JP5365920B2 - 連続鋳造におけるブリード防止方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼の連続鋳造の終了時におけるブリード防止方法に関するものである。

連続鋳造工程における主要なトラブルの一つにブリードがある。ブリードとは、連続鋳造の終了後に鋳片を機外に引抜く際に、鋳片の最後尾から未凝固の溶湯が漏れ出る現象をいう。ブリードが発生すると設備が損傷することによるセグメント交換作業や、漏れ出して凝固した地金の切断作業などが必要となる。またそれらの作業が完了するまで次の鋳造を開始できないので、生産性が低下するなどの多くのデメリットが生じる。

ブリードを防止するためには、連続鋳造の終了後の鋳片引抜き速度を十分に低速とし、溶湯を十分に凝固させればよい。しかしこの時間は本来の鋳造が行われない非生産時間であるから、できるだけ短縮することが望ましい。このためにブリードを防止しながらできるだけ短時間で鋳片引抜きを完了させることができるように、鋳造現場では試行錯誤を繰り返していた。しかしながらブリードは鋳造終了後の事象であるために鋳造中の事象に比較するとデータも乏しく、また発生メカニズムも十分には解明されていないため、散発的な発生があった。

なお、特許文献１にはブリード発生を検知したときに鋳片引抜き速度を事前に登録してあるパターンを元に変化させることが記載されている。しかしこれはブリードの発生自体を防止するものではなく、しかも事前に登録してあるパターンも経験的に定められたものであるから、ブリード発生を完全に防止することはできないという問題があった。

特開平９−２４４４７号公報

本発明の目的は上記した従来の問題点を解決し、連続鋳造の終了後の鋳片引抜きに要する時間を可及的に短縮しつつブリード発生を確実に防止することができる連続鋳造におけるブリード防止方法を提供することである。

上記の課題を解決するためになされた本発明は、鋳片引抜き終了時の鋳片上端の湯引き量ｈを、鋳造終了前の鋳造速度Ｖと、終了後に鋳片を５．０ｍ引抜く間の平均速度Ｖ´との関数として表わし、この関数に基づいて、前記ｈ＝４００〜５００ｍｍの条件下で、前記平均速度Ｖ´の演算値を求め、連続鋳造終了時に鋳造速度Ｖを一度ゼロとして９０〜１２０秒の鋳片内凝固進行時間を確保した後、鋳片引抜速度の実測値が前記演算値を超えない範囲で鋳片の引抜を行って、前記湯引き量の実測値を４００〜５００ｍｍとすることを特徴とするものである。

請求項２のように、湯引き量ｈを表わす関数として、ｈ＝αＶ^１．５＋βＶ＋γＶ^０．５＋α´Ｖ´^−０．５＋β´（α、β、γ、α´、β´は比例定数）の形の関数を用いることが好ましい。

本発明においては、鋳片引抜き終了時の鋳片上端の湯引き量ｈを鋳造終了前の鋳造速度Ｖと終了後の鋳片引抜き速度V´との関数として表わし、湯引き量ｈがブリード発生防止に最適な４００〜５００ｍｍの範囲となるように、連続鋳造終了後の鋳片引抜き速度V´を演算により決定する。このため鋳造終了前の鋳造速度Ｖが変化した場合にも、湯引き量ｈを常にブリード発生防止に最適な範囲に制御することができ、鋳片引抜きに要する時間を可及的に短縮しつつブリード発生を確実に防止することができる。

請求項２のように湯引き量ｈを表わす関数として、ｈ＝αＶ^１．５＋βＶ＋γＶ^０．５＋α´Ｖ´^−０．５＋β´の形の式を用いることによって、ブリード発生の様々な要因を式中に取り込むことができ、最適な鋳片引抜き速度Ｖ´を求めることが可能となる。

湯引き量ｈの説明図である。 未凝固溶湯の形状を示す模式図である。 バルジングの説明図である。 実施例における湯引き量の計算値と実績値の比較図である。

以下に本発明を更に詳細に説明する。
前記したように、ブリードは連続鋳造の終了後に、鋳片の最後尾から未凝固の溶湯が漏れ出る現象である。ブリードは鋳片のシェルが収縮することによりシェルの内容積が減少し、未凝固の溶湯が押し出されるために発生する。しかし、鋳片の最後尾においては鋳造終了後の凝固収縮等によって液面が内側にくぼむ湯引きと呼ばれる現象が生じ、この湯引きは漏れ出ようとする溶鋼を受け止める器として機能する。このためこの器の内容積を大きくすればブリードを防止することができると考えられる。本発明者はこの着想に基づいて調査検討した結果、湯引き量ｈが４００〜５００ｍｍの範囲にあればほぼ完全にブリードを防止できることを確認した。

ここで湯引き量ｈは図１に示すとおり、鋳片引抜き終了後における最終鋳片位置Xと、赤熱している鋳片部Yとの間の距離ｈを意味するものである。湯引き量ｈが４００mmよりも少ないと漏れ出ようとする溶鋼を受け止める機能が不十分となり、ブリード発生の可能性がある。湯引き量ｈを大きくすればブリード防止効果は高まるが、切断して廃棄される部分が拡大するため、５００ｍｍを超えることは好ましくない。そこで本発明では湯引き量ｈを４００〜５００ｍｍの範囲に制御する。

この湯引き量ｈを決定する要因としては、第１にシェルの凝固収縮、第２に鋳片保持ロール間のバルジング、第３にシェルの変形が考えられる。以下にこれらの各要因について説明する。

先ずシェルの凝固収縮は液相から固相への相変態に伴って生ずるもので、シェルの凝固収縮が大きいほど湯引き量ｈが大きくなる。ここで連続鋳造機内の未凝固溶湯の形状を図２に示すように模式化する。すなわちメニスカス位置では鋳型内部全面が溶湯であり、クレータエンド部では鋳片の厚さ方向の中央部に溶湯が直線状に残り、その間は平面で近似するものとする。そしてシェル厚みをDとし、鋳造幅をWとし、鋳造終了前の鋳造速度をＶとし、凝固係数をkとすると、凝固収縮による湯引き量h_１は次の数１の式（第１式）で表わすことができる。

次にロール間のバルジングは、図３に示すように鋳片のシェルが鋳片保持ロールを通過する間に外側に膨出する現象であり、バルジングが大きいほど湯引き量ｈが大きくなる。ロール間を通過するに要する時間が長いほどクリープする時間が長くなり、バルジング量が大きくなる。またシェル厚が薄いほどバルジング量は大きくなる。しかし鋳造終了後はヘッド圧がかからず、鋳片が自由収縮して図３の右側に示すようにロールから離脱するため、もはやバルジングは生じない。従って鋳造終了の直前から鋳造終了の直後におけるバルジング量δbが湯引き量ｈに影響する。ここでバルジング量δｂとは鋳片がロールのパスラインを基準とした変形量の最大値をいう。

以上のことから、バルジング量δbはロール間通過時間に比例し、シェル厚に反比例する。バルジング量δbは、終了前の鋳造速度をVとし、終了後の引抜速度をV´とし、形状係数をａとし、クリープ定数をａ_０とし、溶鋼静圧をｐとし、ロールピッチをlとし、機長をLとし、凝固係数をkとすると、次の数２で表わすことができる。またバルジングによる湯引き量ｈ_２はバルジング量δbに比例すると考えられるので、h₂＝A×δb（第２式）で表わされる。

次にシェルの変形は、シェルが内側に倒れこむように生ずるので、未凝固の溶湯を収納する空間の体積が減少し、湯引き量ｈを小さくする。湯引き低下量はシェル厚Dに比例すると考えられる。またシェル厚Dは図２に示したクレータエンド長Lを用いて、数３により表わされ、シェル厚Dと湯引き低下量ｈ_３との関係はBを比例定数として数４（第３式）により表わされる。

以上の第１式〜第３式の３つの湯引き式を統合すると、湯引き量hは、ｈ＝ｈ_１＋ｈ_２−ｈ_３と表すことができるため、ｈ＝αＶ^１．５＋βＶ＋γＶ^０．５＋α´V´^−０．５＋β´（第４式、α、β、γ、α´、β´は比例定数）の形の関数で表わされる。すなわち、同一設備における湯引き量hは、鋳造終了前の鋳造速度Ｖと終了後の鋳片引抜き速度V´との関数として表わされる。そしてこの関数を用いれば、鋳造終了前の鋳造速度Ｖが与えられた場合に、湯引き量ｈが４００〜５００ｍｍとなる鋳片引抜き速度V´を求めることができる。連続鋳造終了直後に演算された鋳片引抜き速度V´で鋳片引抜きを行うことにより、ブリードを完全に防止することが可能となる。なお、鋳片引抜き速度V´は鋳片を５．０ｍ引抜く間の平均速度とする。鋳片を５．０ｍ以上引抜いた場合、鋳片の凝固が進行するためバルジングの発生がなくなり、これによる湯引き量は無視できる。また、第４式第４項α´V´^−０．５はバルジングによる湯引き量を表す。従って、鋳片を５．０ｍ引抜いた後は湯引き量ｈが決定するため、鋳片引抜き速度V´を前記のとおり定めた。

各比例定数は連続鋳造設備によって大きく変化するため特定することができないが、０＜α≦５００、０＜β≦５００、−５００≦γ＜０、０＜α´≦２０００の範囲である。またβ´は任意である。

なお、連続鋳造終了時に鋳造速度Ｖを一度ゼロとしたうえで、演算された鋳片引抜き速度V´で鋳片引抜きを行うことが好ましい。これによりバルジングによる湯引きを発生させ、所望の湯引き量ｈを確保することができる。また次の実施例に示すように、連続鋳造終了後、９０〜１２０秒を経過した後は鋳片引抜き速度V´を次第に増加させていくことが好ましい。これは時間の経過とともに凝固が進行し、鋳片引抜き速度を速めても支障がないからである。これによって、結果的に鋳片引抜き完了までの時間を短縮することができる。

鋳造速度終了前の鋳造速度Vを１．７ｍ／分、もしくは２．３ｍ／分とし、鋳造終了後の鋳片引抜き速度V´を変化させて、第４式から求められる湯引き量（計算値）、実際に測定した湯引き量（実績値）、及びブリードの発生有無を調査した。この調査の結果では、図４に示すとおり第４式で求められる湯引き量（計算値）と実際に測定した湯引き量（実績値）は高い相関が得られた。ここで、α＝１１３、β＝１２８、γ＝−１９９、α´＝１３００、β´＝−１３６０とした。

鋳造終了後、鋳造速度をゼロとし９０〜１２０秒経過した後に、湯引き量が４００〜５００ｍｍとなるように第４式にもとづいて鋳片引抜き速度Ｖ´を求め、鋳片を５．０ｍ引抜く間は、これを超えない範囲で引抜き速度を増加させた。表１に示すとおり、湯引き量が４００〜５００ｍｍとなるような引抜き速度V´で鋳片引抜きを行った場合は、ブリードは発生しなかった（表１の本発明１、本発明２、本発明１１、本発明１２、及び本発明１３）。

湯引き量が４００〜５００ｍｍとなるような引抜き速度V´で鋳片引抜きを行った場合であっても、鋳造終了時の鋳造速度をゼロとしない場合は、実測された湯引き量が第４式で求められる湯引き量と異なる結果となったため、ブリードが発生した（表１の比較例１５）。しかし、鋳造終了時の鋳造速度をゼロとしない場合であって、鋳片の内部品質を多少犠牲にし冷却材を投入したところ、ブリードが発生しなかった（表１の比較例７）。また、湯引き量が４００〜５００ｍｍとなるような引抜き速度V´で鋳片引抜きを行った場合であっても、鋳片終了後の待機時間を９０〜１２０秒としなかった場合は、実測された湯引き量が第４式で求められる湯引き量と異なる結果となったため、ブリードが発生した（表１の比較例８、比較例１６）。

表１が示す結果にもとづいて、表２に本発明のブリード率を示す。本発明のブリード率はゼロであり、比較例の９１％と対比すると本発明はブリード発生防止に極めて有効である。ここでブリード率とは、ブリード発生回数を鋳片引抜き回数で除したものである。

Claims (2)

1. 鋳片引抜き終了時の鋳片上端の湯引き量ｈを、鋳造終了前の鋳造速度Ｖと、終了後に鋳片を５．０ｍ引抜く間の平均速度Ｖ´との関数として表わし、この関数に基づいて、前記ｈ＝４００〜５００ｍｍの条件下で、前記平均速度Ｖ´の演算値を求め、
   連続鋳造終了時に鋳造速度Ｖを一度ゼロとして９０〜１２０秒の鋳片内凝固進行時間を確保した後、鋳片引抜速度の実測値が前記演算値を超えない範囲で鋳片の引抜を行って、前記湯引き量の実測値を４００〜５００ｍｍとすることを特徴とする連続鋳造におけるブリード防止方法。
2. 湯引き量ｈを表わす関数として、ｈ＝αＶ ^１．５ ＋βＶ＋γＶ ^０．５ ＋α´Ｖ´ ^−０．５ ＋β´（α、β、γ、α´、β´は比例定数）の形の関数を用いることを特徴とする請求項１記載の連続鋳造におけるブリード防止方法。。

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