JP5646439B2 - スラブ幅方向の中心偏析のバラツキを抑制する連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼のスラブの連続鋳造方法に関する。

スラブを連続鋳造するための連続鋳造機は、溶鋼が注湯される鋳型と、鋳造方向に沿って並設された複数のロール対と、鋳造方向に隣接するロール間に配置された複数のノズルを備えている（例えば特許文献１参照）。鋳型からロール対によって引き抜かれた鋳片は、ロール対によって鋳造経路の下流側に送られながら、ノズルから噴霧される冷却水によって冷却される。鋳造経路を通過する鋳片は、主に、ロール面との接触による抜熱と、冷却水による抜熱によって冷却される。また、各ロールは、撓みの抑制と軸受への負担の軽減のために、軸方向に２〜４分割されるとともにその分割位置で軸受箱に支持された分割型ロールが用いられている場合が多い。この軸受箱は鋳片と接触しないようになっている。

特開２００９−２４８１１５号公報

しかしながら、分割型ロールを用いた場合、軸受箱は鋳片と接触しないため、鋳片において、軸受箱を通過した部位は、ロール面との接触による抜熱がないため、抜熱総量が他の部位よりも少なくなる。そのため、軸受箱を通過した部位で凝固遅れが生じて、その結果、凝固が遅れている部分の中心偏析が悪化して、幅方向の中心偏析にバラツキが生じてしまう。

そこで、本発明は、軸受箱に起因する凝固遅れ部を強冷却して、幅方向について凝固完了位置のバラツキを抑制して、中心偏析のバラツキを低減することができる連続鋳造方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段及び発明の効果

本発明のスラブ幅方向の中心偏析のバラツキを抑制する連続鋳造方法は、鋳造方向に沿って並設された複数のロール対を備えるスラブ用連続鋳造機を用いて、連続鋳造する方法であって、前記ロール対は、鋳片を挟んで対向配置される２つのロールで構成され、複数対ごとにロールスタンドに設置され、前記ロールは、鋳片幅方向に２〜４分割されると共に分割位置で軸受箱に支持されており、炭素濃度Ｃが０．０３〜０．６０[ｍａｓｓ％]である炭素鋼を鋳造し、鋳型上端における短辺内寸Ｄが、２８０〜３１０[ｍｍ]であり、鋳造速度Ｖｃが、０．７０〜１．３０[ｍ／ｍｉｎ．]であり、メニスカス距離Ｍ[ｍ]が０．００１１Ｖｃ(Ｄ／２)²≦Ｍ≦０．００１３Ｖｃ(Ｄ／２)²である第１区間における圧下勾配Ｔｐ[ｍｍ／ｍ]が、０．５≦Ｔｐ≦１．２であり、鋳型直下から最下流ロールまでの比水量が、０．５〜１．５[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]であって、鋳型直下のロールスタンドと、メニスカス距離が１５ｍの位置に配置されたロールスタンドと、これらの間に配置されたロールスタンドと、が配置された第２区間に、鋳造方向に並設された複数のロールについて、鋳片幅方向位置において、前記ロールの全本数に対する、その幅方向位置に軸受箱が存在するロールの本数の比率を軸受箱率Ｒとし、前記第２区間の０≦Ｒ≦０．２である幅方向範囲における比水量をＷ_A[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]とし、前記第２区間の０．２＜Ｒ≦１である幅方向範囲における比水量をＷ_B[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]とし、軸受箱率ＲをＲ_Bとすると、０．５≦Ｗ_A≦１．５であって、下記（１）式を満たすことを特徴とする。
１．２１Ｒ_B＋０．７６≦Ｗ_B／Ｗ_A≦２．６１Ｒ_B＋１．１６ ・・・（１）

この構成によると、軸受箱率が０．２より大きい幅方向範囲に対する冷却水量（比水量）を、軸受箱率が０．２以下の幅方向範囲に対する冷却水量（比水量）よりも多くすることで、ロール面との接触による抜熱量が少ない部位に対する冷却水量を増加させている。そのため、軸受箱を通過した部位で凝固遅れが生じることを抑制できる。その結果、スラブの幅方向の中心偏析のバラツキを抑制することができる。

軸受箱率が０．２以下の幅方向範囲では、軸受箱による抜熱量の低下は無視できるレベルであるため、軸受箱率が全て０．２以下であれば、鋳片幅方向について冷却水量が均一であっても、中心偏析のバラツキの発生を抑制できる。しかし、軸受箱率を全て０．２以下にするには、分割位置の異なる複数種類のロールが必要となる。
本発明では、軸受箱率に応じて冷却水量を調整することで中心偏析のバラツキの発生を抑制するため、軸受箱率が０．２以上であってもよい。そのため、使用するロールの種類を少なくできる。

本発明の実施形態に係る連続鋳造機を模式的に示した図である。 図１に示す連続鋳造機が備えるロールスタンドを鋳造方向下流側から見た図である。 図２のIII−III線断面図である。 冷却水量が幅方向に均一な場合の中心偏析と軸受箱率との関係を示すグラフである。 第２区間の終端位置を変化させた場合の凝固完了時間の変化を示すグラフである。 ロール配置の他の例を示す図である。 実施例と比較例の軸受箱率Ｒ_BとＷ_B／Ｗ_Aとの関係を示す図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の連続鋳造方法に用いられる連続鋳造機１の構成を示している。連続鋳造機１は、浸漬ノズル２を介して溶鋼が注湯される矩形状の鋳型３と、鋳型３の直下から鋳造経路Ａに沿って並設された複数のロール対５と、鋳造経路Ａを通過する鋳片２０に対して冷却水（ミスト）を噴霧する複数のノズル１６、１７とを備えている。

本実施形態の連続鋳造機１は、垂直曲げ型の連続鋳造機であって、鋳造経路Ａは、鋳型３の直下からほぼ鉛直下方に延びる垂直領域と、緩やかに湾曲する曲げ領域と、ほぼ水平に延びる水平領域とを有している。

ロール対５は、鋳片２０の上側に配置される上ロール６と、鋳片２０を挟んで上ロール６と対向配置される下ロール７で構成される。また、ロール６、７には、駆動力を持たずスラブを支持するためのフリーロールと、スラブの支持及び引き抜きのための駆動ロールの２種類が存在する。図３に示すように、鋳造方向に隣接する下ロール７の間には、鋳片幅方向にほぼ等間隔に並列した複数本の下ノズル１７が配置されている。また、鋳造方向に隣接する上ロール６の間には、鋳片幅方向にほぼ等間隔に並列した複数本の上ノズル１６が配置されている。

この連続鋳造機１では、鋳型３へ注湯された溶鋼が鋳型３によって冷却（一次冷却）されることで、凝固シェル２０ａが形成される。これにより、外側に凝固シェル２０ａを有し、内部に未凝固部２０ｂを有するスラブ鋳片２０が形成される。鋳型３内の鋳片２０は、ロール対５によって鋳型３から引き抜かれて、鋳造経路Ａの下流側に送られながら、ノズル１６、１７から噴霧される冷却水によって冷却（二次冷却）される。鋳造経路Ａを通過する鋳片２０の内部では、凝固シェル２０ａが鋳片２０の中心に向かって徐々に凝固成長していき、最終的に、内部まで完全に凝固した鋳片２０が形成される。

本実施形態の連続鋳造方法は、厚板または薄板鋼板の素材となるスラブ鋳片を鋳造対象としている。鋼の炭素濃度は、０．０３〜０．６０[ｍａｓｓ％]であり、炭素以外の他の元素の含有量は特に限定されない。また、鋳型３の上端における短辺内寸（鋳片厚み方向の開口幅）Ｄは、２８０〜３１０[ｍｍ]である。また、鋳造される鋳片２０の幅は、特に限定されないが、例えば１２００〜２４００[ｍｍ]である。また、鋳造速度（鋳片の引抜き速度）Ｖｃは、０．７〜１．３[ｍ／ｍｉｎ．]である。

また、鋳型直下から最下流ロールまでの比水量（以下、全比水量という）Ｗは、０．５〜１．５[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]である。なお、全比水量Ｗは、鋳型直下から最下流ロールまでの単位時間当たりの冷却水量を、単位時間当たりの鋳造鋳片重量で除することで算出される。また、全比水量Ｗのうち、鋳片上面を冷却するために用いられる冷却水量と、鋳片下面を冷却するために用いられる冷却水量との比は、１：０．５〜２．２である。

ここで、鋳片がメニスカス位置（鋳型内の溶鋼の湯面の位置）を通過してから完全凝固するまでの時間をｔ、凝固定数をｋとすると、Ｄ／２＝ｋｔ^0.5の関係が成り立つ(例えば、鉄鋼基礎共同研究会，連続鋳造における力学的挙動部会『連続鋳造における力学的挙動』S60.04，27頁3行目)。なお、凝固定数ｋは、鋳片の冷却条件によって変化する。
凝固の進行度合いがα(０＜α≦１)のとき、即ち、凝固シェルの厚みが完全凝固に対してαまで進んだ状態となるときのメニスカス距離をＭとすると、上式は、（α×Ｄ）／２＝ｋ(Ｍ／Ｖｃ)^0.5となり、これを展開することで、Ｍ＝（α／ｋ）²×Ｖｃ×（Ｄ／２）²が得られる。なお、メニスカス距離とは、メニスカスを起点として、鋳造経路Ａに沿った距離である。
したがって、凝固の進行度合いがα１からα２である区間は、（α１／ｋ１）²×Ｖｃ×（Ｄ／２）²≦Ｍ≦（α２／ｋ２）²×Ｖｃ×（Ｄ／２）²と表現できる。

メニスカス距離Ｍが、０．００１１Ｖｃ(Ｄ／２)²≦Ｍ≦０．００１３Ｖｃ(Ｄ／２)²である第１区間において、所定の圧下勾配Ｔｐで圧下する。この第１区間は、（α／ｋ）²が、０．００１１以上０．００１３以下となる区間である。本実施形態では、この第１区間における圧下勾配Ｔｐを０．５〜１．２[ｍｍ／ｍ]とする。圧下勾配Ｔｐとは、鋳造方向距離に対する上ロール６と下ロール７のロール面間の最短距離（ロールギャップＧ）の変化量である。上流側からｉ番目のロール対５のロールギャップをＧ_i[ｍｍ]し、ｉ番目のロール対５のメニスカス距離をＭ_i[ｍ]とすると、メニスカス距離Ｍ_i[ｍ]とメニスカス距離Ｍ_i+1[ｍ]との間の区間の圧下勾配Ｔｐ[ｍｍ／ｍ]は、下記式で定義される。
Ｔｐ＝(Ｇ_i−Ｇ_i+1)／(Ｍ_i+1−Ｍ_i)
第１区間における圧下勾配Ｔｐは、上記数値範囲内であれば、一定であっても変動してもよい。

図２および図３に示すように、ロール対５は、複数対ごとにロールスタンド４に設けられている。なお、図２は、鋳造経路Ａの水平領域に設置されるロールスタンド４を示している。鋳造経路Ａの鉛直領域と曲げ領域に設置されるロールスタンドも、図２に示すロールスタンド４とほぼ同様の構成である。

図２に示すように、ロールスタンド４は、複数の上ロール６を支持する上フレーム９と、複数の下ロール７を支持する下フレーム１０と、上下フレーム９、１０を連結すると共に、上フレーム９を下フレーム１０に対して上下方向に移動させるシリンダー１１とを備えている。なお、図２は、ノズル１６、１７を省略して表示している。

ロール６、７の両端は、軸受けを介して軸受箱８ａに支持されている。また、ロール６、７は、軸方向（鋳片幅方向）に２分割されており、その分割位置で軸受けを介して軸受箱８ｂに支持されている。このような分割型のロールを用いることにより、ロールの撓みを抑制できると共に、軸受への負担を軽減できる。また、軸受箱８ｂは、鋳片２０と接触しないように、ロール面よりも鋳片２０から離れている。

図３に示すように、複数の下ロール７の軸受箱８ｂは、千鳥状に配列している。つまり、軸受箱８ｂは、ロール１本おきに、鋳片幅方向について同じ位置に配置されている。本実施形態では、鋳型直下から最下流までの全ての下ロール７のうちの大部分（具体的にはフリーロール）の軸受箱８ｂが、図３と同様の千鳥状配列となっている。

図３に示すように、下ロール７の軸受箱８ｂが存在する幅方向範囲を図３中左側から順にＳ１、Ｓ２とする。また、下ロール７の軸受箱８ｂが存在しない幅方向範囲を図３中左側から順にＴ１、Ｔ２、Ｔ３とする。

また、１つのロール対５を構成する上ロール６と下ロール７の軸受箱８ｂは、左右対称な位置に配置されている（図２参照）。したがって、図示は省略するが、上ロール６の軸受箱８ｂが存在する幅方向範囲は、下ロール７の軸受箱８ｂが存在する幅方向範囲Ｓ１、Ｓ２と同じである。また、鋳型直下から最下流までの全ての上ロール６のうちの大部分（具体的にはフリーロール）の軸受箱８ｂは、下ロール７と同様に、千鳥状に配列している。

鋳型３の直下のロールスタンド４からメニスカス距離が１５ｍの位置に配置されたロールスタンド４までの区間を第２区間とする。この第２区間に配置された複数の上ロール６について、鋳片幅方向位置において、上ロール６の全本数に対する、その幅方向位置に軸受箱８ｂが存在する上ロール６の本数の比率を、上ロール６の軸受箱率Ｒとする。また、第２区間に配置された複数の下ロール７について、鋳片幅方向位置において、下ロール７の全本数に対する、その幅方向位置に軸受箱８ｂが存在する下ロール７の本数の比率を、下ロール７の軸受箱率Ｒとする。

上ロール６の軸受箱８ｂがある幅方向範囲Ｓ１、Ｓ２の軸受箱率Ｒは、下ロール７の軸受箱８ｂがある幅方向範囲Ｓ１、Ｓ２の軸受箱率Ｒとほぼ同じである。なお、第２区間に駆動ロールがある場合や、第２区間のロール本数が奇数の場合、上ロール６の軸受箱率Ｒと下ロール７の軸受箱率Ｒとは若干異なる。以下、上ロール６の軸受箱率Ｒと下ロール７の軸受箱率Ｒの平均を単に軸受箱率Ｒと称する。

第２区間の範囲Ｔ１〜Ｔ３における軸受箱率Ｒは全て０である。また、第２区間の範囲Ｓ１、Ｓ２における軸受箱率Ｒは共に０．５である。以下、範囲Ｓ１、Ｓ２における軸受箱率Ｒを、Ｒ_B（＝０．５）と総称する。

第２区間の範囲Ｔ１〜Ｔ３における比水量をＷ_T1〜Ｗ_T3とする。比水量Ｗ_T1は、第２区間の範囲Ｔ１に先端が位置する複数の上下ノズル１６、１７による単位時間当たりの冷却水量[Ｌ／ｍｉｎ．]を、第２区間の範囲Ｔ１における単位時間当たりの鋳造鋳片重量[ｋｇ／ｍｉｎ．]で除することで算出される。本実施形態では、比水量Ｗ_T1〜Ｗ_T3は全て同じ値であって、０．５〜１．５[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]の範囲内である。以下、比水量Ｗ_T1〜Ｗ_T3を、Ｗ_Aと総称する。比水量Ｗ_Aのうち、鋳片上面を冷却するために用いられる冷却水量と、鋳片下面を冷却するために用いられる冷却水量との比は、１：０．５〜２．２である。

また、第２区間の範囲Ｓ１、Ｓ２における比水量をＷ_S1、Ｗ_S2とする。本実施形態では、比水量Ｗ_S1、Ｗ_S2は同じ値である。以下、比水量Ｗ_S1、Ｗ_S2をＷ_Bと総称する。比水量Ｗ_Bは、以下の式を満たす値である。
１．２１Ｒ_B＋０．７６≦Ｗ_B／Ｗ_A≦２．６１Ｒ_B＋１．１６ ・・・（１）

つまり、１．３７≦Ｗ_B／Ｗ_A≦２．４７である。また、比水量Ｗ_Bのうち、鋳片上面を冷却するために用いられる冷却水量と、鋳片下面を冷却するために用いられる冷却水量との比は、１：０．５〜２．２である。

本実施形態では、範囲Ｓ１、Ｓ２に先端が位置する下ノズル１７（図３中太線で表示）と、範囲Ｔ１〜Ｔ３に先端が位置する下ノズル１７（図３中細線で表示）とが異なるヘッダー（図示省略）に接続されている。また、上ノズル１６についても同様に、範囲Ｓ１、Ｓ２に先端が位置する上ノズル１６と、範囲Ｔ１〜Ｔ３に先端が位置する上ノズル１６とが異なるヘッダー（図示省略）に接続されている。そして、範囲Ｓ１、Ｓ２に配置されたノズル１６、１７の噴霧水量が、範囲Ｔ１〜Ｔ２に配置されたノズルの噴霧水量よりも多くなるように、ヘッダーに供給する水量を調整することで、Ｗ_B／Ｗ_Aが上述の（１）式を満たすようになっている。

また、第２区間よりも下流側の区間では、範囲Ｓ１、Ｓ２における比水量を、範囲Ｔ１〜Ｔ２における比水量よりも多くしなくてよい。

図４は、鋳片幅方向について均一にミスト冷却した場合の軸受箱率と偏析度Ｃ／Ｃ₀との関係を示すグラフである。図４に示すように、軸受箱率が０．２以下の場合、偏析度Ｃ／Ｃ₀は、実用上、品質に問題がないレベルである１．１以下となる。この結果から、軸受箱率が０．２以下の幅方向範囲については、軸受箱による抜熱量の低下は無視できるレベルであることがわかる。

本発明では、軸受箱率が０．２より大きい幅方向範囲の偏析度を１．１以下とするために、０．５〜１．２[ｍｍ／ｍ]の圧下勾配Ｔｐで第１区間を圧下するとともに、上述の（１）式を満たす水量比Ｗ_B／Ｗ_Aで第２区間の冷却を行っている。

メニスカス距離Ｍが０．００１１Ｖｃ(Ｄ／２)²≦Ｍ≦０．００１３Ｖｃ(Ｄ／２)²である第１区間の圧下勾配Ｔｐを０．５〜１．２[ｍｍ／ｍ]とすることにより、鋳片の凝固収縮量を補完して、軸受箱率が０．２以下の幅方向範囲における偏析度Ｃ/Ｃ₀を１．２以下とすることができる。以下、その根拠となる試験について説明する。

圧下勾配Ｔｐ（０．５≦Ｔｐ≦１．２）で圧下する区間を変えて試験を行った。各試験の炭素濃度Ｃ[ｍａｓｓ％]、鋳型上端の短辺内寸Ｄ[ｍｍ]、鋳造速度Ｖｃ[ｍ／ｍｉｎ．]、全比水量Ｗ[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]、圧下勾配Ｔｐ[ｍｍ／ｍ]、圧下区間の開始位置および終了位置のメニスカス距離[ｍ]を、表１に示す。なお、表１中の炭素濃度Ｃ、鋳型の短辺内寸Ｄおよび圧下勾配Ｔｐのａ〜ｃの数値は、表２に示す通りである。また、表１には、圧下区間の開始位置と終了位置のメニスカス距離を、（α／ｋ）²×Ｖｃ×（Ｄ／２）²で表した場合の係数（α／ｋ）²に対応する数値を表示している。

この試験では、上ロールの軸受箱率と下ロールの軸受箱率とはほぼ同じであって、軸受箱率（上ロールと下ロールの軸受箱率の平均）が０の幅方向範囲と、０．２より大きい幅方向範囲を有する。後者の軸受箱率Ｒ_Bは、表１に示す通りである。また、この試験では、軸受箱率Ｒ_Bの幅方向範囲における比水量と、軸受箱率Ｒが０の幅方向範囲における比水量は同じである。

各試験で鋳造された鋳片の中心偏析を以下の方法で調べた。
第１に、鋳片を長手方向に対して垂直に切断した。第２に、Φ５ｍｍのドリル刃を用いて、該切断面を腐食させて現れた中心偏析痕に沿って１０ｍｍ間隔で深さ２０ｍｍ程度穿孔し、複数の切粉試料を採取した。第３に、上記第２で得られた切粉試料の炭素含有量Ｃ[ｗｔ％]を燃焼赤外線吸収法により測定した。第４に、上記第３で測定した複数の切粉試料の炭素含有量Ｃのうち最も高い値をＣ_MAX[ｗｔ％]として記録した。第５に、同断面で、鋳片表面から鋳片の厚みの１／４だけ内側の位置（中心偏析が存在しない部位）で、上記第２と同様の方法で切粉試料を採取した。第６に、上記第５で得られた切粉試料の炭素含有量Ｃ₀[ｗｔ％]を測定し、上記第４で記録されたＣ_MAX[ｗｔ％]との比Ｃ_MAX/Ｃ₀を算出した。その結果を表１に示す。

Ｃ_MAX／Ｃ₀が１．２以下だった試験を「○」と、Ｃ_MAX／Ｃ₀が１．２より大きい試験を「×」と判定した。

表１の結果から、圧下勾配Ｔｐで圧下する区間の開始位置における係数（α／ｋ）²が０．００１１以下で、終了位置における係数（α／ｋ）²が０．００１３以上の場合に、Ｃ_MAX／Ｃ₀≦１．２となることがわかった。つまり、メニスカス距離Ｍが、０．００１１Ｖｃ（Ｄ／２）²≦Ｍ≦０．００１３Ｖｃ（Ｄ／２）²である区間を、０．５〜１．２の圧下勾配Ｔｐで圧下することにより、軸受箱率Ｒ_Bが０．２より大きくても、偏析度Ｃ_MAX／Ｃ₀を１．２以下とすることができる。

本実施形態では、第２区間において、軸受箱率Ｒが０．５である幅方向範囲Ｓ１、Ｓ２に対する冷却水量（比水量）を、軸受箱率Ｒが０の幅方向範囲Ｔ１〜Ｔ３に対する冷却水量（比水量）よりも多くすることで、ロール面との接触による抜熱量が少ない部位に対する冷却水量を増加させている。これにより、軸受箱８ｂを通過した部位で凝固遅れが生じることを抑制できる。その結果、スラブの幅方向の中心偏析のバラツキを低減でき、偏析度Ｃ_MAX／Ｃ₀を１．１以下とすることができる。

上述したように、軸受箱率Ｒが０．２以下の場合、軸受箱による抜熱量の低下は無視できるレベルである（図４参照）。したがって、軸受箱率Ｒが全て０．２以下であれば、鋳片幅方向について冷却水量が均一であっても、中心偏析のバラツキの発生を抑制できる。しかし、軸受箱率Ｒを全て０．２以下にするには、分割位置の異なる複数種類のロールが必要となる。
本実施形態では、軸受箱率Ｒに応じて冷却水量を調整することで中心偏析のバラツキの発生を抑制するため、軸受箱率Ｒが０．２以上となる範囲があってもよい。そのため、使用するロールの種類を少なくできる。

水量比Ｗ_B／Ｗ_Aが、「１．２１Ｒ_B＋０．７６」よりも小さい場合、軸受箱を通過する部位における凝固遅れを十分に解消することができない。
また、水量比Ｗ_B／Ｗ_Aが、「２．６１Ｒ_B＋１．１６」よりも大きい場合、軸受箱を通過する部位での凝固が進みすぎて、凝固完了までの時間が早くなりすぎるため、中心偏析にバラツキが生じる。
本実施形態では、水量比Ｗ_B／Ｗ_Aを上述の（１）式を満たす値とすることにより、鋳片幅方向の凝固遅れを抑制して、中心偏析のバラツキを低減できる。

軸受箱率Ｒが０．２以下の幅方向範囲において、冷却水量が少なすぎる場合、ロール間でバルジングが生じるため、鋳片の内部に割れが生じやすくなる。バルジングとは、鋳片内部の液相の未凝固部の静圧によって鋳片が膨らむ現象である。
一方、軸受箱率Ｒが０．２以下の幅方向範囲において、冷却水量が多すぎる場合、鋳片表面に割れが発生しやすくなる。特に、炭素濃度Ｃが０．０８〜０．２[ｍａｓｓ％]の中炭素鋼と呼ばれる鋼の場合にこの表面割れが生じやすい。
本実施形態では、軸受箱率Ｒが０．２以下の幅方向範囲における冷却水量を適切な値とすることで、内部割れと表面割れの発生を防止している。具体的には、軸受箱率Ｒが０．２以下の幅方向範囲における比水量Ｗ_Aを、０．５〜１．５[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]の範囲内とすることで、内部割れと表面割れの発生を防止できる。

次に、第２区間の終端を、メニスカス距離が１５ｍの位置に配置されたロールスタンドとした根拠とその効果について説明する。
図５のグラフは、伝熱凝固計算によるものであって、第２区間の終端位置を変えた場合における凝固完了時間の変化を示している。図５の縦軸は、第２区間の終端位置を０とした場合（幅方向について比水量を変化させない場合）の凝固完了時間との差を示している。この試験では、軸受箱がある幅方向範囲の軸受箱率Ｒを１とした。軸受箱率Ｒ＝０である幅方向範囲の比水量Ｗ_Aと、軸受箱率Ｒ＝１．０である幅方向範囲の比水量Ｗ_Bとの比Ｗ_B／Ｗ_Aは、２または３とした。その他の計算条件は、以下の通りである。

・鋳造速度Ｖｃ：１．２ m/min.
・鋳型の上端の短辺内寸Ｄ：２８０ mm
・全比水量Ｗ：１．３７ L/kg-steel
・ロール接触による鋳片表面の熱伝達係数ｈ：０．０４２ cal/(cm²・s.・deg.)
・空冷による鋳片表面の熱伝達係数ｈ：０．０１１ cal/(cm²・s.・deg.)
・水冷による鋳片表面の熱伝達係数ｈ：０．０２０〜０．０５７ cal/(cm²・s.・deg.)
・凝固シェルの熱伝導率λ（Ｔ＝５００〜１６００℃）：０．０６４〜０．０９５cal/(cm・s.・deg.)

図５から明らかなように、Ｗ_B／Ｗ_Aが２、３いずれの場合とも、第２区間の終端位置が１５ｍの場合と２０ｍの場合の凝固完了時間の差は３秒程度である。したがって、終端位置が１５ｍより大きくなると、凝固遅れを軽減する効果の増加幅は非常に小さくなることがわかる。

ここで、ロール接触と空冷と水冷による鋳片表面の熱伝達係数をｈとすると、鋳片冷却時の総熱抵抗θは、θ＝（Ｄ／λ）＋（１／ｈ）で表される。メニスカス距離が１５ｍ以下の領域では、凝固シェルの厚みＤが薄いため、鋳片からの抜熱に対しては、凝固シェルの熱伝達抵抗（Ｄ／λ）よりも、鋳片表面の熱伝達抵抗（１／ｈ）が支配的となる。一方、メニスカス距離が１５ｍを超える領域では、凝固シェルの厚みが厚くなるため、鋳片からの抜熱に対しては、鋳片表面の熱伝達抵抗（１／ｈ）よりも、凝固シェルの熱伝達抵抗（Ｄ／λ）が支配的となり、鋳片表面の熱伝達抵抗の変化（ロール接触とミストによる抜熱量の変化）は、凝固遅れにほとんど影響を及ぼさない。そのため、図５に示すように、第２区間の終端位置のメニスカス距離が１５ｍより大きくなると、凝固遅れを軽減する効果の増加幅は非常に小さくなる。

また、図５は、部分強冷却による効果が最も大きくなるＲ＝１．０の場合の結果である。軸受箱率Ｒが小さくなるほど部分強冷却による効果は小さくなるため、０．２＜Ｒ≦１．０においては、第２区間の終端位置のメニスカス距離を１５ｍとすれば、凝固遅れを十分に低減できる。

したがって、本実施形態では、鋳型直下のロールスタンド４からメニスカス距離が１５ｍの位置に配置されたロールスタンド４までの区間である第２区間において、軸受箱率Ｒが０．５である幅方向範囲Ｓ１、Ｓ２の冷却水量を増加させることで、中心偏析のバラツキを抑制することができる。
また、第２区間よりも下流側においては、冷却水量を幅方向に関して制御することは不要であり、冷却水量を無駄に多くする必要がない。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、上記の実施形態は以下のように変更して実施することができる。

上記実施形態では、軸方向に２分割されたロールが用いられているが、３分割以上されたロールを用いてもよい。

上記実施形態では、１つのロール対５を構成する上ロール６と下ロール７の軸受箱８ｂは、左右対称な位置に配置されているが、対向する位置に配置されていてもよい。

上記実施形態では、分割位置が左右対称の２本の２分割型ロールを鋳造方向に交互に配置している。つまり、分割位置が１種類のロールのみを用いているが、分割位置の異なる複数種類のロールを用いてもよい。
例えば図６に示すように、２分割型ロール３１と、この２分割型ロールの分割位置と異なる位置で３分割された３分割型ロール３２とを用いてもよい。軸受箱率は、第２区間における２分割型ロール３１の本数と３分割型ロール３２の本数の比率によって異なる。第２区間のロール３１、３２の比率が図６に示す比率と同じである場合、３分割型ロール３２の軸受箱８ｂのある幅方向範囲Ｓ１１、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１６の軸受箱率Ｒは０．２６であり、２分割型ロール３２の軸受箱８ｂのある幅方向範囲Ｓ１２、Ｓ１５の軸受箱率Ｒは、０．２１である。また、第２区間のうち、範囲Ｓ１１〜Ｓ１６以外の範囲における比水量Ｗ_Aは、０．５〜１．５[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]の範囲内であって、第２区間のうち、範囲Ｓ１１、Ｓ１３、Ｓ１４、Ｓ１６における比水量Ｗ_B1は、１．０７≦Ｗ_B1／Ｗ_A≦１．８４を満たす値である。また、第２区間のうち、範囲Ｓ１２、Ｓ１５における比水量Ｗ_B2は、１．０１≦Ｗ_B2／Ｗ_A≦１．７１を満たす値である。

また、分割位置の異なる複数種類のロールを用いた場合に、軸受箱のある幅方向範囲の少なくとも１つにおいて軸受箱率が０．２以下となった場合、この範囲の比水量は、軸受箱率が０である幅方向範囲の比水量と同じとする。つまり、０．５〜１．５[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]の範囲内とする。
軸受箱率が０．２以下の幅方向範囲では、軸受箱８ｂによる抜熱量の低下は無視できるレベルであるため（図４のグラフ参照）、軸受箱率が０．２以下の幅方向範囲の比水量を、軸受箱率が０の幅方向範囲の比水量よりも多くする必要はない。

上記実施形態では、第２区間の範囲Ｓ１、Ｓ２に配置されるノズルと、範囲Ｔ１〜Ｔ３に配置されるノズルとが異なるヘッダーに接続されており、ヘッダーに供給する水量を調整することで、範囲Ｓ１、Ｓ２の比水量を、範囲Ｔ１〜Ｔ３の比水量よりも多くしているが、範囲Ｓ１、Ｓ２の比水量を範囲Ｔ１〜Ｔ３の比水量よりも多くするための構成は、これに限定されない。例えば、範囲Ｓ１、Ｓ２に配置されるノズルと、範囲Ｔ１〜Ｔ３に配置されるノズルとを同一ヘッダーに接続して、以下の構成としてもよい。範囲Ｓ１、Ｓ２に配置されるノズルの水が通過する孔径（例えば噴霧孔の径）を、範囲Ｔ１〜Ｔ３に配置されるノズルよりも大きくするか、もしくは、範囲Ｓ１、Ｓ２に２つ以上のノズルを鋳片幅方向に並べて配置して、この２つのノズルのピッチを、範囲Ｔ１〜Ｔ３に配置されるノズルのピッチよりも狭くする。

上記実施形態は、垂直曲げ型の連続鋳造機を用いて、本発明の連続鋳造方法を実施した一例であるが、曲げ型、または、垂直型の連続鋳造機を用いて本発明を実施することもできる。

次に、本発明の実施例と比較例について説明する。
実施例１〜５７の鋳造条件を表３に示し、比較例１〜４０を表４に示す。

各試験の炭素濃度Ｃ[ｍａｓｓ％]、鋳型上端の短辺内寸Ｄ[ｍｍ]、鋳造速度Ｖｃ[ｍ／ｍｉｎ．]、全比水量Ｗ[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]、圧下勾配Ｔｐ[ｍｍ／ｍ]を、表３、４に示す。なお、表３、４中の炭素濃度Ｃ、鋳型の短辺内寸Ｄ、全比水量および圧下勾配Ｔｐのａ〜ｃの数値は、表５に示す通りである。また、圧下勾配Ｔｐは、メニスカス距離Ｍ[ｍ]が０．００１１Ｖｃ(Ｄ／２)²≦Ｍ≦０．００１３Ｖｃ(Ｄ／２)²である区間（第１区間）の圧下勾配を示している。

実施例および比較例では、上ロールの軸受箱率Ｒと下ロールの軸受箱率Ｒとはほぼ同じであって、軸受箱率（上ロールと下ロールの軸受箱率の平均）が０の幅方向範囲と、０．２より大きい幅方向範囲を有する。後者の軸受箱率Ｒ_Bは、表３、４に示す通りである。

また、表３、４中のＷ_Aは、第２区間のうち軸受箱率Ｒが０である幅方向範囲における比水量（Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ）を示している。なお、第２区間の定義は上記実施形態で述べた通りである。また、表３、４中のＷ_Bは、第２区間のうち軸受箱率Ｒ_Bの幅方向範囲における比水量（Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ）を示している。

また、表３、４に、Ｗ_B／Ｗ_Aの値を表示した。また、表３、４に、本発明のＷ_B／Ｗ_Aの下限値である１．２１Ｒ_B＋０．７６の値と、本発明のＷ_B／Ｗ_Aの上限値である２．６１Ｒ_B＋１．１６の値を表示した。

図７は、実施例１〜５７と比較例１〜３９の軸受箱率Ｒ_BとＷ_B／Ｗ_Aとの関係を示すグラフである。図７に示すように、実施例１〜５７のＷ_B／Ｗ_Aは、Ｗ_B／Ｗ_A＝１．２１Ｒ_B＋０．７６で表される直線と、Ｗ_B／Ｗ_A＝２．６１Ｒ_B＋１．１６で表される直線との間にある。つまり、実施例１〜５７のＷ_B／Ｗ_Aは、１．２１Ｒ_B＋０．７６≦Ｗ_B／Ｗ_A≦２．６１Ｒ_B＋１．１６を満たす値である。また、比較例１〜３９のＷ_B／Ｗ_Aは、１．２１Ｒ_B＋０．７６よりも小さいか、または、２．６１Ｒ_B＋１．１６よりも大きくなっている。

また、表３、４には、Ｗ_B／Ｗ_Aが、１．２１Ｒ_B＋０．７６から２．６１Ｒ_B＋１．
１６までの範囲のうちの下限側の１／３の範囲にある場合に、「Ｌ」を表示し、上限側の１／３の範囲にある場合に「Ｈ」を表示し、中間の１／３の範囲にある場合に「Ｍ」を表示し、１．２１Ｒ_B＋０．７６より小さい場合に「↓」を表示し、２．６１Ｒ_B＋１．１６よりも大きい場合に「↑」を表示した。

＜中心偏析の評価方法＞
表１の試験と同様の手順で、実施例および比較例で鋳造された鋳片の中心偏析を調べた。

Ｃ_MAX／Ｃ₀が１．１以下だった試験を「○」と、Ｃ_MAX／Ｃ₀が１．１を超えた試験を「×」と評価した。なお、Ｃ_MAX／Ｃ₀が１．１以下であれば、実用上、品質に問題がない最終製品を製造することができる。

＜内部割れの評価方法＞
また、実施例および比較例で鋳造された鋳片について、内部割れの有無を調べた。
具体的には、鋳片を長手方向に対して垂直に切断して、その切断面を過硫酸アンモニウム水溶液で腐食させた後、切断面に稲妻状の割れが有るかどうか目視で検査した。鋳片厚み方向に２ｍｍ以上の稲妻状の割れが有った場合に、内部割れ有りと評価した。

＜表面割れの評価方法＞
また、実施例および比較例で鋳造された鋳片について、表面割れの有無を調べた。
具体的には、鋳片を鋳造方向長さ５．５〜１２．５ｍに切断し、得られたたスラブを約２０℃で空冷し、その上面（鋳造経路Ａの水平領域において上側となる面）に、鋳造方向に沿った割れが有るかどうか目視で検査した。鋳造方向長さが１０ｍｍ以上の割れが有った場合に、表面割れ有りと評価した。

表３に示すように、実施例１〜５７ではＣ_MAX／Ｃ₀が、１．１以下であって、中心偏析のバラツキが抑制されている。また、表４に示すように、比較例１〜３９ではＣ_MAX／Ｃ₀が、１．１を超えており、中心偏析のバラツキが大きくなっている。また、比較例４０では、Ｃ_MAX／Ｃ₀が１．１以下であるものの、内部割れが生じた。また、比較例４１では、Ｃ_MAX／Ｃ₀が１．１以下であるものの、表面割れが生じた。

１ 連続鋳造機
３ 鋳型
４ ロールスタンド
５ ロール対
６ 上ロール
７ 下ロール
８ａ、８ｂ 軸受箱
１６、１７ ノズル
２０ 鋳片

Claims (1)

1. 鋳造方向に沿って並設された複数のロール対を備えるスラブ用連続鋳造機を用いて、連続鋳造する方法であって、
   前記ロール対は、鋳片を挟んで対向配置される２つのロールで構成され、複数対ごとにロールスタンドに設置され、
   前記ロールは、鋳片幅方向に２〜４分割されると共に分割位置で軸受箱に支持されており、
   炭素濃度Ｃが０．０３〜０．６０[ｍａｓｓ％]である炭素鋼を鋳造し、
   鋳型上端における短辺内寸Ｄが、２８０〜３１０[ｍｍ]であり、
   鋳造速度Ｖｃが、０．７０〜１．３０[ｍ／ｍｉｎ．]であり、
   メニスカス距離Ｍ[ｍ]が０．００１１Ｖｃ(Ｄ／２)²≦Ｍ≦０．００１３Ｖｃ(Ｄ／２)²である第１区間における圧下勾配Ｔｐ[ｍｍ／ｍ]が、０．５≦Ｔｐ≦１．２であり、
   鋳型直下から最下流ロールまでの比水量が、０．５〜１．５[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]であって、
   鋳型直下のロールスタンドと、メニスカス距離が１５ｍの位置に配置されたロールスタンドと、これらの間に配置されたロールスタンドと、が配置された第２区間に、鋳造方向に並設された複数のロールについて、鋳片幅方向位置において、前記ロールの全本数に対する、その幅方向位置に軸受箱が存在するロールの本数の比率を軸受箱率Ｒとし、
   前記第２区間の０≦Ｒ≦０．２である幅方向範囲における比水量をＷ_A[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]とし、
   前記第２区間の０．２＜Ｒ≦１である幅方向範囲における比水量をＷ_B[Ｌ／ｋｇ-ｓｔｅｅｌ]とし、軸受箱率ＲをＲ_Bとすると、
   ０．５≦Ｗ_A≦１．５であって、下記（１）式を満たすことを特徴とする、スラブ幅方向の中心偏析のバラツキを抑制する連続鋳造方法。
   １．２１Ｒ_B＋０．７６≦Ｗ_B／Ｗ_A≦２．６１Ｒ_B＋１．１６ ・・・（１）

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