JPH0475754A - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

鋼の連続鋳造方法

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JPH0475754A
JPH0475754A JP18672590A JP18672590A JPH0475754A JP H0475754 A JPH0475754 A JP H0475754A JP 18672590 A JP18672590 A JP 18672590A JP 18672590 A JP18672590 A JP 18672590A JP H0475754 A JPH0475754 A JP H0475754A
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strain
cast slab
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drive roll
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Kazuo Okamura
一男 岡村
Juichi Kawashima
河嶋 寿一
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Nippon Steel Corp
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Sumitomo Metal Industries Ltd
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、鋳片引き抜き用の駆動ロールを適正に配置し
、あるいは史に駆動ロールの圧下刃を制御することより
、鋳片の内部割れを発生させることなく、炭素網、低合
金鋼、ステンlノス鋼、その他の鉄基合金(本発明では
これらを「網」と総称する)を連続鋳造する方法に関す
る。
(従来の技術) 連続鋳造法は、鋳造作業の効率化、省エネルギ、歩留り
の向上等、多くの利点を有し、近代的な鉄鋼生産技術の
一つとして欠かせないものになっている。更に近年は生
産効率の向上のため、鋳造速度を上げる技術が研究され
ているが、この高速鋳造における未解決の問題の一つに
鋳片内部割れの発生がある。
連続鋳造における鋳片の引き抜きは、駆動ロールと呼ば
れる相対する支持ロールで鋳片を挟み込んで鋳片に圧力
を加えつつ、ロールを回転させて鋳片を下方へ引き抜く
ことでなされる。この際、鋳片内部に未凝固部が存在し
ていると、駆動ロールの圧下刃が不適切な場合、圧下に
よって鋳片凝固界面に引張り歪を生じることがある。鋳
片凝固界面に生じた歪がある限界を越えると、凝固界面
に割れが発生し、その中に鋼中成分が濃化した溶鋼が進
入し、内部割れを発生させる。
凝固界面に引張り歪を発生させる原因としては、駆動ロ
ール圧下の他に、バルジングや曲げ矯正、ミスアライメ
ント、熱応力などがある。鋳片の内部割れを防止するに
は、これらに起因する歪を割れ発生限界値(以下、「限
界歪」と称する)以下に抑える必要がある。
近年、鋳造速度の高速化にきもなって鋳片の未凝固域が
長くなり、従来は完全凝固後の鋳片を圧下していた駆動
ロールでも未凝固鋳片に圧下刃を加えるようになってき
たので、圧下による発生歪を最小限に抑えることが極め
て重要になりつつある。また、−時的に鋳造を停止する
とロール円周方向に偏熱が発生し、ロールに曲がりを生
じるため駆動ロールの圧下刃が適正であっても鋳片に過
圧下を生じて内部割れが発生する危険がある。
上述のような問題点に対処する手段として、例えばつぎ
のような方法が提案されている。
■特開昭55−30311号「連続鋳造鋳片の誘導案内
方法」 鋳造中にロール反力を測定して、その値があらかしめ計
算によって求めたロール反力の適正範囲を外れるとロー
ル押付力を適正ロール反力に対応する値に修正する方法
である。
■特開昭58−184053号「連続鋳造機のロール曲
がり制御方法」 鋳造中にロール曲がりを検出し、水冷ヘッダーからの冷
却等によってロール曲がりを矯正し、ロールから鋳片に
加わる圧力変動を常に一定値以下に制御する方法である
駆動ロールの圧下刃に起因する連続鋳造鋳片の内部割れ
の防止手段として、前記のような提案がなされているが
、鋳造速度を大きく上げようとする今なお、問題点が多
い、このため、実操業ではc、s、p等の成分含有量に
よって鋳造速度の上限を規制するという制約を設けてい
る場合が多い。
また、駆動ロールの圧下刃の制御に関する前記のような
提案はあるが、駆動ロールを連続鋳造機内に適正に配置
して、鋳片の内部割れを防止するという提案はこれまで
になされていない。
(発明が解決しようとする諜B) これまでの種々の努力にも拘わらず、鋳片の内部割れを
防止できない理由として、従来の対策がロールごとに鋳
片が受ける歪、即ち歪の増分量の大小に着目しているだ
けで、鋳片が受けた歪の履歴の影響を考慮していないた
め局所的な対策にとどまっていることが考えられる。す
なわち、鋳片は鋳型を出て中心部が完全凝固するまでに
様々な歪を受けるのであるが、先に受けた歪が後々まで
影響を及ぼしている可能性がある。この場合、割れが発
生した時点(場所)での局所的な対策だけでは内部割れ
は完全には解消できないことになる。
本発明の目的は、鋳片の固液共存領域に蓄積する歪が限
界歪を越えないようにして、内部割れの発生なしに最大
限の生産率をもって鯛を連続鋳造する新しい方法を提供
することにある。
(課題を解決するための手段) 本出願人は、先に特願平2−45030号において、鋳
片の各部が鋳造中に少なくとも抗張力出現温度(ZST
と記す)と延性出現温一度(ZDTと記す)の閤の温度
域にある間に受ける歪量の総和が鋳造する鋼種の限界歪
を越えない条件で鋳造することを特徴とする鋼の連続鋳
造法を提案した(以下、この特願平2−45030号の
発明を基本発明と言う)。
本発明は上記基本発明の応用発明に相当し、その要旨は
下記の(1)および(2)の連続鋳造方法にある。
(1)連続鋳造機の鋳片引き抜き用駆動ロール群の中の
少なくとも一部の駆動ロールを、その設置位置における
鋳片内で抗張力出現温度(ZST)に到達した部分が延
性出現温一度(ZDT)まで温度降下する閤の鋳片引き
抜き距離である歪蓄積区間長より広い間隔で鋳片引き抜
き方向に配置して鋳片を引き抜(ことを特徴とする鋼の
連続鋳造方法。
(2)上記(1)に記載するとおりに配置された駆動ロ
ールによって鋳片を引き抜(に際し、鋳片が駆動ロール
を通itM1−る時に抗張力出現温度(ZST)と延性
出現温一度(ZDT)の温度域にある鋳片内の各部に駆
動ロールの圧下によって生じる歪をロール圧下量の測定
値を用いて算出し、その算出歪量と上記鋳片内の各部が
lx記駆勅ロール通過以前tこ受姦1“た計算総歪量と
の和が一定の限界値を越えないように駆動ロールの圧下
刃を調節L7て鋳片圧下址を制御することを特徴とする
鋼の連続鋳造方法。
(作用) まず、本発明の基礎とな−1、た基本発明乙こついて概
説する。
既に述べたように、連続鋳造中の鋳片凝固界面には種々
の歪が発生し、これらが鋳片の内部割れ発生に関与する
ことは従来から知られている。さらに、連続鋳造中の鋳
片はご初液体の状態から固液共存状態を経て、完全凝固
状態to−至る間に抗張力出現温度(ZST)、延性出
現温一度(ZIIT)を経ることが知られており、ZS
Tは固相率(fsと記す)が01、ZDTはfsが0.
99の点にほぼ一致することも知られている(「鉄と鋼
j  ’87 3896) 。
しかし、鋳片に発生ずる歪の履歴を考慮せずに個々の位
置における歪の増分量の大小に基づいて割れを判定する
従来の考え方では内部割れの発生を予見できないことが
多く、従って、前記従来の考え方に基づいた防止方法で
は、内部割れの発生を防止するのは困雛である。
基本発明は、鋳片の各部が鋳造中VこZSTからZII
Tまでの温度域にある間に受けた歪が、歪をうけるたび
に緩和しないで、そのままMliすると17で、その蓄
積した歪の総型 (ΣCと記す)が鋳造する鋼種の限界
歪(ε0と記す)を越えると割れが発生し、それ以下で
あれば割れが発生しない、という新たな知見を基にして
いるや Σεば、種々の歪の組合わせであるが、歪の発
生源−の穆頻によらず、総歪量が限界値をM−Aると割
れが発41ヨする。
連続鋳造において鋳片にかかる歪の主要なものは、圧下
量、曲げ歪1、矯正歪、バルジング歪、ミスアラ・イメ
ント歪および熱歪である。これらそれぞれの歪のうち、
鋳片各部がZSTとZDTとの温度的にあるときにかか
る歪の和を、それぞれΣt+、、ΣεΣε、1、ΣFゎ
、ΣF、8およびΣε、とすれば、これらの総和、即し
、 ΣC−Σεイ+ΣF、r十Σc1.−→Σε7.+ΣC
,+ΣC7が、鋳造する鋼種の限界歪む、を越えれば内
部割れが発生ずることになる。従って、鋳片が完全凝固
に到るまで、少なくとも、Σε≦1.の条件を維持して
鋳造を行・うごとが必要である。
割れ発生の限界歪(I!c)は、鋳造する剛帽コよって
ほぼ一定である。その値は特にC,S、Pといった成分
の含有量によって影響を受け、これらの成分が高いほど
削れは発生しやすい。第1図に(C)−0,17%、(
P) =0.015%、〔S〕−0,014%の綱(ε
、=1.6%)を速度1,6鴫/sinで鋳造した場合
の鋳片各部の総歪量ΣCと限界歪および内部割れ発生域
との対応を示す。図示のように、総歪量が限界歪を絨え
たメニスカスからの距離区域と内部割れ発生域とはよく
対応しており、基本発明における内部割れ防止の考え方
が妥当であることがわかる。
因みlこ、従来の歪履歴を考脆しない場合の鋳片各部の
歪量はメニスカスから約4mの位置で、最大(!0.4
%になる。この歪量が最大を示す位置は内部割れ発生域
と全く対応していない。しかも最大歪量(0,4%)は
限界歪(1,6%)以下であるから、内部割れの発生は
ない、ということになり現実とは異なる結論になってし
まうゆ さて、上述の内部割れ防止の基本発明を応用して完成し
た本発明方法を説明する。
本発明の(1)の方法は、連続鋳造装置の駆動ロールの
配置に特徴がある、即ち、駆動ロール設置位置における
鋳片内でzSTの温度に到達した部分がZDTの温度ま
で腎下する閤の鋳片引き抜き距離である歪蓄積区間長よ
りも広い間隔で鋳片引き抜き方向に駆動ロールを配置す
るのである。そうすることによって、歪蓄積区間内で複
数の駆動ロールによる圧下量が蓄積し、他の要因で生じ
た歪との和が限界歪を越えて内部割れが発生するのを防
ぐのである。
駆動ロールの圧下量を除いた歪量は、通常、連続鋳造機
の鋳片引き抜き方向のすべてのsJI琥で−欅に高い値
になるわけではなく、一部の領域(矯正域〜水平帯)で
ピーク値をとることが多い。従って、上記のようなロー
ル配置は、連続鋳造機内のすべての駆動ロールに通用す
る必要はなく、圧下量を除いた歪量がピークとなる近傍
の駆動ロールに適用すればよい。
駆動ロールを適正に配置する具体的基準を以下に述べる
第2図は、第1図の試験と同じ条件の鋳造において、連
続鋳造機内の各位置での鋳片内のZST〜ZDT温度領
域を示すものである。この図は、メニスカスからの距離
がXAのA点において、鋳片内でZSTの温度に到達し
た鋳片表面からの距離がYcの鋳片内C点が、メニスカ
スからの距離がXlのB点において、ZDT温度まで温
度隣下することを示す、即ち、A点でZST−ZDTの
温度域にある鋳片の固液共存域はB点でZDTの温度以
下となり完全凝固する。
前述の基本発明によれば、A点において受けた歪は最長
B点までZST−ZDT温度域に履歴とじて残り、A−
B点間で歪が蓄積される。そこでA点に設置した駆動ロ
ールの圧下量の履歴が鋳片内のZST−ZDT温度域に
残っているA点とB点の間に次の駆動ロールを配置する
と、B点までの鋳片は複数個の駆動ロールの圧下蓄積歪
を受けることになる。これに比べてB点以降につぎの駆
動ロールを配置した場合、すなわち、歪蓄積区間長L6
より広いロール間隔の場合は、B点までの鋳片はA点1
個の駆動ロールの圧下蓄積歪を受けるだけであるため、
総歪量を低く抑えることができる。
なお、第2図のA点とB点との閤の距離をA点における
歪蓄積区間長(以下、L、と記す、 Lh=X、〜X、
) と呼ぶことにする。
上述のとおり、本発明方法の駆動ロール配置によれば駆
動ロールの圧下量を最低限に抑えることができるので、
鋳片内部割れの発生防止に有利となる。
実際の操業においては、連続鋳造機に配置された複数個
の駆動ロール群の中から、鋳造する鋼種、鋳造速度等に
応じて下記の手順に従って、駆動ロールとして使用する
ロールを選択すればよい、すなわち、凝固完了位置より
後は鋳片内はすべて延性域にあり、内部割れの発生はな
いので駆動ロールは自由に選択してよい、凝固完了位置
は鋼種および鋳造速度によって異なるので、鋳片の伝熱
解析で予め算定しておき、この凝固完了位置近傍にまず
駆動ロール位置を一箇所法め、その位置をメニスカスか
らX、の距離とする。その位置から鋳込み上流側のメニ
スカスからX、の距離につぎの駆動ロールを配置するが
、つぎに示す0式を満足するようにX、を決めればよい
X、≦Xt−L、    ・・・■ なお、第2rMに示した歪蓄積区間長L1は鋼種によっ
て興なるので、各鋼種について第2図のように歪蓄積範
囲を求めておく必要がある。
上述と同様の方法で鋳込み上流側に遡りながら、残りの
ロール位置を決定していけばよい。
この方法によって、駆動ロールの圧下刃の制御をしなく
ても、成る程度の鋳造速度までは内部割れの発生なしで
鋳造を行うことができる。
通常の連続鋳造機では矯正域〜水平帯において圧下量を
除いた総歪量のピークが現れるので、上記の本発明方法
においては、矯正域〜水平帯にかけて駆動ロール間隔が
広くなり、それ以前のローラエプロン帯では駆動ロール
間隔の狭いロール配列となる。
次に、駆動ロールの圧下量の制御を特徴とする(2)の
発明を説明する。この(2)の発明は、(1)の方法に
よって適正に配置した駆動ロールの圧下量を制御するこ
とによって、−層高速度での鋳造でも内部割れの発生を
なくする方法に関する。
この(2)の発明では、各々の駆動ロールで加えられる
圧下量ε、が C3〈δε。藺賦ε。−Et(ml・・・■となるよう
に、ロールの圧下刃を調節して駆動ロールの圧下量を制
御する。ここで、Σε(1) は着目する駆動ロール位
置を含みその鋳込み上流側でZST−ZDTの温度域に
ある鋳片部分に蓄積された歪量から着目する駆動ロール
の圧下量を差引いた総歪量であり、C6は限界歪である
ざて、駆動ロールの圧下量を算出するには、1コール圧
下蓋を知る必要がある。第3図にロール圧下量の測定装
置の−へ例を示す。
第3図において、基準面(S)から下側セグメント(7
)のアイドルロール(2)および駆動ロール(3)まで
の距離の変動を計測器(5)で測定1−1駆動ロール(
3)とアイドルロール(2)の基準面(S)からの高さ
を求める。これらを、駆動ロール(3)についてh4、
駆動ロールの前後のアイドルロール(2)について1l
il、116□とする。次に、駆動ロール(3)とアイ
ドルロール(2)について、上下ロール間隔C4、Ci
ls Ci!、を計測器(6)で測定する。
これらの一連の測定結果を用いて、基準面(S)から上
側セグメン) (8)のロールまでの高さを算出するこ
とにより第4図に示す駆動ロール(3)の圧下量(δ)
を、アイドルロールとの相対的変位として次式に示すよ
うム:捉えることができる、6畳−(h、、、+ h、
、+ C、l+ CIり−(hd+ Cd)・ ・ ・
■ なお、第3図において(1)は鋳片、(4)は駆動ロー
ルの圧下量シリンダーである。
圧下量(δ)から圧下量ε、は次の0式で求めることが
できる。
ε、=(3,45d・δ/lジx100(%)・・・■
こごで、dは駆動ロール(3)の位置における凝固シェ
ルff(f、>0.8以上で定義される)であり、Pは
ロールピッチである。
鋳造過程において鋳片に加わる各積置の量は伝熱解析に
より、連続鋳造機の各位置における鋳片の温度を求め、
鋳造する鯛の機樅的性質の温度依存性、熱弾塑性、クリ
ープ等を考慮した有限要素法応力解析(FEM)により
求めることができる。
」−述のようにして計算されたP、、と駆動ロール(3
)の上流側で加えられたΣε3″  との和が、ε、+
Σε0)<ε、・・・■ となるように、常に駆動ロール圧下シリンダ(4)に加
える圧力を!ml、てδを制御することにより、高速鋳
造においても鋳片(1)の内部割れの発生を防止するこ
とが可能となる。
以下、実施例と比較例を対比1.て本発明方法の効果を
具体的に説明する。試験条件は次のとおりである。
〔試験条件〕
対象鋼種・・・(C) =0.15%、(P) =0.
017%(S) −0,008%の炭素鋼スラブ鋳片(
IlI界歪 ε、 =2.3%) スラブサイズ・・・鋳片厚: 270−m平均鋳片幅:
 1400am 鋳造速度=・1.5−2.0m/sin比水量 ・・・
1.3〜1.81/kg−鋼連続鋳造機・・・垂直−曲
げ湾曲型(機長:40m、機高=14m、湾曲半径: 
10.5m)駆動可能ロール−23対(設置位置:メニ
スカスより約6mの位置から機端までの間、 約1.5mの間隔) (比較例1および2) 比較例1および2は駆動可能ロールをすべて駆動さセて
、鋳片を引き抜いた場合であり、鋳造速度(VC)はそ
れぞれ1.5s/sin、および1.6m/鵬iとした
。第1表に総歪量の最大値とその発生位置、および鋳片
内部割れ発生の有無を示す0表示のとおり、比較例1は
■、が低いため最大歪は限界歪の2.3%以下で内部割
れは発生していなかった。
第5図は、比較例2のメニスカスからの鋳片各位置にお
ける各種歪量および総歪量と内部割れ発生域との対応を
示す。図に示すようにvlが1.6si/sinに増加
するとメニスカスから25〜32mの範囲で、総歪量が
限界歪(木鋼種では2.3%)を絨え、内部割れが発生
していた。
(実施例1,2、および3) これらの実施例は本発明法により駆動ロールを適正に配
置した場合であり、■、は実施@1.2、および3でそ
れぞれ1゜6.1.7および1.8 m/mir+とし
た。
第6図は、メニスカスからの鋳片各位置におけるZST
−ZDT歪蓄積区間長り、および鋳造速度で興なる最終
凝固位置を示す。図に示した値を用いて、前記0式から
、内部割れ危険範囲におけるV動ロールの間隔をそれぞ
れの■。に応じて決定した。
駆動可能ロールのうぢ、非駆動ロールとL7たものムこ
ついては口・−ル位置を鋳片パスラインにmtL−た状
態で、前記第3図の圧下用シリンダ(4)をロックして
固定し、一般のアイドルロールど同じ状態になるように
した。なお、内部割れ危険範囲外に設置された駆動口・
−ルはすべて駆動ロールとj−2で用いた。第1表に各
実施例で適正配置された使用駆動ロー・ル番号を示1.
である。
第1表に示すように、実施例1.2および3では、駆動
ロール圧下量が比較例1および2の0.6−〇、75%
に対し0.2%に減少し7、このため、凝固界面最大歪
は限界歪以下となり、内部割れを発生させることなく、
■、を1.8鵬/圓inにまで高めることができた、 (比較例3) 比較例3ば、鋳造速度を1.B5s/iinとし、駆動
ロールの圧下力制御を行わずに鋳造した例である。
第7図は、比較例3のメニスカスからの鋳片各位置にお
ける各種歪量および総歪量と内部割れ発生域との対応を
示す。図に示すように、総歪髪がメニスカスから29〜
34i+の範囲で限界歪以下とならず、V cl、85
a/sin以上では駆動ロールの適正配置だけでは内部
割れを完全には防止できない結果になっている。
(実施例4および5) これらの実施例の試験条イiおよび駆動ロール配置法は
、実施例1 =3と同様であり、Vlは実施例4では1
.85m/wlin 、実施例5ではここで使用した連
続鋳造機の可能最大鋳造速度の2.On/min 、’
: した。
選択した駆動ロールについて、前記第3図に示した装置
を用いて鋳造中のロール圧下量を監視しつつ、総歪量が
限界歪以下に抑えられるようにロール圧下刃を調節して
ロール圧下量を抑制した。
その結果、第1表に示すように、駆動ロールの圧下量は
実施例1−3で0.2%であ−9たちのが、実施例4お
よび5でそれぞれ0,1%および0.05%に減少し、
鋳造可能最大速度2.0i/y+inまで(固界面最大
歪を限界歪以下に抑えることができた8第8図tこ実施
例5のメニスカスからの鋳片各位置における各装置およ
び総歪量を示す。図に示すように、鋳片の全位置におい
て総歪量は限界歪以下であり、本発明方法により■、が
2.Os/sinのような高速鋳造でも内部割れのない
健全な鋳片を製造できることが明らかである。
(以下、余白) (発明の効果) 本発明の方法によれば、駆動ロール圧下による蓄積歪を
最低限に抑えることができるので内部割れ発生領域の総
歪量を限界歪以下とすることができ、鋳造する鋼種等に
応して最大の鋳造速度で内部割れのない、内質の良好な
鋳片を高い生産性で製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、鋳片の歪M歴を考慮した場合の連続鋳造鋳片
各部の計X総歪量と、限界歪および内部割れ発生との対
応を示す回である。 第2図は、連続鋳造鋳片のZST−Zl)7閤の歪蓄積
区間長(Ll)を説明する図である。 第3図は、本発明方法の実施に用いるロール圧下量の測
定装置の一例を示す図である。 第4図は、ロール圧下量を説明する図である。 第5図は、比較のために行った試験における鋳片各位置
における各種歪量および総歪量と内部割れ発生域との対
応を示す図である。 第6図は、本発明の実施例で用いた鋼種のZST〜ZD
T歪蓄積区間長Lhおよび最終凝固位置を示す図である
。 第7図は、比較例における鋳片各位置の各種歪量および
総歪量と内部割れ発生域との対応を示す図である。 第8図は、本発明の他の実施例における鋳片各位置にお
ける各種歪量および総歪量と限界歪との対応を示す図で
ある。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)連続鋳造機の鋳片引き抜き用駆動ロール群の中の
    少なくとも一部の駆動リールを、その設置位置における
    鋳片内で抗張力出現温度(ZST)に到達した部分が延
    性出現温一度(ZDT)まで温度降下する閤の鋳片引き
    抜き距離である歪蓄積区間長より広い間隔で鋳片引き抜
    き方向に配置して鋳片を引き抜くことを特徴とする鋼の
    連続鋳造方法。
  2. (2)請求項(1)に記載するとおりに配置された駆動
    ロールによって鋳片を引き抜くに際し、鋳片が駆動ロー
    ルを通過する時に抗張力出現温度(ZST)と延性出現
    温度(ZDT)の温度域にある鋳片内の各部に駆動ロー
    ルの圧下によって生じる歪をロール圧下量の測定値を用
    いて算出し、その算出歪量と上記鋳片内の各部が上記駆
    動ロール通過以前に受けた計算総歪量との和が一定の限
    界値を越えないように駆動ロールの圧下刃を調節して鋳
    片圧下量を制御することを特徴とする鋼の連続鋳造方法
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