載の連続鋳造方法である。

上記の発明によると湾曲しているスラブ状の中空鋳片を圧接しつつ引抜くに当たり、圧接圧延機の上下ロールに周速差をつけることによって内周面と外周面の速度差、長さ差が吸収され、外周面余剰の発生が防止されるので鋳片の膨らみに伴う品質、操業上の問題が解消され、対象とする連続鋳造方法を効果的且つ容易に実施可能とする。
第２の効果として、提起された手段は設備的に簡素であり、従来のスラブ連続鋳造機に比較して設備費とその維持費は低廉である。

以下実施の形態について図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明を実施する連続鋳造方法を例示する概略側面図である。
タンディシュ１から溶鋼２が長方形断面の鋳型３に鋳込まれる。１次冷却を担う鋳型３は長辺が湾曲の内外周面を構成する方向に配置される。鋳型３により外皮が形成された鋳片４はピンチロール６により下方に引き抜かれ、２次冷却帯５を貫通して一層冷却され、円弧に沿って進行し、半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さ（約１．４ｍ）Ｑ点を越えて上方に引抜くことによって溶融芯７が鋳片内面から離脱し、中空鋳片８が形成される。次ぎに３／４周点においてロール軸が水平に配置された上下２本のロールを持つ圧接圧延機１１により該中空鋳片８の長辺である内周面１３、外周面９が圧下され中空鋳片内面が互いに圧接して中実鋳片１２となる。

圧延により該中実鋳片１２は内側に湾曲進行するが、直後に配置された曲げロール１４により内周面１３が上方へ押圧され、伸直される。搬送用ピンチロール１５が後続する。

上記のプロセスにおいて、断面アスペクト比が３以上のスラブ状の中空鋳片を圧接圧延する場合、圧延に伴い上流側外周面９には余剰が発生して長片中央部に膨らみが生ずる。当該部位には拘束案内ローラー群１０が配置され、該膨らみを拘束しつつ外周面９を押し込み圧延に誘導し、余剰を吸収、解消する。

余剰を吸収し、解消するより良い方法として、図２に示すように圧接圧延機を構成する相対する両ロールの周速を同一ではなく、外周片に対しては相対的に大きくする策が講じられる。本方法を適用すると薄肉鋳片の場合に発生しやすい凹み、膨らみの反復現象も防止することができる。

最適周速比は単純には求められない。なぜなら余剰の量は、１）圧接圧延が絡んでいるので、従来の湾曲した未凝固鋳片を伸直する場合のように幾何的に、弾塑性的に単純に、解析することは困難であり、２）種々の要因、例えば断面アスペクト比等が複雑に関係するからである。従って実態に即して設定するのが望ましい。

上記速度比を適切に設定するため膨らみが発生する部位に長辺中央部の外周面、内周面の位置を検出する鋳片位置センサー１６が配置され、その信号に基づいて該周速比が調節される。該周速比が適切に維持されるようになると既述の拘束案内ローラー群は不要になり、より簡素になる。速度比の調節方法は当業者には特に困難ではない。
鋳造圧延条件が単純で該周速比が１種類になる場合は、ロール径比によって設定すればより単純、簡素になる。

上側ロール周速を大きくする結果、中実鋳片は下側ロールに巻き付くように湾曲して押し出される。曲げロールを圧接圧延機の下流直近に設置する理由は該状況において鋳片先端部の伸直を容易にするためである。

対象とする製造条件において断面アスペクト比を３以上と限定した理由は、殻厚比とも関係するが、この値以上では外周余剰が発現し易くなるからである。

圧接圧延機を３／４周点±３０゜以内に配置する理由は、該位置以前では、場合により圧下タイミングが早すぎて鋳片内面が圧延に適切な温度に下がっていないこと、設置困難であること等があり、以後では引き出される鋳片が大きく下り傾斜してスペース上問題となること、水平に引き出すと曲げ矯正が過大となること等からである。一般的には３／４周点で水平に引き出すのが無難であり最良である。

本発明が対象とする連続鋳造方法をスラブの製造に適用すると、開示されているように１）鋳造能率の飛躍的向上、２）鋳片内部品質の向上、３）ニアネット・シェイピングが得られるが、本発明は該方法の実施における操業上の問題を容易に且つ低設備費で解決し、上記効果を充分に発揮させる。また広範な鋼種、製品寸法に対応できる。

本発明の連続鋳造方法を例示する概略側面図である。 本発明の連続方法の他の例の概略側面図である。

符号の説明

１：タンディシュ ２：溶鋼 ３：鋳型 ４：鋳片 ５：２次冷却帯 ６：ピンチロール ７：溶融芯 ８：中空鋳片 ９：外周面 １０：拘束案内ローラー群 １１：圧接圧延機 １２：中実鋳片 １３：内周面 １４：曲げロール １５：ピンチロール １６：鋳片位置センサー

Claims (1)

1. 『溶鋼が鋳型に鋳込まれ外皮が形成された鋳片を鋳型から下方に円弧に沿って連続的に引抜き、該鋳片中心部が凝固するまでに半円を越えさらに鋳込面から大気圧相当静鉄圧高さを越えて上方に引抜くことによって溶融芯を脱落させて中空鋳片を形成し、３／４周点以後は水平に引き抜きつつ圧接圧延機により該鋳片を圧下して内面を互いに圧接して中実鋳片とする連続鋳造方法』において、断面アスペクト比が３以上の長方形断面中空鋳片の長辺側を圧接しつつ引抜くに際して、鋳片外周側を圧下するロールの周速を内周側圧下ロールの周速よりも大きくして圧接圧延上流側の外周殻に生ずる余剰長を吸収するとともに、圧接後の一層湾曲した中実鋳片を内周側圧下ロールの下流直近に配置した矯正ロールによって上方に押圧して逆に曲げて伸直することを特徴とする連続鋳造方法。
   

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