JPS635859A - 高珪素鋼の連続鋳造方法 - 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、固液共存領域の幅が大きな高珪素鋼を高速で
連続鋳造する方法に関する。

（従来の技術〕 連続鋳造法では、タンデイツシュからの溶鋼を、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、鋳片を均熱炉で加熱した後、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。

連続鋳造法には種々の方法があるが、連続鋳造機の貰さ
を低くするものとして、二次冷却帯部分を湾曲させた湾
曲式連続鋳造機が知られている。

この連続鋳造においても、最近ではより高い生産性及び
省エネルギー化が要求されるようになってきた。そこで
、この要求に応える手段として、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工程を短縮
化することが考えられる。このためには、高速鋳造によ
り富温出片する方法が必要となる。

たとえば、鋳造速度１．２ｍ／分の連続鋳造により得ら
れた鋳片を、熱間圧延に先立って加熱するのに、従来は
約６時間の加熱が行われていた。これを、高速鋳造によ
り窩部出片するためには、加熱時間を２時間強に短縮す
る必要から、鋳造速度を１．７　ｍ　／分まで増速しな
ければならない。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、鋳造速度を速くすると、ブレークアウト等の操
業上の問題や、中心割れ等の品質上の問題が表面化する
。

特に、湾曲型連続鋳造機においては、鋳型が湾曲部から
水平部に移行する個所、すなわち矯正点から凝固完了点
までの距離が長い程、押湯効果が効きにくい、その結果
、凝固末期のブリッジングに対して溶鋼の供給が困難に
なり、中心割れが生じ易くなる。

第１０図は、この湾曲型連続鋳造機を模式的に示し、中
心割れが発生する現象を説明するものである。

矯正点Ｐ、から凝固完了点Ｐ２までの距離１１が短い同
図（ａｌ）の場合、同図（ａ２）に示すように鋳片１に
中心割れが発生しない、しかし、同図（ｂｌ）に示すよ
うに矯正点Ｐ１から凝固完了点Ｐ！までの距＃１２が長
くなると、押湯効果が小さくなり、同図（ｂ２）に示す
ように鋳片１に中心割れ１ａが発生する。

この傾向は、特に方向性高珪素電磁鋼等の高珪素鋼を高
速鋳造する場合、その固液共存領域が大きいことに起因
して顕著になる。そして、この押湯効果が不十分なこと
に起因する欠点は、凝固完了時にスラブ中心部に生じる
中心割れとなって表れる。

第１表は、この中心割れに影響を及ぼす凝固物性に関し
、方向性高珪素鋼及び普通鋼（ＡＩ−３ｉ　−キルド綱
）を対比したものである。但し、表中ＴＬ及びＴ、は、
それぞれ液相線温度及び固相線温度を示す。

第１表 この第１表かられかるように、液相ｖＡ温度ＴＬと固相
線温度Ｔ、の差は、普通鋼に比べて高珪素鋼の方が大き
い。

更に、スラブ厚２５０ｍ、　シェル厚１１５ｔｍ、未凝
固幅２０ｍの鋳片について固液共存領域の幅、すなわち
凝固遷移層幅ｗ２を調べたところ、普通鋼の９．５ｆｌ
に対し、高珪素鋼では１５．２ｍであった。

この凝固遷移層幅ＷｉＩが大きいということは、−次デ
ンドライトＤＩの深さＬが大きいことを意味する。

すなわち、普通鋼では第１１図ｆａｔに示すように一次
デンドライトＤ、の深さり、は浅く約９．５ｆｉであり
、溶鋼は奥まで入り込みやすい、したがって、溶鋼の供
給が容易に行われる領域Ａと一次デンドライトＤ１の深
さＬｌがほぼ等しいので、最終凝固部分に割れ発生の原
因となる溶鋼の供給不足が生じない。

これに対して、高珪素鋼の場合には、同図（ｂｌに示す
ように一次デンドライトＤ１の深さり、が大きくなる。

すなわち、電磁鋼における一次デンドライトの深さり、
が約１５．２ｍｍとなり、普通鋼に比較して鋳片の厚み
方向に関して５．７ｆｉだけ固液共存層領域が厚いもの
となっている。

また、−次デンドライトＤ１の深さり、が大きいという
ことは、それに伴って二次デンドライトＤ２の成長も盛
んであることを意味する。

このように、電磁鋼では、矯正点Ｐ１から凝固完了点Ｐ
２までの間の鋳片１の未凝固部分は、−次及び二次デン
ドライトが複雑に入り組んだ状態となり、−次デンドラ
イトＤ１間を経て内部に溶鋼が供給され難い領域Ｂが生
じる。このため、固液共存領域が大きな高珪素鋼では、
特に凝固末期において溶鋼供給不足が起こりやすくなる
。

この溶鋼の供給不足を解消するものとして、たとえば特
開昭５０−５５５２９号公報では、溶鋼内部の凝固が完
了するクレータ先端近傍に配設したピンチロールにより
圧下率０．１〜２．０の範囲で圧下を行い、パイプや偏
析の発生を防止し、且つ二次冷却水量を制御している。

また、特開昭５２−８８２２２号公報では、−台板上の
ピンチロールにより３条以上の鋳片に自然収縮量以上の
圧下を加えることにより、各条毎の自然収縮量が異なっ
た場合においても、全鋳片とピンチロールとの接触を可
能とし、全鋳片に必要引抜き力を与えることができるよ
うに圧下して中心割れを防止する方法が提案されている
。

しかしながら、これらの方法を高珪素鋼の連続鋳造に適
用しても、前述したように高珪素鋼特有の性質から逆作
用を生じ、むしろ欠陥の多発を招きかねない、このこと
から、高珪素鋼を高速鋳造することは、従来から困難な
ものとされていた。

本発明は、このような問題点に鑑みて開発されたもので
あり、たとえば固液共存領域が大きな高珪素電磁鋼等の
高珪素鋼の湾曲型連続鋳造に際して、鋳片に中心割れ等
を発生させることな（、現行の鋳造速度よりも大きな速
度で高速鋳造を行うことを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明の連続鋳造方法は、その目的を達成するため、珪
素含有量が（Ｓｉ）≧２．５％の高珪素鋼を速度ｔｚｃ
≧１．３ｍ／分で湾曲式連続鋳造機により高速鋳造する
に際し、圧延長さｌが２．８５Ｘぴ。以上で、圧下量ｇ
を０．２０〜１．Ｏｎ＋／ｍとする軽圧下を未凝固厚み
ｄが２０＋ｎ以上のときに開始することを特徴とする。

〔作用〕

本発明においては、第１図に示すように、矯正点２８点
から凝固完了点Ｐ８までの区間ｌにおいて、ロール２１
．２□、、、２．を絞り込むことにより、鋳片１に対す
る軽圧下を行う、■上点Ｐ１におけるロール２．、２．
間の開度と、凝固完了点Ｐ！におけるロール２．、２．
間の開度との差、すなわちロールギャップをＧとすると
き、ロールによる絞り込みｌＺは次のようになる。

Ｚ　＝　Ｇ／　１　（ｍ／ｍ）　　　　　−−−−−−
−ｆｔｌこれを絞り込み速度Ｚｖに換算すると、Ｚ、＝
　（Ｇ／ｊりび、　　（、／分）　　・・・・−＋２１
となる。但し、Ｖｃは鋳造速度（ｍ／分〕を示す。

これら絞り込み量Ｚ及び絞り込み速度Ｚｖは、操業にお
いて設定される値である。そして、このＺｗの内訳は、
次式で示される。

Ｓ。

Ｚｖ”　　　　　”Ｓｔ（鶴／分）　　　−−−−−−
−−−・（３）η 但し、Ｓｌは凝固収縮量、Ｓ２は凝固殻自然収縮量、η
は圧下効率であり、それぞれの最適値は実験を通じて決
定できる。第２項Ｓｌについては従来から言われている
温度低下に起因する収縮量であって 冷却温度−１０℃／分−に 収縮係数−３，ＯＸｌ０−’（１／　℃）　−ｍ未凝固
厚−２０■−ｄ 鋳片厚み一２５０鶴−Ｄ に於いては Ｓｔ　＝　（Ｄ−ｄ）ｘｍｘＫ＝０．０７ｍ／分となる
。

他方、ＳＩは、溶鋼が凝固するときの液体から固体への
変化量（密度差）に関係するものであり、ηと共に現場
における実験より求められるが理論的な裏付けのあるも
のであり、それを以下に説明する。

凝固完了点Ｐ２よりも上流側の鋳片１の中心部には、第
１図に示すように未凝固部ａが存在する。

この未凝固部ａの厚みは、鋳片１の進行に伴って減少し
ていき、最終的には凝固完了点Ｐ２で全体が凝固殻とな
る。

いま、鋳片ｌに対して軽圧下を開始する矯正点Ｐ、から
凝固完了点Ｐ２までの長さ、すなわち必要絞り込み長さ
をｌとし、鋳片の厚みの半分をり。

絞り込みを必要とする未凝固厚をｄとすると、凝固完了
点Ｐ８から上流側の範囲について下式が成立する。

但し、ｋは凝固係数であり、鋼の物性に応じて定まる値
である。

（４）式で求められる２の部分について、ｆｌｌ〜（３
）式で表される絞り込み量で鋳片ｌを軽圧下することに
より、固液共存領域にある一次デンドライトで囲まれて
いる間隙に溶鋼が十分に供給され、中心割れを防止する
ことができる。

このような連続鋳造時における材料の流動、凝固の過程
等を勘案し、高珪素鋼を対象とした高速連続鋳造を可能
とする条件について検討した。

第２図は、以上に述べたデンドライトの成長に起因する
溶鋼の供給不足に与える影響を解消するため、軽圧下の
開始時期について調べたものである。この図から明らか
なように、未凝固厚ｄが２０１以上のときに軽圧下を開
始すると、デンドライトの間隙への？ｆＩ綱の供給が充
分に行われ、製品に中心割れが発生しないことが判る。

他方、未凝固厚ｄが２０ｍを下回るような状態で軽圧下
を開始すると、溶鋼をデンドライトの間隙に送り込むこ
とが困難になり、中心割れの発生が増加している。

この点から、本発明においては、軽圧下の開始点を未凝
固厚ｄ≧２０ｍｍとした。

また、高珪素鋼における凝固係数には、２９であり、軽
圧下するときの凝固殻の厚みを１２５酊とするとき、こ
れらを（４）式に代入して、となる、この弐から、鋳造
速度Ｖｃが１．７ｆｌＺ分のとき、絞り込み長さｌは４
．８５ｍとなる。

また、高珪素鋼の変形抵抗は、第３図に示すように鋳片
温度１０００℃以上で大きく変動する。たとえば、（Ｓ
ｔ）を３％含存する高珪素鋼の変形抵抗は、（Ｓｉ）を
０．１０％含有する普通鋼の変形抵抗に比較して約１７
２〜１／３となる。このように変形抵抗が大きく変動す
る高珪素鋼を軽圧下するに際しては、圧下効率が良いこ
とを勘案して圧下量の下限を設定する。逆に、圧下しす
ぎるとき、内部の凝固界面近傍に割れが生じる。そこで
、その割れ発生のない圧下量の上限値を定めることが必
要となる。

この圧下量の下限は、次のようにして定められる。まず
、凝固殻の厚みＤは、メニスカスからの距離をＬとする
とき、時間ｔとの関数として、次式（５）のように表さ
れる。

Ｄ＝ｃＪコ薯−に４０７７７−・−・・−・・−一〜−
一（５）また、鋳造速度ひ。で鋳片を連続鋳造している
ときの鋳造方向１ｍ当たりの上面側凝固収縮量をΔ７と
すると、該上面側凝固収量ｌΔ、は次式（６）％式％ ただし、ρ１及びｌｉｔは、それぞれ溶体及び固体の密
度であり、高珪素鋼の場合には７．６ｋｇ／ａｊ及び７
．３にぎ／−である、また、Ｗは、第４図に示すように
鋳片の幅（ｍ）を表す。

一方、上側及び下側圧下量を共にｇ（−ｍ７分）として
、第４図の各種パラメータ及び圧下効率ηを導入し、鋳
片１ｍ当たりの上面側圧下量Δｐは、次式（７）で表さ
れる。

Δｐ　＝　−（ｇ　ｘ　１　ｘＷ）　ｘη　−・・・・
・・・−・・・・−・−・・ｆηいま、凝固収縮分を軽
圧下で補うことにより、中心割れを防止すると考えてΔ
９−Δｐとお（と、（６）弐及び（７）式から、圧下量
ｇは、次のように誘導される。

雪−（ｇ　ｘ　ｌ　ｘＷ）　Ｘη ・−・・−・−・−・−・−・・−・−・・・・・・・
（８）また、板厚２５０　、、の鋳片を製造している際
の未凝固厚がｄ＝２０ｍのとき、Ｄ　＋　ｄ　／２＝　
１２５ｍからＤ＝１１５ｍとなる。そこで、ｋ−２９で
あると（５）式％式％ となる。そして、この（９）式を前述の（８）式に代入
するとき、圧下１ｇは次のようになる。

すなわち、圧下量ｇは、鋳造速度ｒｚｃに応じて次表の
ようになる。

ところで、圧下効率ηは、普通鋼の場合には一般的に０
．６〜０．７として適用されている。しかし、変形抵抗
が小さな高珪素鋼の場合には、より大きな値、すなわち
０．８〜１．０になるものと考えられる。

この値を圧下効率ηに適用するとき、圧下量ｇの最小値
は、次のように書き替えられる。

第　　　３　　　表 このようにして求めた圧下量ｇの最小値を、後述する実
施例で確認した。

他方、圧下量が大きすぎる場合、鋳片中心部の凝固界面
で鋳片の厚み方向に沿った内部割れが発生する。そこで
、この割れを生じない最大値が、圧下量ｇの上限となる
。

いま、内部割れの原因になる歪みの発生が、両端を固定
した単純弾性はりモデル（第５図参照）に従うものと考
えるとき、圧下歪み８．は次式で表される。

４００ＸＤＸδ。

ε、＝−１□　　・−−−−・・・−・・−−−−−−
−−−−−αυ１！ 但し、δ、：圧下量 Ｄ：凝固殻の厚み ここで、ｌは、ロールピンチＲの半分である。

そして、ロールピッチＲは、通常の連続鋳造機では４０
０〜５００　ｗｍ程度であるので、以下の計算において
はＲ４５０ｍとした。

実機を使用した試験から、内部割れが発生する限界歪み
を求めたところ、第６図に示すように、ａ、−０，３５
％が限界であることが′Ｗｉ認された。また、ロールピ
ッチＲ−４５０ｍでは、許容上限圧下ｌは、 ０．３５ｍｍ／４５０ｍ＝０．７８ｍ／ｍ　（＃０．８
）であることが明らかになった。

前述のとおり下限圧下量は０．１７〜０．２９ｍ／ｍで
あるので、これを弐〇〇のロールピッチＲ＝４５０ｍに
換算するとき、次のようになる。

１ｍ このときの圧下歪みは、第６図から！、＝０．１近傍で
あり、内部割れは許容限界内にあることが判る。

第７図は、ロールピッチＲ毎に圧下量δ、と圧下歪みｅ
、との関係を謂ぺたものである。この図から明らかなよ
うに、ロールとフチＲを変更するとき、許容上限圧下量
は次表のようになる。

第一　　４　　表 したがって、ロールピッチＲの小さい側である４００ｕ
における中心割れ防止効果をみて、上限圧下量の限界を
設定する。

〔実施例〕

以下、実施例により本発明の特徴を具体的に説明する。

この実施例では、湾曲式連続鋳造機を用いて、（Ｓｉ）
　２．５％以上のＱ　Ｓ　ｉ　１１４を１．７ｍ／分の
鋳造速度で連続鋳造する例について説明する。この１．
７ｍ／分という鋳造速度は、従来の方法においては鋳片
に中心割れが生じ始める速度である１、３ｍ／分を大き
く超える速度として設定した値である。

また、連続鋳造機の湾曲部の半径を１０．５ｍ、鋳片の
厚みを２５０Ｂとしたとき、鋳造速度１．３ｍ／分で凝
固係数に＝２９とすれば、凝固完了点Ｐ８はメニスカス
からの距離で２４．５ｍとなり、矯正点Ｐ１を１６．５
ｍとすると、矯正点Ｐ１から凝固完了点Ｐ！までの距離
ｌは８ｍになる。

そして、第８図（ａｌは上記の連続鋳造機で行った圧下
量制御実績であり縦軸にロールアライメントを、横軸に
メニスカスからの距離をとって表している。また、第８
図（′ｂ）はそのときの未凝固厚みの変化を示している
。

前記（１１式に第８図の実績値を代入して、絞り込み量
Ｚを求める。

１　　　３３．４−２３．１　　１０．３また、絞り込
み速凍Ｚ、は、びｅ　＝１．７ｍ／分を（２）式に代入
することにより、Ｚ、　＝０．５１ｍｍ／分となる。こ
れによって、最小の絞り込み量が得られる。

次いで、絞り込み速度Ｚｖの内訳を、（３）式を基にし
て検討する。（３）式において凝固殻自然収縮量Ｓ８は
Ｓｔ　＃０．０７ｍｍ／分であり、圧下効率＃０．８を
基に、（３）式は、 Ｚｖ＝０．５１ｍ／分＝　　−＋０．０７を解くと０．
８ Ｓ、！、３５ｎ／分となる。このＳｌは鋳片の両側を圧
下する量であり、片側に直すと０．１８ｍｍ／分となり
、表２の１．７　ｍｆｉ／分での片側圧下量ｇ＝ｏ、１
７／ηの０．１７０に相当する量である。

更に、ロール絞り込み領域の長さｌを求めるために、必
要未凝固厚ｄを２０龍と設定し、スラブ厚が２５０１で
あることがらＤ＝１２５とし、ｋ＝２９として（４）式
に代入した。これを計算して１−４．８５ｍが得られた
。

コノロール絞り込み領域１−４．８５ｍの間において、
ロール群によって０．５１ｍ／分の絞り込み量で軽圧下
することにより、１．７　ｍ／分の鋳造速度で中心割れ
を生じない連続鋳造が可能となることになる。

このようにして、メニスカスからの距離で２６．７ｍか
ら３１．６ｍまでの４．８５ｍの区間を、軽圧下するこ
とにより、中心割れを防止することができた。

そして、鋳造速度が中心割れの発生が始まる１、３ｍ／
分を越えて１．４〜１．５〜１．６ｍ／分と変動する繰
業条件に対応させて、第８図（ｂｌに示すようにｕｃ＝
１．３ｍ／分及びびｃ＝１．７ｍ／分の直線の間でロー
ルアライメントを設定した。これにより、鋳造速度を大
きくした場合１．３〜１．７ｍ／分まで鋳造速度が変動
した場合においても中心割れを生じることなり、健全な
鋳片を製造することが可能となった。

これに対し、従来の方式によるときは、鋳造速度が１．
３ｍ／分以上の場合、軽圧下ができるロール間設定では
なく、−定のロールアライメントとなっている。この場
合、鋳造速度が増加するにつれ中心割れの発生が激しく
なった。

第９図は、このときのロール絞り込み量Ｚと割れ発生の
関係を示すものである。この図から明らかなように、下
限値を０．２０ｍ／ｍとし、上限値を１．０ｔ、／ｍと
するとき、内部割れ及び中心割れのいずれもがない優れ
た鋳片を製造できた。なお、圧下量の上限値は、中心割
れを防止する効果が得られれば良いことから、ロールと
ンチＲ＝４００ｍにおける限界値を採用した。

〔発明の効果〕

以上に説明したように、本発明においては、湾曲式連続
鋳造機によって高速鋳造するに際し、凝固完了点よりも
上流側の特定域において、所定のロール絞り込み量で鋳
片を軽圧下することとしている。この軽圧下により、矯
正点から凝固完了点までの長さを大きくとる必要がある
高速鋳造においても、鋳片中心部に溶鋼の供給が行われ
ることになる。したがって、固液共存領域が大きな鋼に
ついても、中心割れを生じることのない高速鋳造が可能
となり、直送圧延に必要とされる高温出片が行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による鋳造方法を説明するための概略図
、第２〜７図は本発明の圧下条件を定めた理由を説明す
るためのものであり、第８．９図はそれぞれ本発明の方
法を実施したときのロール圧下状態及び未凝固部の厚み
の変化並びに割れ発生状況を示す、また、第１０図は湾
曲型連続鋳造機において鋳片に割れが発生する状況を説
明するものであり、第１１図は普通鋼と高珪素鋼との凝
固過程を比較して示すものである。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、珪素含有量が〔Ｓｉ〕≧２．５％の高珪素鋼を速度
   υ＿ｃ≧１．３ｍ／分で湾曲式連続鋳造機により高速鋳
   造するに際し、圧延長さｌが２．８５×υ＿ｃ以上で、
   圧下量ｇを０．２０〜１．０ｍｍ／ｍとする軽圧下を未
   凝固厚みｄが２０ｍｍ以上のときに開始することを特徴
   とする高珪素鋼の連続鋳造方法。