JP5109445B2

JP5109445B2 - 鋼の連続鋳造方法

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Publication number: JP5109445B2
Application number: JP2007090598A
Authority: JP
Inventors: 正敏石割; 善充磯部; 澄広亀田; 透松葉
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2007-03-30
Filing date: 2007-03-30
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2027-03-30
Also published as: JP2008246531A

Description

本発明は、鋼の連続鋳造方法に関し、詳しくは、溶鋼成分の混合を防止するための鋼製の仕切り金物を鋳型内に設置して、成分の異なる溶鋼を途切れることなく連続鋳造する際に、仕切り金物の設置のために鋳型への溶鋼の注入を一旦停止したことによって形成される繋ぎ目部分が過冷却にならないように二次冷却水量を適正化して連続鋳造する方法に関するものである。

鋼の連続鋳造では、取鍋内の溶鋼を一旦タンディッシュに注入し、タンディッシュ内に所定量の溶鋼が滞在した状態で、タンディッシュ内の溶鋼を、タンディッシュ底部に設置した浸漬ノズルを介して各鋳型に注入している。鋳型内に注入された溶鋼は冷却されて凝固シェルを形成する。この凝固シェルを外殻とし、内部に未凝固溶鋼を有する鋳片が、鋳型下方に設けられた二次冷却帯において二次冷却水によって冷却されながら鋳型下方に連続的に引抜かれ、やがて中心部まで凝固して圧延用素材である鋳片が製造される。

ところで、鋼の連続鋳造操業では、連続的に鋳造を継続させて生産性を拡大するべく、タンディッシュや浸漬ノズルを交換させながら、多ヒートの連続連続鋳造（「連々鋳」という）が実施されている。近年では、更なる生産性の拡大を目的として、溶鋼成分が異なる鋼であっても、一旦タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入を停止し、溶鋼成分の混合を防止するための鋼製の仕切り金物を鋳型内に設置して、成分混合部が極力少なくなるようにした連々鋳（「異鋼種連々鋳」という）が、広く行われている。この異鋼種連々鋳では、仕切り金物の設置とともに、タンディッシュを交換する場合もあれば、タンディッシュを交換しない場合もある。尚、仕切り金物は鋳片の内部に鋳くるまれた状態で、鋳型下方に引抜かれる。

仕切り金物の設置時には、鋳片を連続鋳造機の機内で一旦停止させ、仕切り金物が鋳型内の所定の位置に設置されてから、タンディッシュを所定の位置に設置し、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入が開始されて、鋳片の引抜きが再開される。この期間、鋳片は二次冷却水で冷却されており、鋳片のコーナー部は、二次冷却帯の長辺面のスプレーノズル及び短辺面のスプレーノズルの両方から冷却されるために過冷却になりやすい。また、仕切り金物の鋳型内への設置を行うために、通常のタンディッシュ交換に較べて機内停止時間が長くなるのみならず、鋳片の内部に鋳くるまれる仕切り金物自体が冷却材としての機能を有することから、この異鋼種連々鋳の繋ぎ目部分は、特に鋳片の幅方向全体が過冷却になりやすい。

このような局所的な過冷却が発生すると、以下のような問題が発生する。１つは、この繋ぎ目部分の凝固速度が鋳造方向下流側の鋳片部位の凝固速度よりも速くなり、下流側の鋳片に未凝固部分を残したまま、繋ぎ目部分で鋳片中心部までの凝固が完了してしまい、下流側の鋳片に凝固収縮に起因する空隙が生ずるなどして、鋳片の内部品質が悪化するということである。また、繋ぎ目部分の温度が下がり過ぎて連続鋳造機の矯正帯で矯正されず、連続鋳造機の鋳片支持ロールに許容以上の負荷がかかり、鋳片支持ロールの変形や鋳片支持ロールのベアリングの破損などの設備トラブルを誘発するという問題もある。更に、繋ぎ目部分の温度が下がり過ぎて、連続鋳造機の出側に設置した同調式ガス切断機による切断時間が長くなり、鋳片引抜き速度を減少させなければならないなどの問題も発生する。

従来、鋼の連続鋳造では、鋳造方向に長く伸びる二次冷却帯を鋳造方向で複数の二次冷却ゾーンに分割し、分割した各二次冷却ゾーン別に、鋳片の引抜き速度（Ｖ）をパラメータとして、Ｑ＝ａＶ² ＋ｂＶ＋ｃ（ａ、ｂ、ｃは定数）のような関数を用いて各二次冷却ゾーンの冷却水の流量（Ｑ）を決定するのが一般的である（例えば、特許文献１参照）。つまり、二次冷却帯において、仕切り金物を用いた異鋼種連々鋳の繋ぎ目部分のみを特別に弱冷却するような手法は実施されていないのが実情である。
特開昭６１−２３８４５３号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、溶鋼成分の混合を防止するための仕切り金物を鋳型内に設置して成分の異なる溶鋼を連々鋳する際に、仕切り金物の設置のために鋳型への溶鋼の注入を一旦停止したことによって形成される繋ぎ目部分が過冷却にならないようにすることのできる、鋼の連続鋳造方法を提供することである。

上記課題を解決するための本発明に係る鋼の連続鋳造方法は、鋳型への溶鋼の注入を一旦停止し、溶鋼成分の混合を防止するための仕切り金物を鋳型内に設置して鋼を連続鋳造するに際し、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入を再開し且つ鋳片の引抜きを再開した後、鋳型への溶鋼の注入を一旦停止したことによって鋳片に形成される繋ぎ目部分の位置を順次把握し、二次冷却帯の各二次冷却ゾーンでは、前記繋ぎ目部分がその二次冷却ゾーンを通過している期間は、その二次冷却ゾーンの二次冷却水量を、鋳片引抜き速度から算出される二次冷却水量（Ｑ）に、鋳型に近い二次冷却ゾーンでは相対的に小さく、鋳型から遠く離れた二次冷却ゾーンでは相対的に大きくなるように、二次冷却ゾーンの位置に応じて変更させた補正係数α（α＜１．０）を乗じた二次冷却水量（α×Ｑ）に調整し、繋ぎ目部分が通過していない期間は、鋳片引抜き速度から算出される二次冷却水量（Ｑ）に調整することを特徴とするものである。

本発明によれば、成分混合防止用の仕切り金物を設置して異鋼種連々鋳を実施する際に、異鋼種の繋ぎ目部分の位置を順次把握し、繋ぎ目部分が通過している期間はそこの二次冷却ゾーンの二次冷却水量を通常の場合に較べて減少させるので、繋ぎ目部分の冷却が抑制され、繋ぎ目部分が過冷却になることが防止される。それに伴って、繋ぎ目部分が過冷却になることに起因する、鋳片内部品質の悪化や鋳片支持ロールの変形などが未然に防止される。

以下、添付図面を参照して本発明を具体的に説明する。図１は、本発明を実施する際に用いた垂直曲げ型の連続鋳造機の概略側面図である。

図１に示すように、鋳片１５（スラブ鋳片）を鋳造するための連続鋳造機１には、溶鋼１４を注入して凝固させるための鋳型４が設置されており、この鋳型４の上方には、取鍋（図示せず）から溶鋼１４を受け、受けた溶鋼１４を、浸漬ノズル３を介して鋳型４に供給するタンディッシュ２が配置され、一方、鋳型４の下方には、対向する一対のロールを１組とする複数組の鋳片支持ロール５が設置されている。また、鋳片１５と接触して回転することで、鋳片１５の鋳造長さを測定するメジャーロール１９が、鋳片支持ロール５の間と鋳片支持ロール５の出側との２箇所に設置されている。そして、鋳片支持ロール５の下流側には、複数本の搬送ロール６と、搬送ロール６の上方に位置して鋳片１５の鋳造速度と同期するガス切断機７とが、設置されている。また、鋳片支持ロール５には、鋳型４の直下から下流側に向かって、第１冷却ゾーン８，８、第２冷却ゾーン９，９、第３冷却ゾーン１０，１０、第４冷却ゾーン１１，１１、第５冷却ゾーン１２，１２、及び第６冷却ゾーン１３，１３の合計１２箇所に分割された二次冷却ゾーンからなる二次冷却帯が設置されている。尚、メジャーロール１９は１基のみであっても、或いは、３基以上であっても構わない。

二次冷却帯の各二次冷却ゾーンには、水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズル（図示せず）が設けられ、鋳片１５の表面に向けて二次冷却水が噴霧される、或いは二次冷却水が空気とともに噴霧されるように構成されている。尚、二次冷却ゾーンの設置数は図１では合計１２であるが、連続鋳造機１の機長などに応じて幾つに分割しても構わない。

各二次冷却ゾーンにおける二次冷却水量（Ｑ）は、鋳片１５の引抜き速度（Ｖ）をパラメータとする下記の（１）式によって算出される値となるように、各二次冷却ゾーン別に、プロセスコンピューター（図示せず）によって自動的に制御されている。但し、（１）式において、ａ、ｂ、ｃは各二次冷却ゾーン毎の定数である。

ここで、各二次冷却ゾーンの長さ、及び、鋳型４からの各二次冷却ゾーンまでも距離などに応じて、各二次冷却ゾーンにおいて用いる定数ａ，ｂ，ｃは異なっている。この場合、同じ二次冷却ゾーンであっても、鋳片１５の上面側と下面側とでは、二次冷却水量（Ｑ）は異なっている。これは、鋳片１５の上面側は、噴霧された後の二次冷却水が溜まりやすく、同一の二次冷却水量であっても上面側の方が、冷却が強くなることによる。尚、二次冷却水量（Ｑ）は、（１）式の二次関数に限るものではなく、三次関数以上の式を用いて制御しても構わない。

このような構成の連続鋳造機１において、以下のようにして本発明を実施する。

即ち、タンディッシュ２から浸漬ノズル３を介して鋳型４に溶鋼１４を鋳造する。鋳型４に鋳造された溶鋼１４は鋳型４で冷却されて凝固シェル１６を形成し、内部に未凝固相１７を有する鋳片１５として、鋳片支持ロール５に支持されつつ下方に連続的に引抜かれる。鋳片１５は鋳片支持ロール５を通過する間、二次冷却帯で冷却され、凝固シェル１６の厚みを増大して、やがて中心部までの凝固を完了する。符号１８が凝固完了位置である。そして、鋳造した鋳片１５をガス切断機７により切断して鋳片１５ａを得る。

このようにして連続鋳造操業を継続して実施し、タンディッシュ２に溶鋼１４を供給している取鍋（図示せず）内に溶鋼１４（この溶鋼を「前チャージの溶鋼」と称す）が少なくなったなら、更なる連々鋳を実施するために、溶鋼１４（この溶鋼を「後チャージの溶鋼」と称す）を収容した別の取鍋を準備する。本発明は異鋼種連々鋳に関する技術であるので、別の取鍋に収容された後チャージの溶鋼１４の成分は、鋳造中の前チャージの溶鋼１４の成分とは異なるものとする。

そして、取鍋内に所定量の前チャージの溶鋼１４がなくなり、取鍋からタンディッシュ２への前チャージの溶鋼１４の注入が終了したなら、この取鍋を移動させ、タンディッシュ２の上方所定位置に、後チャージの溶鋼１４を収容した取鍋を配置する。そして、タンディッシュ２に滞留する前チャージの溶鋼１４の鋳型４への注入を続け、タンディッシュ２に残留する前チャージの溶鋼１４が所定量以下になったなら、浸漬ノズル３を閉鎖して鋳型４への前チャージの溶鋼１４の注入を停止する。前チャージの溶鋼１４の鋳型４への注入が停止したなら、タンディッシュ２を上昇させ且つ横行させて鋳型４の上方から移動させる。

この使用済のタンディッシュ２を移動させた後、溶鋼成分の混合を防止するための鋼製の仕切り金物２０を、鋳型４の内部の未凝固相１７に浸漬させて設置する。図２に、この仕切り金物２０の例を示す。仕切り金物２０は、仕切り板２１と一対の取り付け棒２２，２２とを備えており、仕切り板２１の部位が鋳型内の未凝固相１７に浸漬される。尚、仕切り金物２０の形状は、図２に示す形状に限るものではなく、どのような形状であっても構わない。

仕切り金物２０が所定の位置に設置されたなら、新たなタンディッシュ２を鋳型４の上方所定位置に配置し、ついで、取鍋から新たなタンディッシュ２に後チャージの溶鋼１４を注入し、タンディッシュ２に所定量の後チャージの溶鋼１４が溜まった時点で、後チャージの溶鋼１４を浸漬ノズル３を介して鋳型４へ注入する。このタンディッシュ２から鋳型４への溶鋼１４の注入の再開に伴って、鋳片１５の引抜きを再開する。鋳片１５の引抜きの再開後、各二次冷却ゾーンでは、鋳片１５の引抜き速度に応じて、上記の（１）式で定まる二次冷却水量で鋳片１５を冷却する。

尚、ここでは、後チャージの溶鋼１４を、新たなタンディッシュに注入しているが、前チャージで使用したタンディッシュを再度使用しても構わない。この場合、成分混合を防止する観点からは、タンディッシュに残留する前チャージの溶鋼を排出してから、後チャージの使用に供することが好ましいが、タンディッシュに残留する前チャージの溶鋼量が少ない場合や、前チャージと後チャージとの成分が類似した場合には、前チャージの溶鋼を排出しなくても構わない。

鋳片１５の引抜きの再開後、仕切り金物２０を設置した部位であって、鋳型４への溶鋼１４の注入を一旦停止したことによって鋳片１５に形成される繋ぎ目部分の、連続鋳造機内における位置を、メジャーロール１９による鋳片１５の移動長さ値と、鋳片１５の引抜き速度から求まる鋳片１５の鋳造長さ値とから、順次把握する。尚、この繋ぎ目部分はその形状から、「段注ぎ部」とも呼ばれる。

そして、二次冷却帯の各二次冷却ゾーンでは、繋ぎ目部分がその二次冷却ゾーンの範囲内に到達したなら、当該二次冷却ゾーンの二次冷却水量を、そのときの鋳片引抜き速度（Ｖ）に応じて上記の（１）式によって定まる二次冷却水量（Ｑ）に対して、補正係数α（α＜１．０）を乗じた二次冷却水量（α×Ｑ）となるように変更する。つまり、二次冷却水量を減少させる。繋ぎ目部分がその二次冷却ゾーンを通過している期間は、その二次冷却ゾーンの二次冷却水量を、（１）式によって定まる二次冷却水量（Ｑ）に補正係数αを乗じた値とする。そして、繋ぎ目部分がその二次冷却ゾーンを通りすぎたなら、（１）式によって定まる二次冷却水量（Ｑ）に変更する。この二次冷却水量の調整を全ての二次冷却ゾーンで実施する。つまり、二次冷却水量の少ない範囲を、繋ぎ目部分の移動に応じて、連続鋳造機１の上流側から下流側に向かって移動させる。

通常、二次冷却ゾーンの鋳造方向長さは、鋳型４の近傍の上流側では短く、中流部から下流側では長くなる。繋ぎ目部分が、或る二次冷却ゾーンに入った時点で、そこの二次冷却ゾーンでは二次冷却水量がα倍されるが、この場合、緩冷却の対象である繋ぎ目部分以外の部分も各二次冷却帯の長さに応じて緩冷却される。繋ぎ目部分以外の緩冷却を少なくするためには、二次冷却ゾーンの長い下流側の二次冷却ゾーンにおける補正係数αを相対的に大きくし、逆に、二次冷却ゾーン長さの短い上流側の二次冷却ゾーンにおいては、緩冷却を十分に実施できるように、補正係数αを相対的に小さくすることが好ましい。

成分混合防止用の仕切り金物２０を鋳型内に設置して異鋼種連々鋳を実施する際に、繋ぎ目部分を上記のようにして二次冷却することで、繋ぎ目部分の冷却が抑制され、繋ぎ目部分が過冷却になることが防止される。その結果、繋ぎ目部分がその下流側よりも先に凝固完了することはなくなり、内部品質に優れた鋳片１５ａを製造することができ、また、繋ぎ目部分であってもガス切断機７による切断が円滑に行われ、更に、繋ぎ目部分も連続鋳造機１によって問題なく矯正されるので、鋳片支持ロール５の変形や鋳片支持ロール５のベアリングの破損などの設備トラブルも回避される。

図１に示す垂直曲げ型の連続鋳造機で本発明を実施した。垂直部長さは鋳型部を含めて３．０ｍであり、その下方に続く湾曲部の半径は１０．０ｍの垂直曲げ型連続鋳造機である。

鋳型直下から上部矯正帯までの範囲の二次冷却ゾーンでは補正係数αを０．３〜０．４とし、上部矯正帯を過ぎた以降から下部矯正帯までの範囲の二次冷却ゾーンでは補正係数αを０．５〜０．６とし、下部矯正帯を過ぎた以降の水平帯の二次冷却ゾーンでは補正係数αを０．６〜０．８とした。

補正係数をこのように定めて、成分混合防止用の仕切り金物を鋳型内に設置し、且つ、タンディッシュ交換を実施して異鋼種連々鋳を実施した。その結果、繋ぎ目部分の鋳片表面温度は、繋ぎ目部分の緩冷却を実施しない従来の鋳造方法の場合に比較して約１２０℃上昇した。

鋳片表面温度が上昇することによって繋ぎ目部分も連続鋳造機の矯正帯で矯正され、繋ぎ目部分による連続鋳造機の鋳片支持ロールへの負荷は実測した結果、通常の鋳片部位と同等であることが確認できた。また、鋳片表面温度が上昇することによって、ガス切断機による鋳片の切断は何ら問題なく行うことができた。

本発明を実施する際に用いた連続鋳造機の概略側面図である。本発明で使用する仕切り金物の例を示す図である。

符号の説明

１連続鋳造機
２タンディッシュ
３浸漬ノズル
４鋳型
５鋳片支持ロール
６搬送ロール
７ガス切断機
８第１冷却ゾーン
９第２冷却ゾーン
１０第３冷却ゾーン
１１第４冷却ゾーン
１２第５冷却ゾーン
１３第６冷却ゾーン
１４溶鋼
１５鋳片
１６凝固シェル
１７未凝固相
１８凝固完了位置
１９メジャーロール
２０仕切り金物

Claims

鋳型への溶鋼の注入を一旦停止し、溶鋼成分の混合を防止するための仕切り金物を鋳型内に設置して鋼を連続鋳造するに際し、タンディッシュから鋳型への溶鋼の注入を再開し且つ鋳片の引抜きを再開した後、鋳型への溶鋼の注入を一旦停止したことによって鋳片に形成される繋ぎ目部分の位置を順次把握し、二次冷却帯の各二次冷却ゾーンでは、前記繋ぎ目部分がその二次冷却ゾーンを通過している期間は、その二次冷却ゾーンの二次冷却水量を、鋳片引抜き速度から算出される二次冷却水量（Ｑ）に、鋳型に近い二次冷却ゾーンでは相対的に小さく、鋳型から遠く離れた二次冷却ゾーンでは相対的に大きくなるように、二次冷却ゾーンの位置に応じて変更させた補正係数α（α＜１．０）を乗じた二次冷却水量（α×Ｑ）に調整し、繋ぎ目部分が通過していない期間は、鋳片引抜き速度から算出される二次冷却水量（Ｑ）に調整することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。