JP5413289B2 - 連続鋳造鋳片の中心偏析判定方法 - Google Patents

Description

本発明は、未凝固層を有する凝固末期の鋼鋳片が凝固収縮量程度の圧下速度で鋳片支持ロールによって徐々に圧下されて鋳造されるときに、鋳造される鋳片の中心部に発生する中心偏析の程度を鋳造中にオンラインで判定する方法に関する。

鋼の凝固過程では、炭素、燐、硫黄などの溶質元素は、凝固時の再分配により未凝固の液相側に濃化される。これがデンドライト樹間に形成されるミクロ偏析である。連続鋳造機により鋳造されつつある鋳片の凝固収縮や、連続鋳造機のロール間で発生する凝固シェルのバルジングなどによって、鋳片中心部に空隙が形成されたり負圧が生じたりすると、この部分に溶鋼が吸引されるが、凝固末期の未凝固層には十分な量の溶鋼が存在しないので、上記のミクロ偏析によって濃縮された溶鋼が流動し、鋳片中心部に集積して凝固する。このようにして形成された偏析スポットは、溶質元素の濃度が溶鋼の初期濃度に比べ格段に高濃度となっている。これを一般にマクロ偏析と呼び、その存在部位から、中心偏析と呼んでいる。

中心偏析は、鋼製品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（「ＨＩＣ」ともいう）が発生する。また、飲料用の缶製品に用いられる深絞り材においては、成分の偏析により加工性に異方性が出現することもある。そのため、連続鋳造工程から圧延工程に至るまで、鋳片の中心偏析を低減する対策が多数提案されている。

そのなかで、効果的に且つ安価に鋳片の中心偏析を低減する手段として、連続鋳造機内において、未凝固層を有する凝固末期の鋳片を鋳片支持ロールによって凝固収縮量程度の圧下速度で徐々に圧下しながら鋳造する方法（以下、「軽圧下」と呼ぶ）が提案されている（例えば特許文献１を参照）。

この軽圧下技術は、鋳造方向に並んだ複数対のロールを用い、凝固収縮量に見合った圧下速度で鋳片を徐々に圧下して未凝固層の体積を減少させ、鋳片中心部における空隙或いは負圧部の形成を防止すると同時に、デンドライト樹間に形成される濃化溶鋼の流動を防止し、これによって鋳片の中心偏析を軽減するという技術である。従って、軽圧下技術においては、一般的に、鋳片中心部の固相率の特定範囲を軽圧下帯の範囲内に制御することが行われている。ここで、軽圧下帯とは、鋳片に凝固収縮量に見合った量の圧下を付与する複数対のロール群のことである。

ところで、スラブ鋳片の凝固完了位置、即ち鋳片中心部の鋳造方向の固相率の推移は、鋳造条件によって刻々と変化する。鋳造速度や二次冷却条件はもとより、浸漬ノズルの詰まりによる溶鋼流動の変化や、冷却スプレーの詰まり状況によって変化し、且つ、時間によっても変動することが知られている。

凝固完了位置が変化すると、軽圧下帯における軽圧下量に変化が生じる場合がある。例えば、鋳造速度の急激な低下や二次冷却水の水温変動などにより、鋳片の幅中央部で全厚に渡って凝固が完了したり、鋳片短片側の凝固シェル厚が増大したりした場合には、これらの部位の圧下に対する変形抵抗が大きくなることから、未凝固層を有する他の部位に所要の圧下力を付与できなくなることがある。これは、一般的に、連続鋳造機の軽圧下装置は設備スペースや設備コストの制限から、完全凝固した鋳片を圧延するほどの耐荷重は有しておらず、鋳片短辺以外の幅方向の一部が完全凝固するなどして圧下による荷重が耐荷重以上になった場合には、設備保護のために皿バネ或いは油圧設定によって圧下ロールを逃がす構造となっているからである。

このような場合は、実質的には軽圧下が行われず、鋳片の中心偏析が劣化する。また、鋳片の中心偏析は、軽圧下を実施しても必ずしも鋳造方向で一定ではなく、鋳造条件が大幅に変化した部位では目標水準を外れることも発生する。

従来、鋳片の中心偏析の程度を判定すべく、鋳片或いは圧延された鋼材から検査用の試料を採取し、マクロ組織試験、成分分析試験、シャルピー試験などを行ない、鋳片の中心偏析の程度を検査・判定していた。これらの試験方法はオフラインの検査方法であり、フィードバックに遅れる欠点があり、軽圧下鋳造であってもオンラインで鋳片の中心偏析の程度を判定する方法が求められていた。

尚、特許文献２には、１対以上のロールにより鋳片を圧下しつつ引き抜く溶融金属の連続鋳造法において、鋳造速度の減速に起因した偏析悪化鋳片であるか否かを鋳片速度が減速している間の鋳片の凝固時期により判定して偏析レベルに応じた分塊加熱条件を選択する連続鋳造法が開示されているが、特許文献２では、鋳造速度だけで中心偏析を判定しており、オンラインでの判定ではあるが、精度が低く、結局は鋳片のマクロ組織試験、成分分析試験などで中心偏析の程度を確認する必要がある。

特開昭４９−１２１７３８号公報 特開平５−２２０５５６号公報

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、未凝固層を有する凝固末期の鋼鋳片を軽圧下しながら鋳造するときに、実際に鋳片に付与される圧下量を把握することで、鋳造条件の変化が生じた場合であっても正確に鋳片の中心偏析の程度をオンラインで判定することのできる、連続鋳造鋳片の中心偏析判定方法を提供することである。

上記課題を解決するための第１の発明に係る連続鋳造鋳片の中心偏析判定方法は、鋳造中の鋳片に圧下力を付与することの可能な複数本の圧下ロールからなる軽圧下帯を備えた連続鋳造機を用い、少なくとも鋳片の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から０．７以上になる時点まで、前記圧下ロールで凝固末期の鋳片を圧下しながら鋼鋳片を連続鋳造するにあたり、鋳片の厚み中心部の固相率が予め設定したｆslからｆshに至るまでの軽圧下帯における所要時間（Ｔｅ）を計算によって求めるとともに、鋳片の厚み中心部の固相率がｆslからｆshに至るまでの軽圧下帯における圧下量（Ｄｅ）を実測し、計算によって求めた所要時間（Ｔｅ）と実測して求めた圧下量（Ｄｅ）とから下記の（１）式に示す有効圧下速度（Ｒｅ）を鋳片の断面毎に求め、求めた有効圧下速度（Ｒｅ）に基づいて鋳片の中心偏析の程度を鋳造中にオンラインで判定することを特徴とする。
Ｒｅ＝Ｄｅ／Ｔｅ…（１）
但し、（１）式において、Ｒｅは、有効圧下速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｄｅは、実測して求めた、鋳片の厚み中心部の固相率がｆslからｆshに至るまでの軽圧下帯における圧下量（ｍｍ）、Ｔｅは、計算により求めた、鋳片の厚み中心部の固相率がｆslからｆshに至るまでの軽圧下帯における所要時間（ｍｉｎ）である。また、ｆslは、有効圧下速度を求めるための軽圧下帯における鋳造方向２点間の上流側の位置の鋳片厚み中心部の固相率、ｆshは有効圧下速度を求めるための軽圧下帯における鋳造方向２点間の下流側の位置の鋳片厚み中心部の固相率である。

第２の発明に係る連続鋳造鋳片の中心偏析判定方法は、第１の発明において、前記ｆslが０を超えて０．４以下であり、前記ｆshが０．７以上１．０未満であることを特徴とする。

第３の発明に係る連続鋳造鋳片の中心偏析判定方法は、第１または第２の発明において、鋳片の凝固完了位置をオンラインで検知できる凝固完了位置検知装置を用いて凝固完了位置の情報を取得し、取得した凝固完了位置の情報に合致するように、鋳片の厚み中心部の固相率がｆslからｆshに至るまでの所要時間（Ｔｅ）を求めるための計算式を校正することを特徴とする。

本発明によれば、連続鋳造鋳片を製造する際に、軽圧下による実際の鋳片圧下状況に基づいて鋳片の中心偏析程度をオンラインで判定するので、鋳造中に操業変化に伴って軽圧下条件が変化して鋳片の中心偏析が悪化しても、中心偏析の悪化している部分を見逃すことがなく、確実且つ精度良く中心偏析を判定することが実現される。また、この判定結果に基づいて鋳片及び当該鋳片から圧延される鋼材における検査位置を特定することが可能となり、検査する個数も大幅に削減でき、検査コストも大幅に削減される同時に、安定した品質の鋼製品を供給することが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。

有効圧下速度（Ｒｅ）と鋳片の中心偏析の偏析度との関係を示す図である。 本発明を実施した垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機の側面概要図である。 オンラインで求めた有効圧下速度（Ｒｅ）の鋳片鋳込み長さ方向の変動を示す図である。

以下、本発明を具体的に説明する。先ず、本発明に至った経緯について説明する。

本発明者らは、軽圧下条件と中心偏析の程度との関係を調査すべく、鋳造方向長さが１４ｍの軽圧下帯を有する垂直曲げ型スラブ連続鋳造機を用い、軽圧下帯での鋳片の圧下条件を種々変更する試験を実施し、そして、得られた鋳片から試料を採取し、鋳片の中心偏析の程度を調査した。尚、軽圧下帯とは、鋳片に圧下力を付与するべく、鋳片を挟んで対向する鋳片支持ロール間の間隔（「ロール間隔」と呼ぶ）が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鋳片支持ロール群であり、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間隔の状態を「ロール勾配」或いは「圧下勾配」と称している。ロール勾配は、通常、１ｍあたりのロール間隔絞り込み量（ｍｍ／ｍ）で表示される。

その結果、中心偏析は、凝固末期の未凝固領域において凝固収縮などに伴う未凝固溶鋼の流動を起因としてデンドライト樹間のミクロ偏析した濃化溶鋼が凝固前面に排出されることにより生成することから、鋳片の中心偏析に影響を及ぼしうる範囲の鋳片中心部の凝固状態、即ち、鋳片厚み中心部の固相率が中心偏析に影響を及ぼしうる範囲であるｆslからｆshの範囲において、実際に鋳片に付与された軽圧下帯での圧下速度を求めることで、中心偏析を評価できるとの知見を得た。

そこで、厚み２５０ｍｍ、幅１９５０ｍｍのスラブ鋳片を、鋳型内にモールドパウダーを添加しつつ、１．４ｍ／ｍｉｎの鋳造速度で連続鋳造する際に、鋳型内溶鋼湯面から１５〜２９ｍの範囲に離れた位置に設置された、複数のセグメントからなる軽圧下帯において、鋳片の圧下速度が０．７〜１．４ｍｍ／ｍｉｎとなるように実験毎に軽圧下帯のロール配置を調整して鋳片を鋳造した。

二次冷却水の比水量を１．４８Ｌ／ｋｇ、タンディッシュ内での溶鋼過熱度を３７〜３９℃に調整し、化学成分が、Ｃ：０．０５質量％（以下、「％」と記す）、Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：１．３％、Ｐ：０．００５％、Ｓ：０．００５％、Ｔｉ：０．０１％、sol.Ａｌ：０．０４％、Ｎｂ：０．０４％、Ｃｕ；０．１５％である溶鋼を鋳造した。尚、比水量とは、鋳造される鋳片１ｋｇあたりの冷却水量（リットル）を表す数値である。

また、その際に、軽圧下帯を構成するセグメントでの実際の軽圧下量を測定するために、それぞれのセグメントの上面側のセグメントの上端及び下端の４隅に差動トランスを設置し、これらの差動トランス（４隅に配置した差動トランスを「ロール間隔測定装置」と呼ぶ）によって軽圧下時のセグメントの変位を測定した。これは、先に述べたように鋳造の初期または末期の非定常鋳造域や鋳造速度の急減速時には、鋳片全体の表面温度が定常鋳造域に比較して低下し、鋳片の長辺或いは短辺の凝固シェル厚の増大により、鋳片全体の変形抵抗が大きくなり、セグメントの耐荷重以上の荷重がかかり、セグメントそのものがロール間隔を設定値よりも大きくするように開放移動することで、セグメントそのものの変位が観測されるからである。尚、試験した軽圧下帯のセグメントは、下面側のセグメントが固定されており、荷重によって上面側のセグメントが開放するように構成されている。

鋳片からの中心偏析調査用試料の採取位置は、鋳型に注入された部位が凝固完了するまで、鋳造速度の変動、二次冷却水量の変動、鋳片表面温度の変動、鋳型内湯面の変動などの鋳造条件の変動が認められなかった部位で、且つ、上記のセグメント変位の測定結果から設定通りの圧下量が付与された部位に厳選し、中心偏析に及ぼす外乱要因を極力排除した。鋳片の中心偏析の偏析度は、鋳片の厚み方向１／４（＝鋳片厚み／４）位置の炭素分析値を偏析の無い基準値（Ｃ_O）とし、鋳片の幅方向の１／２（＝鋳片幅／２）位置及び１／４（＝鋳片幅／４）位置から鋳造方向の縦断面試料を切り出し、この断面から鋳片厚み方向に１ｍｍずつスライス加工して分析試料を採取し、この分析試料での最も高い炭素分析値（Ｃ_i）と前記基準値（Ｃ_O）との比（Ｃ_i／Ｃ_O）を偏析度として評価した。偏析度が１．０に近いほど偏析は少ないことを意味し、偏析度が１．０よりも大きい場合が正偏析、１．０よりも小さい場合が負偏析となる。

また、軽圧下時のセグメントの変位を考慮して、鋳片の実際の圧下速度（「有効圧下速度」と呼ぶ）を以下の様にして求めた。

先ず、軽圧下帯において、有効圧下速度を求めるための軽圧下帯における鋳造方向２点間の上流側の位置の鋳片厚み中心部の固相率をｆsl、下流側の位置の鋳片厚み中心部の固相率をｆshとし、鋳片の厚み中心部の固相率が任意のｆslとなる位置の鋳型内湯面からの距離、及び任意のｆshとなる位置の鋳型内湯面からの距離を伝熱凝固計算により求める。中心固相率がｆslとなる位置及びｆshとなる位置は、鋳造速度や二次冷却条件などの鋳造条件を考慮した伝熱凝固計算によって求められる鋳片中心部の温度と、溶鋼成分による液相線及び固相線とを照らし合わせることで求めることができる。ここで、鋳片の厚み中心部の固相率がゼロとなる位置で最も下流側の位置が鋳片中心部の凝固開始位置に該当し、鋳片の厚み中心部の固相率が１．０となる位置で最も上流側の位置が凝固完了位置に該当する。従って、中心固相率ｆsl及びｆshは任意ではあるが、必然的に０＜ｆsl＜ｆsh＜１．０の条件を満足する必要がある。鋳片中心部の固相率がｆslとなる位置及びｆshとなる位置を定めることで、両者の鋳造方向の距離が求められ、この距離を移動するために要する時間が鋳造速度から求められる。本発明では、この距離を移動するために要する時間を所要時間（Ｔｅ）と定義する。所要時間（Ｔｅ）の単位は「ｍｉｎ」である。

次に、鋳片の厚み中心部の固相率がｆslとなる位置からｆshとなる位置までの軽圧下帯における圧下ロールの実際のロール間隔絞込み量を、前記ロール間隔測定装置によって求める。つまり、鋳片の厚み中心部の固相率がｆslとなる位置での圧下ロールのロール間隔と、鋳片の厚み中心部の固相率がｆshとなる位置での圧下ロールのロール間隔との差が、これら２点間のロール間隔絞込み量となる。この差が、鋳片の厚み中心部の固相率がｆslとなる位置から固相率がｆshとなる位置までの実際の圧下量である。本発明では、この実測した圧下量を圧下量（Ｄｅ）と定義する。圧下量（Ｄｅ）の単位はｍｍである。この場合、上面側のセグメント自体は変形しないものとして、ロール間隔測定装置による測定値からロール間隔を幾何学的に求める。

そして、実測により求めた圧下量（Ｄｅ）を計算によって求めた所要時間（Ｔｅ）で除算した、下記の（１）式に示す値を、有効圧下速度（Ｒｅ）と定義した。有効圧下速度（Ｒｅ）の単位は「ｍｍ／ｍｉｎ」となる。
Ｒｅ＝Ｄｅ／Ｔｅ…（１）
有効圧下速度（Ｒｅ）が実際に鋳片に付与された圧下量に相当する。

図１に、固相率ｆsl＝０．３、ｆsh＝０．７としたときの、有効圧下速度（Ｒｅ）と鋳片中心偏析の偏析度との関係を示す。図１に示すように、上記で導出した有効圧下速度（Ｒｅ）と偏析度とには良い相関が認められ、有効圧下速度（Ｒｅ）をおよそ０．９ｍｍ／ｍｉｎ以上とすれば、偏析度（Ｃ_i／Ｃ_O）は０．９〜１．２の範囲であり、中心偏析を有効に低減できることが分かった。

鋳片に軽圧下を施して中心偏析を効率的に軽減するためには、少なくとも鋳片の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から０．７以上になる時点まで、圧下ロールで凝固末期の鋳片を圧下する必要がある。これは、鋳片厚み中心部の固相率が０．４を越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、つまり中心偏析が発生する可能性があり、軽圧下の効果を十分に発揮することができず、一方、濃化溶鋼の流動は、固相率が０．７程度まで発生する可能性があり、それよりも早期に軽圧下を停止してしまうと、濃化溶鋼の流動が発生し、これにより中心偏析が発生して、軽圧下の効果を十分に発揮することができないからである。換言すれば、鋳片厚み中心部の固相率が０．４以下から０．７以上となるまで軽圧下を付与することで、鋳片の中心偏析を効率的に軽減することができる。

これに合わせて、固相率ｆslは０を超えて０．４以下とし、固相率ｆshは０．７以上１．０未満とすることが好ましい。このようにすることで、中心偏析を軽減する上で軽圧下を必要とする固相率の範囲の圧下速度が把握され、確実に中心偏析を評価可能となる。当然ではあるが、固相率ｆslが０．４を越え、且つ、固相率ｆshが０．７未満であっても構わない。

本発明は上記知見に基づいてなされたものであり、鋳造中に、計算によって求めた所要時間（Ｔｅ）と実測して求めた圧下量（Ｄｅ）とから、上記の（１）式に示す有効圧下速度（Ｒｅ）を鋳片の断面毎に求め、求めた有効圧下速度（Ｒｅ）に基づいて鋳片の中心偏析の程度を鋳造中にオンラインで判定することを特徴とする。有効圧下速度（Ｒｅ）が０．９ｍｍ／ｍｉｎ以上であれば、中心偏析が軽微であると判定する。

尚、有効圧下速度（Ｒｅ）の上限値は１．５ｍｍ／ｍｉｎとすればよい。圧下速度が１．５ｍｍ／ｍｉｎを超えると、濃化溶鋼が鋳造方向とは逆方向に絞り出され、鋳片中心部には負偏析が生成されることから好ましくない。有効圧下速度（Ｒｅ）は軽圧下帯のロール勾配（ｍｍ／ｍ）によって決まる圧下速度よりも小さくなることから、軽圧下帯のロール勾配の調整によって有効圧下速度（Ｒｅ）の上限値を制御することができる。圧下速度（ｍｍ／ｍｉｎ）は、軽圧下帯でのロール勾配（ｍｍ／ｍ）と鋳造速度（ｍ／ｍｉｎ）との積で求めることができる。

次に、本発明の具体的な実施方法を、図面を参照して説明する。図２は、本発明を実施した垂直曲げ型のスラブ連続鋳造機の側面概要図である。

図２に示すように、スラブ連続鋳造機１には、溶鋼を注入して凝固させ、鋳片１０の外殻形状を形成するための鋳型５が設置され、この鋳型５の上方所定位置には、取鍋（図示せず）から供給される溶鋼９を鋳型５に中継供給するためのタンディッシュ２が設置されている。一方、鋳型５の下方には、サポートロール、ガイドロール及びピンチロールからなる複数対の鋳片支持ロール６が配置されている。鋳片支持ロール６が配置された範囲には、鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール６の間隙に水スプレーノズル或いはエアーミストスプレーノズルなどのスプレーノズルが配置された二次冷却帯が構成され、二次冷却帯のスプレーノズルから噴霧される二次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。

タンディッシュ２の底部には、溶鋼９の流量を調整するためのスライディングノズル３が設置され、このスライディングノズル３の下面には、浸漬ノズル４が設置されている。また、鋳片支持ロール６の下流側には、鋳造された鋳片１０を搬送するための複数の搬送ロール７が設置されており、この搬送ロール７の上方には、鋳造される鋳片１０から所定の長さの鋳片１０ａを切断するための鋳片切断機８が配置されている。

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を挟んで対向する鋳片支持ロール間の間隔、つまりロール間隔を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、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の鋳片支持ロール間にも鋳片１０を冷却するためのスプレーノズルが配置されている。尚、軽圧下帯１４の鋳片支持ロール６を、軽圧下を施すためのロールであることから「圧下ロール」とも称している。

図２に示す軽圧下帯１４は、３対の圧下ロールを１組とするセグメント構造の圧下ロール群が鋳造方向に３基つながって構成されており、各セグメントの上面側セグメントには、上流側端部の両側及び下流側端部の両側の合計４箇所に圧下ロールのロール間隔を鋳造中に測定するためのロール間隔測定装置１５が設置されている。このロール間隔測定装置１５は、各セグメントの端部の位置を、差動トランスによって直接測定しており、測定値はロール間隔計測演算部２０に入力され、ロール間隔計測演算部２０は入力された測定値から各圧下ロールのロール間隔を算出している。図２では、ロール間隔測定装置１５からロール間隔計測演算部２０への送信を一部省略しているが、全てのロール間隔測定装置１５がロール間隔計測演算部２０と接続されている。

このスラブ連続鋳造機１においては、軽圧下帯１４を構成する各セグメントの下面側セグメントは連続鋳造機の基礎（フレームまたは土台）に固定されていて、負荷が耐荷重を超えた場合には上面側セグメントが移動する構造になっており、上面側セグメントの変位を測定するのみで、ロール間隔が測定される。そして、各セグメントの端部の位置が測定されるので、各セグメントのそれぞれの圧下ロールのロール間隔が分かるようになっている。尚、このロール間隔測定装置１５はセグメントに接触して測定しているが、本発明を実施する上で接触して測定する必要はなく、レーザー光などを利用して非接触で測定しても構わない。

また、軽圧下帯１４を構成するセグメントとセグメントとの間隙には、凝固完了位置検出用の超音波センサー１６が設置され、超音波センサー１６による測定データが、凝固完了位置計測演算部１８に入力されている。即ち、超音波センサー１６と凝固完了位置計測演算部１８とで、鋳片１０の凝固完了位置１３を検出するための凝固完了位置検出装置を構成している。超音波センサー１６は縦波超音波または横波超音波を送信し且つ送信した縦波超音波または横波超音波を受信するための装置であり、凝固完了位置計測演算部１８は、縦波超音波または横波超音波の信号（パルス信号）を超音波センサー１６に送信するとともに、超音波センサー１６から入力される超音波センサー１６での受信データを処理して、縦波超音波または横波超音波の鋳片１０での透過時間から凝固完了位置１３を算出して求める装置である。

この凝固完了位置検出装置は、対向する１対の超音波センサー１６を介して鋳片１０に縦波超音波及び／または横波超音波を透過させ、縦波超音波及び横波超音波の透過速度が鋳片１０の温度に依存することを利用して、透過時間から鋳片中心部の温度を求め、求めた鋳片中心部の温度から伝熱凝固計算などを利用して凝固完了位置１３を検出する装置である。尚、横波超音波は鋳片１０の内部に未凝固層１２が存在する場合には、鋳片１０を透過しないので、凝固完了位置１３が超音波センサー１６よりも上流側に存在するときのみ凝固完了位置１３の検出が可能となる。

この超音波センサー１６としては、縦波超音波センサーと横波超音波センサーとが一体的に組み合せられたセンサーを使用し、縦波超音波の鋳片１０での透過時間から凝固完了位置１３を求める算出式を、横波超音波センサーによる凝固完了位置１３の検出結果によって校正する方式の凝固完了位置検出装置（特開２００５−１７７８６０号公報を参照）を用いることが好ましい。

凝固完了位置計測演算部１８による凝固完了位置１３の測定結果は、鋳片中心部固相率演算部１９に入力されており、鋳片中心部固相率演算部１９は、連続鋳造機用制御計算機（プロセスコンピューター）１７から入力される鋳造条件（鋳片厚み、鋳造速度、二次冷却水の水量及び水温、タンディッシュ内溶鋼温度の過熱度、液相線温度、固相線温度、鋼種など）に基づいて伝熱凝固計算によって鋳片１０の凝固状況を計算する際に、この計算結果が凝固完了位置計測演算部１８から入力されたデータと合致するように、鋳片厚み中心部の鋳造方向における固相率を算出するための計算式を校正し、校正した計算式を用いて鋳片厚み中心部の固相率を算出する。鋳片中心部固相率演算部１９は、連続鋳造機用制御計算機１７から入力される鋳造条件だけからも鋳片厚み中心部の固相率を算出することはできるが、凝固完了位置計測演算部１８からの凝固完了位置１３の情報を加味することで、鋳片厚み中心部の固相率を正確に算出することが可能となる。

鋳片中心部固相率演算部１９は、算出したデータ（凝固データという）を有効圧下速度演算部２１に送信する。また、有効圧下速度演算部２１には、ロール間隔計測演算部２０によって求められた各圧下ロールのロール間隔（ロール間隔データという）も入力される。有効圧下速度演算部２１は、入力された凝固データに基づき、鋳片１０の厚み中心部の固相率が予め設定したｆslからｆshに至るまでの軽圧下帯１４における所要時間（Ｔｅ）を計算によって求めるとともに、入力されたロール間隔データに基づき、鋳片１０の厚み中心部の固相率がｆslからｆshに至るまでの軽圧下帯１４における圧下量（Ｄｅ）を求める。そして、求めた所要時間（Ｔｅ）及び圧下量（Ｄｅ）から、上記の（１）式によって有効圧下速度（Ｒｅ）を求める。有効圧下速度演算部２１は、求めた有効圧下速度（Ｒｅ）を合否判定部２２に送信する。合否判定部２２は、鋼種のグレード、用途、製品板厚などを参照して、有効圧下速度（Ｒｅ）から中心偏析の程度を鋳片の断面毎に判定する。例えば、高級グレードの場合は、有効圧下速度（Ｒｅ）が０．９ｍｍ／ｍｉｎ以上で中心偏析が良好、０．９ｍｍ／ｍｉｎ未満で不良と判定する。

このようにして構成されるスラブ連続鋳造機１を用いて、以下のようにして溶鋼９の連続鋳造を実施する。

取鍋からタンディッシュ２に溶鋼９を注入してタンディッシュ２に所定量の溶鋼９を滞留させ、タンディッシュ２に滞留した溶鋼９を、浸漬ノズル４を介して鋳型５に注入する。鋳型５に注入された溶鋼９は、鋳型５で冷却されて凝固シェル１１を形成し、外殻を凝固シェル１１とし、内部に未凝固層１２を有する鋳片１０として、鋳片支持ロール６に支持されながらピンチロールによって鋳型５の下方に連続的に引き抜かれる。鋳片１０は、鋳片支持ロール６を通過する間、二次冷却帯の二次冷却水で冷却され、凝固シェル１１の厚みを増大し、且つ、軽圧下帯１４では軽圧下されながら凝固完了位置１３で内部までの凝固を完了する。凝固完了後の鋳片１０は、鋳片切断機８によって切断され鋳片１０ａが製造される。この場合、少なくとも鋳片中心部の固相率が０．４以下の或る値から０．７以上の或る値までの範囲が軽圧下帯１４の設置範囲内になるように伝熱凝固計算などの手法を利用して鋳造速度を設定する。

鋳造中に、鋳片中心部固相率演算部１９は、数秒毎ないし数十秒毎に鋳片厚み中心部の鋳造方向における固相率を算出し、算出したデータを有効圧下速度演算部２１に送信する。また、ロール間隔計測演算部２０は、同様に、数秒毎ないし数十秒毎に各圧下ロールのロール間隔を有効圧下速度演算部２１に送信する。有効圧下速度演算部２１は、鋳片中心部固相率演算部１９及びロール間隔計測演算部２０から入力されるデータに基づき、（１）式によって有効圧下速度（Ｒｅ）を算出する。そして、有効圧下速度演算部２１は、求めた有効圧下速度（Ｒｅ）を合否判定部２２に送信する。

合否判定部２２は、入力される有効圧下速度（Ｒｅ）に基づいて、予め設定した基準と照合して合否を判定し、不合格の鋳片は、向け先変更、中心偏析調査、屑化処理などの処置を実施する。

以上説明したように、本発明によれば、連続鋳造鋳片を製造する際に、軽圧下による実際の鋳片圧下状況に基づいて鋳片の中心偏析程度をオンラインで判定するので、操業変化に伴って鋳造中に鋳片の中心偏析が変化しても、中心偏析の悪化している部分を見逃すことがなく、確実且つ精度良く中心偏析を判定することが実現される。

鋳型内溶鋼湯面から１５〜２９ｍの範囲に設置された、長さが１４ｍの軽圧下帯を有する垂直曲げ型スラブ連続鋳造機を用い、前記軽圧下帯における圧下速度が１．２ｍｍ／ｍｉｎとなるようにロール勾配を調整してスラブ鋳片を鋳造した。

化学成分が、Ｃ：０．０５％、Ｓｉ：０．３％、Ｍｎ：１．３％、Ｐ：０．００５％、Ｓ：０．００５％、Ｔｉ：０．０１％、sol.Ａｌ：０．０４％、Ｎｂ：０．０４％、Ｃｕ；０．１５％である溶鋼を、１．４ｍ／分の鋳造速度で、幅１９５０ｍｍ、厚み２５０ｍｍの鋳片に鋳造した。タンディッシュ内の溶鋼過熱度は３５〜４８℃、二次冷却水量は比水量で１．４８Ｌ／ｋｇとした。また、１チャージ２５０トンの溶鋼を２チャージ続けて連続鋳造した。

図３に、固相率ｆslを０．３、ｆshを０．７としてオンラインで求めた有効圧下速度（Ｒｅ）の鋳片鋳込み長さ方向の変動を示す。図３から明らかなように、鋳造中において、有効圧下速度（Ｒｅ）の明瞭な変化が認められた。鋳造初期のＡの領域は、鋳造開示時の過冷却鋳片が軽圧下帯を通過したために、セグメントへの負荷が過荷重となってロール間隔が設定値より大きくなったことに起因する部分であった。また、鋳造長１００ｍ付近のＢの領域での有効圧下速度（Ｒｅ）の急減部は、２チャージ目の鋳込み終了時に鋳造速度を減速してトップ処理（鋳型内溶鋼湯面に金物を投入）した時に軽圧下帯内に存在したために、該当断面の中心固相率が０．３から０．７に上昇して実質的な圧下が付与されなかった部位であった。

Ａ領域及びＢ領域から鋳片試料を採取し、中心偏析を調査した結果、図１に示す、有効圧下速度と偏析度との関係と矛盾しない結果であった。

このように、本発明によれば、オフラインでの偏析調査を伴うことなく、オンラインで中心偏析を判定することができ、検査コストも大幅に削減される同時に、安定した品質の鋼製品を供給することが達成され、工業上有益な効果がもたらされる。

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
１１ 凝固シェル
１２ 未凝固層
１３ 凝固完了位置
１４ 軽圧下帯
１５ ロール間隔測定装置
１６ 超音波センサー
１７ 連続鋳造機用制御計算機
１８ 凝固完了位置計測演算部
１９ 鋳片中心部固相率演算部
２０ ロール間隔計測演算部
２１ 有効圧下速度演算部
２２ 合否判定部

Claims (3)

1. 鋳造中の鋳片に圧下力を付与することの可能な複数本の圧下ロールからなる軽圧下帯を備えた連続鋳造機を用い、少なくとも鋳片の厚み中心部の固相率が０．４以下の時点から０．７以上になる時点まで、前記圧下ロールで凝固末期の鋳片を圧下しながら鋼鋳片を連続鋳造するにあたり、鋳片の厚み中心部の固相率が予め設定したｆslからｆshに至るまでの軽圧下帯における所要時間（Ｔｅ）を計算によって求めるとともに、鋳片の厚み中心部の固相率がｆslからｆshに至るまでの軽圧下帯における圧下量（Ｄｅ）を実測し、計算によって求めた所要時間（Ｔｅ）と実測して求めた圧下量（Ｄｅ）とから下記の（１）式に示す有効圧下速度（Ｒｅ）を鋳片の断面毎に求め、求めた有効圧下速度（Ｒｅ）に基づいて鋳片の中心偏析の程度を鋳造中にオンラインで判定することを特徴とする、連続鋳造鋳片の中心偏析判定方法。
   Ｒｅ＝Ｄｅ／Ｔｅ…（１）
   但し、（１）式において、Ｒｅは、有効圧下速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｄｅは、実測して求めた、鋳片の厚み中心部の固相率がｆslからｆshに至るまでの軽圧下帯における圧下量（ｍｍ）、Ｔｅは、計算により求めた、鋳片の厚み中心部の固相率がｆslからｆshに至るまでの軽圧下帯における所要時間（ｍｉｎ）である。
2. 前記ｆslが０を超えて０．４以下であり、前記ｆshが０．７以上１．０未満であることを特徴とする、請求項１に記載の連続鋳造鋳片の中心偏析判定方法。
3. 鋳片の凝固完了位置をオンラインで検知できる凝固完了位置検知装置を用いて凝固完了位置の情報を取得し、取得した凝固完了位置の情報に合致するように、鋳片の厚み中心部の固相率がｆslからｆshに至るまでの所要時間（Ｔｅ）を求めるための計算式を校正することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の連続鋳造鋳片の中心偏析判定方法。

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