JP5910577B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造鋳片の厚み中心部に発生する成分偏析、つまり、中心偏析を抑制する鋼の連続鋳造方法に関する。

鋼の連続鋳造では、凝固の最終過程で、凝固収縮に伴って鋳片の引き抜き方向への未凝固溶鋼（「未凝固層」という）の吸引流動が生じる。この未凝固層には、炭素（Ｃ）、燐（Ｐ）、硫黄（Ｓ）、マンガン（Ｍｎ）などの溶質元素が濃化しており、この濃化溶鋼が鋳片中心部に流動して凝固すると、いわゆる中心偏析が発生する。凝固末期の濃化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や、鋳片支持ロールのロールアラインメントの不整合も挙げられる。

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する。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、より強い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高くなっている。

従って、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。そのなかで、内部に未凝固層を有する連続鋳造鋳片を連続鋳造機内で圧下する凝固末期軽圧下方法が、中心偏析を改善する上で特に効果的であることが知られている。ここで、「凝固末期軽圧下方法」とは、鋳片の凝固完了位置付近に圧下ロールを配し、この圧下ロールにより、連続鋳造中の鋳片を凝固収縮量に相当する程度の圧下速度で徐々に圧下し、鋳片中心部での空隙の発生や濃化溶鋼の流動を抑止し、これによって鋳片の中心偏析を抑制するという方法である。

この凝固末期軽圧下方法によって鋳片の中心偏析の発生を効果的に防止するためには、鋳片の最終凝固期間のうちで軽圧下を付与する期間の初めと終わりの時期、及び、そのときの圧下量を適切に設定することが肝要であり、さまざまな設定方法が提案されている。

例えば、特許文献１には、連続鋳造鋳片の末期凝固部で鋳片に軽圧下を加える連続鋳造方法において、軽圧下を付与する区間内での鋳片の単位時間あたりの圧下量を、圧下開始時の鋳片表面温度と、圧下位置での鋳片の未凝固層厚みと、で規定する連続鋳造方法が提案されている。

特許文献２及び特許文献３には、ブルーム鋳片の厚み中心部の固相率が０．１ないし０．３に相当する温度となる時点から流動限界固相率に相当する温度となる時点までの領域を複数のロール対で圧下しつつ連続鋳造する連続鋳造において、鋳片の厚み中心部の固相率が大きくなる鋳造方向下流側ほど鋳片の圧下速度を大きくする連続鋳造方法が提案されている。

また、特許文献４には、引き抜き中の鋳片に対して圧下力を加えつつ連続鋳造する鋼の連続鋳造において、鋳片の長手方向に垂直な断面形状の情報と、該断面における未凝固部形状の情報に基づいて、圧下条件を設定または調整する連続鋳造方法が提案されている。

特開平８−１３２２０３号公報 特開平３−９０２６３号公報 特開平３−９０２５９号公報 特開２００３−７１５５２号公報

ところで、本発明者らは、凝固末期軽圧下方法を適用したスラブ鋳片の連続鋳造において、鋳造する鋳片の厚みが異なる場合には、軽圧下を開始すべき時点及び軽圧下を終了すべき時点は鋳片厚みに影響されず変化しないが、鋳片に圧下力を付与する範囲（「軽圧下帯」という）における最適な圧下速度は鋳片厚みに応じて変化することを経験的な知見として得ていた。

スラブ鋳片の厚みは、圧延後の鋼製品の厚みと、この鋼製品の仕様上必要とされる圧延時の圧下比とで決まる。従って、新たな鋼製品の仕様が設定された場合には、その仕様に応じて鋳片の厚みを設定することになる。設定された厚みの鋳片が、それ以前に、軽圧下方法を適用して鋳造されたことがない場合には、その鋳片厚みに最適な軽圧下での圧下速度を新たに設定する必要があった。そのために、軽圧下帯の圧下勾配を数水準設定した実機での鋳造実験で最適圧下勾配をその都度決定しており、多大な時間と費用を要するという問題点があった。つまり、スラブ鋳片の厚みに応じた、最適な軽圧下の圧下勾配を簡便に求める方法の実現が課題であった。

ここで、「圧下勾配」とは、相対するロールのロール間の間隔（「ロール開度」という）が鋳造方向下流側に向かって順次狭くなるように設定されたロール開度の状態であり、通常、１ｍあたりのロール開度の狭め量（ｍｍ／ｍ）で表示される。この圧下勾配（ｍｍ／ｍ）と鋳片引き抜き速度（ｍ／ｍｉｎ）とを乗算した値が圧下速度（ｍｍ／ｍｉｎ）となる。

そこで、本発明者らが解決をしようとする上述の課題の視点に立って、前述の先行技術文献の有用性を検証した。

特許文献１は、軽圧下を効果的に実施するための指標として、鋳片の未凝固層厚みに着目している。これは、特許文献１によれば、鋳造下流側における圧下、即ち、鋳片の未凝固層厚みが小さい状態での圧下ほど、圧下ロールで設定した圧下量が鋳片の固液界面に伝わる割合（以下、「圧下効率」と呼ぶ）が小さくなるという知見に基づいている。しかし、本発明者らの経験では、中心偏析が顕在化するのは、未凝固層厚みがおよそ１０ｍｍ以下の鋳片の中心部の領域である。特許文献１の図１に示されている未凝固層厚みＤと単位時間あたりの必要圧下速度との関係によれば、未凝固層厚みが１０ｍｍと０ｍｍとで、必要圧下速度の差異は高々１０％程度である。また、特許文献１の［実施例］では１種類の鋳片厚み（２５０ｍｍ）の試験結果のみが記載されており、この特許文献１に記載された最適圧下条件が、異なる鋳片厚みの場合にも有効であるかは不明である。

特許文献２、３では、試験に供した鋳片のサイズは、厚み×幅が、３００ｍｍ×５００ｍｍ、１６２ｍｍ×１６２ｍｍ、３８０ｍｍ×５６０ｍｍの３種類に及んでいるが、何れも、ブルーム鋳片の軽圧下鋳造に関するものである。ブルーム鋳片はスラブ鋳片と比較して鋳片の引き抜き方向に直交した断面の幅と厚みとの比（幅／厚み）が小さいため、凝固末期の軽圧下の圧下効率はスラブ鋳片よりも小さくなる。その分、圧下量の設定は、凝固末期に近づくほど大きくなり、特許文献１のスラブ鋳片での例と比較すると約２〜３倍程度大きくなっている。この圧下条件は、スラブ鋳片の軽圧下にそのまま適用できるものではない。

また、特許文献１〜３は、鋳造の引き抜き方向に沿って軽圧下帯の圧下勾配を変化させているので、鋳片支持ロールのロール開度の設定が複雑であり、実機で実現するためには設備の構造も複雑にならざるを得ない。

特許文献４は、ブルーム鋳片が対象ではあるが、鋳片の長手方向に垂直な断面形状の情報、即ち、鋳片の幅と厚みとを利用している。しかし、鋳片の幅と厚みとの比をとり、これと鋳片の未凝固部分の幅と厚みとの比との比をとることで利用しており、鋳片の厚みそのものの値を用いて圧下条件を設定しているのではない。これは、ブルーム鋳片の場合、連続鋳造機内での鋳片の上下面での冷却の比、或いは、鋳片の左右面での冷却の比によっては、鋳片の未凝固層の形状が左右方向に扁平になる場合や、上下方向に扁平になる場合の両方があり、特許文献４は、これらの両方の場合のどちらにも応じて最適な軽圧下を可能とすることを目的としたものである。

本発明者らが課題としているスラブ鋳片の場合は、鋳片長辺が鋳片短辺に比較して格段に大きく、未凝固層の扁平方向が変化することはなく、常に、鋳片の左右方向に扁平である。従って、本発明者らの課題に対する特許文献４の有用性は小さい。

このように、特許文献１〜４の何れも、本発明者らの課題の解決につながるものではなく、新たな手段の開発が必要であった。

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、スラブ鋳片の厚みに応じて軽圧下条件を設定することができ、これにより、圧下量不足による鋳片中心偏析の発生や、過剰な圧下量による鋳片内部割れの発生を防止することのできる、鋼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］鋳片の厚みが１６０〜３５０ｍｍ、幅が１６００〜２４００ｍｍで、厚みに対する幅の比（幅／厚み）が４〜１５である鋳片の、鋳片厚み中心部の固相率が０．１に相当する温度となる時点から鋳片厚み中心部の固相率が流動限界固相率に相当する温度となる時点までの領域を、鋳片に圧下力を付与する複数の鋳片支持ロール対が配置された軽圧下帯で圧下しながら連続鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、鋳造対象の鋳片の厚み、前記軽圧下帯の圧下勾配、鋳片の引き抜き速度が、下記の（１）式及び下記の（２）式の関係を満足することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
０．３／(Ｖ×α)＜Ｚ＜１．５／(Ｖ×α)・・・（１）
α＝（β×(Ｄ／Ｄｏ)＋γ）・・・（２）
但し、（１）式及び（２）式において、Ｖは鋳片引き抜き速度（ｍ／ｍｉｎ）、αは厚み係数（−）、Ｚは圧下勾配（ｍｍ／ｍ）、Ｄは鋳造対象の鋳片の鋳型直下での厚み（ｍｍ）、Ｄｏは基準鋳片の鋳型直下での厚み（ｍｍ）であり、β及びγは、鋳造対象の鋳片の幅Ｗ（ｍｍ）によって定まる係数であり、下記に鋳片の幅Ｗの範囲別に示す。
１６００≦Ｗ≦１８００では、β＝−０．６１、γ＝１．５４
１８００＜Ｗ≦２０００では、β＝−０．６０、γ＝１．５７
２０００＜Ｗ≦２２００では、β＝−０．５８、γ＝１．５８
２２００＜Ｗ≦２４００では、β＝−０．５３、γ＝１．５４
［２］鋳造対象の鋳片の厚み及び鋳片の総圧下量が、下記の（３）式の関係を満足することを特徴とする、上記［１］に記載の鋼の連続鋳造方法。
Ｒｔ＜(Ｄ／Ｄｏ)×(１０／α)・・・（３）
但し、（３）式におけるＲｔは鋳片の総圧下量（ｍｍ）、Ｄは鋳造対象の鋳片の鋳型直下での厚み（ｍｍ）、Ｄｏは基準鋳片の鋳型直下での厚み（ｍｍ）、αは厚み係数（−）である。

本発明によれば、スラブ鋳片の中心偏析を軽減するべく、連続鋳造中の鋳片に軽圧下帯で凝固収縮量に相当する程度の圧下量を付与して鋼鋳片を連続鋳造するにあたり、鋳造対象の鋳片の厚み、軽圧下帯の圧下勾配、鋳片引き抜き速度が上記（１）式及び（２）式の関係を満足する範囲内となるように、圧下条件を設定するので、鋳片の厚みが異なる場合においても、複数の水準からなる実機実験を行うといった多大な時間と費用をかけることなく、最適な圧下条件を簡便に求めることができ、多様な仕様の鋼製品製造の要求に迅速に対処することが可能となり、工業上有益な効果がもたらされる。

本発明を実施する際に用いたスラブ連続鋳造機の側面概略図である。 スラブ連続鋳造機の軽圧下帯を構成するロールセグメントの１例を示す概略図であり、連続鋳造機の側方から見た概略図である。 図２に示すロールセグメントを鋳片鋳造方向と直交する断面で見た概略図である。

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、本発明を実施する際に用いたスラブ連続鋳造機の側面概略図である。

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。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。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。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール６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１０は引き抜かれながら冷却されるようになっている。また、鋳造方向最終の鋳片支持ロール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を挟んで相対する鋳片支持ロール間の間隔（この間隔を「ロール開度」と呼ぶ）を鋳造方向下流側に向かって順次狭くなるように設定された、つまり圧下勾配（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開度の状態）が設定された、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の各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。軽圧下帯１４に配置される鋳片支持ロール６は圧下ロールとも呼ばれる。

尚、通常、圧下勾配は、鋳造方向１ｍあたりのロール開度の絞り込み量、つまり「ｍｍ／ｍ」で表示されており、従って、軽圧下帯１４における鋳片１０の圧下速度（ｍｍ／ｍｉｎ）は、この圧下勾配（ｍｍ／ｍ）に鋳片引き抜き速度（ｍ／ｍｉｎ）を乗算することで得られる。

図１に示すスラブ連続鋳造機１においては、軽圧下帯１４は、３対の鋳片支持ロール６を１組とするロールセグメントが鋳造方向に３基つながって構成されている。但し、本発明において、軽圧下帯１４を３基のロールセグメントで構成する必要はなく、軽圧下帯１４を構成するロールセグメントは、１基であってもまた２基であっても構わず、更には４基以上であっても構わない。また、それぞれのロールセグメントは３対の鋳片支持ロール６で構成されているが、１つのロールセグメントを構成する鋳片支持ロール６は、２対以上であれば幾つであっても構わない。

図２、図３に、軽圧下帯１４を構成するロールセグメントの１例を示す。図２、図３は、圧下ロールとして５対の鋳片支持ロール６が１つのロールセグメント１５に配置された例を示す図であり、図２は、連続鋳造機の側方から見た概略図、図３は、鋳片鋳造方向と直交する断面で見た概略図である。

図２及び図３に示すように、ロールセグメント１５は、ロールチョック２１を介して５対の鋳片支持ロール６を保持した１対のフレーム１６及びフレーム１６′からなり、フレーム１６及びフレーム１６′を貫通させて合計４本（上流側の両サイド及び下流側の両サイド）のタイロッド１７が配置されている。このタイロッド１７に設置されているウオームジャッキ１９をモーター２０にて駆動させることにより、フレーム１６とフレーム１６′との間隔の調整、つまり、ロールセグメント１５における圧下勾配の調整が行われるようになっている。この場合、ロールセグメント１５に配置される５対の鋳片支持ロール６のロール開度が一括して調整される。

鋳造中は、ウオームジャッキ１９は未凝固層を有する鋳片１０の溶鋼静圧によってセルフロックされ、鋳片１０のバルジング力に対抗しており、鋳片１０が存在しない条件下で、つまり、ロールセグメント１５に設置される鋳片支持ロール６に鋳片１０からの負荷が作用しない条件下で、圧下勾配の調整が行われるように構成されている。ウオームジャッキ１９によるフレーム１６′の移動量は、ウオームジャッキ１９の回転数により測定・制御されており、ロールセグメント１５の圧下勾配がわかるようになっている。

また、タイロッド１７には、フレーム１６′とウオームジャッキ１９との間に皿バネ１８が設置されている。皿バネ１８は、１個の皿バネで構成されるものではなく、複数個の皿バネを重ねて構成されるものである（多数個の皿バネを重ねるほど剛性が高くなる）。この皿バネ１８は、皿バネ１８に或る所定の荷重以上の負荷荷重が作用しない場合には収縮せずに一定の厚みを呈しているが、或る所定の負荷荷重が作用した場合に収縮し始め、或る所定の負荷荷重を超えた以降は負荷荷重に比例して収縮するように構成されている。

例えば、鋳片１０がロールセグメント１５の範囲内で凝固完了した場合には、凝固完了した鋳片１０を圧下することによってロールセグメント１５に過大な荷重が負荷されるが、このような過大な荷重が負荷される場合には、皿バネ１８が収縮することで、フレーム１６′が開放し、つまり、ロール開度が拡大し、ロールセグメント１５に過大な荷重が負荷されないように構成されている。尚、下面側のフレーム１６は、連続鋳造機の基礎に固定されていて鋳造中には移動しないように構成されている。

図示はしないが、軽圧下帯１４以外に配置される鋳片支持ロール６もロールセグメント構造となっている。

軽圧下帯１４は、このようなロールセグメント構造であるので、それぞれのロールセグメントに配置される３対の鋳片支持ロール６のロール開度が一括して調整される。この場合、ウオームジャッキによる上フレーム（フレーム１６′に相当）の移動量は、ウオームジャッキの回転数により測定・制御されており、それぞれのロールセグメントの圧下勾配がわかるようになっている。

この構成のスラブ連続鋳造機１においては、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９は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１１を形成し、内部に未凝固層１２を有する鋳片１０として、鋳型５の下方に設けた鋳片支持ロール６に支持されつつ、鋳型５の下方に連続的に引き抜かれる。鋳片１０は、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によって切断されて鋳片１０ａとなる。

本発明においては、軽圧下帯１４では、少なくとも、鋳片厚み中心部の固相率が０．１に相当する温度となる時点から鋳片厚み中心部の固相率が流動限界固相率に相当する温度となる時点まで、鋳片１０を圧下する。流動限界固相率は０．７ないし０．８といわれており、従って、鋳片厚み中心部の固相率が０．７ないし０．８となるまでは圧下する。従って、鋳片厚み中心部の固相率が０．８以上となるまで圧下すれば問題はない。鋳片厚み中心部の固相率が流動限界固相率を超えた以降は、未凝固層１２は移動しないので、軽圧下を行う意味がない。もちろん、軽圧下の効果は得られないが、流動限界固相率を超えた以降も軽圧下しても構わない。一方、鋳片厚み中心部の固相率が０．１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、中心偏析軽減効果を十分に得ることができない。従って、鋳片厚み中心部の固相率が０．１となるまでに軽圧下を開始する。

鋳片厚み中心部の固相率は、二次元伝熱凝固計算によって求めることができる。ここで、固相率とは、凝固開始前を固相率＝０、凝固完了時を固相率＝１．０と定義されるものであり、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１３に該当する。

溶鋼９の凝固末期において、所定の圧下速度で鋳片１０を軽圧下することによって鋳片１０の中心偏析が低減することは、一般的に良く知られている。しかし、軽圧下を行う際、圧下による凝固シェル１１の変形により、鋳片表面に加えた圧下量よりも、鋳片１０の凝固界面に伝わる圧下量の方が小さくなることがあるため、設定通りの圧下速度に制御できない場合がある。ここで、鋳片表面に加えた圧下量に対する、鋳片１０の凝固界面に伝わる圧下量の比率を圧下効率という。

この圧下効率の大小に影響を及ぼす要因として、特に、凝固シェル１１の厚みの寄与が大きく、凝固シェル１１の厚みが大きくなると、圧下効率は小さくなる傾向である。つまり、鋳片１０への軽圧下は凝固末期に行われるので、外形の厚みが大きい鋳片１０ほど軽圧下時での凝固シェル１１の厚みが大きくなり、軽圧下での圧下効率は小さくなる。鋳片１０の外形の厚みは、鋳型出口でのキャビティの鋳型短辺に沿った厚みで決まる。

本発明者らは、鋳片幅が２１００ｍｍの一定で、鋳片厚みが１６０〜３５０ｍｍである鋳片１０を連続鋳造する場合に、何れの鋳片厚みであっても最適圧下条件での軽圧下によって中心偏析を軽減することを目的として、先ず、厚みが２００ｍｍの鋳片１０を連続鋳造する際の軽圧下帯１４における圧下勾配の最適範囲を実機での鋳造実験によって求めた。その結果、厚みが２００ｍｍの鋳片１０での最適圧下勾配は、下記の（４）式の範囲であることがわかった。
０．３／Ｖ＜Ｚ＜１．５／Ｖ・・・（４）
但し、（４）式において、Ｖは鋳片引き抜き速度（ｍ／ｍｉｎ）、Ｚは圧下勾配（ｍｍ／ｍ）である。

次に、圧下効率に及ぼす鋳片１０の厚みの影響による補正分を（４）式に組み込むために、鋳片厚みが１６０〜３５０ｍｍの間で、軽圧下時の鋳片１０の変形に関する数値シミュレーションを行った。そして、そのシミュレーション結果から鋳片１０の厚みと圧下効率との関係を求め、鋳片厚みの一次の近似式として、厚み係数αを下記の（５）式として導出した。
α＝（−０．５８×(Ｄ／Ｄｏ)＋１．５８）・・・（５）
但し、（５）式において、Ｄは鋳造対象の鋳片の鋳型直下での厚み（ｍｍ）、Ｄｏは基準鋳片の鋳型直下での厚み（ｍｍ）である。

厚み係数αの値は、鋳片厚みＤが大きいほど小さくなる。これは、鋳片厚みＤが大きくなるほど圧下効率が小さくなることを表している。尚、基準鋳片の鋳型直下での厚みＤｏは、（５）式の圧下効率αが１となる鋳片厚みであり、２１００ｍｍ幅のスラブ鋳片の場合にはＤｏは１８７ｍｍであった。

鋳造対象の鋳片１０の厚みが基準厚みの１８７ｍｍと異なることで、この鋳片厚みの変化によって圧下効率が（５）式で表される割合で変化する。本発明では、この鋳片厚みの変化に伴う圧下効率の変化分を、軽圧下帯１４の圧下勾配を調整することによって補うこととした。具体的には、圧下効率が小さくなれば圧下勾配を大きくし、逆に、圧下効率が大きくなれば圧下勾配を小さくすることで、圧下効率の変化分を補うこととした。つまり、（５）式に示す厚み係数αを（４）式に組み込み、鋳片引き抜き速度、厚み係数α、圧下勾配の関係式として下記の（１）式を得た。

０．３／(Ｖ×α)＜Ｚ＜１．５／(Ｖ×α)・・・（１）
鋳片幅が２１００ｍｍで、鋳片厚みが１６０〜３５０ｍｍである鋳片１０を連続鋳造する場合、上記のようにして求めた（１）式及び（５）式に準拠することで、鋳片厚みが増加または減少することに起因する圧下効率の変化が防止され、鋳片１０での中心偏析、ポロシティの発生を防止し、また、圧下過剰による鋳片１０での逆Ｖ偏析や内部割れの発生を防止することができる。

但し、（５）式の厚み係数αは鋳片幅が２１００ｍｍ一定の鋳片１０における値であり、一方、スラブ連続鋳造機１で鋳造される鋳片１０の幅は１６００〜２４００ｍｍと広範囲である。そこで、鋳片１０の厚みが１６０〜３５０ｍｍ、幅が１６００〜２４００ｍｍで、厚みに対する幅の比（幅／厚み）が４〜１５である鋳片の全範囲において厚み係数αを求めることとした。

軽圧下帯１４での軽圧下時の圧下抵抗の主体は、鋳片短辺側の凝固の完了した部位である。この部位の鋳片幅方向の長さの絶対値は、鋳片１０の厚みが同じ場合には、鋳片１０の幅の大小には関係せずにほぼ同等になる。尚、内部に未凝固層１２が存在する範囲は、未凝固層１２が存在することから圧下抵抗は小さく、鋳片短辺側両端部の凝固の完了した部位に比較して無視できるほど小さい。

つまり、例えば、１６００ｍｍ幅の鋳片の場合には、２１００ｍｍ幅の鋳片の場合よりも、鋳片短辺側の凝固の完了した部位の鋳片幅に対する割合が大きくなり、これにより、１６００ｍｍ幅の鋳片の方が２１００ｍｍ幅の鋳片よりも圧下抵抗が大きくなる。従って、軽圧下帯１４の圧下勾配が１６００ｍｍ幅の鋳片と２１００ｍｍ幅の鋳片とで同一の場合には、１６００ｍｍ幅の鋳片では、圧下抵抗による反力が皿バネ１８の設定応力を上回り、ロール開度が拡大して、設定した圧下勾配よりも実際の圧下勾配が小さくなることが起こり得る。

そこで、鋳片幅が１７００ｍｍ、１９００ｍｍ、２３００ｍｍの場合についても、２１ｍｍ幅の鋳片で行った数値シミュレーションと同様の数値シミュレーションを行い、厚み係数αを求めた。

その結果、厚み係数αを、β及びγを鋳造対象の鋳片の幅Ｗ（ｍｍ）によって定まる係数とする下記の（２）式で表した場合に、
α＝（β×(Ｄ／Ｄｏ)＋γ）・・・（２）
β及びγは鋳造対象の鋳片の幅Ｗ（ｍｍ）応じて、
１６００≦Ｗ≦１８００では、β＝−０．６１、γ＝１．５４
１８００＜Ｗ≦２０００では、β＝−０．６０、γ＝１．５７
２２００＜Ｗ≦２４００では、β＝−０．５３、γ＝１．５４
となることがわかった。

ここで、２０００＜Ｗ≦２２００では、（５）式に示すように、β＝−０．５８、γ＝１．５８である。尚、（２）式における基準鋳片の鋳型直下での厚みＤｏは、１６００〜２４００ｍｍ幅のスラブ鋳片において、何れの幅のスラブ鋳片であっても、２１００ｍｍ幅のスラブ鋳片の場合と同様に１８７ｍｍであった。

ところで、軽圧下は、最終凝固部の濃化溶鋼の流動を防止する効果がある一方で、圧下によって鋳片１０を変形させるので、凝固界面での内部割れを発生させる場合がある。この内部割れの発生は、凝固界面に加えられた歪みの累積値が一定以上に達すると発生することが知られている。

そこで、本発明者らは、軽圧下によって鋳片１０に加える総圧下量と、内部割れ発生有無との関係を実機試験によって調査した。その結果、鋳片１０の内部割れを防止するためには、鋳片１０の総圧下量及び鋳造対象の鋳片の厚みが、下記の（３）式の関係を満足することが好ましいことを確認した。
Ｒｔ＜(Ｄ／Ｄｏ)×(１０／α)・・・（３）
但し、（３）式におけるＲｔは鋳片の総圧下量（ｍｍ）である。

即ち、本発明では、鋳造対象の鋳片１０の厚み、軽圧下帯１４の圧下勾配、鋳片の引き抜き速度が、上記の（１）式及び（２）式の関係を満足する範囲内となるように、圧下条件を設定して連続鋳造することを必須とし、その際に、好ましくは鋳片１０の総圧下量及び鋳造対象の鋳片の厚みが上記の（３）式の関係を満足する範囲に設定する。

また、連続鋳造操業の種々の鋳造条件において、予め二次元伝熱凝固計算などを用いて凝固シェル１１の厚み並びに鋳片厚み中心部の固相率を求め、軽圧下帯１４に入る時点での鋳片厚み中心部の固相率が０．１以下になり、且つ、軽圧下帯１４を出る時点での鋳片厚み中心部の固相率が流動限界固相率以上になるように、二次冷却水量または鋳片引き抜き速度を調整する。

以上説明したように、本発明によれば、連続鋳造中の鋳片１０に凝固収縮量に相当する程度の圧下量を付与しつつ連続鋳造するにあたり、鋳造対象の鋳片１０の厚み、軽圧下帯１４の圧下勾配、鋳片引き抜き速度が上記（１）式及び（２）式の関係を満足する範囲内となるように、圧下条件を設定するので、鋳片１０の厚みが異なる場合においても、最適な圧下条件を簡便に求めることができ、多様な仕様の鋼製品製造の要求に迅速に対処することが可能となる。

以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明する。

試験に用いた連続鋳造機は、図１に示す連続鋳造機１と同様である。この連続鋳造機を用いて、低炭素アルミキルド鋼の鋳造を行った。表１に、本発明の実施形態に係る連続鋳造方法での、２００ｍｍ、２５０ｍｍ、３００ｍｍの３種類の鋳片厚みでの鋳造条件、及び、鋳造された鋳片における中心偏析度、ポロシティの有無、内部割れの有無の調査結果を示す。また、表１には、それぞれの鋳片厚みで本発明の範囲外の条件で、比較例として行った試験での鋳造条件及び調査結果も併せて示す。鋳片の幅は全ての試験で２１００ｍｍである。

試験の評価に用いた鋳片の中心偏析度は、以下の方法によって測定した。即ち、鋳片の引き抜き方向に直交した断面において、鋳片の厚み方向に沿って等間隔で炭素濃度を分析し、その厚み方向での最大値をＣ_maxとし、鋳造中にタンディッシュ内から採取した溶鋼で分析した炭素濃度を、Ｃ₀として、Ｃ_max／Ｃ₀を中心偏析度とした。従って、中心偏析度が１．０に近いほど中心偏析の少ない良好な鋳片であることを示す。本発明では、中心偏析度が１．１０以上の鋳片は中心偏析の程度が悪いという判定を行った。

鋳片のポロシティ及び内部割れは、鋳片の引き抜き方向に直交した断面において、鋳片厚みの中央部付近の顕微鏡観察を行い、これらの有無を判定した。

それぞれの鋳片厚みでの鋳片引き抜き速度は、少なくとも、鋳片の厚み中心部での固相率が０．１から流動限界固相率までの区間の鋳片が軽圧下帯に位置するように設定した上で、試験番号１〜３、試験番号６〜８、試験番号１１〜１３では、上記の（１）式及び（２）式を満足するように圧下勾配を設定した。また、比較例として行った、試験番号４、９、１４では、（１）式及び（２）式で定められる圧下勾配の最適範囲上限を上回る圧下勾配を設定し、また、試験番号５、１０、１５では、（１）式及び（２）式で定められる圧下勾配の最適範囲下限を下回る圧下勾配を設定した。更に、試験番号４、９では、併せて、総圧下量が（３）式の上限値を上回る値となるように圧下勾配を設定した。

表１に示す中心偏析度から明らかなように、本発明の範囲内である試験番号１〜３、試験番号６〜８、試験番号１１〜１３では、中心偏析度は何れも１．１０未満であり良好であった。また、鋳片にポロシティ及び内部割れは観察されなかった。

比較例として行った試験番号４では、（１）式及び（２）式で求められる最適圧下勾配は０．２〜１．１ｍｍ／ｍであったが、圧下勾配を１．５ｍｍ／ｍと過大としたことから、中心偏析度は１．１０を超えた。また、総圧下量も過大であり、鋳片に内部割れが発生した。同様に試験番号９、１４も圧下勾配が過大であり、中心偏析度は高く、一部に逆Ｖ偏析も確認された。

また、試験番号１５では、（１）式及び（２）式で求められる最適圧下勾配は０．６〜３．１ｍｍ／ｍであったが、圧下勾配を０．５ｍｍ／ｍとしたことから、圧下勾配が不足し、中心偏析度は１．１０を超え、鋳片の内部にポロシティも観察された。同様に、試験番号５、１０においても圧下勾配が過小であり、中心偏析の程度は悪かった。

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 ロールセグメント
１６ フレーム
１７ タイロッド
１８ 皿バネ
１９ ウオームジャッキ
２０ モーター
２１ ロールチョック

Claims (2)

1. 鋳片の厚みが１６０〜３５０ｍｍ、幅が１６００〜２４００ｍｍで、厚みに対する幅の比（幅／厚み）が４〜１５である鋳片の、鋳片厚み中心部の固相率が０．１に相当する温度となる時点から鋳片厚み中心部の固相率が流動限界固相率に相当する温度となる時点までの領域を、鋳片に圧下力を付与する複数の鋳片支持ロール対が配置された軽圧下帯で圧下しながら連続鋳造する鋼の連続鋳造方法であって、
   鋳造対象の鋳片の厚み及び幅に基づいて下記の（２）式を用いて厚み係数（α）を求め、求めた厚み係数（α）及び鋳片の引き抜き速度に基づいて下記の（１）式を用いて前記軽圧下帯の圧下勾配（Ｚ）の範囲を求め、求めた圧下勾配（Ｚ）の範囲内に前記軽圧下帯の圧下勾配（Ｚ）を鋳造前に設定することを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
   ０．３／(Ｖ×α)＜Ｚ＜１．５／(Ｖ×α)・・・（１）
   α＝（β×(Ｄ／Ｄｏ)＋γ）・・・（２）
   但し、（１）式及び（２）式において、Ｖは鋳片引き抜き速度（ｍ／ｍｉｎ）、αは厚み係数（−）、Ｚは圧下勾配（ｍｍ／ｍ）、Ｄは鋳造対象の鋳片の鋳型直下での厚み（ｍｍ）、Ｄｏは基準鋳片の鋳型直下での厚み（ｍｍ）であってＤｏは１８７ｍｍであり、β及びγは、鋳造対象の鋳片の幅Ｗ（ｍｍ）によって定まる係数であり、下記に鋳片の幅Ｗの範囲別に示す。
   １６００≦Ｗ≦１８００では、β＝−０．６１、γ＝１．５４
   １８００＜Ｗ≦２０００では、β＝−０．６０、γ＝１．５７
   ２０００＜Ｗ≦２２００では、β＝−０．５８、γ＝１．５８
   ２２００＜Ｗ≦２４００では、β＝−０．５３、γ＝１．５４
2. 鋳造対象の鋳片の厚み及び鋳片の総圧下量が、下記の（３）式の関係を満足することを特徴とする、請求項１に記載の鋼の連続鋳造方法。
   Ｒｔ＜(Ｄ／Ｄｏ)×(１０／α)・・・（３）
   但し、（３）式におけるＲｔは鋳片の総圧下量（ｍｍ）、Ｄは鋳造対象の鋳片の鋳型直下での厚み（ｍｍ）、Ｄｏは基準鋳片の鋳型直下での厚み（ｍｍ）であってＤｏは１８７ｍｍ、αは厚み係数（−）である。

Images