JP5769645B2

JP5769645B2 - 連続鋳造方法

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Publication number: JP5769645B2
Application number: JP2012023101A
Authority: JP
Inventors: 吉田　仁; 仁吉田
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2012-02-06
Publication date: 2015-08-26
Anticipated expiration: 2032-02-06
Also published as: JP2013158803A

Description

本発明は、例えば、Ｃ含有量が０．１０〜０．１４質量％のスラブを垂直曲げ型スラブ連続鋳造機によって鋳造する連続鋳造方法に関するものである。

従来より、鋳型を用いて溶鋼を連続鋳造機として、湾曲型連続鋳造機、ブルーム及びビレット連続鋳造機、垂直曲げ型連続鋳造機などが知られている。それらの中でも、垂直曲げ型連続鋳造機で鋳片を鋳造する技術として、特許文献１及び特許文献２に示すものがある。
特許文献１は、鋳型内に供給するパウダーの消費量Ｐｗを０．２ｋｇ／ｍ^２以上０．６ｋｇ／ｍ^２以下とし、二次冷却帯のうち、鋳型の直下から、鋳造方向に１．２ｍまでの冷却範囲で、冷却用ノズルから鋳片に吹き付けられる冷却水の水量密度Ｗを３００リットル／ｍ^２／分以上７００リットル／ｍ^２／分以下としている。

特許文献２は、二次冷却帯のうち、鋳型の直下から、鋳造方向に０．６ｍまでの冷却範囲Ｒ１と、鋳型の直下から鋳造方向に、０．６ｍから１．２ｍまでの冷却範囲Ｒ２とで、冷却用ノズルから前記鋳片にそれぞれ吹き付けられる冷却水の水量密度を１５０リットル／ｍ^２／分≦Ｐ１≦２８０リットル／ｍ^２／分又は３００リットル／ｍ^２／分≦Ｐ２≦７００リットル／ｍ^２／分としている。

特許文献１及び特許文献２の技術は、冷却水の水量密度を規定することによって、鋳片の内部割れや表面割れを図っている。また、その他に連続鋳造機で鋳造する技術として特許文献３及び特許文献４に示すものがある。

特開２０１１−１３１２４２号公報特開２０１１−１３１２３９号公報特開平１１−３２００６３号公報特開昭６０−００６２５８号公報

特許文献１及び特許文献２の技術では、冷却水の水量密度を規定することによって、鋳片の内部割れや表面割れを防止することができるものの、割れが発生し易いＣ含有量が０．１０〜０．１４質量％の鋼を鋳造した場合は、これらの技術を用いても、縦割れが発生してしまうことが実情である。また、特許文献３や特許文献４の技術を用いても、特許文献１や特許文献２と同様に、縦割れを防止することは困難であった。

そこで、本発明は、Ｃ含有量が０．１０〜０．１４質量％の鋼を垂直曲げ型スラブ連続鋳造機によって鋳造するに際して、縦割れを抑制すると共にスムーズに鋳造を行う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。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明に係る連続鋳造方法は、Ｃ含有量が０．１０〜０．１４質量％のスラブを、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機によって鋳造する連続鋳造方法において、鋳型の直下でスラブの
広面を冷却するに際して、前記スラブの広面に対する水量密度を３．５〜７．９（ｍ^３／ｈ／ｍ^２）とし、前記鋳型とロールとの位置関係を規定する鋳型アライメントを、式（１）及び式（２）を満たすように設定することを特徴とする。
なお、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機における曲げ部の円弧の中心Ｏに近い側を反基準側とし、反基準側とは対面する側を基準側とした上で、式（１）においては、鋳型を側面から見たとき、基準側における当該鋳型の稼働面の下端から第１垂直ラインＬ１を垂直に引き、この第１垂直ラインＬ１よりも反基準側をマイナス側、第１垂直ラインＬ１よりも基準側をプラス側とし、また、式（２）においては、鋳型を側面から見たとき、反基準側における当該鋳型の稼働面の下端から第２垂直ラインＬ２を垂直に引き、この第２垂直ラインＬ２よりも反基準側をプラス側、第２垂直ラインＬ２よりも基準側をマイナス側とする。

本発明によれば、Ｃ含有量が０．１０〜０．１４質量％のスラブ（スラブ鋼片）を垂直曲げ型スラブ連続鋳造機によって鋳造するに際して、縦割れを抑制すると共にスムーズに鋳造を行うことができる。

垂直曲げ型スラブ連続鋳造機の全体図である。鋳片の縦割れのメカニズムを示した図である。鋳型アライメントを設定するための説明図である。内部割れの説明図である。縦割れの長さと割れの深さとの関係図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の連続鋳造方法を行う連続鋳造機を示したものである。
この連続鋳造装置は、スラブを鋳造する垂直曲げ型スラブ連続鋳造機であり、Ｃ含有量が０．１０〜０．１４質量％のスラブを鋳造するものである。Ｃ含有量が０．１０〜０．１４質量％の範囲となる鋼（炭素鋼ということがある）は、「H.Mizukami et.al.:"High temperature deformation behavior of peritectic carbon steel during solidification", ISIJ-Int. Vol.42 (2002) pp.964-973」に示されているように、凝固時に収縮が大きいために不均一に凝固し易く、縦割れが発生し易い。

特に、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機で炭素鋼を鋳造するにあたっては、後述するように、連続鋳造機が垂直曲げ型のため垂直部分から湾曲部分に至る部分で曲げの力がかかり、その力が鋳型の直下（鋳型直下という）まで伝わるため、鋳型直下付近のスラブが割れやすい。また、スラブは鋳片の幅が大きいため、鋳型直下で鋳片を冷却した場合、鋳片の幅方向の引張応力が大きく、縦割れが発生し易い。縦割れは、例えば、特開２０１１−１３１２４２号公報や特開昭６０−００６２５８号公報に示されているように、鋳片の幅が１０００〜１５３０ｍｍで発生し易いと言われている。

このようなことから、本発明では、縦割れが発生し易い垂直曲げ型スラブ連続鋳造機で炭素鋼を鋳造するに際して、スラブの広面側の冷却について規定すると共に鋳型のアライメントを規定することによって、縦割れを防止することとしている。
なお、連続鋳造機として、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機の他に、湾曲型鋳造機、ブルームやブレットを鋳造する連続鋳造機があるが、本発明では、これらの連続鋳造機は対象としていない。例えば、湾曲型連鋳機は、鋳片に曲げが生じないので垂直曲げ型スラブ連続鋳造機と同じようなメカニズムでの縦割れは生じず、ブルームやビレットは、スラブに比べて鋳片の幅が狭く鋳片の直下における冷却により発生する鋳片の幅方向の引張応力は小さいため、このような原因で縦割れは発生し難い。

次に、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機について説明しながら、連続鋳造方法について詳しく説明する。
図１に示すように、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機１は、鋳造する溶鋼２が装入された取鍋３と、この取鍋３からの溶鋼２を一時的に貯留するタンディッシュ４と、このタンディッシュ４から供給される溶鋼２を成形する鋳型５とを備えている。また、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機１は、鋳型直下に設置されて鋳造するスラブ６（単に鋳片６と呼ぶこともある）を支持するロール（フットロール７）と、このフットロール７から続いて配置されてスラブ６を支持するロール（サポートロール８）とを備えている。垂直曲げ型スラブ連続鋳造機１では、鋳型５の下端から順にフットロール７やサポートロール８の並びを見ると
、鋳型５の下端から順に垂直に並ぶ部分が垂直部１０とされ、徐々に水平に移行しながら並ぶ部分が曲げ部１１とされている。この実施形態における垂直曲げ型スラブ連続鋳造機１の垂直部１０の長さは、鋳型５の下端から２．０ｍである。

鋳型５とフットロール７との間、フットロール７とサポートロール８との間、サポートロール８間などには、鋳片６の広面や狭面を冷却するための冷却ノズル（図示せず）が設けられている。
このような垂直曲げ型スラブ連続鋳造機１では、タンディッシュ４に貯留した溶鋼２を鋳型５に供給して、鋳型５にて一次冷却を行うと共に、フットロール７及びサポートロール８にて鋳片６を引き抜きながら、冷却ノズルで広面及び狭面を二次冷却することによって鋳片６を鋳造する。なお、鋳片６を鋳造する際に、鋳型５にモールドパウダーを供給することとしているが、モールドパウダーは、１３００℃での粘度が０．０３〜０．２０[Pa・s]、凝固温度が１０４０〜１２５０℃となる一般的なものを使用する。また、モールドパウダーの消費量は０．２〜０．７ｋｇ／ｍ^２としている。

本発明の連続鋳造方法では、鋳型直下に設置した冷却ノズルで鋳片６の広面を冷却する際、即ち、鋳型５とフットロール７との間で鋳片６の広面側を冷却する際は、その鋳片６の広面側の水量密度を３．５〜７．９（ｍ^３／ｈ／ｍ^２）としている。
鋳型直下における鋳片６は、その表面温度が比較的高い状態にある。鋳片６の広面側の水量密度が３．５ｍ^３／ｈ／ｍ^２未満であると、鋳型５から出た部分の鋳片６の表面温度が高すぎ、脆化温度域であるとブレークアウトが発生する虞がある。一方、鋳片６の広面側の水量密度が７．９ｍ^３／ｈ／ｍ^２よりも大きいと、鋳片６の広面側の表面が冷却されて表面温度が低くなるものの、冷却による鋳片表面の収縮が大きすぎ、この影響により、フットロール７やサポートロール８と鋳片６との接触する部分で鋳片６の幅方向に引っ張り応力が発生して、縦割れが発生する虞がある。

このようなことから、本発明では、鋳型直下で鋳片６の広面を冷却するに際して、鋳片６の広面の水量密度を３．５〜７．９（ｍ^３／ｈ／ｍ^２）としている。
図２は、鋳片の縦割れのメカニズムを示したものである。説明の便宜上、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機１における円弧の中心Ｏに近い側を反基準側（内側）とし、反基準側とは対面する側を基準側（外側）と言い説明する。

さて、図２（ａ）に示すように、鋳片６が垂直部１０から曲げ部１１に移行するとき、垂直部１０と曲げ部１１との境界付近で鋳片６は鋳造方向に圧縮する。この鋳片６の圧縮は、鋳型直下の鋳片６に影響を及ぼし、図２（ｂ）に示すように、鋳型直下の鋳片６においても圧縮力が生じる。
図２（ｂ）に示すように、このように鋳型直下の鋳片６に圧縮力が生じている状況下で、鋳型直下の鋳片６を支えるロールと鋳型５とが圧縮力を増加させる方向にずれしまう（例えば、鋳型５に対して基準側にサポートロール８がずれてしまう）と、さらに、鋳型直下の鋳片６に圧縮が加わり、鋳型直下の鋳片６に縦割れが発生する。

つまり、垂直部１０と曲げ部１１との境界付近の曲げによる力と、鋳片６を支えるロールと鋳型５とのズレ（鋳型アライメントのズレ）による力とが合わさって、図２（ｃ）に示すように、鋳型直下の鋳片６において、反基準側の中央側に大きな圧縮力を作用させてしまうと、座屈によって鋳片６が幅方向に広がり、鋳片６に縦割れが生じる。
このようなことから、本発明では、鋳片６の曲げによって鋳片６の反基準側の中央側に生じる圧縮力が上流まで伝播する力と、上述した鋳型アライメントのズレから生じる力とを緩和することによって、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機１でも、鋳片６に縦割れが生じないようにしている。具体的には、本発明では、鋳型５とロールとの位置関係（鋳型アライメント）を設定することによって、上述したような縦割れとなる力が発生しないようにしている。

以下、鋳型アライメントについて詳しく説明する。
本発明では、まず、鋳型アライメントを設定するに際して、図３に示すように、鋳型５を側面から見たとき、基準側（外側）の稼働面（鋳片６を支える側の面）の下端から垂直に引いた第１垂直ラインＬ１を基準とし、この第１垂直ラインＬ１よりも反基準側（内側
）をマイナス側（−側）、第１垂直ラインＬ１よりも基準側（外側）をプラス側（＋側）とする。言い換えれば、鋳型５において基準側の稼働面（基準側の銅板の内壁）がサポートロール８よりも反基準側（内側）に出ている場合をプラス側とする。この実施形態では、図３に示すように、第１垂直ラインＬ１を基準（零点）としてプラスマイナスの数値で鋳型アライメントの大きさを表現しているが、鋳型アライメントの自体の大きさは、第１垂直ラインＬ１から離れるほど（絶対値が大きくなるほど）大きく、第１垂直ラインＬ１に近いほど（絶対値が小さくなるほど）小さいと言える。そのため、説明の便宜上、鋳型アライメントの大きさの説明（ズレ量の説明）では、絶対値の大きさを元に説明する。フットロール７の稼働面側と、鋳型５の稼働面とは同じ位置にある。

このように定義したうえで、本発明では、式（１）に示すように、基準側における鋳型５とロールとのズレ量ａを−０．６ｍｍ以上で−０．０１ｍｍ以下に設定している。

鋳型５とロールとのズレ量ａとは、鋳型５において基準側の稼働面と、鋳型５に最も近いサポートロール８（１番目のサポートロール８）の稼働面との差（段差）のことで、例えば、「−０．６ｍｍ」とは、１番目のサポートロール８の稼働面が垂直ラインよりも０．６ｍｍ内側であってマイナス側に位置していることを意味する。
式（１）に示すように、鋳型５とロールとのズレ量ａを、少なくとも−０．０１ｍｍとして、サポートロール８を鋳型５の稼働面よりも内側に位置させているため、鋳型直下の鋳片６には、上述したような圧縮力が緩和されることとなり、鋳片６の縦割れを防止することができる。なお、式（１）の右辺に示すように、基準側（外側）における鋳型５とサポートロール８とのズレ量ａは、−０．０１ｍｍとしているが、これは、０ｍｍを排除するための数値であり、実操業では「−０．０１ｍｍ」単位で設定が行い易いため、この値を採用している。

基準側における鋳型５とサポートロール８とのズレ量ａの絶対値が０．６ｍｍよりも大きく（絶対値を省くと、式（１）の左辺に示す数値が−０．６ｍｍよりも小さい）場合は、上述したような圧縮力は小さくなると考えられるものの、図４に示すように、凝固界面に働く反る力が大きくなり、鋳片６の表層部（表面）から３０ｍｍ以内の箇所に割れ（内部割れ）が発生してしまう虞がある。このようなことから式（１）の左辺に示す鋳型５とサポートロール８とのズレ量ａの値は、「−０．６ｍｍ」としている。

また、本発明では、基準側だけでなく、反基準側における鋳型アライメントを設定している。詳しくは、図３に示すように、鋳型５を側面から見たとき、反基準側の稼働面の下端から垂直に引いた第２垂直ラインＬ２を基準とし、この第２垂直ラインＬ２よりも反基準側をプラス側、第２垂直ラインＬ２よりも基準側をマイナス側とする。言い換えれば、鋳型５において反基準側の稼働面（反基準側の銅板の内壁）がロールよりも内側に出ている場合をプラス側とする。

このように定義したうえで、本発明では、式（２）に示すように、反基準側（内側）における鋳型５とロールとのズレ量[（ａ−ｂ）／２]を−０．３９ｍｍ以上で０．０１ｍｍ以下に設定している。

式（２）に示す「ｂ」とは、鋳型５において反基準側の稼働面と、１番目のサポートロール８の稼働面との段差のことである。式（２）に示すように、鋳型５の中心部分とサポートロール８とのズレ量[（ａ−ｂ）／２]を、少なくとも０．０１ｍｍとしているため、鋳型直下の鋳片６には、上述したような圧縮力が緩和されることとなり、鋳片６の縦割れを防止することができる。なお、式（２）の右辺に示すように、基準側（内側）における
鋳型５とロールとのズレ量[（ａ−ｂ）／２]は、０．０１ｍｍとしているが、これは、０ｍｍを排除するための数値であり、実操業では「０．０１ｍｍ」単位で設定が行い易いため、この値を採用している。

基準側（内側）における鋳型５とサポートロール８とのズレ量[（ａ−ｂ）／２]の絶対値が０．３９ｍｍよりも大きく（絶対値を除くと、式（２）の左辺に示す数値が−０．３９ｍｍよりも小さい）場合は、上述したような圧縮力は小さくなると考えられるものの、図４に示すように、凝固界面に働く反る力が大きくなり、鋳片６の表層部（表面）から３０ｍｍ以内の箇所に割れ（内部割れ）が発生してしまう虞がある。このようなことから式（２）の左辺に示す鋳型５とロールとのズレ量[（ａ−ｂ）／２]の値は「−０．３９ｍｍ」としている。

鋳型アライメントの設定は、鋳型５の稼働面とサポートロール８の稼働面とを一致させている状態（鋳型５の稼働面とサポートロール８の稼働面とが同一面状）で、式（１）及び式（２）を満たすように鋳型５のみを外側（基準側）に向けて動かしている。本発明の垂直曲げ型スラブ連続鋳造機１では、フットロール７が鋳型５と一体的となっていて鋳型５を移動させたときにフットロール７も同時に移動するようになっている。

なお、鋳型５とフットロール７とが別々に動かすことが出来る場合、上述したように、鋳型５における稼働面と１番目のサポートロール８の稼働面との段差で鋳型アライメントを設定する代わりに、鋳型５における稼働面と鋳型直下のフットロール７の稼働面との段差が、式（１）及び式（２）を満たすように鋳型アライメントを設定してもよい。言い換えれば、本発明の鋳型アライメントは、鋳型５の直下のロールであって、鋳型５に最も近い１番目のサポートロール８又はフットロール７と、鋳型５との段差を、式（１）及び式（２）を満たすようにすれば、上述したように鋳片６の縦割れや内部割れを防止することができる。また、垂直部１０の一部又は全部のロール（サポートロール８又はフットロール７）についても本発明で規定した鋳型アライメントを適用してもよい。

表１は、本発明の連続鋳造方法により鋳造を行った実施例と、本発明の連続鋳造方法とは異なる方法で鋳造を行った比較例とをまとめたものである。

実施例及び比較例の実施条件について説明する。
鋼中の成分について、[Ｃ]は０．１０〜０．１４質量％、[Ｓｉ]は０．２６〜０．３７質量％、[Ｍｎ]は１．２１〜１．５３質量％とした。鋳型５の上端から曲げ部１１までの垂直長さは２．９５ｍとし、このうち、鋳型５の垂直長さは０．９ｍとした。鋳型５は矩形状であって、鋳型５の下端における長辺の長さは２．１ｍ、鋳型５の下端における短辺の長さは０．２８ｍとした。鋳造速度は、１．０〜１．２ｍ／ｍｉｎとし、鋳片６を冷却する冷却ノズル及びタンディッシュ４の底部に設けた浸漬ノズルは当業者常法通りの一般的なものを使用した。

垂直曲げ型スラブ連続鋳造機１は８〜１０ｍ程度の長さ（鋳型５の上端から曲げ部１１の終わりまでの長さ）のものを対象とした。フットロール７及びサポートロール８の外径
は１５０〜２３０ｍｍ、ロールピッチは１８０〜２６０ｍｍとした。鋳型５内に供給するモールドパウダーは、１３００℃での粘度が０．０３〜０．２０[Pa・s]、凝固温度が１０４０〜１２５０℃となる一般的なものを使用した。また、モールドパウダーの消費量は０．２〜０．７ｋｇ／ｍ^２とした。モールドパウダーの組成は、ＣａＯが４１質量％、ＳｉＯ_２が３１質量％、Ａｌ_２Ｏ_３が４質量％、Ｎａ_２Ｏが９質量％、ＭｇＯが１質量％、Ｆが１０質量％、Ｔ．Ｃが４質量％とした。タンディッシュ４内の溶鋼温度は、液相線からのΔＴが２０〜３５℃とした。

鋳造後に鋳片６の磁粉探傷検査を実施して縦割れの長さを記録した。図５に示すように、磁粉探傷検査において縦割れの長さが１０ｍｍ以上である場合、割れの深さが１．５ｍｍ以上となるものが多いことが過去の操業により分かっている。割れの深さが１．５ｍｍ以上である場合、連続鋳造の下工程などで行われるホットスカーフなどの表面処理を施しても、例えば、製品厚が３０ｍｍ以上５０ｍｍ以下（圧下比５．６〜９．３）の製品では製品中に割れが残存してしまう（圧延後にその割れが残ることがある）ため、縦割れの長さが１０ｍｍ以上のものを、縦割れの不良であると判定し、１．５ｍｍ未満であるものを縦割れは良好であると判定した。また、内部割れは、例えば、鋳片６を鋳造方向の垂直に切断してサンプル片を取り出し、そのサンプル片を過硫酸アンモニウム水溶液(２０質量％)により腐食して内部割れが発生しているかどうかを目視にて判定した。なお、縦割れの判定も内部割れの判定も当業者常法通りに実施した。

実施例では、鋳型アライメントにおける基準側のズレ量ａが−０．６〜−０．０１ｍｍとし、反基準側のズレ量[（ａ−ｂ）／２]が−０．３９〜０．０１ｍｍとし、且つ、水量密度が３．５〜７．９（ｍ^３／ｈ／ｍ^２）としているため、縦割れの深さは１．５ｍｍ未満であり、内部割れも無く、ブレークアウトも発生しなかった。
一方、比較例では、鋳型アライメントにおける基準側のズレ量、反基準側のズレ量[（ａ−ｂ）／２]、水量密度のいずれかが、本発明の規定する条件に入っていないため、縦割れの深さが１．５ｍｍよりも大きくなると共に、内部割れが発生して、ブレークアウトも発生することがあった。

以上、本発明によれば、Ｃ含有量が０．１０〜０．１４質量％の鋼を、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機１によって鋳造するに際して、スラブの広面の水量密度を３．５〜７．９（ｍ^３／ｈ／ｍ^２）とし、鋳型５とロールとの位置関係を規定する鋳型アライメントを、式（１）及び式（２）を満たすように設定しているため、Ｃ含有量が０．１０〜０．１４質量％の鋼を垂直曲げ型スラブ連続鋳造機１によって鋳造するに際して、縦割れを抑制すると共にスムーズに鋳造を行うことができる。

ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１垂直曲げ型スラブ連続鋳造機
２溶鋼
３取鍋
４タンディッシュ
５鋳型
６鋳片（スラブ）
７フットロール
８サポートロール
１０垂直部
１１曲げ部

Claims

Ｃ含有量が０．１０〜０．１４質量％のスラブを、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機によって鋳造する連続鋳造方法において、
鋳型の直下でスラブの広面を冷却するに際して、前記スラブの広面に対する水量密度を３．５〜７．９（ｍ^３／ｈ／ｍ^２）とし、
前記鋳型とロールとの位置関係を規定する鋳型アライメントを、式（１）及び式（２）を満たすように設定することを特徴とする連続鋳造方法。
なお、垂直曲げ型スラブ連続鋳造機における曲げ部の円弧の中心Ｏに近い側を反基準側とし、反基準側とは対面する側を基準側とした上で、式（１）においては、鋳型を側面から見たとき、基準側における当該鋳型の稼働面の下端から第１垂直ラインＬ１を垂直に引き、この第１垂直ラインＬ１よりも反基準側をマイナス側、第１垂直ラインＬ１よりも基準側をプラス側とし、また、式（２）においては、鋳型を側面から見たとき、反基準側における当該鋳型の稼働面の下端から第２垂直ラインＬ２を垂直に引き、この第２垂直ラインＬ２よりも反基準側をプラス側、第２垂直ラインＬ２よりも基準側をマイナス側とする。