JP5691912B2 - 金属片の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、鋼鋳片などの金属片の連続鋳造方法に関し、詳しくは、鋳造中の金属片の凝固シェルにおける非定常バルジングを抑制し、非定常バルジングに起因する鋳型内溶融金属の浴面の変動を抑制するための連続鋳造方法に関する。

図１は、鋼の連続鋳造機の一例を示す概略図である。図中の符号１００は連続鋳造機全体を示している。図１に示すように、連続鋳造操業に際しては、取鍋（図示せず）からタンディッシュ１に溶鋼５を注入し、次いで、タンディッシュ１に所定量の溶鋼５を滞在させた状態でタンディッシュ内の溶鋼５を、浸漬ノズル２を介して鋳型３に注入する。鋳型内に注入された溶鋼５は鋳型３で冷却されて鋳型３との接触面に凝固シェル８を形成し、形成された凝固シェル８は、ガイドロール４に支持されながら鋳型３の下方に連続的に引き抜かれ、鋼鋳片９が製造される。尚、図１における符号６は、溶鋼５の鋳型内浴面、７は、鋼鋳片９の内部の未凝固層（未凝固の溶鋼）、１０は湯面レベル計である。

鋼鋳片９を支持するためのガイドロール４は、複数本のガイドロール４が１つのフレーム（図示せず）に鋼鋳片９の引き抜き方向に並んで配置され、この複数本のガイドロール４の配置されたフレームが鋼鋳片９を挟んで相対して構成される所謂「セグメント」として配置されており、このセグメントが鋼鋳片９の引き抜き方向に複数個配置されて連続鋳造機１００の全体が構成されている。図１の例では、鋳型３の直下から、第１セグメント１１、第２セグメント１２、…、第９セグメント１９の順に、９つのセグメントが配置されている。

また、図１の例では、第１セグメント１１から第９セグメント１９の範囲は、二次冷却帯と呼ばれる冷却ゾーンになっており、図示しないエアーミストスプレーノズルや水スプレーノズルなどが設置されていて、エアーミストや冷却水が鋼鋳片９に向けて噴射され、鋼鋳片９が冷却されるしくみになっている。尚、図１の例では９つのセグメントが配置されているが、セグメント数は連続鋳造機１００の設備長さに応じて異なってくる。

鋼鋳片に代表される金属片の連続鋳造においては、溶融金属が水冷式の鋳型内で一次冷却されて凝固シェルを形成し、その後、水スプレーやミストスプレーなどによる二次冷却が行われて凝固シェルがその厚みを成長していくが、完全凝固するまでは、金属片の内部は未凝固のままである。

凝固シェルは、鋳造されつつある金属片（以下、「鋳片」とも称す）の内側から溶融金属の自重による圧力（静圧）を受けるので、凝固シェルには、引き抜き方向に隣接するガイドロールの間で、図２（Ａ）に誇張して示すように、「バルジング」と呼ばれる膨らみ状の変形が生じる。このバルジングは、凝固シェル８の厚みが薄い場合や、ガイドロール４のロールピッチ（引き抜き方向に隣接する２つのガイドロール４の中心間距離）が大きい場合に、大きくなる。

ここで、鋳造速度（以下、「引き抜き速度」とも称す）が上昇し、鋳片の冷却が弱まるなどして凝固が遅れると、図２（Ｂ）に示すようにバルジング量が増大する。すると、凝固シェル８とガイドロール４との接触長が長くなり、その分、凝固シェル８のガイドロール４による冷却作用が増大する。そうなると、凝固シェル８の剛性が増し、凝固シェル８が波打った形状のまま、図２（Ｃ）に示すように、相対するガイドロール４の間を通過する。凝固シェル８が波打った形状のまま、つまり、バルジング部がガイドロール４に沿って元に戻ることなく相対するガイドロール４の間を通過することで、図２（Ｃ）に示すように、鋳片内部の未凝固層７の体積が減少し、未凝固層７は上方に押し出され、鋳型内では溶融金属浴面の高さが上昇する。逆に、バルジング部がガイドロール４を通りすぎると、鋳片内部の未凝固層７の体積が増加し、未凝固層７は下方に移動し、鋳型内では溶融金属浴面の高さが下降する。凝固シェル８の剛性が低い場合には、凝固シェル８はガイドロール４に沿って変形するので、鋳片内部の未凝固層７の体積変化はなく、鋳型内の溶融金属浴面の変動も起こらない。

このように、バルジングした凝固シェル８のバルジング部がガイドロール４に沿って元に戻ることなく、凝固シェル８の一部が変形したままガイドロールで狭圧される現象を「非定常バルジング」と呼んでいる。非定常バルジングが同一のロールピッチのガイドロール区間で且つ各ロール部位で一斉に生じると、未凝固層７の体積変化即ち移動量が大きくなり、鋳型内の溶融金属浴面の高さ変動が激しくなる。この鋳型内溶融金属浴面の高さ変動は、鋳片の引き抜き速度とガイドロールのロールピッチに応じて周期的に発生する。

鋳型内での溶融金属浴面の高さ変動が生じると、鋳型からの溶融金属のオーバーフローが生じたり、不均一な凝固シェルの成長に伴ってブレークアウトが生じたり、鋳型と凝固シェルとの溶着防止を目的として鋳型内の溶融金属浴面上に添加したモールドパウダーが凝固シェルに巻き込まれて鋳片の表面品質が低下したりするなど、さまざまな問題が生じる。オーバーフローやブレークアウトが生じた場合は、復旧のために相当の時間、連続鋳造操業の停止を余儀なくされ、また、鋳片の品質低下は、製品歩留まりの低下となる。

そこで、非定常バルジングを抑制するべく、様々の対策が実施されている。非定常バルジングの抑制方法として、最も一般的な方法は、鋳造速度を低下させ、バルジングの生じている該当ロール間での凝固シェル厚みを増大させてバルジング量を低減させるという方法である。しかしながらこの方法では、鋳造速度をどこまで減速するかはオペレーターの経験によって行なわれることがほとんどであり、対策が定量的でない上に過度な減速は連続鋳造の生産性を低下させるという問題がある。

図３に、鋼の連続鋳造において、非定常バルジングを抑制するべく鋳造速度を変更したときの溶鋼の鋳型内浴面の変動量（「湯面変動量」ともいう）と鋳造速度との関係の一例を示す。図３において、鋳造領域Ａでは鋳型内の湯面変動は小さく、湯面レベルは安定しているが、鋳造領域Ｂでは周期的な湯面変動が発生しており、それに応じて鋳造速度を低下させていることが分る。この鋳型内湯面変動の周期は数秒〜十数秒であり、その振幅は数ｍｍ〜数十ｍｍに達する場合もある。図３からも明らかなように、非定常バルジングによる鋳型内の湯面変動を検知し、その対策として鋳造速度を低下させても、必ずしも湯面変動が小さくならず、更なる鋳造速度低下を行っても、その効果が即座には現れないことが分る。

その他、非定常バルジングを抑制する方法として、ガイドロールのロールピッチを小さする或いは鋳片の二次冷却能力を高めるなどの設備改造を行ったり、鋳型内湯面レベル制御（溶融金属浴面の高さが一定に近づくことを目標として制御すること）や鋳片引き抜き速度制御（鋳造速度が適正となることを目標として制御すること）の精度を向上したりする方法などが行われているが、満足できる成果には至っていない。

例えば、特許文献１には、バルジング量及び鋳型内での溶融金属浴面の位置を検知し、その検知信号に基づいてピンチロール（「駆動ロール」ともいう）による鋳片引き抜き速度及び鋳型への溶融金属注入速度を調節して、バルジング量を制御するとともに、鋳型内での溶融金属面の高さを制御する方法が提案されている。

しかしながら、検知した値と基準値との偏差をどのようにして小さくするのか、具体的な方法について、特許文献１は記載していない。

また、特許文献２には、バルジング量を常時測定し、この測定値に基づいて鋳造速度を制御し、鋳型内での溶融金属浴面の位置を調整する方法が提案されている。しかしながら、鋳造速度をどのように制御するのか、具体的な方法については記載されていない。

また、非特許文献１には、±５％の鋳造速度の変動により非定常バルジングが発生し、鋳造速度が低下したときにバルジング量が大きくなり、鋳造速度が上昇したときにバルジング量が小さくなるかまたは逆に凹む（バルジング量が負となる）ことが計算によって示される旨が記載されている。

特許文献３は、非定常バルジングを検知し、鋳片引き抜き速度を非定常バルジングの周期に同調させて周期的に変動させ、非定常バルジングが大きいときには引き抜き速度を速くし、非定常バルジングが小さいかまたは負の時には引き抜き速度を遅くする、という通常とは反対の操業方法を提案している。それにあたっては、非特許文献１の知見を利用している。

しかしながら、特許文献３が利用した非特許文献１の発表から２０年以上経過した今日では、当時と比べて鋳造速度が上昇している。その結果、非定常バルジングの周期が短くなり、制御遅れや、ピンチロールと鋳片との間でスリップの発生があることから、非定常バルジングの周期に同調させて鋳片の引き抜き速度を変化させるのは困難になっている。

本発明者らは、特に、特許文献３のような方法が有効に適用できない高速鋳造の条件下においても、非定常バルジングを効果的に抑制する方法として、特許文献４を出願した。その骨子は、何れのセグメントで非定常バルジングが生じたかを推定もしくは検知し、当該セグメントよりも下流側セグメントにおけるピンチロールの周速を上流側よりも速めるか、もしくは、当該セグメントよりも上流側において、金属片の冷却を強めることを特徴とする鋳造方法である。

この特許文献４に示す方法により、非定常バルジングの発生頻度は極めて低減している。但し、一部において、非定常バルジングの抑制が依然難しい条件が残っていることが分ってきた。特に、鋳片内部品質が厳格に管理されるような材料、例えば中心偏析が問題となるような鋼種の鋳造においては、鋳片の内部品質を優先することから、下流側のロール周速を速める手法が非定常バルジングの抑制に効果的であると分っていても、内部品質の悪化を懸念し、これを実施しない場合が多いことが分った。そのため、従来からの鋳造速度を遅くする手法や、特許文献４に記載する非定常バルジング発生セグメントよりも上流側での冷却強化を実施しているものの、効率的に非定常バルジングを抑制しているとは言いがたい。

特開昭６３−１０４７６７号公報 特開平１−１６６８７３号公報 特開平９−２９４０８号公報 特願２０１０−１１８９６１号

A.Yoshii & S.Kihara,"Analysis of Bulging in Continuously Cast Slabs by Bending Theory of Continuous Beam",Trans.ISIJ,pp.891-894,1986

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、鋼鋳片などの金属片の連続鋳造において、非定常バルジングの発生を抑制することができる、特に、特許文献３の手法が有効に適用できない条件下においても、更に加えて、鋳片内部品質が厳格な鋼種に代表されるように、特許文献４の非定常バルジング発生セグメントよりも上流側での冷却強化の手法適用が有効でない条件下においても、非定常バルジングを抑制することのできる金属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の要旨は以下のとおりである。
（１）鋳型から引き抜かれる金属片を複数対のガイドロールから構成されるセグメントで支持しながら金属片を連続鋳造するに際し、前記セグメントの前記金属片への押し付け方向における設定位置からの変化量を鋳造中に検出し、検出される変化量が鋳造中に繰り返して変動するセグメントに対して、鋳造中に、当該セグメントの鋳造方向傾斜角または当該セグメントに配置されるガイドロールのロール間隔を、金属片によってセグメントに負荷される荷重が軽減される方向に変更することを特徴とする、金属片の連続鋳造方法。
（２）鋳型から引き抜かれる金属片を複数対のガイドロールから構成されるセグメントで支持しながら金属片を連続鋳造するに際し、所定の鋳造方向傾斜角が設定されたセグメントに対して、当該セグメントにおける前記鋳造方向傾斜角の設定値からの変化を検出し、鋳造方向傾斜角が設定値からずれているセグメントに対して、鋳造中に、当該セグメントの鋳造方向傾斜角を設定値に戻すと同時に、金属片によってセグメントに負荷される荷重が軽減される方向に当該セグメントに配置されるガイドロールのロール間隔を変更することを特徴とする、金属片の連続鋳造方法。
（３）前記の鋳造方向傾斜角が設定値からずれているセグメントの鋳造方向に隣接されるセグメントに対しても、前記の鋳造方向傾斜角が設定値からずれているセグメントとの繋ぎ目でロール間隔に不連続な段差が生じないように、鋳造方向傾斜角を維持した状態で、セグメントに配置されるガイドロールのロール間隔を変更することを特徴とする、上記（２）に記載の金属片の連続鋳造方法。
（４）上記（３）に記載の金属片の連続鋳造方法において、鋳造方向傾斜角を設定値に戻すことができない場合には、鋳造方向傾斜角が設定される区間のセグメントにおいて、実現可能な鋳造方向傾斜角を算出して求め、求めた新たな鋳造方向傾斜角になるようにセグメントの鋳造方向傾斜角及びロール間隔を調整することを特徴とする、金属片の連続鋳造方法。

本発明によれば、セグメントの金属片への押し付け方向における設定位置からの変化または変動の繰り返しによって発生する非定常バルジングを抑制することが実現され、これに伴う未凝固層の吸込み及び押出しに起因する鋳型内溶融金属浴面の変動を抑制することが可能となる。また、従来、未確立であったセグメントの鋳造方向傾斜角を制御する方法を具体的に示すことで、これまで制御が難しかった内部品質厳格材の鋳造下においても、非定常バルジングの発生を効果的に抑制することが可能となる。また、本発明は、既存設備に比較的容易に適用することができる。その結果、連続鋳造に際してオーバーフローやブレークアウトの発生を効果的に抑制できるとともに、モールドパウダーの巻き込みなどに伴う品質不良の発生も抑制でき、更に、生産能率の向上及び製造コストの低減が達成される。

鋼の連続鋳造機の一例を示す概略図である。 非定常バルジングの発生機構を模式的に示す図である。 鋼の連続鋳造において鋳型内の湯面変動量と鋳造速度との関係の一例を示す図である。 ガイドロールの鋳片への押し付け方向における設定位置からの変化量の測定結果を示す図である。 セグメントの移動に伴う凝固シェルの変形の様子を示す鋳片幅中央部での長手方向断面図であり、セグメントｉの変形が繰り返されるメカニズムを表している。 セグメントの移動に伴う凝固シェルの変形を示す図であり、ここでは、隣接セグメントｉ＋１まで変形が及んでしまう場合を示している。 本発明の実施の形態例を示す図であり、セグメントの鋳造方向傾斜角を保持する方法を示す概略図である。 セグメント下流側の変化量とセグメント荷重との関係を示す図である。 図８における「鋳造方向傾斜角維持」と「セグメント下流側のみ移動」とを具体的に説明する図である。 鋳型内溶鋼湯面レベルの変動を本発明例と従来例とで対比して示す図である。 鋼鋳片の偏析度を本発明例と従来例とで対比して示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。

本発明者らは、非定常バルジングを軽減させることを目的として、非定常バルジングについて鋭意調査した結果、特許文献４で解決を図った、ガイドロール間のバルジングそのものが大きくなることに起因して発生する非定常バルジング以外に、ガイドロールのロール間隔（金属片を挟んで相対するガイドロール間の距離）が鋳造中に変動してしまうことを発端としてバルジングが拡大し、非定常バルジングが増大する場合があることが分った。また鋳造条件によっては、ロール間隔が拡大したり縮小したりする挙動が発生する場合があり、ガイドロール（以下、単に「ロール」とも記す）の移動によるバルジングの増大と減少、即ち、未凝固層の吸引と押出しとが繰り返して起こることも分った。以下に、その概要を述べる。

今回、鋼鋳片のうちの内部品質厳格材に対して中心偏析を軽減する目的で適用される軽圧下を伴う連続鋳造について調査した。軽圧下とは、鋳造中の鋳片内部における凝固進展に伴って発生する凝固収縮を補填するために、凝固収縮量に相当する軽微な圧下を鋳片外表面から加えるものである。そのために、通常、複数のセグメントに亘る複数のガイドロール対に亘って、所定の軽微な圧下量が加わるように鋳造方向下流に向かってガイドロールのロール間隔が僅かずつ狭くなるように設定されている。通常、軽圧下が施される連続鋳造機の水平帯においては、メンテナンスの便宜上、ロール対の鉛直下側に位置するロール群（「基準面側のロール」という）の鋳片接触位置が水平に保たれるように配置されることが多く、以下の図面では、そのように表記する。従ってこの場合には、ロール対の鉛直上側のロール群は、鋳造方向下流側に向かうにつれてロール間隔が狭くなるように、鋳片接触位置（ロール径が同じであればロール軸芯位置）に所定の勾配（以下、これを「鋳造方向傾斜角」または「軽圧下勾配」と称す）が設けられている。

調査の結果、一部の鋼種の鋳造中に、軽圧下を行うセグメントにおいて、設定した所定の鋳造方向傾斜角を保持できずに、ロール間隔が変動してしまう場合が確認された。図４にその典型例を示すように、典型例としては、セグメント内の鉛直上側のガイドロールが上方に移動する変形が観察され、特にセグメント内の下流側ガイドロールの方が上方に大きく移動しており、結果として鋳造方向傾斜角が小さくなる傾向のあることが分った。図４は、ガイドロールの鋳片への押し付け方向における設定位置からの変化量の測定結果を示す図であり、鉛直上方側への変化量を正、鉛直下方側への変化量を負で表示している。

この現象は、鋼種としては軽圧下を適用する鋼種の中でも比較的高温強度が高い材料を鋳造する際に、多い頻度で発生することが分った。これを考察すると以下のようになる。

即ち、鋳造方向下流側では、鋳片の凝固が進み凝固シェル厚の増加に伴って、鋳片として剛性・強度が増加する。仮に、同量の軽圧下を施す場合、下流に向かうにつれてガイドロールが受ける圧下荷重は次第に増大する。特に、高温強度が比較的高い硬質の材料では、圧下荷重が過大となる場合があり、ロール軸芯位置を保持・固定することができず、圧下荷重が低減する方向、つまり鉛直上方にロールが移動してしまう場合が発生する。

上記の現象が発生するような状況下において、鋳造速度を低下させるか、または特許文献４に示したように当該軽圧下ロールセグメントよりも上流側で鋳片の冷却を強めた場合は、少なくともこれらの制御を行った直後は、更に鋳片の冷却が進むことから、制御実施前と比較して相対的に鋳片の剛性が上昇し、ロール荷重の更なる増大につながり、ロールの移動（設定位置からの変化量）を拡大してしまう結果となる。

一方、鋳片内部の未凝固層には静鉄圧が作用しており、ガイドロールの設置位置の変動に追随して、鋳片表面がロールと接触したまま変形しようとすることから、ロール間隔が広がった場合には、未凝固域の体積が拡大し、その分だけ未凝固溶鋼を吸引する結果となる。

ロール移動が見られたセグメント（セグメントｉとする）の一つ下流側に位置するセグメント（セグメントｉ＋１）に注目すれば、上流側第一番目の鉛直上側ロールと鋳片とが接触することにより、セグメントｉの下流側鉛直上側ロールの一部が鋳片と非接触になるか、または圧下・接触が非常に軽微となり、セグメントｉが受けるトータルの圧下荷重が低下する。同一セグメント内にあるロールは、一般的にはセグメントのフレーム構造体に何らかの方法で取付けられており、フレーム構造として見た場合のセグメントに加わるモーメント荷重は、時計回りに強く作用することとなって、セグメントｉの下流側は、再び、鉛直下方に移動し、鋳片との接触を開始するか、または圧下量を増大ないし回復することになる。このとき、鋳片内部の未凝固域体積は減少し、未凝固溶鋼を押出してしまう結果となり、特に凝固末期に近い領域では、各種溶質成分の濃化した溶鋼が移動することで、中心偏析の悪化を招くことが推察される。

図５は、上記の挙動が繰り返し発生することを示した模式図であり、その場合、ガイドロールの移動により、未凝固部体積が拡大と収縮を繰り返すことを示している。この結果、上記で述べた中心偏析の悪化とともに、鋳型内溶鋼湯面の変動を誘起し、鋳片の表面品質をも劣化させる要因ともなる。図５に示す丸囲い数字の順に現象が進行する。

図６は、図５に比べ、セグメントｉのロール荷重が相対的に大きく、ロール移動量も大きい場合を想定した模式図である。図５と同様に、セグメントｉの下流側鉛直上側ロールが移動した後、次のセグメントｉ＋１の第一番目の鉛直上側ロールに大きな圧下荷重が作用することによって、セグメントｉ＋１のトータル荷重の増大とともに、時計回りのモーメント荷重が増大することにより、セグメントｉ＋１の上流側鉛直上側ロールが上方に移動し始める。しかし、移動後にセグメントｉ＋１に作用するモーメント荷重は相対的に反時計方向が強くなることから、セグメントｉ＋１の上流側の鉛直上側ロールは下方に戻ろうとする。このように、セグメントｉのロール移動が、セグメントｉ＋１に波及し、同様にして、次々と隣接するセグメントのロール移動に波及することが推察されることから、非常に複雑な周期の湯面変動を発生させる要因となりうることが分った。これらは、特許文献４に記載の手法では、抑制することができなかった非定常バルジングのメカニズムであり、今回の調査・研究により、初めてこれを解明することができた。

本発明は、金属片を連続鋳造するに際して、金属片を支持するセグメントの金属片への押し付け方向における設定位置からの変化量を鋳造中に検出し、検出される変化量が、上記のように鋳造中に繰り返して変動するセグメントに対して、鋳造中に、当該セグメントの鋳造方向傾斜角または当該セグメントに配置されるガイドロールのロール間隔を、金属片によってセグメントに負荷される荷重が軽減される方向に変更する。

セグメントの設定位置から移動位置への繰り返しの変化、つまり、ロール間隔の繰り返し変化は、主要因として、セグメントまたはロールの剛性に対して過大な荷重がロールに作用し、セグメントが変形すること、加えて、その変形によってロール荷重が低下することを繰り返すことと考えられるため、基本的には、ロール荷重を小さくするべく、ロールによる圧下量が小さくなる方向にセグメントの位置を制御することがポイントとなる。つまり、金属片によってセグメントに負荷される荷重が軽減される方向とは、ロール間隔を増大する方向と同じ意味である。

とりわけ、内部品質厳格材に対して行われる軽圧下のように、所定の鋳造方向傾斜角が設定されたセグメントにおいては、鋳造方向傾斜角の変化が生じたかを検知し、鋳造方向傾斜角が設定値からずれているセグメントに対して、鋳造中に、当該セグメントの鋳造方向傾斜角を設定値に戻すと同時に、金属片によってセグメントに負荷される荷重が軽減される方向に当該セグメントに配置されるガイドロールのロール間隔を変更する。

図７に、軽圧下を伴う連続鋳造においてセグメントの鋳造方向傾斜角を維持する方法を示す。つまり、セグメントｉの下流側鉛直上側ロールのロール間隔が拡大した際には、セグメント荷重を下げ且つ鋳造方向傾斜角を維持させるために、セグメントｉの下流側鉛直上側ロールのロール間隔は修正せず、セグメントｉの上流側鉛直上側ロールのロール間隔を増大させる。即ち、セグメントの鋳造方向傾斜角を維持させるべく、鉛直上側方向にセグメント位置を変更することによって、セグメント荷重を安定させ、結果的にセグメントの鋳造方向傾斜角が安定化される。

ここで、図６に示したように、隣接するセグメントの間に不連続な段差が生じた場合には、隣接するセグメントに対してモーメント荷重が作用し、鋳造方向傾斜角の変化を誘起してしまうことから、図７に示すように、隣接するセグメント間の不連続な段差をなくするように、隣接するセグメントにおいても、鋳造方向傾斜角を維持した状態でロール間隔を調整することが好ましい。ここで、不連続な段差とは、本来、鋳造方向に隣接するセグメント同士には鋳造方向傾斜角に応じた段差が生じるが、この段差以上のギャップが生じた場合を、不連続な段差と称す。

ここで、セグメントの設定位置からの変化量の測定方法は、セグメントの上流側及び下流側の二点の鉛直上下方向の変動をレーザ変位計などの非接触式計測を用いて検出する方法や、差動トランスなどの接触式計測を用いて検出する方法を用いることができる。或いは、セグメント筐体に歪ゲージなどを設置し、セグメントの歪状態から変形を評価する方法など、幾つか考えられるが、これらの方法に限定されるものではない。

セグメント配置を制御・変更する対象については、可能であれば、連続鋳造機内の全てのセグメントとし、ロール間隔の変動を抑制したいが、現実的には、所定の鋳造方向傾斜角が設定される軽圧下セグメントに限定しても、その効果が大きく損なわれるものではない。軽圧下セグメントに限定する背景は、セグメントの鋳造方向傾斜角をモニタリングし、制御するシステムの複雑化と、セグメントの鋳造方向傾斜角を維持するために十分な剛性を有しつつ、且つ、制御指令を受けた場合に鋳造方向傾斜角や配置を可動とするためには、セグメントの設備費用が高額となるためである。また、背景技術で述べたように、特許文献４に開示される技術を適用しても、非定常バルジングの抑制に問題が残ったのは、軽圧下が行われる鋳片内部品質が厳格に管理されるような材料、例えば中心偏析が問題となるような鋼種の鋳造においてであったことによる。

以上説明したように、本発明によれば、セグメントの金属片への押し付け方向における設定位置からの変化または変動の繰り返しによって発生する非定常バルジングを抑制することが実現され、これに伴う未凝固層の吸込み及び押出しに起因する鋳型内溶融金属浴面の変動を抑制することができる。また、従来、未確立であったセグメントの鋳造方向傾斜角を制御する方法を具体的に示すことで、これまで制御が難しかった内部品質厳格材の鋳造下においても、非定常バルジングの発生を効果的に抑制することが可能となる。

本発明を実施するにあたり、試験的にセグメント変位とセグメント荷重の関係を調査した。その結果を図８に示す。図８における「鋳造方向傾斜角維持」及び「セグメント下流側のみ移動」とは、図９に示すように、「鋳造方向傾斜角維持」とは、セグメントの全てのガイドロールのロール間隔を広げて鋳造方向傾斜角を維持した状態であり、「セグメント下流側のみ移動」とは、セグメントの上流側は移動させずに下流側のみを移動させて鋳造方向傾斜角を小さくした状態である。

図８に示すように、セグメントの鋳造方向傾斜角を維持しながらロール間隔を拡大する場合よりも、セグメントの下流側のみを移動させて鋳造方向傾斜角を小さくした方が負荷荷重の小さいことが分る。このことから、通常の操業で特段のセグメント配置制御を行わない場合には、セグメントへの荷重が過大になると、自然に鋳造方向傾斜角が小さくなることが理解される。このことは、前述した図４に示すセグメントの金属片への押し付け方向における設定位置からの変化量において、セグメントの上流側よりも下流側の方が、変化量が大きい計測結果と合致する。加えて、図４において、特に、セグメント＃９の下流側変化量とセグメント＃１０の上流側変化量とを比較すれば顕著なように、セグメント間に変化量のギャップがあり、結果的にセグメント間に不連続な段差が発生してしまうことを意味している。

軽圧下を伴う鋼鋳片の連続鋳造において、レーザ変位計を用いてセグメントの上流側及び下流側の二点でセグメントの変位を測定し、セグメントの鋳造方向傾斜角が設定値から外れた場合に、鋳造方向傾斜角を維持しながら、ロール間隔を広げるように制御し、且つ、隣接するセグメントとの間に不連続な段差が生じないように、隣接するセグメントも鋳造方向傾斜角を維持しながら、ロール間隔を広げるように制御して、鋼の連続鋳造を実施した。また、比較のために、軽圧下を伴う鋼鋳片の連続鋳造において、鋳造方向傾斜角が設定値から外れた場合にも、セグメントの配置を変更しないまま連続鋳造を継続する試験（従来例）も実施した。

その結果、本発明を適用することにより、図１０に示すように、鋳型内溶鋼湯面の変動量を低減させることが確認できた。図１０は、鋳型内溶鋼湯面レベルの変動を本発明例と従来例とで対比して示す図である。

更に、図１１に示すように、鋳造後の鋳片の中心偏析を調査した結果、炭素の偏析度を従来例に比べて低く抑えることができ、偏析度として１．０に近い良好な内部性状を有することが分った。図１１は、鋼鋳片の偏析度を本発明例と従来例とで対比して示す図であり、図１１の縦軸のＣ_max／Ｃ₀は偏析度を示す値で、Ｃ_maxは鋼鋳片中心部の炭素濃度の最大値、Ｃ₀は偏析のない位置での鋼鋳片の炭素濃度であり、Ｃ_max／Ｃ₀＝１．０のときに偏析は発生しないことを意味している。

以上のように、本発明により、非定常バルジングによる鋳型内溶鋼湯面変動を抑制することが可能であることが明確となり、加えて、良好な中心偏析度が得られる効果もあることが分った。

尚、今回は、セグメントを、図７の丸囲い数字７に示した当初の位置に戻すことは行っていないが、これは、ロール間隔の開きが、セグメント構造上の最大許容値を超えてしまわないことを配慮したものである。ロール間隔の開きが最大許容値を超える場合には、結果として、所定の傾斜角を保持しつつ、隣接セグメント間の不連続な段差をなくし且つセグメントが変形しない範囲のセグメント荷重に抑えることは困難となる。そのときには、図８を参考に、傾斜角を低減することでセグメント荷重が効果的に抑制されることから、鋳造方向傾斜角が設定される区間のセグメントにおいて、実現可能な鋳造方向傾斜角を算出して求め、求めた新たな鋳造方向傾斜角になるように、セグメントの鋳造方向傾斜角及びロール間隔を調整すればよい。

１ タンディッシュ
２ 浸漬ノズル
３ 鋳型
４ ガイドロール
５ 溶鋼
６ 鋳型内浴面
７ 未凝固層
８ 凝固シェル
９ 鋼鋳片
１０ 湯面レベル計
１１ 第１セグメント
１２ 第２セグメント
１３ 第３セグメント
１４ 第４セグメント
１５ 第５セグメント
１６ 第６セグメント
１７ 第７セグメント
１８ 第８セグメント
１９ 第９セグメント
１００ 連続鋳造機

Claims (4)

1. 鋳型から引き抜かれる金属片を複数対のガイドロールから構成されるセグメントで支持しながら金属片を連続鋳造するに際し、前記セグメントの前記金属片への押し付け方向における設定位置からの変化量を鋳造中に検出し、検出される変化量が鋳造中に繰り返して変動するセグメントに対して、鋳造中に、当該セグメントの鋳造方向傾斜角または当該セグメントに配置されるガイドロールのロール間隔を、金属片によってセグメントに負荷される荷重が軽減される方向に変更することを特徴とする、金属片の連続鋳造方法。
2. 鋳型から引き抜かれる金属片を複数対のガイドロールから構成されるセグメントで支持しながら金属片を連続鋳造するに際し、所定の鋳造方向傾斜角が設定されたセグメントに対して、当該セグメントにおける前記鋳造方向傾斜角の設定値からの変化を検出し、鋳造方向傾斜角が設定値からずれているセグメントに対して、鋳造中に、当該セグメントの鋳造方向傾斜角を設定値に戻すと同時に、金属片によってセグメントに負荷される荷重が軽減される方向に当該セグメントに配置されるガイドロールのロール間隔を変更することを特徴とする、金属片の連続鋳造方法。
3. 前記の鋳造方向傾斜角が設定値からずれているセグメントの鋳造方向に隣接されるセグメントに対しても、前記の鋳造方向傾斜角が設定値からずれているセグメントとの繋ぎ目でロール間隔に不連続な段差が生じないように、鋳造方向傾斜角を維持した状態で、セグメントに配置されるガイドロールのロール間隔を変更することを特徴とする、請求項２に記載の金属片の連続鋳造方法。
4. 請求項３に記載の金属片の連続鋳造方法において、鋳造方向傾斜角を設定値に戻すことができない場合には、鋳造方向傾斜角が設定される区間のセグメントにおいて、実現可能な鋳造方向傾斜角を算出して求め、求めた新たな鋳造方向傾斜角になるようにセグメントの鋳造方向傾斜角及びロール間隔を調整することを特徴とする、金属片の連続鋳造方法。

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