JPS635857A - 高Ｓｉ含有鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

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、割れ感受性の窩いＱＳｉ鋼を高速で連続鋳造
する方法に関する。

〔従来の技術〕

連続鋳造法では、タンデイシュからの溶鋼を、鋳型とそ
れに続く二次冷却帯を通し、強制的に固めていく０次に
、鋳片を加熱炉で加熱した後、熱間圧延を行うことによ
り鋼片に仕上げるようにしている。このような連続鋳造
法のうち、二次冷却帯部分を湾曲させた湾曲式連Ｖｔ鋳
造機が、普及している。

この連続鋳造法において、後続する熱間圧延工程で消費
される加熱燃料の原単位を節減するための一手段として
、高温の鋳片を製造することにより、熱間圧延前の鋳片
に対する加熱時間を短縮することが考えられる。このた
めには、高速の鋳造を行うことにより、連続鋳造機から
送り出される鋳片の温度を高くすることが有効である。

しかし、鋳造速度を大きくするとき、鋳片の凝固殻が充
分に発達しないので、バルジング歪みが大きくなる。こ
の凝固殻の厚みｄは、凝固殻の温度を一定とするとき、
時間ｔとの関係において次式で表される。

ａ＝ｋｌ’Ｔ　　　（但し、ｋは定数）このため、鋳造
速度び。が大きくなると、同一距離を移動する鋳片の移
動時間が短くなるので、凝固殻の厚みｄが小さくなり、
それに応じてバルジング歪みが増大する。また、凝固殻
の表面温度は、同一水量密度においては鋳造速度ｖｃに
関係なくほぼ一定になる。

このように、単純に鋳造速度び、を大きくするとき、薄
く高温の凝固殻が生成するので、その凝固殻の強度は小
さなものとなる。その結果、バルジング歪みの増加を招
き、内部割れが多発することになる。

このような問題を解消するものとして、連続鋳造の二次
冷却帯において、急冷〜復熱の熱サイクルによる引張り
応力を鋳片が受けないように、二次冷却帯全長の２５〜
３５％にあたる上部を比水量２００〜４００　ｇ　／分
・−で冷却し、それ以降を１００〜１８０１／分・ｄ次
いで５０〜１３０ｚ／分・−で冷却することにより、鋳
片の表層下割れを防止することが、特開昭５３−４７２
７号公報で提案されている。

また、特開昭５３−２６７３０号公報では、注水量１．
０１／−一層を二次冷却帯の上部域及び下部域において
６〜７：３〜４に分配して熱応力が作用しない凝固殻を
形成することにより、ステンレス鋼等の鋼材における内
部割れ発生を防止している。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、以下の各グラフに示すように熱間強度が
小さい高シリコン電磁鋼等のＫＳｉ鋼を連続鋳造する場
合、アルミシリコンキルド綱（ＡＩ−５ｉ−Ｋ）等の普
通鋼に比較して歪み感受性が憂くなるので、連続鋳造の
高速化に伴い内部割れが非常に発生し易くなるという問
題がある。

第８図は、普通鋼及びｔ磁鋼における内部割れ限界歪み
を比較したものである０図中、Ｏは割れ無しを示し、・
は割れ有りを示している。この図から明らかなように、
ｉ！磁綱は、普通鋼に比較して内部割れ限界歪みが小さ
く、より小さい歪みで内部割れを発生している。

また、第９図は、普通鋼及び電磁鋼における温度と熱間
強度との関係を示すグラフである。同図の熱間強度は、
１％耐力、すなわち１％の歪みを生じさせるのに必要な
応力で示している。このグラフからも明らかなように、
普通鋼に比べて電磁鋼の方が熱間強度が小さいので、割
れ怒受性が大きく、溶鋼静圧に起因するバルジングが大
きくなり易い、すなわち、電磁鋼は内部割れを生じ易い
鋼材であることが判る。

他方、連続鋳造から熱間圧延までの直送化を可能とする
ためには、鋳造速度を高め、熱間圧延前の鋳片に対する
加熱工程を短縮化することが必要とされる。たとえば、
１．２ｍ／分の鋳造速度で連続鋳造を行い、熱間圧延前
に約６時間はど鋳片を過熱することが必要であった従来
のプロセスにおける加熱時間を２時間強に短縮するため
には、鋳造速度を１．３ｍ／分好ましくは１．４ｍ／分
以上に上昇させることが必要となる。これにより初めて
、直送圧延特有の省エネルギー化が実現され、また品質
改善、生産性向上等の効果が得られる。ところが、この
ように連続鋳造を高速化するときには、前記した内部割
れの問題が一層顕著となる。

本発明は、上述の問題点を解消するために案出されたも
のであり、Ｓｉ含有量が冑い鋼種について冷却パターン
を工夫することにより、高速で連続鋳造を行うことを可
能とし、またこの連続鋳造の高速化により出片温度を上
昇させ、熱間圧延前の鋳片に対する加熱に必要な時間を
短縮し、もって燃料原単位を節減すると共に、品質１歩
留り、生産性等の向上を図ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の裔Ｓｉ含を鋼の連続鋳造方法は、その目的を達
成するために、曲率半径Ｒの湾曲型連続鋳造機により（
Ｓｔ）　２．５％以上の鋼を１．３ｍ／分以上の鋳造速
度ｖｃで鋳造する際に、メニスカスから６．５ｍまでの
湾曲部上部で注水量Ｑｗ（１／分）及びスプレー面積Ｓ
（ｎ？）によりＱ＝Ｑｗ／Ｓ・びわと定義される水量密
度Ｑを平均２００（ｌ／ｎ（）以上確保して、鋳片を強
冷却し、６．５ｍから曲げ戻し点までの湾曲部下部にお
いて前記鋳片の緩冷却するとともに該鋳片の中央部のみ
を冷却することを特徴とする。

〔作用〕

このように鋳片を冷却することにより、連鋳モールド直
後の鋳片凝固殻の温度が低下し、また所定の厚みとなる
。したがって、生成した凝固殻が高速鋳造に耐える強度
をもつものとなる。また、鋳片のエツジ部を強冷した後
の復熱により、必要とする剛性を維持しつつ、鋳片を昇
温させることができる。そのため、割れの発生がなく、
直送圧延に好適な畜い温度に鋳片を確保することが可能
となる。

以下、図面を参照しながら本発明の特徴を具体的に説明
する。

第１図は、本発明の冷却方法が適用される湾曲式連続鋳
造機の一例を示す、タンデイシュｌ内の溶鋼２は、鋳型
３に注入される。この溶鋼２が鋳型３と接触する面には
凝固殻４が形成され、鋳片５となって二次冷却帯６に向
けて搬送される。このときの鋳片５の内部は、まだ溶融
状態にある。

そこで、鋳片５の外側をガイドロール７により支持しな
がら、スプレー８から鋳片５に冷却水を噴射させること
により、鋳片５の外形を維持した状態でその内部を冷却
凝固させる。

湾曲式連続鋳造機においては、二次冷却帯６がほぼ１／
４の円弧状に形成されている。そして、二次冷却帯６下
端部のガイドロール帯７及びピンチロール帯９に設けら
れた駆動ロールにより鋳片５が引き抜かれながら、その
曲がりが曲げ戻し点Ｐ（第２図参照）で矯正される０次
に、鋳片５がトーチ１０により切断され水平方向に搬送
される。

ここで本発明においては、二次冷却帯６を湾曲部上部６
ａと湾曲部下部６ｂとに区分し、鋳片５に対する冷却パ
ターンをそれぞれ変える。

第２図は、曲率半径Ｒの湾曲式連続鋳造機における二次
冷却パターンを図示したものである。二次冷却帯６は、
第２図Ａに示すように湾曲部上部６ａと湾曲部下部６ｂ
とに分割されている。湾曲部上部６ａに対応する区間、
すなわち湾曲部上部区間！。

においては、第２図Ｂに冷却水の注水範囲８ａで示され
るように鋳片５の全幅に渡って冷却水が注水される。し
かし、湾曲部下部６ｂに対応する区間、すなわち湾曲部
下部区間ｌ、では、鋳片５の中央部のみに注水され、エ
ツジ部分の非冷却帯Ｗの領域には注水されない。

湾曲部上部区間！、を６．５ｍとするとき、湾曲部下部
区間１えは（＋ｔＲ／２−６．５）ｍとされる。

鋳型３から出て来た鋳片５は、強冷却域の湾曲部上部６
ａにおいて、平均水量密度Ｑ−２２０１／ｃｄ以上で強
冷却される。すなわち、湾曲部上部区間１、において、
凝固殻温度を下げることによって、凝固殻４の剛性を高
めることができる。したがって、バルジング歪みが抑制
され、鋳造速度を増加させた場合においてもバルジング
に起因する内部割れが軽微となり、鋳造速度１．４　ｍ
／分以上の鋳造が可能となる。

次に、湾曲部下部６ｂにおいては、鋳片５の中央部に対
してのみ注水が行われる。すなわち、二次冷却帯６の全
幅にわたる注水冷却を行った場合、次の曲げ戻し工程に
おいて鋳片５のエツジ部が過冷却となり、そのエツジ部
に割れが発生することを、この選択的な注水により防止
する。

曲げ戻し点Ｐ以降の水平部区間１．の全長においては、
鋳片５に対する冷却は行われない。したがって、鋳片５
が高速鋳造化と冷却改良に伴う相乗作用から裔温状態で
搬出されることになる。その結果、熱間圧延前の鋳片５
に対する加熱工程を短縮化することができ、加熱に要す
る燃料の消費量の節減が図られる。

このような湾曲式連続鋳造機において、二次冷却帯６の
曲率半径Ｒが小さければ小さいほど、装置の裔さを抑え
ることができる。この高さの抑制は、溶鋼静圧を小さく
することにもつながり、バルジング歪みを抑制する効果
を大きくする。

−方、鋳片５の厚みをり、とし、凝固殻４の厚みをり、
とするとき、曲げ戻し点Ｐにおける矯正歪みΔ。は、次
式で表される。

Ｄ＋　　２Ｄｚ Δ。＝　□ したがって、曲率半径Ｒをあまり小さくすると、曲げ戻
し点Ｐにおける矯正歪みが太き（なり、かえって内部割
れの発生を助長する。この傾向は、連続鋳造の高速化に
より相乗され、−層顕著になる。このようなことから、
最低６ｍ程度の曲率半径Ｒが必要である。

第３図は、二次冷却帯６の曲率半径Ｒを６．０ｍ以上と
し、強冷却に必要な長さを６．５ｍとしたときの湾曲部
上部区間１５及び湾曲部下部区間！。の分布を示したも
のである０曲率半径Ｒを（６，０＋Ｘ）ｍとするとき、
湾曲部下部区間Ｊｔは次式で表される。

π Ｉｔ　＝　　　　（６，０＋ｘ）　　６．５但し、Ｘ≧
Ｏ 第４図は、湾曲部上部区間ｌ８、すなわち鋳型３（第２
図参照）の直下から６．５ｍの位置までの区間における
水量密度Ｑを示すが、平均２２０１／ｃｄ以上を確保す
ることが必要である。この水量密度Ｑが２２０１７’ｍ
より小さいと初期の凝固殻形成が不十分となりバルジン
グに起因する内部割れが多発する。また、水量密度Ｑは
、次式で表される。

図から判るように、鋳型３を出た直後の鋳片５ば、窩い
水量密度Ｑで注水されるために急速に冷却される。した
がって、鋳型３を出た直後の鋳片５の凝固Ｈ４の温度が
下がり、また厚みも増加する。その結果、必要とする凝
固殻の強度が確保される。

この冷却により、凝固殻の厚みり、は、メニスカスから
の距’ｌ！ＩＡ　Ｍ　Ｌが大きくなるに伴って増加する
。この厚みＤ２の増加に従い、凝固殻内にある未凝固溶
鋼から凝固殻４に伝えられる復熱量が小さくなる。この
ことから、凝固殻４の表面温度をバルジング抑制に必要
な低い温度にコントロールするため、メニスカスからの
距離Ｍ５が大きくなるにつれて、水量密度Ｑを小さくす
るとより好ましい結果が得られる。

さらにまたこの水量密度Ｑを小さくするために、第４図
では段階的に減少させたが、連続的に水量密度Ｑを減少
させてもよいことは勿論である。

このようにして、湾曲部上部区間ｌ、において、点線で
示される水量密度Ｑで鋳片５の全幅にわたって注水して
強冷却し、湾曲部下部区間１２においては、鋳片５のエ
ツジから２００ｆｌの部分を冷却しないようにすること
により、シリコン含有量が２．５％以上の電磁鋼を１．
３　ｍ／分以上の鋳造速度で鋳造することが可能となる
。このエツジから２００鰭までの範囲が大きくなると、
高速化により存在する未凝固部に起因するバルジングの
発生とこれに伴う内部割れを生ずる。また逆に、これよ
り小さいとエツジ部の過冷却或は内部凝固復熱の活用が
阻害され、矯正点における割れを伴う。

〔実施例〕

次いで、実施例により本発明の効果を具体的に説明する
。

第５図は、曲率半径Ｒが１０．５ｍの連続鋳造機により
、シリコン含存量３，３％の電ＶＡ８を１．６ｍ／分の
鋳造速度で鋳造する実施例における水量密度Ｑを示す、
この例においては、湾曲部上部区間ｌ。

及び湾曲部下部区間ｌ、をそれぞれ６６５ｍ及び１０．
０ｍとした。すなわち、メニスカスからの距離Ｍ。

が６．５ｍまでの区間で鋳片５の全幅にわたって冷却水
を注水し、距離Ｍ、が６．５ｍから１６．５ｍの範囲で
鋳片５のエツジ部に対する注水を行わなかった。

なお、第５図に示す例においては、湾曲部下部区間ｌ、
における注水範囲８ａの幅を２段階に分けた。すなわち
、メニスカスからの距離ＭＬが６．５ｍから１０．５ｍ
の範囲では、たとえば半幅が５５０鶴の鋳片５に対して
３３０ｆｉの幅で注水冷却を行い、距ＭＭＩが１０．５
ｍから１６．５ｍまでの範囲では、２５（ｈｌの幅で注
水冷却を行った。そして、曲げ戻し点Ｐ以降の水平部区
間！９においては、鋳片５の冷却を行わなかった。これ
により、高温出片に通した連続鋳造が可能となった。

第６図は、第５図の実施例における冷却水の水量密度Ｑ
の変化を示す、第６図の例において、鋳型３を出た直後
の鋳片５は、高い水量密度Ｑで注水冷却されている。そ
して、メニスカスからの距離Ｍｔが大きくなるに従い水
量密度Ｑを減少させている。この区間（１３）における
平均水量密度Ｑは２８０１／ｄを確保している。また、
メニスカスからの距ＯＭ＋が６．５ｍから１６．５ｍの
範囲、すなわち、鋳片５のエツジ部を冷却しない区間に
おいても水量密度Ｑを順次減少させている。

第７図は、このような冷却パターンが、鋳片の内部割れ
に及ぼす影響を示すグラフである。同図中、内部割れ発
生個数Ｎは、鋳片の長さ５００Ｂ当たりに発生した内部
割れを計測した数を示す、この内部割れには、製品に無
害な軽度の内部割れ及び中度の内部割れ並びに製品に有
害な重度の内部割れがあるので、それぞれを白１点及び
斜線で区別した棒グラフによりその数を表示している。

この図から明らかなように、本発明に従う上部強冷却を
採用したとき、中度及び重度の内部割れが完全、に抑え
られていることが判る。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明の連続鋳造方法において
は、二次冷却帯の湾曲部上部で鋳片を強冷却されること
により、裔速鋳造の場合でも凝固殻の強度が必要な値に
確保される。したがって、バルジング歪がなくなり、鋳
片のバルジング矯正時における内部割れの発生を防止す
ることができる。また、湾曲部下部においては鋳片のエ
ツジ部が冷却されないので、エツジ部が過冷却されるこ
となく必要温度に維持される。このため、曲げ戻し時に
、鋳片のエツジ部に割れが発生することがない。

このようにして、特に高シリコン電磁鋼のような内部割
れ怒受性の高い鋼種においても貰速鋳造が可能となり、
高温出片ができる。したがって、熱間圧延前の加熱時間
を短縮して燃料の消費量を抑えることができ、直送圧延
の特徴を充分に発揮させることができる。このように、
本発明によるとき、歩留り、生産性等の向上が図られ、
また得られた製品の品質も優れたものとなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の冷却方法が適用される連続鋳造機を示
す概略断面図、第２図は二次冷却帯における冷却パター
ンを示す説明図、第３図は二次冷却帯の区分状態を例示
した説明図、第４図はメニスカスからの距離と水量密度
との関係を示すグラフ、第５回はメニスカスからの距離
と注水範囲との関係を示す説明図、第６図は第５図に示
す実施例におけるメニスカスからの距離と水量密度との
関係を示すグラフ、第７図は冷却パターン及び鋳造速度
が内部割れ発生に与える影響を示すグラフ、第８図は鋼
種の違いによる内部割れ限界歪の相違を示すグラフ、第
９図は温度と耐力の関係を示すグラフである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、曲率半径Ｒの湾曲型連続鋳造機により〔Ｓｉ〕２．
   ５％以上の鋼を１．３ｍ／分以上の鋳造速度υ＿ｃで鋳
   造する際に、メニスカスから６．５ｍまでの湾曲部上部
   で注水量Ｑ＿ｗ（ｌ／分）及びスプレー面積Ｓ（ｍ＾２
   ）によりＱ＝Ｑ＿ｗ／Ｓ・υ＿ｃと定義される水量密度
   Ｑを平均２２０（ｌ／ｍ＾２）以上確保して、鋳片を強
   冷却し、６．５ｍから曲げ戻し点までの湾曲部下部にお
   いて前記鋳片の中央部のみを冷却することを特徴とする
   高Ｓｉ含有鋼の連続鋳造方法。