JP6075336B2 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造中の鋳片を凝固収縮量に相当する程度の圧下量で徐々に圧下して鋳片の厚み中心部に発生する成分偏析を抑制する連続鋳造方法に関する。

連続鋳造中の鋳片の凝固過程では凝固収縮が起こり、この収縮に伴って生成する負圧を解消するべく、未凝固溶鋼が鋳片の引き抜き方向に吸引され、最終凝固部である鋳片の厚み中心部に向かって流動し、鋳片の厚み中心部に集積する。この未凝固溶鋼は、炭素（Ｃ）、燐（Ｐ）、マンガン（Ｍｎ）、硫黄（Ｓ）などの溶質元素が濃縮（「濃化溶鋼」という）しており、鋳片の厚み中心部に集積した濃化溶鋼が凝固することで、周囲よりも溶質元素が濃化した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、溶鋼静圧による鋳片のロール間でのバルジング（膨らみ）や、鋳片支持ロールのロールアライメントの不整合なども挙げられる。

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大きくなっている。

したがって、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、効果的な方法として、未凝固層を有する連続鋳造中の凝固末期の鋳片を、複数対の鋳片支持ロールによって凝固収縮量に相当する程度の少ない圧下量で徐々に圧下しながら鋳造する凝固末期軽圧下方法（例えば、特許文献１を参照）、及び、未凝固層を有する凝固末期の鋳片を、１対または２〜３対の圧下ロールで１０ｍｍ程度またはそれ以上を圧下する凝固末期大圧下方法（例えば、特許文献２を参照）が行われている。

上記の凝固末期軽圧下方法は、鋳片の凝固完了位置付近の鋳造方向に圧下ロール群（「軽圧下帯」という）を配置し、この圧下ロール群によって連続鋳造中の鋳片を凝固収縮量に相当する程度の圧下量で徐々に圧下し、具体的には、０．３〜１．５ｍｍ／ｍｉｎ程度の低い圧下速度で徐々に圧下し、鋳片中心部での空隙の形成を防止し、これによって濃化溶鋼の流動を抑止して鋳片の中心偏析を抑制するという技術である。一方、凝固末期大圧下方法は、鋳片の凝固完了位置付近に配置した１対または２〜３対の圧下ロールで鋳片を圧下し、デンドライト樹間に存在する濃化溶鋼を鋳造方向の上流側に排出させ、これによって鋳片の中心偏析を抑制するという技術である。

この凝固末期軽圧下方法では、圧下量が不足すると中心偏析や内質欠陥の生成防止が不十分となり、一方、圧下量が大き過ぎると内部割れが発生し、却って鋳片の内質を悪化させる。つまり、凝固末期軽圧下方法では、圧下量を凝固収縮量が補償される程度の範囲に適正に制御することが重要となる。

また、凝固末期軽圧下方法を適用する場合、鋳片の短辺側は凝固が完了しており、この部分が圧下抵抗となり、鋳片幅中央部に所定の圧下力が付与されにくくなるのみならず、ロールに過大の負荷が掛かり、軽圧下帯のロール寿命が低下するという問題が起こる。そこで、鋳片の短辺側を圧下せずに、鋳片幅中央部に所定の圧下力を付与する凝固末期軽圧下方法がいくつか提案されている。

例えば特許文献３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、意図的にバルジング力を作用させて、鋳片の幅方向中央部の未凝固層の厚みを増大させ、その後、前記液相線クレータエンドと鋳片の固相線クレータエンドとの間で鋳片長辺面を、凝固収縮量に相当する程度の圧下量で圧下する技術が提案されている。この技術では、鋳片長辺面の短辺側は、鋳片短辺面に拘束されていることからバルジングせず、鋳片長辺面の中央部のみがバルジングするので、鋳片長辺面の短辺側は圧下されず、軽圧下帯のロールへの負荷荷重を増大させることなく、鋳片に所定量の圧下量を付与することが可能となる。

また、特許文献４には、鋳片厚み中心部の固相率が０．７〜１．０の範囲のクロム系ステンレス鋼鋳片を軽圧下帯で圧下するにあたり、対面する圧下ロールの形状を一方は固定圧下ロールのフラットロールとし、他方の側は移動圧下ロールの凸型クラウンロールとし、該凸型クラウンロールの凸型部分を鋳片幅よりも狭く且つロール径よりも７〜１２ｍｍ突出させ、前記鋳片の長辺面を圧下する技術が提案されている。この技術では、鋳片長辺面の短辺側は圧下されず、鋳片に所定量の圧下を付与することが可能となる。

特開昭４９−１２１７３８号公報 特開平９−５７４１０号公報 特開昭６０−６２５４号公報 特開２００３−９４１５４号公報

しかしながら、上記特許文献３及び特許文献４には以下の問題がある。

即ち、特許文献３は、鋳片長辺面を意図的にバルジングさせる際のバルジング量を規定しておらず、バルジング量が大きくなるほど、鋳片長辺面の短辺側の圧下されない範囲は拡大するが、その反面、バルジングさせることによって鋳片に内部割れの発生頻度が高くなる。つまり、特許文献３では、鋳片に内部割れの発生が懸念され、一方、バルジング量が少ない場合には、鋳片の中心偏析軽減のためには鋳片長辺面の短辺側も圧下せざるを得ず、ロールへの負荷荷重が増大する虞がある。

特許文献４は、鋳片長辺面つまり鋳片幅に対して、凸型クラウンロールの凸型部分の幅を規定しておらず、凸型部分の幅を鋳片幅に対して小さくし過ぎた場合には、内部に未凝固層を有する鋳片の端部側と凸型クラウンロールとが非接触となる範囲が広くなり、この非接触の部位で鋳片にバルジングが発生して、この部分の内質が悪化する可能性がある。一方、凸型部分の幅を鋳片幅に対して広くし過ぎた場合には、剛性が高く、圧下抵抗の大きい鋳片長辺面の短辺側も圧下され、中心偏析が軽減されない場合も発生する。また、圧下量が大きい場合には、鋳片表面の圧下される部分と圧下されない部分との境界位置に、表面疵の発生する可能性がある。

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、鋳片の中心偏析を軽減するべく、凸型クラウンロールで構成される軽圧下帯で連続鋳造中の鋳片を凝固収縮量に相当する程度の圧下量で徐々に圧下しながら連続鋳造するにあたり、凸型クラウンロールの凸型部分の幅及び凸型部分の突出高さを適正に設定し、大きな圧下荷重を必要とせずに比較的小さい圧下荷重で、設定した値の圧下量を鋳片に確実に付与することができ、その結果、効率的に鋳片の中心偏析を低減することのできる、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］連続鋳造機の複数対の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に増加させて内部に未凝固層を有する矩形の鋳片の長辺面厚みを鋳型出口での鋳片長辺厚みの０．１〜３．０％の範囲の総バルジング量で拡大させ、
その後、複数対の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に減少させた軽圧下帯で、該軽圧下帯における総圧下量が前記総バルジング量の０．５倍〜１．５倍の範囲内となるように、鋳片厚み中心部の固相率が少なくとも０．２から０．９までの範囲の鋳片の長辺面を、０．３０〜２．００ｍｍ／ｍｉｎの圧下速度で圧下する鋼の連続鋳造方法であって、
前記軽圧下帯には、対向するロールの形状を、一方はフラットロールとし、他方は、鋳片と接触する凸型部分がロール径よりも突出し且つ凸型部分が鋳片幅よりも狭い凸型クラウンロールとする鋳片支持ロールが配置され、
前記凸型クラウンロールの凸型部分の幅が、前記総バルジング量、前記総圧下量及び鋳片幅に対して下記の（１）式の関係を満足し、且つ、前記凸型部分の突出高さが、前記総圧下量に対して下記の（２）式の関係を満足するように構成されていることを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
Ｗ_SL−３００×Ｒ_total／δ_IB＜Ｗ_RO＜Ｗ_SL−１００×Ｒ_total／δ_IB・・・（１）
ΔＤ_RO＞Ｒ_total・・・（２）
但し、（１）式及び（２）式において、Ｗ_SLは、鋳片幅（ｍｍ）、Ｒ_totalは、総圧下量（ｍｍ）、δ_IBは、総バルジング量（ｍｍ）、Ｗ_ROは、凸型クラウンロールの凸型部分の幅（ｍｍ）、ΔＤ_ROは、凸型クラウンロールの凸型部分の突出高さ（ｍｍ）である。

本発明によれば、軽圧下帯に設置した、凸型クラウンロールからなる鋳片支持ロールの凸型部分の幅を（１）式を満足する範囲内とし、且つ、凸型部分の突出高さを（２）式を満足する範囲内とするので、凸型部分で圧下する範囲が未凝固層の範囲から大きく外れることがなくなり、また、鋳片の強制的にバルジングさせた部分のみを効果的に圧下し、凸型クラウンロールからなる鋳片支持ロールによる鋳片表面の擦り傷などを防止することが可能である。また更に、鋳片長辺面の端部の完全凝固部は圧下しないので、鋳片からロールへの反力を小さくでき、軽圧下帯を構成するロールセグメントに過大な荷重の掛かることが防止され、鋳片に設定どおりの圧下量を付与することが可能となり、鋳片の中心偏析を安定的に軽減することが実現される。

本発明を実施する際に用いるスラブ連続鋳造機の１例の側面概略図である。 軽圧下帯を形成するロールセグメントの１例を示す概略図であり、鋳片の引き抜き方向と直行する、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、図２の方向とは直行する、鋳片の引き抜き方向から見た概略図である。 凸型クラウンロールで構成されるガイドロール（ピンチロール）と鋳片との位置関係を示す拡大概略図である。 本発明における鋳片支持ロールのロール開度のプロフィルの例を示す図である。

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るスラブ連続鋳造機の１例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の長方形の外殻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、二次冷却帯の各スプレーノズルから噴射される冷却水（「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の鋳造方向上流側には、鋳片１０を挟んで対向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。

図１では、凝固完了位置１３の鋳造方向上流側に軽圧下帯１４が設置されているが、これは、鋳片厚み中心部の固相率が０．９となる部位の鋳片が軽圧下帯１４の下部に位置し、鋳片厚み中心部の固相率が０．９を超えた鋳片は軽圧下帯１４から直ちに遠ざかるようにするためである。このようにすることで、鋳片１０の中心偏析が抑制され、且つ、剛性が高く、圧下抵抗の大きい、鋳片厚み中心部の固相率が０．９を超えた部位に圧下力が付与されず、軽圧下帯１４の圧下負荷が軽減される。

但し、これは、鋳片引き抜き速度が目標とする所定値となった定常鋳造域での理想的な状態を示すものであり、この場合でも、取鍋交換時や鋳造終了時の鋳片引き抜き速度が前記の目標とする値よりも低下するときには、凝固完了位置１３は鋳造方向上流側に移動し、軽圧下帯１４の範囲内に入る。つまり、本発明では、鋳片厚み中心部の固相率が少なくとも０．２から０．９までの鋳片が、軽圧下帯１４の設置範囲内に入るようにすればよく、この条件を満足する限り、どのような形態であっても構わない。

軽圧下帯１４は、複数対の鋳片支持ロール６が一体的に配置されるロールセグメントで形成され、図１では、軽圧下帯１４は、２基のロールセグメントによって構成されている。ここで、図１では、軽圧下帯１４が２基のロールセグメント１４Ａ、１４Ｂによって構成されているが、本発明において、軽圧下帯１４を１基のロールセグメントで構成しても、また、３基以上のロールセグメントで構成しても、何れでも構わない。但し、何れの場合も、定常鋳造域の鋳片引き抜き速度のときには、鋳片厚み中心部の固相率が０．２から０．９までの鋳片が軽圧下帯１４の範囲内に入るように、軽圧下帯１４の鋳造方向長さを確保することが必要である。また、図１では、１つのロールセグメントが３対の鋳片支持ロール６によって構成されているが、ロールセグメントを構成する鋳片支持ロール６は３対に限るものではなく、２対以上であるならば幾つであっても構わない。

通常、軽圧下帯１４における圧下勾配は、鋳造方向１ｍあたりのロール開度絞り込み量、つまり「ｍｍ／ｍ」で表示されており、したがって、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）と鋳片引き抜き速度（ｍ／ｍｉｎ）との積で求められる。尚、軽圧下帯１４を構成する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。また、軽圧下帯１４に配置される鋳片支持ロール６を圧下ロールとも称す。

図２、図３に、軽圧下帯１４を形成するロールセグメントの１例として、ロールセグメント１４Ａの拡大概略図を示す。図２は、鋳片の引き抜き方向と直行する、連続鋳造機の側方から見た概略図、図３は、図２の方向とは直行する、鋳片の引き抜き方向から見た概略図である。図２及び図３に示すロールセグメント１４Ａは、５対の鋳片支持ロール６が配置された例を示す図で、５対の鋳片支持ロール６のうちの１対がピンチロール６Ａで、他の４対がガイドロール６Ｂの例である。ロールセグメント１４Ｂも図２及び図３と同様の構造である。

図２及び図３に示すように、ロールセグメント１４Ａは、ロールチョック２２を介して５対の鋳片支持ロール６（５対の鋳片支持ロールのうちで、１対はピンチロール６Ａで、４対はガイドロール６Ｂ）を保持した１対のフレーム１７及びフレーム１７′からなり、フレーム１７及びフレーム１７′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１８が配置され、このタイロッド１８に設置されているウオームジャッキ２０をモーター２１にて駆動させることにより、フレーム１７とフレーム１７′との間隔の調整、つまり、ロールセグメント１４Ａにおける圧下勾配の調整が行われるようになっている。鋳造中は、ウオームジャッキ２０は未凝固層１２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１４Ａに設置されるピンチロール６Ａ及びガイドロール６Ｂ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。

また、タイロッド１８には、フレーム１７′とウオームジャッキ２０との間に皿バネ１９が設置されている。皿バネ１９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１９は、皿バネ１９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１４Ａ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１４Ａ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１９が収縮することで、フレーム１７′が開放し、つまり、ロール開度が拡大し、ロールセグメント１４Ａ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１７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。

フレーム１７′に設置されるガイドロール６Ｂは、ロールチョック２２がフレーム１７′に固定されていて、フレーム１７′と同一の動きをするが、フレーム１７′に配置されるピンチロール６Ａは、ロールチョック２２が油圧シリンダー１６のシリンダーロッド２３で支持されており、油圧シリンダー１６の油圧に応じて、鋳片１０を押し付けるように構成されている。但し、ピンチロール６Ａの押し付け力が鋳片１０の静鉄圧よりも小さい場合には、他のガイドロール６Ｂの圧下勾配と同一の勾配になる位置に退避するように構成されている。また、ピンチロール６Ａは電動機（図示せず）に接続され、この電動機によって所定の回転速度で回転するように構成されている。これに対してガイドロール６Ｂは、駆動せず、移動する鋳片１０と接触することで回転する。

一方、フレーム１７に設置されるピンチロール６Ａは、フレーム１７に設置されるガイドロール６Ｂと同様に、フレーム１７に固定されており、鋳片厚み方向に移動しないように構成されている。但し、フレーム１７に設置されるピンチロール６Ａも電動機（図示せず）に接続されており、所定の回転速度で回転するように構成されている。

ピンチロール６Ａがロールセグメント１４Ａでの圧下勾配と関係なく鋳片１０を押し付け可能に構成される理由は、ピンチロール６Ａによって鋳片１０やダミーバー（鋳造開始時に鋳片の代わりに連続鋳造機内に挿入される物体）を所定の速度で引く抜く必要があり、そのためには、ピンチロール６Ａは鋳片１０やダミーバーへの所定の押し付け力を有することが必要であるからである。鋳片１０やダミーバーに対して所定の押し付け力を確保できない場合には、鋳片１０やダミーバーは駆動されない。

尚、図２では、ロールセグメント１４Ａに１対のピンチロール６Ａが配置されているが、１つのロールセグメント１４Ａに２対以上のピンチロール６Ａが配置されていても構わない。また、図示はしないが、軽圧下帯１４以外の鋳片支持ロール６もロールセグメント構造となっている。

本発明において、鋳片上面側のフレーム１７′に設置されるガイドロール６Ｂ及びピンチロール６Ａは、図３及び図４に示すように、鋳片１０と接触する凸型部分６_TPがロール径よりも突出し且つ凸型部分６_TPの幅が鋳片幅よりも狭い凸型クラウンロールで構成されている。一方、フレーム１７に設置されるガイドロール６Ｂ及びピンチロール６Ａは、ロール径が一定であるフラットロールで構成されている。尚、図４は、凸型クラウンロールで構成されるガイドロール６Ｂ（ピンチロール６Ａ）と鋳片１０との位置関係を示す拡大概略図であり、図中のＷ_ROは、凸型部分６_TPの幅、ΔＤ_ROは、凸型部分６_TPの突出高さ、Ｗ_SLは、鋳片１０の幅である。

つまり、軽圧下帯１４において、鋳片１０の下面側では、鋳片長辺面の全面がガイドロール６Ｂ及びピンチロール６Ａによって支持されるが、鋳片１０の上面側では、鋳片長辺面の端部側はガイドロール６Ｂ及びピンチロール６Ａと接触せず、軽圧下帯１４に配置された鋳片支持ロール６による圧下力は鋳片長辺面の幅方向中央部のみに作用し、鋳片長辺面の端部側は圧下されないように構成されている。

また、図１において、鋳型５の下端から鋳片１０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６は、鋳造方向下流側に向かって、ロール開度の拡大量が所定値となるまで、１ロール毎または数ロール毎に順次ロール開度が広くなった、内部に未凝固層１２を有する鋳片１０の長辺面を強制的にバルジングさせるための強制バルジング帯１５を構成している。強制バルジング帯１５の下流側の鋳片支持ロール６は、ロール開度が一定値または鋳片１０の温度降下に伴う収縮量に見合う程度に狭められ、その後、軽圧下帯１４を構成するロールセグメント１４Ａにつながっている。

図５に、本発明における鋳片支持ロール６のロール開度のプロフィルの例を示す。図５に示すように、強制バルジング帯１５で鋳片長辺面を溶鋼静圧によって強制的にバルジングさせて鋳片長辺面の中央部の厚みを増大させ（領域ｂ）、強制バルジング帯１５を通りすぎた下流側では、ロール開度が一定値または鋳片１０の温度降下に伴う収縮量に見合う程度に狭められ（領域ｃ）、その後、軽圧下帯１４で鋳片長辺面を圧下する（領域ｄ）というプロフィルである。図中のａ及びｅは、ロール開度が鋳片１０の温度降下に伴う収縮量に見合う程度に狭められる領域である。図中のａ′は、鋳片１０の温度降下に伴う収縮量に見合う程度にロール開度を狭くする従来方法のロール開度の例である。

強制バルジング帯１５では、鋳片支持ロール６のロール開度を鋳造方向下流側に向かって順次広くすることにより、鋳片１０の短辺近傍を除く長辺面は、未凝固層１２による溶鋼静圧によって鋳片支持ロール６のロール開度に倣って強制的にバルジングさせられる。鋳片長辺面の短辺近傍は、凝固の完了した鋳片短辺面に固持されることから、強制的なバルジングを開始した時点の厚みを維持しており、したがって、鋳片１０は、強制的なバルジングによって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６に接触することになる。

この構成のスラブ連続鋳造機１において、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を形成する。この凝固シェル１１を外殻とし、内部に未凝固層１２を有する、横断面が長方形の鋳片１０は、鋳型５の下方に設けられた鋳片支持ロール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、強制バルジング帯１５では鋳片長辺面の短辺側端部を除いた部分の厚みを増大させ、更に、軽圧下帯１４では鋳片長辺面が圧下されながら引き抜かれ、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、強制バルジング帯１５を鋳型５の下端から鋳片１０の液相線クレータエンド位置との間に配置する理由は、以下のとおりである。即ち、鋳片１０の液相線クレータエンド位置よりも鋳造方向上流側は、鋳片厚み中心部は全て未凝固層１２（液相）であり、且つ、鋳片１０の凝固シェル１１は温度が高くて変形抵抗が小さいことによる。鋳片１０を強制的にバルジングさせる場合、鋳片１０の内部に存在する未凝固層１２が少ない時点でバルジングさせると、濃化溶鋼が流動して中心偏析は却って悪化する。しかし、鋳片１０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た場合には、この時点では、溶質元素が濃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、且つ、この溶鋼が容易に流動する。この溶鋼が流動しても偏析は起こらず、したがって、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。また、凝固シェル１１の変形抵抗が小さいことから、容易にバルジングさせることができる。

尚、鋳片１０の液相線とは、鋳片１０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（３）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])・・・（３）
但し、（３）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１０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、（３）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。

強制バルジング帯１５は、特別な機構は不要であり、ロール開度を調整するだけで形成されるので、鋳型５の下端から鋳片１０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。

本発明においては、強制バルジング帯１５では、強制的なバルジングの総量（「総バルジング量」という）を、鋳型出口での鋳片長辺厚みの０．１〜３．０％の範囲とすることが必要である。総バルジング量が鋳型出口での鋳片長辺厚みの０．１％未満では、軽圧下帯１４において、負荷荷重を低く抑えた状態での圧下可能な量が少なく、鋳片１０に対して中心偏析の改善効果が不十分になる。一方、総バルジング量が鋳型出口での鋳片長辺厚みの３．０％を超えると、バルジングによる歪により、強制バルジング帯１５で鋳片１０に内部割れを誘発する可能性がある。

尚、強制バルジング帯１５において、１ロールあたりのロール開度の拡大量は、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での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。

また、本発明では、軽圧下帯１４における鋳片１０の圧下量の総量（「総圧下量」という）を、下記の（４）式に示すように、総バルジング量の０．５倍以上１．５倍以下の範囲内に設定する。

０．５×δ_IB≦Ｒ_total≦１．５×δ_IB・・・（４）
但し、（４）式において、δ_IBは、強制バルジング帯１５における鋳片の総バルジング量（ｍｍ）、Ｒ_totalは、軽圧下帯１４における鋳片の総圧下量（ｍｍ）である。

総圧下量が総バルジング量の０．５倍未満では、総圧下量が少なく、鋳片１０の中心偏析軽減効果が十分とならない虞があるが、総圧下量を総バルジング量の０．５倍以上とすることで、鋳片長辺面へ所定量の圧下力が付与され、鋳片１０の中心偏析を抑制することが可能となる。また、総圧下量を総バルジング量の１．５倍以下とすることで、軽圧下帯１４を形成するロールセグメント１４Ａ、１４Ｂの負荷荷重が軽減され、ロールセグメント１４Ａ、１４Ｂでのベアリング破損や圧下ロールの折損などの設備トラブルを抑制することができる。

また、本発明では、軽圧下帯１４における鋳片の圧下速度を０．３０ｍｍ／ｍｉｎ以上２．００ｍｍ／ｍｉｎ以下の範囲内に設定する。圧下速度が０．３０ｍｍ／ｍｉｎ未満では、凝固収縮量に対して圧下速度が小さすぎ、濃化溶鋼の流動を抑制することが不十分であり、一方、圧下速度が２．００ｍｍ／ｍｉｎを超えると、凝固収縮量に対して圧下速度が大きすぎ、逆Ｖ偏析や内部割れを発生する虞がある。

また、更に本発明では、軽圧下帯１４において、少なくとも、鋳片厚み中心部の固相率が０．２の時点から０．９になる時点まで、鋳片１０を圧下する。鋳片厚み中心部の固相率が０．９を超える範囲では濃化溶鋼の流動は起こらず、圧下しなくても中心偏析は悪化しない。また、鋳片厚み中心部の固相率が０．９を超える鋳片は圧下抵抗が大きく、皿バネ１９が収縮して所望する圧下量を鋳片に付与できなくなる可能性がある。一方、軽圧下帯１４において鋳片厚み中心部の固相率が０．２を超えてから圧下を開始しても、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。

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。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（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。

本発明では、フレーム１７′に設置される、凸型クラウンロールで構成されるガイドロール６Ｂ及びピンチロール６Ａの凸型部分６_TPの幅が、強制バルジング帯１５における鋳片の総バルジング量（δ_IB、単位＝ｍｍ）、軽圧下帯１４における鋳片の総圧下量（Ｒ_total、単位＝ｍｍ）、及び鋳造対象の鋳片１０の幅に対して、下記の（１）式の関係を満足し、且つ、凸型部分６_TPの突出高さが、前記総圧下量（Ｒ_total、単位＝ｍｍ）に対して下記の（２）式の関係を満足するように、予め設定する。総バルジング量、総圧下量、鋳片幅に基づいて、凸型クラウンロールの形状を設計してもよく、また、凸型クラウンロールの形状に基づいて、総バルジング量、総圧下量、鋳片幅を設定してもよい。

Ｗ_SL−３００×Ｒ_total／δ_IB＜Ｗ_RO＜Ｗ_SL−１００×Ｒ_total／δ_IB・・・（１）
ΔＤ_RO＞Ｒ_total・・・（２）
但し、（１）式及び（２）式において、Ｗ_SLは、鋳造対象の鋳片１０の鋳片幅（ｍｍ）、Ｗ_ROは、凸型クラウンロールの凸型部分６_TPの幅（ｍｍ）、ΔＤ_ROは、凸型クラウンロールの凸型部分６_TPの突出高さ（ｍｍ）である。尚、（１）式は、凸型部分６_TPの幅の異なる種々の凸型クラウンロールによる鋳片圧下試験に基づき、本発明者らが検討・研究によって見出した関係式である。

凸型部分６_TPの幅（Ｗ_RO）が「Ｗ_SL−３００×Ｒ_total／δ_IB」以下になると、凸型部分６_TPの幅（Ｗ_RO）が鋳片幅（Ｗ_SL）に対して小さくなり過ぎ、内部に未凝固層１２を有する鋳片の端部側と凸型クラウンロールからなるガイドロール６Ｂ及びピンチロール６Ａとが非接触となる範囲が広くなり、この非接触の部位の鋳片にバルジングが生じて、非接触の部位の内質が悪化する可能性がある。

一方、凸型部分６_TPの幅（Ｗ_RO）が「Ｗ_SL−１００×Ｒ_total／δ_IB」以上になると、凸型部分６_TPの幅（Ｗ_RO）が鋳片幅（Ｗ_SL）に対して大きくなり過ぎ、剛性が高く、圧下抵抗の大きい、鋳片長辺面の短辺側も圧下され、鋳片１０の幅方向中央部に所望する圧下力が作用せず、鋳片１０の中心偏析が軽減されない場合が発生する。

また、凸型部分６_TPの突出高さ（ΔＤ_RO）が総圧下量（Ｒ_total）以下になると、鋳片１０を圧下する際に、凸型クラウンロールからなるガイドロール６Ｂ及びピンチロール６Ａの凸型部分６_TP以外の部分が、鋳片長辺面に接触し、接触した部分が抵抗となって所定の圧下量を付与できなくなる。この場合には、鋳片１０の中心偏析は軽減されない。

本発明では、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の厚み及び鋳片厚み中心部の固相率を求め、少なくとも、鋳片厚み中心部の固相率が０．２の時点から０．９になる時点まで、軽圧下帯１４で鋳片１０を圧下できるように、二次冷却水量、二次冷却の幅切り、鋳片引き抜き速度のうちの何れか１種または２種以上を調整する。ここで、「二次冷却の幅切り」とは、鋳片長辺面の両端部への冷却水の噴射を中止することである。二次冷却の幅切りを実施することで、二次冷却は弱冷化され、一般的に、凝固完了位置１３は鋳造方向下流側に延長される。

以上説明したように、本発明によれば、軽圧下帯１４に設置した、凸型クラウンロールからなる鋳片支持ロール６の凸型部分６_TPの幅を（１）式を満足する範囲内とし、且つ、凸型部分６_TPの突出高さを（２）式を満足する範囲内とするので、凸型部分６_TPで圧下する範囲が未凝固層１２の範囲から大きく外れることがなくなり、また、鋳片１０の強制的にバルジングさせた部分のみを効果的に圧下し、凸型クラウンロールからなる鋳片支持ロール６による鋳片表面の擦り傷などを防止することが可能である。また更に、鋳片長辺面の端部の完全凝固部は圧下しないので、鋳片１０からロールへの反力を小さくでき、軽圧下帯１４を構成するロールセグメント１４Ａ、１４Ｂに過大な荷重の掛かることが防止され、鋳片１０に設定どおりの圧下量を付与することが可能となり、鋳片１０の中心偏析を安定的に軽減することが実現される。

図１に示す、鋳造方向上流側に強制バルジング帯が配置され、その下流側に軽圧下帯が配置された垂直曲げ型スラブ連続鋳造機と類似のスラブ連続鋳造機を用い、鋳造対象鋳片の鋳片幅及び厚み、鋳片引き抜き速度、強制バルジング帯での総バルジング量（δ_IB）、軽圧下帯での総圧下量（Ｒ_total）及び圧下速度、並びに、軽圧下帯に配置される、凸型クラウンロールからなる圧下ロールの形状を種々変更し、低炭素アルミキルド鋼を鋳造する試験を合計１２回行った。

具体的には、鋳片のサイズを、厚みが２５０ｍｍ、３００ｍｍの２水準、幅が１９００ｍｍ、１９５０ｍｍ、２０００ｍｍ、２１００ｍｍの４水準として、鋳片引き抜き速度を０．９〜１．６ｍ／ｍｉｎとした。軽圧下帯を４基のロールセグメントによって構成し、これらのロールセグメントには、４対のガイドロールと１対のピンチロールが設置され、一つのロールセグメントの鋳造方向長さは２．０ｍ（軽圧下帯の長さ＝８．０ｍ）である。軽圧下帯の鋳片上面側の鋳片支持ロールとして、凸型部分を有していないフラットロール、（１）式及び（２）式を満足する形状の凸型クラウンロール、（１）式または（２）式の一方のみを満足する形状の凸型クラウンロールを配置し、それぞれ鋳造試験を実施した。この場合、軽圧下帯を構成する２つのロールセグメントには、同一形状の鋳片支持ロールを配置した。

表１に、条件１〜１２の各鋳造試験での鋳造条件、総バルジング量、圧下条件、及び、鋳造されたスラブ鋳片における中心偏析度、ポロシティー、内部割れ、表面疵の調査結果を示す。尚、表１の備考欄には、本発明の範囲内の条件の試験を「本発明例」と表示し、それ以外を「比較例」と表示している。

鋳片の中心偏析度の測定方法は、鋳片の横断面中心部で鋳片厚さ方向に炭素濃度を分析し、その最大値をＣ_maxとし、平均炭素濃度（溶鋼から採取した試料の炭素濃度）をＣ₀とし、Ｃ_max／Ｃ₀を中心偏析度と定義した。この定義では、中心偏析度が１．００に近づくほど中心偏析は低減することになる。中心偏析度が１．１０以上になると水素誘起割れなどの中心偏析による弊害が激しくなるので、ここでは、中心偏析度の閾値を１．１０とし、１．１０以上を不合格と判定した。

鋳片のポロシティーは、圧延前のスラブ鋳片の厚み中央を超音波探傷し、直径２ｍｍ以上のポロシティーがあればポロシティーがあるとして不良判定を行った。鋳片の内部割れは、鋳造した鋳片の横断面をマクロ組織試験方法（JIS G 0553）によって腐食し、腐食面の鋳片厚み中心部を顕微鏡で観察し、内部割れの有無を調査した。また、鋳片の表面疵は、浸透探傷法により鋳片表面での疵の有無を調査した。

条件１〜５は、凸型クラウンロールの凸型部分の幅を１８５０ｍｍとし、凸型部分の突出高さを１０ｍｍとした。鋳片幅、総バルジング量及び総圧下量に対する凸型部分の幅、並びに、総圧下量に対する凸型部分の突出高さは本発明の範囲内である。また、総バルジング量、総圧下量及び鋳片圧下速度も全て本発明の範囲内であり、表１の測定データに示すように、本発明の範囲内である条件１〜５では中心偏析度は低位であり、また、鋳片のポロシティー、内部割れ及び表面疵は確認されなかった。

これに対して、凸型部分を有しないフラットロールを用いた条件６は、総バルジング量、総圧下量及び鋳片圧下速度は全て本発明の範囲内であったが、中心偏析度は本発明例と比較して高位であった。これは、フラットロールで軽圧下を行ったために鋳片長辺面短辺側も圧下され、これによって負荷荷重が増加し、鋳片に適切な圧下が付与されなかったと考えられる。

条件７は、凸型クラウンロールで軽圧下を実施したが、凸型部分の幅が本発明の範囲よりも狭い条件であった。その結果、内部に未凝固層を有する鋳片長辺面端部に近い鋳片部位に圧下力が付与されず、その部位でバルジングが生じたと考えられ、中心偏析度は本発明例と比較して高位であり、ポロシティーも発生した。

条件８は、条件７と同様に凸型クラウンロールで軽圧下を実施したが、凸型部分の幅が本発明の範囲よりも広い条件であった。その結果、圧下荷重が増加して、適正圧下速度が付与されなかったと考えられ、中心偏析度は本発明例と比較して高位であった。更に、バルジング部よりも広い範囲で凸型クラウンロールによる圧下を付与した結果、鋳片表面に疵が発生した。

条件９は、凸型クラウンロールの凸型部分の幅は発明の範囲内であったが、凸型部分の突出高さが本発明の範囲よりも小さい条件であった。その結果、圧下不足により中心偏析度は本発明例と比較して高位であり、且つ、ポロシティーが発生した。

条件１０〜１２は、凸型クラウンロールは条件１〜５と同様で本発明の範囲内であったが、条件１０では、総バルジング量と総圧下量との関係及び圧下速度が本発明の範囲外となり、条件１１、１２では総バルジング量と総圧下量との関係が本発明の範囲外となる鋳造条件であった。その結果、条件１０〜１２で中心偏析度は高位であり、条件１０、１１は総バルジング量に対する総圧下量が過大であり、圧下過多により内部割れが発生した。また、条件１２では総バルジング量に対する総圧下量が過小であり、圧下不足によりポロシティーが発生した。

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
６Ａ ピンチロール
６Ｂ ガイドロール
６_TP 凸型部分
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
１４Ａ ロールセグメント
１４Ｂ ロールセグメント
１５ 強制バルジング帯
１６ 油圧シリンダー
１７ フレーム
１７′ フレーム
１８ タイロッド
１９ 皿バネ
２０ ウオームジャッキ
２１ モーター
２２ ロールチョック
２３ シリンダーロッド

Claims (1)

1. 連続鋳造機の複数対の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に増加させて内部に未凝固層を有する矩形の鋳片の長辺面厚みを鋳型出口での鋳片長辺厚みの０．１〜３．０％の範囲の総バルジング量で拡大させ、
   その後、複数対の鋳片支持ロールのロール開度を鋳造方向下流側に向かって段階的に減少させた軽圧下帯で、該軽圧下帯における総圧下量が前記総バルジング量の０．５倍〜１．５倍の範囲内となるように、鋳片厚み中心部の固相率が少なくとも０．２から０．９までの範囲の鋳片の長辺面を、０．３０〜２．００ｍｍ／ｍｉｎの圧下速度で圧下する鋼の連続鋳造方法であって、
   前記軽圧下帯には、対向するロールの形状を、一方はフラットロールとし、他方は、鋳片と接触する凸型部分がロール径よりも突出し且つ凸型部分が鋳片幅よりも狭い凸型クラウンロールとする鋳片支持ロールが配置され、
   前記凸型クラウンロールの凸型部分の幅が、前記総バルジング量、前記総圧下量及び鋳片幅に対して下記の（１）式の関係を満足し、且つ、前記凸型部分の突出高さが、前記総圧下量に対して下記の（２）式の関係を満足するように構成されていることを特徴とする、鋼の連続鋳造方法。
   Ｗ_SL−３００×Ｒ_total／δ_IB＜Ｗ_RO＜Ｗ_SL−１００×Ｒ_total／δ_IB・・・（１）
   ΔＤ_RO＞Ｒ_total・・・（２）
   但し、（１）式及び（２）式において、Ｗ_SLは、鋳片幅（ｍｍ）、Ｒ_totalは、総圧下量（ｍｍ）、δ_IBは、総バルジング量（ｍｍ）、Ｗ_ROは、凸型クラウンロールの凸型部分の幅（ｍｍ）、ΔＤ_ROは、凸型クラウンロールの凸型部分の突出高さ（ｍｍ）である。

Images