JPH0359781B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

［産業上の利用分野］ 本発明は、内部割れのない品質の優れた鋳片を
工業的に安定して得る鋼の連続鋳造方法に関する
ものである。 ［従来の技術］ 鋼の連続鋳造に当り、鋳片案内ロール（以後単
にロールと呼ぶ）のロール対間隔｛ロール対間隔
とは、例えば第２図のロール（ｎ−１）と（ｎ−
１）′との如き対面ロール間の間隔で、本発明で
はロール間隔と略称する｝と内部品質の間には密
接な関係があることがよく知られている。すなわ
ち、鋳片の未凝固部が存在する部位におけるロー
ル間隔に第２図ａ，ｂに示すような不整がある
と、内部割れなどの欠陥が生じやすくなる。 また同様に、鋳片の未凝固部が存在する部位で
第３図に示すようなロール間バルジングが生じる
と内部割れなどの欠陥が生じやすくなる。 そのため、現状においては、上記ロール間隔を
厳密に管理すべく連続鋳造作業の停止の時期、例
えば、定期点検の時期にロール間隔を機械的もし
くは手動により測定し管理限界値から外れている
ロールについては、管理限界値内に戻すことで上
記品質欠陥の防止を行つている。 しかし、現実的には、定期点検の周期は一般的
に10〜20日であるため、鋳造を重ねていくと熱負
荷や機械的負荷さらにはロールの摩耗などによ
り、ロール間隔が定期点検時の初期設定値に対し
て変動し、内部割れなどの品質欠陥が生じるとい
う問題がある。そこで、このような問題を解決す
るため、特開昭57−88958号公報に示されている
ように、鋼の連続鋳造に当つて、予めダミーバー
に設けたロール間隔計により、ロール間隔を計測
し、その不整状況に応じた鋳造速度または注水比
（単位重量当りの冷却水量）あるいはそれらの両
者を制御することで、内部割れ等の欠陥を防止す
る連続鋳造方法が提案されている。 また、特開昭55−75869号公報に示されている
ように、鋳造中の動的なロールアライメントを測
定し、鋳片の凝固状況をベースとした連鋳設備の
状態及び操業状況から鋳片の内部割れの発生有無
を推定しこれらの情報を基に連鋳操業条件（鋳造
速度、冷却条件）を制御し、内部割れを防止する
方法が提案されている。 ［発明が解決しようとする問題点］ 前述した特開昭57−88958号公報による方法は、
静的なロール間隔すなわち鋳造直前のロール間隔
からその以後の鋳造中に生じる内部割れの発生有
無を予測し操業条件の制御により内部割れを防止
するものである。しかしながら、現実において
は、鋳造中に鋳片から受ける熱負荷、機械的負荷
などにより、鋳造中にロール間隔が変化したりあ
るいは鋳造中にロールの曲りが生じ、その回転に
伴いロール間隔の変化すなわち動的なロール間隔
の変動が生じる。したがつて、上記の方法では、
このような原因により生じるロール不整に基づく
内部割れを防止することは困難である。 そこで上記問題点を解消し内部割れを防止する
方法として、特開昭55−75869号公報による方法
が提案されている。 しかしながら、これらの方法では内部割れの防
止対策として鋳造速度の低下や冷却水量の増大な
どの操業条件を制御するため、それにともなう鋳
片品質（例えば、中心偏析、センターポロシテイ
ー、表面割れなど）の変動ならびに生産性の低下
やエネルギーロスを避けられないという工業的な
問題が生じている。 ［問題点を解決するための手段］ 本発明は、上記問題をことごとく解決するもの
で、(1)鋼の連続鋳造に当り、鋳片を案内する連鋳
機内の少なくとも鋳片の未凝固部が存在する部分
に、鋳片案内中のロール間隔を計測するロール変
位計、ロール間バルジングを計測するバルジング
計、鋳片表面温度を計測する表面温度計、凝固シ
エル厚を計測する凝固シエル厚測定計を配置し、
それらの計測値と鋳造中の鋳造速度．表面温度．
凝固シエル厚．鋳片サイズ（厚み．幅）等の操業
条件および曲げ矯正時の曲率半径．ロールピツ
チ．溶鋼静圧等の連鋳機の特性から、鋳造中に鋳
片に発生する歪ε_Tを逐次推算し、連鋳機内の全て
の位置において内部割れが発生する限界歪ε_cに対
してε_c＞ε_T＋ε_cpcなる関係を常に満足するように、
駆動ロールの回転力により鋳片鋳造方向の圧縮歪
ε_cpcを鋳片に付与することで、内部割れのない鋳
片をうることを特徴とする鋼の連続鋳造方法であ
り、又 (2)鋼の連続鋳造に当り、鋳片を案内する連鋳機
内の少なくとも鋳片の未凝固部が存在する部分
に、鋳片案内中のロール間隔を計測するロール変
位計、ロール間バルジングを計測するバルジング
計、鋳片表面温度を計測する表面温度計、凝固シ
エル厚を計測する凝固シエル厚測定計を配置し、
それらの計測値と鋳造中の鋳造速度．表面温度．
凝固シエル厚．鋳片サイズ（厚み．幅）等の操業
条件および曲げ矯正時の曲率半径．ロールピツ
チ．溶鋼静圧等の連鋳機の特性から、鋳造中に鋳
片に発生する歪ε_Tを逐次推算し、連鋳機内の全て
の位置において内部割れが発生する限界歪ε_cに対
してε_c＞ε_T＋ε_cpcなる関係を常に満足するように、
駆動ロールの回転力により鋳片鋳造方向の圧縮歪
ε_cpcを鋳片に付与し、かつ鋳造速度や冷却水量の
制御およびそれらの組み合せにより、鋳片に生じ
る歪ε_T＋ε_cpcを低減することで、内部割れのない
鋳片を得ることを特徴とする鋼の連続鋳造方法で
ある。 ただし、前記(1)、(2)において ε_T＝ε_u＋ε_b＋ε_n ε_u：曲げ矯正時に鋳片に生じる矯正歪（％） ε_b：ロール間バルジングにより鋳片に生じるバル
ジング歪（％） ε_n：ロール不整により鋳片に生じるミスアライメ
ント歪（％） ε_T：上記原因により鋳片に生じる総合歪（％） ε_c＞ε_T＋ε_cpc（内部割れ防止条件） ε_c：鋳片に内部割れが発生する限界歪（％） ε_cpc：駆動ロールの回転力により鋳片に付与され
る圧縮歪（％） ［作用］ 以下、本発明の手段がもたらす作用について詳
しく説明する。 一般的に、連鋳鋳片に発生する歪は［１］式の
ように表わすことができる。 ε_T＝ε_u＋ε_b＋ε_n …［１］ ここで、ε_T：総合歪（％）、ε_u：矯正歪（％）、
ε_b：バルジング歪（％）、ε_n：ミスアライメント
歪（％） なお歪の符合の定義として、引張歪を正、圧縮
歪を負とする。［１］式右辺の各歪については、
以下のように求めることができる。 (1) 矯正歪ε_u ε_u＝（Ｄ／２−Ｓ）・（１／Ri−１／R_i+1）×100…
［２］ ここで、Ｄ：鋳片の厚み（mm）、Ｓ：鋳片の
凝固シエル厚（mm）、Ri、Ri＋１：ｉ、ｉ＋１
番目のロールの曲率半径（mm） (2) バルジング歪ε_b ε_b＝1600・δ_b・Ｓ／l² …［３］ ここで、ｌ：ロールピツチ（mm）、δB：バル
ジング量（mm） (3) ミスアライメント歪ε_n ε_n＝C_n・δ_n・Ｓ／l² …［４］ ここで、C_n：ミスアライメント係数、δ_n：
ミスアライメント歪（％） C_nは、連鋳機の特性、操業条件とくに表面温
度T_s（℃）およびミナアライメントのタイプに依
存し、通常は、第２図ａに示すような圧下型の場
合200〜400、第２図ｂに示すバルジ型の場合100
〜300である。 したがつて、鋳造中に鋳片に発生する歪ε_Tを正
確に計算するためには、鋳造中の鋳片の凝固シエ
ル厚Ｓ、ロール間バルジング量δ_b、ロール間隔の
ミスアライメント量δ_nおよび表面温度T_sを精度
良く知ることが必要である。 このうち、鋳造中の鋳片の凝固シエル厚Ｓをオ
ンラインで推定する方法としては、特公昭61−
13162号公報に示されている電磁超音波を利用し
た計測法があり、連鋳機内の未凝固が存在する部
分のロール間に計測装置を設置すれば、その位置
の凝固シエル厚ならびにその変動を即時に知るこ
とができる。 また、鋳片の表面温度T_sについては、ロール
間に放射温度計を設置することで、連続的かつ精
度良く、表面温度T_sならびにその変動を知るこ
とができる。 したがつて、連鋳機内の全てのロール間に上記
装置を設置すれば、連鋳機内のほぼ全ての位置の
凝固シエル厚Ｓと表面温度T_sならびにそれらの
変動を直接知ることができる。 しかしながら実際問題として、連鋳機のロール
間には鋳片冷却用のスプレー配管等が設置されこ
れらの装置の設置スペースを確保し難いという問
題が生じること及び１台当りの設置費用も高価で
あることなどから、連鋳機内の全てのロール間に
設置することは実用的でない。 そこで、本発明者らは、連鋳機内のほぼ全ての
ロール間の鋳片の凝固シエル厚Ｓと表面温度T_s
ならびにそれらの変動を実用的かつ精度よく推定
する方法について検討を行つた。その結果、定常
鋳造状態の鋳片の凝固シエル厚Ｓと表面温度T_s
を、伝熱差分温度計算により求め、連鋳機内のロ
ール間に適宜設定した凝固シエル厚計と放射温度
計の計測値を前記計算値の校正に用いることで、
連鋳機内のほぼ全てのロール間の鋳片の凝固シエ
ル厚Ｓと表面温度T_sならびにそれらの変動を実
用上問題なくかつ精度良く推定できることを知得
した。またロール間バルジング量δ_bについては、
第４図に示すようなタツチロール式のバルジング
計が開発されているが、操業条件（鋳造速度、凝
固シエル厚、表面温度等）や連鋳機の特性（溶鋼
静圧、ロールピツチ等）より、精度良く推定でき
る解析モデル｛例えば、松宮徹、梶岡博幸、中村
奏：製鉄研究（1982）、No.310、402｝が提案され
ており、前述の方法と同様に、連鋳機内のロール
間に適宜設置したバルジング計による計測値を解
析モデルの計算値の確認、校正に利用すること
で、連鋳機内のほぼ全てのロール間のバルジング
量δ_bならびにその変動を実用上問題なくかつ精度
良く推定できる。 つぎに、ロール間隔のミスアライメント量δ_nに
ついては、第５図に示すような渦流式ロール変位
計により計測した鋳造中の隣接した少なくとも２
つ以上のロール対のロール間隔より［５］式のよ
うに求めることができる。 δ_n＝P_(o)−P_(o-1)＋P_(o+1)／２ …［５］ ここで、P_(o)、P_(o-1)、P_(o+1)：ｎ、ｎ−１、ｎ
＋１番目のロールのロール間隔（mm）、ただし、
ｎ−１またはｎ＋１番目のロールが存在しないと
きは、それぞれP_(o-1)＝P_(o+1)またはP_(o+1)＝P_(o-1)
とする。 このとき、第２図ｂに示すように、δ_nが正の値
のときには、ｎ−１およびｎ＋１番目のロール位
置にミスアライメント歪ε_nが生じ、第２図ａに示
すようにδ_nが負の値のときには、ｎ番目のロール
位置にミスアライメント歪ε_nが生じる。また、両
者による歪発生位置が重なる場合は、歪の大きい
方を考える。 ただし、前記ロール変位計を連鋳機内の全ての
ロールに設置することは、設備費が大きくなるこ
とから、本発明者らはロール変位計の設置位置に
ついて検討し、とくに曲げ矯正時の鋳片変形や溶
鋼静圧によるバルジング等によりロールに大きな
力がかかる矯正点近傍や整備点検時に設定量に対
してロール間隔が大きく変動しているロールやそ
の近傍に設置し、その他の部分については、予め
ダミーバーに設置したロール間隔測定計の計測値
を用いることでロール間隔のミスアライメントに
起因する割れについては実質上問題なく防止でき
ることを知得した。 以上述べたように、連鋳機内の未凝固部が存在
する部分に、鋳造中のロール間隔を計測するロー
ル変位計、ロール間バルジングを計測するバルジ
ング計、鋳片表面温度の変動を計測する表面温度
計、凝固シエル厚の変動を計測する凝固シエル厚
測定計を適宜配置し、それらの計測値と連鋳機の
特性および操業条件を基に［１］〜［５］式の演
算を行うことで鋳造中に鋳片に生じる総合歪ε_Tを
正確に推定することが可能となつた。また、これ
により総合歪ε_Tを逐次求め、内部割れが発生する
限界歪ε_cとの大小関係を比較することで内部割れ
の発生位置をほぼ正確に推定できるようになつ
た。すなわち、内部割れ発生条件はε_T＞ε_cであ
る。この内部割れ限界歪ε_cは本発明者らの実験結
果によると材料の化学成分や操業条件等により若
干異なるが通常は0.5％程度である。 つぎに、本発明者らは、前述した内部割れの防
止方法について研究を重ね、連鋳機内の駆動ロー
ルの組合せにより生じる圧縮力分布の制御系を細
分化し、連鋳機内の全ての位置で鋳片に発生する
歪ε_Tと圧縮力により生じる圧縮歪ε_cpcの和ε_T＋ε_cpc
が内部割れ限界歪ε_cに対して常に［６］式の関係
を満たすように、鋳造方向の圧縮力を適宜付与す
ることで、前記内部割れを防止することを試み
た。 ε_c＞ε_T＋ε_cpc …［６］ その結果、鋳造速度や注水比などの操業条件を
変動させずに内部割れのない鋳片を安定して得ら
れることが判明した。 このとき、圧縮力は、少なくとも圧縮力を付与
する部分を含む前後の駆動ロールにより付与され
るため、連鋳機内の全ての位置で上記内部割れを
防止するためには、少なくともモールド側の最初
のロールと最終凝固部以後のいずれかのロールを
駆動ロールとすることが望ましい。 また圧縮力が不足する場合は、圧縮力と鋳造速
度および冷却水量などの操業条件の制御を組合せ
［６］式を満足させることで内部割れの発生をほ
ぼ防止できた。 この場合、内部割れ防止のための制御の優先順
としては、生産性の維持やエネルギーロスの低
減、応答の迅速性および制御のしやすさなどから (1)圧縮力→(2)鋳造速度→(3)冷却水量の順に制御
していくのがよい。 ［実施例］ つぎに、本発明の実施例について述べる。 第１図は、本発明を実施するに用いた連続鋳造
装置の簡略ブロツク図である。本実施例で用いた
連鋳機は曲げ半径10.5ｍの湾曲型連鋳機である。
これに電磁超音波を利用した凝固シエル厚計、放
射温度計、タツチロール式バルジング計および渦
流式ロール変位計を適宜設置した。第１表に、そ
れらの具体的な位置を示す。これらの計測器より
得られた信号は割れ位置予測システムに送られ
［１］〜［５］式の演算により割れ判定が行われ
る。つぎにその結果は連鋳機内の駆動ロール回転
力制御システムに送られる。各駆動ロールの回転
力は鋳片

【表】

【表】 に発生する歪分布に応じて、連鋳機内の全ての位
置で［６］式を満足するように制御される。ま
た、計測データのサンプリング周期は5secとし大
型計算機を用いて即時に全てのロール位置での歪
計算ができるようにした。 第６図は本発明例と従来例ａ（特開昭57−88958
号）および従来例ｂ（特開昭55−75869号）さらに
比較例として何も対策を行つていないものを対比
するため、一例として、第１図の装置によりAl
−Siキルド鋼を鋳造したときの内部割れ発生状況
を調査結果である。 内部割れの判定はサルフアープリントを用いて
行い、１チヤージ当り１〜５本の断面サンプルを
採取し、内部割れの発生率を調査した。 従来例ａや従来例ｂは、内部割れに対して無対
策の比較例と比べると確かに内部割れは減少して
いるが、それでもなお0.5〜0.8％は発生してい
る。また内部割れ対策として、鋳造速度や冷却水
量の制御を行つたため生産性の低下やエネルギー
ロスを生じた。具体的には鋳造速度で基準速度の
50％、鋳片断面平均温度で100℃まで低下したも
のもあつた。 これに対して、本発明例はこのような生産性の
低下やエネルギーロスを伴うことなく、内部割れ
の発生率を0.05％と実質的には皆無に近い状態ま
で確実かつ効率よく防止できた。 ［発明の効果］ 以上のように、本発明によれば、鋳造速度低下
や冷却水量の増大による生産性の低下やエネルギ
ーロスを伴うことなく、鋳片に発生する内部割れ
を未然に防止でき、内部割れの少ない鋳片を工業
的に安定かつ経済的に製造できる。したがつて、
連鋳−圧延工程の直結化すなわち直送圧延を志向
する現在、あるいは将来の鋳造プロセスにおける
品質保証の有用な手段として利用できるなどその
工業的にもたらす効果ははなはだ大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例で用いた連続鋳造装
置の簡略ブロツク図である。第２図は、ロール不
整（ミスアライメント）と、それによつて鋳片に
引張歪が生じる位置を示す概念図である。第３図
は、ロール間バルジングとそれによつて鋳片に引
張歪が生じる位置を示す概念図である。第４図
は、タツチロール式のバルジング計を表わす概略
図である。第５図は、渦流式ロール変位計を表わ
す概略図である。第６図は、本発明の実施例の効
果を従来例、比較例の結果と共に示した図であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 鋼の連続鋳造に当り、鋳片を案内する連鋳機
   内の少なくとも鋳片の未凝固部が存在する部分
   に、鋳片案内中のロール間隔を計測するロール変
   位計、ロール間バルジングを計測するバルジング
   計、鋳片表面温度を計測する表面温度計、凝固シ
   エル厚を計測する凝固シエル厚測定計を配置し、
   それらの計測値と鋳造中の鋳造速度、表面温度、
   凝固シエル厚、鋳片サイズ（厚み、幅）等の操業
   条件および曲げ矯正時の曲率半径、ロールピツ
   チ、溶鋼静圧等の連鋳機の特性から、鋳造中に鋳
   片に発生する歪ε_Tを逐次推算し、連鋳機内の全て
   の位置において内部割れが発生する限界歪ε_cに対
   してε_c＞ε_T＋ε_cpcなる関係を常に満足するように、
   駆動ロールの回転力により鋳片鋳造方向の圧縮歪
   ε_cpcを鋳片に付与することで、内部割れのない鋳
   片を得ることを特徴とする鋼の連続鋳造方法。 ただし、ε_T＝ε_u＋ε_b＋ε_n ε_u：曲げ矯正時に鋳片に生じる矯正歪（％） ε_u＝（Ｄ／２−Ｓ）・（１／Ri−１／R_i+1）×100 Ｄ：鋳片の厚み（mm）、Ｓ：鋳片の凝固シエル
   厚（mm）、Ri、Ri＋１、：ｉ、ｉ＋１番目のロー
   ルの曲率半径（mm） ε_b：ロール間バルジングにより鋳片に生じるバル
   ジング歪（％） ε_b＝1600・δ_b・Ｓ／l² ｌ：ロールピツチ（mm）、δ_b：バルジング量
   （mm） ε_n：ロール不整により鋳片に生じるミスアライメ
   ント歪（％） ε_n＝C_n・δ_n・Ｓ／l² C_n：ミスアライメント係数、δ_n：ミスアライ
   メント歪（％） ε_T：上記原因により鋳片に生じる総合歪（％） ε_c＞ε_T＋ε_cpc（内部割れ防止条件） ε_c：鋳片に内部割れが発生する限界歪（％） ε_cpc：駆動ロールの回転力により鋳片に付与され
   る圧縮歪（％）