JP3114679B2 - 連続鋳造方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、連続鋳造方法で鋳
造される鋼鋳片の中心偏析を軽減するため、連続鋳造装
置のガイドロール群の間で鋳片にバルジングを起こさせ
た後圧下する方法に関し、特に鋳造末期における漏鋼の
防止と鋳造歩留まりの向上が可能な連続鋳造方法に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】連続鋳造法で鋼鋳片を製造する場合に
は、しばしば中心偏析と呼ばれる内部欠陥の発生が問題
となる。この中心偏析の発生は、鋳片の厚み方向中心部
の最終凝固部に溶鋼中のＣ、Mn、Ｓ、Ｐなどの成分元素
が濃化して正偏析する現象である。この現象は、厚鋼板
において特に深刻な問題であり、偏析部分における靱性
の低下や水素誘起割れの原因となることが知られてい
る。

【０００３】中心偏析の発生原因は、溶鋼の凝固末期に
おける樹枝状晶（デンドライト）間にＣ、Mn、Ｓ、Ｐな
どの成分元素が濃化した溶鋼が残り、鋳片厚み方向中心
部でそのまま凝固すること、および凝固時の収縮または
バルジングと呼ばれる鋳片の膨れによる溶鋼流動によ
り、最終凝固部の凝固完了点に向かって溶鋼がマクロ的
に移動するためである。したがって、中心偏析防止対策
としては、樹枝状晶間の濃化溶鋼の移動を防止するこ
と、および濃化溶鋼の局部的な集積を防ぐことが有効で
ある。

【０００４】上述したように、鋳造中の鋳片にバルジン
グが起きると、中心偏析が発生するといわれていたが、
鋳片に積極的にバルジングを起こさせた後、圧下する連
続鋳造方法（以下、この方法を「バルジング−圧下法」
という）によって中心偏析の発生を防止するという発明
が下記のようにいくつか提案されている。図３は、上記
の「バルジング−圧下法」の原理を説明するための連続
鋳造装置の一例を模式的に示す図である。

【０００５】鋳型1と鋳片2の液層線クレータエンド9a
との間で凝固シェル2aにバルジング力を作用させ、次い
で、液層線クレータエンド9aと固相線クレータエンド9
との間で鋳片に圧下を加える連続鋳造方法（特開昭60-6
254号公報参照）。

【０００６】扁平比1.6以下の鋳片2の連続鋳造におい
て、鋳型1の直下に配置されたガイドロール3a,3bの複数
組においてロール間隔を鋳型下端内側厚みよりも広く
し、鋳片厚み方向にバルジングさせ、その後方において
他のロール5によって鋳片2を0.04〜10％圧下する鋳片の
製造法（特開昭60-21150号公報参照）。

【０００７】鋳型1の直下から引き抜き方向に配列さ
れたガイドロール群3を鋳片2の厚さ方向に間隔を段階的
に増加させ、鋳片にバルジングを生じさせ、鋳片の厚さ
を鋳型短辺の２〜３倍とした後、クレータエンド9付近
で小径ロール5によって軽圧下するスラブの連続鋳造方
法（特開平1-178355号公報参照）。

【０００８】鋳片2のクレータエンド9のパスラインの
位置に軽圧下ロール群5からなる圧下ゾーンを設け、こ
の圧下ゾーンの前に基準ロール間隔に対してロール間隔
を5.0〜0.5％広げたガイドロール群3からなるバルジン
グ形成ブロックを連設し、鋳片にバルジングを形成さ
せ、続いて4.0〜0.5％の軽圧下を行うブルーム連続鋳造
方法（特開平2-235558号公報参照）。

【０００９】鋳片2の中心部の固相率が0.1以下の位置
でバルジングを生ぜしめ、鋳片の最大厚さを鋳型1の短
辺長さよりも20〜100mm厚くし、凝固完了点9の直前で１
対の圧下ロール5あたり20mm以上の圧下を与え、バルジ
ング量相当分を圧下する連続鋳造方法（特開平9-57410
号公報参照）。

【００１０】鋳片2の未凝固厚みが30mm以上の位置ま
での間に鋳片にバルジングを生ぜしめ、鋳片の最大厚さ
を鋳型1の短辺長さの10〜50％分厚くし、凝固完了直前
までに少なくとも１対の圧下ロールを用いて鋳片長さあ
たり80mm／ｍ以上の圧下勾配で圧下を与え、バルジング
量相当分を圧下する連続鋳造方法（特開平9-206903号公
報参照）。

【００１１】図３に示すように、通常の連続鋳造方法で
は、溶鋼8は、浸漬ノズル10を経て鋳型1に注入され、水
冷されている鋳型1およびその下方に配置されたガイド
ロール群3のロールの間に設けられたスプレーノズル群
（図示せず）から噴射される冷却水により冷却されて、
凝固シェル2aが形成され、鋳片2となりピンチロール群7
で引き抜かれる。

【００１２】上記のこれまでに提案された「バルジング
−圧下法」を実施する連続鋳造装置では、鋳型1の直下
から固相線クレータエンド9までの間に設けられたガイ
ドロール3aから3nまでのガイドロール群3のロール間隔
を段階的に広げ、ガイドロール3nと固相線クレータエン
ド9ととの間に圧下ロール群5が設けられている。ガイド
ロール群3の範囲をバルジングゾーン、圧下ロール群5の
範囲を圧下ゾーンという。バルジングゾーンには、鋳片
内の溶鋼を撹拌する装置4が設けられることがある。圧
下ロールには、それぞれ圧下装置6が設けられる。な
お、圧下ゾーンは、１対の圧下ロール5aであってもよ
い。

【００１３】鋳片は、内部に未凝固部2bを保持した状態
で引き抜かれ、バルジングゾーンにおいて鋳片の長手方
向の中央部が短辺方向に段階的に広げられ、いわゆるバ
ルジングが発生する。バルジングを起こした鋳片は、圧
下ゾーンの圧下ロール群5によって段階的に圧下され、
鋳片の凝固界面が圧着されて凝固する。凝固した鋳片
は、ピンチロール群7によって引き抜かれる。

【００１４】上記のこれまでに提案された「バルジング
−圧下法」は、いずれも定常鋳込みの操業中における種
々の条件を規定するだけで鋳込み末期の特別な操作につ
いては何ら解明されていない。

【００１５】一般に、連続鋳造の終了時には、鋳造速度
（引抜き速度）を漸減させ、さらに一旦鋳込みを停止し
てボトム処理と呼ばれる冷材投入等の操作を行う。この
ような終了時の処理は手間がかかって作業能率を落とす
だけでなく、鋳片終端部（ボトム）の品質を悪化させ
る。この問題を解決するために、鋳込み終了時にも鋳造
速度を落とさず、定常引抜き速度を維持する方法がある
（例えば、特開平6-262323号公報、参照）。この方法を
ここでは「定常速度鋳込み終了法」と記す。

【００１６】前述の「バルジング−圧下法」と上記の
「定常速度鋳込み終了法」とを組み合わせれば、理想的
な連続鋳造方法になると考えられるが、その組合せには
解決すべき大きな問題点がある。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記の「バルジング−
圧下法」では、バルジング部の溶鋼がその後の圧下によ
って絞り出されて鋳片の上方へ押し上げられる。従っ
て、鋳造末期に鋳型への給湯が停止された状態で、なお
定常引抜き速度を維持したまま、鋳片の圧下を続ける
と、押し上げられた溶鋼が鋳片の最終端部（ボトム）か
らあふれ出る、いわゆる「漏鋼」が起きる。この漏鋼
は、作業者に危険なだけでなくガイドロールをはじめと
する鋳造設備を損傷するという重大な問題である。漏鋼
を避けるには、鋳造末期では鋳片の圧下をやめればよい
のであるが、そうすると中心偏析の解消が不可能にな
り、結局、鋳片終端部の相当な長さが中心偏析の残った
品質不良なものとなり、鋳造歩留まりを大きく悪化させ
る。

【００１８】本発明の目的は、「定常速度鋳込み終了
法」においても、鋳片終端部まで「バルジング−圧下
法」を適用して鋳片の品質を向上させることができ、し
かも前記の漏鋼の問題がない連続鋳造方法を提供するこ
とにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】図１は本発明の連続鋳造
方法を説明するための垂直型連続鋳造装置の模式的断面
図である。なお、本発明方法は湾曲型連続鋳造装置でも
垂直曲げ型連続鋳造装置でも、形式を問わず同じように
適用できる。また、鋳片はスラブでもブルーム（ビレッ
ト）でもよいが、特に厚鋼板等の素材になるスラブの連
続鋳造に適用するのに好適である。

【００２０】本発明の要旨は下記の連続鋳造方法にある
（図１および図２参照）。

【００２１】鋳片2の液相線クレータエンド9aに相当す
る位置から固相線クレーターエンドに相当する位置まで
の間の所定範囲のガイドロール群3bの鋳片短辺方向の間
隔を広げて鋳片にバルジングを起こさせた後、圧下ロー
ル群5によって前記バルジング量相当分以下の圧下量を
与える連続鋳造方法であって、鋳造末期においては、定
常引抜き速度を維持して引き抜きながら、前記ガイドロ
ールのバルジング容積を定常鋳造時のバルジング容積よ
りも大きくすることを特徴とする連続鋳造方法。ここ
で、鋳造末期とは、鋳型内への溶鋼の注入を停止した後
をいう。

【００２２】本発明方法において、前記の鋳造末期にお
いて大きくするバルジング容積は、容積V₂（以下、これ
を「追加バルジング容積」という）が、定常鋳造時のバ
ルジング容積V₁（以下、これを「定常バルジング容積」
という）の1.0倍から2.0倍までとなるように決定するの
が望ましい。

【００２３】

【発明の実施の形態】図１は、本発明の連続鋳造方法の
原理を説明するための垂直型連続鋳造装置の模式的断面
図である。同図に示すように、本発明方法では鋳片２を
液相線クレータエンド9aから固相線クレータエンド9の
間において積極的にバルジングさせた後、圧下ロール群
５によってバルジング量に相当分以下の圧下を行う。そ
して、鋳造末期には、鋳造速度を変えることなく、即
ち、定常鋳込みのときの鋳造速度（引き抜き速度）を維
持したまま、バルジング容積を増加させる。

【００２４】鋳造末期の鋳造速度を定常鋳込み速度に保
ったまま鋳造を終了させるには、前記の特開平6-262323
号公報で提案されている方法、即ち、予め決定した引き
抜き長さに基づいて、引き抜き速度パターンや鋳型直下
における二次冷却水の水量パターンを制御する方法、が
採用できる。

【００２５】バルジング容積の増加方法としては、次の
との方法がある。もちろんこれらを併用してもよ
い。

【００２６】バルジング範囲（ガイドロール3bの間隔
を広げる範囲）は定常鋳込みの際と同じにして、その範
囲のロール間隔を定常鋳込みのときよりも大きくする。

【００２７】バルジング範囲を定常鋳造時の範囲より
も鋳型側に延長する。ただし、この延長したバルジング
範囲も液相線クレータエンド9aから固相線クレータエン
ド9の間になければならない。

【００２８】図２は、湾曲型の連続鋳造装置における
「バルジング−圧下法」の実施形態を模式的に示す図
で、(a)は定常鋳込み時、(b)は鋳造末期である。この例
では、鋳造末期には上記の方法でバルジング範囲を拡
大している。

【００２９】鋳片を積極的にバルジングさせた後、圧下
する連続鋳造方法では、鋳型内への溶鋼の注入がなくな
った状態で鋳片を一定速度で引き抜くと、凝固による鋳
片の収縮と圧下とにより、鋳片の断面積が小さくなり、
溶鋼の絞り出し現象（漏鋼）が発生する。

【００３０】本発明の方法では、この鋳造末期における
溶鋼の絞り出し現象（漏鋼）の発生を防止するため、図
２(b)に示すように、たとえば定常状態のバルジング範
囲の長さL₁を鋳型側の上流側に長さL₂だけ延長する。

【００３１】なお、定常バルジング容積は、長さL₁の範
囲でガイドロールの間隔拡大量（バルジングさせるとき
のロール間隔とバルジングさせない時のロール間隔との
差）を積分することによって求められる。実際には、複
数対のガイドロールの間隔拡大量の平均値をT₁として、
T₁×L₁で定常バルジング容積を近似的に求めてもよい。
追加バルジング容積も同じようにして計算できる。

【００３２】図２には、バルジング範囲を鋳型方向へ延
長する例を示したが、その方法に限らず、バルジング範
囲は定常鋳込みの時と同じにして（即ち、図２の(a)の
ままにして）、その範囲のガイドロールの間隔を拡大し
て追加バルジング容積を確保してもよい。いずれの方法
でも、追加バルジング容積V₂は、定常バルジング容積V₁
の1.0倍から2.0倍の範囲で選ぶのが望ましい。

【００３３】追加バルジング容積V₂が、定常バルジング
容積の1.0倍未満では漏鋼が発生するおそれがあり、2.0
倍を超えると鋳片終端部の引け巣長さが大きくなって鋳
片の歩留まりが悪くなる。

【００３４】追加バルジングを行うタイミングも重要で
ある。その時期が早すぎて給湯停止の前になると、鋳型
内の湯面位置は一旦は下がるが、なお給湯があるので漏
鋼防止の効果が得られない。一方、追加バルジングを行
う時期が遅すぎると、湯面降下が不十分な時期に凝固シ
ェルの先端が鋳型から抜けてしまうために漏鋼が発生す
る。従って、追加バルジングを実施する時期は、溶鋼の
注入終了から20秒以内とするのが望ましい。

【００３５】本発明の方法では、図１に示すようにバル
ジングゾーンを鋳片の液相線クレータエンド9aから固相
線クレータエンド9までの間とする。即ち、液相線クレ
ータエンド9aから固相線クレータエンド9までの間の所
定範囲でガイドロール群3aのロール間隔を広げることが
一つの特徴である。このロール間隔の拡大は、段階的に
（即ち、上部から下方へ漸次ロール間隔が大きくなるよ
うに）行うのが望ましい。

【００３６】鋳型から引き抜かれた鋳片2は、鋳型下部
から液相線クレータエンド9aまでの間ではバルジングを
起こさせないようにロール間隔を狭めながら引き抜き、
液相線クレータエンド9aを過ぎた位置のガイドロール3b
-1からガイドロール3b-nまでの間でバルジングを起こさ
せる。前記のように、鋳造末期でバルジング範囲を延長
するときも、その拡大範囲は、このバルジングゾーン内
にあるようにする。

【００３７】図４は、バルジングを起こさせたときの鋳
片短辺側の断面を模式的に示す図であり、(a) は鋳型直
下から液相線クレータエンドまでの間にバルジングを起
こさせた場合（これまでに提案されている方法）、(b)
は液相線クレータエンド以降でバルジングさせた場合
（本発明方法）を示す図である。

【００３８】液相線クレータエンド9a以前でバルジング
させた場合には、図4(a) に示すように、凝固シェル2a
の材料強度が小さいためバルジングによって短辺Sが撓
み、短辺S側の凝固シェル2a-1の凝固界面側に引張り応
力Ｆが働き、凝固シェル内部に割れCが発生する。

【００３９】一方、液相線クレータエンド9a以降でバル
ジングさせた場合には、図4(b) に示すように、バルジ
ングによる短辺Sの撓みも発生せず、長辺L側の凝固シェ
ル2aがなだらかに変形することにより、凝固界面の特定
の位置に応力が集中することもなく、凝固シェル内部に
割れは発生しない。

【００４０】上記のようにバルジングさせる場合、連続
鋳造機のアラインメント管理や操業のしやすさという点
からも、バルジングゾーンの長さは短くし、その配置位
置は鋳型から遠い方がよい。

【００４１】バルジングさせた鋳片は圧下ゾーンで圧下
される。この圧下は鋳造末期においても実施する。その
圧下量は、バルジング量（バルジングによって増大した
鋳片の最大厚さ）と同等か、それ未満とする。バルジン
グ量を超える量の圧下は、中心偏析の軽減には不必要で
あるだけでなく、すでに凝固している鋳片短辺の長さを
減少させる圧下となるから、きわめて大きな圧下力を要
することとなり、設備の負担が増大する。

【００４２】

【実施例】図２に示す湾曲型連続鋳造設備を用い、アル
ミキルド炭素鋼（Ｃ：0.16〜0.18%、Si：0.3〜0.4%、M
n：1.3〜1.45%、P≦0.020％、S≦0.004%、Fe：残部）の
スラブ鋳造試験を行った。使用した鋳型の内法断面寸法
は、厚さが235mm、幅が2260mmである。定常鋳造速度は
0.85ｍ/minとし、鋳造末期もこの鋳造速度を維持した。
ガイドロールでの冷却水の量は、比水量で２リットル／溶鋼
kgとした。

【００４３】定常鋳造時のバルジングゾーンの長さL₁を
1.5ｍ、この範囲の平均バルジング量T₁を30mm、圧下量
を30mmとし、鋳造末期に追加するバルジングゾーンの長
さL₂とその範囲の平均バルジング量T₂を表１に示すよう
に変化させた。追加バルジングのためのロール間隔の拡
大時期は、注湯終了と同時とした。

【００４４】

【表１】

【００４５】比較例として、追加バルジングを行うこと
なく、定常引抜き速度のまま鋳造を終了する試験を行っ
た。

【００４６】効果の評価は、鋳片の終端部（ボトム）の
引け巣長さと、りん（Ｐ）の最大偏析度とによって行っ
た。

【００４７】図５は、引け巣長さの調査方法を示す図で
あり、(a)は鋳片の終端部の斜視図、(b)は、そのA−A線
断面図である。鋳片の終端中央部を(a)図に示すように
鋳造方向(A-A)に切断し、(b)図に示す引け巣長さを測定
した。引け巣長さが大きいということは、定常鋳造時の
バルジング量V₁に対し、鋳込み末期に追加したバルジン
グ量V₂が大きいことを意味し、したがって鋳片の歩留り
の低下を意味する。一方、引け巣長さが０（零）mmとい
うことは、漏鋼が発生したことを示している。従って、
引け巣の長さは、０を超え、かつできるだけ短いことが
望ましい。

【００４８】Ｐ最大偏析度は、得られたスラブの終端か
ら５ｍの位置で、鋳込み方向に垂直な断面で切断して、
厚み方向中心部から試験片を採取し、試験片の表面を20
0μｍメッシュに区分し、各区分でＥＰＭＡを用いてＰ
濃度を測定し、その中での最大Ｐ濃度［Ｐmax］と母溶
鋼のＰの濃度［Ｐave］との比（［Ｐmax］／［Ｐav
e］）として算出した。

【００４９】これらの調査結果を表１に併記した。

【００５０】発明例の試験番号１では、鋳造終了時に追
加するバルジングゾーン長さL₂を３ｍ、同平均バルジン
グ量T₂を0.02ｍとして、追加するバルジング容量V₂（3.
0×0.02=0.060ｍ²）を定常鋳造時のバルジング容量V
₁（1.5×0.03=0.045ｍ²）の1.33倍とした場合であり、
鋳片の引け巣長さが0.2ｍと良好である。

【００５１】試験番号２では、追加するバルジングゾー
ン長さL₂を３ｍ、同平均バルジング量T₂を0.03ｍとし
て、追加のバルジング容量V₂（3.0×0.03=0.090ｍ²）を
定常鋳造時のバルジング容量V₁（0.045ｍ²）の2.0倍と
した場合であり、鋳片の引け巣長さは0.5ｍである。

【００５２】試験番号３では、追加のバルジングゾーン
長さL₂を1.5ｍ、同平均バルジング量T₂を0.05ｍとし
て、追加のバルジング容量V₂（1.5×0.05=0.075ｍ²）を
定常鋳造時のバルジング容量V₁（0.045ｍ²）の1.67倍と
した場合であり、鋳片の引け巣長さが0.35ｍと良好であ
る。

【００５３】Ｐの最大偏析度は表１から明らかによう
に、発明例の試験番号１〜３の鋳片では、いずれも４以
下であり、定常鋳造部の許容最大偏析度以下である。

【００５４】これに対し、比較例では、Ｐ最大偏析度は
3.7と良好であるが、引け巣長さが０ｍとなり、鋳造末
期に漏鋼が生じていた。これは、追加のバルジングを行
わずに、通常の「バルジング−圧下法」を継続させたた
めに、圧下によって絞り出された溶鋼が鋳片終端部（ボ
トム）から、湧出したことを示している。

【００５５】

【発明の効果】本発明の方法によれば、鋳造中の鋳片を
バルジングさせた後圧下する連続鋳造方法において、鋳
造の末期にバルジング量を増すか、またはバルジングゾ
ーンを鋳型側の上流側に延長することによって、鋳造速
度を低下させなくとも、鋳込み最終部からの漏鋼を防止
することができ、しかも鋳片の鋳造最終部位の中心偏析
レベルを定常鋳造時と同レベルに保つことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明方法の原理を説明するための垂直型連続
鋳造装置の模式的断面図である。

【図２】本発明の方法を実施するための湾曲型連続鋳造
装置を模式的に説明する図であり、(a)は定常鋳造時の
バルジングゾーンの位置を示す図、(b)は鋳造末期のバ
ルジングゾーンの延長の例を示す図である。

【図３】従来の「バルジング−圧下法」による連続鋳造
法を説明するための図１と同様の図である。

【図４】バルジングを起こさせたときの鋳片短辺側の断
面を示す図であり、(a) は鋳型直下から液相線クレータ
エンドまでの間にバルジングを起こさせた場合、(b)は
液相線クレータエンド以降でバルジングさせた場合を示
す図である。

【図５】引け巣長さの調査方法を示す図であり、(a)は
鋳片の最終部位を示す図、(b)は(a)図のA-A線断面図で
ある。

【符号の説明】 １．鋳型 ２．鋳片 2a．凝固シェル 2b．未凝固部 3a．ガイドロール 3b．バルジングゾーンのガイドロール ４．電磁攪拌装置 ５．圧下ロール群 ６．圧下装置 ７．ピンチロール ８．溶鋼 ９．固相線クレータエンド 9a．液相線クレータエンド 10．浸漬ノズル 11．鋳込み方向

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平９−206903（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−57410（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−10899（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−112255（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−235558（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−244347（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−335759（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−6254（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−21150（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−314289（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−314298（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−156511（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−156508（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−178355（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−33757（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−47758（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−47759（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−223053（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−226414（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−50201（ＪＰ，Ａ) 特開 平９−122845（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B22D 11/128 350 B22D 11/128 B22D 11/10 B22D 11/16

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】鋳片の液相線クレータエンドに相当する位
   置から固相線クレータエンドに相当する位置までの間の
   所定範囲で、ガイドロール群の鋳片短辺方向の間隔を広
   げて鋳片にバルジングを起こさせた後、圧下ロールによ
   って前記バルジング量相当分以下の圧下量で圧下する連
   続鋳造方法であって、鋳造末期においては定常引抜き速
   度を維持して鋳片を引き抜きながら、前記バルジングの
   容積を定常鋳造時のバルジング容積よりも大きくするこ
   とを特徴とする連続鋳造方法。