JP5825084B2

JP5825084B2 - 高炭素鋼スラブの連続鋳造方法

Info

Publication number: JP5825084B2
Application number: JP2011273464A
Authority: JP
Inventors: 恭二渡邉; 寿之伊藤
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2011-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2015-12-02
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: JP2013123731A

Description

本発明は、高炭素鋼スラブの連続鋳造方法に関し、詳しくは、鋳片に側面割れが生じるのを防止できる高炭素鋼スラブの連続鋳造方法に関する。

Cが0.25質量%以上の高炭素鋼は割れ感受性が高く、高炭素鋼を連続鋳造してスラブ等の角形部を有する鋳片とすると、図５に示すように鋳片１２のコーナー部に放熱過多による鍵割れ１０９が生じたり、鋳片１２の冷却が十分でない場合は内部溶鋼の圧力によって鋳片１２が幅方向に膨らむバルジングに起因して縦割れ１１０が生じたり、鋳片１２が厚み方向に膨らむバルジングに起因して内部割れ（図示せず）が生じたりしやすい。

このような問題に対し、例えば、特許文献１には、0.3≦Ca/S≦2.0となる範囲のCaを溶鋼に添加し、Nを30ppm以下に調整する0.5〜1.2%のCを含む高炭素鋼の連続鋳造方法が提案されている。溶鋼中に適正量のCaを添加することにより内部割れの発生を防止し、Nを低減することにより800℃付近にて生ずる延性低下を防止し、さらに冷却水の比水量を特定範囲に限定することにより、コーナー割れの防止効果を高めることができるとしている。

特許文献２には、浸漬ノズルを介して鋳型内へ不活性ガスを20L/min以下の流量で吹き込むとともに、鋳片の長辺側の少なくとも一部領域を分割ロールにより、短辺側を鋳型の下端から少なくとも0.6m以上の範囲内でグリッド及び／又はサポートロールにより支持しつつ、鋳片の板厚を、鋳型の下端から鋳片の完全凝固位置までの少なくとも一部領域を1.3%以上狭めながら、鋳造速度0.8m/min以上、かつ鋳造量1.2T/min以上で連続鋳造する高炭素鋼の連続鋳造方法が提案されている。この技術によれば、不活性ガスの吹き込みによって介在物が減少し、鋳片の短辺側を支持することでバルジングが抑制されて鍵割れや縦割れを防止でき、鋳片の板厚を狭めることで内部割れを防止できるとしている。

特許文献３には、上部矯正帯を通過する時点の鋳片の表面温度が750〜850℃になるように、鋳型直下から上部矯正帯までの二次冷却帯の冷却水量を調整するとともに、下部矯正帯を通過する時点の鋳片の表面温度が750℃以上になるように、上部矯正帯通過以降の二次冷却帯の冷却水量を調整する高炭素鋼の連続鋳造方法が提案されている。この方法によれば、上部矯正帯や下部矯正帯における矯正応力による鍵割れや内部割れを防止できるとしている。
特開平６−４７５１０号公報特開平１０−８０７４９号公報特開２００７−６１８８８号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載の方法は、高炭素鋼を連続鋳造して得られる鋳片に生ずる鍵割れ等の表面割れに対しては、有効な手段になっておらず、また、特許文献３に記載の方法は、図５に示すような鋳片の短辺側に生ずる側面割れ１１１に対しては、有効な手段になっていないという問題があった。
本発明は、上記した従来技術の問題を解決するためになされたものであり、鋳片に側面割れが生じるのを防止できる高炭素鋼スラブの連続鋳造方法を提供することを目的とする。

発明者らは、質量%でC：0.25〜0.90%の高炭素鋼の溶鋼を垂直曲げ型の連続鋳造機を用いてスラブに鋳造する場合に、鋳片の短辺側に生じる側面割れに及ぼす各種要因について鋭意検討し、鋳型の短辺側部材からの単位時間あたりの抜熱量が影響していることを知見した。
その結果を、鋳型の短辺側部材からの単位時間あたりの抜熱量と連続鋳造速度の関係で、図１に示す。図１は、（ア）鋳型の短辺側部材の冷却水流量、（イ）浸漬ノズルの浸漬深さ、（ウ）連続鋳造速度を種々変えて調整した結果、得られたものである。

発明者らは、鋳型の短辺側部材からの単位時間あたりの抜熱量が所定値Ｑ_０：4190MJ/m²hr（図１参照）を下回ると側面割れが生じ、所定値以上だと側面割れが生じないことを見出した。
そして、発明者らは、さらなる検討を加えた結果、鋳型の短辺側部材を内部冷却する冷却水流量、高炭素鋼溶鋼を流し込む浸漬ノズルの浸漬深さ、連続鋳造速度のうちの少なくとも一つ以上を調整し、抜熱量を所定値Ｑ_０以上に調整することで鋳片に側面割れが生ずるのを防止できることに想到した。

すなわち、本発明は以下の通りである。
１．一対の短辺側部材と一対の長辺側部材で構成され、前記短辺側部材及び前記長辺側部材がそれぞれ冷却水で内部冷却された鋳型を用いて、該鋳型によって構成される空間内に、浸漬ノズルを介して高炭素鋼溶鋼を流し込んで連続鋳造する高炭素鋼スラブの連続鋳造方法において、下記（１）式で定義される前記短辺側部材からの単位時間あたりの抜熱量Ｑを測定し、測定された前記抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０以上となるように、前記浸漬ノズルの浸漬深さｄ、連続鋳造速度Ｖのうちの一つ以上を調整して連続鋳造し、鋳片に側面割れが生じるのを防止することを特徴とする高炭素鋼スラブの連続鋳造方法。
記
Ｑ＝ｃ×ｑ×（Ｔ_ｏｕｔ−Ｔ_ｉｎ）÷（ａ×ｂ）・・・（１）
ここに、
Ｑ：鋳型の短辺側部材からの単位時間あたりの抜熱量（MJ/m²hr）
Ｑ_０：所定値
ｃ：冷却水の比熱（MJ/m³℃）
ｑ：鋳型の短辺側部材の冷却水流量（m³/hr）
Ｔ_ｏｕｔ：鋳型の短辺側部材の出側冷却水温度（℃）
Ｔ_ｉｎ：鋳型の短辺側部材の入側冷却水温度（℃）
ａ：鋳型の短辺側部材の幅（m）
ｂ：鋳型の短辺側部材の高さ（m）
である。
２．前記所定値Ｑ_０が4190（MJ/m²hr）であることを特徴とする１．に記載の高炭素鋼スラブの連続鋳造方法。

本発明によれば、高炭素鋼スラブの連続鋳造の際に、鋳片に側面割れが生じるのを効率的に防止できるという効果を奏する。

鋳片の側面割れに及ぼす、鋳型の短辺側部材からの抜熱量と連続鋳造速度との関係を示すグラフである。鋳型の構成を概略的に示す説明図である。本発明で使用する制御のブロック図である。（ア）冷却水流量、（イ）浸漬ノズルの浸漬深さ、（ウ）連続鋳造速度をどのように調整するかについてのフローチャートである。鋳片の鍵割れや縦割れや側面割れについて模式的に示す説明図である。

連続鋳造鋳型５は、通常、図２に示すように、一対の短辺側部材５ａと一対の長辺側部材５ｂで構成される空間を有する。短辺側部材５ａ及び長辺側部材５ｂはそれぞれ冷却水で内部冷却されている。鋳型５によって構成される空間ｓ内に、浸漬ノズル４（図３参照）を介して溶鋼を流し込んで連続鋳造が行われる。
単位面積あたりで、単位時間あたりの鋳型５の短辺側部材５ａによる抜熱量Ｑは、次（１）式
Ｑ＝ｃ×ｑ×（Ｔ_ｏｕｔ−Ｔ_ｉｎ）÷（ａ×ｂ）・・・（１）
で計算できる。

ここに、
Ｑ：鋳型の短辺側部材からの単位時間あたりの抜熱量（MJ/m²hr）
ｃ：冷却水の比熱（MJ/m³℃）
ｑ：鋳型の短辺側部材の冷却水流量（m³/hr）
Ｔ_ｏｕｔ：鋳型の短辺側部材の出側冷却水温度（℃）
Ｔ_ｉｎ：鋳型の短辺側部材の入側冷却水温度（℃）
ａ：鋳型の短辺側部材の幅（m）
ｂ：鋳型の短辺側部材の高さ（m）。

すなわち、短辺側部材５ａからの単位時間あたりの抜熱量Ｑは、鋳型５の短辺側部材５ａの入側と出側の実績の冷却水温度差（Ｔ_ｏｕｔ−Ｔ_ｉｎ）と冷却水流量ｑの積にさらに冷却水の比熱ｃを掛け、短辺側部材５ａと凝固シェル１３（図３参照）との理論上の接触面積である短辺側部材５ａの幅と高さの積（ａ×ｂ）で除して求められる。本発明では、Ｑが所定値Ｑ_０以上となるように、（ア）冷却水流量ｑを調整しても良いが、（イ）浸漬ノズルの浸漬深さｄおよび（ウ）連続鋳造速度Ｖのうちの少なくとも一つを調整することを必須とする。

（ア）冷却水流量ｑを調整し、抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０以上となるように調整しても良い。これにより、鋳片に側面割れが生じるのを防止できる。
（イ）浸漬ノズルの浸漬深さｄを調整すれば、鋳型内溶鋼の流動パターンが変化し、鋳型内溶鋼表面に供給するモールドパウダーへの入熱量が変化してモールドパウダーの溶融速度、ひいては鋳型内面と鋳片との間隙に流入する溶融モールドパウダーの厚みが変化する。溶融モールドパウダーの厚みは鋳片と鋳型との間の伝熱抵抗を左右するため、これによって抜熱量Ｑを調整できる。浸漬ノズルの浸漬深さを深くするほど、鋳型内溶鋼表面に到達して広がる溶鋼の流速が低下するため、モールドパウダーの溶融速度が低下し、鋳型内面と鋳片との間隙への溶融モールドパウダーの流入量が低下することになり、伝熱抵抗が低下して、抜熱量が増大する。したがって、これによっても、抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０以上となるように調整して、鋳片に側面割れが生じるのを防止できる。

（ウ）連続鋳造速度Ｖを調整することも、浸漬ノズルの浸漬深さと同様に、鋳型内溶鋼の流動パターンに影響を与え、それによって、抜熱量Ｑを調整できる。鋳造速度Ｖを低下させると、浸漬ノズルから吐出する溶鋼の流量が少なくなるので、鋳型内溶鋼表面に到達して広がる溶鋼の流速が低下するため、モールドパウダーの溶融速度が低下し、鋳型内面と鋳片との間隙への溶融モールドパウダーの流入量が低下することになり、伝熱抵抗が低下して、抜熱量が増大する。これにより、抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０以上となるように調整して、鋳片に側面割れが生じるのを防止できる。

図３は、本発明の実施形態についての制御のブロック図である。１９は制御装置、１９Ａはプロセスコンピュータ、２０は鋳型５の短辺側部材５ａの冷却水流量を計測する流量計、２１は鋳型５の短辺側部材５ａの入側冷却水温度を計測する入側温度計、２２は鋳型５の短辺側部材５ａの出側冷却水温度を計測する出側温度計をそれぞれ示す。Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・はポンプ、Ｍは浸漬ノズル４の浸漬深さｄを調整するためのアクチュエータ、８はピンチロールである。Ｃは冷却塔、Ｔは冷却水の戻り用に設けられているタンクである。

抜熱量の調整方法の例をフローチャートで図４に示す。
当初、連続鋳造機の運転が停止（Ｓｔｅｐ１０）しない限り、ポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・の運転台数を、冷却水流量ｑが経験的に鋳型５の短辺側部材５ａを焼損させないのに十分な所定値ｑ_０になるような所定の台数に調整する（Ｓｔｅｐ２０）。この際、浸漬ノズルの浸漬深さｄを、経験的にブレークアウトなどの問題を生じさせないのに十分な所定値ｄ_０に調整し、連続鋳造速度Ｖを、経験的にブレークアウトなどの問題を生じさせないのに十分な所定値Ｖ_０に調整する。

そして、（１）式で定義される鋳型５の短辺側部材５ａからの単位時間あたりの抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０を下回る場合は（Ｓｔｅｐ３０）、（ア）の冷却水流量ｑの調整を最優先で行い（Ｓｔｅｐ４０）、（Ｓｔｅｐ５０）〜（Ｓｔｅｐ７０）を経て、それでも（１）式で定義される鋳型５の短辺側部材５ａからの単位時間あたりの抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０を下回る場合は（Ｓｔｅｐ８０）、（イ）の浸漬ノズルの浸漬深さｄの調整を行い（Ｓｔｅｐ９０）、（Ｓｔｅｐ１００）〜（Ｓｔｅｐ１２０）を経て、それでも（１）式で定義される鋳型５の短辺側部材５ａからの単位時間あたりの抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０を下回る場合は（Ｓｔｅｐ１３０）、（ウ）の連続鋳造速度Ｖの調整を行う（Ｓｔｅｐ１４０）。連続鋳造速度Ｖの調整を行うのが優先度として最後になるのは、連続鋳造における生産能率を低下させたくないからであるが、本発明では必ずしも（ア）の調整を行なう必要はなく、ここに説明した優先度の順に従わなくてもよい。

（１）式で定義される抜熱量Ｑは制御装置１９内で計算する。その計算にあたっては、鋳型の短辺側部材の冷却水流量ｑは流量計２０の値を、鋳型の短辺側部材の出側の冷却水温度Ｔ_ｏｕｔ、鋳型の短辺側部材の入側の冷却水温度Ｔ_ｉｎは、それぞれ出側温度計２２と入側温度計２１の値を制御装置１９に入力して用いる。（ア）冷却水流量ｑの調整、（イ）浸漬ノズルの浸漬深さｄの調整、（ウ）連続鋳造速度Ｖの調整はいずれも制御装置１９からの指令により行う。

なお、（Ｓｔｅｐ１０）にて、連続鋳造機１の運転が停止したと判定された場合は、鋳型５の短辺側部材５ａを常温まで短時間のうちに自然冷却できるような温度まで冷却するのに十分な所定時間ＴＤが経過した後、冷却水流量ｑを０（ゼロ）にし、連続鋳造速度を０（ゼロ）にする（Ｓｔｅｐ１９０）。
（ア）の冷却水流量ｑの調整を行う場合についての抜熱量の調整方法の例を説明すると、高炭素鋼の連続鋳造か否かを判定し（Ｓｔｅｐ５０）、高炭素鋼の連続鋳造であれば（Ｓｔｅｐ６０）に進む。高炭素鋼の連続鋳造でなければスタートに戻る。高炭素鋼の連続鋳造か否かは、例えば、プロセスコンピュータ１９Ａ中の属性データにて判定する。

（Ｓｔｅｐ６０）では、（１）式で定義される鋳型５の短辺側部材５ａからの単位時間あたりの抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０を下回ったか否かを判定し、下回った場合は冷却水流量ｑを増加させるためポンプＰ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・の運転台数を１台増やす（Ｓｔｅｐ７０）。このポンプの運転台数を増やす処理は、制御装置内での自動シーケンスにて行ってもよいし、制御装置に接続された図示しない計器類の表示をもとに運転員が人為的に判断して釦類の操作により行ってもよい。（１）式で定義される単位時間あたりの鋳型５の短辺側部材５ａによる抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０を下回った場合に冷却水流量ｑをそれまでより増加させる処理を抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０以上に復帰するまで繰り返す。

以上の（Ｓｔｅｐ５０）から（Ｓｔｅｐ７０）までのフローを、高炭素鋼の連続鋳造が継続する（Ｓｔｅｐ５０）限り繰り返す。（Ｓｔｅｐ７０）にてポンプ数の不足によりポンプの運転台数を１台増やすのが不可能な場合は（Ｓｔｅｐ８０）に進む。
以上の例では、鋳型５の短辺側部材５ａからの単位時間あたりの抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０を下回った場合に冷却水流量ｑを増加させるため、ポンプの運転台数を段階的に増やしているが、別な例として冷却水流量ｑを連続的に増やすことも考えられる。

（イ）の浸漬ノズルの浸漬深さｄの調整を行う（Ｓｔｅｐ９０）場合は、（Ｓｔｅｐ５０）から（Ｓｔｅｐ７０）までと同様のフローである（Ｓｔｅｐ１００）から（Ｓｔｅｐ１２０）までのフローを経て、抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０を下回った場合は、浸漬ノズルの浸漬深さｄをΔｄだけ増加させ（Ｓｔｅｐ１２０）、不可能な場合には、（Ｓｔｅｐ１３０）に進む。

（ウ）の連続鋳造速度Ｖの調整を行う（Ｓｔｅｐ１４０）場合は、（Ｓｔｅｐ１５０）から（Ｓｔｅｐ１７０）までのフローを経て、抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０を下回った場合は、連続鋳造速度ＶをΔＶだけ減少させ（Ｓｔｅｐ１７０）、連続鋳造速度ＶをΔＶだけ減少させるのが不可能な場合には、現速度を維持する（Ｓｔｅｐ１８０）。

図３に示すような２ストランドの垂直曲げ型連続鋳造機１を用いて、質量%で、C：0.8〜0.9%、Si：0.10〜0.30%、Mn：0.35〜0.45%、P：0.22%以下、S：0.005%以下、sol.Al：0.001〜0.003%を含有し、残部はFeおよび不可避的不純物からなる高炭素鋼溶鋼を連続鋳造し、厚みが250mmで幅が954mmの鋳片を製造した。連続鋳造機１は、メニスカス（鋳型内溶鋼表面）から上部矯正帯の入口までの3000mmの垂直部を有する垂直曲げ型である。鋳型５の寸法は、幅ａが250mm、高さｂが800mm（図２参照）である。取鍋２Ａの容量は溶鋼１１の重量に換算して310tonである。

鋳型５の短辺側部材５ａの冷却水流量ｑを当初500リットル/min（30m³/hr）、長辺側部材５ｂの冷却水流量を当初3000リットル/min（180m³/hr）とした。（１）式で定義される鋳型５の短辺側部材５ａからの単位時間あたりの抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０＝4190MJ/m²hrを下回った場合に、（ア）の冷却水流量の調整、（イ）の浸漬ノズルの浸漬深さの調整、（ウ）の連続鋳造速度の調整を行った。結果を表１に示す。

（ア）鋳型５の短辺側部材５ａの冷却水流量を比較例の30.0m³/hrに比べ33.0m³/hrにアップした水準２（参考例）や、（イ）浸漬ノズルの深さを比較例の100mm,120mmに比べ160mmに深くした水準４（本発明例）や、（ウ）連続鋳造速度を比較例の0.97m/minに比べ0.85m/minに低下させた水準５（本発明例）など、鋳型５の短辺側部材５ａからの単位時間あたりの抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０＝4190MJ/m²hr以上の場合は、鋳片に側面割れが生じるのを防止できていることがわかる。なお、本実施例ではＱ_０＝4190MJ/m²hrであったが、各連続鋳造機ごとに所定値Ｑ_０は選択され決まるものである。

１連続鋳造機
２タンディッシュ
２Ａ取鍋
３スライディングノズル
４浸漬ノズル
５鋳型
５ａ鋳型５の短辺側部材
５ｂ鋳型５の長辺側部材
８ピンチロール
１０切断機
１１溶鋼
１２，１２ａ鋳片
１３凝固シェル
１４未凝固層
１８二次冷却帯
１９制御装置
１９Ａプロセスコンピュータ
２０流量計
２１入側温度計
２２出側温度計
１０９鍵割れ
１１０縦割れ
１１１側面割れ
Ｃ冷却塔
Ｍアクチュエータ
Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３ポンプ
Ｔタンク
ａ鋳型の短辺側部材の幅
ｂ鋳型の短辺側部材の高さ
ｄ浸漬深さ

Claims

一対の短辺側部材と一対の長辺側部材で構成され、前記短辺側部材及び前記長辺側部材がそれぞれ冷却水で内部冷却された鋳型を用いて、該鋳型によって構成される空間内に、浸漬ノズルを介して高炭素鋼溶鋼を流し込んで連続鋳造する高炭素鋼スラブの連続鋳造方法において、下記（１）式で定義される前記短辺側部材からの単位時間あたりの抜熱量Ｑを測定し、測定された前記抜熱量Ｑが所定値Ｑ_０以上となるように、前記浸漬ノズルの浸漬深さｄ、連続鋳造速度Ｖのうちの一つ以上を調整して連続鋳造し、鋳片に側面割れが生じるのを防止することを特徴とする高炭素鋼スラブの連続鋳造方法。
記
Ｑ＝ｃ×ｑ×（Ｔ_ｏｕｔ−Ｔ_ｉｎ）÷（ａ×ｂ）・・・（１）
ここに、
Ｑ：鋳型の短辺側部材からの単位時間あたりの抜熱量（MJ/m²hr）
Ｑ_０：所定値
ｃ：冷却水の比熱（MJ/m³℃）
ｑ：鋳型の短辺側部材の冷却水流量（m³/hr）
Ｔ_ｏｕｔ：鋳型の短辺側部材の出側冷却水温度（℃）
Ｔ_ｉｎ：鋳型の短辺側部材の入側冷却水温度（℃）
ａ：鋳型の短辺側部材の幅（m）
ｂ：鋳型の短辺側部材の高さ（m）
である。
前記所定値Ｑ_０が4190（MJ/m²hr）であることを特徴とする請求項１に記載の高炭素鋼スラブの連続鋳造方法。