JP5494350B2

JP5494350B2 - 鋼鋳片の連続鋳造方法

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Publication number: JP5494350B2
Application number: JP2010186722A
Authority: JP
Inventors: 康一堤; 祐司三木; 則親荒牧
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2010-08-24
Filing date: 2010-08-24
Publication date: 2014-05-14
Anticipated expiration: 2030-08-24
Also published as: JP2012045552A

Description

本発明は、鋼鋳片の連続鋳造方法に関し、詳しくは、中心偏析の軽微な鋼の連続鋳造鋳片を製造するための連続鋳造方法に関する。

鋼の凝固過程では体積収縮（凝固収縮ともいう）が起こり、この収縮に伴って、連続鋳造鋳片の場合には、鋳片の引き抜き方向へ未凝固溶鋼が吸引されて流動する。凝固収縮による、この吸引・流動に伴い、炭素、燐、硫黄などの溶質元素が濃縮されたデンドライト樹間の溶鋼（「濃化溶鋼」という）が流動を起こし、それが鋳片の厚み中心部に集積して凝固し、所謂、中心偏析が形成される。凝固末期の溶鋼が流動する要因としては、上記の凝固収縮の他に、溶鋼静圧によるロール間での鋳片バルジング（膨らみ）や、鋳片支持ロールのロールアライメントの不整合なども挙げられる。

この中心偏析は、鋼製品、特に厚鋼板の品質を劣化させる。例えば、石油輸送用や天然ガス輸送用のラインパイプ材においては、サワーガスの作用により中心偏析を起点として水素誘起割れが発生し、また、海洋構造物、貯槽、石油タンクなどにおいても、同様の問題が発生する。しかも近年、鋼材の使用環境は、より低温下或いはより腐食環境下といった厳しい環境での使用を求められることが多く、鋳片の中心偏析を低減することの重要性は益々大きくなっている。

これに対処するべく、連続鋳造工程から圧延工程に至るまで、鋳片の中心偏析を低減する或いは無害化する対策が多数提案されている。例えば、連続鋳造中の鋳片を凝固収縮量に相当する程度の圧下量で圧下する、所謂「軽圧下方法」は広く行われており、中心偏析低減に効果を挙げている。但し、一般的な軽圧下方法では、事前に決めたロール開度設定で鋳造を開始し、鋳造終了まで同じロール開度で鋳造するという方法であり、この方法であると、鋳造速度の変動やその他の外乱要因により、所定の圧下量が鋳片に付与されないことが発生するという問題がある。

また、鋳造速度の急激な低下や二次冷却水の水温変動などにより、鋳片の幅中央部で全厚に渡って凝固が完了した場合などには、凝固した部位の圧下に対する変形抵抗が大きくなることから、未凝固層を有する他の部位に所要の圧下力を付与できなくなることもある。これは、一般的に、連続鋳造機の軽圧下装置は設備スペースや設備コストの制限から、完全凝固した鋳片を圧延するほどの耐荷重は有しておらず、圧下による荷重が耐荷重以上になった場合には、設備保護のために皿バネ或いは油圧設定によって圧下ロールを逃がす構造となっているからである。この場合には、鋳片全幅には圧下力が作用せず、中心偏析軽減効果を十分に得られない。

そこで、鋳造速度の変動やその他の外乱要因の影響を解消して、所定の圧下条件で鋳片を軽圧下するための技術が提案されている。例えば、特許文献１には、鋳造速度に応じて軽圧下範囲（軽圧下帯という）を鋳造方向の上流側或いは下流側に移動させ、鋳造速度が変更されても、軽圧下の開始時期を常に鋳片中心部の固相率が０．１〜０．３の時期とするとともに、軽圧下の終了時期を鋳片中心部の固相率が０．５〜０．７の時期とし、鋳造速度に影響されることなく、常に同じ状態で軽圧下する方法が提案されている。

また、特許文献２には、鋳片中心部に未凝固溶鋼を有する鋳片の厚みを測定し、その結果に基づいて、軽圧下量、二次冷却水量、鋳造速度のうちの何れか１種以上を制御し、鋳片の内部品質を向上させる連続鋳造方法が提案されている。

また、特許文献３には、鋳片の中心固相率が０を超え０．３以下の任意の位置で測定した凝固シェル厚みの実測値と、鋳片の成分及び鋳造条件から計算される凝固シェル厚みの計算値とを比較し、凝固シェル厚みの実測値と計算値との差から中心偏析の程度を判定し、判定される中心偏析が所定の値以下になるように、軽圧下での圧下速度または二次冷却水量を調整する連続鋳造方法が提案されている。

また更に、特許文献４には、鋳片を凝固率４０％以上の位置から凝固完了部までの範囲において、１回の圧下率を１．５％以下で、且つ全圧下率を０．５％以上５％以下で面圧下しつつ鋳造するにあたり、圧下帯に逐次入ってくる鋳片の厚み変動を０．５ｍｍ以下とし、その後、上記圧下を付与する連続鋳造方法が提案されている。

特開平５−５０２０１号公報特開昭５８−１３５４５号公報特開２００１−２５９８１２号公報特開平３−１３８０５６号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題点がある。

即ち、特許文献１のように、鋳造速度に応じて鋳造中にロール開度を変更して鋳片の内部品質を向上させる技術では、二次冷却の影響や鋳片支持ロールのロールアライメントの不整合などの外乱要因に関しては対処できないという問題点がある。

特許文献２では、未凝固溶鋼を内部に有する、凝固完了前の鋳片の厚みを測定し、その結果に基づいて軽圧下などの中心偏析防止対策を制御しているが、未凝固溶鋼を内部に有する鋳片の厚みは、ロール間での鋳片バルジングや鋳片表面温度の変化により鋳造中に大幅に変動しており、同一の鋳造チャンスであっても測定時期によって変化する。つまり、凝固完了前の鋳片厚みは常に変動しており、変動する鋳片厚みに基づいて対策を施すことは、却って鋳片内部品質を劣化させる恐れがある。また、的確な対策が採られないことも発生する。

特許文献３では、凝固シェル厚みを実測することが必須であるが、残念ながら現在の測定技術では、凝固シェル厚みの測定精度はそれほど高くなく、特許文献２と同様に、誤った対策を講じさせる原因となりかねない。

また、特許文献１〜３は、軽圧下を施す際のロール開度を変更することを概念的に示すだけであり、外乱要因に対して、具体的にどのようにして開度を変更するかは開示していない。

特許文献４では、圧下帯に逐次入ってくる、未凝固溶鋼を内部に有する鋳片の厚み変動を０．５ｍｍ以下に制御するとしているが、はたして、どのような手段を用いて鋳片厚みの変動量を０．５ｍｍ以下に制御するかが記載されていない。前述したように、未凝固溶鋼を内部に有する鋳片の厚みは、鋳片バルジングなどに起因して、隣り合うロール間においても測定位置に応じて変動する。しかし、バルジングなどによって一旦厚みが増加しても、未凝固相を有する鋳片は、次の鋳片支持ロールに接触すると矯正されて、設定されたロール間隔（相対するロール間の距離）の厚みとなる。設定されたロール間隔と等しい厚みに制御することは、未凝固相を有する鋳片においては制御するまでもなく極めて容易であり、一方、バルジングなどの影響を含め、ロール間においても０．５ｍｍ以下に制御することは極めて困難である。何れにしても、特許文献４には、鋳片厚みの変動量を０．５ｍｍ以下に制御する手段が開示されておらず、どのような技術であるのか定かでない。

現在、連続鋳造鋳片に対する品質要求レベルは高まり、中心偏析の少ない鋳片が求められている。また、鋳造速度を変更した部位の鋳片においては、優れた品質を確保しない限り、低級品質鋳片へと格下げになり、工業生産上からも望ましい形態ではない。しかしながら、上記に説明したように、近年の厳格な品質要求に応えることのできる中心偏析低減対策は未だ達成されていないのが現状である。

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、鋼の連続鋳造鋳片の中心部に発生する中心偏析を低減することのできる、鋼鋳片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鋳片の連続鋳造方法は、鋳造中の鋳片に圧下力を付与することの可能な複数本の圧下ロールからなる軽圧下帯を備えた連続鋳造機を用い、少なくとも鋳片の厚み中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点に至るまで、前記圧下ロールで凝固末期の鋳片を圧下しながら鋼鋳片を連続鋳造するにあたり、鋳片の厚み中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点に至るまでの鋳片のロール間バルジング量の平均値Ｂ（ｍｍ）を非定常伝熱凝固計算によって求めるとともに、鋳片の厚み中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点に至るまでの軽圧下帯における圧下量を実測し、実測した圧下量に基づいて鋳片の厚み中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点に至るまでの有効圧下速度Ａ（ｍｍ／ｍｉｎ）を計算によって求め、計算によって求めた有効圧下速度Ａと前記ロール間バルジング量の平均値Ｂとの比（Ａ／Ｂ、単位：1／ｍｉｎ）を鋳片の断面毎に求め、求めた比（Ａ／Ｂ）の値が８．０以上となるように鋳造条件を調整することを特徴とする。

本発明によれば、軽圧下帯で鋳片を軽圧下しながら鋼鋳片を連続鋳造するにあたり、圧下量の実測値に基づいて算出される有効圧下速度Ａと、非定常伝熱凝固計算によって算出されるロール間バルジング量の平均値Ｂとの比（Ａ／Ｂ）の値が８．０以上となるように鋳造条件を調整するので、鋳造速度などの鋳造条件が変更になった場合でも、鋼の連続鋳造鋳片の中心偏析を軽減することが実現される。その結果、鋳片の品質が向上して製品歩留りが向上し、品質向上のみならず、省資源、省エネルギーなどの工業上有益な効果がもたらされる。

本発明を実施した垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機の側面概要図である。実施例において非定常伝熱凝固計算によって求めた各鋳片断面におけるロール間バルジング量の平均値Ｂの推移を示す図である。実施例において求めた各鋳片断面における比（Ａ／Ｂ）の推移を示す図である。

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、本発明を実施した垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機の側面概要図である。

図１に示すように、スラブ連続鋳造機１には、溶鋼９を注入して凝固させ、鋳片１０の外殻形状を形成するための鋳型５が設置され、この鋳型５の上方所定位置には、取鍋（図示せず）から供給される溶鋼９を鋳型５に中継供給するためのタンディッシュ２が設置されている。一方、鋳型５の下方には、サポートロール、ガイドロール及びピンチロールからなる複数対の鋳片支持ロール６が配置されている。鋳片支持ロール６が配置された範囲には、鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール６の間隙に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）が配置された二次冷却帯が構成され、二次冷却帯のスプレーノズルから噴霧される二次冷却水によって鋳片１０は引き抜かれながら冷却されるようになっている。

タンディッシュ２の底部には、溶鋼９の流量を調整するためのスライディングノズル３が設置され、このスライディングノズル３の下面には、浸漬ノズル４が設置されている。また、鋳片支持ロール６の下流側には、鋳造された鋳片１０を搬送するための複数の搬送ロール７が設置されており、この搬送ロール７の上方には、鋳造される鋳片１０から所定の長さの鋳片１０ａを切断するための鋳片切断機８が配置されている。

鋳片１０の凝固完了位置１３を挟んで鋳造方向の上流側及び下流側には、鋳片１０を挟んで対向する鋳片支持ロール間の間隔、つまりロール間隔を鋳造方向下流に向かって順次狭くなるように設定された、複数対の鋳片支持ロール群から構成される軽圧下帯１４が設置されている。軽圧下帯１４では、その全域または一部選択した領域で、鋳片１０に軽圧下を行うことが可能である。軽圧下帯１４の鋳片支持ロール間にも鋳片１０を冷却するためのスプレーノズルが配置されている。尚、軽圧下帯１４の鋳片支持ロール６を、軽圧下を施すためのロールであることから「圧下ロール」とも称している。また、鋳造方向下流に向かって順次狭くなるように設定されたロール間隔の状態を「ロール勾配」或いは「圧下勾配」と称しており、ロール勾配は、通常、１ｍあたりのロール間隔絞り込み量（ｍｍ／ｍ）で表示される。

図１に示す軽圧下帯１４は、３対の圧下ロールを１組とするセグメント構造の圧下ロール群が鋳造方向に３基つながって構成されており、各セグメントの上面側セグメントには、上流側端部の両側及び下流側端部の両側の合計４箇所に圧下ロールのロール間隔を鋳造中に測定するためのロール間隔測定装置１５が設置されている。このロール間隔測定装置１５は、各セグメントの端部の位置を、差動トランスによって直接測定しており、測定値はロール間隔計測演算部２０に入力され、ロール間隔計測演算部２０は入力された測定値から各圧下ロールのロール間隔を算出している。図１では、ロール間隔測定装置１５からロール間隔計測演算部２０への送信を一部省略しているが、これは、図が煩雑になることを防止するためであり、全てのロール間隔測定装置１５がロール間隔計測演算部２０と接続されている。

このスラブ連続鋳造機１においては、軽圧下帯１４を構成する各セグメントの下面側セグメントは連続鋳造機の基礎（フレームまたは土台）に固定されていて、負荷が耐荷重を超えた場合には上面側セグメントが移動する構造になっており、上面側セグメントの変位を測定するのみで、圧下ロールのロール間隔が測定される。そして、各セグメントの両端部の位置が測定されるので、各セグメントのそれぞれの圧下ロールのロール間隔が分かるようになっている。尚、このロール間隔測定装置１５はセグメントに接触して測定しているが、本発明を実施する上で接触して測定する必要はなく、レーザー光などを利用して非接触で測定しても構わない。

ロール間隔測定装置１５で、軽圧下帯１４のロール間隔を測定する理由は、先に述べたように、鋳造の初期または末期の非定常鋳造域や鋳造速度の急減速時には、鋳片全体の表面温度が定常鋳造域に比較して低下し、鋳片１０の長辺或いは短辺の凝固シェル厚の増大により、鋳片全体の変形抵抗が大きくなり、軽圧下帯１４を構成するセグメントの耐荷重以上の荷重がかかり、このようなときには、セグメントそのものがロール間隔を設定値よりも大きくするように開放移動するように構成されていることから、鋳造中の実際のロール勾配を求めるためである。

また、スラブ連続鋳造機１には、連続鋳造機用制御計算機（プロセスコンピューター）１７から入力される鋳造条件（鋳片厚み、鋳造速度、二次冷却水の水量及び水温、タンディッシュ内溶鋼温度の過熱度、液相線温度、固相線温度、鋼種など）に基づき、非定常伝熱凝固計算によって鋳片１０の凝固状況を計算するための鋳片中心部固相率演算部１９が設置されている。ここで、非定常伝熱凝固計算とは、鋳造速度、二次冷却水量などの鋳造条件の時間による変化を考慮して熱伝導方程式を解く方法であり、鋳造条件の時間による変化を考慮しないで伝熱凝固計算する方法（定常鋳造域の計算に用いられる）を「定常伝熱凝固計算」と称している。

尚、このスラブ連続鋳造機１には、鋳片中心部固相率演算部１９による非定常伝熱凝固計算結果をより正確にするために、超音波センサー１６と凝固完了位置計測演算部１８とで構成される、鋳片１０の凝固完了位置１３を検出するための凝固完了位置検出装置が配置されている。

即ち、軽圧下帯１４を構成するセグメントとセグメントとの間隙には、超音波センサー１６が設置され、超音波センサー１６による測定データが、凝固完了位置計測演算部１８に入力されている。超音波センサー１６は縦波超音波または横波超音波を送信し且つ送信した縦波超音波または横波超音波を受信するための装置であり、凝固完了位置計測演算部１８は、縦波超音波または横波超音波の信号（パルス信号）を超音波センサー１６に送信するとともに、超音波センサー１６から入力される超音波センサー１６での受信データを処理して、縦波超音波または横波超音波の鋳片１０での透過時間から凝固完了位置１３を算出して求める装置である。そして、この凝固完了位置計測演算部１８による凝固完了位置１３の測定結果は、鋳片中心部固相率演算部１９に入力されている。

鋳片中心部固相率演算部１９は、連続鋳造機用制御計算機１７から入力される鋳造条件に基づいて非定常伝熱凝固計算によって鋳片１０の凝固状況を計算する際に、この計算結果が凝固完了位置計測演算部１８から入力されたデータと合致するように、鋳片厚み中心部の鋳造方向における固相率を算出するための計算式を校正し、校正した計算式を用いて鋳片厚み中心部の固相率を算出する。

前述したように、鋳片中心部固相率演算部１９は、連続鋳造機用制御計算機１７から入力される鋳造条件だけからも鋳片厚み中心部の固相率を非定常伝熱凝固計算によって算出することができるので、超音波センサー１６及び凝固完了位置計測演算部１８は本発明を実施する上で必須の設備ではないが、凝固完了位置計測演算部１８からの凝固完了位置１３の情報を加味することで、鋳片厚み中心部の固相率を正確に算出することが可能となることから、超音波センサー１６及び凝固完了位置計測演算部１８を配置することが好ましい。

鋳片中心部固相率演算部１９は、算出したデータ（凝固データという）を有効圧下速度演算部２１に送信する。また、有効圧下速度演算部２１には、ロール間隔計測演算部２０によって求められた各圧下ロールのロール間隔（ロール間隔データという）も入力される。有効圧下速度演算部２１は、入力された凝固データに基づき、鋳片１０の厚み中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点に至るまでの軽圧下帯１４における所要時間（Ｔｅ：ｍｉｎ）を計算によって求めるとともに、入力されたロール間隔データに基づき、鋳片１０の厚み中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点に至るまでの軽圧下帯１４における圧下量（ΔＤ：ｍｍ）を求め、そして、求めた所要時間（Ｔｅ）及び圧下量（ΔＤ）から、下記の（１）式を用いて有効圧下速度Ａ（ｍｍ／ｍｉｎ）を求める。
Ａ＝ΔＤ／Ｔｅ…（１）
この有効圧下速度Ａが、実際に鋳片１０に付与された圧下量に相当する。求められた有効圧下速度Ａは品質判定部２３に送られる。尚、圧下量（ΔＤ：ｍｍ）を求める場合に、圧下ロールの設置位置が、鋳片１０の固相率０．３の位置及び固相率０．７の位置と同一になることは稀であることから、固相率０．３の位置及び固相率０．７の位置におけるロール間隔としては、ロール間隔計測演算部２０で測定されたロール勾配に基づき、それぞれ、厚み中心部の固相率が０．３の位置及び厚み中心部の固相率が０．７の位置に、ロール勾配を比例配分させて求めるものとする。

また、スラブ連続鋳造機１には、連続鋳造機用制御計算機１７から入力される鋳造条件（鋳片厚み、鋳造速度、二次冷却水の水量及び水温、タンディッシュ内溶鋼温度の過熱度、液相線温度、固相線温度、鋼種など）に基づき、非定常伝熱凝固計算によって鋳片１０の凝固状況を計算し、その計算結果に基づいて、鋳片１０の厚み中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点に至るまでのロール間バルジング量を計算するためのバルジング量演算部２２が設置されている。

バルジング量演算部２２は、下記の（２）式を用いてロール間バルジング量を算出する。この（２）式は、文献１（鉄と鋼、60(1974)、p．1023）に記載される基礎方程式に基づき、鋳造速度やタンディッシュ内溶鋼温度の変動などを考慮して非定常伝熱凝固計算を実施して求めたものである。

Ｄmax＝0.5×ＰＬ⁴／（32×ＦＤs³）…（２）
但し、（２）式において、Ｄmaxは、ロール間バルジング量（ｍｍ）、Ｐは、ロール間バルジング量を計算する位置での溶鋼静圧（ｋｇｆ／ｍｍ²＝７．２×１０^-6×Ｈ（Ｈはバルジング量を計算する位置のメニスカスからの高さ距離：ｍｍ）、Ｌはロールピッチ（ｍｍ）、Ｆは塑性係数（ｋｇｆ／ｍｍ²）、Ｄｓは凝固シェル厚み（ｍｍ）であり、塑性係数Ｆは、下記の（３）式及び（４）式によって表される。

Ｆ＝600−0.5Ｔav （Ｔav≦1000℃）…（３）
Ｆ＝283−0.183Ｔav （Ｔav＞1000℃）…（４）
ここで、Ｔav（凝固シェル平均温度：℃）は、下記の（５）式で表される。
Ｔav＝0.5775×Ｔｓ（鋳片表面温度：℃）＋607…（５）
鋳片１０の厚み中心部の固相率が０．３の位置から０．７の位置に至るまでの間で、鋳片１０が支持される圧下ロールの数に応じてロール間バルジングの発生数は異なることになり、従って、鋳片１０の厚み中心部の固相率が０．３の位置から０．７の位置に至るまでの範囲の全てのロール間でロール間バルジング量Ｄmaxを計算し、それらの平均値をロール間バルジング量の平均値Ｂとする。バルジング量演算部２２は、求めたロール間バルジング量の平均値Ｂを品質判定部２３に送信する。ロール間バルジング量Ｄmaxを計算する位置は、鋳片１０の幅中央部、或いは、１／４幅位置など、鋳片短辺の影響を受けない部位であればどこであっても構わないが、基本的には、鋳片幅方向で最もバルジング量が大きくなる位置とする。

鋳片１０のロール間バルジング量を把握する方法としては、超音波センサーと鋳片表面との間の水柱を通る、超音波センサーからの超音波などによって直接測定する方法もあるが、直接測定するためには、各ロール間に配置する必要があることから多数のセンサーが必要となり、設備コストが嵩むことから、本発明においては、非定常伝熱凝固計算によって求める方法を採用している。

品質判定部２３は、有効圧下速度演算部２１から入力される有効圧下速度Ａと、バルジング量演算部２２から入力されるロール間バルジング量の平均値Ｂとから、有効圧下速度Ａとロール間バルジング量の平均値Ｂとの比（Ａ／Ｂ、単位：1／ｍｉｎ）を鋳片１０の断面毎に求め、比（Ａ／Ｂ）の値が８．０以上であれば中心偏析が良好であると判定し、比（Ａ／Ｂ）の値が８．０未満であれば、中心偏析が不良であると判定し、判定結果をその都度表示する。

ここで、鋳片１０の断面毎に求めるとは、例えば、鋳造長さの１ｍ毎など、任意の間隔で求めることができる。また、鋳造開始時期などの非定常鋳造域は間隔を短く、鋳造条件が変動しない定常鋳造域は間隔を長くするなどとしてもよい。尚、本発明者らは、比（Ａ／Ｂ）の値が８．０以上であれば、中心偏析が良好であることを確認している（実施例を参照）。つまり、ロール間バルジング量が大きくなれば、それに応じて圧下速度を大きくすることで、凝固末期の鋳片１０の未凝固層１２の流動が防止されて、鋳片１０の中心偏析が軽減される。

この構成のスラブ連続鋳造機１において、取鍋からタンディッシュ２に溶鋼９を注入してタンディッシュ２に所定量の溶鋼９を滞留させ、タンディッシュ２に滞留した溶鋼９を、浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入する。鋳型内の溶鋼上には、保温剤、潤滑剤、酸化防止剤などとして機能するモールドパウダー（図示せず）を添加する。

鋳型５に注入された溶鋼９は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１１を形成し、外殻を凝固シェル１１とし、内部に未凝固層１２を有する鋳片１０として、鋳片支持ロール６に支持されながらピンチロールの駆動力によって鋳型５の下方に連続的に引き抜かれる。鋳片１０は、これらの鋳片支持ロール６を通過する間、二次冷却帯の二次冷却水で冷却され、凝固シェル１１の厚みを増大し、且つ、軽圧下帯１４では軽圧下されながら凝固完了位置１３で内部までの凝固を完了する。凝固完了後の鋳片１０は、鋳片切断機８によって切断され鋳片１０ａが製造される。この場合、少なくとも鋳片中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点までの範囲が軽圧下帯１４の設置範囲内になるように非定常伝熱凝固計算などの手法を利用して鋳造速度を設定する。

この鋳造中に、鋳片中心部固相率演算部１９は、数秒毎ないし数分毎に鋳片厚み中心部の鋳造方向における固相率を算出し、算出したデータを有効圧下速度演算部２１に送信する。また、ロール間隔計測演算部２０は、同様に、数秒毎ないし数分毎に各圧下ロールのロール間隔を有効圧下速度演算部２１に送信する。有効圧下速度演算部２１は、鋳片中心部固相率演算部１９及びロール間隔計測演算部２０から入力されるデータに基づき、（１）式によって有効圧下速度Ａを算出する。そして、有効圧下速度演算部２１は、求めた有効圧下速度Ａを品質判定部２３に送信する。また、同様に、バルジング量演算部２２は、有効圧下速度演算部２１によって有効圧下速度Ａが求められた鋳片断面に相当する部位の、ロール間バルジング量の平均値Ｂを算出し、算出したデータを品質判定部２３に送信する。

品質判定部２３は、入力される有効圧下速度Ａとロール間バルジング量の平均値Ｂとから、比（Ａ／Ｂ）を算出し、比（Ａ／Ｂ）の値が８．０以上であれば中心偏析が良好であると判定し、比（Ａ／Ｂ）の値が８．０未満であれば、中心偏析が不良であると判定して判定結果を表示する。

比（Ａ／Ｂ）の値が８．０未満の場合には、鋳片１０のロール間バルジング量を低減するべく、鋳造速度の低下、二次冷却水量の増加の何れか一方または双方を行うか、或いは、有効圧下速度Ａを増大するべく、軽圧下帯１４のロール勾配を遠隔操作によって大きくする。この場合に、品質判定部２３の判定結果を連続鋳造機用制御計算機１７にフィードバックさせて自動的に鋳造条件を変更するようにしても良く、また、品質判定部２３の判定結果を見たオペレーターが手動で鋳造条件を変更するようにしても良い。

尚、有効圧下速度Ａの上限値は１．５ｍｍ／ｍｉｎとすればよい。有効圧下速度Ａが１．５ｍｍ／ｍｉｎを超えると、濃化溶鋼が鋳造方向とは逆方向に絞り出され、鋳片中心部には負偏析が生成されることから好ましくない。有効圧下速度Ａは、一般的に、軽圧下帯１４のロール勾配（ｍｍ／ｍ）によって決まる圧下速度よりも小さくなることから、軽圧下帯１４のロール勾配の調整によって有効圧下速度Ａの上限値を制御することができる。一方、有効圧下速度Ａの下限値は０．５ｍｍ／ｍｉｎとすればよい。有効圧下速度Ａが０．５ｍｍ／ｍｉｎよりも小さくなると、圧下の効果が少なくなって、濃化溶鋼の流動を防止できず、中心偏析が軽減されないことが起こることから好ましくない。圧下速度（ｍｍ／ｍｉｎ）は、軽圧下帯１４でのロール勾配（ｍｍ／ｍ）と鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）との積で求めることができる。

以上説明したように、本発明によれば、連続鋳造鋳片を製造する際に、軽圧下帯１４にて鋳片１０を圧下しながら鋼鋳片を連続鋳造するにあたり、圧下量の実測値に基づいて算出される有効圧下速度Ａと、非定常伝熱凝固計算によって算出されるロール間バルジング量の平均値Ｂとの比（Ａ／Ｂ）の値が８．０以上となるように鋳造条件を調整するので、鋳造速度などの鋳造条件が変更になった場合でも鋳片１０の中心偏析を低減することが実現される。また、鋳造した鋳片１０ａの中心偏析の程度を次工程の圧延前に判定することができるので、それに応じて、圧延工程における加熱条件の変更などの中心偏析軽減対策を行うことも可能となる。

尚、図１は垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機であるが、本発明は垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機のみに適用されるものではなく、湾曲型のスラブ連続鋳造機であっても、また垂直型のスラブ連続鋳造機であっても上記に沿って適用することができる。

鋳型内溶鋼湯面から１５〜２９ｍの範囲に設置された、長さが１４ｍの軽圧下帯を有する、図１に示す構成の垂直曲げ型スラブ連続鋳造機を用い、二次冷却帯の上部で鋳片を意図的にバルジング（意図的バルジング量：２．５ｍｍ）させた後、前記軽圧下帯における圧下速度が１．２ｍｍ／ｍｉｎとなるようにロール勾配を調整してスラブ鋳片を鋳造し、得られた鋳片を厚鋼板に圧延し、この厚鋼板からＵＯＥ鋼管を製造し、ＵＯＥ鋼管においてＨＩＣ試験を実施した。

化学成分が、Ｃ：０．０５質量％、Ｓｉ：０．３質量％、Ｍｎ：１．３質量％、Ｐ：０．００５質量％、Ｓ：０．００５質量％、Ｔｉ：０．０１質量％、sol.Ａｌ：０．０４質量％、Ｎｂ：０．０４質量％、Ｃｕ：０．１５質量％である溶鋼を、１．４ｍ／ｍｉｎの鋳造速度で、幅１９５０ｍｍ、厚み２５０ｍｍの鋳片に鋳造した。タンディッシュ内の溶鋼過熱度は３８℃、二次冷却水量は比水量で１．４８リットル／ｋｇとした。また、１チャージ約２２０トンの溶鋼を２チャージ続けて連続鋳造した。尚、比水量とは、鋳造される鋳片１ｋｇあたりの二次冷却水量（リットル）を表す数値である。

ＵＯＥ鋼管におけるＨＩＣ試験は、試験溶液をＮＡＣＥ溶液（５質量％ＮａＣｌ＋０．５質量％ＣＨ₃ＣＯＯＨの硫化水素飽和溶液、ｐＨ＝３．７）とし、浸漬時間を９６時間、試験溶液温度を２５℃として実施し、試験片に割れが発生した場合には、その試験片を超音波探傷法によって調べ、割れ部の面積率（ＣＡＲ：Crack Area Ratio、単位％）で評価した。ＣＡＲ値が高いほどＨＩＣが発生したことを意味しており、本実施例では、ＣＡＲ値が５％以上を不合格とした。

鋳造中、各鋳片断面の有効圧下速度Ａを有効圧下速度演算部により算出するとともに、バルジング量演算部２２によって、有効圧下速度Ａを算出した鋳片断面に相当する位置でのロール間バルジング量の平均値Ｂを算出し、品質判定部において、求めた有効圧下速度Ａ及びロール間バルジング量の平均値Ｂから、各鋳片断面の比（Ａ／Ｂ）を算出した。

本実施例では、比（Ａ／Ｂ）から鋳片の中心偏析の程度を判定するのみとし、鋳造条件は変更せずに上記のまま一定とした。つまり、各鋳片において、比（Ａ／Ｂ）とＣＡＲ値とを対比することを目的とした。

表１に、各鋳片における比（Ａ／Ｂ）及びＨＩＣ試験のＣＡＲ値を対比して示す。また、図２に、各鋳片断面におけるロール間バルジング量の平均値Ｂ、図３に、各鋳片断面における比（Ａ／Ｂ）を示す。尚、表１に示す、「鋳片段階での合否判定」は、比（Ａ／Ｂ）が８．０以上を合格とし、「総合の合否判定」は、鋳片段階が合格で、且つＣＡＲ値が５％未満の場合を合格とした。また、表１に示す「ｆｓ」は固相率である。

図２に示すように、ロール間バルジング量は、鋳造速度が低下する領域で小さくなり、また、鋳造の末期に大きくなり、これに応じて、比（Ａ／Ｂ）が図３に示すように変化した。但し、比（Ａ／Ｂ）はロール間バルジング量にのみ影響するのではなく、有効圧下速度Ａに影響して変化することが分かる。

表１からも明らかなように、比（Ａ／Ｂ）が８．０未満となる部位の鋳片は、ＣＡＲ値が５％以上と高く、また、比（Ａ／Ｂ）が８．０以上の鋳片はＣＡＲ値が５％未満であり、比（Ａ／Ｂ）とＨＩＣ試験のＣＡＲ値との相関は極めて高く、比（Ａ／Ｂ）で鋳片の中心偏析を判定できることが確認できた。

１スラブ連続鋳造機
２タンディッシュ
３スライディングノズル
４浸漬ノズル
５鋳型
６鋳片支持ロール
７搬送ロール
８鋳片切断機
９溶鋼
１０鋳片
１１凝固シェル
１２未凝固層
１３凝固完了位置
１４軽圧下帯
１５ロール間隔測定装置
１６超音波センサー
１７連続鋳造機用制御計算機
１８凝固完了位置計測演算部
１９鋳片中心部固相率演算部
２０ロール間隔計測演算部
２１有効圧下速度演算部
２２バルジング量演算部
２３品質判定部

Claims

鋳造中の鋳片に圧下力を付与することの可能な複数本の圧下ロールからなる軽圧下帯を備えた連続鋳造機を用い、少なくとも鋳片の厚み中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点に至るまで、前記圧下ロールで凝固末期の鋳片を圧下しながら鋼鋳片を連続鋳造するにあたり、鋳片の厚み中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点に至るまでの鋳片のロール間バルジング量の平均値Ｂ（ｍｍ）を非定常伝熱凝固計算によって求めるとともに、鋳片の厚み中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点に至るまでの軽圧下帯における圧下量を実測し、実測した圧下量に基づいて鋳片の厚み中心部の固相率が０．３の時点から０．７の時点に至るまでの有効圧下速度Ａ（ｍｍ／ｍｉｎ）を計算によって求め、計算によって求めた有効圧下速度Ａと前記ロール間バルジング量の平均値Ｂとの比（Ａ／Ｂ、単位：1／ｍｉｎ）を鋳片の断面毎に求め、求めた比（Ａ／Ｂ）の値が８．０以上となるように鋳造条件を調整することを特徴とする、鋼鋳片の連続鋳造方法。