JP7028088B2

JP7028088B2 - 鋳片の引抜方法

Info

Publication number: JP7028088B2
Application number: JP2018129889A
Authority: JP
Inventors: 和洋尾形; 洋仁井谷
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 2018-07-09
Filing date: 2018-07-09
Publication date: 2022-03-02
Anticipated expiration: 2038-07-09
Also published as: JP2020006408A

Description

本発明は、湾曲型又は垂直曲げ型の連続鋳造機における鋳片の引抜方法に関する。

湾曲型又は垂直曲げ型の連続鋳造機１０による鋳片２２の連続鋳造では、鋳型１５への溶鋼２１注入が終了し（図１（Ａ）参照）、鋳片２２の引抜が行われている間に（図１（Ｂ）参照）、図２に示すような、鋳片後端部２３から溶鋼２１がこぼれ出る事象（以下、本明細書では「湯こぼれ」と呼ぶ。）が発生することがある。湯こぼれが発生すると、こぼれた溶鋼２１が連続鋳造機１０の鋳造ロール１６やロール軸受に付着するため、その除去に時間を要し、生産が阻害される。
鋳片引抜開始直後に鋳片送り速度（鋳片引抜速度）を低下させて鋳片後端部の凝固促進を図り、湯こぼれしない位置まで溶鋼湯面を低下（湯引き）させれば湯こぼれを防止することができる。しかし、鋳片引抜速度を低下させた場合、鋳片引抜に要する時間が延びるため、次の鋳造準備（ダミーバー装入）開始が遅れ、生産性が阻害される可能性がある。

そのため、生産性を阻害することなく、湯こぼれを防止する技術が開示されている。
例えば、特許文献１には、鋼板を組み合わせたブロック状の冷却材を鋳造終了直後に鋳型内の溶鋼中に挿入することにより、鋳片後端部の凝固を促進させて湯こぼれを抑制する技術が開示されている。
また、特許文献２には、通常の鋳造速度を保持したまま鋳込みを終了して鋳片を引き抜き、鋳型内への給湯ストップと同時に、最後端鋳片における未凝固部分の下方部位のロール間隔を拡大して凝固シェルを意図的にバルジングさせ、凝固収縮による溶鋼の絞り出しをバルジングにより吸収し、次いで、拡幅した部分を後段のロールにより圧下して完全凝固部分で所定の鋳片厚みにする技術が開示されている。

特開昭５９－７６６５２号公報特開平１０－２４４３４７号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術では、鋳型への溶鋼注入終了から鋳片が鋳型を抜けるまでの僅かな時間で作業しなければならないだけでなく、冷却材投入時の溶鋼湯面変動によるパウダー巻き込み等が懸念される。
一方、特許文献２記載の技術では、鋳造及び鋳片引抜中のロール間隔を制御する機構に加えて、完全凝固後の鋳片を厚み圧下する高剛性のセグメントを設置しなければならず、設備制約上、実施が困難となる場合がある。また、バルジングが過大となった場合には、バルジングによる歪で内部割れが発生する可能性もあり、歩留悪化のリスクが生じる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたもので、冷却材の投入や連続鋳造設備の改造等を必要とせず、鋳片品質を低下させることなく湯こぼれを防止することが可能な鋳片の引抜方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、湾曲型又は垂直曲げ型の連続鋳造機における鋳片の引抜方法であって、
鋳型への溶鋼注入が終了してから鋳片後端部が前記連続鋳造機の矯正部を通過するまでの間に、該鋳片後端から該鋳片前端に向かう１ｍ～４ｍの領域を、０．１２≦水量密度（Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ）≦０．３２かつ５≦冷却時間（ｍｉｎ）≦８の条件で冷却した後、水量密度（Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ）≦０．０２かつ１．５≦復熱時間（ｍｉｎ）の条件で復熱させることを特徴としている。
なお、本明細書に記載されている単位「Ｌ」は「リットル」である。また、鋳片の進行方向を「前」側、その逆方向を「後」側とする。

本発明は、冷却材投入や連続鋳造機の設備改造等を必要とせず、鋳片引抜開始以降の鋳片冷却を制御することによって鋳片後端部凝固シェル厚を増大させて湯こぼれを防止する技術である。なお、鋳片後端部凝固シェルとは、溶鋼注入が終了した後に湯面が固まって形成される凝固シェルのことであり、鋳片後端部凝固シェル厚は、鋳片後端部を鋳造長手方向に切断した断面にて観察、測定することができる。

鋳片後端部凝固シェルを厚くするには、鋳片後端部付近への冷却強化が一般的である。しかし、冷却強化した場合、鋳片２２全体の凝固収縮が進んで鋳片後端部２３の溶鋼湯面２５が低下する（図３（Ａ）、（Ｂ）参照）。その結果、鋳片後端部凝固シェル２４の形成に必要な溶鋼２１の供給が途絶えてしまい、鋳片後端部凝固シェル２４の形成が不十分となる。さらに、湾曲型又は垂直曲げ型の連続鋳造機の円弧部１８以降で鋳片後端部２３が傾いていく過程において（図１参照）、鋳片後端部凝固シェル２４に溶鋼２１が接触して、溶鋼静圧が鋳片後端部凝固シェル２４に作用する。そのため、鋳片後端部凝固シェル厚が薄い場合には、溶鋼静圧により鋳片後端部凝固シェル２４が破断し、湯こぼれが発生する（図３（Ｃ）参照）。

本発明者らは、湾曲型又は垂直曲げ型の連続鋳造機による連続鋳造において、湯こぼれが発生した場合と湯こぼれが発生しなかった場合それぞれの鋳片後端部凝固シェル厚を測定した。そして、鋳片後端部凝固シェル厚が１０ｍｍ以上確保できていれば湯こぼれを防止できることを見出した。
本発明では、湾曲型又は垂直曲げ型の連続鋳造機による連続鋳造において、鋳片後端部凝固シェルへの溶鋼供給を途絶えさせないようにして鋳片後端部凝固シェル厚１０ｍｍ以上を確保する。具体的には、一度、鋳片２２の後端部付近を冷却した後（図４（Ａ）参照）、冷却を停止又は極微量の冷却量とすることにより鋳片２２を復熱させる（図４（Ｂ）参照）。

連続鋳造機内で鋳片の後端部付近を冷却した場合、凝固シェルの表層側の温度低下に伴い、凝固シェルの表層側が収縮し、外側に変形しようとするが、連続鋳造機内では鋳片が固定(拘束)されているため、凝固シェル２０の変形は抑制される。次いで、冷却を停止又は極微量の冷却量として鋳片の後端部付近を復熱させた場合、冷やされていた凝固シェル２０の表層側の温度上昇に伴って伸びが発生し、鋳片２２の内部側(溶鋼２１側)へ向かう変形が生じる（図４（Ｂ）参照）。これにより、鋳片断面積が減少し、一度低下した溶鋼湯面２５は、凝固シェル２０の変形に伴って鋳片後端部２３側へ押し上げられる（押戻し）。この押し上げられた溶鋼２１が鋳片後端部凝固シェル２４となり、鋳片後端部凝固シェル厚を効果的に増大させる。厚みが増した鋳片後端部凝固シェル２４は溶鋼２１を封止し、湯こぼれを防止する（図４（Ｃ）参照）。

本発明に係る鋳片の引抜方法では、湾曲型又は垂直曲げ型の連続鋳造機による連続鋳造において、鋳片後端部凝固シェルへの溶鋼供給を途絶えさせないようにするため、一度冷却した鋳片を復熱させることにより、厚さが１０ｍｍ以上ある鋳片後端部凝固シェルを形成する。これにより、冷却材の投入や連続鋳造設備の改造等を必要とせず、鋳片品質を低下させることなく湯こぼれを防止することができる。

垂直曲げ型連続鋳造機における鋳片断面の模式図であって、（Ａ）は溶鋼注入終了直後、（Ｂ）は鋳片引抜中の状態を示している。湯こぼれを説明するための模式図である。従来の鋳片の引抜方法における鋳片後端部の模式図であって、（Ａ）は鋳片引抜開始時、（Ｂ）は鋳片引抜中、（Ｃ）は湯こぼれ発生時を示している。本発明の一実施の形態に係る鋳片の引抜方法における鋳片後端部の模式図であって、（Ａ）は冷却ステップ時、（Ｂ）は復熱ステップ時、（Ｃ）は湯こぼれ防止状態を示している。鋳片後端部凝固シェル厚が１０ｍｍ以上となるかどうか冷却ステップの水量密度と冷却時間をパラメータとして示したグラフであって、（Ａ）の復熱ステップ条件は、０．０１０≦水量密度（Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ）≦０．０１５かつ０．５≦復熱時間（ｍｉｎ）≦１．０、又は０．０２５≦水量密度（Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ）≦０．０５０かつ２．０≦復熱時間（ｍｉｎ）≦３．０、（Ｂ）の復熱ステップ条件は、０．０１０≦水量密度（Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ）≦０．０２０かつ１．５≦復熱時間（ｍｉｎ）≦３．０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いて説明し、本発明の理解に供する。

連続鋳造機１０では、精錬が終了した溶鋼から鋳片２２が連続的に製造される（図１参照）。
精錬が終了した溶鋼は、連続鋳造機１０の最上部に配置された取鍋（図示省略）に貯留された後、取鍋の底部に設けられたノズル孔に装着されたロングノズル（図示省略）を介して、取鍋の下方に配置されたタンディッシュ（図示省略）内に注入される。タンディッシュ内に注入された溶鋼は、タンディッシュ内で介在物が除去された後、タンディッシュの底部に設けられたノズル孔に装着された浸漬ノズル１４を介して、タンディッシュの下方に配置された鋳型１５内に注入される。鋳型１５は常時、水冷されており、鋳型１５に流入した溶鋼２１は鋳型１５に接触して急冷され、微細なチル晶からなる薄い凝固シェル２０を形成する。

鋳型１５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造ロール１６が鋳造経路に沿って配置されている。本実施の形態における連続鋳造機１０の方式は垂直曲げ型であり、鋳型１５に続く鋳造経路は、下流側に向かって、鋳片２２が鉛直下方に移動する垂直部１７と、鋳片２２を円弧状に湾曲させる円弧部１８と、円弧状となった鋳片２２を真っ直ぐにする矯正部１９とを備えている。
鋳造方向に隣接する鋳造ロール１６の間隙には、水スプレーノズルなどの冷却ノズル（図４参照）を有する二次冷却帯が配置されている。

未凝固の溶鋼２１を内蔵したまま鋳型１５を出た鋳片２２は、冷却ノズルで水冷されつつ、鋳造ロール１６により下方に搬送された後、鋳片切断機（図示省略）により所定の長さに切断される。

次に、本発明の一実施の形態に係る鋳片の引抜方法について説明する。
前述したように、本発明者らは、湾曲型又は垂直曲げ型の連続鋳造機による連続鋳造において、鋳片後端部凝固シェル厚が１０ｍｍ以上確保できていれば湯こぼれを防止できるという知見を得ている。さらにまた、鋳片後端部付近を強冷却した後、復熱させることにより、鋳片後端部付近の凝固シェルを内側に変形させて溶鋼を押戻し、鋳片後端部凝固シェルの形成を促すことができることも見出している。

そこで、鋳片後端部凝固シェル厚が１０ｍｍ以上となる冷却条件を探るため、湾曲型又は垂直曲げ型の連続鋳造機による連続鋳造において、鋳片引抜開始以降（鋳型への溶鋼注入が終了してから鋳片後端部が連続鋳造機の矯正部を通過するまでの間）、鋳片後端から鋳片前端に向かう１ｍ～４ｍの領域における冷却条件（冷却ステップ条件、復熱ステップ条件）を変化させて鋳片を製造し、製造された各鋳片の後端部から鋳造方向断面サンプルを採取（鋳片幅方向中央から１／４幅の位置）して鋳片後端部凝固シェル厚を測定した。
なお、復熱ステップ後は、水量密度：０．１Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ～０．３Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎにて鋳片の冷却を行った。また、鋳片後端から鋳片前端に向かう１ｍ未満及び４ｍ超の領域は、冷却後に復熱させても溶鋼の押戻しには寄与しないので冷却条件から除外した。

上記測定結果をグラフ化したものを図５に示す。横軸に冷却ステップの水量密度、縦軸に強冷却の冷却時間をとり、鋳片後端部凝固シェル厚が１０ｍｍ以上の場合を「○」、１０ｍｍ未満の場合を「×」で示している。
図５（Ａ）は、復熱ステップ条件を、水量密度：０．０１０Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ～０．０１５Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎかつ復熱時間：０．５ｍｉｎ～１．０ｍｉｎ、もしくは水量密度：０．０２５Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ～０．０５０Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎかつ復熱時間：２ｍｉｎ～３ｍｉｎとしたときの結果である。本復熱ステップ条件の場合、冷却ステップ条件にかかわらず鋳片後端部凝固シェル厚は１０ｍｍ未満であった。
一方、図５（Ｂ）は、復熱ステップ条件を、水量密度：０．０１０Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ～０．０２０Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎかつ復熱時間：１．５ｍｉｎ～３．０ｍｉｎとしたときの結果である。本復熱ステップ条件の場合、冷却ステップ条件を水量密度：０．１２Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ～０．３２Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎかつ冷却時間：５ｍｉｎ～８ｍｉｎとすることにより、鋳片後端部凝固シェル厚を１０ｍｍ以上にできることが判明した。

本発明者らは、上記知見に基づき、以下に示す、湾曲型又は垂直曲げ型の連続鋳造機における鋳片の引抜方法に想到した。

（ａ）冷却ステップ
鋳片引抜開始直後より、鋳片後端から鋳片前端に向かう１ｍ～４ｍの領域に対応する二次冷却帯の水量密度を（１）式の範囲とし、（２）式に示す時間範囲で鋳片の冷却を実施する。
０．１２≦水量密度（Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ）≦０．３２（１）
５≦冷却時間（ｍｉｎ）≦８（２）

（ｂ）復熱ステップ
（１）式かつ（２）式を満足する冷却完了後、鋳片後端から鋳片前端に向かう１ｍ～４ｍの領域に対応する二次冷却帯の水量密度を（３）式とし、（４）式に示す復熱時間を設ける。復熱ステップ時の水量密度は０Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎでもよく、復熱時間の上限は５ｍｉｎ程度である。
水量密度（Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ）≦０．０２（３）
復熱時間（ｍｉｎ）≧１．５（４）

上記条件にて鋳片引抜を行うことによって、鋳片後端部凝固シェルの成長に必要な溶鋼を供給することが可能となり、湯こぼれすることなく鋳片引抜が可能となる。

なお、冷却ステップにおいて、水量密度が０．１２Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ未満又は冷却時間が５ｍｉｎ未満である場合、冷却ステップ完了時の鋳片後端から鋳片前端に向かう１ｍ～４ｍの領域の鋳片温度が高く、復熱ステップ完了時の鋳片温度との温度差が不足する。その結果、熱曲げ（鋳片厚さ方向の曲げ）による溶鋼の押戻し量が不足し、鋳片後端部凝固シェルの形成が促進されず、湯こぼれが発生する。一方、水量密度が０．３２Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ超又は冷却時間が８ｍｉｎ超である場合、過剰冷却となり、凝固収縮に伴う溶鋼湯面低下が過剰となる。その結果、復熱ステップ後の溶鋼押戻し量が不足し、鋳片後端部凝固シェルの形成が促進されず、湯こぼれが発生する。

また、復熱ステップにおいて、水量密度が０．０２Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ超又は復熱時間が１．５ｍｉｎ未満である場合、復熱量が不足し、熱曲げによる溶鋼の押戻し量が不足する。その結果、鋳片後端部凝固シェルの形成が促進されず、湯こぼれが発生する。

以上、本発明の一実施の形態について説明してきたが、本発明は何ら上記した実施の形態に記載の構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載されている事項の範囲内で考えられるその他の実施の形態や変形例も含むものである。例えば、上記実施の形態では、垂直曲げ型連続鋳造機について説明しているが、湾曲型連続鋳造機も同様である。

本発明の効果について検証するために実施した検証試験について説明する。
鋳片後端から鋳片前端に向かう１ｍ～４ｍの領域に対して表１に示す条件にて冷却ステップ、復熱ステップの冷却を行い、復熱ステップ後は水量密度０．１８Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎで冷却を行いながら鋳片引抜を行い、湯こぼれの発生有無を調査すると共に、鋳片後端部から鋳造方向断面サンプルを鋳片幅方向中央から１／４幅の位置で採取して鋳片後端部凝固シェル厚を測定した。鋳造方向断面サンプルを採取した鋳片幅方向中央から１／４幅位置は、冷却ノズルの配置等から鋳片後端部凝固シェル厚が最も薄くなる位置である。
なお、使用した連続鋳造機は垂直曲げ型連続鋳造機である。

検証試験より以下のことが判明した。
・実施例１及び２では、鋳片後端部凝固シェル厚を１０ｍｍ以上確保でき、湯こぼれを防止できたのに対し、比較例１～６では、鋳片後端部凝固シェル厚が１０ｍｍ未満となり、湯こぼれが発生した。
・実施例１及び２では、本発明の条件に従う冷却及び復熱ステップ条件を実施することにより、鋳片後端部凝固シェル厚を１０ｍｍ以上とすることができた。
・比較例１及び３では、冷却ステップにおける冷却が不足し、復熱ステップ完了時の鋳片温度との温度差が不足した。その結果、熱曲げによる溶鋼の押戻し量が不十分となり、鋳片後端部凝固シェル厚が１０ｍｍ未満となった。
・比較例２及び４では、冷却ステップでの冷却が過剰となり、凝固収縮に伴う溶鋼湯面低下が過剰となった。その結果、復熱ステップ後の溶鋼押戻し量が不足し、鋳片後端部凝固シェル厚が１０ｍｍ未満となった。
・比較例５及び６では、復熱量が不足し、熱曲げによる溶鋼の押戻し量が不足し、鋳片後端部凝固シェルが１０ｍｍ未満となった。

１０：連続鋳造機、１４：浸漬ノズル、１５：鋳型、１６：鋳造ロール、１７：垂直部、１８：円弧部、１９：矯正部、２０：凝固シェル、２１：溶鋼、２２：鋳片、２３：鋳片後端部、２４：鋳片後端部凝固シェル、２５：溶鋼湯面

Claims

湾曲型又は垂直曲げ型の連続鋳造機における鋳片の引抜方法であって、
鋳型への溶鋼注入が終了してから鋳片後端部が前記連続鋳造機の矯正部を通過するまでの間に、該鋳片後端から該鋳片前端に向かう１ｍ～４ｍの領域を、０．１２≦水量密度（Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ）≦０．３２かつ５≦冷却時間（ｍｉｎ）≦８の条件で冷却した後、水量密度（Ｌ／ｋｇ・ｍｉｎ）≦０．０２かつ１．５≦復熱時間（ｍｉｎ）の条件で復熱させることを特徴とする鋳片の引抜方法。