JP6608291B2 - 連続鋳造方法及び連続鋳造設備 - Google Patents

Description

本発明は、連続鋳造設備の鋳型から出て、湾曲した経路に沿って進行した鋳片を直線状に矯正する連続鋳造方法及び連続鋳造設備に関する。

湾曲型及び垂直曲げ型の連続鋳造機においては、曲がった鋳片を直線状に矯正することが必須である。しかし、鋳片は、矯正点に至るまでに温度が降下し、（オースティナイト）粒界にフェライトがフィルム状に析出し、脆化するため、鋳片が直線状に矯正される際に、鋳片Ｌ側、即ち鋳片の湾曲内側に引っ張り歪みが発生することにより割れが生じ、最終製品の品質低下を招くことになる。特に、鋳片は、断面４隅のコーナー部が最も温度低下が進むので、鋳片Ｌ側のコーナー部でも幅方向両端部の領域に割れが発生し易い。
そこで、鋳片を直線状に矯正する際に鋳片Ｌ側に割れが生じるのを抑制する技術が提案され、その具体例が特許文献１に記載されている。

特許文献１の連続鋳造方法は、二次冷却で急冷して鋳片の表面温度をＡ３変態点以下にし、復熱によって鋳片の表面温度をＡ３変態点以上に昇温させた後に、鋳片の表面温度が８５０℃未満の状態で矯正を行う。
鋳片を水冷し表面温度をＡ３変態点以下に冷却し、復熱させることによって、結晶粒が微細化し、鋳片Ｌ側のコーナー部の割れに対する限界応力を高めることが可能となる。

特開２００２−８６２５２号公報

しかしながら、二次冷却は、鋳片に対して４面側から冷却を行い、しかも、各面側に対し幅方向全体を冷却するので、鋳片全体の温度低下が著しい。その際、特に鋳片コーナー部は、他の部位より温度低下が著しく、鋳片の復熱容量が小さい条件下で、特許文献１の技術を採用する場合、Ａ３変態点以下に冷却した鋳片コーナー部の温度を復熱によりＡ３変態点以上に上昇させることは、安定的に行うことができないということが、論理的検証及び実験的検証によって判明した。
このため、特許文献１の技術を適用可能な範囲は限定的であり、例えば、復熱容量が小さいブルームやビレットに特許文献１の技術を採用した場合に、鋳片Ｌ側コーナー部の割れを効果的に抑制できない場合があった。
本発明は、かかる事情に鑑みてなされるもので、復熱容量が小さい条件でも採用可能な、鋳片Ｌ側の割れ（特に、コーナー部の割れ）を抑制する連続鋳造方法及び連続鋳造設備を提供することを目的とする。

前記目的に沿う第１の発明に係る連続鋳造方法は、連続鋳造設備の鋳型から出される鋳片を二次冷却後復熱させ直線状に矯正する連続鋳造方法において、前記鋳片の二次冷却後の復熱完了位置より下流側に設けた冷却帯で、前記鋳片の湾曲内側コーナー部のみに冷却水を吹き付ける水冷を行ってＡ１変態点未満に冷却し、更にＡ３変態点以上に昇温させた後、前記鋳片を直線状に矯正する。

第１の発明に係る連続鋳造方法において、前記鋳片の湾曲内側コーナー部は、３００〜７００℃に冷却されるのが好ましい。

第１の発明に係る連続鋳造方法において、前記鋳片の湾曲内側コーナー部の昇温は、前記鋳片の復熱のみによって行われるのが好ましい。

第１の発明に係る連続鋳造方法において、前記鋳片の湾曲内側コーナー部の昇温を行う復熱量の不足分を、該鋳片の湾曲内側コーナー部を加熱することによって補うのが好ましい。

第１の発明に係る連続鋳造方法において、前記湾曲内側コーナー部の加熱は、誘導加熱によって行われるのが好ましい。

前記目的に沿う第２の発明に係る連続鋳造設備は、鋳型から出される鋳片を二次冷却後復熱させ直線状に矯正する連続鋳造設備において、前記二次冷却後の復熱完了位置より下流側に設けられ、前記鋳片の湾曲内側コーナー部のみに冷却水を吹き付けてＡ１変態点未満に冷却するノズルと、Ａ１変態点未満に冷却された前記鋳片がＡ３変態点以上に昇温する位置の下流側で該鋳片を直線状に矯正する矯正ロールとを備え、前記復熱完了位置から前記鋳片を直線状に矯正する位置の間で該鋳片の湾曲内側コーナー部のみを冷却水で冷却する。

第２の発明に係る連続鋳造設備において、前記ノズルの下流側に設けられ、復熱により昇温する前記鋳片の湾曲内側コーナー部を加熱してＡ３変態点以上にする加熱装置を備えるのが好ましい。

第２の発明に係る連続鋳造設備において、前記加熱装置は、誘導加熱を行う誘導加熱装置であるのが好ましい。

第１の発明に係る連続鋳造方法及び第２の発明に係る連続鋳造設備は、二次冷却後の復熱完了位置より下流側に設けた冷却帯で、鋳片の湾曲内側コーナー部（以下、Ｌ側コーナー部という）を水冷してＡ１変態点未満に冷却し、更にＡ３変態点以上に昇温させた後、鋳片を直線状に矯正する。従って、冷却帯で鋳片のＬ側コーナー部を水冷し、Ｌ側コーナー部の温度を集中的に低下させることによって、鋳片全体の温度降下を抑制することができ、その後のＬ側コーナー部の復熱による温度上昇幅を大きくすることが可能となる。このため、スラブに比べ復熱容量が小さいビレットやブルームに対しても、直線状に矯正する地点までに、鋳片の温度を確実にＡ３変態点以上に昇温させることができ、鋳片Ｌ側の特にコーナー部の割れ発生を抑制可能である。

第１の発明に係る連続鋳造方法において、鋳片のＬ側コーナー部が、３００〜７００℃に冷却される場合、鋳片Ｌ側コーナー部の割れ発生を安定的に抑制することができる。
これは、実験的検証によって確認されている。

第１の発明に係る連続鋳造方法において、鋳片のＬ側コーナー部の昇温が、鋳片の復熱のみによって行われる場合、Ｌ側コーナー部を昇温するため加熱装置を追加する必要がなく経済的である。

第１の発明に係る連続鋳造方法において、鋳片のＬ側コーナー部の昇温を行う復熱量の不足分を、鋳片のＬ側コーナー部を加熱することによって補う場合、あるいは、第２の発明に係る連続鋳造設備において、復熱により昇温する鋳片のＬ側コーナー部を加熱してＡ３変態点以上にする加熱装置を備える場合、Ａ１変態点未満に水冷されたＬ側コーナー部を確実にＡ３変態点以上の温度にすることが可能である。
また、第１の発明に係る連続鋳造方法及び第２の発明に係る連続鋳造設備において、鋳片のＬ側コーナー部の加熱を誘導加熱によって行う場合、鋳片のＬ側コーナー部の高効率な加熱が可能である。

本発明の一実施の形態に係る連続鋳造方法が適用される連続鋳造設備の説明図である。 （Ａ）、（Ｂ）はノズルの位置を示す説明図である。 鋳片の温度推移を示すグラフである。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本発明を具体化した実施の形態につき説明し、本発明の理解に供する。
図１に示すように、本発明の一実施の形態に係る連続鋳造方法が適用される連続鋳造設備１０は、鋳片１１が出される鋳型１２と複数のサポートロール１３を備え、鋳型１２から抜き出された鋳片１１を水冷し二次冷却を行う複数のノズル１４が、鋳型１２の近傍に設けられている。

複数のサポートロール１３は、鋳片１１の進行経路に沿って配置され、鋳片１１は、サポートロール１３により案内されて進行する。鋳片１１は、ノズル１４から吹き付けられる冷却水及び自然放熱によって温度が下がり、鋳片１１の表面に形成された凝固殻１５は、鋳片１１の進行に伴って厚みを増す。
鋳片１１の進行経路には湾曲部が設けられている。鋳片１１の進行経路には、複数のサポートロール１３の下流側に複数の矯正ロール１６が配置され、湾曲部を通過して湾曲した鋳片１１は、この複数の矯正ロール１６によって曲げ戻され直線状に矯正される。

本実施の形態では、鋳片１１がブルーム又はビレットである。ブルーム及びビレットは、断面の長辺の長さが短辺の１〜２倍で、ブルームは２００ｍｍ×２００ｍｍ以上の断面積を有し、ビレットは５０ｍｍ×５０ｍｍ以上で２００ｍｍ×２００ｍｍ未満の断面積を備える。
なお、スラブは、長辺の長さが短辺の２倍以上であり、通常、短辺が５０ｍｍ以上で、長辺は８００〜３０００ｍｍである。

また、鋳片１１の進行方向に沿って、ノズル１４が配置されている領域より下流側に、二次冷却された鋳片１１に冷却水を吹き付けるノズル１７が配置されている。
ノズル１４が、鋳片１１の湾曲内側にあたる鋳片Ｌ側１８を含む４面側それぞれに配置され、鋳片１１の４面側それぞれに冷却水を吹き付けるのに対し、ノズル１７は、鋳片１１の鋳片Ｌ側１８の一端部付近及び他端部付近（以下、鋳片Ｌ側１８の一端部付近及び他端部付近をそれぞれ「Ｌ側コーナー部１９」と言う）にのみ配置され、Ｌ側コーナー部１９に冷却水を吹き付ける。

また、サポートロール１３の配置領域に設置されるノズル１４は、図２（Ａ）に示すように、鋳片１１の４面側それぞれについて、鋳片１１の面の幅方向中央に対向する位置に配置され、鋳片１１の面全体に冷却水を吹き付ける。

これに対し、ノズル１７は、図２（Ｂ）に示すように、Ｌ側コーナー部１９の鋳片Ｌ側１８の領域に対向する位置にそれぞれ配置され、それぞれ一側及び他側のＬ側コーナー部１９に冷却水を吹き付ける。そのため、ノズル１７が配置されている冷却帯（以下、「コーナー冷却帯２０」と言う）では、Ｌ側コーナー部１９を除く部分には、冷却水が直接吹き付けられず、更に、鋳片Ｌ側１８以外の３面に対しては冷却水が吹き付けられない。
因って、コーナー冷却帯２０においては、複数のノズル１４が配置されている二次冷却帯２１に比べ、鋳片１１全体の温度低下を抑制でき、鋳片１１のＬ側コーナー部１９を集中的に冷却することができる。

コーナー冷却帯２０は、二次冷却帯２１で二次冷却された鋳片１１の復熱完了位置より下流側で復熱完了位置に近接して（本実施の形態では、復熱完了位置から下流側に２ｍの範囲に）配置されている。復熱完了位置とは、二次冷却された鋳片１１のＬ側コーナー部１９が、鋳片１１の復熱によって最も温度が高くなる位置である。
復熱完了位置より上流側では、鋳片１１のＬ側コーナー部１９の温度が低く、コーナー冷却帯２０を復熱完了位置より上流側に設けた場合、冷却によってＬ側コーナー部１９の温度を急激に降下させることはできない。この点、実験的検証によって、Ｌ側コーナー部１９の冷却速度を速くすることで、Ｌ側コーナー部１９の割れ発生を抑制できることが確認されているので、コーナー冷却帯２０を復熱完了位置より上流側に設けるのは好ましくない。また、上流ほど凝固殻１５が薄いため、コーナー冷却帯２０を復熱完了位置より上流側に設けると、ＢＯ（ブレークアウト）等品質トラブルのリスクも上昇する。

一方、復熱完了位置の下流側で、復熱完了位置から遠ざかった位置にコーナー冷却帯２０を設けると、コーナー冷却帯２０から鋳片１１を直線状に矯正する領域（以下、「矯正帯２２」とも言う）までの距離が短くなるため、Ｌ側コーナー部１９が矯正帯２２までに復熱する時間が短くなる。従って、鋳片１１が矯正帯２２を通過する前に、Ｌ側コーナー部１９をＡ３変態点（本実施の形態では８５０℃）以上の温度にすることができなくなる。
因って、コーナー冷却帯２０は、復熱完了位置より下流側で復熱完了位置に近接して設けられるのが好ましいと言える。

また、Ｌ側コーナー部１９とは、図２（Ｂ）に示すように、鋳片Ｌ側１８の面の一側及び他側の角部から内側にＬ１の範囲と、鋳片Ｌ側１８の面の一側及び他側の角部から鋳片Ｓ側（鋳片の湾曲外側）にＬ２の範囲を合わせた領域であり、鋳片１１を直線状に矯正する際、これらの範囲に割れが発生する。本実施の形態では、Ｌ１＝１００ｍｍ、Ｌ２＝０ｍｍであるが、Ｌ１及びＬ２の最適な値、即ち割れが生じる範囲は、鋼種や鋳造速度等、鋳造条件によって異なることは言うまでもない。

本実施の形態に係る連続鋳造方法は、鋳造速度及び鋳片１１のプロフィールからノズル１４の水量を調整し、二次冷却後の復熱完了位置においてＬ側コーナー部１９の温度を鋳片１１のＡ３変態点以上にする。
そして、コーナー冷却帯２０において、ノズル１７から吹き出される冷却水の容量を調整し、Ｌ側コーナー部１９をＡ１変態点未満である３００〜７００℃の範囲に冷却する。
コーナー冷却帯２０で冷却された鋳片１１は、鋳片１１の復熱によってＡ３変態点以上１１００℃以下の範囲に昇温した後、鋳片１１を直線状に矯正する矯正帯２２まで進行し、矯正帯２２において、複数の矯正ロール１６により、鋳片１１は直線状に矯正される。

従って、矯正ロール１６は、Ａ１変態点未満に冷却された鋳片１１がＡ３変態点以上に昇温する位置の下流側で鋳片１１を直線状に矯正することとなる。
ここで、鋳片１１の昇温後の上限値を１１００℃としたのは、復熱温度が高温になり過ぎると結晶粒が粗大化し、割れ低減効果が減少するためである。
矯正帯２２を通過する際のＬ側コーナー部１９の温度はＡ３変態点以上であってもＡ３変態点未満であってもよい。

ここで、コーナー冷却帯２０において、Ｌ側コーナー部１９を３００〜７００℃の範囲に冷却する２つの理由を以下に説明する。
（理由１）コーナー冷却帯２０においてＬ側コーナー部１９を３００℃未満まで冷却すると、鋳片１１がコーナー冷却帯２０を通過した後、鋳片１１の復熱のみによって、Ｌ側コーナー部１９をＡ３変態点以上の温度に昇温させることを安定して行えない。
（理由２）コーナー冷却帯２０における冷却によって、Ｌ側コーナー部１９の温度を７００℃以下としない場合、結晶粒径の微細化効果が小さいため、鋳片１１を直線状に矯正する際のＬ側コーナー部１９への割れ発生を抑制できない。
理由１及び理由２については、論理的検証及び実験的検証によって確認されたことである。

鋳片の冷却温度（即ち、コーナー冷却帯によって冷却されたＬ側コーナー部の到達温度）及び復熱温度（即ち、鋳片が冷却後の復熱による昇温で到達するＬ側コーナー部の最高温度）が、鋳片を直線状に矯正する際のＬ側コーナー部の割れ発生状況に与える影響を実験によって検証したラボテスト結果の一例を以下の表１に示す。

表中に「評価」として記載した検証結果は、Ｌ側コーナー部の割れ発生状況であり、割れが顕著に生じた場合を×、ほとんど割れが生じなかった場合を○としている。
なお、鋳造速度は０．５ｍ／ｍｉｎ、鋳片サイズは４００ｍｍ×５００ｍｍであった。

また、コーナー冷却帯２０でＬ側コーナー部１９を３００℃未満に冷却する場合でも、図１に示す加熱装置２３を用いてＬ側コーナー部１９を加熱し鋳片１１の復熱の不足分を補えば、Ｌ側コーナー部１９を安定的にＡ３変態点以上に昇温することは可能である。即ち、加熱装置２３は、ノズル１７の下流側に設けられ、復熱により昇温する鋳片１１のＬ側コーナー部１９を加熱してＡ３変態点以上にする。

加熱装置２３を用いる場合、鋳片１１の復熱によりＬ側コーナー部１９をＡ３変態点以上にするのと同レベルの効果、即ち、鋳片１１を直線状に矯正する際にＬ側コーナー部１９に割れが生じるのを安定的に抑制する効果を得られることが確認されている。
ここで、加熱装置として誘導加熱装置を採用し、誘導加熱を行ってＬ側コーナー部１９を加熱することで、Ｌ側コーナー部１９の温度調整を安定的に行えることが実験によって確認されている。

次に、本発明の作用効果を確認するために行った実施例について説明する。
鋳造速度０．５ｍ／ｍｉｎ、鋳片サイズ４００ｍｍ×５００ｍｍの条件下で、水冷によってＬ側コーナー部を冷却した後に、Ｌ側コーナー部が鋳片の復熱のみによって何度まで上昇するかを調査すべく実験シミュレーションを行った。
実験は２つのケースについて行い、ケース１は、二次冷却後復熱させて、更にコーナー冷却帯でＬ側コーナー部を冷却し、Ｌ側コーナー部を６００℃に冷却した場合、ケース２は、コーナー冷却帯での冷却は行わず、二次冷却帯でＬ側コーナー部が６００℃になるまで冷却した場合である。

実験結果は、図３のグラフに示すようになり、実線で表されたケース１は、コーナー冷却帯の下流側で、Ｌ側コーナー部がＡ３変態点である８５０℃を超え、破線で表されたケース２は、復熱によって７５０℃まで温度上昇するものの、Ａ３変態点以上にはならなかった。このため、直線状に矯正された鋳片のＬ側コーナー部の割れ発生状況は、ケース１はほとんど割れがなく、ケース２は割れが顕著に発生した。
なお、ケース１において、二次冷却帯の下流側でＬ側コーナー部の温度が最も高くなっている、丸で囲まれた位置が復熱完了位置である。

以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本発明の適用範囲である。
例えば、鋳片は、ブルームやビレットに限定されず、スラブを用いることも可能である。
また、コーナー冷却帯の配置位置は、鋳片の復熱完了位置から２ｍの範囲に限定されず、例えば１５ｍの範囲であってもよい。

１０：連続鋳造設備、１１：鋳片、１２：鋳型、１３：サポートロール、１４：ノズル、１５：凝固殻、１６：矯正ロール、１７：ノズル、１８：鋳片Ｌ側、１９：Ｌ側コーナー部、２０：コーナー冷却帯、２１：二次冷却帯、２２：矯正帯、２３：加熱装置

Claims (8)

1. 連続鋳造設備の鋳型から出される鋳片を二次冷却後復熱させ直線状に矯正する連続鋳造方法において、
   前記鋳片の二次冷却後の復熱完了位置より下流側に設けた冷却帯で、前記鋳片の湾曲内側コーナー部のみに冷却水を吹き付ける水冷を行ってＡ１変態点未満に冷却し、更にＡ３変態点以上に昇温させた後、前記鋳片を直線状に矯正することを特徴とする連続鋳造方法。
2. 請求項１記載の連続鋳造方法において、前記鋳片の湾曲内側コーナー部は、３００〜７００℃に冷却されることを特徴とする連続鋳造方法。
3. 請求項１又は２記載の連続鋳造方法において、前記鋳片の湾曲内側コーナー部の昇温は、前記鋳片の復熱のみによって行われることを特徴とする連続鋳造方法。
4. 請求項１又は２記載の連続鋳造方法において、前記鋳片の湾曲内側コーナー部の昇温を行う復熱量の不足分を、該鋳片の湾曲内側コーナー部を加熱することによって補うことを特徴とする連続鋳造方法。
5. 請求項４記載の連続鋳造方法において、前記湾曲内側コーナー部の加熱は、誘導加熱によって行われることを特徴とする連続鋳造方法。
6. 鋳型から出される鋳片を二次冷却後復熱させ直線状に矯正する連続鋳造設備において、
   前記二次冷却後の復熱完了位置より下流側に設けられ、前記鋳片の湾曲内側コーナー部のみに冷却水を吹き付けてＡ１変態点未満に冷却するノズルと、Ａ１変態点未満に冷却された前記鋳片がＡ３変態点以上に昇温する位置の下流側で該鋳片を直線状に矯正する矯正ロールとを備え、前記復熱完了位置から前記鋳片を直線状に矯正する位置の間で該鋳片の湾曲内側コーナー部のみを冷却水で冷却することを特徴とする連続鋳造設備。
7. 請求項６記載の連続鋳造設備において、前記ノズルの下流側に設けられ、復熱により昇温する前記鋳片の湾曲内側コーナー部を加熱してＡ３変態点以上にする加熱装置を備えることを特徴とする連続鋳造設備。
8. 請求項７記載の連続鋳造設備において、前記加熱装置は、誘導加熱を行う誘導加熱装置であることを特徴とする連続鋳造設備。

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