WO2016121355A1 - 鋼の連続鋳造方法 - Google Patents

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WO2016121355A1
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圭吾 外石
浩之 大野
則親 荒牧
三木 祐司
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Jfeスチール株式会社
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    • B21BROLLING OF METAL
    • B21B2201/00Special rolling modes
    • B21B2201/14Soft reduction

Definitions

  • the present invention relates to a steel continuous casting method in which a solidification completion position at which solidification of molten steel in a slab cast by a continuous casting machine is completed is a predetermined target position.
  • unsolidified molten steel In continuous casting of steel, in the final solidification process, suction flow of unsolidified molten steel (also referred to as “unsolidified layer” as appropriate) occurs in the drawing direction of the slab as solidification shrinks.
  • solute elements such as carbon (C), phosphorus (P), sulfur (S) and manganese (Mn) are concentrated, and the concentrated molten steel (concentrated molten steel) is at the center of the slab.
  • C carbon
  • P phosphorus
  • S sulfur
  • Mn manganese
  • Center segregation deteriorates the quality of steel products, especially thick steel plates.
  • hydrogen-induced cracking occurs from the center segregation due to the action of sour gas, and the same problem occurs in offshore structures, storage tanks, oil tanks, etc. Will occur.
  • Patent Document 1 in the continuous casting method, when the drawing speed (casting speed) of the slab is changed, the change of the casting speed and / or the cooling water amount is aimed at accurately controlling the solidification completion position.
  • a response model representing the relationship between the movement response of the solidification completion position of the slab to the slab is created, and the solidification completion position is controlled by calculating the operation speed of the casting speed and / or the cooling water amount based on the created response model. Proposed.
  • the solidification completion position can be controlled to be a predetermined target position in the vicinity of the reduction roll by the method described in Patent Document 1.
  • the method of Patent Document 1 when creating a response model, it is necessary to measure the change over time of the solidification completion position of the slab when changing the casting speed and / or cooling water with an ultrasonic sensor or the like, There is a problem in that it takes time to create a response model.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and the object of the present invention is to make the solidification completion position larger than the predetermined target position even when changing the drawing speed of the slab without taking time and effort. It is to provide a continuous casting method for steel that prevents fluctuations.
  • the gist of the present invention for solving the above problems is as follows. [1] Steel for injecting molten steel into a cooled continuous casting mold, solidifying the molten steel to form a slab, drawing the slab out of the mold, and spraying cooling water toward the slab The solidification completion position where the solidification of the molten steel in the slab is completed in a predetermined target under the condition that the drawing speed V of the slab is set to a speed V0 [m / min] in advance.
  • the slab is drawn out at the speed V0, and then the slab drawing speed V is set as the speed.
  • the speed is changed from 0 to the speed V1, and the slab is pulled out at the speed V1 while the cooling water is sprayed onto the slab so that the cooling water spraying amount W becomes the cooling water spraying amount W1.
  • the cooling water spray amount Wt [kg / ton-slab], which is the coolant water spray amount W sprayed on the slab, satisfies the following formula (1) or the following formula (2): Continuous casting method.
  • the cooling water spraying amount W is changed from the cooling water spraying amount Wt in the following n stages (where n is a natural number of 1 or more) from the change time Tc until the time t elapses, From the stage where the cooling water spray amount Wt is reached, the spray amount Wt (i-1) at the i-1 stage (where i is a natural number from 1 to n) and the spray amount Wt (i) at the i stage are as follows:
  • W (0) is Wt.
  • the present invention it is possible to prevent the solidification completion position from greatly fluctuating from a predetermined target position without taking time and effort even when the slab drawing speed is changed.
  • the light reduction method at the end of solidification is effectively carried out, and the formation of voids at the center of the slab and the flow of the concentrated molten steel can be suppressed, and the center segregation of the slab can be effectively suppressed.
  • the present invention adjusts the amount of cooling water (cooling water spray amount) W sprayed on the slab when the slab drawing speed V is changed in the steel continuous casting method.
  • the elapse of time t obtained by dividing the target length Lt of the slab from the change time Tc of the drawing speed V to the target position of the solidification completion position by the speed V0 before the change of the drawing speed V.
  • the slab continuous casting machine 1 includes a mold 5, a tundish 2 installed above the mold 5, and a slab support roll 6 arranged in a row below the mold 5.
  • a ladle for containing the molten steel 9 is installed above the tundish 2, and the molten steel 9 is poured into the tundish 2 from the bottom of the ladle.
  • An immersion nozzle 4 to which a sliding nozzle 3 is attached is installed at the bottom of the tundish 2, and the molten steel 9 is attached to the mold 5 through the immersion nozzle 4 in a state where a predetermined amount of molten steel 9 stays in the tundish 2. Injected.
  • a cooling water channel is formed in the mold 5, and the cooling water is passed through the cooling water channel.
  • the molten steel 9 is extracted from the inner surface of the mold 5 and solidified to form a solidified shell 11, and the solidified shell 11 is extracted to form a slab 10 having an unsolidified layer 12 made of the molten steel 9 therein. .
  • a plurality of secondary cooling zones 30 in which spray nozzles (not shown) are arranged are installed along the casting direction from directly below the mold 5.
  • the slab 10 is cooled while being drawn out by the cooling water sprayed from the spray nozzle of the secondary cooling zone 30.
  • the solidified shell 11 is appropriately cooled, the solidification of the unsolidified layer 12 proceeds, and the slab 10 solidification is complete.
  • the length of the slab along the casting direction from the outlet of the mold 5 to the solidification completion position 13 where the slab 10 is solidified is indicated by a symbol Lf.
  • three secondary cooling zones 30 are installed, but three or more secondary cooling zones 30 may be installed downstream from the outlet of the mold 5 in the casting direction.
  • the interval between the slab support rolls 6 facing each other across the slab 10 (this interval is referred to as "roll opening").
  • a plurality of pairs of castings that are set so as to narrow sequentially toward the downstream side in the casting direction, that is, a rolling gradient (a state of the roll opening degree that is set so as to narrow gradually toward the downstream side in the casting direction) is set.
  • a light pressure lower belt 14 composed of a single support roll group is provided. In the light reduction belt 14, it is possible to perform light reduction on the slab 10 in the entire region or a partially selected region.
  • a spray nozzle for cooling the slab 10 is also disposed between the slab support rolls 6 of the light pressure lower belt 14.
  • the slab support roll 6 disposed in the light reduction belt 14 is also called a reduction roll.
  • the light pressure lower belt 14 is configured by three roll segments arranged in the casting direction, each having three pairs of slab support rolls 6.
  • the base of the roll segment constituting the light pressure lower belt 14 is not particularly limited.
  • FIG. 2 and 3 show the roll segments constituting the light pressure lower belt 14.
  • 2 and 3 show an example in which five pairs of slab support rolls 6 are arranged as one rolling segment 15 as a rolling roll
  • FIG. 2 is a view from the side of the continuous casting machine.
  • 3 is a view showing a cross section orthogonal to the casting direction.
  • the roll segment 15 is composed of a pair of frames 16 and 16 ′ holding 5 pairs of slab support rolls 6 via a roll chock 21, and a total of four (upstream side) through the frames 16 and 16 ′. Tie rods 17 on both sides and downstream sides) are arranged.
  • the distance between the frame 16 and the frame 16 ' is adjusted, that is, the rolling gradient in the roll segment 15 is adjusted. Yes. In this case, the roll opening degree of the five pairs of slab support rolls 6 arranged in the roll segment 15 is adjusted at once.
  • the worm jack 19 is self-locked by the molten steel static pressure of the slab 10 having an unsolidified layer, and resists the bulging force of the slab 10, under the condition that the slab 10 does not exist, that is, the roll
  • the reduction gradient is adjusted under the condition that the load from the slab 10 does not act on the slab support roll 6 installed in the segment 15.
  • the amount of movement of the frame 16 ′ by the worm jack 19 is measured and controlled by the number of rotations of the worm jack 19 so that the rolling gradient of the roll segment 15 can be known.
  • the tie rod 17 is provided with a disc spring 18 between the frame 16 ′ and the worm jack 19.
  • the disc spring 18 is not configured by a single disc spring, but is configured by stacking a plurality of disc springs (the greater the number of disc springs, the higher the rigidity).
  • the disc spring 18 has a certain thickness without contracting when a load load greater than a predetermined load does not act on the disc spring 18, but contracts when a certain predetermined load load is applied. Then, after a certain predetermined load is exceeded, it is configured to contract in proportion to the load.
  • the slab 10 when the slab 10 is solidified within the range of the roll segment 15, an excessive load is applied to the roll segment 15 by reducing the solidified slab 10.
  • an excessive load When the disc spring 18 is loaded, the disc spring 18 contracts to open the frame 16 ′, that is, the roll opening degree is expanded, so that an excessive load is not applied to the roll segment 15.
  • the lower surface side frame 16 is fixed to the foundation of the continuous casting machine and is configured not to move during casting.
  • the slab support roll 6 disposed other than the light pressure lower belt 14 also has a roll segment structure.
  • the roll opening degree of a plurality of pairs of slab support rolls 6 arranged in each roll segment is adjusted collectively.
  • the amount of movement of the upper frame (corresponding to the frame 16 ') by the worm jack is measured and controlled by the rotation speed of the worm jack, so that the rolling gradient of each roll segment can be known.
  • a plurality of conveying rolls 7 for conveying the slab 10 after passing through the light pressure lower belt 14 are installed downstream of the light pressure lower belt 14 in the casting direction.
  • a slab cutting machine 8 for cutting the slab 10 is disposed above the transport roll 7. The slab 10 after completion of solidification is cut into a slab 10 a having a predetermined length by a slab cutting machine 8.
  • the solid phase ratio at the center of the slab thickness becomes a temperature corresponding to the flow limit solid phase ratio at least from the time when the solid phase ratio at the center of the slab thickness reaches 0.1. It is desirable to reduce the slab 10 to a point in time.
  • the flow limit solid phase ratio is said to be 0.7 to 0.8, and the reduction is continued until the solid phase ratio at the center of the slab thickness reaches 0.7 to 0.8. Since the unsolidified layer 12 does not move after the solid phase rate at the center of the slab thickness exceeds the flow limit solid phase rate, there is no point in performing light reduction. However, although the effect of light pressure cannot be obtained, light pressure may be reduced even after the flow limit solid phase ratio is exceeded.
  • the solidification completion position 13 does not change during continuous casting.
  • the solidification completion position 13 that enables the cooling water spraying amount to be adjusted so that all the specific parts enter the light pressure lower belt 14 even under the change of the operation condition is determined as the target position.
  • the drawing speed V is the initial speed V0 [m / min]
  • cooling water with a cooling water spraying amount W0 [kg / ton-slab] having the solidification completion position 13 as a target position is cast 10.
  • the drawing speed V is changed from the speed V0 to the speed V1 [m / min]
  • the cooling water spray amount W1 [kg / ton-slab] with the solidification completion position 13 as the target position is set.
  • the cooling water is sprayed on the slab 10.
  • the coagulation completion position 13 can be brought close to the target position.
  • the cooling water spray amount is expressed by dividing the amount of water sprayed in the entire secondary cooling zone defined in kg / unit time by the drawing speed defined in tons-slab / unit time.
  • the cooling water spraying amount W0 and W1 can be obtained from the relationship between the drawing speed V [m / min] and the cooling water spraying amount W [kg / ton-slab] based on the operation so far.
  • a graph showing an example of the relationship is shown in FIG.
  • This graph shows a calibration curve showing the relationship between the drawing speed V and the cooling water spray amount W with the solidification completion position 13 as a target position. From the operation so far, the relationship between the drawing speed V and the cooling water spray amount W when casting a slab 10 of a specific steel type and size can be obtained, and a calibration curve indicating the relationship is prepared. It is possible. From the calibration curve, a cooling water spray amount W0 corresponding to the speed V0 is obtained, and a cooling water spray amount W1 corresponding to the speed V1 is obtained.
  • the cooling water spray amount W having the solidification completion position 13 as a target position tends to increase.
  • the range in which the cooling water may be sprayed before the slab 10 is solidified is from the outlet of the mold 5 to the target position of the solidification completion position 13.
  • the time until the part of the slab 10 immediately after being pulled reaches the solidification completion position 13 is shortened. Therefore, when the drawing speed V is increased, it is necessary to increase the cooling water spray amount W (strong cooling) in order to cool the portion of the slab 10 in a short time.
  • the speed V1 is less than the speed V0, and the cooling water spray amount W1 corresponding to the speed V1 is smaller than the cooling water spray amount W0.
  • the length Lf of the slab corresponds to the distance from the exit of the mold 5 to the target position. To do.
  • FIG. 5 shows an example of changes over time in the drawing speed V, the cooling water spray amount W, and the slab length Lf when the speed V1 is smaller than the speed V0.
  • (a) shows a change with time of the drawing speed V and the cooling water spray amount W
  • (b) shows a change with time of the length Lf.
  • the changes over time in the cooling water spray amount W and the length Lf shown in FIG. 5 are in the case of continuous casting of steel to which the conventional technique is applied.
  • the drawing speed V when the drawing speed V is the speed V0, the cooling water spray amount W becomes the spray amount W0, and when the pulling speed V is the speed V1, the cooling water spray amount W. Is the spray amount W1.
  • the drawing speed V can be reduced from the speed V0 to the speed V1.
  • the rotational speed of the slab support roll 6 cannot be changed instantaneously at the change time Tc of the drawing speed V, and the drawing speed V changes from the speed V0 to the speed V1 by taking some time from the change time Tc.
  • the opening amount of the spray nozzle that sprays cooling water onto the slab cannot be changed instantaneously at the change time Tc, and it takes a certain amount of time from the change time Tc, and the cooling water spray amount W is sprayed from the spray amount W0.
  • the amount is W1.
  • the cooling water spraying amount W is the spraying amount W0
  • the cooling water spraying amount W is the spraying amount W1.
  • the casting is performed so that the cooling water spraying amount W1 [kg / ton-slab] is obtained with the solidification completion position 13 as the target position. This is based on the fact that cooling water is sprayed on the piece 10.
  • the present inventors measured the coagulation completion position 13 in an actual operation by a method using an electromagnetic ultrasonic sensor described in Patent Document 2, and the like.
  • a phenomenon occurs in which the length Lf, which was the target length Lt, suddenly decreases for a while after the change time Tc of the drawing speed V and then returns to the target length Lt again. That is, it was confirmed that the length Lf has a deflection width ⁇ L.
  • the present inventors have examined the reason why this phenomenon occurs, and the cooling water spraying amount W becomes the spraying amount W0 at the site near the exit of the mold 5 of the slab 10 in the state of being drawn at the speed V0. Even if the slab 10 is weakly cooled by spraying the cooling water so that the spray amount W1 is reached, the part has already been strongly cooled. It has been assumed that the unsolidified layer 12 solidifies faster than expected.
  • the inventors have changed the drawing speed V from the speed V0 to the speed V1, and the portion of the slab 10 near the outlet of the mold 5 that has been strongly cooled is the speed V0 and the target length Lt.
  • FIG. 6 shows an example of temporal changes in the drawing speed V, the cooling water spray amount W, and the length Lf when the present invention is applied when the drawing speed V is reduced from the speed V0 to the speed V1 ( ⁇ V0).
  • FIG. 6 is a graph showing changes over time such as the length Lf when the cooling water spray amount W is set to a spray amount Wt that is smaller than the spray amount W1 between the change time Tc and the time t as described above. .
  • symbol is attached
  • the reduction amount of the length Lf from the change time Tc is smaller than in the case of FIG. 5B, and the length Lf is near the change time Tc. The value is close to the target length Lt.
  • the cooling water spraying amount W was set to the spraying amount W0, it is changed to the spraying amount W1 (> spraying amount W0) corresponding to the speed V1 at the change time Tc, and the cooling water is sprayed onto the slab.
  • the spray amount W1 is obtained by obtaining the coolant spray amount W corresponding to the speed V1 from the graph shown in FIG.
  • the length Lf is set to a value close to the target length Lt by setting the cooling water spray amount W to a spray amount Wt that is larger than the spray amount W1 from the change time Tc to the time t.
  • the cooling water spraying amount Wt [kg / ton-slab], which is the amount of cooling water sprayed to the slab 10 from the change time Tc to the time t, is expressed by the following equation (1) or (2 ) Is satisfied.
  • the optimum value of the spray amount Wt is preferably obtained in advance by experiments so that the length Lf that varies from the change time Tc becomes the target length Lt. In the case of FIG.
  • the optimal value of the spray amount Wt is smaller than the spray amount W1, and the spray amount Wt is preferably not less than the optimal value and not more than 1.2 times the optimal value.
  • the optimal value of the spraying amount Wt is larger than the spraying amount W1, and the spraying amount Wt is less than or equal to the optimal value and 0.8 or more of the optimal value. preferable.
  • the cooling water spray amount W is changed from the stage of the spray amount Wt to the subsequent n stages (however, from the time when the drawing speed V is changed from the speed V0 to the speed V1 (change time Tc) until the time t has elapsed.
  • n may be a natural number 1 or more).
  • the length Lf can be made closer to the target length Lt, that is, the deflection width ⁇ L of the length Lf can be further reduced. As described above, if the expressions (1) and (2) are satisfied, the length Lf can be brought close to the target length Lt.
  • the cooling water spraying amount W is set to the spraying amount Wt, particularly in the latter half of the period from the change time Tc to the time t, the slab 10 is weakly cooled (FIG. 6) or strongly cooled (FIG. 8). ), And as a result, the length Lf may overshoot the target length Lt during the time t (see FIGS. 6B and 8B). Therefore, by reducing the cooling water spray amount W from the spray amount Wt to W1 step by step, the possibility that the slab is weakly cooled or excessively cooled is suppressed, and the overshoot of the length Lf is prevented or overshoot. Even so, the amount of overshoot can be suppressed. As a result, the deflection width ⁇ L can be further reduced.
  • the operation for carrying out the end solidification light reduction method is described as the continuous casting operation of the steel when the target length Lt is specified.
  • the end solidification end light reduction is described. It is not necessary to carry out the method.
  • the completion position of coagulation that allows all specific parts to enter the light-reduction zone 14 is determined as the target position.
  • the target position is determined by the equipment restrictions of the continuous casting machine.
  • the cooling water spray amount Wt as the target length Lt is obtained in advance, it is possible to prevent the solidification completion position from greatly fluctuating from the predetermined target position. Thereby, the light reduction method at the end of solidification is effectively carried out, and the formation of voids at the center of the slab and the flow of the concentrated molten steel can be suppressed, and the center segregation of the slab can be effectively suppressed.
  • the continuous casting which manufactures the slab of a low carbon aluminum killed steel was performed in multiple times using the slab continuous casting machine 1 shown in FIG.
  • the dimensions of the mold 5 were determined so that the slab 10 had a width of 2100 mm and a thickness of 250 mm.
  • a light pressure lower belt 14 was disposed.
  • the solid phase rate was calculated
  • the drawing speed V of the slab is changed from the speed V0 to the speed V1
  • the cooling water spraying amount W is changed from the spraying amount W0 to the spraying amount W1
  • the target of the slab is changed from the change time Tc.
  • the cooling water spraying amount W was used as the spraying amount Wt until time t obtained by dividing the length Lt by the drawing speed V0.
  • This spraying amount Wt is obtained in advance by experiments and satisfies the above-mentioned formula (1) or (2) (example of the present invention). Further, in several continuous castings of the present invention example, the cooling water spray amount W is appropriately changed from the Wt stage to two stages at the maximum.
  • the slab drawing speed V is changed from the speed V0 to the speed V1
  • the cooling water spraying amount W is changed from the spraying amount W0 to the spraying amount W1
  • the time t elapses from the change time Tc. Even if the spray amount Wt is not applied or changed, continuous casting for producing a slab of low-carbon aluminum killed steel was performed a plurality of times so as not to satisfy the above-mentioned formulas (1) and (2) ( Comparative example).
  • the center segregation degree of the site of the coagulation completion position 13 at the time when 1 ⁇ 2 ⁇ t time has elapsed from the change time Tc and the length Lf until t time has elapsed from the change time Tc are measured. did.
  • the length Lf was measured by detecting the coagulation completion position 13 by a method using an electromagnetic ultrasonic sensor described in Patent Document 2. The length Lf varies for a while from the change time Tc. The difference between the maximum and minimum length Lf when the length Lf fluctuated was calculated as the deflection width ⁇ L of the length Lf.
  • the central segregation degree was measured by the following process. The closer the center segregation degree is to 1.0, the better the slab with less center segregation.
  • the slab of the site part of the solidification completion position 13 in the time which time 1 / 2xt passed from change time Tc is cut out.
  • the carbon concentration of the sample milled every 1 mm along the thickness direction of the slab is analyzed.
  • the maximum value of the carbon concentration in the thickness direction of the slab is C max
  • the carbon concentration analyzed by molten steel taken from the tundish during casting is C 0
  • C max / C 0 is the central segregation degree To do.
  • Table 1 shows the operating conditions such as the speed V0 and the cooling water spray amount W0 [kg / ton-slab], the runout width ⁇ L of the length Lf, and the degree of center segregation in the inventive example and the comparative example (No. 1). To 18).
  • the center segregation is effectively reduced by rolling down a specific part of the slab with the light reduction belt 14.
  • the spray amount Wt is changed stepwise.
  • the runout width ⁇ L is No. There is a tendency to be smaller than the case of 1 to 4.
  • the solidification completion position can always be set to the predetermined target position even when the drawing speed V is changed.

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Abstract

 引き抜き速度Vを変更する場合であっても、凝固完了位置が所定の目標位置から大きく変動することを防ぐことができる鋼の連続鋳造方法を提供する。 冷却水吹付量W0[kg/トン-鋳片]となるように冷却水を鋳片に吹付けつつ、引き抜き速度Vを速度V0として鋳片を引き抜く。次いで、引き抜き速度Vを速度V0から速度V1に変更し、冷却水吹付量W1[kg/トン-鋳片]となるように冷却水を鋳片に吹付けつつ、引き抜き速度Vを速度V1として鋳片を引き抜く。引き抜き速度Vの変更時刻Tcから、目標長さLtを引き抜き速度V0で除算して得られる時間t経過するまでの間に、鋳片に吹付けられる冷却水吹付量Wである冷却水吹付量Wt[kg/トン-鋳片]が下記(1)式または下記(2)式を満たす。 V1<V0の条件下では、Wt<W1・・・(1) V1>V0の条件下では、Wt>W1・・・(2)

Description

鋼の連続鋳造方法
 本発明は、連続鋳造機で鋳造されている鋳片内の溶鋼の凝固が完了する凝固完了位置を所定の目標位置とする鋼の連続鋳造方法に関する。
 鋼の連続鋳造では、凝固の最終過程で、凝固収縮に伴って鋳片の引き抜き方向へ未凝固溶鋼(適宜「未凝固層」ともいう)の吸引流動が生じる。未凝固層には、炭素(C)、燐(P)、硫黄(S)、マンガン(Mn)などの溶質元素が濃化しており、濃化した溶鋼(濃化溶鋼)が鋳片中心部に流動して凝固すると、いわゆる中心偏析が発生する。
 中心偏析は、鋼製品、特に厚鋼板の品質を劣化させる。例えば、石油輸送用や天然ガス輸送用のラインパイプ材においては、サワーガスの作用により中心偏析を起点として水素誘起割れが発生し、また、海洋構造物、貯槽、石油タンクなどにおいても、同様の問題が発生する。近年、より低温下あるいはより腐食環境下といった厳しい環境での鋼製品の使用が求められることが多く、鋳片の中心偏析を低減することが重要となっている。
 鋳片の中心偏析を低減する対策が多数提案されている。その対策のうち、内部に未凝固層を有する鋳片を連続鋳造機内で圧下する凝固末期軽圧下方法が効果的であることが知られている。凝固末期軽圧下方法とは、鋳片の凝固完了位置付近に圧下ロールを配置し、該圧下ロールによって、凝固収縮量に相当する程度の圧下量で鋳片を徐々に圧下し、鋳片中心部での空隙の形成や濃化溶鋼の流動を抑止して、鋳片の中心偏析を抑制する方法である。
 鋼の連続鋳造では、連続鋳造機のタンディッシュの上方に配置され、溶鋼を収容している取鍋を交換する時(いわゆる連々鋳時の鍋交換)や、鋳型内での温度異常を検出した時などに、鋳片の引き抜き速度を下げる場合がある。その場合、再び目標の速度とすべく、引き抜き速度を上げる必要がある。凝固末期軽圧下方法では、連続鋳造中の鋳片の凝固完了位置付近の特定の部位を常に圧下することになるので、連続鋳造中に凝固完了位置が変動しないことが望ましい。しかしながら、前述の通りに、鋳片の引き抜き速度を変更すると、凝固完了位置が変動する可能性がある。
 そこで、特許文献1には、連続鋳造方法において、鋳片の引き抜き速度(鋳造速度)を変更する場合に、凝固完了位置を正確に制御することを目的として、鋳造速度及び/または冷却水量の変更に対する鋳片の凝固完了位置の移動応答の関係を表す応答モデルを作成し、作成した応答モデルを基に、鋳造速度及び/または冷却水量の操作量を算出して凝固完了位置を制御する方法が提案されている。
特開2007-268536号公報 国際公開02/090971公報
 前述のように鋳片の引き抜き速度を変更する場合であっても、特許文献1に記載の方法によって、凝固完了位置を、圧下ロールの近傍の所定の目標位置となるように制御し得る。但し、特許文献1の方法では、応答モデルを作成する際に、鋳造速度及び/または冷却水を変更した際の鋳片の凝固完了位置の経時変化を超音波センサなどで測定する必要があり、応答モデルを作成するに際し、手間が掛るという問題がある。
 本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、手間を掛けずに、鋳片の引き抜き速度を変更する場合であっても、凝固完了位置が所定の目標位置から大きく変動することを防ぐ鋼の連続鋳造方法を提供することである。
 上記課題を解決するための本発明の要旨は以下の通りである。
[1]冷却されている連続鋳造用鋳型に溶鋼を注入しつつ、前記溶鋼を凝固させ鋳片を形成し、該鋳片を前記鋳型から引き抜き、前記鋳片に向けて冷却水を吹付ける鋼の連続鋳造方法であって、予め、前記鋳片の引き抜き速度Vを速度V0[m/分]とした条件下での、前記鋳片内の溶鋼の凝固が完了する凝固完了位置を所定の目標位置とする冷却水吹付量W0[kg/トン-鋳片]を求め、且つ、前記引き抜き速度Vを、速度V0とは異なる速度V1[m/分]とした条件下での、前記凝固完了位置を前記目標位置とする冷却水吹付量W1[kg/トン-鋳片]を求めておき、冷却水吹付量Wが前記冷却水吹付量W0となるように冷却水を鋳片に吹付けつつ、前記速度V0で前記鋳片を引き抜き、次いで、鋳片の引き抜き速度Vを前記速度V0から前記速度V1に変更し、冷却水吹付量Wが前記冷却水吹付量W1となるように冷却水を鋳片に吹付けつつ、前記速度V1で前記鋳片を引き抜くこととし、前記引き抜き速度Vの変更時刻Tcから、前記鋳型の出口から前記目標位置までの鋳造方向に沿う鋳片の目標長さLtを前記引き抜き速度V0で除算して得られる時間t[分]経過するまでの間の、前記鋳片に吹付けられる冷却水吹付量Wである冷却水吹付量Wt[kg/トン-鋳片]が、下記(1)式または下記(2)式を満たすことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
V1<V0の条件下では、Wt<W1                  (1)
V1>V0の条件下では、Wt>W1                  (2)
[2]前記変更時刻Tcから時間t経過するまでの間に冷却水吹付量Wを、前記冷却水吹付量Wtから後続のn段階(但し、nは自然数で1以上)で変更することとし、冷却水吹付量Wtである段階から、i-1段階目(但し、iは1からnまでの自然数)の吹付量Wt(i-1)及びi段階目の吹付量Wt(i)が、下記(3)式または下記(4)式を満たすことを特徴とする[1]に記載の鋼の連続鋳造方法。
V1<V0の条件下では、Wt≦Wt(i-1)<Wt(i)<W1    (3)
V1>V0の条件下では、Wt≧Wt(i-1)>Wt(i)>W1    (4)
上記(3)及び(4)式において、W(0)はWtである。
 本発明によれば、鋳片の引き抜き速度を変更する場合であっても、手間を掛けずに、凝固完了位置が所定の目標位置から大きく変動することを防ぐことができる。これにより、凝固末期軽圧下方法を効果的に実施して、鋳片中心部での空隙の形成や濃化溶鋼の流動を抑止して、鋳片の中心偏析を効果的に抑制できる。
連続鋳造機を示す図である。 図1に示す連続鋳造機の軽圧下帯を構成するロールセグメントを示す図である。 図2に示すロールセグメントの鋳造方向と直交する断面を示す図である。 鋳片の引き抜き速度V[m/分]と冷却水吹付量W[kg/トン-鋳片]との関係の一例を示すグラフである。 引き抜き速度Vを速度V0から速度V1(<V0)に下げた際の従前の技術を適用した場合における、V、W及び鋳型の出口から凝固完了位置までの鋳造方向に沿う鋳片の長さLf[m]の経時変化の一例を示すグラフである。 引き抜き速度VをV0からV1(<V0)に下げた際の本発明を適用した場合おける、V、W及びLfの経時変化の一例を示すグラフである。 引き抜き速度VをV0からV1(>V0)に上げた際の従前の技術を適用した場合における、V、W及びLfの経時変化の一例を示すグラフである。 引き抜き速度VをV0からV1(>V0)に上げた際の本発明を適用した場合おける、V、W及びLfの経時変化の一例を示すグラフである。 引き抜き速度VをV0からV1(<V0)に下げた際の本発明の変形例を適用した場合における、V及びWの経時変化の一例を示すグラフである。
 本発明は、鋼の連続鋳造方法において鋳片の引き抜き速度Vを変更した際に、鋳片に吹付ける冷却水の量(冷却水吹付量)Wを調整するものである。特に、引き抜き速度Vの変更時刻Tcから、鋳型の出口から凝固完了位置の目標位置までの鋳片の目標長さLtを、引き抜き速度Vの変更前の速度V0で除算して得られる時間t経過するまでの間での冷却水吹付量Wを調整することで、本発明は、鋳型の出口から凝固完了位置まで鋳片の長さLfを目標長さLtとすることを主眼としている。
 鋳片の中心偏析を抑制する方法として凝固末期軽圧下方法があり、その方法では、凝固完了位置近傍の鋳片の特定部位を、凝固収縮量に相当する程度の圧下量で徐々に圧下し、鋳片中心部での空隙の形成や濃化溶鋼の流動を抑止する。凝固末期軽圧下方法を実施する場合には、鋳片の凝固完了位置は一定であることが望ましく、引き抜き速度Vを変更する場合であっても、前記長さLfを前記目標長さLtとする本発明は凝固末期軽圧下方法に適する。まずは、凝固末期軽圧下方法が実施される鋼の連続鋳造工程について、連続鋳造機を示す図1を参照して説明する。
 スラブ連続鋳造機1は、鋳型5と、該鋳型5の上方に設置されるタンディッシュ2と、前記鋳型5の下方に複数並べて配置される鋳片支持ロール6と、を有する。図示を省略してあるが、タンディッシュ2の上方には、溶鋼9を収容する取鍋が設置され、該取鍋の底部からタンディッシュ2に溶鋼9が注入される。タンディッシュ2の底部には、スライディングノズル3が取り付けられた浸漬ノズル4が設置され、タンディッシュ2内に所定量の溶鋼9を滞在させた状態で浸漬ノズル4を介して溶鋼9が鋳型5に注入される。鋳型5には冷却水路が形成されており、該冷却水路に冷却水を通過させている。これにより、鋳型5の内面から溶鋼9が抜熱され凝固し凝固シェル11が形成され、該凝固シェル11が引き抜かれ、溶鋼9からなる未凝固層12を内部に有する鋳片10が形成される。
 鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール6の間隙には、スプレーノズル(図示せず)が配置された二次冷却帯30が、鋳型5の直下から鋳造方向に沿って複数設置されている。二次冷却帯30のスプレーノズルから噴霧される冷却水によって、鋳片10は、引き抜かれながら冷却されるようになっている。鋳片10が、鋳片支持ロール6で搬送されて、複数の二次冷却帯30を通過している間に、凝固シェル11が適切に冷却され、未凝固層12の凝固が進み、鋳片10の凝固が完了する。なお、図1では、鋳型5の出口から、鋳片10の凝固が完了する凝固完了位置13までの鋳造方向に沿う鋳片の長さを符号Lfと示してある。また、図1では、二次冷却帯30を3個設置してあるが、鋳造方向において鋳型5の出口より下流に二次冷却帯30を3個以上設置してもよい。
 鋳片10の凝固完了位置13を挟んで鋳造方向の上流側及び下流側には、鋳片10を挟んで相対する鋳片支持ロール6の間隔(この間隔を「ロール開度」と呼ぶ)を鋳造方向下流側に向かって順次狭くなるように設定された、すなわち、圧下勾配(鋳造方向下流に向かって順次狭くなるように設定されたロール開度の状態)が設定された、複数対の鋳片支持ロール群から構成される軽圧下帯14が設置されている。軽圧下帯14では、その全域または一部選択した領域で、鋳片10に軽圧下を行うことが可能である。軽圧下帯14の各鋳片支持ロール6の間にも鋳片10を冷却するためのスプレーノズルが配置されている。軽圧下帯14に配置される鋳片支持ロール6は圧下ロールとも呼ばれる。なお、図1に示すスラブ連続鋳造機1では、軽圧下帯14は、3対の鋳片支持ロール6を1組とするロールセグメントが鋳造方向に3基配置されて構成されているが、特に、軽圧下帯14を構成するロールセグメントの基数は特に限定されるものではない。
 図2及び図3に、軽圧下帯14を構成するロールセグメントを示す。図2及び図3は、圧下ロールとして5対の鋳片支持ロール6が1つのロールセグメント15に配置された例を示すものであり、図2は、連続鋳造機の側方からの図、図3は、鋳造方向と直交する断面を示す図である。ロールセグメント15は、ロールチョック21を介して5対の鋳片支持ロール6を保持した1対のフレーム16及びフレーム16’からなり、フレーム16及びフレーム16’を貫通させて合計4本(上流側の両サイド及び下流側の両サイド)のタイロッド17が配置されている。このタイロッド17に設置されているウオームジャッキ19をモーター20にて駆動させることにより、フレーム16とフレーム16’との間隔の調整、つまり、ロールセグメント15における圧下勾配の調整が行われるようになっている。この場合、ロールセグメント15に配置される5対の鋳片支持ロール6のロール開度が一括して調整される。
 鋳造中は、ウオームジャッキ19は未凝固層を有する鋳片10の溶鋼静圧によってセルフロックされ、鋳片10のバルジング力に対抗しており、鋳片10が存在しない条件下で、つまり、ロールセグメント15に設置される鋳片支持ロール6に鋳片10からの負荷が作用しない条件下で、圧下勾配の調整が行われるように構成されている。ウオームジャッキ19によるフレーム16’の移動量は、ウオームジャッキ19の回転数により測定・制御されており、ロールセグメント15の圧下勾配がわかるようになっている。
 また、タイロッド17には、フレーム16’とウオームジャッキ19との間に皿バネ18が設置されている。皿バネ18は、1個の皿バネで構成されるものではなく、複数個の皿バネを重ねて構成されるものである(多数個の皿バネを重ねるほど剛性が高くなる)。この皿バネ18は、皿バネ18に或る所定の荷重以上の負荷荷重が作用しない場合には収縮せずに一定の厚みを呈しているが、或る所定の負荷荷重が作用した場合に収縮し始め、或る所定の負荷荷重を超えた以降は負荷荷重に比例して収縮するように構成されている。
 例えば、鋳片10がロールセグメント15の範囲内で凝固完了した場合には、凝固完了した鋳片10を圧下することによってロールセグメント15に過大な荷重が負荷されるが、このような過大な荷重が負荷される場合には、皿バネ18が収縮することで、フレーム16’が開放し、つまり、ロール開度が拡大し、ロールセグメント15に過大な荷重が負荷されないように構成されている。なお、下面側のフレーム16は、連続鋳造機の基礎に固定されていて鋳造中には移動しないように構成されている。図示はしないが、軽圧下帯14以外に配置される鋳片支持ロール6もロールセグメント構造となっている。
 軽圧下帯14は、このようなロールセグメント構造であるので、それぞれのロールセグメントに配置される複数対の鋳片支持ロール6のロール開度が一括して調整される。この場合、ウオームジャッキによる上フレーム(フレーム16’に相当)の移動量は、ウオームジャッキの回転数により測定・制御されており、それぞれのロールセグメントの圧下勾配がわかるようになっている。
 鋳造方向における軽圧下帯14より下流には、該軽圧下帯14を通過した後の鋳片10を搬送するための複数の搬送ロール7が設置されている。この搬送ロール7の上方には、鋳片10を切断するための鋳片切断機8が配置されている。凝固完了後の鋳片10は、鋳片切断機8によって、所定の長さの鋳片10aに切断される。
 軽圧下帯14では、少なくとも鋳片厚み中心部の固相率が0.1に相当する温度となる時点から、鋳片厚み中心部の固相率が流動限界固相率に相当する温度となる時点まで、鋳片10を圧下することが望ましい。流動限界固相率は0.7ないし0.8といわれており、鋳片厚み中心部の固相率が0.7ないし0.8となるまでは圧下することになる。鋳片厚み中心部の固相率が流動限界固相率を超えた以降は、未凝固層12は移動しないので、軽圧下を行う意味がない。但し、軽圧下の効果は得られないが、流動限界固相率を超えた以降も軽圧下しても構わない。また、鋳片厚み中心部の固相率が0.1を超えてから軽圧下を開始しても、それ以前に濃化溶鋼の流動が発生する可能性があり、これにより中心偏析が発生し、中心偏析軽減効果を十分に得ることができない。従って、鋳片厚み中心部の固相率が0.1となるまでに軽圧下を開始する。
 このように、凝固末期軽圧下方法では、連続鋳造中常に、鋳片の特定の部位(少なくとも固相率が0.1となる位置から、固相率が流動限界固相率となる位置までの部位)を圧下する必要がある。よって、連続鋳造中に凝固完了位置13が変動しないことが望ましい。ところが、実際の鋼の連続鋳造では、引き抜き速度Vを変更する必要が生じる場合があり、引き抜き速度Vを変更すると、凝固完了位置13が変動する可能性が生じる。連続鋳造機のタンディッシュの上方に配置される取鍋を交換する時(いわゆる、連々鋳時の鍋交換)や、鋳型の温度異常を検出した時などに、鋳片の引き抜き速度Vを下げる場合があり、交換作業が終了したり、問題が解決したら、引き抜き速度Vを、再び目標の速度とすべく上げることになる。
 よって、まずは、上記操業条件の変更下でも、前記特定部位全てが軽圧下帯14に入るように冷却水吹付量を調整することを可能とする凝固完了位置13を目標位置と定めておく。次いで、引き抜き速度Vを初期の速度V0[m/分]としている場合には、凝固完了位置13を目標位置とする冷却水吹付量W0[kg/トン-鋳片]の冷却水を鋳片10に吹付けることとし、引き抜き速度Vを、速度V0から速度V1[m/分]に変更する場合、凝固完了位置13を前記目標位置とする冷却水吹付量W1[kg/トン-鋳片]の冷却水を鋳片10に吹付けることとする。これにより、凝固完了位置13を目標位置に近づけることができる。ここで、冷却水吹付量は、kg/単位時間で規定した二次冷却帯全体で吹付ける水量を、トン-鋳片/単位時間で規定した引き抜き速度で除したもので表される。
 冷却水吹付量W0やW1は、今までの操業に基づいて、引き抜き速度V[m/分]と冷却水吹付量W[kg/トン-鋳片]との関係から求め得る。前記関係の一例を示すグラフを図4に示す。このグラフには、引き抜き速度Vと、凝固完了位置13を目標位置とする冷却水吹付量Wと、の関係を示す検量線を示してある。今までの操業から、特定の鋼種及び寸法の鋳片10を鋳造する場合での引き抜き速度Vと冷却水吹付量Wとの関係を求めることができ、該関係を示す検量線を作成しておくことが可能である。検量線からは、速度V0に対応する冷却水吹付量W0が求まるし、速度V1に対応する冷却水吹付量W1が求まる。
 図4に示すように、引き抜き速度Vが大きいと、凝固完了位置13を目標位置とする冷却水吹付量Wは大きくなる傾向がある。鋳片10の部位が凝固するまでに冷却水が吹付けられる可能性がある範囲は、鋳型5の出口から凝固完了位置13の目標位置までであり、引き抜き速度Vが大きいと、鋳型5から引き抜かれた直後の鋳片10の部位が凝固完了位置13に到達するまでの時間が短くなる。よって、引き抜き速度Vを大きくなると、鋳片10の部位を短時間のうちに冷却するべく、冷却水吹付量Wを大きく(強冷却)する必要がある。図4の場合には、速度V1は速度V0未満であり、速度V1に対応する冷却水吹付量W1は冷却水吹付量W0よりも小さくなる。なお、図1に示す凝固完了位置13が目標位置である場合には、鋳片の長さLfは、鋳片10の部位が鋳型5の出口から前記の目標位置に到達するまでの距離に相当する。
 冷却水吹付量W0[kg/トン-鋳片]となるように冷却水を鋳片に吹付けつつ速度V0で鋳片を引き抜く。次いで、鋳片の引き抜き速度Vを速度V0から速度V1に変更し、冷却水吹付量W1[kg/トン-鋳片]となるように冷却水を鋳片に吹付けつつ速度V1で鋳片を引き抜く。速度V1が速度V0より小さい場合における、引き抜き速度V、冷却水吹付量W及び鋳片の長さLfの経時変化の一例を図5に示す。図5において、(a)には、引き抜き速度V及び冷却水吹付量Wの経時変化を示し、(b)には、長さLfの経時変化を示す。図5に示す冷却水吹付量W及び長さLfの経時変化は、従前の技術を適用した鋼の連続鋳造における場合である。
 図5(a)に示すように、引き抜き速度Vが速度V0の場合には、冷却水吹付量Wは吹付量W0となるし、引き抜き速度Vが速度V1の場合には、冷却水吹付量Wは吹付量W1となっている。鋳片支持ロール6の回転速度を変更することによって、引き抜き速度Vを速度V0から速度V1に小さくすることができる。しかしながら、引き抜き速度Vの変更時刻Tcで瞬時に、鋳片支持ロール6の回転速度を変更できず、変更時刻Tcからある程度の時間を掛け、引き抜き速度Vが速度V0から速度V1となる。また、同様に、冷却水を鋳片に吹き付けるスプレーノズルの開口量を、変更時刻Tcで瞬時に変更できず、変更時刻Tcからある程度の時間を掛け、冷却水吹付量Wが吹付量W0から吹付量W1となる。
 引き抜き速度Vが速度V0の場合、冷却水吹付量Wを吹付量W0とし、引き抜き速度Vが速度V1の場合、冷却水吹付量Wを吹付量W1とする。これにより、鋳片の長さLfを、鋳型の出口から凝固完了位置13の目標位置までの鋳造方向に沿う鋳片の目標長さLtとし得ると期待される。この期待は、引き抜き速度Vを速度V0[m/分]とする場合では、凝固完了位置13を目標位置とする冷却水吹付量W0[kg/トン-鋳片]となるように鋳片10に冷却水を吹付け、引き抜き速度Vを速度V1[m/分]とする場合では、凝固完了位置13を前記目標位置とする冷却水吹付量W1[kg/トン-鋳片]となるように鋳片10に冷却水を吹付けていることに基づく。
 上述の通りに期待されるが、本発明者らは、実際の操業において凝固完了位置13を、特許文献2に記載されている、電磁超音波センサを用いる方法などで測定することで、図5(b)に示すように、引き抜き速度Vの変更時刻Tcからしばらくの間で、目標長さLtであった長さLfが急激に小さくなった後に、再び目標長さLtに戻る現象が生じること、すなわち、長さLfには振れ幅ΔLがあることを確認した。本発明者らは、この現象が生じる理由を検討し、速度V0で引き抜かれている状態の鋳片10の鋳型5の出口付近の部位が、冷却水吹付量Wが吹付量W0となるように冷却水を吹付けられていたところに(強冷却)、今度は、吹付量W1となるように冷却水を吹付けられることで鋳片10が弱冷却されるとしても、その部位は既に強冷却されてしまっているので、未凝固層12が、想定しているよりも早く凝固するものと推察した。
 そこで、本発明者らは、引き抜き速度Vを速度V0から速度V1に変更した変更時刻Tcから、強冷却されてしまった鋳型5の出口近傍の鋳片10の部位が速度V0で目標長さLt分移動したものとする時間t(=目標長さLt/速度V0)の間、冷却水吹付量Wが、吹付量W1よりも更に小さい吹付量Wtとなるように、鋳片10を冷却する(極弱冷却)ことで、変更時刻Tcからの長さLfの縮小量をより小さくできるのではないかと考え、本発明の完成に至った。
 引き抜き速度Vを速度V0から速度V1(<V0)に下げた際の本発明を適用した場合おける、引き抜き速度V、冷却水吹付量W及び長さLfの経時変化の一例を図6に示す。図6は、前述の通り、変更時刻Tcから時間tの間、冷却水吹付量Wを、吹付量W1よりも更に小さい吹付量Wtとした場合における長さLfなどの経時変化を示すグラフである。図5に示したグラフと同一の内容につき、同じ符号を付して説明を省略する。図6(b)に示すように、図5(b)の場合に比べて、変更時刻Tcからの長さLfの縮小量はより小さくなり、長さLfは、変更時刻Tc付近であっても、目標長さLtに近い値となっている。
 引き抜き速度Vを速度V0から速度V1(>V0)に上げる場合での本発明における冷却水吹付量W及び長さLfの経時変化について説明する。まずは、引き抜き速度Vを、初期の速度V0よりも大きい速度V1に変更し、速度V1で鋳片を引き抜く場合における、引き抜き速度V、冷却水吹付量W及び鋳片の長さLfの経時変化の従来技術の一例を図7に示す。図7において、(a)には、引き抜き速度V及び冷却水吹付量Wの経時変化を示し、(b)には、長さLfの経時変化を示してある。冷却水吹付量Wを、吹付量W0としていたが、変更時刻Tcで、速度V1に対応する吹付量W1(>吹付量W0)に変更して、冷却水を鋳片に吹付けることになる。吹付量W1は、例えば図4に示すグラフから、速度V1に対応する冷却水吹付量Wを求めることで求まる。
 引き抜き速度Vを速度V1に変更する場合には、図7(b)に示すように、変更時刻Tcからしばらくの間で、目標長さLtであった長さLfが急激に大きくなった後に、目標長さLtに再び戻る現象が生じる。この現象は、速度V0で引き抜かれている鋳片10の鋳型5の出口付近の部位は、冷却水吹付量Wが吹付量W0となるように冷却水を吹付けていたところに(弱冷却)、今度は、吹付量W1となるように冷却水を吹付けることとなり、強冷却されるものの、その部位は既に弱冷却されてしまっているので、想定しているよりも遅く未凝固層12が凝固することに基づくものと推察される。
 そこで、本発明では、変更時刻Tcから時間tの間、冷却水吹付量Wを吹付量W1よりも更に大きい吹付量Wtとすることで、長さLfを目標長さLtに近い値とする。本発明を適用した場合の鋼の連続鋳造方法における、引き抜き速度Vを速度V0から速度V1(>V0)に上げた際の引き抜き速度V、冷却水吹付量W及び長さLfの経時変化の一例を図8に示す。図8において、図7に示したグラフと同一の内容につき、同じ符号を付して説明を省略する。図8(b)に示すように、図7(b)の場合に比べて、変更時刻Tcからの長さLfの延長量はより小さくなり、長さLfは、変更時刻Tc付近であっても、目標長さLtに近い値となっている。
 すなわち、本発明では、変更時刻Tcから時間tの間、鋳片10に吹付けられる冷却水量である冷却水吹付量Wt[kg/トン-鋳片]は、下記(1)式または下記(2)式を満たすものである。
V1<V0の条件下では、Wt<W1                   (1)
V1>V0の条件下では、Wt>W1                   (2)
 なお、吹付量Wtの最適値は、予め、変更時刻Tcから変動することとなる長さLfが目標長さLtとなるように実験で求めることが望ましい。図6の場合(V0>V1)では、吹付量Wtの最適値は吹付量W1よりも小さくなり、吹付量Wtは、最適値以上であって最適値の1.2倍以下とすることが好ましく、図8の場合(V0<V1)では、吹付量Wtの最適値は、吹付量W1よりも大きくなり、吹付量Wtは、最適値以下であって最適値の0.8以上とすることが好ましい。
 また、引き抜き速度Vを速度V0から速度V1に変更した時刻(変更時刻Tc)から時間t経過するまでの間において、冷却水吹付量Wを、吹付量Wtの段階から後続のn段階(但し、nは自然数で1以上)で変更してもよい。吹付量Wtからi段階目(但し、iは1からnまでの自然数)の吹付量をWt(i)、i-1段階目の吹付量をWt(i-1)と表すこととすると、Wt(i)及びWt(i-1)は下記(3)式または下記(4)式を満たす。
 V1<V0の条件下では、Wt≦Wt(i-1)<Wt(i)<W1     (3)
 V1>V0の条件下では、Wt≧Wt(i-1)>Wt(i)>W1     (4)
 冷却水吹付量Wを吹付量Wtから、徐々に上げるまたは下げることによって、長さLfを目標長さLtに近づける、すなわち、長さLfの振れ幅ΔLをより小さくすることが可能となる。前述の通り、上記(1)及び(2)式を満たせば、長さLfを目標長さLtに近づけることができる。しかしながら、変更時刻Tcから時間t経過した時までの間のうち特に後半において、冷却水吹付量Wを吹付量Wtとしておくと、鋳片10が、弱冷却(図6)あるいは強冷却(図8)され過ぎる可能性があり、結果的に、時間tの間で、長さLfが目標長さLtをオーバーシュートするおそれがある(図6(b)及び図8(b)参照)。そこで、冷却水吹付量Wを、吹付量Wtから段階的にW1に近づけることによって鋳片が弱冷却あるいは強冷却され過ぎる可能性を抑え、長さLfのオーバーシュートを防ぐか、または、オーバーシュートしても、そのオーバーシュート量を抑えることできる。これにより、延いては、振れ幅ΔLをより小さくできる。
 例えば、引き抜き速度VをV0からV1(<V0)に下げた場合で、冷却水吹付量Wを、吹付量Wtの段階から後続する2段階で変更する場合の引き抜き速度V及び冷却水吹付量Wの経時変化を図9に示す。図9において、(a)には、引き抜き速度V及び冷却水吹付量Wの経時変化を示し、(b)には、長さLfの経時変化を示してある。冷却水吹付量Wを、吹付量Wtから、吹付量Wtより大きいWt(1)、次いで、更に大きいWt(2)として、冷却水吹付量Wを吹付量Wtから徐々に上げることになる。これにより、図9(b)に示すように、長さLfのオーバーシュートを防ぐことができる。なお、上記(3)及び(4)式において、iが1の場合、すなわち、1段目の変更の場合には、i-1は0となり、変更前の吹付量W(0)は、吹付量Wtとなる。
 なお、本実施形態では、目標長さLtを特定する場合の鋼の連続鋳造操業として、凝固末期軽圧下方法を実施する操業を記載してあるが、本発明を実施するに際し、凝固末期軽圧下方法を必ずしも実施する必要はない。凝固末期軽圧下方法を実施する操業では、特定の部位全てが軽圧下帯14に入ることを可能とする凝固完了位置を目標位置と定めることになるが、凝固末期軽圧下方法の実施に拘わらず、目標位置とは、連続鋳造機の設備的な制約によって定まるものである。
 本発明では、目標長さLtとする冷却水吹付量Wtを前もって求めておけば、凝固完了位置を、所定の目標位置から大きく変動することを防ぐことが可能となる。これにより、凝固末期軽圧下方法を効果的に実施して、鋳片中心部での空隙の形成や濃化溶鋼の流動を抑止して、鋳片の中心偏析を効果的に抑制できる。
 図1に示すスラブ連続鋳造機1を用いて低炭素アルミキルド鋼の鋳片を製造する連続鋳造を複数回行った。全ての連続鋳造において、鋳片10の幅が2100mm、厚みが250mmとなるように、鋳型5の寸法を定めた。鋳片厚み中心部の固相率が0.02に相当する温度となる時点から鋳片厚み中心部の固相率が0.8に相当する温度となる時点まで、鋳片10を圧下するべく、軽圧下帯14を配置した。鋳型5の出口から凝固完了位置13までの鋳造方向に沿う鋳片10の長さLfを28m(=目標長さLt)と設定した。なお、固相率は、実施例で用いられる鋼の組成を含む合金状態図の液相線と固相線とのlever ruleで求めた。
 全ての連続鋳造において、鋳片の引き抜き速度Vを速度V0から速度V1に変更し、冷却水吹付量Wを吹付量W0から吹付量W1に変更することとし、変更時刻Tcから、鋳片の目標長さLtを引き抜き速度V0で除算して得られる時間t経過するまでの間、冷却水吹付量Wを吹付量Wtとした。この吹付量Wtは、実験で予め求め、前述の(1)または(2)式を満たす(本発明例)。また、本発明例の幾つかの連続鋳造において、適宜、冷却水吹付量WをWtの段階から、最大で2段階変更することとした。
 また、鋳片の引き抜き速度Vを速度V0から速度V1に変更し、冷却水吹付量Wを吹付量W0から吹付量W1に変更することとしたが、変更時刻Tcから時間t経過するまでの間、吹付量Wtを適用しないか、または、変更するとしても、前述の(1)及び(2)式を満たさないように、低炭素アルミキルド鋼の鋳片を製造する連続鋳造を複数回行った(比較例)。
 本発明例及び比較例において、変更時刻Tcから1/2×t時間経過した時刻における凝固完了位置13の部位の中心偏析度、及び、変更時刻Tcからt時間経過するまでの長さLfを測定した。長さLfは、特許文献2に記載されている、電磁超音波センサを用いる方法で凝固完了位置13を検出して測定した。長さLfは、変更時刻Tcからしばらくの間は変動する。長さLfが変動したときの最大と最小との長さLfの差を、長さLfの振れ幅ΔLとして算出した。
 中心偏析度を以下の工程で測定した。中心偏析度が1.0に近いほど中心偏析の少ない良好な鋳片であることを示す。
(1)変更時刻Tcから時間1/2×t経過した時刻における凝固完了位置13の部位の鋳片を切り出す。
(2)該鋳片の引き抜き方向に直交した断面において、鋳片の厚み方向に沿って1mm厚毎にフライス切削された試料の炭素濃度を分析する。
(3)鋳片の厚み方向での炭素濃度の最大値をCmaxとし、鋳造中にタンディッシュ内から採取した溶鋼で分析した炭素濃度をCとして、Cmax/Cを中心偏析度とする。
 本発明例及び比較例において、速度V0や冷却水吹付量W0[kg/トン-鋳片]などの操業条件や、長さLfの振れ幅ΔL及び中心偏析度を表1に示す(No.1~18)。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 表1における備考には、本発明例と比較例との区分を記載してある。比較例のNo.14及び15において、吹付量Wtを適用しておらず、「吹付量Wtの変更段階数」、「t」及び「Wt」を「-」としてある。また、吹付量Wtの変更段階数が0の場合には、Wt(n)の値はない。Wt(n)の値がない連続鋳造No.では「Wt(1)」及び「W(2)」を「-」としてある。なお、凝固末期軽圧下方法を実施する場合において、定常状態の鋳片の部位は、Cmax/Cが1.03程度である。
 本発明例では、長さLfの振れ幅ΔLが小さいほど、長さLfは目標長さLtに近づいている。鋳片の特定の部位を軽圧下帯14で圧下することによって、中心偏析が効果的に軽減されていることがわかる。これにより、本発明例では、比較例よりも中心偏析度が1.0に近くなっていることがわかる。また、時間tの間、吹付量Wtを段階的に変更しているNo.5~13では、振れ幅ΔLは、No.1~4の場合よりも小さく抑えられる傾向がある。
 本発明によって、引き抜き速度Vを変更する場合であっても、凝固完了位置を、常に所定の目標位置とすることが可能であることがわかる。また、本発明によって、凝固末期軽圧下方法を効果的に実施して、鋳片中心部での空隙の形成や濃化溶鋼の流動を抑止して、鋳片の中心偏析を効果的に抑制できたことがわかる。
 1   スラブ連続鋳造機
 2   タンディッシュ
 3   スライディングノズル
 4   浸漬ノズル
 5   鋳型
 6   鋳片支持ロール
 7   搬送ロール
 8   鋳片切断機
 9   溶鋼
 10  鋳片
 10a 鋳片(切断後)
 11  凝固シェル
 12  未凝固層
 13  凝固完了位置
 14  軽圧下帯
 15  ロールセグメント
 16  フレーム
 16’ フレーム
 17  タイロッド
 18  皿バネ
 19  ウオームジャッキ
 20  モーター
 21  ロールチョック
 30  二次冷却帯

Claims (2)

  1.  冷却されている連続鋳造用鋳型に溶鋼を注入しつつ、前記溶鋼を凝固させ鋳片を形成し、該鋳片を前記鋳型から引き抜き、前記鋳片に向けて冷却水を吹付ける鋼の連続鋳造方法であって、
     予め、前記鋳片の引き抜き速度Vを速度V0[m/分]とした条件下での、前記鋳片内の溶鋼の凝固が完了する凝固完了位置を所定の目標位置とする冷却水吹付量W0[kg/トン-鋳片]を求め、且つ、前記引き抜き速度Vを、速度V0とは異なる速度V1[m/分]とした条件下での、前記凝固完了位置を前記目標位置とする冷却水吹付量W1[kg/トン-鋳片]を求めておき、
     冷却水吹付量Wが前記冷却水吹付量W0となるように冷却水を鋳片に吹付けつつ、前記速度V0で前記鋳片を引き抜き、次いで、鋳片の引き抜き速度Vを前記速度V0から前記速度V1に変更し、冷却水吹付量Wが前記冷却水吹付量W1となるように冷却水を鋳片に吹付けつつ、前記速度V1で前記鋳片を引き抜くこととし、
     前記引き抜き速度Vの変更時刻Tcから、前記鋳型の出口から前記目標位置までの鋳造方向に沿う鋳片の目標長さLtを前記引き抜き速度V0で除算して得られる時間t[分]経過するまでの間の、前記鋳片に吹付けられる冷却水吹付量Wである冷却水吹付量Wt[kg/トン-鋳片]が、下記(1)式または下記(2)式を満たすことを特徴とする鋼の連続鋳造方法。
     V1<V0の条件下では、Wt<W1                  (1)
     V1>V0の条件下では、Wt>W1                  (2)
  2.  前記変更時刻Tcから時間t経過するまでの間に冷却水吹付量Wを、前記冷却水吹付量Wtから後続のn段階(但し、nは自然数で1以上)で変更することとし、冷却水吹付量Wtである段階から、i-1段階目(但し、iは1からnまでの自然数)の吹付量Wt(i-1)及びi段階目の吹付量Wt(i)が、下記(3)式または下記(4)式を満たすことを特徴とする請求項1に記載の鋼の連続鋳造方法。
     V1<V0の条件下では、Wt≦Wt(i-1)<Wt(i)<W1    (3)
     V1>V0の条件下では、Wt≧Wt(i-1)>Wt(i)>W1    (4)
     上記(3)及び(4)式において、W(0)はWtである。
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