JP5272720B2 - Steel continuous casting method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、未凝固部を含む状態の鋳片の表面を打撃して、鋳片に振動を付与しつつ鋳造する鋼の連続鋳造方法に関する。 The present invention relates to a steel continuous casting method in which a surface of a slab including an unsolidified portion is hit and cast while applying vibration to the slab.
連続鋳造より鋳造された鋳片の厚さ方向の中心部およびその近傍には、中心偏析やV偏析、逆V偏析と呼ばれるマクロ偏析である内部欠陥が発生しやすい。中心偏析は、鋳片の最終凝固部にC、S、P、Mnなどの偏析しやすい溶質成分(以下、「偏析成分」ともいう)が濃化して現れる内部欠陥であり、V偏析および逆V偏析は、鋳片の最終凝固部の近傍に、これらの偏析成分がそれぞれV字状または逆V字状に濃化して現れる内部欠陥である。 Internal defects, which are macro segregation called center segregation, V segregation, and reverse V segregation, are likely to occur at the center in the thickness direction of the slab cast by continuous casting and in the vicinity thereof. Center segregation is an internal defect in which solute components such as C, S, P, and Mn that are easily segregated (hereinafter also referred to as “segregation components”) appear in the final solidified portion of the slab. Segregation is an internal defect in which these segregation components are concentrated in a V shape or an inverted V shape in the vicinity of the final solidified portion of the slab.
これらのマクロ偏析が発生した鋳片を素材として熱間加工を行った製品では、靭性の低下や水素誘起割れなどが発生しやすく、また、これらの製品を冷間で最終製品に加工する際に、割れが発生しやすくなる。 Products that have been hot-worked using slabs with macrosegregation are prone to toughness reduction and hydrogen-induced cracking, and when these products are processed into final products in the cold. , Cracking is likely to occur.
鋳片における偏析の生成機構は、以下のように考えられている。すなわち、凝固が進行するにつれて、凝固組織である柱状晶の樹間に偏析成分が濃化する。その偏析成分の濃化した溶鋼(以下、「濃化溶鋼」ともいう)が、凝固時の鋳片の収縮、またはバルジングと呼ばれる鋳片の膨れなどにより、柱状晶の樹間から流出する。流出した濃化溶鋼は、最終凝固部の凝固完了点に向かって流動し、そのまま凝固して偏析成分の濃化帯が形成される。このようにして形成した偏析成分の濃化帯が偏析である。 The generation mechanism of segregation in the slab is considered as follows. That is, as solidification progresses, segregation components concentrate between the columns of columnar crystals that are solidified structures. The concentrated molten steel of the segregation component (hereinafter also referred to as “concentrated molten steel”) flows out from the columnar crystals due to shrinkage of the slab during solidification or swelling of the slab called bulging. The concentrated molten steel that has flowed out flows toward the solidification completion point of the final solidified portion, and solidifies as it is to form a concentrated band of segregation components. The concentration band of the segregation component thus formed is segregation.
鋳片の偏析防止対策としては、柱状晶の樹間に残った濃化溶鋼の移動を防止すること、およびこれらの濃化溶鋼が局所的に集積するのを防止することなどが効果的であり、従来から種々の方法が提案されている。 As measures for preventing segregation of slabs, it is effective to prevent the movement of the concentrated molten steel remaining between the columns of columnar crystals and to prevent local accumulation of these concentrated molten steel. Conventionally, various methods have been proposed.
そして、本発明者らは、特許文献1において、横断面形状が矩形の鋳片を鋳造する際に、未凝固部を含む鋳片の短辺面側の少なくとも1箇所に配置した打撃振動装置により、中心固相率が0.1〜0.9である未凝固部を含む鋳片の短辺面を連続して打撃することにより、鋳片に振動を付与しつつ鋳造する鋼の連続鋳造方法を提案した。 And in these patent documents, when casting the slab whose cross-sectional shape is a rectangle in the patent document 1, the present inventors use a striking vibration device disposed at least at one place on the short side surface side of the slab including the unsolidified portion. The continuous casting method of steel for casting while applying vibration to the slab by continuously striking the short side surface of the slab including the unsolidified portion having a central solid phase ratio of 0.1 to 0.9 Proposed.
また、本発明者らは、特許文献2において、矩形の横断面形状を有する鋳片の未凝固部を含む鋳造方向の位置を、複数の圧下用ガイドロール対により圧下する際に、鋳造方向における圧下領域の範囲内において、鋳片表面の少なくとも1箇所を連続して打撃することにより、鋳片に振動を付与しつつ鋳造する鋼の連続鋳造方法を提案した。 In addition, in the Patent Document 2, the present inventors in the casting direction when the position of the casting direction including the unsolidified portion of the slab having a rectangular cross-sectional shape is reduced by a plurality of guide roll pairs for reduction. In the range of the reduction region, a continuous casting method of steel was proposed in which at least one spot on the surface of the slab is continuously hit to cast the slab while applying vibration.
これらの方法によれば、鋳片の打撃振動により、成長途中の柱状晶を破断させ、柱状晶の成長を抑制することができる。さらに、生成した等軸晶がブリッジングすると空間部が形成され、その空間部内で偏析が生じるが、この空間部は打撃により破壊される。そのため、等軸晶を高密度に充填させ、結晶粒間へ濃化溶鋼を微細に分散させることができ、中心偏析、V偏析、逆V偏析などの偏析の低減された、内部品質の良好な鋳片を得ることができる。
偏析とならぶ内部欠陥として、中心ポロシティがある。中心ポロシティは、連続鋳造において溶鋼が凝固する際の凝固収縮や凝固後の冷却による熱収縮によって、最終凝固位置である厚さ方向の中心付近に発生する小さな空孔である。鋳片の内部品質を向上させるため、偏析とともに中心ポロシティも、低減させることが求められている。また、打撃による鋳片の振動条件と鋳片中心部の品質との詳細な関係を究明して適正な振動条件を確立し、連続鋳造の効率を向上させることが求められている。 There is central porosity as an internal defect along with segregation. The center porosity is a small hole generated near the center in the thickness direction, which is the final solidification position, due to solidification shrinkage when the molten steel solidifies in continuous casting or heat shrinkage due to cooling after solidification. In order to improve the internal quality of the slab, it is required to reduce the center porosity as well as segregation. Further, it is required to investigate the detailed relationship between the vibration condition of the cast slab due to impact and the quality of the center part of the slab, to establish an appropriate vibration condition, and to improve the efficiency of continuous casting.
本発明は、上記の問題に鑑みてなされたものであり、その課題は鋳片を適正な条件で打撃し、振動させることにより、偏析や中心ポロシティのない、内部品質の良好な鋳片を効率良く得ることができる鋼の連続鋳造方法を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the problem is that the slab is struck and vibrated under appropriate conditions, so that a slab having good internal quality without segregation or central porosity is efficiently produced. An object of the present invention is to provide a continuous casting method of steel that can be obtained well.
本発明者らは、偏析や中心ポロシティのない内部品質の良好な鋳片を効率良く得るための鋼の連続鋳造方法について検討し、下記の(A)および(B)の知見を得た。 The present inventors examined a continuous casting method of steel for efficiently obtaining a slab having good internal quality without segregation or central porosity, and obtained the following findings (A) and (B).
(A)未凝固部を有する鋳片の一方の短辺面を打撃した際に生じる、鋳片の厚さ方向の変位が0.10mm以上となる領域の、鋳片短辺面の打撃位置から短辺面に垂直な方向に距離の最大値を200mm以上とすれば、鋳片内部における偏析を低減させることができる。 (A) From the striking position of the slab short side surface in the region where the displacement in the thickness direction of the slab is 0.10 mm or more, which occurs when one short side surface of the slab having an unsolidified portion is struck. If the maximum distance is set to 200 mm or more in the direction perpendicular to the short side surface, segregation inside the slab can be reduced.
(B)打撃によって生じる鋳片の厚さ方向の変位は、ガイドロールの軸間距離、打撃エネルギーおよび鋳片の打撃位置における未凝固部の厚さによって変化する。 (B) The displacement in the thickness direction of the slab caused by striking varies depending on the interaxial distance of the guide roll, the striking energy, and the thickness of the unsolidified portion at the striking position of the slab.
本発明は、上記の知見に基づいて完成されたものであり、下記(1)および(2)の鋼の連続鋳造方法を要旨としている。 The present invention has been completed on the basis of the above knowledge, and the gist thereof is the following (1) and (2) steel continuous casting methods.
(1)横断面が矩形の鋳片を鋳造する際に、未凝固部を含む鋳片の短辺面の両側に、打撃振動装置を少なくとも一対配置し、前記鋳片の短辺面を連続して打撃することにより、前記鋳片に振動を付与しつつ鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、前記短辺面の打撃により、下記(1)式および(2)式で定義される前記鋳片の長辺面の鋳片厚さ方向の変位曲線δ(x)と直線δ(x)=0.10mmとの交点が2箇所発生し、前記交点のうち、原点から遠いほうの交点の前記鋳片短辺面の打撃位置から鋳片幅方向の距離が200mm以上となるように、振動エネルギー、ガイドロールの軸間距離および未凝固厚さを調整して、短辺面を打撃することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
δ(x)=exp[−1.5×{ln(x/(200×(ΔR/ΔR0)0.587))}2]×δmax ・・・(1)
δmax=L0×(E/E0)0.5×(ΔR/ΔR0)×(t/t0)0.446 ・・・(2)
ここで、上記(1)式および(2)式中の各記号は下記の諸量を意味する。
x:鋳片短辺面の打撃位置を0とする、鋳片幅方向の距離(mm)、
δ(x):位置xにおける鋳片厚さ方向の変位(mm)、
δmax:鋳片厚さ方向の最大変位(mm)、
ΔR:短辺面を打撃する位置のガイドロールの軸間距離(mm)、
E:1セグメント片側当たりの打撃エネルギー(J)、
t:鋳片短辺面の打撃位置における鋳片の未凝固厚さ(mm)、
ただし、E0=39(J)、ΔR0=245(mm)、t0=26(mm)、L0=0.114(mm)である。
(1) When casting a slab having a rectangular cross section, at least a pair of striking vibration devices are arranged on both sides of the short side surface of the slab including the unsolidified portion, and the short side surface of the slab is continuously provided. The steel is continuously cast by applying vibration to the slab by striking the slab, wherein the casting defined by the following formulas (1) and (2) is performed by striking the short side surface. Two intersections of the displacement curve δ (x) in the slab thickness direction of the long side surface of the piece and the straight line δ (x) = 0.10 mm are generated, and the intersection of the intersections farther from the origin among the intersections Adjusting the vibration energy, the distance between the shafts of the guide roll and the unsolidified thickness so that the distance in the slab width direction from the strike position of the slab short side surface is 200 mm or more, and hitting the short side surface A method for continuous casting of steel.
δ (x) = exp [−1.5 × {ln (x / (200 × (ΔR / ΔR 0 ) 0.587 ))} 2 ] × δ max (1)
δ max = L 0 × (E / E 0 ) 0.5 × (ΔR / ΔR 0 ) × (t / t 0 ) 0.446 (2)
Here, each symbol in the above formulas (1) and (2) means the following quantities.
x: Distance in the slab width direction (mm), where the strike position of the slab short side surface is 0,
δ (x): displacement in the slab thickness direction at the position x (mm),
δ max : Maximum displacement (mm) in the slab thickness direction,
ΔR: the distance between the axes of the guide roll at the position of hitting the short side surface (mm),
E: Impact energy per side of one segment (J),
t: Unsolidified thickness (mm) of the slab at the striking position on the short side surface of the slab,
However, E 0 = 39 (J), ΔR 0 = 245 (mm), t 0 = 26 (mm), and L 0 = 0.114 (mm).
(2)前記鋳片の相対する左右の短辺面を周期的に打撃する時間の位相を同一とすることにより、前記左右の短辺面それぞれにおける打撃によって発生する前記変位δ(x)を互いに重畳させ、該重畳された変位δ(x)を打撃位置の幅方向全体に亘って0.10mm以上とすることを特徴とする上記(1)の鋼の連続鋳造方法。 (2) The displacement δ (x) generated by striking on each of the left and right short side surfaces is made equal by making the phase of the time for periodically striking the opposing left and right short side surfaces of the slab to be equal to each other. The method of continuous casting of steel according to (1) above, wherein the overlapped displacement δ (x) is set to 0.10 mm or more over the entire width direction of the striking position.
本発明の方法によれば、鋳片短辺面の打撃によって生じる、鋳片長辺面の変位が0.10mm以上の振動を、鋳片の広い範囲に亘って付与することができるため、偏析や中心ポロシティを低減させ、内部品質に優れた鋳片を得ることができる。 According to the method of the present invention, since the vibration of the long side surface of the slab caused by striking the short side surface of the slab can be applied over a wide range of the slab, the segregation or The central porosity can be reduced, and a slab excellent in internal quality can be obtained.
以下に、本発明の方法を上述のとおり規定した理由および本発明の方法の好ましい態様について説明する。 The reason why the method of the present invention is defined as described above and preferred embodiments of the method of the present invention will be described below.
本発明者らは、鋳片に打撃による振動を付与しながらの連続鋳造試験を行って、振動の効果について解析を進め、以下に説明するように、鋳片の内部品質への振動の影響を調査した。 The inventors conducted a continuous casting test while applying vibration to the slab by striking and analyzed the effect of vibration, and as described below, the influence of vibration on the internal quality of the slab. investigated.
〈1.鋳片内部品質と打撃エネルギーの関係について〉
(1−1.鋳造試験条件)
図1は、本発明の連続鋳造方法を適用可能な連続鋳造機と打撃振動装置の配置を示す図であり、同図(a)は、連続鋳造機の側面図を示し、同図(b)は、連続鋳造機の打撃振動装置を設置した部分の平面図を示す。同図に示す連続鋳造機は、垂直曲げ型であり、鋳片の打撃振動装置を備える。
<1. Relationship between slab internal quality and impact energy>
(1-1. Casting test conditions)
FIG. 1 is a diagram showing an arrangement of a continuous casting machine and a striking vibration device to which the continuous casting method of the present invention can be applied. FIG. 1 (a) shows a side view of the continuous casting machine, and FIG. These show the top view of the part which installed the impact vibration apparatus of the continuous casting machine. The continuous casting machine shown in the figure is a vertical bending die and includes a slab striking vibration device.
タンディッシュ(図示せず)から浸漬ノズル1を経て鋳型3に注入された溶鋼4は、鋳型3およびその下方の二次冷却スプレーノズル群(図示せず)から噴射されるスプレー水によって冷却され、凝固シェル5が形成されて鋳片7となる。鋳片7は、その内部に未凝固部を保持したまま、ガイドロール6群に支持されながら引き抜かれる。図1の鋳型3内には、溶鋼4の湯面2であるメニスカスが示される。ガイドロール6は、複数のセグメント(図示せず)に分けて配置されている。
The molten steel 4 injected into the mold 3 from the tundish (not shown) through the immersion nozzle 1 is cooled by spray water sprayed from the mold 3 and a group of secondary cooling spray nozzles (not shown) below it, A solidified shell 5 is formed to become a slab 7. The
そして、ガイドロール6群の鋳造方向下流部に二対の打撃振動装置8が、それぞれセグメントごとに設置され、鋳片7の短辺面を打撃する。打撃振動装置8は、駆動部10およびその先端部に取り付けられた打撃用の金型9を有する。
Then, two pairs of
本連続鋳造試験では、鋳型3として厚さ300mmの鋳片用のものを用いた。打撃振動の幅方向への影響を調査するため、鋳片7として2300mmの広幅のスラブを用いた。
In this continuous casting test, a mold 3 for a slab having a thickness of 300 mm was used. In order to investigate the influence of the impact vibration in the width direction, a wide slab of 2300 mm was used as the
鋳造試験には、厚鋼板用として用いられている下記の成分組成の鋼種を採用した。すなわち、C:0.05〜1.00質量%、Si:0.04〜0.60質量%、Mn:0.50〜2.00質量%、P:0.020質量%以下、S:0.006質量%以下を含有し、残部がFeおよび不可避的不純物からなる鋼種である。 In the casting test, steel types having the following composition used for thick steel plates were employed. That is, C: 0.05-1.00 mass%, Si: 0.04-0.60 mass%, Mn: 0.50-2.00 mass%, P: 0.020 mass% or less, S: 0 It is a steel type containing 0.006% by mass or less, with the balance being Fe and inevitable impurities.
鋳造速度は、0.58〜0.61m/min、二次冷却水量は、0.62〜0.73L/kg−steelとした。タンディッシュ内の溶鋼の平均温度は、溶鋼過熱度ΔT=30〜50℃の範囲でほぼ一定とした。ΔTは、実際の溶鋼温度と当該溶鋼の液相線温度との差である。 The casting speed was 0.58 to 0.61 m / min, and the amount of secondary cooling water was 0.62 to 0.73 L / kg-steel. The average temperature of the molten steel in the tundish was made almost constant in the range of the molten steel superheat degree ΔT = 30-50 ° C. ΔT is the difference between the actual molten steel temperature and the liquidus temperature of the molten steel.
二対の打撃振動装置8は、それぞれ金型9の鋳造方向中央を基準として、鋳型3内のメニスカス2から鋳造方向において下流側の22.5mの位置および24.0mの位置に配置した。打撃振動装置8の金型9は、打撃面の鋳造方向の長さが1155mm、鉛直方向の高さが135mmであり、質量が500kgであった。打撃振動装置8の駆動部10には、エアシリンダ装置を用いた。鋳片7の短辺面の打撃振動の周波数は4〜6Hz、すなわち1秒当たりの打撃数は4〜6回とした。
The two pairs of striking
鋳片短辺面の打撃により、成長途中の柱状晶を破断させ、柱状晶の成長を抑制することができる。さらに、生成した等軸晶がブリッジングすると、空間部が形成され、その空間部内で偏析が生じるが、この空間部は打撃により破壊される。そのため、等軸晶を高密度に充填させ、結晶粒間へ濃化溶鋼を微細に分散させることができ、偏析や中心ポロシティを低減させることができる。 By striking the short side surface of the slab, the columnar crystals in the middle of growth can be broken and the growth of the columnar crystals can be suppressed. Further, when the generated equiaxed crystal bridges, a space is formed, and segregation occurs in the space, but this space is destroyed by hitting. Therefore, equiaxed crystals can be filled with a high density, the concentrated molten steel can be finely dispersed between crystal grains, and segregation and central porosity can be reduced.
鋳片7の中心固相率は、主に鋳造速度と、二次冷却水量を変数として一次元の伝熱計算により算出し、その結果に基づいて、打撃位置における所定の中心固相率となる条件を求めた。そして、鋳片の短辺面を打撃しながら当該条件での連続鋳造を行った。
The center solid phase ratio of the
(1−2.鋳片の内部品質の評価)
鋳片の短辺面を打撃しながら行った連続鋳造によって得られた鋳片の内部品質の評価を、中心ポロシティの発生状況を評価することにより行った。
(1-2. Evaluation of internal quality of slab)
The internal quality of the slab obtained by continuous casting performed while striking the short side surface of the slab was evaluated by evaluating the state of occurrence of central porosity.
(1−2−1.中心ポロシティの発生状況の評価方法)
中心ポロシティの発生状況は下記の方法により評価した。鋳片から採取した中心ポロシティの比体積算出用の試料は、比重測定の精度を勘案し、長さ(鋳片の厚さ方向)50mm、幅(鋳片の幅方向)100mm、厚さ(鋳片の鋳造方向)7mmの直方体とし、表面の加工精度はJISに基づく上仕上げ(三角記号▽▽▽:最大表面粗さ3.2μm)とした。中心ポロシティの発生がほとんどないとみられる鋳片の表面から厚さ方向に厚さの1/4の位置(以下、「1/4厚さ位置」ともいう)の密度を基準とし、厚さ中心部の密度から算出した中心ポロシティの比体積により中心ポロシティの発生状況を評価した。中心ポロシティ比体積Vpは、1/4厚さ位置の平均密度ρ0と、厚さ方向の中心の平均密度ρにより、下記(1)式で定義した。
Vp≡1/ρ−1/ρ0 ・・・(1)
(1-2-1. Evaluation method of occurrence of central porosity)
The occurrence of central porosity was evaluated by the following method. The sample for calculating the specific volume of the center porosity collected from the slab is 50 mm in length (in the thickness direction of the slab), 100 mm in width (in the width direction of the slab), and the thickness (in casting) in consideration of the specific gravity measurement accuracy. The casting direction of the piece was a 7 mm rectangular parallelepiped, and the surface processing accuracy was a finish according to JIS (triangle symbol ▽▽▽: maximum surface roughness 3.2 μm). The center of the thickness, based on the density at the position of 1/4 of the thickness in the thickness direction from the surface of the slab where the occurrence of the center porosity is considered to be little (hereinafter also referred to as “1/4 thickness position”) The occurrence of central porosity was evaluated based on the specific volume of central porosity calculated from the density of. The central porosity specific volume Vp was defined by the following equation (1) by the average density ρ 0 at the ¼ thickness position and the average density ρ at the center in the thickness direction.
Vp≡1 / ρ−1 / ρ 0 (1)
図2は、中心ポロシティ比体積算出用の試料の採取位置を示す鋳片の横断面図である。図2には、鋳片の鋳造方向に垂直な断面の、幅方向の一端側の領域を示す。鋳片の1/4厚さ位置の平均密度ρ0は、鋳片の幅方向の両端からそれぞれ1箇所ずつ合計2個の試料7aを採取し、それぞれの密度を平均して算出した。厚さ方向の中心の平均密度ρは、鋳片の幅方向の両端からそれぞれ3箇所ずつ合計6個の試料7b、7c、7dを採取し、それぞれの密度を平均して算出した。試料7a〜7dを採取した位置は、試料の中心を基準として、試料7aおよび7bは鋳片短辺面から190mm、試料7bは鋳片短辺面から320mm、試料7dは鋳片短辺面から425mmとした。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a slab showing a sampling position of a sample for calculating the center porosity ratio volume. In FIG. 2, the area | region of the one end side of the width direction of the cross section perpendicular | vertical to the casting direction of a slab is shown. The average density ρ 0 at the ¼ thickness position of the slab was calculated by taking a total of two samples 7a, one each from both ends in the width direction of the slab, and averaging the respective densities. The average density ρ at the center in the thickness direction was calculated by taking a total of six
そして、打撃を行わなかった鋳片の中心ポロシティ比体積Vp0および打撃を行った鋳片の中心ポロシティ比体積Vp1に基づいて中心ポロシティ比体積減少量−ΔVpを下記(2)式で定義した。
−ΔVp≡Vp0−Vp1 ・・・(2)
Then, based on the center porosity ratio volume Vp 0 of the slab that was not struck and the center porosity ratio volume Vp 1 of the slab that was struck, the center porosity ratio volume reduction amount −ΔVp was defined by the following equation (2). .
-ΔVp≡Vp 0 -Vp 1 (2)
(1−2−2.中心ポロシティ発生状況の評価結果)
図3は、1セグメント片側当たりの打撃エネルギーと中心ポロシティ比体積の減少量との関係を示すグラフである。同グラフは、異なる打撃エネルギーで打撃を行った各鋳片について、中心ポロシティ比体積の減少量−ΔVpを算出し、整理したものである。同グラフに示される関係から、1セグメント片側当たりの打撃エネルギーEが25Jを超えると、鋳片幅方向の端部において、中心ポロシティ比体積が減少する関係が確認された。同グラフにおける、1セグメント片側当たりの打撃エネルギーEと中心ポロシティ比体積の減少量−ΔVpとの関係について回帰式を算出すると、下記(3)式となる。
−ΔVp[cm3/g]=0.0049347×E[J]−1.297487 ・・・(3)
(1-2-2. Evaluation results of central porosity occurrence)
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the impact energy per side of one segment and the amount of decrease in the central porosity ratio volume. In the graph, the reduction amount -ΔVp of the center porosity ratio volume is calculated and arranged for each slab that was struck with different impact energies. From the relationship shown in the graph, it was confirmed that when the impact energy E per side of one segment exceeds 25 J, the center porosity ratio volume decreases at the end in the slab width direction. When the regression equation is calculated with respect to the relationship between the impact energy E per one side of the segment and the amount of decrease in the central porosity ratio volume −ΔVp in the graph, the following equation (3) is obtained.
-ΔVp [cm 3 / g] = 0.0049347 × E [J]-1.297487 (3)
そして、図3から、打撃エネルギーE=39Jのとき、中心ポロシティ比体積の減少量−ΔVp=0.57×10-4cm3/g程度の中心ポロシティの低減効果が得られるとの知見を得た。また、マクロ観察の結果、打撃を行った鋳片の方が打撃を行わなかった鋳片よりも粒状偏析が少ない傾向が認められた。 And from FIG. 3, when the impact energy E = 39J, the knowledge that the reduction effect of the central porosity is about −ΔVp = 0.57 × 10 −4 cm 3 / g can be obtained. It was. Further, as a result of macro observation, it was found that the cast slab subjected to impact tended to have less granular segregation than the slab not subjected to impact.
〈2.鋳片内部品質と打撃エネルギーの関係の一般化〉
上記の知見を基に、さらに本発明者らは、鋳片短辺の打撃に関する上記結果の一般化を検討した。
<2. Generalization of the relationship between slab internal quality and impact energy>
On the basis of the above findings, the present inventors further examined generalization of the above results relating to the slab short side impact.
図4は、未凝固部分を有する鋳片の打撃による振動モデルの模式図である。同図において、鋳片7の凝固シェル5はガイドロール6により拘束された状態にある。この状態で、鋳片7の短辺面は打撃振動装置8により打撃される。
FIG. 4 is a schematic diagram of a vibration model by striking a slab having an unsolidified portion. In the figure, the solidified shell 5 of the
打撃振動装置8の金型9の形状は、鋳造方向の長さaが1200〜1600mm、厚さbが140mm、鋳片厚さ方向の幅cが200mmの直方体とした。また鋳片7は幅2300mm、厚さ300mmとした。このような3次元モデルを用いて、鋳片7の振動による表面(長辺面)の変位について数値解析を行った。
The shape of the die 9 of the
本発明者らは、鋳片7における打撃振動による表面変位の数値解析結果から、鋳片厚さ方向の最大変位δmaxは、短辺面の打撃位置から短辺面に垂直な方向(鋳片幅方向)に200mmの位置における値δx=200mmとほぼ等しいことを見出した。
From the numerical analysis result of the surface displacement due to the impact vibration in the
また、本発明者らは、固液界面位置における変位変動幅Lとそれに影響を及ぼす諸因子との関係についてのこれまでの検討により、振動領域内の変位変動幅Lは、打撃ヘッドの有する衝撃エネルギーEで整理され、その関係は下記(a)式で記述できることを知見した。以下、下付きの0を付した各記号は代表条件を示す。
L/L0=(E/E0)0.5 ・・・(a)
In addition, the present inventors have examined the relationship between the displacement fluctuation width L at the solid-liquid interface position and various factors affecting the displacement fluctuation width L in the vibration region. It was found that energy E is arranged and the relationship can be described by the following equation (a). Hereinafter, each symbol with
L / L 0 = (E / E 0 ) 0.5 (a)
さらに、短辺面を打撃する位置のガイドロールの軸間距離ΔR、および鋳片短辺面の打撃位置における鋳片の未凝固厚さtが変位変動幅に及ぼす影響は独立して整理でき、短辺面の打撃位置から短辺面に垂直な方向に200mmの位置における長辺板厚方向の変位変動幅は、ΔRに対してほぼ正比例で変化することを知見した。これらの知見を踏まえ、変位変動幅Lの推算式として式(a)を拡張した下記(b)式が得られた。
L/L0=(E/E0)0.5×(ΔR/ΔR0)×f(t,t0) ・・・(b)
ここで、f(t,t0)は鋳片の未凝固厚さの影響項を表す。f(t,t0)が無次元量t/t0の累乗に比例すると仮定すると、実験シミュレーション結果からfの一例として下記(c)式が得られた。
f(t,t0)=(t/t0)0.446 ・・・(c)
Furthermore, the influence on the displacement fluctuation range by the axial distance ΔR of the guide roll at the position where the short side surface is struck and the unsolidified thickness t of the slab at the position where the short side surface is struck can be arranged independently. It has been found that the displacement fluctuation width in the long side plate thickness direction at a position of 200 mm in the direction perpendicular to the short side surface from the strike position on the short side surface changes substantially in direct proportion to ΔR. Based on these findings, the following formula (b) was obtained by extending the formula (a) as an estimation formula for the displacement fluctuation width L.
L / L 0 = (E / E 0 ) 0.5 × (ΔR / ΔR 0 ) × f (t, t 0 ) (b)
Here, f (t, t 0 ) represents an influence term of the unsolidified thickness of the slab. Assuming that f (t, t 0 ) is proportional to the power of the dimensionless quantity t / t 0 , the following equation (c) is obtained as an example of f from the experimental simulation results.
f (t, t 0 ) = (t / t 0 ) 0.446 (c)
そして、式(c)を式(b)に代入し、最終的に変位変動幅L(=δmax)の推算式として下記(4)式を得た。
δmax≒δx=200mm=L0×(E/E0)0.5×(ΔR/ΔR0)×(t/t0)0.446 ・・・(4)
ここで、上記(4)式中の各記号は下記の諸量を意味する。
E:1セグメント片側当たりの打撃エネルギー(J)、
ΔR:短辺面を打撃する位置のガイドロールの軸間距離(mm)、
t:鋳片短辺面の打撃位置における鋳片の未凝固厚さ(mm)。
また、E0、ΔR0およびt0はそれぞれE、ΔRおよびtの中心ポロシティ低減効果がもっとも大きかった条件の数値、L0は中心ポロシティ低減効果がもっとも大きかった場合の鋳片厚さ方向の最大変位の代表条件であり、それぞれ下記の定数群(5)である。以下、この条件を条件(5)ともいう。
E0=39(J)、ΔR0=245(mm)、t0=26(mm)、L0=0.114(mm) ・・・(5)
Then, the expression (c) was substituted into the expression (b), and finally the following expression (4) was obtained as an estimation expression of the displacement fluctuation width L (= δ max ).
δ max ≈δ x = 200 mm = L 0 × (E / E 0 ) 0.5 × (ΔR / ΔR 0 ) × (t / t 0 ) 0.446 (4)
Here, each symbol in the above formula (4) means the following various quantities.
E: Impact energy per side of one segment (J),
ΔR: the distance between the axes of the guide roll at the position of hitting the short side surface (mm),
t: Unsolidified thickness (mm) of the slab at the striking position on the short side surface of the slab.
E 0 , ΔR 0, and t 0 are numerical values under the condition that the central porosity reduction effect of E, ΔR, and t is the greatest, and L 0 is the maximum in the slab thickness direction when the central porosity reduction effect is the largest. These are representative conditions for displacement, and are the following constant group (5). Hereinafter, this condition is also referred to as condition (5).
E 0 = 39 (J), ΔR 0 = 245 (mm), t 0 = 26 (mm), L 0 = 0.114 (mm) (5)
本発明者らは、数値解析によって算出した、鋳片短辺面の打撃位置から短辺面に垂直な方向に距離xの位置における鋳片表面(長辺面)の鋳片厚さ方向の変位δ(x)は、対数正規分布により近似すると、上記(4)式のδmaxを用いて下記(6)式のように一般化できることを知見した。
δ(x)=exp[−1.5×{ln(x/(200×(ΔR/ΔR0)0.587))}2]×δmax ・・・(6)
The inventors calculated the displacement in the slab thickness direction of the slab surface (long side surface) at the position of the distance x in the direction perpendicular to the short side surface from the striking position of the slab short side surface, calculated by numerical analysis. It has been found that when δ (x) is approximated by a lognormal distribution, it can be generalized as in the following equation (6) using δ max in the above equation (4).
δ (x) = exp [−1.5 × {ln (x / (200 × (ΔR / ΔR 0 ) 0.587 ))} 2 ] × δ max (6)
図5は、短辺面打撃位置からの距離と、鋳片厚さ方向の変位との関係を示すグラフである。同グラフの横軸は鋳片短辺面の打撃位置から短辺面に垂直な方向の距離xであり、縦軸は鋳片表面の鋳片厚さ方向の無次元変位(δ(x)をδmaxにより除して最大変位を1とした無次元の値)である。同グラフにおいて、○印は数値解析により算出した値を示し、●印は対数正規分布により近似した値を示す。同グラフに示される結果から、数値解析により算出した値は対数正規分布により精度良く近似されていることがわかる。 FIG. 5 is a graph showing the relationship between the distance from the short side impact position and the displacement in the slab thickness direction. The horizontal axis of the graph is the distance x in the direction perpendicular to the short side surface from the striking position of the short side surface of the slab, and the vertical axis is the dimensionless displacement (δ (x) in the slab thickness direction of the slab surface. (Dimensionless value with the maximum displacement taken as 1 divided by δ max ). In the graph, ◯ indicates a value calculated by numerical analysis, and ● indicates a value approximated by a lognormal distribution. From the results shown in the graph, it can be seen that the values calculated by numerical analysis are approximated with a lognormal distribution with high accuracy.
〈3.鋳片内部品質と打撃による鋳片の変位との関係について〉
図6は、鋳片厚さ方向の最大変位δmaxと中心ポロシティ比体積の減少量−ΔVpとの関係を示すグラフである。同グラフに示される関係は、前記(3)式と、前記条件(5)を適用してΔR=245(mm)、t=26(mm)とした前記(4)式とからδmaxと−ΔVpとの関係を求め、作成したものである。鋳片短辺面の打撃位置における鋳片の未凝固厚さtについては、鋳造速度0.7m/minの場合の伝熱凝固計算により打撃振動装置8が配置されたセグメントの入口における未凝固厚さを算出し、その値を用いた。
<3. Relationship between slab internal quality and slab displacement due to impact>
FIG. 6 is a graph showing the relationship between the maximum displacement δ max in the slab thickness direction and the reduction amount −ΔVp of the center porosity ratio volume. The relationship shown in the graph is as follows: δ max and − from the equation (3) and the equation (4) in which ΔR = 245 (mm) and t = 26 (mm) are applied by applying the condition (5). The relationship with ΔVp was obtained and created. As for the unsolidified thickness t of the slab at the striking position on the short side of the slab, the unsolidified thickness at the entrance of the segment where the
本発明者らは、図6の結果から、厚さ300mm、幅2300mmの鋳片の場合には、δmaxが0.10mm以上であれば、中心ポロシティ比体積が減少することを知見した。 The present inventors have found from the results shown in FIG. 6 that, in the case of a slab having a thickness of 300 mm and a width of 2300 mm, the center porosity ratio volume decreases if δ max is 0.10 mm or more.
また、本発明者らは、鋳片内部品質と打撃による鋳片の変位との関係についてさらに検討を進め、δmaxが0.10mm以上且つδmaxとなる位置の短辺面からの距離xが200mm以上、または、δmaxとなる位置の距離xが200mm未満且つ距離xが200mmの位置における変位δ(x)が0.10mm以上であれば、鋳片内部の広い範囲に亘って偏析や中心ポロシティを低減させることができ、鋳片の内部品質を向上させることができることを知見した。また、本連続鋳造試験は、打撃振動装置を二対設置して行ったが、打撃振動装置は一対または三対以上であっても二対の場合と同様に鋳片の内部品質を向上させる効果を得られることを確認した。 Further, the present inventors have further investigated the relationship between the slab internal quality and the displacement of the slab due to impact, and the distance x from the short side surface where δ max is 0.10 mm or more and δ max is If the displacement x at a position where the distance x is less than 200 mm and the distance x is 200 mm or more is 0.10 mm or more at a position where δ max is 200 mm or more, segregation or center over a wide range inside the slab It has been found that the porosity can be reduced and the internal quality of the slab can be improved. In addition, this continuous casting test was carried out with two pairs of impact vibration devices installed, but even if the impact vibration devices are one pair or three pairs or more, the effect of improving the internal quality of the slab is the same as in the case of two pairs. It was confirmed that
〈4.打撃エネルギーと打撃による振動到達距離との関係について〉
上記(6)式をxについて解くと、鋳片厚さ方向の変位δおよび短辺面を打撃する位置におけるガイドロールの軸間距離ΔRの関数として下記(7)式が得られる。
x=200×(ΔR/ΔR0)0.587×exp[{−ln(δ/δmax)/1.5}0.5] ・・・(7)
<4. Relationship between impact energy and vibration reach distance by impact>
When the above equation (6) is solved for x, the following equation (7) is obtained as a function of the displacement δ in the slab thickness direction and the inter-axis distance ΔR of the guide roll at the position where the short side surface is hit.
x = 200 × (ΔR / ΔR 0 ) 0.587 × exp [{− ln (δ / δ max ) /1.5} 0.5 ] (7)
図7は、1セグメント片側当たりの打撃エネルギーと、振動到達距離との関係を示すグラフである。打撃による鋳片厚さ方向の変位δが0.10mm以上となる領域の、鋳片短辺面の打撃位置から短辺面に垂直な方向の距離xの最大値x*を振動到達距離と定義する。同グラフ中の●印は、前記条件(5)を適用し、鋳片の厚さを300mm、鋳片の短辺面における1セグメント片側当たりの打撃エネルギーEを40Jとして打撃した場合の結果であり、x*=200mmである。また、図7中の曲線は、上記(7)式と●印の条件から算出した。同グラフに示される関係から、打撃エネルギーEを増加させることにより、振動到達距離x*を増加させることが可能となることがわかる。例えば、打撃エネルギーEを40Jから65Jに増加させることにより、振動到達距離x*は200mmから250mmへ、25%増加する。つまり、打撃エネルギーEを増加させることにより、凝固遅れに起因して中心ポロシティが発生しやすい鋳片幅方向の端部周辺における、鋳片厚さ方向中心部の品質改善が可能である。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the impact energy per side of one segment and the vibration reach distance. The maximum value x * of the distance x in the direction perpendicular to the short side surface from the striking position of the short side surface of the slab in the region where the displacement δ in the slab thickness direction by impact is 0.10 mm or more is defined as the vibration reach distance. To do. The ● marks in the graph are the results when the condition (5) is applied, the thickness of the slab is 300 mm, and the impact energy E per side of one segment on the short side of the slab is 40 J. , X * = 200 mm. The curve in FIG. 7 was calculated from the above equation (7) and the conditions indicated by ●. From the relationship shown in the graph, it is understood that the vibration reach distance x * can be increased by increasing the impact energy E. For example, by increasing the impact energy E from 40J to 65J, the vibration reach distance x * is increased by 25% from 200 mm to 250 mm. That is, by increasing the impact energy E, it is possible to improve the quality of the central portion in the slab thickness direction in the vicinity of the end portion in the slab width direction where central porosity is likely to occur due to solidification delay.
〈5.ガイドロールの軸間距離と打撃による振動到達距離との関係について〉
図8は、ガイドロールの軸間距離を変更した場合についての、1セグメント片側当たりの打撃エネルギーと振動到達距離との関係を示すグラフである。図8は、ガイドロールの軸間距離ΔRが245mmまたは400mmであること以外は、図7と同様の条件で打撃した場合についてのグラフである。同グラフに示される関係から、ガイドロールの軸間距離ΔRを245mmから400mmに広げると、振動到達距離x*が増大することがわかる。つまり、鋳片が、長辺長さと短辺長さの比が大きいスラブである場合には、鋳片幅が広く、ガイドロール間でのバルジングが生じやすいため、ガイドロールの軸間距離ΔRを大きく取ることができない。一方、鋳片が、長辺長さと短辺長さの比が小さいブルームである場合には、鋳片幅が狭く、ガイドロール間でのバルジングは少ないため、ガイドロールの軸間距離ΔRを大きく取ることができるので、打撃の効果を広い範囲で得ることができる点で有利である。
<5. Relationship between guide roll axis distance and striking vibration reach distance>
FIG. 8 is a graph showing the relationship between the impact energy per one segment side and the vibration reach distance when the distance between the axes of the guide rolls is changed. FIG. 8 is a graph for a case where the guide roll is hit under the same conditions as in FIG. 7 except that the inter-axis distance ΔR is 245 mm or 400 mm. From the relationship shown in the graph, it can be seen that the vibration reach distance x * increases when the inter-axis distance ΔR of the guide roll is increased from 245 mm to 400 mm. That is, when the slab is a slab having a large ratio of the long side length to the short side length, the slab width is wide and bulging between the guide rolls is likely to occur. I can't take it big. On the other hand, when the slab is a bloom with a small ratio of the long side length to the short side length, the slab width is narrow and the bulging between the guide rolls is small. Therefore, it is advantageous in that the impact effect can be obtained in a wide range.
〈6.両側からの打撃の効果について〉
図9は、鋳片の幅方向両端のそれぞれの短辺面からの打撃の影響を示すグラフである。同グラフは、横軸を鋳片の幅方向中央から短辺面に垂直な方向の距離yとし、縦軸を鋳片厚さ方向の変位δとしている。打撃した鋳片は幅約400mmのブルームとし、ガイドロールの軸間距離ΔRを400mm、1セグメント片側当たりの打撃エネルギーEを45Jとして、鋳片の鋳造方向左側の短辺面のみ、または右側の短辺面のみを打撃した場合と、両側の短辺面を同時に打撃した場合とについての計算結果を示す。同グラフに示される結果から、鋳片の鋳造方向左側の短辺面のみを打撃した場合の鋳片厚さ方向の変位δLおよび右側の短辺面のみを打撃した場合の鋳片厚さ方向の変位δRを重畳すると、鋳片の両側の短辺面を同時に打撃した場合の鋳片厚さ方向の変位δDとなることがわかる。
<6. About the effect of batting from both sides>
FIG. 9 is a graph showing the influence of impact from the short side surfaces at both ends in the width direction of the slab. In the graph, the horizontal axis is the distance y in the direction perpendicular to the short side surface from the center in the width direction of the slab, and the vertical axis is the displacement δ in the slab thickness direction. The slab hit is a bloom having a width of about 400 mm, the guide roll axial distance ΔR is 400 mm, the impact energy E per segment piece side is 45 J, and only the short side on the left side of the slab in the casting direction or the right short side The calculation result about the case where only a side surface is struck and the case where a short side surface on both sides is struck simultaneously is shown. From the results shown in the graph, the slab thickness direction displacement δ L when only the short side surface on the left side in the casting direction of the slab is struck and the slab thickness direction when only the right side surface is struck It can be seen that the displacement δ D in the slab thickness direction when the short side surfaces on both sides of the slab are hit simultaneously is superimposed when the displacement δ R is superimposed.
鋳片の鋳造方向左側の短辺面のみ、または右側の短辺面のみを打撃した場合には、鋳片厚さ方向の変位δが0.10mm以上となる領域の、鋳片短辺面の打撃位置から短辺面に垂直な方向の距離は約300mmであり、全幅にわたって変位δを0.10mm以上とすることはできない。しかし、両側の短辺面を同時に打撃することにより、打撃位置の全幅にわたって変位δを0.10mm以上とすることができる。また、図9からわかるように、両側の短辺面を同時に打撃した場合には、鋳片の幅方向中央において変位δの最大値が0.40mmに達し、変位δを大幅に増加させることができ、鋳片の内部品質改善をさらに図ることができる。 When only the short side surface on the left side in the casting direction of the slab or only the short side surface on the right side is struck, the displacement of the slab thickness direction in the region where the displacement δ is 0.10 mm or more, The distance in the direction perpendicular to the short side surface from the striking position is about 300 mm, and the displacement δ cannot be 0.10 mm or more over the entire width. However, by simultaneously hitting the short side surfaces on both sides, the displacement δ can be made 0.10 mm or more over the entire width of the hitting position. In addition, as can be seen from FIG. 9, when the short side surfaces on both sides are hit simultaneously, the maximum value of the displacement δ reaches 0.40 mm at the center in the width direction of the slab, and the displacement δ can be greatly increased. It is possible to further improve the internal quality of the slab.
本発明の方法によれば、鋳片短辺面の打撃によって生じる、鋳片長辺面の変位が0.10mm以上の振動を、鋳片の広い範囲に亘って付与することができるため、偏析や中心ポロシティを低減させ、内部品質に優れた鋳片を得ることができる。したがって、本発明の方法は、内質の良好な鋳片の連続鋳造方法として広範に適用できる。 According to the method of the present invention, since the vibration of the long side surface of the slab caused by striking the short side surface of the slab can be applied over a wide range of the slab, the segregation or The central porosity can be reduced, and a slab excellent in internal quality can be obtained. Therefore, the method of the present invention can be widely applied as a continuous casting method of a slab having good internal quality.
1:浸漬ノズル、 2:溶鋼湯面(メニスカス)、 3:鋳型、 4:溶鋼、
5:凝固シェル、 6:ガイドロール、 7:鋳片、
7a、7b、7c、7d:鋳片試料、 8:打撃振動装置、 9:金型、
10:駆動部
1: immersion nozzle, 2: molten steel surface (meniscus), 3: mold, 4: molten steel,
5: Solidified shell 6: Guide roll 7: Cast slab
7a, 7b, 7c, 7d: slab sample, 8: impact vibration device, 9: mold,
10: Drive unit
Claims (2)
前記短辺面の打撃により、下記(1)式および(2)式で定義される前記鋳片の長辺面の鋳片厚さ方向の変位曲線δ(x)と直線δ(x)=0.10mmとの交点が2箇所発生し、前記交点のうち、原点から遠いほうの交点の前記鋳片短辺面の打撃位置から鋳片幅方向の距離が200mm以上となるように、振動エネルギー、ガイドロールの軸間距離および未凝固厚さを調整して、短辺面を打撃することを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
δ(x)=exp[−1.5×{ln(x/(200×(ΔR/ΔR0)0.587))}2]×δmax ・・・(1)
δmax=L0×(E/E0)0.5×(ΔR/ΔR0)×(t/t0)0.446 ・・・(2)
ここで、上記(1)式および(2)式中の各記号は下記の諸量を意味する。
x:鋳片短辺面の打撃位置を0とする、鋳片幅方向の距離(mm)、
δ(x):位置xにおける鋳片厚さ方向の変位(mm)、
δmax:鋳片厚さ方向の最大変位(mm)、
ΔR:短辺面を打撃する位置のガイドロールの軸間距離(mm)、
E:1セグメント片側当たりの打撃エネルギー(J)、
t:鋳片短辺面の打撃位置における鋳片の未凝固厚さ(mm)、
ただし、E0=39(J)、ΔR0=245(mm)、t0=26(mm)、L0=0.114(mm)である。 When casting a slab having a rectangular cross section, at least a pair of striking vibration devices are arranged on both sides of the short side surface of the slab including the unsolidified portion, and the short side surface of the slab is continuously struck. By this, it is a continuous casting method of steel that casts while applying vibration to the slab,
Due to the impact on the short side surface, the displacement curve δ (x) and straight line δ (x) = 0 in the slab thickness direction of the long side surface of the slab defined by the following formulas (1) and (2) Vibration energy such that two intersections with 10 mm occur, and the distance in the slab width direction from the striking position of the short side surface of the slab at the intersection far from the origin of the intersections is 200 mm or more, A continuous casting method for steel, characterized by striking a short side face by adjusting an interaxial distance and an unsolidified thickness of a guide roll.
δ (x) = exp [−1.5 × {ln (x / (200 × (ΔR / ΔR 0 ) 0.587 ))} 2 ] × δ max (1)
δ max = L 0 × (E / E 0 ) 0.5 × (ΔR / ΔR 0 ) × (t / t 0 ) 0.446 (2)
Here, each symbol in the above formulas (1) and (2) means the following quantities.
x: Distance in the slab width direction (mm), where the strike position of the slab short side surface is 0,
δ (x): displacement in the slab thickness direction at the position x (mm),
δ max : Maximum displacement (mm) in the slab thickness direction,
ΔR: the distance between the axes of the guide roll at the position of hitting the short side surface (mm),
E: Impact energy per side of one segment (J),
t: Unsolidified thickness (mm) of the slab at the striking position on the short side surface of the slab,
However, E 0 = 39 (J), ΔR 0 = 245 (mm), t 0 = 26 (mm), and L 0 = 0.114 (mm).
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