JPH057108B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、溶鋼を連続鋳造して鋳片を得るに
際し、内部割れ、表面横割れ、コーナ割れのない
鋳片を得るための彎曲型連続鋳造法に関し、特に
鋳片の冷却条件に関する。

（従来技術） 近年、溶鋼金属を連続鋳造して鋳片を得る連続
鋳造技術が発達し、鉄鋼業にあつても、溶鋼を鋳
型に注入して鋼塊を得、これを分塊圧延して鋳片
を得るプロセスに代つて、溶鋼を連続鋳造して直
接鋳片（鋼片）を得る連続鋳造プロセスが採用さ
れ、この連続鋳造プロセスによつて鋼片を製造す
る比率が著しく増大してきている。連続鋳造プロ
セスは、従来の造塊−分塊圧延プロセスに比し、
歩留が高く、エネルギー消費量が少ないといつた
点ですぐれている。

この連続鋳造プロセスによつて得られる鋳片
は、多量の顕熱を保有しており、この顕熱を消失
してしまうことなく、高温鋳片の状態で、圧延工
程に供給すれば、常温の鋳片を加熱して圧延する
プロセスに比し、エネルギー、コストの面で有利
である。

連続鋳造によつて得られた鋳片を高温のまま、
直接圧延工程に供給することを可能ならしめるた
めには、鋳片表面に割れ疵等のない、換言すれば
表面疵除去等の手入れを要しない品質のすぐれた
鋳片が得られなければならない。品質のすぐれた
鋳片とは、中心偏析、内部割れ、表面疵、介在物
のない鋳片をいうのであるが、就中表面横割れ、
コーナ割れ等、鋳片を常温まで降温させた後、疵
を検出し、これを除去するために手入れを要する
原因となる表面欠陥のないものでなければならな
い。

上に述べた点も含め、鋼の連続鋳造プロセスに
おける現今の技術的課題は、以下の如くである。

(1) 高速鋳造によつて、高生産性を可能ならしめ
ること。

(2) 連続鋳造された鋳片を直接、圧延工程で圧延
するプロセス、或は連続鋳造された鋳片を高温
のまま圧延のための加熱炉に装入する、所謂ホ
ツトチヤージプロセスを可能ならしめ、圧延の
ための加熱エネルギを減少或は省略すること。

(3) 連続鋳造鋳片の直接圧延プロセス、或はホツ
トチヤージプロセスを可能ならしめる高品質の
鋳片を製造すること。

(4) 設備コストが低く、メインテナンスのし易い
連続鋳造機であること。

(5) 安定した操業ができるプロセスであること。

これらの技術的課題を解決するため、従来、彎
曲型連続鋳造機による未凝固部分を有する鋳片
を矯正する。鋳型から引抜かれてくる鋳片を緩
冷却し、未凝固部分を有する状態で鋳片を真直に
矯正し（彎曲したものを曲げ戻す）、然る後復熱
させる。といつた操業形態が採られていた。

かかる従来技術においては、以下の如き問題が
あつた。

(1) 第２図に示すような700〜900℃に存在する鋼
の脆化域を回避して、鋳片を矯正することによ
り、表面割れ等の疵の発生を防止し、以て鋳片
の疵手入を不要にし、高温鋳片の製造を可能な
らしめるけれども、バルジングが発生し易く、
これによつて、内部割れの発生、中心偏析の悪
化を招く。前記第２図は鉄と鋼第67年（1981）
第８号、1180頁から引用した。

(2) このため、現行操業にあつては、連続鋳造用
パウダを改善し、鋳造速度、鋳片冷却強度を、
鋳片の表面疵手入れが不要であり、かつ内部割
れ、中心偏析の許容限界以下となる範囲内で操
業している。従つて生産性が低下する。

一方、緩冷却未凝固操業を、より安定化し、高
品質鋳片を得るに問題となるバルジングを抑制す
べく、鋳片を支持案内するロールの鋳片進行方
向における間隔を小さくする（ロールピツチの細
密化）。連続鋳造機高を低く（ローヘツド化）
して、溶鋼静圧を低くし、バルジングの増大を抑
えることが実施されつつある。しかしながら、か
かる技術的手段を以てしても、先に述べた、(1)〜
(5)項の鋼の連続鋳造プロセスにおける現今の技術
的課題は、十分には解決され得ない。

即ち、鋳片を支持案内するロールの鋳片進行方
向における間隔を小さくする、所謂、ロールピツ
チの細密化は、ロールピツチを300mmまで短縮す
るのが限界であり、鋳片に生起するバルジングの
大きさを、鋳片に内部割れを発生せしめないレベ
ルにまで低下せしめるには到らない。一方、ロー
ルピツチの細密化は設備コストを高める難点もあ
る。

また、連続鋳造機高を低くする、所謂、ローヘ
ツド化は、鋳片の進行軌跡の彎曲曲率が大とな
り、鋳片を彎曲状態から真直にする曲げ矯正にお
ける矯正歪が大きくなり、内部割れを招くという
問題がある。この彎曲した鋳片を、真直に曲げ戻
す矯正過程において発生する内部割れを防止する
ために、現在、下記(1)式に示す、総合歪ε_Tが、
0.40％以下となるように、鋳片温度に対応するロ
ールピツチｌ、曲率半径Ｒを決定し、これに基づ
いた連続鋳造機の設計が行なわれている。

即ち、 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、通常、定数とし、ε_n
＝0.05％として計算される。

ε_u＝（Ｄ／２−Ｓ）（１／R_i−１／R_i+1）×100……
(2) Ｄ：鋳片の厚さ Ｓ：鋳片の凝固殻厚さ R_i：ｉ番目の矯正点における曲率半径 R_i+1i：ｉ＋１番目の矯正点における曲率半径 ε_b＝1600δ_B・Ｓ／l² ……(3) ｌ：ロールピツチ δ_B：バルジング量 a_e＝1.45×10³exp（−74000／1.986.T_M） α_p：形状係数 Ｐ：溶鋼静圧 Ｖ：鋳造速度〔ｍ／min〕 T_M＝T_S＋1490／２＋273 T_S：鋳片の表面温度 ε_n＝C_n・δ・Ｓ／l² ……(4) C_n：ミスアライメント係数 δ：ミスアライメント量 上に述べた総合歪ε_Tを種々の曲率半径Ｒに対し
て、鋳片厚さ：250mm、鋳造速度：Ｖ＝1.5m／
min、緩冷却操業（凝固係数：Ｋ＝25m／√）
の下で操業した場合について示すと、第６図の如
くである。

このときの条件は、次の通りである。(1)鋳片の
軌道は、多点矯正プロフイルとする。(2)多点矯正
における歪配分は、表面歪を均等に分散するよう
に、曲率半径を決定する。(3)連続矯正プロフイル
で代表する。(4)ロールピツチは、分割ロールで基
本とした稠密配置とする。

かかる技術思想に基づいて設計された初期曲率
半径Ｒ＝10.5mおよびＲ＝3mの連続鋳造機を用
いて、前述の操業条件、鋳片厚さ：250mm、鋳造
速度：1.5m／min、凝固係数Ｋ＝25m／√で
溶鋼の連続鋳造を行なつた処、次のような結果で
あつた。

Ｃ0.12％の低炭素鋼の場合には、内外面割
れは全く発生しない。

Ｃ0.13％の中炭素鋼の場合には、内部割れ
が多発する。Ｒ＝10.5mの連続鋳造機にあつて
は、圧縮鋳造（CPC操業と呼ばれる）等によ
り、Ｃ0.13％の中炭素鋼の鋳造にあつても、
内部割れを生起せしめないように配慮されてい
る。

しかしながら、初期曲率半径Ｒが、3mといつ
たローヘツド連続鋳造機にあつては、彎曲した鋳
片の曲率を減少させるためのロールを配置した矯
正帯の長さが短かくて、彎曲鋳片を真直に曲げ戻
すときに、彎曲鋳片の内面側に作用する張力によ
つて生起する割れを、抑止するに必要なだけの圧
縮力を発生させるに足る駆動力発生帯が充分とれ
ない。加えて、圧縮力を発生させるに必要な、溶
鋼静圧が低いため、充分な矯正歪緩和をもたらし
得ない。

ローヘツド連続鋳造機にあつては、かかる理由
によつて、Ｃ0.13％の中炭素鋼の連続鋳造に際
して内部割れが発生し、高速鋳造が不可能となつ
ている。

一方、鋳片の冷却法を工夫することによつて、
鋳片の矯正歪を緩和することが知られている。即
ち、特開昭50−25434号、特開昭50−102526号、
特開昭50−102527号、特開昭52−52126号および
特開昭55−5115号の各公開公報には、彎曲鋳片を
真直に曲げ戻す曲げ矯正時に、矯正後に鉛直方向
上側になる鋳片上面（彎曲内側）即ち引張り応力
を生じる側の凝固殻の温度を、その反対側の矯正
後に鉛直方向下側になる鋳片下面（彎曲外側）即
ち圧縮応力を生じる側の凝固殻温度よりも低くす
ることにより、上面側凝固殻の強度を増大させ
て、曲げ戻し矯正に伴なう、上面側凝固殻の引張
歪量を小さくして、曲げ戻し矯正に起因する内部
割れを防ぐようにすることが開示されている。

このような、鋳片の冷却方法を採ることによ
り、彎曲鋳片の上面（内側）を下面（外側）よ
り相対的に強冷し、矯正時における鋳片の力学的
中立軸を、鋳片断面の幾何学的中心軸よりも、彎
曲鋳片上面側（内側）へ移動させることとなり、
これによつて鋳片の内部割れが防止できる。鋳
片の適正温度範囲は、鋳片の上面（内側）：700〜
900℃、鋳片の下面（外側）：1000℃を超えない温
度である、と開示されている。

しかしながら、これらの技術を以てしても、な
お先に述べた(1)〜(5)項の技術的課題を解決するた
めには充分ではない。

鋳片断面のあらゆる部位において、鋼の脆化温
度域700〜900℃を避けて、表面割れ、内部割れの
ない高品質かつ高温、たとえば1100℃以上の鋳片
を圧延ラインに供給するためには、鋳片断面にお
ける短辺の冷却を省略して、なお短辺に表面割
れ、内部割れを惹起せしめないプロセスが確立し
ていないからである。

（発明が解決しようとする問題点） この発明は、鋳片断面における短辺に表面割
れ、内部割れを生起せしめる因子である短辺剪断
歪を、低く抑え得る機高5m以下の多点矯正彎曲
型の連続鋳造プロセスを得ることを目的としてな
された。

（問題点を解決するための手段） この発明の特徴とする処は、機高5m以下の多
点矯正彎曲型連続鋳造装置による未凝固相を有す
る彎曲鋳片を、真直に矯正する過程を有する溶鋼
の連続鋳造方法において、彎曲鋳片の曲率を減少
させるためのロールを配置した区間、すなわち、
矯正帯域における鋳片上面（彎曲内側）の表面温
度を、900℃以上とするとともに、鋳片下面（彎
曲外側）の表面温度を、鋳片上面（彎曲内側）の
表面温度よりも150℃以上高く維持する連続鋳造
方法にある。

以下に、この発明を詳細に説明する。

機高が低い彎曲型連続鋳造装置によつて、鋳造
される曲率の大きな鋳片を、真直に曲げ戻す（矯
正する）ときに、鋳片に表面割れ、内部割れを生
起せしめないためには、既に述べたように、第２
図に示すような鋼の脆化温度域である700〜900℃
の温度領域を避けなければならない。

一方、溶鋼の保有している顕熱を消失させるこ
となく、鋳片を鋼材に圧延するときの加熱エネル
ギを、低減或は省略するためには、連続鋳造プロ
セスからアウトプツトされる鋳片は、能う限り高
温でなければならない。

然るに、鋳片断面におけるコーナ部延いては短
辺は、最も温度が降下し易く、この部分を鋳片の
矯正過程において、700〜900℃の脆化温度域に存
せしめないためには、短辺の冷却を省略し、か
つ、短辺に表面割れ或は内部割れを生起せしめな
い手段が必要である。処が、鋳片断面における短
辺の冷却を省略し、短辺表面温度を700〜900℃の
温度域を超える温度に保持すると、短辺にずれ変
生を生じ易い。

発明者等の知見によれば、極めて大きな曲率を
もつ鋳片を、真直に曲げ戻す矯正を行なうときに
は、鋳片断面の上、下の長辺の凝固殻が、鋳片進
行方向において、ずれを起しながら矯正が進行し
ている。而して、鋳片断面の短辺におけるずれ変
形は、（長辺強度）／（短辺強度）の比が大きく
なると発生する。

鋳片断面の短辺に、ずれ変形が起ると、矯正歪
が幾何学的歪からはずれるのみならず、短辺に表
面割れ、内部割れといつた欠陥を生ずる。矯正歪
が、幾何学的歪から外れると、彎曲した鋳片を、
真直に曲げ戻す矯正を行なうときの歪配分の予定
が不可能となり、歪の集中に起因する内部割れ等
の欠陥を生起させる。

一方、鋳片の内部或は表面に割れを生ぜしめな
いためには、矯正に伴なう歪を緩和することが必
要である。発明者等は、多くの実験の結果、第５
図に示す知見を得た。

すなわち、鋳片の上面側（Ｌ面）表面温度T_L
と下面側（Ｆ面）表面温度T_Fの差、T_F−T_L＝
ΔTが大なるほど歪緩和率βが小さくなる。この
歪緩和率βは、以下のように定義される。

β＝緩和後の歪／緩和前の歪（原歪） 従つて、歪緩和率が小なるほど、歪が緩和され
ていることになる。第５図は鋳片サイズ250mm厚
×1050mm幅の例である。

発明者等の経験によれば、歪緩和率βは、0.8
以下であれば良い。従つて、ΔTは150℃以上で
あれば良い。他方、鋳片断面の短辺に、歪の集中
を招かないためには、適正な鋳片冷却パターンの
あることを発明者等は見出した。第３図に、それ
を示す。

発明者等は、ΔT＝T_F−T_L150℃という前提
の下で、鋳片断面短辺の表面温度T_Sを1100℃と
し、矯正帯域における鋳片断面上側長辺すなわち
鋳片上面側（Ｌ面）表面温度T_Lを750℃（冷却パ
ターンＢ）とした場合と、950℃（冷却パターン
Ａ）とした場合の２水準について、鋳片断面短辺
部に生起する剪断歪を測定した。

その結果、T_Lを750℃とした場合は、矯正帯域
初段において、著しい剪断歪の集中が起るけれど
も、T_Lを950℃とした場合には、鋳片断面短辺に
おける剪断歪は、T_Lを750℃としたときの1/3の
水準まで軽減されている。

このときの鋳片引抜方向における鋳片上面側表
面温度T_L、下面側表面温度T_Fおよび鋳片断面短
辺表面温度T_Sの推移を、第４図ａ（冷却パターン
Ａ）および第４図ｂ（冷却パターンＢ）に示す。

以上を要するに、第１図に示す斜線領域内に、
鋳片断面各部の表面温度を維持しながら、鋳片が
矯正帯域を通過することによつて、鋳片断面短辺
における剪断歪集中を生起せしめることなしに、
5m以下の低機高連続鋳造機による高速鋳造が可
能となる。

即ち、鋳片上面側（Ｌ面）表面温度T_Lを、900
℃以上とし、かつ下面側（Ｆ面）表面温度T_Fを、
鋼の凝固域である1300℃以下で、ΔT＝T_F−T_L
150℃を満足する領域で、彎曲鋳片を真直に曲げ
戻す矯正プロセスを遂行する。

かくすることにより、鋳片断面短辺に、ずれ変
形に起因する表面割れ、内部割れを惹起すること
なく、また矯正歪が、幾何学的歪から外れること
もないから、鋳片の矯正過程における歪配分が正
確に予定できる。

（実施例） (1) 鋳片断面寸法 250mm厚さ 1050mm幅 (2) 鋳造速度 Ｖ＝1.7m／min (3) 冷却パターン 第４図ａに示すパターン T_L＝950℃、 T_F＝1100℃、 T_S＝1100℃ (4) 鋳造プロフイル 15点矯正 (5) 鋼種 中炭Al−Siキルド鋼 (6) メニスカスから水平部における鋳片Ｌ面まで
の鉛直方向（高さ）寸法：3100mm 上記諸元で溶鋼を連続鋳造した。表面疵、内部
割れのない高品質の高温鋳片が得られた。

比較のために、T_L＝750℃、T_F＝900℃、T_S＝
1100℃で、他は上の実施例と同一の条件で鋳造し
たものは鋳片に表面横割れ、内部割れが多発し
た。

（発明の効果） この発明は、以上述べたように構成し、かつ作
用せしめるようにしたから、表面割れ或は内部割
れといつた欠陥のない高品質の高温鋳片を、高生
産性下に圧延ラインに供給できる。

従つて、圧延のための加熱エネルギを低減或は
省略でき、省エネルギ、生産性の面で大きな効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明になる鋼の連続鋳造プロセ
スにおける鋳片各部の表面温度温度条件を示す図
表、第２図は、鋼の脆化温度域を示す図表、第３
図は、冷却パターン別の鋳片短辺歪の集中の状況
を示す図表、第４図ａは、鋳片の冷却パターンＡ
の鋳片断面各部の表面温度の推移を示す図表、第
４図ｂは、鋳片の冷却パターンＢの鋳片断面各部
の表面温度の推移を示す図表、第５図は、T_Lと
T_Fの差△Ｔと、鋳片の歪緩和率の関係を示す図
表、第６図は、初期曲率半径と鋳片の総合歪の関
係を示す図表である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機高5m以下の多点矯正彎曲型連続鋳造装置
   による未凝固相を有する彎曲鋳片を、真直に矯正
   する過程を有する鋼の連続鋳造方法において、彎
   曲鋳片の曲率を減少させるためのロールを配置し
   た区間における鋳片上面、すなわち、矯正後に鉛
   直方向上側になる面の表面温度を、900℃以上と
   するとともに、鋳片下面、すなわち、矯正後に鉛
   直方向下側になる面の表面温度を、前記鋳片上面
   の表面温度よりも150℃以上高くして連続鋳造を
   行なうことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。