JP7126100B2 - スラブ鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スラブ鋳片の連続鋳造方法に関する。詳しくは、連続鋳造中に鋳型長辺銅板温度を測定し、測定される鋳型長辺銅板温度の鋳型幅方向のバラツキが所定の範囲内になるように制御してスラブ鋳片を連続鋳造する方法に関する。

近年、連続鋳造における生産性の向上及び高品質鋳片の要求は益々高まっており、連続鋳造機の生産性を向上すべく、鋳片引き抜き速度を増加させる技術開発、及び、鋳片の品質を向上させる技術開発が進められている。

しかし、安易に鋳片引き抜き速度を増加させると、鋳型内における凝固シェルの成長が不均一になり、凝固シェル厚みが薄い箇所の鋳片表面に割れが生じる。最悪の場合、割れの生じた部分が破れて、溶鋼が漏出するブレークアウトが発生し、連続鋳造機の生産を長時間停止させる場合がある。また、こういった現象は、鋼材製品の機械特性の向上を目的として、珪素やマンガンなどに代表される合金元素の添加量を高めた鋼種において発生しやすい傾向にある。

このような状況を打破するために、連続鋳造用鋳型内の溶鋼流動制御技術が開発され、例えば、特許文献１には、鋳型内の溶鋼に磁場を印加する方法が提案されている。

鋳型内の溶鋼に磁場を印加して溶鋼流動を制御することで、或る程度の生産性と品質の安定化とを図ることが可能となる。しかし、磁場を印加しても、予期せぬ操業変動などに起因し、鋳型内の溶鋼流動を完全に制御することは困難であるので、鋳型銅板に埋め込まれた測温素子による測温結果を併用して操業を制御する技術が提案されている。

例えば、特許文献２には、鋳型銅板背面の幅方向に複数個の測温素子を配置し、該測温素子により鋳型銅板温度の鋳型幅方向分布を測定し、鋳型幅方向の温度分布に基づいて鋳片の表面欠陥を判定する方法が提案されている。

また、特許文献３には、鋳型内溶鋼を水平方向に旋回させる移動磁場を印加しつつ、鋳型長辺銅板背面に埋設した測温素子を用いて鋳型銅板温度を測定し、測定された鋳型銅板温度に基づいて鋳片表面欠陥を判定する方法が提案されている。具体的には、鋳型空間の軸心線を対称軸として対称の位置に配置された測温素子同士の測定結果を比較し、両者のうちの高い方の測定温度に対する低い方の測定温度の比が０．８５よりも小さくなった場合に、鋳片表面に欠陥が発生したと判定する方法である。

特開平１０－３０５３５３号公報 特開２００３－１８１６０９号公報 特開２００９－２１４１５０号公報

しかしながら、上記従来技術には以下の問題がある。

即ち、特許文献２及び特許文献３は、鋳型内の溶鋼流動の変化に伴う鋳型銅板温度の変化を捉え、鋳片表面の欠陥判定を行うものであり、鋳型内溶鋼湯面から鋳片引抜き方向に１３５ｍｍ以内の領域の鋳型銅板温度を測定することを推奨している。

しかし、一般的に、ブレークアウトの発生機構としては、モールドパウダーの不均一流入や、鋳型と凝固シェルとの間における空隙（「エアーギャップ」と呼ばれる）の生成によることが知られている。これは、モールドパウダーの不均一流入により、モールドパウダーの流れ込みが少ない箇所で鋳型と凝固シェルとが焼き付き、ブレークアウトが発生する。また、エアーギャップの生成により、局所的に溶鋼から鋳型への抜熱量が低下して凝固シェル厚みの薄い箇所が形成され、この部位の凝固シェルが内部の溶鋼静圧に耐え切れなくなって割れ、ブレークアウトが発生する。モールドパウダーの不均一流入によっても、凝固シェル厚みの薄い箇所が形成され、これによってブレークアウトが発生する。

このような局所的な凝固シェル厚みの薄い箇所を検知するためには、鋳型内溶鋼湯面から鋳片引抜き方向に１３５ｍｍ以内の領域の測温だけでは現象を捉え切れない。つまり、連続鋳造機の安定性を保証するには、より広範囲での鋳型銅板温度の測定が必要である。

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、スラブ鋳片の連続鋳造中に、鋳型長辺銅板温度を広範囲で測定し、測定される鋳型長辺銅板温度の鋳型幅方向のバラツキが所定の範囲内になるように鋳造条件を調整し、これによって、連続鋳造機の高生産性と高品質鋳片の製造とを両立することのできる、スラブ鋳片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］連続鋳造用鋳型の相対する鋳型長辺銅板のそれぞれの内部に測温素子を設置し、該測温素子を用いて鋳型長辺銅板温度を測定しつつ鋼のスラブ鋳片を連続鋳造する、スラブ鋳片の連続鋳造方法であって、
前記測温素子を、該測温素子の温度測定点が鋳型長辺銅板の溶鋼側表面と冷却水スリットとの間に位置し、且つ、鋳型長辺銅板の溶鋼側表面から各温度測定点までの銅板厚み方向距離が同一となるように設置し、
前記温度測定点を、鋳型内の溶鋼湯面位置から鋳片引き抜き方向に６００ｍｍ以上までの範囲に、鋳片引き抜き方向に１００ｍｍ以下の間隔で、且つ、鋳型長辺銅板の幅方向に１５０ｍｍ以下の間隔で格子状に設け、
連続鋳造中のスラブ鋳片の短辺位置よりもスラブ鋳片幅中央側で、且つ、鋳型内の溶鋼湯面位置から鋳片引き抜き方向に５０ｍｍ以上下方に設置される測温素子による測定値を鋳型長辺銅板温度の評価対象とし、
鋳片引き抜き方向に同一位置となる鋳型長辺銅板の幅方向の測定値の標準偏差が２０℃以下となるように鋳造条件を調整する、
スラブ鋳片の連続鋳造方法。
［２］前記鋳片引き抜き方向に同一位置となる鋳型長辺銅板の幅方向の測定値の標準偏差の全てが２０℃以下となるように鋳造条件を調整する、上記［１］に記載のスラブ鋳片の連続鋳造方法。
［３］前記鋳造条件が、鋳片引き抜き速度、電磁場発生装置から鋳型内溶鋼へ印加される磁束密度、浸漬ノズルの浸漬深さの３種のうちの１種または２種以上である、上記［１］または上記［２］に記載のスラブ鋳片の連続鋳造方法。

本発明では、鋳型長辺銅板の温度を鋳片引き抜き方向及び鋳型長辺銅板の幅方向の広範囲にわたって測定し、鋳片引き抜き方向に同一位置となる鋳型長辺銅板の幅方向の測温値のバラツキが小さくなるように、鋳造条件を調整する。これにより、連続鋳造機の高生産性とスラブ鋳片の高品質とを両立した操業を行うことが可能となる。

図１は、本発明に係るスラブ鋳片の連続鋳造方法を実施する際に好適なスラブ連続鋳造機の概略断面図である。 図２は、測温素子として熱電対を使用したときの、熱電対の設置方法を示す模式図である。 図３は、鋳片引き抜き方法及び鋳型長辺銅板の幅方向での鋳型長辺銅板温度の分布を調査する際に、鋳型長辺銅板に設置した熱電対の位置を示す概略図である。 図４は、本発明の実施に供される、熱電対を埋設した連続鋳造用鋳型、及び、標準偏差による判定・制御を行うための演算装置を示す概略図である。 図５は、実施例において、Ａストランドに搭載した連続鋳造用鋳型の鋳型長辺銅板の背面を示す概略図である。 図６は、実施例において、Ｂストランドに搭載した連続鋳造用鋳型の鋳型長辺銅板の背面を示す概略図である。 図７は、スラブ鋳片の表面割れ発生率の調査結果を示す図である。 図８は、標準偏差の最大値と表面割れ発生率との関係を示す図である。 図９は、製品歩留まりの調査結果を示す図である。

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、本発明に係るスラブ鋳片の連続鋳造方法を実施する際に好適なスラブ連続鋳造機の概略断面図であり、連続鋳造用鋳型及びタンディッシュの概略正面断面図である。

図１において、相対する鋳型長辺銅板７と、この鋳型長辺銅板７に挟持された、相対する鋳型短辺銅板８とを具備した連続鋳造用鋳型６の上方所定位置に、タンディッシュ９が配置されている。このタンディッシュ９の底部には上ノズル１２が設置され、そして、上ノズル１２の下面に接して、固定板１４、摺動板１５及び整流ノズル１６からなるスライディングノズル１３が設置されている。更に、スライディングノズル１３の下面に接して、下部に一対の吐出孔１７ａを有する浸漬ノズル１７が設置されている。浸漬ノズル１７の内壁面へのアルミナ付着防止のために、タンディッシュ９から連続鋳造用鋳型６に供給される溶鋼１に、アルゴンガスなどの希ガスや窒素ガスなどの非酸化性ガスが、上ノズル１２、固定板１４、浸漬ノズル１７などから吹き込まれている。タンディッシュ９は、外殻を鉄皮１０とし、その内部に耐火物１１が施工されている。

鋳型長辺銅板７の背面には、電磁場発生装置１８が、鋳型長辺銅板７を挟んで対向して設置されている。電磁場発生装置１８は電源（図示せず）と結線されており、電源から供給される電力により、電磁場発生装置１８から印加される磁束密度及び磁場の移動方向がそれぞれ制御できるように構成されている。尚、図１では、浸漬ノズル１７を境として鋳型長辺銅板７の幅方向左右で２つに分割された合計４基の電磁場発生装置１８が、鋳型長辺銅板７を挟んで対向して設置されているが、電磁場発生装置１８は、図１の仕様に限るものではなく、溶鋼に対して直流磁場を印加して溶鋼流を制動するものや、交流磁場を印加して溶鋼を一定方向に旋回または制動するものなど、製造する鋼材製品の特性に応じた装置が適宜選択される。

溶鋼１を取鍋（図示せず）からタンディッシュ９に注入し、タンディッシュ９に滞留する溶鋼量が所定量になったなら、摺動板１５を開き、溶鋼１をタンディッシュ９から連続鋳造用鋳型６に注入する。溶鋼１は、浸漬ノズル１７の吐出孔１７ａから、鋳型短辺銅板８に向かう吐出流５となって連続鋳造用鋳型６の内部空間に注入される。連続鋳造用鋳型６の内部空間に注入された溶鋼１は連続鋳造用鋳型６と接触して冷却される。これにより、連続鋳造用鋳型６との接触面に凝固シェル２が形成される。

連続鋳造用鋳型６の内部空間に所定量の溶鋼１が注入されたなら、吐出孔１７ａを溶鋼１に浸漬した状態に維持して、連続鋳造用鋳型６の下方に設置されたピンチロール（図示せず）を駆動して、外殻を凝固シェル２とし、内部に未凝固の溶鋼１を有するスラブ鋳片３の引き抜きを開始する。引き抜き開始後は、連続鋳造用鋳型内の溶鋼湯面４の位置をほぼ一定位置に制御しながら、鋳片引き抜き速度を増速して所定の鋳片引き抜き速度とする。鋳型内の溶鋼湯面４の上にはモールドパウダー１９を添加する。モールドパウダー１９は溶融して、溶鋼１の酸化防止や凝固シェル２と連続鋳造用鋳型６との間に流れ込んで潤滑剤としての効果を発揮する。

電磁場発生装置１８から印加する磁場は、（１）；相対する電磁場発生装置１８で磁場の移動方向が反対向きの移動磁場を印加し、鋳型内の溶鋼湯面４に水平方向の溶鋼１の旋回流を形成する方法、つまり、凝固シェル界面に沿って水平方向に旋回する溶鋼流動を形成する方法、（２）；相対する電磁場発生装置１８で磁場の移動方向が同一方向の移動磁場を印加し、吐出流５の流速を減速または加速する方法、（３）；直流静磁場を印加して鋳型内の溶鋼１の流動を減速する方法などを、目的に応じて採用する。

本発明者らは、上記のようにして行われるスラブ連続鋳造機の操業において、種々の鋳造条件下で、鋳片引き抜き方法及び鋳型長辺銅板７の幅方向での鋳型長辺銅板温度の分布を調査した。その場合に、相対する鋳型長辺銅板７の内部に、向かい合ったほぼ同一の箇所に、熱電対を測温素子として埋め込んで設置し、それぞれの鋳型長辺銅板７の温度を測定した。

尚、今回は測温素子として熱電対を用いたが、例えば、光ファイバー方式のセンサーなど、鋳型銅板温度を正確に測定できる手法であればどのような測温素子であっても構わない。垂直曲げ型スラブ連続鋳造機のように鋳型長辺銅板７が平坦な面で構成される場合に、光ファイバーを使用する場合には、例えば鋳型長辺銅板７の上端面から、鋳型長辺銅板７の溶鋼側表面と平行に、鋳片引き抜き方向に挿入することも可能である。

また、測温素子の温度測定点（熱電対であれば熱電対先端位置）の鋳型銅板厚み方向における設置位置は、設置した全ての温度測定点の銅板厚み方向距離（鋳型銅板の溶鋼側表面からの距離）を同一とし、且つ、各温度測定点が鋳型長辺銅板７の溶鋼側表面と冷却水スリット（鋳型銅板を冷却するための冷却水が通る水路）との間に位置するように設置する。

図２は、測温素子として熱電対を使用した場合の具体的な設置方法の模式図である。図２において、（Ａ）は鋳型長辺銅板７の一部分を鉛直方向上方から見た断面図であり、（Ｂ）は鋳型長辺銅板７の一部分を水箱（鋳型冷却水の給排水装置）が設置された側から見た側面図である。

測温素子として熱電対２０を設置する場合には、図２に示すように、鋳型長辺銅板７の背面の冷却水スリット２２が設置されていない部位に、熱電対２０を挿入するための孔を鋳型長辺銅板７の背面にほぼ垂直に設け、その孔に熱電対２０を挿入する。熱電対２０の温度測定点２０ａ（熱電対先端位置）が、鋳型長辺銅板７の溶鋼側表面７ａと冷却水スリット２２との間に位置するように設置する。

測温素子として光ファイバーセンサー（ＦＢＧセンサー）を設置する場合（図示せず）には、鋳型長辺銅板７の溶鋼側表面７ａと冷却水スリット２２との間に、鋳型長辺銅板７の溶鋼側表面７ａと平行な孔を設置し、その孔に光ファイバーセンサーを挿入する。温度測定点は、測温素子として熱電対を使用した場合と同様の位置であり、図２中の黒丸印（●）の位置となる。

また、測温素子の各温度測定点が、鋳型長辺銅板７の溶鋼側表面と冷却水スリット２２との間に位置した上で、更に、鋳型長辺銅板７の溶鋼側表面７ａから４～２０ｍｍの距離範囲に存在することが好ましい。前記距離範囲が４ｍｍを下回る場合には、鋳型銅板への熱負荷によって生じるクラックが温度測温点とつながり、測温素子を損傷するおそれがある。また、前記距離範囲が２０ｍｍを超える場合には、測温の応答性が鈍くなるので好ましくない。

図３に、鋳型長辺銅板７における熱電対の設置位置を示す。図３中の黒丸印（●）が熱電対の設置位置である。図３に示すように、鋳片引き抜き方向には、鋳型長辺銅板７の上端から１００ｍｍの位置を始点として、ＡからＱまでの合計１７段の熱電対を５０ｍｍ間隔で設けた。また、鋳型長辺銅板７の幅方向には、１から２７までの合計２７列の熱電対を７５ｍｍ間隔で設け、鋳片引き抜き方向及び鋳型長辺銅板７の幅方向に、熱電対を格子状に設置した。

このように、鋳型長辺銅板７のほぼ全域にわたって熱電対を格子状に設置することで、鋳型長辺銅板７の全体の温度分布を測定することが可能となる。尚、図３において、溶鋼湯面４の位置は、鋳型長辺銅板７の上端から８０ｍｍの位置であるが、８０±３０ｍｍ程度であれば、溶鋼湯面４の位置を、連続鋳造操業に支障をきたすことなく、変化させることができる。

このような連続鋳造用鋳型６を用いてスラブ鋳片３を連続鋳造しつつ、鋳型長辺銅板温度分布の測定を行った。得られた温度分布と連続鋳造時の操業状況とを対比調査した。

本発明者らは、先ず、モールドパウダーの不均一流入やエアーギャップの発生を、どの程度の測温範囲及び測温間隔であれば見逃さずに検知できるかを検証した。具体的には種々の鋳造条件に対して得られた「Ａ－１」から「Ｑ－２７」までの合計４５９箇所（＝１７×２７）の測定温度データを、幾つか省いたうえで解析を行った。

モールドパウダーの不均一流入が起こると、連続鋳造用鋳型６と凝固シェル２の間に流れ込むモールドパウダーが局所的に薄くなる箇所が発生する。その部分においては、モールドパウダーの熱抵抗が小さくなるため、鋳型長辺銅板温度の測定値が鋳型幅方向に隣り合う熱電対の測温値と比べて高くなる傾向にある。一方、連続鋳造用鋳型６と凝固シェル２の間にエアーギャップが発生すると、凝固シェル２と連続鋳造用鋳型６との間の距離が大きくなるため、その部分においては、鋳型長辺銅板温度の測定値が鋳型幅方向に隣り合う熱電対の測温値と比べて低くなる傾向にある。

このような測温結果に基づき、解析を実施した結果、モールドパウダーの不均一流入やエアーギャップの発生を見逃さないための測定範囲として、下記の条件を満たす必要があることを見出した。

１；鋳型内の溶鋼湯面位置から鋳片引き抜き方向に向かって少なくとも６００ｍｍ以上の範囲を測定する必要があること
２；鋳片引き抜き方向には１００ｍｍ以内の間隔で測定する必要があること
３；鋳型長辺銅板の幅方向には１５０ｍｍ以内の間隔で測定する必要があること
上記よりも狭い範囲または広い間隔で測定した場合には、モールドパウダーの不均一流入やエアーギャップ生成による局所的な温度変化挙動を見逃しやすいことがわかった。

次に、本発明者らは、鋳型長辺銅板温度の局所的なバラツキを表現する指標に関して鋭意検討を重ねた。その結果、鋳片引き抜き方向に同一位置となる、鋳型長辺銅板の幅方向の測温値の標準偏差を用いるのが最適であるとの結論に至った。このとき、連続鋳造用鋳型内の溶鋼湯面４の位置から５０ｍｍ下方の位置よりも上方の段の測定値については、溶鋼湯面位置の変動影響を大きく受けるので、このような段の測定値は評価に含まない方が連続鋳造操業の安定制御にとって重要であることもわかった。つまり、連続鋳造用鋳型内の溶鋼湯面４の位置から鋳片引き抜き方向に５０ｍｍ以上下方に設置される測温素子の測定値を評価対象とする必要のあることがわかった。また、当然ではあるが、連続鋳造中のスラブ鋳片の短辺位置よりもスラブ鋳片幅中央側の測定値を評価対象とする。連続鋳造中のスラブ鋳片の短辺位置及び短辺位置よりも外側は、鋳型長辺銅板温度が低く、このような列の測定値は評価対象としない。

上述した評価対象範囲において、種々の鋳造条件下で比較検証をした。その結果、鋳片引き抜き方向に同一位置となる鋳型長辺銅板の幅方向の温度測定点の標準偏差が２０℃以下となるように操業を行うことで、連続鋳造操業の安定性を確保でき、連続鋳造機の高生産性とスラブ鋳片の高品質とを両立できることを見出した。好ましくは、鋳片引き抜き方向に同一位置となる鋳型長辺銅板の幅方向の温度測定点の標準偏差の全てが２０℃以下となるように操業を行うことである。

本発明者らのシミュレーションによると、標準偏差が２０℃を超えない場合でも鋳造条件を変更するようにした場合（例えば標準偏差が１５℃を超えた場合に鋳造条件を変更するとした場合）、所定の標準偏差の範囲内に制御するためには、極端に鋳片引き抜き速度を落とし続けるなど、必要以上に操業への介入を行う必要があり、却って生産性を阻害する懸念がある。つまり、標準偏差が２０℃を超えない場合には、鋳造条件を変更しないことが望ましい。

一方、標準偏差が２０℃を超える操業を行った場合（例えば標準偏差が３０℃を超えた場合に鋳造条件を変更するとした場合も含む）、局所的な凝固シェルの薄肉化が生じても、鋳造条件の変更を実施しないことから、この状態が回復できず、スラブ鋳片の表面割れやブレークアウトの発生につながりやすく、また、鋼材製品の品質悪化も助長されやすい。つまり、標準偏差が２０℃を超えた場合には、適宜、鋳造条件を変更することが望ましい。

次に、標準偏差を２０℃以下に制御するための方法について説明する。

本発明者らは様々な実験を行った結果、鋳片引き抜き速度、電磁場発生装置１８の磁束密度、浸漬ノズル１７の浸漬深さの３種の因子が標準偏差の制御に効果的であることがわかった。ここで、浸漬ノズル１７の浸漬深さとは、溶鋼湯面４から吐出孔１７ａの上端までの距離である。

これらのなかでも、電磁場発生装置１８の磁束密度を変化（磁束密度の増加）させる操作は、連続鋳造機の生産性や操業に影響を及ぼしにくく、最も好ましい。浸漬ノズル１７は、耐火材料の損傷保護の観点から、浸漬深さ毎に使用可能な時間が決まっている。このような制約条件下ではあるものの、浸漬ノズル１７の浸漬深さの変化（浸漬深さの増加）も有効である。また、鋳片引き抜き速度の変化（速度低下）については、高生産性を維持するためにはできるだけ高い速度を維持したいが、ブレークアウトに至った場合には、連続鋳造機の操業が停止し、復旧にも多大な時間を要するので、このような事態を招く前に、鋳片引き抜き速度を低下させるといった制御も有効である。

図４は、本発明の実施に供される、熱電対２０を埋設した連続鋳造用鋳型６、及び、標準偏差による判定と制御を行うための演算装置２１を示す概略図である。連続鋳造用鋳型６には、上述した適切な位置に熱電対２０が埋設されている。熱電対２０により測定された鋳型長辺銅板温度のデータは演算装置２１に取り込まれ、汎用の統計解析ソフトを用いて、鋳片引き抜き方向に同一位置となる鋳型長辺銅板幅方向の測温値の標準偏差解析が行われる。

標準偏差が全ての段で２０℃以下であれば、鋳造条件を変更せず、そのまま連続鋳造操業を継続する。標準偏差が２０℃を超える段が存在する場合には、電磁場発生装置１８の磁束密度、浸漬ノズル１７の浸漬深さ、鋳片引き抜き速度のうちのいずれか１種または２種以上を調整して、全ての段での標準偏差を２０℃以下に制御することが好ましい。

連続鋳造後のスラブ鋳片は、次工程の圧延工程へと搬送される。ここで、標準偏差が２０℃以下のスラブ鋳片は、スラブ鋳片の表面検査を実施することなく、圧延工程へと搬送する。一方、標準偏差２０℃超が発生したスラブ鋳片は、例えばスラブ鋳片の表面検査を実施し、スラブ鋳片の表面に割れなどの疵が存在する場合には、スカーファーやグラインダーなどによる表面研削処置で表面疵を除去し、その後、圧延工程へと搬送する。これによって、最終製品の品質を向上させる。

以上説明したように、本発明では、鋳型長辺銅板７の温度を鋳片引き抜き方向及び鋳型長辺銅板７の幅方向の広範囲にわたって測定し、鋳片引き抜き方向に同一位置となる鋳型長辺銅板７の幅方向の測温値のバラツキが小さくなるように、鋳造条件を調整する。これにより、連続鋳造機の高生産性とスラブ鋳片の高品質とを両立した操業を行うことが可能となる。

尚、本発明で制御対象とする標準偏差は、同一時間における銅板温度の空間変化分（鋳片引き抜き方向に同一位置となる長辺銅板の幅方向の測温値）の標準偏差であり、時間変化分の標準偏差は制御対象とはしない。

２ストランド型（それぞれ「Ａストランド」、「Ｂストランド」と称する）のスラブ連続鋳造機を用いてアルミキルド溶鋼を連続鋳造した。２ストランド型のスラブ連続鋳造機であれば、同一成分組成の溶鋼を用いるので、ほぼ同様の操業条件下で比較可能となる。

Ａストランドには、図５に示す、背面に熱電対を埋設した鋳型長辺銅板を備えた連続鋳造用鋳型を搭載し、且つ、図４に示す演算装置を設置した（本発明例）。尚、図５は、鋳型長辺銅板の背面を示す概略図であり、図５の黒丸印（●）が熱電対の設置位置である。図５に示すように、鋳片引き抜き方向には、鋳型長辺銅板７の上端から１００ｍｍの位置を始点として、１００ｍｍ間隔で、ＡからＧまでの合計７段の熱電対を設置し、鋳型長辺銅板の幅方向には、１５０ｍｍ間隔で、１から１４までの合計１４列の熱電対を、格子状に設置した。

比較例として、Ｂストランドには、図６に示す、背面に熱電対を埋設した鋳型長辺銅板を備えた連続鋳造用鋳型を搭載した。尚、図６は、鋳型長辺銅板の背面を示す概略図であり、図６の黒丸印（●）が熱電対の設置位置である。図６に示すように、鋳片引き抜き方向には、鋳型長辺銅板７の上端から１００ｍｍの位置及び２００ｍｍの位置の２段の熱電対を設け、鋳型長辺銅板の幅方向には、２４３．７５ｍｍ間隔で、１から９までの合計９列の熱電対を設けた。

スラブ鋳片の厚みは２２０～３００ｍｍであり、スラブ鋳片の幅は１０００～２１００ｍｍであり、溶鋼鋳造量を３．０～７．５トン／ｍｉｎの範囲として連続鋳造した。浸漬ノズルの吐出孔の吐出角度は１５°以上４５°以下とし、浸漬深さ（鋳型内溶鋼湯面から吐出孔上端までの距離）は８０ｍｍを基本とし、８０±２０ｍｍの範囲で変更した。浸漬ノズル内壁でのアルミナ付着を防止するために、浸漬ノズルを流下する溶鋼に、上ノズルからアルゴンガスを吹き込んだ。また、電磁場発生装置から、相対する鋳型長辺銅板に沿ってそれぞれ相反する向きの移動磁場を印加し、鋳型内の溶鋼に凝固シェル界面に沿って水平方向に旋回する流動を付与した。

Ａストランドでは、図４に示す演算装置を用いて、Ｂ～Ｇ段の鋳片引き抜き方向に同一位置となる鋳型長辺銅板幅方向の１～１４の測温値を１秒間隔で取り込み、標準偏差を解析した。全ての段での温度測定点における測温値の標準偏差の幾つかが２０℃超の場合には、２０℃以下となるように、電磁場発生装置の付加電流、浸漬ノズルの浸漬深さ、鋳片引き抜き速度のうちのいずれか１種または２種以上を調整して、全ての段での標準偏差を２０℃以下に制御した。一方、Ｂストランドでは、予め設定した鋳造条件に基づいて連続鋳造操業を行った。試験結果を表１に示す。

Ａストランドでは、連続鋳造用鋳型を設置した後、３４２５チャージを連続鋳造した後に、鋳型交換基準に基づいて連続鋳造用鋳型を取り外した。つまり、Ａストランドでは、鋳型長辺銅板寿命を全うし、トラブルを起こすこと無く連続鋳造操業を行うことができた。一方、Ｂストランドでは、連続鋳造用鋳型を設置した後、７３０チャージ目に、炭素含有量が０．１２質量％の中炭素鋼を鋳片引き抜き速度１．４ｍ／ｍｉｎで連続鋳造中に、ブレークアウトが発生し、鋳型交換となった。

Ｂストランドのブレークアウトしたスラブ鋳片を詳細に観察した結果、ブレークアウトの発生箇所において、凝固シェル厚の薄肉化が観察された。Ａストランドで同様の鋼種を連続鋳造した際には、熱電対による測温値の標準偏差が２０℃を超える場合が発生し、演算装置の制御ロジックにより、電磁場発生装置の付加電流、浸漬ノズルの浸漬深さ、鋳片引き抜き速度のうちのいずれか１種または２種以上を調整して、標準偏差が２０℃以下となるように制御しており、ブレークアウトには至らなかった。

製造されたスラブ鋳片の品質を比較した。Ａストランド及びＢストランドから、ほぼ同一鋳造条件で連続鋳造されたスラブ鋳片をそれぞれ１２５本ずつ抜き取り、スラブ鋳片の表面検査を実施し、表面割れの有無を確認した。図７に、スラブ鋳片の表面割れ発生率の調査結果を示す。スラブ鋳片の表面割れ発生率は、１箇所でも表面割れの存在したスラブ鋳片の本数を、検査本数１２５本で除算した数値（百分率）である。

Ｂストランドでは、表面割れ発生率が１２．０％であったのに対し、Ａストランドでは、表面割れ発生率が５．６％に低減した。本発明では、局所的な凝固シェル厚の薄肉化を抑制するように、鋳造条件を調整するので、スラブ鋳片に表面割れが発生しにくく、高品質なスラブ鋳片を製造できると考えられる。

更に、Ａストランドで製造した鋳片について、鋳片が鋳型内に滞在した時間内における標準偏差の最大値と表面割れ発生率との関係を調査した。調査結果を図８に示す。標準偏差の最大値を２０℃以下に制御できた鋳片には表面割れは認められなかったが、標準偏差の最大値が２０℃超となった鋳片では表面割れが散見された。

また、最終製品までの製品歩留まりを比較した。Ｂストランドで製造したスラブ鋳片を、その表面をスカーファーやグラインダーで手入れすることなく、無手入れの状態で圧延工程へと搬送し、熱間圧延、冷間圧延などを施して最終製品とした。一方、Ａストランドで製造したスラブ鋳片は、標準偏差が２０℃以下のスラブ鋳片は無手入れとし、標準偏差が２０℃超のスラブ鋳片は表面疵を目視確認した後、スカーファーやグラインダーで疵を除去してから、次工程へと搬送し、熱間圧延、冷間圧延などを施して最終製品とした。最終製品段階で欠陥となった箇所については、欠陥箇所の手入れや切り落としを行い、製品歩留まりを評価した。尚、製品歩留まりは、製品として出荷できた製品質量を、スラブ鋳片の質量で除算した数値で評価した。

図９に、製品歩留まりの調査結果を示す。比較例のＢストランドのスラブ鋳片を用いて製造した際の製品歩留まりを製品歩留まり指数１００としたとき、本発明例のＡストランドのスラブ鋳片を用いて製造した製品では、製品歩留まり指数が１０３になり、３％の製品歩留まり向上が得られた。これは、本発明例では、標準偏差による判定システムを用いることで、スラブ鋳片の段階で表面疵を除去できるので、製品段階での切り落としなどのロスが減少したことによる。

このように、本発明に係るスラブ鋳片の連続鋳造方法により、優れた品質のスラブ鋳片を効率良く安定的に製造することが実現される。

１ 溶鋼
２ 凝固シェル
３ スラブ鋳片
４ 溶鋼湯面
５ 吐出流
６ 連続鋳造用鋳型
７ 鋳型長辺銅板
８ 鋳型短辺銅板
９ タンディッシュ
１０ 鉄皮
１１ 耐火物
１２ 上ノズル
１３ スライディングノズル
１４ 固定板
１５ 摺動板
１６ 整流ノズル
１７ 浸漬ノズル
１７ａ 吐出孔
１８ 電磁場発生装置
１９ モールドパウダー
２０ 熱電対
２０ａ 温度測定点
２１ 演算装置
２２ 冷却水スリット

Claims (3)

1. 連続鋳造用鋳型の相対する鋳型長辺銅板のそれぞれの内部に測温素子を設置し、該測温素子を用いて鋳型長辺銅板温度を測定しつつ鋼のスラブ鋳片を連続鋳造する、スラブ鋳片の連続鋳造方法であって、
   前記測温素子を、該測温素子の温度測定点が鋳型長辺銅板の溶鋼側表面と冷却水スリットとの間に位置し、且つ、鋳型長辺銅板の溶鋼側表面から各温度測定点までの銅板厚み方向距離が同一となるように設置し、
   前記温度測定点を、鋳型内の溶鋼湯面位置から鋳片引き抜き方向に６００ｍｍ以上までの範囲に、鋳片引き抜き方向に１００ｍｍ以下の間隔で、且つ、鋳型長辺銅板の幅方向に１５０ｍｍ以下の間隔で格子状に設け、
   連続鋳造中のスラブ鋳片の短辺位置よりもスラブ鋳片幅中央側で、且つ、鋳型内の溶鋼湯面位置から鋳片引き抜き方向に５０ｍｍ以上下方に設置される測温素子による測定値を鋳型長辺銅板温度の評価対象とし、
   鋳片引き抜き方向に同一位置となる鋳型長辺銅板の幅方向の測定値の空間変化分の標準偏差が２０℃以下となるように鋳造条件を調整する、
   スラブ鋳片の連続鋳造方法。
2. 前記鋳片引き抜き方向に同一位置となる鋳型長辺銅板の幅方向の測定値の標準偏差の全てが２０℃以下となるように鋳造条件を調整する、請求項１に記載のスラブ鋳片の連続鋳造方法。
3. 前記鋳造条件が、鋳片引き抜き速度、電磁場発生装置から鋳型内溶鋼へ印加される磁束密度、浸漬ノズルの浸漬深さの３種のうちの１種または２種以上である、請求項１または請求項２に記載のスラブ鋳片の連続鋳造方法。

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