JP5920083B2 - 鋼鋳片の連続鋳造方法 - Google Patents

Description

本発明は、中心偏析の軽微な鋼鋳片を製造するための鋼鋳片の連続鋳造方法に関する。

鋼の凝固過程では、炭素、燐、硫黄、マンガンなどの溶質元素は、凝固時の再分配によって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熱収縮、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（凝固シェルが溶鋼静圧によって膨らむ現象）などによって、鋳片の厚み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て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。

鋳片の中心偏析は、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。サワーガス環境で使用されるラインパイプ材において、中心偏析部にＭｎＳやＮｂ炭化物などが生成されると、腐食反応によって鋼内部に侵入した水素が前記ＭｎＳやＮｂ炭化物の周囲に拡散・集積し、その内圧によって割れが発生する。更に、中心偏析部は硬度が高くなっているので、割れが伝播する。これが水素誘起割れである。

このように中心偏析は鋼製品の品質を劣化させるので、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、鋳片の中心偏析を効果的に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、凝固収縮量と熱収縮量との和に相当する程度の圧下量及び圧下速度で鋳片支持ロールによって徐々に圧下しながら鋳造する方法が採用されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。連続鋳造中の鋳片を凝固収縮量と熱収縮量との和に相当する程度の圧下量及び圧下速度で徐々に圧下する上記技術は、「軽圧下」或いは「軽圧下法」と呼ばれている。この軽圧下技術は、鋳造方向に並んだ複数対の鋳片支持ロールを用い、鋳片の凝固収縮量と熱収縮量との和に見合った軽圧下量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。

ところで、近年の連続鋳造機は、複数本の鋳片支持ロールが配置されたフレームを相対させて構成されるロールセグメントを鋳造方向に複数個組み合わせたロールセグメント方式の連続鋳造機が主流であり、これに伴って、鋳片に軽圧下力を付与するための圧下ロール群（以下「軽圧下帯」という）も、複数のロールセグメントで構成されることが主流になっている。この場合、相対する鋳片支持ロールのロール間隔をロールセグメントの出側よりも入り側を大きく調整することで、軽圧下帯が形成されている。軽圧下帯において、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「圧下勾配」と称している。鋳片に作用する圧下力は軽圧下帯での圧下勾配によって決まることから、ロールセグメント構造の軽圧下帯の場合には、ロールセグメント単位で軽圧下が行われることになる。また、軽圧下帯の鋳片支持ロールを、軽圧下を施すためのロールであることから「軽圧下ロール」或いは「圧下ロール」とも称している。

中心偏析改善のための軽圧下ロールは、内部に未凝固層を有する鋳片を圧下することを前提としており、この場合の軽圧下ロールへの圧下抵抗は厚み方向の凝固が完了した鋳片短辺部のみであり、軽圧下ロールへの負荷荷重は少なく、軽圧下帯がロールセグメント構造であっても凝固収縮量と熱収縮量との和に相当する軽圧下量をそれぞれの軽圧下ロールで鋳片に付加することができる。一方、凝固完了後の鋳片を圧下する場合には、鋳片の幅全体が圧下抵抗となり、ロールセグメント構造の軽圧下ロールでは圧下力が不足して圧下できず、耐荷重を超えた場合には、ロールセグメントの損傷を防止するために、油圧や皿バネによってフレームが開放するように構成されている。

従来、軽圧下技術においては、一般的に、鋳片の凝固完了位置（「クレータエンド位置」ともいう）を軽圧下帯の範囲内に制御することが行われていた。しかしながら、この軽圧下技術においては、以下の問題点がある。

即ち、凝固完了位置を軽圧下帯の範囲内に制御する方法では、凝固完了位置が軽圧下帯を形成するロールセグメント内の鋳造方向のどの位置に存在するかで、凝固末期の鋳片に実際に施される軽圧下量が変化してしまうという問題が発生する。つまり、凝固完了位置が軽圧下帯を形成するロールセグメントの出側に存在する場合は、そのロールセグメント内における鋳片の厚み中心部は未凝固層が大半を占めることから、鋳片の圧下抵抗が小さく、設定値どおり或いは設定値に近い軽圧下を行うことができる。

一方、凝固完了位置が、軽圧下帯を形成するロールセグメントの入り側に存在する場合には、そのロールセグメント内の大部分の鋳片は凝固完了しているので、この鋳片を軽圧下することによって過大な荷重がロールセグメントに負荷され、負荷荷重が耐荷重を超えた場合には、油圧や皿バネによってフレームが開放してしまう。この過負荷防止のための油圧や皿バネによってフレームが開放すると、相対する軽圧下ロールのロール間隔は設定値よりも大きくなり、所定の圧下勾配を確保できなくなり、場合によっては、入り側のロール間隔と出側のロール間隔とが同一になり、軽圧下を行うことができなくなることも発生する。

中心偏析を軽減するための軽圧下量には、最適の範囲があり（例えば、特許文献３を参照）、フレームが開放して軽圧下量が不足すると、濃化溶鋼の流動が生じ、Ｖ字偏析が発生したり、中心偏析が悪化したりする。

また、実際の連続鋳造操業においては、二次冷却水の水温や、溶鋼温度、鋳片引き抜き速度が変化することから、鋳片の凝固完了位置は鋳造方向で変動する。従って、軽圧下帯を所定位置に固定し、且つ、二次冷却水量及び鋳片引き抜きを同一にして中心偏析の低減を図っていても、凝固完了位置の変動に伴って鋳片に付与される軽圧下量が鋳片の鋳造方向で大きく変動している可能性があり、鋳造方向全ての鋳片におい中心偏析が防止されていない虞がある。

特開平８−１３２２０３号公報 特開平８−１９２２５６号公報 特開昭６２−２７５５５６号公報

連続鋳造鋳片に対する品質要求レベルは高まり、以前にも増して中心偏析の軽微な鋳片が求められている。そのために、中心偏析対策として軽圧下帯を形成するロールセグメントで鋳片に最適と考えられる軽圧下が行われているが、前述したように、実際には、凝固完了位置の鋳造方向での変動に起因して鋳片に施される軽圧下量は最適値から大きく外れることが発生する。

また、軽圧下を必須とする鋼種が増えていることから、軽圧下を実施する鋳造比率が以前よりも増加している。軽圧下では、軽圧下を実施しない場合に比較してロールセグメントにより多くの荷重が掛かり、更に、軽圧下対象部位が凝固完了部位を含む場合も鋳片からの負荷荷重が耐荷重を超えるまではロールセグメントは開放せず、このような鋳片からの繰返しの荷重により、軽圧下帯を形成するロールセグメントの寿命が短命化している。

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、鋳造中に鋳片の凝固完了位置が変動しても、設定した値に近い軽圧下量を鋳片に付与することができ、且つ、軽圧下帯を形成するロールセグメントの寿命を向上させることのできる、鋼鋳片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とおりである。
［１］複数本の軽圧下ロールが組み込まれた、１基または２基以上のロールセグメントから構成される軽圧下帯を用いて、凝固末期の鋳片を凝固収縮量と熱収縮量との和に相当する軽圧下量で圧下しながら連続鋳造する、鋼鋳片の連続鋳造方法において、軽圧下帯を形成するロールセグメントには、ロールセグメントの過負荷を防止するための皿バネがロールセグメントの各タイロッドに設置されており、該皿バネが変化し始める負荷荷重を、軽圧下される鋳片の前記ロールセグメント入口における鋳片厚み中心部固相率が０．８であるときに、該鋳片を設定した圧下速度で圧下した際に各タイロッドに負荷される荷重の１００〜１０５％に設定した上で、鋳片を軽圧下することを特徴とする、鋼鋳片の連続鋳造方法。
［２］前記皿バネの負荷荷重の設定値を、ロールセグメントの上流側に設置される皿バネの設定値よりもロールセグメントの下流側に設置される皿バネの設定値を大きくすることを特徴とする、上記［１］に記載の鋼鋳片の連続鋳造方法。

本発明によれば、ロールセグメント構造の軽圧下帯を用いて鋳片を軽圧下しながら連続鋳造する際に、軽圧下帯を形成するロールセグメントに設置される皿バネの負荷荷重を、このロールセグメントの入口における鋳片厚み中心部の固相率が０．８のときに負荷される荷重の１００〜１０５％に設定して連続鋳造するので、ロールセグメント入口での鋳片厚み中心部の固相率が０．８未満の鋳片には、そのロールセグメントにおいて設定した軽圧下量或いは設定した軽圧下量に近似した軽圧下量が施され、一方、軽圧下をすることが不要な、ロールセグメント入口での鋳片厚み中心部の固相率が０．８以上となった鋳片には、皿バネの収縮によって軽圧下が施されず、その結果、鋳片の中心偏析の低減と、軽圧下帯を形成するロールセグメントの長寿命化とが実現される。

軽圧下帯を構成するロールセグメントの１例を示す概略断面図である。 本発明を実施する際に用いたスラブ連続鋳造機の側面概略図である。 鋳片の中心偏析（偏析対象成分；マンガン）の調査結果を本発明例と比較例とで対比して示す図である。 鋳片厚み中心部の固相率が０．８である位置が存在するロールセグメントよりも１つ下流側の軽圧下帯ロールセグメントにおける皿バネの変化量を測定した結果を本発明例と比較例とで対比して示す図である。 軽圧下帯を形成するロールセグメントの交換までの鋳造チャージを本発明例と従来例とで対比して示す図である。

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を説明する。

本発明者らは、ロールセグメント構造の軽圧下帯を用いて凝固末期の鋳片を凝固収縮量と熱収縮量との和に相当する圧下量で軽圧下する場合に、凝固末期の鋳片を目標とする圧下量で確実に軽圧下すると同時に、軽圧下帯を形成するロールセグメントの寿命を向上させることを目的として、ロールセグメント構造の軽圧下帯における鋳片の軽圧下挙動を調査した。図１は、軽圧下帯を構成するロールセグメントの１例を示す概略断面図である。尚、図１は、軽圧下ロールとして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図である。

図１に示すように、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、このロールセグメント１５においては、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、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にて遠隔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（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）の調整が行われるようになっている。鋳造中は、ウオームジャッキ１９はセルフロックされ、未凝固層を有する鋳片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、即ち鋳片支持ロール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。図１は、鋳片支持ロール６の設置数が５対の例であるが、ロールセグメント構造の軽圧下帯では、鋳片支持ロール６の設置数に関係することなく、このようにして圧下勾配の調整が行われる。

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。つまり、鋳片１０が凝固完了した場合には、凝固完了した鋳片１０を軽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、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。

この構成のロールセグメント１５を鋳造方向に複数基並べて軽圧下帯とし、鋳片引き抜き速度及び二次冷却水量を変更することにより鋳片１０の凝固完了位置を変化させて鋳片１０を軽圧下し、そのときのフレーム１６′の鋳造方向上流側端部及び鋳造方向下流側端部での圧下方向の変位（設定位置からの変化量）を測定した。尚、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動かないように構成された連続鋳造機である。

その結果、フレーム１６′の圧下方向の変位は、鋳造方向上流側よりも鋳造方向下流側の方が大きくなる傾向があること、特に、凝固完了位置が存在するロールセグメントでは下流側での変位が大きくなることがわかった。また、鋳片の中心偏析を調査した結果、上流側でのフレーム１６′の変位と下流側でのフレーム１６′の変位とがともにゼロ近傍で同等の場合には、中心偏析が軽微であることがわかった。また、皿バネ１８が収縮し始める負荷荷重を高く設定すると、フレーム１６′の変位は小さくなるが、ロールチョック２１の軸受及び鋳片支持ロール６の磨耗や損傷が大きくなることがわかった。

ところで、鋼の連続鋳造において、鋳片１０の厚み中心部の固相率が流動限界固相率以上の範囲では、仮に、バルジングなどによって鋳片１０の厚み中心部に空隙が形成されたり負圧が生じたりしても、未凝固層は移動することができず、鋳片１０の中心偏析がそれ以上に悪化することはないことが知られている（例えば、特許文献３を参照）。つまり、鋳片１０の中心偏析を軽減するための軽圧下法において、鋳片１０の厚み中心部の固相率が流動限界固相率以上の範囲は軽圧下する必要がないことが知られている。

従来、凝固完了位置を軽圧下帯の範囲内に制御している理由は、凝固完了位置は鋳造中でも変化することから、流動限界固相率以上の範囲のみを軽圧下帯の範囲から外すことが困難であることに基づくもの、つまり、鋳片１０の流動限界固相率未満の範囲を確実に軽圧下帯の範囲内に制御することに基づくものである。尚、鋼鋳片の流動限界固相率に関しては０．７〜０．９が一般的に知られているが、本発明者らは、中心偏析を確実に防止するために、流動限界固相率を０．８とした。ここで、固相率とは、凝固開始前を固相率＝０、凝固完了時を固相率＝１．０と定義されるものである。

上述したフレーム１６′の鋳造中の変位の測定結果、並びに、鋳片厚み中心部の固相率が流動限界固相率以上の範囲は軽圧下の必要がないとの２点から、軽圧下帯を形成するロールセグメント１５の皿バネ１８が変化し始める負荷荷重（以下、「限界負荷荷重」とも記す）を、このロールセグメント１５の入口における鋳片１０の厚み中心部固相率が０．８のときにこの鋳片１０を設定した圧下速度で軽圧下するときに鋳片１０から受ける負荷荷重に相当する値にすることで、鋳片厚み中心部の固相率が０．８未満である限界固相率未満の鋳片には所定量の軽圧下が施され、限界固相率を超えた鋳片にはフレーム１６′の開放によって過剰の軽圧下が施されず、これにより、鋳片１０の中心偏析低減と、軽圧下帯を形成するロールセグメント１５の寿命向上とを両立させることができるとの知見を得た。尚、軽圧下帯を形成するロールセグメント１５に負荷される荷重は、鋳片１０のサイズ、圧下速度、鋳片の液相の割合によって決定される。

本発明は上記知見に基づくもので、本発明に係る鋼鋳片の連続鋳造方法は、複数本の軽圧下ロールが組み込まれた、１基または２基以上のロールセグメントから構成される軽圧下帯を用いて、凝固末期の鋳片を凝固収縮量と熱収縮量との和に相当する軽圧下量で圧下しながら連続鋳造する、鋼鋳片の連続鋳造方法において、軽圧下帯を形成するロールセグメントには、ロールセグメントの過負荷を防止するための皿バネがロールセグメントの各タイロッドに設置されており、該皿バネが変化し始める負荷荷重を、軽圧下される鋳片の前記ロールセグメント入口における鋳片厚み中心部固相率が０．８であるときに、該鋳片を設定した圧下速度で圧下した際に各タイロッドに負荷される荷重の１００〜１０５％に設定した上で、鋳片を軽圧下することを特徴とする。

以下、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、本発明を実施する際に用いたスラブ連続鋳造機の側面概略図である。

図２に示すように、スラブ連続鋳造機１には、溶鋼９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。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。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。鋳造方向に隣り合う鋳片支持ロール６の間隙には、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（図示せず）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冷却水（「二次冷却水」ともいう）によって鋳片１０は引抜かれながら冷却されるようになっている。また、鋳造方向最終の鋳片支持ロール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を挟んで下流側及び上流側には、鋳片１０を挟んで対向する鋳片支持ロール間の間隔（この間隔を「ロール間隔」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、つまり圧下勾配が設定された、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、通常、圧下勾配は、鋳造方向１ｍあたりのロール間隔絞り込み量、つまり「ｍｍ／ｍ」で表示されており、従って、軽圧下帯１４における、鋳片１０の圧下速度（ｍｍ／ｍｉｎ）は、この圧下勾配（ｍｍ／ｍ）に鋳片引き抜き速度（ｍ／ｍｉｎ）を乗算することで得られる。

このスラブ連続鋳造機１においては、軽圧下帯１４は、３対の軽圧下ロールを１組とするロールセグメントが鋳造方向に３基つながって構成されている。ここで、ロールセグメントの構造は、鋳片支持ロール６が３対であること以外は、図１に示すロールセグメント１５と同一構造である。つまり、下フレーム（フレーム１６に相当）及び上フレーム（フレーム１６′に相当）を貫通するタイロッドに設置されたウオームジャッキによって遠隔でロールセグメントの圧下勾配が調整できるようになっている。また、図示はしないが、軽圧下帯以外の鋳片支持ロール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３対の軽圧下ロールのロール間隔が一括して調整される。この場合、遠隔操作による上フレーム（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。尚、図２では、軽圧下帯１４が３基のロールセグメントで構成されているが、１基であってもまた２基であっても構わず、更には４基以上であっても構わない。また、１基のロールセグメントに配置する鋳片支持ロールは３対であるが３対とする必要はなく、２対以上であれば幾つであっても構わない。

軽圧下帯を形成する各ロールセグメントに設置された皿バネの限界負荷荷重を、予め、ロールセグメントの入口における鋳片厚み中心部固相率が０．８である鋳片１０をこのロールセグメントで軽圧下するときに鋳片１０から受ける負荷荷重の１００〜１０５％に設定する。

ロールセグメントの入口における鋳片厚み中心部固相率が０．８である鋳片１０をこのロールセグメントで軽圧下するときに鋳片１０から受ける負荷荷重を求める方法としては、鋳片厚み中心部の固相率と、予定する圧下速度と、鋳造する鋳片のサイズとを用いて数値シミュレーションによって算出する方法や、歪ゲージによって実測する方法などを用いることができる。荷重を実測する場合は、伝熱凝固計算或いは鋳片を透過する超音波の鋳片での伝播時間などから、軽圧下帯を形成するロールセグメントの入口における鋳片厚み中心部の固相率を求め、ロールセグメントの入口における鋳片厚み中心部の固相率が０．８のときにロールセグメントに掛かる荷重をロールセグメントのフレーム１６′やロールチョック２１の軸受に歪ゲージなどの測定機器を取り付けて求めることで、測定することができる。

このようにして、ロールセグメントの入口における鋳片厚み中心部固相率が０．８のときの負荷荷重を軽圧下量及び鋳片のサイズ別に予め求めておき、鋳造の前に、鋳造条件に応じて、皿バネの限界負荷荷重を予め求めた負荷荷重の１００〜１０５％に設定する。皿バネの限界負荷荷重は、皿バネの材質の変更及び設置する皿バネの個数で調整することができる。

尚、軽圧下量、鋳片の凝固完了位置及び鋳片サイズが同一であっても、鋳片厚み方向の温度分布の違いなどによってロールセグメントに掛かる荷重に多少の誤差が生じる可能性がある。誤差分を考慮しない場合には、ロールセグメント内に軽圧下すべき鋳片があるにも拘わらず、皿バネが収縮して設定した軽圧下を行うことができなくなる可能性がある。そこで、本発明では、誤差分を考慮して、ロールセグメントの入口における鋳片厚み中心部固相率が０．８のときの負荷荷重の１０５％を上限として設定する。この誤差分を大きくすることは、ロールセグメントの寿命を短くする原因となるので好ましくない。

本発明において、軽圧下帯１４における、凝固末期の鋳片１０に対する圧下速度は、０．４〜１．５ｍｍ／ｍｉｎの範囲内とすることが好ましく、従って、予定する鋳片引き抜き速度に応じて軽圧下帯１４の圧下勾配を予め設定する。圧下速度が０．４ｍｍ／ｍｉｎ未満では、中心偏析を軽減する効果が少なく、一方、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恐れがあるからである。また、総軽圧下量は２〜６ｍｍ程度とすれば十分である。

このようにして構成されるスラブ連続鋳造機１を用い、以下のようにして本発明を実施する。

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、次いで、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、軽圧下帯１４で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。その後、凝固完了した鋳片１０は、鋳片切断機８によって切断されて鋳片１０ａとなる。

この場合、定常鋳造域においては、鋳片厚み中心部の固相率が０．８となる位置が、軽圧下帯１４よりも鋳造方向下流側にならないように、鋳片引き抜き速度及び二次冷却水量を調整する。鋳片厚み中心部の固相率が０．８となる位置が軽圧下帯１４を通り抜けると、鋳片厚み中心部固相率が０．８未満の範囲では未凝固層１２が移動し、中心偏析が発生する虞があるからである。鋳片厚み中心部の固相率が０．８となる位置が、確実に軽圧下帯１４よりも鋳造方向下流側にならないようにするために、凝固完了位置１３が軽圧下帯１４の範囲内になるように制御することが好ましい。これは、予め伝熱凝固計算などの手法を用いて上記条件を満足する鋳片引き抜き速度及び二次冷却水量を求めておくことで、実現することができる。

また、鋳片１０の中心偏析を軽減するには、少なくとも、鋳片中心部固相率が０．４となる時点には鋳片１０を軽圧下帯１４で圧下する必要があり、従って、これを満足するように、軽圧下帯１４の鋳造方向長さを設定する必要がある。これは、鋳片中心部の固相率が０．４未満の範囲は未凝固層１２が多く溶鋼流動が発生しても中心偏析には至らないが、０．４以上では溶鋼流動が発生すると中心偏析が悪化するからである。この軽圧下帯１４の必要長さも、伝熱凝固計算によって求めることができる。

このようにして鋳造することで、ロールセグメント入口での鋳片厚み中心部の固相率が０．８未満の鋳片１０には、そのロールセグメントにおいて設定した軽圧下量或いは設定した軽圧下量に近似した軽圧下量が施され、一方、軽圧下をすることが不要である、ロールセグメント入口での鋳片厚み中心部の固相率が０．８以上となった鋳片１０には、皿バネの収縮によって軽圧下が施されず、その結果、鋳片１０の中心偏析の低減と、軽圧下帯１４を形成するロールセグメントの長寿命化とが達成される。

低炭素アルミキルド鋼を、鋳片厚みが２５０ｍｍ、鋳片幅が２０００ｍｍのサイズに連続鋳造する試験を行った。軽圧下帯を形成するロールセグメントは、メニスカス（鋳型内溶鋼湯面位置）から２１〜２３ｍのＮo.８セグメント（Ｎo.８seg）、メニスカスから２３〜２５ｍのＮo.９セグメント（Ｎo.９seg）、メニスカスから２５〜２７ｍのＮo.１０セグメント（Ｎo.１０seg）、メニスカスから２７〜２９ｍのＮo.１１セグメント（Ｎo.１１seg）である。二次冷却の比水量は１．３〜１．６Ｌ／ｋｇ−鋼とし、鋳片引き抜き速度は１．２〜１．４ｍ／ｍｉｎとした。

事前の伝熱凝固計算によって凝固末期の流動を防止するために必要な軽圧下量を算出し、本発明例及び比較例ともに、Ｎo.８セグメントからＮo.１１セグメントの圧下勾配を０．３５〜０．４５ｍｍ／ｍ（１つのロールセグメントあたり０．７〜０．９ｍｍ）に設定した。

表１に、各試験において設定した圧下勾配、鋳片引き抜き速度及び圧下速度を示す。また、ロールセグメント入口での鋳片厚み中心部の固相率が０．８であるときにロールセグメントの各タイロッドに負荷される荷重を数値シミュレーションによって計算して求めた負荷荷重、並びに、皿バネが収縮するときの設定荷重（限界負荷荷重）、計算して求めた前記負荷荷重に対する設定荷重（限界負荷荷重）の割合を併せて表１に示す。尚、皿バネが収縮するときの設定荷重（限界負荷荷重）は、各ロールセグメント間で差はなく、Ｎo.８〜１１セグメントにおいて同一である。

表１に示すように、本発明例１〜５では、ロールセグメントの上流側タイロッドに設置した皿バネ及び下流側タイロッドに設置した皿バネともに、本発明の範囲内である１００〜１０５％の範囲に設定した。これに対して、比較例１〜３では、ロールセグメントの上流側タイロッドに設置した皿バネ及び下流側タイロッドに設置した皿バネともに、本発明の範囲外である１００％未満に設定し、比較例４、５では、ロールセグメントの上流側タイロッドに設置した皿バネのみを本発明の範囲内である１００〜１０５％の範囲に設定し、ロールセグメントの下流側タイロッドに設置した皿バネは本発明の範囲外である１００％未満に設定した。

連続鋳造時、Ｎo.１１セグメントに設置した超音波送受信子を介して縦波超音波を鋳片に透過させ、この縦波超音波の鋳片での伝播時間を測定し、この伝播時間に基づいて鋳片の凝固完了位置（鋳片厚み中心部の固相率が１．０になった位置）を検出した。更に、伝熱凝固計算によって、縦波超音波の伝播時間に基づいて求めた凝固完了位置から鋳片厚み中心部の固相率が０．８となる位置までの距離を算出し、鋳片厚み中心部の固相率が０．８となる位置が存在するロールセグメントを特定した。表２に、メニスカスから鋳片厚み中心部の固相率が０．８となる位置までの距離、及び、鋳片厚み中心部の固相率が０．８となる位置が存在するロールセグメントを示す。鋳片厚み中心部の固相率が０．８となる位置が存在するロールセグメントは、鋳片引き抜き速度に応じて、Ｎo.９セグメントの出側からＮo.１０セグメントの出側の範囲内になった。

また、Ｎo.８セグメントからＮo.１１セグメントにおいて、各ロールセグメントの下流側のタイロッドに設置した皿バネの変化量（収縮量）を過電流式距離計によって測定した。表２に、鋳片厚み中心部の固相率が０．８となる位置が存在するロールセグメントにおける下流側タイロッドの皿バネの収縮の有無を示す。本発明例１〜５では、鋳片厚み中心部の固相率が０．８となる位置がそのロールセグメントのどこの位置に存在しても皿バネは収縮しなかった。一方、比較例１では、鋳片厚み中心部の固相率が０．８となる位置がＮo.１０セグメントの出側に位置していたことから皿バネは収縮しなかったが、比較例２〜５では、皿バネが収縮し、ロールセグメントの下流側部位でフレームが開放することが確認された。

また、鋳造中に各ロールセグメントの上フレーム（フレーム１６′に相当）の上流側端部及び下流側端部でフレームの圧下方向の変位をレーザー距離計によって測定し、この変位からロールセグメントの実際の圧下勾配を求め、求めた圧下勾配から圧下速度を算出した。表２に、鋳片厚み中心部の固相率が０．８の位置が存在するロールセグメントで実測した圧下速度を示す。本発明例１〜５においては、設定値どおり、または設定値に近い圧下速度で軽圧下が行われていることが確認できた。一方、比較例においては、皿バネの収縮が見られなかった比較例１では設定値に近い圧下速度で軽圧下が行われていたが、比較例２〜５では、設定値と大きく乖離した圧下速度になっていた。

図３に、鋳片の中心偏析（偏析対象成分；マンガン）の調査結果を本発明例と比較例とで対比して示す。この中心偏析は、鋳片断面の中心部をＥＰＭＡによってマンガン分析し、ＥＰＭＡによって求めたマンガン濃度を溶鋼から採取した試料のマンガン濃度で除算した値である。図３の横軸は、表１に示す設定の圧下速度に対して、表２に示す実際に鋳片に付与された圧下速度の割合を示す。比較例においては、設定した圧下速度に対して、軽圧下できている場合と軽圧下できていない場合とがあり、その結果、中心偏析の程度もばらついていたが、本発明例では、設定値どおり、または設定値に近い圧下速度で軽圧下が行われていることから、中心偏析が良好であった。

低炭素アルミキルド鋼を、鋳片厚みが２５０ｍｍ、鋳片幅が２０００ｍｍのサイズに連続鋳造する試験を行った。軽圧下帯を形成するロールセグメントは、メニスカスから２１〜２３ｍのＮo.８セグメント、メニスカスから２３〜２５ｍのＮo.９セグメント、メニスカスから２５〜２７ｍのＮo.１０セグメント、メニスカスから２７〜２９ｍのＮo.１１セグメントである。二次冷却の比水量は１．３〜１．６Ｌ／ｋｇ−鋼とし、鋳片引き抜き速度は１．２〜１．４ｍ／ｍｉｎとした。

事前の伝熱凝固計算によって凝固末期の流動を防止するために必要な軽圧下量を算出し、本発明例及び比較例ともに、Ｎo.８セグメントからＮo.１１セグメントの圧下勾配を０．３５〜０．４５ｍｍ／ｍ（１つのロールセグメントあたり０．７〜０．９ｍｍ）に設定した。

本発明例では、各ロールセグメントのタイロッドに設置される皿バネが収縮するときの設定荷重（限界負荷荷重）を、数値シミュレーションによって計算して求めた、ロールセグメント入口での鋳片厚み中心部の固相率が０．８のときにロールセグメントの各タイロッドに負荷される荷重の１００〜１０５％に設定し、一方、比較例では、各ロールセグメントのタイロッドに設置される皿バネが収縮するときの設定荷重（限界負荷荷重）を、数値シミュレーションによって計算して求めた、ロールセグメント入口での鋳片厚み中心部の固相率が０．８のときにロールセグメントの各タイロッドに負荷される荷重の１０５％超え１２０％以下に設定した。

このような鋳造条件で本発明例及び比較例をそれぞれ１０チャージずつ連続鋳造した。

図４に、鋳片厚み中心部の固相率が０．８である位置が存在するロールセグメントよりも１つ下流側の軽圧下帯ロールセグメントにおける皿バネの変化量（収縮量）を測定した結果を示す。図４に示すように、比較例では皿バネが変化しておらず、鋳片厚み中心部の固相率が０．８を超えた鋳片も軽圧下されており、この部位のロールセグメントには過大な荷重が負荷されていたことがわかった。一方、本発明例では、皿バネが収縮しており、鋳片厚み中心部の固相率が０．８である位置が存在するロールセグメントよりも１つ下流側の軽圧下帯ロールセグメントでは鋳片は軽圧下されることはなく、このロールセグメントにおいて過大な荷重が負荷されることが防止されていたことが確認できた。尚、図４の比較例では、皿バネが若干変化しているような値になっているが、これはロールセグメント自体に「ガタ」が存在し、皿バネが収縮していなくとも常に０．２ｍｍ程度のガタ分が測定されることによる。

その後も本発明を適用して連続鋳造した結果、図５に示すように、本発明例を適用することで、軽圧下帯を形成するロールセグメントの交換までの平均鋳造チャージは４０００チャージを上回り、従来は、２０００チャージ程度でロールセグメントを交換していたことに対し、ロールセグメントの寿命を大幅に延長することができた。

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 ロールセグメント
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

Claims (1)

1. 複数本の軽圧下ロールが組み込まれた、１基または２基以上のロールセグメントから構成される軽圧下帯を用いて、凝固末期の鋳片を凝固収縮量と熱収縮量との和に相当する軽圧下量で圧下しながら連続鋳造する、鋼鋳片の連続鋳造方法において、
   軽圧下帯を構成するロールセグメントには、ロールセグメントの過負荷を防止するための皿バネがロールセグメントの各タイロッドに設置されており、該皿バネが変化し始める負荷荷重を、軽圧下される鋳片の前記ロールセグメント入口における鋳片厚み中心部固相率が０．８であるときに該鋳片を設定した圧下速度で圧下した際に各タイロッドに負荷される荷重の１００〜１０５％に設定し、且つ、前記皿バネの負荷荷重の設定値を、ロールセグメントの上流側に設置される皿バネの設定値よりもロールセグメントの下流側に設置される皿バネの設定値を大きく設定し、前記ロールセグメント入口での鋳片厚み中心部の固相率が０．８以上となった、軽圧下をすることが不要な鋳片には軽圧下が施されないように設定した上で、鋳片を前記軽圧下帯で軽圧下することを特徴とする、鋼鋳片の連続鋳造方法。

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