JP6743872B2

JP6743872B2 - 連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法

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Publication number: JP6743872B2
Application number: JP2018226281A
Authority: JP
Inventors: 圭吾外石; 則親荒牧; 三木　祐司; 祐司三木; 菊池　直樹; 直樹菊池
Original assignee: JFE Steel Corp
Current assignee: JFE Steel Corp
Priority date: 2017-12-06
Filing date: 2018-12-03
Publication date: 2020-08-19
Anticipated expiration: 2038-12-03
Also published as: JP2019098403A

Description

本発明は、鋼の連続鋳造において、連続鋳造中に、鋳型短辺を移動させることによって鋳片の幅を拡大させる方法に関する。

鋼の連続鋳造では、連続鋳造機の生産性を向上させるために、連続鋳造中に鋳型の幅を変更（拡大または縮小）して複数チャージの連続連続鋳造（「連々鋳」という）を実施し、同一鋳造チャンスで鋳片幅が異なるスラブ鋳片を製造する技術が広く行われている。尚、鋳型内の鋳片は温度降下によって収縮し、鋳型内壁面と離れようとするが、これを防止するために、鋳型には、鋳型内部空間が鋳造方向下流側に向かって狭くなるように、テーパーが設けられている。

例えば、特許文献１〜３には、先ず、鋳型短辺の上端を鋳型短辺の下端よりも速い移動速度で鋳型反中心側へ移動させ（ステップ１）、次いで、鋳片収縮量と鋳型短辺テーパー量と鋳型短辺移動速度とが一致した状態で鋳型短辺の上端と下端とを同じ速度で鋳型反中心側へ平行移動させ（ステップ２）、その後、鋳型短辺の下端を鋳型短辺の上端よりも速い移動速度で鋳型反中心側へ移動させる（ステップ３）の３つのステップで鋳片幅を拡大する方法が提案されている。

ステップ１は、鋳型短辺のテーパーを増大させて、鋳型移動時の鋳型短辺と鋳片との間の空隙（以下、「エアーギャップ」と記す）の発生を抑制することを目的とし、ステップ３は、鋳型短辺のテーパーを元に戻すことを目的としている。ここで、鋳型短辺のテーパーを増大させるとは、鋳型短辺の上端を下端よりも鋳型反中心側に位置させることである。換言すれば、溶鋼と接触する側の鋳型短辺面が鉛直方向上側を向くように鋳型短辺を傾斜させることである。また、鋳型反中心側とは、浸漬ノズルが設置された鋳型中心位置の反対側である。

尚、連続鋳造中の鋳片幅の変更は、連続鋳造中に鋳型短辺を移動させることによって行われる。したがって、連続鋳造中に鋳片幅を変更するためには、相対する一対の鋳型長辺と、この鋳型長辺に挟持され、鋳型長辺内を移動可能な一対の鋳型短辺とを具備する連続鋳造用鋳型が必要になる。

特開昭５６−１０２３５３号公報特開昭６１−１４４２５５号公報特開平１１−１７９５０８号公報

連続鋳造中に、上記のステップ１〜３の３つのステップで鋳片幅を拡大する際、ステップ２における鋳型短辺の移動速度が速いほど、幅変更の影響を受ける鋳片は少なくなる。但し、ステップ２における鋳型短辺の移動速度を速くするためには、鋳片短辺の凝固シェルと移動する鋳型短辺との間のエアーギャップの発生を防止するために、ステップ１で鋳型短辺のテーパーを増大する必要がある。

鋳型短辺は、後述する図１に示すように、鋳型短辺背面の上下二箇所で原動機によって支持且つ駆動されており、この上下二箇所の支持位置は、鋳型短辺の上端及び下端よりも鋳型中央部寄りになる。そのため、ステップ１で鋳型短辺のテーパーを大きくすると、鋳型短辺の下端が下側の支持位置を回転軸として鋳型中心側に張り出してしまう。つまり、鋳型短辺のテーパーを大きくすると、鋳型中心側に張り出す鋳型短辺の下端によって鋳片短辺の凝固シェルが鋳型中心側に押し込まれ、ブレークアウトの発生する危険性がある。

また、鋼の成分に応じて凝固シェルの不均一度が変わり、凝固シェルの不均一度が高い鋼ほど、割れ感受性が高く、ブレークアウトの危険性が高くなる。尚、凝固シェルの不均一度は、鋼の成分のフェライトポテンシャルと相関する。

鋳片幅拡大時の鋳型短辺の移動速度が速いほど、幅変更の影響を受けた鋳片は少なくなるが、鋳型短辺のテーパーを大きくするべく、ステップ１における鋳型短辺の移動速度を大きくし過ぎると、凝固シェルが鋳型中心側に押し込まれ、特に、凝固シェルの不均一度の低い鋼種ではブレークアウトの危険性が高くなる。即ち、ステップ１における鋳型短辺の移動速度の最大値を、鋼の成分のフェライトポテンシャルで決まる凝固シェルの不均一度に応じて設定することが安定操業にとって重要となる。

この観点から特許文献１〜３を検証すれば、特許文献１及び特許文献３は、鋼の成分に応じて鋳型短辺の移動速度を設定することは全く考慮していない。これに対して、特許文献２は、鋳型短辺の移動速度の増速率を凝固シェルの変形抵抗力をパラメータとして求めているが、凝固シェルの変形抵抗力は凝固シェルの不均一度と相関しておらず、凝固シェルの変形抵抗力は凝固シェルの不均一度と異なる。

即ち、特許文献１〜３によって、鋳造中の鋳片幅拡大時におけるトラブルは軽減されたが、特許文献１〜３は、鋳型短辺の移動速度を凝固シェルの不均一度に応じて設定することは行っておらず、改善の余地がある。

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、連続鋳造中に鋳型短辺を移動させて鋳片幅を拡大するに際して、鋳片のフェライトポテンシャルで決まる凝固シェルの不均一度に応じて鋳型短辺の許容移動速度を設定し、凝固シェルが鋳型短辺の下端によって押し込まれることによるブレークアウトを発生させない鋳片幅の拡大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］鋼の連続鋳造中に、鋳型短辺の上端の移動速度と鋳型短辺の下端の移動速度とをそれぞれ独立して制御しながら、鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させて鋳片の幅を拡大する、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法であって、
前記鋳型短辺の移動速度を、鋳片のフェライトポテンシャルで決まる、鋳片の凝固シェルの不均一度に応じて設定される最大許容移動速度以下の速度に設定することを特徴とする、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法。
［２］鋼の連続鋳造中に、鋳型短辺の上端の移動速度を鋳型短辺の下端の移動速度よりも速く、且つ、前記上端の移動速度と前記下端の移動速度との差を一定に維持して鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させるステップ１と、鋳型短辺の上端の移動速度と鋳型短辺の下端の移動速度とを等しく維持して一定速度で鋳型短辺を鋳型反中心側に平行移動させるステップ２と、鋳型短辺の上端の移動速度を鋳型短辺の下端の移動速度よりも遅く、且つ、前記上端の移動速度と前記下端の移動速度との差を一定に維持して鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させるステップ３と、の３つのステップで、鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させて鋳片の幅を拡大する、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法であって、
前記ステップ１では、前記鋳型短辺の移動速度を、鋳片のフェライトポテンシャルで決まる、鋳片の凝固シェルの不均一度に応じて設定される最大許容移動速度以下の速度に設定することを特徴とする、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法。
［３］鋼の連続鋳造中に、鋳型短辺の上端の移動速度を鋳型短辺の下端の移動速度よりも速く、且つ、前記上端の移動速度と前記下端の移動速度との差を一定に維持して鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させるステップ１と、鋳型短辺の上端の移動速度と鋳型短辺の下端の移動速度とを等しく維持して一定速度で鋳型短辺を鋳型反中心側に平行移動させるステップ２と、鋳型短辺の上端の移動速度を鋳型短辺の下端の移動速度よりも遅く、且つ、前記上端の移動速度と前記下端の移動速度との差を一定に維持して鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させるステップ３と、の３つのステップで、鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させて鋳片の幅を拡大する、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法であって、
前記ステップ１では、下記の（１）式で求められる鋳型短辺の最大移動速度Ｖ_ｍａｘを、当該鋳片の組成により下記の（２）式で定義されるフェライトポテンシャルに基づいて定まる、下記の（４）式〜（６）式のうちのいずれかの式で算出される最大許容移動速度Ｖ_ａｂｌｅ以下として、鋳型短辺の上端の移動速度Ｖ_Ｕ及び鋳型短辺の下端の移動速度Ｖ_Ｌを下記の（７）式及び下記の（８）式に基づいて設定し、
前記ステップ２では、鋳型短辺の上端の移動速度Ｖ_Ｕ及び鋳型短辺の下端の移動速度Ｖ_Ｌを下記の（９）式に基づいて設定し、
前記ステップ３では、鋳型短辺の上端の移動速度Ｖ_Ｕ及び鋳型短辺の下端の移動速度Ｖ_Ｌを下記の（１０）式及び（１１）式に基づいて設定することを特徴とする、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法。
（Ｉ）ステップ１（０≦ｔ≦ｔ_１）
Ｖ_ｍａｘ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×θ_Ｂ×ｔ_１………（１）
Ｆｐ＝２．５×（０．５−Ｃｐ）………（２）
ここで、（２）式におけるＣｐは下記の（３）式で算出される。
Ｃｐ＝[%C]-0.0022×[%Si]+0.019×[%Mn]-0.179×[%P]+2.258×[%S]+0.019×[%Cu]+0.025×[%Ni]-0.0022×[%Cr]-0.04×[%Mo]-0.058×[%V]-0.438×[%Nb]-0.1226×[%Al]+0.376×[%N]………（３）
Ｆｐ＜０．９０及び１．０５＜Ｆｐのとき；Ｖ_ａｂｌｅ≦３．５×θ_Ｂ………（４）
０．９０≦Ｆｐ＜０．９５のとき；Ｖ_ａｂｌｅ≦３．０×θ_Ｂ………（５）
０．９５≦Ｆｐ≦１．０５のとき：Ｖ_ａｂｌｅ≦２．０×θ_Ｂ………（６）
Ｖ_Ｕ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×θ_Ｂ×ｔ………（７）
Ｖ_Ｌ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×θ_Ｂ×ｔ−θ_Ｂ………（８）
（II）ステップ２（ｔ_１＜ｔ＜ｔ_１＋ｔ_２）
Ｖ_Ｕ＝Ｖ_Ｌ＝Ｖ_Ｐ≦Ｖ_ｍａｘ………（９）
（III）ステップ３（ｔ_１＋ｔ_２≦ｔ≦ｔ_１＋ｔ_２＋ｔ_３）
Ｖ_Ｕ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×（θ_Ｂ×ｔ_１−θ_Ｍ×ｔ）−θ_Ｍ………（１０）
Ｖ_Ｌ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×（θ_Ｂ×ｔ_１−θ_Ｍ×ｔ）………（１１）
ここで、Ｖ_ｍａｘは最大移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｖ_Ｃは鋳造速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｌ_ｍは鋳型長（ｍｍ）、θ_Ｂは下端変形速度許容量（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｆｐはフェライトポテンシャル、Ｖ_ａｂｌｅは最大許容移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｖ_Ｕは鋳型の上端の移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｖ_Ｌは鋳型の下端の移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｖ_Ｐはステップ２における平行移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、θ_Ｍは上端変形速度許容量（ｍｍ／ｍｉｎ）、ｔは幅変更開始からの経過時間（ｍｉｎ）、ｔ_１はステップ１の所要時間（ｍｉｎ）、ｔ_２はステップ２の所要時間（ｍｉｎ）、ｔ_３はステップ３の所要時間（ｍｉｎ）である。また、（３）式における［％Ｃ］は鋳片の炭素濃度（質量％）であり、同様に、［％Ｓｉ］は珪素濃度（質量％）、［％Ｍｎ］はマンガン濃度（質量％）、［％Ｐ］は燐濃度（質量％）、［％Ｓ］は硫黄濃度（質量％）、［％Ｃｕ］は銅濃度（質量％）、［％Ｎｉ］はニッケル濃度（質量％）、［％Ｃｒ］はクロム濃度（質量％）、［％Ｍｏ］はモリブデン濃度（質量％）、［％Ｖ］はバナジウム濃度（質量％）、［％Ｎｂ］はニオブ濃度（質量％）、［％Ａｌ］はアルミニウム濃度（質量％）、［％Ｎ］は窒素濃度（質量％）である。

本発明によれば、連続鋳造中に鋳片幅を拡大する際に、鋳片のフェライトポテンシャルで決まる凝固シェルの不均一度に応じて設定される最大許容移動速度以下の速度で鋳型短辺を移動するので、鋳型短辺のテーパーは過剰に大きくならず、鋳型短辺の下端による鋳片凝固シェルの押し込みが軽減され、凝固シェルにおける歪みの発生が抑制される。これにより、凝固シェルの不均一度の高い鋼であっても幅変更時のブレークアウトの発生を防止することが実現される。

本発明で使用する幅可変鋳型の１例を示す斜視図である。本発明に基づく鋳片幅変更時の鋳型短辺の上端及び下端の移動速度を示す図である。本発明に基づく鋳片幅拡大時の鋳型短辺の移動状況を示す模式図である。

以下、本発明に係る連続鋳造時の鋳型幅の拡大方法を具体的に説明する。先ず、本発明で使用する、鋼の連続鋳造中に鋳片幅（鋳型幅）を変更可能な連続鋳造用鋳型（以下、「幅可変鋳型」と記す）について説明する。

図１は、本発明で使用する幅可変鋳型の１例を示す斜視図である。図１に示すように、連続鋳造中に鋳片幅を変更することができる幅可変鋳型１は、相対する一対の鋳型長辺２と、相対する鋳型長辺２に挟持され、相対する鋳型長辺２の間を摺動可能な鋳型短辺５とから構成されている。鋳型長辺２は、長辺銅板３と長辺バックアップフレーム４とからなり、また、鋳型短辺５は、短辺銅板６と短辺バックアップフレーム７とからなる。長辺銅板３及び短辺銅板６には、冷却水を通すための溝（図示せず）または孔（図示せず）が設けられており、長辺バックアップフレーム４及び短辺バックアップフレーム７には、冷却水を供給するための水箱（図示せず）が設置されている。

片側の鋳型長辺２にはクランプ力調整装置８が設置されており、このクランプ力調整装置８によって鋳型長辺２による鋳型短辺５の挟持力が制御されている。また、鋳型短辺５の背面には、上下二箇所に電動モーターや油圧モーターなどの原動機９が設置されており、この原動機９を作動させることで、鋳型短辺５は、相対する鋳型長辺２の間を長辺銅板３に接触した状態で横方向に摺動し、鋳型幅つまり鋳片幅を自在に変更できるように構成されている。上下二箇所の原動機９を独立して作動させることで、鋳型短辺５を上下で異なる種々の形態で移動させることが可能である。符号１０は、短辺銅板６の長辺銅板３との接触面となる摺動面であり、１１は、原動機９と鋳型短辺バックアップフレーム７とを連結するスピンドルである。

クランプ力調整装置８による挟持力は、鋳造中、幅可変鋳型１の鋳型内部空間に注入された溶鋼の静圧によって、鋳型長辺２と鋳型短辺５との間に隙間が生じないように、鋳型長辺２に作用する溶鋼静圧力よりも大きくなるように制御されている。また、同様に、鋳造中の鋳片幅変更の際にも、鋳型長辺２と鋳型短辺５との間に隙間が生じないように制御されている。但し、鋳造中の鋳片幅変更の際には、鋳型短辺５の移動を容易にするために、クランプ力調整装置８による挟持力は、鋳片幅を変更しない場合に比較して弱くなるように制御されている。

図２に、本発明に基づく鋳片幅変更時の鋳型短辺５の上端及び下端の移動速度を示す。図２では、移動速度は鋳型反中心側への移動速度を＋（正）、鋳型中心側への移動速度を−（負）として表示している。図２において、実線は鋳型短辺の上端の移動速度（Ｖ_Ｕ）を示し、破線は鋳型短辺の下端の移動速度（Ｖ_Ｌ）を示している。

図２に示すように、本発明では、鋳片の幅を拡大するにあたり、鋳型短辺５の上端の移動速度Ｖ_Ｕを鋳型短辺５の下端の移動速度Ｖ_Ｌよりも速く、且つ、前記上端の移動速度Ｖ_Ｕと前記下端の移動速度Ｖ_Ｌとの差（差＝θ_Ｂ）を一定に維持して鋳型短辺５を鋳型反中心側に移動させるステップ１と、鋳型短辺５の上端の移動速度Ｖ_Ｕと鋳型短辺５の下端の移動速度Ｖ_Ｌとを等しく維持して一定速度（平行移動速度Ｖ_Ｐ）で鋳型短辺５を鋳型反中心側に平行移動させるステップ２と、鋳型短辺５の上端の移動速度Ｖ_Ｕを鋳型短辺５の下端の移動速度Ｖ_Ｌよりも遅く、且つ、前記上端の移動速度Ｖ_Ｕと前記下端の移動速度Ｖ_Ｌとの差（差＝θ_Ｍ）を一定に維持して鋳型短辺５を鋳型反中心側に移動させるステップ３と、の３つのステップで、鋳型短辺５を鋳型反中心側に移動させる。

図３は、鋳片幅拡大時の鋳型短辺５の移動状況を示す模式図であり、実線で示す鋳型短辺が幅拡大開始前及び幅拡大終了後の鋳型短辺の位置を示し、破線で示す鋳型短辺が幅拡大時の鋳型短辺の移動を示している。以下、各ステップにおける移動速度を説明する。

ステップ１において、鋳型短辺５の上端の移動速度Ｖ_Ｕは時間の経過に伴って徐々に増速し、最大移動速度Ｖ_ｍａｘに達するまでステップ１を継続する。移動速度Ｖ_Ｕが最大移動速度Ｖ_ｍａｘに達したならステップ２に移行する。

本発明において、最大移動速度Ｖ_ｍａｘは以下のようにして設定する。

鋳片の成分に応じて鋳片の凝固シェルの不均一度が変わり、凝固シェルの不均一度が高い鋼ほど、割れ感受性が高く、ブレークアウトの危険性が高くなる。つまり、凝固シェルの不均一度が高い鋼の鋳片幅変更時には、鋳型短辺５の移動速度を抑える必要がある。この凝固シェルの不均一度は、鋳片の組成から求められるフェライトポテンシャルと相関する。

刊行物１によれば、鋳片のフェライトポテンシャルは、鋳片の組成により、下記の（２）式で定義される（刊行物１；M.wolf, 1_st European Conference on continuous casting, 1991, 2489-2499）。

Ｆｐ＝２．５×（０．５−Ｃｐ）………（２）
ここで、Ｆｐはフェライトポテンシャルであり、（２）式におけるＣｐは下記の（３）式で算出される。

Ｃｐ＝[%C]-0.0022×[%Si]+0.019×[%Mn]-0.179×[%P]+2.258×[%S]+0.019×[%Cu]+0.025×[%Ni]-0.0022×[%Cr]-0.04×[%Mo]-0.058×[%V]-0.438×[%Nb]-0.1226×[%Al]+0.376×[%N]………（３）
ここで、（３）式における［％Ｃ］は鋳片の炭素濃度（質量％）であり、同様に、［％Ｓｉ］は珪素濃度（質量％）、［％Ｍｎ］はマンガン濃度（質量％）、［％Ｐ］は燐濃度（質量％）、［％Ｓ］は硫黄濃度（質量％）、［％Ｃｕ］は銅濃度（質量％）、［％Ｎｉ］はニッケル濃度（質量％）、［％Ｃｒ］はクロム濃度（質量％）、［％Ｍｏ］はモリブデン濃度（質量％）、［％Ｖ］はバナジウム濃度（質量％）、［％Ｎｂ］はニオブ濃度（質量％）、［％Ａｌ］はアルミニウム濃度（質量％）、［％Ｎ］は窒素濃度（質量％）である。

フェライトポテンシャルＦｐの値に応じて鋼の凝固形態が変化する。即ち、フェライトポテンシャルＦｐが０．９０未満及び１．０５超えの場合には、亜包晶凝固が起こり難く、均一な凝固シェルが生成しやすい。つまり、凝固シェルの不均一度は低い。これに対して、フェライトポテンシャルＦｐが０．９０以上１．０５以下の範囲は亜包晶凝固が起こり、凝固シェルの不均一度が高い。特に、フェライトポテンシャルＦｐが０．９５以上１．０５以下の範囲は凝固シェルの不均一度が高い。ここで、亜包晶凝固とは、鉄−炭素系平衡状態図において、炭素濃度が０．１７質量％（「０．１８質量％」とする文献もある）の包晶点よりも炭素濃度が低い領域で起こる、残留する液相と初晶のδ鉄とが包晶温度で一気に凝固してγ鉄が生成する凝固形態である。平衡論的には、炭素濃度が０．０９質量％以下になれば包晶温度以上の温度で凝固が完了し、亜包晶凝固は起こらず、一方、炭素濃度が０．１７質量％を超えれば過包晶の領域となり、この場合も亜包晶凝固は起こらない。

本発明では、鋳片の組成で決まるフェライトポテンシャルＦｐに応じて、鋳型短辺５の最大許容移動速度Ｖ_ａｂｌｅ（ｍｍ／ｍｉｎ）を、下記の（４）式、（５）式及び（６）式で設定する。（４）式〜（６）式におけるθ_Ｂは、鋳片の組成によって決まる下端変形速度許容量（ｍｍ／ｍｉｎ）であり、θ_Ｂは、実操業の鋳片表面を観察して、割れが発生していない鋳片の幅拡げ操業条件から算出された、「割れの発生しない」許容変形速度量（ｍｍ／ｍｉｎ）であり、過去の鋳片調査結果の蓄積データから求められる値である。

Ｆｐ＜０．９０及び１．０５＜Ｆｐのとき；Ｖ_ａｂｌｅ≦３．５×θ_Ｂ………（４）
０．９０≦Ｆｐ＜０．９５のとき；Ｖ_ａｂｌｅ≦３．０×θ_Ｂ………（５）
０．９５≦Ｆｐ≦１．０５のとき：Ｖ_ａｂｌｅ≦２．０×θ_Ｂ………（６）
（４）式〜（６）式で示すように、亜包晶凝固が起こらない組成範囲の鋳片では、最大許容移動速度Ｖ_ａｂｌｅを大きくし、亜包晶凝固が起こる組成範囲の鋳片では、最大許容移動速度Ｖ_ａｂｌｅを小さくする。亜包晶凝固が最も顕著に起こるフェライトポテンシャルＦｐが０．９５以上１．０５以下の組成範囲は、特に、最大許容移動速度Ｖ_ａｂｌｅを小さくする。

ステップ１では幅変更開始からの経過時間ｔに比例して鋳型短辺５の上端の移動速度Ｖ_Ｕは増速し、鋳型短辺５の最大移動速度Ｖ_ｍａｘ（ｍｍ／ｍｉｎ）は、下記の（１）式で求められる。

Ｖ_ｍａｘ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×θ_Ｂ×ｔ_１………（１）
ここで、Ｖ_Ｃは鋳造速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｌ_ｍは鋳型長（ｍｍ）、ｔ_１はステップ１の所要時間（ｍｉｎ）である。

本発明では、最大移動速度Ｖ_ｍａｘを、鋳造中の鋳片の組成により上記の（２）式で定義されるフェライトポテンシャルＦｐに基づいて定まる、上記の（４）式〜（６）式のうちのいずれかの式で算出される最大許容移動速度Ｖ_ａｂｌｅ以下の範囲に制御する。更に、最大移動速度Ｖ_ｍａｘを最大許容移動速度Ｖ_ａｂｌｅ以下の範囲に制御した上で、鋳型短辺５の上端の移動速度Ｖ_Ｕ（ｍｍ／ｍｉｎ）を下記の（７）式に基づいて設定し、且つ、鋳型短辺５の下端の移動速度Ｖ_Ｌ（ｍｍ／ｍｉｎ）を下記の（８）式に基づいて設定する。（７）式及び（８）式におけるｔは、幅変更開始からの経過時間（ｍｉｎ）である。

Ｖ_Ｕ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×θ_Ｂ×ｔ………（７）
Ｖ_Ｌ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×θ_Ｂ×ｔ−θ_Ｂ………（８）
つまり、上端の移動速度Ｖ_Ｕが最大移動速度Ｖ_ｍａｘになるまで、上記（７）式に則って鋳型短辺５の上端を鋳型反中心側に移動させる。したがって、最大移動速度Ｖ_ｍａｘの大小によってステップ１の所要時間ｔ_１は変化する。具体的には、最大移動速度Ｖ_ｍａｘが小さくなれば、ステップ１の所要時間ｔ_１は短くなり、且つ、鋳型短辺５のテーパーの増大量も小さくなる。換言すれば、凝固シェルの不均一度が高い鋼では、所要時間ｔ_１が短くなり、且つ、鋳型短辺５のテーパーの増大量も小さくなる。ステップ１において、鋳型短辺５の上端の移動速度Ｖ_Ｕと下端の移動速度Ｖ_Ｌとの差は、一定値（θ_Ｂ）になる。

鋳型短辺５の移動速度Ｖ_Ｕが最大移動速度Ｖ_ｍａｘになったなら、鋳型短辺５の上端の移動速度Ｖ_Ｕと鋳型短辺５の下端の移動速度Ｖ_Ｌとを等しく維持して一定速度で鋳型短辺５を鋳型反中心側に平行移動させるステップ２に移行する。

この平行移動時の平行移動速度Ｖ_Ｐ（ｍｍ／ｍｉｎ）は、下記の（９）式を満足する範囲とする。

Ｖ_Ｕ＝Ｖ_Ｌ＝Ｖ_Ｐ≦Ｖ_ｍａｘ………（９）
つまり、ステップ２では、最大移動速度Ｖ_ｍａｘ以下の任意の一定速度で、鋳型短辺５を鋳型反中心側に平行移動させる。但し、幅変更時間を短縮するために、平行移動速度Ｖ_Ｐを最大移動速度Ｖ_ｍａｘと同一とすることが好ましい。

ステップ２の所要時間ｔ_２（ｍｉｎ）は、目標幅変更量によって定められる。例えば、ステップ１における移動速度の加速度の絶対値とステップ３における移動速度の減速度の絶対値とを同一とすれば、ステップ１における所要時間ｔ_１（ｍｉｎ）とステップ３における所要時間ｔ_３（ｍｉｎ）とが同一になり、ステップ１における移動距離及びステップ３における移動距離も同一となる。これにより、ステップ２における移動距離が算出され、算出された移動距離をステップ２における平行移動速度Ｖ_Ｐで除算すれば、ステップ２の所要時間ｔ_２が算出される。ステップ１における移動速度の加速度の絶対値とステップ３における移動速度の減速度の絶対値とが同一でない場合も、同様の方法によって、ステップ２の所要時間ｔ_２を目標幅変更量によって求めることができる。

鋳型短辺５を、所要時間ｔ_２の期間、平行移動速度Ｖ_Ｐによって鋳型反中心側に平行移動させたなら、ステップ３に移行する。

ステップ３では、鋳型短辺５の上端の移動速度Ｖ_Ｕ（ｍｍ／ｍｉｎ）を下記の（１０）式に基づいて設定し、且つ、鋳型短辺５の下端の移動速度Ｖ_Ｌ（ｍｍ／ｍｉｎ）を下記の（１１）式に基づいて設定する。（１０）式及び（１１）式において、θ_Ｍは、鋳片の組成によって決まる上端変形速度許容量（ｍｍ／ｍｉｎ）であり、ｔは、幅変更開始からの経過時間（ｍｉｎ）である。θ_Ｍは、前述したθ_Ｂと同様に、実操業の鋳片表面を観察して、割れが発生していない鋳片の幅拡げ操業条件から算出された、「割れの発生しない」許容変形速度量（ｍｍ／ｍｉｎ）であり、過去の鋳片調査結果の蓄積データから求められる値である。

Ｖ_Ｕ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×（θ_Ｂ×ｔ_１−θ_Ｍ×ｔ）−θ_Ｍ………（１０）
Ｖ_Ｌ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×（θ_Ｂ×ｔ_１−θ_Ｍ×ｔ）………（１１）
ステップ３において、上端の移動速度Ｖ_Ｕと下端の移動速度Ｖ_Ｌとの差は、一定値（θ_Ｍ）になる。また、ステップ３においても、鋳型短辺５の下端の移動速度Ｖ_Ｌを（１）式で求められる最大移動速度Ｖ_ｍａｘ以下とすることが好ましい。

ステップ１、ステップ２、ステップ３の期間を幅変更開始からの経過時間ｔで表示すれば、ステップ１は「０≦ｔ≦ｔ_１」の期間、ステップ２は「ｔ_１＜ｔ＜ｔ_１＋ｔ_２」の期間、ステップ３は、「ｔ_１＋ｔ_２≦ｔ≦ｔ_１＋ｔ_２＋ｔ_３」の期間となる。

以上説明したように、本発明に係る連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法によれば、連続鋳造中に鋳片幅を拡大する際に、鋳片のフェライトポテンシャルで決まる凝固シェルの不均一度に応じて設定される最大許容移動速度以下の速度で鋳型短辺を移動するので、鋳型短辺のテーパーは過剰に大きくならず、鋳型短辺の下端による鋳片凝固シェルの押し込みが軽減され、凝固シェルにおける歪みの発生が抑制される。これにより、凝固シェルの不均一度の高い鋼であっても幅変更時のブレークアウトの発生を防止することが実現される。

ＦＥＭシミュレーションにより、スラブ連続鋳造機における連続鋳造中の鋳片幅の変更条件別に、また、鋼の化学組成ごとに、凝固シェルに生じる応力を評価し、凝固シェルの変形量が所定の閾値を超えるかどうかで、ブレークアウトの危険度を評価した。

炭素濃度が０．０１〜０．２０質量％の炭素鋼を対象とし、鋳型のメニスカスから鋳型出口までの長さが８００ｍｍ、鋳片の厚みを２５０ｍｍ、幅広げ前の鋳片幅を１２５０ｍｍとして、鋳型短辺を図２に示すパターンで移動させて、ＦＥＭシミュレーションを行った。

表１に、鋳片幅を拡大したときの鋳造条件、幅変更量、各鋼種のフェライトポテンシャル、下端変形速度許容量θ_Ｂ、フェライトポテンシャルから定まる最大許容移動速度Ｖ_ａｂｌｅ、鋳型短辺の最大移動速度Ｖ_ｍａｘ、及び、シミュレーションで評価された凝固シェルのブレークアウト危険度を示す。表１では、備考欄に本発明の範囲内の条件で鋳片幅を変更した条件を「本発明例」、それ以外の条件を「比較例」と表示している。

鋳片短辺の凝固シェルが幅拡大時に鋳型下端で押し込まれたときの応力及び歪みを、ＦＥＭシミュレーションによって解析し、凝固シェルのブレークアウト危険度を判定した。その際、鋳片短辺の厚み中央部が最も歪みが大きくなるので、この歪みの大きさでブレークアウト危険度の判定を行った。基準としては、実機でブレークアウトが発生したときの条件での解析結果を限界歪みとして、この限界歪みを閾値として、ブレークアウトの危険の有無を判定した。

連続鋳造中に鋳片幅を拡大する際、本発明に係る幅変更条件を採用した場合は、凝固シェルに生じる歪みは小さく、ブレークアウトの危険度は低下することがわかった。これに対して、本発明の範囲外で鋳片幅を拡大した場合には、凝固シェルに生じる歪みが大きくなり、ブレークアウトの危険度も増加することがわかった。

具体的には、例えば、フェライトポテンシャルが同程度である条件１と条件１１とで比較すると、鋳型短辺の最大移動速度_ｍａｘが最大許容移動速度_ａｂｌｅよりも大きい１８．０ｍｍ／ｍｉｎである条件１１では、鋳型短辺の移動に起因する凝固シェルの変形量が前述のブレークアウトの危険があるとする閾値を上回ったため、ブレークアウト危険度が「×」、つまり、「ブレークアウトの危険有り」となっている。

これに対して、鋳型短辺の最大移動速度_ｍａｘが１２．０ｍｍ／ｍｉｎの条件１では、鋳型短辺の最大移動速度_ｍａｘが最大許容移動速度_ａｂｌｅよりも小さく、鋳型短辺の移動に起因する凝固シェルの変形量が前述のブレークアウトの危険があるとする閾値に達せず、ブレークアウト危険度が「○」、つまり、「ブレークアウトの危険無し」となっている。

以上の実施例は、幅拡げの際、ステップ１で相対する２つの鋳型短辺５の上端側同士の間の間隔を広げた際に、原動機９と鋳型短辺バックアップフレーム７とを連結するスピンドル１１の鋳型短辺側の連結部よりも下側の位置において、鋳型短辺５の下端側が凝固シェルを押し込むことになることから発生するブレークアウトを防止する方法について具体的に示したものである。

一方、幅拡げの終了期であるステップ３においても、鋳型短辺５の下端側ではスピンドル１１の連結部よりも下側の鋳型短辺間の間隔は、ステップ３の終了間際で広がることになるので、鋳型短辺と凝固シェルとの接触が場所によって不均一となり、凝固シェルの成長も不均一になる可能性があり、ブレークアウトが発生する危険性が高まる。このステップ３におけるブレークアウトに対しても、前述したステップ１におけるブレークアウトの防止方法と同様の考え方で、前述した（１０）式及び（１１）式で表されるステップ３の操業条件がブレークアウトの防止に有効である。

以上、本発明を適用した実施例について説明したが、本実施例による本発明の開示の一部をなす記述及び図面によって本発明は限定されることはない。

１幅可変鋳型
２鋳型長辺
３長辺銅板
４長辺バックアップフレーム
５鋳型短辺
６短辺銅板
７短辺バックアップフレーム
８クランプ力調整装置
９原動機
１０摺動面
１１スピンドル

Claims

鋼の連続鋳造中に、鋳型短辺の上端の移動速度と鋳型短辺の下端の移動速度とをそれぞれ独立して制御しながら、鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させて鋳片の幅を拡大する、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法であって、
前記鋳型短辺の移動速度を、鋳片のフェライトポテンシャルで決まる、鋳片の凝固シェルの不均一度に応じて設定される最大許容移動速度以下の速度に設定することを特徴とする、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法。
鋼の連続鋳造中に、鋳型短辺の上端の移動速度を鋳型短辺の下端の移動速度よりも速く、且つ、前記上端の移動速度と前記下端の移動速度との差を一定に維持して鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させるステップ１と、鋳型短辺の上端の移動速度と鋳型短辺の下端の移動速度とを等しく維持して一定速度で鋳型短辺を鋳型反中心側に平行移動させるステップ２と、鋳型短辺の上端の移動速度を鋳型短辺の下端の移動速度よりも遅く、且つ、前記上端の移動速度と前記下端の移動速度との差を一定に維持して鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させるステップ３と、の３つのステップで、鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させて鋳片の幅を拡大する、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法であって、
前記ステップ１では、前記鋳型短辺の移動速度を、鋳片のフェライトポテンシャルで決まる、鋳片の凝固シェルの不均一度に応じて設定される最大許容移動速度以下の速度に設定することを特徴とする、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法。
鋼の連続鋳造中に、鋳型短辺の上端の移動速度を鋳型短辺の下端の移動速度よりも速く、且つ、前記上端の移動速度と前記下端の移動速度との差を一定に維持して鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させるステップ１と、鋳型短辺の上端の移動速度と鋳型短辺の下端の移動速度とを等しく維持して一定速度で鋳型短辺を鋳型反中心側に平行移動させるステップ２と、鋳型短辺の上端の移動速度を鋳型短辺の下端の移動速度よりも遅く、且つ、前記上端の移動速度と前記下端の移動速度との差を一定に維持して鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させるステップ３と、の３つのステップで、鋳型短辺を鋳型反中心側に移動させて鋳片の幅を拡大する、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法であって、
前記ステップ１では、下記の（１）式で求められる鋳型短辺の最大移動速度Ｖ_ｍａｘを、当該鋳片の組成により下記の（２）式で定義されるフェライトポテンシャルに基づいて定まる、下記の（４）式〜（６）式のうちのいずれかの式で算出される最大許容移動速度Ｖ_ａｂｌｅ以下として、鋳型短辺の上端の移動速度Ｖ_Ｕ及び鋳型短辺の下端の移動速度Ｖ_Ｌを下記の（７）式及び下記の（８）式に基づいて設定し、
前記ステップ２では、鋳型短辺の上端の移動速度Ｖ_Ｕ及び鋳型短辺の下端の移動速度Ｖ_Ｌを下記の（９）式に基づいて設定し、
前記ステップ３では、鋳型短辺の上端の移動速度Ｖ_Ｕ及び鋳型短辺の下端の移動速度Ｖ_Ｌを下記の（１０）式及び（１１）式に基づいて設定することを特徴とする、連続鋳造時の鋳片幅の拡大方法。
（Ｉ）ステップ１（０≦ｔ≦ｔ_１）
Ｖ_ｍａｘ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×θ_Ｂ×ｔ_１………（１）
Ｆｐ＝２．５×（０．５−Ｃｐ）………（２）
ここで、（２）式におけるＣｐは下記の（３）式で算出される。
Ｃｐ＝[%C]-0.0022×[%Si]+0.019×[%Mn]-0.179×[%P]+2.258×[%S]+0.019×[%Cu]+0.025×[%Ni]-0.0022×[%Cr]-0.04×[%Mo]-0.058×[%V]-0.438×[%Nb]-0.1226×[%Al]+0.376×[%N]………（３）
Ｆｐ＜０．９０及び１．０５＜Ｆｐのとき；Ｖ_ａｂｌｅ≦３．５×θ_Ｂ………（４）
０．９０≦Ｆｐ＜０．９５のとき；Ｖ_ａｂｌｅ≦３．０×θ_Ｂ………（５）
０．９５≦Ｆｐ≦１．０５のとき：Ｖ_ａｂｌｅ≦２．０×θ_Ｂ………（６）
Ｖ_Ｕ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×θ_Ｂ×ｔ………（７）
Ｖ_Ｌ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×θ_Ｂ×ｔ−θ_Ｂ………（８）
（II）ステップ２（ｔ_１＜ｔ＜ｔ_１＋ｔ_２）
Ｖ_Ｕ＝Ｖ_Ｌ＝Ｖ_Ｐ≦Ｖ_ｍａｘ………（９）
（III）ステップ３（ｔ_１＋ｔ_２≦ｔ≦ｔ_１＋ｔ_２＋ｔ_３）
Ｖ_Ｕ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×（θ_Ｂ×ｔ_１−θ_Ｍ×ｔ）−θ_Ｍ………（１０）
Ｖ_Ｌ＝（Ｖ_Ｃ／Ｌ_ｍ）×（θ_Ｂ×ｔ_１−θ_Ｍ×ｔ）………（１１）
ここで、Ｖ_ｍａｘは最大移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｖ_Ｃは鋳造速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｌ_ｍは鋳型長（ｍｍ）、θ_Ｂは下端変形速度許容量（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｆｐはフェライトポテンシャル、Ｖ_ａｂｌｅは最大許容移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｖ_Ｕは鋳型の上端の移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｖ_Ｌは鋳型の下端の移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、Ｖ_Ｐはステップ２における平行移動速度（ｍｍ／ｍｉｎ）、θ_Ｍは上端変形速度許容量（ｍｍ／ｍｉｎ）、ｔは幅変更開始からの経過時間（ｍｉｎ）、ｔ_１はステップ１の所要時間（ｍｉｎ）、ｔ_２はステップ２の所要時間（ｍｉｎ）、ｔ_３はステップ３の所要時間（ｍｉｎ）である。
また、（３）式における［％Ｃ］は鋳片の炭素濃度（質量％）であり、同様に、［％Ｓｉ］は珪素濃度（質量％）、［％Ｍｎ］はマンガン濃度（質量％）、［％Ｐ］は燐濃度（質量％）、［％Ｓ］は硫黄濃度（質量％）、［％Ｃｕ］は銅濃度（質量％）、［％Ｎｉ］はニッケル濃度（質量％）、［％Ｃｒ］はクロム濃度（質量％）、［％Ｍｏ］はモリブデン濃度（質量％）、［％Ｖ］はバナジウム濃度（質量％）、［％Ｎｂ］はニオブ濃度（質量％）、［％Ａｌ］はアルミニウム濃度（質量％）、［％Ｎ］は窒素濃度（質量％）である。