JP5600929B2

JP5600929B2 - 連続鋳造鋳片の製造方法

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Publication number: JP5600929B2
Application number: JP2009279324A
Authority: JP
Inventors: 哲男持田; 康一堤; 浩淡路谷; 倫哉駒城; 幸理飯塚; 透松葉; 俊一川波
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2009-12-09
Publication date: 2014-10-08
Anticipated expiration: 2029-12-09
Also published as: JP2010158719A

Description

本発明は、連続鋳造鋳片の製造方法に関し、詳しくは、軽圧下による連続鋳造機への負荷を緩和した状態で、軽圧下により中心偏析の軽微な鋼の連続鋳造鋳片を安定して製造することのできる、連続鋳造鋳片の製造方法に関するものである。

鋼の凝固過程では、炭素、燐、硫黄などの溶質元素は、凝固時の再分配により未凝固の液相側に濃化される。これがデンドライト樹間に形成されるミクロ偏析である。連続鋳造機により鋳造されつつある鋳片の凝固収縮や、連続鋳造機のロール間で発生する凝固シェルのバルジング（以下、「ロール間バルジング」と記す）などによって、鋳片中心部に空隙が形成されたり負圧が生じたりすると、この部分に溶鋼が吸引されるが、凝固末期の未凝固層には十分な量の溶鋼が存在しないので、上記のミクロ偏析によって濃縮された溶鋼が流動し、鋳片中心部に集積して凝固する。このようにして形成された偏析スポットは、溶質元素の濃度が溶鋼の初期濃度に比べ格段に高濃度となっている。これを一般にマクロ偏析と呼び、その存在部位から、中心偏析と呼んでいる。

中心偏析は、鋼製品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（「ＨＩＣ」ともいう）が発生する。また、飲料用の缶製品に用いられる深絞り材においては、成分の偏析により加工性に異方性が出現することもある。そのため、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対策が多数提案されている。

そのなかで、効果的に且つ安価に鋳片の中心偏析を低減する手段として、連続鋳造機内において、未凝固層を有する凝固末期の鋳片を鋳片支持ロールによって凝固収縮量程度の圧下速度で徐々に圧下しながら鋳造する方法（以下、「軽圧下」と呼ぶ）が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

この軽圧下技術は、鋳造方向に並んだ複数対のロールを用い、凝固収縮量に見合った圧下速度で鋳片を徐々に圧下して未凝固層の体積を減少させ、鋳片中心部における空隙或いは負圧部の形成を防止すると同時に、デンドライト樹間に形成される濃化溶鋼の流動を防止し、これによって鋳片の中心偏析を軽減するという技術である。従って、軽圧下技術においては、一般的に、鋳片の凝固完了位置を軽圧下帯の範囲内に制御することが行われている。ここで、軽圧下帯とは、鋳片に凝固収縮量に見合った量の圧下を付与するための複数対のロール群のことである。

しかしながら、幅の広いスラブ鋳片では、凝固完了位置が鋳片幅方向位置によって異なることから、つまり、凝固末期の鋳片内未凝固層厚みが鋳片幅方向で均一ではないことから、特許文献１のように単に鋳片を圧下するだけでは、軽圧下により未凝固層厚みが薄い部分の上下面の凝固シェル同士が圧着されると、この圧着部が圧下抵抗となってその周囲の未凝固層厚みが厚い部分には圧下力が働かず、中心偏析の改善効果が少ない。

これを改善するために、特許文献２には、鋳型と鋳片の液相線クレータエンドとの間の凝固シェルに、積極的にバルジング力を作用させて鋳片内未凝固層の厚みを増大させ、次いで、前記液相線クレータエンドと、前記鋳片の固相線クレータエンドとの間の鋳片に圧下を加え、鋳片の中心偏析を軽減する技術が提案されている。

特開昭４９−１２１７３８号公報特開昭６０−６２５４号公報

近年、鉄鋼製品に対する品質要求は以前にも増して厳しくなり、軽圧下を必須とする製品が増えており、また、それに伴って鋳片に軽圧下を加える機会が増加し、軽圧下帯を構成するセグメントの寿命が短命化してきている。それ故、鋳片の中心偏析を軽減するとともに、軽圧下帯セグメントの寿命を向上させることが要望されている。

特許文献２は、鋳片を意図的にバルジングさせることにより、鋳片幅方向の均一圧下を可能としているが、特許文献２では意図的にバルジングさせた量よりも軽圧下量の方が大きく（第１表、第１図を参照）、つまり、鋳片の短辺面を圧下していることから、軽圧下帯を構成するセグメントへの負荷という観点からは特許文献１と同等であり、軽圧下帯セグメントの寿命延長については効果がない。

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、内部が未凝固の状態の鋳片の長辺面を二次冷却帯で意図的にバルジングさせて未凝固層の厚みを増大させ、その後、二次冷却帯に設けた軽圧下帯で、凝固収縮量に見合った圧下速度で内部が未凝固の鋳片を徐々に圧下して鋼の連続鋳造鋳片を製造するにあたり、鋳片の中心偏析を軽減するとともに、軽圧下帯を構成するセグメントの寿命を向上させ、更にはそれらの効果を安定的に得ることを可能とする連続鋳造鋳片の製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第１の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、連続鋳造用鋳型下端と鋳片の液相線クレータエンドとの間の凝固シェルに、意図的にバルジング力を作用させて、前記鋳片内部の未凝固層の厚みを増大させ、次いで、鋳片の厚み中心部の固相率が少なくとも０．４以下の時点から０．７以上になる時点まで、０．５〜１．５ｍｍ／分の範囲内の圧下速度で軽圧下帯にて鋳片を圧下して連続鋳造鋳片を製造する方法であって、前記鋳片の総圧下量が、意図的にバルジングさせたときの鋳片の膨らみ量と同等かそれよりも小さいことを特徴とするものである。

第２の発明に係る連続鋳造鋳片の製造方法は、第１の発明において、前記鋳片の凝固完了位置を、凝固完了位置検知装置を用いてオンラインで検知し、検知した凝固完了位置の情報に基づき、鋳片の厚み中心部の固相率が少なくとも０．４以下の時点から０．７以上になる時点までは前記軽圧下帯の範囲内に鋳片が位置するように、二次冷却水量及び／または鋳造速度を調整することを特徴とするものである。

本発明によれば、鋳片の総圧下量が意図的にバルジングさせたときの鋳片の膨らみ量と同等かそれよりも小さいので、鋳片厚み中心部まで凝固の完了している鋳片短辺面は圧下されず、従って、少ない負荷で鋳片を圧下することができ、軽圧下帯を構成するセグメントの負荷が軽減され、セグメントの寿命を延長させることができる。また、鋳片短辺面は圧下されないので、特に鋳片短辺面が低温になりやすい鋳造の初期または末期の非定常鋳造域であっても、圧下力が鋳片内部に伝わり、当該部位の中心偏析を従来に比較して大幅に改善することができる。当然ながら、定常鋳造域においては、従来と同様に鋳片の中心偏析を改善することができる。

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。鋳造中の凝固完了位置の変化と鋳造条件との関係を模式的に示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明に至った経緯について説明する。

本発明者らは、軽圧下による連続鋳造機セグメントへの負荷を低減することを目的として、鋳造方向長さ１４ｍの軽圧下帯を有する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」とも記す）させ、その後、二次冷却帯の下部に設けた軽圧下帯で鋳片を圧下する際の圧下条件を変更する試験を実施した。そして、得られた鋳片から試料を採取し、鋳片の偏析度調査を実施した。

厚み２５０ｍｍ、幅１９５０ｍｍのスラブ鋳片を、鋳型内にモールドパウダーを添加しつつ１．４ｍ／分の引抜き速度で連続鋳造する際に、鋳型内溶鋼湯面から５．２ｍ以降に配置された鋳片支持ロールのロール間隔を１ロールあたり０．７５ｍｍずつ６本の鋳片支持ロールに亘って広げ、更に７本目の鋳片支持ロールのロール間隔を０．５ｍｍ広げ、合計で５ｍｍロール間隔を広げ、鋳片を意図的にバルジングさせた。その後、鋳型内溶鋼湯面から１５〜２９ｍの範囲に設置された軽圧下帯において圧下速度１．２ｍｍ／分で鋳片を軽圧下した。圧下速度は、鋳片引抜き速度と軽圧下帯でのロール勾配との乗算で表されることから、この場合の軽圧下帯のロール勾配は、０．８６ｍｍ／ｍで設定した。但し、軽圧下帯での個々の圧下ロールによる圧下量の合計値（「総圧下量」と呼ぶ）を、３ｍｍ（水準１）、５ｍｍ（水準２）、８ｍｍ（水準３）の３水準に変化させた。尚、「ロール間隔」とは、対向する鋳片支持ロール同士の間隔である。また、「ロール勾配」とは、ロール間隔が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状態を差す。

つまり、例えば水準１では、圧下開始後の圧下ロールから３．５ｍ下流側の圧下ロールまでは０．８６ｍｍ／ｍのロール勾配を設け、その後の軽圧下帯はロール勾配をゼロとすることで、総圧下量を３ｍｍに調整することができる（3mm=(3.5m/1.4m/min)×1.2mm/min）。水準２及び水準３も同様にして総圧下量を調整することができる。

水準１〜３ともに、二次冷却水の比水量を１．４８Ｌ／ｋｇ、タンディッシュ内での溶鋼過熱度を３７〜３９℃に調整し、化学成分が、Ｃ：０．０５質量％（以下、「％」と記す）、Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：１．３％、Ｐ：０．００５％、Ｓ：０．００５％、Ｔｉ：０．０１％、sol.Ａｌ：０．０４％、Ｎｂ：０．０４％、Ｃｕ；０．１５％である溶鋼を鋳造した。尚、比水量とは、鋳造される鋳片１ｋｇあたりの冷却水量（リットル）を表す数値である。

その際に、軽圧下帯を構成するセグメントでの軽圧下時の負荷を測定するために、鋳造方向に約２ｍの長さを有する、それぞれのセグメントの４隅に作動トランスを設置し、軽圧下時のセグメントの変位を測定した。これは、鋳片はロール間でバルジングするが、軽圧下帯の圧下ロールにはセグメントから供給される油圧が作用しており、定常鋳造域では圧下ロールによりロール間バルジングは矯正される。つまり、セグメント自体は移動せず、圧下ロールの伸縮によってロール間バルジングは矯正される。しかしながら、鋳造の初期または末期の非定常鋳造域では、鋳片全体の表面温度が定常鋳造域に比較して低下し、鋳片全体の圧下抵抗が大きくなり、本来ならばセグメントの油圧でロール間バルジングを抑えるべきであるが、セグメントの耐荷重以上の荷重がかかるとセグメントそのものが移動し、セグメントそのものの変位が観測されるからである。

表１に、鋳造条件、並びに、セグメントの変位量及び鋳片偏析度の調査結果を示す。鋳片の偏析度は、鋳片の厚み方向１／４位置の炭素分析値を偏析の無い基準値（Ｃ_O）とし、スラブ鋳片の幅方向の１／２位置（１／２Ｗ）及び１／４位置（１／４Ｗ）から鋳造方向の縦断面試料を切り出し、この断面から鋳片厚み方向に１ｍｍずつスライス加工して分析試料を採取し、この分析試料での最も高い炭素分析値（Ｃ_i）と前記基準値（Ｃ_O）との比（Ｃ_i／Ｃ_O）を偏析度として評価した。偏析度が１．０に近いほど偏析は少ないことを意味している。また、表１に示すセグメント変位量の最大値とは、鋳造中に測定された最大変位量であり、主に非定常鋳造域の鋳片が通過する際に観測された。

表１に示すように、総圧下量が意図的バルジング量と同等かそれよりも小さい、水準１及び水準２では、セグメントの最大変位量は１．５ｍｍ以下であったのに対し、総圧下量が意図的バルジング量よりも大きい水準３では、セグメントが設定位置に対して４．３ｍｍ移動（浮いている）ことが確認できた。つまり、水準３では、軽圧下帯を構成するセグメントに大きな負荷がかかっていることが確認できた。これは、水準１及び水準２では、鋳片の短辺面は圧下されないが、水準３では鋳片の短辺面が圧下されることも原因の１つである。

また、鋳片の偏析度については、定常鋳造域では、総圧下量が大きいほど中心偏析は良好な傾向であるが、水準１の総圧下量が３ｍｍの場合でも、目標とする偏析度（目標値：偏析度１．２以下）であることが分かった。一方、非定常鋳造域では、水準３では偏析度が悪化することが確認できた。

鋳片を意図的にバルジングさせる場合、鋳片の内部の未凝固層が少ない時点でバルジングさせると、中心偏析は却って悪化するが、鋳片内部に未凝固層が潤沢に存在する時点、換言すれば、鋳片の液相線クレータエンド位置よりも鋳造方向上流側でバルジングさせても、この時点では、溶質元素の富化されていない初期濃度の溶鋼が鋳片内部に潤沢に存在し、この溶鋼が容易に流動するので、この時点におけるバルジングは中心偏析の原因とはならない。

尚、鋳片の液相線とは、鋳片の化学成分によって決まる凝固開始温度であり、例えば、下記の（１）式から求めることができる。
TL=1536-(78×[%C]+7.6×[%Si]+4.9×[%Mn]+34.4×[%P]+38×[%S]+4.7×[%Cu]+3.1×[%Ni]+1.3×[%Cr]+3.6×[%Al])…（１）
但し、（１）式において、ＴＬは液相線温度（℃）、［％Ｃ］は溶鋼の炭素濃度（質量％）、［％Ｓｉ］は溶鋼の珪素濃度（質量％）、［％Ｍｎ］は溶鋼のマンガン濃度（質量％）、［％Ｐ］は溶鋼の燐濃度（質量％）、［％Ｓ］は溶鋼の硫黄濃度（質量％）、［％Ｃｕ］は溶鋼の銅濃度（質量％）、［％Ｎｉ］は溶鋼のニッケル濃度（質量％）、［％Ｃｒ］は溶鋼のクロム濃度（質量％）、［％Ａｌ］は溶鋼のアルミニウム濃度（質量％）である。

鋳片の液相線クレータエンド位置は、二次元伝熱凝固計算により求められる鋳片内部の温度勾配と、（１）式で定まる液相線温度とを照らし合わせることで求めることができる。また、鋳造中の鋳片の厚み中心部に金属製のピンを打ち込み、金属製ピンの溶融状態を調べることからも、液相線クレータエンド位置を求めることができる。

本発明は、上記試験結果に基づきなされたものであり、連続鋳造用鋳型下端と鋳片の液相線クレータエンドとの間の凝固シェルに、意図的にバルジング力を作用させて、前記鋳片内部の未凝固層の厚みを増大させ、次いで、少なくとも鋳片の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から、鋳片の厚み中心部の固相率が０．７以上になる時点まで、０．５〜１．５ｍｍ／分の範囲内の圧下速度で軽圧下帯にて鋳片を圧下して連続鋳造鋳片を製造する方法であって、前記鋳片の総圧下量が、意図的にバルジングさせたときの鋳片の膨らみ量と同等かそれよりも小さいことを特徴とする。

鋳片の軽圧下は、少なくとも、鋳片厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から開始し、鋳片厚み中心部の固相率が０．７以上となる時点まで行う。これは、鋳片厚み中心部の固相率が０．４を超えてから軽圧下を開始しても、それ以前に濃化溶鋼の流動が発生する可能性があり、これにより中心偏析が発生し、軽圧下の効果を十分に発揮することができず、また、溶鋼の流動は、固相率が０．７を超えるまで発生する可能性があり、それよりも早期に軽圧下を停止してしまうと、濃化溶鋼の流動が発生し、これにより中心偏析が発生して、軽圧下の効果を十分に発揮することができないからである。

鋳片厚み中心部の固相率は、液相線クレータエンド位置を求める場合と同様に、二次元伝熱凝固計算によって求めることができる。鋳片厚み中心部の固相率が１．０となる位置が凝固完了位置（固相線クレータエンド位置）であり、液相線クレータエンド位置は、鋳片厚み中心部の固相率がゼロとなる最も下流側の位置に該当する。

また、鋳片厚み中心部の固相率は、横波超音波または縦波超音波を鋳片に透過させ、これら超音波の鋳片の伝播時間から凝固完了位置を検知する凝固完了位置検知装置によっても求めることができる。つまり、凝固完了位置検知装置によって凝固完了位置（固相率＝１．０の位置）の正確な位置を求め、求めた凝固完了位置を基準とし、伝熱計算などの手法を併用して鋳片中心部の鋳造方向の固相率を求めるという方法である。また、横波超音波は液相を通過しないという性質を利用して凝固完了位置を検知する凝固完了位置検知装置によっても、鋳片厚み中心部の固相率を求めることができる。つまり、凝固完了位置が、横波超音波センサーの設置位置と一致したことに基づき、この凝固完了位置を基準とし、伝熱計算などの手法を併用して鋳片中心部の鋳造方向の固相率を求めるという方法である。凝固完了位置を軽圧下帯の範囲内に制御するときには、横波超音波センサーを軽圧下帯の鋳造方向下流側端部近傍に配置し、この位置に凝固完了位置を一致させることで、鋳片に軽圧下を確実に付与することができる。

また、圧下速度は０．５〜１．５ｍｍ／分の範囲内とすることが必要である。圧下速度が０．５ｍｍ／分未満の場合は圧下速度が凝固収縮量に対して小さ過ぎて、濃化溶鋼の流動を抑えることができない恐れがあり、一方、圧下速度が１．５ｍｍ／分を超える場合は、圧下速度が凝固収縮量よりも大きくなり、濃化溶鋼を絞り出すことによって、鋳片中心部に負偏析を形成する恐れがあるからである。更に、軽圧下セグメントのベアリングへの荷重が高くなり、ベアリング寿命の観点からも望ましくない。また、中心偏析の改善のための軽圧下帯における総圧下量は２〜６ｍｍ程度とすれば十分であり、従って、総圧下量に応じて総圧下量以上になるように、意図的バルジング量を決めればよい。

次に、本発明の具体的な実施方法を、図面を参照して説明する。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１１を注入して凝固させ、鋳片１２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１１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６、ガイドロール７及びピンチロール８からなる複数対の鋳片支持ロールが配置されている。このうち、ピンチロール８は、鋳片１２を支持すると同時に鋳片１２を引抜くための駆動ロールである。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロールの間隙には、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冷却水（「二次冷却水」ともいう）によって鋳片１２は引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１１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、鋳片支持ロールの下流側には、鋳造された鋳片１２を搬送するための複数の搬送ロール９が設置されており、この搬送ロール９の上方には、鋳造される鋳片１２から所定の長さの鋳片１２ａを切断するための鋳片切断機１０が配置されている。

鋳片１２の凝固完了位置１５を挟んで鋳造方向の前後には、対向するガイドロール７との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、つまり、ロール勾配が施された、複数対のガイドロール群から構成される軽圧下帯１６が設置されている。ここでは、その全域または一部選択した領域で、鋳片１２に軽圧下を行うことが可能である。軽圧下帯１６の各ガイドロール間にも鋳片１２を冷却するためのスプレーノズルが配置されている。尚、図１では、軽圧下帯１６にはガイドロール７だけが配置されているが、ピンチロール８を配置しても構わない。軽圧下帯１６に配置される鋳片支持ロールは「圧下ロール」とも呼ぶ。

また、鋳型５の下端から鋳片１２の液相線クレータエンド位置との間に配置される鋳片支持ロールは、鋳造方向下方に向かって、ロール間隔の拡大量が所定値となるまで、１ロール毎に順次ロール間隔が広くなる意図的バルジング帯１７を構成している。意図的バルジング帯１７の下流側は、ロール間隔が、一定値または鋳片１２の温度降下に伴う収縮量に見合う程度に狭められて、軽圧下帯１６につながっている。鋳片１２の液相線クレータエンド位置は、正確には二次元伝熱凝固計算によって求めることができるが、鋳型内溶鋼湯面から軽圧下帯１６の入側までの距離をＬとすると、凝固完了位置１５が軽圧下帯１６に存在する鋳造条件であるならば、鋳型内溶鋼湯面からの距離が、Ｌ×２／３程度の範囲内である限り、鋳片１２の中心部の固相率はゼロであることが二次元伝熱凝固計算結果から明らかであるので、例えば図１に示すように、二次冷却帯の上部側に意図的バルジング帯１７を配置すればよい。意図的バルジング帯１７は、特別な機構は不要であり、ロール間隔を調整するだけで構成されるので、鋳型５の下端から鋳片１２の液相線クレータエンド位置との範囲である限り、任意の位置に設置することができる。

このようにして鋳片支持ロールのロール間隔を順次広くすることにより、鋳片１２の短辺近傍を除く長辺面は鋳片支持ロールに倣って意図的にバルジングさせられる。長辺面の短辺近傍は短辺面に固持されることから、元の厚みを維持しており、従って、鋳片１２は意図的なバルジングにより、鋳片長辺面のバルジングした部分のみが鋳片支持ロールに接触することになる。この場合、１ロールあたりのロール間隔の拡大量は、鋳片長辺面のバルジングする部位とバルジングしない部位との境界位置における亀裂発生を防止するために、１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

軽圧下帯１６の出側近傍には、凝固完了位置１５をオンラインで検知するための凝固完了位置検知装置の一部を構成する超音波送信センサー１８及び超音波受信センサー１９が配置されている。凝固完了位置検知装置は、その他の構成装置として、超音波送信センサー１８へ信号を発信する発信部や、超音波受信センサー１９が受信した受信信号に基づき計算式などを用いて鋳片の凝固完了位置１５を求める凝固完了位置演算部などで構成されるが、図１ではそれらを省略している。超音波を利用した凝固完了位置検知装置としては、鋳片１２を透過する、横波超音波または縦波超音波の伝播時間から凝固完了位置１５を求める方式の装置や、横波超音波が液相を通過しないことを利用して凝固完了位置１５を求める方式の装置があり、本発明においては、凝固完了位置１５を求めることができる限り、どちらの方式の凝固完了位置検知装置であっても構わない。

尚、図１では、超音波送信センサー１８及び超音波受信センサー１９を一対だけ示しているが、鋳造方向或いは鋳片幅方向に複数対のセンサーを並べて配置することも可能である。また、凝固完了位置検知装置は、凝固末期の鋳片１２に目的とする軽圧下を付与することを目的として、鋳片１２の正確な凝固完了位置１５を求めるための装置であり、凝固完了位置１５は、精度は落ちるものの伝熱計算でも推定することができるので、本発明において必須とする装置ではない。

タンディッシュ２から浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入された溶鋼１１は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１３を形成し、内部に未凝固層１４を有する鋳片１２として、鋳型５の下方に設けたサポートロール６、ガイドロール７及びピンチロール８に支持されつつ、鋳型５の下方に連続的に引抜かれる。鋳片１２は、これらの鋳片支持ロールを通過する間、二次冷却帯の二次冷却水で冷却され、凝固シェル１３の厚みを増大し、且つ、意図的バルジング帯１７では鋳片厚みを増大させ、一方、軽圧下帯１６では軽圧下されながら凝固完了位置１５で内部までの凝固を完了する。凝固完了後の鋳片１２は、鋳片切断機１０によって切断されて鋳片１２ａとなる。

そして、本発明では、軽圧下帯１６における総圧下量が、意図的バルジング帯１７における鋳片１２の膨らみ量と同等かそれよりも小さくなるように調整する。この場合、意図的バルジング帯１７における鋳片１２の膨らみ量とは、鋳片厚みが厚くなる直前を起点とし、鋳片厚みの拡大が終了した時点を終点とし、終点時の鋳片厚みと起点時の鋳片厚みとの差であり、軽圧下帯１６における総圧下量とは、軽圧下帯１６における圧下開始直前を起点とし、圧下を終了した時点を終点とし、起点時の鋳片厚みと終点時の鋳片厚みとの差である。

また、連続鋳造操業の種々の鋳造条件において、予め伝熱計算などを用いて凝固シェル１３の厚み並びに鋳片厚み中心部の固相率を求めておき、軽圧下帯１６に入る時点での鋳片厚み中心部の固相率が０．４以下になるように、鋳片引抜き速度及び二次冷却水量などの鋳造条件を調整する。軽圧下を開始する時点の鋳片厚み中心部の固相率は０．４以下であればいくらであっても構わない。また、少なくとも鋳片１２の厚み中心部の固相率が０．７以上になる時点までは、鋳片１２の圧下を継続する。

本発明では、鋳片１２の総圧下量が、意図的バルジング帯１７における鋳片１２の膨らみ量と同等かそれよりも小さくなるように調整する必要があり、所定の圧下速度で所定の圧下量を付与するための軽圧下帯１６の鋳造方向長さが比較的短くなる場合がある。この場合には、有効な中心偏析低減効果を発揮させるために、比較的短い長さの軽圧下帯１６の範囲内で鋳片１２の中心部固相率を上記の範囲内に制御する必要がある。伝熱計算からも鋳片中心部の固相率を求めることはできるが、鋳造中のタンディッシュ内溶鋼温度（伝熱計算における初期溶鋼温度の基準値となる）の変化、二次冷却水の水温変化、二次冷却用スプレーノズルの詰まりなどがあると、凝固完了位置１５が、鋳造方向で変化して軽圧下帯１６を外れることも発生する。つまり、このような鋳造条件の変化には、伝熱計算は追従できない。凝固完了位置１５が鋳造方向上流側にずれると、軽圧下帯１６のセグメントの負荷が増加し、セグメントの寿命を低下させることも発生する。

これに対して、凝固完了位置検知装置を用いてオンラインで凝固完了位置１５を検知し、検知した情報に基づいて、軽圧下帯１６の範囲内における鋳片１２の中心部固相率が上記の範囲内になるように、二次冷却水量及び／または鋳造速度を調整することにより、鋳片１２に対して安定して目的とする軽圧下を付与することが可能となる。つまり、安定して、鋳片１２の中心偏析を軽減すると同時に、軽圧下帯１６のセグメントの寿命を延長させることが実現される。

また、圧下速度が０．５〜１．５ｍｍ／分の範囲内になるように、予定する鋳片引抜き速度に応じて圧下帯１６のロール勾配を予め調整しておく。尚、軽圧下帯の設置範囲が鋳造方向に長く、軽圧下帯の中でも軽圧下を付与するロール群と軽圧下を付与しないロール群が存在する場合には、実際に軽圧下を付与するロール群のみを上記の軽圧下帯１６とみなして操業すればよい。

以上説明したように、本発明によれば、軽圧下帯１６における鋳片１２の総圧下量が意図的にバルジングさせたときの鋳片１２の膨らみ量と同等かそれよりも小さいので、鋳片厚み中心部まで凝固の完了している鋳片短辺面は圧下されず、従って、少ない負荷で鋳片１２を圧下することができ、軽圧下帯１６を構成するセグメントの負荷が軽減され、セグメントの寿命を延長させることができる。また、鋳片短辺面は圧下されないので、特に鋳片短辺面が低温になりやすい鋳造の初期または末期の非定常鋳造域であっても、圧下力が鋳片内部に伝わり、当該部位の中心偏析を従来に比較して大幅に改善することができる。

尚、図１に示す連続鋳造機は垂直曲げ型連続鋳造機であるが、本発明は垂直曲げ型連続鋳造機に限定されるものではなく、湾曲型連続鋳造機であってもまた垂直型連続鋳造機であっても、上記と同様に本発明を適用することができる。

長さ１４ｍの軽圧下帯を有する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させた後、前記軽圧下帯で鋳片を軽圧下しつつ鋳造し、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、鋳片の偏析度調査及びＵＯＥ鋼管のＨＩＣ試験を実施した。

化学成分が、Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：１．３％、Ｐ：０．００５％、Ｓ：０．００５％、Ｔｉ：０．０１％、sol.Ａｌ：０．０４％、Ｎｂ：０．０４％、Ｃｕ；０．１５％である溶鋼を、１．４ｍ／分の鋳造速度で、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３５〜４８℃、二次冷却水量は比水量で１．４８Ｌ／ｋｇとした。

表２に、それぞれの鋳造条件、並びに、軽圧下セグメントを交換するに至るまでの鋳造チャージ数及び鋳片の偏析度、ＵＯＥ鋼管のＨＩＣ試験の結果を示す。尚、表２に示す鋳片の偏析度は、前述した方法と同一方法によって測定した結果であり、ＵＯＥ鋼管におけるＨＩＣ試験は、試験溶液をＮＡＣＥ溶液（５％ＮａＣｌ＋０．５％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℃として測定した結果である。

本発明例１〜４は、総圧下量を意図的バルジング量と同等またはそれ未満とした条件下で、軽圧下帯における総圧下量を変化させた試験であり、総圧下量を意図的バルジング量と同等またはそれ未満としても、十分に中心偏析の改善に効果があることが分かった。鋳片中心偏析の偏析度は、非定常鋳造域及び定常鋳造域ともに１．２以下であり、ＨＩＣ試験も割れの発生はなく、合格であった。また、軽圧下帯のセグメント交換までの鋳造チャージ数は何れも３１００チャージ以上であり、目標の３０００チャージを超えた。

一方、比較例１及び比較例２は、意図的バルジング量よりも総圧下量の方が大きい場合であり、非定常鋳造域などにおいて、耐荷重以上の荷重がセグメントにかかり、鋳片内部に所定の圧下力が作用せず、非定常鋳造域において、鋳片中心偏析の偏析度が１．２を超えて悪化した。その結果、ＨＩＣ試験では、中心偏析の悪化に伴って水素誘起割れが発生し、不合格となった。また、軽圧下帯セグメントの交換は２８６０チャージ程度であり、目標値の３０００チャージを下回る結果となり、補修費の増加を招いた。

比較例３及び比較例４は、圧下速度が本発明の範囲外であり、意図的バルジング量と総圧下量とは同等であることから、軽圧下セグメントへの負荷は軽減できたが、鋳片の偏析は改善されないことが分かった。

このように、本発明を適用することにより、従来１０ヶ月ほどで交換を余儀なくされていた軽圧下帯セグメントのベアリング寿命が１年の交換周期で十分なほどに改善され、補修費の大幅な削減が実現された。

凝固完了位置検知装置を用いて凝固完了位置を計測しながら、鋳造条件を変更した例を説明する。実施例１と同じ連続鋳造機を用い、実施例１と同一の化学成分の溶鋼を、タンディッシュ内の溶鋼過熱度を３５〜４８℃、二次冷却水量を比水量で１．４８Ｌ／ｋｇとして、横波超音波の伝播時間から凝固完了位置を求める凝固完了位置検知装置を用いて凝固完了位置を計測しながら１．４０ｍ／分の鋳造速度で、幅１９５０ｍｍ、厚み２５０ｍｍの鋳片に鋳造した。軽圧下帯は鋳型内溶鋼湯面からの距離が２３〜２８ｍの範囲に設定し、意図的バルジング量は４ｍｍ、総圧下量は４ｍｍとした。

鋳造を開始して約４０分間経過した時点で、二次冷却用スプレーノズルの詰まり及び二次冷却水の水温上昇を想定して、意図的に二次冷却水の比水量を１．１０Ｌ／ｋｇに低下させ、凝固完了位置の変動を調査した。

図２に、鋳造中の凝固完了位置の変化と鋳造条件との関係を模式的に示す。図２に示すように、鋳造速度１．４０ｍ／分、比水量１．４８Ｌ／ｋｇの鋳造条件では、凝固完了位置は鋳型内溶鋼湯面から約２６．６ｍの距離の位置であり、軽圧下帯にて目的とする軽圧下が付与されることが確認できた。しかしながら、比水量を１．１０Ｌ／ｋｇに意図的に低下させたことにより、凝固完了位置は下流側に伸張し、鋳型内溶鋼湯面から約２９．９ｍの距離の位置になり、軽圧下帯の出口における鋳片中心部の固相率が０．７未満となり、軽圧下帯にて目的とする軽圧下が付与できないことが確認できた。

その時点で、鋳造速度を１．４０ｍ／分から１．２５ｍ／分に低下させた。これにより凝固完了位置は上流側に移動し、凝固完了位置は、鋳型内溶鋼湯面から約２６．５ｍの距離の位置になり、軽圧下帯にて目的とする軽圧下が再び付与されることが確認できた。

図２に示すＡ（鋳造速度１．４０ｍ／分、比水量１．４８Ｌ／ｋｇの範囲）、Ｂ（鋳造速度１．４０ｍ／分、比水量１．１０Ｌ／ｋｇの範囲）、Ｃ（鋳造速度１．２５ｍ／分、比水量１．１０Ｌ／ｋｇの範囲）の３つの位置に相当する、鋳片及び鋳片を圧延した後のＵＯＥ鋼管から試料を採取し、実施例１に示した方法と同一の方法で、鋳片の偏析度調査及びＵＯＥ鋼管のＨＩＣ試験を実施した。その結果を表３に示す。

凝固完了位置が軽圧下帯を下流側に逸脱したサンプルＢは、サンプルＡ及びサンプルＣに比較して鋳片の偏析度及びＵＯＥ鋼管のＨＩＣ試験が劣位であった。

このように、本発明によれば、凝固完了位置検知装置による検出情報に基づき、軽圧下帯の範囲に位置する鋳片の中心部固相率を０．４以下で且つ０．７以上に安定して制御できるので、鋳片の中心偏析を軽減すると同時に軽圧下帯のセグメントの寿命を延長させることが安定して実現される。

尚、ここでは、鋳造速度の調整によって凝固完了位置を制御したが、二次冷却水量の調整或いは鋳造速度と二次冷却水量との双方の調整であっても、同様に凝固完了位置を制御することができる。

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サポートロール
７ガイドロール
８ピンチロール
９搬送ロール
１０鋳片切断機
１１溶鋼
１２鋳片
１３凝固シェル
１４未凝固層
１５凝固完了位置
１６軽圧下帯
１７意図的バルジング帯
１８超音波送信センサー
１９超音波受信センサー

Claims

連続鋳造用鋳型下端と鋳片の液相線クレータエンドとの間の凝固シェルに、意図的にバルジング力を作用させて、前記鋳片内部の未凝固層の厚みを増大させ、次いで、鋳片の厚み中心部の固相率が少なくとも０．４の時点から０．７になる時点まで、０．５〜１．５ｍｍ／分の範囲内の圧下速度で、対向する鋳片支持ロール同士の間隔が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からなる軽圧下帯にて鋳片を圧下して連続鋳造鋳片を製造する方法であって、前記鋳片の総圧下量が、意図的にバルジングさせたときの鋳片の膨らみ量と同等かそれよりも小さいことを特徴とする、連続鋳造鋳片の製造方法。
前記鋳片の凝固完了位置を、凝固完了位置検知装置を用いてオンラインで検知し、検知した凝固完了位置の情報に基づき、鋳片の厚み中心部の固相率が少なくとも０．４の時点から０．７になる時点までは前記軽圧下帯の範囲内に鋳片が位置するように、二次冷却水量及び／または鋳造速度を調整することを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造鋳片の製造方法。