JP6387846B2

JP6387846B2 - 鋳片の連続鋳造方法

Info

Publication number: JP6387846B2
Application number: JP2015019423A
Authority: JP
Inventors: 塚口　友一; 友一塚口
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2015-02-03
Filing date: 2015-02-03
Publication date: 2018-09-12
Anticipated expiration: 2035-02-03
Also published as: JP2016140896A

Description

本発明は、鋳片を連続鋳造する方法に関するものである。

鋳片の連続鋳造に使用する連続鋳造機の機高の抑制は、建設費抑制や溶鋼静圧低減の観点から要求される事項である。また、鋳造速度を増して生産性を高める観点からは、連続鋳造機の機長を延伸することが必要となる。

これら二つの要求を満たすために、鋳型から鉛直下向きに引き抜いた鋳片を同一の鉛直平面内で円弧状に湾曲させ、前記鉛直下向きの引き抜き方向が水平になった時点で鋳片を矯正し、連続鋳造機の出口から鋳片を水平方向に搬出する方法が広く採用されている。

前記同一の鉛直平面内で円弧状に湾曲させた鋳片が水平になった時点での矯正時に、鋳片の内部に未凝固の溶鋼が残存している場合には、脆弱な凝固界面に生じる歪みが内部割れを引き起こしやすい。

そこで、内部割れを防止して高品質な鋳片を得るためには、鋳型から鉛直下向きに引き抜いた鋳片が湾曲状態から水平になるまでの間に、鋳片を完全に凝固させる必要がある。

一般的な湾曲型連続鋳造機では、鋳型から鉛直下向きに引き抜いた鋳片が湾曲状態から水平になるまで、湾曲部の長さ、すなわち湾曲部の湾曲を形成する円の円周の１／４の長さまでが、鋳片が完全凝固するまでに使える有効機長となる。

この有効機長を長くするには、湾曲の半径を増大することが求められ、機高が高くならざるを得ない事態となる。その他の方法として、湾曲させた鋳片の矯正時期を下流側にずらして、斜め上方向に鋳片を搬出する方法も考えられるが、この方法では、機高を高くする場合と同様、建設費が増加することになる。

また、湾曲部の湾曲を円の３／４の範囲として、当該円の円周の３／４の長さに達した時点で鋳片を矯正する方法が特許文献１で提案されている。

しかしながら、特許文献１で提案された方法では、鋳型の上方に鋳片を通過させる構造体を設ける必要があり、その構造体が鋳型に注入する溶融金属の供給を難しくするという問題がある。具体的には、溶融金属を入れた取鍋や、取鍋と鋳型の間に置く中間容器であるタンディッシュの設置スペースが大きな制約を受ける。

特許第４６４５２９６号公報

本発明が解決しようとする問題点は、一般的な湾曲型連続鋳造機において、鋳片が完全凝固するまでに使える有効機長を長くするには、湾曲の半径を増大することが求められ、機高が高くならざるを得ないという点である。また、湾曲した鋳片の矯正時期を下流側にずらして、斜め上方向に鋳片を搬出する方法では、機高を高くする場合と同様、建設費が増加するという点である。一方、特許文献１で提案された方法では、鋳型の上方に鋳片を通過させる構造体を設ける必要があり、取鍋やタンディッシュの設置スペースが大きな制約を受けるという点である。

本発明は、鋳片の連続鋳造において、上記の問題を解決するためになされたもので、湾曲の半径を増大することなく鋳片の矯正までの距離を伸ばし、鋳片内部割れの防止と生産性の向上を図ることを目的とするものである。

上記目的を達成するために、
本発明は、
溶鋼等の溶融金属から鋳片を連続鋳造する方法であって、
連続鋳造機の鋳型から鋳片を湾曲させて引き抜く際、当該引き抜き時に鋳片を一方向に徐々に捩ることにより、前記湾曲の半径中心を通る仮想軸を水平から徐々に鉛直となるように変化させ、当該仮想軸が鉛直となった位置で引き抜いた鋳片を矯正することを最も主要な特徴としている。

本発明において、湾曲の半径中心を通る仮想軸とは、湾曲の半径の起点を中心とする円の前記中心を通り、その円に垂直な軸をいう。

上記本発明では、鋳型から引き抜いた鋳片の長さが湾曲部の湾曲を形成する円の円周の１／４の長さを超えた場合でも鋳片を水平状態に保つことができるので、鋳型から鋳片を矯正するまでの鋳片長さを、湾曲部の湾曲を形成する円の円周の１／４の長さよりも長くすることができる。

以下、本発明の上記構成について詳細に説明する。
例えば、横断面が円形の丸断面鋳片を連続鋳造機の鋳型内から、もしくは鋳型を出てから円弧状に湾曲させて引き抜く連続鋳造において、前記引き抜き時に鋳片を一方向に徐々に捻ると、前記湾曲の半径中心を通る仮想軸は水平から徐々に鉛直となるように変化する。

この仮想軸が鉛直となったとき、前記湾曲は水平となり、この状態で鋳片の捻りを止めると、湾曲した鋳片を矯正しなくても鋳片の高さ方向の位置は変化しない。すなわち、容易に鋳片を矯正するまでの機長を延ばすことができる。

真っ直ぐに矯正した鋳片が進む方向は、鋳片を捻らない場合における連続鋳造機の出口からの鋳片の搬出方向を南とした時、南西方向、西向き、北西方向、あるいは北向きなど、任意の方向に設計すればよい。そして、その方向が鋳片を捻らない場合における連続鋳造機の出口からの鋳片の搬出方向から大きくずれるほど、有効機長を延伸することができる。

以下、本発明の理解を容易にするため、円の一部となる湾曲の半径（円の半径）がＲの湾曲型連続鋳造機で、湾曲の半径中心（円の中心）と鋳型内の湯面位置が同じ高さで、鋳片の矯正や捻りを１点で不連続に行う場合を仮定して説明する。

通常の湾曲型連続鋳造機であれば、上記の場合、鋳造開始から鋳片矯正までの有効機長は、前記円の円周長さ２πＲの１／４であるπＲ／２となる。

一方、鋳込長がπＲ／２の時点で鋳片を９０°捻って、そのままさらにπＲの長さ分だけ水平面内で湾曲状態を保って引き抜いた後に矯正すると仮定すれば、有効機長を通常の３倍である３πＲ／２まで伸ばすことができる。このとき、鋳片を捻らない場合の連続鋳造機の出口からの鋳片の搬出方向が南であれば、この場合の矯正後の鋳片の搬出方向は、北となる。

実際には、捻り時に鋳片に作用する歪みを抑制するために、前記説明のように鋳込長がπＲ／２の時点で鋳片を一度に９０°捻るのではなく徐々に捻る必要があるが、この捻り歪みが、矯正時の歪みに比べて十分に小さければ、本発明を実現することが可能となる。

例えば１０m の鋳片長さ範囲で直径が４００mmの鋳片を９０°捻る場合に発生する歪みを、捻りに伴って生じる表面伸びに起因する引張歪みと見なして計算すると、
１−cos(atan(０．４π×(９０／３６０)／１０))×１００＝０．０４９％となり、通常の矯正歪みの１／１０のオーダーにおさまる。

すなわち、鋳片を捻ることによって生じる歪みは非常に小さく、本発明の実現を阻害するものではない。

ところで、丸断面鋳片を連続鋳造する場合、その横断面形状のために溶鋼の静圧によってバルジングし難いので、鋳型から引き抜いた後は、ロールによるバルジングサポートを行う必要がなく、湾曲半径の外側にガイドロールを並べるだけでよい。

この場合、ガイドロールは、鋳片の軌道が蛇行しないように、長手方向中央の半径を縮小した鼓型形状のものを使用することが望ましい。

つまり、丸断面鋳片の連続鋳造は、ガイドロール帯の構成がシンプルであるため、鋳片を捻るのに複雑な装置を必要とせず、本発明の適用を容易に行うことができる。

本発明によれば、連続鋳造機の有効機長を容易に伸ばすことができるので、内部割れを防止しつつ鋳造速度を向上させることができる。

本発明の実施例Ａの連続鋳造機を使用した連続鋳造における鋳片の引き抜き軌跡を表した図である。本発明の実施例Ａの連続鋳造機の概要を説明する側面図である。本発明の実施例Ｂの連続鋳造機を使用した連続鋳造における鋳片の引き抜き軌跡を表した図である。一般的な湾曲型連続鋳造機を使用して連続鋳造した比較例Ｃにおける鋳片の引き抜き軌跡を表した図である。本発明の実施例Ａと同じ有効機長を、鋳片を捻ることなく得ようとした比較例Ｄの連続鋳造機を使用した連続鋳造における鋳片の引き抜き軌跡を表した図である。

本発明では、湾曲の半径を増大することなく鋳片を矯正するまでの距離を伸ばし、鋳片内部割れの防止と生産性の向上を図るという目的を、鋳片の引き抜き時に鋳片を一方向に徐々に捩ることで実現した。

以下に、本発明の実施例と比較例を対比して示しながら、本発明について具体的に説明する。

〔比較例Ｃ〕
図４は、湾曲半径が１５m、矯正点は１点、有効機長（鋳造開始から矯正点までの距離）が２３．５６mの一般的な湾曲型連続鋳造機を使用して、直径が６００mmの丸断面鋳片を連続鋳造した比較例Ｃにおける鋳片の引き抜き軌跡を表した図である。

図４中、横軸は水平方向の距離を示す。また、縦軸は鋳片の軌跡を示し、実線で示すｙ方向は連続鋳造機を上方から見た平面図上の軌跡、破線で示すｚ方向は連続鋳造機を横から見た側面図上の軌跡を示す。また図４中の○印は鋳造起点となる鋳型内湯面位置を示す。

比較例Ｃを実施する連続鋳造機の鋳型の下方には長さ５mの二次冷却スプレー帯が設けられ、湾曲部の後に５．２４mの水平部を挟んでトーチカッターが配置されている。

凝固シェル厚ｄ（mm）が下記(1) 式のルート則に従って成長する場合の凝固係数ｋを２７とすると、有効機長Ｌ（m ）の範囲内で鋳片が完全に凝固する最大鋳造速度Ｖｃは０．１９ m／minである。
ｄ＝ｋ・（Ｌ／Ｖｃ）^1/2 …(1)

このように、従来の湾曲型連続鋳造機を使用した連続鋳造では、湾曲半径が１５m と比較的大きな場合においても、直径６００mmの丸断面鋳片を完全凝固後に矯正しようとすると、低速での鋳造を余儀なくされ、生産性を高めることができない。

〔実施例Ａ〕
これに対して、本発明の実施例Ａを実施する、図２に示す連続鋳造機を使用して直径が６００mmの丸断面鋳片を連続鋳造した場合における鋳片の軌跡を図１に表す。

図２に示す連続鋳造機は、比較例Ｃと同様、湾曲半径が１５mの湾曲型連続鋳造機を基に、鋳込長（鋳型からの距離）が７．８５mの位置から湾曲した鋳片が水平になる２３．５６m（湾曲半径と同じ半径１５mの円の円周の１／４に相当）までの間に鋳片を９０°捻るようにしたものである。

そして、鋳片を９０°捻った状態で鋳込長が７０．６９m（湾曲半径と同じ半径１５mの円の円周の３／４に相当）まで湾曲半径が１５mを維持したまま水平を維持し、その後真っ直ぐに矯正して鋳込長が７８．５４mの位置で鋳片を切断する。

なお、図１中の横軸と縦軸、及び〇印は図４と同様である。また、図２中の１はタンディッシュ、２は鋳型、３は鋳片、４は冷却スプレー、５はガイドロール、６は矯正ロール、７はトーチカッターを示す。

実施例Ａの場合、湾曲した鋳片が矯正されるまで、７０．６９mという有効機長で鋳造することができるので、鋳造速度を増すことができる。凝固シェル厚が上記(1) 式に従って成長するとした場合、有効機長の範囲内で鋳片が完全に凝固する最大鋳造速度は０．５７m／minと比較例Ｃの３倍となる。

〔比較例Ｄ〕
図５は本発明の実施例Ａと同じ有効機長を、鋳片を捻ることなく得ようとした比較例Ｄの連続鋳造機を使用して、直径が６００mmの丸断面鋳片を連続鋳造した場合の鋳片の引き抜き軌跡を表した図である。なお、図５中の横軸と縦軸、及び〇印は図４と同様である。

比較例Ｄのように、鋳片を捻らない場合には、実施例Ａと同じ有効機長７０．６９m（湾曲半径と同じ半径１５m の円の円周の３／４に相当）を得ようとすると、鋳片が鋳型の上を通ることになり、建物の構造上、連続鋳造機を成立させるのが困難である。

〔実施例Ｂ〕
図３は、本発明の実施例Ｂを実施可能な連続鋳造機を使用して、直径が４００mmの丸断面鋳片を連続鋳造した場合における鋳片の引き抜き軌跡を表した図である。なお、図３中の横軸と縦軸、及び〇印は図４と同様である。

実施例Ｂを実施可能な連続鋳造機は、鋳型の下に長さ８m の二次冷却スプレー帯を有し、湾曲半径が１８m の湾曲型連続鋳造機を基に、鋳込長（鋳型からの距離）が１４．１４m の位置から湾曲した鋳片が水平になる２８．２７m （湾曲半径と同じ半径１８m の円の円周の１／４に相当）までの間に９０°捻るようにしたものである。

そして、鋳片を９０°捻った状態で鋳込長が５６．２３m （湾曲半径と同じ半径１８mの円の円周の１／２に相当）まで湾曲半径が１８m を維持した水平を維持し、その後真っ直ぐに矯正して鋳込長が６５．９７m の位置で鋳片を切断する。

実施例Ｂにおいては、湾曲した鋳片が矯正されるまで、６５．９７m という有効機長で鋳造することができるので、鋳造速度を増すことができる。凝固シェル厚が上記(1) 式に従って成長するとした場合、有効機長の範囲内で鋳片が完全に凝固する最大鋳造速度は１．２０m／minとなる。

本発明は上記の例に限らず、各請求項に記載された技術的思想の範疇であれば、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。

１タンディッシュ
２鋳型
３鋳片
４冷却スプレー
５ガイドロール
６矯正ロール
７トーチカッター

Claims

溶鋼等の溶融金属から鋳片を連続鋳造する方法であって、
連続鋳造機の鋳型から鋳片を湾曲させて引き抜く際、当該引き抜き時に鋳片を一方向に徐々に捩ることにより、前記湾曲の半径中心を通る仮想軸を水平から徐々に鉛直となるように変化させ、当該仮想軸が鉛直となった位置で引き抜いた鋳片を矯正することを特徴とする鋳片の連続鋳造方法。
連続鋳造する鋳片は、横断面が円形の丸断面鋳片であることを特徴とする請求項１に記載の鋳片の連続鋳造方法。